JP2023065006A - 鍛造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鍛造のサイクルタイムを短縮して生産性を向上させる鍛造装置を提供すること。【解決手段】鍛造装置１００は、上型と、上型に対向する下型１の内周位置に設けられる可動型２０と、下型１の外周位置に設けられ、鍛造品の形状の少なくとも一部に対応する成形面１３を備える固定型１０と、成形面１３に噴霧する潤滑剤Ｌを圧送する潤滑剤圧送手段と、可動型２０を昇降させる昇降手段と、を有し、可動型２０は、一端が潤滑剤圧送手段から圧送される潤滑剤Ｌを導く伸縮自在のホース３０に連通されるとともに他端が固定型１０との間に臨んで開口した潤滑剤通路２４を内部に備え、昇降手段により可動型２０が上昇することに伴って開口を固定型１０の成形面１３に対向する位置に移動させる。【選択図】図３

Description

本発明は、鍛造装置に関する。

熱間鍛造等の鍛造工程では、予備成形を行なった被加工材であるワークを鍛造型間に配置して加圧することにより、目的とする形状の鍛造品を成形することができる。このような鍛造工程に用いられる鍛造装置においては、鍛造型の冷却及び潤滑や鍛造品の離型を促すために、鍛造型の成形面に潤滑剤が塗布される。

特許文献１には、鍛造型間に潤滑剤を噴射するノズル部と鍛造型の成形方向に延びる筒体とノズルが配設され筒体内に摺動自在に収嵌されたノズル位置伸長部と潤滑剤による圧力を受ける受圧部とノズル位置伸長部を筒体内に収納する方向に付勢する付勢手段とを備えるノズル機構部と、成形方向と直交方向から鍛造型間にノズル機構部を進退させる進退機構部と、を有することを特徴とする潤滑剤吹きつけノズル装置が開示されている。

この潤滑材吹付けノズル装置では、潤滑剤を噴射するノズルが配設されたノズル機構部に潤滑剤の圧力の有無により伸縮する機構を設けることで、縮んだ状態のノズル機構部を鍛造型間に臨ませた後、潤滑剤を圧送することでその圧力によりノズル機構部を伸長させ、鍛造型の必要な部位に幾つかの必要なノズルを近接できることが記載されている。

特開２００６－１９８６４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、潤滑剤を塗布する際に、ノズルを鍛造型の成形面近傍の位置に移動させて鍛造型の成形面に必要な潤滑剤をノズルから噴射した後、再びノズルを移動させて元の位置に戻す必要がある。これにより、鍛造のサイクルタイムが長くなり生産性が低下するという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、鍛造のサイクルタイムを短縮して生産性を向上させる鍛造装置を提供することを目的とするものである。

一実施の形態にかかる鍛造装置は、上型と、上型に対向する下型の内周位置に設けられる可動型と、下型の外周位置に設けられ、鍛造品の形状の少なくとも一部に対応する成形面を備える固定型と、成形面に噴霧する潤滑剤を圧送する潤滑剤圧送手段と、可動型を昇降させる昇降手段と、を有し、可動型は、一端が潤滑剤圧送手段から圧送される潤滑剤を導く伸縮自在のホースに連通されるとともに他端が固定型との間に臨んで開口した潤滑剤通路を内部に備え、昇降手段により可動型が上昇することに伴って開口を固定型の成形面に対向する位置に移動させる。

本発明により、鍛造のサイクルタイムを短縮して生産性を向上させる鍛造装置を提供することができる。

実施の形態１にかかる鍛造装置の構成を説明する断面図である。 図１に示す鍛造装置が備える下型を示す平面図である。 図１に示す鍛造装置において、成形面に潤滑剤を塗布する様子を示す断面図である。 ノズルを用いて成形面に潤滑剤を塗布する場合における問題点を説明するための平面図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。図中に示したものは、全体の一部であり、図示しないその他の構成が実際には多く含まれる。さらに、以下の説明において同一又は同等の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態では、環状のワークＷに歯面を鍛造成形してギヤを製造するための鍛造装置１００を例に挙げて説明する。ただし、本実施形態にかかる鍛造装置１００は、ギヤに限らず、複雑な形状を有する鍛造品を製造するための鍛造工程に好適に用いることができる。

まず、図１を参照して、本実施形態にかかる鍛造装置１００が適用されるワークＷについて説明する。図１は、実施の形態１にかかる鍛造装置の構成を説明する断面図である。図１に示すように、ワークＷは、鍛造装置１００によって外周面に歯面が形成された略円環状をなすワーク本体部Ｗ１と、ワーク本体部Ｗ１の一端側において径方向の外側に向かって突出するフランジ部Ｗ２と、を有する形状に成形される。すなわち、鍛造装置１００は、ワークＷから鍛造品（成形後のワークＷ）を製造することができる。ワークＷの材質は、塑性変形可能な金属又は合金である。

続いて、ワークＷを鍛造成形するための鍛造装置１００の構成を説明する。鍛造装置１００は、ワークＷを加圧して塑性変形させるための鍛造型を有している。鍛造型は、再結晶温度以上の温度に加熱したワークＷを間に挟んで加圧する上下一組の金型である。

上下一組の鍛造型は、それぞれヒータ等によって加熱可能な上型及び下型１により構成される。鍛造装置１００は、鍛造装置１００の動作を制御する制御部を含んで構成される。なお、図１及び図２には、主に鍛造装置１００を構成する下型１を示しており、その他の構成要素の図示は省略している。

上型は、上型ホルダ等を介して設けられた上型駆動部によって下型１に対して接近及び離間する上下方向に昇降可能に支持されている。下型１は、上下方向で上型に対向して配置されている。鍛造装置１００では、上型を下降させることにより、下型１と上型との間に配置されたワークＷを上下方向から所定の圧力で加圧する。これにより、ワークＷを所望の形状に成形することができる。

下型１については、図２を適宜参照して説明する。図２は、図１に示す鍛造装置が備える下型を示す平面図である。図１及び図２に示すように、下型１は、下型１の外周位置に設けられた固定型１０と、下型１の内周位置に設けられた可動型２０と、により構成される。図中の鎖線は下型１の中心軸Ｃを示しており、固定型１０と可動型２０は同軸的に配置されている。

固定型１０は、例えば下型ホルダ等を介して下ダイプレートに固定されている。固定型１０は、全体として略円筒状をなしており、上部１１と下部１４を有している。固定型１０の上部１１には、ワークＷを受け入れる凹状の成形部１２が設けられている。そして、固定型１０の上部１１は、ワークＷに歯面を形成するための成形面１３を有している。成形面１３は、成形部１２の輪郭の一部を構成しており、鍛造成形時にワークＷの外周面に接触する。

固定型１０の下部１４における上下の端部は、固定型１０の他の部分よりも径方向の厚みが大きい厚肉部１４ａであり、径方向の内側に向かって突出している。また、下部１４において、上下の厚肉部１４ａに挟まれた中間部分は、当該上下の端部よりも径方向の厚みが小さい薄肉部１４ｂである。このように、固定型１０の下部１４は、中間部分が径方向の外側に向かって窪んだ形状を呈している。

また、固定型１０において、下部１４の薄肉部１４ｂには、固定型１０の内外を径方向に貫通する挿通孔１５が設けられている。挿通孔１５は、固定型１０の内周面から固定型１０の内部を通って、固定型１０（下型１）の外部に連通している。挿通孔１５には、後述するホース３０が挿通されている。

可動型２０は、全体として略円柱状をなしており、固定型１０の内周に嵌合している。また、可動型２０は、例えば下ダイプレートに載置された状態で、上下方向に昇降可能に設けられている。可動型２０は、消耗部２１と、消耗部２１に着脱可能に嵌合する潤滑剤通路形成部２３と、を有する。

消耗部２１は、略円柱状をなしている。消耗部２１の上端面である接触面２２は、成形部１２の輪郭の一部を構成している。この接触面２２は、鍛造成形時にワークＷの下面に接触する。また、消耗部２１の上下の端部は、消耗部２１の他の部分よりも径方向の長さが大きい大径部２１ａであり、径方向の外側に向かって突出している。消耗部２１において、上下の大径部２１ａに挟まれた中間部分は、上方から順に、上下の大径部２１ａよりも径方向の長さが小さい中径部２１ｂと、中径部２１ｂよりも径方向の長さが小さい小径部２１ｃと、により構成されている。このように、消耗部２１は、中間部分が径方向の内側に向かって窪んだ形状を呈している。また、消耗部２１の下端部にあたる大径部２１ａは、消耗部２１の他の部分（消耗部２１の上端部にあたる大径部２１ａ、中径部２１ｂ、及び小径部２１ｃ）と分離可能である。

潤滑剤通路形成部２３は、略円筒状をなしており、小径部２１ｃの外周に着脱可能に嵌合するとともに、固定型１０の窪んだ中間部分に対向して配置されている。例えば、メンテンナンス時には、まず下型１から可動型２０を取り外し、さらに消耗部２１の下端部にあたる大径部２１ａを取り外した後、消耗部２１から潤滑剤通路形成部２３を取り外すことができる。また、潤滑剤通路形成部２３の外径は、中径部２１ｂの外径と同等に形成されているため、潤滑剤通路形成部２３と固定型１０とは、径方向に離間して配置されている。中径部２１ｂは、潤滑剤Ｌの塗布時に、成形面１３への潤滑剤Ｌの噴霧を妨げない形状（例えば外径及び高さ）となるように適宜設計される。

潤滑剤通路形成部２３の内部には、成形面１３に潤滑剤Ｌを噴霧するための潤滑剤通路２４が備えられている。潤滑剤通路２４は、潤滑剤通路形成部２３の下端側に配置される一端から、上端側に配置される他端に向かって潤滑剤通路形成部２３の内部を通って延びている。潤滑剤通路２４の一端及び他端は、潤滑剤通路形成部２３の外周面において固定型１０との間に臨んで開口している。また、潤滑剤通路２４の一端は、連結部材３１を用いて潤滑剤通路形成部２３に取り付けられたホース３０の一端に連通している。潤滑剤通路２４の他端は、固定型１０との間に臨んで開口した状態で、潤滑剤Ｌを噴射するための噴霧口２５を形成している。

ホース３０は、中間部分が挿通孔１５に挿通された状態で、一端部が潤滑剤通路形成部２３と固定型１０との間に突出しており、他端部が固定型１０（下型１）の外部に突出している。ホース３０の他端は、潤滑剤圧送手段に接続されている。ホース３０は、潤滑剤圧送手段から圧送される潤滑剤Ｌを導く伸縮自在の部材である。

このように構成される鍛造装置１００では、鍛造型打ち時にワークＷを受ける消耗部２１の接触面２２を底面として下方に延びる略円錐形状の範囲（例えば、図１において破線で示した範囲）に応力が伝播すると考えられる。これに対し本実施形態では、潤滑剤通路形成部２３が応力の伝播範囲を避けた形状に形成されるため、これにより潤滑剤通路形成部２３の摩耗の抑制を図っている。

また、消耗部２１と潤滑剤通路形成部２３との分割部分であって潤滑剤通路形成部２３の内周側及び外周側のそれぞれ上方角部周辺が摩耗しやすく、特に、鍛造型打ち時に潤滑剤通路形成部２３の内周側の上方角部周辺に応力が集中し得ると考えられる。これに対し本実施形態では、潤滑剤通路形成部２３の内周側及び外周側のそれぞれ上方角部は、断面が略円弧状となるようにＲ加工が施されている。これにより、潤滑剤通路形成部２３の上方角部への応力集中を緩和して摩耗の抑制を図っている。

さらに、下型１には、可動型２０を昇降させるための昇降手段が設けられている。昇降手段としては、例えばノックアウト機構を用いることができる。以下、可動型２０を昇降させるための昇降手段としてのノックアウト機構を可動型用ノックアウト機構と称して説明する。

可動型用ノックアウト機構は、可動型２０を下方から押し上げる少なくとも１本の可動型用ノックアウトピンと、可動型用ノックアウトピンを上下方向に移動させる可動型用ピン駆動部と、を有する。可動型２０の下方に配置された可動型用ノックアウトピンは、その先端が可動型２０（消耗部２１）の下面に接触している。可動型用ノックアウト機構は、可動型用ピン駆動部により可動型用ノックアウトピンを上下方向に移動させることに伴って可動型２０を昇降させることができる。

また、鍛造装置１００は、成形後のワークＷを鍛造型から離型させるためのノックアウト機構を備えていてもよい。以下、成形後のワークＷを離型させるためのノックアウト機構を離型用ノックアウト機構と称して説明する。

離型用ノックアウト機構は、下型１（例えば消耗部２１）を上下方向に貫通するように挿通された少なくとも１本の離型用ノックアウトピンと、離型用ノックアウトピンを上下方向に移動させる離型用ピン駆動部と、を有する。離型用ノックアウト機構は、成形後の型開き状態において、離型用ピン駆動部により離型用ノックアウトピンを上下方向に移動させることに伴って、鍛造型内で成形されたワークＷを下方から押し上げる。これにより、成形部１２に嵌まり込んだ成形後のワークＷを下型１から離型させることができる。

次に、図３を参照して、ワークＷを鍛造成形する際の鍛造装置１００の動作について説明する。図３は、図１に示す鍛造装置において、成形面に潤滑剤を塗布する様子を示す断面図である。以下、前の鍛造サイクルが終了した後、次の鍛造サイクルにおいてワークＷを鍛造成形する場合を例に挙げて説明する。

前の鍛造サイクルが終了した後、上型と下型１とが型開きした状態で、制御部により可動型用ピン駆動部を駆動させる。可動型用ピン駆動部の駆動により可動型用ノックアウトピンが上方向へ移動すると、可動型２０が上昇する。可動型用ノックアウト機構は、可動型２０を元の位置から上昇させて、固定型１０の成形面１３に対向する位置に噴霧口２５を移動させる。また、可動型２０の上昇に追従するようにホース３０が伸長する。

その後、制御部の指令に応じて潤滑剤圧送手段により潤滑剤Ｌが圧送され、ホース３０内に潤滑剤Ｌが供給される。そして、ホース３０内から潤滑剤通路２４内に流入した潤滑剤Ｌが噴霧口２５から成形面１３に向かって噴射される。これにより、成形面１３に潤滑剤Ｌが塗布され、成形面１３が冷却される。そして、成形面１３に塗布された潤滑剤Ｌを乾燥することにより、成形面１３に潤滑剤被膜が形成される。成形面１３に対する潤滑剤の塗布が完了した後、制御部により可動型用ノックアウトピンを下方向へ移動させると、可動型２０が下降して元の位置に戻る。また、可動型２０の下降に追従するようにホース３０が収縮して元の状態に戻る。

そして、型開きした状態のまま、下型１の成形部１２に加熱されたワークＷをセットする。次いで、制御部により上型駆動部を駆動させて上型が下降すると、上型の先端が成形部１２に進入しつつワークＷを上方から押圧する。上型が下死点まで下降することにより、下型１と上型との間でワークＷが所定の圧力で加圧される。これにより、ワークＷの外周面及び下面が下型１に押しつけられて、ワーク本体部Ｗ１の外周に歯面が形成された所定形状の鍛造品を得ることができる。

ワークＷを成形した後は、制御部により上型駆動部を駆動させて上型が上昇すると、下型１から上型が離間して上死点に戻る。そして、制御部により離型用ピン駆動部を駆動させて離型用ノックアウトピンを上昇させると、離型用ノックアウトピンが成形後のワークＷを押し出して、下型１から成形後のワークＷを離型させる。このようにして、鍛造型内から成形後のワークＷを取り出すことができる。成形後のワークＷが取り出された後の鍛造型は、次の鍛造サイクルを行なうために適切な温度まで冷却される。以上の動作を繰り返すことにより、連続的に鍛造成形を行なうことができる。

ここで、型開きした状態の鍛造型間にアームを進退させ、アームの先端に設けられたノズル６１から鍛造型に潤滑剤Ｌを噴射することにより、潤滑剤Ｌを塗布するノズル装置６０が知られている（例えば、特許文献１に記載の潤滑剤吹きつけノズル装置）。

このようなノズル装置６０に備えられたノズル６１を用いて上記した成形面１３に潤滑剤Ｌを塗布する場合の問題点について、図４を参照して説明する。図４は、ノズルを用いて成形面に潤滑剤を塗布する場合における問題点を説明するための平面図である。

図４に示すように、ノズル装置６０のノズル６１から潤滑剤Ｌを下型５０の成形面１３に噴射する場合、鍛造サイクル毎に原位置にあるノズル６１を成形面１３に近接させるために進退させる必要があるため、ノズル６１の移動に一定の時間を要する。このようなノズル装置６０では、鍛造のサイクルタイムが長くなるため、サイクルタイムが短い鍛造工程に対応することができない場合がある。

また、潤滑剤Ｌを噴霧するためのノズル装置６０を鍛造型の外部に設置する必要があることと、ノズル６１の移動距離が長く移動軌跡が複雑であることから、鍛造成形を行なうための設備が大型化して製造コストが増大する。

さらに、例えばギヤの歯面を形成するための成形面１３は周方向に多数の凹凸からなる歯形を有するため、この複数の凹凸に対応するように、ノズル６１に複数の噴霧口６２を設ける必要がある。このように成形面１３が複雑な形状であると、これに伴ってノズル６１の構造も複雑になる。例えば、ノズル６１には、歯形を精度良く狙うことができる小さなサイズの噴霧口６２を加工する必要があるが、その設計・製作が難しい。そのため、ノズル６１から成形面１３に対して潤滑剤Ｌを噴霧すると、過剰量の潤滑剤Ｌを広範囲に塗布してしまう場合がある。したがって、ノズル６１を用いた方法では、複雑な形状の成形面１３に対して適正量の潤滑剤Ｌを均一に塗布することが困難であるため、鍛造型の潤滑性及び離型性が低下する可能性がある。

これに対し、本実施形態にかかる鍛造装置１００は、上型と、上型に対向する下型１の内周位置に設けられる可動型２０と、下型１の外周位置に設けられ、鍛造品の形状の少なくとも一部に対応する成形面１３を備える固定型１０と、成形面１３に噴霧する潤滑剤Ｌを圧送する潤滑剤圧送手段と、可動型２０を昇降させる昇降手段と、を有している。そして、可動型２０は、一端が潤滑剤圧送手段から圧送される潤滑剤Ｌを導く伸縮自在のホース３０に連通されるとともに他端が固定型１０との間に臨んで開口した潤滑剤通路２４を内部に備え、昇降手段により可動型２０が上昇することに伴って開口を固定型１０の成形面１３に対向する位置に移動させるものである。

本実施形態にかかる鍛造装置１００では、潤滑剤Ｌを噴霧するための手段が下型１に組み込まれているため、下型１を構成する可動型２０を上下動させる単純な動作により、成形面１３に噴霧口２５を近接させて潤滑剤Ｌを塗布することができる。このような構成によれば、上記したノズル６１を移動させる必要があるノズル装置６０と比べて、可動型２０の移動軌跡が単純で移動距離が短いため、潤滑剤Ｌを塗布するためにかかる時間が短縮される。したがって、鍛造のサイクルタイムを短縮することができるとともに、鍛造成形を行なうための設備の小型化を実現することができる。

また、本実施形態にかかる鍛造装置１００を用いた場合、上記した加工が困難な噴霧口６２を有するノズル６１から潤滑剤Ｌを噴霧する場合と比べて、成形面１３に対してより直接的に潤滑剤Ｌを噴霧することが可能である。本実施形態にかかる鍛造装置１００によれば、摩耗が激しい成形面１３に適正量の潤滑剤Ｌを均一に塗布することができるため、鍛造型の潤滑性及び離型性を向上し、鍛造型の摩耗を低減することができる。また、潤滑剤Ｌの噴霧により成形面１３の冷却が促進されるため、金型の軟化が抑制される。その結果、鍛造品に発生し得る欠陥の発生頻度が低減するとともに、鍛造型の寿命が向上する。

また、本実施形態にかかる鍛造装置１００は、必要に応じて消耗部２１と潤滑剤通路形成部２３とを分離して個別にメンテナンスを行なうことができる。したがって、本実施形態にかかる鍛造装置１００を用いれば、摩耗しやすい消耗部２１の交換が容易であるため、メンテナンス性を向上しつつ鍛造型の費用等のコストを低減することができる。

以上説明したように、本実施形態にかかる鍛造装置１００によれば、鍛造のサイクルタイムを短縮して生産性を向上させることができる。

１ 下型
１０ 固定型
１１ 上部
１２ 成形部
１３ 成形面
１４ 下部
１４ａ 厚肉部
１４ｂ 薄肉部
１５ 挿通孔
２０ 可動型
２１ 消耗部
２１ａ 大径部
２１ｂ 中径部
２１ｃ 小径部
２２ 接触面
２３ 潤滑剤通路形成部
２４ 潤滑剤通路
２５ 噴霧口
３０ ホース
３１ 連結部材
５０ 下型
６０ ノズル装置
６１ ノズル
６２ 噴霧口
１００ 鍛造装置
Ｃ 中心軸
Ｌ 潤滑剤
Ｗ ワーク
Ｗ１ ワーク本体部
Ｗ２ フランジ部

Claims (1)

1. 上型と、
   前記上型に対向する下型の内周位置に設けられる可動型と、
   前記下型の外周位置に設けられ、鍛造品の形状の少なくとも一部に対応する成形面を備える固定型と、
   前記成形面に噴霧する潤滑剤を圧送する潤滑剤圧送手段と、
   前記可動型を昇降させる昇降手段と、を有し、
   前記可動型は、
   一端が前記潤滑剤圧送手段から圧送される前記潤滑剤を導く伸縮自在のホースに連通されるとともに他端が前記固定型との間に臨んで開口した潤滑剤通路を内部に備え、
   前記昇降手段により前記可動型が上昇することに伴って前記開口を前記固定型の前記成形面に対向する位置に移動させる鍛造装置。

Images