(57)【要約】【課題】  中間焼鈍潤滑工程が省略できる生産性に優れた傘歯車の冷間鍛造成形方法及び傘歯車の冷間鍛造成形装置を提供する。【解決手段】  素材５０を後方押出鍛造して大径側端面６１に第１穴部６４が凹設された一次中間成形品６０を成形し（後方押出工程Ｓ１）、一次中間成形品６０を前方押出鍛造して第１穴部７４と対向する第２穴部７５を凹設すると共にテーパ部７７が成形された二次中間成形品７０を成形し（前方押出工程Ｓ２）、第１穴部７４と第２穴部７５と間の隔壁部７８を打ち抜き貫通孔８８が形成された三次中間成形品８０を成形し（穴抜き工程Ｓ３）、三次中間成形品８０にショットブラスト処理、焼鈍処理、潤滑処理を施し（焼鈍潤滑処理工程Ｓ４）、三次中間成形品８０に歯形９７を成形して四次中間成形品９０を得る（据込み工程Ｓ５）。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に沿って貫通孔が穿孔され、大径側端面側から小径側端面側に移行するに従って小径となる外周に複数の歯形が形成された傘歯車を鍛造成形する傘歯車の冷間鍛造成形方法において、
後方押出工程ステージで円柱状の素材を、ダイ及びカウンターポンチによって外周面及び小径側端面を規制し、下降する後方押出ポンチによって大径側端部に第１穴部が凹設された一次中間成形品を後方押出鍛造する後方押出工程と、
前方押出工程ステージで上記一次中間成形品を、第１穴部に嵌合して下降する前方押出ポンチとダイのテーパ面による前方押出鍛造によって大径側端面側から小径端面側に移行するに従って外周が縮径するテーパ部が成形された二次中間成形品を得る前方押出工程と、
穴抜き工程ステージで上記二次中間成形品の第１穴部に嵌合して下降する穴抜きポンチによって穴抜きして貫通孔を成形して、大径側端面側から小径側端面側に移行するに従って外周が小径となるテーパ部及び大径側端面から小径側端面に貫通する貫通孔を有する三次中間成形品を成形する穴抜き工程と、
三次中間成形品のテーパ部外周に複数の歯形を鍛造成形する据込み工程とを有することを特徴とする傘歯車の冷間鍛造成形方法。
【請求項２】
中心軸に沿って貫通孔が穿孔され、大径側端面側から小径側端面側に移行するに従って小径となる外周に複数の歯形が形成された傘歯車を鍛造成形する傘歯車の冷間鍛造成形方法において、
円筒状の内周面を有する孔が形成されたダイ及び略平坦な頂端が形成されたカウンターポンチを有する下型と、後方押出ポンチを有する上型とを備えた後方押出工程ステージと、
円筒状の内周面に連続して次第に縮径するテーパ面を有する孔が穿孔されたダイ及びカウンターポンチを有する下型と、前方押出マンドレル及び前方押出ポンチを有する上型とを備えた前方押出工程ステージと、
孔を有するダイ及びカウンターポンチを有する下型と、穴抜きポンチを有する上型を備えた穴抜き工程ステージとを備え、
上記後方押出工程ステージにおけるダイの孔に投入された円柱状の素材を、ダイの内周面及びカウンターポンチの頂端によって外周面及び小径側端面を規制して下降する後方押出ポンチによって大径側端部に第１穴部が凹設された一次中間成形品を後方押出鍛造する後方押出工程と、
上記前方押出工程ステージにおけるダイの孔に投入された一次中間成形品を、頂端を一次中間成形品の大径側端面に当接して下降する前方押出ポンチ及び第１穴部に嵌合して下降する前方押出マンドレルと上記ダイのテーパ面による前方押出鍛造によって、大径側端面側から小径端面側に移行するに従って外周が縮径するテーパ部が成形されかつカウンターポンチによって小径側端面に第１穴部と対向する第２穴部が凹設された二次中間成形品を得る前方押出工程と、
上記穴抜き工程ステージにおけるダイの孔に投入された二次中間成形品の第１穴部に嵌合して下降する穴抜きポンチによって第１穴部と第２穴部との間の隔壁部を穴抜きして貫通孔を成形し、大径側端面側から小径側端面側に移行するに従って外周が小径となるテーパ部及び大径側端面から小径側端面に貫通孔が貫通する三次中間成形品を成形する穴抜き工程と、
三次中間成形品のテーパ部外周に複数の歯形を鍛造成形する据込み工程とを有することを特徴とする傘歯車の冷間鍛造成形方法。
【請求項３】
上記前方押出マンドレルの逃げ角が上記後方押出ポンチの逃げ角より大で、かつ、上記穴抜きポンチの逃げ角が上記前方押出マンドレルの逃げ角より大であることを特徴とする請求項１または２に記載の傘歯車の冷間鍛造成形方法。
【請求項４】
中心軸に沿って貫通孔が穿孔され、大径側端面側から小径側端面側に移行するに従って小径となる外周に複数の歯形が形成された傘歯車を鍛造成形する傘歯車の冷間鍛造成形装置において、
円筒状の内周面を有する孔が形成されたダイ及び略平坦な頂端が形成されたカウンターポンチを有する下型と、後方押出ポンチを有する上型とを備え、上記ダイの孔に投入された円柱状の素材を、上記ダイの内周面及びカウンターポンチの頂端によって外周面及び小径側端面を規制して下降する後方押出ポンチによる後方押出鍛造によって、大径側端部に第１穴部が凹設された一次中間成形品を得る後方押出工程ステージと、
円筒状の内周面に連続して次第に縮径するテーパ面を有する孔が穿孔されたダイ及びカウンターポンチを有する下型と、前方押出マンドレル及び前方押出ポンチを有する上型とを備え、ダイの孔に投入された一次中間成形品を、頂端を一次中間成形品の大径側端面に当接して下降する上記前方押出ポンチ及び第１穴部に嵌合して下降する前方押出マンドレルと上記ダイのテーパ面による前方押出鍛造によって大径側端面側から小径端面側に移行するに従って外周が縮径するテーパ部が成形されかつカウンターポンチによって小径側端面に第１穴部と対向する第２穴部が凹設された二次中間成形品を得る前方押出工程ステージと、
孔を有するダイ及びカウンターポンチを有する下型と、穴抜きポンチを有する上型を備え、ダイの孔に投入された二次中間成形品の第１穴部に嵌合して下降する穴抜きポンチによって第１穴部と第２穴部との間の隔壁部を穴抜きして貫通孔を成形して、歯形を成形するための大径側端面側から小径側端面側に移行するに従って外周が小径となるテーパ部が連続されると共に大径側端面から小径側端面に貫通孔が貫通する三次中間成形品を成形する穴抜き工程ステージとを備えたことを特徴とする傘歯車の冷間鍛造成形装置。
【請求項５】
上記前方押出マンドレルの逃げ角が上記後方押出ポンチの逃げ角より大で、かつ、上記穴抜きポンチの逃げ角が上記前方押出マンドレルの逃げ角より大であることを特徴とする請求項４に記載の傘歯車の冷間鍛造成形装置。
【請求項６】
上記素材を上記後方押出工程ステージへ搬入すると共に、上記一次中間成形品を上記後方押出工程ステージから前方押出工程ステージへ搬送し、上記二次中間成形品を前方押出工程ステージから穴抜き工程ステージへ搬送し、かつ穴抜き工程ステージから三次中間成形品を搬出するトランスファ送り装置を備えたことを特徴とする請求項４または５に記載の傘歯車の冷間鍛造成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間鍛造成形方法及び冷間鍛造成形装置に関し、特に、中心軸に沿って貫通孔が穿孔され、大径側端面側から小径側端面側に移行するに従って小径となる外周に複数の歯形が形成された傘歯車を鍛造成形する傘歯車の冷間鍛造成形方法及び冷間鍛造成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば自動車のデファレンシャル装置に使用されるベベルギヤ等のように、中心軸に沿って貫通孔が穿孔されて大径側端面側から小径側端面側に移行するに従って小径となる外周に複数の歯形が形成された傘歯車は、寸法精度及び表面形状が良好な冷間鍛造成形方法によって製造されている。
【０００３】
この種の傘歯車の冷間鍛造成形方法の一例を図７の工程図を参照して説明する。まず、図７（ａ）に示すように円柱形の鍛造用素材を切断した円柱状の素材１０１に予備鍛造成形を施して図７（ｂ）に示すように傘歯車の歯形が形成される小径側端面１０２ｂの外周部分に大径側端面１０２ａ側から小径側端面１０２ｂ側に移行するに従って小径となるテーパ部１０２ｃが形成された一次中間成形品１０２を成形する（予備成形工程Ｓ１１１）。この鍛造成形された一次中間成形品１０２は加工硬化している場合があるため、図７（ｃ）に示すように例えば約７２０℃で低温焼鈍を行い、更に、後工程における焼付けを防止するために、一次中間成形品１０２の表面にリン酸塩被膜等の潤滑用化成被膜を形成する潤滑処理を施す（中間焼鈍潤滑処理工程Ｓ１１２）。
【０００４】
このようにして得られた一次中間成形品１０２をダイと後方押出マンドレル及び後方押出ポンチによる後方押出鍛造により図７（ｄ）に示すように、傘歯車の貫通孔が形成される部分に対応して大径側端面１０３ａに穴部１０３ｄが凹設された二次中間成形品１０３を成形する（後方押出工程Ｓ１１３）。次に、ダイ及び穴抜きポンチにより二次成形品１０３の穴部１０３ｄの底部１０３ｅを打ち抜いて、図７（ｅ）に示すように外周面１０４ｆやテーパ部１０４ｃを成形すると共に貫通孔１０４ｇが貫通する三次中間成形品１０４を得る（穴抜き工程Ｓ１１４）。
【０００５】
このように鍛造成形された三次中間成形品１０４に、図７（ｆ）に示すようにショットブラスト処理を施して表面を清浄すると共に、焼鈍処理及び潤滑処理を施し（焼鈍潤滑処理工程Ｓ１１５）、傘歯車の歯形が形成されたダイ及び押出ポンチにより、図７（ｇ）に示すように三次中間成形品１０４のテーパ部１０４ｃに歯形１０５ｃを鍛造成形し、かつ外観形状が成形された四次中間成形品１０５を得る（据込み工程Ｓ１１６）。このように鍛造成形された四次中間成形品１０５の歯形１０５ｃや貫通孔１０５ｇに機械加工による仕上げ加工を施して歯形及び貫通孔を有する傘歯車を製造する。
【０００６】
また、素材の表面に潤滑用化成被膜処理を施した後に、この化成被膜上に更に二硫化モリブデン等による固体潤滑被膜処理を施して潤滑被膜の耐久性を向上させ、これらの化成被膜及び固体潤滑被膜が形成された素材を据込み成形することで中間成形品を形成し、中間成形品を据込み成形に伴う温度で時効硬化する前に、焼鈍及び新たな潤滑被膜処理を施すことなく傘歯車を鍛造成形する冷間鍛造成形方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２２０６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記図７に示す傘歯車の冷間鍛造成形方法によると、予備成形工程Ｓ１１１によってテーパ部１０２ｃが形成された一次中間成形品１０２を後方押出工程Ｓ１１３において後方押出鍛造により穴部１０３ｄを成形する過程で、例えば図８に要部断面を示すように、後方押出ポンチ１０８によって押し出された材料が、ダイ１０６に穿孔された孔１０７の内周面１０７aに連続形成されたテーパ面１０７ｂに沿って矢印ｆで示すように後方に誘導されてテーパ部１０２ｃの先端付近ａの材料の流れが、その曲がりが緩やかになるように表面から引き込まれ、テーパ部１０２ｃの先端付近ａに引張応力が集中して発生する。応力集中発生によって該部に内部欠陥が発生し、この内部欠陥が割れ等の発生原因となることが懸念される。また、同様に後方押出ポンチ１０８の頂端１０８ａの外周部分によって成形される穴部１０３ｄの底部外周付近ｂにおいても材料の引き込みによる引張応力が集中して発生し、該部に内部欠陥が発生して割れ等の発生原因となることが懸念される。
【０００９】
この内部欠陥の発生を回避するために予備成形工程Ｓ１１１において鍛造成形されて加工硬化した一次中間成形品１０２に焼鈍処理及び潤滑処理を施す中間焼鈍潤滑処理工程Ｓ１１２が不可欠であると共に、鍛造性に優れた材料を使用する必要があり、使用する素材の材質が制限される。また、予備成形工程Ｓ１１１と後方押出工程Ｓ１１３との間に、中間焼鈍潤滑処理工程Ｓ１１２を要することから、トランスファプレス等による予備成形工程Ｓ１１１と、後方押出工程Ｓ１１３と、穴抜き工程Ｓ１１４とを同時かつ連続的に行う、いわゆるトランスファ加工ができず、生産性が良好でなく製造コストの増大が懸念される。
【００１０】
一方、特許文献１に開示の傘歯車の冷間鍛造成形方法によると、予め素材の表面に潤滑用化成被膜処理を施した後に、この化成被膜上に固体潤滑被膜処理を施して潤滑被膜の耐久性を向上させ、この被膜が形成された素材を据込み成形により中間成形品を形成し、中間成形品をその据込み成形に伴う温度で時効硬化する前に傘歯車を鍛造成形することによって中間焼鈍潤滑工程を省略することができる。
【００１１】
しかし、素材の表面に潤滑用化成被膜処理を施し、更に二硫化モリブデン等による固体潤滑被膜処理を施すことから潤滑処理工程が複雑になると共に作業環境への影響が懸念される。更に、据込み成形に伴う温度において時効硬化する前に傘歯車を鍛造成形することから、その鍛造成形作業が制限される。また、潤滑用化成被膜処理及び固体潤滑被膜処理に使用された潤滑被膜の処理に多くのコストを要することが懸念される。
【００１２】
そこで、本発明者は、鋭意検討したところ、鍛造成形による中間成形品の形状により鍛造性が向上することに着目し、これら中間成形品の形状及び鍛造成形工程を変更することで鍛造成形に伴う内部欠陥の発生を抑制することができて中間焼鈍潤滑工程の省略が可能であることを見出した。
【００１３】
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、素材の焼鈍潤滑処理の省略或いは複雑な素材の焼鈍潤滑処理を要することなく、中間焼鈍潤滑工程が省略できる生産性に優れた傘歯車の冷間鍛造成形方法及び傘歯車の冷間鍛造成形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成する請求項１に記載の傘歯車の冷間鍛造成形方法の発明は、中心軸に沿って貫通孔が穿孔され、大径側端面側から小径側端面側に移行するに従って小径となる外周に複数の歯形が形成された傘歯車を鍛造成形する傘歯車の冷間鍛造成形方法において、後方押出工程ステージで円柱状の素材を、ダイ及びカウンターポンチによって外周面及び小径側端面を規制し、下降する後方押出ポンチによって大径側端部に第１穴部が凹設された一次中間成形品を後方押出鍛造する後方押出工程と、前方押出工程ステージで上記一次中間成形品を、第１穴部に嵌合して下降する前方押出ポンチとダイのテーパ面による前方押出鍛造によって大径側端面側から小径端面側に移行するに従って外周が縮径するテーパ部が成形された二次中間成形品を得る前方押出工程と、穴抜き工程ステージで上記二次中間成形品の第１穴部に嵌合して下降する穴抜きポンチによって穴抜きして貫通孔を成形して、大径側端面側から小径側端面側に移行するに従って外周が小径となるテーパ部及び大径側端面から小径側端面に貫通する貫通孔を有する三次中間成形品を成形する穴抜き工程と、三次中間成形品のテーパ部外周に複数の歯形を鍛造成形する据込み工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成する請求項２に記載の傘歯車の冷間鍛造成形方法の発明は、中心軸に沿って貫通孔が穿孔され、大径側端面側から小径側端面側に移行するに従って小径となる外周に複数の歯形が形成された傘歯車を鍛造成形する傘歯車の冷間鍛造成形方法において、円筒状の内周面を有する孔が形成されたダイ及び略平坦な頂端が形成されたカウンターポンチを有する下型と、後方押出ポンチを有する上型とを備えた後方押出工程ステージと、円筒状の内周面に連続して次第に縮径するテーパ面を有する孔が穿孔されたダイ及びカウンターポンチを有する下型と、前方押出マンドレル及び前方押出ポンチを有する上型とを備えた前方押出工程ステージと、孔を有するダイ及びカウンターポンチを有する下型と、穴抜きポンチを有する上型を備えた穴抜き工程ステージとを備え、上記後方押出工程ステージにおけるダイの孔に投入された円柱状の素材を、ダイの内周面及びカウンターポンチの頂端によって外周面及び小径側端面を規制して下降する後方押出ポンチによって大径側端部に第１穴部が凹設された一次中間成形品を後方押出鍛造する後方押出工程と、上記前方押出工程ステージにおけるダイの孔に投入された一次中間成形品を、頂端を一次中間成形品の大径側端面に当接して下降する前方押出ポンチ及び第１穴部に嵌合して下降する前方押出マンドレルと上記ダイのテーパ面による前方押出鍛造によって、大径側端面側から小径端面側に移行するに従って外周が縮径するテーパ部が成形されかつカウンターポンチによって小径側端面に第１穴部と対向する第２穴部が凹設された二次中間成形品を得る前方押出工程と、上記穴抜き工程ステージにおけるダイの孔に投入された二次中間成形品の第１穴部に嵌合して下降する穴抜きポンチによって第１穴部と第２穴部との間の隔壁部を穴抜きして貫通孔を成形し、大径側端面側から小径側端面側に移行するに従って外周が小径となるテーパ部及び大径側端面から小径側端面に貫通孔が貫通する三次中間成形品を成形する穴抜き工程と、三次中間成形品のテーパ部外周に複数の歯形を鍛造成形する据込み工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２の傘歯車の冷間鍛造成形方法において、上記前方押出マンドレルの逃げ角が上記後方押出ポンチの逃げ角より大で、かつ、上記穴抜きポンチの逃げ角が上記前方押出マンドレルの逃げ角より大であることを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成する請求項４に記載の傘歯車の冷間鍛造成形装置の発明は、中心軸に沿って貫通孔が穿孔され、大径側端面側から小径側端面側に移行するに従って小径となる外周に複数の歯形が形成された傘歯車を鍛造成形する傘歯車の冷間鍛造成形装置において、円筒状の内周面を有する孔が形成されたダイ及び略平坦な頂端が形成されたカウンターポンチを有する下型と、後方押出ポンチを有する上型とを備え、上記ダイの孔に投入された円柱状の素材を、上記ダイの内周面及びカウンターポンチの頂端によって外周面及び小径側端面を規制して下降する後方押出ポンチによる後方押出鍛造によって、大径側端部に第１穴部が凹設された一次中間成形品を得る後方押出工程ステージと、円筒状の内周面に連続して次第に縮径するテーパ面を有する孔が穿孔されたダイ及びカウンターポンチを有する下型と、前方押出マンドレル及び前方押出ポンチを有する上型とを備え、ダイの孔に投入された一次中間成形品を、頂端を一次中間成形品の大径側端面に当接して下降する上記前方押出ポンチ及び第１穴部に嵌合して下降する前方押出マンドレルと上記ダイのテーパ面による前方押出鍛造によって大径側端面側から小径端面側に移行するに従って外周が縮径するテーパ部が成形されかつカウンターポンチによって小径側端面に第１穴部と対向する第２穴部が凹設された二次中間成形品を得る前方押出工程ステージと、孔を有するダイ及びカウンターポンチを有する下型と、穴抜きポンチを有する上型を備え、ダイの孔に投入された二次中間成形品の第１穴部に嵌合して下降する穴抜きポンチによって第１穴部と第２穴部との間の隔壁部を穴抜きして貫通孔を成形して、歯形を成形するための大径側端面側から小径側端面側に移行するに従って外周が小径となるテーパ部が連続されると共に大径側端面から小径側端面に貫通孔が貫通する三次中間成形品を成形する穴抜き工程ステージとを備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項４の傘歯車の冷間鍛造成形装置において、上記前方押出マンドレルの逃げ角が上記後方押出ポンチの逃げ角より大で、かつ、上記穴抜きポンチの逃げ角が上記前方押出マンドレルの逃げ角より大であることを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５の傘歯車の冷間鍛造成形装置において、上記素材を上記後方押出工程ステージへ搬入すると共に、上記一次中間成形品を上記後方押出工程ステージから前方押出工程ステージへ搬送し、上記二次中間成形品を前方押出工程ステージから穴抜き工程ステージへ搬送し、かつ穴抜き工程ステージから三次中間成形品を搬出するトランスファ送り装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によると、後方押出工程において円柱状の素材から第１穴部を成形する過程における一次中間成形品の小径側端面及び外周面となる部分が、カウンターポンチ及びダイによって規制されて、後方押出ポンチによって押し出された材料の引き込みの発生が抑制されて引張応力の発生が極めて少なくなり内部欠陥の発生が回避できる。また、前方押出工程において一次中間成形品から二次中間成形品を鍛造成形する際にも、二次中間成形品のテーパ部となる部分が、小径側端面側に移行するに従って縮径するテーパ面に沿って誘導される前方押出鍛造であって内部欠陥の発生が阻止される。
【００２１】
これら、一次中間成形品を鍛造成形する後方押出工程及び二次中間成形品を鍛造成形する前方押出工程において内部欠陥の発生が抑制されて優れた鍛造性が確保できることから、素材に予め施す焼鈍潤滑処理の省略或いは複雑な潤滑処理を要することなく、かつ後方押出工程で鍛造成形された一次中間成形品に焼鈍処理及び潤滑処理を施すことなく前方押出工程によって鍛造成形して二次中間成形品を得ることができる。
【００２２】
請求項２の発明によると、後方押出工程において円柱状の素材から第１穴部を成形する過程における一次中間成形品の小径側端面となる部分が、略平坦なカウンターポンチの頂端によって規制され、かつ外周面となる部分が円筒状のダイの内周面によって規制されて、後方押出ポンチによって押し出された材料の引き込みの発生が抑制されて引張応力の集中発生が極めて少なくなり内部欠陥の発生が回避できる。また、前方押出工程において一次中間成形品から二次中間成形品を鍛造成形する際にも、前方押出ポンチ及び前方押出マンドレルとダイのテーパ面によりテーパ部を成形する過程で、二次中間成形品のテーパ部となる部分が、小径側端面側に移行するに従って縮径するテーパ面に沿って誘導される前方押出鍛造であって内部欠陥の発生が阻止される。
【００２３】
これら、後方押出工程及び前方押出工程において内部欠陥の発生が抑制されて優れた鍛造性が確保できることから、素材に予め施す焼鈍潤滑処理の省略或いは複雑な潤滑処理を要することなく、かつ後方押出工程で鍛造成形された一次中間成形品に焼鈍処理及び潤滑処理を施すことなく前方押出工程によって鍛造成形して二次中間成形品を得ることができる。これにより前方押出工程に先だって一次中間成形品を焼鈍処理及び潤滑処理を施す中間焼鈍潤滑工程が省略できる。この中間焼鈍潤滑工程の省略によって、後方押出工程、前方押出工程及び穴抜き工程を同時にかつ連続的に実行するトランスファ加工が可能になり、傘歯車の生産性が大幅に向上し、傘歯車の製造コストの低減を図ることができる。
【００２４】
請求項３の発明によると、素材から一次中間成形品を後方押出鍛造する後方押出ポンチの逃げ角に対し、一次中間成形品から二次中間成形品を前方押出鍛造する前方押出マンドレルの頂端の逃げ角を大きくし、更に、前方押出マンドレルの逃げ角に対し二次中間成形品を穴抜きして三次中間成形品を得る穴抜きポンチの逃げ角を大きくすることによって、各工程における内部欠陥の発生が更に抑制できる。
【００２５】
請求項４の発明によると、後方押出工程ステージにおいて円柱状の素材から第１穴部を成形する過程において一次中間成形品の小径側端面となる部分が、略平坦なカウンターポンチの頂端によって規制され、かつ外周面となる部分が円筒状のダイの内周面によって規制されて後方押出ポンチによって押し出された材料の引き込みの発生が抑制され、引張応力の集中発生が極めて少なくなり内部欠陥の発生が回避できる。また、前方押出工程ステージにおいて一次中間成形品から二次中間成形品を鍛造成形する際にも、前方押出ポンチ及び前方押出マンドレルとダイのテーパ面によりテーパ部を成形する過程で、二次中間成形品のテーパ部となる部分が、小径側端面側に移行するに従って縮径するテーパ面に沿って誘導される前方押出鍛造であって内部欠陥の発生が阻止される。
【００２６】
これら、素材から一次中間成形品を鍛造成形する後方押出工程ステージ、及び、一次中間成形品から二次中間成形品を鍛造成形する前方押出工程ステージにおいて内部欠陥の発生が抑制された優れた鍛造性が確保できることから、素材に予め施す焼鈍潤滑処理の省略或いは複雑な潤滑処理を要することがなくなり、かつ後方押出工程ステージで鍛造成形された一次中間成形品に焼鈍処理及び潤滑処理を施すことなく前方押出工程ステージによって鍛造成形して二次中間成形品を得ることができる。これにより前方押出工程ステージに投入される一次中間成形品に焼鈍処理及び潤滑処理を施す中間焼鈍潤滑工程の省略が可能になる。この中間焼鈍潤滑処理の省略により、後方押出工程ステージ、前方押出工程ステージ及び穴抜き工程ステージによるトランスファ加工が可能になり、傘歯車の生産性が大幅に向上して傘歯車の製造コストの低減を図ることができる。
【００２７】
請求項５の発明によると、素材から一次中間成形品を後方押出鍛造する後方押出ステージの後方押出ポンチの逃げ角に対し、一次中間成形品から二次中間成形品を前方押出鍛造する前方押出ステージの前方押出マンドレルの頂端の逃げ角を大きくし、更に、前方押出マンドレルの逃げ角に対し二次中間成形品を穴抜きして三次中間成形品を得る穴抜き工程ステージの穴抜きポンチの逃げ角を大きくすることによって、各工程ステージにおける鍛造成形の際の内部欠陥の発生が更に抑制できる。
【００２８】
請求項６の発明によると、素材を上記後方押出工程ステージへ搬入すると共に、一次中間成形品を後方押出工程ステージから前方押出工程ステージへ搬送し、二次中間成形品を前方押出工程ステージから穴抜き工程ステージへ搬送し、かつ穴抜き工程ステージから三次中間成形品を搬出するトランスファ送り装置を備えることによって、後方押出工程ステージ、前方押出工程ステージ及び穴抜き工程ステージによるトランスファ加工が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明による傘歯車の冷間鍛造成形方法及び傘歯車の冷間鍛造成形装置の実施の形態を図１乃至図６を参照して説明する。
【００３０】
図１は、中心軸に沿って貫通孔が穿孔され、かつ大径側端面側から小径側端面側に移行するに従って小径となる外周に複数の歯形が形成された傘歯車を鍛造成形する冷間鍛造成形方法の概要を示す工程説明図であり、詳細な説明に先立ってこの工程説明図を参照して各工程の概要を説明する。
【００３１】
図１（ａ）に示すように予め円柱状の鍛造用素材を切断して得られた円柱状の素材５０を、後方押出鍛造して図１（ｂ）に示すように、その大径側端面６１の傘歯車の中心軸に沿って形成される貫通孔の部分に対応して第１穴部６４が凹設された一次中間成形品６０を成形する（後方押出工程Ｓ１）。次に、大径側端面６１に第１穴部６４が凹設された一次中間成形品６０を、前方押出鍛造して、図１（ｃ）に示すように、第１穴部６４を更に成形した第１穴部７４と、この第１穴部７４と対向して小径側端面７２に第２穴部７５を凹設すると共に、傘歯車の歯形が形成される先端部外周に大径側端面７１側から小径側端面７２側に移行するに従って次第に小径となる外周を有するテーパ部７７が成形された二次中間成形品７０を成形する（前方押出工程Ｓ２）。更に、互いに対向する第１穴部７４と第２穴部７５及びテーパ部７７が形成された二次中間成形品７０は、第１穴部７４と第２穴部７５と間の隔壁部７８を打ち抜き、貫通孔８８が形成された三次中間成形品８０を成形する（穴抜き工程Ｓ３）。
【００３２】
後方押出工程Ｓ１、前方押出工程Ｓ２及び穴抜き工程Ｓ３の成形によって加工硬化した三次中間成形品８０は、図１（ｅ）に示すように、その表面を清掃するショットブラストを施すと共に焼鈍処理及び潤滑処理を施す（焼鈍潤滑処理工程Ｓ４）。焼鈍及び潤滑処理されて鍛造性が向上した三次中間成形品８０は、傘歯車の歯形が形成されたダイ及び押出ポンチによって鍛造成形されて図１（ｆ）に示すように外観形状が成形されてテーパ部７７に歯形９７が成形された四次中間成形品９０となる（据込み工程Ｓ５）。このように鍛造成形された四次中間成形品９０の歯形９７や貫通孔９８に機械加工による仕上げ加工が施されて、中心軸に沿って貫通孔が穿孔されて大径側端面側から小径側端面側に移行するに従って小径となる外周に複数の歯形を有する傘歯車となる。
【００３３】
図２は、上記後方押出工程Ｓ１、前方押出工程Ｓ２、穴抜き工程Ｓ３の各工程を同時かつ連続的に行う冷間鍛造成形装置１の概要説明図である。
【００３４】
冷間鍛造成形装置１は、後方押出工程Ｓ１を実行する後方押出工程ステージ１０と、前方押出工程Ｓ２を実行する前方押出工程ステージ２０と、穴抜き工程Ｓ３を実行する穴抜き工程ステージ３０とを備えた３ステージプレスによって構成されている。
【００３５】
後方押出工程ステージ１０は、図１に示すと共に図３に要部説明図を示すように、一次中間成形品６０の外周面６３を成形するためのダイ１２及び小径側端面６２を成形すると共に成形後の一次中間成形品６０を押し出すカウンターポンチ１４を備えた下型１１と、後方押出ガイド１６及び大径側端面６１に中心軸に沿って第１穴部６４を成形する後方押出ポンチ１７とを備えた上型１５を有している。一次中間成形品６０の外周面６３を成形するダイ１２は内周面１３ａを備えた孔１３が穿孔され、内周面１３ａは、テーパ部のない円筒状に形成され、小径側端面６２を成形するカウンターポンチ１４の頂端１４ａは略平坦面に形成されている。
【００３６】
これら下型１１に設けられたダイ１２、カウンターポンチ１４、及び上型１５に設けられた後方押出ガイド１６、後方押出ポンチ１７は中心軸上に同軸で配置され、上型１５の下降により互いに接近し、上昇により互いに離反する。
【００３７】
第１穴部６４を成形する後方押出ポンチ１７は、頂端１７ａの逃げ角αが３°〜６°に設定され、図３（ａ）に示すように上型１５が上昇して後方押出ガイド１６及び後方押出ポンチ１７が下型１１のダイ１２から退避した状態で、予め円柱状の鍛造用素材を切断して得られた円柱状の素材５０をダイ１２内に投入する。
【００３８】
そして、上型１５の下降により図３（ｂ）に示すように後方押出ガイド１６の頂端１６ａによって材料の移動を規制しつつ下降する後方押出ポンチ１７によって素材５０を、後方押出鍛造して大径側端面６１に第１穴部６４が凹設された一次中間成形品６０を成形する。
【００３９】
ここで、図４に要部断面を示すようにダイ１２と後方押出ポンチ１７による後方押出鍛造により第１穴部６４を成形する過程で、一次中間成形品６０の小径側端面６２となる部分は、略平坦なカウンターポンチ１４の頂端１４ａによって規制され、かつ外周面６３となる部分がテーパ部のない円筒状のダイ１２の内周面１３ａによって規制されることから、後方押出ポンチ１７によって押し出された材料がカウンターポンチ１４の頂端１４ａに誘導されてダイ１２に形成された孔１３の内周面１３ａに押し付けられるものの、ダイ１２の内周面１３ａはテーパ面のない筒状であり材料が積極的に後方に誘導されることがなく、材料の引き込みが抑制されて引張応力の発生が極めて少なくなる。この引張応力発生の抑制により鍛造性が向上し、一次中間成形品６０の小径側端面６２の外周部分６２ａの近傍や第１穴部６４の底部６４ａの外周部分近傍等における内部欠陥の発生が阻止されて割れ等の発生が有効的に回避でき、割れ等のない所期の一次中間成形品６０が得られる。
【００４０】
一次中間成形品６０の成形が終了すると、上型１５が再び上昇し、後方押出ガイド１６及び後方押出ポンチ１７が上昇して下型１１のダイ１２から退避し、かつカウンターポンチ１４によって成形後の一次中間成形品６０がダイ１２から押し出される。ダイ１２から押し出された一次中間成形品６０は、図示しないトランスファ送り装置により前方押出工程ステージ２０に搬送される。
【００４１】
前方押出工程ステージ２０は、図１に示すと共に図５に要部説明図を示すように、二次中間成形品７０の外周面７３及び外周面７３の小径側端面７２側に形成されるテーパ部７７を成形するダイ２２及び第２穴部７５を成形すると共に成形後の二次中間成形品７０を押し出すカウンターポンチ２４を備えた下型２１と、前方押出ポンチ２６及び一次中間成形品６０の第１穴部６４を二次中間成形品７０の第１穴部７４に成形する前方押出マンドレル２７とを備えた上型２５を有している。
【００４２】
二次中間成形品７０の外周面７３及びテーパ部７７を成形するダイ２２は、外周面７３を成形する円筒状の内周面２３ａと内周面２３ａの先端側に連続するテーパ面２３ｂが形成された孔２３が穿孔されている。カウンターポンチ２４の頂端２４ａは略平坦に形成されている。
【００４３】
これら下型２１に設けられたダイ２２、カウンターポンチ２４、及び上型２５に設けられた前方押出ポンチ２６、前方押出マンドレル２７は同軸上に配置され、上型２５の下降により互いに接近し、上昇により互いに離反する。
【００４４】
図５（ａ）に示すように前方押出マンドレル２７は、後方押出工程ステージ１０の後方押出ポンチ１７と略同径で、かつその頂端２７ａの逃げ角βは、例えば５°〜８°であって、後方押出ポンチ１７の逃げ角αより大きく形成されてα＜βの条件を満たすように設定されている。前方押出マンドレル２７の頂端２７ａが前方押出ポンチ２６の頂端２６ａから突出する寸法ｂと一次中間成形品６０の第１穴部６４の深さａとの差ｂ−ａがマンドレル先端の素材押し込み量ｃであって、この素材押し込み量ｃは例えば０ｍｍ〜１ｍｍに設定される。
【００４５】
図５（ａ）に示すように上昇して前方押出ポンチ２６及び前方押出マンドレル２７が下型２１のダイ２２から退避した状態で、後方押出工程ステージ１０で成形された一次中間成形品６０がダイ２２内に投入される。
【００４６】
そして、上型２５の下降により、図５（ｂ）に示すよう前方押出ポンチ２６の頂端２６ａを一次中間成形品６０の大径側端面６１に当接し、かつ前方押出マンドレル２７を第１穴部６４に嵌合する。更に連続する上型２５の下降に伴い前方押出ポンチ２６及び前方押出マンドレル２７によって一次中間成形品６０の大径側端面６１及び第１穴部６４を加圧して、ダイ２２の内周面２３ａによって外周を規制しつつテーパ面２３ｂによって大径側端面７１側から小径側端面７２側に移行するに従って小径となるテーパ部７７を成形すると共にカウンターポンチ２４によって第１穴部７４よりも比較的浅い第２穴部７５を成形する。これによりテーパ部７７、第１穴部７４、第２穴部７５等が成形された二次中間成形品７０が鍛造成形される。
【００４７】
ここで、図５（ｂ）に要部断面を示すようにダイ２２と前方押出ポンチ２６及び前方押出マンドレル２７によりテーパ部７７を成形する過程で、二次中間成形品７０のテーパ部７７となる部分は、小径側端面７２側に移行するに従って縮径するテーパ面２３ｂに沿って誘導される鍛造性に優れた前方押出鍛造であって、該部に引張応力が発生することなく、内部欠陥の発生が阻止されて割れ等のないテーパ部７７を有する所期の二次中間成形品７０が得られる。
【００４８】
二次中間成形品７０の成形が終了すると、上型２５が再び上昇し、前方押出ポンチ２６及び前方押出マンドレル２７が上昇して下型２１のダイ２２から退避し、かつカウンターポンチ２４によって成形後の二次中間成形品７０がダイ２２から押し出され、ダイ２２から押し出された二次中間成形品７０は、トランスファ送り装置により穴抜き工程ステージ３０に搬送される。
【００４９】
穴抜き工程ステージ３０は、図１に示すと共に図６に要部説明図を示すように、ダイ３２及びカウンターポンチ３４を備えた下型３１と、穴抜きガイド３６及び二次中間成形品７０の第１穴部７４と第２穴部７５との間の隔壁部７８を打ち抜く穴抜きポンチ３７を備えた上型３５を有している。
【００５０】
ダイ３２は、二次中間成形品７０の外周面７３が嵌合すると共に、三次中間成形品８０の外周面８３を成形する円筒状の内周面３３ａを有する孔３３が穿孔されている。カウンターポンチ３４は、ダイ２２の孔３３に嵌合する二次中間成形品７０のテーパ部７７が嵌合するテーパ面状の頂端３４ａを有すると共に、二次中間成形品７０から穴抜きされた隔壁部７８をスクラップとして排出する排出孔３４ｂが形成されている。
この下型３１に設けられたダイ３２、カウンターポンチ３４及び上型３５に設けられた穴抜きガイド３６、穴抜きポンチ３７は同軸上に配置され、上型３５の下降により互いに接近し、上昇により互いに離反する。
【００５１】
図６（ａ）に示すように穴抜きポンチ３７は、前方押出マンドレル２７と略同径で頂端３７ａの逃げ角γは７°〜１０°であって、前方押出マンドレル２７の逃げ角βより大きく形成されてβ＜γの条件を満たすように設定されている。更に、その頂端３７ａが穴抜きガイド３６の頂端３６ａから突出するように設定されている。
【００５２】
図６（ａ）に示すように上昇して穴抜きガイド３６及び穴抜きポンチ３７が下型３１のダイ３２から退避した状態で、前方押出工程ステージ２０で成形された二次中間成形品７０がダイ３２内に投入される。
【００５３】
そして、上型３５の下降により、穴抜きガイド３６の頂端３６ａを二次中間成形品７０の大径側端面７１に当接し、かつ穴抜きポンチ３７を第１穴部７４に嵌合する。更に連続する上型３５の下降に伴いダイ３２の内周面３３ａ及びカウンターポンチ３４の頂端３４ａにそれぞれ二次中間成形品７０の外周７３及びテーパ部７７が嵌合した状態で、穴抜きガイド３６の頂端３６ａによって材料の移動を規制しつつ下降する穴抜きポンチ３７によって第１穴部７４と第２穴部７５の間の隔壁部７８を穴抜きして三次中間成形品８０を成形すると共に、穴抜きされた隔壁部７８を、スクラップとして排出孔３４ｂを介して冷間鍛造成形装置１の外部に排出する。
【００５４】
ここで、穴抜きポンチ３７により隔壁部７８を穴抜きする過程で、二次中間成形品７０の隔壁部７８となる第１穴部７４の底部７４ａは、内部欠陥の発生が阻止されていることから、巻き込みやクラック等に欠陥による剪断異常のない良好な第１穴部７４と第２穴部７５が連通する貫通孔８８が形成でき、図６（ｂ）に示すように外周８３に大径側端面８１側から小径側端面８２側に移行するに従って外周が小径となるテーパ部８７が連続されると共に大径側端面８１から小径側端面８２に貫通孔８８が貫通する所期形状の三次中間成形品８０が得られる。
【００５５】
三次中間成形品８０の成形が終了すると、上型３５が再び上昇し、穴抜きガイド３６及び穴抜きポンチ３７が上昇して下型３１のダイ３２から退避し、かつカウンターポンチ３４によって成形後の三次中間成形品８０がダイ３２から押し出され、ダイ３２から押し出された三次中間成形品８０は、トランスファ送り装置により取り出されて穴抜き工程ステージ３０から搬出される。
【００５６】
これら後方押出工程ステージ１０、前方押出工程ステージ２０、及び穴抜き工程ステージ３０の各上型１５、２５、３５は連結手段３９によって連結されて同期して同時に上昇及び下降すると共に、素材５０を後方押出工程ステージ１０への搬入、後方押出工程ステージ１０で成形された一次中間成形品６０を後方押出工程ステージ１０から前方押出工程ステージ２０へ搬送、前方押出工程ステージ２０で成形された二次中間成形品７０を前方押出工程ステージ２０から穴抜き工程ステージ３０へ搬送、及び穴抜き工程ステージ３０で成形された三次中間成形品８０を搬出する等の各移送はトランスファ送り装置によって同時かつ連続的にトランスファ送りされる。
【００５７】
穴抜き工程ステージ３０から搬出された三次中間成形品８０は、焼鈍潤滑処理工程Ｓ４でその表面を清掃するショットブラストを施す共に焼鈍処理及び潤滑処理を施す。そして、据込工程Ｓ５において、焼鈍し及び潤滑処理されて鍛造性が向上した三次中間成形品８０は、傘歯車の歯形が形成されたダイ及び押出ポンチによって鍛造成形されて図１（ｆ）に示すようにテーパ部８７の外周に歯形９７が成形された四次中間成形品９０となる。しかる後、このように鍛造成形された四次中間成形品９０の歯形９７や貫通孔９８に機械加工による仕上げ加工が施されて、中心軸に沿って貫通孔が穿孔され、大径側端面側から小径側端面側に移行するに従って小径となる外周に複数の歯形が形成された傘歯車となる。
【００５８】
このように構成された本実施の形態による傘歯車の冷間鍛造成形方法及び傘歯車の冷間鍛造成形装置によると、円柱状の素材５０を後方押出工程Ｓ１において、後方押出ポンチ１７によって第１穴部６４を成形する過程における一次中間成形品６０の小径側端面６２となる部分が、カウンターポンチ１４の頂端１４ａによって規制され、かつ外周面６３となる部分が円筒状のダイ１２の内周面１３ａによって規制されることから、後方押出ポンチ１７によって押し出された材料がカウンターポンチ１４の頂端１４ａによってダイ１２の内周面１３ａに押し付けられるものの材料の引き込みの発生が抑制されて引張応力の発生が極めて少なく優れた鍛造性が確保できて内部欠陥の発生が回避できる。
【００５９】
また、前方押出工程Ｓ２において一次中間成形品６０から二次中間成形品７０を鍛造成形する際にも、ダイ２２と前方押出ポンチ２６、及び後方押出ポンチ１７の逃げ角αより大きな逃げ角β（α＜β）を有する前方押出マンドレル２７によりテーパ部７７を成形する過程で、カウンターポンチ２４の頂部２４ａによって成形される第２穴部７５は比較的浅く、二次中間成形品７０のテーパ部７７となる部分が、小径側端面７２側に移行するに従って縮径するテーパ面２３ｂに沿って誘導される前方押出鍛造であって鍛造性に優れ、内部欠陥の発生が阻止される。
【００６０】
更に、穴抜き工程Ｓ３における穴抜きにあっても、内部欠陥のない二次中間成形品７０の第１穴部７４と第２穴部７５の間に形成される隔壁部７８を、前方押出マンドレル２７の逃げ角βより大きな逃げ角γ（β＜γ）を有する穴抜きポンチ３７により穴抜きすることから、欠陥のない良好な穴抜きができる。
【００６１】
従って、素材５０から一次中間成形品６０を鍛造成形する後方押出工程Ｓ１、一次中間成形品６０から二次中間成形品７０を鍛造成形する前方押出工程Ｓ２及び二次中間成形品７０から隔壁部７８を穴抜きする穴抜き工程Ｓ３の各工程において内部欠陥の発生が抑制された優れた鍛造性が確保できることから、素材５０に施す焼鈍潤滑処理の省略或いは複雑な潤滑処理を要することなく、かつ後方押出工程Ｓ１で鍛造成形された一次中間成形品６０を焼鈍処理及び潤滑処理を施すことなく前方押出工程Ｓ２によって鍛造成形して二次中間成形品７０を得ることができ、前方押出工程Ｓ２に先立って一次中間成形品６０を焼鈍処理及び潤滑処理を施す中間焼鈍潤滑工程が省略できる。
【００６２】
この中間焼鈍潤滑工程の省略によって、後方押出工程Ｓ１、前方押出工程Ｓ２及び穴抜き工程Ｓ３を、冷間鍛造成形装置１の後方押出工程ステージ１０、前方押出工程ステージ２０、穴抜き工程ステージ３０によって同時にかつ連続的に実行するトランスファ加工が可能になり、傘歯車の生産性が大幅に向上し、傘歯車生産の効率化が得られ、傘歯車の製造コストの低減が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明による傘歯車の冷間鍛造成形方法の実施の形態の概要を示す工程説明図である。
【図２】傘歯車の冷間鍛造成形装置の概要説明図である。
【図３】後方押出工程ステージの要部説明図である。
【図４】後方押出工程の概要を示す要部断面図である。
【図５】前方押出工程ステージの要部説明図である。
【図６】穴抜き工程ステージの要部説明図である。
【図７】従来の傘歯車を成形する冷間鍛造成形方法の一例を示す工程図である。
【図８】ダイと後方押出ポンチによる後方押出鍛造により穴部を成形する過程の概要を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
Ｓ１      後方押出工程
Ｓ２      前方押出工程
Ｓ３      穴抜き工程
Ｓ４      焼鈍潤滑処理工程
Ｓ５      据込み工程
１        冷間鍛造成形装置
１０      後方押出工程ステージ
１１      下型
１２      ダイ
１３      孔
１３ａ    内周面
１４      カウンターポンチ
１４ａ    頂端
１５      上型
１６      後方押出ガイド
１７      後方押出ポンチ
２０      前方押出工程ステージ
２１      下型
２２      ダイ
２３      孔
２３ａ    内周面
２３ｂ    テーパ面
２４      カウンターポンチ
２４ａ    頂端
２５      上型
２６      前方押出ポンチ
２６ａ    頂端
２７      前方押出マンドレル
２７ａ    頂端
３０      穴抜き工程ステージ
３１      下型
３２      ダイ
３４      カウンターポンチ
３５      上型
３７      穴抜きポンチ
５０      素材
６０      一次中間成形品
６１      大径側端面
６２      小径側端面
６３      外周面
６４      第１穴部
７０      ２次中間成形品
７１      大径側端面
７２      小径側端面
７３      外周面
７４      第１穴部
７５      第２穴部
７７      テーパ部
７８      隔壁部
８０      三次中間成形品
８３      外周面
８８      貫通孔
９０      四次中間成形品
９７      歯形
９８      貫通孔
【図１】
2005161345.tif 000003
【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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