JP2006000884A - 両端にフランジ部を有する鍛造品を製造する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
軸部を中にしてその両端にフランジ部を有する形状の鍛造品であって、高い靱性が得られるようなファイバーフローをもつ製品を与える鍛造方法と、鍛造装置を提供すること。
【解決手段】
リング状据込鍛造金型（５）に、この金型の厚さを超える高さの素材（１）を入れ、据込鍛造を行なって一方のフランジ部（３２）を有する中間鍛造品（２）を得、リング状の金型から取り出した中間鍛造品（２）の上下を反転し、中間鍛造品の高さよりも低く、下部に上記一方のフランジ部（３２）が入る広がりをもった、一対の半割式据込鍛造金型（７，７'）に入れ、据込鍛造を行なって他方のフランジ部（３３）を有する最終鍛造品（３）を得、半割式据込鍛造金型を開いて取り出す製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属の据込鍛造の方法および装置に関し、詳しくは、軸部を中にして、その両端にフランジ部を有する形状の鍛造品であって、フランジ部におけるファイバーフロー（メタルフロー）が半径方向に走る製品を製造する方法と、その方法の実施に使用する装置に関する。

たとえばガスタービンの構成部品として、円柱状の軸部を中にして、その両端にフランジを有する形状の鍛造品が製作されている。この種の鍛造品においては、高速回転など過酷な使用条件に耐えるように、軸部からフランジ部へ移行する部分の組織に見られるファイバーフローが残存しているとともに、フランジ部においては、ファイバーフローが半径方向に走り、周縁では軸方向に走る連続したものであることが要求される。この模様を図示すれば、望ましいファイバーフローの流れは、図１にみるようなものである。

両端にフランジを有する部品を鍛造により製造するとなれば、常法は、フランジに相当する径を有する素材の中央部を圧下して、予定の径まで細くした軸部を形成することであるが、フランジ部のファイバーフローを望ましい状態にすることはできない。

出願人は、端部に笠型のフランジを有する鍛造品を製造するに当たって、フランジ部に好ましいファイバーフローを形成することができる方法を案出し、「長尺鋼材の鍛造方法」としてすでに提案した（特許文献１）。その方法は、軸部に対応する径の孔の端に、笠型の断面形状を有するキャビティをもったダイを用意し、その中に鋼材を入れ、突出した端部をポンチでキャビティ中に据え込んで、ファイバーフローを笠の斜面に沿うものとすることを特徴としている。この技術では、両端に張り出したフランジ状の部分を形成することはできない。

引き続き出願人は、軸部から笠部にかけてのファイバーフロー組織が残存している「笠付き部材」とその製造方法を提案した（特許文献２）。その製造方法は、鋼素材を温間で押し出して軸部を形成し、端部に据え込み鍛造を行なって笠の形状にすることからなる。これにより、上記した移行部分のファイバーフローの状況は好ましいものにできるが、フランジ状の部分においてファイバーフローが半径方向に走り、周縁で軸方向に走る連続したものとはならない。
特開平６−２３８３８７ 特開２００２−１９２２９５

本発明の目的は、このような技術の現状を打破して、軸部を中にして、その両端にフランジ部を有する形状の鍛造品であって、軸状の部分からフランジ部へ移行する部分の組織に見られるファイバーフローが残存しているとともに、フランジ部においては、ファイバーフローが半径方向に走り、周縁では軸方向に走る連続したものである製品を与える鍛造方法を提供することにある。その方法の実施に使用する装置を提供することもまた、本発明の目的に包含される。

上記の目的を達成し、図１に示したような、軸部（３１）の両端にフランジ部（３２，３３）を有する最終鍛造品（３）であって、フランジ部におけるファイバーフローが半径方向に走る製品を製造する本発明の方法は、まず図２に示すように、金床（４）上において、リング状据込鍛造金型（５）に、この金型の厚さを超える高さの素材（１）を入れ、図３に示すように、上方から金敷（６）を用いて据込鍛造を行なって一方のフランジ部（３２）を有する中間鍛造品（２）を得、リング状の金型（５）から取り出した中間鍛造品（２）の上下を反転し、図４に見るように、中間鍛造品の高さよりも低く、下部に上記一方のフランジ部（３２）が入る広がりをもった、一対の半割式据込鍛造金型（７，７'）に入れ、図５に示したように、金床（４）上において、上方から金敷（６）を用いて据込鍛造を行なって他方のフランジ部（３３）を有する最終鍛造品（３）を得、半割式据込鍛造金型（７，７'）を開いて最終鍛造品を取り出すことからなる。

本発明の方法により、軸部の両端にフランジ部を有する最終鍛造品を製造すれば、まず、一方の端にフランジ部を有する中間鍛造品を形成した段階で、軸部からフランジ部に移行する位置におけるファイバーフローは、屈曲に沿った形となり、フランジ部のファイバーフローは、軸部に面した側で半径方向に放射状に展開する形となり、周縁部においては屈曲して軸方向に平行に並び、末端の側で再び半径方向に収斂する形となる。同様のファイバーフローが、他方の端におけるフランジ部を形成した段階でも生じるから、最終鍛造品は、所望のファイバーフローを有するものとなる。その結果、この最終鍛造品は、各部における諸物性とくに靱性においてすぐれたものになる。

上記した、軸部（３１）の両端にフランジ部（３２，３３）を有する最終鍛造品（３）を製造する方法の実施に使用する本発明の装置は、一方の端にフランジ部を有する中間鍛造品を形成するための、図２に示したようなリング状据込鍛造金型（５）、および、他方の端にフランジ部を有する最終鍛造品を形成するための、図４に示したような、それぞれが上部に小さな内径の半円形断面の孔（７１）を有するとともに、下部が大きな内径の半円形断面の孔（７２）を有し、軸に沿う面に関して二つに割れる形状であって、二つ合わせたときに下部に大きな内径の孔が形成され、上部に小さな内径の孔が形成される、一対の半割式据込鍛造金型（７，７'）、金床（４）および金敷（６）、ならびに鍛圧駆動手段（図示してない）を基本的な構成部分とする。図５において、符号（８）で示した部品は、半割式の金型を一体に保つための外側拘束リングである。

最終的な鍛造品のフランジ部は、単に据込鍛造を行なっただけでは、図３に示したように水平方向にふくれた形状となる。多くの場合、フランジ部は周縁が平らであることが要求されるから、これでは不満足である。そのような場合には、一方の、および（または）他方のフランジ部を据込鍛造により形成したのち、フランジ部を周辺から半径方向に鍛圧してフランジ部の断面形状を整える操作を付加的に実施するとよい。

これを装置の観点からすれば、上記した本質的な構成部分に対して、据込鍛造により形成されたフランジ部を周辺から半径方向に鍛圧して周辺の断面形状を整えるための、少なくとも一対の金敷の組を付加した製造装置となる。

熱間ダイス鋼を材料として、図２および図４に示したような形状の、据込鍛造リングダイおよび半割式据込鍛造金型を製作した。耐熱鋼を鍛造の対象とし、据込鍛造リングダイを使用して、丸棒状の素材から一方の端にフランジ状の部分をもつ中間鍛造品を製作した。フランジ部は、据込み鍛造に続いて周縁を対向する一対の金敷で鍛圧して、ふくれ出しのない円柱状に整えた。
素 材 直径４００mm×長さ２１００mm
中間鍛造品 軸部：直径が上記と同じで、長さ９６０mm
一方のフランジ部：直径６００mm×長さ５００mm

中間鍛造品を据込鍛造リングダイから取り出し、上下を反転して半割式据込鍛造金型に入れた。この金型から上部に出ている材料を上方から鍛圧して、他方のフランジ部を形成した。この場合も、得られた最終鍛造品の形状・寸法はつぎのとおりである。
軸 部：直径４００mm×長さ５００mm
一方のフランジ部：直径６００mm×厚さ２００mm
他方のフランジ部：直径６００mm×厚さ５００mm

最終鍛造品を熱処理したのち、図１の点ＡおよびＢの位置（それぞれ熱処理表面から２０mmの深さ）からシャルピー衝撃試験片を採取し、低温の衝撃試験を行なって、５０％ＦＡＴＴ値（℃）を測定した。その結果、従来の軸部鍛伸による同型の鍛造品では、ＡおよびＢ部が５０％ＦＡＴＴ値−３２℃以下という基準に届かなかったのに対し、本発明の製品では−４０℃以下に達していた。いずれも各点におけるファイバーフローが所望したように得られた結果である。

本発明の方法により製造した、軸部の両端にフランジ部を有する鍛造品の形状とファイバーフローの状況を示す、半ばは縦断面で示した側面図。 本発明の製造方法で使用するリング状据込鍛造金型と、その中に鍛造素材を入れたところを示す縦断面図。 図２に続いて、一方のフランジ部を鍛造して中間鍛造品とした段階を示す縦断面図。 本発明の製造方法で使用する一対の半割式据込鍛造金型を示す縦断面図。 図３に続いて、他方のフランジ部を鍛造して最終鍛造品とした段階を示す縦断面図。

符号の説明

１ 素材
２ 中間鍛造品
３ 最終鍛造品
３１ 軸部
３２ 一方のフランジ部
３３ 他方のフランジ部
４ 金床
５ リング状据込鍛造金型
６ 金敷
７，７' 一対の半割式据込鍛造金型
７１ 小さな内径の半円形断面の孔
７２ 大きな内径の半円形断面の孔
８ 外側拘束リング

Claims (4)

1. 軸部の両端にフランジ部を有する鍛造品であって、フランジ部におけるファイバーフローが半径方向に走る製品を製造する方法であって、金床上において、リング状据込鍛造金型にこの金型の厚さを超える高さの素材を入れ、上方から金敷を用いて据込鍛造を行なって一方のフランジ部を有する中間鍛造品を得、リング状金型から取り出した中間鍛造品の上下を反転し、中間鍛造品の高さより低く、下部に上記一方のフランジ部が入る広がりをもった一対の半割式据込鍛造金型に入れ、金床上において、上方から金敷を用いて据込鍛造を行なって他方のフランジ部を有する最終鍛造品を得、半割式据込鍛造金型を開いて最終鍛造品を取り出すことからなる製造方法。
2. 一方の、および（または）他方のフランジ部を据込鍛造により形成したのち、フランジ部の周縁を半径方向に鍛圧してフランジ部の断面形状を円柱状に修整する操作を付加した請求項１の製造方法。
3. 軸部の両端にフランジ部を有し、フランジ部におけるファイバーフローが半径方向に走る鍛造品を製造する装置であって、一方の端にフランジ部を有する中間鍛造品を形成するためのリング状据込鍛造金型、および、他方の端にもフランジ部を有する最終鍛造品を形成するための、軸に沿う面に関して二つに割れる形状であり、それぞれの下部に大きな内径の半円形キャビティを有するとともに上部に小さな内径の半円形キャビティを有し、二つ合わせたときに下部に大きな内径の孔が形成され、上部に小さな内径の孔が形成される半割式据込鍛造金型、金床および金敷、ならびに金敷駆動手段を基本的な構成部分とする製造装置。
4. 据え込み鍛造により形成されたフランジ部を周縁から半径方向に鍛圧して周縁の断面形状を円柱形に整えるための、少なくとも一対の金敷の組を付加した請求項３の製造装置。

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