JP2001150081A - 鍛造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鍛造素材が短尺であるため高速鍛造法を採用
できない問題、端面の窪みによる鍛造歩留りの大きな低
下、端部の中心部分の鍛造効果不足の問題および被鍛造
材の端部と中央部との温度差に伴う問題を、それぞれ単
独してまたは複合して解決することが可能な鍛造方法を
提供する。 【解決手段】 被鍛造材に対し、マニプレータでその端
部を把持して、その軸に直角の複数方向からの金敷によ
る同時圧下動作と、前記軸の方向への移動動作とを交互
に繰り返し加えて、前記被鍛造材をその軸方向にパスさ
せつつ鍛造する鍛造方法において、被鍛造材の端部を、
予め中央部より小断面寸法化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被鍛造材に対し、
マニプレータでその端部を把持して、その軸に直角の複
数方向からの金敷による同時圧下動作と、前記軸の方向
への移動動作とを交互に繰り返し加えて、前記被鍛造材
をその軸方向にパスさせつつ鍛伸する所謂高速鍛造法の
技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鍛造方法として、鍛造ハンマ、鍛
造プレスによる自由鍛造方法が一般に用いられてきた。
これらの方法は、所定の温度に加熱した被鍛造材を、固
定の下金敷と昇降可能な上金敷との一対の金敷間で繰り
返し圧下するものであった。これら従来の方法では、Ｓ
ＰＭ（圧下の回数／分）が低いため、鍛造能率が低い、
鍛造加工中の温度低下のため、一般には再加熱を必要と
する等の問題があった。

【０００３】上記従来の鍛造方法に対して、棒状等の被
鍛造材に対し、マニプレータでその端部を把持して、そ
の軸に直角の複数方向からの金敷による同時圧下動作
と、前記軸の方向への移動動作（丸断面材の場合自転運
動も付加される）とを交互に高頻度に繰り返し加えて、
前記被鍛造材をその軸方向にパスさせつつ鍛伸する高速
鍛造法が提案、実用化されている。該高速鍛造法は、鍛
造能率が高く、かつＳＰＭ、したがって時間当たりの鍛
造加工熱（鍛造時の機械的エネルギが被鍛造材中で変換
される熱量）が大きいので、加工中の冷却による温度低
下が緩和され（または温度上昇する場合もある）、再加
熱の必要性が解消または低減されるという大きな利点が
ある。

【０００４】該高速鍛造装置は、図２に示すように鍛造
装置本体１０と、被鍛造材１をその端部で把持して操作
するために、鍛造装置本体１０の前後に前後進可能に設
けられたマニプレータ２０、２１とからなる。また、該
鍛造法では、通常、必要な鍛練成形比を得るために、適
当な１パス当たり減面率のパスを多数回繰り返されるか
ら、被鍛造材１は、両マニプレータを互いに最接近した
状態で両マニプレータの爪３、４間で安全に掴み替え可
能なように最短長さｍを有することが必要である。

【０００５】また、該高速鍛造法において、図３のＡに
示すように鍛造前、例えば被鍛造材１の軸心に垂直であ
った端面１ａが、鍛造後はＢに示すようにカップ状に窪
んだ凹面１ｂとなる、これに伴って端部において、軸心
部は外周部よりも軸方向の伸び、したがって、鍛練成形
比が小さくなる現象を生ずる。該鍛造法では、前記のよ
うに適当な１パス当たり減面率のパスを多数回繰り返さ
れるから、そのパス毎に上記窪みは深く成長する。該端
面窪みを有する被鍛造材は、出荷等に際して鋸切断等で
該窪み部分を切り捨てて整形する必要があり、窪みが深
いほど鍛造歩留りは低下する。なお、この窪みの成長
は、同図Ｃのように端部が後端となって、金敷２、２で
の鍛造局部へ進入する場合の方が、Ｄのように端部が先
端となって鍛造局部へ進入する場合よりも大きい。

【０００６】さらに、被鍛造材はその端部が鍛造作業の
ため把持不可能なとき以外は、通常両端をマニプレータ
で把持されることでその安定を確保される。したがっ
て、被鍛造材の両端部は中央部に比し、それ自身放熱が
大きい上にマニプレータの爪への伝導伝熱により冷却さ
れ低温化される。高速鍛造法では鍛造加工熱による昇温
も可能であるから、この端部の低温化は、端部に対して
中央部が過度に高温化することをも意味し、したがって
被鍛造材の長さ方向の温度むらとして捕捉し得る。な
お、高速鍛造に供される被鍛造材は、塑性加工履歴の有
無に関してインゴット等の鋳造ままのものと、分塊加工
を経たものに大別でき、また、該高速鍛造された材料
は、その後さらに熱間塑性加工を加えられるものがあ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】鍛造仕上げ製品に対し
て十分な重量を有しながらも、鍛造素材が図２の寸法ｍ
未満の短尺であるため前記の大きな利点を有する高速鍛
造法を採用できないという事例は日常的に起っている。
また、従来、特に、長さ／直径等の比が小さい製品では
端面窪み現象による切り捨てのため、鍛造歩留りが大き
く低下していた。また、前記被鍛造材の長さ方向の温度
むらは、一方では、端部の変形抵抗の増加や熱収縮の低
下により仕上げ寸法を大きくして、被鍛造材全体の寸法
のバラツキを大きくする原因となり、また変形能低下に
より割れを発生したり、適正鍛造温度範囲が狭い超耐熱
合金、工具鋼等においては、１ヒート当たりの加工時
間、したがって塑性加工量を制限する等の問題を伴い、
他方では、中央部の鍛造加工熱による過熱による結晶粒
の粗大化等異常組織の原因となるこという問題を伴う。

【０００８】本発明は、鍛造素材が短尺であるため前記
の大きな利点を有する高速鍛造法を採用できないという
問題、端面の窪み発生による鍛造歩留りの大きな低下や
端部の中心部分の鍛造効果不足等の問題および被鍛造材
の端部と中央部との温度差に伴う問題を、それぞれ単独
してまたは複合して解決することが可能な鍛造方法を提
供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、被鍛造材に対
し、マニプレータでその端部を把持して、その軸に直角
の複数方向からの金敷による同時圧下動作と、前記軸の
方向への移動動作とを交互に繰り返し加えて、前記被鍛
造材をその軸方向にパスさせつつ鍛造する鍛造方法にお
いて、特定の前記パスに先立って前記被鍛造材の端部を
中央部より小断面寸法化することを特徴とする鍛造方法
である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明において、第１パスに先
立って、端部の小断面寸法化を鍛造によって行い、かつ
該小断面寸法化された部分をマニプレータで把持して鍛
造すること、端部は、大断面寸法側が中央部側である
テーパ部分を有するものとすること、端部の小断面寸
法化された部分は、中央部の最終鍛造寸法と実質的に同
寸法とされているか、または最終鍛造パスまたはそれ以
前のパスで、前記中央部の鍛造寸法と実質的に同寸法と
されることがそれぞれ望ましい。

【００１１】前記の実施形態では、被鍛造材の全長を
第１パスに先立って鍛造により伸長させることで、短尺
素材でも高速鍛造法の採用が可能となり、またマニプレ
ータの爪への熱伝導による、被鍛造材の中央部のうち端
部側部分の冷却が抑制可能となる。また、の実施形態
は、端面の窪み現象や鍛練成形比のバラツキを抑制する
もの、の実施形態は、端部が過度に冷却する以前に、
鍛造加工しておくものである。以下、本発明の実施の形
態を丸断面の被鍛造材１の場合で描いた図１で説明す
る。しかし、本発明は丸断面の被鍛造材に限定されず、
また、小断面寸法化部分の断面形状は中央部分の断面形
状には拘束されない。

【００１２】図１Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆは上記の形態を
説明する図である。これらの図で、端部は、平行部分１
ｄを有し、このうちＡ、Ｂ、Ｃ、Ｆはテーパ部分１ｅを
も有する。該端部は、第１パスの鍛造に先立って元の形
状１ｇを鍛造により被鍛造材１の中央部１ｃより小断面
寸法化された部分であり、このうち平行部分１ｄは高速
鍛造に際してマニプレータの爪３または４で把持され
る。

【００１３】図１Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆから、被鍛造材１
の全長が鍛造により伸び、この伸びは平行部分１ｄを細
くするほど大きくなること、これにより、特にＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｄにおいては鍛造素材が短尺であるため、鍛造仕上
げ製品に対して十分な重量を有しながらも高速鍛造法を
採用できなかった事例の幾分かに高速鍛造法を採用可能
となし得ること、マニプレータの爪への熱伝導による、
中央部分のうちの端部側部分の冷却が大幅に抑制可能な
こと、がそれぞれ分る。なお、端部の平行部分１ｄの断
面寸法は、該部分をマニプレータの爪３、４で把持し
て、被鍛造材１を単純ばり（梁）状としてその自重を支
えるのに十分な寸法とすべきであるが、この場合の素材
および鍛造後の長さは短いから、自重によるモーメント
も小さくこの断面寸法は大きなものとする必要はない。

【００１４】次に、図１Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆは、前記
の形態を説明する図である。これらの図で、端部は、テ
ーパ部分１ｅの大断面寸法側と中央部１ｃとが段差なく
連続するもの（Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｆ）、このうちＥはテーパ
部分１ｅのみからなるものであり、Ｃはテーパ部分１ｅ
の大断面寸法側と中央部１ｃが段差を有するものであ
り、いずれにしろテーパ部分１ｅを有する。テーパ部分
１ｅの大断面寸法側と中央部１ｃとが段差なく連続する
テーパ部分を設けることにより（Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｆ）、中
央部１ｃの外周部が軸心部よりも大きく軸方向に伸びる
現象が大幅に抑制されることが分った。この時のテーパ
面と中央部１ｃの延長線とのなす角度αを８０度程度以
下とした場合、この角度は高速鍛造後もほぼ不変とな
り、外周部が軸心部よりも軸方向に伸びる現象を抑制す
る効果が十分となるから、この角度αは８０度以下とす
れば十分である。テーパ部分１ｅの大断面寸法側と中央
部１ｃとが段差を有する場合（Ｃ）、この段差部分に応
じた窪み現象が生ずるから、段差はなくすか、小さくす
るとよい。テーパ１ｅの小断面寸法側に段差を設ける場
合（Ｂ）その小断面寸法側の寸法は、中央部１ｃの仕上
げ寸法程度またはそれ以下とするとよい。

【００１５】図１Ｆは、前記の形態を説明する図であ
る。図１Ｆにおいて、寸法ｄは、最終鍛造寸法を示して
おり、平行部分１ｄの寸法は、中央部の最終鍛造寸法ｄ
と実質的に同寸法にとされているか、または最終鍛造パ
スまたはそれ以前のパスで、中央部の鍛造寸法ｄと実質
的に同寸法とされる。すなわち、被鍛造材の端部は、中
央部に比し強く冷却されるから、冷却されて変形能を低
下する以前に中央部の最終鍛造パス寸法ｄと実質的に同
寸法に加工しておくか、該仕上げ寸法よりやや大きくし
ておいて、最終鍛造パスまたはそれ以前のパスで、中央
部の鍛造寸法と実質的に同寸法に加工するのである。但
し、この方法による材料は、端部と中央部の加工履歴の
相違に基づく組織の相違を伴うから、この実施態様の採
用に際しては、この相違を許容できる用途等や、さらな
る熱間加工を経る材料に限定する等の必要がある。

【００１６】

【実施例】（実施例１、２）プレス分塊により得られた
インコネル７１８（合金商標名）相当の直径３００ｍｍ
の被鍛造素材を高速鍛造装置により、１パス当たり断面
減少率をほぼ均等とする４パスで直径２００ｍｍに鍛造
仕上した。このうち本発明の実施例１の鍛造素材は、図
２のｍより６００ｍｍ短い材料の両端部を上記分塊時に
図１Ａとほぼ同様形状の、直径１５０ｍｍ、長さ５００
ｍｍの平行部と角度αが８０度のテーパ部とを形成した
もの、および実施例２の鍛造素材は、実施例１と同材
質、同直径で長さは図２の寸法ｍに対して約４００ｍｍ
の余裕を有し、両端部を図１Ｅとほぼ同様の、角度αが
８０度のテーパ部（テーパの小端直径：１５０ｍｍ）の
みからなるものとした。一方比較例の鍛造素材は、上記
実施例２と同材質、同直径、同長さで、両端面が軸心に
対してほぼ垂直のままのものとした。

【００１７】上記実施例１の端部の形成により、計算値
で７５０ｍｍ（両端）の長さ伸長が得らる。したがっ
て、該例に類似の場合、長さが所定長ｍよりも７５０ｍ
ｍ短い被鍛造素材も高速鍛造装置により、鍛造加工可能
となることが分る。前記それぞれの被鍛造素材を同条件
で加熱して鍛造加工した。但し、実施例１では、端部の
平行部をマニプレータで把持して鍛造した。上記実施例
１の鍛造において、鍛造終了直後の被鍛造材の端部と中
央部の温度差は、実施例２や比較例に対し、約３０℃縮
小されることが分った。また、実施例１、２とも鍛造仕
上げ後テーパ部１ｅの１部が残存しており、該部の角度
αは約８０度のまま保持され、中心部と外周部との軸方
向伸びの差が防止されたことが確認できた。なお実施例
２の鍛造材は、端面を整形加工することなく、次工程に
送ることができた。これに対して、比較例の鍛造材は、
端面の窪みが約５２ｍｍであり、端部を鋸切断により整
形したが、切断部分は約９ｋｇであった。

【００１８】（実施例３） 材質：ＳＫＨ５１相当の円形断面の鋳造ままのインゴッ
トを所定温度に加熱後、高速鍛造装置により、８パス、
最大累積断面減少率８７％で分塊鍛造し、続いて該分塊
鍛造品を再加熱後、高速鍛造装置により仕上げ鍛造し
た。上記分塊鍛造工程において、その第５パスに先だっ
て、図３Ｄに示すように、端部が先端となって金敷２、
２での鍛造局部へ進入するようにして、両端部に図１Ｆ
に示すような、テーパ部分１ｅと平行部分１ｄとからな
る小断面寸法化部分を形成した。テーパ部分の角度αは
約２０度、平行部分１ｄの長さはマニプレータの爪での
把持部分より約１００ｍｍ長くし、該平行部の直径ｄ
は、該分塊鍛造での仕上げ寸法とほぼ同じとした。該端
部の小断面寸法化加工後、その平行部１ｄ部分を把持し
つつ第５パス以降の鍛造により、上記平行部１ｄも含ん
で分塊鍛造を完了した。

【００１９】上記小断面寸法化加工の時期の選定は、端
部の温度が過度に冷却してしまう以前であり、かつ該端
部が連続加工で、鍛造加工熱による溶融やそれによる割
れの発生を伴う過度の過熱状態とならないような時期と
したものである。上記分塊鍛造での小断面寸法化加工お
よびその後の分塊鍛造完了まで、異常無く鍛造すること
ができた。続いて該分塊鍛造品を再加熱後、高速鍛造装
置により仕上げ鍛造した。該仕上げ鍛造後両端部および
中央部から資料を採取して組織を観察した結果、いずれ
も異常のないことが確認された。

【００２０】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明は被鍛造材
の端部を、特定のパスに先立ってその被鍛造材の中央部
より小断面寸法化するものであり、これにより、鍛造素
材が短尺のため高速鍛造法を採用できない事例の幾分か
について該鍛造法の採用を可能とすること、マニプレー
タの爪への熱伝導による、中央部分のうちの端部側部分
の冷却が大幅に抑制可能とすること、端面の窪み現象を
抑制して該窪み部分の切り捨て工程の省略やそれによる
歩留り低下防止、端部の中心部分の鍛造効果不足の抑
制、さらに、被鍛造材の端部と中央部との温度差に伴う
問題をそれぞれ単独または複合して達成可能とするもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の端部の形状を説明する図であ
る。

【図２】高速鍛造装置の配置と被鍛造材の最短長さｍを
説明する図である。

【図３】高速鍛造法における端面の窪み現象を説明する
図である。 １：被鍛造材、１ａ：端面、１ｂ：凹面、１ｃ：中央
部、１ｄ平行部分、１ｅ：テーパ部分、１ｇ：元の形
状、２：金敷、３、４：マニプレータの爪、１０：鍛造
装置本体、２０、２１：マニプレータ、ｍ：被鍛造材の
最短長さｍ、α：テーパ角

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被鍛造材に対し、マニプレータでその端
   部を把持して、その軸に直角の複数方向からの金敷によ
   る同時圧下動作と、前記軸の方向への移動動作とを交互
   に繰り返し加えて、前記被鍛造材をその軸方向にパスさ
   せつつ鍛造する鍛造方法において、いずれかの特定の前
   記パスに先立って前記被鍛造材の端部を中央部より小断
   面寸法化することを特徴とする鍛造方法。
2. 【請求項２】 前記端部の小断面寸法化は第１パスに先
   立つものであり、かつ該小断面寸法化された部分をマニ
   プレータで把持して鍛造する請求項１の鍛造方法。
3. 【請求項３】 端部は、大断面寸法側が中央部側である
   テーパ部分を有する請求項１または２の鍛造方法。
4. 【請求項４】 端部の小断面寸法化された部分は、中央
   部の最終鍛造寸法と実質的に同寸法とされているか、ま
   たは最終鍛造パスまたはそれ以前のパスで、前記中央部
   の鍛造寸法と実質的に同寸法とされる請求項１ないし３
   のいずれかの鍛造方法。