(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーパ外周面およびテーパ内周面と、該テーパ外周面の大径端部に連続して設けられた円筒外周面とを有し、全体としてテーパ円環形状を成す円筒状部品を製造する方法であって、
略平坦な円板形状を成す成形素材を用意する工程と、
前記成形素材の外周側を、前記テーパ円環形状のテーパ角度と略一致するようにテーパ状に曲げ加工して曲げ円環部を形成する曲げ工程と、
該曲げ円環部のうち前記円筒外周面の外径寸法より外側の外周縁部をしごき加工により上方へ塑性流動させて外径仕上げを行う外径仕上げ工程と、
該外径仕上げが行われた前記曲げ円環部の上部を冷間鍛造加工により潰して目的とする前記テーパ円環形状とする鍛造成形工程と、
少なくとも前記曲げ工程の後に中央の不要部分を抜きパンチによって打ち抜く抜き工程と
を有することを特徴とする円筒状部品の製造方法。
【請求項２】
前記テーパ円環形状は、テーパ内周面およびテーパ外周面が略同じテーパ角度θで、該テーパ内周面と該テーパ外周面との間の軸方向の肉厚寸法をｄとしたとき、前記成形素材の板厚ｔは略ｄ・sin(θ／２）である請求項１に記載の円筒状部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間鍛造加工を用いて円筒状部品を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
略円筒形状の円筒部を有する円筒状部品の製造方法として、プレスによる冷間鍛造加工を利用する方法がある。特開平５−３０５３８１号公報には、円筒状部品を上記のように冷間鍛造加工によって製造する方法が記載されており、このような冷間鍛造加工によれば、切削加工で製造したり複数の部品を溶接などで一体的に固設したりする場合に比較して、材料歩留りが優れているとともに高い生産性が得られるなどの利点がある。
【０００３】
図１の(f) に示す円筒状部品３０は、軸方向寸法が比較的短いテーパ円環形状を成すもので、テーパ角θが略等しいテーパ外周面３２およびテーパ内周面３４と、テーパ外周面３２の大径端部に連続して設けられた円筒外周面３６と、テーパ内周面３４の小径端部に連続して設けられた円筒内周面３８と、軸心と略直角な大径側端面４０および小径側端面４２とを備えている。このようなテーパ円環形状の円筒状部品３０も、例えば円柱状素材やリング状素材などを用いて冷間鍛造加工により製造できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように冷間鍛造加工を用いて円筒状部品を製造する場合、冷間鍛造加工を行うパンチ等の金型に大きな負荷（面圧など）が掛かるため、金型寿命が短いとともに加圧能力の大きなプレス機械を用いる必要があり、全体として製造コストが高くなり、且つ消費エネルギーが大きいので設備維持費も高くなる。
【０００５】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、冷間鍛造加工を行うパンチ等の金型に掛かる負荷を低減し、金型寿命を長くするとともに加圧能力が比較的低い安価なプレス機械を採用できるようにして、全体として製造コストを低減することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、第１発明は、テーパ外周面およびテーパ内周面と、そのテーパ外周面の大径端部に連続して設けられた円筒外周面とを有し、全体としてテーパ円環形状を成す円筒状部品を製造する方法であって、(a) 略平坦な円板形状を成す成形素材を用意する工程と、(b) 前記成形素材の外周側を、前記テーパ円環形状のテーパ角度と略一致するようにテーパ状に曲げ加工して曲げ円環部を形成する曲げ工程と、(c) その曲げ円環部のうち前記円筒外周面の外径寸法より外側の外周縁部をしごき加工により上方へ塑性流動させて外径仕上げを行う外径仕上げ工程と、(d) その外径仕上げが行われた前記曲げ円環部の上部を冷間鍛造加工により潰して目的とする前記テーパ円環形状とする鍛造成形工程と、(e) 少なくとも前記曲げ工程の後に中央の不要部分を抜きパンチによって打ち抜く抜き工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
第２発明は、前記第１発明の製造方法において、前記テーパ円環形状は、テーパ内周面およびテーパ外周面が略同じテーパ角度θで、そのテーパ内周面とそのテーパ外周面との間の軸方向の肉厚寸法をｄとしたとき、前記成形素材の板厚ｔは略ｄ・sin(θ／２）であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の効果】
第１発明では、略平坦な円板形状を成す成形素材の外周側をテーパ状に曲げ加工し、その曲げ円環部に冷間鍛造加工を行って目的とするテーパ円環形状に成形するため、曲げ加工を行うことなく冷間鍛造加工を施す場合に比較して、冷間鍛造加工時における塑性流動量や流動距離が小さくなるとともに流動経路が単純になり、その冷間鍛造加工時の負荷が小さくなる。曲げ加工においても、本発明の場合には絞り加工の要素が含まれ、引張、圧縮変形などに起因して金属の塑性流動を伴うが、その負荷は冷間鍛造加工に比べて小さい。これにより、冷間鍛造加工のみで所定のテーパ円環形状に成形する場合に比較して、曲げ金型や鍛造金型に掛かる負荷が小さくなり、金型寿命が長くなるとともに加圧能力が低い安価なプレス機械を採用できるようになるため、円筒状部品の製造コストが全体として低減される。
【０００９】
また、本発明では曲げ工程でテーパ状の曲げ円環部を形成した後に、中央の不要部分を抜きパンチによって打ち抜くようになっているため、始めから中央の不要部分が抜かれた円環形状の成形素材を用いる場合に比較して、絞り加工の要素を含む曲げ加工が好適に行われる利点がある。
【００１０】
第２発明では、成形素材の板厚ｔが略ｄ・sin(θ／２）であるため、テーパ角度がθとなるテーパ状に曲げ加工した時の軸方向の肉厚が目的とする肉厚寸法ｄと略等しくなり、冷間鍛造加工時の塑性変形量が少なくて鍛造金型に掛かる負荷が一層小さくなる。
【００１１】
また、鍛造成形工程で素材を圧縮変形すると加工硬化によって硬度が高くなるため、素材形状を変更して圧縮変形量を増減することにより、完成部品の任意の位置での硬度を変えられる利点がある。硬度を変えることにより、部品の熱処理を不要とする効果がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ここで、第１発明の抜き工程は、少なくとも曲げ工程の後であれば良く、曲げ工程と鍛造成形工程との間で抜き加工を行っても良いし、鍛造成形工程の後で抜き加工を行っても良い。
【００１３】
本発明の製造方法は曲げ加工および冷間鍛造加工を主体とするものであるが、必要に応じて切削加工や研削加工などの他の加工を付加して行うこともできる。上記曲げ加工や冷間鍛造加工についても、必ずしも１段階（１回のプレス工程）で行われる必要はなく、複数段階で行うようにしても良い。
【００１４】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、第１発明，第２発明に従って(f) に示すテーパ円環形状の円筒状部品３０を製造する際の製造工程を説明する概略図で、(a) は平坦な円板形状を成す成形素材１１０を用意する工程である。この成形素材１１０の板厚ｔは、前記テーパ内周面３４とテーパ外周面３２との間の軸方向の肉厚寸法ｄ、それ等テーパ内周面３４，テーパ外周面３２のテーパ角度θを用いて、ｄ・sin(θ／２）で求められ、体積または質量（どちらでも実質的に同じ）は円筒内周面３８の内側を同質の金属で埋め尽くした場合の円筒状部品３０の体積または質量と略等しい。なお、円筒状部品３０の高さ寸法すなわち軸方向寸法は上記肉厚寸法ｄと同じであり、円筒状部品３０の内周縁部における軸方向寸法、すなわち円筒内周面３８の軸方向寸法は、成形素材１１０の板厚ｔと同じである。
【００１５】
図１の(b) は曲げ工程で、一対のパンチ１１２およびダイス１１４によって上記成形素材１１０に曲げ加工を行い、その成形素材１１０の外周側部分をテーパ角度がθとなるテーパ状に軸方向へ曲げ加工して曲げ円環部１１６を形成する。パンチ１１２は円柱形状を成しており、その先端部にはテーパ角度θで小径となるテーパ突部１１８が設けられているとともに、そのテーパ突部１１８は、前記円筒内周面３８の径寸法と略等しい直径寸法の位置で切断された截頭円錐形状を成している。ダイス１１４には、テーパ角度θで小径になるとともに底面の直径が前記小径側端面４２の外径寸法と略等しいテーパ凹部１１９が設けられており、このテーパ凹部１１９と上記テーパ突部１１８との間で成形素材１１０が挟圧されることにより、絞り加工の要素を含む曲げ加工によってテーパ形状の曲げ円環部１１６が形成される。なお、成形素材１１０の中央部分は板厚ｔが維持される。
【００１６】
図１の(c) は外径仕上げ工程で、上記曲げ円環部１１６が形成された成形素材１１０の外径寸法が円筒状部品３０の外径寸法、すなわち円筒外周面３６の外径寸法と略一致するように、一対のパンチ１２０およびダイス１２２によってしごき加工による外径仕上げを行う。パンチ１２０は、円筒状部品３０の外径寸法と略等しい外径寸法の円柱形状を成しているとともに、その先端部には前記テーパ突部１１８と略同一形状のテーパ突部１２４が設けられている。ダイス１２２には、円筒状部品３０の外径寸法と略等しい内径寸法で底部が前記テーパ凹部１１９と略同一形状とされた有底の成形穴１２６が設けられているとともに、その成形穴１２６の開口部には面取り１２８が施されている。そして、成形素材１１０がパンチ１２０によってダイス１２２の成形穴１２６内に押し込まれると、曲げ円環部１１６のうち円筒状部品３０の外径寸法より外側の外周縁部１１６ａが上方へ塑性流動させられる。
【００１７】
図１の(d) は鍛造成形工程で、一対のパンチ１３０およびダイス１３２によって上記外径仕上げされた成形素材１１０の曲げ円環部１１６に冷間鍛造加工を行い、その曲げ円環部１１６の上部を潰して円筒状部品３０と同一形状に成形する。パンチ１３０は、円筒状部品３０の外径寸法と略等しい外径寸法の円柱形状を成しているとともに、その先端部には前記テーパ内周面３４の内周側部分と略同一形状のテーパ突部１３４が設けられている一方、ダイス１３２には前記成形穴１２６と略同一形状の成形穴１３６が設けられている。
【００１８】
図１の(e) は抜き工程で、上記鍛造成形された成形素材１１０の中央の不要部分を一対のパンチ１３８およびダイス１４０によって打ち抜き、目的とするテーパ円環形状の円筒状部品３０とする。パンチ１３８は抜きパンチで、前記円筒内周面３８の内径寸法と略等しい外径寸法を有している一方、ダイス１４０には円筒内周面３８の内径寸法と略等しい内径寸法の抜き穴１４２が設けられている。なお、必要に応じてバリなどを除去する切削仕上げ、研削仕上げなどが施される。
【００１９】
かかる本実施例の製造方法においては、図１(b) の曲げ工程で平坦な円板形状の成形素材１１０の外周部をテーパ状に曲げ加工し、図１(d) の鍛造成形工程で曲げ円環部１１６を目的とするテーパ円環形状に冷間鍛造加工するようになっているため、曲げ加工を行うことなく冷間鍛造加工を施す場合に比較して、冷間鍛造加工時における塑性流動量や流動距離が小さくなるとともに流動経路が単純になり、その冷間鍛造加工時の負荷が小さくなる。曲げ加工においても、絞り加工の要素が含まれるため引張、圧縮変形などに起因して金属の塑性流動を伴うが、その負荷は冷間鍛造加工に比べて小さい。これにより、冷間鍛造加工のみで目的とするテーパ円環形状に成形する場合に比較して、曲げ加工用のパンチ１１２，ダイス１１４、鍛造成形用のパンチ１３０，ダイス１３２等の金型に掛かる負荷が小さくなり、金型寿命が長くなるとともに加圧能力が低い安価なプレス機械を採用できるようになるため、円筒状部品３０の製造コストが全体として低減される。
【００２０】
また、本実施例では曲げ工程および鍛造成形工程で、成形素材１１０の外周部にテーパ円環形状を形成した後に、図１(e) の抜き工程で中央の不要部分を打ち抜くようになっているため、始めから中央の不要部分が抜かれた円環形状の成形素材を用いる場合に比較して、絞り加工の要素を含む曲げ加工が好適に行われる利点がある。更に、成形素材１１０の板厚ｔがｄ・sin(θ／２）であるため、テーパ角度がθとなるテーパ状に曲げ加工した時の軸方向の肉厚が目的とする肉厚寸法ｄと略等しくなり、図１(d) の鍛造成形時等における塑性変形量が少なくてポンチ１３０やダイス１３２等の金型に掛かる負荷が一層小さくなる。
【００２１】
なお、上例では図１(d) の鍛造成形工程の前に別のプレス機械で(c) の外径仕上げ工程を行うようになっているが、例えば図２に示すように円柱形状の第１パンチ１４４および円筒形状の第２パンチ１４６と前記ダイス１２２とを用いて、第１パンチ１４４を下降させた後に引き続いて第２パンチ１４６を下降させることにより、１回のプレス工程で外径仕上げおよび鍛造成形を行うようにすることもできる。第１パンチ１４４の外径寸法は大径側端面４０の内径寸法と略同じで、その先端部には前記テーパ突部１３４と同一形状のテーパ突部１４８が設けられている。
【００２２】
また、上例ではテーパ外周面３２とテーパ内周面３４との間の軸方向の肉厚寸法ｄが円筒状部品３０の高さ寸法（軸方向寸法）と同じであったが、図３の(a) に示す円筒状部品１５０のように高さ寸法が肉厚寸法ｄより大きい場合や、同図の(b) に示す円筒状部品１５２のように高さ寸法が肉厚寸法ｄより小さい場合であっても良い。
【００２３】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一具体例であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  (f) の円筒状部品を本発明に従って製造する場合の一例を説明する概略工程図である。
【図２】  図１の(c) および(d) の工程を１回のプレス加工で行う場合を説明する断面図である。
【図３】  本発明に従って製造される円筒状部品の別の例を示す断面図である。
【符号の説明】
３０，１５０，１５２：円筒状部品
３２：テーパ外周面
３４：テーパ内周面
３６：円筒外周面
１１０：成形素材
１１６：曲げ円環部
１１６ａ：外周縁部
１３８：抜きパンチ
θ：テーパ角度
ｄ：肉厚寸法
ｔ：板厚
【図１】
0003746828.tif 000002
【図２】
0003746828.tif 000003
【図３】
0003746828.tif 000004