(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材を送るパンチと、素材を成形するダイスと、そのダイスで鍛造加工された鍛造品に当接してその先端端面のセンタ位置にセンタ孔を成形するセンタ成形型とを備えた鍛造装置において、
そのセンタ成形型は、鍛造品の先端を受入れる受入部と、その受入部のセンタに置かれていて受入部に受入れられた鍛造品の先端端面のセンタ位置にセンタ孔を成形するセンタ孔成形部とを有し、そのセンタ成形型が、パンチ移動軸線の垂直方向に移動可能に設置されていることを特徴とするセンタ孔付鍛造品の鍛造装置。
【請求項２】
センタ成形型の非センタ位置にパンチ移動軸線方向に伸びる貫通孔が形成されており、パンチ移動軸線の回りに回転しながらパンチ移動軸線に沿って進退するカウンタパンチがその貫通孔を貫通していることを特徴とする請求項１に記載の鍛造装置。
【請求項３】
ダイスの成形歯型よりもパンチ側に位置している素材収容孔が、多段壁で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の鍛造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鍛造装置に関するものであり、特に、鍛造品の先端端面のセンタ位置にセンタ孔が成形されている鍛造品を生産する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の鍛造装置を図７を参照して説明する。参照番号７４はパンチを示し、プレスヘッド７２に取付けられており、パンチ移動軸線９２に沿って進退する。参照番号８０は筒状の上ダイスであり、軸心に沿って素材収容孔７６が形成されている。参照番号８６は筒状の下ダイスであり、下方寄りにヘリカルギヤを成形する成形歯型部８８が形成されている。参照番号９０はカウンタパンチであり、パンチ移動軸線９２に沿って進退する。参照番号８２が素材ないし鍛造品を示す。図７において、パンチ移動軸線９２よりも左側は鍛造前の状態を示し、右側は鍛造後の状態を示す。
パンチ７４がパンチ移動軸線９２に沿って下降すると、素材８２が下向きに押されて成形歯型部８８を通過する。その際に、素材８２は鍛造されて鍛造品となる。鍛造前の素材８２の外径は、成形歯型部８８の内径よりも大きく、成形歯型部８８を通過するときに素材８２の下方外周にヘリカルギヤが鍛造される。パンチ７４が下死点まで降下すると鍛造が終了し、カウンタパンチ９０がパンチ移動軸線９２に沿って上昇して鍛造品８２をダイス８０、８６から押出す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、ヘリカルギヤのようなシャフト状部品を最終製品にまで仕上げる場合、まず、初工程において加工基準となるセンタ孔を形成し、そのセンタ孔を位置基準としてその後の加工を続ける。しかるに鍛造品の場合、鍛造工程終了時点では、図６に示すように、センタ孔が形成されていない。従って、鍛造工程後にセンタ孔形成工程が必要とされ、工程数が多い。しかもこのセンタ孔を加工するためには、その加工基準位置を得るために鍛造品の先端成形部を把持する必要があるところ、その把持面が平坦でないことから不正確に把持する現象が起こりやすい。不正確に把持すると、センタ孔の位置精度が低下して最終製品の最終精度が基準に満たないという問題が起こる。
これを避けるためには、センタ孔加工装置に把持精度の高い把持装置を組み込む必要があり、そうなるとセンタ孔加工装置の装置コストが高価となる。
【０００４】
本発明は、従来技術のこの問題に着目し、その解決のために開発された改良である。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用と効果】
本発明の鍛造装置は、素材を送るパンチと、素材を成形するダイスと、センタ成形型を備えた鍛造装置を改良したものである。センタ成形型は、鍛造加工された鍛造品に当接してその先端端面のセンタ位置にセンタ孔を成形する。
【０００６】
この鍛造装置によると、鍛造工程と同時に同じ鍛造装置を用いてセンタ孔が成形されることから、鍛造工程後に別途にセンタ孔成形工程を実施する必要がなく、鍛造品の先端端面のセンタ位置に位置精度良くセンタ穴が成形される。また、別途にセンタ孔加工設備を設置するのに比して設備費を大幅にコストダウンすることができる。
【０００７】
そのセンタ成形型に、鍛造品の先端を受入れる受入部と、その受入部のセンタに置かれていて受入部に受入れられた鍛造品の先端端面のセンタ位置にセンタ孔を成形するセンタ孔成形部を設け、そのセンタ成形型をパンチ移動軸線の垂直方向に移動可能に設置することが好ましい。
【０００８】
センタ成形型は、鍛造品の先端を受入れる受入部を持つとともに、パンチ移動軸線の垂直方向に移動可能であるところから、鍛造品の先端が半径方向に振れたとしても、センタ成形型の受入部に受入れられた鍛造品の先端成形部とセンタ成形型は同軸ないし同心に調整され、その状態でセンタ孔が形成されるために、鍛造品の先端端面のセンタ位置にセンタ孔が形成される。成形されるセンタ孔の位置精度が高い。
【０００９】
前記のセンタ成形型を用いる場合、カウンタパンチを改良する必要が生じる。センタ成形型を利用すると、パンチ移動軸線上にセンタ孔成形部が位置することから、パンチ移動軸線上にカウンタパンチを設けることができなくなる。しかしながら、センタ孔成形部と先端受入部の機能を確保しながら、センタ成形型の非センタ位置に貫通孔を設けることは可能であり、その貫通孔を利用することでカウンタパンチを組込むことができる。
この場合、鍛造品が例えばヘリカルギヤやネジやボルトの場合、鍛造品をダイス外に押出しだすためには鍛造品の回転を許容しなければならない。
図８に示すように、カウンタパンチ９０をパンチ移動軸線９２上に配置する場合、カウンタパンチ９０と鍛造品８２が同軸であるために、カウンタパンチ９０による押出作用と、鍛造品８２の回転を無理なく共存させることができ、格別の困難性がない。しかしながら、カウンタパンチ９０をパンチ移動軸線９２上に配置できない場合には、厄介なことになる。
【００１０】
そこで、本発明のセンタ成形型を用いる場合には、センタ成形型の非センタ位置にパンチ移動軸線方向に伸びる貫通孔を形成しておき、パンチ移動軸線の回りに回転しながらパンチ移動軸線に沿って進退するカウンタパンチがその貫通孔を貫通する構造とすることが好ましい。
【００１１】
この構造によると、カウンタパンチによる押出作用と、鍛造品を回転させながら押出す作用とが無理なく共存し、鍛造品を無理なく押出すことができる。
この場合、カウンタパンチがセンタ成形型を貫通する高さでは、非センタ位置を貫通するカウンタパンチが複数本存在することが好ましい。特に、複数本のカウンタパンチがパンチ移動軸線の周囲に等間隔で配置されていることが好ましい。この場合、パンチ移動軸線に対象な押出力が鍛造品に作用して鍛造品に無理がかからない。
センタ成形型を貫通する複数本のカウンタパンチが基部では一体化していても良い。この場合、カウンタパンチのパンチ移動軸線に沿った進退が揃えられ、パンチ移動軸線に対象な押出力が鍛造品に作用して鍛造品に無理がかからない。
【００１２】
鍛造品が例えばヘリカルギヤやネジやボルトの場合、鍛造品をダイス外に押出すためには鍛造品を回転させながら押出さなければならない。
この場合、鍛造品とダイスとの間で、鍛造品の回転を禁止する摩擦力が強く働くと、鍛造品の回転が規制された状態で鍛造品が押出されることになり、鍛造で成形されたネジや螺旋状のギヤ形状が損なわれたり、バリができたりする。
図８に示すように、ダイス８０の成形歯型部８８よりもパンチ側に位置している素材収容孔７６の壁７８は、鍛造品８２の外周を画定する成形面となる。即ち、鍛造品８２は壁７８に密着するまで拡径される。
そのために、鍛造品８２の外周面と素材収容孔７６の壁７８は密着し、両者間には強い摩擦力が働く。この摩擦力は、鍛造品８２がダイス８０の中で回転しようとすることに対する強い抵抗となる。
このために、図９に示すように、成形歯型部８８と鍛造品８２のギアの噛合い長さが短くなると、押出力に起因して生じる成形歯型部８８が鍛造品８２を回転させようとする力よりも、壁７８が鍛造品８２を回転させまいとする力の方が大きくなって、鍛造品８２が回転することなく成形歯型部８８を抜け出ようとする。
この場合、鍛造品８２の先端部９４で、鍛造で成形されたネジや螺旋状のギヤ形状が損なわれたり、バリができたりするのである。
【００１３】
この問題を解決するために、ダイスの成形歯型部よりもパンチ側に位置している素材収容孔の壁を多段壁で形成しておくことが好ましい。
【００１４】
多段壁で形成されていると、鍛造品が一段分押出されたときに、鍛造品とダイスの壁間にクリアランスができ、それ以後は鍛造品とダイスとの間で鍛造品の回転を禁止しようとする摩擦力が働かない状態で押出すことができ、鍛造品はスムースに回転しながら押出される。このために、鍛造で成形されたネジや螺旋状のギヤ形状が損なわれたり、鍛造品にバリができたりすることがない。
【００１５】
ダイスの成形歯型部よりもパンチ側に位置している素材収容孔の壁を多段壁で形成しておく技術は、センタ成形型を利用してセンタ孔を成形する技術と組合せて用いることもできるし、組合せないで単独で用いることもできる。センタ孔が不要なネジやボルトやヘリカルギヤを鍛造する場合には、センタ成形型を用いないで多段壁構造のみを採用する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（形態１)  センタ成形型の受入部は、鍛造品の先端径よりもわずかに小さく、鍛造品先端がわずかに縮径しながら受入部に受入れられる。
（形態２）  センタ成形型の受入部は、鍛造品の先端径よりもわずかに小さく、受入部がわずかに拡径して鍛造品先端が受入部に受入れられる。
（形態３)  センタ成形型の受入部は、パンチ側で大径であり、反パンチ側で小径で有り、パンチ側の大径は鍛造品の先端径よりもわずかに大きく、反パンチ側の小径は鍛造品の先端径よりもわずかに小さい。
（形態４）  鍛造品先端成形部はわずかに先細形状であり、最先端径は受入部の径よりも小径であり、最先端部から受入部の軸方向距離だけ離れた位置での径は受入部の径よりもわずかに大径である。
（形態５）  カウンタパンチを収容する空間を画定する壁には、鍛造するネジやボルトやヘリカルギヤのピッチに等しいカム溝が切られ、カウンタパンチの側面にはカム溝に嵌りあうカムフォロアが設けられている。
（形態６）素材収容孔は、パンチ側で大径で、反パンチ側で小径の２段壁形状である。
【００１７】
【発明の実施例】
本発明の一実施例に係わる鍛造装置を図１を参照して説明する。参照番号２はプレスヘッド、４はプレスヘッド２に取付けられているパンチ、１３はプレスヘッド２に取付けられているスペーサを示し、以上はプレスヘッド２の上昇下降に付随してパンチ移動軸線２２に沿って上昇下降し、スペーサ１３がパンチ４の下死点位置を規制する。
参照番号１０は筒状の上ダイスであり、軸心に沿って素材収容孔６が形成されている。素材収容用孔６の上段は大径の壁８で画定され、下段は小径の壁７で画定されている。素材収容用孔６は、パンチ側で大径で、反パンチ側で小径の２段壁形状となっている。素材収容用孔６の入口にはテーパ壁９が形成されて、開口径が拡大されている。
参照番号１６は筒状の下ダイスであり、成形歯型部１８が形成されている。成形歯型部１８は、素材１２が上から下に通過するときに、素材１２の外周にヘリカルギヤ形状を鍛造して作り出す。
【００１８】
上ダイス１０は上内ホルダ３２に圧入されており、下ダイス１６は下内ホルダ３４に圧入されている。上内ホルダ３２と下内ホルダ３４はホルダ結合用リング３６によってホルダ３８内にしっかりと固定されている。そのホルダ３８は外ホルダ４０内に固定されている。図中の１１は空気抜き通路である。
【００１９】
参照番号２０はカウンタパンチ基部であり、パンチ移動軸線２２に沿って上下方向に進退する。カウンタパンチは、基部２０よりも上方では２本に分割されている。カウンタパンチ基部２０と、分岐した２本のカウンタパンチ６６，６８は、アンビル４６内でパンチ移動軸線２２に沿って形成されているカウンタパンチ収容孔に収容されている。
【００２０】
４４はフレームであり、フレーム４４内にアンビル４６が固定されている。フレーム４４に対して外ホルダ４０が結合リング４２によって強固に固定されている。５２はホルダベースであり、下ダイス１６とアンビル４６の間で強固に固定されている。ホルダベース５２の中央には、上下に貫通するセンタ成形型収容孔５０が形成されている。アンビル４６の上面中央には、センタ成形型収容用窪み４８が形成されている。
【００２１】
上記した装置構成部品が組付けられて鍛造装置が完成した状態で、パンチ４、上ダイス１０、下ダイス１６、ホルダベース５２、センタ成形型収容孔５０、アンビル４６、センタ成形型収容用窪み４８、カウンタパンチ基部２０は、パンチ移動軸線２２を共通の中心軸線とする。
【００２２】
下ダイス１６と、ホルダベース５２のセンタ成形型収容孔５０と、アンビル４６のセンタ成形型収容用窪み４８によって、センタ成形型５８を収容する円柱形状の空間が画定されている。この空間の径はセンタ成形型５８の径よりも若干大きく、センタ成形型５８は径方向に移動可能である。即ち、センタ成形型５８はパンチ移動軸線２２の垂直方向に移動可能に収容されている。
【００２３】
図４がセンタ成形型５８の拡大図を示し、全体としてコップ状であり、筒状の壁５４によって円柱形状を受入れる形状となっている。筒状の壁５４のセンタ位置に、円錐形の突起５６が設けられており、筒状の壁５４によって受入れられた円柱形状の先端端面のセンタ位置にセンタ孔を形成することができる。
センタ成形型５８の非センタ位置には、上下方向に貫通する一対の貫通孔６２、６４が形成されている。貫通孔６２と６４は、パンチ移動軸線２２を中心として左右対称形状に仕上げられている。貫通孔６２には１本のカウンタパンチ６８が貫通し、貫通孔６４にはもう１本のカウンタパンチ６６が貫通する。貫通孔６２と６４のサイズは、カウンタパンチ６６、６８の断面形状よりも大きく、カウンタパンチ６６、６８は、センタ成形型５８がパンチ移動軸線２２の垂直方向に移動することを禁止しない。
【００２４】
アンビル４６に形成されているカウンタパンチ収容孔を画定する壁４７には、鍛造品（この場合ヘリカルギヤ）のピッチと等しいピッチを持つ螺旋状のカム溝２６が形成されている。また、カウンタパンチ基部２０の外周には、そのカム溝２６に嵌り込むカムフォロア２４が取付けられている。このために、それぞれのカウンタパンチ６６、６８がパンチ移動軸線２２に沿って前記ピッチだけ進退すると、それぞれのカウンタパンチ６６、６８はパンチ移動軸線２２に回りで１回転する。
【００２５】
この鍛造装置は、素材収容孔６に円柱状の素材１２を投入することで鍛造工程を開始する。素材１２が投入されると、プレスヘッド２によってパンチ４が下降し、素材１２を下方に送り出す。鍛造前の素材１２の径は成形歯型部１８の径よりも大きく、素材１２は成形歯型部１８内を通り抜ける。このとき、素材１２の表面にヘリカルギヤの歯形状が鍛造によって作り出される。図２は、パンチ４が下死点まで下降した鍛造終了時を示し（但しパンチは図示されていない）、鍛造品１２の上端面にはパンチ４の矩形ヘッド３が喰い込み、鍛造品１２の上端面センタ位置に矩形の窪み１２Ｃが成形される。鍛造品の上端面はパンチ４の押圧部５によって下方に強く押され、その結果、鍛造品１２の上半分は、素材収容孔６の小径壁７と大径壁８に張り付く。素材１２の略下半分にヘリカルギヤの歯形状が鍛造によって作り出されている。
【００２６】
パンチ４が下死点まで下降する直前に、鍛造品１２の先端がセンタ成形型５８に達する。鍛造品１２の先端成形部の最先端径はセンタ成形型５８の受入部５４の径よりもわずかに小径である。最先端部から受入部５４の軸方向距離だけ離れた位置での鍛造品１２の径は受入部５４の径よりも１０ミクロン大径である。また、センタ成形型５８は、パンチ移動軸線２２の垂直方向に移動可能となっている。
このために、パンチ４の下降に伴ってまず鍛造品１２の先端成形部がセンタ成形型５８の受入部５４に入る。このとき、鍛造品１２の先端形成部と受入れ部５４との間に芯ずれがあれば、パンチ４がさらに下降されるに従って、鍛造品１２の先端形成部を基準にしてセンタ成形型５８がパンチ移動軸線２２の垂直方向に移動して鍛造品１２のセンタ位置とセンタ成形型５８のセンタ位置が一致する状態に調整され、その状態でセンタ孔成形部５６が鍛造品１２の先端端面のセンタ位置にセンタ孔１５（図５参照）を成形する。
【００２７】
ヘリカルギヤ等の場合、先端成形部を基準とした加工精度が強く要求される。従って当然のことながら、センタ孔と先端成形部の間には高精度な同心度が強く要求される。鍛造品の場合、下ダイス１６の成形歯型１８を通過する際に微妙に変形し、先端成形部が径方向にわずかに偏心することがある。この場合、センタ成形型が固定されていると、センタ孔と先端成形部の間の同心度が低下する。
この実施例の装置では、鍛造品１２の先端形成部を基準にしてセンタ成形型５８が移動して鍛造品１２のセンタ位置とセンタ成形型５８のセンタ位置が一致する状態に調整され、その状態でセンタ孔１５が成形されることから、センタ孔と先端成形部の間には高精度な同心度が保証される。
【００２８】
パンチ４が下死点まで下降した後で、カウンタパンチ基部２０が上昇する。このとき、螺旋状のカム溝２６にカムフォロア２４が嵌り込でいるために、それぞれのカウンタパンチ６６、６８がパンチ移動軸線２２に沿って鍛造品１２に成形されたヘリカルギヤのピッチ分だけ上昇すると、それぞれのカウンタパンチ６６、６８はパンチ移動軸線２２回りで１回転する。カウンタパンチ６６、６８はパンチ移動軸線２２回りに回転しながら上昇する。この動きは、成形歯型部１８を通過しながら上昇する鍛造品１２の動きを同じであり、カウンタパンチ６６、６８と鍛造品１２は相対回転しないで（即ち一体となって回転しながら）、ダイス１０、１６から抜け出していく。このとき、センタ成形型５８は同じ高さを維持しながら、カウンタパンチ６６、６８の回転に追従して回転する。
【００２９】
図３に示すように、成形歯型部１８をヘリカルギヤが抜け出す前に、大径壁８で成形された大径部１２ｂはテーパ壁９の高さまで上昇し、小径壁７で成形された小径部１２ａは大径壁８の高さまで上昇している。このために、成形歯型部１８をヘリカルギヤが抜け出す前に、鍛造品１２の外周はダイス１０の壁７，８，９に強く接触しない状態となっている。即ち、成形歯型部１８をヘリカルギヤが抜け出す直前に、鍛造品１２とダイス１０との間で鍛造品１２の回転を禁止しようとする強い摩擦力が働かない状態となっており、この状態で成形歯型部１８からヘリカルギヤが抜け出すことができる。鍛造品１２は最後までスムースに回転しながら成形歯型部１８から離脱する。このために、押出しの際に、鍛造で成形されたヘリカルギヤの形状が損なわれたり、あるいは鍛造品１２にバリができたりすることがない。
【００３０】
上記の実施例は一例に過ぎず、権利範囲を限定するものでない。例えば、センタ成形型５８の受入部５４が、鍛造品１２の先端径よりもわずかに小さく、鍛造品１２の先端がわずかに縮径しながら受入部５４に受入れられるものであっても良い。あるいは、受入部５４がわずかに拡径しながら鍛造品１２の先端を受入れるものであっても良い。
センタ成形型５８の受入部５４がテーパ状または段差上であり、パンチ４側で大径であり、反パンチ側で小径であり、パンチ側の大径が鍛造品１２の先端径よりもわずかに大きく、反パンチ側の小径が鍛造品１２の先端径よりもわずかに小さいものであっても良い。
いずれであっても、センタ成形型５８のセンタ孔成形部５６は、鍛造品先端端面のセンタ位置に位置決めされる。
素材収容孔６の多段壁、カウンタパンチ６６，６８を回転させながら進退させる機構には、様々な形状や機構を用いることができる。
この実施例の鍛造装置によると、鍛造品先端端面のセンタ位置に位置精度良くセンタ孔が成形され、鍛造品形状が押出工程で乱れることがない。高精度の鍛造品を安価に簡単に生産することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例の鍛造装置の断面図。
【図２】  鍛造完了時の鍛造品周辺の拡大断面図。
【図３】  押出工程完了直前時の鍛造品周辺の拡大断面図。
【図４】  センタ成形型の詳細図。
【図５】  実施例の鍛造装置で生産される鍛造品の側面図（先端のみ断面）。
【図６】  従来の鍛造装置で生産される鍛造品の側面図。
【図７】  従来の鍛造装置の断面図。
【図８】  従来の鍛造完了時の鍛造品周辺の拡大断面図。
【図９】  従来の押出工程完了直前時の鍛造品周辺の拡大断面図。
【符号の説明】
４：パンチ
６：素材収容孔（７：小径壁、８：大径壁、９；テーパ壁）
１０：上ダイス
１６：下ダイス
１８：成形歯型部
２０：カウンタパンチ基部
２４：カムフォロア
２６：カム溝
５４：受入部
５６：センタ孔成形部
５８：センタ成形型
６６、６８：カウンタパンチ
【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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【図９】
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