解説
2

複動成形技術の動向㈱ニチダイ

アジアを中心としたモノづくりのグローバル競争の中で生き残るためには、製品の付加価値を高村井映介＊

補助張力を利用した中空シャフトの成形について紹介する。

めることが必要となってくる。複動成形は複数の金型が独立して駆動することによって成形を行う

閉塞鍛造

加工法であり、鍛造品の高精度化、複雑形状品の成形が可能である。このことから切削加工の省略によるコスト削減などの鍛造品の付加価値を高める加工法として有効である。

1．閉塞鍛造の概要
閉塞鍛造は上型と下型を締め付けてつくった空間にパンチで材料を押出す鍛造法である。この方複動成形に関する報告は従来から多く、閉塞鍛法により図 1 に示すスパイダー、トリポート、造によってスパイダーやトリポートの歩留りが向ボールスパイダーの成形が可能である。この方法

1）
2）

3）

上した事例 、背圧成形によってスクロール のはそれ以前のバリだし鍛造8）に比べ切削工数の削歩留まりが向上した事例が報告されている。最近減と歩留まり向上に効果があり、飛躍的なコスト

4）では、中空シャフトを成形した事例 、板鍛造の成形事例5）6）7）が報告されている。

低減を実現した。
図 2 はスパイダーを例に金型の動きを示した

特に板鍛造で複動成形を用いることは工程削減ものである。上型と下型を締め付けながら上パンに効果があり、生産設備のコンパクト化、省スペチと下パンチを同じ速度で駆動するため、複動プース化につながる。特に設備のコンパクト化は海レス（図 3）が必要である。

外に設備を移設する際にメリットになる。

2．閉塞鍛造ダイセット9）

本稿では、閉塞鍛造によるスパイダーの成形と複動プレスを使わずに汎用の機械プレスでも閉塞鍛造を可能としたダイセット（図 4）が 1990＊

（むらい えいすけ）：技術・開発部開発課主任〒610−0201 京都府綴喜郡宇治田原町禅定時塩谷 14
TEL : 0774−88−6317 FAX : 0744−88−6320

年代に開発された。このダイセットは図 5 に示すようにパンタグラフ機構によってパンチの半分の速度で上下型を動作させることができるため、相対的に図 2 に示した金型の動きを実現することができる。このダイセットの開発により生産性も向上し、国内外に普及していった。

（a）スパイダー（b）トリポート（c）ボールスパイダー

図 1 閉塞鍛造により成形された鍛造品

23．閉塞鍛造スパイダーの精度向上10）量産されている多くのスパイダーは金プ レ ス 技 術

■ 特集 ■ 高精度化を実現する冷間鍛造技術

上パンチ
上ダイ

素材

スパイダー

10下ダイ

下パンチ

−1

（各金型の速度比）（a）成形前（b）成形後

図 2 閉塞鍛造における金型の動き
パンタグラフ図 3 複動油圧プレス（HED 800）

素材

a上パンチ

上ダイ
パンタグラフ

22a/2

1下パンチ

下ダイ

（各金 型の速 度比）（a）成 形前（b）成 形 後

図 5 閉塞鍛造ダイセット

図 4 閉塞鍛造ダイセット

型分割面へのバリの発生が避けられない（図 6）。
また、成形時に金型軸部のひずみの不均一により真円度が低下し、鍛造後に機械加工が必要となる。
この機械加工の省略によるコスト削減を目的に縦バリ発生分割型閉塞鍛造が開発された。
（1）縦 4 分割金型の概要
軸部のバリおよび真円度を向上されるために金（a）鍛造品
閉塞力
上ダイ

スパイダー

素材

バリ・ズレ発生型の分割方法を従来の上下対称 2 分割から図 7に示すように縦 4 分割に変更された。この縦 4 分

下ダイ割したダイによって金型を閉塞し、円柱素材を上下パンチで側方へ軸を押出す。その際、ダイの穴は内圧によって X 方向に扁平した形状に弾性変形する（図 8）。そこで、縦 4 分割したダイの 4ダイ分割面（b）金型構造

図 6 上下分割型閉塞鍛造

方向から閉塞力を加え金型分割面に互いに押合うすることが可能となる。また、成形時に発生する力を発生させ、穴の内面を Y 方向に扁平した形

金型の弾性変形をコントロールすることで真円度状に変形させることで真円度を制御できる。
縦 4 分割に変更することで、軸部のバリを防止
第 54 巻 第 8 号（2016 年 7 月号）向上も可能となる。
（2）閉塞荷重と軸の真円度
3

ダイ
成形力

分割面型締め（閉塞）

図7
縦割り閉塞
鍛造の概要

バリなし
（鍛造品）

成形力
スパイダー
（金型構造）

0.05

真円度 /mm0.04
0.03
0.020.01

閉塞

E DC B A

ABCDE

分割ダイY

0X

−0.01
−0.02

＋（プラス） −（マイナス）（真円度測定位置）

−0.03
2,000

2,500

3,000

3,500

閉塞力による変形成形力による変形

閉塞荷重 /kN

図 9 閉塞荷重と真円度の関係

X

閉塞荷重2,000kN

2,500kN

閉塞Y

表 1 各部の真円度3,000kN

3,500kN

図 8 金型の変形状態

A0.009mm−0.005mm−0.004mm−0.004mm

図 9 に閉塞荷重と 軸 部 の 真円度の関係を示す。2750 kN 付
近 で±0．
01 mm と 最 も 良 い 結B

真円度形状 Cプ
ロット

0.018mm

0.012mm

0.002mm

−0.008mm

果 と な る。表 1 は 各 部 の 真 円度を示したものである。閉塞荷重 2，000 kN では X 方向に扁平した形状、閉塞荷重 2500〜3000

0.034mm

0.002mm

−0.013mm−0.024mm

kN では真円に近い形状、閉塞荷 重 3500 kN で は Y 方 向 に 扁平した形状とな る。A 部 で はD

閉塞力による変化が小さいが、0.021mm

−0.004mm−0.014mm−0.016mm

ダイ入口に近い C、D、E 部では大きな変化を示している。また、閉 塞 力 2000 kN で は 金 型

E0.044mm

0.012mm

0.007mm

−0.006mm

分割面に バ リ が 発 生 し、2500kN 以上で発生しない。

鍛造品
概観

4（3）型構造と金型モーション
4 分割ダイは側方軸方向に可バリ発生動できる状態で上型に、閉塞用
プ レ ス 技 術

■ 特集 ■ 高精度化を実現する冷間鍛造技術

穴入れパンチ

上パンチ
閉塞用
カム

張力

4 分割ダイ

引き戻し用
カム

ダイ

下パンチ

図 10 型構造と金型モーション

下パンチ
背圧カムと引き戻し用カムは下型に配置する。スライ

図 11 補助張力押出し

ドの下降により 4 分割したダイを閉塞カムで内側によせて閉塞した後、上下パンチによって側方に工藤と篠崎12）は図 11 のように捕助張力を与え押出す。成形後はスライド上昇に伴い 4 分割ダイることによって押出し圧力を低減する方法を提案を引き戻しカムにより強制的に引き戻すことで製している。この方法はフランジ付きのビレットを品の取り出しが可能となる（図 10）。

ダイの端に引っ掛けることによって押出された部（4）工法の特徴

分に張力を発生させ、パンチ圧力を後方押出しよ

鍛造では金型の弾性変形により金型と同じ形状り低くする。成形の際は張力の上昇で側壁に割れ精度を得ることは困難である。成形時の形状変化が発生しないように下パンチで背圧を負荷しながは経験的に予測するか、実際に金型を製作して確ら成形を行う。

認する。開発した工法では閉塞力で弾性変形を調2．成形事例整することができるため、金型を補正する必要がなくなる。

図 12 は補助張力によって成形した中空部品である。試験片は焼鈍した SCM 415、潤滑剤には二硫化モリブデンを使用している。プレスは複動

中空化工法

11）

油圧プレスを使用し、パンチ速度 20 mm/sec で成形している。直径φ10×70 の素材からフラン長尺シャフト部品などの中空部品の深穴

φ7.1（＝D）

はガンドリルによる切削が一般的であるが、加工時間が長く、また材料歩留りも悪い。
そのため、歩留り向上と生産性向上のため
110（＝L）にも冷間鍛造による深穴成形は必要である。
深穴の冷間押出しではパンチ面圧が高くなり、成形の初期で簡単に座屈してしまう。
座屈を防止するための対策はあるが大きな効果は期待できないのが現状であり、冷間鍛造で中空部品の深穴を成形することは非常に困難である。
1．補助張力押出しスリーブによるガイドや多段ベアのパン

φ10.1

チも用いても押出し中のパンチの座屈を完全に防止することはできない。そのため、（背圧：499MPa）（背圧：624MPa）

パンチの面圧を低減させることが必要であ（a）破断（b）内面割れる。
第 54 巻 第 8 号（2016 年 7 月号）（背圧：749MPa）（c）破断なし

図 12 成形事例

50

穴細長比8412160.20.180.16
同軸度 /mm0.140.120.10.080.060.04

素材

0.020

穴入れと打ち抜きスプライン

図 14 補助張力押出しの実用サンプル
020406080
穴深さ /mm100120

図 13 補助張力押出しの同軸度ジを成形した後、深穴成形をしている。
図 12 は異なる背圧で成形した結果を示している。背圧が低い場合（449 MPa）
、長さ／直径比12 で側壁が破断し、624 MPa では長さ／直径比14 で側壁に割れが発生する。749 MPa では長さ／直径比 15 でも内面の割れは発生しない。
高い背圧では側壁の割れの防止ができるが、張力が低くなるため、加工圧力の低減効果は低くなる。この加工では、破断が防止できる程度になるべく低く背圧を設定する必要がある。
図 13 は図 11（c）の穴の同軸度を示したものである。穴深さ 80 mm（長さ／直径比約 11）で 0．
01〜0．
02 の同軸度である。長さ／直径比 11 を超えると同軸度が急激に低下する。
図 14 はより実用的なアイテムに適用した事例ができる。
参考文献
1）篠崎吉太郎：塑性と加工，33−82（1992），1250−1255．
2）吉村豹治・篠崎吉太郎：塑性と加工，41−477（2000），986−989．
3）吉村豹治，島崎定：素形材，40−2（1999），12−16．
4）久保田鐵工所：素形材，51−1，（2010）21．
5）石原貞男，峯功一，鈴村敬：塑性と加工 44−507（2003），409−413．
6）井村隆昭：素形材 55−4，（2014）14−21．
7）堀智之，横山尚来：素形材 55−4，（2014）22−26．
8）吉村豹治・島崎定：塑性と加工，24−271（1983），781−785．
9）村井映介：第 42 回鍛造実務講座テキスト，（2015），45−52．
10）石原義弘：型技術，26−5（2011），34−37．
，46−49．
11）村井映介：型技術，30−2（2015）12）篠崎・工藤：塑性と加工，14−151（1973），629−636．

である。円柱素材からフランジを成形した後、深穴成形と抜きを 1 工程で行い、最終工程でスプラインを成形している。
☆

☆

複動成形の動向として閉塞鍛造によるクロススパイダーの成形と補助張力を利用した中空シャフトの成形について紹介した。閉塞鍛造ではパンタグラフ式のダイセットと縦分割型の閉塞鍛造について紹介した。中空成形では補助張力押出しにシャフト成形事例を紹介した。これらの技術は製品の付加価値を高める鍛造法として有効ではある。
本稿では板鍛造についてふれてないが、板鍛造の複動成形では多軸プレスで各ラムの動きをうまく制御すれば少ない工程で複雑形状品を得ること
6プ レ ス 技 術