JP2018176281A - 部材の製造方法、及び、部材の製造システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 金型の寿命を長くすることが可能な部材の製造方法、及び、部材の製造システムを提供する。【解決手段】 部材の製造方法は、所定の形状に変形する変形部101を成型前部材10に設定する変形部設定工程と、変形部101の温度が成型前部材10の変形部101を除く部位である非変形部102の温度に比べ高くなるように加熱する加熱工程と、変形誘導空間25を有する金型20に変形部101が変形誘導空間25に向かって変形可能なよう成型前部材10を挿入する部材挿入工程と、金型20に挿入された成型前部材10を加圧する加圧工程と、を含む。部材の製造方法では、変形部101の変形抵抗が非変形部102の変形抵抗に比べ低くなるため、成型前部材に作用する力を上昇させても非変形部102において発生する面圧は比較的小さくなる。これにより、金型20の負荷が小さくなるため、金型20の寿命を延ばすことができる。【選択図】 図2
Description
本発明は、部材の製造方法、及び、部材の製造システムに関する。
従来、特許文献1に示すように上金型と下金型との間に加熱した素材を挟み込み、両金型でプレスを行うことにより自動車等の部材を製造する方法が開示されている。
しかし、従来の鍛造加工による部材の成型方法では、ハンマープレス等で大荷重を加えることによって部材を成型するため、当該荷重による金型へのダメージが大きく、金型の寿命が短くなっていた。
本発明の目的は、金型の寿命を長くすることが可能な部材の製造方法、及び、部材の製造システムを提供することにある。
本発明の第一の態様は、金型(20、200、201、202、203、300、400)を用いた鍛造加工による部材の製造方法である。部材の製造方法は、鍛造加工によって成型される成型済部材(11、15)の形状に基づいて成型済部材の成型前の部材である成型前部材(10、13、14)に所定の形状に変形する変形部(101、141、142、143、144、145、146、147)を設定する変形部設定工程(S1)と、変形部の温度が成型前部材の変形部を除く部位である非変形部(102)の温度に比べ高くなるよう成型前部材を加熱する加熱工程(S2)と、所定の形状に形成されている変形誘導空間(25、211、212、213、214、215、216、217)を有する金型に変形部が変形誘導空間に向かって変形可能なよう成型前部材を挿入する部材挿入工程(S3)と、変形部によって変形誘導空間が充填されるよう金型内の成型前部材を加圧する加圧工程(S4)と、を含む。
本発明の部材の製造方法では、成型前部材の変形部の温度を非変形部の温度に比べ高くなるよう加熱し、加圧工程における変形部の変形抵抗を小さくする。非変形部の変形抵抗は変形部の変形抵抗に比べ高いため、成型前部材の端部を加圧する加圧力を上昇させても、非変形部において発生する面圧は小さい。これにより、本発明の部材の製造方法では、金型にかかる負荷を小さくすることができるため、金型の寿命を延ばすことができる。
本発明の第二の態様は、金型(20、200、201、202、203、300、400)を用いた鍛造加工による部材の製造システム(1)である。本発明の部材の製造システムは、鍛造加工によって成型された成型済部材(11、15)の形状に基づいて成型済部材の成型前の部材である成型前部材(10、13、14)のうち所定の形状に変形する部分を変形部(101、141、142、143、144、145、146、147)とすると、変形部の温度が成型前部材の変形部を除く部位である非変形部(102)の温度に比べ高くなるよう成型前部材を加熱可能な変形部加熱装置(5、32、42、52)と、所定の形状に形成されている変形誘導空間(25、211、212、213、214、215、216、217)を有する金型に変形部が変形誘導空間に向かって変形可能なよう挿入された成型前部材を加圧可能な加圧装置(7)と、を備える。
本発明の部材の製造システムでは、変形部加熱装置によって成型前部材の変形部の温度を非変形部の温度に比べ高くなるよう加熱する。これにより、加圧装置によって成型前部材を加圧するとき、変形部の変形抵抗は非変形部の変形抵抗に比べ小さいため、非変形部において発生する面圧は小さくなる。したがって、本発明の部材の製造システムでは、金型にかかる負荷を小さくすることができるため、金型の寿命を延ばすことができる。
以下、本発明による部材の製造方法、及び、部材の製造システムの複数の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、以下の複数の実施形態について同一の構成部位には同一の符号を付し説明を省略する。
(第一実施形態)
本発明の第一実施形態による部材の製造システムを図1から図3に基づいて説明する。
本実施形態による部材の製造システムでは、図1(a)に示す棒状の成型前部材10を、図1(b)に示す、成型前部材10の略中央の部位から「所定の形状」として径方向に突出する突出部111を有する成型済部材11に加工する。図1に示すように、成型前部材10のうち成型前部材10の鍛造加工時に突出部111の方向に材料が流動する部位を変形部101とする。成型前部材10のうち、変形部101を除く部位を非変形部102とする。なお、図1(b)に示す変形部101と非変形部102との境界は、一例であってこれに限定されない。
本発明の第一実施形態による部材の製造システムを図1から図3に基づいて説明する。
本実施形態による部材の製造システムでは、図1(a)に示す棒状の成型前部材10を、図1(b)に示す、成型前部材10の略中央の部位から「所定の形状」として径方向に突出する突出部111を有する成型済部材11に加工する。図1に示すように、成型前部材10のうち成型前部材10の鍛造加工時に突出部111の方向に材料が流動する部位を変形部101とする。成型前部材10のうち、変形部101を除く部位を非変形部102とする。なお、図1(b)に示す変形部101と非変形部102との境界は、一例であってこれに限定されない。
図2に示すように、部材の製造システム1は、全体加熱チャンバ2、全体加熱装置3、部分加熱チャンバ4、「変形部加熱装置」としての高周波誘導加熱装置5、加工チャンバ6、及び、「加圧装置」としてのプレス装置7を有する。
全体加熱チャンバ2は、内部に成型前部材10及び全体加熱装置3を収容可能である。
全体加熱装置3は、成型前部材10の全体を再結晶温度以上に加熱可能である。本実施形態では、例えば、コイルを利用した高周波誘導加熱が用いられる。全体加熱装置3内の矢印は、熱量HFが成型前部材10全体に加わっていることを表す。
全体加熱装置3は、成型前部材10の全体を再結晶温度以上に加熱可能である。本実施形態では、例えば、コイルを利用した高周波誘導加熱が用いられる。全体加熱装置3内の矢印は、熱量HFが成型前部材10全体に加わっていることを表す。
部分加熱チャンバ4は、内部に成型前部材10及び高周波誘導加熱装置5を収容可能である。高周波誘導加熱装置5は、成型前部材10の変形部101を局所的に再結晶温度以上に加熱可能である。本実施形態では、高周波誘導加熱であるため成型前部材10の変形部101は表面から加熱され中心部にはあまり熱が加わらない。部分加熱チャンバ4内の矢印は、熱量HFが成型前部材10の変形部101にのみ加わっていることを表す。
加工チャンバ6は、内部に成型前部材10、プレス装置7、及び、金型20を収容可能である。プレス装置7は、金型20に挿入された成型前部材10の端部に圧力印加部8を介して圧力を印加することが可能である。本実施形態では、成型前部材10を両端から加圧するため(図1の白抜き矢印F)、加工チャンバ6内には2台のプレス装置7が収容されている。金型20は、長手方向に沿った長さが成型前部材10に比べ長くなるよう形成されている。これにより、プレス装置7が有する圧力印加部8は、金型20に挿入された成型前部材10の端部と当接する。プレス装置7には、例えば、油圧式プレスが用いられる。金型20は、空洞状の変形誘導空間25を有する。成型済部材11の突出部111は、変形誘導空間25が成型前部材10の材料によって隙間なく埋められることによって成型される。
全体加熱チャンバ2と部分加熱チャンバ4との間の成型前部材10の搬出入、及び、部分加熱チャンバ4と加工チャンバ6との間の成型前部材10の搬出入は、図示しない機械装置等により行われる。
全体加熱チャンバ2と部分加熱チャンバ4との間の成型前部材10の搬出入、及び、部分加熱チャンバ4と加工チャンバ6との間の成型前部材10の搬出入は、図示しない機械装置等により行われる。
成型前部材10が挿入された金型20の断面図を図3に示す。図3(a)は成型前部材10の長手方向に垂直な断面図であって、図3(b)は成型前部材10の長手方向に沿った断面図である。
金型20は、第一金型22と第二金型23とに分離可能である。プレス装置7が成型前部材10に圧力印加している間に第一金型22と第二金型23とが分離することのないように、金型拘束装置21により第一金型22と第二金型23とが拘束されている。金型拘束装置21は、例えば、油圧式プレス装置であり、第一金型22と第二金型23とを押圧し拘束する。本実施形態では、変形誘導空間25は、金型20の略中央に一つのみ形成されている。成型前部材10は、変形誘導空間25に表面が露出するよう変形部101が位置し、変形部101が変形誘導空間25に向かって変形可能なように金型20に挿入されている。本実施形態では、変形部101は、図3(b)に示すように、長手方向の長さが変形誘導空間25の長手方向の長さに比べ広くなるよう設定されている。
変形部101は、圧縮変形領域101aと、せん断変形領域101bと、の二つの領域を有する。具体的には、圧縮変形領域101aは、図3(b)に示すように、主に、変形誘導空間25の直下に位置する部位である。また、せん断変形領域101bは、図3(b)に示すように、圧縮変形領域101aの両側に位置する部位である。図3(b)に、圧縮変形領域101aとせん断変形領域101bとのおおよその境界を二点鎖線L101に示し、せん断変形領域101bと非変形部102とのおおよその境界を二点鎖線L102で示す。なお、図3(b)に示す境界は、一例であってこれに限定されない。
次に部材の製造システム1を用いて成型前部材10を鍛造加工する部材の製造方法について図1から図7に基づいて説明する。図4に製造方法のフローチャートを示す。
ステップS11の変形部設定工程について説明する。変形部設定工程では、成型済部材11の形状に基づいて成型前部材10のうち成型前部材10の鍛造加工時に突出部111の方向に材料が流動する部位を変形部101として設定する。
ステップS12の加熱工程について説明する。加熱工程では、全体加熱装置3によって、全体加熱チャンバ2内に収容された成型前部材10が全体的に加熱される。全体加熱装置3によって全体的に加熱された成型前部材10は、部分加熱チャンバ4に搬入される。部分加熱チャンバ4に搬入された成型前部材10は、高周波誘導加熱装置5によって変形部101のみが加熱され、変形部101の温度が非変形部102の温度に比べ高くなる。このとき、変形部101においても、圧縮変形領域101aの温度がせん断変形領域101bの温度に比べ高くなるよう、変形部101を加熱する。
ステップS13の部材挿入工程について説明する。部材挿入工程では、高周波誘導加熱装置5によって加熱された成型前部材10は、加工チャンバ6に搬入される。このとき、成型前部材10は、第二金型23に嵌め込まれた後、第一金型22が成型前部材10の上側に設けられる。第一金型22と第二金型23との間の成型前部材10は、変形誘導空間25と変形部101とが対向するよう位置している。その後、金型拘束装置21によって、第一金型22と第二金型23とが押圧され互いに当接する。
ステップS14の加圧工程について説明する。加圧工程では、プレス装置7の圧力印加部8が成型前部材10の両端部を加圧する。プレス装置7の圧力印加部8による成型前部材10の両端部の加圧によって、変形部101の材料は、変形誘導空間25に向かって流動し、変形誘導空間25を満たす。これにより、突出部111が形成される。加圧工程における変形部101の変形の詳細については、後述する。
ステップS15の取り出し工程について説明する。取り出し工程では、金型20の冷却後、金型拘束装置21による第一金型22及び第二金型23への押圧を解除する。金型20を第一金型22と第二金型23とに分離し、成型済部材11を取り出す。
ここで、ステップS14の加圧工程における変形部101の変形の詳細を説明する。図5(a)に、図3(b)と同じ位置の断面図であって、圧力印加部8によって成型前部材10の両端に圧力がかかっている状態の断面図を示す。図5(a)には、成型前部材10における圧縮変形領域101aとせん断変形領域101bとの境界L101、及び、せん断変形領域101bと非変形部102との境界L102を参考として示してある。また、図5(a)には、成型済部材11における圧縮変形領域101aとせん断変形領域101bとのおおよその境界を二点鎖線La1で示す。なお、二点鎖線La1は、一例であってこれに限定されない。
また、図5(a)において、変形部101が金型20を押す力を白抜き矢印F11,F12として示す。ここで、白抜き矢印F11は、圧縮変形領域101aの材料による金型20を押す力である。また、白抜き矢印F12は、せん断変形領域101bの材料による金型20を押す力である。また、非変形部102が金型20を押す力を白抜き矢印F2として示す。以後、金型20を押す力F11,F12,F2は、面圧(単位はN/m2、以後単位は省略)とする。なお、図5(a)に示す白抜き矢印の大きさは、おおよそそれぞれの面圧に対応するよう、面圧が大きくなれば白抜き矢印の大きさも大きくなるよう示してある。
加圧工程において成型前部材10の両端部を加圧されると、温度が比較的高いため流動性が比較的高く変形抵抗が比較的低い変形部101が変形し、変形誘導空間25が埋まるよう変形部101の材料が移動する。一方、温度が比較的低いため流動性が比較的低く変形抵抗が比較的高い非変形部102は、変形の程度が小さいため、金型20に作用する面圧F2は、面圧F11,F12に比べ小さくなる。すなわち、加圧工程において金型20に作用する面圧は、変形誘導空間25の周囲に集中する。
また、変形誘導空間25の直下に位置する部位である圧縮変形領域101aの材料の流動方向は、変形誘導空間25に向かっておおよそ一定となる(図5(b)の実線矢印Fd11)。一方、圧縮変形領域101aの両側に位置する部位であるせん断変形領域101bの材料は、成型前部材10の長手方向に移動したあと変形誘導空間25に向かって流動する(図5(b)の実線矢印Fd12)。これにより、面圧F12は、面圧F11に比べ大きくなる。本実施形態では、加圧工程において、圧縮変形領域101aの材料がせん断変形領域101bの材料の比べ優先的に変形誘導空間25に向かうよう変形する。具体的には、圧縮変形領域101aの温度をせん断変形領域101bの温度に比べ高くし、変形抵抗に違いを設けることによって、圧縮変形領域101aの材料を優先的に変形誘導空間25に向かわせる。なお、図5(a)に示す実線矢印のFd11,Fd12の長さは、おおよそそれぞれの材料の流動量に対応するよう、材料の流動量が多くなれば実線矢印の材料の流動量も多くなるよう示してある。この材料の流動量と実線矢印の長さとの関係は、後述する図5(b)においても同様である。
このように、本実施形態の加圧工程では、変形誘導空間25に移動する圧縮変形領域101aの材料に対するせん断変形領域101bの材料の割合が比較的小さくなるため、金型20の特定の部位への負荷が低減される。
上述した本実施形態の部材の製造方法をさらに詳しく説明するため、図5(b)に、比較例として、加熱工程において変形部101全体が加熱されている成型前部材12の加圧工程における変形の詳細を示す。図5(b)に示す断面図は、成型前部材12の図5(a)と同じ位置の断面図であって、圧力印加部8によって成型前部材12の両端に圧力がかかっている状態を示している。図5(b)には、図5(a)と同様に、成型前部材12における圧縮変形領域とせん断変形領域との境界L001、及び、せん断変形領域と非変形部122との境界L002を参考として示してある。また、図5(b)には、成型前部材12における圧縮変形領域とせん断変形領域とのおおよその境界を二点鎖線La0で示す。
また、図5(b)において、成型前部材12の変形部が金型20を押す力を白抜き矢印F01,F02として示す。ここで、白抜き矢印F01は、成型前部材12の圧縮変形領域の材料による金型20を押す力である。また、白抜き矢印F02は、成型前部材12のせん断変形領域の材料による金型20を押す力である。また、非変形部122が金型20を押す力を白抜き矢印F3として示す。なお、図5(b)に示す白抜き矢印の大きさは、おおよそそれぞれの面圧に対応するよう、面圧が大きくなれば白抜き矢印の大きさも大きくなるよう示してある。また、図5(a)の白抜き矢印F11,F12,F2と、図5(b)の白抜き矢印F01,F02,F3との関係も同様である。
加圧工程において成型前部材12の両端部を加圧されると、変形部101が変形し、変形誘導空間25が埋まるよう成型前部材12の変形部の材料が移動する。このとき、成型前部材12の変形部では、全体が高温となるよう加熱されているため、変形誘導空間25の直下に位置する部位である圧縮変形領域の材料(図5(b)の実線矢印Fd01)だけでなく、せん断変形領域の材料も比較的多くが変形誘導空間25に向かう(図5(b)の実線矢印Fd02)。成型前部材12の材料の移動について、本実施形態の図5(a)と比べると、図5(a)の実線矢印Fd11は、図5(b)の実線矢印Fd01に比べ長く、図5(a)の実線矢印Fd12は、図5(b)の実線矢印Fd02に比べ短い。このとき、図5に示すように、図5(a)の白抜き矢印F11は、図5(b)の白抜き矢印F01に比べ小さく、図5(a)の白抜き矢印F12は、図5(b)の白抜き矢印F02に比べ小さくなる。これにより、比較例の部材の製造方法では、特に、変形誘導空間25の入口において金型20への負荷が集中することとなる。
このように、比較例の加圧工程では、本実施形態の加圧工程に比べ変形誘導空間25に移動する圧縮変形領域の材料に対するせん断変形領域の材料の割合が大きくなるため、金型20の特定の部位への負荷が本実施形態の加圧工程に比べ大きくなる。
本実施形態の加工工程における、成型前部材10の変形部101が成型前部材10の径方向に突出する長さ、すなわち、加工ストロークと、成型前部材10を成型済部材11に変形するために必要なエネルギである塑性変形エネルギとの関係を図6に示す。図6では、横軸に加工ストロークを示し、縦軸に塑性変形エネルギを示している。
成型前部材10を成型済部材11に変形するとき、圧縮変形領域101aの変形量は、せん断変形領域101bの変形量に関わらず概ね一定である。これにより、加工するストロークに対する塑性変形エネルギの変化は、せん断変形領域101bの変形量に関わらず概ね一定である(図6に示す一点鎖線L60と横軸とによって囲まれている領域)。
一方、成型前部材10を成型済部材11に変形するときのせん断変形領域101bを変形させるために必要な塑性変形エネルギは、せん断変形領域101bの変形量の大きさによって変化する。これにより、成型前部材10を成型済部材11に変形するときに必要な全体の塑性変形エネルギの大きさは、せん断変形領域101bの変形量の大きさによって変化する。
図6には、せん断変形領域101bの変形量の大きさが異なる結果を示す。せん断変形領域101bの変形量が比較的小さいとき、圧縮変形領域101aを変形するための塑性変形エネルギに付加的な塑性変形エネルギとしてせん断変形領域101bを変形させるための塑性変形エネルギが加算される。このときの塑性変形エネルギの変化を実線L61で示す。
また、せん断変形領域101bの変形量が比較的大きいとき、圧縮変形領域101aを変形するための塑性変形エネルギに付加的な塑性変形エネルギとしてせん断変形領域101bを変形させるための塑性変形エネルギが加算される。このときの塑性変形エネルギの変化を実線L62で示す。
また、せん断変形領域101bの変形量が比較的大きいとき、圧縮変形領域101aを変形するための塑性変形エネルギに付加的な塑性変形エネルギとしてせん断変形領域101bを変形させるための塑性変形エネルギが加算される。このときの塑性変形エネルギの変化を実線L62で示す。
図6に示すように、せん断変形領域101bの変形量が小さいほど、全体の塑性変形エネルギは小さくなる。具体的には、加工ストロークSt1において、せん断変形領域101bの変形量が比較的大きいときの全体の塑性変形エネルギは、エネルギEg2となる。しかしながら、せん断変形領域101bの変形量が比較的小さいときの全体の塑性変形エネルギは、エネルギEg2に比べ小さいエネルギEg1となる。図6から、加工ストローク全域においても、せん断変形領域101bの変形量が比較的大きい場合に比べせん断変形領域101bの変形量が比較的小さい方が塑性変形エネルギは小さいことがわかる。
次に、本実施形態に対する比較例として、成型前部材10の全体の温度が高く、全体的に流動性が高い場合について説明する。全体の温度が高い成型前部材10は、全体として流動性が高い。このため、加えられた圧力が成型前部材10全体を流動させて変形させる力になるため、金型20にかかる面圧は強くなる。このため、金型20にかかる負荷は大きくなりやすい。
一方、本実施形態では、変形部101の温度を非変形部102の温度に比べ高くするため、非変形部102は圧力が加わっても変形しにくい。これにより、金型20にかかる面圧は小さくなるため、金型20にかかる負荷は小さくなる。
図7にシミュレーションの結果を示す。図7(a)には変形前の成型前部材10の状態を示す。成型前部材10を3種類の加熱条件におき、それぞれワークA、ワークB、ワークCとする。成型前部材10の長手方向をX方向、突出部111が変形する方向をZ方向とする。
ワークAは、成型前部材10全体も変形部101も加熱されず、室温のままである。以下、室温を第一温度とする。ワークAは、変形部101及び非変形部102が第一温度となっている。
ワークBは、成型前部材10全体が高温に加熱されている。以下、当該高温を第二温度とする。ワークBは、変形部101及び非変形部102が第二温度となっている。
本実施形態による部材の製造方法で成型される成型前部材10は、ワークCに相当する。ワークCは、成型前部材10全体を比較的高温に加熱された後、変形部101のみが第二温度に加熱されている。以下、ワークCにおける非変形部102の温度を第一温度に比べ高い第三温度とする。このとき、変形部101は、第三温度に比べ高い第二温度となっている。
ワークAは、成型前部材10全体も変形部101も加熱されず、室温のままである。以下、室温を第一温度とする。ワークAは、変形部101及び非変形部102が第一温度となっている。
ワークBは、成型前部材10全体が高温に加熱されている。以下、当該高温を第二温度とする。ワークBは、変形部101及び非変形部102が第二温度となっている。
本実施形態による部材の製造方法で成型される成型前部材10は、ワークCに相当する。ワークCは、成型前部材10全体を比較的高温に加熱された後、変形部101のみが第二温度に加熱されている。以下、ワークCにおける非変形部102の温度を第一温度に比べ高い第三温度とする。このとき、変形部101は、第三温度に比べ高い第二温度となっている。
3種類のワークA、B、Cを金型20に挿入し、両端に圧力をかけて変形させた場合の面圧と加工ストロークとの関係を図7(b)に示す。
ワークAにおける面圧と加工ストロークとの関係を二点鎖線La7で示す。ワークBにおける面圧と加工ストロークの関係を一点鎖線Lb7で示す。ワークCにおける面圧と加工ストロークの関係を実線Lc7で示す。なお、ここでの面圧は金型20にかかる面圧がもっとも強い場所の値を示している。また、変形部101の変形が終了した点を図中丸印b7,c7で示す。
ワークAにおける面圧と加工ストロークとの関係を二点鎖線La7で示す。ワークBにおける面圧と加工ストロークの関係を一点鎖線Lb7で示す。ワークCにおける面圧と加工ストロークの関係を実線Lc7で示す。なお、ここでの面圧は金型20にかかる面圧がもっとも強い場所の値を示している。また、変形部101の変形が終了した点を図中丸印b7,c7で示す。
ワークAは、成型前部材10の温度がほぼ室温で再結晶温度以下であり変形抵抗がきわめて大きい。そのため、変形させるにはワークAの両端に大きいプレス圧力をかける必要があり、面圧も高くなる。
ワークBは、全体的に高温であり流動性が高く変形抵抗も低い。そのため加工ストロークが小さいうちは、低いプレス圧力で済むため、面圧も低い。しかし、加工ストロークの終端に相当する変形誘導空間25の角部を埋めるような場合、大きなプレス圧力が必要になる。このときワークBは非変形部102であっても高温であるため変形抵抗は低い。したがって、流動性が高く、X方向の両端から非変形部102に加えた圧力は金型20を内側から押す力となりやすい。このため、加工ストロークの終端に近づくと、ワークAほどではないものの面圧も大きくなる。
ワークCは、加工ストロークの終端に相当する変形誘導空間25の角部を埋めるとき非変形部102の流動性が低いため、X方向の両端から非変形部102に加えた圧力は金型20を内側から押す力にはならない。このため、変形部101に圧力を集中させることが可能であり、加工ストロークの終端において面圧はワークBよりも小さい。
図7(c)に変形後のワーク形状及びワーク内の温度分布をそれぞれ示す。ワークA、Bの内部には温度分布がない。ワークCは、第二温度であった変形部101の変形後の領域と第三温度であった非変形部102との境目に温度境界bT1を有するようになる。
上述したように、ワークBは加工時に金型20にかかる面圧が高く、第一金型22と第二金型23とを拘束する荷重も大きくなければならず、金型20への負荷が大きい。一方、ワークCは加工時に金型20にかかる面圧が低く、第一金型22と第二金型23とを拘束する荷重も小さくてよいため、金型20への負荷が小さい。
(a)第一実施形態による部材の製造方法では、成型前部材10の変形部101の温度を非変形部102の温度に比べ高くし、変形部101の変形抵抗を非変形部102の変形抵抗に比べ小さくする。非変形部102の変形抵抗は比較的高いため成型前部材10の両端を加圧する加圧力を上昇させても、非変形部102の面圧は小さい。これにより、金型20にかかる面圧が全体として下がるため、第一金型22と第二金型23とを拘束する拘束荷重を低くなり、金型20への負荷も小さくすることができる。したがって、第一実施形態は、金型20の寿命を延ばすことができる。
(b)第一実施形態による部材の製造方法では、加圧工程において、変形部101の圧縮変形領域101aの材料が優先的に変形誘導空間25に向かうよう変形する。これにより、図6に示すように、せん断変形領域101bを変形するための塑性変形エネルギが少なくなるため、成型前部材10の成型に必要な塑性変形エネルギの総量を比較的少なくすることができる。したがって、第一実施形態は、成型に必要なエネルギを節約することができる。
(c)第一実施形態による部材の製造システムは、成型前部材10の変形部101を局所的に加熱可能な高周波誘導加熱装置5を備えている。これにより、上述した効果(a)のように、非変形部102の面圧が小さくなるため、金型20にかかる面圧を全体として下げることができる。したがって、第一実施形態は、金型20の寿命を延ばすことができる。
(d)第一実施形態による部材の製造システムでは、第一金型22と第二金型23とが当接するように拘束されている。これにより、第一実施形態は、バリが少なくすることができるため、材料歩留まりを向上することができる。
(e)第一実施形態による部材の製造システムでは、高周波誘導加熱によって変形部101の表面のみを加熱する。これにより、成型前部材10の中心部の変形抵抗は高いままとなる。したがって、第一実施形態は、成型前部材10の両端を加圧しても非変形部102から発生する面圧を小さくすることができる。
(第二実施形態)
本発明の第二実施形態による部材の製造システムについて図8〜11に基づいて説明する。第二実施形態による部材の製造システム1は、「前処理装置」としての前処理チャンバ9、歪み印加装置91、全体加熱チャンバ2、全体加熱装置3、部分加熱チャンバ4、高周波誘導加熱装置5、加工チャンバ6、及び、プレス装置7を有する。
本発明の第二実施形態による部材の製造システムについて図8〜11に基づいて説明する。第二実施形態による部材の製造システム1は、「前処理装置」としての前処理チャンバ9、歪み印加装置91、全体加熱チャンバ2、全体加熱装置3、部分加熱チャンバ4、高周波誘導加熱装置5、加工チャンバ6、及び、プレス装置7を有する。
前処理チャンバ9は、歪み印加装置91、成型前部材10、及び、高周波誘導加熱装置5を収容可能である。
前処理チャンバ9には、二つの歪み印加装置91が設けられている。二つの歪み印加装置91は、成型前部材10の変形部101を挟むよう設けられている。二つの歪み印加装置91は、連動して相対回転可能に形成されている。これにより、変形部101をねじれさせ歪みを発生させることが可能である。前処理チャンバ9に収容されている高周波誘導加熱装置5は、変形部101のみを加熱することが可能である。
前処理チャンバ9には、二つの歪み印加装置91が設けられている。二つの歪み印加装置91は、成型前部材10の変形部101を挟むよう設けられている。二つの歪み印加装置91は、連動して相対回転可能に形成されている。これにより、変形部101をねじれさせ歪みを発生させることが可能である。前処理チャンバ9に収容されている高周波誘導加熱装置5は、変形部101のみを加熱することが可能である。
次に部材の製造システム1を用いて成型前部材10を鍛造加工する部材の製造方法について図8から図10に基づいて説明する。図9に製造方法のフローチャートを示す。
第一実施形態のステップS11と同じ変形部設定工程の後に行われるステップS21の前処理工程について説明する。前処理工程では、前処理チャンバ9において、成型前部材10の変形部101を高周波誘導加熱装置5によって加熱しつつ、二つの歪み印加装置91によって歪みを与える。このときの成型前部材10の状態の変化について、図10に基づいて説明する。
図10に、前処理工程における成型前部材10の変形部101近傍の部位の拡大図を示す。図10(a)には、前処理工程前における変形部101を形成する結晶粒の状態を示す。図10(b)は、前処理工程において変形部101に作用する力を説明する模式図である。図10(c)には、前処理工程後における変形部101を形成する結晶粒の状態を示す。図10には、変形誘導空間25の位置を仮想的に点線25で示す。
図10(a)に示すように、前処理工程前における変形部101は、比較的粒径が大きい結晶粒によって形成されている。図10(a)では、複数の結晶粒の一つを結晶粒103と示す。
前処理工程において変形部101をねじれさせる(実線矢印Fd2)。本実施形態では、図10(b)に示すように、ねじれFd2は、変形部101の圧縮変形領域101aに作用させる。このとき、高周波誘導加熱装置5によって圧縮変形領域101aを所定の温度まで加熱する。
前処理工程において加熱及びねじれが行われた後の圧縮変形領域101aは、図10(c)に示すように、結晶粒の粒径が小さくなり、微細化する。図10(c)では、粒径が比較的小さい複数の結晶粒の一つを結晶粒104と示す。本実施形態の前処理工程は、このようにして、圧縮変形領域101aの結晶粒を微粒化する目的で行われる。
前処理工程の後、第一実施形態のステップS12と同じ加熱工程、ステップS13と同じ部材挿入工程、ステップS14と同じ加圧工程、及び、ステップS15と同じ取り出し工程を経て、成型済部材11が成型される。
第二実施形態による部材の製造方法では、成型前部材10の変形部101の温度を非変形部102の温度に比べ高くし、変形部101の変形抵抗を非変形部102の変形抵抗に比べ小さくする。これにより、金型20にかかる面圧を全体として下げることができるため、金型20への負荷も小さくすることができる。したがって、第二実施形態は、第一実施形態と同じ効果を奏する。
(f)また、第二実施形態による部材の製造方法では、前処理工程として、圧縮変形領域101aを加熱しつつねじれという歪みを加える。前処理工程による効果について、図11に基づいて説明する。図11には、一般的な金属部材における、当該金属部材の歪みと変形抵抗との関係を示す。図11では、横軸に金属部材の歪みを示し、縦軸に金属部材の変形抵抗を示す。
通常、金属部材に歪みを与えると加工硬化する。具体的には、図11の点線L11に示すように、歪みが大きくなると、加工硬化の度合いが増すため、変形抵抗は大きくなる。一方、金属部材に歪みを与えつつ適度な加熱を施すことによって、材料によって異なる所定の歪みD0を境にして、金属部材は、図11の実線L10に示すように、加工軟化する。
本実施形態では、前処理工程において圧縮変形領域101aに加熱しつつ歪みを加えている。これにより、圧縮変形領域101aは、図11の実線L10のように変形抵抗が低下し加工軟化するため、加圧工程における圧縮変形領域101aの変形に必要な塑性変形エネルギをさらに少なくすることができる。したがって、第二実施形態は、成型に必要なエネルギをさらに節約することができる。
本実施形態では、前処理工程において圧縮変形領域101aに加熱しつつ歪みを加えている。これにより、圧縮変形領域101aは、図11の実線L10のように変形抵抗が低下し加工軟化するため、加圧工程における圧縮変形領域101aの変形に必要な塑性変形エネルギをさらに少なくすることができる。したがって、第二実施形態は、成型に必要なエネルギをさらに節約することができる。
(第三実施形態)
本発明の第三実施形態による部材の製造システムについて図12から図14に基づいて説明する。本実施形態では、図12(a)に示す棒状の成型前部材14を図12(b)に示す複数の突出部151、152、153、154、155、156、157を有する成型済部材15に成型するものである。成型済部材15は、例えば、燃料噴射弁が噴射する燃料を蓄えることが可能なコモンレールである。成型前部材14は、図12(a)に示すように、成型済部材15の複数の突出部151、152、153、154、155、156、157のそれぞれに対応する変形部141、142、143、144、145、146、147が設定される。
本発明の第三実施形態による部材の製造システムについて図12から図14に基づいて説明する。本実施形態では、図12(a)に示す棒状の成型前部材14を図12(b)に示す複数の突出部151、152、153、154、155、156、157を有する成型済部材15に成型するものである。成型済部材15は、例えば、燃料噴射弁が噴射する燃料を蓄えることが可能なコモンレールである。成型前部材14は、図12(a)に示すように、成型済部材15の複数の突出部151、152、153、154、155、156、157のそれぞれに対応する変形部141、142、143、144、145、146、147が設定される。
本実施形態による部材の製造システムは、複数の突出部151、152、153、154、155、156、157に対応する複数の金型200、201、202、203を要する以外は第一実施形態と同様である。
本実施形態による部材の製造方法における変形部141、142、143、144、145、146、147を加工する順番について、図13に基づいて説明する。
図13(a)の左側に金型200が有する変形誘導空間213と中央変形部143とが向かい合うよう成型前部材14が金型200に挿入された状態を示す。ここで、成型前部材14の両端部に圧力を加えると、図13(a)の右側に示すように、突出部153が加工される。
次に、金型201が有する変形誘導空間212、214と変形部142、144とが向かい合うよう成型前部材14を金型201に挿入する。この状態を図13(b)左側に示す。このとき、加工済みの突出部153は、金型201が有する変形誘導空間213に嵌合されている。成型前部材14の両端部に圧力を加えると、図13(b)の右側に示すように、突出部152、154が加工される。
次に、金型202が有する変形誘導空間211、217と変形部141、147とが向かい合うよう成型前部材14を金型202に挿入する。この状態を図13(c)左側に示す。このとき、加工済みの突出部152、153、154は金型202が有する変形誘導空間212、213、214に嵌合されている。成型前部材14の両端部に圧力を加えると、図13(c)の右側に示すように、突出部151、157が加工される。
次に、金型203が有する変形誘導空間215、216と変形部145、146とが向かい合うよう成型前部材14を金型203に挿入する。この状態を図13(d)の左側に示す。このとき、加工済みの突出部151、152、153、154、157は、金型203が有する変形誘導空間211、212、213、214、217に嵌合されている。成型前部材14の両端部に圧力を加えると、図13(d)の右側に示すように、突出部155、156が加工され、成型済部材15が成型される。
このように、複数の突出部151、152、153、154、155、156、157を有する成型済部材15を成型する場合、成型前部材14の最も中心に近い中央突出部153から順々に端部に向かって加工する。例えば、図14に示すように、最初に、端部に近い側である突出部151と中心に近い突出部153とを加工したとする。次に変形部142を成型して突出部152を形成しようとすると、突出部151が変形誘導空間211で係止され、突出部153が変形誘導空間213で係止される。このため、圧力Fが変形部142に加わらなくなるため、突出部152を成型できなくなる。このように、成型前部材14の長手方向において成型済みの突出部が成型前の変形部を挟むような順番で加工してしまうと所望の変形部に圧力を印加できない。
第三実施形態による部材の製造方法では、成型前部材14の変形部141、142、143、144、145、146、147の温度を非変形部102の温度に比べ高くし、変形部141、142、143、144、145、146、147の変形抵抗を非変形部102の変形抵抗に比べ小さくする。これにより、金型20にかかる面圧を全体として下げることができるため、金型20への負荷も小さくすることができる。したがって、第三実施形態は、第一実施形態と同じ効果を奏する。
(g)また、第三実施形態による部材の製造方法では、成型前部材14の中央に近い中央変形部143を最初に加工する。その後、中央から端部に向かうよう成型前部材14の変形部141、142、144、145、146、147を順番に加工していく。このような順番で加工することによって、プレス装置7による圧力を全ての変形部141、142、143、144、145、146、147に確実に加えることができる。したがって、第三実施形態は、所望の形状の突出部151、152、153、154、155、156、157を確実に成型することができる。
(第四実施形態)
本発明の第四実施形態による部材の製造システムを図15に基づいて説明する。煩雑になるため図15には成型前部材10を鍛造加工する場合のみを示す。
本発明の第四実施形態による部材の製造システムを図15に基づいて説明する。煩雑になるため図15には成型前部材10を鍛造加工する場合のみを示す。
本実施形態による部材の製造システムは、高周波誘導加熱装置5に代えて、「変形部加熱装置」としての通電加熱装置32を備える以外は第一実施形態と同様である。通電加熱装置32は、成型前部材10の変形部101を加熱可能である。通電加熱装置32は、電源33から配線34を通じて電極35と電極36とに電位差を発生させる。電極35と電極36とは、図15に示すように、変形部101に接触しているため、変形部101には電流が流れる。これにより、変形部101は、ジュール熱によって加熱される。このとき、電流が成型前部材10の内部を通過するため、成型前部材10の内部まで加熱可能である。
加熱後の成型前部材10を鍛造加工する部材の製造方法については第一実施形態と同様であり説明を省略する。
加熱後の成型前部材10を鍛造加工する部材の製造方法については第一実施形態と同様であり説明を省略する。
第四実施形態による部材の製造方法では、通電によって成型前部材10の変形部101の温度を非変形部102の温度に比べ高くし、変形部101の変形抵抗を非変形部102の変形抵抗に比べ小さくする。これにより、金型20にかかる面圧を全体として下げることができるため、金型20への負荷も小さくすることができる。したがって、第四実施形態は、第一実施形態と効果(a)〜(d)を奏する。
(h)また、第四実施形態による部材の製造方法では、成型前部材10を内部まで加熱することができるため、変形部101の変形抵抗をさらに下げることができる。これにより、第四実施形態は、鍛造加工時に成型前部材10の両端に加える圧力を小さくすることができる。
(第五実施形態)
本発明の第五実施形態による部材の製造システムを図16に基づいて説明する。煩雑になるため図16には成型前部材10を鍛造加工する場合のみを示す。本実施形態による部材の製造システムは、高周波誘導加熱装置5に代えて、「変形部加熱装置」としてのレーザ加熱装置42を備える以外は第一実施形態と同様である。
本発明の第五実施形態による部材の製造システムを図16に基づいて説明する。煩雑になるため図16には成型前部材10を鍛造加工する場合のみを示す。本実施形態による部材の製造システムは、高周波誘導加熱装置5に代えて、「変形部加熱装置」としてのレーザ加熱装置42を備える以外は第一実施形態と同様である。
レーザ加熱装置42は、レーザ光源43からレンズ44、ミラー45等を介して二点鎖線で表すレーザ光Lz1を照射する。照射されたレーザ光Lz1は、成型前部材10の変形部101の表面に焦点があっており、変形部101を表面から加熱可能である。
加熱後の成型前部材10を鍛造加工する製造方法については第一実施形態と同様であり説明を省略する。
加熱後の成型前部材10を鍛造加工する製造方法については第一実施形態と同様であり説明を省略する。
第五実施形態による部材の製造方法では、レーザ光Lz1によって成型前部材10の変形部101の温度を非変形部102の温度に比べ高くし、変形部101の変形抵抗を非変形部102の変形抵抗に比べ小さくする。これにより、金型20にかかる面圧を全体として下げることができるため、金型20への負荷も小さくすることができる。したがって、第五実施形態は、第一実施形態と同じ効果を奏する。
(第六実施形態)
本発明の第六実施形態による部材の製造システムを図17に基づいて説明する。本実施形態において使用される成型前部材13は、長手方向に通孔が形成されている中空状の部材である。本実施形態による部材の製造システムは、高周波誘導加熱装置5に代えて、「変形部加熱装置」としての熱源挿入装置52を備える以外は第一実施形態と同様である。
本発明の第六実施形態による部材の製造システムを図17に基づいて説明する。本実施形態において使用される成型前部材13は、長手方向に通孔が形成されている中空状の部材である。本実施形態による部材の製造システムは、高周波誘導加熱装置5に代えて、「変形部加熱装置」としての熱源挿入装置52を備える以外は第一実施形態と同様である。
熱源挿入装置52は、「熱源」としてのブロックヒータ53及びマンドレル54を有する。マンドレル54の中心にはブロックヒータ53に接続する電源線55が設けられている。電源線55は、電源56と接続し、ブロックヒータ53に電流を供給する。熱源挿入装置52は、マンドレル54に装着されたブロックヒータ53を成型前部材13の一端部から変形部101まで挿入し、変形部101を内部から加熱可能である。
加熱後の成型前部材13を鍛造加工する製造方法については第一実施形態と同様であり説明を省略する。
加熱後の成型前部材13を鍛造加工する製造方法については第一実施形態と同様であり説明を省略する。
第六実施形態による部材の製造方法では、成型前部材13の変形部101の温度を非変形部102の温度に比べ高くし、変形部101の変形抵抗を非変形部102の変形抵抗に比べ小さくする。これにより、金型20にかかる面圧を全体として下げることができるため、金型20への負荷も小さくすることができる。したがって、第六実施形態は、第一実施形態と効果(a)〜(d)を奏する。
(i)また、第六実施形態による部材の製造方法では、中空状の成型前部材13を内側から加熱する。これにより、成型前部材13の内側から表面に向けて均等に熱を加えることができる。したがって、第六実施形態は、熱の偏りがなく、加工が安定させることができる。
(第七実施形態)
本発明の第七実施形態による部材の製造システムを図18に基づいて説明する。煩雑になるため、図18には成型前部材10を鍛造加工する場合のみを示す。
本発明の第七実施形態による部材の製造システムを図18に基づいて説明する。煩雑になるため、図18には成型前部材10を鍛造加工する場合のみを示す。
第七実施形態による部材の製造システムに使用される金型300は、図18(a)に示すように、成型前部材10の変形部101と対応する場所に外部と連通する連通空間301を有する。これにより、連通空間301を介して金型300に挿入された状態の変形部101を加熱することが可能である。変形部101を加熱する加熱装置には、第一、四、五実施形態のいずれかの変形部加熱装置を用いてもよい。
図18(a)に示す状態において、一定の温度まで変形部101を加熱した後、図18(b)に示すように、金型300の連通空間301を蓋302により閉塞する。閉塞された連通空間301は、第一実施形態の変形誘導空間25に対応する。
加熱後の成型前部材10を鍛造加工する製造方法については第一実施形態と同様であり説明を省略する。
加熱後の成型前部材10を鍛造加工する製造方法については第一実施形態と同様であり説明を省略する。
第七実施形態による部材の製造方法では、成型前部材10の変形部101の温度を非変形部102の温度に比べ高くし、変形部101の変形抵抗を非変形部102の変形抵抗に比べ小さくする。これにより、金型20にかかる面圧を全体として下げることができるため、金型20への負荷も小さくすることができる。したがって、第七実施形態は、第一実施形態と同じ効果を奏する。
(j)また、第七実施形態による部材の製造方法では、金型300に成型前部材10を挿入した後にも加熱できる。これにより、実際に変形するまでに変形部101の温度が低下することを防止することができる。したがって、第七実施形態は、比較的流動性が高い状態で成型することができる。
(第八実施形態)
本発明の第八実施形態による部材の製造システムを図19に基づいて説明する。煩雑になるため図19には成型前部材10を鍛造加工する場合のみを示す。
本発明の第八実施形態による部材の製造システムを図19に基づいて説明する。煩雑になるため図19には成型前部材10を鍛造加工する場合のみを示す。
本実施形態による部材の製造システムに使用される金型400には、耐圧が高くかつ熱伝導性が低い「低熱伝導性膜」としてのカーボン−カーボン複合膜(以下、「C/Cコンポジット膜」という)401が金型20の内面にコーティングされている。変形部101を加熱する加熱装置には第一、四〜六実施形態のいずれかの変形部加熱装置を用いてもよい。成型前部材10と金型400の内面との間にC/Cコンポジット膜401を存在するため、成型前部材10の熱が金型400に伝わりにくい。
加熱後の成型前部材10を鍛造加工する製造方法については第一実施形態と同様であり説明を省略する。
加熱後の成型前部材10を鍛造加工する製造方法については第一実施形態と同様であり説明を省略する。
第八実施形態による部材の製造方法では、成型前部材10の変形部101の温度を非変形部102の温度に比べ高くし、変形部101の変形抵抗を非変形部102の変形抵抗に比べ小さくする。これにより、金型20にかかる面圧を全体として下げることができるため、金型20への負荷も小さくすることができる。したがって、第八実施形態は、第一実施形態と同じ効果を奏する。
(k)また、第八実施形態による部材の製造システムでは、金型400の内面に熱伝導性が低いC/Cコンポジットがコーティングされている。これにより、第八実施形態は、熱伝導による変形部101の温度の低下を防止することができる。
(その他の実施形態)
上記実施形態において、部材の製造システムは、全体加熱チャンバの中に全体加熱装置を、部分加熱チャンバの中に変形部加熱装置を有していた。これに代えて、例えば、部分加熱チャンバの中に全体加熱装置を収容してもよい。あるいは、全体加熱チャンバの中に変形部加熱装置を収容してもよい。または、加工チャンバの中に、全体加熱装置及び変形部加熱装置を収容してもよい。このような装置構成であっても、上記実施形態と同様の効果を得られる。
上記実施形態において、部材の製造システムは、全体加熱チャンバの中に全体加熱装置を、部分加熱チャンバの中に変形部加熱装置を有していた。これに代えて、例えば、部分加熱チャンバの中に全体加熱装置を収容してもよい。あるいは、全体加熱チャンバの中に変形部加熱装置を収容してもよい。または、加工チャンバの中に、全体加熱装置及び変形部加熱装置を収容してもよい。このような装置構成であっても、上記実施形態と同様の効果を得られる。
上記実施形態では、部材の製造システムは成型前部材の両端部に圧力を印加するように各装置が構成されている。これに代えて、成型前部材の一方の端部にのみ圧力を加えてもよい。この場合、プレス装置7は一つでよいため部材の製造システムをより簡単な構成にできる。
上記実施形態では、加熱工程において成型前部材は、全体加熱装置によって全体的に加熱されるとした。しかしながら、加熱工程における成型前部材の加熱は、全体的に行われなくてもよい。変形部のみ加熱してもよいし、変形部が加熱されるとき非変形部は冷却ガスなどによって冷却されてもよい。
第二実施形態において、部材の製造方法では、前処理工程として、圧縮変形領域を加熱しつつねじれを加えるとした。しかしながら、圧縮変形領域に加えるのは、ねじれに限定されない。圧縮変形領域に歪みが発生する加工であればよい。
第三実施形態において、部材の製造システムは、複数の金型200、201、202、203を要した。これに代えて、1つの金型203のみで成型前部材14を加工してもよい。図20に基づいて説明する。図20の左側に金型203が有する変形誘導空間213と中央変形部143とが向かい合うように加熱後の成型前部材14が金型203に挿入された状態を示す。ここで、成型前部材14の両端部に圧力を加えると、図20の右側に示すように、突出部153が加工される。このとき、変形誘導空間213以外の変形誘導空間211、212、214、215、216、217には成型前部材14から突出部が成型されないように、成型前部材14の温度や端部に加えられる圧力等を調整する。以下、突出部151、152、154、155、156、157を、第三実施形態と同様の順序で成型する。
この場合、一つの金型で複数の変形部を加工できるようになるため部材の製造システム内に金型交換装置などの機械構造を設置する必要がなく、簡単な構成にできる。
この場合、一つの金型で複数の変形部を加工できるようになるため部材の製造システム内に金型交換装置などの機械構造を設置する必要がなく、簡単な構成にできる。
第七実施形態において、金型300の連通空間301を介して成型前部材10の変形部101を加熱した後、蓋302にて連通空間301を閉塞している。これに代えて、蓋302にて連通空間301を閉塞せず、成型前部材10を加熱しながらプレス装置7により成型前部材10に圧力を印加してもよい。この場合、加熱しながら圧力を印加できるため、変形部101の温度低下をさらに防ぐことができる。これにより、さらに低いプレス圧力でも所望の形状に鍛造加工できる。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
10、13、14・・・成型前部材
11、15・・・成型済部材
111、151、152、153、154、155、156、157・・・突出部
101、141、142、143、144、145、146、147・・・変形部
102・・・非変形部
20、200、201、202、203、300・・・金型
25、211、212、213、214、215、216、217・・・変形誘導空間
11、15・・・成型済部材
111、151、152、153、154、155、156、157・・・突出部
101、141、142、143、144、145、146、147・・・変形部
102・・・非変形部
20、200、201、202、203、300・・・金型
25、211、212、213、214、215、216、217・・・変形誘導空間
Claims (13)
- 金型(20、200、201、202、203、300、400)を用いた鍛造加工による部材の製造方法であって、
鍛造加工によって成型される成型済部材(11、15)の形状に基づいて、前記成型済部材の成型前の部材である成型前部材(10、13、14)に所定の形状に変形する変形部(101、141、142、143、144、145、146、147)を設定する変形部設定工程(S11)と、
前記変形部の温度が前記成型前部材の前記変形部を除く部位である非変形部(102)の温度に比べ高くなるよう前記成型前部材を加熱する加熱工程(S12)と、
前記所定の形状に形成されている変形誘導空間(25、211、212、213、214、215、216、217)を有する前記金型に、前記変形部が前記変形誘導空間に向かって変形可能なよう前記成型前部材を挿入する部材挿入工程(S13)と、
前記変形部によって前記変形誘導空間が充填されるよう前記金型内の前記成型前部材を加圧する加圧工程(S14)と、
を含む部材の製造方法。 - 前記変形部は、前記加圧工程における前記変形誘導空間への材料の流動方向が一定となる圧縮変形領域(101a)と、前記加圧工程における前記変形誘導空間への材料の流動方向が変化するせん断変形領域(101b)と、を有し、
前記加熱工程において、前記圧縮変形領域の温度が前記せん断変形領域の温度に比べ高くなるよう前記成型前部材を加熱する請求項1に記載の部材の製造方法。 - 前記変形部は、前記加圧工程における前記変形誘導空間への材料の流動方向が一定となる圧縮変形領域(101a)と、前記加圧工程における前記変形誘導空間への材料の流動方向が変化するせん断変形領域(101b)と、を有し、
前記変形部設定工程の後であって前記加熱工程の前に、前記圧縮変形領域の材料を微粒化する前処理工程(S21)をさらに含む請求項1または2に記載の部材の製造方法。 - 前記前処理工程において、前記圧縮変形領域に歪みを加えつつ所定の温度まで加熱する請求項3に記載の部材の製造方法。
- 前記変形部(141、142、143、144、145、146、147)が前記成型前部材(14)に対して複数設定される場合、前記加圧工程において、前記成型前部材の長手方向における中央部に最も近い中央変形部(143)を最初に加工する請求項1〜4のいずれか一項に記載の部材の製造方法。
- 前記加熱工程において、前記変形部は、誘導加熱される請求項1〜5のいずれか一項に記載の部材の製造方法。
- 前記加熱工程において、前記変形部は、通電によって請求項1〜6のいずれか一項に記載の部材の製造方法。
- 前記加熱工程において、前記変形部は、レーザ光によって加熱される請求項1〜7のいずれか一項に記載の部材の製造方法。
- 前記加熱工程において、前記変形部は、中空状の前記成型前部材(13)の内部に挿入される熱源(53)によって加熱される請求項1〜8のいずれか一項に記載の部材の製造方法。
- 前記加熱工程において、前記変形部は、前記金型(300)に前記成型前部材を挿入した後に加熱される請求項1〜9のいずれか一項に記載の部材の製造方法。
- 金型(20、200、201、202、203、300、400)を用いた鍛造加工による部材の製造システム(1)であって、
鍛造加工によって成型される成型済部材(11、15)の形状に基づいて、前記成型済部材の成型前の部材である成型前部材(10、13、14)のうち、所定の形状に変形する部分を変形部(101、141、142、143、144、145、146、147)とすると、
前記変形部の温度が前記成型前部材の前記変形部を除く部位である非変形部(102)の温度に比べ高くなるよう前記成型前部材を加熱可能な変形部加熱装置(5、32、42、52)と、
前記所定の形状に形成されている変形誘導空間(25、211、212、213、214、215、216、217)を有する前記金型に前記変形部が前記変形誘導空間に向かって変形可能になるよう挿入された前記成型前部材を加圧可能な加圧装置(7)と、
を備える部材の製造システム。 - 前記変形部は、前記変形部が前記変形誘導空間に向かって変形するとき材料の流動方向が一定となる圧縮変形領域(101a)、及び、前記変形部が前記変形誘導空間に向かって変形するとき材料の流動方向が変化するせん断変形領域(101b)を有し、
前記圧縮変形領域の材料を微粒化する前処理装置をさらに備える請求項11に記載の部材の製造システム。 - 前記金型(400)は、内面に低熱伝導性膜(401)を有する請求項11または12に記載の部材の製造システム。
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