JP3256885B2 - 長尺鋼材の鍛造方法 - Google Patents

長尺鋼材の鍛造方法

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JP3256885B2 JP02663993A JP2663993A JP3256885B2 JP 3256885 B2 JP3256885 B2 JP 3256885B2 JP 02663993 A JP02663993 A JP 02663993A JP 2663993 A JP2663993 A JP 2663993A JP 3256885 B2 JP3256885 B2 JP 3256885B2
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義人 鈴木
貴夫 和田
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大同特殊鋼株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一端にフランジ部を一
体に形成させた航空機用大型エンジンの長尺シャフト等
の製造に好適に適用される長尺鋼材の鍛造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】航空機用大型ファンジェットエンジンに
は、一端に、ファンディスクが取付けられるフランジ
(傘部9を一体に形成させた長尺のシャフト用鍛造材が
使用されている。この様なシャフト素材としては、例え
ばマルエージング鋼が用いられ、素材の歩留りの向上や
靱性や引張強度等の、必要な材料力学的性質を得るため
に、シャフト部を所定の鍛練比で鍛伸させる一方、一端
部を据え込んでフランジ部が一体に形成され、製品形状
に近い形状(ニアネットシェイプ)のシャフト材を得る
ようにしている。この種のシャフト材の従来の製造方法
としては、先ず鍛造機により軸部を鍛伸させた後、プレ
ス機で端部を据え込んでフランジ部を形成させている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エンジ
ンの大型化に伴って全長が3000mmにも及ぶ長尺の
シャフト用鍛造材が要請されるようになってきた。この
ようなシャフト材は、軸部の長さが長いので、鍛伸させ
たシャフトを上下方向に立てた状態でプレス機にセット
してその端部の据込加工を行なうことは不可能に近い。
【0004】そこで、端部に形成させるフランジ(傘
部)の外径に等しい鋼材を準備し、フランジ部を残して
所望の径に鍛伸させた後、機械加工によりフランジを形
成させると、フランジ部のファイバフローが、このフラ
ンジ部に作用する遠心力の方向と一致せず、強度的要求
を満足しないことになる。本発明は、このような事情に
鑑みてなされたもので、軸部においては鍛伸により結晶
粒の微細化による鋼組織の改善を図り、フランジ部にお
いては所要のファイバフローを有し、且つ、ネットシェ
イプ化を図り、もって高靱性、高強度の、軸部の長さが
2000mm以上の長尺鋼材の鍛造方法を提供すること
を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段および作用】上記した目的
を達成するために、本発明においては、長さL1と外径
Dの比L1/Dが1〜3である一端据込部と軸部とを有
する棒材の前記一端据込部を据込比1/2 u以上に据え込
んだ後、再結晶温度以下に再加熱し、前記軸部を鍛練比
2s以上に鍛伸し、鍛伸した軸部の長さL2が2000
mm以上であることを特徴とする長尺鋼材の鍛造方法が
提供される。
【0006】この発明の長尺鋼材の鍛造方法は、一端に
傘状のフランジやディスク状の歯車、カウンタウエイト
等を一体に形成させた、製品軸部長さL2が2000m
m以上である、例えば、航空機用エンジンのスタブシャ
フトの製造に好適に適用される。図1ないし図5は、本
発明方法による航空機用エンジンのスタブシャフトの製
造工程を示し、これらの図を参照して本発明方法の詳細
を説明する。
【0007】先ず、所定形状の素材(ビレット)10を
準備してこれをプレス機の下ダイ12にセットする。素
材10の鋼種としては、鍛伸により鋼組織が改善される
ものであれば特に限定されるものではないが、マルエー
ジング鋼等が好適に適用できる。素材10は、所要の外
径(D)および長さを有する丸棒形状をなし、これを所
定温度に加熱したものである。下ダイ12の上面中央に
は、製品のフランジ部を成形するための型12aが形成
されている。素材10は、その上端10aを型12aの
型底から上方に長さL1だけ突出させており、この突出
させた部分10a(長さL1×外径D)が据込部とな
る。この据込部10aの長さL1と外径Dの比(L1/
D)は1〜3に設定される。据込部10aの形状比(L
1/D)が3より大きいと、据込時に座屈が生じる虞が
あり、逆に1より小さいと、据え込んで形成されるフラ
ンジ部のファイバフローが所要のパターンに形成されな
い。
【0008】素材10は、プレス機により下ダイ12を
回転させながら平据え込みして、型入れする(図2)。
このときの据込比は1/2 u以上に据え込むのがよく(こ
の明細書全体において、「据込比は1/2 u以上に据え込
む」なる表現は、据込比が1/2u,1/2.5u,1/3u…と、据込
比1/2 uより据込量が大になるように据え込むことを意
味する)、これ以下の場合には所要のファイバフローが
形成されない。次いで、上ダイをポンチ14に代え、据
込部10aを型内12aに押し込み(図3)、製品のフ
ランジ形状に近いニアネットシェイプが得られる。この
ポンチによる型内押込み工程は製品によっては省略する
ことができる。
【0009】次に、軸部10bの鍛伸工程に入るが、鍛
伸前に、フランジ部を成形した素材10を、再結晶温度
以下(例えば、上述したマルエージング鋼では1100
℃以下)に再加熱しておく。そして、4面鍛造機により
シャフト素材10の軸部10bを、鍛練比1.5s以上
で鍛伸する(図4)。4面鍛造機の詳細な構成は図示さ
れていないけれども、この鍛造機は、マニピュレータ装
置により被鍛造材を把持し、被鍛造材をその軸方向に対
し直交する4方向から4個の金敷16により同時に圧下
し、被鍛造材をスエージングにより鍛伸(細径化、テー
パ化等)する装置であり、この装置は公知である。金敷
16としては、端部のフランジ肩部形状に適合する形状
を備えたものが使用される。鍛伸時における鍛練比が
1.5sより小さいと組織の改善(結晶粒の微細化)が
得られない。好ましい鍛練比としては2s以上である。
この鍛伸工程により鍛伸部、すなわち軸部10bが20
00mm以上の長さL2に鍛伸される(図5)。なお、
鍛伸されたシャフト素材10は、その後必要な熱処理や
機械加工が施される。
【0010】
【実施例】本発明の製造方法を航空機用大型エンジンの
スタブシャフトの製造に適用した。先ず、外径(D)3
50mm×長さ1600mmの丸棒形状をなすビレット10
を準備してこれをプレス機の下ダイ12にセットする。
ビレット10は、前述したマルエージング鋼であり、所
定温度(例えば、970℃)に加熱してある。下ダイ1
2の上面中央には、製品のフランジ部を成形するための
型12aが形成されており、ビレット10は、その上端
10aを型12aの型底から上方に長さ(L1)530
mmだけ突出させてセットされ、この突出させた部分、
すなわち据込部10aの長さL1と外径Dの比(L1/
D)は1.5である。
【0011】ビレット10は、プレス機により下ダイ1
2を回転させながら平据え込みして、型入された(図
2)。次いで、上ダイをポンチ14に代え、据込部10
aを型内12aに完全に押し込み(図3)、製品のフラ
ンジ形状に近いニアネットシェイプを得た。次に、フラ
ンジ部を成形した素材10を、再結晶温度以下である1
100℃に再加熱し、4面鍛造機によりシャフト素材1
0の軸部10bを鍛練比3sで、長さ(L2)3000
mm、軸径(D2)200mmに鍛伸した(図4,図
5)。得られたシャフト素材10の金属組織を顕微鏡で
観察した結果、平均結晶粒径は#8.3であった。
【0012】図6は、本発明方法により製造されるシャ
フト素材10のフランジ部(傘部)10aにおけるファ
イバフローの変化を模式的に示し、図6(A)は、図1
に示す素材10の未加工時のフローを、図6(B)は、
図2に示す平据込後のフローを、図6(C)は、図3に
示すポンチ後のフローをそれぞれ示す。一方、図7は、
比較方法によりシャフト素材を製造した場合のフランジ
部のファイバフローを模式的に示す。この比較方法で
は、図7(A)に示すように、製品時のフランジ部の外
径に相当する大きさのビレットを準備し、この端部に形
成させるフランジ部分を残して鍛伸した後、機械加工
(切削加工)により所要のフランジを形成させたもので
ある。図7(B)の破線は機械加工により形成させるフ
ランジの外形形状を示す。本発明方法によるシャフト素
材10のファイバフローは、径方向に沿って延びてお
り、本発明方法に依れば、遠心力が作用するフランジ部
のファイバフローを、比較方法のフローと比較して、好
ましいパターンに形成させることができる。
【0013】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
長尺鋼材の鍛造方法に依れば、軸部を鍛伸する前に、一
端据込部の据込加工が実行されるために、製品時の軸部
の長さが2000mm以上のものでも、据込機(プレス
機)による据込加工ができる。そして、長さL1と外径
Dの比L1/Dが1〜3である一端据込部を、据込比1/
2 u以上に据え込むので、このように据え込んだ一端据
込部には、好ましいファイバフローを形成させることが
できる。一方、軸部は鍛練比1.5s以上に鍛伸される
ので、この部分の結晶粒が微細化し、所要の材料力学的
性能、すなわち、靱性に優れ、高強度の長尺鋼材を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る長尺鋼材の鍛造方法の製造工程を
示し、素材をダイにセットした状態の断面図である。
【図2】本発明の製造方法により素材の一端を平据込し
た状態の断面図である。
【図3】図2に示す平据込加工後に、ポンチにより型内
に押込加工を行なった状態の断面図である。
【図4】本発明の製造方法により素材軸部の鍛伸加工状
態を示す側面図である。
【図5】本発明の製造方法による素材の鍛伸加工を終え
た状態を示す側面図である。
【図6】本発明の製造方法により製造される鋼材の一端
据込部のファイバフローの形成過程を示す図である。
【図7】比較方法により製造される鋼材の一端部のファ
イバフローの形成過程を示す図である。
【符号の説明】
10 素材(ビレット) 10a 一端据込部 12 下ダイス 12a 型 14 ポンチ 16 金敷
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−101252(JP,A) 特開 平5−318018(JP,A) 特開 昭62−286639(JP,A) 特開 昭62−72448(JP,A) 特開 昭58−50149(JP,A) 特開 昭57−134232(JP,A) 特開 昭56−95443(JP,A) 特開 昭52−139649(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21J 1/00 - 13/14 B21J 17/00 - 19/04 B21K 1/00 - 31/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 長さL1と外径Dの比L1/Dが1〜3
    である一端据込部と軸部とを有する棒材の前記一端据込
    部を据込比1/2 u以上に据え込んだ後、再結晶温度以下
    に再加熱し、前記軸部を鍛練比2s以上に鍛伸し、鍛伸
    した軸部の長さL2が2000mm以上であることを特
    徴とする長尺鋼材の鍛造方法。
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