JP2011218444A - Boring method using rocking die forging method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属製の素材に深穴を穿設する穿設方法に関するものである。 The present invention relates to a drilling method for drilling a deep hole in a metal material.
鍛造は、素材の少なくとも一部を工具によって押し潰すことで所定の形状に成形する塑性加工法である。一般的な鍛造は、生産性および材料歩留まりが高いことから種々の部品の加工手段として広く活用されている。しかしながら、鍛造は大荷重を必要とするので、金型や装置の大型化によって初期投資が大きくなり、また、騒音や振動に対する対策も必要となる。そのため、実際に鍛造を用いて製造されるものは、大量生産品に限られてしまう。 Forging is a plastic working method in which at least a part of a material is crushed by a tool to form a predetermined shape. General forging is widely used as a processing means for various parts because of its high productivity and high material yield. However, since forging requires a large load, the initial investment increases due to the increase in size of the mold and the device, and measures against noise and vibration are also required. Therefore, what is actually manufactured using forging is limited to mass-produced products.
一方、金型や装置を小型化し、多品種少量生産に対応できる鍛造技術として、いわゆる揺動鍛造がある。揺動鍛造は、１９２９年に英国のＨ．Ｆ．Ｍａｓｓｅｙが考案した技術に端を発するといわれている。しかし、揺動鍛造は、未だ十分に普及しているとはいえず、研究開発の事例もそれほど多くない。自動車部品で言えば、ホイール、ディスク、カム、ベベルギヤなどの加工に揺動鍛造の適用が検討されてはいるが、揺動鍛造で製造できる部材は限られている。 On the other hand, there is a so-called swing forging as a forging technique that can reduce the size of a mold or an apparatus and can cope with a small variety of products. Swing forging was performed in 1929 by British H.264. F. It is said that it originates from the technology devised by Massey. However, rock forging is not yet widespread, and there are not many examples of research and development. Speaking of automobile parts, the application of swing forging to the processing of wheels, discs, cams, bevel gears, etc. has been studied, but the members that can be manufactured by swing forging are limited.
特許文献１では、揺動鍛造によりフランジを有する部材を作製している。フランジ部材の頂面に凹部が形成されないように、揺動鍛造角度（θ）に対して上型成形角度（α）を調節して、揺動鍛造を行うことが開示されている。 In Patent Document 1, a member having a flange is produced by swing forging. It is disclosed that swing forging is performed by adjusting the upper mold forming angle (α) with respect to the swing forging angle (θ) so that no recess is formed on the top surface of the flange member.
特許文献２には、揺動鍛造により金型原器（素材）に方形状の凹部を転写して形成する方法が開示されている。揺動鍛造の間に、鍛造工具に相当するパンチブランクの位置がずれると、パンチブランクの形状が正確に転写されず、素材に方形状の凹部を精密に形成することができない。パンチブランクを定位置で揺動運動させる回転止め（５および６）により、パンチブランクの自転が規制されている。しかし、こうして形成される凹部は、比較的浅い。 Patent Document 2 discloses a method in which a rectangular concave portion is transferred and formed on a mold base (material) by swing forging. If the position of the punch blank corresponding to the forging tool is shifted during the swing forging, the shape of the punch blank is not accurately transferred, and a rectangular concave portion cannot be accurately formed on the material. The rotation of the punch blank is regulated by a rotation stopper (5 and 6) that swings the punch blank at a fixed position. However, the recess formed in this way is relatively shallow.
特許文献３には、揺動鍛造を用いてカップ形状品を成形する方法が開示されている。特許文献３では、外径がφ２００ｍｍの素材を、外径がφ３００ｍｍで肉厚が１０ｍｍ（つまり内径がφ２８０ｍｍ）のカップ形状品に成形している。すなわち、成形される前の素材はカップ形状品の底面よりも小さいが、上型（鍛造工具）に押圧されることで素材が外周側に押し広げられてカップ形状に成形される。つまり、特許文献３では、素材は原形をとどめておらず、大きく塑性変形されている。また、得られるカップ形状品の深さは、それ程深くはない。 Patent Document 3 discloses a method of forming a cup-shaped product using swing forging. In Patent Document 3, a material having an outer diameter of φ200 mm is formed into a cup-shaped product having an outer diameter of φ300 mm and a thickness of 10 mm (that is, the inner diameter is φ280 mm). That is, the material before being molded is smaller than the bottom surface of the cup-shaped product, but when pressed by the upper die (forging tool), the material is spread to the outer peripheral side and molded into a cup shape. That is, in Patent Document 3, the material does not remain in its original form, and is largely plastically deformed. Moreover, the depth of the cup-shaped product obtained is not so deep.
特許文献１および２に記載のように、これまでの揺動鍛造は、比較的浅い「へこみ」を形成するものがほとんどであった。また、特許文献３に記載のように素材を大きく変形させることなく揺動鍛造を用いて素材に直接「穴」を形成するという考えは、そもそも無かった。さらに、揺動鍛造により従来よりも深い穴を成形することは、種々の欠陥が生じるとの理由から奨励されていなかった。そのため、揺動鍛造を用いた深穴の穿設は、これまで試みられていない。 As described in Patent Documents 1 and 2, most of the conventional swing forgings form relatively shallow “dents”. In addition, the idea of directly forming “holes” in the material using swing forging without greatly deforming the material as described in Patent Document 3 has never been found. Furthermore, forming holes deeper than conventional by rocking forging has not been encouraged for the reason that various defects occur. Therefore, no attempt has been made to drill a deep hole using swing forging.
本発明者等は、揺動鍛造を用いて従来よりも深い穴を穿設する場合に発生する問題点を明らかにするとともに、その問題点を克服することができる手法を新たに見出した。すなわち、本発明は、揺動鍛造を用いた新規な穿設方法を提供することを目的とする。 The inventors of the present invention have clarified a problem that occurs when a hole deeper than that in the prior art is drilled by using swing forging, and have newly found a technique that can overcome the problem. That is, an object of the present invention is to provide a novel drilling method using swing forging.
本発明者等は、揺動鍛造を用いて従来行われているよりも深い穴を形成すると、円柱形状の穴であっても、穴の内周面に周方向に延びる加工痕が形成されて、安定した形状の深穴を穿設することが困難であることに着目した。特に、凹凸の激しい螺旋状の溝（螺旋痕）が発生すると、そのままでは使用できないため、穿設後に表面を滑らかにする工程が必要となる。また、鍛造工具の揺動条件に応じて深い加工痕となったり加工痕が発生しても比較的滑らかな表面になったりすることがわかった。本発明者は、この成果を発展させることで、以降に述べる発明を完成させるに至った。 When the inventors form a hole deeper than that conventionally performed by using rocking forging, even if it is a cylindrical hole, a processing trace extending in the circumferential direction is formed on the inner peripheral surface of the hole. It was noted that it is difficult to drill a deep hole with a stable shape. In particular, when a spiral groove (spiral mark) with severe irregularities is generated, it cannot be used as it is, and therefore a process of smoothing the surface after drilling is required. Further, it has been found that depending on the rocking conditions of the forging tool, a deep machining trace or a relatively smooth surface can be obtained even if a machining trace occurs. The present inventor has developed this result and completed the invention described below.
すなわち、本発明の穿設方法は、基準軸に対して傾斜させた鍛造工具の工具軸を揺動させて素材を成形する揺動鍛造方法を用い、
前記鍛造工具を前記工具軸に対する回転を規制しつつ揺動させて前記素材の表面の一部を該鍛造工具の端面により押圧する工具揺動工程と、
前記工具揺動工程と協調して、前記基準軸と前記工具軸とが交差する揺動点を該基準軸を固定した状態で該基準軸に沿って相対移動させる工具送り工程と、
を含み、前記素材に深穴を穿設することを特徴とする。
That is, the drilling method of the present invention uses a swing forging method of forming a material by swinging a tool axis of a forging tool inclined with respect to a reference axis,
A tool swinging step of swinging the forging tool while restricting rotation with respect to the tool axis and pressing a part of the surface of the material with an end face of the forging tool;
In cooperation with the tool swinging step, a tool feed step of relatively moving a swing point where the reference axis intersects the tool axis along the reference axis with the reference axis fixed.
A deep hole is formed in the material.
揺動中の鍛造工具の自転を規制することで、深穴の穿設に伴い内周面に形成される加工痕（特に螺旋痕）を抑制することができる。したがって、深穴の穿設に揺動鍛造を用いても、他の穿設方法（たとえば、鍛造工具を単に押し込む通常の方法：後述の比較例などを参照）と同等に安定した形状の深穴を穿設することができる。また、揺動鍛造を用いることで、前述の工具押し込みによる通常の穿設に比べて、深さ方向に押し込むのに要する荷重は低減される。その結果、素材と鍛造工具との焼き付き、鍛造工具への素材材料の付着、鍛造工具の破損、加工時の振動や騒音などが低減され長寿命となり、また、形成される深穴周辺における素材の変形も抑制される。 By restricting the rotation of the forging tool that is swinging, machining traces (particularly spiral traces) formed on the inner peripheral surface with the drilling of the deep holes can be suppressed. Therefore, even if swing forging is used for drilling a deep hole, the deep hole has a stable shape equivalent to other drilling methods (for example, a normal method of simply pushing a forging tool: see the comparative example described later). Can be drilled. Further, by using swing forging, the load required to push in the depth direction is reduced as compared with the normal drilling by the above-described tool pushing. As a result, seizure between the material and the forging tool, adhesion of the material to the forging tool, breakage of the forging tool, vibration and noise during processing, etc. are reduced, and the life of the material is reduced. Deformation is also suppressed.
なお、鍛造工具の自転を規制した揺動鍛造は従来（たとえば特許文献２）にもあるが、それらは単に、素材に対する鍛造工具の方向を一定にして方形状のような対称的でない形状の凹部を精度よく形成することを目的とするものであった。そして、このような凹部は、扁平な窪みでしかなかった。本発明の穿設方法においても従来の揺動鍛造装置を使用することはできるものの、加工により得られる形状はこれまでに試みられている方法で成形される形状とは全く異なるものである。 There are conventional swing forgings that regulate the rotation of the forging tool (for example, Patent Document 2), but these are simply concave portions having a non-symmetrical shape such as a rectangular shape with a constant direction of the forging tool with respect to the material. The purpose was to form the film with high accuracy. And such a recessed part was only a flat hollow. Although the conventional rocking forging apparatus can be used also in the drilling method of the present invention, the shape obtained by processing is completely different from the shape formed by the methods tried so far.
また、本発明の穿設方法により得られる深穴をもつ部材は、揺動鍛造法により穿設されることで、深穴の内面の硬さが最も固く、内面から離れるにつれて漸次硬さが低下する硬さ分布を有し、内面から最も離れた位置の硬さは、加工前の素材と同程度であるという特徴をもつ。 In addition, the member having the deep hole obtained by the drilling method of the present invention is drilled by the swing forging method, so that the hardness of the inner surface of the deep hole is the hardest and gradually decreases as the distance from the inner surface increases. The hardness at the position farthest from the inner surface has the same hardness as the material before processing.
本発明の穿設方法において形成される「深穴」とは、従来の揺動鍛造法により形成される単なるへこみよりも深い穴を想定している。具体的には、深穴は、穴の最大径（穴が円形でない場合には外接円の直径）の２分の１以上さらには穴の最大径以上の深さを有するとよい。ただし、底部を共有する深穴である場合には、二つの深穴の合計の深さが、鍛造工具により形成された深穴の最大径の２分の１以上さらには最大径以上となるとよい。したがって、工具送り工程は、塑性流動による高さ増加を見越して、素材の表面から、穿設された深穴の最大径あるいは鍛造工具の寸法から算出される深穴の最大径の３分の１以上さらには２分の１以上まで、揺動点を移動させる工程であるのが望ましい。深穴が有底穴である場合には、工具送り工程は、加工前の素材の基準軸方向の厚さ未満まで揺動点を移動させる工程であるのが望ましい。 The “deep hole” formed in the drilling method of the present invention assumes a hole deeper than a simple dent formed by the conventional swing forging method. Specifically, the deep hole may have a depth that is at least one half of the maximum diameter of the hole (or the diameter of the circumscribed circle if the hole is not circular), and more than the maximum diameter of the hole. However, in the case of a deep hole that shares the bottom, the total depth of the two deep holes is preferably at least one half of the maximum diameter of the deep hole formed by the forging tool, and more than the maximum diameter. . Therefore, in the tool feeding process, one third of the maximum diameter of the deep hole calculated from the maximum diameter of the drilled deep hole or the size of the forging tool from the surface of the material in anticipation of an increase in height due to plastic flow. It is desirable that the step of moving the rocking point is more than a half or more. When the deep hole is a bottomed hole, the tool feeding step is preferably a step of moving the swing point to a thickness less than the thickness of the material before processing in the reference axis direction.
鍛造方法は、大きく「自由鍛造」と「型鍛造」とに分類される。本発明の穿設方法は、自由鍛造であっても型鍛造であっても可能である。すなわち、工具揺動工程および工具送り工程は、自由鍛造により素材に深穴を穿設する工程であってもよい。あるいは、工具揺動工程および工具送り工程は、少なくとも基準軸に対して垂直方向への素材の変形を規制する変形規制手段を用いて該素材に深穴を穿設する工程であってもよい。 Forging methods are roughly classified into “free forging” and “die forging”. The drilling method of the present invention can be either free forging or die forging. That is, the tool swinging step and the tool feeding step may be a step of drilling a deep hole in the material by free forging. Alternatively, the tool swinging step and the tool feeding step may be a step of drilling a deep hole in the material using a deformation restricting means that restricts deformation of the material in a direction perpendicular to at least the reference axis.
また、本発明の穿設方法において、揺動鍛造により塑性流動する材料の量（塑性流動割合）と加工痕の形成とに相関があることが新たにわかった。ここで「塑性流動割合」を、深穴の最大径（ｍｍ）に対する工具揺動工程における鍛造工具の揺動１回当たりの素材に形成される深穴の深さ（ｍｍ）の割合（％）と規定する。変形規制手段を使用する場合には、塑性流動割合を３％以上１６．５％以下さらには４％以上１２％以下とするのが好ましい。変形規制手段を使用しない自由鍛造の場合には、塑性流動割合を０．３％以上１１％以下とするのが好ましい。この条件の下で揺動鍛造を行うことで、内周面がさらに滑らかで安定した形状をもつ深穴を精度よく穿設することができる。 Further, in the drilling method of the present invention, it has been newly found that there is a correlation between the amount of the material that plastically flows by plastic forging (plastic flow rate) and the formation of machining marks. Here, the “plastic flow rate” is the ratio (%) of the depth (mm) of the deep hole formed in the material per swinging of the forging tool in the tool swinging step with respect to the maximum diameter (mm) of the deep hole. It prescribes. When the deformation regulating means is used, the plastic flow rate is preferably 3% or more and 16.5% or less, more preferably 4% or more and 12% or less. In the case of free forging without using a deformation regulating means, the plastic flow rate is preferably set to 0.3% or more and 11% or less. By performing rocking forging under these conditions, a deep hole having a smoother and more stable inner peripheral surface can be drilled with high accuracy.
本発明の穿設方法によれば、揺動鍛造を用いて内周面が滑らかな深穴を穿設することができる。 According to the drilling method of the present invention, it is possible to drill a deep hole with a smooth inner peripheral surface using swing forging.
なお、図４〜図７、図９〜図１１、図１３、図２３、図２７、図３０、図３１、図３３および図３４は型鍛造、図１４〜図１８、図２５、図２６、図２８および図３５は自由鍛造、にて深穴の穿設を行っている。 4 to 7, 9 to 11, 13, 23, 27, 27, 30, 31, 33 and 34 are forged, FIGS. 14 to 18, 25, 26, In FIGS. 28 and 35, deep holes are drilled by free forging.
以下に、本発明の穿設方法を実施するための最良の形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「ｘ〜ｙ」は、下限ｘおよび上限ｙをその範囲に含む。また、その数値範囲内において、本明細書に記載した数値を任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。 The best mode for carrying out the drilling method of the present invention will be described below. Unless otherwise specified, the numerical range “x to y” described in this specification includes the lower limit x and the upper limit y. In addition, the numerical range can be configured by arbitrarily combining the numerical values described in the present specification within the numerical range.
本発明の穿設方法は、基準軸に対して傾斜させた鍛造工具の工具軸を揺動させて素材を成形する揺動鍛造方法を用いる。使用する鍛造工具の形状に特に限定はないが、棒状で、先端部の形状が円錐形状であるのが好ましい。素材と接触する先端部の加工面が、５°以上１５°以下の先端角度αをもつとよい。α＜５°では、穿設に要する荷重が高くなるため好ましくない。また、α＞１５°では、鍛造工具にかかる曲げ荷重が大きくなり、好ましくない。なお、先端角度αは、工具軸と母線とが成す角をα’としたとき、（９０−α’）°で表される。さらに好ましい先端角度αは、８°以上１２°以下である。 The drilling method of the present invention uses a swing forging method in which a material is formed by swinging a tool axis of a forging tool inclined with respect to a reference axis. The shape of the forging tool to be used is not particularly limited, but it is preferably a rod shape and the shape of the tip portion is a conical shape. The processing surface of the tip portion that contacts the material may have a tip angle α of 5 ° or more and 15 ° or less. When α <5 °, the load required for drilling is not preferable. Further, when α> 15 °, the bending load applied to the forging tool increases, which is not preferable. The tip angle α is represented by (90−α ′) °, where α ′ is the angle formed by the tool axis and the generatrix. A more preferable tip angle α is not less than 8 ° and not more than 12 °.
図１に、本発明に好適な鍛造工具の一例を示す。図１に示す鍛造工具１０は、円錐形状の先端部１１と、先端部１１の底部から延出するテーパ状の側面をもつ本体部１２と、からなり工具軸Ｇと同軸的な棒状体である。先端部１１の側面である加工面１１ｓは、深穴の底面を成形する。加工面１１ｓの先端角度αは、工具軸Ｇを鉛直方向と一致させたとき、水平方向と母線とが成す角と定義できる。また、本体部１２の側面である加工面１２ｓは、深穴の内周面を成形する。したがって、円柱形の深穴を形成するのであれば、先端部の加工面１１ｓと本体部の加工面１２ｓとは、軸方向の断面において略垂直であるのが好ましい。円形の深穴を成形する場合には、本体部１２は先端部１１に向けて拡径する円錐台状であればよいが、たとえば、図８に示すような異形の深穴を成形する場合には、深穴の形状に応じた表面形状の本体部１２を備える鍛造工具１０を使用する必要がある。また、本体部の加工面１２ｓの長さによって穿設可能な深穴の深さの上限が決まる。そのため、本体部１２の軸方向の長さは、先端部１１の最大径の１倍以上さらには１．１〜２倍であるとよい。本体部の長さは、鍛造工具の根本部（後端部）の径が小さくなりすぎないように、先端角度αに応じて選定すべきであることは言うまでもない。 FIG. 1 shows an example of a forging tool suitable for the present invention. A forging tool 10 shown in FIG. 1 includes a conical tip portion 11 and a main body portion 12 having a tapered side surface extending from the bottom portion of the tip portion 11 and is a rod-like body coaxial with the tool axis G. . A processed surface 11s which is a side surface of the tip portion 11 forms a bottom surface of a deep hole. The tip angle α of the machining surface 11s can be defined as the angle formed by the horizontal direction and the generatrix when the tool axis G is made to coincide with the vertical direction. Moreover, the processing surface 12s which is a side surface of the main body 12 forms the inner peripheral surface of the deep hole. Therefore, if a cylindrical deep hole is to be formed, it is preferable that the processed surface 11s at the tip and the processed surface 12s of the main body are substantially perpendicular in the cross section in the axial direction. In the case of forming a circular deep hole, the main body portion 12 may be in the shape of a truncated cone that expands toward the distal end portion 11. For example, when forming an irregular deep hole as shown in FIG. Needs to use a forging tool 10 having a body portion 12 having a surface shape corresponding to the shape of the deep hole. The upper limit of the depth of the deep hole that can be drilled is determined by the length of the processed surface 12s of the main body. Therefore, the length of the main body 12 in the axial direction is preferably 1 or more times the maximum diameter of the tip 11 and further 1.1 to 2 times. It goes without saying that the length of the main body portion should be selected according to the tip angle α so that the diameter of the root portion (rear end portion) of the forging tool does not become too small.
本発明の穿設方法は、主として、工具揺動工程と、工具送り工程と、を含む。以下に、それぞれの工程について説明する。 The drilling method of the present invention mainly includes a tool swinging step and a tool feeding step. Below, each process is demonstrated.
工具揺動工程は、鍛造工具を工具軸に対する回転を規制しつつ揺動させて素材の表面の一部を鍛造工具の端面により押圧する工程である。なお、基準軸の方向に特に限定はないが、鉛直方向であるのが好ましい。基準軸に対する工具軸の角度（揺動角度θ）は、一定または変化させて鍛造工具を揺動させるとよい。たとえば、揺動角度を一定に保って基準軸を中心に工具軸を旋回させると、揺動は単純な円モーションとなる。揺動角度を変化させると、その変化のさせ方に応じて、いわゆるシーソーモーション、スパイラルモーション、デージーモーションといった動きを実現することができる。これらのうちいずれの方法で工具軸を旋回させるかは、形成する深穴の形状に応じて選択すればよい。しかし、いずれの旋回方法においても、最大の揺動角度θを５°以上１５°以下に収めるとよい。θ＜５°では、一般的な従来の揺動鍛造と同程度であるため、深穴を効率よく穿設することができず望ましくない。また、θ＞１５°では、鍛造装置に鍛造工具を固定する工具保持手段にかかるラジアル荷重が大きくなるため望ましくない。なお、鍛造工具の先端部が先端角度αの円錐形状である場合には、揺動角度θと先端角度αとがほぼ等しくなるようにするとよい。 The tool swinging step is a step of pressing a part of the surface of the material by the end face of the forging tool by swinging the forging tool while restricting rotation with respect to the tool axis. The direction of the reference axis is not particularly limited, but is preferably the vertical direction. The angle of the tool axis (swing angle θ) with respect to the reference axis may be set constant or changed to swing the forging tool. For example, when the tool axis is turned around the reference axis while keeping the swing angle constant, the swing becomes a simple circular motion. When the swing angle is changed, movements such as so-called seesaw motion, spiral motion, and daisy motion can be realized depending on how the change is made. Which of these methods is used to turn the tool axis may be selected according to the shape of the deep hole to be formed. However, in any of the turning methods, it is preferable that the maximum swing angle θ is within a range of 5 ° to 15 °. When θ <5 °, it is almost the same as the conventional conventional swing forging, and therefore, it is not desirable because the deep hole cannot be drilled efficiently. In addition, when θ> 15 °, the radial load applied to the tool holding means for fixing the forging tool to the forging device is undesirably large. In addition, when the front-end | tip part of a forging tool is a cone shape of front-end | tip angle (alpha), it is good to make it the rocking | swiveling angle (theta) and the front-end | tip angle (alpha) substantially equal.
また、工具の旋回速度は、素材の材質に応じて適宜選定するのが望ましいが、１秒当たりの回転数で０．１〜２０ｒｐｓさらには１〜１０ｒｐｓとするとよい。なお、いずれの旋回方法においても１回転は、工具軸（鍛造工具）が基準軸の周りで一回公転して元の位置に戻るまでとする。 Moreover, although it is desirable to select the turning speed of the tool as appropriate according to the material of the material, the rotation speed per second is preferably 0.1 to 20 rps, and more preferably 1 to 10 rps. In any turning method, one rotation is performed until the tool axis (forging tool) revolves once around the reference axis and returns to the original position.
工具揺動工程では、鍛造工具の工具軸に対する回転（つまり鍛造工具の自転）を規制した状態で、鍛造工具の揺動が行われる。鍛造工具の自転を規制することができる手段を有する揺動鍛造装置（後述）を使用すればよい。 In the tool swinging step, the forging tool is swung in a state where the rotation of the forging tool with respect to the tool axis (that is, rotation of the forging tool) is restricted. What is necessary is just to use the rocking forging apparatus (after-mentioned) which has a means which can control the rotation of a forging tool.
工具送り工程は、揺動成形工程と協調して揺動点を移動させる工程である。揺動点は、基準軸と工具軸とが交差する点である。先端部が円錐形状である鍛造工具において、通常、揺動点は円錐の頂点（図１のＰ）である。本発明の穿設方法において基準軸は、形成される深穴の中心軸と一致させるため、揺動点が基準軸に沿って相対移動することで、鍛造工具は穴の深さ方向に移動する。揺動点を基準軸に沿って移動させる方法としては、鍛造工具および／または素材を基準軸に沿って移動させるとよい。 The tool feeding step is a step of moving the swing point in cooperation with the swing forming step. The swing point is a point where the reference axis and the tool axis intersect. In a forging tool having a conical tip, the rocking point is usually the apex of the cone (P in FIG. 1). In the drilling method of the present invention, since the reference axis coincides with the center axis of the deep hole to be formed, the forging tool moves in the depth direction of the hole by the relative movement of the swing point along the reference axis. . As a method of moving the swing point along the reference axis, the forging tool and / or the material may be moved along the reference axis.
工具送り工程は、素材の表面から深穴の最大径の３分の１以上、２分の１以上さらには深穴の最大径以上まで揺動点を移動させる工程であるのが望ましい。なお、「深穴の最大径」は、前記鍛造工具の寸法から算出される値であって外接円の直径を用いる。このとき、素材の途中で工具送りを停止して有底形状の深穴を形成してもよいし、素材を貫通するまで工具を送って貫通孔を形成してもよい。いずれの場合も穿設される深穴は、深穴の最大径の２分の１以上にするとよい。 The tool feeding step is preferably a step of moving the swing point from the surface of the material to more than one third or more of the maximum diameter of the deep hole, or more than one half, or even more than the maximum diameter of the deep hole. The “maximum diameter of the deep hole” is a value calculated from the dimensions of the forging tool, and the diameter of the circumscribed circle is used. At this time, the tool feeding may be stopped in the middle of the material to form a bottomed deep hole, or the tool may be fed to form the through-hole until it penetrates the material. In any case, the deep hole to be drilled should be at least half the maximum diameter of the deep hole.
本発明の穿設方法は、工具送り工程の後行われ、該工具送り工程で素材に形成された深穴の底面と背向する該素材の外面に対して該深穴と同軸的に穿設を行う第二工具送り工程を含んでもよい。具体的には、第二工具送り工程は、素材に対して一旦深穴を形成した後、素材に対する揺動点の移動方向が逆方向となるように素材を反転させて再び穿設を行うとよい。後に説明する変形規制手段を用いない場合に、先に行う工具送り工程により素材の外形が不均一に変形しても、第二工具送り工程により全体の変形が緩和されて、均一な外形が得られる。また、第二工具送り工程を経た素材には、共通の底部を有する二つの有底穴が形成されるが、第二工具送り工程にて揺動点の移動距離を調整することにより、底部の形成位置を調整することが可能となる。 The drilling method of the present invention is performed after the tool feeding step, and is drilled coaxially with the deep hole with respect to the bottom surface of the deep hole formed in the material and the outer surface of the material facing away from the tool feeding step. A second tool feeding step of performing may be included. Specifically, in the second tool feeding step, once a deep hole is formed in the material, the material is reversed so that the moving direction of the rocking point with respect to the material is reversed, and drilling is performed again. Good. When the deformation restricting means described later is not used, even if the outer shape of the material is deformed unevenly by the first tool feeding step, the overall deformation is alleviated by the second tool feeding step, and a uniform outer shape is obtained. It is done. In addition, the bottomed hole having a common bottom is formed in the material that has undergone the second tool feeding process, but by adjusting the moving distance of the swing point in the second tool feeding process, The formation position can be adjusted.
また、工具送り工程は、素材を挟んで鍛造工具と対向し、基準軸と同軸的に配置され該素材が載置されたカウンタパンチを用いて二方向から深穴の穿設を同時に行う工程であってもよい。後に説明する変形規制手段を用いない場合であっても、鍛造工具による塑性変形に伴う素材の外形の変形と、カウンタパンチによる塑性変形に伴う素材の外形の変形と、が同時に生じることで均一な外形が得られる。また、素材に共通の底部を有する二つの有底穴が形成されるが、カウンタパンチを使用することで、底部を極めて薄く（１ｍｍ以下）成形することができる。穴抜き加工などを用いて底部を除去して貫通穴を形成する場合には、肉薄の底部が形成できる本方法は、有利である。 Further, the tool feeding process is a process in which a deep hole is simultaneously drilled from two directions using a counter punch which is opposed to the forging tool with the material interposed therebetween and is coaxially arranged with the reference axis and on which the material is placed. There may be. Even when the deformation restricting means described later is not used, the deformation of the outer shape of the material due to plastic deformation by the forging tool and the deformation of the outer shape of the material due to plastic deformation by the counter punch occur at the same time. An outline is obtained. In addition, although two bottomed holes having a common bottom portion are formed in the material, by using a counter punch, the bottom portion can be formed extremely thin (1 mm or less). When the through hole is formed by removing the bottom using a punching process or the like, the present method capable of forming a thin bottom is advantageous.
なお、カウンタパンチは、前述の第二工具送り工程にて使用することも可能である。たとえば、先の工具送り工程で形成された深穴にカウンタパンチを挿入した状態で第二工具送り工程を行うことで、第二工具送り工程にて先に形成された深穴をさらにカウンタパンチで深く穿設することができる。 Note that the counter punch can also be used in the second tool feeding step described above. For example, by performing the second tool feed step with the counter punch inserted in the deep hole formed in the previous tool feed step, the deep hole previously formed in the second tool feed step can be further increased with the counter punch. Deep drilling is possible.
第二工具送り工程を行ったり、カウンタパンチを用いたりする方法は、たとえば、鍛造工具が短く、加工できる穴の深さに制限がある場合に好適である。このような方法は、加工後に底部が残るものの、底部を除去すれば、鍛造工具で形成可能な深穴の深さ以上の貫通穴が得られる。 The method of performing the second tool feeding step or using the counter punch is suitable, for example, when the forging tool is short and the depth of a hole that can be processed is limited. In such a method, although the bottom portion remains after processing, if the bottom portion is removed, a through hole having a depth greater than that of a deep hole that can be formed by a forging tool can be obtained.
また、本発明の穿設方法により深穴を形成される素材の材質や形状に特に限定はない。材質については、通常の鍛造に使用される金属材料などからなればよい。形状について規定するのであれば、本発明の穿設方法による断面減少率が９０％以下、８０％以下さらには７０％以下、６０％以下、５０％以下となるような形状および寸法の素材を用いるとよい。断面減少率は、素材の穿設される表面（被加工面）において、穿設前の表面積（ｍｍ２）に対する深穴の開口面積（ｍｍ２）の割合と規定する。鍛造工具は被加工面の一部を押圧するため、被加工面の面積は、鍛造工具の加工面の面積よりも広いとよい。 Moreover, there is no limitation in particular in the material and shape of the raw material in which a deep hole is formed by the drilling method of this invention. About a material, what is necessary is just to consist of a metal material etc. which are used for normal forging. If the shape is defined, a material having a shape and a size such that the cross-sectional reduction rate by the drilling method of the present invention is 90% or less, 80% or less, 70% or less, 60% or less, or 50% or less is used. Good. The cross-sectional reduction rate is defined as the ratio of the opening area (mm 2 ) of the deep hole to the surface area (mm 2 ) before drilling on the surface (work surface) on which the material is drilled. Since the forging tool presses a part of the processing surface, the area of the processing surface is preferably larger than the area of the processing surface of the forging tool.
本発明の穿設方法において、素材の固定方法について特に限定はない。したがって、素材をほとんど固定することなく自由鍛造を行ってもよいし、素材の変形を規制できるように素材を固定して型鍛造を行ってもよい。 In the drilling method of the present invention, the material fixing method is not particularly limited. Therefore, free forging may be performed with almost no material fixed, or die forging may be performed with the material fixed so that deformation of the material can be regulated.
自由鍛造を行うのであれば、鍛造工具の加工面と素材の被加工面とを対向させて素材を装置に配置できれば、工具揺動工程および工具送り工程において素材を特に固定する必要はなく、例えば装置に備えられたステージに載置するのみであってもよい。ただし、鍛造工具の揺動に伴い素材の位置が移動してしまうと加工痕が生じやすくなるので、軽量で小型の素材であれば、工具揺動工程および工具送り工程において素材が移動しないようにするとよい。 If free forging is performed, it is not necessary to fix the material in the tool swinging step and the tool feeding step as long as the material can be arranged in the apparatus with the forging tool processing surface and the material processing surface facing each other. You may only mount on the stage with which the apparatus was equipped. However, if the position of the material moves as the forging tool swings, machining traces are likely to occur, so if the material is lightweight and small, prevent the material from moving in the tool swing process and tool feed process. Good.
一方、変形規制手段を用いた型鍛造を行ってもよい。たとえば、工具揺動工程および工具送り工程（第二工具送り工程も含む）において、少なくとも基準軸に対して垂直方向への素材の変形を規制する変形規制手段を用いてもよい。変形規制手段により、少なくとも基準軸に対して垂直方向への材料の塑性流動が抑制される。変形規制手段は、断面減少率が３０％以上である場合に用いると効果的である。具体的には、変形規制手段は、素材の外形に応じたキャビティを有し素材の全体を収容する変形規制型であるとよい。また、素材の形状が棒状である場合には、少なくとも一端部を固定する固定部材により、長手方向に垂直方向に深穴を形成するに伴って生じる素材の屈曲または長手方向への伸びなどの変形を防止するとよい。さらに、カウンタパンチを使用する場合には、カウンタパンチの後方へ押し出される材料の流動量を規制する軸方向変形規制手段を使用してもよい。 On the other hand, you may perform die forging using a deformation | transformation control means. For example, in the tool swinging step and the tool feeding step (including the second tool feeding step), deformation restriction means for restricting deformation of the material in the direction perpendicular to at least the reference axis may be used. The deformation restricting means suppresses plastic flow of the material in a direction perpendicular to at least the reference axis. The deformation regulating means is effective when used when the cross-sectional reduction rate is 30% or more. Specifically, the deformation restricting means may be a deformation restricting type having a cavity corresponding to the outer shape of the material and accommodating the entire material. In addition, when the shape of the material is rod-shaped, deformation such as bending of the material or extension in the longitudinal direction caused by forming a deep hole in a direction perpendicular to the longitudinal direction by a fixing member that fixes at least one end. It is good to prevent. Furthermore, in the case of using a counter punch, an axial deformation restricting means for restricting the flow amount of the material extruded to the rear of the counter punch may be used.
工具送り工程における鍛造工具の望ましい送り条件は、塑性流動による材料の流動量（塑性流動割合）により規定することができる。塑性流動割合は、深穴の最大径（ｍｍ）に対する工具揺動工程における鍛造工具の揺動１回（円モーションであれば１周）当たりの素材に形成される深穴の深さ（ｍｍ）の割合（％）で表される。ここで、「深穴の最大径」とは、径方向断面における外接円の直径である。鍛造工具の揺動は、前述の通り鍛造工具が公転して元の位置に戻ったら、「揺動１回」とする。また、「素材に形成される深穴の深さ」とは、元の素材の基準軸方向の長さと深穴が穿設された加工後の素材の基準軸方向の長さとの差に鍛造工具の送り量を足した値である。加工後の素材の基準軸方向の長さは均一ではないが、複数箇所で測定した長さ（たとえば最大値と最小値）の平均値を採用する。深穴の深さを図２２に示す。 Desirable feed conditions of the forging tool in the tool feed process can be defined by the amount of material flow (plastic flow rate) by plastic flow. The plastic flow rate is the depth (mm) of the deep hole formed in the material per one swing of the forging tool in the tool swing process (one round if circular motion) with respect to the maximum diameter (mm) of the deep hole. Expressed as a percentage. Here, “the maximum diameter of the deep hole” is the diameter of the circumscribed circle in the radial cross section. As described above, the forging tool is swung once when the forging tool revolves and returns to the original position. The “depth of the deep hole formed in the material” means the difference between the length of the original material in the reference axis direction and the length of the processed material in which the deep hole is drilled in the reference axis direction. This is the value obtained by adding the feed amount. Although the length of the processed material in the reference axis direction is not uniform, an average value of lengths measured at a plurality of locations (for example, a maximum value and a minimum value) is adopted. The depth of the deep hole is shown in FIG.
上記の変形規制手段を用いるのであれば、以上のように算出される塑性流動割合が、３％以上１６．５％以下さらには４％以上１２％以下であるのが望ましい。塑性流動割合が３％未満であっても加工痕は抑制されるものの、前回（Ｎ回目）の揺動により塑性流動した材料が次回（Ｎ＋１回目）の揺動により再度塑性流動することで深穴の内周面に材料の重なり合いが生じて内周面が隆起するため望ましくない。塑性流動割合が１６．５％以下、１５％以下さらには１２％以下であれば、鍛造工具が深穴の内周面に接触して生じる筋模様の発生を抑制できるため望ましい。 If the deformation restricting means is used, it is desirable that the plastic flow rate calculated as described above is 3% or more and 16.5% or less, more preferably 4% or more and 12% or less. Even if the plastic flow rate is less than 3%, the processing marks are suppressed, but the material that plastically flows due to the previous (Nth) swinging is plastically flowed again due to the next (N + 1) th swinging. This is not desirable because the inner peripheral surface is raised by overlapping the material on the inner peripheral surface. If the plastic flow rate is 16.5% or less, 15% or less, or even 12% or less, it is desirable because the forging tool can suppress the generation of a streak pattern that occurs when contacting the inner peripheral surface of the deep hole.
なお、送り速度を具体的に規定するのであれば、最大径（直径）が１５〜２０ｍｍの円柱状の深穴を穿設する場合に、上記断面減少率が３０〜７０％であれば、鍛造工具の揺動１回当たりの鍛造工具の送り量で０．１〜２ｍｍ／回、０．１５〜２ｍｍ／回、０．３〜１．５ｍｍ／回さらには０．４〜１．３ｍｍ／回とするのがよい。 If the feed rate is specifically defined, forging a cylindrical deep hole having a maximum diameter (diameter) of 15 to 20 mm, forging is performed if the cross-sectional reduction rate is 30 to 70%. 0.1 to 2 mm / time, 0.15 to 2 mm / time, 0.3 to 1.5 mm / time, or 0.4 to 1.3 mm / time at the feed rate of the forging tool per tool swing It is good to do.
一方、変形規制手段を用いずに自由鍛造を行う場合には、以上のように算出される塑性流動割合が、０．３％以上１１％以下さらには０．５％以上５％以下であるのが望ましい。望ましい塑性流動割合が上記の範囲と異なるのは、自由鍛造では、素材に鍛造工具が押し込まれるときに押し込み方向と直角方向にも材料が流動するためである。したがって、自由鍛造では、塑性流動割合を２％未満にしても深穴の内周面に材料の重なり合いが生じない。しかし、塑性流動割合が０．３％未満では、加工の効率が悪くなるため望ましくない。塑性流動割合が１１％以下さらには５％以下であれば、加工に要する荷重を低減できるとともに加工による素材の外形の変形をも抑制できるため望ましい。 On the other hand, when free forging is performed without using the deformation regulating means, the plastic flow rate calculated as described above is 0.3% or more and 11% or less, and further 0.5% or more and 5% or less. Is desirable. The desirable plastic flow rate is different from the above range because in free forging, the material flows in a direction perpendicular to the indentation direction when the forging tool is pushed into the material. Therefore, in free forging, even if the plastic flow rate is less than 2%, no material overlap occurs on the inner peripheral surface of the deep hole. However, if the plastic flow rate is less than 0.3%, the processing efficiency is deteriorated, which is not desirable. If the plastic flow rate is 11% or less, further 5% or less, it is desirable because the load required for processing can be reduced and deformation of the outer shape of the material due to processing can be suppressed.
自由鍛造における送り速度を上記の塑性流動割合に基づき具体的に規定するのであれば、最大径（直径）が１５〜２０ｍｍの円柱状の深穴を穿設する場合に、上記断面減少率が３０〜７０％であれば、鍛造工具の揺動１回当たりの鍛造工具の送り量で０．０５〜２ｍｍ／回さらには０．１〜１ｍｍ／回とするのがよい。 If the feed rate in free forging is specifically defined based on the above plastic flow rate, when the cylindrical deep hole having a maximum diameter (diameter) of 15 to 20 mm is drilled, the cross-sectional reduction rate is 30. If it is ˜70%, the feed amount of the forging tool per swinging of the forging tool is preferably 0.05 to 2 mm / time, more preferably 0.1 to 1 mm / time.
本発明の穿設方法には、従来の揺動鍛造装置を用いることができる。ただし、鍛造工具の形状は、既に説明した通りである。また、揺動工具の自転を規制する手段として、たとえば、特許文献２などに記載の回転止め機構のような部材を備える必要があるが、その構成に特に限定はない。 A conventional rocking forging device can be used for the drilling method of the present invention. However, the shape of the forging tool is as described above. Further, as a means for restricting the rotation of the swing tool, for example, a member such as a rotation stop mechanism described in Patent Document 2 or the like needs to be provided, but the configuration is not particularly limited.
以上説明した本発明の穿設方法は、これまでの穿設方法の代用となりえ、また、従来の鍛造装置を一部変更して使用することも可能であるため、幅広い分野での利用が期待される。特に、本発明の穿設方法は、コネクティングロッド（コンロッド）、ブレーキシリンダ、等速ジョイント（ＣＶＪ）等の穴付部を有する部品の製造に好適な製造方法である。そのため、具体的な深穴の大きさは、コンロッドの小端部であれば直径が２０〜５０ｍｍ程度の円形貫通穴、ブレーキシリンダであれば直径が１５〜４０ｍｍ程度の有底円形穴、ＣＶＪの外輪であれば最大径が５０〜１００ｍｍ程度の有底異形穴、を想定している。これらの深穴は、有底穴であっても貫通穴であっても、その深さは最大径（直径）の半分以上であって、従来は揺動鍛造で加工されることはなかった寸法の穴である。 The drilling method of the present invention described above can be used as a substitute for the conventional drilling method, and can be used by changing a part of the conventional forging device, so that it is expected to be used in a wide range of fields. Is done. In particular, the drilling method of the present invention is a manufacturing method suitable for manufacturing parts having holes such as connecting rods (connecting rods), brake cylinders, constant velocity joints (CVJ) and the like. Therefore, the specific size of the deep hole is a circular through hole having a diameter of about 20 to 50 mm for the small end portion of the connecting rod, a bottomed circular hole having a diameter of about 15 to 40 mm for the brake cylinder, If it is an outer ring, a bottomed deformed hole having a maximum diameter of about 50 to 100 mm is assumed. These deep holes, whether they are bottomed holes or through holes, have a depth that is more than half of the maximum diameter (diameter) and has not been processed by swing forging in the past. It is a hole.
以上、本発明の穿設方法の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。 As mentioned above, although embodiment of the drilling method of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. The present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention, with modifications and improvements that can be made by those skilled in the art.
以下に、本発明の穿設方法の実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。はじめに、穿設に用いた揺動鍛造装置を図１〜図３を用いて説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples of the drilling method of the present invention. First, the rocking forging device used for drilling will be described with reference to FIGS.
＜揺動鍛造装置＞
揺動鍛造装置は、鍛造工具１０、素材保持手段２０、工具揺動手段３０、回転規制手段４０および工具送り手段５０を備える。
<Oscillating forging device>
The swing forging device includes a forging tool 10, a material holding means 20, a tool swinging means 30, a rotation restricting means 40, and a tool feeding means 50.
鍛造工具１０は、先端部１１が直径１８ｍｍの底面（最大径部）をもつ円錐形状（先端角度α＝１０°）の棒状体である。鍛造工具１０の後端部側は、工具揺動手段３０に固定されている。なお、以下の実施例等では、穿設する深穴の形状に応じて、二種類の鍛造工具を使用した。一つは、先端部１１の底部から延出するテーパ状の側面をもつ本体部１２を備える円形穴加工用の鍛造工具１０である。もう一つは、本体部１２のかわりに、側面に凹凸を設けた凹凸成形面１２ｓ’をもつ本体部１２’を備える異形穴加工用の鍛造工具１０’である。円形穴加工用の鍛造工具１０を図１、異形穴加工用の鍛造工具１０’を図３に、それぞれ示す。なお、図３の下図は、鍛造工具１０’を先端部から工具軸Ｇ方向に平面視した下面図である。鍛造工具１０と鍛造工具１０’との違いは、本体部のみである。鍛造工具１０の本体部１２は円錐台、鍛造工具１０’の本体部１２’は径方向の断面形状が異形穴の断面形状と揺動成形時に同一形状となるように円錐台の外周部に対して切削加工を施したものである。そのため、鍛造工具１０’を先端より加工軸方向に平面視すると、異形穴の断面形状とほぼ相似形となる（図３下図）。なお、深穴の最大径を鍛造工具の寸法から計算すると、鍛造工具１０は１８．３ｍｍ、鍛造工具１０’は１７ｍｍ、であった。 The forging tool 10 is a rod-shaped body having a conical shape (tip angle α = 10 °) with a tip portion 11 having a bottom surface (maximum diameter portion) having a diameter of 18 mm. The rear end side of the forging tool 10 is fixed to the tool swinging means 30. In the following examples and the like, two types of forging tools were used depending on the shape of the deep hole to be drilled. One is a forging tool 10 for drilling a circular hole including a main body portion 12 having a tapered side surface extending from the bottom portion of the tip end portion 11. The other is a forged tool 10 ′ for machining a deformed hole provided with a main body portion 12 ′ having a concavo-convex forming surface 12 s ′ having a concavo-convex surface provided in place of the main body portion 12. FIG. 1 shows a forging tool 10 for processing a circular hole, and FIG. 3 shows a forging tool 10 'for processing an irregular hole. The lower view of FIG. 3 is a bottom view of the forging tool 10 ′ viewed from the tip in the tool axis G direction. The only difference between the forging tool 10 and the forging tool 10 'is the main body. The main body part 12 of the forging tool 10 is a truncated cone, and the main body part 12 'of the forging tool 10' is in relation to the outer peripheral part of the frustum so that the cross-sectional shape in the radial direction is the same as that of the deformed hole. It has been subjected to cutting. Therefore, when the forging tool 10 ′ is viewed in plan from the tip in the machining axis direction, the forged tool 10 ′ is substantially similar to the cross-sectional shape of the irregular hole (the lower diagram in FIG. 3). When the maximum diameter of the deep hole was calculated from the dimensions of the forging tool, the forging tool 10 was 18.3 mm and the forging tool 10 'was 17 mm.
素材保持手段２０は、素材Ｗを載置するステージ２１を備える。ステージ２１は、鍛造工具１０（または１０’）の下方に位置する。ステージ２１には、必要に応じて、型鍛造用の金型２２および／またはカウンタパンチ２３が配設される。型鍛造を行う場合には、素材Ｗは金型２２に収容される。なお、金型２２は、後述の円柱形状の素材の加工時のみ使用する。そのため、金型２２のキャビティは、素材の外径に応じた直径をもつ円柱状の貫通穴の内周面と貫通穴の一端を閉塞するステージ２１の表面とで区画される。金型２２の高さは、加工後の素材の寸法変化を見越して、３０ｍｍとした。また、カウンタパンチ２３を使用する場合には、金型２２の有無に関わらず、ステージ２１にカウンタパンチ２３を載置して、さらにカウンタパンチ２３に素材Ｗを載置する。 The material holding unit 20 includes a stage 21 on which the material W is placed. The stage 21 is located below the forging tool 10 (or 10 '). The stage 21 is provided with a die forging die 22 and / or a counter punch 23 as necessary. In the case of performing die forging, the material W is accommodated in the mold 22. The mold 22 is used only when processing a cylindrical material described later. Therefore, the cavity of the mold 22 is defined by the inner peripheral surface of the cylindrical through hole having a diameter corresponding to the outer diameter of the material and the surface of the stage 21 that closes one end of the through hole. The height of the mold 22 was set to 30 mm in anticipation of the dimensional change of the material after processing. When the counter punch 23 is used, the counter punch 23 is placed on the stage 21 regardless of the presence of the mold 22, and the material W is further placed on the counter punch 23.
工具揺動手段３０は、揺動点Ｐ（先端部１１の頂点）を中心に基準軸Ｃに対して傾斜させた鍛造工具１０（または１０’）の工具軸Ｇを揺動させることで、鍛造工具１０を揺動させる。なお、本揺動鍛造装置において、基準軸Ｃは、揺動鍛造装置の中心軸Ｍ、さらには鉛直方向と一致する。揺動成形手段３０は、鍛造工具１０を回転不可に保持する第一工具保持部材３１、第一工具保持部材３１（および鍛造工具１０）を工具軸Ｇに対して回転可能に保持する第二工具保持部材３２、鍛造工具１０の工具軸Ｇを中心軸Ｍに対して傾斜（揺動角度θ＝１０°で固定）させて装置本体に固定するとともに駆動軸３４の回転を第二工具保持部材３２に伝達する工具回転固定部材３３、を備える。中心軸Ｍを中心に駆動軸３４を回転させることで、工具回転固定部材３３とともに第二工具保持部材３２が回転する。このとき、工具軸Ｇは中心軸Ｍに対して傾斜しているため、揺動工具１０は基準軸Ｃを中心に公転して揺動する。 The tool swinging means 30 swings the tool axis G of the forging tool 10 (or 10 ′) tilted with respect to the reference axis C around the swing point P (the apex of the tip portion 11), thereby forging. The tool 10 is swung. In this swing forging device, the reference axis C coincides with the central axis M of the swing forging device and further in the vertical direction. The swing forming means 30 includes a first tool holding member 31 that holds the forging tool 10 in a non-rotatable manner, and a second tool that holds the first tool holding member 31 (and the forging tool 10) rotatably with respect to the tool axis G. The holding member 32 and the tool axis G of the forging tool 10 are tilted with respect to the center axis M (fixed at a swing angle θ = 10 °) and fixed to the apparatus main body, and the drive shaft 34 is rotated by the second tool holding member 32. A tool rotation fixing member 33 for transmitting to the tool. By rotating the drive shaft 34 around the central axis M, the second tool holding member 32 rotates together with the tool rotation fixing member 33. At this time, since the tool axis G is inclined with respect to the center axis M, the swing tool 10 revolves around the reference axis C and swings.
回転規制手段４０は、第一工具保持手段３１が第二工具保持手段３２に対して回転することで、第一工具保持手段３１に固定された鍛造工具１０が自転するのを規制する。回転規制手段４０は、第一工具保持手段３１に固定されたアーム４１を備える。アーム４１は、その両端がアーム４１の傾斜に伴う上下動が可能となるように装置本体に保持される（図示せず）。つまり、アーム４１は、工具軸Ｇに対して回転することなく、鍛造工具１０の揺動に応じて傾斜して両端が上下動する。つまり、アーム４１に固定された第一工具保持手段３１はアーム４１により回転不可となり、第一工具保持手段３１に固定された鍛造工具１０も自転できないように回転が規制される。 The rotation restricting means 40 restricts the forging tool 10 fixed to the first tool holding means 31 from rotating as the first tool holding means 31 rotates with respect to the second tool holding means 32. The rotation restricting means 40 includes an arm 41 fixed to the first tool holding means 31. The arm 41 is held by the apparatus main body so that both ends of the arm 41 can move up and down with the inclination of the arm 41 (not shown). That is, the arm 41 does not rotate with respect to the tool axis G, and tilts according to the swing of the forging tool 10 and moves both ends up and down. That is, the rotation of the first tool holding means 31 fixed to the arm 41 is restricted by the arm 41 so that the forging tool 10 fixed to the first tool holding means 31 cannot rotate.
工具送り手段５０は、素材保持手段２０（ステージ２１）を移動させる駆動手段である（図示せず）。工具送り手段５０は、基準軸Ｃに沿ってステージ２１を移動させる手段である。すなわち、工具送り手段５０は、ステージ２１を鉛直方向に上下動させて鍛造工具１０とステージ２１（素材Ｗ）との間隔を広狭させる手段である。 The tool feeding means 50 is a driving means (not shown) that moves the material holding means 20 (stage 21). The tool feeding means 50 is a means for moving the stage 21 along the reference axis C. That is, the tool feeding means 50 is means for moving the stage 21 up and down in the vertical direction to widen the distance between the forging tool 10 and the stage 21 (material W).
鍛造工具１０（または１０’）を揺動させつつステージ２１を鉛直方向上方に移動させることで、工具が素材Ｗに押し込まれて深穴が穿設される。なお、図２の下図は、鍛造工具１０を先端側から平面視した平面図である。素材Ｗの被加工面と当接する加工面１１ｓにおいて、素材Ｗを加工する際の接触範囲は、Ｓで示される範囲である。円モーションにより鍛造工具１０を揺動させると、Ｓで示す範囲が加工面１１ｓを周方向に移動しつつ鉛直方向下方に移動するため、素材Ｗに深穴が形成される。 By moving the stage 21 upward in the vertical direction while swinging the forging tool 10 (or 10 '), the tool is pushed into the material W and a deep hole is drilled. The lower view of FIG. 2 is a plan view of the forging tool 10 viewed from the tip side. The contact range when processing the material W on the processing surface 11s that contacts the processing surface of the material W is a range indicated by S. When the forging tool 10 is swung by the circular motion, the range indicated by S moves downward in the vertical direction while moving the processing surface 11s in the circumferential direction, so that a deep hole is formed in the material W.
以下の実施例では、上記の揺動鍛造装置を用い、表１に示す種々の形状の素材（アルミニウム合金（Ａ１０５０−Ｏ）製）に深穴を穿設した。また、比較例として、回転規制手段４０を取り外して、つまり鍛造工具１０（または１０’）の自転を規制せずに、素材に深穴を穿設した。また、比較例として、揺動角度をθ＝０°、つまり鍛造工具１０を揺動させずに揺動工具を素材に押し込んで深穴を穿設した。 In the following examples, deep holes were drilled in materials having various shapes shown in Table 1 (made of aluminum alloy (A1050-O)) using the above-mentioned swing forging device. Further, as a comparative example, the rotation restricting means 40 was removed, that is, a deep hole was drilled in the material without restricting the rotation of the forging tool 10 (or 10 '). As a comparative example, the rocking angle was θ = 0 °, that is, the rocking tool was pushed into the material without rocking the forging tool 10, and a deep hole was drilled.
なお、表１において「断面減少率」は、加工前の素材の被加工面の面積に対する深穴の開口面積とした。素材の被加工面とは、深穴が穿設される面である。以下の実施例では、円柱形状の素材であれば一端面の円の面積、角材であれば５０ｍｍ×５０ｍｍである。深穴の開口面積は、鍛造工具１０を用いて形成される円形の深穴の半径を９ｍｍとして計算した。穿設される深穴が異形穴である場合には、端面減少率は下記の値よりも数％小さくなる。 In Table 1, “cross-sectional reduction rate” is defined as the opening area of the deep hole with respect to the area of the processed surface of the material before processing. The work surface of the material is a surface where a deep hole is drilled. In the following examples, if the material is cylindrical, the area of the circle on one end face is 50 mm × 50 mm if it is square. The opening area of the deep hole was calculated assuming that the radius of the circular deep hole formed using the forging tool 10 was 9 mm. When the deep hole to be drilled is an irregular hole, the end face reduction rate is several percent smaller than the following value.
＜実施例１＞
素材＃１１に対して円形（φ１８ｍｍ）の深穴を、以下の条件で穿設した。
<Example 1>
A circular (φ18 mm) deep hole was drilled in the material # 11 under the following conditions.
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。また、素材Ｗを金型２２に収容して、変形により素材の外径がφ２２ｍｍよりも大きくならないように拘束した。そして、鍛造工具１０を揺動させながら金型に収容された素材を載置したステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴を穿設した。素材の移動速度（工具押込速度）Ｖは、０．３ｍｍ／秒、０．６ｍｍ／秒または１．５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．３ｍｍ／回、０．６ｍｍ／回または１．５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が表１に示した値（６．５ｍｍ）となるまで移動させた。素材と揺動工具１０との接触面には、潤滑油を供給した。 In the above swing forging device (FIG. 2), the forging tool 10 whose rotation was restricted by the rotation restricting means 40 was swung at a swing angle θ = 10 ° and 1 rps. Further, the material W was accommodated in the mold 22 and restrained so that the outer diameter of the material did not become larger than φ22 mm due to deformation. Then, while swinging the forging tool 10, the stage on which the material accommodated in the mold was placed was moved upward along the central axis M (reference axis C) at a predetermined speed to form a deep hole. The material moving speed (tool pressing speed) V is 0.3 mm / second, 0.6 mm / second or 1.5 mm / second (that is, the tool pressing amount per revolution of the forging tool 10 is 0.3 mm / time, 0.6 mm / time or 1.5 mm / time) and moved until the reduction amount of the forging tool reached the value shown in Table 1 (6.5 mm). Lubricating oil was supplied to the contact surface between the material and the rocking tool 10.
深穴を穿設後の素材を図４〜図６に示した。また、成形された深穴の寸法、塑性流動割合の算出結果および工具の押し込みに要した荷重を表３に示した。なお、表３に記載の深穴の寸法は、径方向断面における外接円の直径（深穴の最大径）、および深穴の底面からの平均長さ（深穴の深さ）、である。また、塑性流動割合は、深穴の加工に要した鍛造工具の公転回転数（つまり、工具圧下量／Ｖ）で深穴の深さを除した値を算出し、深穴の最大径に対する割合を計算した。たとえば本実施例において、工具押込量が０．３ｍｍ／回の場合、２０／（６．５／０．３）／１８≒０．０５（５％）となる。なお、深穴の最大径として鍛造工具の寸法から計算した値（この場合１８．３ｍｍ）を用いても、得られる塑性流動割合の値は誤差範囲である。 The material after drilling the deep hole is shown in FIGS. Table 3 shows the dimensions of the formed deep hole, the calculation result of the plastic flow rate, and the load required to push the tool. In addition, the dimension of the deep hole described in Table 3 is the diameter of the circumscribed circle (the maximum diameter of the deep hole) in the radial cross section, and the average length (depth of the deep hole) from the bottom surface of the deep hole. The plastic flow rate is calculated by dividing the depth of the deep hole by the revolution speed of the forging tool required for deep hole machining (that is, tool reduction / V), and the ratio to the maximum diameter of the deep hole. Was calculated. For example, in this embodiment, when the tool push-in amount is 0.3 mm / time, 20 / (6.5 / 0.3) /18≈0.05 (5%). Even if the value calculated from the dimensions of the forging tool (18.3 mm in this case) is used as the maximum diameter of the deep hole, the value of the plastic flow rate obtained is within the error range.
図４〜図６では、いずれの深穴の内周面にも、次の比較例１で生じるような深い螺旋痕は見られなかった。しかし、工具押込速度が速くなる、すなわち塑性流動割合が高くなるほど、螺旋状の筋模様が多く見られるようになった。しかし、筋模様があっても、内周面はほとんど平坦であった。 In FIGS. 4 to 6, no deep spiral marks as in the following Comparative Example 1 were found on the inner peripheral surface of any deep hole. However, as the tool indentation speed increases, that is, as the plastic flow rate increases, more spiral streaks are observed. However, even if there was a streak pattern, the inner peripheral surface was almost flat.
＜比較例１＞
回転規制手段４０を用いず鍛造工具１０を自転可能とした他は、実施例１と同様にして、素材＃１１に対して深穴を穿設した。工具押込速度を０．６ｍｍ／回としたときの結果を図７に示した。なお、図７の右図は、深穴穿設後に素材を軸方向に沿って切断した断面を観察した結果である。
<Comparative Example 1>
A deep hole was drilled in the material # 11 in the same manner as in Example 1 except that the forging tool 10 was capable of rotating without using the rotation restricting means 40. The results when the tool pushing speed is 0.6 mm / time are shown in FIG. The right view of FIG. 7 shows the result of observing a cross section of the material cut along the axial direction after the deep hole was drilled.
深穴の内周面には、内周面に垂直方向に対して０．１〜０．２ｍｍ程度の深さで螺旋状に延びる螺旋痕が発生していた。また、この螺旋痕は、工具押込速度を変更しても抑制されることはなかった。 On the inner peripheral surface of the deep hole, spiral marks extending spirally with a depth of about 0.1 to 0.2 mm with respect to the direction perpendicular to the inner peripheral surface were generated. Moreover, this spiral trace was not suppressed even if the tool pressing speed was changed.
＜実施例２＞
素材＃１１〜＃１３のいずれかに対して異形（φ１７ｍｍ）の深穴を、以下の条件で穿設した。
<Example 2>
A deep hole having an irregular shape (φ17 mm) was drilled in any of the materials # 11 to # 13 under the following conditions.
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０’を用い、鍛造工具１０’を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。また、素材Ｗを金型２２に収容して、素材の外径が加工前後で変化しないように素材を拘束した。そして、金型に収容された素材を載置したステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。工具押込速度Ｖは、０．１５〜２ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５〜２ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が表１に示した値となるまで移動させた。 In the above swing forging device (FIG. 2), the forging tool 10 ′ whose rotation was restricted by the rotation restricting means 40 was swung at a swing angle θ = 10 ° and 1 rps. Moreover, the raw material W was accommodated in the metal mold | die 22, and the raw material was restrained so that the outer diameter of a raw material may not change before and after a process. And the stage which mounted the raw material accommodated in the metal mold | die was moved upwards along the central axis M (reference | standard axis | shaft C) with the predetermined | prescribed speed | rate, and the deep hole was drilled. The tool pressing speed V is 0.15 to 2 mm / second (that is, the tool pressing amount per revolution of the forging tool 10 is 0.15 to 2 mm / time), and the reduction amount of the forging tool is a value shown in Table 1. Moved until
異形穴の形状および最大径の測定方法を、図８を用いて説明する。図８は、異形穴を穿設された加工後の素材の上面図および断面図である。異形穴は、曲率半径が４ｍｍの３つの曲面をφ１４ｍｍの円に対して３等配してなる三回対称の断面形状をもつ。つまり、異形穴の外接円の直径はφ１７ｍｍ（最大径）であって、外接円から曲面までの最大間隔は１．５ｍｍであった。 A method for measuring the shape of the irregularly shaped hole and the maximum diameter will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a top view and a cross-sectional view of a processed material having a hole with an irregular shape. The irregularly shaped hole has a three-fold symmetric cross-sectional shape in which three curved surfaces having a radius of curvature of 4 mm are equally arranged with respect to a circle of φ14 mm. That is, the diameter of the circumscribed circle of the deformed hole was 17 mm (maximum diameter), and the maximum distance from the circumscribed circle to the curved surface was 1.5 mm.
深穴を穿設した加工後の素材＃１３を図９に示した。また、成形された深穴の寸法、塑性流動割合の算出結果および工具の押し込みに要した荷重を表３に示した。なお、深穴の寸法および塑性流動割合は、前述のとおりである。 FIG. 9 shows a processed material # 13 having a deep hole drilled. Table 3 shows the dimensions of the formed deep hole, the calculation result of the plastic flow rate, and the load required to push the tool. The dimensions of the deep holes and the plastic flow rate are as described above.
図９では、いずれの深穴の内周面にも螺旋痕は見られなかった。しかし、工具押込速度が遅すぎると、内周面に材料が重なり合って形成された隆起が見られた。また、工具押込速度が速くなると、螺旋状の筋模様が多く見られるようになった。内周面に隆起や筋模様があっても、螺旋痕の様な大きな凹凸ではなく、内周面は滑らかであった。 In FIG. 9, no spiral trace was found on the inner peripheral surface of any of the deep holes. However, when the tool push-in speed was too slow, bumps formed by overlapping materials on the inner peripheral surface were observed. In addition, when the tool pressing speed is increased, many spiral streaks are seen. Even if there were bumps and streaks on the inner peripheral surface, the inner peripheral surface was smooth, not large irregularities like spiral traces.
実施例２の条件で形成された深穴の内周面の状態を、工具押込速度Ｖに対して評価した。表２に、評価結果を示した。表の記号は、◎：内周面が滑らかで加工痕が観察されなかった、○：滑らかな内周面であったが部分的に筋模様または表面の隆起が観察された、△：筋模様または表面の隆起は観察されたが比較的滑らかな内周面であった、をそれぞれ示す。○および◎の条件は、塑性流動割合が３．１〜１６．１％であった。さらに、◎の条件は、塑性流動割合が４．４〜１２％であった。 The state of the inner peripheral surface of the deep hole formed under the conditions of Example 2 was evaluated with respect to the tool pushing speed V. Table 2 shows the evaluation results. Symbols in the table are: ◎: inner peripheral surface is smooth and no processing marks are observed, ○: smooth inner peripheral surface, but a streak pattern or surface bulge is partially observed, Δ: streak pattern Or, the surface bulge was observed, but the inner surface was relatively smooth. The conditions of (circle) and (double-circle) were 3.1 to 16.1% of the plastic flow ratio. Furthermore, the condition of (double-circle) was 4.4 to 12% of the plastic flow rate.
＜比較例２＞
回転規制手段４０を用いず鍛造工具１０’を自転可能とした他は、実施例２と同様にして、素材＃１１に対して異形の深穴を穿設した。工具押込速度を０．６ｍｍ／回としたときの結果を図１０に示した。深穴は、その内周面に螺旋痕が観察されたり穴形状が崩れたりした。また、この螺旋痕は、工具押込速度を変更しても抑制されなかった。
<Comparative example 2>
Except that the rotation restricting means 40 was not used and the forging tool 10 ′ was capable of rotating, a deep hole having a deformed shape was formed in the material # 11 in the same manner as in Example 2. The results when the tool pushing speed is 0.6 mm / time are shown in FIG. In the deep hole, spiral marks were observed on the inner peripheral surface, and the hole shape collapsed. Moreover, this spiral trace was not suppressed even if the tool pushing speed was changed.
なお、比較例２の穿設方法において鍛造工具１０’の自転を規制して穿設を行った後の素材（実施例２に相当）を図１１に示した。螺旋痕はもちろん観察されず、深穴の内周面は滑らかであった。 In addition, the raw material (corresponding to Example 2) after performing drilling by restricting the rotation of the forging tool 10 'in the drilling method of Comparative Example 2 is shown in FIG. Of course, no spiral marks were observed, and the inner surface of the deep hole was smooth.
＜参考例＞
揺動鍛造により穿設される深穴の精度を評価するために、揺動角度θ＝１０°（揺動あり）とθ＝０°（揺動なし）との二種類の条件で、素材＃１１、＃１２または＃１３に対して深穴を穿設した。θを変更する以外は、比較例１と同様にして穿設を行った。
<Reference example>
In order to evaluate the accuracy of deep holes drilled by rocking forging, the material # is used under two conditions: rocking angle θ = 10 ° (with rocking) and θ = 0 ° (without rocking). A deep hole was drilled in 11, # 12 or # 13. Drilling was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that θ was changed.
深穴が形成された素材について、（１）深穴の真円度、および（２）素材の外周に対する深穴の振れ、を評価した。真円度および振れの測定は、ＪＩＳ Ｂ ０６２１に準拠し、深穴の深さ方向の底面（下）、開口端（上）および両者の中央（中）の三箇所にて行った。結果を図１２に示した。なお、図１２においてＲで示す値は、断面減少率（表１を参照）である。鍛造工具を揺動させて穿設を行っても、深穴の精度が大きく低下することはないことがわかった。 About the raw material in which the deep hole was formed, (1) roundness of the deep hole and (2) runout of the deep hole with respect to the outer periphery of the raw material were evaluated. The roundness and runout were measured at three locations according to JIS B 0621: the bottom surface (lower) in the depth direction of the deep hole, the open end (upper), and the center (middle) of both. The results are shown in FIG. In addition, the value shown by R in FIG. 12 is a cross-sectional reduction rate (see Table 1). It was found that the accuracy of the deep hole was not greatly reduced even when the forging tool was swung to perform drilling.
＜実施例３＞
＃１３の素材を用い工具押込速度を０．６ｍｍ／回とした他は、実施例１と同様にして深穴を穿設した。結果を図１３に示した。滑らかな内周面をもつ深穴が形成された。
<Example 3>
Deep holes were drilled in the same manner as in Example 1 except that the # 13 material was used and the tool push-in speed was 0.6 mm / time. The results are shown in FIG. A deep hole with a smooth inner peripheral surface was formed.
また、成形された深穴の寸法、塑性流動割合の算出結果および工具の押し込みに要した荷重を表３に示した。本実施例によれば、塑性流動割合を４．７％で穿設を行ったことで、深穴の内周面に発生する加工痕を低減できた。 Table 3 shows the dimensions of the formed deep hole, the calculation result of the plastic flow rate, and the load required to push the tool. According to the present example, drilling was performed at a plastic flow rate of 4.7%, thereby reducing machining traces generated on the inner peripheral surface of the deep hole.
＜実施例４＞
素材＃１１、＃１２、＃１３または＃２１のいずれかに対して円形（φ１８ｍｍ）または異形（φ１７ｍｍ）の深穴を穿設した。深穴の穿設は、金型２２を用いず自由鍛造とした他は、実施例１または実施例２と同様にして行った。
<Example 4>
A circular (φ18 mm) or deformed (φ17 mm) deep hole was drilled in any of the materials # 11, # 12, # 13 or # 21. The deep hole was drilled in the same manner as in Example 1 or Example 2 except that the die 22 was not used and free forging was used.
図１４に工具押込速度Ｖを０．６ｍｍ／回として円形穴を穿設した素材＃１３、図１５に工具押込速度Ｖを０．６ｍｍ／回として円形穴を穿設した素材＃２１、図１６に工具押込速度Ｖを０．６ｍｍ／回として異形穴を穿設した素材＃２１、をそれぞれ示した。また、成形された深穴の寸法、塑性流動割合の算出結果および工具の押し込みに要した荷重を表３に示した。 FIG. 14 shows a material # 13 in which a circular hole is formed with a tool indentation speed V of 0.6 mm / time, and FIG. 15 shows a material # 21 in which a circular hole is formed with a tool indentation speed V of 0.6 mm / time. The material # 21 in which a deformed hole was drilled at a tool pushing speed V of 0.6 mm / time is shown respectively. Table 3 shows the dimensions of the formed deep hole, the calculation result of the plastic flow rate, and the load required to push the tool.
素材＃２１に関しては、穿設による断面減少率が１０％で低かったため、素材の外形はほとんど変化しなかった（図１５および図１６）。素材＃１３に関しては、穿設による断面減少率が３０％であり、素材の外形はφ３３ｍｍからφ３６．５ｍｍまで変化した（図１４）。 Regarding material # 21, the cross-sectional reduction rate due to drilling was low at 10%, so the outer shape of the material hardly changed (FIGS. 15 and 16). Regarding material # 13, the cross-sectional reduction rate due to drilling was 30%, and the outer shape of the material changed from φ33 mm to φ36.5 mm (FIG. 14).
また、図１４〜図１６に示すように、実施例４の全ての素材において形成された深穴の内周面は滑らかであった。これらの穿設方法における塑性流動割合は、０．８〜４．６％であり、金型を用いた型鍛造（実施例１〜３）とは異なる範囲であった。 Moreover, as shown in FIGS. 14-16, the internal peripheral surface of the deep hole formed in all the raw materials of Example 4 was smooth. The plastic flow rate in these drilling methods was 0.8 to 4.6%, which was a range different from the die forging using the mold (Examples 1 to 3).
なお、自由鍛造による穿設では、径方向へ材料が流動し易いため、型鍛造と比較して加工痕が形成されにくいことがわかった。つまり、自由鍛造による穿設では、加工中に鍛造工具を自転できないように規制するだけでも、効果的に深穴の内周面に発生する加工痕が低減されたと言える。 In addition, in the drilling by free forging, it was found that since the material easily flows in the radial direction, it is difficult to form a processing mark as compared with die forging. That is, in the drilling by free forging, it can be said that the processing marks generated on the inner peripheral surface of the deep hole are effectively reduced only by restricting the forging tool from rotating during processing.
＜比較例３＞
鍛造工具１０の揺動角度θを０°（つまり揺動なし）とした他は、実施例４と同様にして、素材＃１１、＃１２、＃１３または＃２１のいずれかに円形（φ１８ｍｍ）の深穴を穿設した。工具押込速度Ｖは、０．６ｍｍ／秒とした。
<Comparative Example 3>
The material # 11, # 12, # 13 or # 21 is circular (φ18 mm) in the same manner as in Example 4 except that the swing angle θ of the forging tool 10 is 0 ° (that is, there is no swing). A deep hole was drilled. The tool pushing speed V was 0.6 mm / second.
図１７に工具押込速度Ｖを０．６ｍｍ／秒として円形穴を穿設した素材＃１３、図１８に工具押込速度Ｖを０．６ｍｍ／秒として円形穴を穿設した素材＃２１、をそれぞれ示した。いずれの素材においても、開口端周辺が深穴に向かって大きく陥没した。また、比較的加工度が高い素材＃１３（断面減少率３０％）に関しては、素材の外形が大きく変形し、その変形の割合は、底部に向かうほど顕著であった。 FIG. 17 shows material # 13 drilled with a circular hole with a tool indentation speed V of 0.6 mm / sec, and FIG. 18 shows material # 21 with a tool indentation speed V of 0.6 mm / sec with a material # 21 drilled with a circular hole. Indicated. In any material, the periphery of the open end was greatly depressed toward the deep hole. In addition, regarding the material # 13 having a relatively high degree of processing (cross-sectional reduction rate of 30%), the outer shape of the material was greatly deformed, and the rate of deformation became more conspicuous toward the bottom.
＜自由鍛造を用いた穿設における素材の外形の変化について＞
自由鍛造により、加工前後で素材の形状がどの程度変化したかを調べた。実施例４または比較例３の穿設方法により深穴を穿設した後の素材について、素材の外径および高さについて最大値と最小値との差を算出し、それぞれ、外周半径差および高さ変化量とした。測定は、実施例４において工具押込量を０．１５ｍｍ／回または０．６ｍｍ／回として円形穴を穿設した各素材、実施例４において工具押込量を０．６ｍｍ／回として異形穴を穿設した各素材、および比較例３において０．６ｍｍ／回として穿設した各素材に対して行った。外周半径差を図１９、高さ変化量を図２０、にそれぞれ示した。
<Changes in material profile during drilling using free forging>
We examined how much the shape of the material changed before and after processing by free forging. For the material after drilling the deep hole by the drilling method of Example 4 or Comparative Example 3, the difference between the maximum value and the minimum value is calculated for the outer diameter and height of the material, and the outer radius difference and the height are respectively calculated. The amount of change was taken. Measurements were made for each material in which circular holes were drilled with a tool push-in amount of 0.15 mm / turn or 0.6 mm / turn in Example 4, and with a deformed hole punched with a tool push-in amount of 0.6 mm / turn in Example 4. This was performed for each material provided and each material drilled at 0.6 mm / time in Comparative Example 3. The outer peripheral radius difference is shown in FIG. 19, and the height change amount is shown in FIG.
いずれのグラフからも、工具を揺動させずに押し込むよりも、揺動鍛造により深穴を穿設する方が、外形寸法をより均一に加工できることが明らかであった。また、工具押込量が少ない方が、外形への影響を低減させられた。ただし、外形の寸法を規定するには素材の変形を規制する金型を用いて工具押込速度を望ましい塑性流動割合となるように選定すればよい。 From any of the graphs, it was clear that drilling deep holes by swing forging can process the outer dimensions more uniformly than pushing the tool without swinging. In addition, the effect on the outer shape was reduced when the amount of tool push-in was small. However, in order to define the dimensions of the outer shape, the tool indentation speed may be selected so as to have a desired plastic flow rate by using a mold that restricts deformation of the material.
金型を用いない自由鍛造では、加工の際に材料が主に径方向に流動して素材の外径が拡大するため、深さ方向の増大が少ない。そこで、深い穴を穿設するためには、素材の長さをより長くする、断面減少率を小さくする、などして外径の拡大を生じにくくすると効果的である。このようにして、自由鍛造でも最大径以上の深さの深穴を穿設できることが確認できた。具体的には、工具押込量０．０５〜２ｍｍ／回の範囲で、０．３〜１１％の塑性流動割合にした穿設が可能であることを確認した。 In free forging without using a metal mold, the material flows mainly in the radial direction during processing, and the outer diameter of the material is enlarged, so that there is little increase in the depth direction. Therefore, in order to make a deep hole, it is effective to make the expansion of the outer diameter difficult by increasing the length of the material or reducing the cross-sectional reduction rate. In this way, it was confirmed that a deep hole having a depth greater than the maximum diameter could be drilled even by free forging. Specifically, it was confirmed that drilling with a plastic flow rate of 0.3 to 11% was possible within a tool push amount of 0.05 to 2 mm / time.
＜穿設に要する成形荷重について＞
図２１に円形穴穿設時の成形荷重を示した。鍛造工具を揺動させることで、揺動なしで深穴を穿設するよりも３分の１程度まで荷重が低減した。
<About the molding load required for drilling>
FIG. 21 shows the molding load at the time of drilling the circular hole. By swinging the forging tool, the load was reduced to about one-third compared to drilling a deep hole without swinging.
揺動鍛造により穿設を行う場合には、金型を用いずに自由鍛造すると、金型を用いた場合と比較して半分程度の荷重で穿設が可能となった。さらに、押込速度を０．１５ｍｍ／回とすれば、さらに荷重を低減させることができた。その結果、揺動鍛造を用いた穿設方法により深穴の穿設を行った場合、鍛造工具への荷重負荷が低減でき、焼付きや素材の付着が抑制された。具体的には、実施例の条件の下で円形穴の成形を行ったところ、５０個のアルミニウム合金素材に穿設を行っても、工具への材料の付着は生じなかった。一方、比較例に記載のように鍛造工具を揺動させずに押し込むだけでは、素材を１個成形したのみでもアルミニウム合金が鍛造工具に強固に付着して焼きつく場合もあった。 When drilling by swing forging, if free forging was performed without using a mold, drilling was possible with a load about half that of using a mold. Furthermore, if the indentation speed was 0.15 mm / time, the load could be further reduced. As a result, when a deep hole was drilled by a drilling method using swing forging, the load applied to the forging tool could be reduced, and seizure and material adhesion were suppressed. Specifically, when a circular hole was formed under the conditions of the example, even if 50 aluminum alloy materials were drilled, the material did not adhere to the tool. On the other hand, as described in the comparative example, if the forging tool is simply pushed without swinging, the aluminum alloy may adhere firmly to the forging tool and burn even if only one material is formed.
＜実施例５＞
素材＃１５、＃１６および＃１７に対して円形の深穴を、以下の条件で穿設した。
<Example 5>
Circular deep holes were made in the materials # 15, # 16 and # 17 under the following conditions.
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。そして、金型２２に収容された素材を直接載置したステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。金型２２のキャビティ内周面の寸法は、いずれの素材の加工においてもφ２６ｍｍのものを用いた。このとき、素材および金型２２の中心軸を、基準軸Ｃと一致させた。工具押込速度Ｖは、０．１５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が表１に示した値となるまで移動させた。深穴を穿設した加工後の素材を図２３に示した。 In the above swing forging device (FIG. 2), the forging tool 10 whose rotation was restricted by the rotation restricting means 40 was swung at a swing angle θ = 10 ° and 1 rps. Then, the stage on which the material accommodated in the mold 22 was directly placed was moved upward along the central axis M (reference axis C) at a predetermined speed, and a deep hole was drilled. As the dimension of the inner peripheral surface of the cavity of the mold 22, one having a diameter of 26 mm was used for processing any material. At this time, the central axis of the material and the mold 22 was made to coincide with the reference axis C. The tool pushing speed V is 0.15 mm / second (that is, the tool pushing amount per revolution of the forging tool 10 is 0.15 mm / turn), and the tool pushing speed V moves until the forging tool reduction amount reaches the value shown in Table 1. I let you. FIG. 23 shows a material after processing with a deep hole.
いずれの素材においても、直径約１８ｍｍの内径をもつ深穴が形成された。また、いずれの素材の加工においてもキャビティの形状が同じ金型を使用したことで、どの素材も外径がφ２６ｍｍで均一となった。さらに、いずれの素材においても、底部の厚さを１ｍｍまで薄くすることができた。それぞれの素材について、深穴の深さおよび加工後の高さを測定した。結果を図２３に示した。なお、前述の定義と同様に、深穴の内径は径方向断面における外接円の直径に等しく、深穴の深さは深穴の底面からの平均長さであり、以降同様である。 In any material, a deep hole having an inner diameter of about 18 mm was formed. In addition, in the processing of any material, by using a mold having the same cavity shape, all the materials became uniform with an outer diameter of φ26 mm. Furthermore, the thickness of the bottom of any material could be reduced to 1 mm. For each material, the depth of the deep hole and the height after processing were measured. The results are shown in FIG. As in the above definition, the inner diameter of the deep hole is equal to the diameter of the circumscribed circle in the radial section, and the depth of the deep hole is the average length from the bottom surface of the deep hole, and so on.
３つの素材の寸法は異なるが、体積に大きな差はないため、加工後の形状は、ほぼ同一となった。ただし、素材の外径と金型の内径との差が大きくなると、開口端部に、外側から内側へ向けて高さが低くなるテーパ面が形成されやすくなることがわかった。したがって、基準軸Ｃに対して垂直方向への変形を規制する変形規制手段を使用する際には、素材と変形規制手段との対向面間隔を１．５ｍｍ以下さらには１ｍｍ以下にすることで、テーパ面の形成を抑制できることがわかった。 Although the dimensions of the three materials were different, there was no significant difference in volume, so the shapes after processing were almost the same. However, it has been found that when the difference between the outer diameter of the material and the inner diameter of the mold increases, a tapered surface whose height decreases from the outside toward the inside tends to be formed at the opening end. Therefore, when using the deformation restricting means for restricting deformation in the direction perpendicular to the reference axis C, the distance between the facing surfaces of the material and the deformation restricting means is 1.5 mm or less, further 1 mm or less, It was found that the formation of the tapered surface can be suppressed.
＜実施例６−１＞
素材＃１４に対して円形の深穴を、以下の条件で穿設した。
<Example 6-1>
A circular deep hole was drilled in the material # 14 under the following conditions.
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。素材をステージに直接載置した状態で、ステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。金型２２は使用しなかった。工具押込速度Ｖは、０．１５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が６ｍｍとなるまで移動させた。 In the above swing forging device (FIG. 2), the forging tool 10 whose rotation was restricted by the rotation restricting means 40 was swung at a swing angle θ = 10 ° and 1 rps. With the material placed directly on the stage, the stage was moved upward along the central axis M (reference axis C) at a predetermined speed to make a deep hole. The mold 22 was not used. The tool pressing speed V was set to 0.15 mm / second (that is, the tool pressing amount per revolution of the forging tool 10 was 0.15 mm / time), and the tool pressing speed V was moved until the reduction amount of the forging tool reached 6 mm.
次に、ステージを下方に移動させ、その後、素材＃１４を上下反転させた。このとき、先の穿設において形成された深穴の中心と中心軸Ｍとが一致するようにした。この状態で、再度ステージを所定の速度Ｖで中心軸Ｍに沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。穿設は、先の穿設で形成された底面がステージの表面に当接するまで行った。 Next, the stage was moved downward, and then the material # 14 was turned upside down. At this time, the center of the deep hole formed in the previous drilling was made to coincide with the central axis M. In this state, the stage was again moved upward along the central axis M at a predetermined speed V to make a deep hole. The drilling was performed until the bottom surface formed by the previous drilling contacted the surface of the stage.
深穴の内径および穿設後の素材の外径を測定した。内径は、軸方向に沿ってほぼ均一で、φ１８．２ｍｍであった。本実施例は、金型を用いない自由鍛造であったが、外径はφ３０．０〜３０．９ｍｍであって、均一な外形であった。つまり、上下反転させて穿設を行うことで、初回の加工で生じた外形の変形が緩和され、均一な外形となることがわかった。 The inner diameter of the deep hole and the outer diameter of the material after drilling were measured. The inner diameter was substantially uniform along the axial direction and was φ18.2 mm. In this example, free forging without using a mold was used, but the outer diameter was 30.0 to 30.9 mm, and the outer shape was uniform. In other words, it was found that by performing upside down turning, the deformation of the outer shape caused by the first processing was alleviated and a uniform outer shape was obtained.
＜実施例６−２＞
素材として、コンロッドを想定したさお付き形状素材＃３１を準備した。素材＃３１の形状を図２４に示した。素材＃３１は、円形部３１ａおよび円形部３１ａの側面から径方向に延出するさお部３１ｂからなる。この素材＃３１に、円形の深穴を穿設した。
<Example 6-2>
As a material, a shaped material # 31 with a saddle assuming a connecting rod was prepared. The shape of material # 31 is shown in FIG. The material # 31 includes a circular portion 31a and a cage portion 31b extending in the radial direction from the side surface of the circular portion 31a. A circular deep hole was drilled in this material # 31.
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。円形部３１ａの中心線と中心軸Ｍとが一致するように素材をステージに直接載置した状態で、ステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。金型２２は使用しなかった。工具押込速度Ｖは、０．１５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が５．５ｍｍとなるまで移動させた。 In the above swing forging device (FIG. 2), the forging tool 10 whose rotation was restricted by the rotation restricting means 40 was swung at a swing angle θ = 10 ° and 1 rps. With the material placed directly on the stage so that the center line of the circular portion 31a coincides with the center axis M, the stage is moved upward along the center axis M (reference axis C) at a predetermined speed to A hole was drilled. The mold 22 was not used. The tool pressing speed V was set to 0.15 mm / second (that is, the tool pressing amount per revolution of the forging tool 10 was 0.15 mm / time), and the tool pressing speed V was moved until the forging tool reduction amount was 5.5 mm.
次に、ステージを下方に移動させ、その後、素材＃１４を上下反転させてステージに再び載置した。このとき、さお部３１ｂには一回目の加工の影響でそりが生じていたが、円形部３１ａ側をスペーサーに載置した状態とし、先の穿設において形成された深穴の中心線と中心軸Ｍとが一致するようにステージに載置した。この状態で、再度ステージを所定の速度Ｖで中心軸Ｍに沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。穿設は、鍛造工具の圧下量が４．５ｍｍ（つまり底部の厚さが２ｍｍ）となるまでステージを移動させた。 Next, the stage was moved downward, and then the material # 14 was turned upside down and placed on the stage again. At this time, the warp portion 31b was warped due to the influence of the first processing, but the circular portion 31a side was placed on the spacer, and the center line of the deep hole formed in the previous drilling and It was mounted on the stage so that the central axis M coincided. In this state, the stage was again moved upward along the central axis M at a predetermined speed V to make a deep hole. In the drilling, the stage was moved until the reduction amount of the forging tool reached 4.5 mm (that is, the bottom thickness was 2 mm).
二回の穿設後、形成された二つの深穴の内径および加工後の素材の外径を測定した。一回目（素材反転前）に形成された深穴の内径（最大径；以下同様）はφ２１．５ｍｍで深さ（平均値；以下同様）が２ｍｍであった（図２５の下図）。また、二回目（素材反転後）に形成された深穴の内径はφ１８．３ｍｍで深さが４ｍｍであった（図２５の上図）。一回目に形成された深穴の内径が大きいのは、二回目の穿設において底部が押し込まれるに伴って下部の穴径が拡大したからであると考えられる。鍛造工具の圧下量に比べて形成された穴の深さが小さいのは、鍛造工具の圧下により圧下方向と半径方向への材料流れが大きく生じて、素材の高さが減少（１２ｍｍ→１０．５ｍｍ）したためである。また、外径はφ２８．１〜２９．５ｍｍであった。さらに、加工後の素材を平坦面上に置いても、素材と平坦面との間に隙間はほとんど生じなかった。上下反転させる前の素材では、さお部にそりが生じていたことから、反転させて穿設を行うことで、さお部のそりが緩和されることがわかった。 After drilling twice, the inner diameter of the two deep holes formed and the outer diameter of the processed material were measured. The inner diameter (maximum diameter; the same applies hereinafter) of the deep hole formed at the first time (before material reversal) was 21.5 mm and the depth (average value; the same applies below) was 2 mm (lower figure in FIG. 25). Further, the inner diameter of the deep hole formed the second time (after material reversal) was φ18.3 mm and the depth was 4 mm (upper view of FIG. 25). The reason why the inner diameter of the deep hole formed at the first time is large is considered to be that the hole diameter at the lower part is enlarged as the bottom part is pushed in the second drilling. The depth of the formed hole is small compared to the reduction amount of the forging tool because the material flow in the reduction direction and the radial direction is greatly generated by the reduction of the forging tool, and the height of the material is reduced (12 mm → 10. 5 mm). The outer diameter was 28.1 to 29.5 mm. Furthermore, even when the processed material was placed on a flat surface, there was almost no gap between the material and the flat surface. In the material before flipping up and down, warp was generated in the crest, and it was found that the sledge of the crest was alleviated by perforating by turning it upside down.
＜実施例７−１＞
素材＃１４に対して円形の深穴を、以下の条件で穿設した。
<Example 7-1>
A circular deep hole was drilled in the material # 14 under the following conditions.
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。ステージの上にφ１８．５ｍｍ×１０ｍｍの円柱形状のカウンタパンチ２３（高さはステージ表面からパンチ端面までの距離に相当）を載置し、さらにその上に素材＃１４を載置した状態で、ステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。金型２２は使用しなかった。このとき、素材＃１４およびカウンタパンチ２３の中心軸を、基準軸Ｃと一致させた。工具押込速度Ｖは、０．１５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が１０ｍｍとなるまで移動させた。深穴を穿設した加工後の素材＃１４を図２６に示した。 In the above swing forging device (FIG. 2), the forging tool 10 whose rotation was restricted by the rotation restricting means 40 was swung at a swing angle θ = 10 ° and 1 rps. In a state where a cylindrical counter punch 23 (the height corresponds to the distance from the stage surface to the punch end surface) of φ18.5 mm × 10 mm is placed on the stage, and the material # 14 is further placed thereon, The stage was moved upward along the central axis M (reference axis C) at a predetermined speed, and a deep hole was drilled. The mold 22 was not used. At this time, the central axes of the material # 14 and the counter punch 23 were made to coincide with the reference axis C. The tool pressing speed V was 0.15 mm / second (that is, the tool pressing amount per revolution of the forging tool 10 was 0.15 mm / time), and the tool pressing speed V was moved until the forging tool reduction amount reached 10 mm. FIG. 26 shows the processed material # 14 with deep holes drilled.
深穴の内径および穿設後の素材の外径を測定した。鍛造工具１０により形成された深穴の内径はφ１８．３ｍｍで深さが８ｍｍであった（図２６の左上図）。また、カウンタパンチにより形成された深穴の内径はφ１７．６ｍｍで深さが１．５ｍｍで押し込みが浅かった（図２６の左下図）。また、外径はφ２９．８〜３４．１ｍｍであり、比較的均一な外形であった。 The inner diameter of the deep hole and the outer diameter of the material after drilling were measured. The inner diameter of the deep hole formed by the forging tool 10 was φ18.3 mm and the depth was 8 mm (upper left diagram in FIG. 26). Further, the inner diameter of the deep hole formed by the counter punch was φ17.6 mm, the depth was 1.5 mm, and the push-in was shallow (the lower left diagram in FIG. 26). Further, the outer diameter was 29.8 to 34.1 mm, and the outer shape was relatively uniform.
また、カウンタパンチを用いた場合の効果を確認するために、カウンタパンチを用いずに上記と同様の手順で穿設を行った。深穴を穿設した加工後の素材＃１４を図２６（右図）に示した。 Moreover, in order to confirm the effect at the time of using a counter punch, it drilled in the procedure similar to the above without using a counter punch. FIG. 26 (right diagram) shows the processed material # 14 with deep holes drilled.
深穴の内径および穿設後の素材の外径を測定した。鍛造工具１０により形成された深穴の内径はφ１８．３ｍｍで深さが１２ｍｍであった（図２６の右上図）。また、外径はφ２７．８〜３４．４ｍｍであり、カウンタパンチを使用したものよりも外径の差が大きかった。さらに、図２６の右下図からわかるように、底部が大きく隆起した。 The inner diameter of the deep hole and the outer diameter of the material after drilling were measured. The inner diameter of the deep hole formed by the forging tool 10 was φ18.3 mm and the depth was 12 mm (upper right diagram in FIG. 26). The outer diameter was 27.8 to 34.4 mm, and the difference in outer diameter was larger than that using a counter punch. Further, as can be seen from the lower right diagram in FIG. 26, the bottom portion is greatly raised.
＜実施例７−２＞
素材＃１５、＃１６および＃１７に対して円形の深穴を、以下の条件で穿設した。
<Example 7-2>
Circular deep holes were made in the materials # 15, # 16 and # 17 under the following conditions.
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。そして、φ１８．５ｍｍ×１０ｍｍの円柱形状のカウンタパンチ２３に載置された状態で金型２２に収容された素材を載置したステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。金型２２の内周面の寸法は、いずれの素材の加工においてもφ２６ｍｍのものを用いた。このとき、素材、金型２２およびカウンタパンチ２３の中心軸を、基準軸Ｃと一致させた。工具押込速度Ｖは、０．１５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が表１に示した値となるまで移動させた。深穴を穿設した加工後の素材を図２７に示した。 In the above swing forging device (FIG. 2), the forging tool 10 whose rotation was restricted by the rotation restricting means 40 was swung at a swing angle θ = 10 ° and 1 rps. Then, the stage on which the material accommodated in the mold 22 is placed on the cylindrical counter punch 23 having a diameter of 18.5 mm × 10 mm is placed along the central axis M (reference axis C) at a predetermined speed. It was moved upward and a deep hole was drilled. The inner peripheral surface of the mold 22 has a diameter of 26 mm in any material processing. At this time, the central axes of the material, the mold 22 and the counter punch 23 were made to coincide with the reference axis C. The tool pushing speed V is 0.15 mm / second (that is, the tool pushing amount per revolution of the forging tool 10 is 0.15 mm / turn), and the tool pushing speed V moves until the forging tool reduction amount reaches the value shown in Table 1. I let you. FIG. 27 shows the material after processing with the deep holes.
いずれの素材においても、直径約１８ｍｍの内径をもつ深穴が形成され、外径がφ２６ｍｍで均一となった。さらに、いずれの素材においても、底部の厚さを１ｍｍまで薄くすることができ、さらなる薄肉化も可能であることを確認した（０．５ｍｍ程度まで）。また、それぞれの素材について、深穴の深さを測定した。結果を図２７に示した。カウンタパンチを使用したことで、底部を下面から４．５ｍｍ程度の位置に形成することができた。なお、本実施例では、１０ｍｍの高さのカウンタパンチを使用したが、カウンタパンチの高さを低くすることで、カウンタパンチにより形成される穴の深さを浅く規制することができる。したがって、カウンタパンチの高さに応じて、任意の位置に底部を形成することができる。 In any material, a deep hole having an inner diameter of about 18 mm was formed, and the outer diameter was uniform at 26 mm. Furthermore, in any material, it was confirmed that the thickness of the bottom portion can be reduced to 1 mm and further thinning is possible (up to about 0.5 mm). Moreover, the depth of the deep hole was measured about each raw material. The results are shown in FIG. By using the counter punch, the bottom portion could be formed at a position of about 4.5 mm from the lower surface. In this embodiment, the counter punch having a height of 10 mm is used. However, by reducing the height of the counter punch, the depth of the hole formed by the counter punch can be regulated to be shallow. Therefore, the bottom can be formed at an arbitrary position according to the height of the counter punch.
＜実施例７−３＞
素材として、コンロッドを想定したさお付き形状素材＃３２を準備した。素材＃３２は、素材＃３１において、円形部３１ａの外径をφ２６ｍｍとしたものである。この素材＃３２に、以下の条件で円形の深穴の穿設を行った。
<Example 7-3>
As a material, a tail-shaped material # 32 assuming a connecting rod was prepared. The material # 32 is the material # 31 in which the outer diameter of the circular portion 31a is φ26 mm. A circular deep hole was drilled in the material # 32 under the following conditions.
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。ステージの上にφ１８．５ｍｍ×１０ｍｍの円柱形状のカウンタパンチ２３を載置し、さらにその上に素材を載置した状態で、ステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。このとき、素材＃３２およびカウンタパンチ２３の中心軸を、基準軸Ｃと一致させた。工具押込速度Ｖは、０．１５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が１０ｍｍとなるまで移動させた。深穴を穿設した加工後の素材＃３２を図２８に示した。 In the above swing forging device (FIG. 2), the forging tool 10 whose rotation was restricted by the rotation restricting means 40 was swung at a swing angle θ = 10 ° and 1 rps. A cylindrical counter punch 23 of φ18.5 mm × 10 mm is placed on the stage, and further, the stage is placed along the central axis M (reference axis C) at a predetermined speed with the material placed thereon. It was moved upward and a deep hole was drilled. At this time, the central axes of the material # 32 and the counter punch 23 were made to coincide with the reference axis C. The tool pressing speed V was 0.15 mm / second (that is, the tool pressing amount per revolution of the forging tool 10 was 0.15 mm / time), and the tool pressing speed V was moved until the forging tool reduction amount reached 10 mm. FIG. 28 shows material # 32 after processing with a deep hole.
深穴の内径および穿設後の素材の外径を測定した。鍛造工具１０により形成された深穴の内径はφ１８．３ｍｍで深さが６．４ｍｍであった（図２８の上図）。また、カウンタパンチにより形成された深穴の内径はφ１８ｍｍで深さが１．２ｍｍであった（図２８の下図）。また、外径はφ３０．７〜３３．７ｍｍであり、比較的均一な外形であった。さお部のそりは、少し見られる程度であった。 The inner diameter of the deep hole and the outer diameter of the material after drilling were measured. The inner diameter of the deep hole formed by the forging tool 10 was φ18.3 mm and the depth was 6.4 mm (upper view of FIG. 28). Further, the inner diameter of the deep hole formed by the counter punch was 18 mm and the depth was 1.2 mm (lower figure in FIG. 28). The outer diameter was 30.7 to 33.7 mm, and the outer shape was relatively uniform. The sag of the scorpion was only slightly visible.
＜実施例８＞
実施例７−３で見られたさお部のそりを抑制するために、さお部を部分的に固定した状態で円形の深穴の穿設を行った。さお部の固定方法について図２９を用いて説明するが、図２と同じ部材の説明は省略する。
<Example 8>
In order to suppress the warp of the crest seen in Example 7-3, a circular deep hole was drilled with the crest partially fixed. A method for fixing the cage portion will be described with reference to FIG.
前述の通り、素材保持手段２０は、さお付形状素材Ｗ’を載置するステージ２１を備える。素材Ｗ’は、円形部Ｗａおよび円形部Ｗａの側面から径方向に延出するさお部Ｗｂからなる。さお部Ｗｂの両端部のうち、円形部Ｗａ側の端部を固定する場合には、押さえ板２７を取り付け可能な金型２２’を使用することで、さお部Ｗｂを厚さ方向に挟持する。さお部Ｗｂの他端部を固定する場合には、ストッパー２５を使用することで、素材Ｗ’の端部を固定する。 As described above, the material holding unit 20 includes the stage 21 on which the hook-shaped material W ′ is placed. The material W ′ includes a circular portion Wa and a sheath portion Wb extending in the radial direction from the side surface of the circular portion Wa. When fixing the end portion on the side of the circular portion Wa among the both end portions of the sheath portion Wb, by using the mold 22 ′ to which the holding plate 27 can be attached, the sheath portion Wb is moved in the thickness direction. Hold it. When fixing the other end portion of the saddle portion Wb, the end portion of the material W ′ is fixed by using the stopper 25.
押さえ板２７を取り付け可能な金型２２’は円筒部を有し、そのキャビティは、円形部Ｗａの外径に応じた直径をもつ円柱形の貫通穴の内周面と、貫通穴の一端を閉塞するステージ２１の表面と、で区画される。円形部Ｗａは貫通穴に収容される。金型２２’の円筒部上端には、平面視で弓形の段差部が形成されており、押さえ板２７は、段差部の弓形の水平面に載置され、押さえ板２７と金型２２’とがボルトで固定可能である。さお部Ｗｂは、円形部Ｗａが収容される貫通穴の側面中央部から延出し該貫通穴と連通する断面コ字形状の溝部に収容される。溝部の内面は、さお部Ｗｂの底面および両側面と当接する。また、溝部は段差部の水平面に配されるため、押さえ板２７は、円形部Ｗａ側の端部でさお部Ｗｂの上面と当接する。したがって、円形部Ｗａの外周面および、押さえ板２７で抑えられたさお部Ｗｂは、加工後も元の寸法が維持される。素材Ｗ’は、その円形部Ｗａが収容される貫通穴において、円形部Ｗａがカウンタパンチ２３等に載置されることで、金型２２’内で水平に保持される。 The mold 22 ′ to which the holding plate 27 can be attached has a cylindrical portion, and the cavity has an inner peripheral surface of a cylindrical through hole having a diameter corresponding to the outer diameter of the circular portion Wa and one end of the through hole. And the surface of the stage 21 to be closed. The circular portion Wa is accommodated in the through hole. At the upper end of the cylindrical portion of the mold 22 ′, an arc-shaped stepped portion is formed in plan view, and the pressing plate 27 is placed on the arcuate horizontal surface of the stepped portion, and the pressing plate 27 and the mold 22 ′ are connected to each other. It can be fixed with bolts. The cage portion Wb extends from the center of the side surface of the through hole in which the circular portion Wa is accommodated, and is accommodated in a groove portion having a U-shaped cross section that communicates with the through hole. The inner surface of the groove portion is in contact with the bottom surface and both side surfaces of the cage portion Wb. Further, since the groove portion is arranged on the horizontal surface of the step portion, the pressing plate 27 comes into contact with the upper surface of the saddle portion Wb at the end portion on the circular portion Wa side. Therefore, the outer dimensions of the circular portion Wa and the claw portion Wb suppressed by the pressing plate 27 are maintained in their original dimensions after processing. The material W ′ is held horizontally in the mold 22 ′ by placing the circular portion Wa on the counter punch 23 or the like in the through hole in which the circular portion Wa is accommodated.
ストッパー２５は、金型２２’から突き出したさお部Ｗｂの端部を固定し、長さ方向の寸法変化を規制する。ストッパー２５は、素材Ｗ’のさお部Ｗｂ側の端部を拘束する構造をもち、ステージ２１の凹部に嵌め込まれた状態で固定されて、長さ方向の寸法変化が規制される。 The stopper 25 fixes the end portion of the hook portion Wb protruding from the mold 22 'and restricts the dimensional change in the length direction. The stopper 25 has a structure that constrains the end of the material W ′ on the side of the saddle portion Wb, is fixed in a state where it is fitted in the concave portion of the stage 21, and the dimensional change in the length direction is restricted.
なお、図２９では、カウンタパンチ２３を使用する場合を図示したが、カウンタパンチ２３の突出量を調整する調整リング２４を用いることで、カウンタパンチ２３により成形される穴の深さを調整することが可能となる。調整リング２４は、円形部Ｗａの直径と同じ外径でカウンタパンチ２３の直径と同じ内径をもつ円筒形で、カウンタパンチ２３よりも高さが低いものを使用するとよい。あるいは、カウンタパンチ２３と調整リング２４とが同じ高さであれば、両者の端面を面一とすることで、カウンタパンチを使用しない通常の穿設を行うことも可能である。また、カウンタパンチ２３よりも調整リング２４を突出させた場合には、鍛造工具により圧下された素材は、カウンタパンチ２３の端面と調整リング２４の内周面により区画されてなる凹部に押し出され、押し出し成形が可能となる。 In FIG. 29, the case where the counter punch 23 is used is illustrated, but the depth of the hole formed by the counter punch 23 can be adjusted by using the adjustment ring 24 that adjusts the protruding amount of the counter punch 23. Is possible. The adjustment ring 24 may be a cylinder having the same outer diameter as the diameter of the circular portion Wa and the same inner diameter as the counter punch 23 and having a lower height than the counter punch 23. Alternatively, if the counter punch 23 and the adjustment ring 24 have the same height, it is also possible to perform normal drilling without using the counter punch by making the end surfaces of the counter punch 23 flush with each other. Further, when the adjustment ring 24 is protruded from the counter punch 23, the material squeezed by the forging tool is pushed out into a recess formed by the end face of the counter punch 23 and the inner peripheral surface of the adjustment ring 24, Extrusion molding is possible.
＜実施例８−１＞
素材＃３３に対して円形の深穴を、以下の条件で穿設した。穿設は、金型２２’に端面が互いに面一のカウンタパンチ２３および調整リング２４を収容し、これらの上に素材＃３３を水平に載置し、押さえ板２７は使用せず、素材＃３３の端部にストッパー２５を固定して行った。つまり、実質的にカウンタパンチは使用しなかった。
<Example 8-1>
A circular deep hole was drilled in the material # 33 under the following conditions. In the drilling, the counter punch 23 and the adjustment ring 24 whose end surfaces are flush with each other are accommodated in the mold 22 ′, and the material # 33 is horizontally placed thereon, the pressing plate 27 is not used, and the material # The stopper 25 was fixed to the end of 33. That is, substantially no counter punch was used.
上記の揺動鍛造装置（図２）において、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。そして、金型２２’に収容された素材＃３３を載置したステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。このとき、素材、カウンタパンチ２３の中心軸を、基準軸Ｃと一致させた。工具押込速度Ｖは、０．１５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が表１に示した値となるまで移動させた。深穴を穿設した加工後の素材を図３０（右図）に示した。 In the above swing forging device (FIG. 2), the forging tool 10 whose rotation was restricted by the rotation restricting means 40 was swung at a swing angle θ = 10 ° and 1 rps. Then, the stage on which the material # 33 accommodated in the mold 22 'was placed was moved upward along the central axis M (reference axis C) at a predetermined speed, and a deep hole was drilled. At this time, the center axis of the material and the counter punch 23 was made to coincide with the reference axis C. The tool pushing speed V is 0.15 mm / second (that is, the tool pushing amount per revolution of the forging tool 10 is 0.15 mm / turn), and the tool pushing speed V moves until the forging tool reduction amount reaches the value shown in Table 1. I let you. FIG. 30 (right figure) shows the material after processing with a deep hole.
また、ストッパー２５を用いた場合の効果を確認するために、ストッパー２５を用いずに上記と同様の手順で穿設を行った。深穴を穿設した加工後の素材＃３３を図３０（左図）に示した。 Moreover, in order to confirm the effect at the time of using the stopper 25, it punched in the procedure similar to the above without using the stopper 25. FIG. FIG. 30 (left figure) shows a processed material # 33 with a deep hole drilled.
いずれの素材においても、直径約１８ｍｍの内径をもつ深さ１１ｍｍの深穴が形成された。しかし、中心軸Ｍと平行な方向への変形を全く規制せずに穿設を行った場合には、さお部に大きくそりが生じた。そりは、さお部の先端で測定すると元の素材よりも４．６ｍｍ立ち上がっており、円形部の半径方向を基準とした場合に２５°屈曲した。さらに、形成された深穴の開口端部に材料の逃げが生じ、さお部側に２ｍｍ拡径した形状となった。 In any material, a deep hole having a depth of 11 mm and an inner diameter of about 18 mm was formed. However, when drilling was performed without restricting deformation in the direction parallel to the central axis M, a large warp occurred in the crest. The sled measured 4.6 mm from the original material when measured at the tip of the crest, and was bent by 25 ° with reference to the radial direction of the circular portion. Furthermore, the escape of the material occurred at the opening end of the formed deep hole, and the diameter was increased by 2 mm toward the cage portion.
一方、ストッパー２５により、長さ方向への変形が規制された場合には、材料の逃げが抑制された。さらに、ストッパー２５により、さお部の上方への変形が規制されたため、さお部のそりは見られなかった。 On the other hand, when the deformation in the length direction was restricted by the stopper 25, the escape of the material was suppressed. Further, since the stopper 25 restricted the upward deformation of the cage portion, no warpage of the cage portion was seen.
＜実施例８−２＞
素材＃３４および＃３５に対して円形の深穴の穿設を行った。素材＃３４に対する穿設は、カウンタパンチ２３を調整リング２４から１０ｍｍ突出させた状態で金型２２’に収容し、カウンタパンチ２３および金型２２’に素材＃３４を水平に載置し、押さえ板２７は使用せず、素材＃３４の端部にストッパー２５を固定して行った。また、素材＃３５に対する穿設は、カウンタパンチ２３を調整リング２４から１０ｍｍ突出させた状態で金型２２’に収容し、カウンタパンチ２３および金型２２’に素材＃３５を水平に載置し、ストッパー２５は使用せず、素材＃３５のさお部を押さえ板２７で挟持して行った。
<Example 8-2>
Circular deep holes were drilled in materials # 34 and # 35. In the drilling of the material # 34, the counter punch 23 is protruded from the adjustment ring 24 by 10 mm and accommodated in the mold 22 ′, and the material # 34 is horizontally placed on the counter punch 23 and the mold 22 ′ and pressed. The plate 27 was not used, and the stopper 25 was fixed to the end of the material # 34. Further, in the drilling of the material # 35, the counter punch 23 is protruded from the adjustment ring 24 by 10 mm and accommodated in the mold 22 ′, and the material # 35 is placed horizontally on the counter punch 23 and the mold 22 ′. The stopper 25 was not used, and the claw portion of the material # 35 was sandwiched between the pressing plates 27.
実施例８−１と同様の手順で、深穴の穿設を行った。深穴を穿設した加工後の素材＃３４を図３１の左図に、加工後の素材＃３５を図３１の右図に、それぞれ示した。 Deep holes were drilled in the same procedure as in Example 8-1. The processed material # 34 with a deep hole drilled is shown in the left diagram of FIG. 31, and the processed material # 35 is shown in the right diagram of FIG.
また、ストッパー２５または押さえ板２７を用いた場合のそれぞれの効果を確認するために、ストッパー２５も押さえ板２７も用いずに、上記と同様の手順で素材＃３４に対して穿設を行った。深穴を穿設した加工後の素材＃３４を図３１（中央の図）に示した。 Further, in order to confirm the respective effects when the stopper 25 or the pressing plate 27 was used, the material # 34 was punched in the same procedure as described above without using the stopper 25 and the pressing plate 27. . FIG. 31 (center view) shows the processed material # 34 with a deep hole drilled.
いずれの素材においても、加工前後で円形部の外径に変化はなく、上面および下面に開口する直径約１８ｍｍの内径をもつ一対の穴が形成された。しかし、中心軸Ｍと平行な方向への変形を全く規制せずに穿設を行った場合には、円形部の径方向に対して１９°程度の大きなそりがさお部に生じた。しかし、カウンタパンチ２３を使用したことで、さお部の拘束がなくても実施例８−１に比べれば、そりは抑制された。さらに、形成された深穴の開口端部に材料の逃げが生じ、素材の長手方向においてさお部側に２ｍｍ拡径した形状となった。 In any material, there was no change in the outer diameter of the circular portion before and after processing, and a pair of holes having an inner diameter of about 18 mm opened on the upper and lower surfaces were formed. However, when drilling was performed without restricting deformation in the direction parallel to the central axis M, a large warp of about 19 ° with respect to the radial direction of the circular portion occurred in the cage portion. However, by using the counter punch 23, warpage was suppressed as compared with Example 8-1 even without restraint of the cage portion. Furthermore, the escape of the material occurred at the opening end of the formed deep hole, and the diameter was increased by 2 mm toward the cage portion in the longitudinal direction of the material.
一方、ストッパー２５により、長さ方向への変形が規制された場合には、材料の逃げが抑制された。さらに、ストッパー２５により、素材の端部の上方への変形が規制されたため、さお部のそりは見られなかった。また、押さえ板２７により中心軸Ｍと平行な方向への変形を規制した場合には、さお部のそりは見られなかった。しかし、長さ方向への変形は規制されなかったため、開口端部に逃げが生じた。したがって、ストッパー２５および押さえ板２７を併用することで、さお部を変形させることなく、開口端部で生じる材料の逃げを抑制できると推測される。 On the other hand, when the deformation in the length direction was restricted by the stopper 25, the escape of the material was suppressed. Further, since the stopper 25 restricted the upward deformation of the end portion of the material, no warpage of the crest portion was observed. Further, when deformation in the direction parallel to the central axis M was restricted by the presser plate 27, no warpage of the crest was observed. However, since deformation in the length direction was not regulated, escape occurred at the opening end. Therefore, it is presumed that the combined use of the stopper 25 and the pressing plate 27 can suppress the escape of the material generated at the opening end without deforming the cage.
＜実施例９＞
二つの素材＃３１をさお部の端面で対称になるように連結した外形を有する連結型さお付形状素材Ｗ２に対して、カウンタパンチ、金型、ストッパーおよび押さえ板を使用して深穴を穿設した。素材Ｗ２の固定方法について図３２を用いて説明する。なお、以下に説明する素材保持手段６０において、各部材の配置は既に説明した素材保持手段２０と類似するが、素材保持手段６０は素材の外形に応じた形状の部材から構成される。
<Example 9>
Deep holes using counter punches, molds, stoppers, and holding plates for connected braid-shaped material W2 having an outer shape in which two materials # 31 are connected symmetrically at the end face of the crest Was drilled. A method of fixing the material W2 will be described with reference to FIG. In the material holding means 60 described below, the arrangement of each member is similar to that of the material holding means 20 described above, but the material holding means 60 is configured by members having a shape corresponding to the outer shape of the material.
前述の通り、素材保持手段６０は、ステージ６１および金型６２を備える。素材Ｗ２は、二つの円形部Ｗ２ａおよび円形部Ｗ２ａの側面から径方向に延出し二つの円形部Ｗ２ａを連結する連結部Ｗ２ｂからなる。ステージ６１には、金型６２に収容された素材Ｗ２が載置される。 As described above, the material holding unit 60 includes the stage 61 and the mold 62. The material W2 includes two circular portions W2a and a connecting portion W2b that extends in the radial direction from the side surface of the circular portion W2a and connects the two circular portions W2a. On the stage 61, the material W2 accommodated in the mold 62 is placed.
押さえ板６７を取り付け可能な金型６２は円筒部を有し、そのキャビティは、円形部Ｗ２ａの外径に応じた直径をもつ円柱形の貫通穴の内周面と、貫通穴の一端を閉塞するステージ６１の表面と、で区画される。一方の円形部Ｗ２ａは貫通穴に収容される。金型６２の円筒部上端には、平面視で弓形に切り取られてなる段差部が形成されており、押さえ板６７は、段差部の水平面に載置され、押さえ板６７と金型６２とがボルトで固定可能である。連結部Ｗ２ｂは、円形部Ｗ２ａが収容される貫通穴の側面中央部から延出し該貫通穴と連通する断面コ字形状の溝部に収容される。溝部の内面は、連結部Ｗ２ｂの底面および両側面と当接する。また、溝部は段差部の水平面に配されるため、押さえ板６７は、連結部Ｗ２ｂの上面と当接する。したがって、一方の円形部Ｗ２ａの外周面および、押さえ板６７で抑えられた連結部Ｗ２ｂは、加工後も元の寸法が維持される。素材Ｗ２は、その円形部Ｗ２ａが収容される貫通穴において、円形部Ｗ２ａがカウンタパンチ６３に載置されることで、金型６２内で水平に保持される。本実施例では、φ１８．５ｍｍ×１０ｍｍのカウンタパンチ６３が、調整リング６４から５．５ｍｍ突出した状態とした。 The mold 62 to which the pressing plate 67 can be attached has a cylindrical portion, and its cavity closes the inner peripheral surface of a cylindrical through hole having a diameter corresponding to the outer diameter of the circular portion W2a and one end of the through hole. And the surface of the stage 61 to be partitioned. One circular portion W2a is accommodated in the through hole. At the upper end of the cylindrical portion of the mold 62, a stepped portion is formed by being cut out in a bow shape in plan view. The pressing plate 67 is placed on the horizontal surface of the stepped portion, and the pressing plate 67 and the mold 62 are connected to each other. It can be fixed with bolts. The connecting portion W2b is accommodated in a groove portion having a U-shaped cross section that extends from the center of the side surface of the through hole in which the circular portion W2a is accommodated and communicates with the through hole. The inner surface of the groove portion is in contact with the bottom surface and both side surfaces of the connecting portion W2b. Further, since the groove portion is disposed on the horizontal surface of the step portion, the pressing plate 67 contacts the upper surface of the connecting portion W2b. Therefore, the outer dimension of one circular part W2a and the connection part W2b restrained by the pressing plate 67 are maintained in their original dimensions even after processing. The material W2 is held horizontally in the mold 62 by placing the circular portion W2a on the counter punch 63 in the through hole in which the circular portion W2a is accommodated. In this embodiment, the counter punch 63 having a diameter of 18.5 mm × 10 mm is projected from the adjustment ring 64 by 5.5 mm.
ストッパー６５は、金型６２から突き出した他方の円形部Ｗ２ａの先端部を固定し、長さ方向の寸法変化を規制する。ストッパー６５は、素材Ｗ２の端部を拘束する構造をもち、ステージ６１の凹部に嵌め込まれた状態で固定されて、長さ方向の寸法変化が規制される。 The stopper 65 fixes the tip end portion of the other circular portion W2a protruding from the mold 62 and restricts the dimensional change in the length direction. The stopper 65 has a structure that constrains the end portion of the material W2, and is fixed in a state where it is fitted in the recess of the stage 61, so that a change in dimension in the length direction is restricted.
そして、上記の揺動鍛造装置（図２）を用い、回転規制手段４０により自転を規制された鍛造工具１０を用い、鍛造工具１０を揺動角度θ＝１０°、１ｒｐｓで揺動させた。そして、金型６２に収容された素材Ｗ２を載置したステージを所定の速度で中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に沿って上方に移動させ、深穴の穿設を行った。このとき、素材、カウンタパンチ２３の中心軸を、基準軸Ｃと一致させた。工具押込速度Ｖは、０．１５ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量は０．１５ｍｍ／回）とし、鍛造工具の圧下量が６ｍｍとなるまで移動させた。さらに、他方の円形部Ｗ２ａに対しても、上記と同様の条件で穿設を行った。加工後の素材Ｗ２を図３３に示した。 Then, the forging tool 10 whose rotation was restricted by the rotation restricting means 40 was swung at a swing angle θ = 10 ° and 1 rps using the swing forging device (FIG. 2). And the stage which mounted the raw material W2 accommodated in the metal mold | die 62 was moved upward along the central axis M (reference | standard axis | shaft C) with the predetermined | prescribed speed | rate, and the deep hole was drilled. At this time, the center axis of the material and the counter punch 23 was made to coincide with the reference axis C. The tool pressing speed V was set to 0.15 mm / second (that is, the tool pressing amount per revolution of the forging tool 10 was 0.15 mm / time), and the tool pressing speed V was moved until the reduction amount of the forging tool reached 6 mm. Further, the other circular portion W2a was also drilled under the same conditions as described above. The material W2 after processing is shown in FIG.
いずれの円形部にも、底部を共通する一対の穴からなる深穴が形成された。金型６２に収容して加工したため、いずれの円形部の外径も加工前後で変化はなかった。また、ストッパー６５を使用し、長手方向の変形を規制して加工したため、両端の円形部Ｗ２ａの中心間距離は５０ｍｍで、加工前の素材Ｗ２から変化はなかった。実施例８−１および８−２等で見られた開口端部の材料の逃げも見られなかった。つまり、本発明の穿設方法によれば、コンロッドの作製が容易であることがわかった。 In each circular part, a deep hole composed of a pair of holes having a common bottom part was formed. Since it was accommodated in the mold 62 and processed, the outer diameter of any of the circular portions did not change before and after the processing. Moreover, since the stopper 65 was used and the deformation in the longitudinal direction was regulated, the distance between the centers of the circular portions W2a at both ends was 50 mm, which was not changed from the material W2 before the processing. The escape of the material at the opening end portion seen in Examples 8-1 and 8-2, etc. was not observed. That is, according to the drilling method of this invention, it turned out that preparation of a connecting rod is easy.
＜実施例１０−１＞
φ２６ｍｍ×１２ｍｍの円柱形の素材を用い、実施例１（つまり揺動あり）と同様にして深穴を穿設した。ただし、工具押込速度Ｖ：０．６ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量：０．６ｍｍ／回）、鍛造工具の圧下量：８ｍｍ（つまり底部の厚さ４ｍｍ）とした。
<Example 10-1>
Using a cylindrical material of φ26 mm × 12 mm, a deep hole was drilled in the same manner as in Example 1 (that is, with rocking). However, the tool pressing speed V: 0.6 mm / second (that is, the tool pressing amount per revolution of the forging tool 10: 0.6 mm / time), the forging tool reduction amount: 8 mm (that is, the bottom thickness 4 mm) did.
また、比較例として、鍛造工具１０の揺動角度θを０°（つまり揺動なし）とした他は、上記と同様の条件で、上記と同じ形状の素材に深穴を穿設した。 As a comparative example, a deep hole was drilled in a material having the same shape as described above except that the swing angle θ of the forging tool 10 was set to 0 ° (that is, no swing).
＜表面硬さの測定＞
実施例１０−１およびその比較例の加工を施した素材について、ビッカース硬さ測定を行った。ビッカース硬さ測定は、円柱の直径の位置で軸方向に切断した断面に対して、ビッカース硬さ計を用いて測定荷重２００ｇｆで行った。硬さ測定は、底部および該底部から立ち上がる壁部（開口部に近い上部および底部に近い下部）に対し、図３４の矢印に沿って、深穴の表面から外側に向かって間隔を隔てて行った。測定結果を図３４のグラフに示した。
<Measurement of surface hardness>
About the raw material which gave the process of Example 10-1 and its comparative example, the Vickers hardness measurement was performed. The Vickers hardness measurement was performed with a measurement load of 200 gf using a Vickers hardness meter on a cross section cut in the axial direction at the position of the diameter of the cylinder. Hardness measurement is performed at intervals from the surface of the deep hole toward the outside along the arrows in FIG. 34 with respect to the bottom and the wall rising from the bottom (upper part near the opening and lower part near the bottom). It was. The measurement results are shown in the graph of FIG.
鍛造工具を揺動させて穿設を行った場合（実施例１０−１）では、底部も壁部も、深穴の表面から外側に向かうにつれて、素材の元々の表面硬さに次第に近付くことがわかった。しかし、揺動させずに穿設を行った場合には、底部および壁部の下部は、全体的に硬化した。つまり、本発明の穿設方法により形成された深穴は、穴表面が硬化するものの、深穴の周辺部の硬さは、加工前の素材に近いことがわかった。 When drilling is performed by swinging the forging tool (Example 10-1), both the bottom and the wall gradually approach the original surface hardness of the material as it goes outward from the surface of the deep hole. all right. However, when drilling was performed without rocking, the bottom and the lower part of the wall were entirely cured. That is, it was found that the deep hole formed by the drilling method of the present invention hardens the surface of the hole, but the hardness of the periphery of the deep hole is close to the material before processing.
＜実施例１０−２＞
φ２６ｍｍ×１２ｍｍの円柱形の素材を用い、実施例４（つまり揺動あり）と同様にして深穴の穿設を行った。ただし、工具押込速度Ｖ：０．６ｍｍ／秒（つまり鍛造工具１０の公転一回当たりの工具押込量：０．６ｍｍ／回）、鍛造工具の圧下量：８ｍｍ（つまり底部の厚さ４ｍｍ）とした。
<Example 10-2>
Using a cylindrical material of φ26 mm × 12 mm, a deep hole was drilled in the same manner as in Example 4 (that is, with rocking). However, the tool pressing speed V: 0.6 mm / second (that is, the tool pressing amount per revolution of the forging tool 10: 0.6 mm / time), the forging tool reduction amount: 8 mm (that is, the bottom thickness 4 mm) did.
また、比較例として、鍛造工具１０の揺動角度θを０°（つまり揺動なし）とした他は、上記と同様の条件で、上記と同じ形状の素材に深穴を穿設した。 As a comparative example, a deep hole was drilled in a material having the same shape as described above except that the swing angle θ of the forging tool 10 was set to 0 ° (that is, no swing).
＜表面硬さの測定＞
前述と同様の方法により、実施例１０−２およびその比較例の加工を施した素材について、ビッカース硬さを測定した。硬さ測定は、底部および該底部から立ち上がる壁部（高さ方向の中央部）に対し、図３５の矢印に沿って、深穴の表面から外側に向かって間隔を隔てて行った。測定結果を図３５のグラフに示した。
<Measurement of surface hardness>
By the same method as described above, Vickers hardness was measured for the materials processed in Example 10-2 and the comparative example. The hardness measurement was performed at intervals from the surface of the deep hole toward the outside along the arrow in FIG. 35 with respect to the bottom portion and the wall portion (center portion in the height direction) rising from the bottom portion. The measurement results are shown in the graph of FIG.
鍛造工具を揺動させて穿設を行った場合（実施例１０−２）では、底部も壁部も、深穴の表面から外側に向かうにつれて、素材の元々の表面硬さに次第に近付くことがわかった。しかし、揺動させずに穿設を行った場合には、底部が全体的に硬化した。つまり、本発明の穿設方法により形成された深穴は、穴表面が硬化するものの、深穴の周辺部の硬さは、加工前の素材に近いことがわかった。 When drilling is performed by swinging the forging tool (Example 10-2), both the bottom part and the wall part gradually approach the original surface hardness of the material as it goes outward from the surface of the deep hole. all right. However, when drilling was performed without rocking, the bottom part was completely cured. That is, it was found that the deep hole formed by the drilling method of the present invention hardens the surface of the hole, but the hardness of the periphery of the deep hole is close to the material before processing.
以上の深穴の性状は、本発明の穿設方法による成形品に特有であり、前述した穴表面に僅かに残される工具一回毎の螺旋状の筋模様と併せて、従来の加工様式では見られない。 The properties of the deep holes described above are unique to the molded product by the drilling method of the present invention. In addition to the above-mentioned spiral streaks for each tool slightly remaining on the hole surface, can not see.
Claims (14)
前記鍛造工具を前記工具軸に対する回転を規制しつつ揺動させて前記素材の表面の一部を該鍛造工具の端面により押圧する工具揺動工程と、
前記工具揺動工程と協調して、前記基準軸と前記工具軸とが交差する揺動点を該基準軸を固定した状態で該基準軸に沿って相対移動させる工具送り工程と、
を含み、前記素材に深穴を穿設することを特徴とする穿設方法。 Using a swing forging method that forms the material by swinging the tool axis of the forging tool inclined with respect to the reference axis,
A tool swinging step of swinging the forging tool while restricting rotation with respect to the tool axis and pressing a part of the surface of the material with an end face of the forging tool;
In cooperation with the tool swinging step, a tool feed step of relatively moving a swing point where the reference axis intersects the tool axis along the reference axis with the reference axis fixed.
And drilling a deep hole in the material.
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