(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷間鍛造加工によりフランジ付ボスを製造する装置において、素材のボス部上端面を押圧する、先端が内径側から外径側に又は外径側から内径側に向けてテーパ状の形状をしたパンチと、該パンチの外周部にあってフランジの上面を付勢する上ダイと、フランジ付ボスの下面に接する下ダイと、下型に設けられボス部に挿入してその内面を形成する芯金があり、前記パンチと前記上ダイを付勢する手段はそれぞれ独立に位置及び力を設定、制御することができることを特徴とするフランジ付ボスの製造装置。
【請求項２】
フランジに接触する前記上ダイまたは前記下ダイの少なくとも一方に突起があり、ボス部の素材材料がフランジ部へ流れるのを阻害することを特徴とする請求項１項記載のフランジ付ボスの製造装置。
【請求項３】
フランジに接触する前記下ダイに、フランジ部の外周部を拘束する凹部が設けられていることを特徴とする請求項１項記載のフランジ付ボスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、フランジにボスがついている部品を、冷間鍛造で成形する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フランジ付ボスの冷間鍛造は、図3の（Ａ）や（Ｂ）及び（Ｃ）に示す方法で行われていた。即ち、同図（Ａ）のように素材の穴に芯金を挿入し、素材のボス部上端面をパンチで押圧すると共に、素材のフランジ部をダイにて押圧していた。この場合、前記ダイは上型に固定されている。そのため、同図の（Ｂ）に示すようにボス部の材料がフランジ側へ流動し、さらに、上ダイと下ダイの間にはみ出し、それを上ダイと下ダイではさみ込み、ボス外周のコーナ部に材料の重なりＫ１が発生し、不具合であった。
【０００３】
さらに、比較的薄い板厚の素材から肉厚のボスを成形しようとすると、材料の座屈によりボス内周にヒケＫ３や材料の重なりＫ４が発生し、また、ボス外周には材料の重なりＫ５が発生することもあった。
【０００４】
一方、同図の（Ｃ）に示すようにボス成形時の下死点状態ではボス部は密閉状態となる。この時、素材板厚のバラツキや前工程のプレス成形の影響により、ボス部のボリュームにはバラツキが生じている。このため、ボス部のボリュームが設定より多い場合は右側の図に示すようにパンチや上ダイ，芯金に過負荷（３４）が生じ、破損する場合が多かった。逆に、ボス部のボリュームが設定より少ない場合は左側の図に示すようにボスの内外周にボリューム不足によるヒケＫ２が残存し、所定の形状精度が得られなかった。したがって、ボス部のボリュームのバラツキを少しでも減少するために板厚公差の厳しい高価な板素材を使用することを余儀なくされていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、フランジ付ボス部品を、冷間鍛造加工で得る装置において、ボスの内外周にヒケや材料の重なりが発生しないものを提供することである。また、比較的薄い厚さの板素材から肉厚のボスをプレス成形する時にボス部の材料が座屈しないようにし、ボス内外径の精度が高い製品を提供することである。
【０００６】
さらに、ボス成形時に、素材ボス部のボリュームにバラツキが生じても金型に過負荷が生じることを防止し、金型寿命を延ばすことができ、素材の板厚公差を許容することができて、安価な板素材を採用出来るようにすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明においては、フランジ付ボスの形状に加工した素材の穴に芯金を挿入し、上ダイおよび下ダイによって素材のフランジ部が自由に塑性変形するのを抑制しながら、素材のボス上端面を押圧するパンチによってボス部を形成する。ここで、フランジ部を押圧するダイとパンチとはそれぞれ独立して上下方向に移動可能であり、移動量および押圧力を任意に設定・制御することができる。パンチ先端の形状は内径部から外径部に向けて、あるいは外径部から内径部に向けてテーパ状とし、パンチの押圧によってボス部の素材の流れが芯金または上ダイ面に沿ってスムーズに流れるようにしている。
【０００８】
パンチを下降させながらボス部を形成するとき、素材の材料がボス部からフランジ部に流れるのを阻止する手段は、上ダイまたは下ダイに突起を設けたり、フランジ部の外周部を拘束するように下ダイにフランジ形状の凹部を形成して塑性流動をある程度抑制するようにしてある。
【０００９】
ボス成形時、ボス部のボリュームが設定より多い場合には、従来の装置では、パンチは密閉状態になった時点でボス上端面をそれ以上押すことが出来なくなってボス高さが設定より高くなる。逆にボス部のボリュームが設定より少ない場合には、パンチはボス上端面を設定より多く押してボス高さが設定より低くなる。そこで、本発明では、素材の予備成形品のボス部のボリュームを最低必要量より多い量に設定し、設定より多い余分なボリュームをフランジ部に流れ出させてボス部の高さを所定の値にする。
【００１０】
すなわち、板材から加工した素材の予備成形品を金型に入れ、上ダイでフランジ部を抑えて固定し、パンチでボス部の上端を押す。ボス部の材料は、芯金と上ダイ及び下ダイで囲まれた空間内に塑性流動して充満する。次に、上ダイの付勢力を減らして、ボス部が所定高さになるまでパンチを下降させ、余分なボリュームをフランジ部に移動させる。このとき、上ダイは上方へ押し上げられることになる。この一連の操作によって、ボス部は表面に欠陥が生じることなく増肉し、所定の高さに成形される。
【００１１】
ボス部を押圧するパンチ先端の断面形状は、内径部から外径部に向けて、あるいは外径部から内径部に向けてテーパ状にしてあるので、パンチの鋭角をなす先端側から後端側に向かって金属材料は横方向の力を受けて流動しやすくなる。そして後端側に接する芯金または上ダイに向かって、金属材料は押し付けられ欠陥のない緻密な加工層が得られるとともに、ボス部の増肉も容易に達せられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１の参考例において、左半分は素材１を示し、右半分は前記素材を冷間鍛造で成形した状態を示している。図１の右半分の図において、プレス機械のボルスタに固定された下型は、下ダイ３、芯金４等で構成されている。前記プレス機械のスライドに固定された上型は、パンチ６、上ダイ５等で構成され、パンチ６はパンチ用ピン７で、上ダイ５は上ダイ用ピン８で夫々下方に向けて別個に付勢されている。
【００１３】
上ダイ用ピン８は、図４の 実施例に示すように、上ダイ用ガス圧シリンダ２４により上ダイ用ピストン２６を介して付勢されている。上ダイ用ガス圧シリンダ２４を調整すれば上ダイ２３ を付勢する力を調整することが出来る。即ち、上ダイ用ピン８は、パンチ２１とはそれぞれ独立した別の手段で付勢されている。上ダイ用スプリング２５は、上ダイ用ピストン２６と上ダイ用ピン８が分離しないように上ダイ用ピン８を上ダイ２３に向けて付勢している。一方、パンチ６の付勢する力も例えば油圧等を利用して独自に調整することが出来る。
【００１４】
芯金４の外周部にパンチ６が配備され、パンチ６の外周部に上ダイ５が配備されている。パンチ６と上ダイ５は上下方向に独立して移動可能になっている。
【００１５】
以上から、図１の左側に示した素材１の中心穴に、同図の右側に示された芯金４を挿入させる。そして、プレス機械のスライドが駆動すると、これに伴い、パンチ６、上ダイ５が下降し、素材は下ダイ３、パンチ６、芯金４及び上ダイ５の協動により冷間鍛造加工が行われ、素材１は製品２になる。
【００１６】
ボス成形時、ボス部のボリュームを一番少ない量に設定し、その設定より多い場合にボス外周のコーナ付近のフランジ部に余分なボリュームが流れ出して前記上ダイ５を上方向へ押し上げ、ボス高さが一定になるように前記上ダイ５の付勢力を設定することが出来る。
【００１７】
図２の参考例の金型構造では、下ダイ１３に素材のフランジ部を収容する凹部が形成され、これによって材料の流動が拘束され、同時に外周部の寸法が正確に規制される。
【００１８】
フランジ部を拘束する突起は、ボス部を成形するときに材料がフランジ部に流れるのを阻止するために設けられていて、製品にとって、邪魔にならず、かつ製品の強度、剛性が問題にならない場合に設けられる。前記突起は、図４の実施例に示されている突起２８、２９のように先端が尖った形状のもの、あるいは図５に示す突起３０のように先端が平らなものでもよい。これら突起の位置は、成形によってボス部の肉を厚くする点から、出来るだけ中心に近い所に設けることが望まれる。
【００１９】
図２の参考例の凹部の作用でも、材料がフランジ部に流れるのを阻止出来る。したがって、突起と凹部の作用はボスの増肉成形を容易にすることだけでなく、ボス部からフランジ部に流れる材料を出来るだけ少なくしてボス部のボリュームのバラツキを少なくすることでもある。
【００２０】
図７の参考例は、ポンチ先端断面が平坦な形状である場合にしばしば生じるもので、素材１９のボス部が座屈する状態を示している。この状態は比較的薄い厚さの板素材から肉厚のボスをプレス成形しようとする時に生じる。素材１９のボス部先端がパンチ６で押されると、芯金４と上ダイ５との間でボス部が曲がり、座屈する場合がある。これは、ボス部の長さ、芯金４の外径と上ダイ５の内径間の距離、素材の板厚や材質等が主に関係している。
【００２１】
しかし、図４の実施例に示すように、素材１９のボス部先端とパンチ２１の先端をテーパにしながらボスを増肉すると上記座屈が発生しないことが判った。このテーパは、内径部から外径部に向けて、あるいは外径部から内径部に向けてテーパ状とする。図１０（Ａ）の参考例に示すようにボス部の内径部にヒケＫ３や材料の重なりＫ４が生じる場合は同図（Ｂ）の実施例に示すように前者のテーパ形状とし、かつ、素材１９のボス内径と芯金４の外径とが摺動するようにする。図１１（Ａ）の参考例に示すようにボスの外径部に材料の重なりＫ５が生じる場合は、同図（Ｂ）の実施例に示すように後者のテーパ形状とし、かつ、素材１９のボス外径を上ダイ２３の内径とほぼ等しい径に設定して摺動させる。同時にボスを増肉するとより効果的である。
【００２２】
図６の参考例は、素材の予備成形時にテーパを作った例であり、上ダイ２７で素材１９のボス部先端を予備成形しながらボスを増肉する。その後パンチ６等を用いて成形加工する。
【００２３】
図８の参考例は素材１９のボス部のボリュームのバラツキをパンチ６の付勢力を調整することにより吸収して金型に過負荷をかけないようにする様子を示したものである。図８（Ａ）はボス部のボリュームが少ない場合で製品２のボス高さは低くなる。同図（Ｂ）は逆にボス部のボリュームが多い場合で製品２のボス高さは高くなる。
【００２４】
図９の参考例は素材１９のボス部のボリュームのバラツキを上ダイ５の付勢力を調整することにより吸収して金型に過負荷をかけないようにする様子を示したものである。図９（Ａ）はボス部のボリュームが一番少ない場合を示している。同図（Ｂ）は同図（Ａ）よりボリュームが多い場合で、ボリュームが多い分だけボス外周コーナ付近のフランジ部が盛り上がり、上ダイ５を上方向に押し上げる。この時、製品２のボス高さはどれも同じになる。なお、前記盛り上がりは段差でありフランジ上面とは滑らかにつながっていて製品機能上、欠陥となるものではない。
【００２５】
【発明の効果】
本願発明によれば、素材のボス部上端面を付勢するパンチと素材のフランジ部を付勢する上ダイが上下方向にそれぞれ独立に移動可能のため、製品のボス外周のコーナ部に材料の重なりが発生することがない。また、上ダイで製品のフランジ部を付勢し、かつ、上ダイや下ダイに突起を設けたり、下ダイに設けた凹部でフランジ外周部を拘束することにより、ボス成形時、ボス部よりフランジ部へ流れ出す材料が少なくなり、したがって、良好な状態でボス成形が可能となり、また、ボス部のボリュームのバラツキが少なくなる。
【００２６】
パンチ先端にテーパを設け、そのテーパ形状に対応してボスの内径または外径を、芯金の外径または上ダイの内径と略同一径とすることによりボスを増肉成形すれば材料が座屈しにくくなる。この効果により、製品のボス内外径表面にヒケや重なりが発生することが少なくなり、比較的薄い板厚の素材から肉厚のボスをプレス成形出来るようになって製品の軽量化が可能である。さらに、パンチと上ダイにそれぞれ独立して付勢する手段を設け、かつ、付勢力をそれぞれ調整出来るようにすることにより素材ボス部のボリュームにバラツキが発生しても金型に過負荷が働かないようにし、金型寿命を延ばすことが出来る。加えて、製品ボス部の内外径の寸法精度は向上し、使用する板素材において板厚公差の許容幅の大きい安価なものを使用出来るようになる。
【００２７】
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例における金型部の縦断面図
【図２】他の参考例における金型部の縦断面図
【図３】従来例における加工説明図
【図４】実施例における金型部の縦断面図
【図５】突起の形状の説明図
【図６】素材の予備成形時にテーパを作る参考例における金型部の縦断面図
【図７】ポンチ先端断面が平坦な形状である参考例の場合に生じる座屈の説明図
【図８】ボスのボリュームのバラツキをパンチで吸収する参考例の金型部の縦断面図
【図９】ボスのボリュームのバラツキを上ダイで吸収する参考例の金型部の縦断面図
【図１０】ボス内径の欠陥の参考例と、欠陥を防止する実施例の金型部の縦断面図
【図１１】ボス外径の欠陥の参考例と、欠陥を防止する実施例の金型部の縦断面図
【００２８】
【符号の説明】
１は素材、２は製品、３は下ダイ、４は芯金、５は上ダイ、６はパンチ、７はパンチ用ピン、８は上ダイ用ピン、１２は製品、１３は下ダイ、１４は芯金、１５は上ダイ、１６はパンチ、１７はパンチ用ピン、１８は上ダイ用ピン、１９は素材、２０は製品、２１はパンチ、２２は下ダイ、２３は上ダイ、２４は上ダイ用ガス圧シリンダ、２５は上ダイ用スプリング、２６は上ダイ用ピストン、２７は上ダイ、２８は突起、２９は突起、３０は突起、３２はテーパパンチ、３３はテーパパンチ、３４は過負荷である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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