特許 7578856 鍛造成形装置及び鍛造成形方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-28

(45)【発行日】2024-11-06

(54)【発明の名称】鍛造成形装置及び鍛造成形方法

(51)【国際特許分類】

   B21J 5/12 20060101AFI20241029BHJP

【ＦＩ】

B21J5/12 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2024055750

(22)【出願日】2024-03-29

【審査請求日】2024-04-03

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000207816

【氏名又は名称】大豊精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000969

【氏名又は名称】弁理士法人中部国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 敏孝

(72)【発明者】

【氏名】築山 悦久

【審査官】豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５５－０５７３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１１２２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第３９０６９９８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開平０７－００９０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１３８２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１２６２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０３８０３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｊ ５／０６ － ５／１２

Ｂ２１Ｋ １／３０

Ｆ１６Ｈ ５５／１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

素材に鍛造成形を施す成形ダイと、
前記素材を成形方向にて前方に配置された前記成形ダイに向けて押し込むパンチと、を備え、
前記成形ダイが、
前記素材における前記鍛造成形に伴い前記素材に生じる材料流動のうち前記成形方向に直交する方向に沿った分流によって前記素材の外面を成形するものであって、前記鍛造成形後の外形寸法よりも小さな外形寸法の前記素材に対し、前記材料流動のうち前記成形方向に直交する方向に沿った分流によって前記素材の外面を成形するものであり、
前記素材から中間形状を有する中間成形物を成形する第一成形ダイと、
前記中間成形物から前記中間形状の外形寸法よりも小さな外形寸法の最終形状を有する最終成形物を成形する第二成形ダイと、を含み、
前記パンチが、
前記素材と当接する当接側の端部にて、前記鍛造成形に伴い前記素材に生じた前記材料流動のうち前記成形方向にて後方に向けた分流によって前記素材に生じた余剰部を収容する収容部を有する、鍛造成形装置。

【請求項2】

前記収容部が、
前記成形方向に沿って延設された、請求項１に記載の鍛造成形装置。

【請求項3】

前記収容部が、
前記余剰部が生じる方向に沿って延設された、請求項２に記載の鍛造成形装置。

【請求項4】

前記第一成形ダイが、
前記素材に対して前記中間形状を成形する成形対象部分において前記成形方向に直交する方向に沿った前記素材の断面積に対する前記中間成形物の断面積の比を表す第一断面減少率が１０％から４０％となるように、前記素材に対して前記中間形状を成形し、
前記第二成形ダイが、
前記中間成形物に対して前記最終形状を成形する成形対象部分において前記成形方向に直交する方向に沿った前記中間成形物の断面積に対する前記最終成形物の断面積の比を表す第二断面減少率が１０％から４０％となるように、前記中間成形物に対して前記最終形状を成形する、請求項１に記載の鍛造成形装置。

【請求項5】

前記パンチが、
前記成形ダイに向けて複数の前記素材を押し込む、請求項１に記載の鍛造成形装置。

【請求項6】

請求項１－５の何れか一項に記載の前記鍛造成形装置を用いて前記素材に前記鍛造成形を施す鍛造成形方法であって、
前記素材に鍛造成形を施すことによって前記素材から前記中間成形物を成形する第一鍛造成形工程と、
前記中間成形物に鍛造成形を施すことによって前記中間成形物から前記最終成形物を成形する第二鍛造成形工程と、を備えた、鍛造成形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鍛造成形装置及び鍛造成形方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、例えば、特許文献１に開示された鍛造成形方法及び鍛造成形装置（以下、「鍛造成形方法等」と称呼する。）が知られている。従来の鍛造成形方法等は、一つの鍛造成形工程において、ダイの成形空間に押し込まれる前の素材の外径を拘束して成形空間に素材を押し込んで鍛造成形を完了するようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－３８０３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の鍛造成形方法等においては、一つの鍛造成形工程において、図１１に示すように、パンチＰが複数の素材Ｍａ及び素材ＭｂをダイＳの成形空間に押し込んで鍛造成形する場合、押し込み方向にて後方に位置する素材Ｍｂにおいて、材料流動によって余剰部Ｍｗが生じる場合がある。この場合、パンチＰとダイＳとの嵌め合い部分において生じた余剰部Ｍｗが切断される場合がある。このため、例えば、連続的に製品を鍛造成形する場合、鍛造成形工程において、ダイＳの内部に残る切断された余剰部Ｍｗを除去する除去工程を設ける必要がある。このように、除去工程が増える場合には、生産効率に影響を与える虞があるため、改善の余地がある。

【0005】

本発明の目的は、生産効率の向上を図ることができる鍛造成形装置及び鍛造成形方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の鍛造成形装置は、素材に鍛造成形を施す成形ダイと、素材を成形方向にて前方に配置された成形ダイに向けて押し込むパンチと、を備え、成形ダイが、素材における鍛造成形に伴って素材に生じる材料流動のうち成形方向に直交する方向に沿った分流によって素材の外面を成形するものであって、鍛造成形後の外形寸法よりも小さな外形寸法の素材に対し、材料流動のうち成形方向に直交する方向に沿った分流によって素材の外面を成形するものであり、素材から中間形状を有する中間成形物を成形する第一成形ダイと、中間成形物から中間形状の外形寸法よりも小さな外形寸法の最終形状を有する最終成形物を成形する第二成形ダイと、を含み、パンチが、素材と当接する当接側の端部にて、鍛造成形に伴い素材に生じた材料流動のうち成形方向にて後方に向けた分流によって素材に生じた余剰部を収容する収容部を有する。

【0007】

又、本発明の鍛造成形方法は、上記した鍛造成形装置を用いて、素材に鍛造成形を施すことによって素材から中間成形物を成形する第一鍛造成形工程と、中間成形物に鍛造成形を施すことによって中間成形物から最終成形物を成形する第二鍛造成形工程と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、パンチに設けられた収容部が、鍛造成形において生じた余剰部を収容することができる。これにより、鍛造成形中において余剰部が切断されることが抑制され、その結果、生じた余剰部は、鍛造成形後において素材と共に成形ダイの外部に排出される。これにより、連続的に製品を鍛造成形する場合であっても、鍛造成形工程において、成形ダイの内部に余剰部が残ることが抑制されるため、除去工程を設ける必要がない。従って、鍛造成形装置を用いた場合、換言すれば、鍛造成形装置を用いた鍛造成形方法においては、鍛造成形の生産効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第一鍛造成形工程及び第二鍛造成形工程を実施する鍛造成形装置を説明するための図である。

【図2】素材を説明するための図である。

【図3】パンチの収容部を説明するための図である。

【図4】第一成形ダイを説明するための断面図である。

【図5】第二成形ダイを説明するための断面図である。

【図6】中間成形物を説明するための図である。

【図7】最終成形物（製品）を説明するための図である。

【図8】収容部が余剰部を収容した状態を説明するための図である。

【図9】成形ダイから排出された状態の余剰部を説明するための図である。

【図10】成形ダイから排出された状態の余剰部を説明するための図である。

【図11】従来の鍛造成形方法等において余剰部が切断される状態を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

鍛造成形装置１０の構成について、図１を参照して説明する。鍛造成形装置１０は、パンチ１１、マンドレル１２、駆動装置１３、テーブル１４及び圧力板１５と、成形ダイ２０と、を備えており、被成形物に対して鍛造成形、より詳しくは、冷間鍛造成形を施す。ここで、本実施形態においては、被成形物として、図２に示すように、貫通孔Ｍ１を有する環状の素材Ｍを例示し、素材Ｍの側部Ｍ２の外周面に対して冷間鍛造成形を施して製品であるピニオンギヤＷを成形する場合を例示する。

【0011】

ここで、素材Ｍの外形寸法Ｄｍ（本実施形態においては素材Ｍが環状であるため外径寸法Ｄｍ）は、冷間鍛造成形が施されて成形されるピニオンギヤＷの外径寸法Ｄｆよりも小さく設定される。又、本実施形態においては、素材Ｍには、軸線方向にて両端部に所定の大きさの面取り部Ｍ３が予め成形されている。

【0012】

尚、本実施形態においては、鍛造成形装置１０が素材Ｍから製品としてピニオンギヤＷを冷間鍛造成形する場合を例示する。しかし、鍛造成形装置１０が鍛造成形する製品としては、冷間鍛造成形による素材の軸方向及び外方に向けた材料流動のうち、素材の外方に向けた材料流動（分流）を利用して成形される製品であれば良い。従って、鍛造成形装置１０は、例えば、軸状の素材に対してスプラインを冷間鍛造成形したり、軸状又は環状の素材にキー溝やキーを冷間鍛造成形したりすることができる。

【0013】

パンチ１１は、駆動装置１３によって軸線方向に沿って駆動されて、成形ダイ２０に向けて外形を拘束することなく素材Ｍを押し込むための部材である。パンチ１１は、図３に示すように、ピニオンギヤＷの形状に合わせて、より詳しくは、後述する成形ダイ２０を構成する第一成形ダイ２１及び第二成形ダイ２２の各々の成形空間２１２及び成形空間２２２の形状に合わせて、周方向に沿って等間隔に設けられた複数の小径部１１１を有している。小径部１１１は、パンチ１１の軸線方向に沿って延設されている。これにより、パンチ１１のうちの小径部１１１の形成された部分は、第一成形ダイ２１及び第二成形ダイ２２を素材Ｍ（後述する中間成形物Ｆｉ）と共に通過することができる。

【0014】

更に、パンチ１１は、冷間鍛造成形時に軸線方向にて素材Ｍに当接する当接側の端部、即ち、マンドレル１２が連結される側の端部にて、軸線方向に沿って延設された凹形状の収容部１１２を有する。収容部１１２は、後述するように、冷間鍛造成形に伴い素材Ｍ及び中間成形物Ｆｉに生じた材料流動のうち成形方向にて後方に向けた分流によって素材Ｍ及び中間成形物Ｆｉに生じたバリ等の余剰部Ｍ６（図８を参照）を切断することなく収容する。ここで、本実施形態において、収容部１１２は、図３に示すように、小径部１１１に設けられる。しかし、収容部１１２については、例えば、冷間鍛造成形する製品に応じて、パンチ１１において小径部１１１以外の部分（小径部１１１よりも大径の一般部分）に設けることも可能である。

【0015】

ここで、以下の説明においては、パンチ１１が素材Ｍを成形ダイ２０に向けて押し込む方向を「成形方向」と称呼する。尚、本実施形態においては、図１に示すように、鉛直方向に沿った成形方向にて、パンチ１１が素材Ｍを成形ダイ２０に押し込む場合を例示する。しかしながら、成形方向については、鉛直方向に沿った方向に限られず、例えば、水平方向に沿った方向であっても良い。

【0016】

又、図１において、理解を容易とするために、軸線を境にしてパンチ１１を仮想的に二つに分割して示す。この場合、図において左側はパンチ１１が上昇した状態を示し、図において右側はパンチ１１が下降した状態を示す。尚、実際のパンチ１１は、左右で分割されておらず、駆動装置１３によって一体で上昇又は下降することは言うまでもない。

【0017】

マンドレル１２は、パンチ１１の先端側に設けられ、冷間鍛造成形中において素材Ｍの貫通孔Ｍ１に挿通される。ここで、マンドレル１２については、素材Ｍが中空状、例えば、環状である場合にパンチ１１に取り付けられるようにしても良いし、環状の素材Ｍの冷間鍛造成形専用としてパンチ１１と一体となるように設けられていても良い。汎用性を考慮する場合には、別体のマンドレル１２がパンチ１１に取り付けられる方式を採用することが好ましい。

【0018】

駆動装置１３は、パンチ１１を軸線方向即ち成形方向に沿って駆動する。駆動装置１３は、例えば、図示を省略する油圧機構や、電動機構、油圧機構及び電動機構を合わせた機構等を主要素として備え、これらの機構が発生した駆動力をパンチ１１に伝達するようになっている。尚、本実施形態においては、成形方向である鉛直方向に沿って上昇又は下降させるように、駆動装置１３がパンチ１１に駆動力を伝達する。

【0019】

テーブル１４は、パンチ１１に対して、成形方向にて前方、即ち、本実施形態においては鉛直方向にて下方に配置される板状部材であり、駆動装置１３を支持する。又、テーブル１４は、中央部分に貫通孔を有しており、環状（筒状）の成形ダイ２０、圧力板１５及び保持板１６を貫通孔に対して同軸的に支持する。更に、テーブル１４は、後述する冷間鍛造成形において発生する成形荷重も支持する。

【0020】

圧力板１５は、内側に貫通孔を有する環状部材である。圧力板１５は、成形方向にて後方に配置される成形ダイ２０を支持する。又、後述するように、圧力板１５は、テーブル１４に支持された状態でテーブル１４の貫通孔と同軸的に配置された貫通孔を介して、成形ダイ２０によって冷間鍛造成形の施されたピニオンギヤＷを排出させる。

【0021】

次に、成形ダイ２０の構成を説明する。成形ダイ２０は、下記の式に示すように成形前の断面積に対する成形後の断面積の比を表す断面減少率が、例えば、１０％から４０％となるように、素材Ｍ及び中間成形物Ｆｉ（図６を参照）に冷間鍛造成形を施す。ここで、断面減少率は、絞りを伴う冷間鍛造成形を行う際の変形の難しさ（断面減少率が大きいほど、変形が難しい）を示している。
断面減少率＝｛１－（成形後の断面積／成形前の断面積）｝×１００［％］

【0022】

尚、断面減少率が１０％未満になると、例えば、素材Ｍから中間成形物Ｆｉを成形する際の材料流動が少なくて成形荷重が小さくなるものの、中間成形物Ｆｉから最終成形物Ｆｆ即ちピニオンギヤＷを成形する際の材料流動が多くなって成形荷重が大きくなる。その結果、成形ダイ２０に押し込まれる前の中間成形物Ｆｉが据え込まれて外方に向けて広がる（太る）ため、冷間鍛造成形が不能になる。又、断面減少率が１０％未満に設定された場合おいては、素材Ｍ及び中間成形物Ｆｉの外方に向けて流動する材料が不足し、その結果、最終成形物Ｆｆ即ちピニオンギヤＷにおける最終形状である平歯Ｍ５（図７を参照）の肉張りが十分実現できなくなる。

【0023】

他方、断面減少率が４０％よりも大きくなると、例えば、素材Ｍから中間成形物Ｆｉを成形する際の材料流動が多くなって成形荷重が大きくなる。その結果、成形ダイ２０に押し込まれる前の素材Ｍが据え込まれて外方に向けて広がるため、鍛造成形が不能になる。又、断面減少率が４０％よりも大きく設定された場合においては、成形ダイ２０に押し込まれる前の中間成形物Ｆｉが据え込まれて外方に向けて広がるため、最終成形物Ｆｆ即ちピニオンギヤＷの鍛造成形が不能になる。

【0024】

ここで、断面減少率については、上述したように、鍛造成形可能性の観点から１０％から４０％となるように設定されることが好ましいが、成形荷重の低減及び肉張りの観点から１０％から３０％となるように設定されることがより好ましく、更には１０％から２０％となるように設定されることがより好ましい。

【0025】

本実施形態においては、図１に示すように、成形ダイ２０は、第一成形ダイ２１及び第二成形ダイ２２を含んで構成される。又、成形ダイ２０は、第一成形ダイ２１と第二成形ダイ２２とが直列に配置された際に、適切に離間されるように配置されるスペーサ２３を含んで構成される。

【0026】

第一成形ダイ２１は、素材Ｍに対して中間形状（図６を参照）を成形する成形対象部分において成形方向に直交する方向に沿った素材Ｍの断面積に対する中間成形物Ｆｉの断面積の比を表す第一断面減少率が１０％から４０％となるように、素材Ｍに対して中間形状を成形する。このため、第一成形ダイ２１は、図４に示すように、成形方向にて後方（本実施形態においては鉛直方向にて上方）に配置されるガイド部２１１と、ガイド部２１１に対して成形方向にて前方（本実施形態においては鉛直方向にて下方）に配置される成形空間２１２と、を有する。

【0027】

ガイド部２１１は、成形方向にて前方（鉛直方向にて下方）に前進する素材Ｍを安定して挿通させて成形空間２１２に案内するように、内周面にて軸線方向に沿った保持部２１１Ａを有する。成形空間２１２は、素材Ｍの側部Ｍ２に回転軸に対して平行な暫定外歯Ｍ４（図６を参照）を成形するように、内周面にて軸線方向に沿った成形部２１２Ａを有する。

【0028】

ここで、図４に示すように、ガイド部２１１における保持部２１１Ａの内径寸法Ｄ０は、素材Ｍの外径寸法Ｄｍ（図２を参照）と略等しく設定される。又、図４に示すように、ガイド部２１１の保持部２１１Ａの内径寸法Ｄ０は、成形空間２１２の内径寸法Ｄ１よりも大きく設定される。そして、成形空間２１２の内径寸法Ｄ１は、素材Ｍの側部Ｍ２における第一断面減少率が上述した１０％から４０％の範囲内となるように設定される。

【0029】

これにより、素材Ｍが第一成形ダイ２１に押し込まれた場合、先ずガイド部２１１の保持部２１１Ａが素材Ｍをガタツキなく保持する。そして、保持部２１１Ａに保持されて成形空間２１２に進入した素材Ｍに対して、成形空間２１２の成形部２１２Ａが回転軸に平行な暫定外歯Ｍ４を有する中間成形物Ｆｉを成形する。尚、保持部２１１Ａの内径寸法Ｄ０が素材Ｍの外径寸法Ｄｍよりも小さく設定された場合、保持部２１１Ａは、素材Ｍの側部Ｍ２に案内溝を成形することも可能である。

【0030】

第二成形ダイ２２は、中間成形物Ｆｉに対して最終形状（図７を参照）を成形する成形対象部分において成形方向に直交する方向に沿った中間成形物Ｆｉの断面積に対する最終成形物Ｆｆの断面積の比を表す第二断面減少率が１０％から４０％となるように、中間成形物Ｆｉに対して最終形状を成形する。このため、第二成形ダイ２２は、図５に示すように、成形方向にて後方（本実施形態においては鉛直方向にて上方）に配置されるガイド部２２１と、ガイド部２２１に対して成形方向にて前方（本実施形態においては鉛直方向にて下方）に配置される成形空間２２２と、を有する。

【0031】

ガイド部２２１は、成形方向にて前方（鉛直方向にて下方）に前進する中間成形物Ｆｉの側部Ｍ２に形成された暫定外歯Ｍ４に嵌合するように内周面にて軸線方向に沿って設けられて、成形空間２２２に案内するための案内部２２１Ａを有する。成形空間２２２は、中間成形物Ｆｉの暫定外歯Ｍ４に冷間鍛造成形としての絞り加工を施すことによって最終成形物Ｆｆ即ち製品Ｗの回転軸に対して平行な平歯Ｍ５（図７を参照）を成形するように、内周面にて軸線方向に沿った成形部２２２Ａを有する。

【0032】

ここで、図５に示すように、第二成形ダイ２２のガイド部２２１における案内部２２１Ａの内径寸法Ｄ２は、第一成形ダイ２１のガイド部２１１における成形部２１１Ａの内径寸法Ｄ１（図４を参照）よりも僅かに大きく設定される。又、図５に示すように、第二成形ダイ２２の成形空間２２２の内径寸法Ｄ３は、第一成形ダイ２１の成形空間２１２の内径寸法Ｄ１よりも小さく設定される。そして、成形空間２２２の内径寸法Ｄ３は、素材Ｍの側部Ｍ２における第二断面減少率が上述した１０％から４０％の範囲内となるように設定される。

【0033】

これにより、中間成形物Ｆｉの暫定外歯Ｍ４が第二成形ダイ２２に押し込まれた場合、先ず、ガイド部２２１の案内部２２１Ａが暫定外歯Ｍ４と嵌合して暫定外歯Ｍ４を成形空間２２２に向けて案内する。そして、成形空間２２２の成形部２２２Ａが、案内されて成形空間２２２に進入した暫定外歯Ｍ４に対して絞り加工を施し、最終形状である平歯Ｍ５を成形する。

【0034】

尚、本実施形態の鍛造成形装置１０においては、図１に示すように、第一成形ダイ２１と第二成形ダイ２２とが成形方向（鉛直方向）に沿って直列に配置される。つまり、鍛造成形装置１０においては、素材Ｍは、パンチ１１によって第一成形ダイ２１に押し込まれ、続いて、パンチ１１によって第二成形ダイ２２に押し込まれる。これにより、素材Ｍには、暫定外歯Ｍ４と平歯Ｍ５とが連続して成形される。

【0035】

ここで、冷間鍛造成形中の中間成形物Ｆｉにおいて、例えば、成形方向にて前方が第二成形ダイ２２に進入し、且つ、成形方向にて後方が第一成形ダイ２１を通過している状況を想定すると、第一成形ダイ２１による暫定外歯Ｍ４の成形荷重と第二成形ダイ２２による平歯Ｍ５の成形荷重の両方がパンチ１１に作用することになる。又、上述したように、第二成形ダイ２２の内径寸法Ｄ３が第一成形ダイ２１の内径寸法Ｄ１よりも小さいため、成形方向にて後方に材料流動が生じることにより、中間成形物Ｆｉが第一成形ダイ２１に据え込まれる場合もある。この場合、成形荷重が増加し、第一成形ダイ２１等の型寿命に影響を及ぼす可能性がある。

【0036】

このため、鍛造成形装置１０においては、図１に示すように、第一成形ダイ２１及び第二成形ダイ２２が成形方向にて互いに離間するように、スペーサ２３が設けられる。具体的に、スペーサ２３は、中間成形物Ｆｉ（素材Ｍ）の軸線方向の寸法、即ち、中間成形物Ｆｉ（素材Ｍ）の厚み寸法よりも大きな距離となるように、第一成形ダイ２１及び第二成形ダイ２２を離間させる。これにより、スペーサ２３は、冷間鍛造成形中の中間成形物Ｆｉにおいて、成形方向にて前方が第二成形ダイ２２に進入し、且つ、成形方向にて後方が第一成形ダイ２１を通過している状況が生じることを防止することができ、成形荷重の増加を抑制することができる。

【0037】

ここで、本実施形態においては、後述するように、マンドレル１２に二つの素材Ｍを挿通させた状態で、第一成形ダイ２１及び第二成形ダイ２２に押し込まれて、冷間鍛造成形が施される場合を例示する。従って、本実施形態において、スペーサ２３は、二つの中間成形物Ｆｉ（素材Ｍ）の厚み寸法よりも大きな距離となるように、第一成形ダイ２１及び第二成形ダイ２２を離間させる。

【0038】

次に、上述した鍛造成形装置１０及び成形ダイ２０を用いた鍛造成形方法について説明する。本実施形態の鍛造成形方法においては、上述したように、鍛造成形装置１０に対して、成形方向にて後方（鉛直方向にて上方）に第一成形ダイ２１を配置すると共に成形方向にて第一成形ダイ２１よりも前方にスペーサ２３を介して第二成形ダイ２２を配置する、つまり、成形方向に沿って直列となるように第一成形ダイ２１及び第二成形ダイ２２を取り付ける。そして、鍛造成形方法は、鍛造成形装置１０を用いて、素材Ｍの側部Ｍ２に冷間鍛造成形を施して中間成形物Ｆｉを成形する第一鍛造成形工程と、中間成形物Ｆｉに冷間鍛造成形を施して最終成形物Ｆｆ即ち製品Ｗを成形する第二鍛造成形工程と、を連続して実施する。

【0039】

又、鍛造成形方法においては、図１に示すように、マンドレル１２に挿通された二つの素材Ｍ（以下、二つの素材Ｍを区別するために一方の素材Ｍを「素材ＭＡ」と称呼し、他方の素材Ｍを「素材ＭＢ」と称呼する。）を第一成形ダイ２１及び第二成形ダイ２２の各々に押し込む。つまり、鍛造成形方法においては、第一鍛造成形工程にて素材ＭＡ及び素材ＭＢを第一成形ダイ２１に押し込むことによって二つの中間成形物ＦｉＡ及び中間成形物ＦｉＢを成形し、第二鍛造成形工程にて成形された中間成形物ＦｉＡ及び中間成形物ＦｉＢを第二成形ダイ２２に押し込むことによって二つの最終成形物ＦｆＡ及び最終成形物ＦｆＢ即ち二つのピニオンギヤＷを成形する。

【0040】

第一鍛造成形工程においては、先ず、素材ＭＡが第一成形ダイ２１のガイド部２１１の保持部２１１Ａに当接するようにセットされた状態で、成形方向にて前方（鉛直方向にて下方）に向けて、駆動装置１３がパンチ１１に駆動力を伝達する。これにより、パンチ１１は、マンドレル１２と共に成形方向にて前進（鉛直方向にて下降）し、成形方向にて後方に位置する素材ＭＢを介して、保持部２１１Ａによって案内される素材ＭＡを成形空間２１２に向けて押し込む。又、パンチ１１がマンドレル１２と共に成形方向にて前進（鉛直方向にて下降）することにより、素材ＭＢが第一成形ダイ２１のガイド部２１１の保持部２１１Ａに当接するようになる。

【0041】

成形空間２１２に押し込まれた素材ＭＡは、成形空間２１２の成形部２１２Ａに対して相対移動する過程において、側部Ｍ２に図６に示すような暫定外歯Ｍ４が成形される。つまり、第一鍛造成形工程を経ることにより、成形方向にて前方に位置する素材ＭＡは、側部Ｍ２に暫定外歯Ｍ４を有する中間成形物ＦｉＡとして成形される。

【0042】

中間成形物ＦｉＡは、パンチ１１によって更に成形方向にて前進（鉛直方向にて下降）し、第一成形ダイ２１の成形空間２１２から排出され、中間成形物ＦｉＡの第一鍛造成形工程が終了する。そして、第一鍛造成形工程が終了した中間成形物ＦｉＡは、更にパンチ１１によって成形方向にて前進（鉛直方向にて下降）し、スペーサ２３を通過して第二成形ダイ２２に到達する。

【0043】

他方、素材ＭＡに対して成形方向にて後方に位置する素材ＭＢは、素材ＭＡが第一成形ダイ２１の成形空間２１２を通過している状態で、パンチ１１によって成形空間２１２に押し込まれる。つまり、素材ＭＢは、第一鍛造成形工程において、先行する素材ＭＡを成形方向にて後方から前方に向けて押しながら成形空間２１２の成形部２１２Ａに対して相対移動する。

【0044】

そして、成形空間２１２に押し込まれた素材ＭＢは、素材ＭＡを押しながら成形空間２１２の成形部２１２Ａに対して相対移動する過程において、側部Ｍ２に図６に示すような暫定外歯Ｍ４が成形される。つまり、第一鍛造成形工程を経ることにより、成形方向にて素材ＭＡの後方に位置する素材ＭＢは、側部Ｍ２に暫定外歯Ｍ４を有する中間成形物ＦｉＢとして成形される。

【0045】

中間成形物ＦｉＢは、パンチ１１によって更に成形方向にて前進（鉛直方向にて下降）し、第一成形ダイ２１の成形空間２１２から排出され、中間成形物ＦｉＢの第一鍛造成形工程が終了する。そして、第一鍛造成形工程が終了した中間成形物ＦｉＢは、更にパンチ１１によって成形方向にて前進（鉛直方向にて下降）し、スペーサ２３を通過して中間成形物ＦｉＡを第二成形ダイ２２に押し付ける。

【0046】

スペーサ２３を通過して第二成形ダイ２２に到達すると、中間成形物ＦｉＡの第二鍛造成形工程が実行される。第二鍛造成形工程においては、鍛造成形装置１０のパンチ１１が、成形方向にて前進（鉛直方向にて下降）し、中間成形物ＦｉＡを第二成形ダイ２２のガイド部２２１に押し込む。これにより、ガイド部２２１の案内部２２１Ａは、中間成形物ＦｉＡの暫定外歯Ｍ４と嵌合して、暫定外歯Ｍ４を成形空間２２２に向けて案内する。

【0047】

そして、パンチ１１は、成形方向にて後方に位置する中間成形物ＦｉＢを介して、中間成形物ＦｉＡの暫定外歯Ｍ４を第二成形ダイ２２の成形空間２２２に対して押し込む。これにより、暫定外歯Ｍ４が成形空間２２２の成形部２２２Ａに対して相対移動する過程において、暫定外歯Ｍ４に絞り加工が施されることにより、図７に示すような平歯Ｍ５が成形される。つまり、第二鍛造成形工程を経ることにより、最終形状である平歯Ｍ５を有する最終成形物ＦｆＡ即ちピニオンギヤＷが成形される。そして、最終成形物ＦｆＡは、パンチ１１が更に成形方向にて前進（鉛直方向にて下降）することによって、第二成形ダイ２２の成形空間２２２から排出されて第二鍛造成形工程が終了する。

【0048】

他方、中間成形物ＦｉＡに対して成形方向にて後方に位置する中間成形物ＦｉＢは、スペーサ２３を通過して第二成形ダイ２２に到達すると、第二鍛造成形工程が実行される。第二鍛造成形工程においては、鍛造成形装置１０のパンチ１１が成形方向にて前進（鉛直方向にて下降）することにより、中間成形物ＦｉＢは、中間成形物ＦｉＡを押しながら第二成形ダイ２２のガイド部２２１に押し込まれる。これにより、ガイド部２２１の案内部２２１Ａは、中間成形物ＦｉＢの暫定外歯Ｍ４と嵌合して、暫定外歯Ｍ４を成形空間２２２に向けて案内する。

【0049】

そして、パンチ１１は、先行する中間成形物ＦｉＡの暫定外歯Ｍ４と共に中間成形物ＦｉＢの暫定外歯Ｍ４を第二成形ダイ２２の成形空間２２２に対して押し込む。これにより、中間成形物ＦｉＢが中間成形物ＦｉＡを押しながら、中間成形物ＦｉＢの暫定外歯Ｍ４が成形空間２２２の成形部２２２Ａに対して相対移動する過程において、暫定外歯Ｍ４に絞り加工が施されることにより、図７に示すような平歯Ｍ５が成形される。

【0050】

つまり、第二鍛造成形工程を経ることにより、最終形状である平歯Ｍ５を有する最終成形物ＦｆＢ即ちピニオンギヤＷが成形される。そして、最終成形物ＦｆＢは、最終成形物ＦｆＡと同様に、パンチ１１が更に成形方向にて前進（鉛直方向にて下降）することによって、第二成形ダイ２２の成形空間２２２から排出されて第二鍛造成形工程が終了する。

【0051】

ここで、第一鍛造成形工程及び第二鍛造成形工程において、素材ＭＢよりも先行する素材ＭＡは、成形方向にて前方に何も存在しないため、第一成形ダイ２１の成形空間２１２を通過する際及び第二成形ダイ２２の成形空間２２２を通過する際、即ち、冷間鍛造成形中において背圧を受けることない。しかしながら、素材ＭＡを後方から押す素材ＭＢは、第一成形ダイ２１の成形空間２１２を通過する際及び第二成形ダイ２２の成形空間２２２を通過する際、即ち、冷間鍛造成形中において先行する素材ＭＡから背圧を受ける。

【0052】

この場合、上述したように、断面減少率が１０％から４０％となるように内径寸法Ｄ１及び内径寸法Ｄ３が設定されて、成形荷重の増加が抑制される場合であっても、成形方向にて前方から背圧を受ける場合、素材ＭＢに生じる材料流動のうち、軸線方向に沿った分流は、成形方向にて後方、即ち、パンチ１１に向けた方向に優先的に生じる。これにより、背圧を受ける素材ＭＢには、図８、図９及び図１０に示すように、パンチ１１との当接側において、バリ等の余剰部Ｍ６が発生する。特に、余剰部Ｍ６は、図９に示すように、第一成形ダイ２１の成形部２１２Ａ及び第二成形ダイ２２の成形部２２２Ａによって絞り加工が施される小径部分に発生しやすい。

【0053】

ところで、パンチ１１には、素材ＭＢと当接する当接側の端部において余剰部Ｍ６を収容する収容部１１２が小径部１１１に設けられる。そして、発生した余剰部Ｍ６は、図８に示すように、成形方向にて後方に設けられた収容部１１２に収容される。これにより、収容部１１２に収容された余剰部Ｍ６は、図１１に示したようなパンチ１１と第一成形ダイ２１及び第二成形ダイ２２との嵌め合い部分において切断されない。

【0054】

そして、切断されない余剰部Ｍ６は、図１０に示すように、最終的に製品Ｗと共に第二成形ダイ２２の外部に排出される。これにより、連続的に製品Ｗを鍛造成形する場合であっても、第一鍛造成形工程及び第二鍛造成形工程において、第一成形ダイ２１及び第二成形ダイ２２の内部に余剰部Ｍ６が残ることが抑制されるため、別途、除去工程を設ける必要がなく、仮に除去工程を設けた場合であっても実行頻度を低減することができる。尚、切断されることなく製品Ｗと共に排出された余剰部Ｍ６は、鍛造成形後の後工程において、例えば、切削加工等によって切除される。

【0055】

以上の説明からも理解できるように、鍛造成形装置１０は、素材Ｍに鍛造成形を施す成形ダイ２０と、素材Ｍを成形方向にて前方に配置された成形ダイ２０に向けて押し込むパンチ１１と、を備え、パンチ１１が、素材Ｍと当接する当接側の端部にて、鍛造成形に伴い素材Ｍに生じた材料流動のうち成形方向にて後方に向けた分流によって素材Ｍに生じた余剰部Ｍ６を収容する収容部１１２を有する。この場合、パンチ１１が、成形ダイ２０に向けて複数の素材ＭＡ，ＭＢを押し込む。

【0056】

この場合、収容部１１２が、成形方向に沿って延設される。この場合、より具体的には、収容部１１２が、余剰部Ｍ６が生じる方向に沿って延設される。

【0057】

又、この場合、成形ダイ２０が、素材ＭＡ，ＭＢにおける材料流動のうち成形方向に直交する方向に沿った分流によって素材ＭＡ，ＭＢの外面Ｍ２を成形する。

【0058】

この場合、成形ダイ２０が、鍛造成形後のピニオンギヤＷの外形寸法Ｄｆ（外径寸法Ｄｆ）よりも小さな外形寸法Ｄｍ（外径寸法Ｄｍ）の素材ＭＡ，ＭＢに対し、鍛造成形に伴って素材ＭＡ，ＭＢに生じる材料流動のうち成形方向に直交する方向に沿った分流によって素材ＭＡ，ＭＢの外面である側部Ｍ２を成形するものであり、素材ＭＡ，ＭＢから中間形状を有する中間成形物ＦｉＡ，ＦｉＢを成形する第一成形ダイ２１と、中間成形物ＦｉＡ，ＦｉＢから中間形状の外形寸法（外径寸法）よりも小さな外形寸法（外径寸法）の最終形状を有する最終成形物ＦｆＡ，ＦｆＢを成形する第二成形ダイ２２と、を含む。

【0059】

そして、この場合、第一成形ダイ２１が、素材ＭＡ，ＭＢに対して中間形状を成形する成形対象部分において成形方向に直交する方向に沿った素材ＭＡ，ＭＢの断面積に対する中間成形物ＦｉＡ，ＦｉＢの断面積の比を表す第一断面減少率が１０％から４０％となるように、素材ＭＡ，ＭＢに対して中間形状を成形し、第二成形ダイ２２が、中間成形物ＦｉＡ，ＦｉＢに対して最終形状を成形する成形対象部分において成形方向に直交する方向に沿った中間成形物ＦｉＡ，ＦｉＢの断面積に対する最終成形物ＦｆＡ，ＦｆＢの断面積の比を表す第二断面減少率が１０％から４０％となるように、中間成形物ＦｉＡ，ＦｉＢに対して最終形状を成形する。

【0060】

又、これらの鍛造成形装置１０を用いて素材ＭＡ，ＭＢに前記鍛造成形を施す鍛造成形方法であって、第一成形ダイ２１を用いて素材ＭＡ，ＭＢに鍛造成形を施すことによって素材ＭＡ，ＭＢから中間成形物ＦｉＡ，ＦｉＢを成形する第一鍛造成形工程と、第二成形ダイ２２を用いて中間成形物ＦｉＡ，ＦｉＢに鍛造成形を施すことによって中間成形物ＦｉＡ，ＦｉＢから最終成形物ＦｆＡ，ＦｆＢを成形する第二鍛造成形工程と、を備える。

【0061】

鍛造成形装置１０によれば、パンチ１１に設けられた収容部１１２が、鍛造成形において生じた余剰部Ｍ６を収容することができる。これにより、鍛造成形中において余剰部Ｍ６が切断されることが抑制され、その結果、生じた余剰部Ｍ６は、鍛造成形後において素材ＭＡ，ＭＢ、より詳しくは、最終成形物ＦｆＡ，ＦｆＢであってピニオンギヤＷと共に成形ダイ２０の第二成形ダイ２２の外部に排出される。これにより、連続的にピニオンギヤＷを鍛造成形する場合であっても、鍛造成形工程において、成形ダイ２０即ち第一成形ダイ２１及び第二成形ダイ２２の内部に余剰部Ｍ６が残ることが抑制されるため、別途、除去工程を設ける必要がない。従って、鍛造成形装置１０を用いた場合、換言すれば、鍛造成形装置１０を用いた鍛造成形方法では、鍛造成形の生産効率を向上させることができる。

【0062】

本発明の実施に当たっては、上述した実施形態に場合に限定されず、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施できる。

【0063】

例えば、上述した実施形態においては、鍛造成形装置１０を用いて、素材Ｍから回転軸に平行な平歯Ｍ５を有するピニオンギヤＷを成形する場合を例示した。しかしながら、鍛造成形装置１０を用いて、素材Ｍから回転軸に対してツルマキ線状（螺旋状）のはす歯を成形することも可能である。この場合、ハンチ１１に設けられる収容部は、例えば、はす歯の歯すじに合わせて、パンチ１１の軸に対してツルマキ線状（螺旋状）となるように設けられる。これにより、はす歯の成形に伴ってバリ等の余剰部が生じた場合であっても、上述した実施形態と同様に、収容部は余剰部を収容することができる。従って、この場合においても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。

【0064】

又、上述した実施形態においては、被成形物として円環状の素材Ｍを用いて、ピニオンギヤＷを成形する場合を例示した。しかしながら、被成形物としては、軸線方向に直交する断面形状が、例えば、円板状や、多角形状等を例示することができる。又、製品としては、歯車、スプライン軸、キー溝、キー等を例示することができる。更に、「外形寸法」としては、素材及び製品の断面形状が円板状や円環形状の場合には「外径寸法」が対応し、素材Ｍ及び製品Ｗの断面形状が多角形状の場合には「幅寸法」が対応する。

【0065】

ここで、本発明の第一形態の鍛造成形装置は、素材に鍛造成形を施す成形ダイと、素材を成形方向にて前方に配置された成形ダイに向けて押し込むパンチと、を備え、パンチが、素材と当接する当接側の端部にて、鍛造成形に伴い素材に生じた材料流動のうち成形方向にて後方に向けた分流によって素材に生じた余剰部を収容する収容部を有する。

【0066】

又、本発明の第二形態の鍛造成形装置は、上記第一形態の鍛造成形装置において、収容部が、成形方向に沿って延設される。

【0067】

又、本発明の第三形態の鍛造成形装置は、上記第二形態の鍛造成形装置において、収容部が、余剰部が生じる方向に沿って延設される。

【0068】

又、本発明の第四形態の鍛造成形装置は、上記第一形態－第三形態の何れか一つの鍛造成形装置において、成形ダイが、素材における材料流動のうち成形方向に直交する方向に沿った分流によって素材の外面を成形する。

【0069】

又、本発明の第五形態の鍛造成形装置は、上記第四形態の鍛造成形装置において、成形ダイが、鍛造成形後の外形寸法よりも小さな外形寸法の素材に対し、鍛造成形に伴って素材に生じる材料流動のうち成形方向に直交する方向に沿った分流によって素材の外面を成形するものであり、素材から中間形状を有する中間成形物を成形する第一成形ダイと、中間成形物から中間形状の外形寸法よりも小さな外形寸法の最終形状を有する最終成形物を成形する第二成形ダイと、を含む。

【0070】

又、本発明の第六形態の鍛造成形装置は、上記第五形態の鍛造成形装置において、第一成形ダイが、素材に対して中間形状を成形する成形対象部分において成形方向に直交する方向に沿った素材の断面積に対する中間成形物の断面積の比を表す第一断面減少率が１０％から４０％となるように、素材に対して中間形状を成形し、第二成形ダイが、中間成形物に対して最終形状を成形する成形対象部分において成形方向に直交する方向に沿った中間成形物の断面積に対する最終成形物の断面積の比を表す第二断面減少率が１０％から４０％となるように、中間成形物に対して最終形状を成形する。

【0071】

又、本発明の第七形態の鍛造成形装置は、上記第一形態－第六形態の何れか一つの鍛造成形装置において、パンチが、成形ダイに向けて複数の素材を押し込む。

【0072】

更に、本発明の鍛造成形方法は、上記第一形態－上記第七形態の何れか一つの鍛造成形装置を用いて素材に鍛造成形を施す鍛造成形方法であって、素材に鍛造成形を施すことによって素材から中間成形物を成形する第一鍛造成形工程と、中間成形物に鍛造成形を施すことによって中間成形物から最終成形物を成形する第二鍛造成形工程と、を備える。

【符号の説明】

【0073】

１０…鍛造成形装置、１１…パンチ、１１１…小径部、１１２…収容部、１２…マンドレル、１３…駆動装置、１４…テーブル、１５…圧力板、２０…成形ダイ、２１…第一成形ダイ、２１１…ガイド部、２１１Ａ…保持部、２１２…成形空間、２１２Ａ…成形部、２２…第二成形ダイ、２２１…ガイド部、２２１Ａ…案内部、２２２…成形空間、２２２Ａ…成形部、２３…スペーサ、Ｍ…素材、Ｍ６…余剰部、Ｆｉ…中間成形物、Ｆｆ…最終成形物、Ｗ…ピニオンギヤ、Ｐ…パンチ、Ｓ…成形ダイ、Ｍｗ…余剰部

【要約】

【課題】生産効率の向上を図ることができる鍛造成形装置を提供すること。
【解決手段】鍛造成形装置１０は、素材Ｍに鍛造成形を施す成形ダイ２０と、素材Ｍを成形方向にて前方に配置された成形ダイ２０に向けて押し込むパンチ１１と、を備え、パンチ１１が、素材Ｍと当接する当接側の端部にて、鍛造成形に伴い素材Ｍに生じた材料流動のうち成形方向にて後方に向けた分流によって素材Ｍに生じた余剰部Ｍ６を収容する収容部１１２を有する。この場合、パンチ１１が、成形ダイ２０に向けて複数の素材ＭＡ，ＭＢを押し込む。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】