CN103998156A - 自由锻造方法以及锻造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供原料的把持部不需要较大的刚性、能够创建更加详细、复杂的扭转形状的自由锻造方法。本自由锻造方法中，由一对模具(2)在z方向上夹持具有长度方向(x方向)的原料(1)的一部分的被加工部(3)，对被加工部(3)的分割为四部分的区域(A、B、C、D)的第一区域(A、C)例如施加z正方向的力使之变形，并且相反地对第二区域(B、D)施加z负方向的力使之变形，从而对被加工部(3)赋予扭转。

Description

自由锻造方法以及锻造装置

技术领域

本发明涉及锻造的技术，尤其涉及进行对原料赋予扭转的加工的自由锻造方法。

背景技术

作为自由锻造方法的现有技术例，有日本特公平7-10408号公报(专利文献1)。专利文献1中，记载了“一种剖面变化长形物的锻造成形方法，其特征在于，在通过锻造成形剖面形状在长度方向上变化、剖面形状为上下左右非对称且整体具有扭转的长形物产品的方法中，使用对置的模具(55、56)，该模具(55、56)具有与在长形物产品的长度方向上分割为多个的各分区对应的模具形状，在长度方向上连续地按照各分区进行锻造，对于长形物产品的原料(11)的两端的限制而言，将长度方向设为x轴方向、将锻造加工方向设为y轴方向、并将与x轴方向以及y轴方向垂直的方向设为z轴方向，将一端侧限制于y轴方向、绕x轴方向、z轴方向，将另一端侧限制于y轴方向、z轴方向，上述一端侧的绕x轴的限制通过预先给予进行锻造的分区的相对于该一端侧的扭转角来进行”。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平7-10408号公报

发明内容

发明所要解决的课题

上述专利文献1中，记载了通过锻造成形整体具有扭转的长形物产品的方法、尤其是限制(把持)原料的两端而赋予扭转的方法。

(1)然而，这样的方法中，原料的两端的限制(把持)有制约。例如，需要把持原料(两端)的机构(把持部)，该机构为了对抗用于赋予扭转的原料的轴向(长度方向)的扭转力矩。并且，需要提高该机构(把持部)的刚性(把持力)，包括该机构(把持部)的设备(锻造装置)存在大型、高成本的情况(问题)。

(2)并且，上述专利文献1的方法中，能够加工的扭转形状有制约。这样的方法中，例如，在原料的长度方向的分区的由模具进行的加工对象部分(被加工部)与原料被把持的部分(被把持部)之间的部分(模具的非加工对象部分)中，也在原料的轴向上产生扭转力矩，从而有在该部分产生扭转的情况。即，能够加工的扭转形状有制约，无法整体上进行详细、复杂的扭转形状的设计、控制。

鉴于以上情况，本发明的主要的目的在于，关于进行对原料赋予扭转的加工的自由锻造方法，提供如下柔性的自由锻造方法，(1)能够缓和原料的两端的限制的制约，原料的把持部不需要较大的刚性，(2)能够缓和可加工的扭转形状的制约，能够创建更加详细、复杂的扭转形状。

用于解决课题的方案

为了实现上述目的，本发明的代表的形态是进行对原料赋予扭转的加工的锻造方法(自由锻造方法)等，其特征在于，具有以下所示的结构。

本锻造方法是如下自由锻造方法，即，以具有棒状、板状等任意的剖面形状的原料的长度方向上的任意部分(分区单位)为对象(被加工部)，使用一对模具(第一、第二模具)夹持被加工部并对其进行加压(按压)成形从而对被加工部赋予扭转。

将原料的长度方向设为x轴方向，将一对模具的加压方向设为z轴方向，将与x以及z正交的方向设为y轴方向。由zx平面和yz平面将原料的长度方向(x)的由一对模具加压的被加工部的区域分割为四部分，将x为正且y为正的区域(xy平面的第一象限)设为区域A，将x为负且y为正的区域(第二象限)设为区域B，将x为负且y为负的区域(第三象限)设为区域C，将x为正且y为负的区域(第四象限)设为区域D。将一方对角的区域A和C合在一起设为第一区域，将另一方对角的区域B和D合在一起设为第二区域。

本锻造方法中，例如，在进行原料所具有的一个被加工部的加工(锻造)时，一对模具(第一、第二模具)夹持被加工部，相对于原料的长度方向(x)分别以具有角度(α、β：0度＜α＜90度，0度＜β＜90度)的方式进行配置，并且第一和第二模具以具有角度(γ：0度＜γ＜180度)的方式进行配置。将原料的长度方向(x)和第一模具的长度方向所成的角度设为α，将原料的长度方向(x)和第二模具的长度方向所成的角度设为β，将第一和第二模具所成的角度设为γ。

该状态下，相对于被加工部，向z负方向压入第一模具并施加力，向z正方向压入第二模具并施加力。此时，由区域A和C在z轴方向的相同方向(例如z正方向)上按压(加压)被加工部的第一区域(A、C)使之变形，并且(同时)，在相反方向上，由区域B和D在z轴方向的相同方向(例如z负方向)按压(加压)第二区域使之变形。并且，使向第一区域(A、C)施加的力和向第二区域(B、D)施加的力相同。由此，对被加工部(分区单位)赋予绕x轴的扭转。

本锻造装置中，具有控制一对模具的至少z方向上的移动的驱动装置。另外，驱动装置控制一对模具的绕z轴的旋转。本锻造装置的机械手例如通过把持部把持原料的一方端部(被把持部)，使原料至少在x方向上移动，控制被加工部相对于一对模具的位置的定位。本锻造装置在上述定位的状态下，驱动一对模具，例如使第一模具向z负方向移动，并且使第二模具向z正方向移动，而向被加工部压入并进行加压，从而对被加工部赋予扭转，使第一、第二模具在z方向上移动而返回原先的状态。另外，本锻造装置通过机械手使原料例如在x方向上移动，相对于一对模具的位置来定位原料的加工对象范围内的下一个被加工部的位置，同样，通过一对模具的z方向的驱动，对该下一个被加工部赋予扭转。通过相同的反复，能够进行原料的规定的范围内的加工(赋予扭转)。

发明的效果

根据本发明中的代表的形态，关于进行对原料赋予扭转的加工的自由锻造方法，能够提供如下柔性的自由锻造方法，(1)能够缓和原料的两端的限制的制约，原料的把持部不需要较大的刚性，(2)能够缓和可加工的扭转形状的制约，能够创建更加详细、复杂的扭转形状。

附图说明

图1(a)～图1(c)是表示本发明的各实施方式的共通的概念(原理)的说明图。

图2是表示本发明的概念(原理)的被加工部的分割为四部分的区域的说明图。

图3(a)～图3(c)是表示本发明的实施方式1的锻造方法的通过一次加工对原料(被加工部)赋予扭转的例子的图。

图4是表示实施方式1中原料和模具的配置的角度的说明图。

图5(a)、图5(b)是表示实施方式1中加工因素所产生的影响的例子的说明图。

图6是表示实施方式1中加工位置以及间距等的说明图。

图7是表示实施方式1中作为应用而进行多次加工的例子的说明图。

图8(a)～图8(c)是表示本发明的实施方式2的锻造方法的通过一次加工对原料(被加工部)赋予扭转的例子的图。

图9(a)～图9(c)是表示本发明的实施方式3的锻造方法的通过一次加工对原料(被加工部)赋予扭转的例子的图。

图10是表示本发明的概念(原理)的被加工部的被分割为八部分的区域的说明图。

图11(a)～图11(c)是表示本发明的实施方式4的锻造方法的通过一次加工对原料(被加工部)赋予扭转的例子的图。

图12(a)～图12(c)是表示本发明的实施方式5的锻造方法的通过一次加工对原料(被加工部)赋予扭转的例子的图。

图13(a)～图13(c)是表示本发明的实施方式6的锻造方法的在原料(被加工部)上成形剖面形状并且对原料赋予扭转的例子的图。

图14是表示具有与实施方式1的锻造方法对应的安装结构的本发明的一个实施方式的锻造装置的结构的图。

具体实施方式

以下，基于附图详细地对本发明的实施方式进行说明。此外，在用于说明实施方式的全部图中，原则上对相同部赋予相同符号，省略其重复的说明。

＜概念(原理)＞

首先使用图1，对本发明的各实施方式(后述)的共通的概念(原理)进行说明。图1(a)～图1(c)中，表示如下自由锻造方法(以下为“锻造方法”)，即，通过使用一对模具2对原料1的一部分(被加工部3)进行加压并成形，来对该被加工部3赋予扭转。为方便说明，如图示，将原料1的长度方向设为x轴方向，将一对模具2的加压方向(能够进行加压控制的上下方向)设为z轴方向，将与x轴方向及z轴方向垂直的方向设为y轴方向。

图1(a)中，概念性表示了一对模具2(2a、2b)与由一对模具2加压的原料1的被加工部3的位置关系。图1(b)、图1(c)中，为了容易理解被加工部3地进行表示，未图示一对模具2。

图1(a)中，原料1是棒状、板状等具有长度形状的金属制的原料1。图1(a)的例子中，原料1是剖面呈正方形的长方体。

模具2(2a、2b)是以夹持的方式压入原料1的一部分(被加工部3)而进行加压(按压)的一对模具。具有上侧(z轴正侧)的第一模具2a和下侧(z轴负侧)的第二模具2b。图1(a)中，模具2(2a、2b)是长方体，配置为模具2的长度方向(y)与原料1的长度方向(x)正交。表示了由一对模具2夹持被加工部3的状态。

被加工部3是原料1的长度方向(x)上的分区单位，是一次锻造(加工)的对象部、即赋予扭转的对象部。

图1(b)中，表示了将原料1的被加工部3的区域(此处是立方体)分割为四部分的概念。并且，图2中，与图1(b)对应地表示了被加工部3的分割为四部分后的区域A～D。

图2中，由zx平面和yz平面将被加工部3的区域分割为四部分，将x为正且y为正的区域(第一象限)设为A，将x为负且y为正的区域(第二象限)设为B，将x为负且y为负的区域(第三象限)设为C，将x为正且y为负的区域(第四象限)设为D。另外，将区域A和C合在一起设为第一区域，将区域B和D合在一起设为第二区域。

本锻造方法中，如图2的箭头所示，利用图1(a)的一对模具2，向z轴正方向对原料1的被加工部3的区域A～D中的一方对角的第一区域(A和C)进行按压使之变形，并且向与第一区域(A、C)的按压(变形)的方向相反的方向亦即z轴负方向对另一方对角的第二区域(B和D)进行按压使之变形。作为基本的力的条件，针对区域A和C的力相同，针对区域B和D的力相同，针对区域A、C和区域B、D的力相同。

由此，如图1(c)所示，在原料1的被加工部3，赋予绕x轴的扭转。区域A～D中，第一区域(A、C)侧向z正方向升高，第二区域(B、D)侧向z负方向下降，整体为鞍形。图1(c)中，9(91、92)是一次加工时的原料1的被加工部3以外的区域(非加工部)，不对非加工部9赋予扭转。

如图1(c)所示，作为扭转的影像(作用)，从被加工部3的中心观察时，是第一区域(A、D)以及第一非加工部91侧向右绕x轴旋转、第二区域(B、D)以及第二非加工部92侧向左绕x轴旋转的影像。另外，例如在把持第一非加工部91侧而作为基准的情况下，是第二非加工部92侧在x轴负方向向右旋转地扭转的影像。在把持第二非加工部92侧而作为基准的情况下，是第一非加工部91侧在x轴正方向向右旋转地扭转的影像。

此外，与上述例子相反，若使用一对模具2，对第一区域(A、C)施加朝向z轴负方向的力，并且对第二区域(B、D)施加朝向z轴正方向的力，分别使它们变形，则能够对被加工部3赋予相反(整体向左绕x轴)的扭转。

另外，在应用方面，也可以与所希望的加工内容对应地使施加于被加工部3的各区域A～D的力不同来进行加工。该情况下，除扭转的作用以外，产生xy平面、zx平面内的弯曲等。

这样，本锻造方法中，基本上仅通过一对模具2的加压力(按压力)，就能够对原料1的一部分(被加工部3)赋予扭转，从而不需要赋予遍及原料1的长度方向(x)的整体的扭转力矩(在非加工部9不产生多余的扭转力矩)。因此，原理上(图1(a)的情况)，不一定必须使用原料1的长度方向(x)的端部等的把持。换言之，一对模具2实现把持部的功能。在一次加工时，(除模具2以外)即使没有原料1的把持，也正常地实现该加工(扭转)。并且，在把持(除模具2以外)原料1的一部分(端部等)的情况下，以用于定位的较轻的把持就足够。从而有不需要锻造装置(设备)的把持部等的刚性(把持力)等的优点。

另外，由于在非加工部9不产生扭转，所以像上述那样的加工时的扭转形状的制约较小，从而有整体能够进行详细、复杂的扭转形状的设计的优点。

＜实施方式1＞

使用图3～图5等，对本发明的实施方式1的锻造方法进行说明。图3是实施方式1的锻造方法的、使用一对模具21(21a、21b)而通过一次加工对原料1(被加工部31)赋予扭转的例子。将一对模具2中的一方(上侧)设为第一模具21a，将另一方(下侧)设为21b。

图3(a)是立体图，表示原料1(被加工部31)和模具21(21a、21b)的关系。此外，被加工部31表示简要的区域。图3(b)是从z轴正侧观察图3(a)的xy俯视图。图3(c)是从图3(b)的状态除去模具21(21a、21b)的状态的说明图。

图3(a)、图3(b)中，相对于原料1的被加工部31，在z方向上以夹持被加工部31的方式配置的一对模具21(21a、21b)配置为与长度方向(x)分别具有角度，并且模具21(21a、21b)彼此间具有角度。图4是与图3(b)对应的、原料1与模具21的配置的角度的说明图。

图3(b)中，将由第一模具21a的长度方向的轴的矢量和z轴方向的矢量表现的平面设为P，将由第二模具21b的长度方向的轴的矢量和z轴方向的矢量表现的平面设为Q。图3(b)中，当仅在xy平面观察时，是如下状态，即，被加工部31的第一区域(A、C)被第一模具21a覆盖得比第二模具21b更多，第二区域(B、D)被第二模具21b覆盖得比第一模具21a更多。

图3(c)中，表示了被加工部31的根据模具21所成的角度的、与图2的分割为四部分的区域A～D对应的区域A’、B’、C’、D’。实施方式1(图2(b)的配置)中，例如第一区域(A’、C’)由第一模具21a较多受到朝向z负方向的力，并且第二区域(B’、D’)由第二模具21b较多受到朝向z正方向的力。

图4中，M表示在一次加工时对原料1所具有的被加工部31进行加工时的x轴方向的加工位置。圆点表示模具21以及被加工部31的中心点。角度α是平面P(模具21a侧)与x轴所成的较小的一方的角度。角度β是平面Q(模具21b侧)与x轴所成的较小的一方的角度。角度γ是平面P与Q所成的角度。

作为模具21所成的角度的条件(范围)，是使平面P、Q从x轴(0度)以及y轴(90度)错开的情况、以及使平面P和Q错开的情况，除此以外没有特别限定。即，作为条件，平面P与x轴所成的较小的一方的角度α比0度大且比90度小(0°＜α＜90°)。平面Q与x轴所成的较小的一方的角度β比0度大且比90度小(0°＜β＜90°)。平面P与Q所成的角度γ比0度大且比180度小(0°＜γ＜180°)。

在满足上述的角度(α、β、γ)的条件的状态下，如图3(a)等所示，压入模具21(21a、21b)以使相对于原料1的被加工部31在z轴正负方向上进行夹持。这样，如图3(c)所示，第一区域(A’、C’)因在z轴的相同方向(z负方向)上按压而变形，并且第二区域(B’、D’)因在与第一区域的变形的方向相反的方向(z正方向)上按压而变形，从而能够对被加工部31赋予绕x轴的扭转(与图1(c)相同)。

在上述的角度(α、β、γ)的条件的范围内，考虑产品设计内容、效率性等，设定加工时的实际的角度的条件。例如，避开0°、90°、180°附近，将γ设定为30°≤γ≤150°的范围内。设定例以下：

(1)α＝β＝30°，γ＝120°

(2)α＝β＝45°，γ＝90°

(3)α＝β＝60°，γ＝60°

(4)α＝β＝75°，γ＝30°

(5)α≠β：α＝90°，β＝45°，γ＝45°。

图4的例子简要地表示上述(3)α＝β＝60°，γ＝60°的情况。此外，也可以如上述(5)那样，以α≠β的设定例进行加工。该情况下，产生扭转，并且产生xy平面、zx平面内的弯曲。

图5是表示实施方式1的锻造方法的、加工因素所产生的影响的例子的说明图。这是由有限元模拟所得到的结果。图5(a)是表示满足图4的角度(α、β、γ)的条件的状态的情况下的、模具21(21a、21b)的压入量401(z轴方向上的按压力)与扭转量402(对被加工部31赋予的扭转量)的关系403。随着压入量401的增加，扭转量402增加。

图5(b)中表示在满足图4的角度(α、β、γ)的条件的状态下在模具21(21a、21b)与原料1的相对的x轴方向上的位置(加工位置M)上、以某间距404(K)移动的情况下的、模具21(21a、21b)的每进行一次压入的扭转量405的关系406。上述相对的x轴方向的位置以及间距404与图6所示的加工位置M以及间距K对应。随着增大间距404(K)，模具21的每进行一次压入的扭转量405增大，超过峰值而恒定。

图6中，表示了上述的加工位置M以及间距K。在xz平面上表示使用图3(a)的模具21对原料1进行多次加工的情况下的、各个加工位置M{M1、M2、......}以及间距K{K1、K2、......}、原料1的进给方向、原料1的被把持部8等。表示模具21(21a、21b)例如在M1、M3的位置从上下进行夹持的状态。例如反复在第一加工位置M1进行第一次加工、在从M1移动间距K1量后的第二加工位置M2进行第二次加工。

此外，若在图3(b)中例如相对于模具21使原料1成为向y正方向稍微错开的状态进行加工，则针对区域C的力比针对区域A的力小，针对区域D的力比针对区域B的力小。该情况下，产生扭转，并且产生xy平面、zx平面内的弯曲。也可以根据所希望的加工内容而使用这样的加工。在不想产生弯曲的情况下，作为如上述那样基本的力的条件，使针对各区域A、B、C、D的力相同。

[应用(多次加工)]

图7是与图6对应、通过立体图表示了作为实施方式1的锻造方法的应用而使用模具21对原料1依次(连续)进行多次加工的情况的例子。如上述图3所示，是不仅对原料1的一个被加工部31进行一次加工(赋予扭转)、一边改变原料1的长度方向(x)上的加工位置M一边遍及规定的范围同样地反复进行多次加工的方法。

如上所述，在满足方向、力、角度(α、β、γ)等条件的状态下，通过在所希望的被加工部31的位置M沿x轴方向压入模具21(21a、21b)，来赋予扭转，并使模具21向压入前的位置返回，从而进行一次加工(赋予扭转)。通过根据所希望的加工内容(产品设计)而改变各加工位置M上的模具21的按压力、角度等，来改变扭转的状态。一边改变加工位置M一边以所希望的加工次同样地反复这样的加工的动作。由此能够遍及原料1的长度方向(x)的所希望的范围而连续地赋予扭转。

例如如图6所示，为了进行原料1的定位，将原料1的长度方向的一端作为被把持部8，人用所具有的工具、锻造装置(设备)的把持部(后述)等轻轻地进行把持。而且，每次加工，通过以间距K沿x轴方向(移动)进给原料1，来对各加工位置M进行调整(定位)。根据加工内容，间距K可以恒定也可以可变。

如上所述，根据实施方式1的锻造方法，不需要原料1的把持的刚性，能够赋予详细、复杂的扭转形状。另外，实施方式1的情况下，例如能够利用与图3的模具21的形状对应的简单的工具、锻造装置来赋予扭转。

＜实施方式2＞

接下来，使用图8等，对本发明的实施方式2的锻造方法进行说明。图8表示实施方式2的锻造方法的、使用一对模具22(22a、22b)而通过一次加工对原料1(被加工部32)赋予扭转的例子。实施方式2是模具2不具有角度、而研究了模具2的形状的结构。

图8(a)是表示原料1(被加工部32)以及模具22(22a、22b)的配置关系的立体图。图8(b)是从y轴负侧观察图8(a)的状态(由模具22夹持被加工部32的状态)的xz俯视图。图8(c)是表示下侧的第二模具22b的形状的立体图。此外，上侧的第一模具22a若也绕x轴旋转则成为与第二模具22b相同的形状、状态。

图8(a)、图8(b)中，一对模具22(22a、22b)的上下各个模具22a、22b例如如图8(c)所示，与原料1(被加工部32)对置的一侧是鞍形。实施方式2中，与实施方式1不同，模具22基本上配置为与原料1的长度方向(x)垂直。

图8(c)中，第二模具22b的在与被加工部32接触的一侧的上侧的曲面(鞍形)中，由符号a、b、c、d表示与图2的区域A、B、C、D对应的面。作为第二模具22b的形状，作为z方向的一边的长度，与第二区域B、D(面b、d)对应的一边的长度(Z2)比与第一区域A、C(面a、c)对应的一边的长度(Z1)大(Z1＜Z2)。

换言之，第一模具22a的、对原料1的被加工部32的第一区域(A、C)进行加压的部分(a、c)比对第二区域(B、D)进行加压的部分(b、d)凸出，第二模具22b的、对第二区域(B、D)进行加压的部分(b、d)比对第一区域(A、C)进行加压的部分(a、c)凸出。

如图8(b)所示，在一次加工时，沿z轴方向相对于原料1的被加工部32压入一对模具22(22a、22b)。由此，与上述相同，第一区域A、C向z轴的相同方向(例如z负方向)变形，并且第二区域(B、D)向z轴的相反方向(例如z正方向)变形，即能够对被加工部32赋予绕x轴的扭转(与图1(c)相同)。

实施方式2中在进行多次加工的情况下也能够与实施方式1相同。

如上所述，通过实施方式2的锻造方法，也得到与实施方式1相同的加工的效果。并且，图8的实施方式2的情况下，能够使原料1的加工的长度方向(x)的表面形状平滑。

＜实施方式3＞

接下来，使用图9～图10等，对本发明的实施方式3的锻造方法进行说明。实施方式3是不研究模具2、而研究了原料1的形状的结构。

图9表示实施方式3的锻造方法的、使用一对模具23(23a、23b)而通过一次加工对原料13(被加工部33)赋予扭转的例子。

图9(a)中表示在具有作为一次加工的对象的一个被加工部33的情况下的、由一对模具23(23a、23b)加压前的原料13的形状。实施方式3中，使用与上述图1(a)的一对模具2(2a、2b)相同的形状的一对模具23(23a、23b)，对原料13的被加工部33进行加压，从而赋予扭转。此外，图9(a)中，为了容易理解地表示被加工部33，使模具23错开地进行表示。

图9(a)中，由模具23加压的被加工部33是如a、b那样具有凹凸的形状。

图10中表示将原料13的被加工部33的区域(此处为立方体)分割为八部分后的概念。表示了被加工部33的被分割为八部分后的E～L区域。由xy平面、yz平面以及zx平面将被加工部33的区域分割为八部分。将x为正、y为正且z为正的区域设为E，将x为负、y为正且z为正的区域设为F，将x为负、y为负且z为正的区域设为G，将x为正、y为负且z为正的区域设为H，将x为正、y为正且z为负的区域设为I，将x为负、y为正且z为负的区域设为J，将x为负、y为负且z为负的区域设为K，将x为正、y为负且z为负的区域设为L。将区域E、G、J、L设为第一区域，将区域F、H、I、K设为第二区域。此外，因图示的角度的影响观察不到区域I。

图9(a)中，被加工部33是第一区域(E、G、J、L)比第二区域(F、H、I、K)凹下的形状(z方向的长度短)。a表示一个凹部，b表示一个凸部。此外，也可以根据上述图2的分割为四部分的概念进行考虑下，该情况下，被加工部33是第一区域(A、C)在z方向上的凹下、第二区域(B、D)在z方向上的凸出的形状。

与图1(a)相同地用一对模具23夹持而按压(加压)这样的形状的原料13的被加工部33。这样，例如由于凹凸的关系，由第一模具23a对区域F、H(相对凸部)向z负方向较强地作用力，由第二模具23b对区域I、K(相对凸部)向z正方向较强地作用力。即产生与上述图2的情况相同的作用。

由此，如图9(b)所示，能够对原料13的被加工部33赋予绕x轴的扭转(与图1(c)相同)。

并且，相反地，在原料13的被加工部33中，在使用作为第一区域(E、G、J、L)比第二区域(F、H、I、K)凸出的形状的原料13的情况下，通过用相同的模具23进行加压，能够赋予与绕图9(b)的绕x轴的扭转相反的扭转。

并且，图9(c)中，表示通过多次加工遍及原料13的长度方向(x)连续地赋予扭转的情况下使用的原料13B的形状的例子。遍及原料13B的加工对象的范围，与图9(a)的被加工部33相同，是凹部(a)和凸部(b)交替配置的形状。

原料13、13B的凹凸的形状的形成能够通过各种方法进行。例如能够预先通过整个面的冲压加工等来进行。此外，凹部(a)以及凸部(b)也可以不是图示的矩形而是曲面等。

实施方式3中在进行多次加工的情况下也能够与实施方式1相同。

如上所述，利用实施方式3的锻造方法，也得到与实施方式1相同的加工的效果。另外，在图9的实施方式3的情况下，通过对原料1侧的研究，例如能够保持以往的设备(锻造装置等)不变地有效利用加工侧。

＜实施方式4＞

接下来，使用图11等，对本发明的实施方式4的锻造方法进行说明。实施方式4中，构成为，由模具2(24)控制被加工部3(34)的温度而改变变形阻力，从而赋予扭转。

实施方式4中，当考虑与上述图10相同地将原料1的被加工部3(34)分割为八部分时，由模具24控制被加工部34的温度，以便带来第一区域(E、G、J、L)的x轴方向的变形比第二区域(F、H、I、K)的x轴方向的变形大(或者相反地，第一区域的x轴方向的变形比第二区域的x轴方向的变形大)的作用(条件)。

图11中，表示实施方式4的锻造方法的、由一对模具24(24a、24b)对原料1的被加工部34赋予扭转的例子。图11(a)中，表示一次加工时的一对模具24(24a、24b)与被加工部34的配置关系。

图11(b)中，由符号e～l表示对应于被加工部34的与图10相同的分割为八部分的区域E～L的、一对模具24(24a、24b)的对应的各区域。第一模具24a的区域e、f、g、h的下侧面在加工时分别向被加工部34的区域E、F、G、H接近或者与该区域E、F、G、H接触。第二模具24b的区域i、j、k、l的上侧面在加工时分别向区域I、J、K、L接近或者与该区域I、J、K、L接触。

而且，作为一对模具24(包括控制模具24的装置)的结构，与被加工部34的例如第一区域(E、G、J、L)对应，在第一模具24a的区域e、g、以及第二模具24b的区域j、l安装加热机构(例如燃烧器、激光器等)。或者也可以相反地，与被加工部34的例如第二区域(F、H、I、K)对应，在第一模具24a的区域f、h、以及第二模具24b的区域i、k安装冷却机构。通过由这样的一对模具24进行被加工部34的局部的过热或者冷却，来使第一区域(E、G、J、L)和第二区域(F、H、I、K)产生温度差。例如使第一区域的温度比第二区域的温度高，使第一区域(E、G、J、L)的变形阻力比第二区域(F、H、I、K)的变形阻力小，增大第一区域的各区域E、G、J、L的各个x轴方向的变形，即、使第一区域的x轴方向的变形比第二区域的x轴方向的变形大。由此，通过第一区域和第二区域的x轴方向的变形的差，能够对被加工部34赋予绕x轴的扭转。

图11(c)中，示意地表示上述温度控制的加工所引起的、原料1的被加工部34的加工后的状态。这样，被加工部34大概成为鞍形(一方对角在z方向上凹下、另一方对角在z方向上凸出的形状)。

实施方式4中在进行多次加工的情况下也能够与实施方式1相同。

如上所述，通过实施方式4的锻造方法，也得到与实施方式1相同的加工的效果。另外，图11的实施方式4的情况下，若除去加热或者冷却的机构，则与实施方式1相同，能够利用与模具21的形状对应的简单的工具、锻造装置赋予扭转。

＜实施方式5＞

接下来，使用图12等，对本发明的实施方式5的锻造方法进行说明。实施方式5中，构成为，通过改变被加工部35与模具25接触的面的摩擦阻力来赋予扭转。

图12中，表示实施方式5的锻造方法的、使用一对模具25(25a、25b)而通过一次加工对原料1(被加工部35)赋予扭转的例子。

图12(a)(与图11相同)中，表示了一次加工时的一对模具25(25a、25b)与被加工部35的配置关系。图12(b)、图12(c)中，仅表示模具25。图12(b)中，由对应的符号i、j、k、l表示尤其第二模具25b的与被加工部35的上述图10的区域I、J、K、L接触的面。同样，图12(c)中，表示使图12(b)绕x轴旋转180度后的状态，由对应的符号e、f、g、h表示尤其第一模具25b的与被加工部35的上述图10的区域E、F、G、H接触的面。例如模具25的区域(面)e成为对被加工部35的区域E进行加压的区域(面)。模具25的区域(面)e、g、j、l成为对被加工部15的第一区域(E、G、J、L)进行加压的区域(面)。模具25的区域(面)f、h、i、k成为对被加工部15的第二区域(F、H、I、K)进行加压的区域(面)。

而且，构成为，一对模具25(25a、25b)的、对被加工部35的例如第二区域(F、H、I、K)进行加压的区域(面)f、h、i、k的表面粗糙度比对第一区域(E、G、J、L)进行加压的区域(面)e、g、j、l的表面粗糙度粗糙，即x轴方向的摩擦阻力相对较大。由此，通过与第一区域在x轴方向上的摩擦阻力和与第二区域在x轴方向上的摩擦阻力的差，一侧的区域的变形变大，从而与实施方式4(图11(c))相同，能够对原料1的被加工部35赋予绕x轴的扭转。

作为使上述模具25的表面粗糙度粗糙的(改变摩擦阻力)方法，例如能够使用对相对较粗的一方的表面施加滚花等各种方法。

实施方式5中在进行多次加工的情况下也能够与实施方式1相同。

如上所述，通过实施方式5的锻造方法，也得到与实施方式1(实施方式4)相同的加工的效果。

＜实施方式6＞

接下来，使用图13等，对本发明的实施方式6的锻造方法进行说明。作为实施方式6的锻造方法，表示在原料1上成形剖面形状并且赋予扭转的锻造方法的例子。实施方式6具有例如基于实施方式1的结构(具有角度地配置模具2的结构)、用于在原料1上成形剖面形状的模具2的结构。

图13(a)中，表示使用一对模具26(26a、26b)通过多次加工对原料1(所希望的范围的被加工部)进行加工的状态的例子。另外，上下的模具26(26a、26b)的形状不同，第一模具26a是下侧的面凸出的形状，第二模具26b是上侧的面凹下的形状。

图13(b)是从z轴正侧观察模具26(26a、26b)的xy俯视图。与上述实施方式1(图3)相同，一对模具26配置为具有角度。

图13(c)是从x轴负侧观察模具26(26a、26b)的yz俯视图。第一模具26a的下侧的面成为具有向z轴负方向凸出(椭圆)的形状的曲面。第二模具26a的上侧的面成为具有向z轴负方向凹下(椭圆)的形状的曲面。第二模具26a的曲面(凹)比第一模具26a的曲面深。

一次加工时，在上侧的凸出的模具26a和下侧的凹下的模具26b如上述(图4)那样满足角度等条件的状态下，向原料1的被加工部36(所希望的加工位置M)压入。这样，能够成形原料1的该加工位置M的剖面形状，并且能够赋予扭转。该剖面形状的成形(以及赋予扭转)与模具26的形状对应。由此，例如通过准备多个种类的模具26并分开使用，能够进行与所希望的加工内容对应的更加详细、复杂的剖面形状的成形(以及赋予扭转)。

另外，根据所希望的加工内容，变更模具26的配置的角度、或变更模具26的按压力、或调整进给的间距K，从而能够成形所希望的形状。尤其，也可以是如下系统结构，即，根据产品的设计数据来作成控制上述的锻造方法的加工因素的数据(加工装置的数值控制数据等)，而使锻造(加工)的步骤自动化。

如上所述，根据实施方式6的锻造方法，能够与实施方式1相同地得到赋予扭转的效果，并且能够成形所希望的剖面形状。

上述的实施方式中，为方便说明，以剖面形状为四边形的棒状的原料1为例进行了说明，但并不限定于此，原料1的剖面形状也可以是包括椭圆等任意的闭合曲线，并且也可以是长方形、多边形等任意的闭合形状。

＜锻造装置＞

接下来，使用图14，对具有与实施方式1等的锻造方法对应的安装结构的本发明的一个实施方式的锻造装置的结构进行说明。本实施方式的锻造装置中，尤其表示与实施方式1的锻造方法(图3等)对应的构成例。但并不限定于此，在成为与实施方式2～6的锻造方法对应的锻造装置的情况下，根据该锻造方法而成为一部分(模具2以及其驱动控制机构等)不同的结构即可，整体能够大致相同地构成。

图14中，本锻造装置构成为具有框架50、机械手51、把持部52(夹紧臂等)、驱动装置53、工作台54、以及模具21(与图3相同)。框架50是容纳包括驱动装置53、工作台54的各部的箱体。

机械手51通过把持部52把持并操作原料1。此外，机械手51的主体虽未图示但能够由公知技术构成。机械手51至少能够在与原料1的长度方向对应的x方向(前后)上移动。本结构中，能够在x方向、y方向(左右)、z方向(上下)上分别移动，另外也能够绕x轴旋转。即，通过机械手51(其控制)，能够使原料1向任意的位置移动、并以任意的姿势进行保持，从而能够调整被加工部3相对于模具21的位置(加工位置M)。

把持部52把持原料1的任意的位置。例如如上述图6所示，把持原料1的一端部(被把持部8)。而且，能够由机械手51使原料1例如适当地沿x方向移动并定位。把持部52例如能够绕x轴进行旋转动作。本构成例中，尤其表示为了定位而仅把持原料1的单侧(长度方向的一端部)的构成例，不提高把持部52的刚性(把持力)就能够解决。

在工作台54(54a、54b)安装并保持模具21(21a、21b)。在分开使用多个种类的模具2的结构的情况下，例如构成为能够相对于工作台54装卸模具2的结构。驱动装置53经由工作台54(54a、54b)的驱动而对保持于工作台54(54a、54b)的模具21(21a、21b)进行驱动。驱动装置53至少控制工作台54以及模具21在z方向的移动、和相对于原料1的被加工部3的压入的加压力(压入量)。本结构中，构成为能够将实施方式1的模具21所成的角度(α、β、γ)设定为可变的结构。即，驱动装置53能够自由控制工作台54(54a、54b)的绕z轴的旋转，由此能够控制模具21(21a、21b)的配置而设定为所希望的角度(α、β、γ)。

此外，驱动装置53对下侧的工作台54b以及模具21b的驱动控制不是必须的，能够成为仅统一为上侧的工作台54a以及模具21a的驱动控制的形态(下侧固定，相对地控制上侧即可)。另外，也可以根据上位的控制装置(例如是生成与上述的设计数据对应的数值控制数据而施加于驱动装置53的装置)等控制驱动装置53。

此外，如上述(图1)，原理上原料1的长度方向的端部等的把持不是必须的，本锻造装置(图14)中，作为能够自由进行原料1的任意的加工位置的多次加工的原料1的定位方法，表示了具备机械手51等的结构。

上述锻造装置的结构中，通过驱动控制各部(51～54、21)而调整各种加工因素，能够将原料1柔性地锻造加工为所希望的各种形状。

上述图14的锻造装置的结构中，以下表示遍及原料1的长度方向(x)的所希望的范围地连续赋予扭转的锻造方法的作业内容(处理步骤)的例子。此外，本作业内容的各处理步骤基本上通过自动化(与产品设计数据对应的数值控制等)能够大致省略人的动作，但也可以通过人的动作实现各步骤。

(1)使机械手51的把持部52把持原料1(金属制的棒状)的一端(被把持部8)。

(2)使机械手51移动，把持的原料1的被加工部(分区单位)3相对于模具21(21a、21b)的位置调整(定位)为所希望的加工位置M。并且，通过驱动装置53对工作台54进行的驱动，模具21(21a、21b)相对于被加工部3调整为与加工内容对应的规定的角度(α、β、γ)。例如成为图3(b)、图4的状态。

(3)通过驱动装置53对工作台54进行的z方向的驱动，使上侧的第一模具21a向z负方向驱动(移动)，由一对模具21夹持原料1的被加工部3而以规定的力将第一模具21a以及第二模具22a压入被加工部3。由此，如上所述地对被加工部3赋予扭转。

(4)在以规定的时间进行了上述压入后，通过驱动装置53对工作台54进行的z方向的驱动，来使上侧的第一模具21a向z正方向驱动(移动)，而使模具21(21a、21b)返回原先(压入前)的位置。

(5)相对于模具21(21a、21b)的位置，以使原料1的下一个加工位置M的被加工部(分区单位)3到达的方式使机械手51在x方向等上以规定间距K移动(在x方向上进给原料1)。而且，与上述(2)相同，通过驱动装置53对工作台54进行的驱动，模具21(21a、21b)相对于被加工部3调整为与加工内容对应的规定的角度(α、β、γ)。

(6)以后，一边根据所希望的加工内容改变加工位置M一边同样地反复上述(3)～(5)的步骤，若结束与原料1的加工对象的全部范围对应的加工次数量的锻造加工，则使机械手51移动而使原料1从把持部52离开。

以上，基于实施方式对由本发明人提出的发明具体地进行说明，但本发明并不限定于上述实施方式，不言而喻，在不脱离其要旨的范围内能够进行各种变更。例如也可以是进行如下加工的形态，即，组合两个以上上述的各实施方式的锻造方法来对原料1赋予扭转。

作为变形例，也可以基于图1的原理，使模具2的结构成为更加复杂的结构。例如也可以与图2的区域A～D对应，将模具2(2a、2b)分割为两部分、分割为四部分的结构，能够分别独立地驱动分割后的部分，由此能够在z方向上可变地控制施加于各区域A～D的加压力。例如是与区域A、C对应地将第一模具2a分割为两部分、与区域B、D对应地将第二模具2b分割为两部分的结构等。

工业上的可利用性

本发明例如能够用于包括涡轮等的各种产品的制造。

Claims (12)

1.一种自由锻造方法，使用一对模具夹持具有长度方向的原料的被加工部进行加压成形，其特征在于，

将上述原料的长度方向设为x轴方向，将上述一对模具的加压方向设为z轴方向，将与x轴方向以及z轴方向正交的方向设为y轴方向，由zx平面和yz平面将上述一对模具所加工的上述原料的被加工部的区域分割为四部分，将x为正且y为正的区域设为A，将x为负且y为正的区域设为B，将x为负且y为负的区域设为C，将x为正且y为负的区域设为D，并且将一方对角的区域A和C设为第一区域，将另一方对角的区域B和D设为第二区域，此时，

由上述一对模具在z轴方向上夹持上述原料的被加工部，对上述第一区域施加z轴正方向的力使之变形，并且相反地对上述第二区域施加z轴负方向的力使之变形，从而对上述被加工部赋予扭转。

2.一种自由锻造方法，使用一对模具夹持具有长度方向的原料的被加工部进行加压成形，其特征在于，

将上述原料的长度方向设为x轴方向，将上述一对模具的加压方向设为z轴方向，将与x轴方向以及z轴方向正交的方向设为y轴方向，由xy平面、zx平面以及yz平面将上述一对模具所加工的上述原料的被加工部的区域分割为八部分，将x为正、y为正且z为正的区域设为E，将x为负、y为正且z为正的区域设为F，将x为负、y为负且z为正的区域设为G，将x为正、y为负且z为正的区域设为H，将x为正、y为正且z为负的区域设为I，将x为负、y为正且z为负的区域设为J，将x为负、y为负且z为负的区域设为K，将x为正、y为负且z为负的区域设为L，并且将一方对角的区域E、G、J以及L设为第一区域，将另一方对角的区域F、H、I以及K设为第二区域，此时，

由上述一对模具在z轴方向上夹持上述原料的被加工部，通过以上述第一区域的各区域E、G、J、L的x轴方向的变形比上述第二区域的各区域F、H、I、K的x轴方向的变形大的方式进行加压，从而对上述被加工部赋予扭转。

3.根据权利要求1所述的自由锻造方法，其特征在于，

将上述一对模具中的一方模具设为第一模具，将另一方模具设为第二模具，

将由上述第一模具的长度方向的轴的矢量和z轴方向的矢量表现的平面设为第一平面(P)，将由上述第二模具的长度方向的轴的矢量和z轴方向的矢量表现的平面设为第二平面(Q)，

将由上述第一平面(P)和x轴方向所成的角度设为第一角度(α)，

将由上述第二平面(Q)和x轴方向所成的角度设为第二角度(β)，

将由上述第一平面(P)和第二平面(Q)所成的角度设为第三角度(γ)，此时，

作为上述一对模具相对于上述原料的被加工部的配置状态，上述第一角度(α)以及第二角度(β)在比0度大且比90度小的范围内，上述第三角度(γ)在比0度大且比180度小的范围内，该状态下，通过使用上述一对模具夹持上述原料的被加工部进行加压成形，从而对上述被加工部赋予扭转。

4.根据权利要求1所述的自由锻造方法，其特征在于，

将上述一对模具中的一方模具设为第一模具，将另一方模具设为第二模具，

上述第一模具的对上述原料的被加工部的第一区域进行加压的第一部分为比对第二区域进行加压的第二部分在z轴方向上凸出的形状，

上述第二模具的对上述原料的被加工部的第二区域进行加压的第一部分为比对第一区域进行加压的第二部分在z轴方向上凸出的形状，

通过使用上述一对模具夹持上述原料的被加工部进行加压成形，从而对上述被加工部赋予扭转。

5.根据权利要求1所述的自由锻造方法，其特征在于，

由xy平面、zx平面以及yz平面将上述一对模具所加工的上述原料的被加工部的区域分割为八部分，将x为正、y为正且z为正的区域设为E，将x为负、y为正且z为正的区域设为F，将x为负、y为负且z为正的区域设为G，将x为正、y为负且z为正的区域设为H，将x为正、y为正且z为负的区域设为I，将x为负、y为正且z为负的区域设为J，将x为负、y为负且z为负的区域设为K，将x为正、y为负且z为负的区域设为L，并且将一方对角的区域E、G、J以及L设为第一区域，将另一方对角的区域F、H、I以及K设为第二区域，此时，

上述第一区域的各区域E、G、J、L在z轴方向上为凹形状，相对地，上述第二区域的各区域F、H、I、K在z轴方向上为凸形状，

通过使用上述一对模具夹持上述原料的被加工部进行加压成形，从而对上述被加工部赋予扭转。

6.根据权利要求2所述的自由锻造方法，其特征在于，

使用上述一对模具夹持上述原料的被加工部，使上述第一区域的各区域E、G、J、L的温度比上述第二区域的各区域F、H、I、K的温度高或低，使上述第一区域的变形阻力比上述第二变形阻力高或低，从而对上述被加工部赋予扭转。

7.根据权利要求2所述的自由锻造方法，其特征在于，

使上述一对模具的、对上述原料的被加工部的上述第一区域的各区域E、G、J、L进行加压的第一部分的表面粗糙度比对上述第二区域的各区域F、H、I、K进行加压的第二部分的表面粗糙度粗糙，

通过使用上述一对模具夹持上述原料的被加工部进行加压成形，从而对上述被加工部赋予扭转。

8.根据权利要求1所述的自由锻造方法，其特征在于，

将上述一对模具中的一方模具设为第一模具，将另一方模具设为第二模具，

上述第一模具的在z轴负方向上对上述原料的被加工部进行加压的第一部分为凸出的曲面，

上述第二模具的在z轴正方向上对上述原料的被加工部进行加压的第二部分为凹下的曲面。

9.根据权利要求1或2所述的自由锻造方法，其特征在于，具有：

在由锻造装置或者工具的把持部把持上述原料的一方端部的状态下，使上述原料移动而定位为相对于上述一对模具之间的位置配置上述原料的第一被加工部的步骤；

在上述状态下，通过使用上述一对模具夹持上述第一被加工部进行加压成形来对该第一被加工部赋予扭转，并使上述一对模具返回原先的位置的步骤；

使上述原料以规定的间距移动而定位为相对于上述一对模具之间的位置配置上述原料的第二被加工部的步骤；以及

在上述状态下，通过使用上述一对模具夹持上述第二被加工部进行加压成形来对该第二被加工部赋予扭转，并使上述一对模具返回原先的位置的步骤。

10.一种锻造装置，是用于进行自由锻造的加工的锻造装置，该自由锻造的加工使用一对模具夹持具有长度方向的原料的被加工部进行加压成形，上述锻造装置的特征在于，具有：

机械手，其具有把持上述原料的一方端部的把持部，使上述原料至少在x轴方向上移动并对上述原料进行定位；以及

驱动装置，其进行如下驱动，即、使上述一对模具至少在z轴方向上移动并由上述一对模具夹持上述原料的被加工部进行加压，

将上述原料的长度方向设为x轴方向，将上述一对模具的加压方向设为z轴方向，将与x轴方向以及z轴方向正交的方向设为y轴方向，由zx平面和yz平面将上述一对模具所加工的上述原料的被加工部的区域分割为四部分，将x为正且y为正的区域设为A，将x为负且y为正的区域设为B，将x为负且y为负的区域设为C，将x为正且y为负的区域设为D，将一方对角的区域A和C设为第一区域，将另一方对角的区域B和D设为第二区域，此时，

控制如下加工：由上述一对模具在z轴方向上夹持上述原料的被加工部，对上述第一区域施加z轴正方向的力使之变形，并且相反地对上述第二区域施加z轴负方向的力使之变形，从而对上述被加工部赋予扭转。

11.根据权利要求10所述的锻造装置，其特征在于，控制如下步骤：

在由上述把持部把持上述原料的一方端部的状态下，使上述原料移动而定位为相对于上述一对模具之间的位置配置上述原料的第一被加工部的步骤；

在上述状态下，通过使用上述一对模具夹持上述第一被加工部进行加压成形来对该第一被加工部赋予扭转，并使上述一对模具返回原先的位置的步骤；

使上述原料以规定的间距移动而定位为相对于上述一对模具之间的位置配置上述原料的第二被加工部的步骤；以及

在上述状态下，通过使用上述一对模具夹持上述第二被加工部进行加压成形来对该第二被加工部赋予扭转，并使上述一对模具返回原先的位置的步骤。

12.一种锻造装置，是用于进行自由锻造的加工的锻造装置，该自由锻造的加工使用一对模具夹持具有长度方向的原料的被加工部进行加压成形，上述锻造装置的特征在于，具有：

机械手，其具有把持上述原料的一方端部的把持部，使上述原料至少在x轴方向上移动而对上述原料进行定位；以及

驱动装置，其进行如下驱动，即、使上述一对模具至少在z轴方向上移动并由上述一对模具夹持上述原料的被加工部进行加压，

将上述原料的长度方向设为x轴方向，将上述一对模具的加压方向设为z轴方向，将与x轴方向以及z轴方向正交的方向设为y轴方向，由xy平面、zx平面以及yz平面将上述一对模具所加工的上述原料的被加工部的区域分割为八部分，将x为正、y为正且z为正的区域设为E，将x为负、y为正且z为正的区域设为F，将x为负、y为负且z为正的区域设为G，将x为正、y为负且z为正的区域设为H，将x为正、y为正且z为负的区域设为I，将x为负、y为正且z为负的区域设为J，将x为负、y为负且z为负的区域设为K，将x为正、y为负且z为负的区域设为L，并且将一方对角的区域E、G、J以及L设为第一区域，将另一方对角的区域F、H、I以及K设为第二区域，此时，

控制如下加工：由上述一对模具在z轴方向上夹持上述原料的被加工部，通过以上述第一区域的各区域E、G、J、L的x轴方向的变形比上述第二区域的各区域F、H、I、K的x轴方向的变形大的方式进行加压，从而对上述被加工部赋予扭转。