JP4039042B2 - 鍛造成形型装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、鍛造成形型に水溶性離型剤を塗布した後、焼結金属素材を該鍛造成形型で熱間鍛造するような鍛造成形型装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、上述例の鍛造成形型装置としては、図10、図11に示すような構造の装置があった。
すなわち、図10において、孔部81,82を有する下型83を設け、この下型83の下部をベースプレート84で支持し、下型83の側部には側部型85を配置し、上述のベースプレート84をダイセットホルダ86に取付けると共に、側部型85は上下方向に指向する別のダイセットホルダ87を介して上述のダイセットホルダ86に取付けている。
【0003】
また、上述の孔部81,82と対応するコアロッド88,89を有する上型90を設け、この上型90をベースプレート91を介してダイセットホルダ92に取付ける一方、上述の側部型85の上部には型開き状態の上型90に対して離型剤aをスプレー状に塗布するノズル93,93を設けたものである。
【0004】
図11に示す焼結金属素材94を下型83と上型90との鍛造成形型で熱間鍛造する前段階において、鍛造品の離型性、上型90および下型83の寿命向上、つまり、耐摩耗性向上、耐焼付き性向上(焼付き防止)を図る目的で、図10に示す型開き状態下において同図に点線で示すように上述のノズル93,93から水溶性の離型剤aを上型90にスプレー塗布する。
この場合、焼付きが発生すると鍛造ラインが停止するので、熱影響を考慮して、上述の離型剤aは余裕を見て多めにスプレー塗布される。
【0005】
このため、図10のスプレー塗布が終了して、図11に示すように下型83に焼結金属素材94をセットした所謂ワークセット時において、上型90の温度の低い外側面の上部に多量に付着した離型剤aが流下して、鍛造前の焼結金属素材94に滴下する。この際、図10で示した離型剤スプレーエリアがオーバラップする上型90の中間部分からの滴下量が多くなる。
【0006】
そして、上述の離型剤aが鍛造前の焼結金属素材94に滴下すると、この焼結金属素材94は焼結品を熱間温度(1100〜1280℃)に加熱したポーラス(porous、多孔状)なものであるから、水溶性の離型剤aが孔部に浸入し、ポーラス部が早く冷えて、鍛造しても該部が孔として残り、残留空孔が生じて鍛造成形品の強度が低下する。
【0007】
また、上述の離型剤aの滴下により水溶性離型剤中の水分(水(H2O)の分解により生成される酸素成分)と焼結金属素材94中の炭素とが熱により反応(つまり素材中の炭素が反応により取られる)して、脱炭現象が生じ、鍛造成形品の強度が低下する。このように、鍛造後の鍛造品に残留空孔、脱炭、欠肉などの欠陥が生ずる問題点があった。
【0008】
特に、上述の鍛造成形型で焼結鍛造コネクティングロッド(内燃機関のピストンとクランクとを連結するコンロッド)を鍛造する場合には、大径側のコアロッド88でコネクティングロッドの大端部(ラージエンド)が、また小径側のコアロッド89で小端部(スモールエンド)が、これら両者間でコンロッド本体(いわゆるI幹部)が鍛造されるが、最も強度が要求されるコンロッド本体の部分に離型剤が集中して滴下するので、製品品質の劣化を招く問題点があった。
【0009】
このような問題点を解消するために、離型剤のスプレー量を抑制すると、金型(上型90、下型83参照)の耐摩耗性が低下する問題点があった。
一方、特開2001−219236号公報には、焼結合金素材を熱間鍛造する金型に対して2種類の潤滑剤(つまり離型剤)を塗布する方法が開示されているが、離型剤流下にともなう問題点を解消するための手段については、何等示唆されていない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、鍛造成形型の上型外側面に、流下する水溶性離型剤を成形品の質量または肉厚が大きい一端部側に逃がす下り傾斜の案内溝を設けることにより、集中して流下する離型剤により、焼結金属素材の鍛造成形品に脱炭現象、欠肉、残留空孔が生じるのを抑制することができ、しかも、過熱しやすい一端部側の成形部付近の型温度上昇を抑制でき、成形型の寿命向上を図ることができ、さらには質量が大きく、過熱しやすい一端部側に対する冷却効果と、該部における離型剤中の水分の早期蒸発化を図ることができる鍛造成形型装置の提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明による鍛造成形型装置は、鍛造成形型に水溶性離型剤を塗布した後、焼結金属素材を該鍛造成形型で熱間鍛造する鍛造成形型装置であって、上記鍛造によって成形された鍛造成形品が、質量または肉厚が大きい部位と小さい部位とで構成されていて、上記質量または肉厚が大きい部位は成形品の一端部側にあり、上記鍛造成形型の上型側面に、流下する水溶性離型剤を成形品の上記一端部側に逃がす案内溝が設けられ、上記案内溝は中央部から上記一端部側に向かって下り傾斜しているものである。
【0012】
上記鍛造成形型は、上型と下型とで構成してもよい。
【0013】
上記構成によれば、上述の案内溝により上型外側面に付着して流下する水溶性離型剤を該上型の外方に逃がすことができるので、集中して流下する離型剤により焼結金属素材の鍛造成形品に脱炭現象、欠肉、残留空孔が生じるのを抑制することができる。
【0014】
しかも、過熱しやすい一端部側の成形部付近の型温度上昇を抑制でき、成形型の寿命向上を図ることができ、さらには質量が大きく、過熱しやすい一端部側に対する冷却効果と、該部における離型剤中の水分の早期蒸発化を図ることができる。
【0015】
【実施例】
この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
図面は鍛造成形型装置を示し、図1において、孔部1,2を有する下型3(固定型)を設け、この下型3の下部をベースプレート4で支持し、下型3の側部には側部型5を配置し、上述のベースプレート4をダイセットホルダ6に取付けると共に、側部型5は上下方向に指向する別のダイセットホルダ7を介して上述のダイセットホルダ6に取付けている。
【0016】
また、上述の孔部1,2と対応するコアロッド8,9を有する上型10(可動型)を設け、この上型10をベースプレート11を介してダイセットホルダ12に取付ける一方、上述の側部型5の上部には型開き状態の上型10に対して離型剤aをスプレー状に塗布するノズル13,13を設けている。
【0017】
ここで、上述の離型剤aとしては、水と黒鉛とを含む水溶性のものが用いられる。
また、この実施例では焼結金属素材14(図5参照)により図3に示す鍛造成形品としてのコネクティングロッド15を熱間鍛造するものである。
【0018】
このコネクティングロッド15は図3に示すように、ピストン穴16を有する小端部17(いわゆるスモールエンド)と、クランクピン穴18を有する大端部19(いわゆるラージエンド)と、上述の小端部17と大端部19とを連結するコンロッド本体20(いわゆるI幹部)とを備え、エンジンのピストンとクランクとを連結するものである。
【0019】
このため、図1の孔部2およびコアロッド9は小端部17側のピストンピン穴16に相当する孔径、ロッド径に設定されており、孔部1およびコアロッド8は大端部19側のクランクピン穴18に相当する孔径、ロッド径に設定されている。
【0020】
しかも、図1、図2に示すように、上述の上型10の外側面には流下する水溶性離型剤aを受け止めて型外方に逃がす案内溝としての凹溝21が形成されている。
この凹溝21は上型10の破損またはクラック形成を防止する目的で、エッジ部を一切有さない断面形状に構成されている。図2の実施例では上型10の外側面10aと断面略半円形状のランド部10bとの間に断面が略楕円形状の凹溝21を段下げ形成している。
【0021】
また、上述凹溝21は流下する離型剤aを鍛造成形品(図3に示すコネクティングロッド15参照)への影響の少ない部位へ案内流下させるように構成している。すなわち、上述の凹溝21はコネクティングロッド15の大端部19を成形する大端部成形部付近に離型剤aを流下させるように形成している。
【0022】
図1に示すこの実施例ではクランクピン穴18(図3参照)を成形するコアロッド8と、ピンストン穴16(図3参照)を成形するコアロッド9との間において、コアロツド9側に所定量オフセットした位置に対応して凹溝21の頂部21Tを形成し、この頂部21Tからコアロッド8側の上型一端部に向けて傾斜する下り勾配の傾斜部21Lと、上述の頂部21Tからコアロッド9側の上型他端部に向けて傾斜する下り勾配の傾斜部21Sとを形成して、凹溝21で受け止めた離型剤aの過半部を一方の傾斜部21Lから大端部成形部付近に流下させ、残りの少量の離型剤aを他方の傾斜部21Sから小端部成形部付近に流下させるように構成している。
【0023】
換言すれば、鍛造成形される成形品の製造形状に対応して質量(mass、マス)または肉厚が大きい部分の成形部付近に離型剤aの過半部を流下させ、質量(マス)または肉厚が小さい部分の成形部付近に残りの少量の離型剤aを流下させるように構成したものである。
【0024】
次に図4に示す工程図を参照して、原料粉準備工程から熱間鍛造工程までの一連の製造工程について説明する。
まず、原料粉準工程S1で、鉄粉と、銅粉と、少量のカーボン粉末とからなる原料粉を準備する。ここで、鉄粉と銅粉との重量割合は、鉄粉約98wt%に対して銅粉約2wt%に設定される。
【0025】
次に、圧粉工程S2で、原料粉を金型にて加熱、加圧してプリフォーム成形する。
次に、焼結工程S3で、プリフォーム成形終了後の素材を、例えば焼結炉にて1100℃〜1280℃に加熱して焼結する。この焼結処理により粉末粒子間に結合が生じ体積収縮を伴って緻密化した焼結体としての焼結金属素材14(図5参照)が得られる。但し、焼結体のままであると充分な機械的強度が確保できないので、後述する工程にて熱間鍛造を行なう。
【0026】
次に、この焼結金属素材14を鍛造成形型(下型3、側部型5参照)にセット(図5参照)する前段階において、図4の離型剤塗布工程S4にて図1に示すように型開き状態の上型10に対して下方の側部型5のノズル13,13から水溶性の離型剤aを該上型10にスプレー塗布する。
【0027】
次に、上述のスプレー塗布の終了後に、図4のワークセット工程S5で、下型3の上部に焼結金属素材14をセットする(図5参照)。
この場合、上型10、下型3および側部型5は200〜300℃に加熱され、焼結金属素材14は1100℃〜1280℃に加熱された状態下である。
【0028】
また、この時点で、上型10の外側面に付着した離型剤aが下方に流下しようとするが、この離型剤aは図1、図2に示す凹溝21で一旦受け止められた後に、離型剤aの過半部は一方の傾斜部21Lで案内されて大端部成形部付近に流下し、残りの少量の離型剤aは他方の傾斜部21Sで案内されて小端部成形部付近に流下する。
【0029】
次に、図4に示す熱間鍛造工程S6で、図5の状態から図6に示すように上下の両金型3,10および側部型5により焼結金属素材14を再結晶温度以上の高温(1100℃〜1280℃参照)にて密閉鍛造する。
【0030】
この熱間鍛造処理により気孔率が小さくなると共に結晶粒が微細化されて、機械的強度の向上を図ることができる。
また、下型3の孔部1,2と上型10のコアロッド8,9とで図3に示すクランクピン穴18およびピストン穴16が成形されると共に、上下の両型3,10および側部型5の形状面により図3に示す如きコネクティングロッド15が鍛造成形される。
【0031】
なお、上型10の離型後において鍛造されたコネクティングロッド15はエジエクトされ、大端部19の所定部を脆性破断して大端部19を分割し、クランクシャフトの取付け後に、分割された大端部19は再び図3の状態に組み合わされる。
【0032】
このように、上記実施例の鍛造成形型装置は、鍛造成形型(上型10、下型3参照)に離型剤aを塗布した後、焼結金属素材14を該鍛造成形型で熱間鍛造する鍛造成形型装置であって、上記鍛造成形型の上型10外側面に、流下する離型剤aを型外方に逃がす凹溝21が設けられたものである。
【0033】
この構成によれば、上述の凹溝21により上型10外側面に付着して流下する離型剤aを該上型10の外方に逃がすことができるので、集中して流下する離型剤aにより焼結金属素材14の鍛造成形品(コネクティングロッド15参照)に脱炭現象、欠肉、残留空孔が生じるのを抑制することができる。
【0034】
また、上記凹溝21は流下する離型剤aを鍛造成形品(コネクティングロッド15参照)への影響の少ない部位へ案内流下させるように構成されたものである。
この構成によれば、上述の凹溝21により離型剤aを鍛造成形品への影響の少ない部位へ案内流下させるので、焼結金属素材14の鍛造成形品(コネクティングロッド15参照)に脱炭現象、欠肉、残留空孔が生じるのをより一層良好に抑制することができて、製品品質の劣化を防止することができる。
【0035】
さらに、上記鍛造成形型品はコネクティングロッド15に設定され、上記凹溝21はコネクティングロッド15の大端部19成形部付近に離型剤aを流下させるように形成したものである。
【0036】
この構成によれば、上述の凹溝21によりコネクティングロッド15の大端部19成形部付近に離型剤aを流下させることができるので、コネクティングロッド15において最も強度が要求されるコンロッド本体20(いわゆるI幹部)への離型剤a流下を阻止することができると共に、過熱しやすい大端部19成形部付近の型温度上昇を抑制でき、成形型、特に上型10の寿命向上を図ることができ、さらには質量が大きく、過熱しやすい大端部19に対する冷却効果と、該部材における離型剤a中の水分の早期蒸発化を図ることができる。
【0037】
図7は凹溝21の他の実施例を示し、上型10の外側面10aと断面略凸状のランド部10bとの間に断面が略半円形状の凹溝21を段下げ形成して、エッジ部を一切有さないように構成したものである。
【0038】
この図7に示す実施例においても、その他の構成、作用、効果については図1〜図6で示した先の実施例とほぼ同様であるから、図7において同一の部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。
【0039】
図8は凹溝21のさらに他の実施例を示し、上型10の外側面10aと断面が矩形凸状のランド部10bとの間に断面が矩形凹状の凹溝21を段下げ形成して、エッジ部を一切有さないように構成したものである。
【0040】
この図8に示す実施例においても、その他の構成、作用、効果については先の各実施例とほぼ同様であるから、図8において前図と同一の部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。
【0041】
なお、図2、図7、図8の各凹溝21はそれぞれ離型剤aの流通断面積が異なるので、何れの凹溝21を採用するかは、離型剤aの流下量に対応して任意に選定することができる。
【0042】
図9は鍛造成形型装置の他の実施例を示し、図1、図5、図6の実施例では凹溝21の外観形状を略山形状に形成して、離型剤aの過半部を大端部成形部付近に流下させ、残りの少量の離型剤aを小端部成形部付近に流下させるように構成したが、図9に示すこの実施例では、凹溝21の頂部21Tを上型10のコアロッド9側の他方の外側面端部に形成し、この頂部21Tから上型10のコアロッド8側の一方の外側面端部に向けて傾斜する下り勾配の傾斜部21Lのみを形成し、先の実施例の傾斜部21Sを省略したものである。
【0043】
このように構成すると、凹溝21で案内される離型剤aはその全量がコネクティングロッ15の大端部19を成形する大端部成形部付近に流下するので、過熱しやすい大端部19成形部付近の型温度上昇をさらに抑制でき、成形型、特に上型10の寿命をより一層向上させることができると共に、質量が大きく、過熱しやすい部分、つまり大端部19に対する冷却効果の向上を図ることができる。
【0044】
この図9に示す実施例においても、その他の構成、作用、効果については先の実施例とほぼ同様であるから、図9において前図と同一の部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。
【0045】
この発明の構成と、上述の実施例との対応において、
この発明の鍛造成形型は、実施例の上型10、下型3、側部型5に対応し、
以下同様に、
案内溝は、エッジを有さない凹溝21に対応し、
鍛造成形品は、コネクティングロッド15に対応し、
鍛造成形品はへの影響の少ない部位は、コンロッド本体20いわゆるI幹部以外の部位に対応するも、
この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではない。
【0046】
例えば、上記各実施例においては鍛造成形品としてコネクティングロッド15を例示し、凹溝21の外観形状を山形状または一方向に傾斜するスラント形状に設定したのが、これは鍛造成形される各種ワークの質量や肉厚の大小の差異に対応して任意の形状に設定してもよく、上型10の寸法制約の範囲内において複数の凹溝21を設けてもよい。
【0047】
【発明の効果】
この発明によれば、鍛造成形型の上型外側面に、流下する水溶性離型剤を成形品の質量または肉厚が大きい一端部側に逃がす下り傾斜の案内溝を設けたので、集中して流下する離型剤により、焼結金属素材の鍛造成形品に脱炭現象、欠肉、残留空孔が生じるのを抑制することができ、しかも、過熱しやすい一端部側の成形部付近の型温度上昇を抑制でき、成形型の寿命向上を図ることができ、さらには質量が大きく、過熱しやすい一端部側に対する冷却効果と、該部における離型剤中の水分の早期蒸発化を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の鍛造成形型装置を示す型開き時の説明図。
【図2】 案内溝の拡大断面図。
【図3】 鍛造成形品の一例を示す平面図。
【図4】 熱間鍛造までの一連の工程を示す工程図。
【図5】 ワークセット時の説明図。
【図6】 熱間鍛造時の説明図。
【図7】 案内溝の他の実施例を示す断面図。
【図8】 案内溝のさらに他の実施例を示す断面図。
【図9】 鍛造成形型装置の他の実施例を示す説明図。
【図10】 従来の鍛造成形型装置の説明図。
【図11】 離型剤の流下状態を示す説明図。
【符号の説明】
3…下型(鍛造成形型)
5…側部型(鍛造成形型)
10…上型(鍛造成形型)
14…焼結金属素材
15…コネクティングロッド(鍛造成形型)
19…大端部(成形品の一端部側)
21…凹溝(案内溝)
a…水溶性離型剤
Claims (1)
- 鍛造成形型に水溶性離型剤を塗布した後、焼結金属素材を該鍛造成形型で熱間鍛造する鍛造成形型装置であって、
上記鍛造によって成形された鍛造成形品が、質量または肉厚が大きい部位と小さい部位とで構成されていて、
上記質量または肉厚が大きい部位は成形品の一端部側にあり、
上記鍛造成形型の上型側面に、流下する水溶性離型剤を成形品の上記一端部側に逃がす案内溝が設けられ、
上記案内溝は中央部から上記一端部側に向かって下り傾斜している
鍛造成形型装置。
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