JP2005152904A - 鍛造用段付き金敷とそれを使用した段付き軸形状品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
四面高速鍛造機により金属材料を鍛造して片フランジ型の段付き軸形状品を製造するための金敷であって、難加工性の材料を対象としても、鍛造機に対する負荷が過大になることのない金敷を提供する。あわせて、この金敷を使用した段付き軸形状品の製造方法であって、効率のよい２個取り法および４個取り法をも提供する。
【解決手段】
金敷（１Ｃ）の平行面（２Ａ，２Ｂ）のほぼ中央部に所定の長さの窪み（５）を設け、かつ、傾斜面（３）を金敷の両端またはその近くに位置させることにより、圧下時に平行面が鍛造素材に接触する面積を小さくし、変形抵抗を小さくした金敷を使用する。２個取りは、適宜の長さの鍛造素材を用意し、その両端を所定の長さだけフランジ部分として残し、中央の部分をこの金敷を使用して鍛伸し、軸部分を形成したのち、軸部分の中央において余長部分を切断除去することによって、同時に２個の製品を得ることからなる。
【選択図】 図５

Description

産業上の利用分野

本発明は鍛造用段付き金敷に関し、さらに、その金敷を使用した段付き軸形状品の製造方法に関する。

金属材料、代表的には鋼材を鍛造して、片フランジ型の段付き軸形状品を製造する場合には、直径をフランジの径に合わせて用意した素材の一部を鍛伸して軸を形成するのが、通常の製造手順である。この作業は、鍛造素材の端をマニプレータで把持して回転させながら、素材の軸に直交する複数の方向、通常は四つの方向から同時に鍛造用の金敷を圧下させて行なう。この鍛造用の金敷は、素材の軸に平行な平行面を挟んで両側に傾斜面をもった形状であって、傾斜面は通常、三段の腰折れ型に形成する。

上記のような段付き軸形状品の製造に関して、出願人は、鍛造用金敷の傾斜面の平行面に対する傾斜角度を適切に選択し、かつ、それに対応して適切な素材送り速度を選択することにより、金敷の鍛造素材への咬み込みを避けて、能率よく段付き軸形状品の鍛造を実施する技術を確立し、すでに開示した（特許文献１）。

段付き軸形状品を多数製造するには、作業能率からいって、「二個合わせ取り鍛造」法が有利である。その方法は、適切な長さの鍛造素材を用意し、その中央部分においてフランジ２個の厚さに相当する長さの部分をフランジ部分として残し、まず片側の端を鍛伸して軸部分を形成し、左右を反転させてから、反対側の端を鍛伸してもう一方の軸部分を形成し、最後に、中心から切断して切り離すとともに、両端の軸部分において余長を切断除去して、製品を得るという工程からなる。

上記の製造方法によるときは、片側の端を鍛伸したのち反対側の端を鍛伸するには、左右を反転させる必要があり、その作業に時間がかかるので、鍛造能率がよくない。鍛造が長時間にわたり、また、あとから鍛伸される反対側の端はマニプレータで長時間つかまれていたものが鍛造されるわけであるから、鍛造される頃には温度が低下している。とくに、高合金鋼などの難加工性材料を対象とする場合、温度が低下すると端部にワレやキズが発生しやすくなり、問題が深刻になる。せっかく鍛造しても、良品歩留まりがよくないことになるからである。そのような欠陥を避けるためには、切断除去される余長部分を大きくとらなければならず、それが材料歩留まりの低下をもたらしていた。

この問題の解決を意図した出願人は、鍛造により片フランジ型の段付き軸形状品を２個取り製造する方法を改良し、鍛造中の素材の左右反転作業を不要にした技術を開発した。その技術は、図１に示すように、適宜の長さの鍛造素材を用意して、この素材の両端を所定の長さだけフランジ部分（６，６）として残し、そこを両側からマニプレータのチャック（９，９）で把持し、回転させながらフランジ部分以外の部分すなわち中央の部分を鍛伸して軸部分（７）を形成する。その後、図２に示すように、軸部分の中心において余長部分（８）を切断除去することによって、同時に２個の製品を得ることからなる。

この改良法により、従来は不可避であった素材端部の温度低下を防ぎ、鍛造品端部の品質を向上させるとともに、切断除去される余長部分を短くすることができ、材料歩留まりの改善が実現した。この段付き軸形状品の製造方法もすでに提案した（特許文献２）。この提案には、段付き軸形状品の２個取り法の効率をいっそう高めた、４個取り製造方法も含まれている。
特開平６−２３８３８５ 特願２００２−１４１７５１

鍛造素材が難加工性の場合、鍛造機に加わる負荷は、もちろん、通常の材料より大きくなる。とくに上述の４個取りはもちろん、２個取りをするにしても、鍛造中に素材の温度が低下するといっそう負荷が増大し、鍛造作業が困難になる。無理に鍛造作業を続けようとすれば、鍛造機を損なうか、そうでないにしても、鍛造製品の品質に問題が生じることはいうまでもない。

鍛造中の素材において鍛造機に大きい負荷をもたらす部分が、金敷のどの位置にあるのかを調べてみると、傾斜面よりも平行面の方が、重要であることがわかった。つまり、平行面が鍛造素材に接触し、圧下するとき、圧下量それ自体は大きくないにもかかわらず、大きな変形抵抗を示すわけである。そこで、金敷の平行面を短くして鍛造素材と接触する面積を減らしてみたところ、鍛造機への負荷は過大にならず、鍛造を続けることが容易になった。

しかし、金敷の平行面を短くするということは、その両側の傾斜面を金敷の両端から後退させること、換言すれば、金敷の両端に余分な基礎部分を設けざるを得ないことを意味する。一般に鍛造機の金敷取り付け部分において、予定された金敷の長さは一定であって、それを変更可能にして、種々の長さの金敷を取り付けられるようにすることは、設備的な制約があって、容易にできることではない。金敷の傾斜面が両端から後退しているということは、鍛造素材の端部のマニプレータで把持される部分が無用に長くなること、つまり余肉の発生を招き、材料歩留まりの低下が避けられなくなる。

本発明の目的は、上記の問題を解決して、段付き軸形状品を鍛造により製造するための金敷であって、鍛造素材端部の把持長さを短くすることができ、かつ、多少の温度の低下により材料の変形抵抗が増大しても、鍛造機に加わる負荷が過大にならないような段付き金敷を提供すること、とくに難加工材の鍛造に使用して効果が大きいものを提供することにある。そのような金敷を使用して、段付き軸形状品を能率よく製造する方法を提供することも、本発明の目的に含まれる。

本発明の段付き金敷は、金属材料を鍛造機により鍛造して段付き軸形状品を製造するための、平行面とその両側にある傾斜面とを有する段付き金敷において、傾斜面を金敷の両端またはその近くに位置させ、かつ、平行面のほぼ中央部を所定の長さにわたって窪ませることにより、圧下時に平行面が材料に接触する面積を小さくして鍛造機の負荷が過大になることを避けた、鍛造用段付き金敷である。

これを従来の金敷と比較して図示すれば、図３、図４および図５のとおりである。図３の在来型の金敷（１Ａ）は、平行面（２）の長さが長く、鍛造素材の圧下に当たり、変形抵抗の低い材料であれば問題ないが、高い材料であれば、鍛造機に加わる負荷は大きい。図４の金敷（１Ｂ）は、鍛造機への負荷を軽減するため、平行面（２）の長さを短くしたものであるが、そのために、金敷の傾斜面（３）の両側に無用の基礎部分（４）が伸びていて、その分だけ鍛造可能な領域が狭くなっている。これに対し、図５に示した本発明の金敷（１Ｃ）は、窪み（５）で二分割された平行面（２Ａ，２Ｂ）を有し、両者を合わせた平行面の面積は、図４の金敷（１Ｂ）のそれよりも縮小されており、傾斜面（３）は金敷の両端に位置している。

上述した本発明の段付き金敷は、平行面（２Ａ，２Ｂ）を合わせた面積が縮小されているから、平行面で圧下する面積が小さく、したがって、難加工材を鍛造の対象としても、鍛圧力がそれほど大きくない。このようにして、鍛造機に加わる負荷が過大になることが避けられる。金敷の傾斜面（３）は金敷の両端に位置しているから、フランジ部分は必要な部分だけを残して、鍛造の対象とすることができる。ゆえに、余肉が生じることなく、高い材料歩留まりをもって段付き軸形状製品を製造することができる。

本発明の段付き軸形状品の製造方法は、金属材料を鍛造機により鍛造して片フランジ型の段付き軸形状品を製造する方法であって、上述した鍛造用段付き金敷を使用し、すでに提案した手法に従い、２個取りまたは４個取りを行なう。まず２個取りについて説明すれば、直径をフランジ径に合わせて用意した鍛造素材の両端を所定の長さだけフランジ部分として残し、フランジ部分以外の部分を、上述した鍛造用金敷を備えた鍛造機により鍛伸して軸部分を形成したのち、軸部分の中央において余長部分を切断除去することによって、同時に２個の製品を得ることからなる製造方法である。

これは、図１および図２を参照して上に説明した段付き軸形状品製造の２個取り法と同じ方法であって、金敷として、平行面の中ほどが窪みとなっているものを使用して、軸部分の圧下に伴う鍛造機への負荷が過大になることを避けつつ、一方で余分な基礎部分の存在によって妨げられることなく、金敷の傾斜面を必要な限りフランジ部分に対して作用させることにより、余長部分が最小限に成形された鍛造品を鍛造するものである。

つぎに４個取りを説明すれば、同じく金属材料を鍛造機により鍛造して片フランジ型の段付き軸形状品を製造する方法であって、やはり直径をフランジ径に合わせて用意した鍛造素材の両端を所定の長さだけフランジ部分として残すとともに、中央をそのほぼ２倍の長さだけフランジ部分として残し、フランジ部分以外の２カ所の部分を、上述した鍛造用段付き金敷を備えた鍛造機により逐次鍛伸して軸部分を形成したのち、２カ所の軸部分の中央において余長部分を切断除去することによって、同時に４個の製品を得ることからなる製造方法である。

本発明の鍛造用段付き金敷を使用して行なう段付き軸形状品の製造は、高合金鋼から超合金に至るまで、鍛造により成形する難加工性のものを含め、すべての金属材料に適用可能である。鍛造装置としては、常用の油圧プレス鍛造機でもよいが、四面高速鍛造機がとくに好適である。この鍛造装置は高速で打撃を与えるため、短時間で所望の成形ができるだけでなく、鍛造中に被加工材の温度を上昇させることさえ可能であるから、鍛造中の温度低下を防いで、各部分が同様な温度条件で鍛造されることを保証する。したがって、四面高速鍛造機の使用が推奨される。

図５に示した形状の金敷を、材料としてＮｉ基耐摩耗合金を用いて製造した。金敷の全長は６８０mmであり、二つの平行部は、ともに幅８８mm、長さ１２０mmで、それらの間に深さ１０mm、長さ１０２mmの窪みが設けてある。この金敷を四面高速鍛造機に取り付けた。実際の鍛造機においては、鍛造素材の周囲に、９０度ずつ回転した位置に合計４個の同様な金敷が配置されている。

鍛造素材としてニッケル基合金（４５Ｎｉ−１４Ｃｒ−７Ｍｏ−Ｆｅ）を使用し、前述の４個取り法により、片フランジ型の段付き軸形状品を製造した。インゴットの分塊により得たビレットを、四面高速鍛造機にかけて直径２２０mm、長さ１８００mmにした素材を用意した。これを加熱炉で１１００℃に加熱して取り出し、直径１５０mmに鍛伸した後、両端からそれぞれ２００mmと中央の長さ４００mmの部分とをフランジ部分として残し、それ以外の２カ所を鍛伸して、径１００mmの軸部分を形成した。軸部分の長さは、両端のテーパ部分を含めて、２カ所とも２７６０mmである。中央のフランジ部分を中心から切断し、かつ、２カ所の軸部分からそれぞれ余長部分２００mmを切断除去することにより、目的とする製品を４個同時に得ることができた。鍛造の間、鍛造機に対する負荷が過大になることはなかった。

鍛造により片フランジ型の段付き軸形状品を製造する方法であって、２個取り法の、鍛造終了中の材料に鍛造装置の金敷とチャックとを加えた側面図。 図１に示した鍛造により得た鍛造品から、段付き軸形状品２個を取得したところを示す側面図。 段付き軸形状品を製造するための金敷であって、常用のものを示す斜視図。 段付き軸形状品を製造するための金敷であって、在来の難加工材用のものを示す斜視図。 段付き軸形状品を製造するための金敷であって、本発明にしたがうものを示す斜視図。

符号の説明

１Ａ 在来型の金敷
１Ｂ 難加工材用の金敷
１Ｃ 本発明による金敷
２（２Ａ，２Ｂ） 平行面
３ 傾斜面
４ 基礎
５ 窪み
６ フランジ部分
７ 軸部分
８ 余長部分
９ マニプレータのチャック

Claims (3)

1. 金属材料を鍛造機により鍛造して段付き軸形状品を製造するための、平行面とその両側にある傾斜面とを有する段付き金敷において、傾斜面を金敷の両端またはその近くに位置させ、かつ、平行面のほぼ中央部を所定の長さにわたって窪ませることにより、圧下時に平行面が材料に接触する面積を小さくして鍛造機の負荷が過大になることを避けた鍛造用段付き金敷。
2. 金属材料を鍛造機により鍛造して片フランジ型の段付き軸形状品を製造する方法であって、請求項１に記載した鍛造用段付き金敷を使用し、直径をフランジ径に合わせて用意した鍛造素材の両端を所定の長さだけフランジ部分として残し、フランジ部分以外の部分を鍛伸して軸部分を形成したのち、軸部分の中央において余長を切断除去することによって、同時に２個の製品を得ることからなる段付き軸形状品の製造方法。
3. 金属材料を鍛造機により鍛造して片フランジ型の段付き軸形状品を製造する方法であって、請求項１に記載した鍛造用段付き金敷を使用し、直径をフランジ径に合わせて用意した鍛造素材の両端を所定の長さだけフランジ部分として残すとともに、中央をそのほぼ２倍の長さだけフランジ部分として残し、フランジ部分以外の２カ所の部分を逐次鍛伸して軸部分を形成したのち、中央のフランジ部分をその中心から切断するともに、２カ所の軸部分の中心において余長部分を切断除去することによって、同時に４個の製品を得ることからなる段付き軸形状品の製造方法。
   

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