由金属板制成轴的成形方法 本发明涉及由金属板制成与金属板成为一体的轴的轴成形方法。
近年来，在金属板上设置轴时，是把由其他工序加工的轴通过铆接固定到金属板上或者通过点焊等设置在金属板上。
下面，对现有技术的在金属板上形成轴的方法进行说明。
图17是用现有技术的铆接固定方式在金属板上形成轴的方法的示意图。该方法中，在要设置轴11的金属板10上加工出孔，然后铆接固定经过其他工序加工的轴。图18是用现有技术的点焊方式在金属板上形成轴的方法的示意图。该方法通过点焊把经过其他工序加工的轴13固定到要设置轴13地金属板12上。
另外，日本特开平6-26737号公报揭示了一种形成轴部的成形方法，如图19所示，利用第一工具22从一面冲压板材21，在单面上形成孔，并在另一面上形成突出部24之后，让第二工具23的下表面23a从孔侧接触，通过挤压使受挤压部分的多余量朝突出部移动，使突出部24更加突出，再次用第一工具22推压，使突出部24的高度增加，由此形成轴部。
进一步，作为轴状物的成形方法，公知的有如图20所示的前方挤压加工法及图21所示的后方挤压加工法。
但是，在通过上述现有技术的铆接固定或点焊形成轴的方法中，由于是用其他工序加工轴之后，把轴固定到金属板上，因而带来了成本高的问题。另外，在铆接固定时，铆接压力会引起金属板变形，结果，很难得到金属板与轴的垂直度；而在点焊时，由于焊接面积小，不能得到充分的强度。
再者，在特开平6-26737号公报所记载的方法中，由于工具的挤压力始终作用在板材与突出部的边界部，很难保证突出部的高度，而且要得到突出部相对板材的垂直度或外径精度也是很困难的，并且还会带来加工工序数目繁多的问题。
还有，前方挤压加工、后方挤压加工的任一种情况都是通过对板材料进行加工形成轴状物的方法，因此，不能形成从平板上突出的一体的轴。
本发明就是为了解决上述现有技术所存在的问题而提出的，其目的是提供一种能在金属板的任一位置垂直地形成与该金属板为一体的轴成形方法。
本发明的由金属板制成轴的成形方法包括：通过对金属板压力加工而进行半冲压或前方挤压加工的第一工序；在由前述第一工序所得到的保持在冲模中的前述金属板的突出部上压入冲头，以与前述冲头压入的方向相反的方向对前述突出部进行后方挤压，由此使突出部伸长成轴状的第二工序。
另外，本发明的特征是，在数个位置处一起形成同一高度的轴。
本发明的另一特征是，将在第二工序中让突出部伸长形成轴的方向、与在另一工序中对金属板冲压的方向互为反向的方式进行顺序加工。
根据上述构成，通过对金属板进行压力加工，并进行前方挤压加工形成突出部后，用冲头、冲模对该突出部进行后方挤压加工而形成轴，因而，能在金属板的任意位置上，以最少的工序数目形成与金属板为一体的、能充分保证长度精度、外径精度及垂直度等的轴。
另外，通过在数个位置一起形成同一高度的轴，借助第二工序的后方挤压加工，使数个同一高度的轴伸长，这样，即使金属板从冲模表面向上浮起时，也能消除向上浮动量的参差不齐或金属板的倾斜。
进一步，由于在第二工序中，轴的伸长方向与另一工序中在金属板上进行冲压加工的方向互为反向，因此当顺序加工过程中对金属板进行后方挤压时，冲模面与金属板之间不会产生间隙，使其他工序中的冲压加工很容易进行。
图1是本发明一实施例的金属板制成的轴成形方法的第一工序前状态的示意图。
图2是表示在第一工序中形成突出部的状态的示意图。
图3是表示第二工序中的冲头、冲模及金属板的关系的示意图。
图4是表示第二工序结束后的状态的示意图。
图5(a)是表示突出部体积的示意图，(b)是表示轴的体积的示意图。
图6是表示冲头压入量与SPCC材料的偏移率关系的示意图。
图7是表示冲头压入量与高强度钢材料偏移率关系的示意图。
图8是表示金属板突出部的外径与冲模内径的关系的示意图。
图9是表示金属板突出部高度与冲模深度的关系的示意图。
图10是表示第一工序中的冲头与冲模尺寸关系的示意图。
图11是表示第一工序中的冲头压入量与突出部高度的关系的示意图。
图12是表示第二工序中的冲头与冲模尺寸关系的示意图。
图13是表示第二工序中的冲头压入量的示意图。
图14是表示加工结束后的轴尺寸的示意图。
图15(a)是表示顺序加工中的轴伸长方向与另一工序的冲压加工方向相同情况的说明图。
图15(b)是表示顺序加工中的轴伸长方向与另一工序的冲压加工方向相反的说明图。
图16是表示阶梯轴加工状态的示意图。
图17是表示用现有技术的铆接固定设置轴的方法的示意图。
图18是用现有技术的点焊设置轴的方法的示意图。
图19是表示公知例中现有技术的轴成形方法的示意图。
图20是前方挤压加工的说明图。
图21是后方挤压加工的说明图。
下文参照附图说明本发明的实施例。
在图1中，1是需要突出地设置轴的金属板。2是通过压力加工对金属板进行半冲压或进行前方挤压时所使用的冲头，该前方挤压即沿着与该冲头2移动方向相同的方向移动材料。3是通过压力加工与冲头2一起对金属板1进行半冲压或进行前方挤压时所使用的冲模。图2中所示的4是通过半冲压或前方挤压而得到的金属板1的突出部。图3中的5是把突出部4的材料朝后方挤压时所使用的冲头。6是与冲头5一起使用的把突出部4朝后方挤压时所使用的冲模。图4中的7是通过后方挤压而与金属板加工成一体的轴。
下文说明具有以上构成的、加工与金属板1成一体的轴的工序。首先，利用冲头2并通过压力加工对形成轴7所需体积的材料进行半冲压或前方挤压。接着，通过冲头5与冲模6压缩该经过半冲压或前方挤压的金属板1的突出部4，进行后方挤压，加工轴7。这时，由于突出部4的材料被转换成轴7，且轴7朝冲头5的移动方向伸长，因而，图4的金属板1处在从冲模6的上表面向上浮起的状态。
上述一连串的工序，首先在第一工序的前方挤压工序中，如图5(a)、(b)所示，必须通过前方挤压使形成轴所需体积的材料突出。该前方挤压加工利用与销直径相同的冲模，确定与销高度相符合的冲头直径和压入量。这时，当销的高度低时，由于加工后通过前方挤压而突出的体积少，所以可以让冲头与冲模的直径相同。这是因为所突出的体积与由冲头挤入的体积相同的缘故。若销轴比较高，由于突出的体积变多，则必须选用大于冲模直径的冲头。
但是，这时的冲头压入量不能是原来的突出量。一定会产生材料向其它方向的移动(下称偏移)。图6示出了t=1.2的SPCC材料的偏移量，图7示出了t=0.8的高强度钢材料的偏移量。冲模的直径为φ2。从图6可以清楚地看出，冲头直径大时，材料的偏移量也大。冲头的直径为φ4时，压入量的约一半材料向周围偏移。另外还可以看出，冲头直径相同时，压入量越大，材料的偏移越少。
根据这些数据，可确定销成形时所需要的冲头直径和压入量。
接着，把经过前方挤压所得到的材料的突出部4嵌入冲模6中，通过由冲头5挤压的后方挤压加工形成轴7。
这时，由于冲模6的直径必须与轴7的直径相同，所以，为了使材料的突出部4很容易地正好嵌入冲模6中，如图8所示，最好让材料突出部4的直径A小于冲模6的直径B。在最初的实验中，突出部分的直径比后方挤压的冲模直径小0.01。但是，在该设定中，由于进入冲模时要用力，所以顺序加工用模具是不合适的。在此后进行的实验中，制作使突出部分的直径比后方挤压的冲模直径小0.05mm的突出部分，结果突出部分可很顺利地进入冲模中。因此，在顺序加工用模具中形成销时，前方挤压的冲模直径设定在比轴直径小0.01mm到0.1mm比较合适，最好设定成小0.05mm。
作为该后方挤压时的头部，首先，为了让材料的移动顺利进行，必须把冲头的前端作成锥状。
另外，为了让金属板从冲模的上面向上浮起，不能用脱模板挤压材料。
进一步地，把金属板1的突出部4嵌入冲模6中时，如果冲模6上表面与金属板之间有间隙，由于轴的基部最终要形成台阶，所以如图9所示，冲模6的深度应比材料突出部分的高度深0.05～0.1mm。
作为具体例子，对于金属板1的板厚t=1.2的SPCC材料，可以进行直径φ1.99mm、高度3.4mm的加工。
这时，利用图10所示的前方挤压加工的冲头2的直径d2为φ3.0mm，冲模3的内径d3为φ1.94mm。另外，包括该前方挤压加工的结果所形成的突出部4在内的图11中的材料各部的尺寸是，冲头压入量h为1.0mm，突出部4的直径A为φ1.93mm、高度h4为1.87mm。
进一步地，在突出部4的后方挤压加工中，如图12所示，冲头5的直径d5为φ1.4mm，冲模6的内径d6为φ1.99mm，冲模6的深度h6为1.90mm。另外，如图13所示，冲头5的压入量h5为1.65mm。
以上结果所得到的图14所示的轴7各部分的尺寸是，板厚t为1.2mm、高度h7为3.367～3.432mm、直径d7为φ1.983～1.992mm。高度、直径的误差分别是0.07mm和0.01mm。另外，轴尖端的歪斜为0.00～0.05mm。
另外，使轴的高度变高的关键是通过前方挤压使大多材料突出和使销的侧壁壁厚变薄。下文示出该高度界限的确认结果。
使用t=1.2mm的SPCC材料，并用直径φ4mm的前方挤压的冲头。当用直径φ5mm的冲头时，材料的偏移量变多，突出部的基部发生材料的膨胀。另外在销的侧壁为0.1mm下进行实验，由于强度不够，从轴的基部发生折曲，所以该侧壁应做成0.2mm。其结果，销的高度成为5.95mm。
通过以上实施例，应把握下述各事项。
即是说，关于销的歪斜，在下述实验中，为了在40mm×40mm的平板上形成φ2mm的轴，虽然可做到无大的歪斜，但是在大材料的场合，由于后方挤压时材料上浮会引起向上的跳动(跳数上 がり)，所以要考虑销的歪斜。因此应把轴配置在数个位置，平衡良好地使材料向上跳动。
另外，在后方挤压工序中，后方挤压时，材料虽然向上跳动，但是，该跳动在轴的高度不同时，其向上跳动的量不同。因此，在后方挤压的同一工序中，只能形成同一高度的轴。再者，在该工序中不能进行其他加工(冲压、弯曲等)，且最好没有阻碍材料向上跳动的控制。
进一步，在顺序加工用模具中进行后方挤压加工工序时，可以限制轴的方向。如图15(a)所示，当形成向下的轴30时，由于材料31在上部向上跳动，因而冲模面32与材料31之间产生间隙，在另一工序33中进行冲压等加工时，材料31上最终会产生挠曲，相反，在形成向上的轴34时，如图15(b)所示，由于是向下挤压材料31的，所以冲模面32与材料31之间不产生间隙，在另一工序35中可以很容易地进行冲压加工等。
另外，通过对本实施例所形成的轴7进行后续加工，可以形成如图16所示的带阶梯40的轴。
上文所述的本发明，通过对金属板进行压力加工，并进行前方挤压加工形成突出部后，用冲头、冲模对该突出部进行后方挤压加工而形成轴，因而，能在金属板的任意位置上，以最少的工序数目形成与金属板为一体的、能充分保证长度精度、外径精度及垂直度等的轴。
另外，通过在数个位置形成同一高度的轴，借助第二工序的后方挤压加工使数个同一高度的轴伸长，这样，即使金属板从冲模表面向上浮起时，也能消除向上浮动量的参差不齐及金属板的倾斜。
进一步地，由于在第二工序中，轴的伸长方向与另一工序中在金属板上进行冲压加工的方向互为反向，因此当顺序加工过程中对金属板进行后方挤压时，冲模面与金属板之间不会产生间隙，使其他工序中的冲压加工很容易进行。