JP2002210533A - 金属部品の鍛造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 深孔を有し、且つ、側方に分岐部が形成され
た中空部品を欠陥なく成形する鍛造方法を提供する。 【解決手段】 深穴中空部品の外周に分岐部を有する金
属部品の製造方法において、素材７を型内に挿入する工
程、第一のパンチ３と第一のパンチ３の対向位置に配し
た対向パンチ５により素材に深穴を成形する工程、前記
工程での第一のパンチ３と対向パンチ５との相対位置を
変えることなく、素材を前記分岐部を成形する空間を過
ぎる位置まで移動する工程、第一のパンチ３と対向パン
チ５により素材を側方に張り出す工程、とを少なくとも
有し、素材を側方に張り出す工程に続き第２のパンチ４
により分岐部に中空部を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、深穴と外周に突起
あるいは張り出しを有する金属部品の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術とその課題】例えば、図５に示すような縦
穴２００Ａの側面に中空突起２０１がある金属部品２０
０の成形を図６に示す。（Ａ）図は、上ダイ１０１、下
ダイ１０２を閉じた状態で、上ダイ１０１を貫通して、
後進自在な第一のパンチ１０３が、素材１０４を押圧す
る前状態を示している。第一のパンチ１０３で素材１０
４を押圧すると、素材１０４は、第一のパンチ１０３と
下ダイ１０２と間を押圧方向と逆方向に移動する後方押
出しが行なわれると同時に下ダイ１０２に設けられた空
間１０５に延伸し、中空突起を形成する（（Ｂ）図参
照）。その後、第二のパンチ１０６により前記空間に延
伸した素材１０４を押圧することにより、中空部を形成
する。第一のパンチ１０３は、移動を続け、縦孔を形成
することになる（（Ｃ）図参照）。しかしながら縦穴２
００Ａの深さが内径の３〜４倍以上の深穴の場合は、後
方押し出しによる成形は困難である。一方、鋳造では製
造可能であるが、ピンホール、ひけなどの欠陥が不可避
であり、また製品歩留まり、直交率が悪いという問題が
あった。

【０００３】鍛造においても深穴の成形は可能であり、
例えば、図７に示すように、対向パンチ１０７を第一の
パンチ１０３より小さい荷重に設定し、第一のパンチ１
０３を下降駆動しながら、第一のパンチ１０３の押込み
体積の等しい体積分だけ対向パンチ１０７が後退する方
法によれば、内径の３倍以上の深穴は容易に成形可能で
あるが、側方への張り出しがある場合は対向パンチ１０
７の上端が側方張り出し空間１０５に達した時点で材料
が張り出し巻き込みの欠陥となる。

【課題を解決する為の手段】

【０００４】本発明は、上記の課題に鑑みなされたもの
であって、深穴中空部品の外周に分岐部を有する金属部
品の製造方法において、素材を型内に挿入する工程、第
一のパンチと第一のパンチの対向位置に配した対向パン
チにより素材に深穴を成形する工程、前記工程での第一
のパンチと対向パンチとの相対位置を変えることなく、
素材を前記分岐部を成形する空間を過ぎる位置まで移動
する工程、第一のパンチと対向パンチにより素材を側方
に張り出す工程、とを少なくとも有することを特徴とす
る金属部品の鍛造方法とする。

【０００５】本発明によれば、深穴中空部品の外周に突
起や張り出しを有する金属部品を容易に成形できる。

【０００６】また、前記素材を側方に張り出す工程の
後、分岐部を形成する空間に延伸した素材に対して、第
二のパンチにより分岐部に中空部を形成する工程を有す
ることで、分岐部に孔を成形時に容易に形成できる。

【０００７】また、前記素材を側方に張り出す工程又
は、分岐部に中空部を形成する工程の後、更に、第一の
パンチと対向パンチにより再び穴を成形する工程を有す
ることで、外周の突起や張り出しを任意の位置に成形で
きる。

【０００８】また、対向パンチを第一のパンチより小さ
い荷重に設定し、第一のパンチを下降駆動しながら、第
一のパンチの押込み体積の等しい体積分だけ対向パンチ
が後退することを特徴とすることで、深穴が容易に成形
できる。

【０００９】また、他の発明として、上記鍛造装置を用
いた鍛造方法であって、前記素材、型の各温度差は、２
０℃以下としたことを特徴とする鍛造方法とした。

【００１０】また、加工温度を３００〜５５０℃とした
ことを特徴とする鍛造方法とした。

【００１１】また、前記素材は、見かけ上のＺｎ含有量
を以下に示す意味で用いた場合、見かけ上のＺｎ含有量
を３７〜５０ｗｔ％、Ｓｎを０．５〜７ｗｔ％含むもの
であることを特徴とする鍛造方法とした。 {（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・Ｑ）}×１００ Ａ：Ｃｕ含有量（ｗｔ％）、Ｂ：Ｚｎ含有量（ｗｔ
％）、ｔ：ＳｎのＺｎ当量、Ｑ：Ｓｎ含有量（ｗｔ％）

【００１２】また、前記素材は、以下の結晶組織のうち
少なくとも１つを満たすものであることを特徴とする鍛
造方法とした。 結晶組織は、少なくともγ相を含み、その面積比率
が、１〜５０％ 結晶組織は、少なくともβ相、γ相を含み、β相の面
積比率が２５〜４５％、γ相の面積比率が２５〜４５％ 結晶組織は、α相の面積比率が３０〜７５％、β相の
面積比率が０〜５５％、γ相の面積比率が１〜５０％ 結晶組織は、γ相の短軸の平均結晶粒径が５μｍ以下

【００１３】また、前記素材は、見かけ上のＺｎ含有量
を以下に示す意味で用いた場合、見かけ上のＺｎ含有量
を３７〜５０ｗｔ％、Ｓｎを０．５〜７ｗｔ％含み、 {（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・Ｑ）}×１００ Ａ：Ｃｕ含有量（ｗｔ％）、Ｂ：Ｚｎ含有量（ｗｔ
％）、ｔ：ＳｎのＺｎ当量、Ｑ：Ｓｎ含有量（ｗｔ％） 以下の結晶組織のうち少なくとも１つを満たすことを特
徴とする鍛造方法とした。 結晶組織は、少なくともγ相を含み、その面積比率
が、１〜５０％ 結晶組織は、少なくともβ相、γ相を含み、β相の面
積比率が２５〜４５％、γ相の面積比率が２５〜４５％ 結晶組織は、α相の面積比率が３０〜７５％、β相の
面積比率が０〜５５％、γ相の面積比率が１〜５０％ 結晶組織は、γ相の短軸の平均結晶粒径が５μｍ以下

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による成形品１０
を示した図である。縦穴１０Ａの側面に分岐部となる中
空突起１１が、形成されている。図２は、前記成形品を
成形する装置を示した図であり、参照符号１は上ダイ、
２は下ダイで、上ダイ１を貫通して、後進自在な第一の
パンチ３が設けてある。また、下ダイ２を貫通して、後
進自在な対向パンチ５が設けてある。下ダイ２には製品
の突起部となる側方張り出し空間６が具備され、側方張
り出し空間６に後進自在な第二のパンチが設けてある。
各パンチとも油圧により駆動し、荷重、ストロークを自
在に制御可能である

【００１５】図２（Ａ）から（Ｆ）は、本発明における
成形過程を示しており、(A)は素材を投入、型締め後、
第一のパンチ３にて成形開始段階を示す。(B)は穴成形
工程を示した図であり、対向パンチ５を第一のパンチ３
より小さい荷重に設定し、第一のパンチ３を下降駆動し
ながら、第一のパンチ３の押込み体積の等しい体積分だ
け対向パンチ３が後退することで、穴の成形を行う。所
定の深さの穴を成形後、(C)に示すように第一のパンチ
３と素材７と対向パンチ５の相対位置を変えることな
く、分岐部を形成する側方張り出し空間６を過ぎる位置
まで移動させる。相対位置を変えずに移動させるため、
素材７には変形するだけの荷重が加わらず、対向パンチ
５の上端が側方張り出し空間６に達する位置、すなわち
素材７が側方張り出し空間６に達しても側方に張り出す
ことはない。(D)は再び第一のパンチ３を押し込み側方
への張り出しを行う工程を示す図であり、(E)は張り出
し中の素材に第二のパンチ４を繰り出すことで後方押し
出しを行い、中空突起の成形工程を示す図であり、(F)
は更に第一のパンチ３を押し込み穴の成形工程を示す図
である。

【００１６】図３は、本発明による他の成形品１０を示
した図であり、側方の中空突起を縦穴の中央付近に具備
した形状である。参照符号は、前記実施例に対応する部
位は、同じ符号を用いる。本発明によれば第一のパンチ
３と素材７と対向パンチ５の相対位置を変えることなく
所定の位置まで移動させる工程を行うことで容易に成形
可能である。

【００１７】図４は本発明による他の成形品１０を示し
た図であり、２ヶの側方中空の突起１１を縦穴１０Ａの
略同等の位置に具備した形状であっても、本発明によれ
ば第一のパンチ３と素材７と対向パンチ５の相対位置を
変えることなく、前記実施例同様に、所定の位置まで移
動させる工程を行うことで容易に成形可能である。

【００１８】上記のように分岐部の位置、個数、分岐部
の方向など適宜設定可能である。また、成形後の成形品
は、素材の隔壁を有することになるが、切削で簡単に除
去可能である。

【００１９】上記成形工程において、金型、パンチは熱
電対等の温度検知手段により温度を検知し、それぞれに
設けられているヒータの出力を制御し、温度制御ができ
るようになっている。また金型は、温度のロスをなくす
ために断熱材にて囲まれている。加工時、金型、パン
チ、素材の温度差は２０℃以下に設定することで、加工
の初期段階と後工程での素材の延性が、低下することな
く成形できるので望ましい。

【００２０】素材は、延伸性に優れたものであれば適宜
選択して利用できるが、本出願人が、先に提案している
下記の素材が、好適に利用できる。

【００２１】すなわち、見掛け上のＺｎ含有量が３７〜
５０ｗｔ％、Ｓｎ含有量が０．５〜７ｗｔ％である組成
を用いることができる。

【００２２】ここで、「見掛け上のＺｎ含有量」という
用語は、ＡをＣｕ含有量〔ｗｔ％〕、ＢをＺｎ含有量
〔ｗｔ％〕、ｔを添加した第３元素（例えばＳｎ）のＺ
ｎ当量、Ｑをその第３元素の含有量〔ｗｔ％〕としたと
き、「{（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・Ｑ）}×１０
０」の意味で用いる。

【００２３】また、素材は、以下の結晶構造の少なくと
も一つをを有する。 結晶組織は、少なくともγ相を含み、その面積比率
が、１〜５０％ 結晶組織は、少なくともβ相、γ相を含み、β相の面
積比率が２５〜４５％、γ相の面積比率が２５〜４５％ 結晶組織は、α相の面積比率が３０〜７５％、β相の
面積比率が０〜５５％、γ相の面積比率が１〜５０％ 結晶組織は、γ相の短軸の平均結晶粒径が５μｍ以下

【００２４】このような結晶構造とすることにより、鍛
造温度３００〜５５０℃の低温においても低温度域で再
結晶を起こさせながら塑性変形させても、十分な延性を
確保することができ、水栓金具などの複雑な形状のもの
も成形できるようになる。すなわち、最終形状に近い成
形が可能となるので、加工の少ない成形体を提供でき
る。このことは、切削性の向上の為に一般に添加してい
たＰｂをなくすことができることになり、環境に配慮し
た部品を提供できる。

【００２５】この鍛造温度３００〜５５０℃という温度
は、上述した金型の劣化も防止でき、加熱に要するエネ
ルギーも小さくて済むので、非常に経済的である。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、従来の鍛造方法では成形不可
能だった深穴中空部品の外周に突起や張り出しを有する
金属部品を容易に成形可能であり、鋳造にて製造した場
合に比べピンホール、ひけなどの欠陥が発生せず、ま
た、歩留まりも向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にて成形した実施例を示す図

【図２】 本発明の代表的な実施の形態を示す図

【図３】 本発明にて成形した他の実施例を示す図

【図４】 本発明にて成形した他の実施例を示す図

【図５】 従来の例を示す図

【図６】 従来の実施の形態を示す図

【図７】 従来技術での問題点を示す図

【符号の説明】

１ 上ダイ ２ 下ダイ ３ 第一のパンチ ４ 第二のパンチ ５ 対向パンチ ６ 側方張り出し空間 ７ 素材 １０ 成形品 １０Ａ 縦穴 １１ 中空突起

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 深穴中空部品の外周に分岐部を有する金
   属部品の製造方法において、素材を型内に挿入する工
   程、第一のパンチと第一のパンチの対向位置に配した対
   向パンチにより素材に深穴を成形する工程、前記工程で
   の第一のパンチと対向パンチとの相対位置を変えること
   なく、素材を前記分岐部を成形する空間を過ぎる位置ま
   で移動する工程、第一のパンチと対向パンチにより素材
   を側方に張り出す工程、とを少なくとも有することを特
   徴とする金属部品の鍛造方法。
2. 【請求項２】 前記素材を側方に張り出す工程の後、分
   岐部を形成する空間に延伸した素材に対して、第二のパ
   ンチにより分岐部に中空部を形成する工程を有すること
   を特徴とする請求項１記載の金属部品の製造方法。
3. 【請求項３】 前記素材を側方に張り出す工程又は、分
   岐部に中空部を形成する工程の後、更に、第一のパンチ
   と対向パンチにより再び穴を成形する工程を有すること
   を特徴とする請求項１、２記載金属部品の鍛造方法。
4. 【請求項４】 前記対向パンチの素材に対する荷重を第
   一のパンチより小さい荷重に設定し、第一のパンチを駆
   動しながら、第一のパンチの押込み体積の等しい体積分
   だけ対向パンチが後退することを特徴とする請求項１乃
   至３記載の金属部品の鍛造方法。
5. 【請求項５】 前記素材、型の各温度差は、２０℃以下
   としたことを特徴とする請求項1乃至４記載の金属部品
   の鍛造方法。
6. 【請求項６】 前記加工温度を３００〜５５０℃とした
   ことを特徴とする請求項１乃至４記載の金属部品の鍛造
   方法。
7. 【請求項７】 前記素材は、見かけ上のＺｎ含有量を以
   下に示す意味で用いた場合、見かけ上のＺｎ含有量を３
   ７〜５０ｗｔ％、Ｓｎを０．５〜７ｗｔ％含むものであ
   ることを特徴とする請求項1乃至４記載の金属部品の鍛
   造方法。 {（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・Ｑ）}×１００ Ａ：Ｃｕ含有量（ｗｔ％）、Ｂ：Ｚｎ含有量（ｗｔ
   ％）、ｔ：ＳｎのＺｎ当量、Ｑ：Ｓｎ含有量（ｗｔ％）
8. 【請求項８】 前記素材は、以下の結晶組織のうち少な
   くとも１つを満たすものであることを特徴とす請求項1
   乃至４記載の金属部品の鍛造方法。 結晶組織は、少なくともγ相を含み、その面積比率
   が、１〜５０％ 結晶組織は、少なくともβ相、γ相を含み、β相の面
   積比率が２５〜４５％、γ相の面積比率が２５〜４５％ 結晶組織は、α相の面積比率が３０〜７５％、β相の
   面積比率が０〜５５％、γ相の面積比率が１〜５０％ 結晶組織は、γ相の短軸の平均結晶粒径が５μｍ以下
9. 【請求項９】 前記素材は、見かけ上のＺｎ含有量を以
   下に示す意味で用いた場合、見かけ上のＺｎ含有量を３
   ７〜５０ｗｔ％、Ｓｎを０．５〜７ｗｔ％含み、 {（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・Ｑ）}×１００ Ａ：Ｃｕ含有量（ｗｔ％）、Ｂ：Ｚｎ含有量（ｗｔ
   ％）、ｔ：ＳｎのＺｎ当量、Ｑ：Ｓｎ含有量（ｗｔ％） 以下の結晶組織のうち少なくとも１つを満たすことを特
   徴とする請求項1乃至４記載の金属部品の鍛造方法。 結晶組織は、少なくともγ相を含み、その面積比率
   が、１〜５０％ 結晶組織は、少なくともβ相、γ相を含み、β相の面
   積比率が２５〜４５％、γ相の面積比率が２５〜４５％ 結晶組織は、α相の面積比率が３０〜７５％、β相の
   面積比率が０〜５５％、γ相の面積比率が１〜５０％ 結晶組織は、γ相の短軸の平均結晶粒径が５μｍ以下