(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板材から薄肉のリブを有した回転部品用素材を成形する方法であって、コーン形状の回転成形治具に対して成形ローラを半径方向に移動しながら押しつけることにより板材を回転成形軸のコーン形状面に添って横倒しさせ、これによりコーン形状面に接触する板材の部位の減肉を行い、この減肉の部位をリブ部となしたことを特徴とする板材からの回転部品用素材の成形方法。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、リブの減肉に引き続き、減肉時に横倒しされた部位をプレス又はローラにより平坦化又は凹凸又は湾曲形状化することを特徴とする板材からの回転部品用素材の成形方法。
【請求項３】
板材から厚肉ハブ、薄肉リブ及び厚肉リムを有した回転部品用素材を成形する方法であって、ハブの形成に先だって板材の中央部にハブの突出の方向と逆向きの凸形状を浅絞りによって付与し、その後浅絞りによって付与された凸形状の部位に対してピアスバーリング加工を施すことにより板材の中央部を筒状に突出させ、この筒状突出部を半径方向に間隙を設けつつ型にて保持すると共に背面をクランプしつつ筒状突出部の開放端面を強圧することにより前記筒状突出部を増肉させ、ハブとなし、更に、ハブより外周側を形成ローラにより回転成形治具に対し押しつけつつ成形ローラを半径方向に移動させることによりハブより外周側において横倒しさせ、これによりコーン形状面に接触する板材の部位の減肉を行い、この減肉の部位をリブとなし、リブの減肉に引き続き、減肉時に横倒しされた部位をプレス又はローラにより平坦化又は凹凸又は湾曲形状化することを特徴とする板材からの回転部品用素材の成形方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３の発明において、素材を回転部品の外形に順じた外形とするためプレス又はスピンニング絞り又はアイヨニング又はパンチン具等により造形加工することを特徴とする板材からの回転部品用素材の成形方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４の素材のリム部に裂開加工や回転ディスクローリング加工などの成形加工を施すことにより滑車やＶプーリや多数Ｖ溝プーリや平ベルト車やなどの回転部品として完成させることを特徴とする回転部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は数ミリメートルといった薄肉の板材よりプーリなどの回転部品のもととなるハブ、リブ、リムを有する素材を塑性加工により一体成形する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プーリなどの回転部材の一体成形は従来は鋳造や鍛造工法により行われていた。しかしながら、これらの工法は金属の圧延性、溶湯の流動性の限界により一般的には最低肉厚が７ミリメートル前後となる。これは、溝や歯車加工の施されるリム部やキー溝やスプライン加工が施されるハブ部に適した肉厚である。しかしながら、φ100 mmといった小物ないしはφ200 mmといった中物機械部品ではリブはその全周でトルクを受けるため２〜３ミリメートルの肉厚でも必要な強度は十分得ることができる。そのため、軽量化が優先条件のときは切削工程による減肉が行われる。切削を要するため工程数が増えるし、材料の資源的にも経済的にも不利となる。
【０００３】
鋳造や鍛造によらない工法として多数Ｖ溝プーリのための素材として、中央部の小径ハブ部をむく材より切削により形成し、リブ部とリム部とは平板から打抜き・穿孔・絞りの一連のプレス加工にて形成し、これらを溶接などにより接合するものがある。リブ部及びリム部が板材より作られ薄肉であるため軽量化は実現されうるがハブ部とリブ部とは溶接であるため工程が増えるため製造コストが嵩むし、またリム部はリブ部と同一肉厚の薄いものであるため、リム部に歯車などの深い凹凸は加工しえず、多数Ｖ溝プーリに成形した場合も溝の浅いものしかできない欠点があった。
【０００４】
リブ部の減肉についてはプレスによる鍛造によりできないことはないが、冷間鍛造による肉薄化においてはφ100 mmといった小物でも800 tf、φ200 mmといった中物機械部品では3,200 tfといった大型のプレス機械での作業となる。また、熱間鍛造によれば成形力は抑えうるが加熱エネルギと熱管理を必要とし、いずれにしてもコストが嵩むことになる。そのため、従来においては鍛造による薄肉化はコスト的にひきあわず行われていなかった。
【０００５】
この発明は以上述べた従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、板材より溶接を伴うことなくハブ部において増肉が可能であり、また、リブにおいてはその肉薄化を切削を伴うことなくまた鍛造のような高エネルギのプレス作業を必要とせず低圧力下の塑性加工にて行うことができるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明によれば、板材から薄肉のリブを有した回転部品用素材を成形する方法であって、コーン形状の回転成形治具に対して成形ローラを半径方向に移動しながら押しつけることにより板材を回転成形軸のコーン形状面に添って横倒しさせ、これによりコーン形状面に接触する板材の部位の減肉を行い、この減肉の部位をリブ部となしたことを特徴とする板材からの回転部品用素材の成形方法が提供される。
【００１３】
第１の発明の作用・効果を説明すると、成形ローラにより板材を回転成形治具のコーン形状面に押し付けことにより板材を横倒しすることにより板材はコーン形状面への接触部が平行に横すべりするよう塑性変形されることにより、肉薄化されたリブとなすことができる。そして、せん断により横すべりさせることにより減肉しているため、加工時の圧力は鍛造による減肉と比較すると極めて小さくすることができ、設備として大掛かりなものが不用であり、更に非切削であるため材料の無駄もなく加工コストを低減することができる効果がある。
【００１４】
第１の発明において、リブの減肉に引き続き、減肉時に横倒しされた部位をスタンピング又はローラにより平坦化又は凹凸又は湾曲形状化等することができ、これにより減肉後に造形されたリブを有した回転部品用素材とすることができる。
【００１５】
第２の発明によれば、板材から厚肉ハブ、薄肉リブ及び厚肉リムを有した偏肉回転部品用素材を成形する方法であって、ハブの形成に先だって板材の中央部にハブの突出の方向と逆向きの凸形状を浅絞りによって付与し、その後浅絞りによって付与された凸形状の部位に対してピアスバーリング加工を施すことにより板材の中央部を筒状に突出させ、この筒状突出部を半径方向に間隙を設けつつ型にて保持すると共に背面をクランプしつつ筒状突出部の開放端面を強圧することにより前記筒状突出部を増肉させ、ハブとなし、更に、ハブより外周側を形成ローラにより回転成形治具に対し押しつけつつ成形ローラを半径方向に移動させることによりハブより外周側において横倒しさせ、これによりコーン形状面に接触する板材の部位の減肉を行い、この減肉の部位をリブとなし、リブの減肉に引き続き、減肉時に横倒しされた部位をスタンピング又はローラにより平坦化又は凹凸又は湾曲形状化等することを特徴とする板材からの回転部品用素材の成形方法が提供される。
【００１６】
第２の発明の作用・効果を説明すると、板材の中央部にハブの突出方向と反対方向に浅絞りすることにより、中央部への肉の流動を起こしてからピアスバーリング加工することによりピアスバーリング時の減肉を押えた上、型との隙間を埋めるように開放端側からの強圧によって厚肉化されたハブとすることができ、また、リブの部位では成形ローラによって回転成形治具のテーパ面に対して横倒しすることにより、テーパ面に沿接する肉の流動が得られ、薄肉化が実現され、その後平坦化等の造形をすることにより素材肉厚より薄肉のリブを有した回転部品用素材を得ることができる。
【００１７】
この発明において、得られた素材にプレス又はスピンニング絞り等により絞り加工を施すことにより最終的な回転部品の形状を完成させることができる。
【００１８】
この発明において、得られた素材のリム部に裂開加工や回転ディスクローリング加工の成形加工を施すことにより滑車やＶプーリや多数Ｖ溝プーリや平プーリや歯車などの回転部品として完成させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の実施形態としての回転部品用素材の成形方法を順を追って説明する。この成形工程においては第１段階として板材にハブの突出方向と反対方向に浅絞りを行うことで板材の中央部に向けての肉の流れを形成しており、これにより第２段階としてのピアスバーリング加工による筒状突出部の形成の際の肉の巻き込みにより筒状突出部の肉厚の減少を押え、次に第３段階として素材ダイスとパンチにて保持しかつ背面をクランプしつつ開口端から強圧することにより筒状突出部を増肉することによりハブとなし、次に第４段階としてリブとなるハブの外側の部分をテーパコーン状の芯金に回転ローラにより押し付けることにより素材を横倒しとすることにより素材をテーパ面に押し付けて、素材の横すべりを行わせることにより減肉し、最後に第５段階として横倒しされた減肉されたリブをスタンピングなどにより真直ぐに又は湾曲形状等に造形し、増肉されたハブ及び減肉されたリブ及びリムを有する回転部品用素材としている。
【００２２】
図１は第１段階としての浅絞り加工のため板材１０は下型１２上に載置され、上型１４によって板材１０は下型１２に押えられる。上型１４は浅絞り工程において板材１０の中央における絞られた部分を収容するための空洞部１６を有している。上型１４による下型１２に対する板材１０の押し付け力は板材１０の絞り加工中における板材１０の後退は阻止するが、絞り加工における材料の自由な流動は許容するように設定されている。浅絞りの開始のため図１の状態からポンチ１８は矢印aのように板材１０の中央部に向けての上昇が開始される。
【００２３】
ポンチ１８が上昇を完了すると、図２に示すように板材１０の中央部10-1は空洞部１６に向けて持ち上げられる。中央部10-1の変位によるその周囲の部分は外周より中央部に向けて引き寄せられ、傾斜部分10-2となる。材料の自由な流動のため傾斜部分10-2においては減肉は殆ど起こらず、傾斜分だけ外周側より肉が中央部に向けて引き寄せられたことになる。このように外周から中央部に肉を引き寄せた後の次の段階としてのピアスバーリングによる筒状突出部の形成における肉厚の減少を抑えることができる。
【００２４】
図３は図２により得られた素材をピアス加工及びバーリング加工の実施のため準備した状態を示す。即ち、素材は下型２０上に絞り部分を上向きにして載置され、端面（素材中央部10-1）には開口２２が穿設（ピアス加工）されている。また、板材１０は傾斜部10-2の外周の平坦部において抑え部材２４によって下型２０に抑えつけられる。ポンチ２６は上型２８の下端面に設けられており、また抑え部材２４は上端側では上型２８のボア28-1に摺動自在に収容されており、ボア28-1には抑え部材２４を下向きに付勢するべく油圧又は空気圧が導入されかつ必要に応じスプリング圧がかけられている。ポンチ２６の直径は素材の張り出し端面における開口２２の直径より幾分大きくされ、ポンチ２６の加工時に素材の開口２２の周囲の部分が巻きこまれながらの変形が行われるようになっている。
【００２５】
図４はピアスバーリング加工中における素材の変形状態を説明している。即ち、ポンチ２６の下端は開口２２の周縁部に接触しており、そのため、ポンチ２６の加工につれて板材１０は開口２２の周囲の部分を10-3のように巻き込みながら変形してゆく。このような巻き込みながらの変形によりピアスバーリングにより筒状部を形成する際の肉厚の減少を抑えることができる。
【００２６】
図５は上型２８が最下端まで下降した状態を示しており、ポンチ２６により素材の中央部に後にハブとなる筒状突出部10-4が形成されている。この発明では、図２に示すようにハブ成形において、先ず、ハブの突出方向と反対方向に絞ることにより板材の周辺部の肉を中央に向けて引き寄せ増肉しており、次に、この増肉部分をポンチ２６により図４のように巻き込み裏返しながら筒状突出部10-4に成形しているため、図５に示すように最終的に得られる筒状突出部10-4の肉厚t1の減少を抑えることができ、板材１０の最初の肉厚t0に対して８５〜９０％（t1=0.85〜0.9t0）程度とすることができる。この発明と異なって反対方向の絞りを行わない単なるピアスバーリングによる筒状突出部の形成では板材の肉厚に対して筒状突出部の肉厚は５０〜７０％といわれており、この発明によりピアスバーリング完了後における筒状突出部10-4の肉厚の減肉を抑制することができるのは明らかである。
【００２７】
次の工程として、図５の筒状突出部10-4をその開放端側から強圧することにより筒状突出部の肉厚を増加させる工程が実施される。即ち、図６に示すように筒状突出部10-4を形成した板材１０はその外周部が上型３０と下型３２との間に保持される。上型３０に設けられる芯金３４は筒状突出部10-4に挿通されており、下型３２の中心孔32-1と芯金３４との間の筒状空間３６に筒状突出部10-4が延びており、筒状突出部10-4 の内側に間隙が設けられている。先端が環状断面のポンチ４０は芯金３４と下型３２との間の筒状空間３６に押し込められ、その結果、筒状突出部10-4の肉は筒状空間３６における隙間を充填するように半径方向に向けて塑性流動せしめられ、図７に示すように増肉部分としてのハブ４２が円形板材１０の中央に得られる。図６に示すように増肉工程において筒状突出部10-4は図６に示すようにその外径が規制されている。このような外径規制時の冷間の押し込みによる増肉は一般に元の肉厚の約1.75〜1.9倍といわれている。一方、図５に関連して説明したようにこの発明におけるピアスバーリング後における筒状突出部10-4の肉厚はt1=0.85〜0.9t0であり、したがって、押し込みによる増肉後の肉厚をt2とするとt2=(0.85〜0.9)×(1.75〜1.9)t0＝1.5〜1.7t0となる。このように、この発明においてはハブ形成の第１段階としてのハブ突出方向と反対方向への絞り及びこれに継続する巻き込みながらのピアスバーリング加工によって素材の肉厚に対して５０〜７０％増肉されたハブ４２を得ることができる。
【００２８】
次の工程はハブ４２の外側におけるリブとなる部分の減肉工程である。この発明ではスピンニング絞りによる減肉を行っている。この減肉工程を図８によって説明すると、図７により得られた中央にハブ４２を有した板材１０はテーパ状の芯金４４上に装着される。ハブ４２は下端において芯金４４のテーパ部44-1の先端のスタブ軸44-2 に挿入され、ハブ４２の上端にはホルダ４６のセンタピン46-1が挿入され、板材１０は芯金４４とホルダ４６との間に保持される。この状態において芯金４４に矢印Ｃのように回転が加えられる。そして、成形ローラ４８がハブ４２の外側の板材の部分に押しつけられる。即ち、成形ローラ４８は板材にむけて前進され、そのため板材はテーパ面44-1に対して倒されて行く。そして、成形ローラ４８によって板材をテーパ面44-1に押し付けつつ成形ローラ４８をテーパ面44-1に沿って移動させてゆく。このとき材料はせん断を受け、テーパ面にそって横すべりしてゆき、横すべりした部分においては肉厚は減少される。図９はテーパ面44-1に板材１０を押しつけることによる横すべりにより減肉作用について模式的に説明するものである。即ち、直立状態の板材Мは矢印Ｃのように回転する芯金のテーパ面に押しつけられることにより塑性変形される。図中、М´は塑性変形後の材料を表す。押し付ける前の材料Мにおける正方形の領域Ｓは押し付け後の材料М´おいては菱形の領域Ｓ´となる。即ち、このとき材料はせん断力下で横すべりするのみであり、横方向の幅は押しつけ前Мも押しつけ後М´も同一でＬ（＝t0）である。このとき塑性変形後の材料Ｍ´はその厚みТはＬ×sinαである。従って、テーパ面への押し付けによって円板の肉厚をテーパ角度の正弦倍だけ元の材料の肉厚t0に対して減少せしめることができることが分かる。
【００２９】
図１０はテーパ面に沿った成形ローラ４８の移動が完了した状態を示しており、肉厚が減少した部分５０がリブとなる部分である。 前述のように回転するテーパ面に素材を押しつけるスピンニング絞りにおいては素材がせん断を受け横すべりすることに減肉が行われ、この減肉は素材の厚み×テーパ角度αの正弦である。したがって、α＝４５°とすると減肉部分５０の厚みt3は加工前の素材１０の厚み＝t0×sin 45＝0.7×t0となる。この減肉量で十分でない場合は、成形ローラ４８と芯金４４によるしごき圧延を追加的に付与することによりt3＝0.3〜0.5×t0に減肉しうる。図１０において42-1はこのようなしごき圧延を部分的に追加したとき得られる強減肉部を示している。この実施形態における減肉は、成形ローラ４８を芯金４４に押しつけることにより素材をせん断により横すべりさせることにより行われるものであり、加工時に成形ローラ４８に加えるべき圧力は鍛造による減肉と比較して極めて低くてすむため設備コストの大幅低減を図ることができる。
【００３０】
図１０において芯金４４のテーパ部44-1に押し付けられなかった板材の外周部分５２がリムとなる部分であり、材料の肉厚t0のままである。
【００３１】
次の工程はスタンピングによってリブとなる減肉部分５０を真直ぐに戻すとともに凹凸加工を加えつつリムとなる板材の厚みのままである周辺部分５２を絞りによりカップ状に曲折する工程である。即ち、図１１において、素材は減肉されたテーパ状のリブとなる部分５０を上にしてハブとなる部分４２が下型５４に装着され、上型５６によってカップ形状などの所期の形状にスタンピングとドローイングが行われる。即ち、上型５６は下型５４に対して押しつけられ、その結果、図１２に示すようにリブとなる減肉部分５２は平坦となるように戻され、即ち、またリムとなる外周部分５２は絞りを受け減肉部分５０に対して直交するように曲折される。これにより増肉されたハブ４２と、減肉されたリブ５０と、材料の肉厚のままのリム５２とからなる回転部品用素材が得られる。
【００３２】
図１３は図１２の回転部品用素材より得られる多数Ｖ溝プーリの例を示している。即ち、図１２の素材を回転させながら、プーリ溝の断面形状と相補的な断面形状の成形ローラを図１２の回転部品用素材のリム５２に押し付けることにより、リム５２に多数Ｖ溝断面形状を形成することができる。
【００３３】
図１４は図１２の回転部品素材においてリム５２に断面Ｖ型の成形ローラを押し当てることによりリムを裂開せしめ、Ｖ型プーリを得るようにした例を示す。
【００３４】
図１５は図１２の回転部品用素材においてリム５２にディスクローリングをかけることにより平プーリとした例を示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は円形板材を浅絞り用の上型と下型との間に保持した状態を示す断面図であり、ハブの突出方向と反対方向に予め浅絞りを施すための工程の最初を示している。
【図２】図２は浅絞りの完了を示し、上下の型間に保持された円形板材はポンチによってハブの突出方向と反対方向に予め浅絞りをかけられる。
【図３】図３は浅絞りを受けた板材をピアスバーリング工程の実施のため上下の型間に保持した状態を示す断面図である。
【図４】図４はピアスバーリング工程の途中において板材の開口部の周囲の肉を巻込ませた状態を示す図である。
【図５】図５はピアスバーリング工程の完了を示しており、板材の中央に筒状突出部が形成されている。
【図６】図６はピアスバーリングにより得られた筒状突出部を増肉する工程に先だって板材を上下の型間に保持した状態を示す。
【図７】図７は筒状突出部をその開放端側から強圧することによりピアスバーリングにより得られた筒状突出部を増肉する工程を示している。
【図８】図８は増肉されたハブの外周側の部分を減肉するためハブが増肉を受けた素材をテーパ型に保持した状態を示す図である。
【図９】図９は素材をテーパ面に押し付けせん断により肉を横移動させることにより減肉を行う原理を示す図である。
【図１０】図１０は素材をテーパ面に押し付け減肉する工程が完了した状態を示す図である。
【図１１】図１１はスタンピングによる減肉後の素材のリブとなる部分を平坦に押し戻すため素材をテーパ面を上向きにして下型に保持した状態を示す。
【図１２】図１２はスタンピングによりリブとなる減肉部分を平坦化しかつ外周部を曲折させることによりカップ状の回転部品用素材として完成させた状態を示している。
【図１３】図１３は図１２の素材より得られる多数Ｖ型溝プーリを示す断面図である。
【図１４】図１４は図１２の素材のリム部を裂開することにより得られるＶプーリを示す。
【図１５】図１５は図１２により得られた素材の外周ハブ部にディスクローリングを施すとにより得られた平プーリを示す断面図である。
【符号の説明】
１０…板材
１２…下型
１４…上型
１６…空洞部
１８…ポンチ
２０…下型
２４…抑え部材
２６…ポンチ
２８…上型
３０…上型
３２…下型
３４…芯金
３６…筒状空間
10-4…筒状突出部
４２…ハブ
４４…芯金
４６…ホルダ
４８…成形ローラ
44-1…テーパ面
５０…リブ
５２…リム
５４…下型
５６…上型
【図１】
0004405034.tif 000002
【図２】
0004405034.tif 000003
【図３】
0004405034.tif 000004
【図４】
0004405034.tif 000005
【図５】
0004405034.tif 000006
【図６】
0004405034.tif 000007
【図７】
0004405034.tif 000008
【図８】
0004405034.tif 000009
【図９】
0004405034.tif 000010
【図１０】
0004405034.tif 000011
【図１１】
0004405034.tif 000012
【図１２】
0004405034.tif 000013
【図１３】
0004405034.tif 000014
【図１４】
0004405034.tif 000015
【図１５】
0004405034.tif 000016