JP2001137997A - 型鍛造方法及び型鍛造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パンチ及びダイの間で素材を圧縮して成形す
る型鍛造に使用される型鍛造装置で、ダイの長寿命化を
図り、複雑形状の成形を可能とする。 【解決手段】 ダイ２１の外側に素材Ｓの圧縮方向を軸
とする外テーパ面２５を形成する。この外テーパ面２５
に嵌合して補強するように、内側に内テーパ面４５のあ
る補強リング４１を圧縮前は嵌合することなく前記軸と
同軸状に配置しておく。パンチ１１及びダイ２１によっ
て素材が圧縮され始めるのと略同時に、補強リング４１
の内テーパ面４５をダイ２１の外テーパ面２５に締め付
け状に嵌合させる。成形過程でダイ内部に発生し、増大
しようとする応力は、補強リングによる圧縮応力にて相
殺されるため、ダイキャビティの内径付近で発生する接
線方向応力の振幅を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、型鍛造方法及び型
鍛造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】型鍛造は、通常一組の金型をなすパンチ
及びダイを含む型鍛造装置を用い、パンチ（ポンチ）及
びダイの間で素材を圧縮して成形することで行われる。
例えば、プレス機のボルスタ上に、プレートを介してダ
イを取り付け、上方に位置し上下に移動するプレススラ
イドにプレートを介してパンチを取り付け、例えばすえ
こみ成形ではダイに形成された成形面（型）をなすダイ
キャビティ（成形用空間）に素材（被成形材料）を装填
し、上プレートを下降させてパンチが素材を圧縮（又は
ハンマ）することで所定の形状に成形される。

【０００３】ところで、従来このような型鍛造において
円筒形のダイの内側に形成された円柱状のダイキャビテ
ィに素材を装填し、パンチで加圧して鍛造する工程で
は、ダイに次のような応力が発生する。すなわち、ダイ
には鍛造時に素材が軸方向に受ける圧縮力によって、図
１９のダイ２１の説明用平面図において示したように、
圧力Ｐｉが半径外向きにかかる。このため、ダイ２１の
ダイキャビティ（以下、ダイの内部ともいう）２２の成
形面にはその円周の接線方向の応力（以下、接線方向応
力又は単に応力ともいう）が図１９に示したように発生
する。この場合の接線方向応力σｔは、引張応力であ
り、同図に示したように、ダイキャビティ２２の内径側
から外側にわたって分布するとともにその内径に近づく
ほど大きくなり、内径部付近で最大のσｔｉになる。ま
たこのような応力σｔは、パンチによる素材圧縮のスト
ロークが大きくなるほど増大する。そして、ダイの破損
は、この応力が過大になってダイを構成する材料の極限
強さ（限界強度）を越えることで発生する。

【０００４】そこで従来は、このような内部応力による
ダイの破損を防ぐため、図２０、図２１に示したダイ２
０１ように、これをダイインサート２０３とし、その外
側を緩やかな円錐形のテーパに形成しておき、これに対
応するテーパを内側に備えた補強リング２０５をその外
側に圧入や焼き嵌めで締り嵌め状にして補強しておくこ
とが行われている。この締り嵌めにより、図２０に示し
たように、予めダイインサート２０３に内部応力σｔ１
を生じさせておき、内径付近にσｔｌｉの圧縮応力を予
応力として生じさせておくのである。なお、このように
補強リング２０５を締り嵌め状としておくことで、補強
リング２０５自体には接線方向応力として引張応力σｔ
２が分布して発生する。

【０００５】このように補強リングを締り嵌め状として
おくことで、パンチで素材を圧縮して成形する際には、
ダイインサート２０３の内部に生じる応力は図２２に示
したようになる。すなわち、パンチの圧入にしたがい、
成形前の大きな残留圧縮応力からこれが次第に減少し、
補強リング２０５が受け持つ応力ともあいまって比較的
小さな引張応力（又は圧縮応力）に変化する。そしてダ
イインサート２０３の内部に発生する応力は図２２に示
したように、図１９の補強リングのないダイ２１単体の
ときに発生する応力よりも小さい応力に抑えることがで
きる。なお、このものにおける素材の圧縮成形過程での
ダイの内部の接線方向応力の変化状態をグラフで説明す
ると、図２３に示したようになる。図２３のグラフは、
縦軸が上パンチの位置を表し、横軸が応力の大きさを表
し、その縦軸位置が無応力（応力０）を示し、左側に行
くに従い圧縮応力が大であり、右側に行くに従い引張応
力が大である（以下同じ）。このことから、成形過程で
ダイインサート２０３の内部に生じる応力は、その応力
振幅を小さくできれば、ダイインサートの破損を減らす
ことができるというものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この方法で
は鍛造品の加工に高い成形圧力を要する場合ほど、補強
リングによる締付けで予めダイインサート内部を大きな
圧縮応力状態としておく必要があり、成形前から成形後
までにおける応力振幅（変化の幅）が大きくなってしま
う。したがって、このような鍛造品の加工においては、
その応力振幅の繰り返しに起因してダイインサートが疲
労破壊を生じやすく、金型の短寿命化を招いていたとい
った問題があった。

【０００７】とくに図２４に示したような歯車断面など
の複雑形状の成形面を持つダイ３０３（又はダイインサ
ート）においては、同図中の隅角部Ｐに応力集中が生じ
るため、この部分の応力振幅が著しく大きくなる。この
結果、点Ｐを起点としてクラック（亀裂）が入り易く、
ダイは短時間で破壊してしまうなどにより、金型寿命が
著しく短くなってしまう。このため、このような複雑形
状の型鍛造は実用化できないといった問題があった。

【０００８】本発明は、型鍛造におけるこうした問題点
に鑑みてなされたもので、その目的は、ダイの長寿命化
を図るとともに、複雑形状の成形ができる型鍛造方法及
び型鍛造装置を提供することをその目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に記載の本発明は、パンチ及びダイの間で
素材を圧縮して成形する型鍛造方法であって、前記ダイ
の外側に素材の圧縮方向を軸とするテーパ面を形成して
おく一方、該テーパ面に嵌合するテーパ面を内側に備
え、前記ダイの外側のテーパ面に嵌合して該ダイを補強
する補強リングを配置しておき、前記パンチ及びダイの
少なくとも一方を移動して素材を圧縮し始めるのと略同
時に、前記補強リングの内側のテーパ面を前記ダイの外
側のテーパ面に締め付け状に嵌合させることにある。

【００１０】この種の鍛造では、パンチ又はダイが移動
して素材を圧縮し始めると、すえこまれた素材の側面が
ダイのダイキャビティの内周面を外方に向けて押圧し、
素材の圧縮がすすむにつれてダイの内部のダイキャビテ
ィにおける接線方向応力（引張応力）が増大しようとす
る。しかし本発明では、パンチ又はダイが素材を圧縮し
始めるとのと略同時に、ダイの外側のテーパ面に補強リ
ングの内側のテーパ面が嵌合してダイを外側から締め付
ける。この締め付けは、ダイを外側から縮径するように
作用するものであり、素材が受ける圧縮力による半径外
向の力と逆向きの力である。つまり、成形過程でダイ内
部に発生し、増大しようとする引張応力は、ダイの外側
に嵌合する補強リングによる圧縮応力にて相殺されるよ
うな作用を受ける。

【００１１】これにより、ダイには、成形開始から終了
に至るまでにおいて、その内部におけるダイキャビティ
の内径付近で接線方向応力が発生するものの、その振幅
を小さく抑えることができる。したがって、鍛造を繰り
返して成形品を多量生産する場合でもダイの疲労破壊を
減少させることができる。本発明方法における補強リン
グは、素材の圧縮前（鍛造成形開始前）はダイを締付け
ることなく配置（分離）しておくのが好ましいが、ダイ
内部に実質的に内部応力（予応力）が発生していない
か、発生していても少しの内部応力であれば、あらかじ
めダイに締り嵌め状態で嵌合していてもよい。

【００１２】前記発明の型鍛造方法においては、前記補
強リングを、素材が圧縮されている間、前記ダイに締め
付け状に嵌合させておくとよい。そしていずれの方法に
おいても前記補強リングを、素材が受ける圧縮力の増大
に応じてダイの締付け力が増大するように前記ダイに締
め付け状に嵌合させるのが好ましい。つまり、素材が受
ける圧縮力の増大に応じて前記補強リングを前記ダイの
外側に圧入し続けるのである。そして、前記補強リング
によるダイの締付け力は、素材が受ける圧縮力が最大に
なるのと略同時に最大になるように増大させるのがとく
に好ましい。

【００１３】そして、本発明の型鍛造装置は次のようで
ある。すなわち、パンチ及びダイの間で素材を圧縮して
成形する型鍛造に使用され、前記パンチ及びダイの少な
くとも一方が前記素材が圧縮される方向に移動するよう
に設けられた型鍛造装置であって、前記ダイは、その外
側に素材の圧縮方向を軸とするテーパ面が形成されてい
る一方、該テーパ面に嵌合するテーパ面を内側に備え、
前記ダイの外側のテーパ面に嵌合して該ダイを補強する
補強リングが前記軸と同軸状に配置され、前記パンチ及
びダイによって素材が圧縮され始めるのと略同時に、該
補強リングの内側のテーパ面が、前記ダイの外側のテー
パ面に締め付け状に嵌合する構成としてなることを特徴
とする。

【００１４】本装置において前記補強リングは、前記パ
ンチ及びダイによって素材を圧縮し始めるのと略同時
に、該補強リングの内側のテーパ面を前記ダイの外側の
テーパ面に締め付け状に嵌合する構成としてあればよ
い。したがって、パンチが取付けられるプレートに固定
されて同パンチと一体で移動するようにしてもよいし、
パンチやダイの移動とは別途に制御されて移動するよう
にしてもよい。

【００１５】この装置においては、前記ダイの外側のテ
ーパ面をなすように、該ダイとは別部材であって外側に
テーパ面を有してなる摩耗部材を該ダイの外側に設けた
ものとするとよい。ダイは合金工具鋼や超硬合金などで
形成され、補強リングは合金工具鋼などで形成されるた
め、両者の嵌合、圧入時の摺動摩耗が寿命に影響する。
しかし、このようにすれば、補強リングがダイに嵌合す
る際の両者の摩耗をこの摩耗部材にて受け持たすことが
できるため、ダイ及び補強リングの摩耗防止が図られ
る。摩耗部材は消耗品となることから、補強リングの材
質を考慮しつつ相対的に摩耗しやすい材質から選択すれ
ばよい。

【００１６】このような摩耗部材は、前記軸方向からみ
て複数に分割されていても一体でもよい。一体の場合に
は、若干の締り嵌め状態が得られるように嵌合しておく
のが好ましい。摩耗部材は消耗品となることから、その
嵌合、分離を要することになる。したがって、摩耗部材
は、前記補強リングとの嵌合開始端側から切れ目が入れ
られているとよい。このようにしておけば弾性変形しや
すくなるため、嵌合、分離を容易とするためである。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に係る型鍛造方法及び型鍛
造装置の実施の形態を図１〜７を参照しながら詳細に説
明する。図１は型鍛造装置の概略構成を示したプレス前
の縦断面図である。同図に示したように、本形態の型鍛
造装置１は、上下で一組の金型をなし、合金工具鋼で形
成されたパンチ１１及びダイ２１が上下に同軸状に取付
けられている。そして、パンチ（以下、上パンチともい
う）１１は、平板状をなす鉄鋼製のプレート（以下、上
プレートともいう）３１に取付けられ、図示しない機構
を介して上下に移動する構成とされている。上パンチ１
１は円柱状に形成され、上プレート３１の下面３２にそ
の上端面１２の大径部１３を固定して垂直状に取り付け
られている。なお、上パンチ１１の大径部１３より下方
は一定径の円柱部１４とされ、次記するダイ２１のダイ
キャビティ２２の内径よりやや小径に形成されている。

【００１８】そして、上プレート３１の下面３２に、上
パンチ１１と同軸状で、本発明の要旨とする円筒状の補
強リング４１がその上端面４２を固定して垂下状に取り
付けられている。ただし、本形態では補強リング４１の
内側（内周面）の下方の略半分が下広がり状をなす円錐
形のテーパに形成され、テーパ面（以下、内テーパ面と
いう）４５をなしている。なお、このテーパの片側角度
つまりＪと母線のなす角度は、例えば０．５度〜１５度
の範囲で設定される。

【００１９】一方、ダイ２１は、断面凸形をなす下のプ
レート（以下、下プレートともいう）５１の凸部５２の
上面５３中央に立設状に取り付けられており、略円筒形
をなしている。そしてダイ２１の中央には素材の成形の
ための円柱状空孔をなすダイキャビティ（成形用空間）
２２が設けられており、その内面が成形型面をなしてい
る。このダイキャビティ２２は上プレート３１が下降し
たとき、それに取付けられた上パンチ１１が押し込まれ
る配置され、その内径は上パンチ１１の外径より少し大
きく設定されている。また、ダイ２１の外側（外周面）
は、補強リング４１の内側の内テーパ面４５のテーパと
略同一角度のテーパをもち、下方に向かうにしたがい拡
径する円錐形の外テーパ面２５がダイキャビティ２２と
同軸状に設けられている。そして、外テーパ面２５にお
けるダイキャビティ２２の底面２３の高さ部位の径が、
補強リング４１の内テーパ面４５の開口端の内径と略同
一とされている。

【００２０】こうして、ダイ２１のダイキャビティ２２
に素材を装填し、上プレート３１を下降させて上パンチ
１１が素材を圧縮し始めるのと略同時に、上プレート３
１に取付けられた補強リング４１の内テーパ面４５が、
ダイ２１の外テーパ面２５に嵌合状に当接し、その後、
パンチ１１がさらに下降して素材を圧縮すると、補強リ
ング４１はダイ２１の外テーパ面２５に圧接状となっ
て、さらに摺動、下降し、ダイ２１を外側から絞り込む
ように作用し、所定ストローク下降して停止するように
設定されている。

【００２１】本形態では、下プレート５１の凸部５２の
上面５３中央から下に向けて垂直に円柱状の空孔５５が
設けられている。ただし、この空孔５５はその上方が大
径とされ、上下にスライド可能の下パンチ６１が配置さ
れている。なお、下パンチ６１の下端部寄り部位６２は
大径とされて空孔５５の大径部の底部に着座するように
され、それより上寄り部位はダイ２１のダイキャビティ
２２の底部に貫通する空孔２６にスライド可能に挿入さ
れ、上端面がダイキャビティ２２の底面２３をなしてい
る。こうして、素材の成形後、下パンチ６１を空孔５５
の下方の小径部５７から突き上げることで成形品を上に
押出すように構成されている。

【００２２】このような本形態においては、鍛造前はダ
イ２１はその外側に補強リング４１が嵌っておらず、し
たがって、ダイ２１の内部に応力は発生していない。そ
して、この無応力状態にあるダイ２１のダイキャビティ
２２に、図２に示したように円柱状の素材Ｓを装填し、
すえこみ成形（鍛造）する場合には次のようである。

【００２３】すなわち、素材Ｓの装填後に上プレート３
１を下降させると、図３に示したように、補強リング４
１及び上パンチ１１が同時に下降する。そして、素材Ｓ
は上パンチ１１と下パンチ６１との間に挟まれて軸Ｊ方
向に圧縮され、図４に示したように、ダイキャビティ２
２内でその成形型面の形状にすえこみ成形される。この
成形において、上パンチ１１が素材Ｓを圧縮し始める
と、素材Ｓが大径となることにより（図３、４参照）、
ダイキャビティ２２内でその半径方向（内周面）に向か
う圧力が発生するため、ダイ２１の内部には応力が発生
する。そして、この応力はパンチ１１の下降にしたがっ
て大きくなるべきところ、本形態では上パンチ１１が素
材Ｓを圧縮し始めるのと略同時に、補強リング４１の内
テーパ面４５がダイ２１の外テーパ面２５に嵌合状に当
接し、続く補強リング４１の下降にしたがってダイ２１
を外側から絞り込むように締め付ける。つまり、パンチ
１１の下降による素材Ｓの圧縮でダイ２１の内部には引
張応力が発生すると同時に、補強リング４１の締め付け
作用により、その引張応力を打ち消す作用をなすのであ
る。

【００２４】本形態では、上パンチ１１の押し込みによ
ってダイ２１の内部の内径付近に発生し、増大する接線
方向応力を相殺することのできる力、つまり補強リング
４１の下降による締付け力は、その下降が大きくなるほ
ど増大する。すなわち、上パンチ１１が素材Ｓを圧縮す
る力が大きくなるほど補強リング４１による締め付け力
も大きくなり、両者ともに補強リング４１の下降が図４
に示した最下端に至るまで増大するため、ダイ２１の内
部の内径付近に発生する接線方法応力が過大となること
が防止される。そして、上プレート３１、補強リング４
１、上パンチ１１が図４に示した最下端位置で停止する
と成形を完了する。この成形の完了時点でダイ２１内側
の圧力は最大になるが、補強リング４１によるダイ２１
の締め付け力も最大となるため、それらの力の相殺作用
によって接線方向応力は鍛造前の無応力状態に近い小さ
い変動幅に抑えられる。

【００２５】なお、成形完了後は、上プレート３１を上
昇させることで、補強リング４１及び上パンチ１１とも
に上昇する。この上昇につれて補強リング４１はダイ２
１から徐々に外れ、ダイ２１の内側の成形圧力の減少と
ともに、補強リング４１によるダイ２１の締め付けも減
少する。そして、補強リング４１及び上パンチ１１がダ
イ２１から分離すると、ダイ２１の内部応力は成形前の
無応力に近い状態に戻る。その後、下パンチ６１を上昇
させて成形された素材Ｓを突き上げ取り出すことで成形
が終了する。このように、本形態では、ダイ２１の破損
に影響する応力が発生しようとする時に、選択的にその
応力を相殺するように作用するものであるため、ダイ２
１の長寿命化が図られる。

【００２６】加えて、補強リング４１が外れると、ダイ
２１は補強リング４１の締め付けから解放されるため、
それと同時に、ダイ２１は弾性により無応力に近い状態
の寸法、形状に戻り、ダイキャビティ２２内の成形品に
対する締め付けが緩む。したがって、成形品をダイキャ
ビティから取り出す際にはその取り出しが容易となり、
成形品のみならずダイキャビティの内周面の損傷防止に
も有効である。そして、こうした効果は冷間鍛造や熱間
鍛造にかかわらず得ることができる。

【００２７】ここで、前記形態における素材Ｓの圧縮成
形過程でのダイ２１の内部の応力が打ち消し合う状態を
さらに詳しくグラフで説明する。図５は、補強リング４
１がない場合において鍛造したときのダイ２１の内部の
内径付近の接線方向応力σｔｌｉの変化の状態を示した
ものである。このグラフから分かるように上パンチ１１
の下降により成形が始まると同時に、同図に示したよう
に、ダイ２１の内部の内径付近には無応力状態から応力
σｔｌｉが引張応力として発生し、上パンチ１１の下降
にしたがって次第に大きくなる。

【００２８】一方、図６は、鍛造は行わず、補強リング
４１のみが下降してダイ２１を外側から締め付けたとき
のダイ２１の内部の内径付近の接線方向応力σｔｌｉを
表したグラフである。同図に示したように、補強リング
４１が下降し、ダイ２１に嵌合すると、ダイ２１の内部
の内径付近には無応力状態から接線方向応力σｔｌｉが
圧縮応力として発生し、補強リング４１の下降にしたが
って次第に大きくなる。

【００２９】そして、本発明の前記形態のダイ２１にお
いて発生する接線方向応力は、これら２種類の応力（引
張応力と圧縮応力）が同時に発生する、とみることがで
きるから、実際の応力の発生状況は、これら２つのグラ
フを重ね合わせたものとなり、図７に示したように変化
する。つまり上パンチ１１が素材Ｓを圧縮することによ
って発生する応力と、補強リング４１のダイ２１の締め
付けによって発生する応力の、２種類の応力による相殺
作用により、ダイ２１の内部の内径付近の接線方向応力
はその振幅が補強リング４１が予め嵌められている従来
技術による場合（図２３のグラフ参照）に比べ小さいも
のとなる。

【００３０】なお、大きな成形圧力が必要な成形品の加
工においては、その必要な成形圧力によって発生しよう
とするダイ２１の応力を相殺できるように、補強リング
４１及びダイ２１の内外のテーパ（テーパ角度や嵌合の
締め代など）を設計すればよい。ちなみに、成形前にお
いて補強リングがダイを締め付けている従来の技術（図
２０）では、図２３に示したように、上パンチの下降に
よる成形でダイ内部に発生する最大応力（最大引張応力
σｔｌｉ）は、補強リングがない場合の成形完了時の最
大応力に比べれば小さくできるが、上パンチの下降前
（成形前）でもダイ内部には大きな接線方向応力が圧縮
応力として作用しているため、応力振幅は本発明のよう
に小さくできない。そして、このような応力振幅は、高
い成形力を要する鍛造のときほど、ダイ内部の接線方向
応力（圧縮応力）を大きくしておく必要があることから
大きくなり、したがってダイの疲労破壊を生じさせやす
い。

【００３１】さて次に第２実施形態について図８を参照
して説明する。ただし、本形態は前記形態と本質的相違
はないことから、相違点のみ説明し、同一部位には同一
の符号を付すに止める。すなわち本形態のものは、前記
形態におけるダイ２１の外側に、本発明の要旨とする可
動式の補強リング４１とは別に、ダイの外側のテーパ面
をなすように、外側にテーパ面７５を有してなる筒状の
摩耗部材７１をダイ２１の外側に嵌合したものである。
すなわち、外周面が下に向かうにしたがって拡径する外
テーパ面７５を有する摩耗部材７１がダイ２１の外側に
嵌合されている。なお、摩耗部材７１は、補強リング４
１との嵌合ないし摺動時の摩擦によって補強リング４１
よりも摩耗しやすい金属材料からなり、ダイ２１に若干
の圧縮応力が与えられるような締り嵌め状態となって嵌
合されている。これらの嵌合は、摩耗部材７１の内周面
７３とダイ２１の外側面２５を緩勾配のテーパ面として
おき、圧入などによって行えばよい。

【００３２】しかして、成形時にはパンチ１１を移動し
て素材を圧縮し始めるのと略同時に、補強リング４１の
内テーパ面４５が摩耗部材７１の外側の外テーパ面７５
に締め付け状に嵌合する。すなわち、摩耗部材７１を介
してダイ２１の外側を締め付ける点を除けば、前記形態
と同様の作用効果が得られる。加えて、摩耗部材７１を
配置したことから、成形時における補強リング４１との
摩擦による摩耗をその摩耗部材７１に受け持たせること
ができるため、摩耗部材７１を消耗品として交換するこ
とで補強リング４１の摩耗を防止でき、金型の長寿命化
が図られる。また、このように摩耗部材７１を嵌合する
ことは、ダイが、超硬合金製のように多量生産には向く
ものの、合金工具鋼のような金型材と異なり耐衝撃性に
比較的劣る金属で形成されている場合に好適である。

【００３３】なお、このような摩耗部材７１を設ける場
合には、前記形態のように一体の筒状のものとしてもよ
いし、図９に示した摩耗部材７１のように、軸Ｊ方向に
複数に分割して複数の摩耗部材片７０からなるものと
し、各摩耗部材片７０をダイ２１の外周面に図示しない
ボルトなどで固定してもよい。

【００３４】また、図１０に示した摩耗部材７１のよう
に、補強リングとの嵌合開始端７８側（図示上側）から
軸Ｊ方向に沿って切れ目（スリット）７９が形成されて
いるものとし、下端寄り部位（図示下側）にて一体化し
たものとしておいてもよい。このようにしておけば、補
強リングの嵌合における摩耗部材７１の変形（縮径）が
容易となる上に、ダイへの嵌合或いは取り外しが容易と
なる。

【００３５】さて次に、本発明の第３実施形態について
図１１を参照して説明する。ただし、このものは、前記
第１実施形態に対し、補強リング４１を上プレート３１
に固定することなく、下プレート５１に油圧シリンダ８
１を介して取り付けた点のみが相違するだけで、本質的
相違はないことから、相違点のみ説明する。

【００３６】前記形態では補強リング４１を上プレート
３１に垂下状に取付けて上プレート３１とともに下降さ
せてパンチ１１が素材を圧縮し始めるのと略同時に、補
強リング４１をダイ２１に嵌合するようにしたが、この
ものでは複数の油圧シリンダ８１を下プレート５１の周
囲に、ロッド８２が上に突出するように固定し、そのロ
ッド８２の先端に補強リング４１を取付け、プレス開始
前にはダイ２１に嵌合することなく支持された状態に保
持されている。そして、上プレート３１とともに上パン
チ１１を下降させると、上プレート３１が補強リング４
１の上面４２に衝突して押し下げ、上パンチ１１がダイ
キャビティ２２に突入して素材を圧縮し始めるのと同時
に、補強リング４１がダイ２１に嵌り、ダイ２１を締め
付けるように油圧シリンダ８１の作動が制御されるよう
に構成されている。なお、成形後は上プレート３１とと
もに上パンチ１１を上昇すると同時に、油圧シリンダ８
１を作動して補強リング４１を押し上げてダイ２１から
分離するように設定されている。

【００３７】こうして、素材の圧縮過程において、前記
形態と同様にダイ２１は、素材が受ける圧縮力の増加に
応じて外側から絞り込まれることから、キャビティ２２
の内径において発生しようとする接線方向応力を小さく
できる。なお、成形終了後は、上プレート３１及び上パ
ンチ１１を上昇し、さらに油圧シリンダ８１の作用にて
補強リング４１を押し上げてダイ２１から分離すること
で、ダイ２１は無応力に近い状態に保持される。

【００３８】加えて本形態では、上プレート３１に補強
リング４１を取付けていないため、パンチ１１の周囲の
空間を大きく確保できるため、素材の装填や成形品の取
出しなどのハンドリングが容易となるといった効果もあ
る。なお、本形態では油圧シリンダ８１を用いたが、こ
れに代えて空圧シリンダを用いることもできる。また、
シリンダに代えて強力なばね部材にて補強リング４１を
保持し、上プレート３１の下降において補強リング４１
を押し下げるとともに、上プレート３１の上昇に伴いば
ね部材のバネ作用にて補強リング４１を押し上げてダイ
２１から分離するようにしておいてもよい。

【００３９】次に第４実施形態について図１２、１３に
基づいて説明する。ただし、このものは前記第３実施形
態のさらに改良とでもいうべきものであるので、相違点
を中心として説明し、同一部位には同一の符号を付し、
適宜その説明を省略する。すなわち、前記第３実施形態
では下プレート５１に油圧シリンダー８１を固定し、そ
の上向きに突出するロッド８２に補強リング４１を固定
したものを示したが、本形態では、上プレート３１の上
面の周囲に複数の油圧シリンダー８１を固定し、そのロ
ッド８２を下向きに突出させ、その先端に補強リング４
１を吊り下げ状に取付けている。

【００４０】そして、下プレート５１に複数の油圧シリ
ンダ８１を取付け、上向きに突出するそのロッド８２の
先端にダイ２１を取付けたものである。本形態では上プ
レート３１と、それに固定された上パンチ１１が下降す
ると、上パンチ１１が素材Ｓを圧縮し始めるのと同時に
補強リング４１はダイ２１に嵌合し、ダイ２１を締め付
け始める。続いて、上パンチ１１が下降して素材Ｓをさ
らに圧縮すると、下プレート５１にてダイ２１を支持し
ているし油圧シリンダ８１のロッド８２が後退し、ダイ
２１を相対的に下降させることで、下パンチ６１を相対
的に上昇させるように設定され、上パンチ１１の下降の
みならず下パンチ６１の上昇ともあいまって素材Ｓを上
下から圧縮するように設定されている。なお、ダイ２１
が下降する時は、同時にその下降速度以上で補強リング
４１が下降し、さらに深くダイ２１に嵌合するように設
定されている。

【００４１】このような本形態では上プレート３１と、
それに固定された上パンチ１１とが下降すると、それら
は相対的に下プレート５１に接近する。そして図１３の
ようにパンチ１１、６１が素材Ｓを圧縮し始めるのと同
時に、補強リング４１がダイ２１に嵌合する。そして、
下プレート５１に取付けられた油圧シリンダ８１のロッ
ド８２が後退して相対的に下パンチ６１が上昇し、両パ
ンチ１１、６１がダイ２１のダイキャビティ内７に上下
両方向から突入し、素材Ｓを圧縮成形する。したがっ
て、両パンチ１１、６１のダイキャビティ内への突入速
度及びストロークを同じに設定することで上下対称成形
が可能となる。また、パンチ１１、６１、ダイ２１又は
補強リング４１の突入速度及びストロークを油圧などで
適宜に制御することで、形状に応じた最適条件での鍛造
が可能となり、上下対称品、上下非対称品に限らず均質
な、すえこみ成形品を効率的に製造できる。

【００４２】上記した各実施形態では、成形の進行にし
たがって成形圧が徐々に増加する、すえこみ成形におい
て本発明を具体化したが、本発明はこのような成形に限
定されるものではない。本発明は、素材を異径に押出し
成形する場合においても適用できるものであり、以下、
この実施形態を図１４〜１６を参照して説明する。ただ
し、装置としては図１１に示したものと本質的に共通す
ることから同一部位には同一の符号を付し、相違点を中
心に説明する。

【００４３】すなわち、本形態では、図１７に示した異
径棒状の製品Ｓ２を押し出し成形する装置であるため、
そのダイ２１は、図示のようにキャビティ２２が縮径テ
ーパ部２４を介して小径にされ、下方に貫通している。
しかして、このものでは、素材Ｓをダイキャビティ２２
に装填し、上プレート３１を下降してパンチ１１にて素
材Ｓを圧縮する。この圧縮と略同時に補強リング４１が
ダイ２１の外側の外テーパ面２５に嵌合するように油圧
シリンダ８１を作動、制御する。そして、素材Ｓを圧縮
して押出し成形するのである。

【００４４】このようなダイ２１を使用して押し出し成
形する場合、もし本発明における補強リング４１がない
場合には、上パンチ１１が下降して成形する過程でのダ
イ２１内部の内径付近の接線方向の応力σｔｌｉは、図
１８のようになる。つまり成形初期においてはσｔｌｉ
は徐々に増加するが、押出しが始まる途中からは成形
（押出し）が進行しても成形力が略一定になるため、接
線方向応力σｔｌｉは略一定になる。

【００４５】したがって、このような押出し成形では、
押出しが始まり接線方向応力σｔｌが略一定になるま
で、補強リング４１を下降してダイ２１を締付け、その
後図１６に示した状態においては補強リング４１の下降
を停止する一方、パンチ１１のみを所定ストローク押し
込めばよい。つまりパンチ１１のみをさらに下降して成
形をすすめるのであるが、接線方向応力はこの押出し過
程では略一定であるため、補強リング４１はダイ２１に
一定の締め代の嵌合状態を維持していればよい。なお補
強リング４１の内テーパ面４５や下降速度は、ダイ２１
に発生しようとする接線方向応力を相殺できるように設
計及び制御すればよい。

【００４６】上記した各実施形態から理解されるよう
に、本発明はすえこみや押出し成形などの型鍛造方法及
び型鍛造装置において広く適用できる。そして、いずれ
の成形においても、成形中、ダイに発生する接線方向応
力がなるべく小さな振幅となるように、補強リングのダ
イに対する嵌合いの設定、制御をすればよい。

【００４７】また、パンチ、ダイ又は補強リングの支
持、取付けは適宜の構成とすることができる。また、前
記においては下プレート側にダイを取付け、上プレート
にパンチを取付けた装置において具体化して説明した
が、本発明はこれらを上下逆に設けることもできるし、
上下以外の圧縮方向としても具体化できる。本発明は前
記の各形態のものに限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない限りにおいて種々設計変更して具体化でき
る。

【００４８】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、ダイの内部の内径付近の接線方向応力の振幅
を小さくすることができる。したがって高い成形圧力を
要する鍛造品の加工においてもダイの疲労破壊の原因を
除去できるため、その長寿命化を図ることができし、複
雑形状の成形（型鍛造）も実現できる。

【００４９】加えて、成形終の鍛造品を、たとえば下パ
ンチで突き上げて取り出す場合にも効果がある。すなわ
ち、補強リング４１が外れると、ダイは補強リング４１
の締め付けから解放されるため、それと同時に、ダイは
弾性によりその直径（内径）が大きくなり、ダイキャビ
ティの素材Ｓに対する締め付けも緩む。これにより素材
Ｓをダイキャビティから取り出す際には従来よりも軽い
力で取り出すことができるため、ダイのダイキャビティ
の内周面や成形し終えた鍛造品を損傷することの防止に
も極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る型鍛造装置の実施形態例の概略構
成を示したプレス前の縦断面図。

【図２】図１において素材を装填した縦断面図。

【図３】図１において素材を圧縮し始めたときの縦断面
図。

【図４】図１において素材を圧縮し終わったときの縦断
面図。

【図５】補強リングがない場合において鍛造したときの
ダイの内部の内径付近の接線方向応力の変化の状態を示
したグラフ。

【図６】鍛造は行わず、補強リングのみが下降してダイ
を外側から締め付けたときのダイの内部の内径付近の接
線方向応力を表したグラフ。

【図７】図５、図６の２つのグラフを重ね合わせたグラ
フ。

【図８】第２実施形態の概略構成を示したプレス前の縦
断面図。

【図９】Ａは摩耗部材の平面図で、Ｂは摩耗部材の中央
縦断面図。

【図１０】摩耗部材の別施形態を示す中央縦断面図。

【図１１】第３実施形態の概略構成を示したプレス前の
縦断面図。

【図１２】第４実施形態の概略構成を示したプレス前の
縦断面図。

【図１３】図１２において素材を圧縮し終わったときの
縦断面図。

【図１４】第５実施形態の概略構成を示したプレス前の
縦断面図。

【図１５】図１４において素材を圧縮し始めたときの縦
断面図。

【図１６】図１４において素材を圧縮しているときの縦
断面図。

【図１７】押し出し成形される異径棒状の製品。

【図１８】ダイを使用して押し出し成形する場合で本発
明における補強リングがない場合のダイ内部の内径付近
の接線方向の応力を表したグラフ。

【図１９】従来の円筒形ダイの説明用平面図（断面
図）。

【図２０】補強リングを嵌合してなる従来の円筒形ダイ
の説明用平面図（断面図）。

【図２１】図２０の中央縦断面図。

【図２２】図２０の円筒形ダイで成形した時の接線方向
応力の分布の説明用平面図。

【図２３】図２０の円筒形ダイで成形した時の接線方向
応力の変化状態を示したグラフ。

【図２４】複雑形状の成形面を持つダイの断面図。

【符号の説明】

１１、６１ パンチ ２１ ダイ ２５ ダイの外側のテーパ面 ４１ 補強リング ４５ 補強リングの内側のテーパ面 ７１ 摩耗部材 ７５ 摩耗部材の外側にテーパ面 ７８ 摩耗部材の補強リングとの嵌合開始端 ７９ 摩耗部材の切れ目 Ｓ 素材

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パンチ及びダイの間で素材を圧縮して成
   形する型鍛造方法であって、 前記ダイの外側に素材の圧縮方向を軸とするテーパ面を
   形成しておく一方、 該テーパ面に嵌合するテーパ面を内側に備え、前記ダイ
   の外側のテーパ面に嵌合して該ダイを補強する補強リン
   グを配置しておき、 前記パンチ及びダイの少なくとも一方を移動して素材を
   圧縮し始めるのと略同時に、前記補強リングの内側のテ
   ーパ面を前記ダイの外側のテーパ面に締め付け状に嵌合
   させることを特徴とする型鍛造方法。
2. 【請求項２】 前記補強リングを、素材が圧縮されてい
   る間、前記ダイに締め付け状に嵌合させることを特徴と
   する請求項１に記載の型鍛造方法。
3. 【請求項３】 前記補強リングを、素材が受ける圧縮力
   の増大に応じてダイの締付け力が増大するように前記ダ
   イに締め付け状に嵌合させることを特徴とする請求項１
   又は２に記載の型鍛造方法。
4. 【請求項４】 前記補強リングによるダイの締付け力
   が、素材が受ける圧縮力が最大になるのと略同時に最大
   になるように増大させることを特徴とする請求項１、２
   又は３に記載の型鍛造方法。
5. 【請求項５】 パンチ及びダイの間で素材を圧縮して成
   形する型鍛造に使用され、前記パンチ及びダイの少なく
   とも一方が前記素材が圧縮される方向に移動するように
   設けられた型鍛造装置であって、 前記ダイは、その外側に素材の圧縮方向を軸とするテー
   パ面が形成される一方、 該テーパ面に嵌合するテーパ面を内側に備え、前記ダイ
   の外側のテーパ面に嵌合して該ダイを補強する補強リン
   グが前記軸と同軸状に配置され、 前記パンチ及びダイによって素材が圧縮され始めるのと
   略同時に、該補強リングの内側のテーパ面が、前記ダイ
   の外側のテーパ面に締め付け状に嵌合する構成としてな
   ることを特徴とする型鍛造装置。
6. 【請求項６】 前記ダイの外側のテーパ面をなすよう
   に、該ダイとは別部材であって外側にテーパ面を有して
   なる摩耗部材を該ダイの外側に設けたことを特徴とする
   請求項５に記載の型鍛造装置。
7. 【請求項７】 前記摩耗部材は、前記軸方向からみて複
   数に分割されていることを特徴とする請求項６に記載の
   型鍛造装置。
8. 【請求項８】 前記摩耗部材は、前記補強リングとの嵌
   合開始端側から切れ目が形成されていることを特徴とす
   る請求項６に記載の型鍛造装置。