JP2003103340A - 金属部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】開口端に鍔を備え深孔を有する金属部品を一連
の工程により歩留りよく、容易に成形する金属部品の製
造方法を提供する。 【解決手段】深穴有底部品の開口端に鍔部を有する金属
部品の製造方法において、第一のパンチ１と第一のパン
チ１の対向位置に配した対向パンチ３と鍔部形状を具備
するダイス２により形成される空間内に素材５を挿入す
る工程、第一のパンチ１で素材５の後方押し出しを行い
カップ状の中間成形体６を成形する工程、対向パンチ３
を除去し、第一のパンチ１の外面とダイス２の内壁を摺
動する第２のパンチ４により前記中間成形体６の端部を
押圧し、ダイス２の縮径部２０により深穴部を成形する
工程を少なくとも有することを特徴とする金属部品の鍛
造方法とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、開口端に鍔を有す
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１に示すような深
穴有底部品の開口側に鍔部１０Ｂがある金属部品の製造
工程を図６に示す。１０Ａは、深孔を有する筒状部を示
す。図６中、（Ａ）図は、鍛造により成形した円筒カッ
プ状の鍛造品であり（Ｂ）図は、予肉３０を機械加工に
より切削除去する工程である。しかしながら鍛造では深
さが内径の３〜４倍以上の深穴の場合や断面減少率が６
５％以上の薄壁は、成形荷重が高くなり、後方押し出し
による成形では困難であり、また、鍔部を成形するた
め、切削による後加工が必要となり、加工コストがかか
っていた。

【０００３】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。

【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、開口端に鍔部を有する金属部品の製造方法に
おいて、第一のパンチと第一のパンチの対向位置に配し
た対向パンチと鍔部形状を具備するダイスとにより形成
される空間内に素材を挿入する工程、第一のパンチで素
材の後方押し出しを行いカップ状の中間成形体を成形す
る工程、前記対向パンチを中間成形体から離脱させる工
程、前記第一のパンチの外面とダイスの内壁を摺動する
第２のパンチにより前記中間成形体の端部を押圧し、ダ
イスの縮径部により筒状部を成形する工程を少なくとも
有することを特徴とする金属部品の鍛造方法とした。

【０００５】本発明によれば、種々の形状を有する鍔部
を後方押出により成形した後、鍔部側の素材端面を押圧
することで、素材は、ダイスの縮径部で圧縮され静水圧
状態を保ちながら前方へ押し出されるので、成形加重
は、比較的小さく、素材へは引張力が働くことなく、薄
肉の筒状部を容易に成形できる。

【０００６】また、成形中は中間成形体を取り出すこと
なく一連の工程で成形できるため生産効率良い。

【０００７】また、中間成形体を前方に中空押し出しす
る際、素材の前方への流れに追従し第一のパンチが侵入
しガイドの役目を果たすため、筒状部は形状精度良く成
形できる。

【０００８】また、前記素材、ダイス及びパンチの各温
度差は、２０℃以下とすることで、成形中の素材の延性
を略一定にできるため、延性の低下による素材の破断を
防ぐことができる。

【０００９】また、加工温度を３００〜５５０℃とする
ことで、ダイスなどの熱劣化を防ぐことができる。

【００１０】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％、結晶粒
が微細なものであるものを利用することで、加工中に結
晶は、α相とβ相との結晶硬度の異なる２つの相からな
り、且つ、結晶粒が微細であることから、超塑性なみの
延性を有すため、成形加重は更に低減できる。

【００１１】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であることで、３０
０〜５５０℃程度の低温度領域で、硬度の高いγ相によ
る素材の延性の確保が行える。 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

【００１２】

【発明の実施の形態】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は円柱状の第一のパン
チ、２は内側面の長手方向を鍔部１０Bと同形状とし、
かつ前方中空押し出しの縮径部２０を備えたダイス、縮
径部２０は、押出し方向に径が小さくなるように傾斜し
ている。３は第一のパンチと対向する位置に配し、後方
押し出し時の第一パンチの荷重を支える対向パンチ、４
は第一のパンチ１の外面及びダイス２内面を摺動する第
二のパンチである。なお、各パンチは、図示しない油圧
シリンダーなどの駆動手段をにより移動可能に配置され
ている。

【００１３】次に、上記の構成に基づき、図３、図４に
より動作について説明する。図３は、前記成形品を成形
する際の成形体の状態を示した図であり、（Ａ）は素材
５、（Ｂ）は後方押し出し完了時の中間成形体６であ
り、鍔部形状を外側の形状とするカップ状となってい
る。（Ｃ）は前方中空押し出し完了時であり、中間成形
体を取り出すことなくプレスの１サイクルで行うことが
可能である。

【００１４】図４中（Ａ）から（Ｃ）は、本発明におけ
る成形過程を示しており、（Ａ）は素材投入時を示し、
（Ｂ）は、第一のパンチ１にて後方押し出しを完了した
状態を示す。後方押し出し時は、対向パンチ３にて素材
が前方に流れるのを防ぐ。（Ｃ）対向パンチ３を中間成
形体６と無関係な位置に移動させ、第二のパンチ４を前
進させ、後方押し出しされた中間成形体６の端面６ａを
押圧し、前方中空押し出しにより深孔を有する筒状部１
０Ａを成形し、成形を完了する。素材は、第二のパンチ
４に押圧されることで、ダイス２の縮径部２０側へ圧縮
され、第一のパンチの外径と縮径部２０内径との略差分
の厚みの薄肉を有する筒状部１０Ａを成形しながら、対
向パンチ３の除かれた開放空間へ押し出されることにな
る。圧縮から前方への中空押し出し時、素材は、静水圧
状態を保ちながら押し出されるため、素材が破断するよ
うな引張力は、働かない。その為、内径に対して深さが
３〜４倍以上のものの成形可能である。なお、第二のパ
ンチを駆動手段からフリーにしておくことで、第二のパ
ンチの前進に伴い流れ出る材料に追従して、第一のパン
チを前進させガイドの役目を果たすことができ、形状精
度の良好な成形品を得ることができる。尚、縮径部２０
の傾斜角度（ダイス軸芯に対する角度）は、３５°〜５
５°範囲が成形荷重が小さく、特に４５°付近が最も成
形荷重が低い。

【００１５】図５は、本発明による他の成形品を示した
図であり、１１は四角形の鍔部を具備する深穴有底部
品、１２は円形の鍔部を具備する深穴有底部品である。
双方とも後方押し、前方中空押し出しを一連して行う本
発明の製造方法により容易に成形可能である。なお、穴
形状及び筒状部の形状は、第一のパンチの形状及び縮径
部の形状を任意に設定することにより、上記鍔部と同様
に多角形とすることも可能である。

【００１６】上記成形工程において、金型、パンチは、
図示しない熱電対等の温度検知手段により温度を検知さ
れ、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。

【００１７】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。

【００１８】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。この組成のものを鋳造、熱間押
出し位などの工程を得て、素材５を得る。この際、鋳造
後、熱間押出し後、または、成形された素材５を再結晶
温度域まで、加熱後、急冷した素材とすることで、結晶
粒は、微細化され、さらに結晶は、α相とβ相との結晶
硬度の異なる２つの相からなることから、超塑性なみの
延性を有すため、成形加重は更に低減できる。

【００１９】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。

【００２０】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

【００２１】このような結晶構造とすることにより、製
造温度３００〜５５０℃の低温度域において、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、複雑な形状や薄肉の深孔を有するものな
どのものも成形できるようになる。また、低温度で成形
できるので、素材の収縮が少なく、最終形状に近い成形
が可能となるので、後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。

【００２２】この製造温度３００〜５５０℃という温度
は、上述したダイスの劣化も防止でき、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。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、従来の鍛造方法では成形不可
能だった開口端に鍔を有する深孔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（基本
構成）

【図３】 本発明の代表的な実施の形態を示す図（成形
体推移）

【図４】 本発明の代表的な実施の形態を示す図（動
作）

【図５】 本発明にて成形した他の実施例を示す図

【図６】 従来の実施の形態を示す図

【符号の説明】

１ 第一のパンチ ２ ダイス ３ 対向パンチ ４ 第二のパンチ ５ 素材 ６ 中間成形体 １０ 成形品 １０Ａ 筒状部 １０Ｂ 鍔部 １１ 成形品 １２ 成形品 ２０ 縮径部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口端に鍔部を有する金属部品の製造方
   法において、第一のパンチと第一のパンチの対向位置に
   配した対向パンチと鍔部形状を具備するダイスとにより
   形成される空間内に素材を挿入する工程、第一のパンチ
   で素材の後方押し出しを行いカップ状の中間成形体を成
   形する工程、前記対向パンチを中間成形体から離脱させ
   る工程、前記第一のパンチの外面とダイスの内壁を摺動
   する第２のパンチにより前記中間成形体の端部を押圧
   し、ダイスの縮径部により筒状部を成形する工程を少な
   くとも有することを特徴とする金属部品の製造方法。
2. 【請求項２】 前記工程中は、中間成形体を取り出すこ
   となくプレスの１サイクルで行う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】 前記筒状部を成形する工程の際、素材の
   前方への流れに追従し第一のパンチが侵入することを特
   徴とする請求項１記載の金属部品の製造方法。
4. 【請求項４】前記素材、ダイス及びパンチの各温度差
   は、２０℃以下としたことを特徴とする金属部品の製造
   方法とした。
5. 【請求項５】前記工程での成形温度を３００〜５５０℃
   としたことを特徴とする請求項１記載の金属部品の製造
   方法。
6. 【請求項６】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％であり、結晶粒
   が微細なものであることを特徴とする金属部品の製造方
   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％）
7. 【請求項７】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