JP2661232B2 - アルミニウム系熱間鍛造品の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的】

（産業上の利用分野） この発明は、アルミニウム（アルミニウムおよびアル
ミニウム合金をいう。）を素材とする熱間鍛造品を製造
するのに利用されるアルミニウム系熱間鍛造品の製造方
法に関するものである。 （従来の技術） 従来より、自動車，フォークリフト，繊維機械等々の
各種機械構造物の部品を製造するに際しては鍛造による
方法、鋳造による方法、焼結による方法、プレス加工に
よる方法など、各種の方法があり、部品の形状，材質，
強度等々の要因を考慮して適宜選択されている。 一方、自動車などに対する軽量化な要請は、かなり以
前からなされており、鉄鋼系材料よりも軽量であるアル
ミニウム系材料，チタン系材料，亜鉛系材料，マグネシ
ウム系材料などの採用も広まってきている。 これらのうち、アルミニウム系材料を素材とする部品
においても、鍛造，鋳造，焼結，プレス加工などの加工
法によって製作されており、例えばJIS H 4140には各種
のアルミニウム及びアルミニウム合金鍛造品が型打鍛造
品や自由鍛造品に適するものとして制定されている。そ
して、鍛造後には、所定の温度に加熱したのち冷却する
溶体化処理（T4処理）や、溶体化処理後に時効硬化処理
（T6処理,T61処理）を施すのが普通である（この際の標
準熱処理温度及び時間については、JIS H 4140に参考表
として示されている。）。 そこで、アルミニウム系熱間鍛造品を製造するに際し
ては、鍛造プレスを用いた熱間鍛造によって得られた熱
間鍛造品、あるいは必要に応じて熱間鍛造後にトリムプ
レスを行った熱間鍛造品を運搬用ボックスに入れ、ある
程度たまったところで運搬用ボックスを熱間鍛造品とと
もに溶体化処理炉の近くまで運搬し、次いで溶体化処理
用バスケットに熱間鍛造品を移し変え、溶体化処理用バ
スケットと共に熱間鍛造品をバッチ式の溶体化処理炉に
装入して所定の温度まで昇温し、昇温後直ちにもしくは
昇温後所定時間保持したのちに溶体化処理品を取り出
し、水冷槽に投入して冷却するようにしており、炭素鋼
を素材とするクランクシャフトの鍛造および熱処理（た
だし、焼入れ焼もどし）に際しては、「自動車工学全書
第19巻自動車の製造方法」昭和55年４月20日発行自動車
工学全書編集委員会編第45頁の図2.29に記載されている
ように、この場合にも熱間鍛造品を運搬用ボックスに入
れて熱処理設備まで運搬する方式としていた。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のアルミニウム系熱間
鍛造品の製造方法においては、 熱間鍛造後に熱間鍛造品を運搬用ボックスに入れてい
ったんストックしていること、 運搬用ボックス内の熱間鍛造品を溶体化処理設備もで
運搬していること、 運搬用ボックス内の熱間鍛造品を溶体化処理用バスケ
ットに移し変えていること、 溶体化処理用バスケット内の熱間鍛造品のすべてを溶
体化処理温度まで均一に昇温させるようにしているこ
と、 などとなっていたため、 熱間鍛造工程と溶体化処理工程との間での中間在庫品
が多く発生していること、および熱間鍛造品をストック
しているうちに温度が次第に低下すること、ならびにそ
のためにその後の溶体化処理時の再加熱に必要なエネル
ギーが多くなっていること、 運搬用ボックスの熱間鍛造品を溶体化処理設備まで運
搬するための工数および設備が必要であること、 運搬用ボックス内の熱間鍛造品を溶体化処理用バスケ
ットに移し変える工数および設備が必要であること、 バスケット内で相互に陰となっている部分の多い熱間
鍛造品のすべてを溶体化処理温度まで均一に昇温させる
ために再加熱時間を多くとる必要があること、 などといった問題点があり、中間在庫の多量発生，工数
の増大，再加熱に要するエネルギーの増大，生産リード
タイムの増大などといった課題があった。 （発明の目的） この発明は、このような従来の課題にかんがみてなさ
れたもので、熱間鍛造工程と溶体化処理工程の間で中間
在庫が発生しないと共に熱間鍛造品の工程途中での移し
変えも必要とせず、熱間鍛造品の溶体化処理温度までの
昇温を著しく短時間のうちにしかも均一になすことが可
能であって省エネルギーに寄与すると共に、生産のリー
ドタイムを大幅に短縮することが可能であるアルミニウ
ム系熱間鍛造品の製造方法を提供することを目的として
いる。

【発明の構成】

（課題を解決するための手段） この発明によるアルミニウム系熱間鍛造品の製造方法
は、アルミニウム（アルミニウムおよびアルミニウム合
金）系素材を熱間で鍛造成形して、熱間鍛造品を得る鍛
造機と、鍛造成形された熱間鍛造品のばり取り加工を行
うトリムプレスと、トリムプレスの鍛造品排出部分に接
近した位置に炉入口側が設けてあって当該排出部分によ
り排出された熱間鍛造品を炉入口で受けて炉内で順次連
続的に搬送して熱間鍛造品を溶体化処理温度まで昇温す
る連続式の昇温加熱炉と、昇温加熱炉の炉出口側に接近
した位置に設けてあって当該炉出口部分より排出された
熱間鍛造品を浸漬冷却する冷却槽を備え、熱間鍛造工程
と溶体化処理工程とが連続していて熱間鍛造工程から溶
体化処理工程に至る間で熱間鍛造品が順次連続的に移送
されるものとした熱間鍛造−溶体化処理ラインを用い、
アルミニウム系素材を溶体化処理温度よりも低い350〜4
50℃に加熱して鍛造機により熱間で順次連続的に鍛造成
形して得た熱間鍛造品を順次トリムプレスによりばり取
り加工し、トリムプレスの鍛造品排出部分から300〜400
℃に温度加工している熱間鍛造品を順次昇温加熱炉の炉
入口側に送り込み、昇温加熱炉内で順次連続的に通過さ
せて熱間鍛造品を相互に陰とならない状態にして溶体化
処理温度まで順次連続的の加熱昇温し、昇温加熱炉の炉
出口側から加熱昇温後の熱間鍛造品を順次冷却槽内に浸
漬冷却して溶体化処理するようにした構成としたことを
特徴としており、このようなアルミニウム系熱間鍛造品
の製造方法の構成を上述した従来の課題を解決するため
の手段としている。 この発明が適用されるアルミニウム系熱間鍛造品は、
アルミニウムまたはアルミニウム合金を素材とするもの
であり、例えばJIS H 4140に制定されたアルミニウム及
びアルミニウム合金鍛造品を使用することが可能であ
り、また必要に応じて適宜の合金成分を適量添加した
り、特定の不純物含有量を制限したりしたものが使用さ
れ、とくに限定はされない。 また、上記のアルミニウム系素材を熱間鍛造するに際
しても、プレスによる型鍛造やアプセッタによる型鍛造
などの鍛造機が用いられ、必要に応じてばり取りのため
のトリム加工が行われるが、このような熱間鍛造の手法
についてはとくに限定されない。 そして、熱間鍛造後には、熱間鍛造品をとくに望まし
くはそのまま昇温加熱炉の入炉側に送り込み、熱間鍛造
品の温度が低下しないうちに所定の溶体化処理温度まで
昇温し、例えば連続的昇温加熱炉によって熱間鍛造品を
連続的に昇温加熱することにより、熱間鍛造品が相互に
相手材の陰となることがないようにし、短時間のうちに
均一に加熱されるようにする。 次いで、昇温後直ちにもしくは昇温後所定の時間保持
したのちに水冷却槽や熱湯槽などの冷却槽に入れて冷却
し、例えば連続式冷却槽によって熱間鍛造品を冷却する
ことにより、熱間鍛造品が相互に相手材の陰となること
なく迅速にそして均一に冷却されるようにする。 （発明の作用） この発明に係るアルミニウム系熱間鍛造品の製造方法
では、上述した構成を有するものであるから、熱間鍛造
工程と溶体化処理工程に間での中間在庫の発生がなくな
ると共に熱間鍛造品の工程途中での移し変えの必要性も
なくなり、熱間鍛造品の溶体化処理温度までの均一な昇
温が迅速になされ、生産のリードタイムが大幅に減少す
るという作用がもたらされる。 （実施例） 第１図はこの発明に係るアルミニウム系熱間鍛造品の
製造方法の一実施例態様を示しており、熱間鍛造品１は
鍛造プレスによって熱間で鍛造成形されたのち、トリム
プレス２によってばり取り成形される場合を示してい
る。 この熱間鍛造品１は、JIS H 4140に制定されているア
ルミニウム合金鍛造品（A4032）を素材としており、円
柱状に切断した材料を誘導加熱によって380〜400℃に加
熱したのち熱間鍛造を行ったものである。 そして、トリムプレス２に設けたシュート2aに近接し
た位置に昇温加熱炉３を備えている。この昇温加熱炉３
は、前方ドラム4aと後方ドラム4bとの間に耐熱性のメッ
シュベルト５をかけわたした構造のメッシュベルトコン
ベア６を炉床部分に備えており、熱間鍛造品１を連続的
に搬送することができるものとなっている。また、この
昇温加熱炉３は、熱間鍛造品１が溶体化処理温度までな
るべく短時間のうちに昇温するように、その入炉側がト
リムプレス２のシュート2aに接近した位置に設けてある
と共に、前方側に昇温ゾーン７を備え、後方側に保温ゾ
ーン８を備えており、炉内温度分布を均一なものにする
と同時に対流によって熱間鍛造品１を迅速に加熱するた
めに、昇温ゾーン７と保温ゾーン８のそれぞれに撹拌扇
9,10を設置してある。さらに、加熱源にはガス，灯油バ
ーナーによる間接加熱や、ヒータ加熱などが用いられ、
熱間鍛造品１が局部的に加熱されないようにする加熱源
が用いられる。さらにまた、炉の出入口は炉内温度が低
下しないように２重扉の構造となっている。 この昇温加熱炉３の出口部分に設けたシュート3aに接
近した位置に冷却槽12を備えている。この冷却槽12は、
冷却剤として水13を用いており、水中に浸漬した前方ド
ラム14aと水上に設けた後方ドラム14bとの間にかき上げ
用ベルト15をかけわたした構造のかき上げコンベア16を
備えており、かき上げコンベア16によって連続的に送ら
れた熱間鍛造品１はシュート12aを通ってバスケット17
内に投入されるようになっている。そして、この冷却槽
12は、昇温加熱炉３から出た熱間鍛造品１が例えば15秒
以内に冷却されるように、昇温加熱炉３の出口部分に近
接した位置に設けてあり、水温が一定したものとなるよ
うに撹拌扇18を備えていると共にオーバフローによる温
度調整機構（図示せず）を備えている。 このような構成の熱間鍛造−溶体化処理ラインによっ
て、アルミニウム系熱間鍛造品１を製造するに際して
は、第２図にそのときの温度変化を示すように、次の要
領で行う。 この実施例における熱間鍛造品１は、前述したよう
に、アルミニウム合金鍛造品（A4032）を素材としてお
り、誘導加熱によって円柱状素材を350〜450℃、より望
ましくは380〜400℃（第２図では約400℃示してい
る。）に加熱したのち、この円柱状素材に対して鍛造機
によって所定の形状となるように熱間鍛造加工を行い、
トリムプレス２によってばり取り加工（トリム加工）を
行う。 このトリムプレス２によるばり取り加工後に300〜400
℃とくに315〜340℃となった熱間鍛造品１をトリムプレ
ス２のシュート2aから昇温加熱炉３のメッシュベルト６
上に移し、昇温ゾーン７を通過させることによって５〜
15分で500〜520℃まで昇温する。そして、昇温加熱炉３
内での熱間鍛造品１の全滞留時間は約18分として残りの
わずかな時間を保温ゾーン８で保温し、熱間鍛造品１の
基地中にCuAl₂,Mg₂Si等を固溶させる溶体化処理を施
す。なお、この溶体化処理は従来のような低温状態から
の再加熱を行わないため、第２図では簡易溶体化処理と
称しているが、溶体化処理自体は十分に行われるもので
ある。 次いで、昇温加熱炉３のシュート3aを出た熱間鍛造品
１を冷却槽12中のかき上げコンベア16上に落下させ、40
℃に温度調整した冷却水13中に浸漬して15〜20秒間で40
℃まで急冷し、基地中にCuAl₂,Mg₂Si等を過飽和に固溶
させる。 このようにして溶体化処理した後の熱間鍛造品１は、
通常のT6処理と同様に、時効処理炉において同じく第２
図に示すように165〜175℃の温度に所定時間（例えばお
よび10時間）保持して時効処理を行う。 かくして、前述した従来の工程による場合には、鍛造
および熱処理工程での待ち時間、運搬時間，溶体化処理
時間および入炉待ちの時間の合計として表わされる生産
リードタイムがかなり多く必要となっていたのに対し
て、この発明によれば待ち時間および運搬時間がなく実
質的に処理時間だけとなるので、生産リードタイムは従
来の約1/25時間に短縮することが可能であった。また、
エネルギー消費量も約1/4〜1/5に低減することが可能で
あった。

【発明の効果】

この発明に係るアルミニウム系熱間鍛造品の製造方法
では、アルミニウム系素材を熱間で鍛造成形して熱間鍛
造品を得る鍛造機と、鍛造成形された熱間鍛造品のばり
取り加工を行うトリムプレスと、トリムプレスの鍛造品
排出部分に接近した位置に炉入口側が設けてあって当該
排出部分より排出された熱間鍛造品を炉入口側で受けて
炉内で順次連続的に搬送して熱間鍛造品を溶体化処理温
度まで昇温する連続式の昇温加熱炉と、昇温加熱炉の炉
出口側に接近した位置に設けてあって当該炉出口部分よ
り排出された熱間鍛造品を浸漬冷却する冷却槽を備え、
熱間鍛造工程と溶体化処理工程とが連続していて熱間鍛
造工程から溶体化処理工程に至る間で熱間鍛造品が順次
連続的に移送されるものとした熱間鍛造−溶体化処理ラ
インを用い、アルミニウム系素材を溶体化処理温度より
も低い350〜450℃に加熱して鍛造機により熱間で順次連
続的に鍛造成形して得た熱間鍛造品を順次トリムプレス
によりばり取り加工し、トリムプレスの鍛造品排出部分
から300〜400℃に温度降下している熱間鍛造品を順次昇
温熱炉の炉入口側に送り込み、昇温加熱炉内で順次連続
的に通過させて熱間鍛造品を相互に陰とならない状態に
して溶体化処理温度まで順次連続的に加熱昇温し、昇温
加熱炉の炉出口側から加熱昇温後の熱間鍛造品を順次冷
却槽内に浸漬冷却して溶体化処理するようにした構成と
したから、熱間鍛造工程と溶体化処理工程との間で熱間
鍛造品の中間在庫が発生しないと共に熱間鍛造品の工程
途中での例えば運搬用ボックスから溶体化処理用バスケ
ットへの移し変えも必要とせず、熱間鍛造品の溶体化処
理温度までの昇温を著しく短時間のうちにしかも均一に
なすことが可能であって品質の向上ならびにエネルギー
消費量の低減に寄与すると共に、生産のリードタイムの
大幅な短縮を実現することが可能であるという著しく優
れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るアルミニウム系熱間鍛造品の製
造方法の実施例を示す概略説明図、第２図は熱間鍛造お
よび溶体化処理ならびに時効処理の時間による温度変化
を示す説明図である。 １……熱間鍛造品、 ２……トリムプレス、 ３……昇温加熱炉、 12……冷却槽。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルミニウム系素材を熱間で鍛造成形して
   熱間鍛造品を得る鍛造機と、鍛造成形された熱間鍛造品
   のばり取り加工を行うトリムプレスと、トリムプレスの
   鍛造品排出部分に接近した位置に炉入口側が設けてあっ
   て当該排出部分より排出された熱間鍛造品を炉入口側で
   受けて炉内で順次連続的に搬送して熱間鍛造品を溶体化
   処理温度まで昇温する連続式の昇温加熱炉と、昇温加熱
   炉の炉出口側に接近した位置に設けてあって当該炉出口
   部分より排出された熱間鍛造品を浸漬冷却する冷却槽を
   備え、熱間鍛造工程と溶体化処理工程とが連続していて
   熱間鍛造工程から溶体化処理工程に至る間で熱間鍛造品
   が順次連続的に移送されるものとした熱間鍛造−溶体化
   処理ラインを用い、アルミニウム系素材を溶体化処理温
   度よりも低い350〜450℃に加熱して鍛造機により熱間で
   順次連続的に鍛造成形して得た熱間鍛造品を順次トリム
   プレスによりばり取り加工し、トリムプレスの鍛造品排
   出部分から300〜400℃に温度降下している熱間鍛造品を
   順次昇温加熱炉の炉入口側に送り込み、昇温加熱炉内で
   順次連続的に通過させて熱間鍛造品を相互に陰とならな
   い状態にして溶体化処理温度まで順次連続的に加熱昇温
   し、昇温加熱炉の炉出口側から加熱昇温後の熱間鍛造品
   を順次冷却槽内に浸漬冷却して溶体化処理することを特
   徴とするアルミニウム系熱間鍛造品の製造方法。