JP2007090381A

JP2007090381A - チタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品

Info

Publication number: JP2007090381A
Application number: JP2005282069A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Sawai; 政弘澤井; Masaya Takada; 雅也高田
Original assignee: Tanaka Seimitsu Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tanaka Seimitsu Kogyo Co Ltd
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2025-09-28
Also published as: JP4611161B2

Abstract

【課題】高強度且つ軽量であって、寸法安定性に優れ、外周部の伸びが均一であって、外周部に割れが無いなど種々の優れた特性を有し、しかも工業的に有利に製造されるバルブリフターなどの有底円筒状の鍛造成形品を提供すること。
【解決手段】底部と隣接する外周面上に余肉部１０が形成されていることを特徴とするチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品。
【選択図】図４

Description

本発明はチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品に関する。

有底円筒状の鍛造成形品は、種々の技術分野で使用される。例えば、本願発明者が研究を行っている自動車産業分野において、有底円筒状の鍛造成形品は内燃機関の動弁機構用バルブリフターや等速ジョイント用インボードケースとして有用である。
例えば、内燃機関の動弁機構用バルブリフターは、一般的にはスチール製が使われている。スチール製は強度，耐摩耗性において優れる反面、重量が大きい欠点がある。近年、車両の高性能化ならびに低燃費化の目的の為に、動弁系周りの軽量化が望まれており、したがってスチール製のバルブリフターは必ずしも満足すべきものではない。スチール製バルブリフターのみならずアルミニウム合金製のバルブリフターも提案（特許文献１）されたが、強度，耐摩耗性において難点があることから現実には使用されていない。

特開昭６３−７５３０３号

本発明者らは、バルブリフターを構成する素材として軽量であって、高強度であると共に強度を比重で割った比強度が高いチタン材の使用に着目した。
チタン材からバルブリフターを成形する為にチタンの板材を板金プレスの絞り製法を用いてバルブリフターを製造することを試みた。しかしながら、バルブリフターでは外周部の厚さが底部の厚さよりも薄くすることが更なる軽量化の為に望まれるが、板金プレスの絞り製法では板金の厚さを変化させることができないため、この製法のみではバルブリフターの軽量化が不可能である。また、この製法では板材に伸びの異方性がある為、絞り時に外周部の伸びが不均一となり、製品の寸法安定性が劣り、外周部に割れが生じ易い。

次いで本発明者らは、丸棒材から切り出したチタンのビレットを鍛造してバルブリフターを製造することを試みた。しかしながら、一般公知の鍛造方法では、塑性加工時の肉の流れが円滑ではなく、鍛造による製品の外周部に欠肉や割れが観察される。
本発明者らは上記課題を解決する為に種々試行錯誤を繰り返した結果、思いがけなくも、先ず最初に底部と隣接する外周面上に余肉部が形成されているチタン材からなるバルブリフターを製造し、次いで、当該余肉部を除去することによって、上記問題点が一挙に解決されるバルブリフターが製造されることを知見した。
さらに発明者らは鋭意検討を重ねて本発明を完成させるに至った。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものである。

したがって本発明は、
（１）底部と隣接する外周面上に余肉部が形成されていることを特徴とするチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品、
（２）（１）に記載の余肉部を除去してなるチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品、
（３）鍛造成形品がチタン材を温間鍛造することによって製造されていることを特徴とする（１）又は（２）に記載のチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品、
（４）温間鍛造における鍛造温度が３００〜６００℃であることを特徴とする（３）記載のチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品、
（５）鍛造成形品がチタン材を冷間鍛造することによって製造されていることを特徴とする（１）又は（２）に記載のチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品、
（６）チタン材がα型チタン又はα型チタン合金であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載のチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品、
（７）チタン材がβ型チタン合金であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載のチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品、
（８）チタン材がα＋β型チタン合金であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載のチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品、
（９）内燃機関の動弁機構用バルブリフターであることを特徴とする（２）〜（８）のいずれかに記載のチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品、および
（１０）チタン材を鍛造して、底部と隣接する外周面上に余肉部が形成されている有底円筒状の鍛造成形品を製造し、次いで、当該余肉部を除去することを特徴とするチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品の製造方法、
に関する。

本発明によって提供されるバルブリフターなどの有底円筒状の鍛造成形品は、高強度且つ軽量であって、しかも本来鍛造性に乏しいチタン材を使用しているにもかかわらず、製品の寸法安定性に優れ、外周部の伸びが均一であって、外周部に割れが無いなど種々の優れた特性を有し、しかも工業的生産が有利に行われる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付図面に示した実施例に基づいて説明する。
本発明の有底円筒状の鍛造成形品の製造に使用されるチタン材の素材としては、純チタンもしくは不可避的不純物を含んでいてもよいチタンであっても良く、チタン合金であっても良い。チタン合金には、α型チタン合金、β型チタン合金、α＋β型チタン合金が例示され、α型チタン合金としては、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ，Ｔｉ−１Ｆｅ−０．３５Ｏ，Ｔｉ−５．５Ａｌ−３．５Ｓｎ−３Ｚｒ等、β型チタン合金としては、Ｔｉ−４Ａｌ−２２Ｖ，Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ，Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ，Ｔｉ−１１．５Ｍｏ−６Ｚｒ−４．５Ｓｎ等、α＋β型チタン合金としては、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ，Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ，Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ等が例示される。

本発明の有底円筒状の鍛造成形品は、通常次のように製造される。先ず有底円筒状の鍛造成形品の形成材としてチタン材の丸棒材、例えばＴｉ−１Ｆｅ−０．３５Ｏの丸棒材が用意され、図１に示すように丸棒材から円盤型のビレット１０を切り出し、次いで該ビレット１０に潤滑処理を施す。潤滑処理は該ビレット１０を潤滑液槽に浸漬させることにより行われる。尚、潤滑液としては、ＭｏＳ_２等のＭｏ系潤滑油が好ましい。
次いで潤滑処理した該ビレット１０を鍛造工程に付する。鍛造は、冷間鍛造，温間鍛造，熱間鍛造の何れであっても良い。冷間鍛造の鍛造温度としては室温（例えば２５℃）、温間鍛造の鍛造温度としては３００〜６００℃、熱間鍛造の鍛造温度は８００〜１１００℃が好ましい。鍛造時の好ましい圧力は、温間鍛造では１２０〜４２０ｋｇｆ／ｍｍ^２、より好ましくは２００〜４００ｋｇｆ／ｍｍ^２であり、冷間鍛造では１４０〜５００ｋｇｆ／ｍｍ^２であり、熱間鍛造では５０〜２５０ｋｇｆ／ｍｍ^２である。上記好ましい範囲に達しない圧力であると肉の伸びが悪く所望の製品形状が得られないときがあり、上記好ましい範囲を越える圧力であると肉が伸び過ぎて所望の製品形状が得られず、金型寿命を縮める可能性がある。
本発明者らは、温間鍛造が、（イ）冷間鍛造よりも肉の流れがよく成形性に勝り、低い加圧力で済み、金型に対する負荷も小さいので、金型寿命が長いことを知見した。
また、本発明者らは温間鍛造が、（ロ）熱間鍛造よりもビレット素材の加熱に必要なエネルギーや時間が少なく、金型からの離型が容易で、ビレット素材の酸化が起こりにくく、酸化に対する対処も少なくてすむことにより温間鍛造による製造がより好ましいことを知見した。以下に温間鍛造の場合について説明する。

先ず、ビレット１０を鍛造する。鍛造時に底部と隣接する外周面上に余肉部を形成させながら有底円筒状の鍛造成形品が形成される。
図２を参照して、鍛造金型として、上型２０、下型３０、およびダイ４０を準備し、該ビレット１０を下型３０の着座面３１に載せる。そして、上型２０を下方に移動させ、該ビレット１０に加圧をかけ鍛造処理を行う。
図３を参照して、該ビレット１０の加圧を始めると、ダイ４０の内周面４２側へ該ビレット１０が拡径し、さらに加圧を進行させると、ダイ４０の余肉形成斜面４１に沿って、該ビレット１０に余肉部１１ａが形成され、ならびに円筒部１２ａが形成され、目的とする鍛造成形品の製造中間体である鍛造成形品１０ａとなる。
図４を参照して、鍛造中間体１０ａをさらに加圧し続けると、余肉部１１ａの軸方向の巾が縮小され余肉部１１ｂとなり、それと共に円筒部１２ａがさらに延長されて所望の長さの円筒部１２ｂとなり、目的とする鍛造成形品の製造中間体である鍛造成形品１０ｂを得る。
上記鍛造処理は、好ましくは温間鍛造条件であるビレット１０を約３００〜６００℃まで加熱して通常の方法で行われうる、鍛造処理は好ましくは１．０〜３０ｓｅｃで完了する。
図５を参照して、このようにして得られる鍛造品１０ｂから余肉部１１ｂを切削するまたは研削することによって、図６に示す目的とする有底円筒状の鍛造成形品１５を得る。尚、切削工程は鍛造品１０ｂの余肉部１１ｂを一般公知の旋盤などの旋削手段によって除去し、また研削工程は鍛造品１０ｂの余肉部１１を一般公知の研削盤などの研削手段によって除去し、目的の有底円筒状の鍛造成形品１５を得る。

丸棒材から切り出した円盤状のビレットの断面図を示す。潤滑油処理したビレットを装着した鍛造金型の断面図を示す。ビレット加圧を始めた鍛造金型の断面図を示す。図３のビレット加圧をさらに進行させた鍛造金型の断面図を示す。図３および図４で示されるビレット加圧によって得られる余肉部を有する鍛造成形品の断面図を示す。図５で示される余肉部を有する鍛造成形品の余肉部を除去して得られる鍛造成形品の断面図を示す。

符号の説明

１０・・・ビレット
１０a・・・鍛造中間体
１０b・・・鍛造品
１１a・・・余肉部
１１b・・・余肉部
１２a・・・円筒部
１２b・・・円筒部
１５・・・有底円筒状の鍛造成形品
２０・・・上型
３０・・・下型
３１・・・着座面
４０・・・ダイ
４１・・・余肉形成斜面
４２・・・内周面

Claims

底部と隣接する外周面上に余肉部が形成されていることを特徴とするチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品。
請求項１に記載の余肉部を除去してなるチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品。
鍛造成形品がチタン材を温間鍛造することによって製造されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品。
温間鍛造における鍛造温度が３００〜６００℃であることを特徴とする請求項３記載のチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品。
鍛造成形品がチタン材を冷間鍛造することによって製造されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品。
チタン材がα型チタン又はα型チタン合金であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品。
チタン材がβ型チタン合金であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品。
チタン材がα＋β型チタン合金であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品。
内燃機関の動弁機構用バルブリフターであることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載のチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品。
チタン材を鍛造して、底部と隣接する外周面上に余肉部が形成されている有底円筒状の鍛造成形品を製造し、次いで、当該余肉部を除去することを特徴とするチタン材からなる有底円筒状の鍛造成形品の製造方法。