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技術 歯付部品の冷間鍛造加工方法

出願人 マツダ株式会社
発明者 徳永利澄
出願日 1997年11月21日 (23年1ヶ月経過) 出願番号 1997-337687
公開日 1999年6月15日 (21年6ヶ月経過) 公開番号 1999-156476
状態 拒絶査定
技術分野 鍛造
主要キーワード 部材表 機械切削加工 熱間鍛造装置 曲率形状 位相合せ マンドル 荒地成形 温間鍛造加工
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年6月15日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (11)

課題

素材を必要とする歯数以上の歯数をもって冷間鍛造し、次に冷間鍛造後の部材を、必要とする歯数になるように不要な歯を除去することで、冷間鍛造時に不要な歯を同時に鍛造することにより、冷間加工時の材料の変形抵抗が小さくなって、材料の流動が容易となり、製品欠肉を防止することができると共に、鍛造加圧力の低減を図って型具寿命の低下を防止することができる歯付部品冷間鍛造加工方法の提供を目的とする。

解決手段

歯付部品を冷間にて鍛造加工する歯付部品の冷間鍛造加工方法であって、素材を必要とする歯数以上の歯数をもって冷間鍛造する鍛造工程S3と、上記鍛造工程S3にて塑性変形された部材を、必要とする歯数になるように不要な歯を除去する除去工程S4とを備えたことを特徴とする。

概要

背景

従来、歯付部品鍛造加工方法としては、熱間鍛造後ボブ加工を行なって、ギヤ成形する方法がある。すなわち、図8に工程図で示すように第1の工程U1で金属製の棒材所定長さに切断し、第2の工程U2で所定長さに切断された棒材(ブランク)を熱間鍛造装置により熱間鍛造し、第3の工程U3で結晶組織の調整または内部応力の除去を目的として鍛造後の部材を焼鈍すると共に、部材表面にショット(鋼粒)を噴射して、スケールを落とすショットピーニング処理を行なう。

次に第4の工程U4でショットピーニング後の部材の内径および外径と幅とを荒加工し、第5の工程U5で内径および外径と幅とを中仕上げ加工し、次の第6の工程U6で内外径および幅に仕上げ加工を施す。次に第7の工程U7でホブ盤取付けられたホブ回転切削運動を与えて、歯車素材との間で相対運動を行なって、外歯ホブ加工機械加工)し、次の第8の工程U8でホブ加工時に発生した返りを除去する所謂バリ取りを行なう。次に第9の工程U9で内径歯切りを実行して、内歯を形成し、第10の工程U10でギヤの耐摩性、耐疲性などを向上させる目的で、浸炭焼き入れを行なって、表面を浸炭硬化させる。次に第11の工程U11でギヤにショットを吹き付けて、調質を行なうショットブラストを実行し、最後に第12の工程U12で洗浄処理を施して歯付部品が完成される。

このような熱間鍛造後にホブ加工を行なってギヤまたは歯付部品を成形する方法にあっては、材料の流動性がよく、欠肉が発生しにくい利点がある反面、熱収縮等により製品寸法情報が悪く、また熱間鍛造による加工コストが高いうえ、ホブ加工時に発生したバリを除去するための別工程を要し、さらには材料歩留りが悪いという諸種の問題点があった。

この熱間鍛造による従来方法の問題点を解決するためには、冷間鍛造加工方法を用いればよく、冷間鍛造加工方法では熱収縮等がないので熱間鍛造加工と比較して寸法精度が高く、ホブ加工等の機械加工を省略することができる。しかし冷間鍛造加工方法は熱間鍛造加工と比較して材料の流動性が悪く、欠肉やクラックが発生しやすい問題点があった。

一方、特開平9−206874号公報に記載のような歯車の製造方法が既に発明されている。この従来方法は裾込み成形を2工程に分けて歯車を冷間、熱間または温間鍛造加工するものである。

すなわち、図9、図10に示すように予め荒地成形用の鍛造型(図外)にて完成品96(図10参照)の歯形歯丈と同等長さの突出部91と、位相合せ段部92とが形成された歯車素材93に加工(第1の裾込み成形)し、次に仕上げ成形用の鍛造型94を用いて、歯部95を有する完成品96に加工(第2の裾込み成形)する方法である。この従来方法によれば、裾込み成形を2工程に分けて歯車を冷間、熱間または温間鍛造加工する関係上、工程数が大となる問題点があった。

概要

素材を必要とする歯数以上の歯数をもって冷間鍛造し、次に冷間鍛造後の部材を、必要とする歯数になるように不要な歯を除去することで、冷間鍛造時に不要な歯を同時に鍛造することにより、冷間加工時の材料の変形抵抗が小さくなって、材料の流動が容易となり、製品の欠肉を防止することができると共に、鍛造加圧力の低減を図って型具寿命の低下を防止することができる歯付部品の冷間鍛造加工方法の提供を目的とする。

歯付部品を冷間にて鍛造加工する歯付部品の冷間鍛造加工方法であって、素材を必要とする歯数以上の歯数をもって冷間鍛造する鍛造工程S3と、上記鍛造工程S3にて塑性変形された部材を、必要とする歯数になるように不要な歯を除去する除去工程S4とを備えたことを特徴とする。

目的

この発明の請求項1記載の発明は、素材を必要とする歯数以上の歯数をもって冷間鍛造し、次に冷間鍛造後の部材を、必要とする歯数になるように不要な歯を除去することで、冷間鍛造時に不要な歯を同時に鍛造することにより、冷間加工時の材料の変形抵抗が小さくなって、材料の流動が容易となり、製品の欠肉を防止することができると共に、鍛造加圧力の低減を図って型具寿命の低下を防止することができる歯付部品の冷間鍛造加工方法の提供を目的とする。

この発明の請求項2記載の発明は、上記請求項1記載の発明の目的と併せて、上述の素材の必要とする歯間に不要な捨て歯を設けることで、材料の流動性がさらに良好となり、製品の欠肉をより一層確実に防止することができる歯付部品の冷間鍛造加工方法の提供を目的とする。

この発明の請求項3記載の発明は、上記請求項1または2記載の発明の目的と併せて、不要な歯をせん断にて除去することで、不要な歯を容易に除去することができる歯付部品の冷間鍛造加工方法の提供を目的とする。

この発明の請求項4記載の発明は、上記請求項1,2または3記載の発明の目的と併せて、上述の歯付部品を自動変速機用リングギヤに設定することで、トルク伝達等の用途に適した歯付部品を安価に加工することができる歯付部品の冷間鍛造加工方法の提供を目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

歯付部品を冷間にて鍛造加工する歯付部品の冷間鍛造加工方法であって、素材を必要とする歯数以上の歯数をもって冷間鍛造する鍛造工程と、上記鍛造工程にて塑性変形された部材を、必要とする歯数になるように不要な歯を除去する除去工程とを備えた歯付部品の冷間鍛造加工方法。

請求項2

上記素材の必要とする歯間に不要な捨て歯を設ける請求項1記載の歯付部品の冷間鍛造加工方法。

請求項3

上記除去工程において上記不要な歯をせん断にて除去する請求項1または2記載の歯付部品の冷間鍛造加工方法。

請求項4

上記歯付部品を自動変速機用リングギヤに設定した請求項1,2または3記載の歯付部品の冷間鍛造加工方法。

技術分野

0001

この発明は、例えば自動変速機用リングギヤやその他の各種歯付部品を冷間にて鍛造加工するような歯付部品の冷間鍛造加工方法に関する。

背景技術

0002

従来、歯付部品の鍛造加工方法としては、熱間鍛造後ボブ加工を行なって、ギヤ成形する方法がある。すなわち、図8に工程図で示すように第1の工程U1で金属製の棒材所定長さに切断し、第2の工程U2で所定長さに切断された棒材(ブランク)を熱間鍛造装置により熱間鍛造し、第3の工程U3で結晶組織の調整または内部応力の除去を目的として鍛造後の部材を焼鈍すると共に、部材表面にショット(鋼粒)を噴射して、スケールを落とすショットピーニング処理を行なう。

0003

次に第4の工程U4でショットピーニング後の部材の内径および外径と幅とを荒加工し、第5の工程U5で内径および外径と幅とを中仕上げ加工し、次の第6の工程U6で内外径および幅に仕上げ加工を施す。次に第7の工程U7でホブ盤取付けられたホブ回転切削運動を与えて、歯車素材との間で相対運動を行なって、外歯ホブ加工機械加工)し、次の第8の工程U8でホブ加工時に発生した返りを除去する所謂バリ取りを行なう。次に第9の工程U9で内径歯切りを実行して、内歯を形成し、第10の工程U10でギヤの耐摩性、耐疲性などを向上させる目的で、浸炭焼き入れを行なって、表面を浸炭硬化させる。次に第11の工程U11でギヤにショットを吹き付けて、調質を行なうショットブラストを実行し、最後に第12の工程U12で洗浄処理を施して歯付部品が完成される。

0004

このような熱間鍛造後にホブ加工を行なってギヤまたは歯付部品を成形する方法にあっては、材料の流動性がよく、欠肉が発生しにくい利点がある反面、熱収縮等により製品寸法情報が悪く、また熱間鍛造による加工コストが高いうえ、ホブ加工時に発生したバリを除去するための別工程を要し、さらには材料歩留りが悪いという諸種の問題点があった。

0005

この熱間鍛造による従来方法の問題点を解決するためには、冷間鍛造加工方法を用いればよく、冷間鍛造加工方法では熱収縮等がないので熱間鍛造加工と比較して寸法精度が高く、ホブ加工等の機械加工を省略することができる。しかし冷間鍛造加工方法は熱間鍛造加工と比較して材料の流動性が悪く、欠肉やクラックが発生しやすい問題点があった。

0006

一方、特開平9−206874号公報に記載のような歯車の製造方法が既に発明されている。この従来方法は裾込み成形を2工程に分けて歯車を冷間、熱間または温間鍛造加工するものである。

0007

すなわち、図9図10に示すように予め荒地成形用の鍛造型(図外)にて完成品96(図10参照)の歯形歯丈と同等長さの突出部91と、位相合せ段部92とが形成された歯車素材93に加工(第1の裾込み成形)し、次に仕上げ成形用の鍛造型94を用いて、歯部95を有する完成品96に加工(第2の裾込み成形)する方法である。この従来方法によれば、裾込み成形を2工程に分けて歯車を冷間、熱間または温間鍛造加工する関係上、工程数が大となる問題点があった。

発明が解決しようとする課題

0008

この発明の請求項1記載の発明は、素材を必要とする歯数以上の歯数をもって冷間鍛造し、次に冷間鍛造後の部材を、必要とする歯数になるように不要な歯を除去することで、冷間鍛造時に不要な歯を同時に鍛造することにより、冷間加工時の材料の変形抵抗が小さくなって、材料の流動が容易となり、製品の欠肉を防止することができると共に、鍛造加圧力の低減を図って型具寿命の低下を防止することができる歯付部品の冷間鍛造加工方法の提供を目的とする。

0009

この発明の請求項2記載の発明は、上記請求項1記載の発明の目的と併せて、上述の素材の必要とする歯間に不要な捨て歯を設けることで、材料の流動性がさらに良好となり、製品の欠肉をより一層確実に防止することができる歯付部品の冷間鍛造加工方法の提供を目的とする。

0010

この発明の請求項3記載の発明は、上記請求項1または2記載の発明の目的と併せて、不要な歯をせん断にて除去することで、不要な歯を容易に除去することができる歯付部品の冷間鍛造加工方法の提供を目的とする。

0011

この発明の請求項4記載の発明は、上記請求項1,2または3記載の発明の目的と併せて、上述の歯付部品を自動変速機用のリングギヤに設定することで、トルク伝達等の用途に適した歯付部品を安価に加工することができる歯付部品の冷間鍛造加工方法の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0012

この発明の請求項1記載の発明は、歯付部品を冷間にて鍛造加工する歯付部品の冷間鍛造加工方法であって、素材を必要とする歯数以上の歯数をもって冷間鍛造する鍛造工程と、上記鍛造工程にて塑性変形された部材を、必要とする歯数になるように不要な歯を除去する除去工程とを備えた歯付部品の冷間鍛造加工方法であることを特徴とする。

0013

この発明の請求項2記載の発明は、上記請求項1記載の発明の構成と併せて、上記素材の必要とする歯間に不要な捨て歯を設ける歯付部品の冷間鍛造加工方法であることを特徴とする。

0014

この発明の請求項3記載の発明は、上記請求項1または2記載の発明の構成と併せて、上記除去工程において上記不要な歯をせん断にて除去する歯付部品の冷間鍛造加工方法であることを特徴とする。

0015

この発明の請求項4記載の発明は、請求項1,2または3記載の発明の構成と併せて、上記歯付部品を自動変速機用のリングギヤに設定した歯付部品の冷間鍛造加工方法であることを特徴とする。

0016

この発明の請求項1記載の発明によれば、上述の鍛造工程で素材が必要とする歯数以上の歯数をもって冷間鍛造され、この鍛造工程にて塑性変形された部材が次の除去工程において必要とする歯数になるように不要な歯が除去される。このように冷間鍛造時に不要な歯を同時に鍛造することで、冷間加工時の材料の変形抵抗が小さくなって、材料の流動が容易となるので、製品の欠肉を防止することができる効果があり、加えて上述の変形抵抗が小さくなった分、鍛造加圧力の低減を図ることができて、型具の寿命低下を防止することができる効果がある。

0017

この発明の請求項2記載の発明によれば、上記請求項1記載の発明の効果と併せて、上述の鍛造工程で素材の必要とする歯間に不要な捨て歯を設けるので、材料の流動性がさらに良好となり、製品の欠肉をより一層確実に防止することができる効果がある。

0018

この発明の請求項3記載の発明によれば、上記請求項1または2記載の発明の効果と併せて、上述の除去工程において不要な歯をせん断にて除去するので、不要な歯を容易に除去することができる効果がある。

0019

この発明の請求項4記載の発明によれば、上記請求項1,2または3記載の発明の効果と併せて、上述の歯付部品を自動変速機用のリングギヤに設定したので、トルク伝達等の用途に適した歯付部品を安価に加工することができる効果がある。

0020

この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。図面は歯付部品の冷間鍛造加工方法の一例として自動変速機用のリングギヤを鍛造加工する方法を示し、図1に示す工程図の第1の工程S1で、歩留り向上のために金属製のパイプを切断して、図2に示すようなリング状の素材(ブランク)1を形成する。

0021

次に図1の第2の工程S2で、上述の素材1の表面にショット(鋼粒)を噴射するショットピーニング処理を施すと共に、冷間鍛造に備えて素材1にボンデ処理を施し、金属用石けん等により滑りの向上を図る。次に図1の第3の工程S3でショットピーニングおよびボンデ処理終了後の素材1を冷間鍛造加工して、必要な外歯と、不要な捨て歯とを同時に形成する。

0022

この第3の工程S3と、次の第4の工程S4で用いられる冷間鍛造加工装置は図3乃至図6に示す如く構成している。すなわち、中央部に円柱状のマンドレル2を配置した下型3と、内型4および外型5からなる2重構造かつ複動構成の上型6を設け、図5に示すように、上型6側においては内型4の略スプライン状の外周部に対して外型5の略スプライン孔状の内周部を相対移動可能に配設している。

0023

上述の内型4と外型5とはそれぞれ別駆動源により駆動され、この実施例では内型4の駆動ストロークに対して外型5の駆動ストロークが後述するせん断ストローク分だけ長くなるように設定されている。

0024

また上述の内型4の下部には下型3との間で外歯7(必要とする実歯)を形成する凹状の形状面8が形成され、外型5の下部には下型3との間で捨て歯9(不要な歯部)を形成する凹上の形状面10が形成されている。この実施例では、円周上36度の等間隔で合計10個の外歯7を形成すると共に、各外歯7,7間の中央に捨て歯9を形成するので、内型4側の形状面8は円周上36度の等間隔を隔てて形成され、これらの各形状面8,8間の中央に外型5の形状面10が位置するように形成されている。

0025

一方、下型3側においては外型5のせん断ストロークと対応するように、その形状面10との対向部に凹部11がそれぞれ形成され、この凹部11と連通して下型3を貫通するように捨て歯通路12が形成されている。また下型3の中央部に配置されたマンドレル2は下型3の上面(型面)より素材1の位置決めに必要な量だけ上方へ突設され、この突設部外周は曲率形状いわゆるアール状に形成位されている。

0026

一方、上型6の内型4には上述の形状面8に段差部13を介して規制部14が形成され、この規制部14にて冷間鍛造加工時の材料の上方への逃げ規制すべく構成している。なお、図5図4のA−A線矢視図であり、図3図4図6図5のB−B線矢視に相当する図面である。而して、図3乃至図6に示す冷間鍛造加工装置を用いて外歯7および捨て歯9を加工する場合、第2の工程S2終了後のリング状の素材1を図3に示す如く下型3にセットし、マンドレル2でその位置決めを行なう。

0027

次に内型4、外型5からなる上型6を加圧加工して、図4に示す如く素材1を冷間鍛造して、加工部材15を形成する。この時、加工部材15の外周には内型4および外型5の各形状面8,10により必要とする歯数(この実施例では歯数=10)以上の歯数(この実施例では歯数=20)が塑性加工される。つまり図5に示すように必要とする外歯7,7間に不要な捨て歯9がそれぞれ形成される(図1の第3の工程S3参照)。

0028

次に図1の第4の工程S4で、外型5をせん断ストロークに対応して加圧下降させ、必要とする歯数になるように不要な捨て歯9をせん断にて除去する。除去された捨て歯9は図6に示すように下型3の捨て歯通路12を介して型外へ自然落下処理される。ここで、上述の第3の工程S3と第4の工程S4との各加工は同一の冷間鍛造加工装置により若干のタイムラグのみを存して連続して実行される。換言すれば駆動ストロークが異なる内型4と外型5とによる鍛造加工および、せん断加工の複動操作により連続して実行される。

0029

次に図1の第5の工程S5で、捨て歯9が除去された加工部材15を冷間鍛造加工装置の上下の金型3,6間から取出した後に、加工部材15の内径および幅を荒加工する。次に図1の第6の工程S6で、荒加工終了後の加工部材15の内径および幅を中仕上げ加工し、さらに次の第7の工程S7で中仕上げ加工終了後の加工部材15を仕上げ加工する。

0030

次に図1の第8の工程S8で、仕上げ加工終了後の加工部材15に対して機械切削加工により内径歯切りを実行して、図7に示すように内歯(インターナルギヤ)16を形成して、リングギヤ17と成す。次に図1の第9の工程S9で、図7に示すリングギヤ17(第8の工程S8終了後の歯付部品)の耐摩性、耐疲性などを向上させる目的で、浸炭焼き入れれを行なって、表面を浸炭硬化させる。

0031

次に図1の第10の工程S10で、浸炭焼き入れ終了後のリングギヤ17にショット(鋼粒)を吹き付けてて調質を行なうショットブラストを執行し、最後に第11の工程S11で洗浄処理を施すとリングギヤ17が完成され、図1図8との対比から明らかなように熱間鍛造工程U2、外歯ホブ加工工程U7、バリ取り工程U8を完全に廃止することができる。

0032

このように上記実施例の歯付部品の冷間鍛造加工方法によれば、上述の鍛造工程(第3の工程S3参照)で素材1が必要とする歯数以上の歯数をもってtb4部材15に冷間鍛造され、この鍛造工程にて塑性変形された加工部材15が次の除去工程(第4の工程S4参照)において必要とする歯数になるように不要な歯(捨て歯9参照)が除去される。

0033

このように冷間鍛造時に不要な歯(捨て歯9参照)を同時に鍛造することで、冷間加工時の材料の変形抵抗が小さくなって、材料の流動が容易となるので、製品(リングギヤ17参照)の欠肉(特に外歯7の欠肉)を防止することができる効果があり、加えて上述の変形抵抗が小さくなった分、鍛造加圧力の低減を図ることができて、型具(マンドル2、下型3、上型6参照)の寿命低下を防止することができる効果がある。また、上述の鍛造工程(第3の工程S3参照)で素材の必要とする歯間(外歯7,7参照)に不要な捨て歯9を設けるので、材料の流動性がさらに良好となり、製品(リングギヤ17参照)の欠肉をより一層確実に防止することができる効果がある。

0034

さらに、上述の除去工程(第4の工程S4参照)において不要な歯(捨て歯9参照)をせん断にて除去するので、不要な歯を容易に除去することができる効果がある。加えて、上述の歯付部品を自動変速機用のリングギヤ17に設定したので、トルク伝達等の用途に適した歯付部品を安価に加工することができる効果がある。

0035

この発明の構成と、上述の実施例との対応において、この発明の歯付部品は、実施例の自動変速機用のリングギヤ17に対応し、以下同様に、必要とする歯は、外歯7に対応し、不要な歯は、捨て歯9に対応し、素材は、リング状の素材1に対応し、塑性変形された部材は、加工部材15に対応し、鍛造工程は、第3の工程S3に対応し、除去工程は、第4の工程S4に対応するも、この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではない。

0036

例えば、上記実施例においては歯付部品としてリングギヤ17を例示したが、その他の歯付部品であってもよく、また実施例で例示した歯数は一例であって、これに限定されるものではないが、特に歯数が少ないギヤは従来、冷間鍛造が困難とされていたので、このような歯数の少ないギヤの加工に有効に適用することができる。さらに、図示実施例のマンドレル2は可動、固定の何れの構成であってもよく、さらにはマンドレル2を省略してブランクの位置決め部を有する下型構造と成してもよい。

図面の簡単な説明

0037

図1本発明の歯付部品の冷間鍛造加工方法を示す工程図。
図2素材の一例を示す断面図。
図3素材を下型にセットした状態で示す断面図。
図4鍛造固定を示す断面図。
図5図4のA−A線矢視断面図。
図6除去工程を示す断面図。
図7リングギヤを示す平面図。
図8従来の歯付部品の熱間鍛造加工方法を示す工程図。
図9従来の歯車製造方法の一つの工程を示す断面図。
図10従来の歯車製造方法の次工程を示す断面図。

--

0038

1…素材
7…外歯
9…捨て歯
15…加工部材
17…リングギヤ(歯付部品)
S3…鍛造工程
S4…除去工程

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