JP2017217655A - 鍛造加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】凸部高さの寸法精度に優れ、かつ軽量コンパクトな鍛造加工製品を成形できる鍛造加工装置を提供する。【解決手段】本発明は、ベース板に凸部が形成された鍛造加工製品を製造するための鍛造加工装置を対象とする。成形孔１１を有するダイス１と、成形孔１１に打ち込むパンチ２とを備える。ダイス１における成形孔１１の底面およびパンチ２の先端面のうち少なくともいずれか一方に、凸部成形凹部３２が形成される。パンチ２の先端面および成形孔１１の底面間にベース板成形部３１が形成される。パンチ２の先端部外周側面および成形孔１１の内周側面間にバリ成形部３３が形成される。成形孔１１の内周側面１３が、軸心Ｘに対し傾斜し、かつパンチ２の加圧方向に向かうに従って軸心Ｘに近付く傾斜面によって形成される。【選択図】図１Ｃ
Description
この発明は、ベース板上にフィン等の複数の凸部が形成された鍛造加工製品を製造するための鍛造加工装置、鍛造加工方法および鍛造加工製品の製造方法に関する。
ベース板の表面または裏面に多数のフィンが形成されたヒートシンクを型鍛造加工によって製作するような場合例えば、特許文献１に示すような半密閉式の鍛造加工装置（金型）が用いられる。
ヒートシンク成形用の鍛造加工装置は、ダイス（下金型）と、パンチ（上金型）とを備え、例えばダイスの成形孔の底面に、フィンを成形するための多数のフィン成形凹部が形成されている。そして鍛造素材がセットされたダイスの成形孔にパンチが打ち込まれることにより、鍛造素材が加圧されて塑性流動して、鍛造素材としての金属材料（メタル）がフィン成形凹部内に充填されてフィンが成形されるとともに、メタルがダイスの成形孔内周側面とパンチの外周側面との間のバリ成形部に充填されてバリが成形される。さらにダイスの成形孔底面とパンチの押圧面との間のベース板成形部に存在するメタルによってベース板が成形されるようになっている。
上記従来の鍛造加工において、成形加工中には分流鍛造効果によって内向きに流れるメタルと外向きに流れるメタルとに分割されて、内向きに流れるメタルが内周部のフィン成形凹部に流入する一方、外向きに流れるメタルが外周部のフィン成形凹部およびバリ成形部に流入することになる。しかしながらメタルの流れ（メタルフロー）を分析したところ、加圧初期の段階では、外向きに流れるメタルはベース板成形部からバリ成形部へとスムーズに排出されず、ベース板成形部の高さ寸法（厚さ）を薄くすることが困難であった。さらに加圧終了間際の段階では、メタルの流動量が減少して外周部のフィン成形凹部に充填されるメタル量が不足して、欠肉が発生するおそれがあった。
このように従来の鍛造加工においては、ベース板の厚みを薄くするのが困難であり、軽量でコンパクトなヒートシンクを製造できないばかりか、欠肉によりヒートシンクのフィン高さを一定に揃えることができず、高品質の鍛造加工製品（ヒートシンク）を製造できないという課題があった。
この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、フィン高さ等の凸部高さの寸法精度に優れ、かつベース板を薄くできてコンパクトで軽量な鍛造加工製品を製造することができる鍛造加工装置、鍛造加工方法および鍛造加工製品の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を備えている。
［１］ベース板に凸部が形成された鍛造加工製品を製造するための鍛造加工装置であって、
成形孔を有するダイスと、
前記成形孔に打ち込むパンチとを備え、
前記ダイスにおける成形孔の底面および前記パンチの先端面のうち少なくともいずれか一方に、凸部成形凹部が形成され、
前記パンチの先端面および前記成形孔の底面間にベース板成形部が形成され、
前記パンチの先端部外周側面および前記成形孔の内周側面間にバリ成形部が形成され、
前記成形孔の内周側面が、軸心に対し傾斜し、かつパンチの加圧方向に向かうに従って軸心に近付く傾斜面によって形成されていることを特徴とする鍛造加工装置。
成形孔を有するダイスと、
前記成形孔に打ち込むパンチとを備え、
前記ダイスにおける成形孔の底面および前記パンチの先端面のうち少なくともいずれか一方に、凸部成形凹部が形成され、
前記パンチの先端面および前記成形孔の底面間にベース板成形部が形成され、
前記パンチの先端部外周側面および前記成形孔の内周側面間にバリ成形部が形成され、
前記成形孔の内周側面が、軸心に対し傾斜し、かつパンチの加圧方向に向かうに従って軸心に近付く傾斜面によって形成されていることを特徴とする鍛造加工装置。
［２］前記成形孔の内周側面と底面との間の入隅部に面取り部が形成されている前項１に記載の鍛造加工装置。
［３］前記パンチの先端部外周面が、軸心に対し傾斜し、かつパンチの加圧方向に向かうに従って軸心に近付く傾斜面によって形成されるとともに、
前記パンチの先端部外周側面における軸心に対する傾斜角度が、前記成形孔の内周側面における軸心に対する傾斜角度以下に形成されている前項１または２に記載の鍛造加工装置。
前記パンチの先端部外周側面における軸心に対する傾斜角度が、前記成形孔の内周側面における軸心に対する傾斜角度以下に形成されている前項１または２に記載の鍛造加工装置。
［４］前記パンチの先端部外周側面と先端面との間の出隅部に面取り部が形成されている前項１〜３のいずれか１項に記載の鍛造加工装置。
［５］前記パンチの先端部外周側面と先端面との間の出隅部が、前記成形孔の内周側面と底面との間の入隅部よりも軸心に近い位置に配置されている前項１〜４のいずれか１項に記載の鍛造加工装置。
［６］前記凸部成形凹部は、ヒートシンクのフィンを成形するためのフィン成形凹部によって構成されている前項１〜５のいずれか１項に記載の鍛造加工装置。
［７］ベース板に凸部が形成された鍛造加工製品を製造するための鍛造加工方法であって、
成形孔の内周側面が、軸心に対し傾斜し、かつ成形孔の奥部に向かうに従って軸心に近付く傾斜面によって形成されたダイスの成形孔に鍛造素材をセットする工程と、
前記成形孔に打ち込んで鍛造素材を加圧する工程とを含み、
前記鍛造素材を加圧する工程においては、
前記ダイスにおける成形孔の底面および前記パンチの先端面のうち少なくともいずれか一方に形成された凸部成形凹部によって凸部を成形し、
前記パンチの先端面および前記成形孔の底面間に形成されたベース板成形部によってベース板を成形し、
前記パンチの先端部外周側面および前記成形孔の内周側面間に形成されたバリ成形部によってバリを成形するようにしたことを特徴とする鍛造加工方法。
成形孔の内周側面が、軸心に対し傾斜し、かつ成形孔の奥部に向かうに従って軸心に近付く傾斜面によって形成されたダイスの成形孔に鍛造素材をセットする工程と、
前記成形孔に打ち込んで鍛造素材を加圧する工程とを含み、
前記鍛造素材を加圧する工程においては、
前記ダイスにおける成形孔の底面および前記パンチの先端面のうち少なくともいずれか一方に形成された凸部成形凹部によって凸部を成形し、
前記パンチの先端面および前記成形孔の底面間に形成されたベース板成形部によってベース板を成形し、
前記パンチの先端部外周側面および前記成形孔の内周側面間に形成されたバリ成形部によってバリを成形するようにしたことを特徴とする鍛造加工方法。
［８］ベース板に凸部が形成された鍛造加工製品を製造するための鍛造加工製品の製造方法であって、
成形孔の内周側面が、軸心に対し傾斜し、かつ成形孔の奥部に向かうに従って軸心に近付く傾斜面によって形成されたダイスの成形孔に鍛造素材をセットする工程と、
前記成形孔に打ち込んで鍛造素材を加圧する工程とを含み、
前記鍛造素材を加圧する工程においては、
前記ダイスにおける成形孔の底面および前記パンチの先端面のうち少なくともいずれか一方に形成された凸部成形凹部によって凸部を成形し、
前記パンチの先端面および前記成形孔の底面間に形成されたベース板成形部によってベース板を成形し、
前記パンチの先端部外周側面および前記成形孔の内周側面間に形成されたバリ成形部によってバリを成形するようにしたことを特徴とする鍛造加工製品の製造方法。
成形孔の内周側面が、軸心に対し傾斜し、かつ成形孔の奥部に向かうに従って軸心に近付く傾斜面によって形成されたダイスの成形孔に鍛造素材をセットする工程と、
前記成形孔に打ち込んで鍛造素材を加圧する工程とを含み、
前記鍛造素材を加圧する工程においては、
前記ダイスにおける成形孔の底面および前記パンチの先端面のうち少なくともいずれか一方に形成された凸部成形凹部によって凸部を成形し、
前記パンチの先端面および前記成形孔の底面間に形成されたベース板成形部によってベース板を成形し、
前記パンチの先端部外周側面および前記成形孔の内周側面間に形成されたバリ成形部によってバリを成形するようにしたことを特徴とする鍛造加工製品の製造方法。
発明［１］の鍛造加工装置によれば、ダイスの成形孔内周側面をパンチの加圧方向に向かうに従って軸心に近付くような傾斜面に形成しているため、成形の進行によりパンチが降下するに従って、ベース板成形部からバリ成形部に向かう途中のバリ成形部入口の幅が次第に狭くなっていく。このため加圧初期の段階ではバリ成形部入口の幅が広いため、分流鍛造効果によって外向きに流れるメタルはバリ成形部に優先的に流動することにより、ベース板成形部の上下寸法（厚み）を所望の通り薄く形成することができる。さらに加圧終期の段階ではバリ成形部入口の幅が狭くなり、バリ成形部へのメタルの流動が抑制されるため、外周部の凸部成形凹部へもメタルが十分に充填されて全ての凸部成形凹部にメタルが十分に充填されて、欠肉が発生するのを有効に防止することができる。このように鍛造加工製品のベース板を薄く形成でき、鍛造加工製品の軽量化およびコンパクト化を図ることができるとともに、凸部の高さ精度を向上させることができて、高い品質の鍛造加工製品を製造することができる。
また成形孔内周面が傾斜面に形成されているため、鍛造素形材を成形孔から排出する際の離型性を向上させることができ、鍛造加工動作をスムーズに行うことができ、生産効率を向上させることができる。
発明［２］の鍛造加工装置によれば、ダイスにおける成形孔の入隅部に面取り部を形成しているため、成形時の応力がダイスの入隅部に集中するのを回避でき、入隅部の割れ等を有効に防止でき、金型寿命の向上、ひいては耐久性の向上を図ることができる。さらに成形中においてベース板成形部からバリ成形部へのメタルの流動をスムーズに行うことができその分、パンチ荷重を低減できて、装置自体の小型コンパクト化を図ることができる。
発明［３］の鍛造加工装置によれば、パンチの先端部外周側面を加圧方向に向かうに従って軸心に近付くような傾斜面に形成しているため、パンチを鍛造素形材から離間させる際の離型性を向上させることができ、鍛造加工動作を一層スムーズに行うことができ、生産効率を一層向上させることができる。
発明［４］の鍛造加工装置によれば、パンチの出隅部に面取り部を形成しているため、成形時の応力がパンチの出隅部に集中するのを回避でき、出隅部の割れ等を有効に防止でき、金型寿命の向上、ひいては耐久性の向上をより一層確実に図ることができる。さらに成形中においてベース板成形部からバリ成形部へのメタルの流動をより一層スムーズに行うことができその分、パンチ荷重を低減できて、装置自体の小型コンパクト化をより一層確実に図ることができる。
発明［５］の鍛造加工装置によれば、パンチの出隅部が成形孔の入隅部よりも内側に配置されているため、パンチの出隅部が成形孔の内周側面に接触するような不具合をより確実に防止でき、その接触による金型の破損等もより確実に防止することができる。
発明［６］の鍛造加工装置によれば、ベース板にフィンが形成されたヒートシンクを製造することができる。
発明［７］の鍛造加工方法によれば、上記と同様に、軽量化およびコンパクト化が図られ、かつ凸部の高さ精度に優れた高い品質の鍛造加工製品を製造することができる。
発明［８］の鍛造加工製品の製造方法によれば、上記と同様に、軽量化およびコンパクト化が図られ、かつ凸部の高さ精度に優れた高い品質の鍛造加工製品を製造することができる。
図１Ａ〜図１Ｅはこの発明の第１実施形態である鍛造加工装置の金型の片側半分を示す断面図である。本実施形態においてはこれらの図に示す鍛造加工装置を用いて、鍛造素材Ｗに対し半密閉方式での型鍛造加工を行って鍛造加工製品としてのヒートシンクを成形するものである。
図２は実施形態の鍛造加工装置によって製造されたヒートシンク９の一例を示す斜視図である。同図に示すようにこのヒートシンク９は、矩形状のベース板９１と、そのベース板９１の一面に一体に形成された多数のフィン（ピンフィン）９２とを備えている。
図１Ａ〜図１Ｅに示すように本実施形態の鍛造加工装置は、ダイス（下金型）１と、パンチ（上金型）２とを備えている。
ダイス１には、その上面側に下方に凹陥形成された成形孔１１が設けられている。この成形孔１１の底面には、凸部としてのフィン９２を成形するためフィン成形凹部３２が多数形成されている。
またダイス１の内周側面１３は、軸心Ｘに対し傾斜し、かつパンチ２による加圧方向（下方向）に向かうに従って、換言すると成形孔１１の奥部に向かうに従って軸心Ｘに次第に近付く傾斜面に形成されている。図１Ａに示すように本実施形態において、成形孔内周側面１３における軸心Ｘに対する傾斜角度αは０．１°〜２０°に設定されている。
なお本実施形態において、成形孔内周側面１３は断面直線状に形成されているが、必ずしも断面直線状に形成する必要はなく、少し曲成した断面円弧状や、少し折れ曲がった断面折れ線状等に形成するようにしても良く、その場合も本発明に含まれる。
本実施形態においては、ダイス１における成形孔内周側面１３の下端外周縁部が、換言すると、成形孔１１の底面と内周側面１３とのコーナー部全周が、入隅部１４を形成している。
パンチ２はダイス１に対し軸心が一致するように配置されており、上下方向に昇降駆動自在に構成されており、パンチ２の先端部がダイス１の成形孔１１内に所定の荷重で打ち込まれるように構成されている。
なお本実施形態においてパンチ２の先端部とは、パンチ２をダイス１に打ち込んだ際に成形孔１１内に収容される部分である。
本実施形態においては、パンチ２における先端面外周縁部が、換言すればパンチ２の先端面と外周側面２３との間のコーナー部全周が、出隅部２４を形成している。
本実施形態の構成の鍛造加工装置においては図１Ｂおよび図１Ｃ等に示すようにパンチ２をダイス１に打ち込んだ際に、ダイス１における成形孔１１の底面とパンチ２の先端面（加圧面）との間によって、ヒートシンク９のベース板９１を成形するためのベース板成形部３１が形成されるとともに、ダイス１における成形孔１１の内周側面１３とパンチ２の外周側面２３との間によって、バリを成形するためのバリ成形部３３が形成されるようになっている。このバリ成形部３３は外部に開放されている。
また本実施形態においてはパンチ２の先端面外周縁部（出隅部）２４と成形孔１１の内周側面１３との間によってバリ成形部入口３４が形成されている。図１Ｂおよび図１Ｃに示すように本実施形態においてこのバリ成形部入口３４の幅Ｔは、パンチ２の出隅部２４と成形孔内周側面との間の水平寸法に相当するものである。
以上の構成の鍛造加工装置を用いて鍛造加工を行う場合には、図１Ａに示すようにダイス１の成形孔１１内に鍛造素材Ｗを投入する。
鍛造素材Ｗとしては、アルミニウム合金製や銅合金製のものが好適に用いられる。本実施形態においては、鍛造素材Ｗとして板材を使用している。この板材は例えば、圧延材からトリミングや機械加工によって切り出して製作するようにしても良いし、フラットバー状の押出形材を切断したり、角形状の連続鋳造棒を切断して製作するようにしても良い。言うまでもなく鍛造素材Ｗは、ダイス１の成形孔１１内に収容できる大きさや形状に形成されている。
投入する鍛造素材Ｗは必要に応じて潤滑処理を行って４００℃〜６００℃程度に加熱するとともに、ダイス１やパンチ２等の金型も必要に応じて潤滑処理を行って加熱しておく。言うまでもなく冷間鍛造の場合には、鍛造素材Ｗや金型の加熱は行わない。
鍛造素材Ｗを投入して成形孔１１にセットした後は、パンチ２を降下させて鍛造素材Ｗを加圧する。パンチ２により鍛造素材Ｗに対する加圧を開始した直後の状態においては図１Ｂに示すように、鍛造素材Ｗを構成する金属材料（メタル）は分流鍛造効果によって中央（内径方向）に向けて流動するメタルと、外側（外径方向）に向けて流動するメタルとに分割される。このうち中央に向かうメタルによって、中央部のフィン成形凹部３２が十分に充填される。一方、成形孔内周側面１３は傾斜面に形成されているため、加圧開始直後におけるパンチ２の先端部が成形孔１１に完全に打ち込まれていない段階では、パンチ２の出隅部２４と成形孔内周側面１３との間のバリ成形入口部３４の幅Ｔが十分に広くなっている。このため外側に向かうメタルの多くのメタルはバリ成形部３３にスムーズに流動していき、パンチ先端面と成形孔底面との間のベース板成形部３１からバリ成形部３３へのメタルの排出が効率良く行われ、ベース板成形部３１の上下寸法を十分に小さく形成することができる。
このように加圧初期段階では、外側に向かうメタルは、バリ成形部３３に積極的に流動していくため、外側のフィン成形凹部３２へのメタルの充填量は、中央部のフィン成形凹部３２のメタル充填量に比べて少なくなっている。
ところが成形が進行していくとパンチ２の降下に伴って、パンチ２の出隅部２４と成形孔内周側面１３との間のバリ成形部入口３４の幅Ｔが次第に狭まっていき、加圧が完了する直前の状態においては図１Ｃに示すように、外側に向かうメタルはバリ成形部３３への流入が抑制されて、外側のフィン成形凹部３２への流入が促進されることになる。こうして外側のフィン成形凹部３２にも十分なメタルが充填されて、中央部および外側の全てのフィン成形凹部３２に十分にメタルが充填されて、ヒートシンク用の鍛造素形材が成形される。
なお本発明においては、フィン成形凹部３２の底面部を移動自在な背圧ピンによって構成しておき、フィン成形凹部３２に流入するメタルに、流入方向に対し反対方向の抵抗（背圧）を付与するようにした背圧鍛造を採用するようにしても良い。
一方図１Ｄに示すように、パンチ２による加圧が完了すると（成形が完了すると）、パンチ２が上昇して初期の位置に戻った後、図１Ｅに示すようにノックアウトピン（図示省略）によって鍛造素形材が成形孔１１から上方に突き上げられて排出される。
こうして成形された鍛造素形材はトリム処理によってバリが除去される。その後必要に応じて機械加工や、洗浄が行われて、図２に示すように鍛造加工製品としてのヒートシンク９に仕上げられる。
以上のように本実施形態の鍛造加工装置によれば、ダイス１の成形孔内周側面１３を上方に向かうに従って拡がるような傾斜面に形成しているため、成形の進行によりパンチ２が降下するに従って、ベース板成形部３１からバリ成形部３３に向かう途中のバリ成形部入口３４の幅Ｔが次第に狭くなっていく。このため加圧初期の段階ではメタルが中央部のフィン成形凹部３２およびバリ成形部３３に優先的に流動することによって、ベース板成形部３１の上下寸法（厚み）を所望の通り薄く形成することができる。また成形終期の段階ではバリ成形部入口３４の幅Ｔが狭くなり、バリ成形部３３へのメタルの流動が抑制される。このため外周部のフィン成形凹部３２へもメタルが十分に充填されて全てのフィン成形凹部３２にメタルが十分に充填されて、欠肉が発生するのを有効に防止することができる。
従って鍛造加工製品としてのヒートシンク９の全てのフィン高さを精度良く一致させることができ、高い品質の鍛造加工製品を製造することができる。
さらにベース板成形部３１の厚みを薄くできるため、鍛造加工製品としてのヒートシンク９のベース板９１を薄く形成でき、ヒートシンク９の軽量化およびコンパクト化を図ることができる。
また本実施形態においては、ダイス１における成形孔内周側面１３が傾斜面によって形成されているため、パンチ２による荷重（鍛造荷重）を低減することができる。
すなわち従来の鍛造加工装置においては図５Ａに示すように、ダイス１における成形孔１１の内周側面１３と、パンチ２の外周側面２３とが共に垂直面によって形成されるとともに、これらの側面１３，２３間によって構成されるバリ成形部３３の幅が上下方向の位置にかかわらず一定に形成されるため、ベース板成形部３１からバリ成形部３３に流入するメタルは、成形孔内周側面１３およびパンチ外周側面２３に面接触しつつバリ成形部３３に充填されていく。このため、バリ成形部３３を流動するメタルの流路抵抗が大きくなりその分、パンチ荷重を大きくする必要がある。その結果、プレス機を大きくする必要があり、鍛造加工装置の高重量大型化を来すおそれがある。
これに対し本実施形態においては図１Ｃに示すように、成形孔内周側面１３が傾斜面によって形成されているため、ベース板成形部３１からバリ成形部３３に流入するメタルは、パンチ２の出隅部２４に対し線接触するだけで、成形孔内周側面１３およびパンチ外周側面２３に対する面接触抵抗をほとんど受けることはない。そのためバリ成形部３３を流動するメタルの流路抵抗が小さくなりその分、パンチ荷重を低減できる。その結果、鍛造加工装置自体の小型軽量化を図ることができるとともに、プレス機の小さい小型の装置で投影面積の大きい鍛造加工製品を製造することができる。その上さらにバリ成形部３３を流動するメタルの流路抵抗が小さいため、メタルのベース板成形部３１からバリ成形部３３への排出量を多くできその分、ベース板成形部３１の厚さを確実に薄くでき、鍛造加工製品におけるベース板９１の厚さをより確実に薄く形成することができる。
また図５Ａに示すように従来の鍛造加工装置においては、鍛造素形材のバリＷ３とパンチ外周側面２３との接触面積や接触圧力が大きいため、図５Ｂに示すように加圧後にパンチ２を上昇させる際にパンチ２の鍛造素形材（バリＷ３）に対する離型性が悪く、鍛造加工動作をスムーズに行うことができず、生産性の低下を来すおそれがある。
これに対し本実施形態においては図１Ｃに示すように鍛造素形材のバリＷ３とパンチ外周側面２３との接触面積や接触圧力が、図５Ａに示す従来の鍛造加工装置に比べて小さくなるため、図１Ｄに示すように加圧後にパンチ２を上昇させる際にパンチ２の鍛造素形材（バリＷ３）に対する離型性が良く、鍛造加工動作をスムーズに行うことができ、生産性を向上させることができる。
また図５Ｃに示すように従来の鍛造加工装置においては、成形孔内周側面１３が垂直に形成されているため、成形後に鍛造素形材を成形孔１１から突き出す際におけるバリＷ３の成形孔内周側面１３に対する接触抵抗の影響によって、鍛造素形材を成形孔１１から排出することが困難になり、場合によって鍛造素形材に曲がり変形等の有害な変形が生じるおそれがあり、この点からも鍛造加工動作をスムーズに行うことができず、一層生産性の低下を来す場合がある。
これに対し図１Ｅに示すように本実施形態の鍛造加工装置においては、成形孔内周側面１３が傾斜面に形成されているため、成形後に鍛造素形材を少し浮き上がらせるだけでバリＷ３の成形孔内周側面１３に対する接触抵抗が消失し、鍛造素形材を成形孔１１から難なく排出することができ、有害な曲がり変形等が生じるのを確実に防止でき、鍛造加工動作を一層スムーズに行うことができ、一層生産性を向上させることができる。
＜実施例および比較例＞
図１Ａ〜図１Ｅに示す第１実施形態の鍛造加工装置と同様の鍛造加工装置を準備した。この際、ピン径φ２．２ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱状のピンフィン９２がベース板９１の片面に千鳥配置に形成され、隣り合うピンフィン９２の各間の距離（ピン外径間距離）が０，９ｍｍ、ピン数が１３本×４０本で合計５２０本のヒートシンクを製造することを条件に、ダイス１およびパンチ２を作製した。
図１Ａ〜図１Ｅに示す第１実施形態の鍛造加工装置と同様の鍛造加工装置を準備した。この際、ピン径φ２．２ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱状のピンフィン９２がベース板９１の片面に千鳥配置に形成され、隣り合うピンフィン９２の各間の距離（ピン外径間距離）が０，９ｍｍ、ピン数が１３本×４０本で合計５２０本のヒートシンクを製造することを条件に、ダイス１およびパンチ２を作製した。
また鍛造加工装置において、ダイス１の成形孔内周側面１３の傾斜角度αは１０°に調整したものを準備した。なおパンチ２の先端部外周側面２３は傾斜角度が０°の垂直面である。
鍛造素材Ｗとしては、１０００系のアルミニウム合金を準備した。この素材Ｗとしては幅５０ｍｍ×厚さ４ｍｍの押出形材（フラットバー）を８０ｍｍに切断したものを準備した。なお素材Ｗはダイス１の成形孔１１に適合するサイズに調整している。
そして鍛造加工装置のダイス１およびパンチ２等の金型を２００℃以上に加熱し、鍛造加工直前に金型に直接、潤滑剤を噴霧した後、鍛造素材Ｗをダイス１の成形孔１１に投入した。なお鍛造素材Ｗは、潤滑処理を行わずに予め５００℃に加熱したものを使用した。
こうして鍛造素材Ｗを鍛造加工装置にセットした後、上記第１実施形態と同様にして鍛造加工を行って、実施例の鍛造加工製品（ヒートシンク）を製造した。得られた鍛造加工製品（ヒートシンク）においては、ベース板９１の厚さを０．３ｍｍ程度にまで薄く形成できた。さらにピン高さのバラツキは０．５ｍｍ以下に制御でき、ピン高さも支障なく一致させることができた。また鍛造加工品に有害な曲がり変形等の不具合も特に認められなかった。
一方、図５Ａ〜図５Ｃに示す従来の鍛造加工装置と同様の鍛造加工装置を用いた以外は、すなわちダイス１の成形孔内周側面１３が傾斜角度０°の垂直面である鍛造加工装置を用いた以外は、上記実施例と同様にして鍛造加工製品（ヒートシンク）を製造した。得られた鍛造加工製品は、ベース板９１の厚さを１ｍｍ以下に制御することができず、ピン高さのバラツキも０．５ｍｍ以上となりピン高さを揃えることができなかった。また鍛造素形材をダイス１から取り出す際に、一部の鍛造素形材においては有害な曲がり変形が認められた。
以上の実施例および比較例から明らかなように、本発明の鍛造加工装置によれば、ベース板９１の厚さを薄くでき、ピン高さも一致した高品質のヒートシンク９を製造できるものであった。
＜第２実施形態＞
図３Ａおよび図３Ｂはこの発明の第２実施形態である鍛造加工装置を示す断面図である。両図に示すようにこの第２実施形態の鍛造加工装置においては、ダイス１における成形孔下端の入隅部１４に面取り部１５が形成されている。本実施形態においてこの面取り部１５はＲ面によって構成されており、この面取り部１５によって成形孔１１の内周側面１３から底面にかけての部分が滑らかな連続面に形成されている。
図３Ａおよび図３Ｂはこの発明の第２実施形態である鍛造加工装置を示す断面図である。両図に示すようにこの第２実施形態の鍛造加工装置においては、ダイス１における成形孔下端の入隅部１４に面取り部１５が形成されている。本実施形態においてこの面取り部１５はＲ面によって構成されており、この面取り部１５によって成形孔１１の内周側面１３から底面にかけての部分が滑らかな連続面に形成されている。
さらにパンチ２における先端面外周縁部の出隅部２４に面取り部２５が形成されている。本実施形態においてこの面取り部２５はＲ面によって構成されており、この面取り部２５によってパンチ２の外周側面２３から先端面にかけての部分が滑らかな連続面に形成されている。
この第２実施形態の鍛造加工装置において他の構成は、上記第１実施形態の鍛造加工装置と実質的に同様であるため、同一または相当部分に同一符号を付して重複説明は省略する。
この第２実施形態の鍛造加工装置においても上記第１実施形態の鍛造加工装置と同様に同様の効果を得ることができる。
その上さらに第２実施形態の鍛造加工装置においては、ダイス１の成形孔下端外周縁部の入隅部１４と、パンチ２の先端面外周縁部の出隅部２４とに面取り部１５，２５を形成しているため、入隅部１４および出隅部２４がシャープなエッジ形状に形成されず、耐久性を向上させることができる。すなわちダイス１の入隅部１４やパンチ２の出隅部２４がシャープエッジに形成されている場合には、パンチ２を打ち込んだ際に入隅部１４や出隅部２４に応力が集中する。そうするとダイス１の入隅部１４やパンチ２の出隅部２４に割れが発生し易くなり、金型寿命が短くなり、耐久性の低下を来すそそれがある。
そこで本第２実施形態においては、ダイス１の入隅部１４およびパンチ２の出隅部２４に面取り部１５，２５を形成しているため、入隅部１４および出隅部２５が滑らかな形状となり、パンチ打込時の応力が入隅部１５および出隅部２５に極部的に集中するのを回避することができる。そのためダイス１の入隅部１４やパンチ２の出隅部２４等に割れが生じるのを有効に防止でき、金型寿命を長くでき、耐久性を向上させることができる。
さらにこの第２実施形態の鍛造加工装置においては、パンチ２の出隅部２４に面取り部２５が形成されているため、パンチ２の出隅部２４がダイス１の成形孔１１の内周側面１３に接触するような不具合も確実に防止でき、その接触による金型の破損も確実に防止することができる。
またこの第２実施形態の鍛造加工装置においては、成形孔１１の入隅部１４およびパンチ２の出隅部２４に面取り部１５，２５を形成しているため、ベース板成形部３１からバリ成形部入口３４にかけてのバリ成形部流入路が、急激に方向転換するような折れ曲がり流路ではなく、緩やかに曲成する円弧流路によって形成される。このため成形中においてベース板成形部３１からバリ成形部３３へのメタルの流動をスムーズに行うことができ、パンチ荷重をより一層低減することができ、より一層鍛造加工装置の小型コンパクト化を図ることができる。
なおこの第２実施形態においては、成形孔１１の入隅部１４およびパンチ２の出隅部２４の面取り部１５，２５をＲ面によって形成するようにしているが、それだけに限られず、本発明においては入隅部１４や出隅部２４をＣ面や多面によって形成するようにしても良い。
＜第３実施形態＞
図４Ａおよび図４Ｂはこの発明の第３実施形態である鍛造加工装置を示す断面図である。これらの図に示すようにこの第３実施形態の鍛造加工装置においては、パンチ２における先端部外周側面２３は、軸心Ｘに対し傾斜し、かつ加圧方向（下方向）に向かうに従って軸心Ｘに対し次第に近付く傾斜面に形成されている。本実施形態において、パンチ外周側面２３における軸心Ｘに対する傾斜角度βは０．１°〜２０°に設定されている。このパンチ外周面２３の傾斜角度βは、上記図１Ａに示す成形孔内周側面１３の傾斜角度αに対し同等もしくは小さく形成されている。
図４Ａおよび図４Ｂはこの発明の第３実施形態である鍛造加工装置を示す断面図である。これらの図に示すようにこの第３実施形態の鍛造加工装置においては、パンチ２における先端部外周側面２３は、軸心Ｘに対し傾斜し、かつ加圧方向（下方向）に向かうに従って軸心Ｘに対し次第に近付く傾斜面に形成されている。本実施形態において、パンチ外周側面２３における軸心Ｘに対する傾斜角度βは０．１°〜２０°に設定されている。このパンチ外周面２３の傾斜角度βは、上記図１Ａに示す成形孔内周側面１３の傾斜角度αに対し同等もしくは小さく形成されている。
なお本実施形態において、パンチ外周側面２３は断面直線状に形成されているが、必ずしも断面直線状に形成する必要はなく、少し曲成した断面円弧状や、少し折れ曲がった断面折れ線状等に形成するようにしても良く、その場合も本発明に含まれる。
またパンチ２の先端面外周縁部（出隅部）２４の位置は、ダイス１の成形孔下端内周縁部（入隅部）１４の位置に対し軸心Ｘに近付いた位置、つまり内側の位置に配置されている。
この第３実施形態の鍛造加工装置において他の構成は、上記第１実施形態の鍛造加工装置と実質的に同様であるため、同一または相当部分に同一符号を付して重複説明は省略する。
この第３実施形態の鍛造加工装置においても上記第１実施形態の鍛造加工装置と同様に同様の効果を得ることができる。
その上さらにこの第３実施形態の鍛造加工装置においては、パンチ２の先端部外周側面２３を傾斜面に形成しているため、図４Ｂに示すように加圧後にパンチ２を少し上昇させた時点でパンチ２のバリＷ３に対する接触が解除されて全域が離間する。このためパンチ上昇時にパンチ２を鍛造素形材から難なく切り離すことができ、鍛造加工動作をより一層スムーズに行うことができ、より一層生産効率を向上させることができる。
またこの第３実施形態の鍛造加工装置においては、パンチ２の出隅部２４を成形孔１１の入隅部１４よりも内側に配置しているため、パンチ２の出隅部２４がダイス１の成形孔１１の内周側面に接触するような不具合をより一層確実に防止でき、その接触による金型の破損もより一層確実に防止することができる。
なお上記各実施形態においては、ダイス１側にフィン成形凹部３２を形成する場合を例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明においてはパンチ側にフィン成形凹部を形成するようにしても良いし、ダイスおよびパンチの双方にフィン成形凹部を形成して、ベース板の両面にフィンが形成されたヒートシンク（鍛造加工品）を製造するようにしても良い。
また上記実施形態においては、ベース板にピンフィンが形成されたヒートシンクを形成する場合を例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明においては、ヒートシンクの片面または両面にプレートフィンが形成されたヒートシンクを形成する場合にも適用することができる。
また上記実施形態においては、本発明によってヒートシンクを形成する場合を例に挙げて説明したが、本発明はヒートシンクだけに限られず、ベース板の少なくとも片面に複数の凸部が形成された鍛造加工製品を製造する場合であれば、本発明を採用することができる。
また上記実施形態においては、パンチ２の出隅部２４における軸心Ｘからの位置をダイス成形孔１１の入隅部１４における軸心Ｘからの位置に対し同等もしくは内側に形成するようにしているが、つまりパンチ出隅部２４における軸心Ｘからの水平距離を、ダイス成形孔１１の入隅部１４における軸心Ｘからの水平距離に対し同等もしくは短く形成しているが、本発明はそれだけに限られず、パンチ出隅部２４の位置をダイス成形孔入隅部１４よりも外側に配置するようにしても良い。
この発明の鍛造加工装置は、ベース板に多数のフィンが形成されたヒートシンク等の鍛造加工製品を製造する際に好適に採用することができる。
１：ダイス（下型）
１１：成形孔
１３：内周側面
１４：入隅部
１５：面取り部
２：パンチ（上型）
２３：外周側面
２４：出隅部
２５：面取り部
３１：ベース板成形部
３２：フィン成形凹部（凸部成形凹部）
３３：バリ成形部
９：ヒートシンク（鍛造加工製品）
９１：ベース板
９２：フィン（ピンフィン）
Ｗ：鍛造素材
Ｗ３：バリ
Ｘ：軸心
α：成形孔内周側面の傾斜角度
β：パンチ先端部外周側面の傾斜角度
１１：成形孔
１３：内周側面
１４：入隅部
１５：面取り部
２：パンチ（上型）
２３：外周側面
２４：出隅部
２５：面取り部
３１：ベース板成形部
３２：フィン成形凹部（凸部成形凹部）
３３：バリ成形部
９：ヒートシンク（鍛造加工製品）
９１：ベース板
９２：フィン（ピンフィン）
Ｗ：鍛造素材
Ｗ３：バリ
Ｘ：軸心
α：成形孔内周側面の傾斜角度
β：パンチ先端部外周側面の傾斜角度
［７］ベース板に凸部が形成された鍛造加工製品を製造するための鍛造加工方法であって、
成形孔の内周側面が、軸心に対し傾斜し、かつ成形孔の奥部に向かうに従って軸心に近付く傾斜面によって形成されたダイスの成形孔に鍛造素材をセットする工程と、
パンチを、前記成形孔に打ち込んで鍛造素材を加圧する工程とを含み、
前記鍛造素材を加圧する工程においては、
前記ダイスにおける成形孔の底面および前記パンチの先端面のうち少なくともいずれか一方に形成された凸部成形凹部によって凸部を成形し、
前記パンチの先端面および前記成形孔の底面間に形成されたベース板成形部によってベース板を成形し、
前記パンチの先端部外周側面および前記成形孔の内周側面間に形成されたバリ成形部によってバリを成形するようにしたことを特徴とする鍛造加工方法。
成形孔の内周側面が、軸心に対し傾斜し、かつ成形孔の奥部に向かうに従って軸心に近付く傾斜面によって形成されたダイスの成形孔に鍛造素材をセットする工程と、
パンチを、前記成形孔に打ち込んで鍛造素材を加圧する工程とを含み、
前記鍛造素材を加圧する工程においては、
前記ダイスにおける成形孔の底面および前記パンチの先端面のうち少なくともいずれか一方に形成された凸部成形凹部によって凸部を成形し、
前記パンチの先端面および前記成形孔の底面間に形成されたベース板成形部によってベース板を成形し、
前記パンチの先端部外周側面および前記成形孔の内周側面間に形成されたバリ成形部によってバリを成形するようにしたことを特徴とする鍛造加工方法。
［８］ベース板に凸部が形成された鍛造加工製品を製造するための鍛造加工製品の製造方法であって、
成形孔の内周側面が、軸心に対し傾斜し、かつ成形孔の奥部に向かうに従って軸心に近付く傾斜面によって形成されたダイスの成形孔に鍛造素材をセットする工程と、
パンチを、前記成形孔に打ち込んで鍛造素材を加圧する工程とを含み、
前記鍛造素材を加圧する工程においては、
前記ダイスにおける成形孔の底面および前記パンチの先端面のうち少なくともいずれか一方に形成された凸部成形凹部によって凸部を成形し、
前記パンチの先端面および前記成形孔の底面間に形成されたベース板成形部によってベース板を成形し、
前記パンチの先端部外周側面および前記成形孔の内周側面間に形成されたバリ成形部によってバリを成形するようにしたことを特徴とする鍛造加工製品の製造方法。
成形孔の内周側面が、軸心に対し傾斜し、かつ成形孔の奥部に向かうに従って軸心に近付く傾斜面によって形成されたダイスの成形孔に鍛造素材をセットする工程と、
パンチを、前記成形孔に打ち込んで鍛造素材を加圧する工程とを含み、
前記鍛造素材を加圧する工程においては、
前記ダイスにおける成形孔の底面および前記パンチの先端面のうち少なくともいずれか一方に形成された凸部成形凹部によって凸部を成形し、
前記パンチの先端面および前記成形孔の底面間に形成されたベース板成形部によってベース板を成形し、
前記パンチの先端部外周側面および前記成形孔の内周側面間に形成されたバリ成形部によってバリを成形するようにしたことを特徴とする鍛造加工製品の製造方法。
その上さらに第２実施形態の鍛造加工装置においては、ダイス１の成形孔下端外周縁部の入隅部１４と、パンチ２の先端面外周縁部の出隅部２４とに面取り部１５，２５を形成しているため、入隅部１４および出隅部２４がシャープなエッジ形状に形成されず、耐久性を向上させることができる。すなわちダイス１の入隅部１４やパンチ２の出隅部２４がシャープエッジに形成されている場合には、パンチ２を打ち込んだ際に入隅部１４や出隅部２４に応力が集中する。そうするとダイス１の入隅部１４やパンチ２の出隅部２４に割れが発生し易くなり、金型寿命が短くなり、耐久性の低下を来すおそれがある。
そこで本第２実施形態においては、ダイス１の入隅部１４およびパンチ２の出隅部２４に面取り部１５，２５を形成しているため、入隅部１４および出隅部２４が滑らかな形状となり、パンチ打込時の応力が入隅部１４および出隅部２４に極部的に集中するのを回避することができる。そのためダイス１の入隅部１４やパンチ２の出隅部２４等に割れが生じるのを有効に防止でき、金型寿命を長くでき、耐久性を向上させることができる。
Claims (8)
- ベース板に凸部が形成された鍛造加工製品を製造するための鍛造加工装置であって、
成形孔を有するダイスと、
前記成形孔に打ち込むパンチとを備え、
前記ダイスにおける成形孔の底面および前記パンチの先端面のうち少なくともいずれか一方に、凸部成形凹部が形成され、
前記パンチの先端面および前記成形孔の底面間にベース板成形部が形成され、
前記パンチの先端部外周側面および前記成形孔の内周側面間にバリ成形部が形成され、
前記成形孔の内周側面が、軸心に対し傾斜し、かつパンチの加圧方向に向かうに従って軸心に近付く傾斜面によって形成されていることを特徴とする鍛造加工装置。 - 前記成形孔の内周側面と底面との間の入隅部に面取り部が形成されている請求項１に記載の鍛造加工装置。
- 前記パンチの先端部外周面が、軸心に対し傾斜し、かつパンチの加圧方向に向かうに従って軸心に近付く傾斜面によって形成されるとともに、
前記パンチの先端部外周側面における軸心に対する傾斜角度が、前記成形孔の内周側面における軸心に対する傾斜角度以下に形成されている請求項１または２に記載の鍛造加工装置。 - 前記パンチの先端部外周側面と先端面との間の出隅部に面取り部が形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の鍛造加工装置。
- 前記パンチの先端部外周側面と先端面との間の出隅部が、前記成形孔の内周側面と底面との間の入隅部よりも軸心に近い位置に配置されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の鍛造加工装置。
- 前記凸部成形凹部は、ヒートシンクのフィンを成形するためのフィン成形凹部によって構成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の鍛造加工装置。
- ベース板に凸部が形成された鍛造加工製品を製造するための鍛造加工方法であって、
成形孔の内周側面が、軸心に対し傾斜し、かつ成形孔の奥部に向かうに従って軸心に近付く傾斜面によって形成されたダイスの成形孔に鍛造素材をセットする工程と、
前記成形孔に打ち込んで鍛造素材を加圧する工程とを含み、
前記鍛造素材を加圧する工程においては、
前記ダイスにおける成形孔の底面および前記パンチの先端面のうち少なくともいずれか一方に形成された凸部成形凹部によって凸部を成形し、
前記パンチの先端面および前記成形孔の底面間に形成されたベース板成形部によってベース板を成形し、
前記パンチの先端部外周側面および前記成形孔の内周側面間に形成されたバリ成形部によってバリを成形するようにしたことを特徴とする鍛造加工方法。 - ベース板に凸部が形成された鍛造加工製品を製造するための鍛造加工製品の製造方法であって、
成形孔の内周側面が、軸心に対し傾斜し、かつ成形孔の奥部に向かうに従って軸心に近付く傾斜面によって形成されたダイスの成形孔に鍛造素材をセットする工程と、
前記成形孔に打ち込んで鍛造素材を加圧する工程とを含み、
前記鍛造素材を加圧する工程においては、
前記ダイスにおける成形孔の底面および前記パンチの先端面のうち少なくともいずれか一方に形成された凸部成形凹部によって凸部を成形し、
前記パンチの先端面および前記成形孔の底面間に形成されたベース板成形部によってベース板を成形し、
前記パンチの先端部外周側面および前記成形孔の内周側面間に形成されたバリ成形部によってバリを成形するようにしたことを特徴とする鍛造加工製品の製造方法。
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