JP4065871B2 - 中空軸の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鍔を有する中空軸を冷間鍛造で製造する方法に関する。

最近の自動車は、燃費の向上を図るため、各種構成部品の軽量化が求められている。例えば、トラスミッションの構成部品であるトランスファーシャフトのような軸部品についても、内部を中空にして軽量化を図る要請がある。例えば、トランスファーシャフトに機械加工で中空部を形成すると、加工工数が嵩み、コストアップの要因となる。つまり、トランスファーシャフトを冷間鍛造で所定の形状にする際に中空部を同時成形するのが好ましい。

ところで、トランスファーシャフトは外周面に鍔を有しているが、これと類似する形状のものを冷間鍛造で成形する方法が特許文献１に記載されている。
この方法は蛍光灯の口金ピンの成形に関するもので、まず、銅合金の円柱形ワークをダイスに装填し、これにパンチを圧入して中空部成形用の下穴を形成する。この下穴はその先端が鍔成形予定位置の付近まで達する深さに形成しておく。次いで、鍔成形部を有する別のダイスにワークを装填し、その下穴周壁の内外径を一定に保持した状態で下穴にパンチを押圧して鍔を成形する。その後、鍔の形成されたワークを別のダイスに装填し、ワークの下穴にパンチを圧入して該下穴を軸芯に沿って延長させている。
特許公報第２６４８９０２号

しかし、この方法でトランスファーシャフトのような中空軸を成形しようとすると、次のような問題を生じる。
すなわち、下穴の底面をパンチで押圧し、ワークの中実部分の据え込みによって鍔を成形しているため、流動化した材料が中実部分からダイスの鍔成形部と下穴周壁の双方に向かって流れ、中空部の内周面で鍔成形予定位置の付近に肉ヒケ傷が生じてしまう。

本発明は、このような事情に鑑み、ワークの中空部内面に肉ヒケ傷が生じることのない中空軸の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、鍔を有する中空軸を冷間鍛造で製造する方法であって、第一のダイスに装填されたワークにパンチを圧入して、先端が鍔成形予定位置の付近まで達する中空部成形用の下穴を形成する第１の工程と、鍔成形部を有する第２のダイスにワークを装填し、上記下穴の周壁の内外径を一定に保持した状態で上記下穴の周壁端面を押圧して上記鍔を成形する第２の工程と、上記鍔の成形されたワークを第３のダイスに装填し、上記下穴にパンチを圧入して該下穴を軸芯に沿って延長させる第３の工程と、
からなることを特徴とする。

かかる構成によれば、ワークの中実部ではなくて、下穴の周壁部の据え込みによって鍔が成形されるので、流動化した材料が下穴周壁からダイスの鍔成形部に向かって流れ、下穴底面の隅部に肉ヒケ傷が生じなくなる。

上記第２の工程において、上記下穴はその先端が鍔成形予定位置を超えない深さに形成するのが好ましい。

かかる構成によれば、流動化した材料が下穴周壁からダイスの鍔成形部に向かって湾曲して流れるが、下穴の先端が鍔成形予定位置を超えてない場合、流動化した材料の流れの湾曲が緩やかになり、下穴の先端隅部に折れ込み傷が生じなくなる。

上記第３の工程において、上記ワークの下穴をパンチと同軸に保持した状態で該パンチを上記下穴に圧入するのが好ましい。
かかる構成によれば、パンチの軸芯と下穴の軸芯とが一致した状態でパンチがワークの中実部に押し込まれ、中空部の真直度が高くなる。

本発明によれば、第２の工程において、ワークの下穴の周壁端面を押圧した際、流動化した材料が下穴周壁からダイスの鍔成形部に向かって流れるので、下穴の先端隅部に肉ヒケ傷の発生する虞がなくなる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１ないし図４はトランスファーシャフトの各成形工程を示している。

まず、コイル状に巻かれた素材（例えば、構造用合金鋼ＳＣＭ４２０）を剪断によって所定寸法に切断し、これを第１図に示すダイス５０に装填してパンチ５１で押圧する。この工程では、ワークの切断面の平坦化や寸法の適正化等の予備的な成形を行なう。成形されたワーク１の周面には、小径部２とテーパー部３と大径部４が形成されるとともに、大径部４の端面には、次工程でのパンチの挿入をガイドするための凹部５が形成される。ワーク１のダイス５０からの離型はエジェクトピン５２によって行なわれる。

次いで、予備成形されたワーク１を図２に示すダイス６０に装填し、これにパンチ６１を圧入して中空部成形用の下穴１１を形成する。この下穴１１は、その先端が鍔成形予定位置の付近であって、鍔成形予定位置を超えない位置まで達する深さに形成しておく。この工程で成形されたワーク１０には、下穴１１の他に小径部１２とテーパー部１３と大径部１４とが形成される。さらに、大径部１４の周面にはテーパー部１５が形成される。ワーク１０のダイス６０からの離型はエジェクトピン６２によって行なわれる。

ところで、成形終了後にパンチホルダー６３がダイス６０から離れる際、ワーク１０がパンチ６１に付着してダイス６０から引き離されるのを防止するため、パンチホルダー６３には次のような機構が設けられている。

すなわち、パンチホルダー６３の孔６３ａ内には可動プレート６７が摺動自在に配設されるとともに、可動プレート６７にロッド６４が固設されている。可動プレート６７は図外の駆動機構と連係してパンチホルダー６３の孔６３ａ内を移動する。ロッド６４の先端にはプレート部材６５がボルト６４ａで固定されるとともに、プレート部材６５にスリーブ６６が固設されている。プレート部材６５は、パンチ６１にスリーブ６６を挿通してパンチ６１に摺動自在に支持され、常時は、図２に示すようにパンチホルダー６３の下面に当接している。そして、ワーク１０の成形終了後にパンチホルダー６３が上昇を開始すると、スリーブ６６が図外の駆動機構によって押し下げられ、ワーク１０がパンチ６１から引き離されることになる。

下穴１１の成形されたワーク１０は、図３に示す鍛造装置で鍔成形加工が施される。まず、この鍛造装置の構成について説明する。

ダイス７０はワーク２０を離型させるエジェクトピン７１を備えている。ダイス７０の表面には鍔成形部７２が形成されている（図５(Ａ)参照）。パンチホルダー７３には、マンドレル７４と、パンチ７４と同芯に配置されたリング部材７５とを固設してある。押圧スリーブ７６は、マンドレル７４に挿通ガイドされながら上端のフランジ部７６ａが孔７７の周面を摺動するようにしてある。マンドレル７４の周囲には複数のロッド７８を配設するとともに、これらロッド７８の下端を孔７７の開口端に臨ませてある。押圧スリーブ７６は、ロッド７８に装着したスプリング７９によって付勢されて、常時は、そのフランジ部７６ａを孔７７の段部７７ａに押し付けている。いま、パンチホルダー７３を降下させると、マンドレル７４の先端部がワーク１０の下穴１１に挿入していくとともに、押圧スリーブ７６の下端がワーク１０の下穴１１の周壁端面１１ａに当接し、押圧スリーブ７６がスプリング７９の付勢力に抗して押し上げられる。そして、マンドレル７４の先端が下穴１１の底面１１ｂに当接すると、それと同時に押圧スリーブ７６のフランジ部７５ａがロッド７８の下端に当接することになる。つまり、マンドレル７４が下穴１１に完全に挿入した状態で押圧スリーブ７６がワーク１０の下穴周壁１１ｃを押圧し、鍔の成形が開始される。ワーク２０の成形終了後にパンチホルダー７３が上昇すると、押圧スリーブ７６がスプリング７９の付勢力でワーク２０をマンドレル７４から引き離すことになる。

次に、この鍛造装置による成形方法を図５を参照しながら説明する。

図２の鍛造装置で成形されたワーク１０は、図５(Ａ)に示すようにダイス７０に装填される。ワーク１０はテーパー部１５によってダイス７０の成形孔７０ａへの挿入が規制される。パンチホルダー７３を降下させると、リング部材７５がワーク１０の下穴周壁１１ｂに嵌合するとともに、マンドレル７４が下穴１１に挿入する。つまり、ワーク１０の下穴周壁１１ｃの内外径を一定に保持した状態で押圧スリーブ７６がワーク１０の下穴周壁１１ｃを押圧し、下穴周壁１１ｃの据え込みによって鍔２１を成形することになる。

図９は、以上の鍔成形工程で成形されたワーク２０を示している。

ここで、「鍔成形予定位置」とは、ワーク２０の軸芯方向に対する、鍔２１の下穴開口側の端面２１ａの位置をいう。つまり、本実施形態において、「下穴２２はその先端が鍔成形予定位置を超えない深さに形成する」ということは、下穴２２の周壁端面２２ａに対する下穴底面２２ａ及び鍔２１の下穴開口側の端面２１ａまでの距離をそれぞれＬ1,Ｌ2とすると、Ｌ1＜Ｌ2の関係が成立することである。なお、鍔成形工程で成形されたワーク２０には、小径部２３とテーパー部２４と大径部２５が形成されている。

鍔２１の成形されたワーク２０は、図４に示す鍛造装置で下穴の延長加工が施される。まず、この鍛造装置の構成について説明する。

ダイス８０はワーク３０を離型させるエジェクトピン８１を備えている。パンチホルダー８２のハウジング８３にはダイス８０側に開口する孔８４を形成するとともに、この孔８４と同芯を保ってパンチ８５を固設してある。なお、このパンチ８５は、ワーク２０の下穴２２を成形したパンチ６１よりも少し小径のものである。ハウジング８３には筒状の保持部材８６をパンチ８５と同芯を保って摺動自在に収容するとともに、この保持部材８６の上方に有底筒型状のガイド部材８７を固設してある。ガイド部材８７と保持部材８６の間にはスプリング８８を介装してある。さらに、パンチ８５にスリーブ部材８９を挿通するとともに、その下端部を保持部材８６に挿入してある。スリーブ部材８９は上端フランジ８９ａを保持部材８６の内周面に摺動させながら上下動可能に配設してある。パンチ８５の周囲には複数のロッド９０を配設するとともに、これらロッド９０の下端をガイド部材８７の開口端に臨ませてある。

スリーブ部材８９は、ロッド９０に装着したスプリング９１で付勢されて、常時は、その上端フランジ８９ａをガイド部材８７の底壁８７ａに押し付けている。一方、保持部材８６はスプリング８８で付勢されて、常時は、その上端フランジ８９ａをハウジング８３の段部８３ａに押し付けている。

いま、パンチホルダー８３を降下させると、保持部材８６がワーク２０の下穴周壁２２ｃに嵌合していくとともに、スリーブ部材８９の下端がワーク２０の下穴２２の周壁端面２２ａに当接し、スリーブ部材８９がスプリング９１の付勢力に抗して押し上げられる。パンチホルダー７３をさらに降下させると、パンチ８５の先端部がワーク２０の下穴１１に挿入し始める。

そして、保持部材８６がワーク２０の下穴周壁１１ｃに完全に嵌合し、その下端がワーク２０の鍔２１に当接すると、保持部材８６がスプリング８８の付勢力に抗して押し上げられる。パンチホルダー７３がさらに降下すると、パンチ８５の先端がワーク２０の下穴１１の底面１１ｃに当接し、パンチ８５がワーム２０の中実部分２６に圧入し始める。パンチ８５の圧入によるワーク２０の伸長は、スプリング８８の収縮によって吸収される。ワーク２０の成形終了後にパンチホルダー８２が上昇すると、スリーブ部材８９がスプリング８８の付勢力でワーク３０をパンチ８５から引き離すことになる。

次に、この鍛造装置による成形方法を図６を参照しながら説明する。

図３の鍛造装置で鍔２１を成形されたワーク２０は、図６(Ａ)に示すようにダイス８０に装填される。次いで、パンチホルダー８２を降下させて保持部材８６をワーク２０の下穴周壁２１ｂに嵌合させる。つまり、ワーク２０の下穴２２をパンチ８５と同軸に保持した状態でパンチ８５をワーク２０の中実部分２６に圧入することで、下穴２２をワーク２０の軸芯に沿って延長させる。図１０は以上の工程で成形されたワーク３０を示している。このワーム３０には、軸芯に沿って延び、一方の端面に開口する中空部３１が形成されている。この中空部３１は鍔３２の付近で径が小さくなっている。また、ワーク２０の他方の端部には、小径部３３とテーパー部３４と大径部３５が形成されている。

以上の実施形態では、図５(Ｂ)に示すようにワーク２０の下穴周壁２２ｃを押圧スリーブ７６で押圧し、下穴周壁２２ｃの据え込みによって鍔２１を成形しているので、流動化した材料が下穴周壁２２ｃからダイス７０の鍔成形部７２に向かって流れ、下穴１１の先端隅部に肉ヒケ傷が生じることはない。

これに対して、図７に示すようにパンチＰで下穴底面２２ａを押圧し、ワーク２０の中実部分２６の据え込みによって鍔２１を成形する場合（特許文献１に記載の方法）、流動化した材料がワーク２０の中実部分２６からダイス７０の鍔成形部７２と下穴周壁１１ｃの双方に向かって流れるため、下穴底面２２ａの隅部に肉ヒケ傷Ｃを生じ易い。

ところで、鍔２１の成形工程においては、流動化した材料が下穴周壁２２ｃからダイス７０の鍔成形部７２に向かって湾曲して流れることになる（図５(Ｂ)参照）。図８に示すように、下穴２２の先端２２ｂが鍔成形予定位置２１ａを超える深さＬ１に下穴２２を形成すると、流動化した材料の流れが下穴先端２２ｂの付近で急激に外側へ湾曲するため、下穴１１の先端隅部に折れ込み傷Ｄを生じ易い。これに対し、本実施形態では、下穴２２はその先端２２ｂが鍔成形予定位置２１ａを超えていないので、流動化した材料の流れの湾曲が緩やかになり、下穴２２の先端隅部に折れ込み傷を生じることはない（図５(Ｂ)参照）。

さらに、本実施形態では、下穴１１の成形工程において、ワーク１０の周面であって、鍔成形予定位置よりもやや先端寄りの箇所にテーパー部１５を形成しているので、このテーパー部１５が外側に膨張して鍔２１を形成する。このため、鍔２１の体積の確保が容易になるとともに、鍔２１の成形精度も高くなる。

ところで、トランスファーシャフト３０は高速回転する部品であるため、中空部３１の真直度が良くないと、騒音や振動の発生原因となる。そこで、本実施形態では、図６(Ａ)に示すようにワーク２０の下穴周壁２１ｃに保持部材８６を嵌合させて、ワーク２０の下穴２２をパンチ８５と同軸に保持した状態でパンチ８５をワーク２０の中実部分２６に圧入することによって、中空部３１の真直度の向上を図っている。

因みに、トランスファーシャフト３０は中空部３１の体積を大きくするほど軽量化に役立つが、本実施形態では、中空部３１の先端側が小径になっている。もし、図４に示す下穴延長工程において下穴１１と同じ直径のパンチ８５を用いて、同径の中空部３１を連続して形成しようとすると、中空部３１の内周面に肉ヒケ傷を生じ易くなる。これは、パンチ８５の押圧により流動化した材料がワーク２０の中実部分２６からダイス７０の鍔成形部７２と下穴周壁１１ｃの双方に向かって流れることになるが（図７参照）、同じ直径のパンチ８５を用いると、このような現象が顕著になるからである。

本発明の予備成形工程で用いる鍛造装置を示す断面図。 本発明の下穴成形工程で用いる鍛造装置を示す断面図。 本発明の鍔成形工程で用いる鍛造装置を示す断面図。 本発明の下穴延長工程で用いる鍛造装置を示す断面図。 図３の鍔成形工程の説明図。 図４の下穴延長工程の説明図。 鍔成形工程における欠陥の発生を説明する図。 鍔成形工程における欠陥の発生を説明する図。 本発明の鍔成形工程で成形されたワークの断面図。 本発明の下穴延長工程で成形されたワークの断面図。

符号の説明

１ ワーク
１０ ワーク
１１ 下穴
１１ａ 下穴の周壁端面
１１ｃ 下穴の周壁
２０ ワーク
２１ 鍔
２２ 下穴
３０ ワーク
３１ 中空部
６０ ダイス
６１ パンチ
７０ ダイス
７２ 鍔成形部
７４ マンドレル
７５ リング部材
８５ パンチ
８６ 保持部材

Claims (3)

1. 鍔を有する中空軸を冷間鍛造で製造する方法であって、
   第一のダイスに装填されたワークにパンチを圧入して、先端が鍔成形予定位置の付近まで達する中空部成形用の下穴を形成する第１の工程と、
   鍔成形部を有する第２のダイスにワークを装填し、上記下穴の周壁の内外径を一定に保持した状態で上記下穴の周壁端面を押圧して上記鍔を成形する第２の工程と、
   上記鍔の成形されたワークを第３のダイスに装填し、上記下穴にパンチを圧入して該下穴を軸芯に沿って延長させる第３の工程と、
   からなることを特徴とする中空軸の製造方法。
2. 上記第２の工程において、上記下穴はその先端が鍔成形予定位置を超えない深さに形成することを特徴とする請求項１に記載の中空軸の製造方法。
3. 上記第３の工程において、上記ワークの下穴をパンチと同軸に保持した状態で該パンチを上記下穴に圧入することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の中空軸の製造方法。
   
   

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