(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下型に備えたダイスに素材を挿入し、ダイクッションシリンダと一体的に連接されたダイス押えと可動パンチシリンダにより上下動せしめられるパンチよりなる上型を下降せしめ、前記ダイス押えでダイスを押え込むとともに前記素材を固定し、前記パンチ内に案内された素材の被加工部をパンチピンに押圧せしめるようになし、前記パンチを下降させて該パンチとダイスとにより形成される成形空間に素材を押出し充填させると同時にパンチを緩やかに上昇させて前記の成形空間を徐々に拡大し、該拡大される成形空間に連続的に素材を押し出し加工し、該加工時に前記した上昇するパンチの速度と素材を押出す速度とを調整可能として所要の頭部を形成させることを特徴とする頭付部品の製造方法。
【請求項２】
上下動可能な一対のダイクッションシリンダと、該一対のダイクッションシリンダの中央部に設けられた可動パンチシリンダとを備え、前記ダイクッションシリンダのピストンと一体的に連結されたダイス押えと、前記可動パンチシリンダの可動ピストンと連結されたパンチとよりなる上型と、前記パンチに挿通されて素材を加工するパンチピンと、前記素材を固定するダイスとを備えた下型とよりなることを特徴とする頭付部品の製造装置。
【請求項３】
前記一対のダイクッションシリンダと可動パンチシリンダは各別に作動されることを特徴とする前記請求項2記載の頭付部品の製造装置。
【請求項４】
パンチピンはパンチピン受けを介して作動されることを特徴とする前記請求項2又は３記載の頭付部品の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術】
本発明は、自動車部品あるいは機械部品として広く利用されている連接棒又はボ−ルジョイントのような部品すなわち頭付部品を製造する方法及びその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
頭付部品の代表的な例として図８に示すような動力を伝達する連接棒がある。そして、該連接棒１０１は、主軸１１１と長い細軸部１１２とその先端の球部（頭部）１１３が一体的に形成され、前記の主軸１１１側ではクランクシャフトと連結されるように加工され、また、球部１１３側においてはピストン軸と連結されるように加工され動力を伝達するようになっている。上記の球部１１３は球継手としても使用されるものであり強度が要求されるので冷間鍛造加工等の金属加工によることが多い。
【０００３】
上記の加工において、素材の軸方向全体あるいは一定区間を軸方向に圧縮して据込み加工するとき、据込み加工される素材の細軸部１１２の直径ｄと該据込み加工される素材の細軸部１１４の長さＬとの関係が４．５ｄ≧Ｌ≧２．５ｄの場合は据込み工程を２工程に、さらに６．５ｄ〜８．０ｄ≧Ｌ≧４．５ｄであるならば３工程に分割加工しなければならない（昭和４４年１２月３０日日刊工業新聞社発行、西山卯二郎、山本博一著「冷間鍛造」３９〜４１頁参照）ことが知られている。しかしながら、冷間鍛造加工の場合、一般的に金型をある程度製作した後、プレスによって試打しながら素材の大きさ決定したり、また金型を修正する等して工程数を決定しているため、試作から実際の量産に至るまでに相当の時間を費やすのが通常であった。
【０００４】
前記したように据込み比率が高くなるほど、据込み部での組織変化が著しく、塑性変化に伴う変形が激しい部分での組織破壊が進行しその結果クラックやワレとして表面欠陥あるいは内部欠陥として現れてくる。また、被据込み部である軸の長さＬ及び据込み加工前の直径ｄ並びに加工後の球部１１３の直径Ｄに影響され加工性の見極めを困難にすることが多い。勿論、軸の直径ｄが可能な限り大径であれば加工上有利であることは言うに及ばないが、加工時の取り付け部の状況により大径とすることには困難があり、各種の条件を考慮のうえその直径を定めなければならない。
【０００５】
そのため、前記した試打のときには設計上の据込み比をみて３工程で球部を加工していたが、量産化が急がれるような場合には、試打の失敗さえも許されないことがしばしばある。また、前記の３工程がそれぞれ三台のプレス機に金型を取り付けて加工を行なっているときにはさほど問題とはされないが、一台のプレス機内で加工されている場合には、３工程における必要なプレス圧力がそれぞれ個々の工程で異なっていることが多くプレスラム側に偏荷重が作用し金型を破損するという問題もあった。
【０００６】
上記したような問題に鑑みて、本出願人は先に特開２００１−１２９６３２号公報で開示したように、素材の据込み総長さＬ／据込み加工前の軸の直径ｄ＝８以上の条件のもとにおいても常に安定した球部の据込み加工を可能とするように、一定の長さに切断した素材の両端部を面取りした後、熱処理調質及び燐酸被膜化処理して第一素材を得、次いで、該第一素材を金型内に押し込み主軸及び細軸を形成させる予備成形工程を行なって第二素材を得、次いで同様な予備成形工程を計４工程となるように行ない、仕上げ工程は１工程とするようにした頭付部品の製造方法を提案した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した本出願人が提案した従来方法によるときは、素材の据込み総長さL／据込み加工前の軸の直径d＝８以上の条件下でも安定した球部の据込み加工が可能になるものであるが予備成形を４工程と成形工程が多工程に分割されているために、各工程間でメタルファイバーのたおれこみが発生し、メタルフローの乱れが生じることがままあることがわかった。また、ダイスを使用し、１回のチャックで多工程を行うため，第一工程〜第４工程への形状的つながりに問題が残る恐れもある。さらに、そのうえ仕上げ工程として１工程を必要とし、合計５工程となるもので、この工程数を短縮することが製品である部品の量産化とコスト切り下げを図るうえでの条件であり、このことが現状において求められている。そこで、本発明は、上記多工程による問題点を解決し、成形工程を合計１〜２工程とするとともに、L／dが１０以上であっても加工が可能な製造方法及びその方法を達成するための装置の提供を目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る頭付部品の製造方法は、前記の目的を達成するために、下型に備えたダイスに素材を挿入し、ダイクッションシリンダと一体的に連接されたダイス押えと可動パンチシリンダにより上下動せしめられるパンチよりなる上型を下降せしめ前記ダイス押えでダイスを押さえ込むとともに前記素材を固定し、前記パンチ内に案内された素材の被加工部をパンチピンに押圧せしめるようになし、前記パンチを下降させて該パンチとダイスとにより形成される成形空間に素材を押出し充填させると同時にパンチを緩やかに上昇させて前記の成形空間を徐々に拡大し、該拡大される成形空間に連続的に素材を押し出し加工し、該加工時に前記した上昇するパンチの速度と素材を押出す速度とを調整可能として所要の頭部を形成させることをその特徴とするものである。
【０００９】
また、その製造装置として、上下動可能な一対のダイクッションシリンダと、該一対のダイクッションシリンダの中央部に設けられた可動パンチシリンダとを備え、前記ダイクッションシリンダのピストンと一体的に連結されたダイス押えと、前記可動パンチシリンダの可動ピストンと連結されたパンチとよりなる上型と、前記パンチに挿通されて素材を加工するパンチピンと、前記素材を固定するダイスを備えた下型とよりなることをその特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。プレス本体に取り付けられた主シリンダ（図示しない）の下面側の取付べ−スの中央に可動パンチシリンダ１を取付け、該可動パンチシリンダ１を中心としてその両側に一対のダイクッションシリンダ４、４’が取付られている。したがって、前記した一対のダイクッションシリンダシリンダ４、４’と可動パンチシリンダ１はそれぞれ独立して主シリンダの下面側の取付べ−ス取り付けられるものである。
【００１１】
前記したダイクッションシリンダ４、４’の油圧室は配管によって一つの油圧回路（図示しない）で連通され、該一対のダイクッションシリンダ４、４’は同時に作動するようにされている。また、可動パンチシリンダ１の油圧室も配管によって油圧回路に連通され作動油が供給されるようになっている。前記したダイクッションシリンダ４、４’の油圧室及び可動パンチシリンダ１の油圧室と連通する図示しない油圧回路には従来よりよく知られているようにリリ−フ弁やサ−ジタンク及びポンプ等が設置され、前記したダイクッションシリンダ４、４’と可動パンチシリンダ１はそれぞれ独立した制御でコントロ−ルされ各別に作動するようにされている。
【００１２】
前記したダイクッションシリンダ４、４’のピストン５、５’のピストン杆９、９’に環状のダイス押え取付けべ−ス６を固設し該環状のダイス押え取付けべ−ス６の内周側の外側には取付け部材７を固定し、上記取付部材７にはダイス押え８の鍔部８’が固設されている。したがって、前記したダイクッションシリンダ４、４’のピストン５、５’のピストン杆９、９’と環状のダイス押え取付べ−ス６及び該取付べ−ス６に取付部材７を介して固設されたダイス押え８は、前記のダイクッションシリンダ４、４’のピストン５、５’の作動により同時に作動するようになっている。
【００１３】
前記した一対のダイクッションシリンダ４、４’の中央に設けられた可動パンチシリンダ１の可動ピストン２のピストン杆３にはパンチ１１が取付けられたパンチべ−ス１２が固定され、前記パンチ１１は前記した環状のダイス押え８に挿嵌された状態とされており、該パンチ１１はダイス押え８内を摺動自在に上下動可能である。したがって、可動ピストン２の上下動と同時に該可動ピストンのピストン杆３に連接されるパンチ１１も同時に上下動されることになる。また、前記した可動パンチシリンダ１の中央部には主シリンダによって作動される先端にパンチピン１０を接当したパンチピン受け１３が可動パンチシリンダ１と可動ピストン２を貫通して設置されており、前記したパンチピン受け１３は加工時にパンチピン１０に成形荷重が作用したとき、該成形荷重によりパンチピン１１が押し戻されないようにするためのものである。
【００１４】
前記したように、ダイクッションシリンダ４、４’及び可動パンチシリンダ１のそれぞれの油圧室に圧油供給することによりピストン５、５’及び可動ピストン２を作動し、該それぞれのピストンの作動によりそれらのピストン杆９、９’及び３と一体的に連結されるダイス押え８及びパンチ１１が各別に昇降されることになる。
【００１５】
以上のように、上型Ａは、ダイクッションシリンダ４、４’のピストン５、５’のピストン杆９、９’と一体的に連設され、前記のダイクッションシリンダ４、４’の作動により作動するピストン５、５’と同時に昇降するダイス押え８と、可動パンチシリンダ１の可動ピストン２と一体的に昇降する前記ダイス押え８内を摺動するパンチ１１と、該パンチ内で作動して被加工物を加工するパンチピン１０とよりなるものである。
【００１６】
下型Ｂは、下部ホルダ１４にダイスを保持する下部ガイド１５が嵌合され、また、前記下部がイド１５の上部には割ダイス１９を案内する内面が逆截頭円錐状の案内ガイド１６が下部がイド１５に嵌入固定され、素材Ｓを挿嵌するための環状ガイド１７が前記した下部ホルダ１４内に嵌め込まれ、該環状ガイド１７の下方には中央にノックアウトピン挿通用の貫通孔を穿設した高さ調整用カラ−１８，１８’・・が・複数個設置され、該高さ調整用カラ−１８，１８’は素材Ｓの長さ等に変更があったときに加工位置の高さを調整するために使用されるものである。前記した下部ガイド１５の内面は逆截頭円錐状とされ、該截頭円錐状とされた内面と一致する外面が截頭円錐状のダイスが１９が前記下部ガイド１５に内嵌されている。そして、前記ダイス１９の上面部には据え込み加工部となる臼状の成形部Ｒが形成されている。
【００１７】
前記したダイス１９は、本実施の形態においては四等分に分割した割ダイスを用いており、該分割された割ダイスには、拡開する方向に付勢された圧縮コイルばね（図示しない）が設けられており、該ばねにより割ダイス１９を拡開して素材Ｓの挿脱を容易にするためのものである。また、ダイスの分割は円筒状のものの内部応力避けてダイスの破損を防止するためであり、さらに、割ダイスの分割数が多くなるほど素材の把持面の幅が狭くなり破損や摩耗の原因となるので四分割としたものである。
【００１８】
前記した下型Ｂの下部ホルダ１４は下型固定用回転テーブル２３に取付けられており、通常は下型Ｂは前記回転テーブル２３上の同一円周上に等間隔で複数取り付けられ、上方に該下型Ｂと対抗して上型Ａが設けられ、上型Ａを下降することによって据え込み工程を行なうものである。そして、前記回転テーブル２３を貫通して一端に素材Ｓを係止する素材受け２６を固着したノックアウトピン２５を設け、該ノックアウトピン２５の回転テーブル２３を貫通する他端を下部より押圧等して加工後の製品を取り出すようにすることができる。
また下部ガイド１５と上部ガイド１６の間に挿嵌可能に設けられた先端部をくさび体としたダイスストッパ２４を案内ガイド１６と下部ガイド１５との間に挿入させることにより加工終了後回転テーブル２３の作動中に割ダイス１９の浮き上りを防止している。
【００１９】
本実施の形態によって得られた装置によって頭付部品を製作するには、下部が所要の形状に加工された素材Ｓを、圧縮コイルばねで拡開した状態とした割ダイス１９内に挿入し、次いで、上型Ａを下降させるが、該上型Ａのダイクッションシリンダ４、４’の油圧室には圧油が注入されピストン５、５’に所定の圧力が加えられており、該圧力はピストン５、５’と一体的に連結されるダイス押え８に伝達されているので前記の下降によりダイス押え８が割ダイス１９に当接したとき、ダイス押え８は前記の圧力で割ダイス１９を押圧し割ダイス１９を下方に押え込み、これによって割ダイス１９を下型Ｂ内に固定する。
【００２０】
前記した素材Ｓは、前記したダイス押え８の下降前においては、素材受け２６に固定されたシム２７内に装着され、該シム２７によって倒れないようにされているが、前記したダイス押え８による割ダイス１９の押え込みとともに素材Ｓも割ダイス１９内に確実に固定されることとなる。なお、２６ａはスペーサであり、スペーサ２６ａを素材受け２６と別体として必要に応じてスペーサを取り替えることにより素材の位置を微調整するようにしている。
【００２１】
上記したように割ダイス１９は、ダイクッションシリンダ４、４’のピストン５、５’一体的に連結されダイス押え８によって所定の圧力でその上面が押えられている。次いで、可動パンチシリンダ１の油圧室に圧油を注入して可動パンチシリンダ１の可動ピストン２に所定の圧力を加えて該可動ピストン２と一体とされるパンチ１１を割ダイス１９の成形部Ｒを囲むようにして割ダイス１９の上面を押さるようにする。このとき、前記した素材Ｓの被加工部である細軸Ｓ’は前記したパンチ１１内に案内されその先端はパンチピン１０に当接しており、該パンチピン１０はフリーの状態である（図４参照）。
【００２２】
上記の状態において、主シリンダが下降しパンチピン１０によって素材Ｓの成形が開始されるが、前記したように、成形荷重によって割ダイス１９が押し戻されることを防止するためにダイクッションシリンダ４、４’を用いて該ダイクッションシリンダ４、４’のピストン５、５’と一体的とされている割ダイス押え８に所定の荷重を加えて割ダイス１９を押え込み、この状態で成形加工中に前記の所定の荷重以上の荷重が加わったときには、ダイクッションシリンダ４、４’の油圧室の作動油はバイパスよりバルブコントロ−ルにて油圧タンクへ戻るようにされているので、成形加工中は割ダイス１９は常に所定の一定圧力にてダイクッションシリンダ４、４’の作動にて押えられることになっている。
【００２３】
上記した上型Ａの下降時に下型Ｂの割ダイス１９に固定されている素材Ｓの被加工部である細軸Ｓ’は上型Ａの環状のパンチ１１の中央部に案内され、その先端はパンチピン１０により押圧されることになる。前記した割ダイス１９の上部側には臼状をした成形部Ｒが設けられており、この成形部Ｒを囲んでパンチ１１が割ダイス１９の上面に当接されるので、該パンチ１１と割ダイス１９の成形部Ｒとで成形空間２０が形成され、素材Ｓの被加工部である細軸Ｓ’の先端がパンチピン１０によって押圧され、初期加工が進むと前記成形空間２０にパンチピン１０により押し出されている素材Ｓが充満されることになる（図５参照）。
【００２４】
前記したように成形空間２０に素材が充満されたとき可動ピストン２を上昇させる方向に可動パンチシリンダ１の油圧室に圧油を注入し可動ピストン２を緩やかに上昇させる。この可動ピストン２の緩やかな上昇により該可動ピストン２のピストン杆３と一体とされているパンチ１１も緩やかに上昇し、前記の成形空間２０を徐々に拡大せしめるが、このときもパンチピン１０は素材Ｓを押し続けているので成形空間２０に充満した素材Ｓに対して連続して加工が行なわれることになる。そして、上記のパンチ１１の緩やかな上昇によって徐々に拡大される成形空間２０には連続的に素材が押し出されるので、この成形空間２０に押し出された素材をパンチピン１０によって連続的に成形が可能となるものである（図７参照）。
【００２５】
素材を連続的に成形空間２０に押し出して素材を加工するが、本実施の形態によると、前記したパンチ１１は油圧室に供給される圧油によって作動する可動パンチシリンダ１の可動ピストン２のピストン杆３に連結されているので、可動パンチシリンダ１の油圧室に対する油の供給によって前記したパンチ１１の上昇速度を自由に調整できるものであり、このパンチ１１の上昇速度とパンチピン１０の成形速度（主シリンダの下降速度）を調整することにより、成形空間２０に充満する素材の量を調整し被成形物の加工の形状を自由に調整することができるものである。
【００２６】
成形が完了した製品は、割ダイス１９に設けられたコイルばねで割ダイス１９を開放しノックアウトピン２５を押し上げて製品を取り出すようにするのがよく、取り出された製品は必要に応じてさら仕上げ加工が行なわれることになる。
【００２７】
本実施の形態においては、上型Ａを下降せしめて、ダイス１９をダイクッションシリンダ４、４’によって所定の荷重で該ダイクッションシリンダ４、４’のピストン杆３と一体的に連結された前記のダイス押え８で前記の割ダイス１９を押え、次いで、パンチ１１を可動パンチシリンダ１によって所定の荷重で押し下げ前記の割ダイス１９に当接させる。この状態のときは、主シリンダの作動部に固定されているパンチピン受け１３に連結されるパンチピン１０には何ら荷重は加えられていない。
【００２８】
上記した状態からパンチピン１０に荷重が加えられ成形が開始されると、パンチ１１と割ダイス１９の成形部Rによって形成される成形空間２０に素材Sの細軸S’が充満し始めるが、パンチピン１０によって押圧されている素材Sは前記の成形空間２０に押出されて充満していき、素材が成形空間２０に充満すると同時に可動パンチシリンダ１を作動して可動ピストン２及びピストン杆３を介してパンチ１１を緩やかに上昇させて徐々に前記の成形空間２０を拡大し、該拡大される成形空間２０に連続的に素材Sを押出すことにより頭付部材の頭部(球部)を成形するものであり、しかも、上記したように加工が連続的におこなわれるものであるのでL／ｄが１０以上であっても充分成形が可能であり、その成形工程も一工程で仕上げ工程を含めても二工程で充分であり、３乃至５工程を必要とした従来方法に比して生産効率に及ぼす効果は計り知れないものがある。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係る頭付部品の製造方法は、素材をパンチと割ダイスとで形成される成形空間に押出し充満させ、該素材が前記の成形空間に充満すると同時にパンチを上昇せしめて徐々に成形空間を拡大し、該拡大される成形空間に連続的に素材を押出し加工するものであり、その加工は連続的に行なわれのでＬ／ｄが１０以上であっても容易に加工できるものであり、前記したパンチの上昇速度と素材の押し出し速度をコントロ−ルすることにより必要とする球状体の形状を得ることができるものである。
【００３０】
また、その装置においても、上型として加工時にダイスを所定の一定圧力で押え込むダイス押えを作動するための一対のダイクッションシリンダと、パンチ上昇速度をコントロ−ルしながら上下動せしめる可動パンチシリンダとを設け、前記したダイクッションシリンダと可動パンチシリンダとは各別に作動されるようにしたものであり、簡単な構成で充分その目的を達成できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明装置の上型及び下型の構造を示す断面図
【図２】 上型を下降させた加工前の断面図
【図３】 パンチを上昇させた加工時の説明断面図
【図４】 加工開始前のパンチとダイスの関係説明図
【図５】 加工初期の説明図
【図６】 パンチ上昇開始時の説明図
【図７】 パンチが上昇して成形中の説明図
【図８】 本発明の製品代表例であるスタッドボルトの説明図
【符号の説明】
Ａ         上型
Ｂ         下型
１         可動パンチシリンダ
２         可動ピストン
３         ピストン杆
４、４’  ダイクッションシリンダ
５、５’  ピストン
８        ダイス押え
９、９’  ピストン杆
１０       パンチピン
１１       パンチ
１９       割ダイス
２０       成形空間
Ｓ         素材
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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