JPH0525578B2 - - Google Patents

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JPH0525578B2
JPH0525578B2 JP62330926A JP33092687A JPH0525578B2 JP H0525578 B2 JPH0525578 B2 JP H0525578B2 JP 62330926 A JP62330926 A JP 62330926A JP 33092687 A JP33092687 A JP 33092687A JP H0525578 B2 JPH0525578 B2 JP H0525578B2
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Japan
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container
mandrel
die
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internal gear
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Naonobu Kanamaru
Naotatsu Asahi
Yoshiki Hirai
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Resonac Corp
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Hitachi Ltd
Hitachi Powdered Metals Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H5/00—Making gear wheels, racks, spline shafts or worms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/28—Making machine elements wheels; discs
    • B21K1/30—Making machine elements wheels; discs with gear-teeth
    • B21K1/305—Making machine elements wheels; discs with gear-teeth helical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/28—Making machine elements wheels; discs
    • B21K1/30—Making machine elements wheels; discs with gear-teeth
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49462—Gear making
    • Y10T29/49467—Gear shaping
    • Y10T29/49474—Die-press shaping

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ヘリカルインターナルギアの塑性加
工装置に係り、さらに詳しくは、一製品分に加工
された素材を金型内にパンチにより順次押し込
み、一回の金型内通過でヘリカルインターナルギ
アを押出成形する塑性加工装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、ねじれ歯を有するヘリカルギアを押出加
工により塑性成形する装置は、米国特許第
3605475号明細書及び同第3910091号明細書等で知
れている。
かかるヘリカルギア押出加工装置は、内壁面に
ヘリカル歯部を有するダイと、このダイと一体化
されたコンテナと、ダイ及びコンテナの軸線上に
配置したマンドレルと、金属素材をコンテナ及び
ダイ内に押し込んでヘリカルギアを押出加工する
パンチとを組み合わせたものから構成されてい
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のような従来のヘリカルギアの押出加工装
置では、マンドレルとダイとの円周方向の相対的
回転が可能になつているものの、ダイとコンテナ
は一体化され、押し込まれる金属素材とダイとの
円周方向相対回転が不能になつているため、金属
素材のダイ内への押込みによつて金属素材の外周
面にねじれ歯を形成していく時、素材に軸方向の
流動（伸び）が生じ、これによつてダイ歯部のね
じれ角より小さいねじれ角の製品歯部を成形する
ように作用し、ダイ歯部と成形途中の素材歯部間
にリードギヤツプが発生する。これに伴いダイと
素材との各歯の片側面に大きな応力が発生し、こ
れが成形品歯部の左右に弾性戻りを含めたダイ歯
部に対する圧力差を生じさせ、これによつてダイ
歯部に対する焼付き、あるいはかじりが発生する
要因となるほか、最悪の場合にはダイ歯部が破損
されてしまう問題があつた。
また、上記米国特許第3605475号では、押出加
工時の金属素材の軸方向の伸びを防止するために
マンドレルを使用せずに素材の中空部を非拘束状
態とし、素材内径側への材料の流動を許す方式を
採つている。
この方式では、リードギヤツプを減少させ得る
効果があるものの、流動変形中の素材内外周面及
び軸方向からの三次元的拘束力が低下して精度の
良いヘリカル歯を得ることができないほか、ヘリ
カルギアの内径寸法精度も低下してしまう問題が
あつた。
従つて現在では、上記米国特許に開示される如
きヘリカルギアの塑性加工技術が見られるもの
の、ヘリカルギアを工業的に量産し得る技術は確
立されておらず、ましてやヘリカルインターナル
ギアの塑性加工法においては、内外にその報告す
らなく自動車、二輪車の変速機用を始めとして多
くの機械の回転伝達用主要部品にあるにも拘ら
ず、ブローチ盤による切削加工でヘリカルインタ
ーナルギアを成形しているのが現状である。
〔発明の目的〕
本発明は上記のような問題点を解決するために
なされたもので、リードギヤツプの発生及びこれ
による金型と素材との焼付き、かじり等の発生を
なくし、ヘリカルインターナルギアの工業的量産
を可能にしたヘリカルインターナルギアの塑性加
工装置を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明に係るヘリカルインターナルギアの塑性
加工装置は、中心孔を有する金属素材が挿入され
る外径拘束用コンテナと、このコンテナの下方に
位置して円周方向に相対回転可能に配置されたダ
イと、上記コンテナ内に挿入される前記金属素材
の中心孔に嵌合し上記コンテナ内の中心軸線上に
配置した上部マンドレルと、この上部マンドレル
の下端に円周方向に回転可能に連結されていると
共に上記ダイ内の中心軸線上に配置された下部マ
ンドレルと、上記上下マンドレルと上記コンテナ
及びダイ間の隙間内に上記金属素材を順次押し込
むパンチを備え、上記下部マンドレルの外周壁に
は、その上端部外周面から素材押出方向に行くに
したがいヘリカルインターナルギア歯形に変化す
るアプローチ部及びこれに連設するヘリカルイン
ターナルギア歯形の製品形状部を形成し、上記下
部マンドレルの上記アプローチ部の始端と対向す
る上記ダイの内周面には金属素材を縮径してヘリ
カルインターナルギア成形に必要な断面積を設定
する縮径部を形成すると共に、上記下部マンドレ
ルのアプローチ部に対向して素材内周部がアプロ
ーチ部により次第にヘリカルインターナルギア歯
形に流動変形される過程での実質的内径拡大量が
あつても素材の水平面断面積が一定となるように
素材外径を拡大変形させる外径拡大部を形成し、
さらに上記下部マンドレルの製品形状部に対向し
て成形品の外径を正視寸法に設定する外径成形部
を形成したものである。
〔発明の作用〕
本発明においては、パンチにより順次コンテナ
と上下マンドレルとの隙間内に押し込まれる金属
素材がダイの縮径部を通過するときヘリカルイン
ターナルギア成形に必要な断面積に縮径され、そ
して下部マンドレルのアプローチ部とこれに対向
する素材外径成形部間を通過するとき、素材内周
部はアプローチ部の形状によつて不完全歯形から
完全歯形へと流動変形されると同時に、この歯形
変形過程における実質的な素材の内径拡大量に伴
う流動材料は、アプローチ部の拡大形状と逆の向
きの拡径形状を有する外径成形部によつて吸収さ
れることになり、これによつて金属素材が軸方向
に流動伸展されるのを防止し、リードギヤツプの
発生をなくすると共に、コンテナとダイ及び上部
マンドレルと下部マンドレルとが互いに円周方向
に相対回転可能になつていることによつて素材と
ダイ間の焼付き、かじり及び歯部の破損の発生を
防止する。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第１図乃至第５図に
ついて説明する。
第１図は本発明に係るヘリカルインターナルギ
アの押出塑性加工装置の全体構成を示す断面図、
第２図は要部の拡大断面図、第３図は金属素材を
成形金型内に押込みでヘリカルインターナルギア
を押出式に加工する状態の断面図である。
第１図乃至第３図において、全体符号１に示す
ヘリカルインターナルギア成形用金型は、コンテ
ナ２、ダイ３及びマンドレル４を備えている。コ
ンテナ２の中央部には上下方向に貫通する素材挿
入孔２ａが形成されており、この素材挿入孔２ａ
は金属素材５の外径を拘束するものである。
上記ダイ３はこれに金属素材５を押し込むこと
によつて素材外径を形成するためのもので、ボル
スタ等の固定部７に垂直に取り付けた複数のガイ
ドロツド８に上下動可能に支持した支持プレート
９の取付孔９ａに回転可能に嵌合され、このダイ
３の上面にはコンテナ２が軸線を一致して重ね合
わされ、そして、これらコンテナ２及びダイ３
は、それぞれの外周に形成した鍔部２ｂ及び鍔部
３ａを、ボルト１０により支持プレート９に固定
したリング状のホルダ１１によつて支持プレート
９に円周方向に相対回転し得るように保持されて
いる。また、上記支持プレート９、これと固定部
７間にガイドロツド８と同心に配置した圧縮ばね
１２によつて常時上方へ付勢されている。
上記マンドレル４は、コンテナ２の素材挿入孔
２ａ内に位置し金属素材５の中心孔５ａが嵌合す
るガイド用の上部マンドレル１３と、この上部マ
ンドレル１３の下端に結合スリーブ１４及びボル
ト１５により軸線を一致して相対回転可能に連結
した下部マンドレル１６とから構成され、そして
下部マンドレル１６の外周にはヘリカルインター
ナルギアのねじれ歯を成形する歯部１６１が所望
のねじれ角で形成されている。上記歯部１６１
は、第２図に示すように金属素材５の押出方向
（第１図及び第３図の矢印Ｘ方向）に行くにした
がいヘリカルインターナルギア歯形に変化するア
プローチ部（歯変形過程部）１６１ａと、このア
プローチ部１６１ａの下端に連設され完全なヘリ
カルギア歯形を成形する製品形状部１６１ｂとか
らなり、そして上記アプローチ部１６１ａの領域
における位置〜の断面形状は、第４図に示す
〜のように上記アプローチ部１６１ａの始端
から１６１ｂに近づく方向へ行くにしたがい歯溝
幅の寸法ｄが成形歯のインボリユート曲線に応じ
て減少する形状になつている。これにより素材５
がアプローチ部１６１ａに沿つて流動変形され始
める時のアプローチ部１６１ａの始端部分（に
相当する部分）の曲げ剛性を高め、かつ素材５の
ヘリカルインターナルギア歯への流動変形がスム
ーズに移行し得るようになつている。
また、上記ダイ３の内周面には、金属素材５の
外周部を縮小方向に徐々に流動変形する縮径部３
１が上記下部マンドレル１６のアプローチ部１６
１ａの始端に対向して形成されており、さらに縮
径部３１の最小縮径頂部から素材押出方向（矢印
Ｘ方向）に向け拡径方向に傾斜する素材外径拡大
部３２を有し、この素材外径拡大部３２は上記下
部マンドレル１６のアプローチ部１６１ａに対向
され、かつアプローチ部１６１ａと逆の傾斜にな
つていると共に、金属素材５の内周が下部マンド
レル１６の歯部１６１ａにより円から順次ヘリカ
ルインターナルギア歯に流動変形される過程で金
属素材５の実質的内径の拡大に応じて素材外径を
拡大方向へ拘束するものである。３３は製品形状
部１６１ｂに対向して形成した素材外径成形部で
ある。
また、第１図及び第３図において、１７はスラ
イダ１８の下面にホルダ１９により支持した円筒
状のパンチで、このパンチ１７はコンテナ２及び
ダイ３間の隙間内に金属素材５を押し込むための
ものであり、スライダ１８に対しては円周方向に
回転し得る支持構造になつている。
なお、上記マンドレル４は、パンチ１７により
順次コンテナ２の素材挿入孔２ａ内に押し込まれ
る金属素材５の中心孔５ａに嵌合されており、コ
ンテナ２内の中心軸線上に維持される。
次に、上記のように構成された金型１を利用し
てヘリカルインターナルギアを押出成形する場合
について説明する。
まず、第１図に示すように所定の厚さ寸法及び
外径を有する中空の金属素材５をコンテナ２の素
材挿入孔２ａ内に挿入し、かつ金属素材５の中心
孔５ａを上部マンドレル１３に嵌合した状態で、
スライダ１８を矢印Ａ方向に下降動作させる。こ
れによりパンチ１７が金属素材５の上端に係合し
た後さらに下降すると、コンテナ２、ダイ３及び
マンドレル４を含めた支持プレート９全体が圧縮
ばね１２に抗して下降され、ダイ３及び下部マン
ドレル１６の下端面が固定部７に設置した受台２
０の上面に当接した段階でコンテナ２、ダイ３及
びマンドレル４の下降が停止する。
かかる状態でスライダ１８の矢印Ａ方向への前
進により、パンチ１７がストローク一杯に下降さ
れると、金属素材はコンテナ２とマンドレル４間
の隙間内を矢印Ｘに示す押出方向に押し込まれ、
第３図の符号５′に示す如くコンテナ２とダイ３
の両者間にまたがつた位置まで押し込まれる。
金属素材がパンチ１７によつてコンテナ２から
ダイ３内に押し込まれる時、金属素材５′はダイ
３の縮径部３１によつて縮径され、ヘリカルイン
ターナルギア成形に必要な断面積に設定される。
そして素材の下端側内周部が下部マンドレル１６
ねじれ歯成形用歯部１６１のアプローチ部１６１
ａに差しかかり、金属素材５′に対しねじれ歯を
成形し始める。この時の金属素材５′の内周部の
材料変形状態は第２図ので示すアプローチ部１
６１ａの断面形状に相当したものとなる。
最初の金属素材５′に対しパンチ１７によるス
トローク一杯の押込みが完了したならば、パンチ
１７を上昇させ、次の金属素材５を第１図に示す
如くコンテナ２内に挿入し、再びパンチ１７を下
降して該金属素材５をコンテナ２内に押し込む。
以下同様にして金属素材５をコンテナ２内にパン
チ１７により順次押し込むことにより、金属素材
５はダイ３とマンドレル４との隙間内を矢印Ｘ方
向に順次移動し、ダイ３とマンドレル４との隙間
内を通過する間に、金属素材５はその内周にねじ
れ歯を有するヘリカルインターナルギアに塑性加
工されることになる。
即ち、金属素材５が下部マンドレル１６のアプ
ローチ部１６１ａを通過する時、金属素材５の内
周部は、円から徐々に完全なねじれ歯形に流動変
形され、そして製品形状部１６１ｂとこれに対向
するダイ３の素材外径拡大部３２間を通過した
時、素材内周部には、第５図に示すように完全な
ねじれ歯２１ａが形成されると共に、その外径２
１ｂは外径拡大部３２によつて所定の径に形成さ
れたヘリカルインターナルギア２１が成形される
ことになる。このヘリカルインターナルギア２１
は受台２０内に落下する。
ここで、パンチ１７により上方から順次押し込
まれる金属素材５が下部マンドレル１６の歯部１
６１のアプローチ部１６１ａとこれに対向するダ
イ３の素材外径拡大部３２間を通過する時、金属
素材５の外周部はアプローチ部１６１ａの上端か
ら下端方向へ行くにしたがい不完全歯形から完全
歯形へと流動変形されると同時に、この歯変形過
程における実質的な素材５の内径拡大量に伴う流
動材料は、アプローチ部１６１ａの傾斜と逆の拡
径傾斜となる素材外径拡大部３２によつて吸収さ
れ、金属素材５がマンドレル４の軸方向に流動伸
展されるのを防止する。
即ち、金属素材５の外周部が円からねじれ歯に
流動変形されることによる金属素材５の水平面で
の断面積の減少を、金属素材５の外径側を拘束す
るダイ３の外径拡大部３２の径寸法を傾斜アプロ
ーチ部１６１ａの断面形状変化に応じて拡径変化
させることにより吸収し、金型内における素材流
動変形域の全体にわたり素材５の水平面での断面
積を一定に保持する。
第６図は金型内のヘリカルインターナルギア成
形過程における各部水平面での断面積が一定であ
ることを示す説明図である。
第６図Ａは第３図のＡ−Ａ線に沿う面での
金属素材５の断面を示し、第６図Ｂは第３図の
Ｂ−Ｂ線に沿う面での変形途中の素材断面であ
り、また、第６図Ｃは第３図のＣ−Ｃ線に沿
う面での完成品の断面を示す。
この各図から明らかなようにダイ３の縮径部３
１で縮径された素材５の断面積SAと、変形途中
の素材断面積SB及び完成歯車の断面積ＳとはSA
＝SB＝Ｓとなる。但し、それぞれの外径φDA，
φDB，φDCの間は、φDC＞φDB＞φDAの関係にあ
る。
従つて、素材５の軸方向への材料伸展が防止さ
れ、しかも下部マンドレル１６のアプローチ部１
６１ａから完全な歯形を成形する製品形状部１６
１ｂへの途中でも素材内周に成形された不完全歯
形のリードとこれに接する下部マンドレル歯形部
のリード間にギヤツプが発生することがない。さ
らに素材内周に成形された歯形部の進行方向とこ
れに対応する下部マンドレル１６の歯部とのリー
ド誤差もなくなり、素材内周には完全なねじれ歯
が形成されることになる。
また、パンチ１７により押し込まれる金属素材
５が下部マンドレル１６の歯部１６１を流動変形
しながら通過する時、歯部１６１のねじれ角によ
つて下部マンドレル１６との間に相対的な回転力
が生じる。即ち、下部マンドレル１６が固定状態
にあると考えると、１個の金属素材５が押込みに
よつて下部マンドレル１６の歯部１６１に差しか
かれば、素材全体が歯部１６１のねじれリードに
よつて回転されざるを得ない。この状態では素材
の大半がコンテナ２中にあるから、もしダイ３と
コンテナ２及び上下マンドレル１３と１６が一体
であつたり、ダイ３とコンテナ２及び上下マンド
レル１３と１６間の回転方向運動が制約されてい
ると、コンテナ２及び上部マンドレル１３と素材
間の摩擦抵抗に打ち勝つて素材が回転しなければ
ならない。この時、素材５の一部は下部マンドレ
ル１６のアプローチ部１６１ａに差しかかつたの
みであるため、素材５の回転によつてアプローチ
部１６１ａに極端な応力を発生させ、素材５を不
必要に変形させるか、あるいは下部マンドレルの
歯部１６１を破損させる結果となる。
しかるに、本実施例にあつては、コンテナ２、
ダイ３、マンドレル４及びパンチ１７には互いに
回転可能に支持されているから、上述する問題が
全く発生することがなく、精度の高いヘリカルイ
ンターナルギアを塑性加工することができるので
ある。
また、下部マンドレル１６のねじれ歯成形用歯
部１６１のアプローチ部１６１ａを第４図の〜
に示すような素材の押出方向に上り勾配で傾斜
する断面形状にすることにより、素材へのねじれ
歯の成形を無理なく高精度になし得るほか、型加
工が簡単になり歯部１６１の剛性を高めることが
でき、型寿命も向上し得る。
なお、第３図のように受台２０の中央部に落下
したヘリカルインターナルギア２１は、ダイ３と
マンドレル１６が上昇したとき、受台２０との〓
間から適宜のワーク取出具（例えば、電磁石付き
アーム）で取り出される。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、中心孔を有する
金属素材が挿入される外径拘束用コンテナ、及び
その下方に連なるダイを円周方向に相対回転可能
に配置すると共に、コンテナとダイ内の中心軸線
上に互いに円周方向に相対回転可能に連結した上
部及び下部マンドレルを配置し、金属素材をパン
チによりマンドレルとコンテナ及びダイ間の隙間
内に順次押し込むことによりヘリカルインターナ
ルギアを成形する金型であつて、下部マンドレル
の外周面にその外周面から素材押出方向に行くに
したがいヘリカルインターナルギア歯形に変化す
るアプローチ部及びこれに連設する完全なヘリカ
ルインターナルギア歯形の製品形状部を形成し、
さらにダイには金属素材を縮径してヘリカルイン
ターナルギア成形に必要な断面積を設定する縮径
部を形成すると共に、下部マンドレルのアプロー
チ部に対向して素材内周部がアプローチ部により
次第にヘリカルインターナルギア歯形に流動変形
される過程での実質的内径拡大量があつても素材
の水平面断面積が一定となるように素材外径を拡
大変形させる外径拡大部を形成し、かつ上記下部
マンドレルの製品形状部に対向して成形品の外径
を正視寸法に設定する外径成形部を形成したもの
であるから、リードギヤツプの発生及びこれによ
るダイ歯部と素材との焼付き、かじり等の発生を
防止できると共にヘリカルインターナルギアの工
業的量産が容易となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係るヘリカルインターナルギ
ア塑性加工装置の一例を示す断面図、第２図はそ
の要部の拡大断面図である。第３図は金属素材を
金型内に押し込んでヘリカルインターナルギアを
押出加工する状態を示す断面図である。第４図は
下部マンドレル歯部のアプローチ部の変化状態を
示す説明図である。第５図は成形されたヘリカル
インターナルギアの断面図である。第６図Ａ〜Ｃ
は本発明の実施例における素材の流動変形過程の
水平断面積状態を示す説明図である。 〔主要な部分の符号の説明〕、１……金型、２
……コンテナ、２ａ……素材拘束用の挿入孔、３
……ダイ、３１……縮径部、３２……外径拡径
部、４……マンドレル、１３……上部マンドレ
ル、１６……下部マンドレル、１６１……ヘリカ
ルインターナルギア歯形成形用の歯部、１６１ａ
……アプローチ部、１６１ｂ……製品形状部、１
７……パンチ、１８……スライダ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 中心孔を有する金属素材が挿入される外形拘
    束用コンテナと、このコンテナの下方に位置して
    円周方向に相対回転可能に配置されたダイと、上
    記コンテナ内に挿入される前記金属素材の中心孔
    に嵌合し上記コンテナ内の中心軸線上に配置した
    上部マンドレルと、この上部マンドレルの下端に
    円周方向に回転可能に連結されていると共に上記
    ダイ内の中心軸線上に配置された下部マンドレル
    と、上記上下マンドレルと上記コンテナ及びダイ
    間の〓間内に上記金属素材を順次押し込むパンチ
    を備え、上記下部マンドレルの外周壁には、その
    上端部外周面から素材押出方向に行くにしたがい
    ヘリカルインターナルギア歯形に変化するアプロ
    ーチ部及びこれに連設するヘリカルインターナル
    ギア歯形の製品形状部を形成し、上記下部マンド
    レルの上記アプローチ部の始端と対向する上記ダ
    イの内周面には金属素材を縮径してヘリカルイン
    ターナルギア成形に必要な断面積を設定する縮径
    部を形成すると共に、上記下部マンドレルのアプ
    ローチ部に対向して素材外周部がアプローチ部に
    より次第にヘリカルインターナルギア歯形に流動
    変形される過程での実質的内径拡大量があつても
    素材の水平面断面積が一定となるように素材外径
    を拡大変形させる外径拡大部を形成し、さらに上
    記下部マンドレルの製品形状部に対向して成形品
    の外径を正規寸法に設定する外径成形部を形成し
    たことを特徴とするヘリカルインターナルギアの
    塑性加工装置。
JP62330926A 1987-12-26 1987-12-26 ヘリカルインターナルギアの塑性加工装置 Granted JPH01170544A (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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