CN101367108B - 锻造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锻造方法。该方法使用配备固定模、导向件和冲头的模锻装置，所述固定模用于固定条形原材料，所述导向件具有用于插入原材料并以防止翘曲状态保持原材料的插入通道，所述冲头用于沿原材料的轴向挤压插入导向件的插入通道并被该插入通道保持的原材料，将固定到所述固定模且其预定的直径扩大部分突出的原材料的该预定的直径扩大部分插入所述导向件的插入通道，然后，在暴露于导向件与固定模之间的原材料的暴露部分的周向表面的一部分被限制或者原材料的暴露部分的整个周向表面未被限制的状态下通过移动所述冲头而利用该冲头挤压原材料的同时，通过沿与冲头的移动方向相反的方向移动所述导向件对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工。

Description

锻造方法
本申请为申请号为200480026129.4的、申请日为2004年7月30日的、发明名称为“锻造方法、锻造产品以及锻造装置”的申请的分案申请。
本申请要求享有于2003年7月31日提交的日本专利申请No.2003-284440、于2003年8月6日提交的美国临时申请No.60/492,735以及于2004年7月26日提交的日本专利申请No.2004-216903的优先权，所述申请的全部内容通过引用结合在此。
相关申请的参照
本申请是根据35U.S.C.§111(a)提交的申请，并根据35U.S.C.§119(e)(1)要求享有根据35U.S.C.§111(b)于2003年8月6日提交的美国临时申请No.60/492,735的优先权日。
技术领域
本发明涉及锻造方法、锻造产品以及锻造装置。更具体地，本发明涉及例如用于通过对条形原材料的指定部分进行模锻加工而在该原材料的指定部分内形成直径扩大部分的锻造方法，通过该锻造方法获得的锻造产品以及用于执行该锻造方法的锻造装置。
背景技术
通常，模锻是用于通过沿原材料的轴向挤压原材料而在原材料的指定部分形成直径扩大部分的加工。在模锻加工中，如果原材料在模锻加工过程中翘曲(buckle)，则所得产品的形状变差(起皱或叠痕)，使产品的价值降低。为了防止发生这种翘曲，常规地，已知下面的模锻方法(见日本未审查的公开专利出版物No.S48-62646，第1-2页，图1-4)。
在该方法中，将压模配合在阴模的成形凹陷部分内，并经由在压膜内形成的贯穿孔将原材料插入成形凹陷部分内。然后，将阳模插入贯穿孔内以用力朝成形凹陷部分挤压原材料，从而在向后移动压模的同时利用原材料填充成形凹陷部分，以得到具有指定形状的产品。
根据上述常规加工方法，在加工期间被压入阴模的成形凹陷部分内的原材料的周向表面被阴模限制。因此，该常规加工方法可归类为限制模锻方法。然而，这种限制模锻方法具有通常需要较高成形压力的缺点。因此，在该常规加工方法中，需要制备能够产生较高成形压力的锻造装置，导致采用这种锻造装置的成本较高。此外，由于在模锻加工时将向阴模的成形凹陷部分施加较大的负荷，导致阴模的寿命变短。
此处对其它出版物中所公开的各种特征、实施例、方法及装置的优点和缺点的说明决不会限制本发明。实际上，本发明的某些特征能够克服某些缺陷，同时仍保留一些或全部文中公开的特征、实施例、方法及装置。
发明内容
已鉴于相关技术中的上述和/或其它问题开发了本发明的优选实施例。本发明的优选实施例可显著改进现有方法和/或装置。
除了其它可能的优点之外，一些实施例可提供能够在较低成形压力下执行模锻加工并且可防止发生有时可能在模锻加工期间产生的原材料翘曲的锻造方法。
除了其它可能的优点之外，一些实施例可提供通过该锻造方法得到的锻造产品和优选地用于执行该锻造方法的锻造装置。
本发明提供以下方法及装置。
[1]一种使用配备用于固定条形原材料的固定模、具有用于插入原材料并以防止翘曲状态保持原材料的插入通道的导向件、以及用于沿原材料的轴向挤压插入导向件的插入通道并被该插入通道保持的原材料的冲头的模锻装置的锻造方法，
其中，将固定到固定模且其预定的直径扩大部分突出的原材料的该预定的直径扩大部分插入导向件的插入通道，
然后，在暴露于导向件与固定模之间的原材料的暴露部分的周向表面的一部分被限制或者原材料的暴露部分的整个周向表面未被限制的状态下通过移动冲头而利用该冲头挤压原材料的同时，通过沿与冲头的移动方向相反的方向移动导向件对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工，使得原材料的暴露部分的长度变为与原材料的暴露部分的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小长度。
[2]项[1]中所述的锻造方法，其中，在冲头开始移动之前在导向件与固定件模之间设置具有一定距离的初始间隙，所述距离设定为与暴露于导向件与固定模之间的原材料的暴露部分的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小长度。
[3]项[2]中所述的锻造方法，其中，在冲头开始移动与导向件开始移动之间设置时间间隔。
[4]项[3]中所述的锻造方法，其中，所述时间间隔设定为使得在冲头开始移动之前暴露于初始间隙的范围内的原材料的暴露部分的体积与在该时间间隔期间在初始间隙的范围内将增加的原材料的增加体积的总体积不会超过在将通过模锻加工形成的原材料的直径扩大部分的预定形状内存在于初始间隙的范围内的原材料的体积。
[5]一种使用配备用于固定条形原材料的固定模、具有用于插入原材料并以防止翘曲状态保持原材料的插入通道的导向件、以及用于沿原材料的轴向挤压插入导向件的插入通道并被该插入通道保持的原材料的冲头的模锻装置的锻造方法，
其中，将固定到固定模且其预定的直径扩大部分突出的原材料的该预定的直径扩大部分插入导向件的插入通道，
然后，在暴露于导向件与固定模之间的原材料的暴露部分的周向表面的一部分被限制或者原材料的暴露部分的整个周向表面未被限制的状态下通过移动冲头而利用该冲头挤压原材料的同时，通过沿与冲头的移动方向相反的方向移动导向件对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工，
在设定如下参数的情况下：
“P”是从冲头开始移动时起冲头的平均移动速度；
“G”是从导向件开始移动时起导向件的平均速度；
“X0”是与在模锻加工之前原材料的横截面面积对应的翘曲限制长度；
“X1”是与在模锻加工之后原材料的直径扩大部分的横截面面积对应的翘曲限制长度；
“X”是导向件与固定模之间的初始间隙(0≦X≦X0)；
“t0”是从冲头开始移动到导向件开始移动的时间间隔(0≦t0)；
“L”是在模锻加工之后原材料的直径扩大部分的长度；
“I0”是直径扩大部分所需的处于模锻加工之前状态的原材料的长度；
“T”是从冲头开始移动时起的模锻加工时间，
如果t0<T，
则“G”满足以下关系式：
(L-X)/[(I0-L)/P-t0]≦G≦P(X1-X)/(I0-X1-Pt0)。
[6]项[5]中所述的锻造方法，其中，原材料的预定的直径扩大部分是原材料的端部。
[7]项[5]中所述的锻造方法，其中，原材料的预定的直径扩大部分是原材料的轴向中央部分。
[8]项[5]中所述的锻造方法，其中，原材料的预定的直径扩大部分是原材料的一个端部及其另一个端部，将固定到固定模且其一个端部和另一个端部突出的原材料的所述一个端部和另一个端部插入对应导向件的插入通道，并对所述一个端部和另一个端部同时进行模锻加工。
[9]项[1]至[8]中任一项所述的锻造方法，其中，导向件的前端表面在插入通道一侧的边缘部分和/或在固定模内形成的原材料固定和装配孔的开口边缘部分被斜切。
[10]项[1]至[9]中任一项所述的锻造方法，其中，在用具有成形凹陷部分的限制模部分限制原材料的周向表面的一部分的同时对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工，然后通过设置在所述限制模部分的第二冲头挤压原材料的直径扩大部分，以通过使该直径扩大部分在限制模部分的成形凹陷部分内塑性变形而用该直径扩大部分的材料填充该成形凹陷部分。
[11]项[10]中所述的锻造方法，其中，所述固定模设置有从限制模部分的成形凹陷部分延续的飞边(flash)成形凹陷部分，并且通过使直径扩大部分在限制模部分的成形凹陷部分内塑性变形而将该直径扩大部分的材料填入该成形凹陷部分和所述飞边成形凹陷部分。
[12]项[10]中所述的锻造方法，其中，所述成形凹陷部分是封闭的凹陷部分。
[13]通过项[1]至[12]中任一项所述的锻造方法获得的锻造产品。
[14]一种包括模锻装置的锻造装置，其中，所述模锻装置包括：
用于固定条形原材料的固定模；
具有用于插入原材料并以防止翘曲状态保持原材料的插入通道的导向件；
用于沿原材料的轴向挤压插入导向件的插入通道并被该插入通道保持的原材料的冲头，以及
导向件驱动装置，该导向件驱动装置用于沿与冲头的移动方向相反的方向移动导向件，使得暴露于导向件与固定模之间的原材料的暴露部分的长度变为与原材料的暴露部分的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小长度。
[15]项[14]中所述的锻造装置，其中，所述模锻装置在原材料的暴露部分的周向表面的一部分被限制或者原材料的暴露部分的整个周向表面未被限制的状态下执行模锻加工。
[16]项[14]或[15]中所述的锻造装置，其中，所述模锻装置还包括用于限制原材料的暴露部分的周向表面的一部分的限制模部分。
[17]项[16]中所述的锻造装置，其中，所述限制模部分设置有用于挤压通过模锻装置形成的原材料的直径扩大部分的第二冲头和成形凹陷部分，通过用所述第二冲头挤压所述直径扩大部分而将该直径扩大部分的材料填入所述成形凹陷部分。
[18]项[17]中所述的锻造装置，其中，所述固定模设置有从所述限制模部分的成形凹陷部分延续的飞边成形凹陷部分。
[19]项[17]中所述的锻造装置，其中，所述成形凹陷部分是封闭的凹陷部分。
在项[1]中所述的发明中，在暴露于导向件与固定模之间的原材料的暴露部分的周向表面的一部分被限制或者原材料的暴露部分的整个周向表面未被限制的状态下，对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工。即，根据项[1]中所述的发明的锻造方法的模锻方法可归类为自由模锻方法或部分受限模锻方法。从而，在项[1]中所述的发明中，可在较低的成形压力下对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工。在具体的示例中，根据项[1]中所述的锻造方法，成形压力可减小到大约为上述常规锻造方法的成形压力的1/4。此外，可对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工而不必使用模具，从而减小制造成本。
此外，由于在通过移动冲头而用该冲头挤压原材料的同时，通过沿与冲头的移动方向相反的方向移动导向件来对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工以使原材料的暴露部分的长度变为与原材料的暴露部分的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小长度，所以可防止原材料发生在模锻加工期间有时可能发生的翘曲。
在项[2]中所述的发明中，由于在导向件与固定模之间设置具有一定距离的初始间隙，所以可以防止在冲头开始移动之后不久(即，在模锻加工开始之后不久)暴露于导向件与固定模之间的初始间隙内的原材料的暴露部分发生翘曲的问题。此外，可缩短导向件的移动长度(冲程)。
在项[3]中所述的发明中，通过在冲头开始移动和导向件开始移动之间设置时间间隔，在冲头开始移动之后不久(即，在模锻加工开始之后不久)，暴露于导向件与固定模之间的初始间隙内的原材料的暴露部分的横截面面积增大。从而，可增大原材料的暴露部分的翘曲限制长度，这可确保防止发生翘曲。
在项[4]中所述的发明中，由于该时间间隔设定为使得在冲头开始移动之前暴露于初始间隙的范围内的原材料的暴露部分的体积与在时间间隔期间在该初始间隙的范围内将增加的原材料的增加体积的总体积不会超过在将通过模锻加工形成的原材料的直径扩大部分的预定形状内存在于初始间隙的范围内的原材料的体积，所以可确保原材料的预定的直径扩大部分的直径增大以形成预定形状。
在项[5]中所述的发明中，以与项[1]中所述的发明相同的方式，在暴露于导向件与固定模之间的原材料的暴露部分的周向表面的一部分被限制或者原材料的暴露部分的整个周向表面未被限制的状态下对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工。从而，在项[5]中所述的发明中，可在较小的成形压力下对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工。此外，可对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工而不必使用模具，从而减小制造成本。
此外，由于在t0<T的情况下从导向件开始移动时起导向件的平均移动速度G满足预定关系式，所以可以防止在冲头的移动结束时(即，在模锻加工结束时)在原材料的预定的直径扩大部分中残留直径未扩大的部分的问题，使得原材料的预定的直径扩大部分可以可靠地扩大。还可确保防止原材料发生在模锻加工期间有时可能发生的翘曲。
在项[6]中所述的发明中，由于原材料的预定的直径扩大部分是原材料的端部，所以原材料的端部的直径可扩大以形成预定的形状。
在项[7]中所述的发明中，由于原材料的预定的直径扩大部分是原材料的轴向中央部分，所以原材料的轴向中央部分的直径可扩大以形成预定的形状。
在项[8]中所述的发明中，由于对原材料的一个端部及其另一端部同时进行模锻加工，所以可提高模锻加工的加工效率。
在项[9]中所述的发明中，由于导向件的前端表面在插入通道一侧的边缘部分被斜切，所以在模锻加工时导向件可有效地接收来自原材料的暴露部分的背压。结果，在用于沿特定方向移动导向件的导向件驱动装置中，可减小移动导向件所需的驱动力。从而，可通过具有较小驱动力的导向件驱动装置移动导向件。此外，由于固定模的原材料固定和装配孔的开口边缘部分被斜切，所以可防止例如有时在后加工期间会产生的叠痕的问题。
在项[10]中所述的发明中，通过在用具有成形凹陷部分的限制模部分限制原材料的周向表面的一部分的同时对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工，可得到预定设计形状的锻造产品的预型件。然后，通过在限制模部分设置的第二冲头挤压原材料的预定的直径扩大部分，从而通过使该直径扩大部分在该限制模部分的成形凹陷部分内塑性变形而用该直径扩大部分的材料填充该成形凹陷部分，可得到预定设计形状的锻造产品或其形状接近预定设计形状的锻造产品(具有飞边的锻造产品)。
因此，在项[10]中所述的发明中，可得到预定设计形状的锻造产品或其形状接近预定设计形状的锻造产品，而不需要在对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻操作之后从固定模上取下原材料或重新安装模具。因此，可减小模具或步骤的数量，使得制造成本降低。
在项[11]中所述的发明中，由于直径扩大部分的材料填入成形凹陷部分和飞边成形凹陷部分，所以可在较小的成形压力下进行原材料的直径扩大部分的成形，这继而可延长成形凹陷部分的寿命。此外，在这种情况下，可得到作为其形状接近预定设计形状的锻造产品的预型件，从而可大大增加产量。
在项[12]中所述的发明中，由于成形凹陷部分是封闭的凹陷部分，所以可通过使原材料的直径扩大部分在该成形凹陷部分内塑性变形从而用该直径扩大部分的材料填充该成形凹陷部分而得到预定设计形状的锻造产品。因此，在项[12]中所述的发明中，不需要除去飞边，从而可减小加工步骤并提高产品产量。
在项[13]中所述的发明中，可以以低成本提供高品质的锻造产品。
在项[14]中所述的发明中，由于锻造装置包括配备固定模、导向件、冲头和导向件驱动装置的模锻装置，所以可优选地使用该装置执行上述锻
    造方法。
在项[15]中所述的发明中，锻造装置的模锻装置在原材料的暴露部分的周向表面的一部分被限制或者原材料的暴露部分的整个周向表面未被限制的状态下执行模锻加工，通过使用包括该模锻装置的锻造装置，可以可靠地执行本发明的上述锻造方法。
在项[16]中所述的发明中，由于模锻装置还配备特定的限制模部分，通过使用包括该模锻装置的锻造装置，可以更可靠地执行本发明的上述锻造方法。
在项[17]中所述的发明中，由于模锻装置的限制模部分设置有特定的第二冲头和特定的成形凹陷部分，通过使用包括该模锻装置的锻造装置，可以可靠地执行项[10]中所述的本发明的锻造方法。
在项[18]中所述的发明中，由于固定模设置有从限制模部分的成形凹陷部分延续的飞边成形凹陷部分，通过使用包括该模锻装置的锻造装置，可以可靠地执行项[11]中所述的本发明的锻造方法。
在项[19]中所述的发明中，由于成形凹陷部分是封闭的部分，通过使用包括该模锻装置的锻造装置，可以可靠地执行项[12]中所述的本发明的锻造方法。
本发明的效果可总结如下。
根据项[1]中所述的发明，可在较低的成形压力下对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工。此外，可对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工而不必使用模具，从而减小制造成本。此外，可防止原材料发生在模锻加工期间有时可能发生的翘曲。因此，根据项[1]中所述的发明，可以以低成本获得高品质的锻造产品。
根据项[2]中所述的发明，可以防止在冲头开始移动之后不久(即，在模锻加工开始之后不久)原材料的暴露部分发生翘曲的问题。此外，可减小导向件的移动长度(冲程)。
根据项[3]中所述的发明，可以在冲头开始移动之后不久增大原材料的暴露部分的翘曲限制长度，从而可确保防止发生翘曲。
根据项[4]中所述的发明，可确保将原材料的预定的直径扩大部分扩大成预定形状。
根据项[5]中所述的发明，可在较低的成形压力下对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工。此外，可确保原材料的预定的直径扩大部分扩大成预定形状，并且还可确保防止原材料发生在模锻加工期间有时可能发生的翘曲。
根据项[6]中所述的发明，可将原材料的端部扩大成预定的形状。
根据项[7]中所述的发明，可将原材料的轴向中央部分扩大成预定的形状。
根据项[8]中所述的发明，可提高模锻加工的工作效率。
根据项[9]中所述的发明，由于导向件的前端表面在插入通道一侧的边缘部分被斜切，所以在模锻加工时导向件可有效地接收来自原材料的暴露部分的背压。结果，在用于沿特定方向移动导向件的导向件驱动装置中，可减小移动导向件所需的驱动力。从而，可通过具有较小驱动力的导向件驱动装置移动导向件。此外，由于固定模的原材料固定和装配孔的开口边缘部分被斜切，所以可防止例如有时在后加工期间会产生的叠痕的问题。
根据项[10]中所述的发明，可得到预定设计形状的锻造产品或其形状接近预定设计形状的锻造产品，而不需要在对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻操作之后从固定模上取下原材料或重新安装模具。因此，可减小模具或步骤的数量，使得制造成本降低。
根据项[11]中所述的发明，可在较小的成形压力下进行原材料的直径扩大部分的成形，这继而可延长成形凹陷部分的寿命。此外，在这种情况下，可得到作为其形状接近预定设计形状的锻造产品的预型件，从而可大大增加产量。
根据项[12]中所述的发明，不需要除去飞边，从而可减少加工步骤并提高产品产量。
根据项[13]中所述的发明，可以以低成本提供高品质的锻造产品。
根据项[14]中所述的发明，可优选地使用该装置执行上述锻造方法。
根据项[15]中所述的发明，可提供一种能够可靠地执行本发明的上述锻造方法的锻造装置。
根据项[16]中所述的发明，可提供一种能够更可靠地执行本发明的上述锻造方法的锻造装置。
根据项[17]中所述的发明，可提供一种能够可靠地执行项[10]中所述的本发明的锻造方法的锻造装置。
根据项[18]中所述的发明，可提供一种能够可靠地执行项[11]中所述的本发明的锻造方法的锻造装置。
根据项[19]中所述的发明，可提供一种能够可靠地执行项[12]中所述的本发明的锻造方法的锻造装置。
从下文结合附图的说明中可进一步理解各个实施例的上述和/或其它方面、特征和/或优点。各个实施例在可应用时可包括和/或排除不同方面、特征和/或优点。另外，各种实施例在可应用时可包括其它实施例的一个或多个方面或特征。对特定实施例的方面、特征和/或优点的说明不应被认为限制其它实施例或权利要求。
附图说明
附图中作为示例而不是限制示出本发明的优选实施例，其中：
图1是示出在通过根据本发明的第一实施例的锻造装置对原材料的端部进行模锻之前的状态的示意图；
图2是沿图1中的线A-A的横截面视图；
图3是示出在通过锻造装置对原材料的端部进行模锻加工之后的状态的示意图；
图4是沿图3中的线B-B的横截面视图；
图5是示出通过根据本发明的第二实施例的锻造装置制造的锻造产品的示意图；
图6是示出该锻造装置的分解视图；
图7是示出在通过锻造装置对原材料的两个端部进行模锻之前的状态的示意图；
图8A是沿图7中的线C-C的横截面视图，图8B是沿图7中的线D-D的横截面视图，图8C是沿图7中的线E-E的横截面视图；
图9是示出在其中两个分开的固定模中的上部固定模被除去的状态下图7中所示的锻造装置的示意图；
图10是示出其中通过锻造装置对原材料的两个端部进行模锻加工的状态的示意图；
图11是示出其中通过锻造装置对原材料的两个端部进行模锻加工的另一个状态的示意图；
图12是示出在通过锻造装置对原材料的两个端部进行模锻之后的状态的示意图；
图13是示出在通过锻造装置挤压原材料的直径扩大部分之后的状态的示意图；
图14是根据本发明的第三实施例的锻造装置的分解示意图；
图15是与图13对应的示意图，示出通过锻造装置挤压原材料的直径扩大部分之后的状态；
图16是示出在通过根据第一实施例的锻造装置对原材料的轴向中央部分进行模锻之后的状态的示意图；
图17是沿图16中的线F-F的横截面视图；
图18A是示出在通过根据第二实施例的锻造装置对原材料的两个端部进行模锻加工之前的状态的示意图；
图18B是示出在通过根据第二实施例的锻造装置对原材料的两个端部进行模锻加工之后的状态的示意图；
图19是与图2对应的横截面视图，示出在通过根据第一实施例的锻造装置对原材料的端部进行模锻加工之前的状态。
具体实施方式
在下面的段落中，将作为示例而不是限制说明本发明的一些优选实施例。基于此公开应理解，本领域内的技术人员可根据这些所示的实施例做出各种其它的修改。
图1至4是示出使用根据本发明的第一实施例的锻造装置的锻造方法的示意图。在图1中，附图标记“1A”指示第一实施例的锻造装置，“5”指示原材料。
如图1和2中所示，原材料5是具有圆形横截面形状的直的条形件。原材料5的横截面面积沿其轴向是恒定的。原材料5由铝或铝合金制成。在第一实施例中，直径将被扩大的原材料5的预定的直径扩大部分6是其一个端部(在图1和2中为上端部)。在模锻加工之后，如图3和4中所示，原材料5的这一端部的整个周向的直径将扩大。详细地，原材料5的这一端部将扩大成球形。在这些附图中，附图标记“7”指示通过锻造加工形成的原材料5的直径扩大部分。
在本发明中，原材料5的横截面形状并不局限于圆形，而可以是例如多边形或椭圆形。原材料5的材料并不局限于铝或其合金，而可以是例如诸如铜的金属或塑料。具体地，锻造方法和锻造装置可优选地应用于其中原材料的材料为铝或其合金的情况。
锻造装置1A具有模锻装置2。该模锻装置2配备固定模10、导向件20、导向件驱动装置40以及冲头30。模锻装置2是自由模锻装置，从而没有配备用于在模锻加工期间形成原材料5的直径扩大部分7的模具。
固定模10用于固定原材料5，即，用于固定原材料5以便在模锻加工期间原材料不会沿轴向移动。固定模10具有原材料固定和装配孔12，原材料5被不可移动地装配在该孔中。在该第一实施例中，原材料5的一端突出，通过将原材料5的另一端(图1中的下端)装配在原材料固定和装配孔12内而固定原材料5。
导向件20具有用于以防止翘曲状态保持原材料的插入通道22。即，导向件20保持插入该插入通道22中的原材料5，从而防止原材料5翘曲。插入通道22形成为沿导向件20的轴向以贯穿的方式通过该导向件20。插入通道22的直径被设定为其尺寸使得能够以配合和可滑动的方式插入原材料5。在第一实施例中，导向件20是空心柱状件，而导向件20的插入通道22是插孔。
如图2中所示，导向件20的前端表面在插入通道22一侧的边缘部分绕其整个周边被斜切，从而该边缘部分的横截面形状形成为圆形。在图2中，附图标记“23”指示在边缘部分处形成的斜切部分。
冲头30用于沿轴向挤压(施加压力)以防止原材料5翘曲的方式保持在导向件20的插入通道22内的原材料5。在图2中，箭头50示出在利用冲头30挤压原材料5时冲头30的移动方向。
此外，模锻装置2配备用于向冲头30施加压力的挤压装置(未示出)。该挤压装置连接到冲头30，从而通过静压(例如油压、气压)等向冲头30施加压力。此外，该挤压装置配备用于控制冲头30的移动速度即冲头30对原材料5的挤压速度的控制装置(未示出)。
导向件驱动装置40是用于使导向件20沿与冲头移动方向50相反的方向移动的装置，并且连接到导向件20。在图2中，箭头51示出被导向件驱动装置40移动的导向件20的移动方向。导向件驱动装置40通过静压(例如油压、气压)、电动机、弹簧等(未示出)向导向件20施加驱动力。此外，导向件驱动装置40配备用于控制导向件20的移动速度的控制装置(未示出)。
下面，将如下说明使用根据第一实施例的锻造装置1A的锻造方法。
最初，如图1和2所示，通过在原材料5的一个端部(即，直径将扩大的端部)向上突出的状态下，将原材料5的下端部分装配在固定模10的原材料固定和装配孔12内，将原材料5固定到固定模10上。通过如上所述固定原材料5，原材料5变为在其轴向上不可移动。然后，将原材料5的这一端部插入导向件20的插入通道22，从而以防止原材料5翘曲的方式保持原材料5的这一端部。
此外，在导向件20与固定模10之间设置初始间隙X。初始间隙X的距离设定为在冲头30开始移动之前(即，在通过冲头30挤压原材料5之前)的状态下与暴露于导向件20与固定模10之间的原材料5的暴露部分8的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小长度。在本发明中，翘曲限制长度指示针对冲头挤压力的翘曲限制长度。
然后，在暴露于导向件20与固定模10之间的原材料5的暴露部分8的整个周边未被限制的状态下，在通过移动冲头30而用冲头30沿轴向挤压原材料5的同时，通过导向件驱动装置40沿与冲头移动方向50相反的方向移动导向件20，使得原材料5的暴露部分8的长度变为与原材料5的暴露部分8的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小长度。此时，在第一实施例中，在冲头30开始移动与导向件20开始移动之间设定时间间隔。即，在通过冲头30挤压原材料5时，导向件20的位置固定，然后推进冲头30以沿轴向挤压原材料5。在经过该时间间隔之后，在通过冲头30挤压原材料5的同时，沿与冲头移动方向50相反的方向51移动导向件20。通过导向件驱动装置40控制导向件20的移动速度，使得原材料5的暴露部分8的长度变为与原材料5的暴露部分8的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小长度。
在本发明中，冲头30的移动速度可以是不变或可变的。同样，导向件20的移动速度可以是不变或可变的。
时间间隔设定为使得在冲头30开始移动之前暴露于初始间隙X的范围内的原材料5的暴露部分8的体积与在时间间隔期间在初始间隙X的范围内将增加的原材料5的增加体积的总体积不会超过在将通过模锻形成的原材料5的直径扩大部分7的指定形状(见图4)内存在于初始间隙X的范围内的原材料5的体积(即，直径扩大部分7的交叉影线部分Z的体积)。
时间间隔t0表示为t0＝V0/(SP)，其中“V0”是在时间间隔t0期间在初始间隙“X”的范围内将增加的原材料5的增加体积，“P”是从开始移动时起冲头30的平均移动速度，“S”是在模锻之前原材料5的横截面面积。
根据冲头30和导向件20的移动，原材料5的所述一个端部的直径逐渐增大。如图3和4所示，当冲头30的前端已到达导向件20的前端位置时，原材料5的这一个端部的直径增加成预定的形状，并且对原材料5的这一个端部的模锻加工完成。然后，从固定模10取下原材料5。从而可得到预定的锻造产品。
在第一实施例中，在暴露于导向件20与固定模10之间的原材料5的暴露部分8的整个周向未被限制的情况下，对原材料5的一个端部进行模锻加工。因此，该模锻方法被归类为自由模锻方法。从而，可在较低的成形压力下对原材料5的这一个端部进行模锻加工。
此外，在该模锻方法中，可执行模锻加工而不使用用于使原材料5的一个端部形成预定形状的昂贵的模具，从而可减小制造成本。
此外，在通过沿与冲头移动方向50相反的方向51移动导向件20来挤压原材料5的同时执行对原材料5的这一个端部的模锻加工，从而原材料5的暴露部分8的长度变为与原材料5的暴露部分8的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小长度。因此，可防止原材料5发生有时可能因冲头30作用在原材料5上的挤压力而发生翘曲。
此外，在导向件20与固定模10之间设置具有预定距离的初始间隙X。因此，可防止在冲头30开始移动之后不久暴露于导向件20与固定模10之间的初始间隙X的范围内的原材料5的暴露部分8的翘曲，还可缩短导向件20的移动长度(冲程)。
此外，从冲头30开始移动到导向件20开始移动的时间间隔被设定为使得在冲头30开始移动之前暴露于初始间隙X的范围内的原材料5的暴露部分8的体积与在该时间间隔期间在初始间隙X的范围内将增加的原材料5的增加体积的总体积不会超过在将通过模锻形成的原材料5的直径扩大部分7的指定形状内存在于初始间隙X的范围内的原材料5的体积。因此，可确保原材料5的所述一个端部的直径增大以形成预定形状。
因此，在根据第一实施例的锻造方法中，可以低成本获得高品质的锻造产品(模锻产品)。
此外，由于导向件20的前端表面在插入通道20一侧的边缘部分被斜切，所以在模锻时导向件20可有效地接收来自原材料5的暴露部分8的背压。因此，在用于移动导向件20的导向件驱动装置40中，可减小移动导向件20所需的驱动力，从而可利用具有较小驱动力的导向件驱动装置40移动导向件20。
接下来，将说明用于该实施例的锻造方法的优选加工条件。在下面的说明中，P、G、X0、X1、X、t0以及T的指示如下：
“P”是从开始移动时起冲头30的平均移动速度；
“G”是从开始移动时起导向件20的平均移动速度；
“X0”是与在模锻加工之前原材料5的横截面面积对应的翘曲限制长度；
“X1”是与在模锻加工之后原材料5的直径扩大部分7的横截面面积对应的翘曲限制长度；
“X”是导向件20与固定模10之间的初始间隙(0≦X≦X0)；
“t0”是从冲头30开始移动到导向件20开始移动的时间间隔(0≦t0)；
“L”是在模锻加工之后原材料5的直径扩大部分7的长度；
“I0”是直径扩大部分7所需的在模锻加工之前的原材料5的长度；
“T”是从冲头30开始移动时的模锻加工时间。
在该实施例的锻造方法中，如果t0<T，则优选地“G”满足以下关系式：
(L-X)/[(I0-L)/P-t0]≦G≦P(X1-X)/(I0-X1-Pt0)  (i)
当“G”满足上述关系式(i)时，可防止出现当冲头30的移动完成时(即，当模锻加工完成时)在原材料5的一端仍存在直径未被扩大的部分的问题，这继而可确保原材料5的这一个端部的直径被扩大以形成预定形状。还可以确保防止原材料发生在模锻加工期间有时可能发生的翘曲。
下面将说明设定G满足上述关系式的原因。
<“G”的下限>
如果在冲头30的移动完成时导向件20的前端位于低于冲头30的前端的位置的部位，则在原材料5的所述一个端部会残留未被加工的部分。在这种情况下，原材料5的这一个端部的直径不能扩大成预定形状。为了解决这种问题，在冲头30的移动完成时导向件20的前端的位置与冲头30的前端的位置必须相互一致。即，在“G”的下限，冲头30从I0的高度位置移动到“L”的高度位置所需的时间(I0-L)/P必须等于由于导向件20的移动而使导向件20与固定模10之间的距离从X变为L所需的时间。因此，“G”需要满足以下关系式：
(L-X)/[(I0-L)/P-t0]≦G      (i-a)
<“G”的上限>
“G”的上限条件是当导向件20的前端位置和冲头30的前端位置相互一致时，原材料5的暴露部分8的长度是与原材料5的暴露部分8的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小长度。
当导向件20的前端位置和冲头30的前端位置一致时，满足以下等式(i-b)。
I0-PT＝X+G(T-t0)       (i-b)
由上述等式(i-b)，T可由以下等式(i--c)表示。
T＝[I0-X+Gt0]/(G+P)　　(i-c)
此外，为了防止原材料5发生翘曲，要求当导向件20的前端与冲头30的前端一致时原材料5的暴露部分8的长度X+G(T-t0)是与在模锻加工完成时(即，在冲头30的移动完成时)原材料5的直径扩大部分7的横截面面积对应的翘曲限制长度X1或更小长度。因此，满足以下方程式(i-d)。
X+G(T-t0)≦X1　　　　　　　(i-d)
通过将上述等式(i-c)代入上述不等式(i-d)，可得到以下关系式(i-e)。
G≦P(X1-X)/(I0-X1-Pt0)　　　(i-e)
从上述不等式(i-a)和(i-e)，可得到上述关系式(i)。
在上述关系式(i)中，如果“G”小于下限，则会产生在冲头30的移动完成时(即，在模锻加工完成时)原材料5的所述一个端部的一部分的直径保持未扩大的问题。结果，原材料5的这一端部的直径不能扩大成预定形状。相反，如果“G”超过上限，则会出现在模锻加工时原材料5的暴露部分8翘曲的问题。因此，优选地“G”满足上述关系式(i)。
在0≦T≦t0的情况下，G为0(G＝0)。
在本发明中，尤其优选地，时间间隔t0大于0，0<t0。原因如下。即，在0<t0的情况下，在冲头30开始移动之后不久(即，在模锻加工开始之后不久)，暴露于导向件20与固定模10之间的初始间隙X的范围内的原材料5的暴露部分8的直径增大。这使原材料5的暴露部分8的翘曲限制长度增大，从而可确保防止发生翘曲。
然而，在本发明中，不必设定时间间隔t0，换句话说，时间间隔t0可以为0，即，t0＝0。
此外，在本发明中，如果在模锻加工之后原材料5的直径扩大部分7的横截面沿其轴向不恒定，则优选地，采用考虑到直径扩大部分7的形状的横截面面积作为在模锻加工完成时原材料5的直径扩大部分7的横截面面积。例如，优选地使用直径扩大部分7的平均横截面直径。除了上述之外，可使用直径扩大部分7的最小或最大横截面面积。
图5至13是示出用于说明使用根据本发明的第二实施例的锻造装置的锻造方法的示意图。在图6中，附图标记“1B”指示第二实施例的锻造装置，“5”指示原材料。在图5中，附图标记“3”指示通过锻造装置1B制造的锻造产品。
如图6中所示，原材料5是与上述第一实施例中的原材料类似的直的条形件。原材料5的横截面为正方形。在该原材料5中，原材料5的预定的直径扩大部分6是原材料5的一个端部及其另一个端部。在图9中，“I0”指示直径扩大部分7所需的未模锻的原材料5的长度。原材料5的其它结构与第一实施例中相同。
锻造产品3是将用作如图5中所示的扳手(扳钳)(具体地，双头扳手(扳钳))，并且是通过分别将原材料5的一个端部及其另一个端部扩大成具有指定厚度的扁平形的直径扩大部分7然后对每个直径扩大部分7进行二次锻造加工制造的。即，该锻造产品3是在两端具有直径扩大部分7和7的条形产品。在锻造产品3的一个端部形成的直径扩大部分7和在另一个端部形成的直径扩大部分7的大小不同。
如图6中所示，在锻造装置1B中，固定模10具有原材料固定和装配凹入部分12，原材料5以固定的方式装配在该部分内。此外，固定模10由在沿原材料固定和装配凹入部分12的长度分割该部分的分割面分开的多个分开的模构成。在第二实施例中，固定模10被分成上部固定模11和下部固定模11。这两个固定模11和11的结构相同。
在图9至13中，为了说明，省略了固定模11和11中的上部固定模11。
在固定模10中，原材料5的轴向中央部分装配在原材料固定和装配凹入部分12内，原材料5的两端部沿相反方向突出。在原材料5装配在原材料固定和装配凹入部分12内的状态下，对原材料5的一个端部及其另一个端部同时进行模锻加工，将原材料5固定到固定模10以便不会在模锻加工时沿轴向移动。在固定模10的一个端部及其另一个端部，分别一体地形成限制模部分15。稍后将说明限制模部分15的结构。
锻造装置1B配备用于模锻两个部分，即原材料5的一个端部及其另一个端部的两个导向件20和20以及两个冲头30和30。
如图6所示，每个导向件20具有用于以防止翘曲状态保持原材料5的通道22。在第二实施例中，导向件20由在插入通道22的两侧相距一定间隔地设置的一对导向元件21和21构成。
导向件20的前端表面的边缘部分在通道22一侧被斜切，从而该边缘部分为圆形。在第二实施例中，导向件20的整个前缘表面形成凹面。在图6中，附图标记“23”指示被斜切部分。导向件20的其它结构与第一实施例中相同。
每个导向件20均连接有导向件驱动装置40。导向件驱动装置40的结构与上述第一实施例中的结构相同。
每个冲头30均连接有用于向冲头30施加挤压力的挤压装置(未示出)。冲头30的结构以及挤压装置的结构与上述第一实施例中的结构相同。
如图6和9中所示，构成固定模10的上部固定模和下部固定模11和11的限制模部分15和15用于限制暴露于导向件20与固定模10之间的原材料5的暴露部分8的周边的一部分。在该第二实施例中，限制模部分15通过与暴露部分8的厚度方向的侧面相接触来限制暴露部分8。
限制模部分15具有成形凹陷部分17。在该第二实施例中，成形凹陷部分17的成形表面的一部分(更具体地，成形凹陷部分17的侧表面)构成限制模部分15的限制作用表面。该成形凹陷部分17被封闭，即限制模部分15的成形凹陷部分17不具有飞边成形凹陷部分。
此外，如图6中所示，每个限制模部分15具有第二冲头装配孔16。第二冲头32装配在该第二冲头装配孔16内。在第二冲头32装配在装配孔16内的状态下，第二冲头32的前端表面与限制模部分15的限制作用表面平齐。第二冲头32朝成形凹陷部分17移动以挤压原材料5的直径扩大部分7(见图13)。通过第二冲头32对原材料5的直径扩大部分7的挤压使得利用直径扩大部分7的材料填充成形凹陷部分17。用于向第二冲头32施加挤压力的第二挤压装置(未示出)连接到第二冲头32。该第二挤压装置可被例如流体压力(油压或气压)驱动以向第二冲头32施加挤压力。
在图9至13中，为了说明，右侧第二冲头32示出为其位置向上移动。
下面，将说明使用第二实施例的锻造装置1B的锻造方法。
如图7至9所示，将原材料5的轴向中央部分装在固定模10的原材料固定和装配凹入部分12内，并将原材料5固定到固定模10使其作为预定的直径扩大部分6的两个端部突出。分别将原材料5的一个端部及其另一个端部插入导向件20的各个对应的通道22内，从而以防止翘曲状态保持原材料的一个端部及其另一个端部。在该状态下，第二冲头32的前端表面与限制模部分15的限制作用表面平齐(见图8C)。
然后，如图9中所示，在导向件20与固定模10之间设置初始间隙X。以与上述第一实施例中相同的方式，该初始间隙X的距离(范围)被设定为在冲头30开始移动(即，开始通过冲头30挤压原材料5)之前的状态下与暴露于导向件20与固定模10之间的原材料5的暴露部分8的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小长度。
然后，在原材料5的暴露部分8的周边的一部分被限制模部分15限制在导向件20与固定模10之间的状态下，在通过同时移动两个冲头30和30而用冲头30沿轴向挤压原材料5的同时，使两个导向件20和20沿与对应的冲头移动方向50相反的方向51移动，使得原材料5的暴露部分8的长度变成与原材料5的暴露部分8的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小。此时，在每个冲头30开始移动与每个导向件20开始移动之间设定时间间隔。具体地，在开始通过冲头30挤压原材料5时，每个导向件20的位置固定，然后通过移动冲头30用各个冲头30沿轴向挤压原材料5。这使得暴露于导向件20与固定模10之间(即，在初始间隙X的范围内)的原材料5的暴露部分8的直径扩大。
在经过该时间间隔之后，在利用各个冲头30连续挤压原材料5的同时，沿与冲头移动方向50相反的方向51移动各个导向件20。在移动导向件20的情况下，通过导向件驱动装置40控制各个导向件20的移动速度使得原材料5的暴露部分8的长度变为与原材料5的暴露部分8的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小长度。
时间间隔设定为使得在冲头30开始移动之前(即，在模锻加工之前)暴露于初始间隙X的范围内的原材料5的暴露部分8的体积与在该时间间隔期间在初始间隙X的范围内将增加的原材料5的增加体积的总体积不会超过在将通过模锻加工形成的原材料5的直径扩大部分7的指定形状(见图12)内存在于初始间隙X的范围内的原材料5的体积。
根据冲头30以及导向件20和20的移动，如图11中所示，原材料5的一个端部及其另一个端部的直径同时逐渐扩大。如图12中所示，当每个冲头30的前端已达到对应导向件20的前端位置时，原材料5的一个端部及其另一个端部的直径同时扩大以分别形成预定的基本为圆盘的形状(直径扩大部分7)，从而对原材料5的一个端部及其另一个端部的模锻加工完成。附图标记“L”指示在模锻加工之后原材料5的直径扩大部分7的长度。图12中所示的所得的原材料5是图5中所示的预定设计形状的锻造产品3的预型件。
然后，如图13中所示，利用两个第二冲头32和32沿厚度方向同时挤压原材料5的两个直径扩大部分7和7，从而通过分别使直径扩大部分7在成形凹陷部分17内变形，分别用直径扩大部分7的材料填充成形凹陷部分17。每个第二冲头32还用作成形突出部分。因此，通过用第二冲头32挤压直径扩大部分7，在直径扩大部分7沿厚度方向的两个表面的每一个上形成对应于第二冲头32的凹陷部分9。在第二实施例中，凹陷部分9形成为沿厚度方向贯穿直径扩大部分7。
通过上述加工，制造出图5中所示的预定设计形状的锻造产品3。
第二实施例的锻造方法除了具有第一实施例的优点之外还具有以下优点。
由于同时对原材料5的一个端部及其另一各端部进行模锻加工，所以可提高模锻加工的加工效率。
此外，可得到预定设计形状的锻造产品3，而无需在对原材料5的一个端部以及另一个端部进行模锻加工之后从固定模10上除去原材料5或安装另一个模具。因此，可减少模具或加工步骤的数量，使得制造成本降低。
此外，由于成形凹陷部分17被封闭，所以不需要在成形加工完成之后执行飞边去除加工。因此，可进一步减少加工步骤，并可提高产品产量。
在第二实施例的锻造方法中，以与上述第一实施例中相同的方式，在t0<T的情况下，优选地导向件20的平均移动速度G满足上述关系式(i)。
在本发明中，不必设定时间间隔t0，换句话说，时间间隔可以为0，即，t0＝0。
图14和15是用于说明使用根据本发明的第三实施例的锻造装置的锻造方法的示意图。在图14中，附图标记“1C”指示第三实施例的锻造装置，“5”指示原材料。
第三实施例的锻造装置1C是用于制造图5中所示的锻造产品3的装置。在该锻造装置1C中，在固定模10及限制模部分15中，设置从成形凹陷部分17延续的飞边成形凹陷部分18。即，成形凹陷部分17是半封闭的(半密封的)。锻造装置1C的其它结构与第二实施例的结构相同。
在图15中，为了说明，省去构成固定模10的上部固定模11和下部固定模12中的上部固定模11。此外，在该图中，第二冲头32示出为移动到右上侧。
在锻造装置1C中，如图15中所示，在同时对原材料5的一个端部及其另一个端部进行模锻加工之后，用两个第二冲头32和32同时挤压原材料5的两个直径扩大部分7和7，从而通过使直径扩大部分7和7在对应的成形凹陷部分17内塑性变形，用直径扩大部分7和7的材料填充成形凹陷部分17和17以及飞边成形凹陷部分18。因此，可制造具有飞边4的锻造产品作为其形状接近预定设计形状的锻造产品。然后，通过除去飞边4，可得到图5中所示的预定设计形状的锻造产品3。
根据第三实施例的锻造方法，由于通过用第二冲头32和32挤压原材料5的直径扩大部分7而使原材料5的直径扩大部分7的材料填入成形凹陷部分17和17以及飞边成形凹陷部分18，可在较低的成形压力下执行对原材料5的直径扩大部分7的加工。此外，可减小在加工时施加在成形凹陷部分17的负荷，从而延长成形凹陷部分17的寿命。
在第三实施例的锻造方法中，以与上述第一实施例中相同的方式，在t0<T的情况下，优选地导向件20的平均移动速度G满足上述关系式(i)。
图16和17示出在通过根据第一实施例的锻造装置1A对原材料5的轴向中央部分执行模锻加工之后的状态。原材料5的预定的直径扩大部分6是原材料5的轴向中央部分。在这种情况下，如下所述进行锻造方法。
首先，将原材料5的下端部分装在固定模10的原材料固定和装配孔12内，从而将原材料5固定到固定模10，且从原材料5的轴向中央部分(预定的直径扩大部分6)到其上端的区域向上突出。然后，将从原材料5的轴向中央部分(预定的直径扩大部分6)到其上端的区域插入导向件20的插入通道22，从而以防止翘曲的方式通过导向件20保持原材料5的轴向中央部分。
然后，在导向件20与固定模10之间形成初始间隙X(见图1和2)。以与第一实施例中相同的方式，该间隙X被设定为在冲头30开始移动(即，通过冲头30挤压原材料5)之前的状态下与暴露于导向件20与固定模10之间的原材料5的暴露部分8的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小长度。
然后，在暴露于导向件20与固定模10之间的原材料5的暴露部分8的整个周边未被限制的状态下，在通过移动冲头30沿轴向利用冲头30挤压原材料5的同时，利用导向件驱动装置40沿与冲头移动方向相反的方向移动导向件20，使得原材料5的暴露部分8的长度变为与原材料5的暴露部分8的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小长度。此时，在冲头30开始移动与导向件20开始移动之间设定时间间隔。
根据冲头30和导向件20的移动，原材料5的一个端部的直径逐渐增大。如图16和17中所示，当冲头30的前端已达到预定的高度位置时，原材料5的轴向中央部分的直径扩大以形成预定的纺锤形(直径扩大部分7)。从而，对原材料5的轴向中央部分的模锻加工完成。通过从固定模10上取下原材料5，可得到希望的锻造产品。
在该实施例的锻造方法中，以与上述第一实施例中相同的方式，在t0<T的情况下，优选地导向件20的平均移动速度G满足上述关系式(i)。
尽管已说明了本发明的多个优选实施例，但是应指出，本发明并不局限于这些实施例。
例如，在本发明中，可在将原材料5加热到预定温度或不加热的情况下，对原材料5的预定的直径扩大部分6进行模锻加工。换句话说，本发明的锻造方法可以是热锻方法或冷锻方法。
此外，如果在锻造产品的两端部形成直径扩大部分7和7，则所述直径扩大部分的形状可以相同或不同，大小可以相同或不同。
在本发明中，如果原材料5的预定的直径扩大部分6是原材料5的端部(即一个端部或另一个端部)，并且通过对该预定的直径扩大部分6进行模锻加工而在原材料5的端部形成直径扩大部分7来获得锻造产品3，则如图18B所示，可在锻造产品3的端部形成直径扩大部分7并在锻造产品3的该端部处形成的直径扩大部分7之外的部分残留未被模锻的部分5a，或者直径扩大部分7可形成为在锻造产品3的端部没有残留未被模锻的部分。
根据前者的锻造产品3，如果对锻造产品3的预定部分例如直径扩大部分7进行后加工，则可通过卡盘(未示出)卡住未被模锻的部分5a，使得容易进行后加工。
另一方面，根据后者的锻造产品3，由于在锻造产品3的端部没有残留未被模锻的部分，所以不必对未被模锻的部分进行加工，从而减少制造步骤。
此外，在本发明中，如图19中所示，原材料固定和装配孔12的开口边缘部分可以被斜切。附图标记“13”指示在该开口边缘部分形成的斜切部分。在该图中，对开口边缘部分的整个周边进行了斜切加工，从而开口边缘部分的横截面形状为圆形。
在本发明中，锻造产品3并不局限于条形产品。
此外，通过本发明的锻造方法获得的锻造产品3并不局限于上述实施例中所示的那些，还可以是例如用于汽车中的臂状件、轴件或连杆，或用于压缩机中的双头活塞。
在通过本发明的锻造方法获得的锻造产品3是汽车臂状件(例如悬架臂或发动机支承件)的情况下，可如下限定本发明的锻造方法。
即，用于制造汽车臂状件的锻造方法的特征在于，该方法使用配备用于固定条形原材料的固定模、具有用于插入原材料并以防止翘曲状态保持原材料的插入通道的导向件、以及用于沿原材料的轴向挤压插入导向件的插入通道并被该插入通道保持的原材料的冲头的模锻装置，
其中固定到固定模且其预定的直径扩大部分突出的原材料的该预定的直径扩大部分插入导向件的插入通道，
然后，在暴露于导向件与固定模之间的原材料的暴露部分的周向表面的一部分被限制或者原材料的暴露部分的整个周向表面未被限制的状态下通过移动冲头而使用该冲头挤压原材料的同时，通过沿与冲头的移动方向相反的方向移动导向件对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工，使得原材料的暴露部分的长度变为与原材料的暴露部分的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小长度。
在这种情况下，原材料的预定的直径扩大部分可以是例如用于形成将连接到另一部件的联接部的预定部分。该联接部具有例如衬套将安装于其上的衬套安装部分。该衬套安装部分例如可以是圆柱形。
在通过本发明的锻造方法获得的锻造产品3是汽车轴件(例如传动轴)的情况下，可如下限定本发明的锻造方法。
即，用于制造用于汽车中的轴件的锻造方法的特征在于，该锻造方法使用配备用于固定条形原材料的固定模、具有用于插入原材料并以防止翘曲状态保持原材料的插入通道的导向件、以及用于沿原材料的轴向挤压插入导向件的插入通道并被该插入通道保持的原材料的冲头的模锻装置，
其中固定到固定模且其预定的直径扩大部分突出的原材料的该预定的直径扩大部分插入导向件的插入通道，
然后，在暴露于导向件与固定模之间的原材料的暴露部分的周向表面的一部分被限制或者原材料的暴露部分的整个周向表面未被限制的状态下通过移动冲头而使用该冲头挤压原材料的同时，通过沿与冲头的移动方向相反的方向移动导向件对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工，使得原材料的暴露部分的长度变为与原材料的暴露部分的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小长度。
在这种情况下，原材料的预定的直径扩大部分可以是例如用于形成将连接到另一部件的联接部的预定部分。
在通过本发明的锻造方法获得的锻造产品3是汽车连杆的情况下，可如下限定本发明的锻造方法。
即，用于制造用于汽车连杆的锻造方法的特征在于，该锻造方法使用配备用于固定条形原材料的固定模、具有用于插入原材料并以防止翘曲状态保持原材料的插入通道的导向件、以及用于沿原材料的轴向挤压插入导向件的插入通道并被该插入通道保持的原材料的冲头的模锻装置，
其中固定到固定模且其预定的直径扩大部分突出的原材料的该预定的直径扩大部分插入导向件的插入通道，
然后，在暴露于导向件与固定模之间的原材料的暴露部分的周向表面的一部分被限制或者原材料的暴露部分的整个周向表面未被限制的状态下，通过移动冲头而使用该冲头挤压原材料的同时，通过沿与冲头的移动方向相反的方向移动导向件对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工，使得原材料的暴露部分的长度变为与原材料的暴露部分的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小长度。
在这种情况下，原材料的预定的直径扩大部分将是例如用于形成将连接到另一部件(例如曲柄、活塞)的联接部的预定部分。
在通过本发明的锻造方法获得的锻造产品3是双头活塞的情况下，可如下限定本发明的锻造方法。
即，制造用于压缩机中的双头活塞的锻造方法的特征在于，该方法使用配备用于固定条形原材料的固定模、具有用于插入原材料并以防止翘曲状态保持原材料的插入通道的导向件、以及用于沿原材料的轴向挤压插入导向件的插入通道并被该插入通道保持的原材料的冲头的模锻装置，
其中固定到固定模且其预定的直径扩大部分突出的原材料的该预定的直径扩大部分插入导向件的插入通道，
然后，在暴露于导向件与固定模之间的原材料的暴露部分的周向表面的一部分被限制或者原材料的暴露部分的整个周向表面未被限制的状态下通过移动冲头而使用该冲头挤压原材料的同时，通过沿与冲头的移动方向相反的方向移动导向件对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工，使得原材料的暴露部分的长度变为与原材料的暴露部分的横截面面积对应的翘曲限制长度或更小长度。
在这种情况下，原材料的预定的直径扩大部分可以是例如用于形成双头活塞的头部的预定部分。
示例
<示例1>
制备横截面为圆形且直径为18mm的条形原材料5(材料：铝合金)。将原材料5加热到350℃，并根据第一实施例的锻造方法对原材料5的一个端部(预定的直径扩大部分6)进行模锻加工。通过该模锻加工，在原材料5的这一个端部形成纺锤形的直径扩大部分7。该直径扩大部分7的平均直径为30mm，长度L为60mm。表1中示出该锻造方法中采用的加工条件。导向件20的平均移动速度G满足上述关系式(i)。
在表1中，“V0”指示在时间间隔t0期间在初始间隙X的范围内增加的原材料5的增加体积。“S”指示在模锻加工之前原材料5的横截面面积。因此，时间间隔t0可表示为t0＝V0/(SP)。
<比较示例1>
以与示例1中相同的方式，制备横截面为圆形且直径为18mm的条形原材料5(材料：铝合金)。此外，以与示例1中相同的方式，根据第一实施例的锻造方法对原材料5的一个端部(预定的直径扩大部分6)进行模锻加工，使得纺锤形的直径扩大部分7变为该直径扩大部分7的平均直径为30mm并且长度L为60mm。在这种情况下，导向件20的平均移动速度G超过上述关系式(i)的上限。其它条件与示例1中相同。表1中示出该锻造方法应用的加工条件。
<示例2>
制备横截面为四边形且边长为10mm的条形原材料5(材料：铝合金)。将原材料5加热到350℃，在通过限制模部分15保持原材料5的一个端部(预定的直径扩大部分6)沿厚度方向的侧表面的同时，根据第二实施例的锻造方法对原材料5的这一个端部进行模锻加工。通过该模锻加工，在原材料5的这一个端部形成扁平的直径扩大部分7。该直径扩大部分7的厚度为10mm，平均宽度为18mm，长度L为62mm。表1中示出该锻造方法中采用的加工条件。导向件20的平均移动速度G满足上述关系式(i)。
<比较示例2>
以与示例2中相同的方式，制备横截面为四边形且边长为10mm的条形原材料5(材料：铝合金)。此外，以与示例2中相同的方式，对原材料5的一个端部(预定的直径扩大部分6)进行模锻加工，使得直径扩大部分7的平均宽度变为18mm而长度L变为62mm。在这种情况下，导向件20的平均移动速度G超过上述关系式(i)的上限。其它条件与示例2中相同。表1中示出该锻造方法中应用的加工条件。
<示例3>
制备横截面为四边形且边长为10mm的条形原材料5(材料：铝合金)。将原材料5加热到350℃，在通过限制模部分15保持原材料5的一个端部(预定的直径扩大部分6)沿厚度方向的侧表面的同时，根据第二实施例的锻造方法对原材料5的这一个端部进行模锻加工。通过该模锻加工，在原材料5的这一个端部形成扁平的直径扩大部分7。采用的限制模部分15具有封闭的成形凹陷部分17。表1中示出该锻造方法中采用的加工条件。导向件20的平均移动速度G满足上述关系式(i)。
然后，通过第二冲头32挤压原材料5的直径扩大部分7，从而通过使直径扩大部分7在成形凹陷部分17内塑性变形，用直径扩大部分7的材料填充成形凹陷部分17。通过该锻造方法，得到无飞边，即具有预定设计形状的锻造产品。在该锻造产品中，没有观察到诸如起皱或不足(lack)的加工缺陷。
<示例4>
制备横截面为四边形且边长为10mm的条形原材料5(材料：铝合金)。将原材料5加热到350℃，在通过限制模部分15保持原材料5的一个端部(预定的直径扩大部分6)沿厚度方向的侧表面的同时，根据第二实施例的锻造方法对原材料5的这一个端部进行模锻加工。通过该模锻加工，在原材料5的这一个端部形成扁平的直径扩大部分7。采用的限制模部分15的成形凹陷部分17具有从成形凹陷部分17延续的飞边成形凹陷部分18。表1中示出该锻造方法中采用的加工条件。导向件20的平均移动速度G满足上述关系式(i)。
然后，通过第二冲头32挤压原材料5的直径扩大部分7，从而通过使直径扩大部分7在成形凹陷部分17内塑性变形，用直径扩大部分7的材料填充成形凹陷部分17和飞边成形凹陷部分18。通过该锻造方法，得到形状与预定设计形状类似的具有飞边的锻造产品。
在上述示例1-4以及比较示例1和2的锻造方法中，观察原材料5是否翘曲。其结果在表1中示出。
如表1中所示，当导向件的平均移动速度G满足上述关系式(i)时(即，
Figure G2008102151636D00311
示例1至4)，没有发生翘曲，从而得到高品质的锻造产品。
<示例5>
制备横截面为圆形且直径为20mm的条形原材料5(材料：铝合金)。在导向件20的前端表面位于插入通道22一侧的边缘部分，执行直径R＝5mm的斜切加工。通过使用该导向件20，在将原材料5加热到350℃的情况下，根据第一实施例的锻造方法对原材料5的一个端部(预定的直径扩大部分6)进行模锻加工。在该锻造方法中，移动导向件20所需的驱动力为1.02MPa(4吨)。
<示例6>
以与示例5中相同的方式，制备横截面为圆形且直径为20mm的条形原材料5。另一方面，在导向件20的前端表面位于插入通道22一侧的边缘部分，没有进行斜切加工。通过使用该导向件20，在与示例5中相同的加工条件下，对原材料5的一个端部(预定的直径扩大部分6)进行模锻加工。在该锻造方法中，移动导向件20所需的驱动力为1.274MPa(5吨)。
从示例5的锻造方法中与示例6的锻造方法中移动导向件20所需的驱动力之间的比较可以理解，在示例5的锻造方法中，可用比示例6的锻造方法中的驱动力小的驱动力移动导向件20。
<示例7>
为了制造用于汽车中的直的条形臂状件，制备横截面为四边形且边长为10mm的条形原材料5(材料：铝合金)。将原材料5加热到350℃，在通过限制模部分15仅限制原材料5的一个端部(预定的直径扩大部分6)沿厚度方向的侧表面并通过限制模部分15仅限制原材料5的另一个端部(预定的直径扩大部分6)沿厚度方向的侧表面的同时，根据第二实施例的锻造方法对原材料5的这一个端部及其另一端部同时进行模锻加工。通过该模锻加工，在原材料5的这一个端部及其另一个端部分别形成扁平的直径扩大部分7。采用的限制模部分15的成形凹陷部分17具有封闭的成形凹陷部分17。导向件20的平均移动速度G满足上述关系式(i)。
然后，通过第二冲头32挤压原材料5的每个直径扩大部分7的中央部位，从而通过使每个直径扩大部分7在对应的成形凹陷部分17内塑性变形，用直径扩大部分7的材料填充成形凹陷部分17。通过在直径扩大部分7的中央部位用第二冲头32挤压直径扩大部分7，形成用于安装衬套的衬套安装孔，并且直径扩大部分7形成为圆筒形。该圆筒形直径扩大部分将用作具有用于安装衬套的衬套安装部分的联接部。这样，通过该锻造方法，可得到预定设计形状的直的条形臂状件，在该臂状件的两个端部一体地形成圆筒形联接部，每个联接部具有用于安装衬套的衬套安装部分。在该臂状件中，没有发现诸如起皱或不足的加工缺陷。
<示例8>
为了制造用于汽车中的轴件，制备横截面为圆形且直径为20mm的条形原材料5(材料：铝合金)。将原材料5加热到350℃，在通过限制模部分15仅限制原材料5的一个端部(预定的直径扩大部分6)沿厚度方向的侧表面并通过限制模部分15仅限制原材料5的另一个端部(预定的直径扩大部分6)沿厚度方向的侧表面的同时，根据第二实施例的锻造方法对原材料5的这一个端部及其另一端部同时进行模锻加工。通过该模锻加工，在原材料5的这一个端部及其另一个端部分别形成扁平的直径扩大部分7。采用的限制模部分15的成形凹陷部分17具有封闭的成形凹陷部分17。导向件20的平均移动速度G满足上述关系式(i)。
然后，通过第二冲头32挤压原材料5的每个直径扩大部分7的一部分，从而通过使每个直径扩大部分7在对应的成形凹陷部分17内塑性变形，用直径扩大部分7的材料填充成形凹陷部分17。通过该锻造方法，得到预定设计形状的轴件，在该轴件的两个端部一体地形成将连接到另一个部件的联接部。在该轴件中，没有发现诸如起皱或不足的加工缺陷。
<示例9>
为了制造用于汽车中的连杆，制备横截面为四边形且边长为10mm的条形原材料5(材料：铝合金)。将原材料5加热到350℃，在通过限制模部分15仅限制原材料5的一个端部(预定的直径扩大部分6)沿厚度方向的侧表面并通过限制模部分15仅限制原材料5的另一个端部(预定的直径扩大部分6)沿厚度方向的侧表面的同时，根据第二实施例的锻造方法对原材料5的这一个端部及其另一端部同时进行模锻加工。通过该模锻加工，在原材料5的这一个端部及其另一个端部分别形成扁平的直径扩大部分7。采用的限制模部分15的成形凹陷部分17具有封闭的成形凹陷部分17。导向件20的平均移动速度G满足上述关系式(i)。
然后，通过第二冲头32挤压原材料5的每个直径扩大部分7的一部分，从而通过使每个直径扩大部分7在对应的成形凹陷部分17内塑性变形，用直径扩大部分7的材料填充成形凹陷部分17。通过在直径扩大部分7的中央部位用第二冲头32挤压直径扩大部分7，形成联接孔，并且直径扩大部分7形成为圆筒形。该圆筒形直径扩大部分将用作将连接到另一部件(例如曲柄或活塞)的联接部。即，通过该锻造方法，得到预定设计形状的连杆，在连杆的两个端部一体地形成将连接到另一部件的联接部。在该连杆中，没有发现诸如起皱或不足的加工缺陷。
<示例10>
为了制造用于压缩机中的双头活塞，制备横截面为圆形且直径为20mm的条形原材料5(材料：铝合金)。将原材料5加热到350℃，在通过限制模部分15仅限制原材料5的一个端部(预定的直径扩大部分6)沿厚度方向的侧表面并通过限制模部分15限制原材料5的另一个端部(预定的直径扩大部分6)沿厚度方向的侧表面的同时，根据第二实施例的锻造方法对原材料5的这一个端部及其另一端部同时进行模锻加工。通过该模锻加工，在原材料5的这一个端部及其另一个端部分别形成扁平的直径扩大部分7。采用的限制模部分15的成形凹陷部分17具有封闭的成形凹陷部分17。导向件20的平均移动速度G满足上述关系式(i)。通过该锻造方法，得到预定设计形状的双头活塞，在该双头活塞的两个端部一体地形成头部(即活塞主体)。在该双头活塞中，没有发现诸如起皱或不足的加工缺陷。
尽管本发明可表现为许多不同的形式，在文中说明了多个示例性实施例，但是应当理解，本公开应被认为是提供本发明的原理的示例，并且这种示例不会将本发明限制成文中所述和/或说明的优选实施例。
尽管文中已说明了本发明的说明性实施例，但是本发明并不局限于文中所述的各种优选实施例，本领域内的技术人员根据本公开应当理解，本发明包括具有等效件、变型、省略、组合(例如各种实施例中的方面的组合)、适应和/或修改的任何和所有实施例。权利要求中的特征应根据权利要求中使用的语言被广泛的解释，并不局限于本说明书中或在本申请审查期间所述的示例，所述示例不是排他的。例如，在本公开中，术语“优选”不是排他的而是指“优选地但不局限于”。在本公开中以及在本申请审查期间，仅针对这样的特定权利要求特征使用方法加功能或步骤加功能限制，即该特定权利要求特征中存在所有下面的条件：a)“所用装置”或“所用步骤”被清楚地描述；b)对应的功能被清楚地描述；以及c)结构、支持该结构的材料或行为(act)未被描述。在本公开中以及本申请审查期间，术语“本发明”或“发明”可用作对本公开内的一个或多个方面的参考。本发明或发明的语言不应被不正确地解释成关键的标识，不应被不正确地解释为在所有方面或实施例中应用(即，应理解本发明具有多个方面或实施例)，并且不应被不正确地解释为限制本申请或权利要求的范围。在本公开中以及本申请审查期间，术语“实施例”可用于说明任何方面、特征、过程或步骤、其任何组合和/或其任何部分等。在一些示例中，各个实施例可包括部分相同的特征。在本公开中以及本申请审查期间，可使用以下缩略术语：意思为“例如”的“e.g”，以及意思为“注意”的“NB”。
工业应用
根据本发明的锻造方法及锻造装置可优选地用于制造具有一个或多个直径较大的部分的部件，例如用于汽车中的臂状件、轴件、连杆或用于压缩机中的双头活塞。

Claims (8)

1.一种锻造方法，该锻造方法使用配备固定模、导向件和冲头的模锻装置，所述固定模用于固定条形原材料，所述导向件具有用于插入原材料并以防止翘曲状态保持原材料的插入通道，所述冲头用于沿原材料的轴向挤压插入导向件的插入通道并被该插入通道保持的原材料，
其中，将固定到所述固定模且其预定的直径扩大部分突出于所述固定模的原材料的该预定的直径扩大部分插入所述导向件的插入通道，
然后，在暴露于导向件与固定模之间的原材料的暴露部分的周向表面的一部分被限制或者原材料的暴露部分的整个周向表面未被限制的状态下通过移动所述冲头而利用该冲头挤压原材料的同时，通过沿与冲头的移动方向相反的方向移动所述导向件对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工，
在设定如下参数的情况下：
“P”是从冲头开始移动时起冲头的平均移动速度；
“G”是从导向件开始移动时起导向件的平均速度；
“X0”是与在模锻加工之前原材料的横截面面积对应的翘曲限制长度；
“X1”是与在模锻加工之后原材料的直径扩大部分的横截面面积对应的翘曲限制长度；
“X”是导向件与固定模之间的初始间隙(0≤X≤X0)；
“t0”是从冲头开始移动到导向件开始移动的时间间隔(0≤t0)；
“L”是在模锻加工之后原材料的直径扩大部分的长度；
“l0”是直径扩大部分所需的在模锻加工之前状态的原材料的长度；
“T”是从冲头开始移动时起的模锻加工时间，
如果t0＜T，
则“G”满足以下关系式：
(L-X)/[(l0-L)/P-t0]≤G≤P(X1-X)/(l0-X1-Pt0)。
2.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，原材料的预定的直径扩大部分是原材料的端部。
3.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，原材料的预定的直径扩大部分是原材料的轴向中央部分。
4.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，原材料的预定的直径扩大部分是原材料的一个端部及其另一个端部，将固定到固定模且其一个端部和另一个端部突出于所述固定模的原材料的所述一个端部和另一个端部插入对应导向件的插入通道，并对所述一个端部和另一个端部同时进行模锻加工。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的锻造方法，其特征在于，所述导向件的前端表面在插入通道一侧的边缘部分和/或在所述固定模内形成的原材料固定和装配孔的开口边缘部分被斜切。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的锻造方法，其特征在于，在用具有成形凹陷部分的限制模部分限制原材料的周向表面的一部分的同时对原材料的预定的直径扩大部分进行模锻加工，然后通过设置在所述限制模部分的第二冲头挤压原材料的直径扩大部分，以通过使该直径扩大部分在限制模部分的成形凹陷部分内塑性变形而用该直径扩大部分的材料填充该成形凹陷部分。
7.根据权利要求6所述的锻造方法，其特征在于，所述固定模设置有从限制模部分的成形凹陷部分延续的飞边成形凹陷部分，并且通过使直径扩大部分在限制模部分的成形凹陷部分内塑性变形而将该直径扩大部分的材料填入该成形凹陷部分和所述飞边成形凹陷部分。
8.根据权利要求6所述的锻造方法，其特征在于，所述成形凹陷部分是封闭的凹陷部分。
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