JP2020006377A - Forging method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鍛造材料を塑性流動させて所定の形状に押出し成形する鍛造方法に関する。 The present invention relates to a forging method in which a forged material is plastically flowed and extruded into a predetermined shape.
材料の塑性を利用し、鍛造材料を塑性流動させて押出し成形することで所定形状の機械部品等の鍛造製品を成形する鍛造方法が知られている。例えば、特許文献1には、パンチ、ダイス、成形ピンを含んで構成された圧造機の圧造工程において、成形ピンは、パンチの往動時に静止し、かつ、パンチの復動時にパンチの復動速度以上の高速度でパンチの復動方向に動作する、と記載されている。これにより、パンチの往動時にワークに発生した欠肉を解消するものである。 2. Description of the Related Art A forging method is known in which a forged material such as a mechanical component having a predetermined shape is formed by plastically flowing a forged material and extruding the material by utilizing the plasticity of the material. For example, in Patent Document 1, in a forging process of a forging machine including a punch, a die, and a forming pin, the forming pin is stopped when the punch moves forward, and the punch moves backward when the punch moves backward. It is described that the operation is performed in the backward direction of the punch at a speed higher than the speed. This eliminates the underfill that has occurred in the work during the forward movement of the punch.
ところで、上記特許文献1に記載の鍛造方法や、一般に知られる鍛造方法では、金型の温度や材料の硬度等を考慮していないため、例えば生産開始時と生産安定期では、型内における材料流れの状態に差が生じる。例えば、金型の温度変化に起因して金型と材料との間に生じる摩擦状態が変化し材料流れが不均一化することがある。そのため、局所的な圧力上昇が起きることや、こうした圧力上昇により成形荷重が増大する。その結果、型寿命が悪化するという問題が生じていた。また、低硬度材料では、高硬度材料と比較して変形抵抗が小さいため荷重が低下する。このため、材料の弾性変形量が変化してしまい、材料によって製品精度がばらつくといった問題もあった。 By the way, in the forging method described in Patent Document 1 and the generally known forging method, since the temperature of the mold and the hardness of the material are not taken into consideration, for example, at the start of production and during the stable production period, the material in the mold is not used. There is a difference in flow conditions. For example, the frictional state generated between the mold and the material due to the temperature change of the mold may change, and the material flow may become non-uniform. Therefore, a local pressure increase occurs, and the molding load increases due to the pressure increase. As a result, there has been a problem that the mold life is deteriorated. In addition, a low-hardness material has a lower deformation resistance than a high-hardness material, so that the load decreases. For this reason, the amount of elastic deformation of the material changes, and there is also a problem that the product accuracy varies depending on the material.
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、無理な材料流れを抑制することで型寿命を向上させることが可能な鍛造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a forging method capable of improving a mold life by suppressing an excessive material flow.
本発明の鍛造方法では、鍛造材料(W)を載置するダイ(11)、ダイに対して往復動するパンチ(12)、パンチの往動時に鍛造材料の一端面から背圧を付与するカウンタパンチ(14)、カウンタパンチによる背圧を制御する制御部(17)、を有する鍛造装置(100)により、鍛造材料を塑性流動させて所定の形状に押出し成形する。 In the forging method of the present invention, a die (11) on which a forging material (W) is placed, a punch (12) reciprocating with respect to the die, and a counter for applying a back pressure from one end surface of the forging material when the punch moves forward. A forging device (100) having a punch (14) and a control unit (17) for controlling the back pressure by the counter punch causes the forging material to plastically flow and extrude it into a predetermined shape.
鍛造方法は、背圧付与工程と、往動工程と、背圧制御工程とを含む。背圧付与工程では、鍛造材料に、カウンタパンチにより背圧が付与される。往動工程では、パンチが鍛造材料側へ往動する。背圧制御工程では、往動工程の際、パンチの位置における鍛造材料の位置が適正であるか否かに基づいて、制御部がカウンタパンチの背圧を制御する。 The forging method includes a back pressure applying step, a forward movement step, and a back pressure control step. In the back pressure applying step, a back pressure is applied to the forged material by a counter punch. In the forward movement step, the punch moves forward to the forging material side. In the back pressure control step, at the time of the forward movement step, the control unit controls the back pressure of the counter punch based on whether or not the position of the forging material at the position of the punch is appropriate.
本発明の構成によれば、パンチが往動する際に、パンチの位置における鍛造材料の位置を検出し、検出された鍛造材料の位置が適正であるか否かに基づいて、カウンタパンチの背圧制御を行うようにしている。鍛造材料の位置を見ることで、例えば前後方押し出しであれば、前後方に各々適正に伸びているかどうかを判断することができる。そして、こうした伸びに応じて背圧を制御することで、無理な材料流れによる局所的な圧力上昇を抑制することができる。また、こうした圧力上昇や、圧力上昇によって成形荷重が増大することに起因する型寿命の悪化を抑制でき、型寿命を向上させることができる。 According to the configuration of the present invention, when the punch moves forward, the position of the forging material at the position of the punch is detected, and based on whether or not the detected position of the forging material is appropriate, the back of the counter punch is determined. Pressure control is performed. By looking at the position of the forged material, for example, in the case of front-rear extrusion, it can be determined whether or not the forging material is appropriately extended forward and backward. By controlling the back pressure according to such elongation, it is possible to suppress a local pressure rise due to an unreasonable material flow. In addition, it is possible to suppress such a rise in the pressure and a deterioration in the mold life caused by an increase in the molding load due to the increase in the pressure, and it is possible to improve the mold life.
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
〈第1実施形態〉
[構成]
本発明の第1実施形態の鍛造方法について、図1〜図4を参照して説明する。まず、当該鍛造方法を実施する鍛造装置の構成について、図1を参照して説明する。図1に示すように、鍛造装置100は、ダイ11、パンチ12、パンチスリーブ13、カウンタパンチ14、油圧シリンダ15、駆動回路部16、及び制御部17等を主に備えている。なお、パンチ12の往動方向を前方とし、復動方向を後方とする。図1,3,4,6において、図面の下方が前方であり、上方が後方である。またパンチ12の往復動方向は装置の軸方向と一致する。
Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First embodiment>
[Constitution]
A forging method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the configuration of a forging device that performs the forging method will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the
ダイ11には、大径孔21と小径孔22とが形成されている。大径孔21と小径孔22は、同軸上に配されており、軸方向断面が円形状をなしている。大径孔21と小径孔22との段差部分には、材料Wが載置される平坦な載置面23が形成されている。パンチスリーブ13は、円筒部材であり、ダイ11の大径孔内に摺動可能に設けられている。パンチスリーブ13は、パンチ12による往動加工中、材料Wの塑性流動を許容するようにカウンタパンチ14の動作に連動して動作する。ここで、「連動する」とは、カウンタパンチ14の動作に伴って動くということを意味する。パンチスリーブ13は、「連動部材」の一例に相当する。
A large-
パンチ12は、円柱部材であり、パンチスリーブ13内に摺動可能に設けられている。また、パンチ12は、図示しない油圧シリンダ、駆動回路部、及び制御部に接続しており、パンチ12の下降速度やストロークが制御部(制御部17と兼用でも可能)により制御されるようになっている。
The
カウンタパンチ14は、ダイ11の小径孔内に摺動可能に設けられている。カウンタパンチ14は、油圧シリンダ15のシリンダロッド24に接続されている。油圧シリンダ15は、駆動回路部16に接続しており、制御部17により駆動回路部16を介してその圧力が制御される。このため、カウンタパンチ14により、材料Wに所定の背圧Frを付与することができる。
The
[作用・効果]
次に、上記鍛造装置100による鍛造方法について説明する。本実施形態では、円柱形状の材料Wを、前方押出しと後方押出しを組合せた複合押出しにより成形する。成形後の製品は、図3に示すように、軸部25と、環状鍔部26と、円形凸部27と、を有する。環状鍔部26は、軸部25の軸方向の後端側に位置する。円形凸部27は、軸部25の前端側中央に位置する。なお、図3及び以下で参照する図4,6では、簡略化のため、油圧シリンダ15、駆動回路部16、及び制御部17については図示を省略している。
[Action / Effect]
Next, a forging method using the
まず、型開き状態で材料Wが載置面23上にセットされる。加工開始時では、図1に示すように、材料Wの下端面は、載置面23及びカウンタパンチ14の上面に接している。また、材料Wの上端面は、パンチスリーブ13に接している。すなわち、材料Wは型内に充満した状態にある。図2のフローチャートに示すように、加工が開始されると、まずステップ(以下、ステップを「S」と略す)1で、カウンタパンチ14により材料Wの後端面から背圧Frが付与される。このS1は、「背圧付与工程」に相当する。
First, the material W is set on the
次いで、S2で、パンチ12の下降が開始される。パンチ12は材料Wの前端面を押圧する。パンチ12のストロークが大きくなるのに伴い、押下げ荷重Fは、ゼロから所定値まで漸増する。この所定値は、カウンタパンチ14の背圧Frよりも大きいため、押下げ荷重Fが背圧Frよりも大きくなった時点で、材料Wおよびカウンタパンチ14は下降する。カウンタパンチ14の動作に併せて、パンチスリーブ13が連動して下降する。この過程で、図3に示すように元の材料Wの厚みより薄い軸部25と、後方への伸びによる環状鍔部26と、前方への伸びによる円形凸部27と、が徐々に形成されて、製品の形状に成形されていく。
Next, in S2, the lowering of the
再び図2を参照する。次いで、S3で、パンチ12の位置における材料位置(前方位置Mfまたは後方位置Mr(図3参照))が適正か否かが判断される。塑性流動して前後方に伸びた材料Wの先端位置である前方位置Mfと後方位置Mrは、例えば、カウンタパンチ14の位置から検出することができる。材料Wの体積は一定であるため、カウンタパンチ14の下降量または下降後の前方位置等から、材料Wの前方位置Mfおよび後方位置Mrが求められる。なお、連動するパンチスリーブ13の位置Pにより後方位置を求めても良い。
FIG. 2 is referred to again. Next, in S3, it is determined whether the material position (front position Mf or rear position Mr (see FIG. 3) at the position of the
また、鍛造加工の過程において、所定の製品を成形する場合のパンチ12の位置における適正な材料位置Mf,Mrは決まっている。制御部17には、パンチ12の位置Pにおける適正な材料位置Mf,Mrとの対応を示すマスタデータが予め記憶されている。このマスタデータと検出された材料位置との比較により、例えばマスタ値と検出値との開きが所定値内に収まっているか否かを見ることで、材料位置Mf,Mrが適正であるか否かの判断が可能である。
Also, in the process of forging, appropriate material positions Mf and Mr at the position of the
そして、材料位置Mf,Mrが適正である場合(S3:YES)には、S5に進み、パンチ12が下死点まで下降したか否かが判断される。そして、パンチ12が下死点まで下降していない場合(S5:NO)、パンチ12が下死点に下降するまで、すなわちS5でYESと判断されるまで、S2〜S5の各処理が繰り返し実行される。このS2からS5:YESまでの処理が、パンチ12が往動する「往動工程」に相当する。
If the material positions Mf and Mr are appropriate (S3: YES), the process proceeds to S5, where it is determined whether the
材料位置Mf,Mrが適正である場合には、図3において矢印A1,A2に示すように、前方及び後方への材料流れが均一であって、型内で局所的な圧力上昇が生じたりせず、型に対する負荷が低く安定した状態にある。 When the material positions Mf and Mr are appropriate, as shown by arrows A1 and A2 in FIG. 3, the material flows forward and backward are uniform, and a local pressure rise occurs in the mold. The load on the mold is low and stable.
一方、S3において、材料位置Mf,Mrが適正でない場合(S3:NO)には、S4で、カウンタパンチ14の背圧制御が行われる。以下、具体的な背圧制御を説明する。材料位置Mf,Mrが適正でない、すなわち材料流れのバランスが悪い場合の例として、図4(a)において矢印A3,A4に示すように、後方への材料流れが促進されている場合には、背圧Frを下げて前方への材料流れの促進を図る。一方、図4(b)において矢印A5,A6に示すように、前方への材料流れが促進されている場合には、背圧Frを上げて後方への材料流れの促進を図る。
On the other hand, if the material positions Mf and Mr are not proper in S3 (S3: NO), the back pressure control of the
背圧制御後は、S3に戻り、材料位置Mf,Mrが適正となるまで背圧制御が実行される。このS3、S4の処理が、「背圧制御工程」に相当する。なお、前方と後方のどちらへの材料流れが促進されているかは、パンチ12の位置Pにおける材料Wの前方位置Mfと後方位置Mrのそれぞれの検出値から判断することが可能である。
After the back pressure control, the process returns to S3, and the back pressure control is executed until the material positions Mf and Mr become appropriate. The processing of S3 and S4 corresponds to a “back pressure control step”. Whether the material flow is promoted forward or backward can be determined from the respective detected values of the front position Mf and the rear position Mr of the material W at the position P of the
そして、S5で、パンチ12が下死点まで下降したと判断された場合、成形加工は完了であるため、本処理を終了する。その後、型開きされて製品が取り出される。
Then, in S5, when it is determined that the
[効果]
例えば、カウンタパンチ14の背圧を一定として加工を行う方法では、生産開始時と生産安定期とで、金型の温度状態が異なり、金型(パンチ12やダイ11など)と材料Wとの間に生じる摩擦力が変化して材料流れが不均一化する虞がある。その点、第1実施形態では、パンチ12の位置Pにおける伸びた材料Wの位置Mf,Mrを検出し、検出された位置Mf,Mrが適正であるか否かに基づいてカウンタパンチ14の背圧制御を実行している。材料Wの伸びに応じて適した背圧制御を行っており、常に材料流動が均一に保たれる。
[effect]
For example, in the method in which the processing is performed while the back pressure of the
このため、無理な材料流れによる局所的な圧力上昇が起きることや、こうした圧力上昇により成形荷重Fが増大することを抑制でき、ひいては型寿命を向上させることができる。 For this reason, it is possible to suppress the occurrence of a local pressure increase due to an unreasonable material flow, and to suppress an increase in the molding load F due to such an increase in the pressure, thereby improving the life of the mold.
〈第2実施形態〉
次に、本発明の第2実施形態による鍛造方法について、図5、図6を参照して説明する。なお、第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。第2実施形態では、第1実施形態と同様の鍛造装置100を用いて行う。
<Second embodiment>
Next, a forging method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In the second embodiment, the forging is performed using the same forging
図5に示すように、S2で、パンチ12の下降が開始されると、S31において、パンチ12の位置Pにおける材料位置Mf,Mr及び荷重Fが適正か否かが判断される。つまり、材料位置Mf,Mrに加え、パンチ12の位置における荷重Fについての適正可否の判断をしている点が上記第1実施形態とは異なる。材料位置と荷重Fのうち、どちらかでも適正でない場合にはS4で背圧制御が実行される。なお、その他のステップについては上記第1実施形態と同様であるため説明は省略する。
As shown in FIG. 5, when the lowering of the
材料Wにかかる荷重Fは、材料Wの変形抵抗の差と下降位置(ストローク)によって変化する。第2実施形態では、この荷重Fを常にセンシングしている。また、鍛造加工の過程において、パンチ12の位置Pにおける適正な荷重Fは決まっており、第2実施形態では、パンチ12の位置Pにおける材料位置Mf,Mrに加え、荷重Fに関するマスタデータが制御部17に予め記憶されている。適正か否かの判断は、このマスタデータとの比較により実行される。
The load F applied to the material W changes according to the difference in the deformation resistance of the material W and the descending position (stroke). In the second embodiment, the load F is constantly sensed. In the forging process, an appropriate load F at the position P of the
荷重Fが適正でない例として、図6(a)に示すように、荷重Fが小さすぎる場合には、背圧Frを上げて弾性変形量の増加を図る。図6において矢印A7,A8は、弾性変形量のイメージを示している。図6(b)に示すように、荷重Fが大きすぎる場合には、背圧Frを下げて弾性変形量の減少を図る。第2実施形態では、S31、S4の処理が「背圧制御工程」に相当する。 As an example of the improper load F, as shown in FIG. 6A, when the load F is too small, the back pressure Fr is increased to increase the amount of elastic deformation. In FIG. 6, arrows A7 and A8 show images of the amount of elastic deformation. As shown in FIG. 6B, when the load F is too large, the back pressure Fr is lowered to reduce the amount of elastic deformation. In the second embodiment, the processing of S31 and S4 corresponds to a “back pressure control step”.
第2実施形態では、上記第1実施形態と同様の効果を奏するとともに、さらに以下の効果がある。低硬度材料では、高硬度材料と比較して荷重Fが低下する。熱処理条件等に起因して硬度差が異なる材料が発生したとき、材料Wにかかる荷重Fを考慮しない場合、荷重変動によって弾性変形量が変化し、製品精度が落ちる虞がある。その点、第2実施形態では荷重Fを考慮することで弾性変形量が一定化し、製品の寸法精度を向上させることができる。 The second embodiment has the same effects as the first embodiment, and also has the following effects. The load F of the low hardness material is lower than that of the high hardness material. When a material having a difference in hardness is generated due to heat treatment conditions or the like, if the load F applied to the material W is not taken into consideration, the amount of elastic deformation may change due to the load fluctuation, and the product accuracy may be reduced. In this regard, in the second embodiment, the elastic deformation amount is made constant by considering the load F, and the dimensional accuracy of the product can be improved.
〈他の実施形態〉
上記各実施形態の鍛造装置100では、カウンタパンチ14の駆動を油圧シリンダ15により行うものとしたが、サーボモータを備えるもので構成しても良いし、種々変更可能である。
<Other embodiments>
In the forging
上記各実施形態では、材料Wの位置Mf,Mrの適正判断をマスタデータとの比較により実行したが、製品形状が単純であれば、例えば、単に前方伸びと後方伸びとの比較により適正判断を実行してもよいし、その他の方法であっても良い。 In each of the above embodiments, the appropriateness of the positions Mf and Mr of the material W is determined by comparing with the master data. However, if the product shape is simple, for example, the appropriateness is determined by simply comparing the forward extension and the backward extension. It may be executed or another method may be used.
上記各実施形態では、前後方複合押し出しにより成形する例について説明したが、その他、前方押し出しや後方押し出し、側方押し出しであっても良い。なお、その際には型形状や、カウンタパンチ14の位置等は適宜変更される。
In each of the above embodiments, an example in which molding is performed by front-rear composite extrusion has been described. However, front extrusion, rear extrusion, and side extrusion may also be used. At that time, the shape of the mold, the position of the
上記各実施形態では、円柱形状の材料Wを加工するものとしたが、加工前の材料や成形後の形状についても上記に限定されるものではない。例えば加工前の材料に鍔部を設けたものを採用しても良いし、種々の形態が可能である。 In the above embodiments, the cylindrical material W is processed, but the material before processing and the shape after molding are not limited to the above. For example, a material in which a flange portion is provided on a material before processing may be employed, and various forms are possible.
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various forms without departing from the spirit of the invention.
11 ・・・ダイ
12 ・・・パンチ
13 ・・・パンチスリーブ
14 ・・・カウンタパンチ
17 ・・・制御部
100 ・・・鍛造装置
W ・・・鍛造材料
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記鍛造材料に、前記カウンタパンチにより背圧が付与される背圧付与工程と、
前記パンチが前記鍛造材料側へ往動する往動工程と、
前記往動工程の際、前記パンチの位置における前記鍛造材料の位置が適正であるか否かに基づいて、前記制御部が前記カウンタパンチの背圧を制御する背圧制御工程と、
を含む鍛造方法。 A die (11) for placing the forging material (W), a punch (12) reciprocating with respect to the die, and a counter punch (14) for applying a back pressure from one end surface of the forging material when the punch moves forward. A forging device (100) having a control unit (17) for controlling back pressure by the counter punch, wherein the forging material is plastically flowed and extruded into a predetermined shape by extrusion.
A back pressure applying step in which a back pressure is applied by the counter punch to the forged material;
A reciprocating step in which the punch reciprocates toward the forging material side,
During the forward movement step, based on whether the position of the forged material at the position of the punch is appropriate, the control unit controls the back pressure of the counter punch,
Including forging methods.
前記鍛造材料は、加工開始時に型内に充満するように前記連動部材と前記カウンタパンチに接した状態とされる請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の鍛造方法。 The forging device further includes an interlocking member (13) interlocked with the counter punch so as to allow plastic flow of the forging material,
4. The forging method according to claim 1, wherein the forging material is brought into contact with the interlocking member and the counter punch so as to fill the inside of the mold at the start of processing. 5.
前記背圧付与工程では、前記カウンタパンチにより前記鍛造材料の後端面から背圧が付与されるとともに、
前記往動工程では、前記パンチが前記鍛造材料の前端面を押圧し前記鍛造材料を前方及び後方へ押し出すものである請求項1〜請求項4のうちいずれか一項に記載の鍛造方法。 A forging method for performing compound extrusion combining forward extrusion and backward extrusion,
In the back pressure applying step, a back pressure is applied from the rear end surface of the forged material by the counter punch,
The forging method according to any one of claims 1 to 4, wherein in the forward movement step, the punch presses a front end surface of the forging material to push the forging material forward and backward.
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