JP2014000591A - 熱間鍛造装置及び熱間鍛造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱した金型が有する熱が治具に伝わるのを少なく抑えることができ、高精度の鍛造加工が可能な熱間鍛造装置及び熱間鍛造方法を提供する。
【解決手段】ボルスタ２と、昇降してボルスタ２に接近離間するスライド３と、ヒータ１６により加熱される下金型４及び上金型５と、これらの金型４，５をボルスタ２及びスライド３にそれぞれ保持させる上下の治具１１，１３を備え、金型４，５をヒータ１６により加熱する段階では、金型４，５と治具１１，１３との間に断熱空間Ｓを形成し、金型４，５のヒータ１６による加熱後における加工段階では、金型４，５と治具１１，１３との間の断熱空間Ｓをなくす断熱機構２０を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの変形抵抗を減少させるために高温に加熱して成形する熱間鍛造（温間鍛造も含む）に用いられる熱間鍛造装置及び熱間鍛造方法に関するものである。

従来、上記した熱間鍛造装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。
この熱間鍛造装置は、相対的に接近離間する上下のベース部と、加熱手段を具備して上下のベース部にホルダを介してそれぞれ支持される上下の金型を備えており、ベース部とホルダとの間、及び、ホルダと金型との間に断熱板をそれぞれ介在させることで、上下の金型の各加熱手段で生じる熱がホルダやベース部へ伝わるのを防ぐようにしている。

特開2002-086236号公報

ところが、上記した従来における熱間鍛造装置では、ベース部とホルダとの間、及び、ホルダと金型との間に断熱板をそれぞれ介在させているので、金型に配置された加熱手段で発生する熱がホルダやベース部側に伝わるのを少なく抑えることができるものの、鍛造加工時における荷重で断熱板が変形する可能性がないとは言えず、その結果、高い精度の鍛造加工を行うことができないという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたもので、加熱された金型の熱がこの金型を支持する治具などの支持部材側に伝わるのを少なく抑えることができるのは勿論のこと、高精度の鍛造加工が可能である熱間鍛造装置及び熱間鍛造方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、相対的に上下動して接近離間する上下のベース部と、加熱手段により加熱される上下の金型と、前記上下の金型を前記上下のベース部にそれぞれ保持させる上下の治具を備えた熱間鍛造装置において、前記上下の金型を前記加熱手段により加熱する段階では、前記金型及び前記ベース部のうちのいずれか一方と前記治具との間に断熱空間を形成し、前記上下の金型の前記加熱手段による加熱後における加工段階では、前記金型及び前記ベース部のうちのいずれか一方と前記治具との間の前記断熱空間をなくす断熱機構を設けた構成としたことを特徴としており、この熱間鍛造装置を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の請求項２に係る熱間鍛造装置において、前記断熱機構は、前記上下の金型を前記加熱手段により加熱する段階において、前記金型と前記治具との間に断熱空間を形成し、前記上下の金型の前記加熱手段による加熱後における加工段階では、前記金型と前記治具との間の前記断熱空間をなくす構成としている。

本発明の請求項３に係る熱間鍛造装置において、前記上下の金型は、前記加熱手段であるヒータを装着している構成としている。

一方、本発明の請求項４に係る熱間鍛造方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の熱間鍛造装置を用いて熱間鍛造を行うに際して、前記断熱機構により前記金型及び前記ベース部のうちのいずれか一方と前記治具との間に断熱空間を形成し、前記金型及び前記ベース部のうちのいずれか一方と前記治具との間に前記断熱空間が形成されている間に前記金型を加熱手段により加熱した後、前記断熱機構により前記金型及び前記ベース部のうちのいずれか一方と前記治具との間の前記断熱空間をなくすと共に、前記上下のベース部を相対的に接近させて前記上下の金型を型締めして鍛造加工を行う構成としている。

本発明に係る熱間鍛造装置及び熱間鍛造方法において、断熱機構には、上下のベース部の相対的な動作を利用するものや、上下のベース部の動作とは別の駆動源を用いるものが採用され、断熱機構により断熱空間を形成する構成のもののほか、予め形成した断熱空間を埋める構成のものも含む。
断熱機構として、上下のベース部の相対的な動作を利用する場合には、例えば、コイルばねやリンクを構成要素として用いることができ、上下のベース部の動作とは別の駆動源を用いる場合には、例えば、シリンダやモータを構成要素として採用し得る。

本発明に係る熱間鍛造装置及び熱間鍛造方法では、金型の加熱時において、断熱機構によって金型及びベース部のうちのいずれか一方と治具との間に断熱空間を形成するようにしているので、加熱手段によって加熱された金型の熱が治具やベース部側に伝わるのを少なく抑え得ることとなる。

この際、金型からの熱の伝導を断熱空間によって遮断するようにしているので、金型と治具との間に断熱板を介在させていた従来の熱間鍛造装置と比較して、鍛造加工時における断熱板の変形を考慮する必要がなく、その分だけ、高精度での鍛造加工を行い得ることとなる。

また、本発明に係る熱間鍛造装置では、断熱機構によって金型と治具との間に断熱空間を形成するように成せば、加熱手段によって金型だけを加熱すればよく、したがって、温度制御が容易になるのに加えて、加熱手段の出力が小さくて済むこと及び加熱に要する時間が短くて済むことによるコスト面での効果が期待できる。

さらに、本発明に係る熱間鍛造装置において、加熱手段であるヒータを上下の金型に装着する、例えば、上下の金型が円柱形状を成す場合には各外周面に装着するように成せば温度制御がより一層容易になるうえ、より一層の低コスト化が図られることとなる。

本発明に係る熱間鍛造装置では、上記した構成としたから、加熱した金型の熱が治具などの金型支持部材側に伝わるのを少なく抑えることができるのは言うまでもなく、高精度の鍛造加工が可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明に係る熱間鍛造装置の一実施形態を部分的に示す金型加熱時における型開き状態の簡略断面説明図（ａ）及び加工時における型締め状態の簡略断面説明図（ｂ）である。 図１に示した熱間鍛造装置のダイセットの金型加熱時における型開き状態の断面説明図（ａ）及び加工時における型締め状態の断面説明図（ｂ）である。 本発明の他の実施形態に係る熱間鍛造装置のダイセットの金型加熱時における型開き状態の説明図（ａ）及び金型加熱後の加工直前における型開き状態の説明図（ｂ）である。 本発明のさらに他の実施形態に係る熱間鍛造装置のダイセットの金型加熱時における型開き状態の説明図（ａ）及び加工時における型締め状態の説明図（ｂ）である。 本発明のさらに他の実施形態に係る熱間鍛造装置のダイセットの型締め状態の説明図（ａ），金型加熱時における型開き状態の説明図（ｂ）及び加工直前における型開き状態の説明図（ｃ）である。 本発明のさらに他の実施形態に係る熱間鍛造装置のダイセットの金型加熱時における型開き状態の斜視説明図（ａ）及び加工直前における型開き状態の斜視説明図（ｂ）である。 本発明のさらに他の実施形態に係る熱間鍛造装置を部分的に示す金型加熱時における下金型側の簡略断面説明図である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明に係る熱間鍛造装置の一実施形態を示している。

図１に示すように、この熱間鍛造装置１は、下ベース部であるボルスタ２と、このボルスタ２の上方位置で昇降してボルスタ２に接近離間する上ベース部であるスライド３と、ボルスタ２側に保持される下金型４と、スライド３側に保持される上金型５と、ボルスタ２及びスライド３の間に配置したダイセット１０を備えており、金型４，５はいずれも加熱手段としてのヒータ１６を各々の外側の面にそれぞれ装着している。

ダイセット１０は、ボルスタ２に固定されて下金型４を保持する下治具１１と、スライド３に固定されて上金型５を保持する上治具１３を具備しており、図２に示すように、上治具１３は、両治具１１，１３間に配置したガイドポスト１５に案内されてスライド３とともに昇降するようになっている。

この場合、ダイセット１０には、図２（ａ）に示す加工前の型開き状態において、金型４，５と治具１１，１３との間に断熱空間Ｓを形成する断熱機構２０が設けてある。
この断熱機構２０は、金型押さえ１２（１４）を介して金型４（５）を固定した金型固定板２１と、この金型固定板２１と治具１１（１３）との間に配置されて、両者間に断熱空間Ｓを形成するコイルばね２２を具備しており、このダイセット１０の下部では、下金型４を固定した金型固定板２１をコイルばね２２の弾性力によって下治具１１から上方に離間させて断熱空間Ｓを形成し、一方、ダイセット１０の上部では、上金型５を固定した金型固定板２１をコイルばね２２により押し下げて断熱空間Ｓを形成するようになっている。

そして、断熱機構２０の金型４（５）を固定した金型固定板２１は、その中央部分に形成した貫通孔２１ａを治具１１（１３）に固定したガイドピン１７に嵌合することで、このガイドピン１７に案内されて上下方向に移動するようになっており、この金型固定板２１は、図２（ｂ）に示す加工時における型締め状態において、スライド３からのプレス力によってコイルばね２２を圧縮させつつ治具１１（１３）に当接して、断熱空間Ｓをなくすようになっている。

上記した熱間鍛造装置１を用いて熱間鍛造を行うに際しては、まず、スライド３を上昇させて図２（ａ）に示す加工前の型開き状態にする。この状態において、ダイセット１０の下部では、下金型４を固定した金型固定板２１が断熱機構２０のコイルばね２２の弾性力で上方に持ち上げられて、下治具１１との間に断熱空間Ｓが形成され、一方、ダイセット１０の上部では、上金型５を固定した金型固定板２１が断熱機構２０のコイルばね２２により押し下げられて、上治具１３との間に断熱空間Ｓが形成される。

そして、このように、金型固定板２１と下治具１１との間及び金型固定板２１と上治具１３との間に断熱空間Ｓがそれぞれ形成されている間に、ヒータ１６によって金型４，５をそれぞれ加熱する。

次いで、別途加熱されて搬送されるワークＷの温度低下を抑制したり潤滑被膜を形成したりするのに必要な温度に金型４，５が加熱された段階においてスライド３を下降させると、上金型５を固定した金型固定板２１が、スライド３からのプレス力によってガイドピン１７に案内されて下方向に移動し、図２（ｂ）に示す型締め状態では、下金型４を固定した金型固定板２１及び上金型５を固定した金型固定板２１がコイルばね２２を圧縮させつつ治具１１，１３にそれぞれ当接するので、金型固定板２１と治具１１，１３との間の断熱空間Ｓがなくなった状態で鍛造加工が成されることとなる。なお、上金型５を固定した金型固定板２１の下方向への移動は、ガイドポスト１５に案内される場合や、ガイドポスト１５及びガイドピン１７の双方に案内される場合もある。

上記した熱間鍛造装置１では、加工前の金型４，５の加熱時における型開き状態において、断熱機構２０によって金型４，５と治具１１，１３との間に断熱空間Ｓを形成するようにしているので、ヒータ１６によって加熱された金型４，５の熱が治具１１，１３側に伝わるのを少なく抑え得ることとなり、このように、金型４，５から治具１１，１３への熱の伝導をいずれも断熱空間Ｓによって遮断するようにしているので、金型と治具との間に断熱板を介在させていた従来の熱間鍛造装置と比べて、鍛造加工時における断熱板の変形を考慮する必要がない分だけ、高精度での鍛造加工を行い得ることとなる。

また、上記した熱間鍛造装置１では、断熱機構２０により金型４，５と治具１１，１３との間に断熱空間Ｓを形成するようにしているので、ヒータ１６によって金型４，５だけを加熱すればよいこととなり、したがって、温度制御が容易になるのに加えて、ヒータ１６の出力が小さくて済むこと及び加熱に要する時間が短くて済むことによるコスト面での効果が期待できる。

さらに、上記した熱間鍛造装置１では、金型４，５に加熱手段であるヒータ１６を各々の外側の面にそれぞれ装着するようにしているので、温度制御がより一層容易になるうえ、より一層の低コスト化が図られることとなる。

図３は、本発明の他の実施形態に係る熱間鍛造装置の断熱機構を示している。
図３に示すように、この断熱機構３０は、金型押さえ１２（１４）を介して金型４（５）を固定した金型固定板３１と、治具１１（１３）に固定したシリンダ３２を具備しており、このシリンダ３２のシリンダロッド３２ａの先端は、ブロック３３及びプレート３４を介して金型固定板３１に連結してある。

この断熱機構３０では、図３（ａ）に示すように、金型４（５）を囲むようにして装着されたヒータ１６による金型加熱状態において、シリンダ３２のロッド押出し動作で金型固定板３１と治具１１（１３）との間に断熱空間Ｓを形成し、図３（ｂ）に示す加工時（型締め開始状態）において、シリンダ３２のロッド引き込み動作で金型固定板３１を治具１１（１３）に当接させて、断熱空間Ｓをなくすようになっている。

このように、上記断熱機構３０では、加工前の金型４，５の加熱時における型開き状態において、シリンダ３２のロッド押出し動作で金型４，５と治具１１，１３との間に断熱空間Ｓを形成すると共に、ロッド引き込み動作でこの断熱空間Ｓをなくすようにしているので、金型４（５）を固定した金型固定板３１の動作が安定したものとなる。

図４は、本発明のさらに他の実施形態に係る熱間鍛造装置の断熱機構を示している。
図４に示すように、この断熱機構４０は、金型押さえ１２（１４）を介して金型４（５）を固定した金型固定板４１と、基端部が金型固定板４１に固定され且つ先端部にピン４４が配置されたピン支持プレート４３と、互いに対向する上下のピン支持プレート４３の各先端部間に配置された連結プレート４６を具備しており、上下のピン支持プレート４３は、各々のピン４４，４４を連結プレート４６に形成した上下方向に並ぶ長孔４５，４５にそれぞれ摺動可能に嵌め込むことで連結されている。

この断熱機構４０では、図４（ａ）に示すように、金型４（５）を囲むようにして装着されたヒータ１６による金型加熱時における型開き状態において、上下のピン支持プレート４３の各ピン４４，４４を連結プレート４６の長孔４５，４５の互いに離れた端部に位置させて、上下の金型固定板４１をストッパ４２に当接するまでそれぞれ移動させることで、金型固定板４１と治具１１（１３）との間に断熱空間Ｓを形成し、図４（ｂ）に示す加工時における型締め状態において、上下のピン支持プレート４３の各ピン４４，４４を連結プレート４６の長孔４５，４５の互いに近い端部に位置させて、上下の金型固定板４１を治具１１（１３）にそれぞれ当接させることで、断熱空間Ｓをなくすようになっている。

このように、上記断熱機構４０では、加工前の金型４，５の加熱時における型開き状態において、上下のピン支持プレート４３及び連結プレート４６により金型４，５と治具１１，１３との間に断熱空間Ｓを形成すると共に、加工時における型締め動作でこの断熱空間Ｓをなくすようにしているので、金型４（５）を固定した金型固定板４１を簡単な構造で動作させることができる。

図５は、本発明のさらに他の実施形態に係る熱間鍛造装置の断熱機構を示している。
図５に示すように、この断熱機構５０は、下金型４を固定した下金型固定板５１と、カム５２が形成された下端部が下金型固定板５１に軸支されて互いに交差して配置される一対のリンク５４と、基端部が上治具１３に固定されて図示しないピンをスライド自在に支持する上下方向のピン支持プレート５８を具備しており、このピン支持プレート５８のピンを一対のリンク５４の各交差部分にそれぞれ形成された長孔５５に挿通させることで、型締め型開きに同期して一対のリンク５４を傾倒起立させることができるようになっている。

また、この断熱機構５０は、上金型５を固定した上金型固定板５７と、カム５６が形成された基端部が上金型固定板５７に軸５６ａを介して支持された一対のレバー５９を具備しており、この一対のレバー５９を一対のリンク５４の各円弧状先端部とそれぞれ摺接させることで、一対のレバー５９を一対のリンク５４の傾倒起立動作に応じて軸５６ａ周りにそれぞれ同期回動させることができるようになっている。

この断熱機構５０では、図５（ａ）に示す（加工時における）型締め状態から図５（ｂ）に示すヒータ１６による金型加熱時における型開き状態に移行させることに伴って、一対のリンク５４を起立させることで、一対のリンク５４の各カム５２で下治具１１を押圧して、下金型固定板５１と下治具１１との間に断熱空間Ｓを形成し、一方、一対のリンク５４を起立させることに伴って、一対のレバー５９を回動させて寝かせた状態とすることで、一対のレバー５９の各カム５６で上治具１３を押圧して、上金型固定板５７と上治具３１との間に断熱空間Ｓを形成するようになっている。

そして、この断熱機構５０では、金型４，５の加熱後において、図５（ｃ）に示すように、ピン支持プレート５８のピンのスライド範囲を規制していたストッパ５８ａを解除することで、一対のレバー５９から一対のリンク５４を離間させて下金型固定板５１を治具１１に当接させた後、図５（ａ）に示す加工時における型締め状態とするべく、スライド３からのプレス力によって上金型固定板５７を治具１３に当接させることで、上下の断熱空間Ｓをなくすようになっている。

このように、上記断熱機構５０では、カム５２を有する一対のリンク５４及びカム５６を有する一対のレバー５９によって、金型４，５と治具１１，１３との間に断熱空間Ｓを形成したりなくしたりするようにしているので、金型４，５を固定した金型固定板５１，５７の動作が安定したものとなる。

図６は、本発明のさらに他の実施形態に係る熱間鍛造装置の断熱機構を示している。
図６に示すように、この断熱機構６０は、ボルスタ２（スライド３）側に固定したシリンダ６１と、このシリンダ６１のシリンダロッド６１ａの先端にブロック６２を介して連結したスペーサ６３を具備しており、金型４（５）を固定した金型固定板２１と治具１１（１３）との間に予め断熱空間Ｓが形成されたダイセットに適用される。

すなわち、この断熱機構６０において、図６（ａ）に示すように、金型４（５）を囲むようにして装着されたヒータ１６による金型加熱時における型開き状態では、シリンダロッド６１ａを引き込んだ状態でシリンダ６１を待機させ、図６（ｂ）に示す加工前の型開き状態において、金型固定板２１と治具１１（１３）との間に予め形成された断熱空間Ｓに対して、シリンダ６１のロッド押出し動作でスペーサ６３を挿入することで、断熱空間Ｓをなくすようになっている。
なお、加工時における型締め状態では、ブロック６２からスペーサ６３が円滑に離間するようになっている。

この断熱機構６０では、金型加熱時において断熱空間Ｓを確保することができるので、金型４，５の熱が治具１１，１３側に伝わるのを確実に少なく抑え得ることとなる。

上記した実施形態では、加熱手段としてのヒータ１６が、金型４，５の各外側の面にそれぞれ装着されている構成としているが、これに限定されるものではなく、加熱手段としてのヒータ１６が、金型４，５のそれぞれに内蔵されている構成としてもよい。

また、本発明に係る熱間鍛造装置及び熱間鍛造方法の構成は、上記した実施形態に係る熱間鍛造装置及び熱間鍛造方法の構成に限定されるものではなく、他の構成として、例えば、図７に部分的に示すように、熱間鍛造装置１Ａの金型４Ａを下治具１１Ａに内蔵したヒータ１６により加熱する段階において、ボルスタ２と下治具１１Ａとの間に断熱空間Ｓを形成し、加熱後における加工段階において、ボルスタ２と下治具１１Ａとの間の断熱空間Ｓをなくすようにしてもよい。

１，１Ａ 熱間鍛造装置
２ ボルスタ（下ベース部）
３ スライド（上ベース部）
４，４Ａ 下金型
５ 上金型
１１，１１Ａ 下治具
１３ 上治具
１６ ヒータ（加熱手段）
２０，３０，４０，５０，６０ 断熱機構
Ｓ 断熱空間

Claims (4)

1. 相対的に上下動して接近離間する上下のベース部と、
   加熱手段により加熱される上下の金型と、
   前記上下の金型を前記上下のベース部にそれぞれ保持させる上下の治具を備えた熱間鍛造装置において、
   前記上下の金型を前記加熱手段により加熱する段階では、前記金型及び前記ベース部のうちのいずれか一方と前記治具との間に断熱空間を形成し、前記上下の金型の前記加熱手段による加熱後における加工段階では、前記金型及び前記ベース部のうちのいずれか一方と前記治具との間の前記断熱空間をなくす断熱機構を設けた
   ことを特徴とする熱間鍛造装置。
2. 前記断熱機構は、前記上下の金型を前記加熱手段により加熱する段階において、前記金型と前記治具との間に断熱空間を形成し、前記上下の金型の前記加熱手段による加熱後における加工段階では、前記金型と前記治具との間の前記断熱空間をなくす請求項１に記載の熱間鍛造装置。
3. 前記上下の金型は、前記加熱手段であるヒータを装着している請求項１又は２に記載の熱間鍛造装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の熱間鍛造装置を用いて熱間鍛造を行うに際して、
   前記断熱機構により前記金型及び前記ベース部のうちのいずれか一方と前記治具との間に断熱空間を形成し、
   前記金型及び前記ベース部のうちのいずれか一方と前記治具との間に前記断熱空間が形成されている間に前記金型を加熱手段により加熱した後、
   前記断熱機構により前記金型及び前記ベース部のうちのいずれか一方と前記治具との間の前記断熱空間をなくすと共に、前記上下のベース部を相対的に接近させて前記上下の金型を型締めして鍛造加工を行う
   ことを特徴とする熱間鍛造方法。

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