(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周又は内周に粗歯（４１，４６）が形成された素材（４０，４５）を塑性加工可能応力（Ｔ１）以上に圧縮する予圧縮部（５，２３）と、該予圧縮部（５，２３）による圧縮応力が素材（４０，４５）の塑性加工可能応力（Ｔ１）以上になった時点で、前記素材（４０，４５）の粗歯からなる被成型部（４１，４６）に型（１２ａ，３２ａ）を押し付けてこの部を型（１２ａ，３２ａ）の形状に変形させる加圧成型部（１０，３０）とを設けたことを特徴とする冷間鍛造装置。
【請求項２】
外周又は内周に粗歯（４１，４６）が形成された素材（４０，４５）を塑性加工可能応力（Ｔ１）以上に軸方向に圧縮する予圧縮部（５，２３）と、該予圧縮部（５，２３）による圧縮応力が素材（４０，４５）の塑性加工可能応力（Ｔ１）以上になった時点で、前記素材（４０，４５）の軸方向と直交する方向から粗歯からなる被成型部（４１，４６）に型（１２ａ，３２ａ）を押し付けてこの部を型（１２ａ，３２ａ）の形状に変形させる加圧成型部（１０，３０）とを設けたことを特徴とする冷間鍛造装置。
【請求項３】
互いに対向する第１パンチ（７）とカウンターパンチ（６）とで素材（４０）を軸方向に圧縮する予圧縮部（５）と、内周に成型部（１２ａ）が形成された環状のリング型（１２）の外周部を締金（１１）にテーパー（１３）嵌合させ、該リング型（１２）を第２パンチ（１４）により締金（１１）に対して前記テーパー面（１３）の縮小する軸方向に移動させて前記リング型（１２）を軸心方向に弾性変形させる加圧成型部（１０）と、前記第１パンチ（７）及び第２パンチ（１４）を駆動するパンチ駆動装置（８）とを設け、前記パンチ駆動装置（８）は、前記第１パンチ（７）をカウンターパンチ（６）方向に移動させて該第１パンチ（７）とカウンターパンチ（６）とで素材（４０）を塑性加工可能応力（Ｔ１）以上に軸方向に予圧縮すると同時もしくはその後に、前記第２パンチ（１４）を前記テーパー面（１３）の縮小する軸方向に移動させて前記リング型（１２）を軸心方向に弾性変形させ、その成型部（１２ａ）を前記素材（４０）の外周部（４１）に押し付けて該外周部（４１）を前記成型部（１２ａ）に対応する形状に変形させてなることを特徴とする冷間鍛造装置。
【請求項４】
互いに対向する第１パンチ（２５）とカウンターパンチ（２４）とで環状素材（４５）を軸方向に圧縮する予圧縮部（２３）と、外周に成型部（３２ａ）が形成された環状のリング型（３２）の軸心部を芯金（３１）にテーパー（３３）嵌合させ、該リング型（３２）を第２パンチ（３４）により芯金（３１）に対して前記テーパー面（３３）の拡開する軸方向に移動させて前記リング型（３２）を径方向外方に弾性変形させる加圧成型部（３０）と、前記第１パンチ（２５）及び第２パンチ（３４）を駆動するパンチ駆動装置（２６）とを設け、前記パンチ駆動装置（２６）は、前記第１パンチ（２５）をカウンターパンチ（２４）方向に移動させて該第１パンチ（２５）とカウンターパンチ（２４）とで前記環状素材（４５）を塑性加工可能応力（Ｔ１）以上に軸方向に予圧縮すると同時もしくはその後に、前記第２パンチ（３４）を前記テーパー面（３３）の拡開する軸方向に移動させて前記リング型（３２）を径方向外方に弾性変形させてその成型部（３２ａ）を前記環状素材（４５）の内周部（４６）に押し付けて該内周部（４６）を前記成型部（３２ａ）に対応する形状に変形させてなることを特徴とする冷間鍛造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、素材を室温又は再結晶温度以下において鍛造成型する冷間（又は温間）鍛造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、型をいきなり素材（予め粗成型された中間製品を含む）に押し付けて鍛造成型するようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のものは、型（金型）の押圧によって素材が大きく塑性変形し、不均一な変形度合いによって素材の内部加工硬化度がまちまちとなり、また摩擦によって不均一な圧力分布を生じ、型の加圧が解除されると成型部分の弾性回復量が素材、型共にまちまちとなり、高精度の鍛造ができないものであった。本発明は、素材を予め塑性加工可能応力以上に圧縮してから型を素材に押し付けてこの部を塑性変形させることにより、微小変形であっても高精度の鍛造ができるようにした冷間鍛造装置を得ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下の如く構成したものである。即ち、請求項１に係る発明は、外周又は内周に粗歯が形成された素材を塑性加工可能応力以上に圧縮する予圧縮部と、該予圧縮部による圧縮応力が素材の塑性加工可能応力以上になった時点で、前記素材の粗歯からなる被成型部に型を押し付けてこの部を型の形状に変形させる加圧成型部とを設ける構成にしたものである。
また請求項２に係る発明は、外周又は内周に粗歯が形成された素材を塑性加工可能応力以上に軸方向に圧縮する予圧縮部と、該予圧縮部による圧縮応力が素材の塑性加工可能応力以上になった時点で、前記素材の軸方向と直交する方向から粗歯からなる被成型部に型を押し付けてこの部を型の形状に変形させる加圧成型部とを設ける構成にしたものである。
また請求項３に係る発明は、互いに対向する第１パンチとカウンターパンチとで素材を軸方向に圧縮する予圧縮部と、内周に成型部が形成された環状のリング型の外周部を締め金にテーパー嵌合させ、該リング型を第２パンチにより締め金に対して前記テーパー面の縮小する軸方向に移動させて前記リング型を軸心方向に弾性変形させる加圧成型部と、前記第１パンチ及び第２パンチを駆動するパンチ駆動装置とを設け、前記パンチ駆動装置は、前記第１パンチをカウンターパンチ方向に移動させて該第１パンチとカウンターパンチとで素材を塑性加工可能応力以上に軸方向に予圧縮すると同時もしくはその後に、前記第２パンチを前記テーパー面の縮小する軸方向に移動させて前記リング型を軸心方向に弾性変形させ、その成型部を前記素材の外周部に押し付けて該外周部を前記成型部に対応する形状に変形させる構成にしたものである。
また請求項４に係る発明は、互いに対向する第１パンチとカウンターパンチとで環状素材を軸方向に圧縮する予圧縮部と、外周に成型部が形成された環状のリング型の軸心部を芯金にテーパー嵌合させ、該リング型を第２パンチにより芯金に対して前記テーパー面の拡開する軸方向に移動させて前記リング型を径方向外方に弾性変形させる加圧成型部と、前記第１パンチ及び第２パンチを駆動するパンチ駆動装置とを設け、前記パンチ駆動装置は、前記第１パンチをカウンターパンチ方向に移動させて該第１パンチとカウンターパンチとで前記環状素材を塑性加工可能応力以上に軸方向に予圧縮すると同時もしくはその後に、前記第２パンチを前記テーパー面の拡開する軸方向に移動させて前記リング型を径方向外方に弾性変形させてその成型部を前記環状素材の内周部に押し付けて該内周部を前記成型部に対応する形状に変形させる構成にしたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図において、図１は本発明の第１実施例による素材予圧縮状態の要部断面図、図２は本発明の第１実施例による成型状態の要部断面図、図３は本発明の第２実施例による素材予圧縮状態の要部断面図、図４は本発明の第２実施例による成型状態の要部断面図、図５は本発明による素材の変形応力−ひずみ特性線図である。
【０００６】
図１において、１は外歯ギアを仕上げ成型する冷間鍛造装置であり、受圧板２の中心部に円柱状の芯金３を起立載置し、該芯金３に環状の素材４０を嵌合させる。この素材４０は外周に粗歯（被成型部）４１が形成された環状の中間外歯ギアからなる。上記芯金３の外周側に上記素材４０を予圧縮する予圧縮部５を設ける。この予圧縮部５は、上記受圧板２に筒状のカウンターパンチ６を芯金３と同心に起立載置し、該カウンターパンチ６の上方に筒状の第１パンチ７を対向配置するとともに、該第１パンチ７をラムからなるパンチ駆動装置８によって下方に移動させ、上記素材４０を第１パンチ７とカウンターパンチ６とで軸方向に圧縮する。
【０００７】
上記予圧縮部５の外周側に素材４０の粗歯４１を仕上げる加圧成型部１０を設ける。この加圧成型部１０は、上記受圧板２の外周部に環状の締金１１を載置し、該締金１１の内周側に環状のリング型１２を下方が縮小するテーパー面１３を介してテーパー嵌合させる。このリング型１２は内周に上記素材４０の粗歯４１が噛合する成型歯（成型部）１２ａを有し、上方に配置した第２パンチ１４により締金１１内を下方に移動されてテーパー面１３を介して軸心方向に弾性変形され、その内周側の成型歯１２ａが上記前記素材４０の粗歯４１を軸心方向に押圧してこれを仕上げ成型する。
【０００８】
上記第２パンチ１４は、第１パンチ７を上下動させるパンチ駆動装置８によって下方に移動される。この第２パンチ１４によるリング型１２の下方への移動時期は以下の如く設定されている。即ち、上記第１パンチ７が下方に移動し、該第１パンチ７とカウンターパンチ６とによる素材４０の軸方向の圧縮応力（据え込み圧力）が、図５の変形応力−ひずみ特性線Ｓにおいて、該素材４０の塑性加工可能な圧縮応力Ｔ１（ひずみ量Ｃ）以上になった時点、例えば素材４０の材質がＳＣＭ４２０の鋼材の場合には約４４１メガＰａ（約４５ｋｇ／ｍｍ2 ）の圧縮応力以上になった時点で、上記第２パンチ１４がリング型１２に衝突してこれを締金１１に対して下方に移動させ、該リング型１２をテーパー面１３を介して軸心方向に弾性変形させるように設定する。
【０００９】
上記リング型１２の下方位置する受圧板２にストッパーリング１５を載置し、該ストッパーリング１５により上記リング型１２の下方への移動量を所定値で規制する。本例では、図５に示すように、上記リング型１２の軸心方向への弾性ひずみ量Ａが約１％以下となる如く上記ストッパーリング１５の高さを設定する。これにより、第１パンチ７とカウンターパンチ６とで上記素材４０を塑性加工可能な圧縮応力Ｔ１以上で軸方向に予圧縮し、軸方向のひずみ量がＣ以上となった時点で、第２パンチ１４により締金１１のテーパー面１３を介してリング型１２を軸心方向に約１％以下（Ａ）で弾性変形させ、その内周部の成型歯１２ａにより上記素材４０の粗歯４１を圧縮応力Ｔ２で軸心方向に圧縮する。
【００１０】
上記第１実施例によれば、素材４０を塑性加工可能な応力以上に予圧縮した後に、成型歯１２ａを上記素材４０の粗歯４１に押し付けるようにしたので、該成型歯１２ａにより加圧変形された粗歯４１のひずみ量Ｂが微量であっても永久変形（塑性変形）し易く、上記第１、第２パンチ７，１４による加圧が解除された後においても上記ひずみ量Ｂに対応するひずみ量Ｂ’が保持されることになり、成型歯１２ａの歯型が高精度に写しとられることになる。この場合、リング型１２をテーパー面１３を介して軸心方向に弾性変形させるようにしたので、このテーパー面１３の角度、軸方向（上下方向）の面形状を凸面あるいは凹面にすることによって上記リング型１２の上下部の軸心方向への弾性変形量を適宜調節することができ、粗歯４１を上下方向中心部の歯厚が次第に厚くなるクラウン歯、あるいは上下全域の歯厚が等厚となるストレート歯にしたりすることが容易にできる。
【００１１】
なお、本例は第２パンチ１４がリング型１２を押し下げている際にも、第１パンチ７を引き続き下降させるようにしたが、これは第１、第２パンチ７，１４を単独で駆動し、第２パンチ１４がリング型１２を押し下げている際には第１パンチ７は素材４０を塑性加工可能な応力以上に予圧縮した状態で停止させるようにしてもよい。また、カウンターパンチ６と第１パンチ７とを同期させて接離方向に移動させるようにし、該両者で素材４０を予圧縮するようにしてもよい。
【００１２】
図３、図４は本発明の第２実施例を示す。図３、図４において、２０は内歯ギアを仕上げ成型する冷間鍛造装置であり、受圧板２１の外周部に環状の締金２２を載置し、該締金２２の内周側に素材４５を嵌合させる。この素材４５は内周に粗歯４６が形成された環状の中間内歯ギアからなる。上記締金２２の内周側に上記素材４５を予圧縮する予圧縮部２３を設ける。この予圧縮部２３は、上記受圧板２１に筒状のカウンターパンチ２４を締金２２と同心に起立載置し、該カウンターパンチ２４の上方に筒状の第１パンチ２５を対向配置するとともに、該第１パンチ２５をラムからなるパンチ駆動装置２６によって下方に移動させ、上記素材４５を第１パンチ２５とカウンターパンチ２４とで軸方向に圧縮する。
【００１３】
上記予圧縮部２３の内周側に素材４５の粗歯４６を仕上げる加圧成型部３０を設ける。この加圧成型部３０は、上記受圧板２１の軸心部に芯金３１を載置し、該芯金３１の上部側に環状のリング型３２を上方が縮小するテーパー面３３を介してテーパー嵌合させる。このリング型３２は外周に上記素材４５の粗歯４６が噛合する成型歯３２ａを有し、上方に配置した第２パンチ３４により芯金３１に沿って下方に移動されてテーパー面３３を介して径方向外方に弾性変形され、その外周側の成型歯３２ａが上記前記素材４５の粗歯４６を径方向外方に押圧してこれを仕上げ成型する。
【００１４】
上記第２パンチ３４は、第１パンチ２５を上下動させるパンチ駆動装置２６によって下方に移動される。この第２パンチ３４によるリング型３２の下方への移動時期は前述した第１実施例と同様に設定されている。即ち、上記第１パンチ２５が下方に移動し、該第１パンチ２５とカウンターパンチ２４とによる素材４５の軸方向の圧縮応力（据え込み圧力）が、図５に示すように該素材４５の塑性加工可能な圧縮応力Ｔ１以上になった時点で、上記第２パンチ３４がリング型３２に衝突してこれを芯金３１に対して下方に移動させ、該リング型３２をテーパー面３３を介して径方向外方に弾性変形させるように設定する。
【００１５】
上記リング型３２の下方位置する受圧板２１にストッパーリング３５を載置し、このストッパーリング３５により上記リング型３２の下方への移動量を所定値で規制する。本例では、図５に示すように、上記リング型３２の径方向外方への弾性ひずみ量Ａが約１％以下となる如く上記ストッパーリング３５の高さを設定する。これにより、第１パンチ２５とカウンターパンチ２４とで上記素材４５を塑性加工可能な圧縮応力Ｔ１以上で軸方向に予圧縮し、軸方向のひずみ量がＣ以上となった時点で、第２パンチ３４により芯金３１のテーパー面３３を介してリング型３２を径方向外方に約１％以下（Ａ）で弾性変形させ、その外周部の成型歯３２ａにより上記素材４５の粗歯４６を圧縮応力Ｔ２で径方向外方に圧縮する。
【００１６】
上記第２実施例によれば、素材４５を塑性加工可能な応力以上に予圧縮した後に、成型歯３２ａを上記素材４５の粗歯４６に押し付けるようにしたので、該成型歯３２ａにより加圧変形された粗歯４６のひずみ量Ｂが微量であっても永久変形（塑性変形）し易く、上記第１、第２パンチ２５，３４による加圧が解除された後においても上記ひずみ量Ｂに対応するひずみ量Ｂ’が保持されることになり、成型歯３２ａの歯型が高精度に写しとられることになる。この場合、リング型３２をテーパー面３３を介して径方向外方に弾性変形させるようにしたので、第１実施例と同様に上記テーパー面３３の角度、軸方向（上下方向）の面形状を凸面あるいは凹面にすることによって上記リング型３２の上下部の軸心方向への弾性変形量を適宜調節することができ、粗歯４６を上下方向中心部の歯厚が次第に厚くなるクラウン歯、あるいは上下全域の歯厚が等厚となるストレート歯にしたりすることが容易にできる。
【００１７】
なお、本例は第１、第２パンチ２５，３４を単独で駆動し、第２パンチ３４がリング型３２を押し下げている際には第１パンチ２５は素材４５を塑性加工可能な応力以上に予圧縮した状態で停止させるようにしてもよい。また、カウンターパンチ２４と第１パンチ２５とを同期させて接離方向に移動させるようにし、該両者で素材４５を予圧縮するようにしてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな如く、請求項１に係る発明は、素材を塑性加工可能応力以上に予圧縮すると同時もしくはその後に、該素材に型を押し付けてこの部を型の形状に変形させるようにしたので、型によるひずみ量が微量であっても永久変形（塑性変形）し易く、冷間（又は温間）鍛造装置により素材を高精度に成型することがができる。
また、請求項２に係る発明は、素材を塑性加工可能応力以上に軸方向に予圧縮すると同時もしくはその後に、該素材に軸方向と直交する方向から型を押し付けてこの部を型の形状に変形させるようにしたので、冷間鍛造装置により素材の外周面又は内周面を高精度に成型することがができる。
また、請求項３に係る発明は、第１パンチとカウンターパンチとで素材を軸方向に予圧縮し、これと同時もしくはその後に第２パンチにより内周に成型部を有するリング型を締め金のテーパー面に沿って移動させ、該リング型を軸心方向に弾性変形させてその成型部を素材の外周部に押し付けるようにしたので、簡素な構造にして素材の外周面を高精度に鍛造成型することがができる。
また、請求項４に係る発明は、第１パンチとカウンターパンチとで素材を軸方向に予圧縮し、これと同時もしくはその後に第２パンチにより外周に成型部を有するリング型を芯金のテーパー面に沿って移動させ、該リング型を径方向外方に弾性変形させてその成型部を素材の内周部に押し付けるようにしたので、簡素な構造にして素材の内周面を高精度に鍛造成型することがができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による素材予圧縮状態の要部断面図である。
【図２】本発明の第１実施例による成型状態の要部断面図である。
【図３】本発明の第２実施例による素材予圧縮状態の要部断面図である。
【図４】本発明の第２実施例による成型状態の要部断面図である。
【図５】本発明による素材の変形応力−ひずみ特性線図である。
【符号の説明】
１    外歯ギアを仕上げ成型する冷間鍛造装置
２    受圧板
３    芯金
５    予圧縮部
６    カウンターパンチ
７    第１パンチ
８    パンチ駆動装置
１０    加圧成型部
１１    締金
１２    リング型
１２ａ  成型歯（成型部）
１３    テーパー面
１４    第２パンチ
１５    ストッパーリング
２０    内歯ギアを仕上げ成型する冷間鍛造装置
２１    受圧板
２２    締金
２３    予圧縮部
２４    カウンターパンチ
２５    第１パンチ
２６    パンチ駆動装置
３０    加圧成型部
３１    芯金
３２    リング型
３２ａ  成型歯（成型部）
３３    テーパー面
３４    第２パンチ
３５    ストッパーリング
４０（４５）    素材
４１（４６）    粗歯（被成型部）
Ｓ    素材の変形応力−ひずみ特性線
Ｔ１  塑性加工可能な圧縮応力
Ｔ２  型による圧縮応力
Ａ    型の弾性ひずみ量
Ｂ    型による粗歯部（素材）の歪み量
Ｂ’  粗歯部の永久ひずみ量（塑性変形量）
Ｃ    予圧縮時における素材の歪み量
【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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