(57)【要約】【課題】小さな内圧負荷で内面庇および外面噛みだしを発生させることなく突起付き中空軸を成形することができる金型およびその成形方法の提供。【解決手段】上下金型２、３はそれぞれ少なくとも一組以上の突起部の成形用金型を備えており、突起部の成形用金型は、突起部の側壁成形用金型２ｃ、２ｅ、３ｃ、３ｅと突起部の上面成形用金型２ｄ、３ｄとからなり、側壁成形用金型は収容された金属素管と直交する方向に二分割されており、突起部の上面成形用金型は側壁成形用金型とで突起部の外郭形状と同じ形状の内面形状の孔型を形成することができるように側壁成形用金型内に嵌合されており、前記各金型は収容した金属素管の軸方向に摺動可能である金型。【選択図】図１
2004017107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上金型とで下金型で形成される孔型内に収容した金属素管に液圧バルジ加工を施して突起部と軸部とが一体となった突起付き中空軸を成形するための金型であって、上下金型はそれぞれ少なくとも一組以上の突起部成形用金型を備えており、突起部成形用金型は、突起部の側壁を成形するための側壁成形用金型と突起部の上面を成形するための上面成形用金型とからなり、側壁成形用金型は収容された金属素管の軸方向と直交する方向に二分割されており、上面成形用金型は側壁成形用金型とで突起部の外郭形状と同じ形状の内面形状の孔型を形成することができるように側壁成形用金型内に嵌合されており、側壁成形用金型と上面成形用金型は、金属素管の軸方向に摺動可能であることを特徴とする突起付き中空軸の成形用金型。
【請求項２】
上金型と下金型とで形成される孔型内に収容した金属素管に液圧バルジ加工を施して突起部と軸部とが一体となった突起付き中空軸を成形するための金型であって、上下金型はそれぞれ少なくとも一組以上の突起部成形用金型を備えており、突起部成形用金型は、突起部の側壁の一部と上面とを成形するための側壁上面成形用金型と、残部の側壁を成形するための側壁成形用金型とからなり、側壁成形用金型は側壁上面成形用金型とで突起部の外郭形状と同じ形状の内面形状の孔型を形成することができるように嵌合されており、側壁成形用金型と側壁上面成形用金型は、金属素管の軸方向に摺動可能であることを特徴とする突起付き中空軸の成形用金型。
【請求項３】
請求項１に記載の突起付き中空軸の成形用金型を用いて突起部と軸部とが一体となった突起付き中空軸を成形する方法であって、側壁成形用金型と上面成形用金型とを両金型間に所定の間隙を設けてセットし、上金型と下金型間に収容した金属素管の内部に液圧を負荷して側壁成形用金型と上面成形用金型とで形成された孔型内に金属素管の一部を膨出させる第１工程の液圧バルジ加工と、その加工後に金属素管の内部に液圧を負荷した状態で前記型間の間隙を狭めて前記孔型内の膨出部を目標の突起部形状に成形する第２工程の型寄せ液圧バルジ加工とをおこなうことを特徴とする突起付き中空軸の成形方法。
【請求項４】
請求項２に記載の突起付き中空軸の成形用金型を用いて突起部と軸部とが一体となった突起付き中空軸を成形する方法であって、側壁成形用金型と側壁上面成形用金型とを両金型間に所定の間隙を設けてセットし、上金型と下金型間に収容した金属素管の内部に液圧を負荷して側壁成形用金型と側壁上面成形用金型とで形成された孔型内に金属素管の一部を膨出させる第１工程の液圧バルジ加工と、その加工後に金属素管の内部に液圧を負荷した状態で前記型間の間隙を狭めて前記孔型内の膨出部を目標の突起部形状に成形する第２工程の型寄せ液圧バルジ加工とをおこなうことを特徴とする突起付き中空軸の成形方法。
【請求項５】
第２工程の型寄せ液圧バルジ加工後における突起部先端の軸方向角部外面の目標曲率半径をＲ（ｍｍ）としたとき、下式を満たす条件で第１工程の液圧バルジ加工と第２工程の型寄せ液圧バルジ加工とをおこなうことを特徴とする請求項３または４に記載の突起付き中空軸の製造方法。
１．２−０．２×（Ｒ／ｔ０）≦（ｄ１／ｄ２）×（Ｌｌ／Ｌ２）≦１．４
但し、ｔ０：金属素管の肉厚（ｍｍ）
ｄ１：第１工程後の膨出部の軸方向中央位置における外周長（ｍｍ）
ｄ２：第２工程後の突起部の軸方向中央位置における外周長（ｍｍ）
Ｌ１：第１工程後の膨出部の軸方向外面線長（ｍｍ）
Ｌ２：第２工程後の突起部の軸方向外面線長（ｍｍ）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、４サイクルレシプロエンジンの吸気および排気弁を開閉するためのカム部を備えたカムシャフト等の突起付き中空軸の成形用金型および成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば４サイクルレシプロエンジンの吸気弁および排気弁を駆動させるためのカムを有する回転軸であるカムシャフトは、中実材料を鋳造や鍛造にて粗形状に加工した後、機械加工により最終形状に仕げられていた。しかし、上記のような加工方法で製造されたカムシャフトは、中実材であるために重く車軸の軽量化に反するという問題があった。
【０００３】
車軸の軽量化を図るために、耐摩耗性が要求されるカムを焼結合金により中空の部材として製造するとともに回転軸を中空軸として製造し、これらを溶接、ろう付けまたは機械的固定により一体化して組み立て、カムャフトとする技術が開発された。しかし、溶接またはろう付けをおこなうには、カム部材および回転軸のそれぞれの材質が制限され、最適な材料を用いることができない。また、機械的固定法は、その固定操作をカム部材の設置数だけ繰り返しおこなう必要があり、生産性が低いという問題があった。
【０００４】
車軸の軽量化と生産性の向上とを目的とした、金属素管より成形する中空突起付き中空軸の製造方法や製造装置が、特開昭５７−２０６５３０号公報、特開２０００−１９２８０５号公報および特開２０００−２１０７２６号公報に開示されている。
【０００５】
特開昭５７−２０６５３０号公報には、突起部の外形に対応する凹溝を内面に設けたダイス型内に金属素管を収容し、この金属素管に液圧と軸圧縮による液圧バルジ加工を施すことにより、突起付き中空軸を成形する方法が開示されている。しかし、この方法は、液圧バルジ加工による膨出加工のみにて突起部を形成する方法であるため、突起部の減肉が大きく、十分な製品強度が得難いのに加え下記の欠点を有する。
【０００６】
すなわち、金属管の肉厚をｔｏ、突起部先端の軸方向角部外面の曲率半径Ｒ（後述する図７（ｃ）参照）とした時、Ｒがｔｏと同等の突起部を成形しようとした場合、Ｒに対応する内面角部の曲率半径がゼロとなり、係る形状の突起部を膨出加工のみで成形するには、理論上、無限大の内圧付与が必要になる。このため、上記の方法ではＲ／ｔｏが１以下の突起付き中空軸は製造することができない。
【０００７】
ここで、前記の曲率半径Ｒが小さい方がよいのは次の理由による。すなわち、突起部には、その先端に定幅のフラット面を有することが要求される場合があるが、Ｒが大きいとフラット面が小さくなるためである。なお、Ｒが大きくても突起部全体の幅を大きくすれば所定幅のフラット面を確保することは可能である。しかし、このような中空軸は、例えば、エンジンなどの装置全体の小型化を妨げると共に、装置の軽量化の障害となる。
【０００８】
特開２０００−１９２８０５号公報には、分割された構造の金型を用い、金属素管の一部を縮径加工した後、膨出成形することにより突起付き中空軸を成形する方法が開示されている。しかし、この方法では、金属素管の縮径加工という別工程が必要になる他、金属素管の内面に疵があった場合、縮径加工により疵が大きくなるおそれがある。したがって、素管内面を平滑に仕上げる必要があり、製造コスト高となる欠点がある。また、分割金型での型寄せ加工時に、分割金型間に噛み出しが発生し、所望の形状に成形できないか、若しくは外面にかじり疵が発生するので別工程での外面かじり疵部分の手入れが必要となる欠点もある。
【０００９】
特開２０００−２１０７２６号公報には、軸方向に複数に分割され、所定の距離だけ離間させた状態でセットされた分割金型内に収容した金属素管に膨出加工を施した後、分割型を軸方向に型寄せして膨出部に軸圧縮を付加することにより、突起部の減肉を抑制しながら突起付き中空軸を成形する方法が示されている。
【００１０】
しかし、この方法では、分割金型での型寄せ加工時に、分割金型間に噛み出しが発生し、所望の形状が成形できないか、若しくは外面にかじり庇が発生するので別工程での手入れが必要になるという欠点を有している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の事情に鑑みなされたものであり、その課題は突起部と軸部が一体となった突起付き中空軸を小さな内圧で、内面庇および外面噛み出しを発生させることなく成形でき、突起部先端の軸方向角部外面の曲率半径Ｒが金属管の肉厚以下の突起付き中空軸を製造するのに好適な成形用金型および成形方法を提供することにある。
【００１２】
なお、上記外面噛みだしについて以下により詳しく説明する。
【００１３】
図８は、突起部の側壁成形用金型と上面成形用金型とが嵌合されていない金型による加工途中の金型の縦断面図である。
【００１４】
金型は上型２と下型３からなり、上下金型はそれぞれ突起部成形用金型２ｃ、２ｄ、２ｅ、３ｃ、３ｄ、３ｅと、それに隣接して設けられた軸部成形用金型２ｂ、２ｆ、３ｂ、３ｆとを備え、突起部成形用金型は、突起部の側壁成形用金型２ｃ、２ｅ、３ｃ、３ｅと、突起部の上面成形用金型２ｄ、３ｄとからなり、側壁成形用金型は収容された金属素管の周方向に二分割されており、突起部の上面成形用金型は側壁成形用金型とで突起部の外郭形状の孔型を形成するように配置されている。これらの各金型は収納した金属素管の軸方向に摺動可能となっている。上記図８は、突起部の成形途中の状態を示しているが、突起部の側壁成形用金型と上面成形用金型とが嵌合されていないため、下金型の突起部の外面に噛み出しＥ部（点線の丸印）が発生している。なお、前記特開２０００−２１０７２６号公報に記載の方法においても、上記と同様に型寄せ時に分割金型間に噛み出しが発生する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解消するためＪＩＳ　Ｇ　４０５１、Ｇ　４０５２およびＧ　４８０５に規定される機械構造用炭素鋼と、焼入れ性を保証した構造用鋼、および高炭素クロム軸受鋼からなる鋼管を用いて液圧バルジ加工の実験を重ね、検討をおこなった結果、以下の知見（ａ）〜（ｄ）を得るに至った。
（ａ）図８で示したような金型間における噛み出しの発生を防止するには、突起部の上面成形用金型と側壁成形用金型とで突起部の外郭形状を形成するように突起部の上面成形用金型を側壁成形用金型内に嵌合して金型間の隙間をなくすることが必要である。
（ｂ）小さな内圧負荷で先端の軸方向角部外面の曲率半径Ｒが小さな突起部を成形するためには、第１工程の液圧バルジ加工後の膨出部の軸方向外面線長をＬｌ（ｍｍ）、第２工程の型寄せ液圧バルジ加工後の突起部の軸方向外面線長をＬ２（ｍｍ）とした場合、第１工程の液圧バルジ加工においてＬｌがＬ２よりも大きい膨出部を形成させるのが有効である。
（ｃ）また、第１工程の液圧バルジ加工後の膨出部の軸方向中央位置における外周長をｄｌ（ｍｍ）、第２工程の型寄せバルジ加工後の突起部の軸方向中央位置における外周長をｄ２（ｍｍ）とした場合、両者の比（ｄｌ／ｄ２）と前記ＬｌとＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が、第２工程の型寄せ液圧バルジ加工時における曲率半径Ｒの大きさを左右するパラメータとなっている。
（ｄ）成形目標とする突起部先端の軸方向角部外面の曲率半径をＲ（ｍｍ）としたとき、下式を満たす条件で第１工程の液圧バルジ加工と第２工程の型寄せ液圧バルジ加工とをおこなうと、小さな付与内圧にて突起部先端の軸方向角部外面の曲率半径Ｒが金属素管の肉厚ｔｏ（ｍｍ）以下となり、しかも内面疵がない突起付き中空軸の製造が可能となる。
【００１６】
１．２−０．２×（Ｒ／ｔ。）≦（ｄｌ／ｄ２）×（Ｌｌ／Ｌ２）≦１．４
（ｅ）突起部の膨出加工時に発生する減肉は、第２工程の型寄せパルジ加工時のアブセット効果により抑制される。
【００１７】
本発明はこのような知見になされたもので、その要旨は下記の通りである。
【００１８】
（１）上金型と下金型とで形成される孔型内に収容した金属素管に液圧バルジ加工を施して突起部と軸部とが一体となった突起付き中空軸を成形するための金型であって、上下金型はそれぞれ少なくとも一組以上の突起部成形用金型を備えており、突起部成形用金型は、突起部の側壁を成形するための側壁成形用金型と突起部の上面を成形するための上面成形用金型とからなり、側壁成形用金型は収容された金属素管の軸方向と直交する方向に二分割されており、上面成形用金型は側壁成形用金型とで突起部の外郭形状と同じ形状の内面形状の孔型を形成することができるように側壁成形用金型内に嵌合されており、側壁成形用金型と上面成形用金型は、金属素管の軸方向に摺動可能である突起付き中空軸の成形用金型。
【００１９】
（２）上金型と下金型とで形成される孔型内に収容した金属素管に液圧バルジ加工を施して突起部と軸部とが一体となった突起付き中空軸を成形するための金型であって、上下金型はそれぞれ少なくとも一組以上の突起部成形用金型を備えており、突起部成形用金型は、突起部の側壁の一部と上面とを成形するための側壁上面成形用金型と、残部の側壁を成形するための側壁成形用金型とからなり、側壁成形用金型は側壁上面成形用金型とで突起部の外郭形状と同じ形状の内面形状の孔型を形成することができるように嵌合されており、側壁成形用金型と側壁上面成形用金型は、金属素管の軸方向に摺動可能である突起付き中空軸の成形用金型。
【００２０】
（３）上記（１）に記載の突起付き中空軸の成形用金型を用いて突起部と軸部とが一体となった突起付き中空軸を成形する方法であって、側壁成形用金型と上面成形用金型とを両金型間に所定の間隙を設けてセットし、上金型と下金型間に収容した金属素管の内部に液圧を負荷して側壁成形用金型と上面成形用金型とで形成された孔型内に金属素管の一部を膨出させる第１工程の液圧バルジ加工と、その加工後に金属素管の内部に液圧を負荷した状態で前記型間の間隙を狭めて前記孔型内の膨出部を目標の突起部形状に成形する第２工程の型寄せ液圧バルジ加工とをおこなう突起付き中空軸の成形方法。
【００２１】
（４）上記（２）に記載の突起付き中空軸の成形用金型を用いて突起部と軸部とが一体となった突起付き中空軸を成形する方法であって、側壁成形用金型と側壁上面成形用金型とを両金型間に所定の間隙を設けてセットし、上金型と下金型間に収容した金属素管の内部に液圧を負荷して側壁成形用金型と側壁上面成形用金型とで形成された孔型内に金属素管の一部を膨出させる第１工程の液圧バルジ加工と、その加工後に金属素管の内部に液圧を負荷した状態で前記型間の間隙を狭めて前記孔型内の膨出部を目標の突起部形状に成形する第２工程の型寄せ液圧バルジ加工とをおこなう突起付き中空軸の成形方法。
【００２２】
（５）第２工程の型寄せ液圧バルジ加工後における突起部先端の軸方向角部外面の目標曲率半径をＲ（ｍｍ）としたとき、下式を満たす条件で第１工程の液圧バルジ加工と第２工程の型寄せ液圧バルジ加工とをおこなう上記（３）または（４）に記載の突起付き中空軸の製造方法。
【００２３】
１．２−０．２×（Ｒ／ｔ０）≦（ｄ１／ｄ２）×（Ｌｌ／Ｌ２）≦１．４
但し、ｔ０：金属素管の肉厚（ｍｍ）
ｄ１：第１工程後の膨出部の軸方向中央位置における外周長（ｍｍ）
ｄ２：第２工程後の突起部の軸方向中央位置における外周長（ｍｍ）
Ｌ１：第１工程後の膨出部の軸方向外面線長（ｍｍ）
Ｌ２：第２工程後の突起部の軸方向外面線長（ｍｍ）
【００２４】
【発明の実施の形態】．
図１は、本発明の突起付き中空軸の成形用金型の一例を示す縦断面図であり、金属素管Ａを上下の金型で形成される孔型内に収容した成形直前の状態を示す。
【００２５】
本発明の金型は、上金型２および下金型３のそれぞれに少なくとも一組以上の突起部成形用金型を備えた金型である。図１に示す金型において、一組の突起部成形用金型とは、突起部の側壁成形用金型（上金型：２ｃ、２ｅ、下金型：３ｃ、３ｅ）と突起部の上面成形用金型（上金型：２ｄ、下金型：３ｄ）とをいい、側壁成形用金型は収容された金属素管Ａと直交する方向に二分割２ｃと２ｅ（下型の場合：３ｃと３ｅ）されており、突起部の上面成形用金型は側壁成形用金型とで製品の突起部の外郭形状と同じ内面形状の孔型を形成することができるように側壁成形用金型内に嵌合（図１Ｄ部）されている。また、突起部成形用金型２ｃ、２ｅ、２ｄおよび３ｃ、３ｅ、３ｄは、それぞれ取付け板２ａ、３ａに対して、例えば、蟻溝機構等のような適宜な手段により、金属素管Ａの軸方向に摺動可能なように装着されている。
【００２６】
なお、図１中のｂは破断線を示し、金型の長手方向の一部が省略されており、上下の金型にはそれぞれ１組の突起部成形用金型が示されているが、複数の突起部を有する中空軸を成形する場合は、当然のことながら複数組の突起部成形用金型を備えた金型となる。金型２ｂ、２ｆ、３ｂおよび３ｆは管端部分の成形用金型であり、例えば２ｂの場合２ｃのような突起部側壁成形用金型であってもよく、また通常の軸部成形用可動金型であってもよい。
【００２７】
図１に示すように、本発明の金型は突起部成形用金型が素管の周方向に二分割されている突起部の側壁成形用金型２ｃ、２ｅ、３ｃ、３ｅ内に突起部の上面成形用金型２ｄ、３ｄが嵌合（Ｄ部）されていることが大きな特徴であり、このような構成とすることにより、図８で示したような金型間に外面噛み出しは発生しない。
【００２８】
図４は、本発明の突起付き中空軸の成形用金型の他の例を示す縦断面図である。この金型は、前記図１で示した上面成形用金型２ｄ、３ｄと一方の側壁成形用金型２ｅ、３ｅとが一体になっている以外は図１に示した金型と同じである。一方の側壁成形用金型と上面成形用金型とを一体とした図４に示すような側壁上面成形用金型２ｇとしても図１で示した金型と同様の効果が得られる。
【００２９】
次に、本発明の成形方法について説明する。以下では図１に示した金型を用いた場合について説明するが、図４で示した金型も同様である。
【００３０】
液圧バルジ加工時には、金属素管内に負荷された圧力により上下金型を分割しようとする力が働くため、上下から図示を省略したプレス機構により上下金型を押圧しながら液圧バルジ加工がおこなわれる。このプレス機構の上下動によって上型１と下型２のいずれか一方または両方が上下動し、これにより、金属素管Ａの孔型内への搬入と、加工終了後の突起付き中空軸Ｃの型外への搬出とがおこなわれる。
【００３１】
液圧バルジ加工は、先ず図示しないプレス機構を作動させて上金型２と下金型３とを開き図１に示すように、各金型を配置して固定し、素材の金属素管Ａを孔型内に収容し、上金２と下金型３とを閉じる。このとき、突起部の側壁成形用金型２ｃ、２ｅおよび３ｃ、３ｅは、それぞれ突起部の上面成形用金型２ｄおよび３ｄに対して嵌合された状態で、かつ、所定の間隙を設けてセットされる。
【００３２】
管端拘束治具７ａ、７ｂにより金属素管Ａの両端を気密保持する。この管端拘束冶具は、図示しない油圧リング等の適宜な押圧機構に接続されており液圧バルジ加工時には金属素管の両端から軸方向の圧縮力を付与することができる。
【００３３】
図１に示した状態に金型をセットした後、金属素管Ａに以下に述べる第１工程の液圧バルジ加工と第２工程の型寄せ液圧バルジ加工を施す。
【００３４】
すなわち、第１工程の液圧バルジ加工では、突起部の上面成形用金型２ｄおよび３ｄと、突起部の側壁成形用金型２ｃ、２ｅおよび３ｃ、３ｅの位置を、油圧シリンダ等の適宜な押圧機構を備えた型移動用治具８ａ、８ｂによって図１に示す状態に固定保持する。なお、各金型は製品の形状に応じて所定の位置に固定される。
【００３５】
そして、金属素管Ａの内部に、管端拘束治具７ａ、７ｂの軸心に設けられた加工液導入路７ｃ、７ｄから高圧の加工用液体を注入しつつ、管端拘束治具７ａ、７ｂにより金属素管の両側より軸方向圧縮力を加えて金属素管Ａを膨出変形させる。
【００３６】
図２は、前記図１突起付き中空軸の成形用金型を用いた第１工程の液圧バルジ加工後の状態を示す金型の縦断面図である。
【００３７】
第１工程の液圧バルジ加工は、管端拘束治具７ａまたは７ｂのみにて片側からの軸方向圧縮力を加えた場合でも金属素管Ａの管膨出変形は可能である。また、使用する金属素管Ａの変形能が高い場合や拡管膨出加工量が小さな場合は、管端拘束治具７ａ、７ｂによる軸方向圧縮力を負荷しないで、内圧付与のみにて金属素管Ａを膨出加工することも可能である。
【００３８】
次いで、第２工程の型寄せ液圧バルジ加工では、型移動用治具８ａ、８ｂを作動させて突起部の側壁成形用金型２ｃ、２ｅおよび３ｃ、３ｅを、突起部の上面成形用金型２ｄおよび３ｄに向けて両側より移動させる。このとき、管端拘束治具７ａ、７ｂの軸心に設けられた加工液導入路７ｃ、７ｄからの加工液の注入および軸方向圧縮力付与を継続しておこない、膨出加工品Ｂをさらに拡管膨出変形させる。
【００３９】
図３は、前記図１に示した突起付き中空軸成形用金型を用いた第２工程の型寄せ液圧バルジ加工後の状態を示す金型の縦断面図である。図３に示す状態になった時点で型寄せ液圧バルジ加工が終了する。
【００４０】
具体的には、突起部の側壁成形用金型２ｃ、２ｅおよび３ｃ、３ｅが嵌合した状態で当接し、かつ、この突起部の上面成形用金型２ｄおよび３ｄに対して突起部の側壁成形用金型２ｃ、２ｅおよび３ｃ、３ｅが当接して一体となった孔型内面に、突起付き中空軸の突起部が充満した時点で液圧バルジ加工を終了する。
第２工程の型寄せ液圧バルジ加工は、管端拘束治具７ａ、７ｂによる軸方向圧縮力の付与は、第１工程の液圧バルジ加工の場合と同様にいずれか一方のみにて付与するようにしてもよく、使用する金属素管Ａの変形能が高い場合や拡管膨出加工量が小さな場合には省略し、単に金型の移動に追従移動させてもよい。
【００４１】
また、型寄せ液圧バルジ加工を施す場合に金型の寄せ移動は、一方の型移動用治具のみを作動させて、他方の型移動用治具を固定して行ってもよい。
【００４２】
なお、成形前にセットする側壁成型用金型と上面成型用金型（または、側壁上面成型用金型）との間の間隙は、型寄せして間隙を０としたときに第１工程で加工した膨出部を孔型内に充満させることができるような間隙とするのがよい。
【００４３】
上記のように、金属素管Ａに対する液圧バルジ加工を２工程に分けておこなうので、第１工程の液圧バルジ加工において成形される金属素管軸方向の拡管膨出領域が、上下にのみ分割された従来の液圧バルジ加工金型を用いる場合に比べて長くなる。また、金属素管Ａに付与する内圧が同じ場合、その膨出量と材料体積も大きくなる。この管軸方向に長く、かつ膨出量と材料体積が大きくなった膨出加工品Ｂの拡管膨出領域を、第２工程の型寄せ液圧バルジ加工の型寄せにより膨出領域が圧縮加工を受けて膨出部の肉厚の減少が防止される。また、型寄せにより管軸方向への曲げ加工が付与されるため、管軸方向の角部外面半径を小さな内圧にて成形できる。
【００４４】
第２工程の型寄せ液圧バルジ加工時、膨出加工品Ｂの内部に付与する内圧は、突起部の外形形状や第２工程の液圧バルジ加工後の膨出加工品Ｂの拡管膨出部の張出し形状等により決定されるが、第２工程の型寄せ液圧バルジ加工においては付与する内圧が高ければ高いほど成形後の形状は良好になる。このため、第２工程の型寄せ液圧バルジ加工おいて膨出加工品Ｂの内部に付与する内圧はできるだけ高くするのがよい。
【００４５】
第２工程の型寄せ液圧バルジ加工終了後、プレスを作動させて上金型２と下金型３を開き、液圧バルジ加工された突付き中空軸Ｃを金型１外に搬出する。
【００４６】
上記のように、第１工程の液圧バルジ加工と第２工程の型寄せ液圧バルジ加工は、側壁成形用金型と上面成形用金型とが嵌合された状態、すなわち両金型間に隙間がない状態でおこなわれるので、第１工程の液圧バルジ加工と第２工程の液圧バルジ加工の際の噛み出しを防止することができる。なお、本発明の方法は、基本的に膨出加工であるので、縮径加工の場合に発生する内面疵の発生はない。
【００４７】
本発明の方法により、上記のようにして突起付き中空軸を成形することができるが、特に、下式を満たす条件で第１工程の液圧バルジ加工と第２工程の型寄せ液圧バルジ加工をおこなうことにより、噛み出しを防止しながら、突起付き中空軸の突起部先端の軸方向角部外面の目標曲率半径Ｒ［図７（ｃ）参照］が金属管Ａの肉厚ｔ０［　図７（ａ）参照］以下の突起付き中空軸を製造することが可能となる。
１．２−０．２×（Ｒ／ｔ。）≦（ｄ１／ｄ２）×（Ｌ１／Ｌ２）≦１．４
但し、ｔ０：金属素管の肉圧（ｍｍ）
ｄ１：第１工程後の膨出部の軸方向中央位置における外周長（ｍｍ）
ｄ２：第２工程後の突起部の軸方向中央位置における外周長（ｍｍ）
Ｌ１：第１工程後の膨出部の軸方向外面線長（ｍｍ）
Ｌ１：第２工程後の突起部の軸方向外面線長（ｍｍ）
このことは、以下に示す実験結果から究明したものである。
【００４８】
図７は、金属素管、膨出加工品および突起付き中空軸の縦断面とそれらの断面図を示し、同図（ａ）は金属素管Ａの断面図、同図（ｂ）は膨出加工品Ｂの断面図、同（ｃ）は突起付き中空軸Ｃの断面図である。
【００４９】
図７に示すように、金属素管Ａの肉厚をｔｏ、外周長をｄｏ、膨出加工品Ｂの膨出部の軸方中央位置における外周長をｄｌ、軸方向外面線長をＬｌ、および突起付き中空軸Ｃの突起部の軸方向中央位置における外周長をｄ２、軸方向外面線長をＬ２とする。
【００５０】
図５は、突起部の拡管率が３０％、換言すれば、比（ｄｏ／ｄ２）が０．７７で、かつ、比（Ｒ／ｔｏ）が０．６の突起付き中空軸Ｃを成形する際に、ｄｌ、Ｌｌ、ｄ２、およびＬ２がＲにおよぼす影響を整理して示した図で、目標通りのＲを有する突起部が成形できた場合を○印、成形できなかった場合を△印、第２工程の型寄せ液圧バルジ加工時に膨出部先端の幅が先端部分の幅よりも小さくなったり、先端面が凹んだりする坐屈が発生した場合を×印で示した図である。
【００５１】
図６は、突起部の拡管率が１０％、換言すれば、比（ｄｏ／ｄ２）が０．９１で、かつ比（Ｒ／ｔ。）が０．６の突起付き中空軸Ｃを成形する際におけるｄｌ、Ｌｌ、ｄ２、およびＬ２がＲにおよぼす影響を整理て示した上記図５と同様の図である。
【００５２】
なお、比（ｄｌ／ｄ２）は、ｄｌ＝ｄｏのときに下限値（ｄｏ／ｄ２）、ｄｌ＝ｄ２のときに最大値１となり、（ｄ０／ｄ２）≦（ｄ１、／ｄ２）≦１となる。
【００５３】
図５および図６に示す結果からわかるように、１．２−０．２×（Ｒ／ｔ。）＞（ｄ１／ｄ２）×（Ｌ１／Ｌ２）の条件では、△印であり、目標とする曲率半径Ｒを有する突起部は成形できない。また、（ｄ１／ｄ２）×（Ｌｌ／Ｌ２）＞１．４の条件では×印であり、第２工程の型寄せ液圧バルジ加工時、膨出部に坐屈が発生する。
【００５４】
これに対し、１．２−０．２×（Ｒ／ｔｏ）≦（ｄｌ／ｄ２）×（Ｌｌ／Ｌ２）≦１．４の範囲の条件では○印であり、目標とする曲半径Ｒを有する突起部が得られている。
【００５５】
なお、成形できる金属素管Ａとしては、ＪＩＳ　Ｇ４０５１、同Ｇ４０５２および同Ｇ４８０５に規定される機構造用炭素鋼とその相当鋼、焼入れ性を保証した構造用鋼とその相当鋼、および高炭素クロム軸受鋼とそ相当鋼などからなる鋼管に限らず、前記以外のＦｅ基合金管やＮｉ基合金管、さらにはアルミニウムとそ合金に代表される非鉄管や非鉄合金管などを挙げることができる。
【００５６】
【実施例】
図９は、実施例で成形した突起付き中空軸の縦断面図で、同図（ａ）は、第２液圧バルジ加工後の膨出加工品の断面図、同図（ｂ）は最終成形品の突起付き中空軸の断面図である。
【００５７】
外径３０ｍｍ、肉厚３ｍｍの機械構造用炭素鋼の金属管を素管として用い、図１〜図２に示す第１工程の液圧バルジ加工を施して図９（ａ）に示す形状の膨出加工品に成形し、次いで、図２の状態から図３に示す状態にする第２工程の液圧バルジ加工にて図９（ｂ）に示す４個の突起部を有する突起付き中空軸を成形した。また、比較例として図８で示した金型を用いた他は、本発明例と同じ条件で第１液圧バルジ加工と第２液圧バルジ加工とをおこなった。
【００５８】
【表１】
2004017107.tif 000003
【００５９】
成形後、突起部を目視にて観察して噛み出しの発生の有無を調べると共に、突起部先端の曲率半径Ｒを測定した。その結果を、成形条件と共に表１に示す。
【００６０】
なお、金属管内に負荷した圧力は、第１加工では最高３００ＭＰａ、第２加工も最高３００ＭＰａであった。
表１に示す結果から明らかなように、第１工程の液圧バルジ加工と第２の型寄せ液圧バルジ加工とを本発明で規定する金型を用いておこなった試番１〜４では、低い内圧付与で外面に噛み出しを発生することなく目標通の曲率半径Ｒを有する突起部を備えた突起付き中空軸が得られた。
【００６１】
これに対し、図８に示すような突起部の側壁成形用金型と突起部の上面成形用金型とが嵌合していない金型を用いて加工をおこなった試番５と６では、外面に図８のＥ部に示すような噛み出しが発生した。なお、試番１〜６のいずれにも、しわや割れなどの内面疵の発生は認められなかった。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の成形金型および方法によれば、低い内圧負荷で突起部先端の軸方向角部外面の曲率半径が金属素管の肉厚以下と小さい突起部を有する突起付き中空軸を噛み出しの発生をさせることなく成形ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の突起付き中空軸の成形用金型の一例を示す縦断面図である。
【図２】図１に示した成型用金型を用いた第１工程の液圧バルジ加工後の状態を示す金型の縦断面図である。
【図３】′図１に示した成型用金型を用いた第２工程の型寄せ加工後の状態を示す金型の縦断面図である。
【図４】本発明の突起付き中空軸の成形用金型の他の例を示す縦断面図である。
【図５】実験結果の一例を整理して示す図で、突起部の拡管率が３０％のときにおける寸法ｄｌ、Ｌｌ、ｄ２おびＬ２が突起部の軸方向角部外面の曲率半径Ｒに及ぼす影響を示す図である。
【図６】図５と同様の図で、突起部の拡管率が１０％の時における図である。
【図７】金属素管、膨出加工品、突起付き中空軸品の模式的縦断面および横断面図である。
【図８】嵌合部を備えない分割型での噛み出し状況を示す図である
【図９】実施例で成形した膨出加工品、突起付き中空軸品の模式的縦断面および横断面図である。
【符号の説明】
Ａ　金属素管
Ｂ　膨出加工品
Ｃ　突起付き中空軸
Ｄ　分割型験合部
Ｅ　噛み出し部
１　金型
２　上金型
３　下金型、
２ａ、３ａ　取付け板、
２ｄ、３ｄ　突起部の上面成形用金型
２ｃ、２ｅ　３ｃ、３ｅ　突起部側壁成形用金型
７ａ、７ｂ　管端拘束治具
７ｃ、７ｄ　加工液導入路
８ａ、８ｂ　型移動用治具、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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