JP4869968B2

JP4869968B2 - 閉塞鍛造金型及び鍛造方法

Info

Publication number: JP4869968B2
Application number: JP2007024346A
Authority: JP
Inventors: 家▲か▼ 繆; 昌世良; 信雄鈴木
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2027-02-02
Also published as: US20080184765A1; JP2008188617A; US7900493B2

Description

本発明は、閉塞鍛造金型及び鍛造方法に関する。

等速ジョイント用のトラニオンやユニバーサルジョイント用の十字スパイダなど、ボス部に放射状に軸部が形成されている製品を閉塞鍛造で成形する場合、閉塞鍛造金型が用いられる。

閉塞鍛造金型は、図８に示すように、開閉可能なダイス１，２と、このダイス１，２の中心軸上で駆動可能なように配置されるパンチ４、５とを備える。すなわち、ダイス１，２を閉状態としてパンチ４、５にて押圧することによって、製品６の軸部７とボス部８の形状に相当したキャビティ９が形成されている。そのため、図９に示すように、ビレット（材料）１０（図９（ａ）参照）をダイス内に投入した後型締めしてパンチ４、５により押圧すると、ビレット１０が塑性変形して、図９（ｂ）のように、ボス部８および軸部７が形成されてなる製品６を構成することができる。

すなわち、図９（ａ）に示すように曲率半径がＲ２の円柱状のビレット１０をこの金型に投入して鍛造すれば、Ｒ２よりも大きいＲ２´の曲率半径をもつ先端面７ａの軸部７を有する製品６を形成することができる。

ところで、前記閉塞鍛造金型では、密閉状態になると加工荷重が急激に上昇して金型の破損や短寿命を引き起こすおそれがある。このため、従来には、必要な軸部長さより長く軸成形部を設定して軸先端部に逃げ部を設けているものがある (特許文献1)。
特開２００３−３４３５９２号

しかしながら、軸成形部分に逃げ部を形成した従来の金型ではパンチで押圧されたビレットから軸部に押し出された材料は、軸部の先端面において、中央部が流動しやすく周辺部が流動しにくい。そのため、図４に示すように、正規の軸部の先端面の曲率半径Ｒ１よりも小さい曲率半径Ｒ１´の先端面を有する軸部が形成される。このように、軸成形部分に逃げ部を形成した従来の金型では、正規の軸部の先端面に対して、外周側が軸部軸方向基端側へ減少する「ダレ」が生じる。

したがって、金型により精度よく形成された軸部長さを確保しようとするとこの「ダレ」の分だけ余分に材料が必要であった。ところで、前記閉塞鍛造金型にて鍛造成形された製品は、等速ジョイントやユニバーサルジョイントの内側継手部材を構成することになる。このため、この製品を使用した等速ジョイントやユニバーサルジョイントのコンパクト化・軽量化のためには、軸部の先端を機械加工により除去する必要があった。

また製品が組み込まれた等速ジョイントやユニバーサルジョイントを使用したときの寿命を延ばし、また振動や音を抑えるためには、熱処理によりこの製品の強度・硬さを高めた上で、製品の軸部外周面を鍛造加工以上の高精度とすることが要求される。このため、熱処理後の機械加工により高精度に仕上る必要がある。この熱処理後の機械加工のため、軸先端を熱処理前に機械加工で除去し、除去面と軸部外周面との交接面を、軸部外周面の高精度機械加工時の位相決めの基準面に利用することがあった。そのため、交接面を高精度に形成する必要があった。

本発明は、上記課題に鑑みて、ダレを小さくでき、等速ジョイントやユニバーサルジョイントのコンパクト化・軽量化を図ることができ、また軸先端を熱処理前に機械加工で除去しなくて済み、材料コスト及び機械加工コストの低減を図ることができる閉塞鍛造金型及び鍛造方法を提供する。

本発明の閉塞鍛造金型は、開閉可能なダイスと、このダイスの開閉方向に沿って駆動してダイス内の材料を押圧するパンチとを備え、放射状に軸部が形成されてなる製品を成形する閉塞鍛造金型において、形成される軸部の先端面との間に逃げ部を設けるとともに、ダイスの凹部から膨出して前記軸部の外周面の少なくとも先端側に当接する当接部をダイス側に、円周方向の一部または全部にわたって設けたものである。

本発明の閉塞鍛造金型によれば、パンチによる押圧時に、当接部に材料が接することになって、軸先端の外周の一部または全部の形状がダイスによって保証される。この保証された部位を軸部外周面の高精度機械加工時の位相決めの基準面に利用することができる。

本発明の鍛造方法は、開閉可能なダイスと、このダイスの開閉方向に沿って駆動してダイス内の材料を押圧するパンチとを備えた閉塞鍛造金型を用いて、放射状に軸部が形成されてなる製品を成形する鍛造方法において、予備成形ダイス３２と予備成形パンチ３３を用いてビレット２０Ｂから材料２０Ａを得る予備成形工程と、前記閉塞鍛造金型を用いて前記材料２０Ａを製品形状に成形する本成形工程とからなり、前記予備成形工程で得られる前記材料２０Ａの外周面のうち前記製品１６における軸部の先端面となる面の曲率半径を、形成すべき軸部の先端面の曲率半径よりも大きくするものである。

本発明の鍛造方法によれば、閉塞鍛造金型に投入する材料は、軸部の先端面となる面の曲率半径を、形成すべき軸部の先端面の曲率半径よりも大きくしたものであるため、閉塞鍛造金型にて製品形状を成形する工程(本成形と呼ぶ)において、軸部の先端面周辺部が中央部に比べ流動しにくいものであっても、「ダレ」（外周側が軸部軸方向基端側へ減少する量）を小さくできる。すなわち、本成形前に、材料に対して軸部の先端面となる部分の曲率半径を、形成すべき軸部の先端面の曲率半径よりも大きくする予備形成工程を備えることになり、このような予備形成工程を経た材料を閉塞鍛造金型にて製品を成形すれば、閉塞鍛造金型に逃げ部が形成されていても、軸部における「ダレ」を小さくできる。

本発明の閉塞鍛造金型では、ダイスにて保証された部位を高精度機械加工時の位相決めの基準面に利用することができるので、軸先端を熱処理前に基準面(基準部)を形成するために機械加工で除去しなくて済み、材料コストおよび機械加工コストの低減を図ることができる。

本発明の鍛造方法では、軸部における「ダレ」を小さくでき、この鍛造製品を用いた等速ジョイントやユニバーサルジョイントのコンパクト化・軽量化を図ることができる。

以下本発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。

図１に第１実施形態の閉塞鍛造金型を示し、この閉塞鍛造金型は、開閉可能なダイス１１、１２と、このダイス１１、１２の開閉方向に沿って駆動してダイス１１，１２内の材料を押圧するパンチ１４、１５とを備え、放射状に軸部１７が形成されてなる製品（たとえば、等速自在継手用のトラニオン）１６を成形する。なお、製品１６であるトラニオンは、ボス部１８と、ボス部１８から径方向外方に伸びる３本の軸部１７とを備える。

このため、ダイス１１，１２の軸心部にはガイド孔２１ａ、２１ｂが設けられ、各ガイド孔２１ａ、２１ｂには、それぞれパンチ１４、１５が嵌挿される。また、ダイス１１，１２の合わせ面１１ａ、１２ａ側のガイド孔２１ａ、２１ｂの開口部には、径方向に延びる３個の凹部２２、２３が周方向に沿って１２０°ピッチで配設されている。

ダイス１１，１２が図１に示すように重ね合わされた状態では、製品１６の軸部１７を形成するための空所２４が相対面する凹部２２、２３によって形成される。この場合、空所２４は径方向外方側において空所２４内へ当接部２５が膨出し、この当接部２５が、形成される軸部１７の外周面の先端側に当接する。しかも、形成される軸部１７の先端面１７ａとの間に隙間（逃げ部）２６が設けられる。

また、上方のパンチ１４の下面１４ａにはその中央部に膨出部２７が設けられるとともに、下方のパンチ１５の上面１５ａにはその中央部に膨出部２８が設けられている。

次に図１〜図３に示す金型を使用した鍛造方法を説明する。まず、上方のダイス１１と下方のダイス１２とを相対的に離間させた型開状態とする。この際、上方のパンチ１４を上昇させるとともに下方のパンチ１５を下降させておく。この状態で、下方のダイス１２のガイド孔２１ｂにビレット（材料）２０Ａ（図５参照）を投入する。なお、このビレット２０Ａは、ガイド孔２１ａ、２１ｂに嵌挿でき、かつ形成する製品の容積に対応するものである。

その後、上方のダイス１１と下方のダイス１２とを相対的に接近させる型締めを行う。次に、上方のパンチ１４を下降させるとともに、下方のパンチ１５を上昇させる。これによって、ビレット２０Ａを上下から押圧して、軸部１７を形成するための前記空所２４を形成する。空所２４にビレット２０Ａの一部を流動させて、ボス部１８の周囲に３本の軸部１７を放射状に有する製品１６（トリポード部材）を形成する。

この場合、パンチ１４、１５による押圧時に、当接部２５に材料が接することになって、軸先端の外周の一部または全部の形状がダイスによって保証され、この保証部位４０（図４等参照）を軸部外周面の高精度機械加工時の位相決めの基準面（基準部）に利用することができる。しかも、形成される軸部１７の先端面１７ａとの間に逃げ部２６を設けているので、型にかかる面圧荷重の低減を図ることができ、型破損を防止することができる。

また、材料２０Ａとしては、図７（ｃ）に示すように軸部１７の先端面１７ａ（図４参照）となる面３０の曲率半径Ｒ１を、形成すべき軸部１７の先端面１７ａの曲率半径Ｒ１´（図４参照）よりも大きくした材料である。

この材料２０Ａは図５と図６に示される金型装置３１にて形成される。この金型装置３１は、予備成形ダイス３２と、この予備成形ダイス３２の孔部３２ａに嵌挿される予備成形パンチ３３及びエジェクタ３４とを備える。

予備成形ダイス３２の孔部３２ａは、その断面形状が図６に示すような六角形孔とされる。この場合、孔部３２ａは、材料２０Ａの面３０の曲率半径Ｒ１と同一の曲率半径Ｒ１を有する３つの面３７が形成されている。すなわち、曲率半径Ｒ１の面３７が周方向に沿って１２０度ピッチで配設され、これらの面３７間に曲率半径Ｒ１より小さい曲率半径の面３７ａが配設されている。

また、予備成形パンチ３３の下面３３ａにはその中央部に膨出部３５を形成するとともに、エジェクタ３４の上面３４ａにはその中央部に膨出部３６を形成している。予備成形パンチ３３の膨出部３５は前記上方のパンチ１４の膨出部２７と同一寸法形状とされ、エジェクタ３４の中央部の膨出部３６は前記下方のパンチ１５の膨出部２８と同一寸法形状とされる。なお、予備成形ダイス３２には図示省略の補強部材（補強リング）が圧入または焼ばめ等にて外嵌される。

次に金型装置３１を使用した材料２０Ａの形成方法を説明する。まず、図７（ａ）に示すように、外周面の曲率半径をＲ２とした円盤形状のビレット２０Ｂを、開状態の金型装置３１に投入する。ここで、開状態とは、予備成形パンチ３３を上昇させた状態であって、予備成形ダイス３２の孔部３２ａ内にビレット２０Ｂを投入することができる状態をいう。また図示しないがビレット２０Ｂの外周面をしごき加工して最終的に材料２０Ａを得てもよい。

この場合、ビレット２０Ｂの外周面の曲率半径Ｒ２は孔部３２ａの面３７の曲率半径Ｒ１よりも小さく設定されている。そして、ビレット２０Ｂは孔部３２ａに０．００５〜０．３の隙間（直径値）で挿入される。またビレット２０Ｂの外周面をしごき加工で成形する際には予備成形ダイス３２のビレット投入側にビレット２０Ｂを上記隙間で挿入できるガイド部を設ければよい。

この状態から、予備成形パンチ３３を下降させ、この予備成形パンチ３３とエジェクタ３４とでビレット２０Ｂを押圧する。これによって、ビレット２０Ｂが、塑性変形し予備成形ダイス３２の孔部３２ａと予備成形パンチ３３とエジェクタ３４とで構成されるキャビティ３８内に充満して、図７（ｂ）に示すように、材料２０Ａが形成される。すなわち、曲率半径がＲ１の６つの面３０を有する材料２０Ａを形成することができる。なお、曲率半径がＲ１の面３０の間には、金型装置３１の面３７ａに対応する曲率半径の面３０ａが形成される。

その後は、この材料２０Ａを図７（ｃ）に示すように、閉塞鍛造金型に投入する。そして、前記したように、ダイス１１、１２の型閉めを行った後、パンチ１４、１５により押圧する。これによって、図７（ｄ）に示すように、ボス部１８に軸部１７が突設された製品を形成することができる。この際、材料２０Ａの３つの面３０が空所（キャビティ）２４へ押し出され、軸部２７の先端面１７ａとなる。

このように、金型装置３１を使用すれば、製品形状を成形する工程(本成形)の前に、本成形時の軸部１７の先端面１７ａとなる部分の曲率半径Ｒ１を、形成すべき軸部１７の先端面１７ａよりも大きくする材料２０Ａを形成する予備成形工程を設けることになる。本成形においては軸部１７の先端面１７ａとなる部分は中央部に比べ流動しにくくなるが、この予備成形工程を設けたことによって、閉塞鍛造金型において逃げ部２６を設けても図４に示すように、「ダレ」を小さくできる。すなわち、ビレット２０Ｂの各面３０の曲率半径Ｒ１に対して、形成される軸部１７の先端面１７ａの曲率半径がＲ１´となり、軸部１７の先端面１７ａにおける「ダレ」を小さくできる。このように、軸部１７の先端面１７ａにおける「ダレ」を小さくできれば、この鍛造製品を用いた等速ジョイントやユニバーサルジョイントのコンパクト化・軽量化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、実施形態における閉塞鍛造金型は、当接部２５が周方向に沿って所定ピッチで複数個配置されるものであるが、当接部２５としては、空所２４の全周にわたって形成してもよい。また、当接部２５の断面形状や大きさとしても、軸先端の外周の形状がダイス１１、１２によって保証され、この保証部位４０を高精度機械加工時の位相決めの基準面に利用することができるものであれば、任意に変更できる。

また、図１に示す閉塞鍛造金型においては、上下のパンチ１４、１５の膨出部２７、２８の形状を相違する形状としていたが、同一であってもよい。このため、図５と図６に示す金型装置３１においては、予備成形パンチ３３とエジェクタ３４の膨出部３５、３６の形状を同一形状としていたが、相違するものであってもよい。

また、図７に示すような予備工程を行う場合、閉塞鍛造金型において当接部２５を設けなくてもよい。すなわち、軸部１７の先端面１７ａにおける「ダレ」を小さくでき、等速ジョイント等のコンパクト化・軽量化を図ることができるからである。なお、前記実施形態では、材料２０Ａにおいては、曲率半径がＲ１となる３つの面３０を周方向に沿って１２０度ピッチに配設し、この面３０の間の面３０ａの曲率半径をＲ１としていないが、この面３０ａの曲率半径もＲ１としてもよい。すなわち、６面のすべてを、曲率半径をＲ１としてもよい。このように、すべての面の曲率がＲ１であれば、閉塞鍛造金型へ材料２０Ａを投入時の位置合わせが容易になる利点がある。

次に、図７に示す予備成形を行った場合と、予備成形を行わない場合とで、「ダレ」の状態を比べ、その結果を次の表１に示した。表１においてビレット曲率半径Ｒ２とは、予備成形前の材料２０Ｂの曲率半径（つまり、図９に示す従来の材料１０の曲率半径）を示し、前成形曲率半径Ｒ１とは、予備成形された材料２０Ａの曲率半径を示し、軸端曲率半径Ｒ３とは、形成された軸部１７の先端面の曲率半径を示し、ダレとは形成された軸部１７の先端面の最も外方側の頂点から外周縁との差を示している。

この表１からわかるように、前成形なしで本成形金型に挿入し加工した場合のダレは２．１ｍｍであったが、前成形を行なった後に本成形金型にて加工した場合のダレは１．４ｍｍとなり小さく抑えることができた。

本発明の実施形態を示す閉塞鍛造金型の断面図である。前記閉塞鍛造金型の前記図１とは相違する部位の断面図である。前記閉塞鍛造金型の断面平面図である。前記閉塞鍛造金型にて成形された製品の要部拡大断面図である。予備成形に使用する金型装置の断面図である。前記金型装置の断面平面図である。予備成形の工程図である。従来の閉塞鍛造金型の断面図である。従来の鍛造方法を示す工程図である。

１１、１２ダイス
１４、１５パンチ
１７軸部
１７ａ先端面
１８ボス部
２０Ｂビレット
２０Ａ材料
２５当接部
２６逃げ部
４０保証部位

Claims

開閉可能なダイスと、このダイスの開閉方向に沿って駆動してダイス内の材料を押圧するパンチとを備え、放射状に軸部が形成されてなる製品を成形する閉塞鍛造金型において、
形成される軸部の先端面との間に逃げ部を設けるとともに、ダイスの凹部から膨出して前記軸部の外周面の少なくとも先端側に当接する当接部をダイス側に、円周方向の一部または全部にわたって設けたことを特徴とする閉塞鍛造金型。
開閉可能なダイスと、このダイスの開閉方向に沿って駆動してダイス内の材料を押圧するパンチとを備えた閉塞鍛造金型を用いて、放射状に軸部が形成されてなる製品を成形する鍛造方法において、
予備成形ダイス３２と予備成形パンチ３３を用いてビレット２０Ｂから材料２０Ａを得る予備成形工程と、前記閉塞鍛造金型を用いて前記材料２０Ａを製品形状に成形する本成形工程とからなり、前記予備成形工程で得られる前記材料２０Ａの外周面のうち前記製品１６における軸部の先端面となる面の曲率半径を、形成すべき軸部の先端面の曲率半径よりも大きくすることを特徴とする鍛造方法。