JP2010082635A - 熱間鍛造用金型及び熱間鍛造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】専用のスケール除去装置を使用することなく、金型自体に酸化被膜除去手段を設けて鍛造直前に酸化被膜を取り除くことのできる熱間鍛造方法を提供する。
【解決手段】所定温度で加熱材料１を加熱した後、該加工材料１をパンチ６Ａでダイ４Ａに押し付けて加圧することで材料表面の酸化被膜７を剥がれ落とした後、前記加工材料１が加圧される加工部に向かってエアーを吹き付けて酸化被膜を加工部外へと吹き飛ばしてから該加工材料１を所定形状に鍛造する。つまり、鍛造加工直前に酸化被膜７を剥がれ落とし、その剥がれ落とした酸化被膜７をエアーで吹き飛ばすようにする。これにより、鍛造加工時には酸化被膜７の無い状態で鍛造可能となる。
【選択図】図６

Description

本発明は、熱間鍛造用金型及び熱間鍛造方法に関し、詳細には、鍛造直前に酸化被膜を除去する技術に関する。

例えば、エンジン等に使用されるコネクティングロッド（コンロッド）は、一般的に熱間鍛造技術によって製造される（例えば、特許文献１〜５等に記載）。コネクティングロッドを製造するには、第１荒地工程、第２荒地工程、仕上げ工程、トリム工程の順で製造される。

熱間鍛造では、加工材料をインダクションヒータで１２００℃〜１２５０℃に加熱した後、鍛造プレス機に送り、鍛造金型の上下運動により前記各工程を順に行うことで製造している。

ところで、前記したように鍛造加工前に加工材料を加熱しているため、インダクションヒータ出口から加熱した加工材料を鍛造金型へと搬送する間に、加工材料の表面に酸化被膜（酸化スケール）が発生してしまう。酸化被膜が形成された状態で加工材料を鍛造してしまうと、製品表面にスケールが打ち込まれ、でこぼこな表面肌となり、製品不良となる。

そこで、スケールの打ち込みを防止するために、専用のスケール除去装置を使用し、加工材料に形成されたスケールをハンマーで打撃して除去した後に鍛造を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１等に記載）。
特開２００４−２６８１２６号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、鍛造金型の他に専用のスケール除去装置が必要となる他、このスケール除去装置で除去した加工材料を鍛造金型へと搬送する間でも再度スケールが発生し、完全にはスケールを除去することができない。

そこで、本発明は、専用のスケール除去装置を使用することなく、金型自体に酸化被膜除去手段を設けて鍛造直前に酸化被膜を取り除くことのできる熱間鍛造用金型及び熱間鍛造方法を提供することを目的とする。

本発明の熱間鍛造用金型においては、加工材料をパンチでダイに押し付けて加圧することで材料表面の酸化被膜を剥がれ落とした後、上型より加工材料が加圧される加工部に向かってエアーを吹き付けて酸化被膜を加工部外へと吹き飛ばす酸化被膜除去手段を鍛造金型に設けている。

本発明の熱間鍛造方法においては、加熱された加工材料をパンチでダイに押し付けて加圧して材料表面の酸化被膜を剥がれ落とした後に、加工部に向かってエアーを吹き付けて酸化被膜を加工部外へと吹き飛ばす。そして、本発明方法では、前記エアーにより酸化被膜を取り除いてから加工材料を所定形状に鍛造する。

本発明の熱間鍛造用金型によれば、鍛造金型自体に酸化被膜除去手段を設け、その酸化被膜除去手段で鍛造加工直前に加工材料をパンチでダイに押し付けて加圧して材料表面の酸化被膜を剥がれ落とし、エアーを吹き付けてその酸化被膜を加工部外へと吹き飛ばしているので、鍛造加工時には酸化被膜の無い状態で加工材料を鍛造することができる。その結果、酸化被膜が製品に打ち込まれることがなく、でこぼこな表面肌になるのを回避することができ、製品品質を高めることができる。

本発明の熱間鍛造方法によれば、鍛造直前に、加熱により形成された酸化被膜を剥がれ落とし、その酸化被膜をエアーで加工部外へと吹き飛ばすので、鍛造時には酸化被膜の無い状態で鍛造することができる。その結果、酸化被膜が打ち込まれることのない品質の高い鍛造品を提供できる。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

「熱間鍛造用金型の構造説明」
図１はインダクションヒータで加工材料を加熱してから鍛造金型へ搬送して鍛造する工程を示す全体図、図２は加工材料を鍛造したときの各工程後の状態を示す図、図３は酸化被膜除去手段を鍛造金型に設けた熱間鍛造金型の一例を示す断面図、図４は図３の熱間鍛造用金型におけるパンチとパンチ収容部材の分解斜視図、図５（Ａ）は加工部へエアーが供給停止された時の上型部分の断面図、図５（Ｂ）は加工部へエアーが供給された時の上型部分の断面図、図６（Ａ）は酸化被膜が形成された加工材料をダイの上に配置してパンチで加圧し始めた時の状態断面図、図６（Ｂ）は酸化被膜が剥がれ落ちた時の状態断面図、図６（Ｃ）は加工部に吹き付けられたエアーで酸化被膜が吹き飛ばされる時の状態断面図、図６（Ｄ）は酸化被膜が除去された加工材料を鍛造し始めた時の状態断面図、図６（Ｅ）は鍛造完了時の状態断面図である。

本実施形態では、エンジンに使用されるコネクティングロッド（コンロッド）を、本発明を適用した熱間鍛造用金型で製造するものとする。もちろん、コネクティングロッドは一例であり、本実施形態の熱間鍛造用金型で製造する製品は、前記コネクタハウジングに限定されない。

鍛造前の加工材料１は、図１に示すように、インダクションヒータ２で１２００℃〜１２５０℃で加熱される。加熱された加工材料１は、下型に設けられた下ダイセット３に取り付けられたダイ４（４Ａ〜４Ｅ）と、上型に設けられた上ダイセット５に取り付けられたパンチ６（６Ａ〜６Ｅ）とを有した熱間鍛造用金型にて順次所定形状に鍛造される。

鍛造工程は、丸棒形状の加工材料１を図２（Ａ）に示す第１形態１Ａに鍛造する第１鍛造工程、図２（Ｂ）に示す第２形態１Ｂに鍛造する第２鍛造工程（第１荒地工程）、図２（Ｃ）に示す第３形態１Ｃに鍛造する第３鍛造工程（第２荒地工程）、図２（Ｄ）に示す第４形態１Ｄに鍛造する第４鍛造工程（仕上げ工程）、図２（Ｅ）に示す第５形態１Ｅに鍛造する第５鍛造工程（トリム工程）である。これらの工程を順に行うことで、丸棒形状の加工材料１を最終第５形態１Ｅのコネクティングロッドとする。

第１鍛造工程の金型は、図３及び図４に示すように、下型に取り付けられるダイ４Ａと、上型に取り付けられるパンチ６Ａとでインダクションヒータ２にて加熱された加工材料１を加圧して第１形態１Ａとする。上型には、加熱されることにより加工材料１の表面に形成された酸化被膜７を加圧して剥がれ落とした後に加工部外へと吹き飛ばす酸化被膜除去手段が設けられている。

酸化被膜除去手段は、エアーを供給するエアー供給源８と、パンチ６Ａの加工面９とは反対側に形成したフランジ部１０の一部を切り欠く第１エアー供給溝１１（１１Ａ〜１１Ｄ）と、パンチ６の外形状に応じて貫通穴として形成されたパンチ挿入穴１２とフランジ部１０の外形状に応じて止まり穴として形成されたフランジ部挿入穴１３とこれら挿入穴間に形成された段差部２３の一部を切り欠いて形成された第２エアー供給溝１４（１４Ａ〜１４Ｄ）とを有し、前記パンチ６Ａをパンチ挿入穴１２及びフランジ部挿入穴１３に挿入して上下動可能に支持する第１パンチ収容部材１５と、この第１パンチ収容部材１５に上下動可能に支持された前記パンチ６Ａの背面１６との間に前記エアー供給源８から供給されるエアーを導入させるエアー導入空間部１７を形成する第２パンチ収容部材１８と、エアー供給源８とエアー導入空間部１７を結ぶエアー供給路１９に設けられ、前記エアー導入空間部１７に供給されたエアーによる内圧で前記パンチ６Ａを加圧して酸化被膜７を剥がれ落とした後に、該エアー導入空間部１７の内圧を減圧させる減圧弁２０と、から構成される。

パンチ６Ａは、加工材料１を図２（Ａ）の第１形態１Ａとなるように鍛造する形状とされる。このパンチ６Ａには、加工面９とは反対側に鍔部となるフランジ部１０が形成されている。また、パンチ６Ａの背面中心部には、第２パンチ収容部材１８に固定されたガイドピン２１をガイドとして前記パンチ６Ａを上下動させるためのピンガイド穴２２が止まり穴として形成されている。

また、パンチ６Ａには、フランジ部１０の一部を切り欠く第１エアー供給溝１１（１１Ａ〜１１Ｄ）が形成されている。この第１エアー供給溝１１Ａ〜１１Ｄは、フランジ部１０の長手方向両側縁にそれぞれ２ヶ所づつ形成されている。一方のフランジ部側縁に形成された２つの第１エアー供給溝１１Ａ、１１Ｂと他方のフランジ部側縁に形成された２つの第１エアー供給溝１１Ｃ、１１Ｄは、パンチ短辺方向において同一線上にはなく互い違いとされる位置に設けられている。

第１パンチ収容部材１５には、パンチ挿入穴１２と、このパンチ挿入穴１２よりも大きな穴とされたフランジ部挿入穴１３と、これら挿入穴間に形成される段差部２３とが形成されている。また、この第１パンチ収容部材１５には、前記パンチ挿入穴１２の開口周縁である段差部２３の一部を切り欠く第２エアー供給溝１４Ａ〜１４Ｄが形成されている。この第２エアー供給溝１４Ａ〜１４Ｄは、前記した４つの第１エアー供給溝１１Ａ〜１１Ｄのそれぞれと同一位置に対応するのではなく、位置をずらして設けられている。また、一方側の段差部２３に形成された２つの第２エアー供給溝１４Ａ、１４Ｂと他方側の段差部２３に形成された２つの第２エアー供給溝１４Ｃ、１４Ｄは、やはりパンチ短辺方向において同一線上にはなく異なる位置とされ、全体で見ると互い違いとされる位置に設けられている。

第２パンチ収容部材１８には、第１パンチ収容部材１５に形成されたフランジ部挿入穴１３の上部を閉塞する凸部２５が形成されている。この凸部２５は、第２パンチ収容部材１８の前記第１パンチ収容部材に対する取付け面１８ａに設けられ、前記フランジ部挿入穴１３に挿入嵌合されて、前記パンチ６Ａとの間にエアー導入空間部１７を形成する。また、第２パンチ収容部材１８には、前記パンチ６Ａに形成されたピンガイド穴２２に挿入されて当該パンチ６Ａの上下動をガイドするガイドピン２１が設けられている。さらに、第２パンチ収容部材１８には、前記エアー供給路１９に接続されるエアー導入通路２４が設けられている。エアー導入通路２４は、エアー供給源８と接続される入口２４ｂを側面１８ｂに有し、出口２４ａを前記凸部２５に有している。

減圧弁２０は、例えばリリーフ弁からなり、エアー供給源８とエアー導入空間部１７を結ぶエアー供給路１９に設けられている。この減圧弁２０は、前記エアー導入空間部１７に供給されたエアーによる内圧で前記パンチ６Ａを前記ダイ４Ａとで加圧して酸化被膜７を剥がれ落とした後に、該エアー導入空間部１７の内圧を減圧させる機能をする。例えば、減圧弁２０の設定圧力は、約１０ｔ〜２０ｔとされる。

前記パンチ６Ａに形成された第１エアー供給溝１１Ａ〜１１Ｄと前記第１パンチ収容部材１５に形成された第２エアー供給溝１４Ａ〜１４Ｄは、エアー供給源８からエアー導入空間部１７に導入されたエアーによる内部圧力Ｆで前記パンチ６Ａが下方へ押し下げられた状態になると、図５（Ａ）に示すように、前記フランジ部１０が前記段差部２３に密着した状態になることで非連通状態となる。つまり、第２エアー供給溝１４Ａ〜１４Ｄは、前記パンチ６Ａのフランジ部１０によって閉塞されることになる。そのため、前記エアー導入空間部１７に導入されたエアーによる内部圧力Ｆで、前記パンチ６Ａが前記ガイドピン２１をガイドとして押し下げられる。

一方、減圧弁２０が作動して前記エアー導入空間部１７の内圧が下がり前記パンチ６Ａがガイドピン２１に沿って上昇し始めると、図５（Ｂ）に示すように、密着状態にあった前記フランジ部１０が前記段差部２３から離れる。その結果、第１エアー供給溝１１Ａ〜１１Ｄと第２エアー供給溝１４Ａ〜１４Ｄとが連通し、前記エアー導入空間部１７内のエアーＡが一気に加工部に向かって噴き出す。

「熱間鍛造方法の工程説明」
次に、本実施形態の熱間鍛造用金型を使用してコネクティングロッドを鍛造する工程について説明する。

先ず、丸棒形状の加工材料１をインダクションヒータ２に投入し、１２００℃〜１２５０℃で加工材料１を加熱する。次に、加熱された加工材料１を鍛造プレス機へと送る。鍛造プレス機では、丸棒形状の加工材料１を図２（Ａ）の第１形態１Ａに鍛造する第１鍛造工程、図２（Ｂ）の第２形態１Ｂに鍛造する第２鍛造工程（第１荒地工程）、図２（Ｃ）の第３形態１Ｃに鍛造する第３鍛造工程（第２荒地工程）、図２（Ｄ）の第４形態１Ｄに鍛造する第４鍛造工程（仕上げ工程）、図２（Ｅ）の第５形態１Ｅに鍛造する第５鍛造工程（トリム工程）を順に行う。

第１鍛造工程では、先ず、加熱された加工材料１を、図６（Ａ）に示すようにダイ４Ａの上に置く。このとき、加工材料１の表面には、インダクションヒータ２からこのダイ４Ａに置かれるまでの間に酸化されて酸化被膜（酸化スケール）７が形成されてしまう。

次に、鍛造プレス機を作動させて上型を下降させると共にエアー供給源８からエアーを前記パンチ６Ａの背面１６に形成したエアー導入空間部１７へと導入する。すると、エアー導入空間部１７に導入されたエアーによる内部圧力Ｆで、前記パンチ６Ａが下方へ押し下げられる。そして、内部圧力Ｆで下方へと押し下げられたパンチ６Ａは、そのフランジ部１０が第１パンチ収容部材１５の段差部２３と密着する。加工材料１は、前記内部圧力Ｆに負けて変形し始めるまで前記パンチ６Ａにより加圧される。その結果、このパンチ６Ａによる加圧力で加工材料１の表面に形成された酸化被膜７が、図６（Ｂ）に示すように割れて剥がれ落ちる。

そして、減圧弁２０が設定圧を越えた瞬間、前記パンチ６Ａが前記ガイドピン２１に沿って第１パンチ収容部材１５内で上昇し始め、該パンチ６Ａのフランジ部１０と段差部２３との間に隙間が生じる。この瞬間、第１エアー供給溝１１Ａ〜１１Ｄから第２エアー供給溝１４Ａ〜１４Ｄへエアーが流れ込み、図６（Ｃ）に示すようにエアーが一気に加工部へと噴出する。

加工部に噴出されたエアーは、剥がれ落ちた酸化被膜７を加工部外へと吹き飛ばすと共に、加工材料１に引っ掛かっている酸化被膜７並びに型内に入り込んだ酸化被膜７をも加工部外へと吹き飛ばす。このとき、加工材料１は、ダイ４Ａとパンチ６Ａとで上下方向から挟み込まれた状態にあるので、エアーによる強い力がかかっても動くことはない。また、このとき、４つ設けられた第２エアー供給溝１４Ａ〜１４Ｄは、左右２つづつの溝１４Ａ，１４Ｂ及び溝１４Ｃ，１４Ｄとが同一線上の位置にはなく、位置をずらした互い違いとして設けられているので、噴き出されたエアー同士が打ち消し合うことなく、効果的に加工材料１の下方までエアーを抵抗無く噴出させることができる。これにより、酸化被膜７をエアーによって吹き飛ばすことができる。

そして、前記エアー導入空間部１７内の内部圧力Ｆが減圧弁２０によって徐々に減圧されて行くと、パンチ６Ａはガイドピン２１をガイドとして上昇し、最終的にパンチ背面１６が第２パンチ収容部材１８に接触する。このときのエアー導入空間部１７は、前記パンチ６Ａが一気に上昇するのを防止するエアークッションの役目をすることになる。前記パンチ６Ａが第２パンチ収容部材１８に到達すると、鍛造プレス機の上型が下降して図６（Ｄ）に示すように加工材料１の鍛造が開始される。加工材料１は、この状態になって初めて鍛造される。鍛造時には、鍛造加工直前で酸化被膜７が取り除かれているので、スケールを加工材料打ち込むことがない。この後工程では、スケールの無い状態で第２、第３、第４及び第５鍛造工程が順になされて、最終的に品質の高いコネクティングロッドを製造することができる。

「作用効果」
本実施形態の熱間鍛造用金型によれば、鍛造金型自体に酸化被膜除去手段を設け、その酸化被膜除去手段で鍛造加工直前に加工材料１をパンチ６Ａでダイ４Ａに押し付けて加圧して材料表面の酸化被膜７を剥がれ落とし、エアーを吹き付けてその酸化被膜７を加工部外へと吹き飛ばしているので、鍛造加工時には酸化被膜７の無い状態で加工材料１を鍛造することができる。その結果、酸化被膜７が製品に打ち込まれることがなく、でこぼこな表面肌になるのを回避することができ、製品品質を高めることができる。

また、本実施形態の熱間鍛造用金型によれば、エアー源８からパンチ背面のエアー導入空間部１７に導入させたエアーによる内部圧力Ｆでパンチ６Ａを加圧して加工材料１の表面に形成された酸化被膜７を剥がれ落とし、その酸化被膜７を前記エアーで吹き飛ばすようにした酸化被膜除去手段を鍛造金型の上型自体に設けたので、酸化被膜を取り除く専用の酸化被膜除去装置が不要となり、装置コストを低減することが可能となる。

また、本実施形態の熱間鍛造用金型によれば、４つ設けられた第２エアー供給溝１４Ａ〜１４Ｄのうち左右２つづつの溝１４Ａ，１４Ｂ及び溝１４Ｃ，１４Ｄが互い違いの位置に設けられているので、噴き出されたエアー同士が打ち消し合うことなく、加工材料１の下方までエアーを効果的に噴出させることができる。

また、本実施形態の熱間鍛造方法によれば、鍛造直前に、加熱により形成された酸化被膜７を剥がれ落とし、その酸化被膜７をエアーで加工部外へと吹き飛ばすので、鍛造時には酸化被膜７の無い状態で鍛造することができる。その結果、酸化被膜７が打ち込まれることのない品質の高い鍛造品を提供できる。

なお、前記した実施形態は本発明の一例であるが、本発明は、前記実施形態に制限されることはない。

図１はインダクションヒータで加工材料を加熱してから鍛造金型へ搬送して鍛造する工程を示す全体図である。 図２は加工材料を鍛造したときの各工程後の状態を示す図である。 図３は酸化被膜除去手段を鍛造金型に設けた熱間鍛造金型の一例を示す断面図である。 図４は図３の熱間鍛造用金型におけるパンチとパンチ収容部材の分解斜視図である。 図５（Ａ）は加工部へエアーが供給停止された時の上型部分の断面図、図５（Ｂ）は加工部へエアーが供給された時の上型部分の断面図である。 図６（Ａ）は酸化被膜が形成された加工材料をダイの上に配置してパンチで加圧し始めた時の状態断面図、図６（Ｂ）は酸化被膜が剥がれ落ちた時の状態断面図、図６（Ｃ）は加工部に吹き付けられたエアーで酸化被膜が吹き飛ばされる時の状態断面図、図６（Ｄ）は酸化被膜が除去された加工材料を鍛造し始めた時の状態断面図、図６（Ｅ）は鍛造完了時の状態断面図である。

符号の説明

１…加工材料
２…インダクションヒータ
４（４Ａ〜４Ｅ）…ダイ
６（６Ａ〜６Ｅ）…パンチ
７…酸化被膜
８…エアー供給源
９…加工面
１０…フランジ部
１１…第１エアー供給溝
１２…パンチ挿入穴
１３…フランジ部挿入穴
１４…第２エアー供給溝
１５…第１パンチ収容部材
１７…エアー導入空間部
１８…第２パンチ収容部材
１９…エアー供給路
２０…減圧弁
２１…ガイドピン
２２…ピンガイド穴
２３…段差部
２４…エアー導入通路

Claims (4)

1. 下型に取り付けられて加熱された加工材料を配置させるダイと、上型に取り付けられて前記加工材料を所定形状に鍛造するパンチと、を備えた熱間鍛造用金型において、
   前記加工材料を前記パンチで前記ダイに押し付けて加圧することで材料表面の酸化被膜を剥がれ落とした後、前記上型より前記加工材料が加圧される加工部に向かってエアーを吹き付けて酸化被膜を加工部外へと吹き飛ばす酸化被膜除去手段を備えた
   ことを特徴とする熱間鍛造用金型。
2. 請求項１に記載の熱間鍛造用金型であって、
   前記酸化被膜除去手段は、
   エアーを供給するエアー供給源と、
   前記パンチの加工面とは反対側に形成したフランジ部の一部を切り欠く第１エアー供給溝と、
   前記パンチの外形状に応じて貫通穴として形成されたパンチ挿入穴と前記フランジ部の外形状に応じて止まり穴として形成されたフランジ部挿入穴とこれら挿入穴間の段差部の一部を切り欠いて形成された第２エアー供給溝とを有し、前記パンチを前記パンチ挿入穴及び前記フランジ部挿入穴に挿入して上下動可能に支持する第１パンチ収容部材と、
   前記第１パンチ収容部材に上下動可能に支持された前記パンチの背面との間に前記エアー供給源から供給されるエアーを導入させるエアー導入空間部を形成する第２パンチ収容部材と、
   前記エアー供給源と前記エアー導入空間部を結ぶエアー供給路に設けられ、前記エアー導入空間部に供給されたエアーによる内圧で前記パンチを加圧して前記酸化被膜を剥がれ落とした後に、該エアー導入空間部の内圧を減圧させる減圧弁と、
   からなることを特徴とする熱間鍛造用金型。
3. 請求項２に記載の熱間鍛造用金型であって、
   前記第１エアー供給溝及び第２エアー供給溝をそれぞれ複数設け、各第１エアー供給溝の形成位置を互い違いとし、同じく各第２エアー供給溝の形成位置を互い違いとした
   ことを特徴とする熱間鍛造用金型。
4. 所定温度で加熱材料を加熱した後、前記加工材料をパンチでダイに押し付けて加圧することで材料表面の酸化被膜を剥がれ落とした後、前記加工材料が加圧される加工部に向かってエアーを吹き付けて酸化被膜を加工部外へと吹き飛ばしてから当該加工材料を所定形状に鍛造する
   ことを特徴とする熱間鍛造方法。

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