(57)【要約】【課題】鍛造により棒材の一方の端部に叉状に延伸する延伸部を成形する上で、成形荷重を相対的に低下させることができ、延いては型寿命を向上させることが可能な成形型を提供する。【解決手段】開裂型２１は、パンチ２３の押圧部３３の各凸部３６で、荒地２の一方の端部２Ａをダイ２２の拘束部２８の各凹部３０に向かって押圧することにより、荒地２の一方の端部２Ａを三叉状に開裂させる。これにより、ビレットからトリポードを成形する閉塞鍛造に使用される成形型との対比において、鍛造時における成形荷重を低下させることが可能であり、延いては型寿命を延ばすことができる。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒材の一方の端部に叉状に延伸する延伸部を成形する成形型であって、
棒材を拘束する拘束型と、前記拘束型の成形面の形状に倣って棒材を変形させる押圧型と、を有する開裂型を含み、
前記拘束型の成形面は、棒材を拘束した状態で、棒材の周方向に間隔をあけて設けられた、棒材の径方向へ延伸する凹部を有し、
前記押圧型は、前記拘束型の凹部と棒材の軸方向に対向する位置に設けられ、棒材の一方の端部を前記拘束型の凹部に向かって押圧する凸部を有することを特徴とする成形型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造により、棒材の一方の端部に叉状に延伸する延伸部を成形する成形型に関する。
【背景技術】
【０００２】
鍛造により、棒材の一方の端部に叉状に延伸する延伸部を成形することで得られる製品には、例えば、等速ジョイント（ＣＶＪ）のトリポードがある。特許文献１には、基部と、取り付け軸と、トラニオン軸（延伸部）と、を鍛造により一体成形するＣＶＪトリポードの製造装置が開示されている。特許文献１によれば、ドライブシャフトに連結させる取り付け軸を基部と一体成形することで、基部にスプライン穴が形成されたトリポード、すなわち、基部がスプライン軸受として機能するトリポードに対し、基部を薄肉化することが可能であり、その結果、トリポード、延いてはトリポードを収容するアウタレースを小型化することができる。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の製造装置は、金型内に閉じ込めたビレットをパンチで加圧し、材料をインプレッション内に充満させて製品形状を成形する閉塞鍛造に近似した成形を行う成形型を開示するものであり、成形時における材料と金型との接触面積が相対的に大きい。このため、成形時における材料と金型との間の摩擦力が大きく、鍛造欠陥（欠肉）を防ぐために成形荷重を高める必要がある。それゆえ、金型への負荷が大きくなり、相対的に型寿命が短くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８３７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、鍛造により棒材の一方の端部に叉状に延伸する延伸部を成形する上で、成形荷重を相対的に低下させることができ、延いては型寿命を向上させることが可能な成形型を提供することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の成形型は、棒材の一方の端部に叉状に延伸する延伸部を成形する成形型であって、棒材を拘束する拘束型と、前記拘束型の成形面の形状に倣って棒材を変形させる押圧型と、を有する開裂型を含み、前記拘束型の成形面は、棒材を拘束した状態で、棒材の周方向に間隔をあけて設けられた、棒材の径方向へ延伸する凹部を有し、前記押圧型は、前記拘束型の凹部と棒材の軸方向に対向する位置に設けられ、棒材の一方の端部を前記拘束型の凹部に向かって押圧する凸部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、押圧型の凸部で棒材の一方の端部を拘束型の凹部に向かって押圧することにより、棒材における凸部が接触する部分から拘束型の凹部への材料の流動が促進され、棒材の一方の端部が叉状に開裂され、棒材の径方向に延びる延伸部が、棒材の周方向に沿って形成される。これにより、金型内に閉じ込めたビレットをパンチで加圧することで製品形状が成形される閉塞鍛造で使用される金型と比較して成形荷重を低減することが可能であり、延いては型寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態の説明図であり、出発材が製品に成形されるまでの形状変化を順を追って並べて示す図である。
【図２】本実施形態の説明図であり、製品としての典型的な軸付トリポードの斜視図である。
【図３】本実施形態の説明図であり、荒地の斜視図である。
【図４】本実施形態の説明図であり、第１仕掛品の斜視図である。
【図５】本実施形態の説明図であり、第２仕掛品の斜視図である。
【図６】本実施形態の押出し工程の説明図である。
【図７】本実施形態の開裂工程の説明図であり、中心線C21の左側はパンチが下降端位置に位置する状態を示し、中心線C21の右側はノックアウトにより第１仕掛品がダイから突き出された状態を示す。
【図８】本実施形態の開裂型のダイの平面図である。
【図９】図８におけるＶ１−Ｖ１断面図である。
【図１０】本実施形態の開裂型のパンチの平面図である。
【図１１】図１０におけるＶ２−Ｖ２断面図である。
【図１２】本実施形態の荒仕上げ工程の説明図であり、中心線C41の左側はパンチが下降端位置に位置する状態を示し、中心線C41の右側はノックアウトにより第２仕掛品がダイから突き出された状態を示す。
【図１３】本実施形態の開裂工程の説明図であり、開裂工程における荒地（材料）の形状変化を順を追って並べて示す図である。
【図１４】本実施形態の開裂工程の説明図であり、開裂工程における荒地（材料）と開裂型との接触部位を濃淡で示すとともに、開裂型を透視して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の成形型を具体化した一実施形態を、添付した図を参照して説明する。
ここでは、図２に示される等速ジョイントのトリポード６の成形（鍛造）に使用される成形型を例示する。なお、トリポード６は、ドライブシャフトに連結するシャフト７と、シャフト７の一端に設けられるベース８と、ベース８からシャフト７の径方向に沿って三叉状に延伸するトラニオン９（延伸部）と、を有する典型的な軸付トリポードである。したがって、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、トリポード６に係る詳細な説明を省略する。
【００１０】
図１は、出発材１（棒材）が後述の各工程を経てトリポード６に成形されるまでの形状変化を、図１における右から左へ順を追って並べて示すものである。図１において、符号２は、押出し工程により出発材１を押出し鍛造することで得られる荒地（図３参照）、符号３は、後述の開裂工程により荒地２を鍛造することで得られる第１仕掛品（図４参照）、符号４は、荒仕上げ工程により第１仕掛品３を荒仕上げ成形することで得られる第２仕掛品（図５参照）、および符号５は、トリミング工程により第２仕掛品４をトリミングすることで得られる第３仕掛品である。なお、出発材１は、円柱形のビレットをヘッディングすることにより得ることができる。また、トリポード６は、仕上げ工程により第３仕掛品５を仕上げ成形することで得ることができる。
【００１１】
（押出し工程）
押出し工程は、直後の開裂工程における欠肉を防ぐため、材料の体積配分を行う工程である。図６に示されるように、押出し工程では、押出し工程で使用される成形型のダイ１１に挿入した出発材１を加圧することにより、出発材１の一方の端部１Ａ（大径部分）の材料の一部を押出しする。図１、図３に示されるように、押出しにより得られた荒地２は、一方の端部２Ａにおける中心線C2の回りの各厚肉部１２（３箇所）に、より多くの材料が配分される。なお、荒地２の一方の端部２Ａの各厚肉部１２は、トリポード６（図２参照）の各トラニオン９に対して設けられる。ここで、「対して」の用語は、一対一に対応することを意味する。また、荒地２の一方の端部２Ａの隣接する各厚肉部１２間には、側面が平坦に形成された薄肉部１３が形成される。
【００１２】
（開裂工程）
開裂工程は、押出し工程により得られた荒地２（図１、図３参照）を第１仕掛品３（図１、図４参照）に成形する工程である。開裂工程では、後述の開裂型２１（図７参照）により荒地２（棒材）の一方の端部２Ａを軸方向（中心線C21に沿う方向）へ加圧することで、荒地２の一方の端部２Ａを端面１４から三叉状に開裂させ、一方の端部３Ａに三叉状に分岐する脚部２６が形成された第１仕掛品３を成形する。なお、第１仕掛品３の各脚部２６は、トリポード６（図２参照）の各トラニオン９（延伸部）に対応する。また、第１仕掛品３の一方の端部３Ａは、トリポード６のベース８に対応する。
【００１３】
（開裂型）
ここで、開裂工程で使用される成形型である開裂型２１を説明する。図７に示されるように、開裂型２１は、ダイ２２（拘束型）と、パンチ２３（押圧型）と、を有する。図８、図９に示されるように、ダイ２２は、荒地２（棒材）の他方の端部２Ｂ（図３参照）が挿入される軸穴２７と、成形時に荒地２の一方の端部２Ａに面する拘束部２８（成形面）と、を有する。拘束部２８は、成形時に、荒地２の一方の端部２Ａの各薄肉部１３（図１、図３参照）に接触する拘束面２９を有する。
【００１４】
また、拘束部２８は、第１仕掛品３の各脚部２６（延伸部）に対して荒地２（棒材）の周方向に等間隔で設けられ、荒地２（棒材）の径方向へ延伸する複数個（本実施形態では３個）の凹部３０を有する。各凹部３０は、成形時に、荒地２の一方の端部２Ａの各厚肉部１２に面する。図９に示されるように、各凹部３０は、水平面（中心線C21に対する軸直角平面）に対して傾斜する傾斜面３１を含む。各傾斜面３１は、中心線C21から各凹部３０の先端（延伸端）へ向かって、一定幅で延伸するとともに一定の上り勾配で傾斜する。なお、ダイ２２の軸穴２７は、第１仕掛品３の取り出し時に、ノックアウト２４（図７参照）を中心線C21に沿う方向（図７における上下方向）へ案内する。
【００１５】
一方、図７に示されるように、パンチ２３は、ダイ２２（拘束型）の拘束部２８（成形面）の形状に倣って荒地２（棒材）を変形させるものである。図１０、図１１に示されるように、パンチ２３は、ダイ２２の拘束部２８（空間）に入り込む押圧部３３を有する。押圧部３３の先端には、成形時に荒地２の一方の端部２Ａの端面１４（図３参照）を押圧する押圧面３４が形成される。押圧面３４は、開裂型２１の中心線C21が直交し、且つ中心線C21上に重心が位置する正三角形に形成される。なお、押圧面３４の重心位置、すなわち、開裂型２１の中心線C21上には、ドーム形の突起３５が形成される。
【００１６】
また、押圧部３３は、ダイ２２の拘束部２８の各凹部３０に対して荒地２（棒材）の周方向に等間隔で設けられ、荒地２（棒材）の径方向へ延伸する複数個（本実施形態では３個）の凸部３６を有する。換言すると、各凸部３６は、ダイ２２の拘束部２８の各凹部３０に軸方向に対向する位置に設けられる。各凸部３６は、各凹部３０との対向面が、押圧面３４から、より詳細には、押圧面３４が形成する正三角形の各辺から、各凸部３６の先端（延伸端）へ向かって各凹部３０（傾斜面３１）に対して略平行に延伸する。なお、各凸部３６の各凹部３０との対向面と、押圧面３４とは、一定のＲ部を介して連続する。また、各凸部３６には、延伸端から開裂型２１の中心線C21へ向かって一定幅で延びる断面が弓形の溝３７が形成される。
【００１７】
（荒仕上げ工程）
荒仕上げ工程は、開裂工程により得られた第１仕掛品３（図１、図４参照）を第２仕掛品４（図１、図５参照）に成形する工程である。なお、第１仕掛品３との対比において第２仕掛品４の相対する部分については、第１仕掛品３と同一の名称および符号を付与する。図１２に示されるように、荒仕上げ工程では、荒仕上げ工程で使用される成形型である潰し型４１により、第１仕掛品３の一方の端部３Ａ、および端部３Ａから三叉状に延伸する各脚部２６（延伸部）を潰し成形（鍛造）する。これにより、第１仕掛品３の各脚部２６を、軸線が第１仕掛品３の中心線C3に対して略直交する位置まで寝かせる。
【００１８】
（トリミング工程）
トリミング工程は、荒仕上げ工程により得られた第２仕掛品４（図１、図５参照）のばりを、トリミング工程で使用される成形型であるトリミング型（図示省略）により取り除く工程である。
【００１９】
（仕上げ工程）
仕上げ工程は、トリミング工程により得られた第３仕掛品５（図１参照）を、仕上げ工程で使用される成形型である矯正型によりトリポード６（製品形状）に成形（矯正）する工程である。なお、トリポード６は、ベース８の隣接する各トラニオン９間に一定のＲ形状４２が形成される。
【００２０】
（作用）
前述した本実施形態の作用を説明する。
ここでは、前述した各工程のうち、開裂工程で使用される成形型である開裂型２１の作用を説明する。図１３は、開裂工程における荒地２の形状変化を、図１３における左から右へ順を追って並べて示すものである。また、図１４は、開裂工程における荒地２（材料）と開裂型２１との接触部位を濃淡で示すものであり、濃彩部分は接触、淡彩部分は非接触を示す。
【００２１】
さらにここでは、説明上、図１３、図１４における「上下方向」をそのまま上下方向と称する。なお、図１４における（Ａ）−（Ｅ）は、各々、図１３における（Ａ）−（Ｅ）に対応する。また、図１４は、ＦＥＭ（Finite Element Method）解析法による解析結果（画像）である。さらに、図１３における（Ａ）−（Ｅ）および図１４における（Ａ）−（Ｅ）は、一連の流れを示すものであり、段階的に区切られるものではない。
【００２２】
前述したように、開裂工程は、荒地２（棒材）の一方の端部２Ａを開裂型２１により軸方向に加圧して開裂させる工程である。図１３（Ａ）、図１４（Ａ）は、成形の初期状態を示す。この初期状態では、パンチ２３（押圧型）の押圧部３３の先端の、正三角形に形成された押圧面３４（図１０参照）の各頂点（３点）が、荒地２の一方の端部２Ａの各薄肉部１３の上端に接触し、且つ、荒地２の一方の端部２Ａの各薄肉部１３（図３参照）の下端が、ダイ２２（拘束型）に接触する。この初期状態において、荒地２を構成する材料は、軸線C2に沿う方向（下方）へのみ流動する。
【００２３】
図１３（Ａ）、図１４（Ａ）に示される初期状態から、パンチ２３により荒地２の一方の端部２Ａをさらに押込むと、図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）に示されるように、荒地２の一方の端部２Ａの各厚肉部１２の下端が、ダイ２２に接触する。これにより、荒地２の一方の端部２Ａとパンチ２３との接触面（濃彩部分）は、荒地２の中心線C2（端面１４の中心）および各薄肉部１３の下端へ向かって拡がる。そして、荒地２の一方の端部２Ａの各厚肉部１２の下端がダイ２２に接触すると、接触部分近傍の材料が、径方向、すなわち、ダイ２２の拘束部２８の各凹部３０の先端（延伸端）へ向かって流動を開始する。
【００２４】
図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）に示される状態から、パンチ２３により荒地２の一方の端部２Ａをさらに押込むと、図１３（Ｃ）、図１４（Ｃ）に示されるように、パンチ２３は、荒地２の一方の端部２Ａの端面１４を、隣接する各厚肉部１２間で中心線C2の回りに３つのブロックに分割するように、荒地２の一方の端部２Ａの端面１４と接触する。換言すると、パンチ２３は、荒地２の一方の端部２Ａの端面１４を、押圧面３４（図１０参照）が形成する正三角形の重心（中心線C2に一致）と各頂点とを結ぶ線分により３分割するように、荒地２の一方の端部２Ａの端面１４と接触する。
【００２５】
一方、ダイ２２の拘束部２８の各拘束面２９には、荒地２の一方の端部２Ａの各薄肉部１３が接触する。また、荒地２の一方の端部２Ａと他方の端部２Ｂとの間に形成された段部が、全周にわたってダイ２２に接触する。その結果、図１４（Ｃ）に示されるように、開裂型２１は、荒地２の一方の端部２Ａを、中心線C2の回りに３つのブロックに分割するようにして、荒地２の一方の端部２Ａと接触する。すなわち、開裂型２１は、荒地２の一方の端部２Ａの、各厚肉部１２を除く部分（外面）を拘束する。さらに、図１３（Ｃ）に示されるように、荒地２は、他方の端部２Ｂの端面１５が、開裂型２１のノックアウト２４（図７参照）に接触する。この状態で、荒地２の一方の端部２Ａの材料は、径方向（図１３（Ｃ）における右方向）、すなわち、中心部から開裂型２１により拘束されていない各厚肉部１２へ向う流れが増速する。
【００２６】
図１３（Ｃ）、図１４（Ｃ）に示される状態から、パンチ２３により荒地２の一方の端部２Ａをさらに押込むと、図１３（Ｄ）、図１４（Ｄ）に示されるように、パンチ２３の押圧部３３は、荒地２の一方の端部２Ａの材料を押し分けるようにして、荒地２の一方の端部２Ａに入り込む。これにより、荒地２の一方の端部２Ａの端面１４近傍の材料は、パンチ２３の押圧部３３の各凸部３６により、３方向（各凸部３６の延伸方向）へ押し分けられる。パンチ２３の押圧部３３の各凸部３６により押し分けられた材料は、径方向（図１３（Ｄ）における右方向）、すなわち、荒地２の一方の端部２Ａの中心部から開裂型２１により拘束されていない各厚肉部１２へ向かって流動する。換言すると、荒地２の一方の端部２Ａの材料は、ダイ２２の拘束部２８の各凹部３０とパンチ２３の押圧部３３の各凸部３６との間に形成された各成形空間３９を、径方向、すなわち、各成形空間３９の先端に向かって流動する。
【００２７】
すなわち、荒地２（棒材）の一方の端部２Ａは、パンチ２３（押圧型）により端面１４から裂かれるようにして、第１仕掛品３（図１３（Ｅ）参照）の各脚部２６（延伸部）の延伸方向へ三叉状に開裂し、さらに、パンチ２３（押圧型）の押圧部３３の各凸部３６により、ダイ２２（拘束型）の拘束部２８の各凹部３０に向かって押圧される。なお、図１３（Ｃ）、図１４（Ｃ）の状態から、図１３（Ｄ）、図１４（Ｄ）の状態への移行中、パンチ２３の先端の突起３５（図１０参照）が、荒地２の一方の端部２Ａの端面１４の中心に入り込む。
【００２８】
そして、図１３（Ｅ）、図１４（Ｅ）に示されるように、パンチ２３が下死点に到達することにより、一方の端部３Ａに三叉状に分岐する脚部２６（延伸部）が形成された第１仕掛品３（図４参照）が成形される。このパンチ２３の下死点において、開裂型２１と第１仕掛品３の各脚部２６の先端（延伸端）との間には一定の空間（成形空間）３９が存在し、開裂型２１の成形空間３９に材料が充満することはない。なお、開裂工程により成形された第１仕掛品３は、図７に示されるように、パンチ２３を下死点から上死点まで移動させた後、または移動と同時に、ノックアウト２４により開裂型２１（ダイ２２）から取り出される。
【００２９】
この実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、シャフト７と、ベース８と、３つのトラニオン９（延伸部）と、が一体成形された軸付トリポード６を成形する成形型であって、成形型は、トラニオン９（延伸部）に対してシャフト７の周方向に設けられシャフト７の径方向へ延伸する凹部３０が形成されたダイ２２（拘束型）と、各凹部３０に対してシャフト７の周方向に設けられシャフト７の径方向へ延伸する凸部３６が形成されたパンチ２３（押圧型）と、を有する開裂型２１を含む。そして、パンチ２３の押圧部３３の各凸部３６で、荒地２（棒材）の一方の端部２Ａをダイ２２の拘束部２８の各凹部３０に向かって押圧することにより、荒地２の一方の端部２Ａを三叉状に開裂させる。
【００３０】
このように、本実施形態では、荒地２の一方の端部２Ａの端面１４にパンチ２３の先端（押圧面３４）を食い込ませ、荒地２の一方の端部２Ａの材料をパンチ２３の押圧部３３で径方向へ押し分ける。これにより、荒地２の一方の端部２Ａの材料は、開裂型２１により拘束されていない各厚肉部１２に向かって流動し、荒地２の一方の端部２Ａは、端面１４から三叉状に開裂する。
【００３１】
これにより、本実施形態は、材料をインプレッション内に充填させて製品形状（トリポード６）を成形する従来技術、すなわち、閉塞鍛造に近似した成形を行う成形型との対比において、成形時における材料と金型との接触面積を減少させることが可能であり、成形時における材料と成形型（開裂型２１）との間の摩擦力を低下させることができる。したがって、従来技術に対して鍛造時の成形荷重を低下させることが可能であり、延いては金型への負荷が軽減され、延いては型寿命を延ばすことができる。
【００３２】
なお、実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成することができる。
（１）本実施形態における押出し工程、すなわち、材料の体積配分を行う工程は必須ではない。つまり、ビレットの一方の端部あるいは出発材１の一方の端部１Ａを開裂型２１により三叉状に開裂させて第１仕掛品３を成形することができる。
（２）本実施形態におけるトリミング工程または仕上げ工程を切削工程に代えることができる。
（３）本実施形態では、軸付トリポード６への適用を説明したが、本発明に係る成形方法を、棒材の一方の端部が叉状に分岐させることで成形可能な他の製品へ適用することができる。例えば、開裂工程において開裂型２１により棒材の一方の端部を二叉状に開裂させることにより、エンジンのコネクティングロッド本体を成形することができる。
（４）本実施形態では、棒材の一方の端部に三叉状に延伸する延伸部を成形する成形型を例示したが、棒材の一方の端部を三叉状に分岐させることに限定するものではなく、例えば、棒材の一方の端部に四叉状に延伸する延伸部を成形するように成形型（開裂型）を構成することができる。
（５）本実施形態では、ダイ２２（拘束型）の拘束部２８の凹部３０およびパンチ２３（押圧型）の押圧部３３の凸部３６を、荒地２（棒材）の周方向に等間隔で設けて開裂型２１を構成したが、例えば、製品（成形品）がトリポート６でない場合等、ダイ２２の凹部３０およびパンチ２３の凸部３６は、棒材の周方向に必ずしも等間隔で設ける必要はない。
【符号の説明】
【００３３】
２  荒地（棒材）、２Ａ  一方の端部、９  トラニオン（延伸部）、２１  開裂型（成形型）、２２  ダイ（拘束型）、２３  パンチ（押圧型）、２６  脚部（延伸部）、２８  拘束部（成形面）、３０  凹部、３６  凸部
【図１】
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【図２】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１３】
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