JP4940255B2

JP4940255B2 - ヘリカル内歯ギヤの加工方法及び金型

Info

Publication number: JP4940255B2
Application number: JP2009047542A
Authority: JP
Inventors: 哲司八木
Original assignee: Yamanaka Engineering Co Ltd
Current assignee: Yamanaka Engineering Co Ltd
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2029-03-02
Also published as: JP2010201442A

Description

本発明は、ヘリカル内歯ギヤの加工方法及びそれに用いられる金型に関する。

従来からヘリカル内歯ギヤの製造方法としては、ブローチ加工、転造、あるいは、鍛造が用いられてきた。特に鍛造による場合、外周面に成型用歯形を有するマンドレルと、ダイス内周面との間の円筒状成形空間内に円環状素材を、パンチにて、押圧して、ヘリカル内歯ギヤを製造する技術は公知である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１１７６２９号公報

ところで、従来の鍛造方法にあっては、材料の歩留りが良くなかった。即ち、図２に示したリング状（円環状）素材Ｍを上述の方法にて鍛造して、図１に示すようなヘリカル内歯ギヤ（鍛造品）10を得るのであるが、従来、機械加工にて２点鎖線40の位置まで切削する際の取り代Ｙが大であった。即ち、ヘリカル内歯11の未充填部（ダレ）Ｘの軸心方向寸法が大きく発生し、取り代Ｙを大きく設定せねばならないという問題があった。

そこで、本発明に係るヘリカル内歯ギヤの加工方法は、上部の歯形成形マンドレル部と下部の歯形サイジングマンドレル部とを連結部材にて連結して一体状構造としたマンドレル、及び、ダイスの内周面によって円筒状成形空間を形成し、さらに、上記歯形成形マンドレル部において、歯形成形部の下方位置に、リング状素材の厚さ寸法の 0.9倍〜 1.2倍の軸心方向寸法を有するアイドル部を、形成し、そして、上記円筒形成形空間に、リング状素材を重ね合わせてパンチによって上方から下方へ順次送りを与えつつ、しかも、上記歯形サイジングマンドレル部におけるサイジング成形力を、上方位置の上記歯形成形マンドレル部の歯形成形中の素材への背圧として作用させる方法である。

また、上方位置の歯形成形マンドレル部は、歯形成形部とアイドル部とを上下に有し、リング状素材の厚さ寸法の 1.2倍〜 2.0倍の軸心方向合計寸法に設定した。
また、上記マンドレルは、導入部と歯形成形部とアイドル部とサイジング部から成る成形歯を外周面に有し、その軸心方向合計寸法は、リング状素材の厚さ寸法の 3.0倍〜 4.0倍に設定した。

また、本発明に係る金型は、内部のマンドレルと外側のダイスとを有するヘリカル内歯ギヤの加工に用いられる金型に於て、上記マンドレルは、上方の歯形成形マンドレル部と、下方の歯形サイジングマンドレル部とを、備えると共に、上記歯形成形マンドレル部と歯形サイジングマンドレル部とを別々のブロック体にて構成して、連結部材にて一体状構造とし、さらに、上記歯形成形マンドレル部は、アイドル部が歯形成形部の下方位置に設けられると共に、該アイドル部の軸心方向寸法を、リング状素材の厚さ寸法の 0.9倍〜 1.2倍に設定したものである。

本発明に係るヘリカル内歯ギヤの加工方法によれば、鍛造品の未充填部Ｘの軸心方向寸法（取り代Ｙ）（図１参照）を著しく減少でき、製品の歩留りが改善できる。しかも、歯形成形とサイジングを連続的に行って、成形性が改善され、かつ、精度確保をも図り得る。

ヘリカル内歯ギヤの鍛造品（中間製品）を示す断面図である。素材（リング）を示す断面図である。本発明の加工方法の実施の一形態を示す断面図である。金型の構成の一例及び加工方法を説明する断面説明図である。金型の構成の一例及び加工方法を説明する断面説明図である。作用説明図である。

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
本発明に係るヘリカル内歯ギヤの加工方法及び（その加工方法に使用する）金型は、図２に示す（短円筒型の）リング状の素材Ｍに鍛造による塑性加工を与えて、図１に示すような（円環状の）ヘリカル内歯ギヤ（鍛造品）10を製造するためのものである。
図３〜図５に於て、１はマンドレル、２はダイスを示し、マンドレル１は上方の歯形成形マンドレル部１Ａと、下方の歯形サイジングマンドレル部１Ｂと、最下段円環スペーサ１Ｃとを、別々のブロック体にて形成して、連結部材３にて一体状構造としている。

４は、上方開口状空間部４Ａを有するベースブロックであり、このベースブロック４の空間部４Ａ内に、ダイス２が上下動可能かつ回転可能として、嵌着される。ベースブロック４の内周面に形成した円環凹状部５は、ダイス２の外周円環凸条部６が嵌合して、所定ストロークＳ２を昇降可能に規制している。
７は気体圧によって伸長方向に弾発付勢するガスクッションであり、金型軸心Ｌ_０廻りに（平面視）等分配中心角度にて複数本が配設され、常時、ダイス２を上方向へ弾発付勢している。なお、ガスクッション７に代えて、コイルばねやその他の弾発部材を用いることも可能である。
そして、ダイス２の孔部（ダイス孔）２Ａと、遊嵌状に内挿されたマンドレル１の外周面との間に、輪切り円環状の素材Ｍが嵌入される円環状成形空間Ｇが形成される。

マンドレル１は、分割構造とされ、歯形成形マンドレル部１Ａと、歯形サイジングマンドレル部１Ｂと最下段円環スペーサ１Ｃを、串挿状に挿通した連結ボルト27とナット８等から成る連結部材３によって、締結されて一体状に組立てられ、軸心Ｌ_０に対して左右別々の状態を示した図３でも明らかなように、マンドレル１は上下移動自在でもあり、ダイス２の孔部２Ａ内で、回転可能かつ上下移動自在である。
また、ベースブロック４には、鍛造品10を取出す取出窓部９が側壁に開設され、矢印Ｃはその取出方向を示している。

矢印Ｐ_０は、（図２に示した）素材Ｍの装入方向を示し、さらに、図示省略の円筒状パンチの圧入（侵入）方向をも示す。
成形空間Ｇ内へ上方から素材Ｍを装入（投入）して、（図示省略の）パンチにて矢印Ｐ_０方向に侵入押圧することにより、マンドレル１の外周面の成形歯によって、素材Ｍの内周面に、ヘリカル内歯11を塑性変形にて、形成する。

図４と図５に示すように、ダイス２の外周面の成形歯等について以下説明する。
上方ブロックの歯形成形マンドレル部１Ａには、上方から下方へ順に、円柱状ガイド部12，導入部13，歯形成形部14（成形ランドともいう），逃がし部15ａ（アイドル部ともいう）が形成される。下方ブロックの歯形サイジングマンドレル部１Ｂには、上方から下方へ順に、上記逃がし部15ａに連続する形状の逃がし部15ｂ（アイドル部ともいう），サイジング部（サイジングランド）16，円柱状ガイド部17が形成される。なお、図３のスペーサ１Ｃの外径寸法と上記円柱状ガイド部17の外径寸法とを同一として、連続円柱状に形成する。

上記導入部13では、下方へ順次歯の高さが高くなるように、勾配に形成され、正規よりも低い歯形18である。
続いて歯形成形部14の歯形19は、図１（Ｂ）のヘリカル内歯11よりも僅かに小さい歯形とする。
次に、アイドル部15の歯形20は、歯形成形部14の上記歯形19よりも所定寸法ΔＴだけ略均等に表面を削り取った形状・寸法として、歯形成形後の素材Ｍの内面に非接触とする。

次に、サイジング部16の歯形21は、歯形成形部14の前記歯形19よりも所定寸法ΔＵだけ肉付けした大き目に形成し、歯形成形部14にて成形された素材Ｍの歯形を、さらに、拡大塑性変形しつつ仕上げ成形を行う。このとき、矢印にて示す背圧Ｆ―――いわゆる反力―――が、上方の（図示省略した）パンチにて矢印Ｐ_０のように押圧されて下降してくる素材Ｍの内の、歯形成形部14にて歯形成形中の素材Ｍ₁₄に、伝達される。

即ち、本発明のヘリカル内歯ギヤの加工方法では、上部の歯形成形マンドレル部１Ａと、下部の歯形サイジングマンドレル部１Ｂとを一体状に有するマンドレル１、及び、ダイス２の内周面（孔部２Ａ）によって形成した円筒形成形空間Ｇに、リング状素材Ｍ，Ｍ，Ｍを重ね合わせて（パンチによって矢印Ｐ_０のように押圧して）上方から下方へ順次送りを与えつつ、連続した１個のマンドレル１をもって、歯形成形工程とサイジング行程とを行うと共に、歯形サイジングマンドレル部１Ｂにおけるサイジング成形力―――サイジング部16の抵抗力の反力―――を、背圧Ｆとして、上方位置の歯形成形マンドレル部１Ａの歯形成形中の素材Ｍ₁₄の下面22に作用させ、図６（Ａ）に示した大き目の材料未充填部Ｘを、図６（Ｂ）に示す如く圧縮塑性変形させて、大きく減少させ得る。これに伴って、図１（Ａ）と図６（Ａ）に示す、その後の機械加工時の取り代Ｙを、図６（Ｂ）のように大幅に減少させる。

そして、図例では、上方位置の歯形成形マンドレル部１Ａは、歯形成形部（成形ランド）14とアイドル部（逃がし部）15ａとを上下に有し、この歯形成形部14とアイドル部15ａの軸心方向合計寸法Ｈ_０を、リング状素材Ｍの厚さ寸法Ｈｍの 1.2倍〜 2.0倍に設定する。特に、 1.3〜 1.7倍が望ましい。その内のアイドル部15ａの軸心方向寸法は、素材Ｍの 0.9倍〜 1.2倍とする。このようにすれば、歯形成形が最も能率的に高精度に行われ、（図６にて述べた）背圧Ｆによる未充填部Ｘの縮小を図り得る。
また、上記マンドレル１は、導入部13と歯形成形部14とアイドル部15とサイジング部16から成る成形歯を外周面に有し、その軸心方向合計寸法Ｈ_１は、リング状素材Ｍの厚さ寸法Ｈｍの 3.0倍〜 4.0倍に設定した。このようにすれば、連続的にサイジング成形までもが能率良く、円滑に行い得ると共に、鍛造品10の形状・寸法精度が高度に優れている。

なお、本発明に於て、成形空間Ｇへ投入される未塑性加工の（図２に示した）素材そのものの他に、塑性加工途中の導入部13，歯形成形部14，アイドル部15，サイジング部16に対応する中間材、及び、排出後のものまでをも、「素材Ｍ」と呼ぶ場合がある。

さらに追加的説明すれば、図３に於て、軸心Ｌ_０の左側と右側とは異なる状況を示し、軸心Ｌ_０の右側では、（図示省略した）円筒状パンチが矢印Ｐ_０方向に侵入して、最上段の素材Ｍの上面を強く押圧し、図例では５個の素材Ｍが成形空間Ｇ内に（重なり合って）在り、わばトコロテン式に押されて下方へ移動する。このときガスクッション７は圧縮されて短縮状態にあり、マンドレル１はその下面１ａは、ベースブロック４の空間部４Ａの底面に当接し、素材Ｍは軸心Ｌ_０廻りにゆっくりと回転しつつ下方へ移動し、図４と図５に示す歯形Ｋに順次成形される。このとき歯形成形部14の歯形Ｋは、アイドル部15を介して、下方位置のサイジング部16にて網目にて示す部位の塑性加工がプラスされる。つまり、本発明にあっては、成形は歯形成形と歯形サイジングとを、２段に別々に、かつ、連続的に順次（同一マンドレル１とダイス２にて）行う。サイジング後は、円柱状ガイド部17とスペーサ１Ｃにて誘導されつつ素材Ｍ（ヘリカル内歯ギヤの鍛造品10）は落下する。

ところで、図３の右側の状態から素材Ｍの厚さ寸法Ｈｍよりも僅かに大きく予め設定したストローク分を、（図示省略の）円筒形パンチにて矢印Ｐ_０方向に押圧した後、このパンチを上昇させれば、ガスクッション７の弾発的押上力によって、ダイス２の所定ストロークＳ２だけ上昇してゆく。このとき、ダイス２の孔部２Ａの内周面に対して、塑性変形した素材Ｍは圧接状態にあり、しかも、図４と図５に示すように、マンドレル１の歯形18, 19, 21が素材Ｍに新たに形成された歯形Ｋと強力に圧接状態にあるため、各部材相互が一体状になって（拘束力を受けて）、図３の軸心Ｌ_０の左側のように、ダイス２とマンドレル１と素材Ｍとは、一体状に上昇する。上述のように、落下した鍛造品10は、図３中の矢印Ｃの方向に取出窓部９を介して（図示省略の）搬出手段にて取出される。

本発明は、上述のようにトコロテン式に下方向（一方向）へ素材Ｍを間欠的に送りつつ、成形する工法であるので、成形後の抜き返し（金型からの取出し）で変化する左右の断面の差を安定化させることができる。特に、サイジング部16に於ける成形力の反力（成形抵抗力）を、背圧Ｆとして、上方の歯形成形部14に作用させる構成であり、それによって、図６（Ａ）から（Ｂ）にて既述した如く、下面22のダレ（未充填部Ｘ）の上下寸法を著しく減少できて、歯形精度有効範囲Ｑを増加可能となる。言い換えると、下面22のその後の機械加工による取り代Ｙを減少できる。

また、図例では、マンドレル１は、歯形成形部14を備えた歯形成形マンドレル部１Ａと、サイジング部16を備えた歯形サイジングマンドレル部１Ｂとから成る（少なくとも）２部品を、連結部材３にて一体状に組立てた構造としたので、歯形19と歯形21等が相違しても高精度に容易に製作できる利点もある。特にサイジング用歯形21を極めて高精度に加工することが可能である。

そして、図３にて既に述べたように、ダイス２は成形前（上方からの素材Ｍの投入時）には、ガスクッション７（又はバネ等の他の弾発部材）によって、持ち上げられており（図３の軸心Ｌ_０の左側参照）、図示省略のパンチが矢印Ｐ_０のように投入した最上段の素材Ｍを、図３の軸心Ｌ_０の右側に示すように押圧すると、ダイス２とマンドレル１とは、中間乃至下方の素材Ｍを介して、一体に下降して、下面１ａがベースブロック４の底壁面に当接して、トコロテン式に歯形成形が行われる。その後、パンチの上昇に伴って、ダイス２はガスクッション（又はバネ等の弾発部材）により、上昇するが、ダイス２とマンドレル１の間の塑性加工中の素材Ｍの圧縮反力により、ダイス２とマンドレル１と素材Ｍとは一体に上昇して、落下した鍛造品10を矢印Ｃ方向へ取出しできる。

ところで、アイドル部15を、歯形成形部14とサイジング部16との間に設ける構成としたことによって、矢印Ｆにて示すサイジング部16からの背圧を、僅かに低下して、過大かつ衝撃的に歯形成形部14に存在する素材Ｍに伝達されることを防止して、ヘリカル内歯の加工精度を向上できると共に品質を安定化させ得る。なお、アイドル部15―――逃がし部15ａ，15ｂの合計―――の軸心方向寸法は、素材Ｍの厚さ寸法と略同一に設定するのが好ましい。

本発明は、以上述べたように、上部の歯形成形マンドレル部１Ａと下部の歯形サイジングマンドレル部１Ｂとを一体状に有するマンドレル１、及び、ダイス２の内周面によって形成した円筒形成形空間Ｇに、リング状素材Ｍ，Ｍ，Ｍを重ね合わせてパンチによって上方から下方へ順次送りを与えつつ、しかも、上記歯形サイジングマンドレル部１Ｂにおけるサイジング成形力を、上方位置の上記歯形成形マンドレル部１Ａの歯形成形中の素材Ｍ14への背圧として作用させる方法であるので、得られる鍛造品10の未充填部Ｘの軸心方向寸法（取り代）Ｙを、減少させることができ（図６参照）、歩留りを著しく改善できる。しかも、歯形成形とサイジングを連続的に行うことで、作業能率がアップすると共に、ヘリカル内歯11の寸法精度が改善できる。

また、内部のマンドレル１と外側のダイス２とを有するヘリカル内歯ギヤの加工に用いられる金型に於て、上記マンドレル１は、上方の歯形成形マンドレル部１Ａと、下方の歯形サイジングマンドレル部１Ｂとを、備えると共に、上記歯形成形マンドレル部１Ａと歯形サイジングマンドレル部１Ｂとを別々のブロック体にて構成して、連結部材３にて一体状構造としたので、ヘリカル内歯11の仕上寸法・形状に重要な歯形サイジングマンドレル部１Ｂの歯形21を特に高精度な寸法・形状に製作しやすく、これによって、高精度の鍛造品（ヘリカル内歯ギヤ）10が安定して製造できる。

１マンドレル
１Ａ歯形成形マンドレル部
１Ｂ歯形サイジングマンドレル部
２ダイス
３連結部材
10 ヘリカル内歯ギヤ（鍛造品）
13 導入部
14 歯形成形部
15ａ逃がし部（アイドル部）
16 サイジング部
Ｆ背圧（矢印）
Ｇ成形空間
Ｈ_０軸心方向合計寸法
Ｈｍ厚さ寸法
Ｍ素材
Ｍ₁₄ 歯形成形中の素材
Ｘ未充填部
Ｙ取り代

Claims

上部の歯形成形マンドレル部（１Ａ）と下部の歯形サイジングマンドレル部（１Ｂ）とを連結部材（３）にて連結して一体状構造としたマンドレル（１）、及び、ダイス（２）の内周面によって円筒状成形空間（Ｇ）を形成し、さらに、上記歯形成形マンドレル部（１Ａ）において、歯形成形部（14）の下方位置に、リング状素材（Ｍ）の厚さ寸法（Ｈｍ）の 0.9倍〜 1.2倍の軸心方向寸法を有するアイドル部（15ａ）を、形成し、そして、上記円筒形成形空間（Ｇ）に、リング状素材（Ｍ）（Ｍ）（Ｍ）を重ね合わせてパンチによって上方から下方へ順次送りを与えつつ、しかも、上記歯形サイジングマンドレル部（１Ｂ）におけるサイジング成形力を、上方位置の上記歯形成形マンドレル部（１Ａ）の歯形成形中の素材（Ｍ₁₄）への背圧（Ｆ）として作用させることを特徴とするヘリカル内歯ギヤの加工方法。
上方位置の歯形成形マンドレル部（１Ａ）は、歯形成形部（14）とアイドル部（15ａ）とを上下に有し、リング状素材（Ｍ）の厚さ寸法（Ｈｍ）の 1.2倍〜 2.0倍の軸心方向合計寸法（Ｈ_０）に設定した請求項１記載のヘリカル内歯ギヤの加工方法。
上記マンドレル（１）は、導入部（13）と歯形成形部（14）とアイドル部（15）とサイジング部（16）から成る成形歯を外周面に有し、その軸心方向合計寸法（Ｈ_１）は、リング状素材（Ｍ）の厚さ寸法（Ｈｍ）の 3.0倍〜 4.0倍に設定した請求項１又は２記載のヘリカル内歯ギヤの加工方法。
内部のマンドレル（１）と外側のダイス（２）とを有するヘリカル内歯ギヤの加工に用いられる金型に於て、上記マンドレル（１）は、上方の歯形成形マンドレル部（１Ａ）と、下方の歯形サイジングマンドレル部（１Ｂ）とを、備えると共に、上記歯形成形マンドレル部（１Ａ）と歯形サイジングマンドレル部（１Ｂ）とを別々のブロック体にて構成して、連結部材（３）にて一体状構造とし、さらに、上記歯形成形マンドレル部（１Ａ）は、アイドル部（15ａ）が歯形成形部（14）の下方位置に設けられると共に、該アイドル部（15ａ）の軸心方向寸法を、リング状素材（Ｍ）の厚さ寸法（Ｈｍ）の 0.9倍〜 1.2倍に設定したことを特徴とするヘリカル内歯ギヤ加工用金型構造。