JP2009274078A - 熱間鍛造用金敷 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工材の表面割れ及び内部欠陥の圧着を簡単に行うことができるようにする。
【解決手段】被加工材２を金敷本体３によって圧下をすることで被加工材２の鍛造を行う熱間鍛造用金敷１において、被加工材２に対向する金敷本体３の対向面６側に、金敷本体３での圧下の際に被加工材２の拘束を行う複数の円弧状の凹凸部７を設け、円弧状の凹凸部７の配置及び形状を適正化する。また、金敷本体３の対向面６側に、凹凸部７を対向面６の縦横に亘って配置して、凹凸部７の配置及び形状を適正化する。
【選択図】図２

Description

本発明は、被加工材を圧下をすることで被加工材の鍛造を行う熱間鍛造用金敷に関するものである。

従来より、金属系材料等の被加工材を金敷によって圧下することによって被加工材の鍛造を行う鍛造方法が様々開示されている。これらの鍛造方法では、被加工材の鍛造後における表面疵の発生や内部欠陥を抑制するために、金敷の大きさや形状が様々開発されている（例えば、特許文献１〜特許文献３）。
特許文献１の自由鍛造方法は、金敷の表面を階段状に段差を付け、金敷の段差部に被加工材を順に送って圧下することによって、被加工材の内部欠陥の発生を抑制するようにしている。

特許文献２の熱間自由鍛造方法は、凹凸部を有する金敷を被加工材に対して圧下することによって、被加工材の表面のデッドメタル(素材が全く流動しないこと)の発生を抑え、被加工材の表面疵の発生を抑制するようにしている。
特許文献３の熱間鍛錬方法は、材料幅の０．４〜０．７倍の幅で、且つ、材料高さの０．３〜０．５倍の軸方向長さを有する金敷を用いて、予備加熱した金属材料の表面層を冷却しながら鍛錬を行うようにしている。この特許文献３では、素材形状に合わせた幅の広い金敷を用いて圧下を行うと共に、材料の表面層を冷却させることによって圧下荷重の内部への伝達を促進し、内部欠陥の圧着を行っている。
特開２００６−３４１２６７号公報 特開２００２−２１９５４７号公報 特開平６−２７７７８３号公報

特許文献１では、階段状の段差により被加工材の鍛造を行っていたので、数回程度の圧下によって被加工材の表面に表面疵（表面割れ）が発生し易いという問題がある。
特許文献２では表面疵を抑えることを目的としているため、内部欠陥を圧着して抑制することができないという問題がある。
特許文献３では、内部欠陥の圧着を行うために被加工材の冷却をする必要があり生産性が低下するという問題がある。
つまり、特許文献１〜３の技術を用いても、鍛造した際に、被加工材の表面割れと内部欠陥の圧着（内部欠陥の抑制）との両方を効率良く行うことは非常に困難であった。

そこで、本発明は、被加工材の表面割れ及び内部欠陥の圧着を簡単に行うことができる金敷を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明の手段は、被加工材を圧下をすることで前記被加工材の鍛造を行う熱間鍛造用金敷において、前記被加工材に対向する対向面側に、前記鍛造の際に被加工材の拘束を行う複数の円弧状の凹凸部を設け、前記対向面において前記被加工材の幅方向の両端部から式（１）で規定される距離（Ｌ）までの領域内に、少なくとも２つ以上の凹凸部が設けられており、前記凹凸部の配列ピッチ（Ｐ）を式（２）を満たすように設定し、前記凹凸部の配列ピッチ（Ｐ）と凹凸部の高さ（Ｈ）との関係を式（３）を満たすように設定し、前記凹凸部の形状を楔形とすると共に、当該先端部の開き角度（θ）を式（４）を満たすように設定している点にある。

本発明の他の手段は、加工材を圧下をすることで前記被加工材の鍛造を行う熱間鍛造用金敷において、前記被加工材に対向する対向面側に、前記鍛造の圧下の際に被加工材の拘束を行う複数の凹凸部を縦横に亘って配置しており、前記対向面の横方向に並べる凹凸部の個数を少なくとも３つ以上に設定し、前記対向面の縦方向に並べる凹凸部の個数を少なくとも２つ以上に設定し、前記凹凸部の横方向における配列ピッチ（Ｐ１）と凹凸部の高さ（Ｈ）との関係を式（５）を満たすように設定し、前記凹凸部の形状を楔形とすると共に、当該先端部の開き角度（θ）を式（６）を満たすように設定している点にある。

本発明によれば、被加工材の表面割れ及び内部欠陥の圧着を簡単に行うことができる。

本発明の熱間鍛造用金敷について説明する。
［第１実施形態］
図１に示すように、金敷１は、ビレットやブルーム等の鋳片２を鍛造するものであって、鋳片（被加工材）２に対して圧下を行う上下移動可能な金敷本体３と、この金敷本体３の下側に上下移動不能に固定されて被加工材２が載置される載置台４とを備えている。
金敷本体３は、当該金敷本体３での圧下の際に被加工材２の表面の移動を拘束する拘束部５を備えている。詳しくは、被加工材２と対向する金敷本体３の表面６（対向面ということがある）に拘束部５が設けられ、この拘束部５は、円弧状に形成された複数の凹凸部７により構成されている。

このような金敷１では、平坦な載置台４に被加工材２を載置した後、金敷本体３を下降させて金敷本体３の対向面６で被加工材２の表面を押圧することによって、鍛錬を行うことができる。金敷本体３によって被加工材２を押圧すると、被加工材２の表面が圧下する方向と直交する方向（例えば、図１の紙面左右方向）に移動して材料（被加工材２）が流動するが、本発明の拘束部５、即ち、凹凸部７によって圧下時の材料の流動を抑制し、被加工材２の内部に大きな歪みを与えることで、内部欠陥を減少させている。
以下、金敷本体の対向面に設けられた凹凸部について、図２及び図３を用いて詳しく説明する。説明の便宜上、図２の左右方向を横方向又は幅方向、図２の上下方向を縦方向又は軸方向とする。

図２に示すように、金敷本体３の対向面６において、当該対向面６の横方向両端部側に複数の凹凸部７が設けられ、これらの凹凸部７は、対向面６の縦方向の一端から他端に延びる円弧状としている。対向面６の横方向一方側に設けられた各凹凸部７は中心ＯＡが同じである同心円状のもので、対向面６の横方向他方側に設けられた各凹凸部７も中心ＯＢが同じである同心円状のものとなっている。
金敷本体３の下側に設けられる被加工材２を基準にすると、この被加工材２と接する対向面６の領域（オーバラップ領域）に、凹凸部７が設けられるものとなっていている。被加工材２の端部（横方向端部）から対向面６の中心部に向けて距離Ｌが式（１）を満たすまでの領域（オーバラップ領域Ａ１）に、少なくとも２つ以上の凹凸部７が設けられるものとなっている。

言い換えれば、被加工材２の端部から２５％（Ｂ／５）内側に入るオーバラップ領域Ａ１に２つ以上の凹凸部７が設けられるものとなっている。さらに、詳しくは、１つのオーバラップ領域Ａ１毎に１つ以上の凹凸部７が設けられている。
図２及び図３に示すように、対向面６の横方向両端部側に位置するぞれぞれの凹凸部７において、隣り合う凹凸部７の配列ピッチＰは式（２）を満たすものとなっている。

各凹凸部７の配列ピッチＰと凹凸部７の高さＨとの関係は、式（３）を満たすものとなっている。即ち、凹凸部７の基端から先端部までの高さＨと、凹凸部７の先端部間の配列ピッチＰとの関係は式（３）を満たすものとなっている。

各凹凸部７は、横断面視で基部から先端にいくにしたがって当該凹凸部７の頂部に向けて次第に傾斜するＶ字状の形状に形成されている。言い換えれば、各凹凸部７の形状は楔形のとなっている。各凹凸部７の先端部における開き角度θ、即ち、楔形を形成する第１傾斜面１０と第２傾斜面１１とのなす角θは、式（４）を満たすものとなっている。なお、各凹凸部７の先端部１２は面取りとなったＲ状になっている。

以上、本発明の金敷１によれば、金敷本体３の対向面６側に、金敷本体３での圧下の際に被加工材２の拘束を行う複数の円弧状の凹凸部７を設け、被加工材２の両端部から中心に向けての距離Ｌが式（１）を満たすまでの対向面６の領域内に少なくとも２つ以上の凹凸部７を設け、隣り合う凹凸部７の配列ピッチＰを式（２）を満たすように設定し、凹凸部７の配列ピッチＰと凹凸部７の高さＨとの関係を式（３）を満たすように設定し、凹凸部７の形状を楔形とすると共に、当該先端部の開き角度を式（４）を満たすように設定している。

凹凸部７を円弧状（同心円状）にすることによって、縦方向（軸方向）への被加工材２の表面側の材料の流動を拘束することに加えて、横方向（幅方向）への被加工材２の表面側の材料の流動を拘束することができる。即ち、凹凸部７を円弧状にすることによって、１つの凹凸部７（１つのライン）で軸方向及び幅方向の材料の流動を同時に２方向から拘束することが可能となる。
しかも、円弧状となった凹凸部７を幅方向両端部に設けているので、これらによって、圧下時に幅方向両側に移動する材料の流動を同時に抑えることができる。

被加工材２の両端部から中心に向けての距離Ｌが式（１）を満たすまでの対向面６の領域内に少なくとも２つ以上の凹凸部７を設けているので、式（１）を満たさないものに比べて（被加工材２から２５％内側のオーバラップ領域Ａ１に凹凸部７がない）、広範囲に亘って被加工材２の材料の流動を拘束でき（拘束できる範囲が大）であるため、大きな歪みを内部に与えることができる。なお、式（１）を満たさないものは、内部欠陥を十分に減少させることができなかった。
隣り合う凹凸部７の配列ピッチＰを式（２）を満たすように設定していると共に、凹凸部７の配列ピッチＰと凹凸部７の高さＨとの関係を式（３）を満たすように設定しているので、圧下した際に凹凸部７間に被加工材２の材料が充填され易くなり、その結果、被加工材２の流動を確実に抑制することができる。隣り合う凹凸部７の配列ピッチＰが式（２）を満たさない場合は、凹凸部７の配列ピッチＰが狭すぎるために材料が当該配列ピッチＰに入り難く、凹凸部７の配列ピッチＰと凹凸部７の高さＨとの関係が式（３）を満たさない場合は、凹凸部７の高さＨが小さ過ぎるために、被加工材２の材料の拘束を十分に行うことができず、また、凹凸部７の高さＨが高過ぎるために、被加工材２の材料の表面に表面疵（表面割れ）を発生させてしまう。

凹凸部７の形状を楔形とすると共に、当該先端部の開き角度（θ）を式（４）を満たすように設定しているので、表面割れを発生させることなく、凹凸部７で囲まれた領域への材料の充填を容易にして、被加工材２の表面の拘束をより低荷重で行うことができる。
［第２実施形態］
図４〜図５に示す金敷は、第１実施形態の拘束部を変形したものである。
拘束部５は、対向面６の縦横に亘って凹凸部７を配置することで構成されたもので、当該凹凸部７は、対向面６の横方向（幅方向）に配列ピッチＰ１をおいて並べられた複数の第１凹凸部７ａと、対向面６の縦方向（軸方向）に配列ピッチＰ２をおいて並べられた複数の第２凹凸部７ｂとを備えている。

詳しくは、第１凹凸部７ａは、横方向に少なくとも３つ以上配置されたもので、この実施形態では、１２個の第１凹凸部７ａが横方向に所定の配列ピッチＰ１をおいて並べられたものとなっている。各第１凹凸部７ａは、対向面６の一端から他端に亘って延びる略直線状のものであって、各第１凹凸部７ａの横方向（幅方向）の配列ピッチＰ１は一定となっている。
また、第２凹凸部７ｂは、縦方向に少なくとも２つ以上配置されたもので、この実施形態では、４個の第２凹凸部７ｂが縦方向に所定の配列ピッチＰ２をおいて並べられたものとなっている。各第２凹凸部７ｂは、対向面６の一端から他端に亘って延びる略直線状のものであって、各凹凸部７の縦方向（軸方向）の配列ピッチＰ２は一定となっている。

第１凹凸部７ａにおいて、第１凹凸部７ａの横方向における配列ピッチＰ１と凹凸部７の高さＨとの関係は式（５）を満たすものとなっている。即ち、第１凹凸部７ａの基端から先端部までの高さＨと、第１凹凸部７ａの先端部（頂部１２の配列ピッチＰ１との関係は式（５）を満たすものとなっている。

第１凹凸部７ａ及び第２凹凸部７ｂは、断面視で基部から先端にいくにしたがって当該凹凸部７の先端部１２へ向けて傾斜するＶ字状の形状に形成されている。言い換えれば、各凹凸部７の形状は楔形のとなっている。各凹凸部７の先端部１２における開き角度θ、即ち、楔形を形成する第１傾斜面１０と第２傾斜面１１とのなす角θは、式（６）を満たすものとなっている。なお、各凹凸部７の先端部１２は面取りとなったＲ状になっている。

以上、本発明の金敷１によれば、第２実施形態では、対向面６の横方向に並べる凹凸部７ａの個数を少なくとも３つ以上に設定し、対向面６の縦方向に並べる凹凸部７ｂの個数を少なくとも２つ以上に設定している。また、本発明の金敷１によれば、凹凸部７の横方向における配列ピッチＰ１と凹凸部７の高さＨとの関係を式（５）を満たすように設定し、凹凸部７の形状を楔形とすると共に、当該先端部の開き角度θを式６を満たすように設定している。

凹凸部７を縦横に配置する、即ち、第１凹凸部７ａと第２凹凸部７ｂとをクロスライン状（十字状）に配置することによって、第１凹凸部７ａによって横方向（幅方向）への被加工材２の表面側の材料の流動を拘束し、第２凹凸部７ｂによって縦方向（軸方向）への被加工材２の表面側の材料の流動を拘束することができる。そして、第１凹凸部７ａと第２凹凸部７ｂとの囲まれた領域によって、被加工材２の流動を完全に拘束することができる。
対向面６の横方向に配置する凹凸部７の個数を少なくとも３つ以上に設定し、対向面６の縦方向に配置する凹凸部７の個数を少なくとも２つ以上に設定しているので、十分に材料を拘束することができ、大きな歪みを内部に与えることができる。

凹凸部７の形状を楔形とすると共に、当該先端部の開き角度（θ）を式（６）を満たすように設定しているので、表面割れを発生させることなく、凹凸部７で囲まれた領域への材料の充填を容易にし、材料の表面の拘束を低荷重で行うことができる。
なお、第２実施形態では、第１凹凸部７ａ及び第２凹凸部７ｂの形状を直線状のものとしていたが、第２実施形態の変形例である図６に示すように、第１凹凸部及び第２凹凸部を円錐状の突起にしてもよい。
即ち、円錐状の凹凸部７を対向面６の横方向（幅方向）の一端から他端にかけて一定の配列ピッチＰ１で複数配置し、凹凸部７を対向面６の縦方向（軸方向）の一端から他端にかけて一定の配列ピッチＰ２で複数配置することによって、拘束部５を構成してもよい。

凹凸部７を円錐状にした場合であっても、凹凸部の横方向における配列ピッチＰ１と凹凸部７の高さＨとの関係は式（５）を満たすものとし、先端部の開き角度（θ）を式（６）を満たすように設定する。
［実施例］
表１は、本発明（第１実施形態及び第２実施形態）の金敷で鍛造を行った実施例と、本発明以外の金敷で鍛造を行った比較例とを示したものである。

表１に示すように、実施例及び比較例では、被加工材２の表面割れを評価すると共に、ＵＴ評価（超音波測定器）にて被加工材２の内部欠陥を評価した。表１に示すように、表面割れが所定未満（無いもの）であるもの、又は、内部欠陥が所定未満（無いもの）については良好「○」とした。また、表１に示すように、表面割れが所定以上（有るもの）、又は、内部欠陥が所定以上（有るもの）については不良「×」とした。
表１に示す金敷種類の欄において、「Ｒ」とは凹凸部７を円弧状にしたもの（第１実施形態に相当）を示し、「Ｃｒｏｓｓ」とは凹凸部７を直線状にしたもの（第２実施形態に相当）を示し、「突起」とは凹凸部７を円柱状にしたもの（第２実施形態の変形例、図６）である。

実施例１〜実施例３に示すように、円弧状の凹凸部７において、式（２）及び式（３）を満たす場合は、表面割れ及び内部欠陥の評価について良好であった。なお、式（１）に対する実施例１〜実施例３では、式（１）を満たすように、円弧状の凹凸部７を設けている。また、この凹凸部７において、第１傾斜面１０と第２傾斜面１１とのなす角θは、式（４）を満たすものとしている。
比較例１〜比較例４に示すように、凹凸部７において、式（２）、式（３）、個数が２つ以上、少なくともいずれか１つでも満たさない場合は、表面割れ又は内部欠陥の評価について不良となる結果となった。

実施例４〜実施例６に示すように、凹凸部７を縦横に配置したものにおいて、第１凹凸部７ａ（横）の個数を少なくとも３つ以上に設定し、第２凹凸部７ｂ（縦）の個数を少なくとも２つ以上に設定し、且つ、式（５）を満たした場合は、表面割れ及び内部欠陥の評価について良好であった。なお、この凹凸部７において、第１傾斜面１０と第２傾斜面１１とのなす角θは、式（６）を満たすものとしている。
一方で、比較例５〜比較例７に示すように、第１凹凸部７ａ（横）の個数が３つ以上、、第２凹凸部７ｂ（縦）の個数が２つ以上、式（５）の少なくともいずれか１つでも満たさない場合は、表面割れ又は内部欠陥の評価について不良となる結果となった。

以上、本発明によれば、円弧状の凹凸部７を設ける場合は、対向面６において被加工材２の幅方向の両端部から式（１）で規定される距離（Ｌ）までの領域内に、少なくとも２つ以上の凹凸部７を設け、凹凸部７の配列ピッチ（Ｐ）を式（２）を満たすように設定し、凹凸部７の配列ピッチ（Ｐ）と凹凸部７の高さ（Ｈ）との関係を式（３）を満たすように設定し、凹凸部７の形状を楔形とすると共に、当該先端部の開き角度（θ）を式（４）を満たすようにすることによって、表面割れが発生しないように内部欠陥を抑制することができ、即ち、表面割れ及び内部欠陥を抑制することができる。

また、凹凸部７を縦横に亘って配置する場合は、対向面６の横方向に並べる凹凸部７の個数を少なくとも３つ以上に設定し、対向面６の縦方向に並べる凹凸部７の個数を少なくとも２つ以上に設定し、凹凸部７の横方向における配列ピッチ（Ｐ１）と凹凸部７の高さ（Ｈ）との関係を式（５）を満たすように設定し、凹凸部７の形状を楔形とすると共に、当該先端部の開き角度（θ）を式（６）を満たすように設定することによって、表面割れが発生しないように内部欠陥を抑制することができ、即ち、表面割れ及び内部欠陥を抑制することができる。

第１実施形態の金敷における構成図である。 第１実施形態の金敷本体の対向面の平面図である。 第１実施形態の金敷本体の対向面に設けた凹凸部の断面図である。 第２実施形態の金敷本体の対向面の平面図である。 第２実施形態の金敷本体の対向面に設けた凹凸部の断面図である。 第２実施形態の拘束部の変形例の平面図である。

符号の説明

１ 金敷
２ 被加工材
３ 金敷本体
５ 拘束部
６ 対向面
７ 凹凸部

Claims (2)

1. 被加工材を圧下をすることで前記被加工材の鍛造を行う熱間鍛造用金敷において、
   前記被加工材に対向する対向面側に、前記鍛造の際に被加工材の拘束を行う複数の円弧状の凹凸部を設けており、
   前記対向面において前記被加工材の幅方向の両端部から式（１）で規定される距離（Ｌ）までの領域内に、少なくとも２つ以上の凹凸部が設けられており、
   前記凹凸部の配列ピッチ（Ｐ）を式（２）を満たすように設定し、前記凹凸部の配列ピッチ（Ｐ）と凹凸部の高さ（Ｈ）との関係を式（３）を満たすように設定し、前記凹凸部の形状を楔形とすると共に、当該先端部の開き角度（θ）を式（４）を満たすように設定していることを特徴とする熱間鍛造用金敷。
   

   
2. 被加工材を圧下をすることで前記被加工材の鍛造を行う熱間鍛造用金敷において、
   前記被加工材に対向する対向面側に、前記鍛造の圧下の際に被加工材の拘束を行う複数の凹凸部を縦横に亘って配置しており、
   前記対向面の横方向に並べる凹凸部の個数を少なくとも３つ以上に設定し、前記対向面の縦方向に並べる凹凸部の個数を少なくとも２つ以上に設定し、前記凹凸部の横方向における配列ピッチ（Ｐ１）と凹凸部の高さ（Ｈ）との関係を式（５）を満たすように設定し、前記凹凸部の形状を楔形とすると共に、当該先端部の開き角度（θ）を式（６）を満たすように設定していることを特徴とする熱間鍛造用金敷。
   

   

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