(57)【要約】【課題】製品の品質を落とすことなく、逐次成形方法による環状製品の製造コストの低減を可能とする。【解決手段】円盤状ワーク２０にドリル２４で孔２２を貫通して、孔２２に対しマンドレル３０を挿通して逐次成形を行う。したがって、逐次成形を行うための準備工程として、熱間鍛造による環状ワークの鍛造・打ち抜き工程が不要となる。円盤状ワーク２０は、熱間鍛造によることなく、他の方法（板材の打ち抜き、円柱材の切出し等）によっても得ることが可能であり、熱間鍛造による製造コストの増大を防ぐことができる。又、材料ロスの発生が、ドリル２４による孔２２穿孔時の屑のみとなり、材料歩留まりは大きく向上する。【選択図】図２
2007289967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状ワークを成形するワーク成形工程と、
該円盤状ワークの外周部を成形ロール型に対して位置決めした状態で、ドリルにより、前記円盤状ワークの中心に前記成形ロール型の回転軸と平行な孔を貫通させる穿孔工程と、
該孔に対しマンドレルを挿通し、前記成形ロール型及び前記マンドレルを回転させ、かつ、前記成形ロール型と前記マンドレルの中心軸の距離を徐々に接近させることにより前記円盤状ワークを環状部品へと逐次成形する、逐次成形工程とを含むことを特徴とする環状部品の逐次成形方法。
【請求項２】
前記ワーク成形工程において、前記円盤状ワークを円柱状鋼材から切出すことを特徴とする請求項１記載の環状部品の逐次成形方法。
【請求項３】
前記穿孔工程及び前記逐次成形工程において、先端にドリルが一体に設けられたマンドレルを用い、前記ドリルによる穿孔工程と前記マンドレルによる前記逐次成形工程とを、前記ワークに対する前記マンドレルの軸方向への移動により連続的に行うことを特徴とする請求項１又は２記載の環状部品の逐次成形方法。
【請求項４】
前記マンドレルは、前記ドリル径と同じかそれ以下の直径を有する小径部と、前記ドリル径を超える直径を有する大径部とを備え、前記小径部によって前記孔径を前記大径部の直径以上に拡大した後、前記大径部によって逐次成形を完了させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の環状部品の逐次成形方法。
【請求項５】
前記穿孔工程及び前記逐次成形工程を冷間で行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の環状部品の逐次成形方法。
【請求項６】
少なくとも前記逐次成形工程を熱間で行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の環状部品の逐次成形方法。
【請求項７】
円盤状ワークの外周部に当接して該円盤状ワークを位置決めし、かつ、該円盤状ワークの外周部に所望の製品外形を成型するための、環状の成形溝を有する成型ロール型と、
中心軸が、前記成形ロール型の中心軸と平行かつ前記成形ロール型に位置決めされた状態の前記円盤状ワークの中心と一致可能に支持されたドリル及びマンドレルと、
該ドリル及び該マンドレルを、前記成形ロール型及び前記円盤状ワークに対し、前記成形ロール型の中心軸と平行な方向及び直行する方向に移動させる移動手段とを備えることを特徴とする環状部品の逐次成形装置。
【請求項８】
前記ドリルは、前記マンドレルの先端に一体に設けられていることを特徴とする請求項７記載の環状部品の逐次成形装置。
【請求項９】
前記マンドレルは、前記ドリル径と同じかそれ以下の直径を有する小径部と、前記ドリル径を超える直径を有する大径部とを備えることを特徴とする請求項７又は８記載の環状部品の逐次成形装置。
【請求項１０】
前記円盤状ワークを加熱する加熱器を備えることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項記載の環状部品の逐次成形装置。
【請求項１１】
先端にドリルが一体に設けられ、かつ、該ドリル径と同じかそれ以下の直径を有する小径部と、前記ドリル径を超える直径を有する大径部とを備えることを特徴とする逐次成形用マンドレル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環状の部品を成形するための逐次成形技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、リンク状の金属製品を成形する手法として、逐次成形方法が用いられている。この逐次成形方法は、環状ワークの外壁に成形ロール型を、内壁にマンドレルを押し付け、成形ロール型及びマンドレルを回転させながらワークに圧力を加えることにより、環状ワークの内径及び外形を徐々に拡大させる成形方法である。
その成形手順は、図７（ａ）に示されるように、中実の丸棒から、直径Ｄよりも長さｌが大きい円柱状ワークＷ０を切出す。次に、円柱状ワークＷ０を熱間鍛造により、図７（ｂ）のＷ１、図７（ｃ）のＷ２のように押し潰す。続いて、図７（ｄ）のＷ３のように、押し潰したワークの中央部に窪みを形成し、窪み部分の円形の肉を打ち抜くことで、図７（ｆ）に示されるような、内形Ｄ１、外径Ｄ２の環状ワーク１０とする。そして、この環状ワーク１０の外壁１２を成形ロール型（図示は省略）で、内壁１４をマンドレルで加圧しながら回転させることで、図７（ｅ）に示されるような、内形Ｄ３、外径Ｄ４（Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４）の環状製品１６を成型するものである（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。なお、環状ワーク１０の高さＨ１２と環状製品１６の高さＨ１６とは、ほぼ同一である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４５７４５号公報
【特許文献１】特開平１１−１５１５０４号公報
【特許文献１】特開平１１−１５１５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の逐次成形方法は、環状ワーク１０を得るための熱間鍛造工程のコストが嵩み、なおかつ、図７（ｄ）中央部に窪みを形成したワークＷ３の、窪み部分の円形の肉を打ち抜くことにより発生する芯バリが、材料歩留まりを悪化させる原因となっており、鋼材コストの上昇と共に、環状部品の逐次成形における材料歩留まりの向上も急務となっている。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、製品の品質を落とすことなく、逐次成形方法による環状製品の製造コストの低減を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための、本発明に係る環状部品の逐次成形方法は、円盤状ワークを成形するワーク成形工程と、該円盤状ワークの外周部を成形ロール型に対して位置決めした状態で、ドリルにより、前記円盤状ワークの中心に前記成形ロール型の回転軸と平行な孔を貫通させる穿孔工程と、該孔に対しマンドレルを挿通し、前記成形ロール型及び前記マンドレルを回転させ、かつ、前記成形ロール型と前記マンドレルの中心軸の距離を徐々に接近させることにより前記円盤状ワークを環状部品へと逐次成形する、逐次成形工程とを含むことを特徴とするものである。
本発明によれば、円盤状ワークを予め準備し、この円盤状ワークにドリルで孔を貫通して、該孔に対しマンドレルを挿通して逐次成形を行うことで、逐次成形を行うための準備工程として、熱間鍛造による環状ワークの鍛造・打ち抜き工程が不要となる。なお、円盤状ワークは、熱間鍛造によることなく、他の方法（板材の打ち抜き、円柱材の切出し等）によって得ることが可能である。又、材料ロスの発生が、ドリルによる穿孔時の屑のみとなる。
【０００６】
又、本発明においては、前記ワーク成形工程において、前記円盤状ワークを円柱状鋼材から切出すことが望ましい。
本発明によれば、円盤状ワークに求められる直径を有する円柱状鋼材を切出すことにより、作業工数の点でも、材料歩留まりの点でも、最も効率的に円盤状ワークを得ることが可能となる。
【０００７】
又、本発明においては、前記穿孔工程及び前記逐次成形工程において、先端にドリルが一体に設けられたマンドレルを用い、前記ドリルによる穿孔工程と前記マンドレルによる前記逐次成形工程とを、前記ワークに対する前記マンドレルの軸方向への移動により連続的に行うことが望ましい。
本発明によれば、穿孔工程及び逐次成形工程を、同一の工具により円滑かつ迅速に行うことが可能となる。
【０００８】
又、本発明において、前記マンドレルは、前記ドリル径と同じかそれ以下の直径を有する小径部と、前記ドリル径を超える直径を有する大径部とを備え、前記小径部によって前記孔径を前記大径部の直径以上に拡大した後、前記大径部によって逐次成形を完了させることが望ましい。
本発明によれば、ドリルによって円盤状ワークに穿孔した孔を、マンドレルの小径部で大径部を挿通可能な直径まで拡径した時点で、小径部よりも高剛性の大径部により逐次成形を進めることで、ワークへの加圧力を増大させ、単位時間当たりの成形量（断面減少率）を段階的に高め、成形サイクルタイムを向上させることが可能となる。
【０００９】
又、本発明においては、前記穿孔工程及び前記逐次成形工程を冷間で行うことが可能である。又、逐次成形工程における成形量が大きい場合には、少なくとも前記逐次成形工程を熱間で行うことで、ワークの割れを防ぐことができる。
【００１０】
又、上記課題を解決するための、本発明に係る環状部品の逐次成形装置は、円盤状ワークの外周部に当接して該円盤状ワークを位置決めし、かつ、該円盤状ワークの外周部に所望の製品外形を成型するための、環状の成形溝を有する成型ロール型と、中心軸が、前記成形ロール型の中心軸と平行かつ前記成形ロール型に位置決めされた状態の前記円盤状ワークの中心と一致可能に支持されたドリル及びマンドレルと、該ドリル及び該マンドレルを、前記成形ロール型及び前記円盤状ワークに対し、前記成形ロール型の中心軸と平行な方向及び直行する方向に移動させる移動手段とを備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、円盤状ワークの外周部を成形ロール型に対して位置決めした状態で、ドリルにより、円盤状ワークの中心に成形ロール型の回転軸と平行な孔を貫通させ、その孔に対しマンドレルを挿通し、前記成形ロール型及び前記マンドレルを回転させ、かつ、前記成形ロール型と前記マンドレルの中心軸の距離を徐々に接近させることにより前記円盤状ワークを環状部品へと逐次成形することができる。
【００１１】
又、本発明において、前記ドリルは、前記マンドレルの先端に一体に設けられていることが望ましい。
本発明によれば、穿孔工程及び逐次成形工程を、同一の工具により円滑かつ迅速に行うことが可能となる。
【００１２】
又、本発明において、前記マンドレルは、前記ドリル径と同じかそれ以下の直径を有する小径部と、前記ドリル径を超える直径を有する大径部とを備えることが望ましい。
本発明によれば、ドリルによって円盤状ワークに穿孔した孔を、マンドレルの小径部で大径部を挿通可能な直径まで拡径した時点で、小径部よりも高剛性の大径部により逐次成形を進めることで、ワークへの加圧力を増大させ、単位時間当たりの成形量（断面減少率）を段階的に高め、成形サイクルタイムを向上させることが可能となる。
【００１３】
又、本発明において、前記円盤状ワークを加熱する加熱器を備えることが望ましい。
この場合には、逐次成形工程における成形量が大きい場合には、前記逐次成形工程を熱間で行うことで、ワークの割れを防ぐことができる。
【００１４】
又、上記課題を解決するための、本発明に係る逐次成形用マンドレルは、先端にドリルが一体に設けられ、かつ、該ドリル径と同じかそれ以下の直径を有する小径部と、前記ドリル径を超える直径を有する大径部とを備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、マンドレルと一体に設けられたドリルによって、円盤状ワークに貫通孔を穿孔することができるので、熱間鍛造工程における肉の打ち抜き作業により、マンドレルを挿通するための孔を穿孔する必要が無くなる。又、ドリルによって円盤状ワークに穿孔した孔を、マンドレルの小径部で大径部を挿通可能な直径まで拡径した時点で、小径部よりも高剛性の大径部により逐次成形を進めることで、ワークへの加圧力を増大させ、単位時間当たりの成形量を段階的に高め、成形サイクルタイムを向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明はこのように構成したので、製品の品質を落とすことなく、逐次成形方法による環状製品の製造コストの低減を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
【００１７】
本発明の実施の形態に係る、環状部品の逐次成形方法は、図１（ａ）に示される円柱状鋼材から、図１（ｂ）に示される円盤状ワーク２０を切出すことにより、円盤状ワーク２０を成形するワーク成形工程と、図１（ｃ）に示されるように、円盤状ワーク２０の中心を貫通する孔２２を穿孔する穿孔工程と、孔２２を備える円盤状ワーク２０を、逐次成形によって図１（ｄ）に示される環状製品１６へと成型する逐次成形工程とを含むものである。
【００１８】
しかも、本発明の実施の形態では、図５（ａ）に示されるように、先端にドリル２４が一体に設けられ、かつ、ドリル２４の径と同じかそれ以下の直径を有する小径部２６と、ドリル２４の径を超える直径を有する大径部２８とを備える多機能型マンドレル３０が用いられる。そして、図２（ａ）〜（ｂ）に示すようにドリル２４による穿孔工程と、図２（ｂ）〜（ｄ）の多機能型マンドレル３０による逐次成形工程とを、円盤状ワーク２０に対し、多機能型マンドレル３０を軸方向（図２の上下方向）へと移動させることにより、連続的に行うものである。
【００１９】
穿孔工程及び逐次成形工程について更に詳細に説明すると、穿孔工程及び逐次成形工程の何れも、円盤状ワーク２０を加熱することなく冷間で行うものである。そして、穿孔工程では、図２（ａ）に示されるように、円盤状ワーク２０の外周部を成形ロール型３２の環状溝３２ａに対して位置決めした状態で（図３、図４参照）、円盤状ワーク２０の中心に多機能型マンドレル３０（ドリル２４）の中心軸を一致させて、多機能型マンドレル３０（ドリル２４）を回転させることにより、円盤状ワーク２０の中心に、成形ロール型３２の回転軸と平行な孔２２を貫通させる。
【００２０】
又、図２（ｂ）〜（ｄ）の逐次成形工程では、成形ロール型３２及び多機能型マンドレル３０を回転させ、かつ、成形ロール型３２と多機能型マンドレル３０の中心軸の距離を徐々に接近させることにより、多機能型マンドレル３０の小径部２６と成形ロール型３２の環状の成形溝３２ａとで、逐次成形を進める。更に、円盤状ワーク２０に穿孔した孔２２を、図２（ｃ）に示されるように、大径部２８を挿通可能な直径まで拡径した時点で、図２（ｄ）に示されるように、多機能型マンドレル３０を軸方向に移動させ、大径部２８を孔２２に挿通する。そして、マンドレルの大径部２８に形成された環状の成形溝２８ａと成形ロール型３２の環状の成形溝３２ａとで、逐次成形を更に進め、逐次成形を完了するものである。
【００２１】
本発明の実施の形態に係る環状部品の逐次成形装置３３は、図３、図４に示されるように、円盤状ワーク２０の外周部に当接して円盤状ワーク２０を位置決めし、かつ、円盤状ワーク２０の外周部に所望の製品外形を成型するための、環状の成形溝３２ａを有する成型ロール型３２を備えている。又、成形ロール型３２の環状の成形溝３２ａと対向する環状の深溝３４ａを有するガイドロール型３４を備えている。更に、多機能型マンドレル３０の基端部２９を着脱自在に軸支する軸受３６を備えた、多機能型マンドレル３０の移動手段３８とを備えている（なお、図中、逐次成型完了後の環状の製品１６を、二点差線で示している。）。成形ロール型３２の中心軸Ｃ３２、ガイドロール３４の中心軸Ｃ３４、移動手段３８の軸受３６に軸支される多機能型マンドレル３０の中心軸Ｃ３０は何れも平行、かつ、図４に示されるように、平面視で一直線上に整列するように配置されている。
【００２２】
そして、移動手段３８は、多機能型マンドレル３０を、成形ロール型３２及び円盤状ワーク２０に対し、成形ロール型３２の中心軸Ｃ３２と平行な方向（図３の上下方向）及び直行する方向（図４の左右方向）に移動させるための、アクチュエータ４０を備えている。図中、符号４２、４４で示される部分は、各々、成形ロール３２、ガイドロール型３４を回転駆動するモータである。そして、多機能型マンドレル３０は、ガイドロール型３４が大径部２８に当接することによって、ガイドロール型３４を介してモータ４４に回転駆動される構造となっている。
【００２３】
上記構成を有する本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。まず、本発明の実施の形態に係る環状部品の逐次成形方法によれば、円盤状ワーク２０を予め準備し（図１（ｂ））、この円盤状ワーク２０にドリル２４で孔２２を貫通して（図１（ｃ）、図２（ａ）、（ｂ））、孔２２に対しマンドレルを挿通して逐次成形を行うものである（図２（ｃ）、（ｄ））。したがって、逐次成形を行うための準備工程として、熱間鍛造による環状ワークの鍛造・打ち抜き工程（図７（ａ）〜（ｅ））が不要となる。
【００２４】
円盤状ワーク２０は、熱間鍛造によることなく、他の方法（板材の打ち抜き、円柱材の切出し等）によっても得ることが可能であり、熱間鍛造による製造コストの増大を防ぐことができる。又、芯バリを発生させてしまう従来の逐次成形方法（図７）と比較して、材料ロスの発生が、ドリル２４による孔２２穿孔時の屑のみとなり、材料歩留まりは大きく向上するものである。しかも、本発明の実施の形態に係る逐次成形方法によって得られた環状の製品１６の品質は、従来の逐次成形方法によるものと、何ら変わるものではない。
更に、本発明の実施の形態では、準備工程において、円盤状ワーク２０を、円盤状ワークに求められる直径を有する円柱状鋼材１８を切出すことによって（図１（ａ））成形していることから、作業工数の点でも、材料歩留まりの点でも、最も効率的に円盤状ワーク２０を得ることが可能となる。
【００２５】
又、穿孔工程及び逐次成形工程において、図５（ａ）に示されるように、先端にドリル２４が一体に設けられた多機能型マンドレル３０を用い、図２（ａ）〜（ｄ）に示されるように、ドリル２４による穿孔工程と多機能型マンドレル３０による逐次成形工程とを、円盤状ワーク２０に対する多機能型マンドレル３０の軸方向への移動により、連続的に行うこととしているので、穿孔工程及び逐次成形工程を、同一の工具（多機能型マンドレル３０）で円滑かつ迅速に行うことが可能となる。
【００２６】
又、多機能型マンドレル３０を用い、ドリル２４によって円盤状ワーク２０に穿孔した孔２２を、マンドレルの小径部２６で大径部２８を挿通可能な直径まで拡径した時点で（図２（ｃ））、小径部よりも高剛性の大径部２８により逐次成形を進めることで（図２（ｄ））、ワークへの加圧力を増大させ、単位時間当たりの成形量（断面減少率）を段階的に高め、成形サイクルタイムを向上させることが可能となる。
【００２７】
なお、本発明に用いられるマンドレルは、必ずしも多機能型マンドレル３０である必要は無く、穿孔工程をマンドレル３１とは別体のドリルによって行うこととすれば、図５（ｂ）に示されるマンドレル３１を用いることも可能である。このマンドレル３１は、先端部にドリルを備えない点を除き、図５（ａ）の多機能型マンドレル３０と同一の構造を有するものである。なお、マンドレル３１を用いる場合には、環状部品の逐次成形装置３３に、マンドレル３０の移動手段４０とは別個に、マンドレル３１とは別体のドリルのための、移動手段及び回転駆動手段を設けることとする。
又、円盤状ワーク２０に孔２２を穿孔する手段として、ドリルに代えて水圧穿孔装置等を用いることも可能である。
【００２８】
更に、本発明の実施の形態に係る環状部品の逐次成形方法は、全工程を冷間でおこなうことにより製造コストの増大を防ぐものであるが、逐次成形工程における単位時間当たりの成形量が大きい場合（図１（ｃ）の符号ａと、図１（ｄ）の符号ｂとの差が大きい場合。）には、少なくとも逐次成形工程を熱間で行うことで、円盤状ワーク２０の割れを防ぐことができる。この場合には、図６に示されるように、環状部品の逐次成形装置３３に、逐次成形工程中、円盤状ワーク２０を加熱・保温することが可能な、インダクションヒータ４６等の加熱器と、多機能型マンドレル３０、成形ロール型３２を冷却するための冷却水５０を供給する供給手段（スプレー等）４８を設けることにより、多機能型マンドレル３０及び成形ロール型３２の変形を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る環状部品の逐次成形方法を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る環状部品の逐次成形方法における、穿孔工程と、逐次成形工程とを示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る、環状部品の逐次成形装置の要部正面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る、環状部品の逐次成形装置の要部側面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る、逐次成形用マンドレルの模式図である。
【図６】本発明の実施の形態の応用例に係る、熱間成形用の逐次成形装置の要部正面図である。
【図７】従来の環状部品の逐次成形方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１６：環状の製品、１８：円柱状鋼材、２０：円盤状ワーク、２２：孔、２４：ドリル、  ２６：小径部、２８：大径部、３０：多機能型マンドレル、３１：マンドレル、３２：成形ロール型、３２ａ：環状の成形溝、３３：環状部品の逐次成形装置、３８：移動手段、  ４０：アクチュエータ、４６：インダクションコイル
【図１】
2007289967.tif 000003
【図２】
2007289967.tif 000004
【図３】
2007289967.tif 000005
【図４】
2007289967.tif 000006
【図５】
2007289967.tif 000007
【図６】
2007289967.tif 000008
【図７】
2007289967.tif 000009