JP2004141901A

JP2004141901A - 対向する平行な２面を有する鍛造成形品の製造方法及び鍛造成形品

Info

Publication number: JP2004141901A
Application number: JP2002307870A
Authority: JP
Inventors: Koji Watanabe; 渡邉　浩司
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】鍛造欠陥の発生を未然に抑制し高品質の鍛造成形品を得ることができると共に、歩留りを向上することのできる鍛造成形品の製造方法を提供すること。
【解決手段】鍛造用素材として、鍛造成形品の体積とほぼ同一の体積であって、形状に角を含まない上底面１３、下底面１６と側面とからなる柱状の金属鋳塊を用い、該柱状の鍛造用素材の上底面、下底面を対向する２面を有する鍛造成形品の少なくとも一対の２面に一致させて金型に投入すると共に、前記鍛造用素材の側面から加圧して鍛造する、前記対向する２面の各傾き１４，１５が加圧方向に対してほぼ平行であるので、鍛造欠陥の発生を未然に抑制し高品質の鍛造成形品を得ることができる。また、歩留りが向上し、コストを低減することができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対向する平行な２面を有する鍛造成形品の製造方法及びその方法によって製造された鍛造成形品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
少なくとも一対の対向する２面が平行である形状を有するものとして、例えば、図１に示すような形状の成形品がある。ここで符号１１面と符号１２面とが一対の対向する平行な２面である。また、符号１１面と符号１２面とが上型の動作方向にほぼ平行な１組の面である。
【０００３】
従来、このような形状を有する成形品を得るためには、押出し材などを切断、切削加工することにより成形し、求められている面の平行度を得ていた。
【０００４】
一方、成形方法に鍛造を用いることもできる。しかし、鍛造による製造方法の場合は、鍛造加工後に金型からの鍛造成形品排出をより容易にするために、積極的に上型の動作方向軸に対して下型の上部を外側に広げた、すなわち抜き勾配を設けた金型が一般に用いられてきた。また、鍛造時の荷重により金型が弾性変形するので下型の上部が外側に広がるために、自然と抜き勾配が発生していた。その結果成形された鍛造成形品は上部が広がった形状を有していた。このように従来の鍛造成形品の対向しあう２面はどうしても角度を有した状態であるため、平行度などの要求された寸法精度の確保が不十分であるので、平行度などの寸法精度を得るために鍛造後に切削加工を施していた。
【０００５】
また、閉塞鍛造方法等の一般的なものとして、特許文献１に示すようなものがある。また、鍛造の抜き勾配角が０〜２°であるものとして、特許文献２に示すようなものがある。また、金型を焼き嵌めして、耐久性を増すものとして、特許文献３に示すようなものがある。
【０００６】
【特許文献１】
国際公開第ＷＯ　０２／０７８８７５　Ａ１号パンフレット
【特許文献２】
米国特許第６１５１９４８号明細書
【特許文献３】
特開平７−１７８４９５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の切削加工により製造する方法は、多量の切削屑が発生するために製品重量に対し素材重量を多くすることが必要であるため、材料歩留りが悪く製造コストが高いという問題があった。また機械加工の削り出しに多くの作業時間が必要なため生産性を高めることができなかった。
一方、鍛造による製造方法を用いた場合では、従来の切削加工により製造する方法に比べ切削屑が少なく、材料歩留り、生産性が良くなるが、形状に抜き勾配があるため、対向する２面が高い精度の平行である形状を得るためには最終的には切削加工を要する。
【０００８】
図１に示すような形状を有する製品を例に従来の鍛造方法での不具合点を説明する。成形品の形状は上型の動作方向軸に対し垂直方向断面が四角状であるため、通常、図２に示すような鍛造成形品の断面形状に近い形状の鍛造素材を予め準備してそれを用いて鍛造する。しかし、図３に示すように製品の垂直方向の断面図が複雑（たとえば凹部形状を有する形状、上面、下面に凹形状を有するため肉厚が薄くなる部分がある形状など。）であるため、鍛造加工中、鍛造用素材の塑性流動速度や塑性流動方向が鍛造成形品各部で異なることとなり、それが原因となって鍛造成形品の凹部分に欠肉やかぶり等の鍛造欠陥が発生しやすい。この課題を解決するために、押出し加工、鍛造加工にて図４に示す形状（予備形状）を予め成形し、それを鍛造用素材として用いることが考えられる。
【０００９】
しかし、予備形状が複雑（例えば、上部の凸形状、下部の凹形状を有する場合。）であり、凹凸部の寸法管理等が困難となり鍛造成形品の体積とほぼ同一の素材体積にすることが困難であるので鍛造欠陥が発生する。また、金型に投入できない等、品質管理上、製造上からも問題であった。
【００１０】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、鍛造加工に発生する鍛造欠陥を抑制し、また、後工程の機械加工が不要または低減し、歩留りが良く、コストが低減され、品質が良好である鍛造成形品を容易に鍛造するための製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明は、鍛造用素材として、鍛造成形品の体積とほぼ同一の体積であって、形状に角を含まない上底面、下底面と側面とからなる柱状の金属鋳塊を用い、該柱状の鍛造用素材の上底面、下底面を対向する２面を有する鍛造成形品の少なくとも一対の２面に一致させて金型に投入すると共に、前記鍛造用素材の側面から加圧して鍛造する、前記対向する２面の各傾きが加圧方向に対してほぼ平行である鍛造成形品の製造方法である。
【００１２】
上記課題を解決するための第２の発明は、鍛造成形品が凹形状を有する形状であって、鍛造用金型の下型が、その最低部の端部成形部に背圧力を印加する手段を有していることを特徴とする上記第１の発明に記載の鍛造成形品の製造方法である。
【００１３】
上記課題を解決するための第３の発明は、印加する背圧力（Ｐ）［Ｎ］が、（降伏応力または０．２％耐力）×Ｓ×０．８〜（降伏応力または０．２％耐力）×Ｓ×１．２、（Ｓ［ｍｍ^２］は背圧力の印加される面積）の範囲であることを特徴とする上記第２の発明に記載の鍛造成形品の製造方法である。
【００１４】
上記課題を解決するための第４の発明は、背圧力を印加する手段が、ガス圧を利用したもの、油圧を利用したもの、バネなどから選ばれるいずれか１種または２種以上の組み合わせであることを特徴とする上記第１の発明乃至第３の発明のいずれかに記載の鍛造成形品の製造方法である。
【００１５】
上記課題を解決するための第５の発明は、金型が、下型上型の組み合わせからなる金型であって、下型が母型と入子型の内側に配設され中心部に鍛造成形孔が設けられている入子型とを含んだ構成を有し、該鍛造成形孔を囲む側面が少なくとも１組の上型の動作方向にほぼ平行な面から構成され、母型と入子型とが締まりばめ構造により組み立てられている鍛造用金型であることを特徴とする上記第１の発明乃至第４の発明のいずれかに記載の鍛造成形品の製造方法である。
【００１６】
上記課題を解決するための第６の発明は、前記鍛造用素材が、柱状の素材の厚さが鍛造成形品の加圧方向に対してほぼ平行な２面間の距離の０．８〜１．０倍であることを特徴とする上記第１の発明乃至第５の発明のいずれかに記載の鍛造成形品の製造方法である。
【００１７】
上記課題を解決するための第７の発明は、前記鍛造用素材が、アルミニウム、鉄、マグネシウムから選ばれる何れか１種の金属または、これらを主成分とする合金であることを特徴とする上記第１の発明乃至第６の発明のいずれかに記載の鍛造成形品の製造方法である。
【００１８】
上記課題を解決するための第８の発明は、対向する２面の各傾きが、加圧方向に対して０．５度以下であることを特徴とする上記第１の発明乃至第７の発明のいずれかに記載の製造方法で製造した鍛造成形品である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法の一例を説明する。ここで、鍛造用素材は鍛造成形品の体積とほぼ同一の体積であって、形状に角を含まない上底面、下底面と側面とからなる柱状の金属鋳塊を用いる。また、柱状の鍛造用素材の上底面、下底面と対向する２面を有する鍛造成形品の少なくとも一対の２面とを一致させ、鍛造用素材の側面から加圧し、対向する２面の傾きが０．５度以下である鍛造成形品を閉塞鍛造にて製造する。
【００２０】
例えば、図１に示すような上型の動作方向軸に対し平行な面１１、１２を有している外殻形状の上型の動作方向軸に対し、垂直方向断面１３が四角状である形状を有した鍛造成形品を鍛造する製造方法である。また、対向する２面の各傾きが加圧方向に対して０．５度以下であるとは、図１、図３中に番号１４、１５で示す角度が０．５度以下であることを云う。
【００２１】
本発明に用いる鍛造用素材は、鍛造成形品の体積とほぼ同一の体積を有し、形状に角を含まない上底面、下底面と側面とからなる柱状の鋳塊である。柱状の鋳塊とは、例えば、底面の形状が角を含まない曲線で囲まれたものである円柱、底面の形状が角を含まない曲線で囲まれたものである円錐台、円柱、楕円柱、楕円錐台などが挙げられる。また、柱状の鍛造用素材の側面から加圧して鍛造成形品を製造するため、素材重心の体積が大きくなるために、図１に示す凹形状を有する鍛造成形品であっても、凹部分における鍛造用素材の塑性流動がほぼ均一になり、欠肉やかぶり等の発生を抑制できるので好ましい。
【００２２】
また、鍛造用素材の塑性流動がほぼ均一になるため、過剰な鍛造加圧力を抑えることができる。その結果、金型の弾性変形を抑えることができ平行な形状が容易に形成される。また、鍛造用金型への負荷が減り、金型寿命が長くなる。また、自然と発生する面の傾きの発生を抑える。さらに、従来に比べ小さな鍛造機械で済み、生産コストを低減することができる。
【００２３】
また、図２に示す鍛造用素材に比べ、本発明で用いる鍛造用素材は円柱状の切断品であるので、コスト、素材加工の容易性の点から好ましい。とくに、丸棒材を鍛造用素材とした場合、押出し工程が不要であり生産コストがさらに低くなる。側面から加圧する鍛造方法とは、たとえば、鍛造用素材を丸棒材からの切断品とする場合、丸棒材の切断面を鍛造加圧面と同一とするのではなく、丸棒材の切断面に垂直な面、すなわち、丸棒材の側面と鍛造加圧面とを同一にする鍛造方法である。また、鍛造用素材の上底面、下底面と、対向する２面を有する鍛造成形品の少なくとも一対の２面とを一致させるということは、たとえば、鍛造用素材を丸棒材からの切断品とする場合、丸棒材の切断面、すなわち上底面、下底面と成形品の対向する２面とを合わせることである。
【００２４】
また、本発明に用いる鍛造用素材は、柱状の素材の厚さが０．８〜１．０×Ｌであることが好ましい。ここで、Ｌは鍛造成形品の加圧方向に対してほぼ平行な２面間の距離である。この丸棒切断品の厚さが０．８×Ｌ未満では、鍛造用素材が金型内で傾き、金型への鍛造用素材投入位置が不安定になるため、鍛造時に欠肉や偏肉、かぶり等の鍛造欠陥が生じる。また、丸棒切断品の厚さが１．０×Ｌを超えると鍛造用素材を鍛造金型に投入することができない。
【００２５】
本発明による製造方法では、鍛造素材の材料として金属材料を用いることができる。例えば、アルミニウム、鉄、マグネシウム、およびこれらを主成分とする合金を挙げることができる。アルミニウム合金であれば例えば、ＪＩＳ６０６１、２０１７合金等を用いることができる。
【００２６】
本発明の製造方法において、鍛造成形品が凹形状を有する場合、鍛造成形品の凹形状端部１６に背圧力をかけながら鍛造することが好ましい。これは、鍛造用素材の塑性流動速度が制御されるからである。また、凹部と凹部のない部分との成形時の塑性流動速度の差を小さくすることが可能となり、その結果、鍛造欠陥の発生を抑制できるからである。
【００２７】
また、背圧力を印加することにより成形時における下部方向への塑性流動を均一に成形することができ、さらに成形スピードを抑制することができるため、金型壁面への鍛造用素材の密着度が増し、成形後の面のうねりなどを抑えることができる。
【００２８】
背圧力（Ｐ）［Ｎ］は、素材の応力−歪線図において、降伏点を示す素材では降伏応力（σ_ｙ）に対して±２０％の範囲内の応力（σ）、または降伏点を示さない素材では０．２％耐力（σ_０．２）に対して±２０％の範囲内の応力（σ）と背圧力が印加される鍛造成形品端部の面積（Ｓ）［ｍｍ^２］との積の値とすることが好ましい。
【００２９】
ここで、σ＞（降伏応力または０．２％耐力）×１．２である場合、すなわち２０％を超えた場合、鍛造欠陥の発生等の不具合を抑える効果はあるが、その結果、必要以上に鍛造加圧力が大きくなる。そのため、鍛造用金型への負荷が大きくなり、金型寿命が短くなる。また、より大きな鍛造機械が必要になり、生産コストを高くする。降伏応力または０．２％耐力は弾性域と塑性域の変化点である。よってこれらのプラス２０％以内でれば充分に成形時における下部方向への塑性流動を均一に成形することができる。また、成形スピードを抑制することができる。さらに、過剰な抑制力とならないので上記の効果が得られる。
【００３０】
また、σ＜（降伏応力または０．２％耐力）×０．８である場合、すなわち２０％未満の場合、背圧力（Ｐ）が小さく、鍛造用素材の弾性変形領域内であるため、背圧力をかける効果が弱くなる。
【００３１】
例えば、ＪＩＳ６０６１アルミニウム合金材を鍛造用素材として、再結晶温度以上、融点以下に加熱してから鍛造する熱間鍛造で用いる場合は、σ＝２８〜４６［Ｎ／ｍｍ^２］とするのが好ましい。また、本発明に用いる金型は、鍛造成形品を鍛造するための下型上型の組み合わせからなる金型において、下型が母型と入子型の内側に配設され中心部に鍛造成形孔が設けられている入子型とを含んだ構成であることが好ましい。本発明に用いる金型は、例えば、成形孔を囲む側面が少なくとも１組の上型の動作方向にほぼ平行な面を含んで構成され、その面がほぼ平行で、実質的に抜き勾配を有していない金型であって母型と入子型とが締まりばめ構造により組み立てられている鍛造用金型である。ここでほぼ平行とは、面の傾きが上金型の動作方向軸から成形孔の外側に０〜０．５度以内（好ましくは０．２以内。）であることである。
【００３２】
本発明に用いる金型の一例を図５に基づいて説明する。この金型は、加圧パンチからなる上型５１と、下型５２を構成する入子型５３と、母型５４と、鍛造成形品端部に背圧力を印加する手段として２個のバネ５５および鍛造成形品を下型内から取り出すためのノックアウトピン５６等から構成される。また、入子型５３は、その中央部に成形孔５７を有している。
【００３３】
なお、バネの個数は１個でも複数でもよいが本実施形態においては、２個用いている。また、背圧力を発生させるものとしてバネを挙げたが、これに限ることなく、ガス圧または油圧によるスプリング、シリンダ等を利用してもよい。
【００３４】
母型５４と入子型５３は、締まりばめ構造によって組み立てられている。締まりばめ構造とは、次のように組み立てたものである。
母型５４を加熱して熱膨張させる。その状態で母型５４の内側に入子型５３を挿入する。その後、母型５４の温度を室温にまで下げる。その結果、熱膨張していた母型５４は熱膨張から開放され入子型を締め付けることになる。入子型に内部圧縮応力が発生する。内部応力が発生するので、下型の上部が開くことが無い。金型は鍛造時にも実質的に抜き勾配を有しない金型である。これを用いて鍛造成形品を製造すると鍛造成形の際に金型の変形が抑制されるので好ましい。よって、外殻形状が少なくとも１組の上型の動作方向にほぼ平行な面から構成されその面が抜き勾配を有していない鍛造成形品を容易に、かつ、精度良く製造することができる。
【００３５】
本発明の金型は、成形孔の面の表面仕上がＲａで０．０５〜２５μｍ（より好ましくは０．０５〜１．６μｍ）であるのがより好ましい。０．０５μｍ未満では金型加工時に面の精度を確保するのが困難であり、２５μｍを越えると鍛造時に鍛造用素材の焼き付きが起こるためである。また、成形孔５７を囲む側面の表面に窒化処理が施されていることが好ましい。その結果、鍛造成形品排出の際に下型５２から鍛造成形品が排出されるまで鍛造成形品と下型５２が接触するために、焼き付きやカジリが発生し、表面精度が悪くなるという不具合がなくなるので好ましい。また、焼き付きやカジリが発生した箇所は、使用時にかかる応力により、そこを起点とした割れが発生するために金型の耐久性を低下させる。
【００３６】
次に、本発明での製造方法に用いる鍛造生産システムを説明する。
鍛造生産システムの構成の一例を図６をもとに説明する。ここで、鍛造生産システムは、素材切断装置６１と、鍛造機械６５とをふくむものである。鍛造用素材を再結晶温度以上に加熱してから鍛造する熱間鍛造の場合であれば、素材加熱装置６３を含ませることが鍛造加工性を高めるために好ましい。さらに、素材供給装置６２と、素材搬送装置６４と、鍛造成形品搬出装置６６とを含ませた一貫自動生産システムがより好ましいシステムである。また、鍛造成形品熱処置炉６７を含ませるのが好ましい。例えば鍛造済品が最終製品の形状となっている場合は次工程が熱処理であるからである。
【００３７】
素材切断装置６１は、連続鋳造丸棒を所定の長さに切断するためのものである。素材供給装置６２は、一定量の鍛造用素材をホッパー内に保留し、次工程へ鍛造用素材を供給するためのものである。素材搬送装置６４は、鍛造用素材を金型へ搬送するためのものであり、鍛造機械６５は、鍛造用素材を鍛造するためのものである。また、鍛造成形品搬出装置６６は、ノックアウト機構により鍛造成形品を金型内から排出し、次工程に搬送するためのものである。素材加熱装置６３は、鍛造用素材を再結晶温度以上に加熱して鍛造加工性を高めるためのものである。鍛造成形品熱処置炉６７は取り出した鍛造成形品を連続的に溶体化・時効処理を実施する熱処理のためのものである。
【００３８】
図５に示すように、鍛造機械には、外殻形状が上型５１の動作方向軸に対し平行な面を含んでいる形状の鍛造成形品を鍛造するための下型上型の組み合わせからなる金型において、この成形孔５７を囲む側面が少なくとも１組の上型の動作方向に平行な面から構成され、少なくとも一対の対向しあう２面が平行である金型であって母型５４と入子型５３とが締まりばめ構造にて組み立てられた金型が取り付けられている。また、好ましい形態として、下型５２の最低部の鍛造成形品端部に背圧力を印加できる手段が設けられている。
【００３９】
また、必要に応じて、例えば鍛造用素材を加熱してから鍛造を行う熱間鍛造の場合、金型への潤滑剤噴霧装置を鍛造用金型あるいは鍛造機械に取りつけることが好ましい。また、潤滑剤噴霧装置は、潤滑装置単体として設置しその動作を鍛造機械と連動させたものでも良い。
【００４０】
なお、一貫自動生産システムについて前述したが、鍛造機械とその前後工程が連続工程でなくてもよい。
【００４１】
外殻形状の水平面断面形状が四角状である形状を有する鍛造成形品を例として図６の鍛造生産システムおよび図５の鍛造機械を用いて製造する方法の一実施形態を説明する。
本発明の鍛造方法は、
１）押出し材または連続鋳造丸棒を所定の長さに切断して鍛造用素材とする工程と、
２）鍛造用素材を金型へ搬送する工程と
３）鍛造用素材を鍛造する工程と
４）ノックアウト機構により鍛造成形品を金型内から排出する工程と
５）取り出した鍛造成形品を連続的に溶体化・時効処理を実施する熱処理工程とを含む製造方法である。
【００４２】
常温にて鍛造用素材を鍛造する冷間鍛造の場合、必要に応じて、鍛造前に、鍛造用素材に化成皮膜処理を施すボンデ処理を実施する工程を追加する事が、鍛造荷重の減少、鍛造成形品と金型との焼き付き防止の点から好ましい。
【００４３】
また、鍛造用素材を再結晶温度以上まで加熱してから鍛造する熱間鍛造の場合、金型への材料の焼き付きを防止するために、被加工材および金型に潤滑剤を塗布する。一般にアルミニウム合金の熱間鍛造では、黒鉛を水または鉱物油に混合した液状潤滑剤が多く使用されており、通常、鍛造用金型に直接スプレーにより潤滑剤を吹き付けることで十分な潤滑効果および離型効果が得られ、鍛造荷重を減少させる点、または鍛造成形品と金型との焼きつきを防止する点から好ましい。
【００４４】
本発明のように成形孔５７を囲む側面が、少なくとも１組の上型５１の動作方向に平行な面から構成され、少なくとも一対の対向しあう２面が平行である金型を用いて鍛造する場合、被加工材（素材）を潤滑剤の液中に浸漬して潤滑皮膜を被加工材に予め塗布することが好ましい。鍛造成形品排出の際に下型５２から鍛造成形品が排出されるまで鍛造成形品と下型５２が接触した状態において、潤滑切れが起こり、表面に焼き付きやカジリが発生し、表面精度が悪くなるという問題の発生を抑えることができる。また、高い表面精度を得るための余分な加工を不要もしくは加工を低減させることができる。さらに、焼き付きやカジリが発生した箇所は、使用時にかかる応力により、そこを起点とした割れが発生するおそれがあるが、これを抑えることができ、金型の耐久性を向上させることができる。
【００４５】
特に、平行度等の寸法を出すため入子型内面がストレートの形状を有している金型または鍛造成形品の深さ方向の全長が長い形状を成形するために、深く彫りこんだ形状を有する金型においては、スプレー方式では潤滑剤を金型の必要な面に均一に噴霧することが困難である。このため、成形と離型が不完全となり鍛造が難しくなる。あるいは、鍛造成形品に焼き付きやカジリが発生する。そこで、予備浸漬処理方法による鍛造用素材への潤滑剤塗布処理を併用することで潤滑・離型効果を高め、生産性の高い鍛造が実現できる。
【００４６】
鍛造用素材に潤滑皮膜を形成するには、化成皮膜処理を施すボンデ処理を実施する工程、もしくは、鍛造用素材を１００℃以上までに予備加熱を行い鍛造用素材に水溶性黒鉛潤滑剤の塗布処理を施す工程のどちらかを追加することが好ましい。鍛造用金型の鍛造成形部位に潤滑剤をスプレーで噴霧する工程では、水溶性黒鉛潤滑剤もしくは油性黒鉛潤滑剤のどちらか一方を噴霧してもよい。望ましくは、両方の潤滑剤を噴霧するほうが焼き付きやカジリの防止としてはより好ましい。
【００４７】
また、入子型内径面がストレートで潤滑剤が塗布されるべき成形孔側面に潤滑剤を塗布しにくい形状を有している場合、スプレーの塗布方法としてノズルの角度を斜め、もしくは潤滑剤の噴射角度を大きくして噴霧することが、深く彫りこんだ金型に潤滑剤を行き渡らせることができるので好ましい。さらに、金型に窒化処理等の表面処理を施すことも金型表面での鍛造用素材の塑性流動が良くなるため良い。
【００４８】
鍛造の温度条件は特に限定されないが、成形品の形状が複雑な場合、温間鍛造が好ましい。温間鍛造の場合、金型の温度はヒーター（図示せず）によって１００℃〜４００℃に加熱保持されているのが好ましく、鍛造用素材は３００℃〜５５０℃の間に加熱するのが好ましい。
【００４９】
下型内に、鍛造用素材を装填する。下型５２は、成形孔５７が中央部に設けられている。鍛造用素材の上底面、下底面と、対向する２面を有する鍛造成形品の少なくとも一対の２面とを一致させるように成形孔５７に投入する。パンチ（上型５１）を下降させることによって鍛造荷重１０〜１２０ｔで鍛造加工を完了した後、ノックアウトピン５６で下型内から上方へ鍛造成形品を送り取り出す。製品により高度な機械精度が求められる場合は、さらに機械加工を施すことができる。その場合も、鍛造にてすでに、外殻形状の少なくとも１組の上型の動作方向にほぼ平行な面が成形されているので平行な面とするための加工工数を低減することができる。
【００５０】
本製造方法は、母型５４と入子型５３とが締まりばめ構造により組み立てられ、成形孔５７を囲む側面が少なくとも１組の上型の動作方向にほぼ平行な面から構成され、少なくとも一対の対向しあう２面が平行である金型を用いているので、金型の弾性変形を抑制することができる。その結果、外殻形状に含まれる上型５１の動作方向軸に対し平行な面の平行度の精度が良い鍛造成形品を製造することができる。また、円柱状の鍛造用素材の側面から加圧することにより、鍛造欠陥の発生を抑えることができる。丸棒材を用いた場合は押出し工程を省略することができるため、製品歩留り向上の点から好ましい。さらに、背圧力を鍛造成形品端部にかけながらパンチを押し込んで鍛造成形品を製造することにより、鍛造欠陥の発生を抑えることができ、製品歩留りを向上できる。
【００５１】
本発明の製造方法で製造された鍛造成形品は、品質が良好である少なくとも一対の対向しあう２面の傾きが０．５度以下である鍛造成形品となる。
本発明の鍛造成形品は、外殻形状に含まれる上型の動作方向軸に対し平行な面の平行度等の寸法精度が高いので、後工程である機械加工により高い精度を出す加工工程が不要または低減されるので、生産コストを低減できる。
【００５２】
また、本発明の鍛造成形品の製造方法によれば、機械加工による削り出し加工を用いることなく、鍛造にて平行度等の寸法精度が高い製品を製造することができるので生産性を高めることができる。
【００５３】
本発明の鍛造成形品の製造方法を用いることにより、後工程の機械加工を不要とし、または低減できるので、歩留りを向上させ、コストを低減して、品質が良好である外殻形状が少なくとも１組の上型の動作方向にほぼ平行な面から構成されその面が抜き勾配を有していない鍛造成形品を容易に鍛造することができる。
【００５４】
【実施例】
以下に本発明の実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。断面図が図７に示した金型を用いて、図８に示した外観のハンド部品を製造した。ハンド部品とは産業機器等のチャッキング部分に用いられるものである。ハンド部品の形状は外殻面８１と外殻面８２の傾きが０．５度以下であることが求められている。また、外殻面８１と外殻面と８２の間の距離は、２６ｍｍである。
【００５５】
金型は、ヒーターによって２００℃に加熱保持した。鍛造用素材としては、連続鋳造法で製造されたＪＩＳ６０６１アルミニウム合金鋳造棒を熱間押出し加工によって最大直径５０ｍｍの柱状にしたものを、さらに長さ２４ｍｍに切断して得られた円柱状のものを用いた。また、化成皮膜処理を施すボンデ処理工程によって、鍛造用素材へ潤滑剤皮膜を形成した。次に、鍛造用素材を４２０℃に加熱した。金型には、油性黒鉛系と水性黒鉛系潤滑剤の塗布処理を施した。背圧力（Ｐ）は、２トン（＝（０．２％耐力）×Ｓ×０．８５）を施した。
【００５６】
金型に鍛造用素材を外殻面８１、外殻面８２が円柱状素材の上底面、下底面と対応する向きに装填し、パンチ（上金型）によって鍛造を完了した。ここで、鍛造荷重は６０ｔであった。鍛造後、ノックアウトピンで鍛造したハンド部品を下型から上方へ送り取り出した。鍛造成の外殻形状は、上型動作方向軸に平行な面に対し、符号８３の角度が好ましい値の０．５度以下である０．３度となった。外観に関しても、本実施例のものはカジリや焼き付きの発生が見られなかった。欠肉、巻込み等の鍛造欠陥も発生していなかった。
【００５７】
比較のため従来の製造方法で鍛造した。金型には、水性黒鉛系潤滑剤の塗布処理を施した。図４に示す形状に予備成形を施した鍛造用素材を用いて、背圧力（Ｐ）をかけずに鍛造した。鍛造成形品の外殻形状は、上型動作方向軸に平行な面に対し、角度が０．５度を越えた０．６度となった。また、鍛造成形品の外観検査を行った結果、欠肉、巻込み等の鍛造欠陥の発生がみられた。
【００５８】
【発明の効果】
本発明は、鍛造用素材が、鍛造成形品の体積とほぼ同一の体積であって、形状に角を含まない上底面及び下底面と、側面とからなる円柱状の鋳塊であって、該柱状の鍛造用素材の上底面、下底面と対向する２面を有する鍛造成形品の少なくとも一対の２面とを一致させ、鍛造用素材の側面から加圧して鍛造成形品を製造する方法、さらに、下型の最低部の鍛造成形品端部に背圧力を印可できる手段とから構成されたので、鍛造欠陥の発生を抑制することができると共に、歩留りが良く、コストが低減され、良好な品質の鍛造成形品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】少なくとも対向する２面が平行な成形品の一例を示す斜視図である。
【図２】断面形状が製品とほぼ近い形の押出し材の一例を示す斜視図である。
【図３】少なくとも対向する２面が平行な成形品の一例を示す縦断面図である。
【図４】断面形状が製品とほぼ近い形の押出し材の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明に使用される鍛造機械の一例を示す要部縦断面図である。
【図６】本発明に使用される鍛造生産システムを示す概略図である。
【図７】本発明に使用される鍛造機械の一例を示す要部縦断面図である。
【図８】ハンド部品の製品の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１　　外殻面
１２　　外殻面
１３　　外殻面
１４　　面の傾き
１５　　面の傾き
１６　　下底面
５１　　上型
５２　　下型
５３　　入子型
５４　　母型
５５　　バネ
５６　　ノックアウト
５７　　成形孔
６１　　素材切断装置
６２　　素材供給装置
６３　　素材過熱装置
６４　　素材搬送装置
６５　　鍛造機械
６６　　鍛造成形品搬出装置
６７　　鍛造成形品熱処理炉
８１　　外殻面
８２　　外殻面
８３　　面の傾き

Claims

鍛造用素材として、鍛造成形品の体積とほぼ同一の体積であって、形状に角を含まない上底面、下底面と側面とからなる柱状の金属鋳塊を用い、該柱状の鍛造用素材の上底面、下底面を対向する２面を有する鍛造成形品の少なくとも一対の２面に一致させて金型に投入すると共に、前記鍛造用素材の側面から加圧して鍛造する、前記対向する２面の各傾きが加圧方向に対してほぼ平行である鍛造成形品の製造方法。
鍛造成形品が凹形状を有する形状であって、鍛造用金型の下型が、その最低部の端部成形部に背圧力を印加する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の鍛造成形品の製造方法。
印加する背圧力（Ｐ）［Ｎ］が、（降伏応力または０．２％耐力）×Ｓ×０．８〜（降伏応力または０．２％耐力）×Ｓ×１．２、（Ｓ［ｍｍ^２］は背圧力の印加される面積）の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の鍛造成形品の製造方法。
背圧力を印加する手段が、ガス圧を利用したもの、油圧を利用したもの、バネなどから選ばれるいずれか１種または２種以上の組み合わせであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鍛造成形品の製造方法。
金型が、下型上型の組み合わせからなる金型であって、下型が母型と入子型の内側に配設され中心部に鍛造成形孔が設けられている入子型とを含んだ構成を有し、該鍛造成形孔を囲む側面が少なくとも１組の上型の動作方向にほぼ平行な面から構成され、母型と入子型とが締まりばめ構造により組み立てられている鍛造用金型であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鍛造成形品の製造方法。
前記鍛造用素材は、柱状の素材の厚さが鍛造成形品の加圧方向に対してほぼ平行な２面間の距離の０．８〜１．０倍であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の鍛造成形品の製造方法。
前記鍛造用素材は、アルミニウム、鉄、マグネシウムから選ばれる何れか１種の金属または、これらを主成分とする合金であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の鍛造成形品の製造方法。
対向する２面の各傾きが、加圧方向に対して０．５度以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の製造方法で製造した鍛造成形品。