JP2001096334A - 矯正加工用金型装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 矯正用金型装置に成形キャビティ内に供給さ
れた潤滑剤を効率よく排出する。 【解決手段】 ベース１と補強リング２の外側をケース
３で囲み、また、補強リング２の内側に上インサート４
と下インサート５を分割して配置し、上インサート４及
び下インサート５は補強リング２で強固に外周から保持
され、潤滑油を排出孔１２を介して外部に排出する構造
になっている。排出孔１２は上下のインサート４，５の
型割り面に形成される排出孔１２ａ、補強リング２とベ
ース１との境界面及びケースに形成される排出孔１２ｂ
およびケース３に穿設される排出孔１２ｃとからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスラブを冷間で矯正
加工する金型装置に関し、特にオーステナイト系耐熱鋼
などの高靱性耐熱鋼からなるスラブに対し、切断前の形
状に近づける矯正加工を冷間で施す金型装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンバルブを熱間鍛造にて製造する
方法として、特開昭６０−２１６９４４号公報が知られ
ている。この先行技術は、本出願人が提案したものであ
り、その内容は、先ず図５（ａ）に示すように、溶体化
処理が終了した耐熱鋼線材を所定長さに切断してスラブ
（ビレット）とし、次いで、同図（ｂ）に示すように、
該スラブの一端に押出し成形時の油溜を画成するテーパ
面を形成し、この後、同図（ｃ）に示すように、加熱状
態にあるスラブを軸押出し成形することで、大径部と小
径部を形成し、更に同図（ｄ）に示すように、大径部の
形状をバルブ傘部に近い形状とした中間品まで成形する
ものである。

【０００３】特に、この先行例は、図６に示すように軸
押出し成形する際に、前記テーパ面と成形キャビティと
の間を潤滑油溜りとし、軸押出し成形時にこの潤滑油溜
りからスラブの押出しに応じて潤滑油を流下せしめて、
成形性を向上させるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した先行例にあっ
ては、潤滑油の小径孔（軸成形部）への流下をスムーズ
に行うべく、スラブの一端にテーパ面を形成している
が、これをＮi及びＣrの含有量の高いオーステナイト系
耐熱鋼のような高耐熱鋼を冷間鍛造する際に適用するこ
とはできない。

【０００５】即ち、エンジンバルブを冷間鍛造するに
は、図７に示すように線材１０１をシャー１０２を用い
て所定寸法に切断してスラブ１０３とし、このスラブ１
０３を冷間鍛造するのであるが、溶体化処理後のオース
テナイト系耐熱鋼は他の材料に比べて靱性（粘性）が高
いため、スラブ１０３の形状は、マルテンサイト系鋼線
材を切断した場合と異なり、図８（ａ）及び（ｂ）に示
すように、両端の剪断部が潰れて楕円形に近い形状にな
り、また一部にダレ１０４が生じ、更に軸方向に沿って
全体も曲ってしまう。

【０００６】そして、このようなスラブを用い、特開昭
６０−２１６９４４号公報に開示される熱間鍛造と同様
に、スラブの一端にテーパ面を形成するため、図９に示
すように、スラブ１０３を金型１０５内にセットし、上
からパンチ１０６で押圧して成形しようとすると、先に
点ａから変形が開始し、点ｂの変形開始は図１０に示す
ように、点ａ部分が弾性域を過ぎて塑性域に入ってから
になり、点ｂが塑性域に入る前に点ａでは破断域に入っ
てしまう。

【０００７】その結果、図１１（ａ）に示すように、ダ
レ１０４がスラブ１０３に重なってしまうカブリ現象
（かえり現象）が生じ、このカブリ現象が生じた材料を
用いて軸押出し成形すると、図１１（ｂ）に示すよう
に、カブリ部分が延伸され軸端部に箔状のバリが発生し
てしまう。また、スラブの一端にテーパ面を形成せずに
端部形状を不均一のままにして軸押出し成形すると、図
１１（ｃ）に示すように、軸部にスラスト方向のカジリ
が発生してしまう。

【０００８】上述した不利を解消するため、本発明者は
シャー切断で変形したスラブを一旦元の形状あるいはそ
れに近い形状まで矯正加工し、この後に面付け或いは軸
押出し成形を行うことを提案した。

【０００９】オーステナイト系耐熱鋼等の高靱性材料に
冷間で矯正加工を行うには、スラブの表面に潤滑剤を塗
布する必要がある。一方、矯正加工用の成形キャビティ
の底部形状はスラブを切断前の形状に戻すものであるた
め、底面は平坦面で、底面と側面との境界部は直角か小
さなＲ部としなければならない。その結果、矯正加工に
応じて潤滑油またはエアーが逃げるテーパ形状ではない
のでロックを起こしてしまう虞れがある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明に係る矯正加工用金型装置は、ベースの上に上イン
サートと下インサートが分割して配置され、これら上下
のインサートに亘って切断したスラブを切断前の形状に
成形する成形キャビティが形成され、また上下のインサ
ートの外側に補強リングを設け、この補強リングの外側
にケースを設け、更に前記成形キャビティ内に供給され
る潤滑油及び／又はエアーの排出孔を前記上下のインサ
ートの型割り面、補強リングとベースとの境界面及びケ
ースに形成した。

【００１１】尚、潤滑方法として必ずしも潤滑油を用い
る必要はなく、スラブ表面にボンデ処理のような固体潤
滑を施すことも考えられ、この場合にはエアー（空気）
のみが排出孔を介して外部に排出されることになる。ま
た、金型装置としては縦置きに限らずパーツフォーマの
如き横置きでもよい。ただしこの場合には、上下のイン
サートが左右のインサートということになるが実質的な
相違はない。。

【００１２】このように潤滑油及び／又はエアーの排出
孔を形成することで、矯正加工の際に潤滑油やエアーの
逃げ場がなくなってロックする不利がない。特に、排出
孔を上下のインサートの型割り面、補強リングとベース
との境界面に形成すれば、排出孔の製作が容易になる。

【００１３】また、本発明にあっては下インサートに形
成された成形キャビティとこの成形キャビティに下方か
ら臨むノックアウトピン上端面にて潤滑油溜り又はエア
ー溜りを形成することになる。このように潤滑油溜り又
はエアー溜りを形成することで、矯正加工の際の潤滑油
やエアーのロックを確実に防止できる。

【００１４】また、前記上インサートの下面と下インサ
ートの上面との間隔は、外側に向かって徐々に拡大する
形状とすることが好ましい。このような形状とすること
で成形キャビティの側面に隙間が形成されることがなく
なる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る金型装置
の断面図、図２は図１の要部の拡大図であり、図示した
金型装置は縦置きであるが横置きとしてもよいのは前記
した通りである。

【００１６】金型装置は、ベース１の上に補強リング２
を設け、これらベース１と補強リング２の外側をケース
３で囲み、また、補強リング２の内側に上インサート４
と下インサート５を分割して配置している。上インサー
ト４及び下インサート５は何れも裁頭円錐形若しくは裁
頭角錐形をなし、補強リング２で強固に外周から保持さ
れ、成形時に上下にガタつくことがないようにしてい
る。

【００１７】また、上インサート４と下インサート５に
はスラブＷを投入するとともにパンチ６が進入する成形
用キャビティ７が形成されている。このキャビティ７の
底面は平坦面８となっており、この平坦面８とキャビテ
ィ７の側面との境界部が曲面９になっている。平坦面８
の一部はノックアウトピン１０の上端面にて構成され、
このノックアウトピン１０はベース１内に設けた昇降ロ
ッド１１の作動によりこのキャビティ７内に出没する。
そして、前記ノックアウトピン１０の上端面、平坦面
８、曲面９およびキャビティ側面間に潤滑油溜りＳが形
成される。

【００１８】ここで、スラブＷの直径をＤとすると、前
記曲面９の曲率半径ｒは、ｒ＝Ｄ／４以下とし、平坦面
８の直径ｄはｄ＝Ｄ−２ｒ以上とすることが好ましい。
即ち、曲面９の曲率半径ｒをあまり大きくすると、スラ
ブＷの形状を切断前の状態に戻すというよりは、従来例
で説明したテーパ面をつける金型に近くなり、カブリや
カジリを生じるおそれがあるので上記の範囲にする。特
に、エンジンバルブを成形する場合には、０．５ｍｍ≦
ｒ＜４ｍｍとするのが好ましい。

【００１９】また、前記キャビティ７内に供給された潤
滑油が、そのまま成形キャビティないに全て残っている
と矯正加工の阻害になる。そこで、本実施例にあって
は、金型装置に潤滑油の排出孔１２を形成している。排
出孔１２は上下のインサート４，５の型割り面に形成さ
れる排出孔１２ａ、補強リング２とベース１との境界面
に形成される排出孔１２ｂ、ベース１とケース３との境
界面に形成される排出孔１２ｃ及びケース３に穿設され
る排出孔１２ｄとからなっている。上下のインサート
４，５の型割り面、補強リング２とベース１との境界面
或いはベース１とケース３との境界面に排出孔を形成す
ることで、一方の部材に溝を形成すれば足りるので、排
出孔の形成が容易になる。

【００２０】図３は別実施例を示すものであり、キャビ
ティ７の底面となる部分のうち平坦面８をノックアウト
ピン１０の上端面で構成し、キャビティ７の底面と内周
面との境界部となる曲面９のみを下インサート５に形成
している。

【００２１】図１及び図２に示した金型装置を用いたス
ラブの矯正加工を図４に基づいて説明する。先ず、溶体
化処理が施されたオーステナイト系耐熱鋼の線材を切断
して所定寸法のスラブＷとする。このスラブＷを図４
（ａ）に示すように、上インサート４と下インサート５
にて画成されるキャビティ７内にセットし、パンチ６に
て矯正（鍛造）する。このようにして、図４（ｂ）に示
す矯正されたスラブＷを得る。このスラブＷは切断前の
状態と比較して段差、縦歪及び径歪が極めて少ないもの
になっている。

【００２２】次いで、上記スラブＷを図４（ｃ）に示す
ように、別の金型装置にセットし、パンチを用いて更に
矯正加工することで、図４（ｄ）に示す一端に４５°の
テーパ面を備えたスラブＷとする。この後は、従来例と
同様に、更なる別の金型を用いて大径部と軸部とを備え
た中間部材を冷間鍛造し、この中間部材に更に冷間鍛造
を行って目的とするエキゾーストバルブを得る。

【００２３】ところで、図４（ｃ）に示す金型装置でス
ラブＷにテーパ面を形成する際に、図８と比較すると明
らかなように、矯正されたスラブＷの点ａ，点ｂは同時
に金型の成形面に当っている。したがって、パンチによ
って生ずる圧縮応力はスラブＷに均等に作用し、図９に
おいて、点ａの歪を表した線分と点ｂの歪を表した線分
とが重なるか極めて接近し、スラブＷの端部全体がほぼ
同時に降伏点に達することになる。その結果、オーステ
ナイト系耐熱鋼等の高靱性耐熱鋼を冷間鍛造する際に問
題となっていたカブリやカジリを防ぐことができる。

【００２４】尚、以上では矯正加工を２段階で行う例を
示したが、実験した結果、４５°の面付けについては省
略し、図４（ａ）に示す矯正加工のみとし、図４（ｂ）
に示すスラブＷから直接冷間で軸押出しを行ってもエン
ジンバルブを得ることができた。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
金型装置のベースの上に上インサートと下インサートが
分割して配置され、これら上下のインサートに亘って成
形キャビティが形成され、また上下のインサートの外側
に補強リングを設け、この補強リングの外側にケースを
設け、前記上下のインサートの型割り面、この上下のイ
ンサートを外側から保持する補強リングとベースとの境
界面及びケースに潤滑油の排出孔を形成したので、キャ
ビティ形状が潤滑油またはエアーを下方（金型装置が横
置きの場合は側方）へ送り込む形状となっていなくても
キャビティ内から潤滑油を排出することができ、スラブ
を冷間でスムーズに矯正加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る冷間鍛造用金型装置の断面図

【図２】図１の要部拡大図

【図３】金型装置の別実施例を示す拡大断面図

【図４】（ａ）〜（ｄ）は矯正加工を説明した図

【図５】先行技術の鍛造工程を説明した図

【図６】先行技術の軸押出し用金型装置の断面図

【図７】線材を切断している状態を示す図

【図８】（ａ）は線材から切断されたスラブの側面図、
（ｂ）は同スラブの端面図

【図９】図９で示したスラブを従来の金型にセットした
状態を示した図

【図１０】図９に示したスラブの点ａ及び点ｂの応力と
歪との関係を示すグラフ

【図１１】（ａ）乃至（ｃ）は従来法による欠点を説明
した図

【符号の説明】

１…ベース、２…補強リング、３…ケース、４…上イン
サート、５…下インサート、６…パンチ、７…成形キャ
ビティ、８…キャビティの平坦面、９…キャビティの曲
面、１０…ノックアウトピン、１１…昇降ロッド、１２
…潤滑油の排出路、１３…上インサートと下インサート
との分割面間に形成される隙間、Ｗ…スラブ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 線材を所定長さに切断したスラブを冷間
   で矯正加工する金型装置であって、この金型装置はベー
   スの上に上インサートと下インサートが分割して配置さ
   れ、これら上下のインサートに亘って成形キャビティが
   形成され、また上下のインサートの外側に補強リングを
   設け、この補強リングの外側にケースを設け、更に前記
   成形キャビティ内に供給される潤滑油及び／又はエアー
   の排出孔を前記上下のインサートの型割り面、補強リン
   グとベースとの境界面及びケースに形成したことを特徴
   とする矯正加工用金型装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の矯正加工用金型装置に
   おいて、前記下インサートに形成された成形キャビティ
   とこの成形キャビティに下方から臨むノックアウトピン
   上端面にて潤滑油及び／又はエアー溜りを形成すること
   を特徴とする矯正加工用金型装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の矯正加工用金型装置に
   おいて、前記上インサートの下面と下インサートの上面
   との間隔は、外側に向かって徐々に拡大されることを特
   徴とする矯正加工用金型装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
   の矯正加工用金型装置において、この金型装置はオース
   テナイト系耐熱鋼からなるスラブに対し、切断前の形状
   に近づける矯正加工を施すものであることを特徴とする
   矯正加工用金型装置。