特許 6087372 ステアリングナックルを製造するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6087372

(24)【登録日】2017年2月10日

(45)【発行日】2017年3月1日

(54)【発明の名称】ステアリングナックルを製造するための方法

(51)【国際特許分類】

   B21K 1/26 20060101AFI20170220BHJP

   B21J 5/02 20060101ALI20170220BHJP

【ＦＩ】

   B21K1/26

   B21J5/02 C

【請求項の数】6

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-546565(P2014-546565)

(86)(22)【出願日】2012年12月17日

(65)【公表番号】特表2015-500744(P2015-500744A)

(43)【公表日】2015年1月8日

(86)【国際出願番号】EP2012075757

(87)【国際公開番号】WO2013087924

(87)【国際公開日】20130620

【審査請求日】2015年11月26日

(31)【優先権主張番号】102011088862.4

(32)【優先日】2011年12月16日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】505110572

【氏名又は名称】ツェーデーペー・バーラート・フォルゲ・ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】バックマン，マルクス

【審査官】 豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−１２４６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５７−０８６０４４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５７−０３７５４３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６２−０７７１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−１１９５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０９０４８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２１Ｊ １／００ − １９／０４

Ｂ２１Ｋ １／００ − ３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

予め与えられた端部輪郭を有する商業用自動車のステアリングナックルを製造するための方法であって、
前記商業用自動車の前記ステアリングナックルを得るべくブランクを予備鍛造する工程であって、前記予備鋳造した前記ステアリングナックルの外側輪郭は前記ステアリングナックルの端部輪郭より小さいところの工程と、
付加的ダイの中で前記ステアリングナックルを続けて形成する工程と
を備え、
前記形成する工程は、前工程の前記予備鋳造する工程における実質的な温度において実行され、前記形成する工程中に、一つ以上のツールが前記ステアリングナックルの内部に挿入され、前記ステアリングナックルの材料が、前記予備鋳造した前記ステアリングナックルの外側輪郭と前記付加的ダイの内側面との隙間、および、前記付加的ダイのエッジに形成されたバリに流れ込み、それによって、前記付加的ダイが内側から満たされ、その結果、前記予め与えられた端部輪郭が得られる、ことを特徴とする方法。

【請求項2】

前記形成する工程の始めに、最終ステアリングナックルに必要な体積より多い材料が前記付加的ダイの中で使用可能である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ツールによって最終ステアリングナックルの二次形成エレメントが形成される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記ツールによって決定された形成方向は、前記ダイの閉止方向に対して実質的に垂直である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記付加的ダイは前記予め与えられた端部輪郭の外側輪郭を画定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記ステアリングナックルは、前記形成する工程に続いて、デバリング工程または熱強化工程にさらされる、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、鍛造部品を製造する方法に関し、特に、鍛造部品上に二次形成されたエレメントを形成する方法に関する。このような鍛造部品の例として、自家用車用のステアリングナックルがある。

【背景技術】

【0002】

輸送用および自家用車の分野のみならず、自動車産業において（つまり、普通車、トラック、建設用車両、トレーラーなど）、複雑な幾何学形状を有する非常に圧縮された鍛造コンポーネントの使用が増加している。同時に、コンポーネントの精度の要求も高まっている。例えば、上記した自家用車用のステアリングナックルのような鍛造部品を製造する際、従来は、鍛造によって原材料部材が最初に製造され、その後、デバリングした後に再びマシニングによって機械的に加工され、必要な精度を有するベアリングシートのような所望の特徴が形成されて、最終的な製品となる。しかし、この機械的な再加工により、鍛造部品の処理時間が増加するだけでなく、続くマシニングによる材料除去によって製品に必要な原材料部材が増加する。この両方の点で、環境汚染の影響ばかりでなく、有意なコスト増加をまねく。コスト削減の観点からこれらのコンポーネントを鋳造することが考えられるが、鋳造製品は鍛造製品と比較して材料剛性および負荷耐性に関して明らかに不利であるため、自家用車用のステアリングナックルなどの高ストレスコンポーネントにおいては重要な問題となる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

以上に鑑みて、本願発明のひとつの目的は、製造精度を失うことなく、使用される部品の重量を減少させ、原材料部品の重量を削減し、それによって、全体として製造時間を短縮する、鍛造部品を製造するための方法を与えることである。

【0004】

この目的は、請求項１に記載の特徴を有する鍛造部品を製造する方法によって解決される。好ましい実施形態は従属項に記載されている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本願発明にしたがい、予め与えられた端部輪郭を有する鍛造部品を製造するための方法が与えられる。当該方法は、鍛造部品を得るべくブランクを予備鍛造する工程と、ダイの中で鍛造部品を形成する工程とを含み、形成する工程中に、一つ以上のツールが鍛造部品の内部に挿入され、それによって鍛造部品の材料が移動し、予め与えられた端部輪郭が得られる。

【0006】

本願発明において、端部輪郭とは、完成した鍛造部品（デバリングまたは熱強化などのマシニング処理前）の表面形状をさす。したがって、それは、リセス、ノッチ、アンダーカット等を含む。一方、外側輪郭とは、鍛造部品から外側に向かう鍛造部品の表面の一部として考えられ、例えば、アンダーカット、ノッチ等を含まない。従来の鍛造処理に関して、外側輪郭は鍛造ダイの内側面の形状によって決定される。本願発明においては、予備鍛造中に、端部輪郭に比べ小さい外側輪郭を有する好適に半分処理済みまたは完成間近の鍛造部品が得られる。予備鍛造は鍛造部品の端部輪郭に応じて、ひとつまたは複数の鍛造工程を含むことができる。

【0007】

本願発明に従う形成工程によって、端部輪郭を得るべくより少ない材料を使ってブランクを製造することが可能となり、機械的および／またはマシニング処理が不要となる。したがって、時間を節約できるので、潜在的な再加工は寸法の精度に注力される。そのため、最小量の材料の除去のみが必要となり（例えば、デバリング形式）その結果、一方で最終製品の原材料部分が減少し、他方で製造時間が大幅に短縮される。また、原材料部分のより軽い重量および鍛造部品のより軽い重量により、工場内および配達中の両方で輸送費を節約できる。これらのすべては、製造コスト削減の積極的効果だけでなく、環境への影響を小さくする点で効果がある。鍛造部品内にツールを挿入し、対応する材料を移動させることにより、ダイは最適な方法で内側から満たされ、それがダイの不完全な充填によるゴミを実質的に減少させることとなる。言い換えれば、従来技術にはない形成工程を付加することによって、採算性およびプロセス安定性の両面で有利である。

【0008】

形成工程により、特に、ツールを挿入することにより、材料が移動し、その結果、端部輪郭の材料の繊維の向きが表面に平行に維持されるという利点がある。このようにして、完成した鍛造部品は特にエッジ部分で剛性が増加し、ベアリングシートなどの鍛造部品の表面のより複雑な幾何学的特徴を与える。

【0009】

ここで、形成工程の始めにおいて、最終鍛造部品（予め与えられた端部輪郭により画定される）に必要な体積よりもわずかに多い量の材料がダイ中に与えられることが好ましい。その結果、形成工程中にツールを挿入することにより、ダイのエッジにおいて材料がバリにも流れ込む。それによって、ダイの完全な充填に関して付加的なプロセス安定性が確立される。

【0010】

好適には、形成工程中に鍛造部品内に挿入されるツールはパンチ（マンドレル）または中空パンチ（中空マンドレル）である。パンチまたは中空パンチを使用することにより、高い形成力が印加され、その結果、形成工程中に効率的な材料の移動がもたらされ、ダイの完全な充填がもたらされる。付加的に、中空パンチにより、挿入ポイントにおいて鍛造部品の特に正確な形成が可能となり、よって、端部輪郭を決定するのに特に効果的に使用することができる。

【0011】

好ましい実施形態に従い、鍛造部品の二次形成エレメントがツールによって形成される。本願において、二次形成エレメントとは、鍛造部品表面の形状的特徴を指す。それは、ダイ（ダイの半分は互いに逆方向に動く）によって製造することができないか、または、困難であるようなもの、例えば、トラックのステアリングナックル上のベアリングシェル用のシートである。特に、二次形成エレメントの形成は、従来技術において材料除去マシニングプロセスで要求され、それは使用する材料を増加させるばかりではなく、処理時間を延長させていた。この二次形成エレメントをツールによって形成することにより、かなりの量の材料および時間を節約できる。

【0012】

特に好適実施形態において、形成工程は前工程の予備鍛造工程の温度で実質的に実行される。ここで、前工程からの高温により、実質的に電力節約した形成工程が可能となり、同時に、形成の際に鍛造部品を加熱するのに必要な付加的エネルギーが不要となる。

【0013】

さらに、ツールによって決定される形成方向は、ダイの閉止方向に対して実質的に垂直である点で有利である。形成工程中に、予備鍛造されたブランクはダイの中に置かれ、ダイが閉じられる。ツールをダイの閉止方向と実質的に垂直な形成方向に挿入することにより、ツールの側面方向に移動される材料は、ダイによって決定されるダイキャビティをほぼ理想的な状態で満たすことができる。このダイキャビティは好適には、予め与えられた端部輪郭の外側輪郭を画定する。言い換えれば、ダイは実質的に外側に向かった最終鍛造部品の表面の位置を決定する。一方、リセス、ノッチ、または同様の二次形成エレメントはツール（例えば、中空パンチ）によって画定される。これにより、ダイの効率的な充填に寄与し、材料の余分な使用を避けることができる。

【0014】

最後に、形成工程の後で、鍛造部品をデバリングまたは熱強化ステップにさらすことが特に有利である。このようにして、中空パンチの結果として鍛造部品のワーピング特性が効果的に補償される、大量に材料を除去することなく、または、多くの時間で熱強化をせずに、製造の精度が材料の最小量の使用および短い処理時間とともに一貫して改良される。

【0015】

本願発明に従う方法の好ましい実施形態が図面を参照して説明される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１（ａ）は、ステアリングナックルの例を使って、従来の製造方法を概略的に示す。図１（ｂ）は、ステアリングナックルの例を使って、従来の製造方法を概略的に示す。図１（ｃ）は、ステアリングナックルの例を使って、従来の製造方法を概略的に示す。図１（ｄ）は、ステアリングナックルの例を使って、従来の製造方法を概略的に示す。図１（ｅ）は、ステアリングナックルの例を使って、従来の製造方法を概略的に示す。

【図2】図２（ａ）は、ステアリングナックルの例を使って、予め与えられた端部輪郭線を有する鍛造部品を製造するための本願発明に従う方法の例を概略的に示す。図２（ｂ）は、ステアリングナックルの例を使って、予め与えられた端部輪郭線を有する鍛造部品を製造するための本願発明に従う方法の例を概略的に示す。図２（ｃ）は、ステアリングナックルの例を使って、予め与えられた端部輪郭線を有する鍛造部品を製造するための本願発明に従う方法の例を概略的に示す。図２（ｄ）は、ステアリングナックルの例を使って、予め与えられた端部輪郭線を有する鍛造部品を製造するための本願発明に従う方法の例を概略的に示す。図２（ｅ）は、ステアリングナックルの例を使って、予め与えられた端部輪郭線を有する鍛造部品を製造するための本願発明に従う方法の例を概略的に示す。図２（ｆ）は、ステアリングナックルの例を使って、予め与えられた端部輪郭線を有する鍛造部品を製造するための本願発明に従う方法の例を概略的に示す。

【図3A】図３Ａは、従来の方法で製造されたステアリングナックルと本願発明に従う方法で製造されたステアリングナックルとの比較を示した斜視図およびベアリングシートの径方向断面図である。

【図3B】図３Ｂは、本願発明に従う方法で製造されたステアリングナックルを示した斜視図およびベアリングシートの径方向断面図である。

【図4】図４は、ブランクが置かれたダイの下側半分の斜視図であり、形成方向および形成プロセス中の端部輪郭線を示す。

【図5】図５は、本願発明に従って製造されたステアリングナックルの径方向断面図であり、鍛造ステアリングナックルおよび形成後のステアリングナックルを重ね合わせて表示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１は、従来技術に従うトラックのステアリングナックルの製造工程を概略的に示す。鋼鉄からなるブランク１０が最初に圧縮され、プリプレスされ、予備鍛造の第１ステップにさらされ（図１（ａ）から図１（ｃ））コンポーネントの外部形状の基本的部分が形成される。続く、第２の予備鍛造ステップ（図１（ｄ））において、中間製品１０’の細かい外側輪郭がダイ（予め与えられた端部輪郭より大きくない）によって製造される。最後に、デバリングステップまたは熱強化ステップ（図１（ｅ））において、余分な鍛造材料が除去され、最終的に鍛造製品１０’’が得られる。鍛造処理のため、例えば、ベアリングシェルのラテラルノッチのような複雑な三次元輪郭を製造することはできないため、完成した鍛造部品１０’’はさらに機械的マシニングによって再加工する必要がある。再加工中に蓄積した余分材料が完成製品の原材料を増加させ、また必要な処理時間および製造コストを増加させ、加えて、大きな環境汚染を引き起こす。

【0018】

図２は、図１に示す従来の方法と比較した本願発明に従う鍛造部品を製造するための方法を例示したものである。比較のため、トラックのステアリングナックルの製造工程を使って説明する。従来技術で説明したように、最初にブランク２０が圧縮され、プリプレスされ、二段階で予備鍛造され（図２（ａ）から図２（ｄ））、鍛造部品のほぼ基本的部分が完成する。しかし、従来技術と異なり、予備鍛造ステップ後に（つまり、第２の予備鍛造ステップに続いて）ブランク２０’がまだ鍛造温度にある間に、鍛造部品の形成がダイの中で実行され、ダイキャビティがコンポーネントの予め与えられた端部輪郭の外側輪郭を画定する。ステアリングナックルの場合、ダイが閉じられている形成プロセス中に、ナックルの前方側および後方側の各々で、中空パンチが完成途中の鍛造部品２０’中に挿入される。こうして中空内側ベアリングシート２１ａおよび２１ｂ（図２Ｅおよび図３Ｂ）が形成される。中空パンチにより、ベアリングシートは、正確な形状および寸法で形成される。その後、鍛造レベルに置かれた鍛造ごみがデバリング／熱強化によって除去されるが、完成した端部輪郭をさらに加工する必要はない。こうして除去すべき原材料の実質的な量を減少させることにより、従来技術でのデバリングまたは熱強化よりも、かなりの時間を短縮することができる（図１（ｅ）参照）。従来技術に比べ、この時間利得は付加的な形成ステップ（中空パンチ穴開け工程）（図２（ｅ））によってもキャンセルされない。対して、中空パンチ穴開けの付加的工程はベアリングシートを形成するための付加的なマシニング工程を省略することができる。

【0019】

図３は、完成した鍛造コンポーネントとデバリングしたコンポーネントとを比較した斜視図および断面図である。図３Ａから明らかなように、従来の方法で製造された完成鍛造ブランク１０’はベアリングシート用のリセスがまだ形成されておらず、対応する側面部１１ａおよび１１ｂが平坦である。したがって、従来技術で製造されたステアリングナックルの重量は例えば約３２ｋｇである。これに対して、本願発明に従う方法で製造したトラックのステアリングナックルはベアリングシェル用のリセスをすでに有している。したがって、マシニングによって材料のごみが出ない。完成した鍛造部品の重量は約２９ｋｇであり、比較的軽量である。こうして材料の約１０％が節約できたばかりでなく、実質的な処理時間も短縮できる。

【0020】

図４は、本願発明に従う方法で使用されるダイの斜視図である。説明の都合上、ダイ３０の下側半分が示されている。ここで、予備鍛造の第２ステップ（図２（ｄ））で製造された鍛造温度ではない途中製品２０’がダイ３０内に置かれ、ダイの上半分（図示せず）を下げることにより、ダイが閉じられる（図４の閉止方向の矢印を参照）。同時に、中空パンチ３１ａおよび３１ｂが完成途中の鍛造部品２０’の両側内部に２方向から押される（形成方向の矢印を参照）。それにより、完成鍛造トラックステアリングナックル２０’ ’ ’内にベーリングシートを形成することができる。ここで、互いに対向する２つの形成方向はダイの閉止方向に対して垂直である。前工程の鍛造プロセスの温度がまだ高いため、中空パンチ３１ａおよび３１ｂによって移動された材料により、ダイ全体の形状、すなわち、予め画定された端部輪郭は完全に埋められる。図では、鍛造部品２０’ ’の影によって示されている。言い換えれば、本願発明に従う方法による形成工程中に、ダイが満たされるまで、ダイの内側面の隙間に材料が流れ込む。ここで、形成工程の始めにおいて、ダイの中に最終鍛造部品に必要な体積よりも少し多めの材料を使用することが好ましい。こうすることにより、ツールの挿入による材料の移動の間に、ダイのエッジのバリにも材料が流れ、常にダイの完全な充満が保証され、信頼性が向上する。

【0021】

本願発明に従う方法によって達成される原材料の節約は図５の断面図から明確である。符号２２は第２の予備鍛造（図２（ｄ））後に製造された鍛造端部輪郭を示す。一方、符号２３は中空パンチを挿入した後の本願発明に従う方法による形成プロセス後の端部輪郭を示す。中空パンチ内に挿入しまたは押すことにより、ダイ３０によって予め与えられた外側端部輪郭２３はこうして満たされ、鍛造輪郭２２から始まる。言い換えれば、挿入された中空パンチの体積形状が、予備鍛造されたより小さい鍛造輪郭から始まって規定された端部輪郭２３までの間でダイを満たす。

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図4】

【図5】