(57)【要約】【課題】ワークに低い負荷で穴を形成でき，型破損が起こりにくい，成形品の製造方法を提供すること。【解決手段】素材２０を中心軸Ｌ１まわりに回転させながら，素材２０の一方の端面にローラ１２を押し付けることで，素材２０を中心軸Ｌ１に対する径方向に押し広げつつ目的形状に成形する。ここにおいて，ローラ１２による素材２０の押し広げを行うのと同時に，素材２０のもう一方の端面の回転中心位置に対して，中心軸Ｌ１の方向に向かう穴２３を形成する穴形成加工を行う。【選択図】図２
2016000417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材を中心軸まわりに回転させながら，素材の一方の端面にローラ部材を押し付けることで，素材を前記中心軸に対する径方向に押し広げつつ目的形状に成形することによる成形品の製造方法において，
前記ローラ部材による素材の押し広げを行うのと同時に，素材のもう一方の端面の回転中心位置に対して，前記中心軸の方向に向かう穴を形成する穴形成加工を行うことを特徴とする成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，素材を回転させつつその一方の端面をローラ部材で押圧して回転中心軸に対する径方向に素材を押し広げて成形品を製造する方法に関する。さらに詳細には，回転中心の位置に穴が形成されている成形品を得るための製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から，素材を回転させつつ，その端面に，素材と連れ回る円筒形状のローラを押し当てて成形するローラ鍛造が行われている。このようにして成形された鍛造品について，穴を形成したい場合がある。この穴の形成のための技術として，例えば特許文献１の技術で使用しているマンネスマン穿孔が挙げられる。特許文献１の技術では，ワーク（加工対象物）を回転させながら，その周面を傾斜ローラで加圧している。そしてそれとともに，ワークの回転中心位置に対してマンドレルで穿孔加工して穴を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２２４５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら前記した従来の技術には，次のような問題点があった。すなわち，穴を形成する加工の負荷が非常に高いのである。特に，形成する穴が細くて深い場合には，この加工時の高い面圧のため，型が破損して再使用できなくなることがある。
【０００５】
本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，ワークに低い負荷で穴を形成でき，型破損が起こりにくい，成形品の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様における成形品の製造方法では，素材を中心軸まわりに回転させながら，素材の一方の端面にローラ部材を押し付けることで，素材を中心軸に対する径方向に押し広げつつ目的形状に成形することによる成形品を製造する。ここにおいて，ローラ部材による素材の押し広げを行うのと同時に，素材のもう一方の端面の回転中心位置に対して，中心軸の方向に穴あけ加工を行う。
【０００７】
上記態様における成形品の製造方法では，ローラ部材による素材の押し広げ加工がなされている時，素材の材料には拡径方向の流れがある。このため素材の中央部分での面圧が低くなっている。この面圧が低い箇所に，押し広げ加工と同時に穴開け加工をおこなうことで，低い加工負荷で穴開けができる。このため，型破損も起こりにくい。
【発明の効果】
【０００８】
本構成によれば，ワークに低い負荷で穴を形成でき，型破損が起こりにくい，成形品の製造方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態で使用する鍛造成形装置の構成を説明する断面図である。
【図２】図１の鍛造成形装置により素材を加工する状況を説明する断面図である。
【図３】拡径加工時の材料の流れを説明するための成形前の断面図である。
【図４】拡径加工時の材料の流れを説明するための成形後の断面図である。
【図５】実施の形態による素材の鍛造加工の初期の状況を示す斜視図である。
【図６】実施の形態による素材の鍛造加工の終期の状況を示す斜視図である。
【図７】図２の状態から穴開けパンチを突き抜けさせた状態を示す断面図である。
【図８】第１の変形例に係る実施の形態における加工前の状況を示す断面図である。
【図９】第１の変形例に係る実施の形態における加工後の状況を示す断面図である。
【図１０】第２の変形例に係る実施の形態における加工前の状況を示す断面図である。
【図１１】第２の変形例に係る実施の形態における加工後の状況を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。まず，本形態で使用する成形品の製造装置，すなわち鍛造成形装置について説明する。本形態の鍛造成形装置は，穴の開いている成形品を製造するための装置である。図１に示す本形態に係る製造装置は主として，回転台１０と，穴開けパンチ１１と，ローラ１２とにより構成されている。
【００１１】
回転台１０は，素材２０を載置する載置台としての役割と，素材２０を回転させる回転伝達部材としての役割と，素材２０を回転させつつ成形し成形後の素材２０における図中下側の端面の形状を規定する回転型としての役割とを有している。回転台１０の上面１０１が，載置台および下型としての役割を果たす。回転台１０は，モータ等の外部の回転駆動源から回転駆動を受けるようになっている。これにより回転台１０は，図中上下方向の回転軸Ｌ１を中心に回転するようになっている。回転台１０における中心位置には，上方に向かって開口した中心穴１０２が形成されている。中心穴１０２は，穴開けパンチ１１を収納する穴である。
【００１２】
穴開けパンチ１１は，素材２０に穴を形成するための棒状の部材である。穴開けパンチ１１は，回転台１０における中心穴１０２の中に配置されている。穴開けパンチ１１は，外部からの操作により昇降可能とされている。図１に示されるように中心穴１０２の中に穴開けパンチ１１が完全に収納されている状態は，穴開けパンチ１１の下降状態である。上昇状態では，穴開けパンチ１１の一部が回転台１０の上面１０１から突出することとなる。なお，穴開けパンチ１１は，回転台１０の回転時にはともに回転する構成であってもよいし，回転しないで上下動のみする構成であってもよい。本形態では，回転しない構成であることとする。
【００１３】
ローラ１２は，回転軸Ｌ２を中心に回転可能に設けられた回転体形状の部材である。回転軸Ｌ２の方向は，回転台１０の回転軸Ｌ１に対して交差する方向である。ローラ１２は，その回転体としての側面により，成形後の素材２０における図中上側の端面の形状を規定する役割を果たす。また，ローラ１２は，図１中上下方向（回転軸Ｌ１と平行な方向）に，外部からの操作により移動可能とされている（矢印Ａ）。ローラ１２の内端位置Ｗと回転台１０の回転軸Ｌ１との間隔Ｒは，穴開けパンチ１１の半径より大きい。つまり，ローラ１２を下降させているときに穴開けパンチ１１を上昇させても，ローラ１２と穴開けパンチ１１とが接触することはない。
【００１４】
回転台１０やローラ１２は，成形対象である素材２０の材質より高強度な材料で形成されている。素材２０が通常の炭素鋼である場合，回転台１０やローラ１２としては，冷間鍛造型用の鋼種を用いたものであればよい。本形態で上記の鍛造成形装置により製造される物品の一例としては，燃料電池自動車用の高圧ガスタンクの口金が挙げられる。本形態の製造方法は基本的に，配置工程と成形工程との２段階による。
【００１５】
（配置工程）
配置工程では，図１に示した鍛造成形装置に素材２０を配置する。素材２０を配置するときには，ローラ１２を図１中に示される位置よりもっと上まで上昇させる。この状態で，回転台１０の上面１０１に素材２０を載置する。載置された素材２０は，回転台１０の上面１０１の中央に位置し，中心穴１０２を塞ぐ。載置される素材２０の形状，すなわち鍛造前の形状は，概略，円柱状である。
【００１６】
（成形工程）
続いて成形工程を行う。成形工程ではまず，素材２０を軸回りに回転させる。すなわち，回転台１０を前述のように回転させる。これにより，回転台１０に載置されている素材２０も，回転台１０の回転に伴って回転軸Ｌ１を中心に回転する。以下，成形工程における引き続きの処理は，素材２０の回転を続行させつつ行われる。
【００１７】
そして，このように素材２０を回転させながら，ローラ１２を押し下げる。ローラ１２を押し下げることにより，ローラ１２と素材２０とが接触することとなる。このため以後，ローラ１２は，素材２０の回転（回転軸Ｌ１まわり）に引きずられて，回転軸Ｌ２を中心に回転する。その状態からさらにローラ１２を押し下げていく。ローラ１２をさらに押し下げることで，回転台１０とローラ１２との間隔が，さらに狭くなっていく。
【００１８】
これにより，素材２０の上側端面は，回転軸Ｌ１付近を除いてローラ１２の側面により圧迫される。こうして図２に示すように，素材２０が塑性加工される。すなわち，素材２０のうち，ローラ１２による圧迫を受ける範囲内では，材料が半径方向外向きに流れていく（図２中の矢印Ｆ）。これを図３および図４によりさらに説明する。図３および図４は，下型８０およびローラ８１による素材８２のローラ鍛造の前（図３）および後（図４）における断面図である。なお図３および図４自体は，加工時の材料の流れの説明のみを目的とするものであり，図１および図２に示したものとは下型８０および素材８２の形状が異なっている。なお図４においては，加工後に生じる素材８２の中央の盛り上がり部分により，ローラ８１の断面の一部が隠れている。図３と図４とを比較してみると，素材８２中の点Ｍが大きく外側向きに移動している。これが，ローラ鍛造加工による材料の流れである。
【００１９】
かかる材料の流れが図２中の素材２０でも起きることにより，素材２０の特に上側端面が拡径していき，円板状のフランジ部２１が形成される。また，素材２０の上側端面のうちローラ１２による圧迫を受けない範囲，すなわち回転軸Ｌ１付近の部位は，フランジ部２１に対して突出したボス部２２となる。かかるローラ１２による押し広げ加工の初期および終期における斜視図を，図５および図６に示す。
【００２０】
ここで，本形態の成形工程では，ローラ１２による上記の押し広げ加工と同時に，穴開けパンチ１１による穴形成加工を行う。つまり，ローラ１２を押し下げる時に同時に，穴開けパンチ１１を上昇させる操作をも行う。このため図２を見ると，穴開けパンチ１１が図１中に示される位置より上昇した位置にある。したがって，穴開けパンチ１１が回転台１０の上面１０１から突出しており，その突出した部分が素材２０に食い込んでいる。これにより，素材２０に穴２３が形成されている。これが，穴開けパンチ１１による穴形成加工である。
【００２１】
ここで本形態では，穴形成加工の負荷が小さい。そのため，穴開けパンチ１１を上昇させる動作に要する力が少なくて済む。また，図２に示されるように細くて深い穴を形成するにもかかわらず，穴開けパンチ１１が破損してしまう可能性はごく低い。このように穴開けの負荷が小さい理由は，ローラ１２による押し広げ加工と同時に穴形成を行っていることにある。押し広げ加工が行われている時における素材２０には前述のように，矢印Ｆに示した拡径方向の材料の流れがある。この材料の外向きの流れのため，素材２０の中心付近では材料の面圧が低いのである。この面圧が低い位置に対して穴開けを行うので，負荷が小さいのである。むろん，本方法により，細くて深い穴に限らず，広い穴や浅い穴を形成することもできる。
【００２２】
図２に示す状態では，穴開けパンチ１１が素材２０を突き抜けるまでには至っていない。この状態で穴開け加工を停止して穴２３を非貫通の有底穴としてもよいし，穴開けパンチ１１に素材２０を突き抜けさせることで穴２３を貫通穴とすることもできる（図７）。後者の場合，最終的な突き抜け時の荷重も，前述と同じ理由により小さくて済む。また前者の場合，その後にさらに別の加工を行うことで最終的に穴２３を貫通穴とすることもできる。
【００２３】
続いて，本形態の変形例を説明する。図８（加工前）および図９（加工後）に示す第１の変形例は，ローラ１２間の間隔をほとんどなくした例である。図１でいえば，間隔Ｒを穴開けパンチ１１の半径より小さくしたものに相当する。このようなものでは，図７に示した貫通穴の形成に至るまで加工を進めることはできず，図９に示す有底穴の段階で加工を止めなければならない。しかしながら図９の段階に至るまでの間において，前述の理由による穴開け負荷の低減効果は同様に得られる。
【００２４】
図１０（加工前）および図１１（加工後）に示す第２の変形例は，素材３０として，あらかじめ迎え穴３３が形成されているものを用いる例である。素材３０にあらかじめ形成されている迎え穴３３は，貫通穴であるが，その径は，最終的に形成しようとする穴より小さい。本形態のローラ鍛造とともにこの迎え穴３３を広げることになる。また，この例では，ローラ１２間の間隔Ｓを，迎え穴３３の径とほぼ同じくしている。この場合にも穴開けパンチ１１を突き抜けさせることはできず，図１１の段階で穴広げ加工を止める必要がある。しかしながら図１１の段階に至るまでの穴の拡径において，前述の理由による加工負荷の低減効果は同様に得られる。むろん，図１に示した，間隔Ｒを十分広くした構成の装置を用いる場合であっても，あらかじめ迎え穴３３が形成されている素材３０を加工対象とすることができる。
【００２５】
以上詳細に説明したように本実施の形態によれば，素材２０，３０に対し，ローラ鍛造による押し広げ加工と，穴開けパンチ１１による穴開け（もしくは穴広げ）加工とを同時に行うこととしている。これにより，素材の材料ら拡径方向の流れがあるときに穴開け（もしくは穴広げ）加工を行うこととなるので，低い負荷で穴開け（もしくは穴広げ）を行うことができる成形品の製造方法が実現されている。
【００２６】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，ローラ１２を下降させる代わりに，回転台１０を上昇させるようにしてもよい。また，ローラ１２の回転軸Ｌ２まわりの回転について，素材２０による連れ回りに頼らず，独自の回転駆動源により回転駆動するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１０        回転台
１１        穴開けパンチ
１２        ローラ
２０，３０  素材
２３，３４  穴
Ｌ１        回転台の回転軸
Ｌ２        ローラの回転軸
【図１】
2016000417.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2016000417.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016000417.tif 000009
【図８】
2016000417.tif 000010
【図９】
2016000417.tif 000011
【図１０】
2016000417.tif 000012
【図１１】
2016000417.tif 000013