鍛造装置及び鍛造方法

【課題】抜き勾配が設けられていない部分を有するワークであっても、パンチから確実に離型することができる鍛造技術を提供することを課題とする。
【解決手段】抜き勾配が付いている勾配付き部と、抜き勾配が付いていない勾配無し部とを、円周方向に交互に有しているワークが配置されるダイ３０と、このダイ３０に向かって移動するパンチ５０とにより、冷間鍛造又は熱間鍛造を施す鍛造装置２０において、塑性変形を施し、その後にパンチ５０を離すときにパンチ５０側から勾配無し部１７を押すパンチ側ノックアウト部材７０を備える。
【効果】勾配無し部をパンチ側ノックアウト部材で直接押すことができ、抜き勾配が設けられていない部分を有するワークであっても、パンチから確実に離型することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造素材を出発材料として、円盤状のワークを得る鍛造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の塑性加工技術の一つに鍛造法がある。この鍛造法には、型を用いて鍛造を行う型鍛造と、型を用いないで鍛造を行う自由鍛造とがある。このうち型鍛造は、量産性に優れることから、特に自動車などの車両部品の大量生産に利用されており、各種の装置が提案されている（例えば、特許文献１（図４）参照。）。
【０００３】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１３は従来の技術の基本構成を説明する図であり、鍛造装置１００は、ダイ１０１と、パンチ１０２を主要素とする。そして、パンチ１０２は、中心にサブパンチ１０３を備えており、ダイ１０１はノックアウト部材１０４を備えている。
このノックアウト部材１０４は、油圧シリンダなどの駆動手段１０５によって駆動される。
【０００４】
ダイ１０１に鍛造素材を載せ、パンチ１０２及びサブパンチ１０３を下げて鍛造素材に塑性加工を施すことで、鍛造品（以下、ワークという）１０６を得る。
次に、パンチ１０２及びサブパンチ１０３を上げる。ワーク１０６はダイ１０１に載っているため、ノックアウト部材１０４で突き出すことで、ダイ１０１からワーク１０６を分離する。ノックアウト部材１０４から外すことでワーク１０６を得る。
【０００５】
パンチ１０２を上げる際に、ワーク１０６がパンチ１０２に付いて上がらないように、ワーク１０６とパンチ１０２の分離性を高める必要があり、そのためには、ワーク１０６に十分に抜き勾配を設ける必要がある。
【０００６】
直角度が要求される製品等では、テーパ部を削って直線化する加工が施される。すると、切粉の分だけ歩留まりが悪くなる。又、ニヤネットシェイプ化から最終製品に近い鍛造品が求められる。このような種々の理由により、製品によっては抜き勾配を小さくする又は抜き勾配を設けないものがある。
【０００７】
この場合、ワーク１０６に抜き勾配を設けられないので、ワーク１０６とパンチ１０２の分離性が低下し、ワーク１０６がパンチ１０２に付いてパンチ１０２と共に上がることがある。すなわち、抜き勾配が設けられていない部分を有するワークであっても、パンチから確実に離型することができる鍛造技術が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３７０９３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、抜き勾配が設けられていない部分を有するワークであっても、パンチから確実に離型することができる鍛造技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、抜き勾配が付いている勾配付き部と、抜き勾配が付いていない勾配無し部とを、円周方向に交互に有しているワークが配置されるダイと、このダイに向かって移動するパンチとにより、冷間鍛造又は熱間鍛造を施す鍛造装置において、塑性変形を施し、その後に前記パンチを離すときに前記パンチ側から前記勾配無し部を押すパンチ側ノックアウト部材を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明では、パンチ側ノックアウト部材は、ワークが塑性変形されるときにはパンチの成形面の一部を構成する一部成形面を有し、ワークの塑性変形の際はノックアウト方向に付勢し、ワークの塑性変形後にワークからパンチを離すときにはパンチの成形面からワークを分離させる流体弾性駆動機構を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明では、ワークは、パンチ側から見ると、薄肉部と、この薄肉部より幅広の厚肉部とを円周方向に交互に有しており、請求項１又は請求項２記載の鍛造装置によりワークに塑性変形を施し、その後にワークからパンチを離す際は、パンチ側ノックアウト部材で厚肉部を押すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明では、ワークは抜き勾配が付いている勾配付き部と、抜き勾配が付いていない勾配無し部とを、円周方向に交互に有しており、勾配無し部はパンチから離型しにくい部分となる。本発明においては、パンチ側から勾配無し部を押すパンチ側ノックアウト部材を備えるので、勾配無し部をパンチ側ノックアウト部材で直接押すことができ、抜き勾配が設けられていない部分を有するワークであっても、パンチから確実に離型することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明では、パンチ側ノックアウト部材は、ワークが塑性変形されるときにはパンチの成形面の一部を構成する一部成形面を有する。ワークの塑性変形の際、流体弾性駆動機構によりパンチ側ノックアウト部材がノックアウト方向へ付勢されるので、鍛造素材が加圧されてキャビティ内での材料の流動を促すと共に緻密か図れ、鍛造品質の向上を図ることができる。
【００１５】
請求項３に係る発明では、ワークは、パンチ側から見ると、薄肉部と、この薄肉部より幅広の厚肉部とを円周方向に交互に有している。鍛造時、厚肉部では肉が流動する余地が多いが、薄肉部では肉が流動する余地が少ないため、厚肉部より薄肉部が高圧になりがちである。この点、本発明では、パンチ側ノックアウト部材で厚肉部を押すので、厚肉部における材料が局部的に加圧され、薄肉部と厚肉部との間での圧力差が低減でき、キビティ内での材料の流動性を均一にでき鍛造品質の向上を図ることができる。
【００１６】
加えて、厚肉部が加圧されるので、厚肉部における材料が充填され易くなり、鍛造品質の向上をより一層図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】鍛造されたワークの斜視図である。
【図２】本発明に係る鍛造装置の断面図である。
【図３】パンチの断面図である。
【図４】図３の４−４線断面図である。
【図５】図３の５−５線断面図である。
【図６】図３の６−６線断面図である。
【図７】図３の７−７線断面図である。
【図８】鍛造における準備工程を示す図である。
【図９】鍛造におけるパンチ下降工程を示す図である。
【図１０】パンチ側ノックアウト部材の作用図である。
【図１１】鍛造におけるパンチ上昇行程を示す図である。
【図１２】鍛造におけるダイ側ノックアウト工程を示す図である。
【図１３】従来の技術に係る鍛造装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【実施例】
【００１９】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
先ず、実施例に係る鍛造装置で製造されるワーク（鍛造品）の形状を説明する。
図１に示されるように、ワーク１０は、型鍛造で塑性成形される円板状部品であり、円板部１１と、この片面から突出し且つ円板部１１より小径のボス部１２と、円板部１１の片面から突出し且つボス部１２よりもさらに小径の筒部１３と、からなる。
【００２０】
ボス部１２の外周部に、複数の凹部が円周方向に並んで形成されている。これらの凹部の形成により、結果として、ボス部１２の外周部には、薄肉部１４と、この薄肉部１４より幅広の厚肉部１５とが円周方向に交互に並んで形成される。
【００２１】
薄肉部１４の外側面は、パンチ（図２、符号５０）に対して抜け勾配が付いている勾配付き部１６が形成されている。勾配付き部１６は、ワークの中心軸線１８に対して上方且つ内向きに僅かに傾斜している。
【００２２】
厚肉部１５の外側面は、パンチ（図２、符号５０）に対して抜け勾配が付いていない勾配無し部１７が形成されている。勾配無し部１７は、ワーク１０の中心軸線１８と平行に形成されている。
【００２３】
次に、実施例に係る鍛造装置を説明する。
図２に示されるように、鍛造装置２０は、固定部２１と、固定部２１に向けて移動可能な可動部２２とからなる。
【００２４】
固定部２１は、ロアプレート２３と、ロアプレート２３の上面に嵌め込まれた基台２５と、基台２５の上に置かれた保持部材２６及びダイ側スペーサ２７と、ダイ側スペーサ２７に支持されたダイ３０と、ダイ３０、ダイ側スペーサ２７及び保持部材２６を収納し、基台２５及びロアプレート２３にボルト３１で締結されたダイハウジング３２と、ダイ３０の中心軸線３３上に配置され、ロアプレート２３からダイ３０までを貫通して上下方向に移動可能なダイ側ノックアウト部材３４と、からなる。
【００２５】
ダイ３０は、ワーク（図１、符号１０）の下部を成形するダイ内型３５と、ダイ内型３５の外周部に嵌められ、円板部（図１、符号１１）の外周部の成形面となるダイ外型３６とからなる。
【００２６】
可動部２２は、アッパプレート３８と、アッパプレート３８にボルト３１で締結されダイ３０の中心軸線３３上に芯出しされるパンチ側スペーサ３９と、パンチ側スペーサ３９に嵌められアッパプレート３８にボルト３１で締結されたパンチハウジング４０と、パンチハウジング４０に支持プレート４１を介して保持されダイ３０に合わさるパンチ５０と、からなる。
【００２７】
次に鍛造装置２０の要部について説明する。
図３に示されるように、パンチ５０は、パンチハウジング４０の下端に支持され円板部（図１、符号１１）外周部の成形面となるパンチ外型５１と、パンチ外型５１内に収納され、筒部（図１、符号１３）の成形面となるパンチ内型５３と、を備えている。パンチ内型５３には、材料の中央部を押す押圧部５２が設けられている。
【００２８】
パンチ外型５１の上下方向中央部に、すり鉢状斜面５４が形成され、すり鉢状斜面５４の下部に、開口部５５が開口している。
【００２９】
パンチ内型５３は、その中心部及び円周方向に並ぶ複数の箇所に、貫通穴６０を有している。
【００３０】
中央に位置する貫通穴６０は、パンチ内型５３の上面に開口する空洞部６１と、空洞部６１の下側に段差部６２を介して形成されパンチ内型５３の下面に開口した摺動孔６４と、を有している。
【００３１】
円周方向に並ぶ複数の貫通穴６０は、パンチ内型５３の空洞部６１と、空洞部６１の下側に段差部６２を介して形成されパンチ内型５３の下面に開口した摺動凹部６３と、からなる。
【００３２】
貫通穴６０には、ワーク（図１、符号１０）の塑性成形後にワークからパンチ５０を離すときに、パンチ５０の成形面６５からワークを分離させる流体弾性駆動機構８０を備える。
【００３３】
流体弾性駆動機構８０は、パンチ５０の成形面６５からワークをノックアウトする複数のパンチ側ノックアウト部材７０と、パンチ側スペーサ３９の中央凹部８１に上下移動自在に設けられパンチ側ノックアウト部材７０を保持するノックアウト保持部材８２と、パンチ側スペーサ３９のスペーサ側貫通穴８３及びアッパプレート（図２、符号３８）のアッパ側貫通穴（図２、符号８４）に摺動自在に設けられノックアウト保持部材８２を押すロッド８５と、アッパプレート３８に設けられロッド８５を進退させるシリンダ（図２、符号８６）とからなる。
【００３４】
パンチ側ノックアウト部材７０は、摺動凹部６３を上下方向に摺動する摺動部７１及び第２歯車状リング７１ａと、第２歯車状リング７１ａの上端に連なる歯車形状の歯車状リング部７２と、歯車状リング部７２と連なり空洞部６１の上部に位置する鍔部７３と、鍔部７３の上端から貫通穴６０へ延び支持プレート４１のプレート貫通穴７４を貫通する軸部７５と、成形面６５の一部を構成する一部成形面７６とからなる。また、段差部６２と鍔部７３の間に、パンチ側ノックアウト部材７０を上方へ付勢する戻しばね７７が設けられる。なお、第２歯車状リング７１ａは、ワーク（図１、符号１０）のボス部（図１、符号１２）の形状と同径に、歯車状リング部７２の外形よりも大きい例を示したが、歯車状リング部７２は、戻しばね７７が前述の位置に収まるのであれば、第２歯車状リング７１ａの外径に合わせて第２歯車状リング７１ａと同径であってもかまわない。
【００３５】
パンチ側ノックアウト部材７０は、ノックアウト保持部材８２が支持プレート４１に支持された状態において、摺動部７１及び第２歯車状リング７１ａを成形面６５よりも下方に突出させている。また、ノックアウト保持部材８２の上面と中央凹部８１の間に、摺動部７１の下方への突出量と同じ長さのクリアランスがある。
【００３６】
すなわち、パンチ側ノックアウト部材７０は、成形面６５から突出する方向（図では下方）については、ノックアウト保持部材８２が支持プレート４１に当たる位置で移動が規制され、パンチ内型５３の内部へ後退する方向（図では上方）については、ノックアウト保持部材８２が中央凹部８１に当たる位置で移動が規制されている。
【００３７】
図４に示されるように、円周方向に並ぶ複数（図では６個）の軸部７５は、ワークの複数の肉厚部（図１、符号１５）に対向するように等間隔に配置されている。ノックアウト保持部材８２は、ロッド８５に保持される中心部８７から各軸部７５に枝状に延びる枝部８８を有し、この枝部８８の先端部に軸部７５が保持されている。
中央凹部８１は、ノックアウト保持部材８２の枝部８８に沿った形状を呈している。
【００３８】
図５に示されるように、円周方向に並ぶ複数（図では６個）のパンチ側ノックアウト部材７０は、ワークの複数の厚肉部（図１、符号１５）に対向するように等間隔に配置されている。なお、パンチ側ノックアウト部材７０の個数及び配置は、任意であるが、厚肉部（図１、符号１５）の個数及び配置に合わせることが好ましい。
【００３９】
図６に示されるように、可動部２２は、中心に配置され図表裏方向に摺動するパンチ側ノックアウト部材７０と、パンチ側ノックアウト部材７０の円周方向外方に設けられるパンチ内型５３と、パンチ内型５３の円周方向外方に配置され図表裏方向へ摺動するとともに歯車形状を呈する歯車状リング部７２と、歯車状リング部７２の円周方向外方に等間隔に配置される複数の戻しばね７７と、これら戻しばね７７の外方に設けられるパンチ外型５１と、パンチ外型５１の円周方向外方に設けられるパンチハウジング４０とを有する。
【００４０】
図７に示されるように、中央部に摺動部７１が配置され、摺動部７１の円周方向外方にパンチ内型５３が設けられ、パンチ内型５３の円周方向外方に第２歯車状リング７１ａが配置され、第２歯車状リング７１ａの円周方向外方にパンチ外型５１が設けられる。この図の第２歯車状リング７１ａの外形形状は、図６に示す歯車状リング部７２の外形形状と同じ歯車形状であってもかまわない。
【００４１】
また、パンチ外型５１の開口部５５は、ワークの勾配付き部（図１、符号１６）及び勾配無し部（図１、符号１７）のそれぞれの成形面となる勾配付き面９１及び勾配無し面９２を円周上に交互に有する。
【００４２】
以上に説明した鍛造装置２０を用いて実施する鍛造方法を図８〜図１２に基づいて説明する。
図８に示されるように、ダイ３０のダイ側ノックアウト部材３４の上に、鍛造素材１９をセットする（準備工程）。そして、可動部２２を矢印（１）のように下降させ鍛造を実施する。このとき、パンチ側ノックアウト部材７０は矢印（２）の方向に力が加えられる。ただし、鍛造素材１９がキャビティ９４内で塑性変形する際、矢印（２）の力は、鍛造素材から１９受ける反力よりも小さい。結果、パンチ側ノックアウト部材７０の一部成形面７６が成形面６５から突出することはない。
一方、パンチ側ノックアウト部材７０を押上げる鍛造素材１９（一部成形面７６付近の鍛造素材１９）は、摺動部７１及び第２歯車状リング７１ａを介してシリンダ（図２、符号８６）からの力を受け、加圧される。鍛造素材１９は加圧されながら、キャビティ９４全体に行き渡り、ワーク１０が成形される。
【００４３】
図９は可動部２２を下死点に到達させたときのワーク１０の成形状態を示している（パンチ下降工程）。鍛造素材（図８、符号１９）の置かれたダイ３０にパンチ５０を合わせると、鍛造素材１９は、パンチ内型５３及びパンチ外型５１に押し潰されて塑性変形しながら、キャビティ９４内を流動する。
【００４４】
すると、流動する鍛造素材１９によって、パンチ側ノックアウト部材７０は押上げられて上方に移動し、ノックアウト保持部材８２がパンチ側スペーサ３９に当たって移動が規制される。それと同時に、摺動部７１の一部成形面７６は、パンチ５０の成形面６５を構成する（キャビティ９４の一部となる）ため、ワーク１０の仕上がりに影響を与えない。
【００４５】
図１０に示されるように、ワーク１０の成形が終わると、矢印（３）で示す方向に可動部２２を上昇させる。パンチ５０をワーク１０から離型させ始めたとき、パンチ側ノックアウト部材７０を矢印（４）のように移動させ、厚肉部１５及び勾配無し部１７を押しつつ下方に突出しながら、ワーク１０をパンチ５０からノックアウトする（パンチ側ノックアウト工程）。
【００４６】
図１１に示されるように、更に可動部２２を矢印（５）で示す方向（上死点へ向かう方向）に上昇させる（パンチ上昇行程）。パンチ側ノックアウト部材７０のノックアウト作用及びワーク１０の自重により、ワーク１０は、パンチ５０から完全に離型し、ダイ３０に残る。
【００４７】
図１２に示されるように、矢印（６）で示す方向に、ダイ側ノックアウト部材３４を駆動することによって、ダイ３０に残ったワーク１０をダイ３０からノックアウトし（ダイ側ノックアウト工程）、鍛造装置２０から取出す。これで１つのワーク１０の製造が完了する。
【００４８】
以上に述べた鍛造装置２０及び鍛造方法の作用効果を説明する。
図２に示されるように、抜き勾配が付いている勾配付き部（図１、符号１６）と、抜き勾配が付いていない勾配無し部（図１、符号１７）とを、円周方向に交互に有しているワーク（図１、符号１０）が配置されるダイ３０と、このダイ３０に向かって移動するパンチ５０とにより、冷間鍛造又は熱間鍛造を施す鍛造装置２０において、塑性変形を施し、その後にパンチ５０を離すときにパンチ５０側から勾配無し部１７を押すパンチ側ノックアウト部材７０を備える。
【００４９】
この構成により、勾配無し部１７をパンチ側ノックアウト部材７０で直接押すことができ、抜き勾配が設けられていない部分を有するワーク１０であっても、パンチ５０から確実に離型することができる。
【００５０】
図３に示されるように、パンチ側ノックアウト部材７０は、ワーク（図１、符号１０）が塑性変形されるときにはパンチ５０の成形面６５の一部を構成する一部成形面７６を有し、ワーク１０の塑性変形の際はノックアウト方向に付勢し、ワーク１０の塑性変形後にワーク１０からパンチ５０を離すときにはパンチ５０の成形面６５からワーク１０を分離させる流体弾性駆動機構８０を備える。
【００５１】
この構成により、ワーク１０の塑性変形の際、流体弾性駆動機構８０によりパンチ側ノックアウト部材７０がノックアウト方向へ付勢されるので、鍛造素材（図８、符号１９）が加圧されてキャビティ（図９、符号９４）内での材料の流動を促すと共に緻密か図れ、鍛造品質の向上を図ることができる。
【００５２】
図１０に示されるように、ワーク１０は、パンチ５０側から見ると、薄肉部（図１、符号１４）と、この薄肉部１４より幅広の厚肉部１５とを円周方向に交互に有しており、請求項１又は請求項２記載の鍛造装置２０によりワーク１０に塑性変形を施し、その後にワーク１０からパンチ５０を離す際は、パンチ側ノックアウト部材７０で厚肉部１５を押す。
【００５３】
この工程により、鍛造時、厚肉部１５では肉が流動する余地が多いが、薄肉部１４では肉が流動する余地が少ないため、厚肉部１５より薄肉部１４が高圧になりがちである。この点、本発明では、パンチ側ノックアウト部材７０で厚肉部１５を押すので、厚肉部１５における材料が局部的に加圧され、薄肉部１４と厚肉部１５との間での圧力差が低減でき、キビティ９４内での材料の流動性を均一にでき鍛造品質の向上を図ることができる。
【００５４】
加えて、厚肉部１５が加圧されるので、厚肉部１５における材料が充填され易くなり、鍛造品質の向上をより一層図ることができる。
【００５５】
尚、本発明の鍛造装置及び鍛造方法は、実施の形態では円板状部品の製造に適用したが、薄肉部と厚肉部とを交互に有する、あるいは、勾配無し部を有する一般の機械部品に適用することは差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明のワークの鍛造技術は、鍛造素材を出発材料として、円盤状のワークを得る鍛造技術に好適である。
【符号の説明】
【００５７】
１０…ワーク、１４…薄肉部、１５…厚肉部、１６…勾配付き部、１７…勾配無し部、２０…鍛造装置、３０…ダイ、５０…パンチ、６５…成形面、７０…パンチ側ノックアウト部材、７６…一部成形面、８０…流体弾性駆動機構、８６…シリンダ。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
抜き勾配が付いている勾配付き部と、抜き勾配が付いていない勾配無し部とを、円周方向に交互に有しているワークが配置されるダイと、このダイに向かって移動するパンチとにより、冷間鍛造又は熱間鍛造を施す鍛造装置において、
塑性変形を施し、その後に前記パンチを離すときに前記パンチ側から前記勾配無し部を押すパンチ側ノックアウト部材を備えることを特徴とする鍛造装置。
【請求項２】
前記パンチ側ノックアウト部材は、前記ワークが塑性変形されるときには前記パンチの成形面の一部を構成する一部成形面を有し、
前記ワークの塑性変形の際はノックアウト方向に付勢し、前記ワークの塑性変形後に前記ワークから前記パンチを離すときには前記パンチの成形面から前記ワークを分離させる流体弾性駆動機構を備えることを特徴とする請求項１記載の鍛造装置。
【請求項３】
前記ワークは、前記パンチ側から見ると、薄肉部と、この薄肉部より幅広の厚肉部とを円周方向に交互に有しており、
請求項１又は請求項２記載の鍛造装置により前記ワークに塑性変形を施し、その後に前記ワークから前記パンチを離す際は、前記パンチ側ノックアウト部材で前記厚肉部を押すことを特徴とする鍛造方法。

【図１】