JP2007160311A - 鍛造成形品、その製造方法および鍛造用金型 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】素形材10が鍛造成形品の筒状部に対応する部位に複数段からなる凸曲面部13を有し、該複数段からなる凸曲面部の外周から第1段目13aと第2段目13bとの境界14の位置が、鍛造成形品の筒状部の内径より小さく、各複数段の各段間が滑らかな曲面で接続されているので、底部に引けを発生させることなく、筒状部のふち部に折れ込みを発生させることなく製造できる。
【選択図】図1
Description
また、鍛造成形品の形状が、例えば平板状部の片面に凸状部を有する成形品を鍛造成形すると、平板状部の凸状部の反対側の面に、ヒケが発生して、鍛造不良となる場合が発生したので、これを回避する方法が検討されてきた。
例えば、特開2001−47171号公報には、突条又は凸部のある板状素材を鍛造加工することにより、ヒケの発生がなく、主面から隆起部が立ち上がった鍛造製品を製造することを目的として、鍛造製品M1の隆起部21、22に対応する位置で表面又は裏面から突出した突条1又は凸部が付けられている板状素材M0を下型と上型との間にセットし、鍛造成形時の加工圧力で突条1又は凸部(板状素材M0に付ける突条1又は凸部としては、矩形状や、下広がりの台形状又は湾曲状断面をもつもの)の材料を塑性流動させて隆起部21、22を形成することにより、隆起部21、22の成形に裏面側の材料が消費される割合が少なくなるので、隆起部21、22の裏側にヒケ等の形状不良が発生することがないとした方法が開示されている。
例えば、鍛造成形品形状が中央の凸状部と反対側が平面でなく凹状の形状を有する鍛造成形品、またはカップ状形状でカップの底面の外側に凸状のピン状部が長く出ている形状を有する鍛造成形品等である。
そのような形状の場合に、単に上記の従来の方法を適用しただけでは、凹部の底部、カップ状形状の底部、筒状部、カップ状部のふち部に成形欠陥が発生してしまっていた。
さらには、鍛造成形工程ではカップ部形状を有しない形状にまず成形し、その後カップ形状に機械加工する方法をとるしかなかった。特にカップ内側が異形の場合は機械加工が困難であった。この場合も、カップ形状に加工する分の費用がアップしてしまった。
この発明は上記に鑑み提案されたもので、複雑な形状を有する成形品を容易に鍛造成形し、生産上の歩留まりを向上させることができる鍛造成形品、その製造方法、それに用いる鍛造用金型を提供することを目的とする。
なお、20度を超える形状は、複数段の効果が弱くなるので好ましくない。また、10度未満の形状は一段目の形状が無くなる状態(平面状態)に近くなるので複数段の効果が弱くなり好ましくない。更に、一段目と二段目のつなぎ部が筋状の折れ込みと引き込みが予想される。
例えば、凸曲面部13の第1段目13aと第2段目13bとの境界14は、R(半径)=3〜5mmでつながれていることが好ましい。また、素形材10の複数段からなる凸曲面部13の一番外側のすそ部13cの開始位置は、図1(a)に示すように、金型加工上の制限、或いは金型寿命などの点から、筒状部12の外縁とすることができない場合、その位置は、外縁から0.5mm以内であることが好ましい。
さらに、図3に示す素形材の縦断面図において、外側から第1段目13aの形状の輪郭は、複数段からなる凸曲面部13の一番外側のすそ部13cの開始位置から引いた水平線19に対してΘ2=10度(仰角)の線とΘ1=20度(仰角)の線の範囲内であることが好ましい。
また、素形材10の複数段からなる凸曲面部13の第2段目13b以降の形状について説明すると、図4に示す様に、第2段目以降の輪郭が、第1段目13aと第2段目との境界14から水平に引いた水平線20に対してΘ3=60度(仰角)範囲内であることが好ましい。
図5は、本発明の鍛造成形品の製造方法で製造する成形品の例を示す図である。ここで、図5(a)は、本発明に係る鍛造成形品11の一例を示す斜視図でおむすび形の凹部16aを有するもの、(b)は、(a)の鍛造成形品11を凸状部側15から見た逆に見た斜視図、(c)は、別の鍛造成形品11を示す斜視図で円形の凹部16bを有するもの、(d)は、(c)の縦断面図、(e)は、外周が多角形の筒状部12aを有するもの、(f)は、底面多角形の凹部16cを有する鍛造成形品を示す斜視図である。本発明で製造する鍛造成形品は、一端に柱状の凸状部15を有し、他端に凹部16を有する筒状部12を備えた鍛造成形品11である。ここで、凹部16の底部面は凸状部16の断面径より大きく、凸状部16の位置は凹部16の底面の範囲内である。または、カップ形状でカップの底面の外側に凸状のピン状部が長く出ている(例えば、カップ状部の外直径の0.8〜1.2倍の長さ。)形状を有する鍛造成形品でもよい。
凸状部15は、例えば頭部18のほぼ中央に位置している。また凹部16の底面は成形品の外形形状と同じとは限らない。例えば、外周形状が円形状で底面形状が変形円形状(おむすび状)(図5(a))、外周形状が多角形で凹部底面が円形状(e)、外周形状が円形状で凹部底面が多角形状(f)などが挙げられる。
素形材10の材質は、成形品に求められる特性を有したものを適宜選択する。例えば、アルミニウム、アルミニウム合金が好ましく、例えば2000、3000、4000、5000、6000、7000系合金などが挙げられる。また、ろう付け性が良好なものとしては、605E合金でSi:0.58〜0.9質量%、Fe:0.35質量%以下、Cu:0.2質量%以下、Mn:0.1質量%以下、Mg:0.35〜0.55質量%、Cr:0.1質量%以下、Zn:0.1質量%以下、Ti:0.1質量%以下、他不可避成分からなるアルミニウム合金が好ましい。
次に、素形材10の製造方法について説明する。図6は、素形材10を本発明の鍛造方法により製造する場合の成形工程の説明図である。先ず、素形材は、上記材質の金属を原料として、鋳物成形、鍛造成形、機械加工成形、押出し成形の何れか、またはそれらの組み合わせからなる前工程で予め成形される。図6(a)は、素形材10を成形する上金型22、下金型23の組合せを示す図である。ここで、上金型22の成形面22aが、図1等に示す素形材10の凸曲面部13の形状が転写された形状となっている。なお、図6では、上金型22の成形面22aが上述した形状となっているが、下金型23を上述した形状とすることも可能である。このような成形面は、金型母材を放電加工、NC旋盤等による直彫り加工することで製作できる。
鋳物成形では、鋳型の形状を素形材10の形状となるようにして鋳込むことにより上記形状の素形材10を得ることができる。機械加工成形では、バルク材を旋盤加工して素形材10の形状となるよう削りだすことにより上記形状の素形材10を得ることができる。押出し成形では、ビレットを上記素形材10の断面形状となるよう押出し加工して、その後所定の幅に切断して、必要に応じて削りだすことにより上記形状の素形材10を得ることができる。
図7は、鍛造成形品11を鍛造により製造する場合の成形工程の説明図である。図7(a)は、成形品を成形する上金型27、下金型28の組合せを示す説明図である。図7(b)に示す素材投入工程では、下金型28の成形孔28aに前述の方法で製造した素形材10を投入する。図7(c)に示す成形工程では、上金型(パンチ)27が下降して、成形品が成形される。素形材中央部の凸曲面部13へ上金型27が当接し、凸状部の第2段目より中心側からメタル(素材)が外周方向に流れ始めると同時に、凸曲面部13の第1段目のスロープが第2段目からのメタルの流れに押されて盛り上がり筒状部の後方押出し成形部位へのメタルの流れが開始し、素材がスムーズに流れて筒状部12が成形される。図7(d)に示す製品取り出し工程では、成形された鍛造成形品11はノックアウトピン29に排出される。
以上のようにして得られた鍛造成形品は、必要に応じて熱処理工程、機械加工工程を経て、製品となる。
上金型(パンチ)27が下降して下金型28の成形孔28aに載置された素形材10の凸曲面部13に当接する。本発明では素形材10が引けの発生を抑えるために中央凸曲面部への素材流入に見合った体積を盛り上げるとともに、盛り上げを複数段とし、その複数段からなる凸曲面部13の外側から第1段目13aと第2段目13bとの境界の位置を、成形品の筒状部12のふち部分17の内側に対応する位置とし、各複数段の各段間を滑らかな曲面としている。
図8(b)(c)に示すように上金型27が更に下降すると、素形材の頭部18は変形を続け、筒状部12の後方押出し成形部位31へのメタルの流れと凸状部15方向への流れが生じる。また、凸状部12に第1段目13aが設けられているので、その部分で凸状部の第2段目13bより中心側からメタルが外周方向に流れるのを受けることができ、その結果、筒状部12の後方押出し成形部位31へのメタルの流れがスムーズになる。このため、ふち部分17に折れ込みが発生しない。
図9は、本発明の鍛造装置の一例を示す概略説明図である。
本発明における鍛造装置は、前述した素形材10を成形する金型を搭載した型鍛造である。ここで、鍛造装置30は、鍛造機31と、下ダイセットプレート32に取り付けられた下金型33と、上ダイセットプレート34に取り付けられた上金型35とを備えている。なお、上ダイセットプレート34は、両端をガイドポスト36で案内されるとともに上下動して下ダイセットプレート32と当接離間する。
このような構成の鍛造装置において、鍛造成形品11を成形する際は、金型を段取り替えをするか、独立して金型を搭載した鍛造機を用意する。素形材10の成形用金型、成形品の成形用金型を一緒に搭載することにより鍛造装置内で移動させて連続的に鍛造成形することもできる。また、必要に応じて、潤滑剤塗布装置を設置することができる。
図2に示す形状の鍛造成形品を、6000系合金からなる図10(a)〜(g)に示す各種形状の素形材10を用いて成形した。素形材10の形状と成形品の成形欠陥の状況を表にまとめた。成形状態を成形後の外観観察の結果で評価した。図10(a)に示す実施例1では、本発明で提案した複数段に肉盛りした素形材10を用いて鍛造成形した。底部引けとふち部折れ込みの発生はなく、評価は良好であった。図10(e)に示す実施例2では、2段目が60度以上の急勾配の素形材32を用いて鍛造成形した。底部折れ込みが発生し、評価は×であった。図10(b)に示す比較例1では、1段の滑らかな肉盛りの素形材33を用いて鍛造成形した。底部引けが発生し、評価は×であった。図10(c)に示す比較例2では、1段または1段目が10度以下で肉盛り内径より小さな素形材34を用いて鍛造成形した。底部引け及び底部筋状折れ込みが発生し、評価は×であった。図10(d)に示す比較例3では、1段/またはRが大きすぎ/または1段目が20度以上/または2段目が60度以上の素形材35を用いて鍛造成形した。底部引けはないがふち部折れ込みが発生し、評価は×であった。図10(f)に示す比較例4では、滑らかでない角付きの肉盛り形状の素形材36を用いて鍛造成形した。底部引けとふち部折れ込みが発生し、評価は×であった。図10(g)に示す比較例5では、パンチ内径より大きい場合で境界が底面の外に位置する素形材37を用いて鍛造成形した。底部引けとふち部筋状折れ込みが発生し、評価は×であった。
11 鍛造成形品
12 筒状部
13 凸曲面部
13a 第1段目
13b 第2段目
13c すそ部
14 境界
15 凸状部
16 凹部
17 ふち部分
18 頭部
19 水平線
20 水平線
22 上金型
23 下金型
24 成形孔
25 素材
26 ノックアウトピン
27 上金型
28 下金型
29 ノックアウトピン
30 鍛造装置
31 後方押出し成形部位
32〜37 素形材
Claims (11)
- 素形材を金型の成形孔に投入して、有底の筒状部と、該筒状部の底部の外側に凸状部とを有する成形品を鍛造成形する鍛造成形品の製造方法において、
前記素形材が鍛造成形品の筒状部に対応する部位に複数段からなる凸曲面部を有し、該複数段からなる凸曲面部の外周から第1段目と第2段目との境界の位置が、鍛造成形品の筒状部の内径より小さく、
各複数段の各段間が滑らかな曲面で接続されていることを特徴とする鍛造成形品の鍛造方法。 - 前記素形材の複数段からなる凸曲面部の中心を含む縦断面において外周から第1段目の輪郭が、複数段からなる凸曲面部の一番外側のすそ開始位置から水平に引いた直線に対して仰角で10度〜20度の範囲内であることを特徴とする請求項1項に記載の鍛造成形品の鍛造方法。
- 前記素形材の複数段からなる凸曲面部の一番外側のすその開始位置が、筒状部の外縁から0.5mm以内であることを特徴とする請求項1または2に記載の鍛造成形品の鍛造方法。
- 前記素形材の複数段からなる凸曲面部の第1段目と第2段目との境界が、半径3〜5mmの曲面で接続されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の鍛造成形品の鍛造方法。
- 前記素形材の複数段からなる凸曲面部の中心を含む縦断面において第2段目以降の輪郭が第1段目と第2段目との境界から引いた鍛造成形品の筒状部の底面に対して60度以内の線の範囲内であることを特徴とする請求項1項に記載の鍛造成形品の鍛造方法。
- 前記素形材は、鋳物成形、鍛造成形、機械加工成形、押出し成形の何れか、またはそれらの組み合わせからなる前工程で予め成形されることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の鍛造成形品の鍛造方法。
- 鍛造成形時の金型の温度は10〜300℃に、成形孔にセットする時の素形材の温度は10〜490℃にそれぞれ保持されることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の鍛造成形品の鍛造方法。
- 前記素形材の材質は、アルミニウムまたはその合金であることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の鍛造成形品の鍛造方法。
- 上金型、下金型の組合せからなる鍛造用金型において、上金型または下金型の成形面が請求項1〜5の何れかに1項に記載の素形材の形状が転写された成形面を有するものであることを特徴とする鍛造用金型。
- 有底の筒状であってその底部の外側の略中央部に凸状部を有する成形品であって、請求項9に記載の鍛造用金型を用いて成形された素形材を用いて製造されたことを特徴とする鍛造成形品。
- 筒状部のふち部、底部部での断面の鍛流線が成形品の外郭輪郭線に沿っていることを特徴とする請求項10に記載の鍛造成形品。
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