JP4136485B2 - Forging method, forging die and forging product - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属素材の鍛造方法、鍛造用金型および鍛造成形品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属の成形品を得るためには、金型重力鋳造法（ＧＤＣ法）による鋳造品が主に用いられていた。金型重力鋳造とは、たとえば、アルミ合金地金を溶解し、複数の部品から構成される鋳造金型に注湯し、鋳造するものであり、鋳造欠陥の発生を抑制するため押湯と呼ばれる大幅な余肉を付加して鋳造している。このような鋳造品では耐衝撃特性を得るためには、肉厚を大きく設計する必要があり軽量化が困難であった。そこで、鍛造法により成形することが検討されてきた。
【０００３】
鍛造により成形品を製造する場合は、金型成形部の投影面積よりも大きな鍛造素材を用いて、金型成形部から外側に素材をバリとしてはみ出した状態に鍛造した後にバリを除去して製品を得る、バリ出し鍛造が主流であった。ＧＤＣ鋳造法で鋳造されたものを鍛造用素材として用いた場合は、さらに押湯部分を切断除去する必要もあり材料歩留りが良くなかった。
【０００４】
一方、金属素材を用いて閉塞鍛造をした場合は、金型の成形孔内に素材を投入した状態から鍛造を開始している。すなわち、金型成形部の投影面積よりも小さい投影面積の素材を用いて、金型空間を閉塞状態にして鍛造するのが通常であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
鍛造する際の鍛造荷重はできるだけ小さい方が、鍛造装置が小型化でき金型寿命を延ばすことができるので好ましい。鍛造荷重は、成形品の成形方向の投影面積と単位面積あたりの荷重との積に比例する。単位面積あたりの荷重は成形品の材質および素材温度、金型温度などの鍛造条件により決まるため、むしろ鍛造荷重は成形方向の投影面積の大きさの影響を受ける。成形品の形状は、投影方向によって、投影面の面積が異なるので、投影面積がより小さい方向から成形することが好ましい。
【０００６】
しかし、投影面積がより小さい方向から成形しようとした場合、金型成形部の投影面積よりも小さい投影面積の素材を用いる従来の方法では、金型の成形孔内に素材を投入した状態から鍛造を開始するので投入素材の体積が成形品の体積に対して不足した状態になってしまうので、鍛造した結果の成形品に欠肉が生じてしまうという問題があった。
【０００７】
この問題を回避するために、投影面積がより小さい方向からの成形を断念して、単位投影面積あたりの体積の差があまり生じない方向から鍛造成形品に鍛造することで対応が取られてきた。この方法では、成形時の受圧面積が大きくなるために成形荷重（鍛造荷重）が大きくなり、大型の鍛造装置が必要となるだけでなく、バリ出し鍛造となるため閉塞状態での鍛造ができず材料歩留りも悪くなっていた。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、成形品の投影面積がより小さい方向からの鍛造成形が閉塞鍛造で可能となる鍛造方法、鍛造用金型および鍛造成形品を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鍛造用金属素材の投入と成形プロセスについて鋭意研究をおこないその知見に基づいて本発明を完成するに至った。
１）上記課題を解決するための第１の発明は、鍛造用金属素材から、成形方向に凸の部位および成形方向と反対方向に凸の部位の双方を部分的に有する形状、すなわち当該鍛造成形品各部位での成形方向と平行な断面が、成形方向に凸の部位および成形方向とは反対方向に凸の部位の双方を部分的に有する形状の鍛造成形品を製造する鍛造方法において、成形孔とともにその成形孔入口の上部に接続させて投入口が設けられた下金型を用い、上記投入口は、成形方向に直角な方向の断面が成形孔入口より大きく、かつ成形孔入口に向けて斜面角度が５°〜６０°の斜面で成形孔入口に接続されるように形成され、上記鍛造用金属素材は円柱状で、成形方向に直角な投影面が成形孔入口よりも大きく、その投影面において成形孔入口に対する面積比が１．２〜４となるようにし、上記鍛造用金属素材を投入口に投入して投入口の斜面に円柱状素材の曲面が接するように載せ、上金型により成形孔内に流動させ、上記凸の部位は塑性流動によって充満させて閉塞鍛造を行い、上記凸の部位での成形方向と平行な断面において観察される鍛流線が連続的な流れ模様を示すようにし、上記閉塞鍛造により成形された鍛造成形品は、船外機を船体に固定するのに用いられるブラケットであり、上記ブラケットの、成形方向に有する凸の部位は、当該ブラケットの長手方向一端側に形成され、成形方向とは反対方向に有する凸の部位は当該ブラケットの長手方向中央に形成され、成形方向に有する凸の部位と、成形方向とは反対方向に有する凸の部位とは、互いに逆方向に突出しているとともに、ブラケットの長手方向で互いに離隔した位置関係にある、ことを特徴とする鍛造方法である。
２）上記課題を解決するための第２の発明は、上記鍛造用金属素材は成形方向に直角な投影面の全体が成形孔入口より大きい、１）に記載の鍛造方法である。
３）上記課題を解決するための第３の発明は、上記鍛造用金属素材は成形方向に直角な投影面の一部が成形孔入口より大きい、１）に記載の鍛造方法である。
４）上記課題を解決するための第４の発明は、鍛造用金属素材としてアルミニウム合金を用いることを特徴とする１）乃至３）のいずれか１項に記載の鍛造方法である。
５）上記課題を解決するための第５の発明は、鍛造金型へ噴霧用圧縮空気および潤滑剤を吹き付けるにあたり、金型に対しほぼ同一軌跡をとるように吹きつけることを特徴とする潤滑剤塗布工程を含むことを特徴とする１）乃至４）のいずれか１項に記載の鍛造方法である。
６）上記課題を解決するための第６の発明は、潤滑剤塗布工程において、噴霧用圧縮空気、潤滑剤、噴霧用圧縮空気の順に吹き付けることを特徴とする５）に記載の鍛造方法である。
７）上記課題を解決するための第７の発明は、潤滑剤塗布工程において、潤滑剤の吹き付けを、油性潤滑剤、水性潤滑剤の順序の吹きつけとすることを特徴とする５）または６）に記載の鍛造方法である。
８）上記課題を解決するための第８の発明は、請求項１の鍛造方法に使用する鍛造用金型であって、上金型が成形方向と反対方向に凹の部位を部分的に有する構成を備え、また下金型が成形方向に凹の部位を部分的に有する構成を備え、下金型の成形孔入口の上部に成形孔入口より大きい断面を有する投入口が設けられ、その投入口は成形孔入口に向かった、斜面角度が５°〜６０°の斜面で成形孔入口に接続され、その投入口には成形方向に直角な投影面が成形孔入口よりも大きく、その投影面において成形孔入口に対する面積比が１．２〜４となる鍛造用金属素材が投入され、当該鍛造用金型は、船外機を船体に固定するのに用いられるブラケットを閉塞鍛造で成形するためのものであり、上記上金型の、成形方向とは反対方向に有する凹の部位は、上金型の長手方向中央に設けられ、上記下金型の、成形方向に有する凹の部位は、下金型の長手方向一端側に設けられている、ことを特徴とする鍛造用金型である。
９）上記課題を解決するための第９の発明は、斜面が多段の斜面から構成されることを特徴とする８）に記載の鍛造用金型である。
１０）上記課題を解決するための第１０の発明は、斜面が成形孔入口に向かって連続的に斜面角度が小さくなる部分を含むことを特徴とする８）又は９）に記載の鍛造用金型である。
１１）上記課題を解決するための第１１の発明は、斜面が成形孔入口に向かって連続的に斜面角度が小さくなることを特徴とする８）に記載の鍛造用金型である。
１２）上記課題を解決するための第１２の発明は、斜面の最大斜面角度が５°〜６０°であることを特徴とする１１）に記載の鍛造用金型である。
１３）上記課題を解決するための第１３の発明は、斜面の表面が鏡面研磨されていることを特徴とする８）乃至１２）のいずれか１項に記載の鍛造用金型である。
１４）上記課題を解決するための第１４の発明は、斜面の表面が、窒化処理が施されていることを特徴とする８）乃至１３）のいずれか１項に記載の鍛造用金型である。
１５）上記課題を解決するための第１５の発明は、１）乃至７）のいずれか１項に記載の鍛造方法により成形した成形品を予備成形品として用いる本成形工程により鍛造される鍛造成形品である。
１６）上記課題を解決するための第１６の発明は、本成形での材料歩留まりが８５％以上となるような形状に１）乃至７）のいずれか１項に記載の鍛造方法により成形した成形品を予備成形品として用いる本成形工程により鍛造される鍛造成形品である。
１７）上記課題を解決するための第１７の発明は、凸方向に対する凸の部位の縦断面において観察される鍛流線が連続的な流れ模様を示し、外郭形状の表面の型割り部跡にトリミング痕を有しないことを特徴とする１５）または１６）に記載の鍛造成形品である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の成形品の一例を説明する。図１に本発明の成形品の一例である成形方向に凸の部位（符号Ｃの部位。）または成形方向と反対方向に凸の部位（符号Ｂの部位。）を有する形状を有した成形品の外観図を示す。この図の場合は成形方向を符号Ｄに示す。この場合、符号Ｄの方向がより小さい投影面積となる方向である。このような形状を有した物としては、船外機ブラケットが挙げられる。船外機ブラケットは、船外機を船体に固定するのに用いられる固定金具であって、走行中に船外機が受ける波や浮遊物からの衝撃荷重に耐えて船外機を船体に保持する必要から、耐衝撃性、高強度が特性として求められる。
【００１１】
本発明に用いる鍛造装置の構成の一例を図５をもとに説明する。鍛造装置は、鍛造機５０１と、上ボルスター５０２に取りつけられた上金型５０３と、下ボルスター５０６に取り付けられた下金型５０５とを含むものである。また、必要に応じて、スプレー前後移送装置５０８スプレー回転装置５０９を備えシャフト５１０を介して、スプレー前後装置に取りつけられた潤滑剤スプレーノズル５０４を有している潤滑剤塗布装置を配設することができる。潤滑剤塗布装置は噴霧用圧縮空気、潤滑剤の吹き付けの順番を制御することができる。また、潤滑剤塗布装置は、噴霧用圧縮空気、潤滑剤を吹き付けるにあたり、金型に対しほぼ同一軌跡をとるように吹きつける機構を有しているのが好ましい。潤滑剤塗布装置は、油性潤滑剤、水性潤滑剤の２種類の塗布の順番を制御することができることが好ましい。
【００１２】
本発明に用いる金型の一例を図２に示す。金型は、上金型２０１と、下金型２０２と、ノックアウトピン２０７とを含むものである。下金型に上金型が下降した下死点状態では、下金型、上金型に囲まれた空間は、成形品の形状を有していて、成形品の投影面積がより小さい方向から上金型が下降するようになっている。
【００１３】
ここで、下金型は、成形孔入口（２１３）の上部にそれに対応して成形孔入口より大きい断面を有する投入口（２１４）が設けられ、投入口は成形孔入口に向かった斜面（２１１）で成形孔入口に接続されているものである。斜面が多段の斜面から構成されたものとすることもできる。また、図６（ａ）に示すように斜面が成形孔入口に向かって連続的に斜面角度が小さくなる部分（６０１）を含むものとすることもできる。斜面で接続されることにより、斜面上を成形孔入口よりも大きい投影面積を有する鍛造用素材が絞り込まれながら成形孔からなる成形部に流動し、各部位へ流動する素材がバランスされながら欠肉を生じることなく成形品が成形される。さらに、素材表面と金型表面の摩擦抵抗を小さく抑えることにより、斜面形状を転写しながらも焼き付きやむしれ、成形方向と反対方向へのメタルフローを最小限に抑え、バリを発生させることなく、成形部へ素材を挿入することができる。太い素材を絞り込みながら成形部へとバリを発生させずに押し込むことができる。
【００１４】
斜面の中心軸（もしくは成形方向）から斜面に対する斜面角度（図２（Ｃ）、符号２２０）が５°〜６０°であることが好ましい。斜面角度が６０°を超えると斜面を素材が滑ることができず、成形方向とは異なる方向への素材の流動が起こり、耳状のバリが発生する。これによって、場合によっては、上金型を下金型に挿入することができなくなり鍛造できなくなるおそれがある。耳状のバリとは、成形方向とは異なる方向へ流動した素材により形成されるバリのことである。また、斜面が５°未満であると必要とされる投入口を得るために斜面の長さを大きくする必要があり、下金型が大きくなりすぎるので、金型費用がかさみ、大型の鍛造機が必要となる。そのような下金型に合わせて上金型の長さも長くすることになり、成形荷重による振られが発生し上金型が破損するおそれが生じ鍛造運転が不安定になる。
【００１５】
また金型の斜面は、斜面が成形孔入口に向かって連続的に斜面角度が小さくなるものとすることができる。図６（ｂ）は、連続的に斜面角度が小さくなる斜面（６０２）を有した下金型の例である。連続的に斜面角度が小さくなる斜面は、成形孔内への鍛造用素材の流動がスムーズになるので好ましい。成形孔入口に向かって連続的に斜面角度が小さくなるものであるので、斜面が上端を最大斜度として徐々に緩やかな斜面へと移行するため成形孔入口よりもより大きな断面積を有する鍛造素材をより短いストロークにて成形が可能となるので好ましい。特に、斜面の最大斜面角度（６０３）が５°〜６０°であることが好ましい。斜面角度が６０°を超えると斜面を素材が滑ることができず、成形方向とは異なる方向への素材の流動が起こり、耳状のバリが発生する。これによって、場合によっては、上金型を下金型に挿入することができなくなり鍛造できなくなるおそれがある。耳状のバリとは、成形方向とは異なる方向へ流動した素材により形成されるバリのことである。また、斜面が５°未満であると必要とされる投入口を得るために斜面の長さを大きくする必要があり、下金型が大きくなりすぎるので、金型費用がかさみ、大型の鍛造機が必要となる。そのような下金型に合わせて上金型の長さも長くすることになり、成形荷重による振られが発生し上金型が破損するおそれが生じ鍛造運転が不安定になる。
【００１６】
斜面の表面が鏡面研磨されていることが好ましい。鍛造用素材表面と金型表面の摩擦抵抗が小さくなり成形方向と反対方向への塑性流動が起こりにくくなるからである。鏡面研磨されている状態とは表面面粗度が表面の凹凸最大幅が５μｍ以下（より好ましくは２μｍ以下。）の状態である。
【００１７】
斜面の表面が、窒化処理が施されていることが好ましい。鍛造用素材表面と金型表面との耐焼付性および耐摩耗性が改善され、鍛造用素材の金型表面への焼き付きや摩耗が起こりにくくなるからである。窒化処理が施されている状態とは表面が窒化鉄の皮膜を有している状態である。
【００１８】
なお、上述した特徴を有する斜面を成形品の長手方向の片側に設けること、または上述した特徴を有する斜面から選ばれる２種以上の斜面を組み合わせて異なる個所に斜面を設けることができる。この場合、成形品の各部位の体積と素材の体積とのバランスを考慮することが好ましい。
【００１９】
成形する形状に合わせて、複数個の可動ラムを下金型および／または上金型に配設することができる。また成形する形状に合わせて複数個のカウンターパンチを配設することができる。複数個の各可動ラムの動き出すタイミングを調整することによって、より好ましい素材の塑性流動を得ることができる。
【００２０】
つぎに、図５の装置を用いた本発明の製造方法の一実施形態を説明する。
本発明の製造方法は、
潤滑剤を金型へ塗布する工程と、
素材に潤滑剤を塗布する工程と、
素材を所定の温度に予備加熱する工程と、
素材を投入する工程と、
素材を鍛造成形する工程と、
ノックアウト機構により成形品を排出する工程と、
熱処理工程と、
を含む製造方法である。
【００２１】
本発明の製造方法に用いる成形品の材料はアルミニウム合金である。耐食性、高温強度、高弾性が好ましい特性を有する材料としてはＡ６０６１、Ａ２０１４、Ａ２２１８、Ａ６０８２、Ａ４０３２、Ａ７０７５を挙げることができる。Ａ６０６１、Ａ６０８２は耐食性、被アルマイト性が優れた特性を有し中程度の強度を有するため、各種特性をバランス良く満足するので好ましい。Ａ２０１４、Ａ２２１８は高強度、高弾性の特性を有するので、曲げや引っ張りの高い負荷が求められる成形品においては強度が向上するので好ましい。Ａ４０３２は耐摩耗性が優れ、高弾性である特性を有するので、耐摩耗性の必要な成形品においては耐摩耗性を向上させるので好ましい。Ａ７０７５は実用のアルミ合金では最高強度持つため、鉄並の強度必要な成形品において高い強度を得ることができるので好ましい。
【００２２】
図７（ａ）に示したように、前述した金型を配置した鍛造装置の下金型の斜面（２１１）上に鍛造用素材（７０１）を投入する。図７は図１におけるＡ面位置での断面図である。成形孔入口の上部にそれに対応して成形孔入口より大きい断面を有する投入口が設けられ、投入口は成形孔入口に向かった斜面で成形孔入口に接続されている状態を示している。
【００２３】
ここで、素材は、成形品の成形方向と直角な投影面よりも大きな投影面を有するものである。また、素材の形状としては、円柱状、楕円柱状、角柱状、球状を挙げることができる。円柱状の素材を押出、圧延、据え込みなどの２次加工を加えて楕円、平板、円盤にしたものを用いることができるが、円柱状の素材がコスト的には有利な素材であり好ましい。
【００２４】
円柱状の素材は例えば、アルミニウム合金の連続鋳造棒を所定の長さに切断したものを用いることができる。素材は例えば、必要に応じて素材潤滑としてボンデ処理、黒鉛系水性潤滑剤への浸漬による潤滑剤の塗布処理を施しておく。新生面が生じるような強加工である場合は潤滑切れ防止の点からボンデ処理が好ましい。
【００２５】
金型への投入時に、素材は所定の温度、例えば３７０℃〜５３０℃に予備加熱しておく。
【００２６】
素材の投入前に、潤滑剤を金型へ塗布する。使用する潤滑剤としては水性黒鉛潤滑剤、油性黒鉛潤滑剤を挙げることができる。鍛造用金型表面が素材からの抜熱および予加熱により高温であるので、高温での濡れ性が良好である油性黒鉛潤滑剤がより好ましい。金型への潤滑剤塗布量は１ｇ〜１０ｇとするのが好ましい。
【００２７】
潤滑剤塗布工程において、噴霧用圧縮空気のみ、潤滑剤、噴霧用圧縮空気のみの順に吹き付けることが好ましい。金型表面のほこり等の付着物除去に続いて潤滑剤吹き付けが可能で、潤滑剤の不均一な溜りおよび不足を均一化でき、乾燥させることが可能となるからである。
【００２８】
潤滑剤塗布工程において、潤滑剤の吹き付けを、油性潤滑剤、水性潤滑剤の順序の吹きつけとすることが好ましい。高温の金型表面に水性潤滑剤を直接吹き付けると溶媒である水のはじかれにより不均一な塗布状態となるが、油性潤滑剤により金型表面に油膜を形成することにより、水のはじかれを緩和し、水性潤滑剤成分を油膜表面に付着でき、均一な潤滑皮膜の形成が可能となるからである。
【００２９】
次に図７をもとに鍛造工程を説明する。
図７（ａ）は素材の投入状態で、鍛造用素材が該斜面上に投入されている。
図７（ｂ）は上金型により該鍛造用素材が成形孔内に流動されている状態で、斜面により楕円状に絞りこまれ、成形方向と反対方向への耳状の成形が起こっていない状態となっている。
図７（ｃ）は、上金型がさらに下降し成形が完了する少し前の状態で、細径部には素材が充満している。
図７（ｄ）は（ｂ）の状態における成形品の長手方向の断面の図であり、素材が成形孔内に流動される同時に成形方向と反対方向に凸の部位に素材が塑性流動している。
図７（ｅ）は（ｃ）の状態における成形品の長手方向の断面の図であり、成形方向の凸の部位に素材が塑性流動している。
【００３０】
さらに、上金型が下降することにより成形が完了する。
【００３１】
素材を下金型成形孔入口に設けた斜面上に置く。上金型が下降し、素材に接触する。上金型が下降を続け、素材は斜面上を滑りながら成形孔に絞り込まれながら、進入していく。上金型に設けられた凸部成形部へも塑性流動が起こりながら、さらに上金型は下降を続ける。さらに素材が成形孔に収納された後に上金型に設けられた凸部成形部および成形方向の凸部への塑性流動が起こり、これらの部位への充満が進んだ時点で成形が完了する。成形が完了後、上金型は上昇し、ノックアウトピンにより製品が下金型から持ち上げられ、排出される。その結果、成形品の投影面積がより小さい方向から上金型を下降させることにより該鍛造用素材が成形孔内に流動して、閉塞鍛造で成形品を製造することができる。好ましくは、投影面積が最小となる方向から閉塞鍛造で成形品を製造することができる。
【００３２】
鍛造条件は、製品形状に応じて最適化することができる。例えば、プレス速度は１０〜４０ｓｐｍとし、素材温度は３７０℃〜５３０℃とし、潤滑剤量は１ｇ〜５０ｇとし、ダイハイトは７００ｍｍ〜２０００ｍｍとし、成形荷重は１５０ｔ〜８００ｔとし、金型温度は予め１００℃〜４００℃に加熱する。ダイハイトとは、上金型が下死点まで下降した状態での上ボルスターと下ボルスターの隙間の間隔のことである。
【００３３】
本発明の製造方法では、成形方向と直角な投影面において、投影面の全体が成形孔入口より大きい鍛造用素材を用いて、成形方向に凸の部位または成形方向と反対方向に凸の部位を有する成形品の製造ができる。図３に、成形方向と直角な投影面における素材の投影面（３０１）と成形孔入口（３０２）の大きさの関係を示す。その結果、単位投影面積あたりの体積が素材の単位投影面積あたりの体積よりも大きい成形品を容易に得ることができる。成形品の投影面積がより小さい方向からの鍛造成形が容易に行なえる。
【００３４】
本発明の製造方法では、成形方向と直角な投影面において、投影面の一部が成形孔入口より大きい鍛造用素材を用いて、その他の部位では投影面が鍛造用素材より大きい成形品の製造ができる。図４に、成形方向と直角な投影面における素材の投影面（４０１）と成形孔入口（４０２）の大きさの関係を示す。その結果、製品の一部分において単位投影面積あたりの体積が素材の単位面積あたりの体積よりも大きい成形品を容易に得ることができる。成形品の投影面積がより小さい方向からの鍛造成形が容易に行なえる。
【００３５】
成形孔入口の上部にそれに対応して成形孔入口より大きい断面を有する投入口が設けられた部位での成形方向と直角な投影面において、成形孔入口と鍛造用素材の面積比が１．２〜４であることが好ましい。１．２よりも小さい面積比では形状に対応し必要とされる素材のメタルバランスを得ることができない。また、４よりも大きな面積比では斜面が大きくなりすぎ、実用的な金型サイズを超えて、鍛造が困難である。
【００３６】
鍛造製品は熱処理を実施する。熱処理は、素材強度を向上させることを目的とし、条件は４６０〜５６０℃、１〜５時間保持し、直後に水槽（水温１０〜７０℃）に浸漬させ、１５０〜２５０℃にて１〜１０時間保持とすることで所望の素材強度とすることができる。
【００３７】
熱処理工程が終了した鍛造成形品は、必要に応じて、さらに鍛造による本成形加工、サイジング加工、転造加工、切削加工から選ばれるいずれか１種または２種以上を組み合わせた加工を実施して最終製品の形状を得ることができる。ここで、成形品を予備成形品として用いる本成形工程により鍛造する場合、本成形での材料歩留まりが８５％以上となるような形状に成形した成形品を予備成形品として用いるのが好ましい。本発明の成形品を予備成形品とすると、歩留りが好ましい値の８５％以上であるので、材料費の高いアルミ合金材料を用いることができる。従来の方法では、バリ出し鍛造であるために８５％以上の予備成形品を得ることが困難であった。従来の閉塞鍛造では８５％以上の予備成形品を得ることが困難であった。
【００３８】
また、本発明の製造方法によれば、上金型下金型を閉塞状態として成形しているため製品外部へのバリがなく、トリミング工程を省略することができる。そのため、本発明の製造方法によればトリミング痕がない成形品を製造することができる。また本発明の製造方法によれば材料歩留まりも向上して製造することができる。結果、製造された成形品は、製品外周部にトリミング痕を有しないことを特徴とする成形品となり、製品外周部にトリミング痕がないため、製品強度、外観の点で好ましいものとなる。
【００３９】
本発明の製造方法によって製造した成形品は、上金型と下金型が閉塞状態となり、金型分割部へのメタルフローが生じていないので金型分割部へのバリの発生を抑えることができるのでバリ切削工程が不要になり効率的な工程となり高品質の大量生産に適した製造方法である。トリミング工程が省略されているので、その結果、金型分割部がトリミング痕による段差が無い形状となっているので、表面が滑らかな接続となり、仕上がり品の外観の品質が向上する。外観を滑らかにするためのバフ研磨工程などの仕上げ工程を設ける必要がないからである。また、従来の鍛造方法では、金型構成が単純で安価であるという理由から鍛造はバリだし鍛造となるので、鍛造後にトリミング工程が必要なため、原材料歩留まりが良くなかったが、本発明ではトリミング工程が省略されているので、原材料歩留まりが向上する。
【００４０】
本発明の製造方法によって製造した成形品は、凸方向に対する凸の部位の縦断面において観察される鍛流線が連続的な流れ模様を示し、外郭形状の表面の型割り部跡にトリミング痕を有しない成形品となる。その結果、成形品が歩留り良く製造された機械特性の優れた成形品となり好ましい。
【００４１】
【実施例】
図５に示した装置、図２に示した金型を用いて図１に示した成形品を作製した。ここで下金型として、投入口から成形孔入口に向かった斜面の斜面角度が０度、５度、３０度、６０度、９０度であるものを用意して用いた。
【００４２】
Ａ６０６１材のアルミニウム合金からなる連続鋳造棒を直径６５ｍｍ長さ２５０ｍｍに丸のこぎりで切断した。切断した素材に黒鉛系の潤滑剤を塗布して５００℃に予加熱した。予加熱した素材を下金型の投入口から成形孔入口に向かった斜面上に投入した。上金型を下降させ成形した。成形が完了後、製品を下金型のノックアウト機構により金型の外へ排出した。
【００４３】
鍛造条件は、プレス速度は２５ｓｐｍ、ダイハイト９８５ｍｍ、成形荷重５００ｔ、金型温度３００℃、油性潤滑剤塗布量５ｇ、水性潤滑剤塗布量２５ｇとした。各金型で鍛造した結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
ここで、○は鍛造成形が可能であったことを示し、△は鍛造成形は可能であったものの耳状のバリが発生したことを示し、×は耳状のバリにより上金型が下降することができず鍛造成形できなかったことを示す。
【００４６】
また成形品には型割り部にトリミング工程が必要となるほどの大きさのバリが発生することが無かった。後工程で必要なトリミング工程を省略することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の製造方法は、成形孔入口の上部にそれに対応して成形孔入口より大きい断面を有する投入口が設けられ、投入口は成形孔入口に向かった斜面で成形孔入口に接続されている下金型を用いて、成形方向と直角な投影面が成形孔入口よりも大きい鍛造用素材を該斜面上に投入して、上金型により該鍛造用素材を成形孔内に流動させて閉塞鍛造することを特徴とする製造方法であるので、製品の投影面積がより小さくなる方向から閉塞鍛造により成形することが容易にできる。その結果、大きな凸部を有する鍛造品を、従来に比べ成形荷重をより小さく抑え小型の鍛造機にて材料歩留まりを向上させて製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形品の一例の外観見取り図である。
【図２】本発明に用いる金型の一例の図である。（ａ）は上金型、（ｂ）は下金型、（ｃ）は図１のＡに対応した位置での下金型の断面図である。
【図３】本発明に用いる金型と素材の関係の一例を説明する図である。
【図４】本発明に用いる金型と素材の関係の別の例を説明する図である。
【図５】本発明に用いる鍛造設備の概略図である。
【図６】本発明に用いる金型の他の例の図である。（ａ）は斜面の一部に斜面角度が連続的に変化する部分を含む場合、（ｂ）は斜面角度が連続的に変化する場合の例の図である。
【図７】本発明の工程フロー図の一例である。（ａ）は素材の投入状態の図、（ｂ）は上金型により該鍛造用素材が成形孔内に流動されている状態の図、（ｃ）は成形が完了する少し前の状態の図、（ｄ）は（ｂ）の状態における成形品の長手方向の断面の図、（ｅ）は（ｃ）の状態における成形品の長手方向の断面の図である。
【符号の説明】
Ａ：図７に対応する断面位置、Ｂ：成形方向と反対方向に凸の部位、Ｃ：成形方向に凸の部位、
２０１、５０３：上金型、２０２、５０５：下金型、２０７：ノックアウトピン、２１３、３０２、４０２：成形孔入口、２１４：投入口、２１１：斜面、２２０：斜面角度、
３０１：素材の投影面、４０１：素材の投影面、
５０１：鍛造機、５０２：上ボルスター、５０６：下ボルスター、５０３：スプレー前後移送装置、５０９：スプレー回転装置、５１０：シャフト５１０、５０４：潤滑剤スプレーノズ、
６０１：連続的に斜面角度が小さくなる部分、６０２：連続的に斜面角度が小さくなる斜面、６０３：最大斜面角度、
７０１：鍛造用素材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forging a metal material. , Forging mold And forgings.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to obtain a metal molded product, a cast product by a die gravity casting method (GDC method) has been mainly used. Mold gravity casting, for example, involves melting an aluminum alloy ingot, pouring it into a casting mold composed of a plurality of parts, and casting it, and is called a feeder to suppress the occurrence of casting defects. It is cast with a large surplus. In such a cast product, in order to obtain impact resistance characteristics, it is necessary to design a large wall thickness, and it is difficult to reduce the weight. Therefore, forming by a forging method has been studied.
[0003]
When manufacturing a molded product by forging, use a forging material larger than the projected area of the mold forming part, forging the material to the outside from the mold forming part as a burr, and then removing the burr to remove the product. Forging, burr out forging was the mainstream. When a material cast by the GDC casting method was used as a forging material, it was necessary to further cut and remove the feeder portion, resulting in poor material yield.
[0004]
On the other hand, when closed forging is performed using a metal material, forging is started from a state in which the material is put into the molding hole of the mold. That is, it is usual to perform forging with the mold space closed by using a material having a projected area smaller than the projected area of the mold forming part.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The forging load at the time of forging is preferably as small as possible because the forging device can be downsized and the die life can be extended. The forging load is proportional to the product of the projected area in the molding direction of the molded product and the load per unit area. Since the load per unit area is determined by the forging conditions such as the material of the molded product, the material temperature, and the mold temperature, the forging load is rather influenced by the size of the projected area in the molding direction. Since the area of the projection surface differs depending on the projection direction, the shape of the molded product is preferably molded from the direction in which the projection area is smaller.
[0006]
However, when molding is attempted from a direction in which the projected area is smaller, in the conventional method using a material having a projected area smaller than the projected area of the mold molding part, forging is performed after the material has been put into the molding hole of the mold. Therefore, since the volume of the input material becomes insufficient with respect to the volume of the molded product, there is a problem in that the molded product resulting from forging is lacking.
[0007]
In order to avoid this problem, measures have been taken by giving up forming from a direction in which the projected area is smaller and forging into a forged product from a direction in which the volume difference per unit projected area does not occur much. . In this method, since the pressure receiving area during molding increases, the molding load (forging load) increases, and not only a large forging device is required, but also forging in the closed state cannot be performed due to burring forging. The material yield was also bad.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a forging method in which forging from a direction in which the projected area of a molded product is smaller is possible by closed forging. , Forging mold And it aims at providing a forge molded product.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has intensively studied the introduction of the metal material for forging and the forming process, and has completed the present invention based on the knowledge.
1) The first invention for solving the above-mentioned problems is based on a metal material for forging, A shape partially having both a convex part in the molding direction and a convex part in the opposite direction to the molding direction, that is, a cross section parallel to the molding direction in each part of the forged molded product is convex in the molding direction. Of a shape partially having both convex parts in the direction opposite to the direction. In a forging method for manufacturing a forged molded product, a lower die provided with a forming hole and connected to the upper part of the forming hole inlet is used, and the inlet has a cross section in a direction perpendicular to the forming direction. The forging metal material is formed so as to be connected to the forming hole inlet at a slope having a slope angle of 5 ° to 60 ° toward the forming hole inlet. Cylindrical The projection surface perpendicular to the molding direction is larger than the molding hole inlet, and the area ratio of the projection plane to the molding hole inlet is 1.2 to 4, and the forging metal material is introduced into the inlet. And place the cylindrical material in contact with the slope of the inlet. Then, it is made to flow in the forming hole by the upper mold, the convex part is filled by plastic flow and closed forging is performed, and the forging line observed in the cross section parallel to the molding direction at the convex part is continuous. As the flow pattern shows The forged molded product formed by the closed forging is a bracket used to fix the outboard motor to the hull, and the convex portion of the bracket in the forming direction is one end side in the longitudinal direction of the bracket. The convex part formed in the direction opposite to the molding direction is formed at the center of the bracket in the longitudinal direction, and the convex part possessed in the molding direction and the convex part possessed in the direction opposite to the molding direction are mutually Projecting in the opposite direction and spaced apart from each other in the longitudinal direction of the bracket, This is a forging method characterized by that.
2) The second invention for solving the above-mentioned problems is the forging method according to 1), wherein the forging metal material has a larger projection plane perpendicular to the forming direction than the entrance of the forming hole.
3) A third invention for solving the above problem is the forging method according to 1), wherein the forging metal material has a part of a projection plane perpendicular to the forming direction larger than a forming hole inlet.
4) A fourth invention for solving the above problem is the forging method according to any one of 1) to 3), wherein an aluminum alloy is used as the metal material for forging.
5) A fifth invention for solving the above-described problems is a lubricant characterized by spraying compressed air for spraying and a lubricant onto a forging die so as to take substantially the same locus on the die. The forging method according to any one of 1) to 4), wherein the forging method includes an application step.
6) A sixth invention for solving the above problem is the forging method according to 5), characterized in that sprayed compressed air for spraying, lubricant, and compressed air for spraying are sprayed in this order in the lubricant application step. .
7) A seventh invention for solving the above-mentioned problems is characterized in that, in the lubricant application step, the lubricant is sprayed in the order of oil-based lubricant and water-based lubricant 5) or 6 ) Forging method.
8) An eighth invention for solving the above-mentioned problems is A forging die for use in the forging method according to claim 1, Configuration in which the upper mold partly has a concave part in the direction opposite to the molding direction And also Configuration in which the lower mold partly has a concave part in the molding direction With An inlet having a cross section larger than that of the molding hole inlet is provided at the upper part of the molding hole inlet of the lower mold, and the inlet is directed to the molding hole inlet and has a slope angle of 5 ° to 60 ° to the molding hole inlet. A forging metal material having a projection surface perpendicular to the forming direction larger than the forming hole inlet and having an area ratio with respect to the forming hole inlet of 1.2 to 4 at the projected surface is connected to the input port, Forging die is The bracket used to fix the outboard motor to the hull is formed by closed forging, and the concave portion of the upper mold in the direction opposite to the molding direction is the longitudinal direction of the upper mold. The concave portion provided in the center and having the molding direction in the lower mold is provided on one end side in the longitudinal direction of the lower mold, This is a forging die.
9) A ninth invention for solving the above-mentioned problem is the forging die according to 8), wherein the slope is composed of a multi-stage slope.
10) A forging metal according to 8) or 9), wherein the tenth invention for solving the above-mentioned problems includes a portion where the inclined surface continuously decreases toward the forming hole inlet. It is a type.
11) An eleventh invention for solving the above-mentioned problems is the forging die according to 8), wherein the slope has a slope angle that continuously decreases toward the inlet of the forming hole.
12) A twelfth invention for solving the above-mentioned problem is the forging die according to 11), wherein the maximum slope angle of the slope is 5 ° to 60 °.
13) The forging die according to any one of 8) to 12), wherein the surface of the inclined surface is mirror-polished.
14) The forging die according to any one of 8) to 13), wherein the surface of the inclined surface is subjected to nitriding treatment. is there.
15) A fifteenth aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is forging formed by a main forming step using a formed product formed by the forging method according to any one of 1) to 7) as a preformed product. It is a product.
16) A sixteenth aspect of the present invention for solving the above problems is a molding formed by the forging method according to any one of 1) to 7) in a shape in which the material yield in the main molding is 85% or more. It is a forged molded product that is forged by a main molding process using the product as a preformed product.
17) In the seventeenth invention for solving the above-mentioned problems, the forged lines observed in the longitudinal section of the convex portion with respect to the convex direction show a continuous flow pattern, and the pattern portion trace on the surface of the outer shape is shown. The forged molded product according to 15) or 16), which has no trimming trace.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of the molded product of the present invention will be described. FIG. 1 shows an example of a molded article according to the present invention, which is a molded article having a shape having a convex part in the molding direction (part C) or a convex part in the direction opposite to the molding direction (part B). The external view of is shown. In the case of this figure, the molding direction is indicated by D. In this case, the direction of the symbol D is a direction that provides a smaller projected area. As an object having such a shape, an outboard motor bracket can be cited. The outboard motor bracket is a fixing bracket used to fix the outboard motor to the hull, and withstands the impact load from waves and floating objects that the outboard motor receives while traveling, holds the outboard motor on the hull. Therefore, impact resistance and high strength are required as characteristics.
[0011]
An example of the configuration of the forging device used in the present invention will be described with reference to FIG. The forging device includes a forging
[0012]
An example of a mold used in the present invention is shown in FIG. The mold includes an
[0013]
Here, the lower mold is provided with an inlet (214) having a section larger than that of the molding hole inlet at the upper portion of the molding hole inlet (213), and the inlet is a slope (211 toward the molding hole inlet). ) Is connected to the inlet of the forming hole. The slope may be composed of a multi-stage slope. Moreover, as shown to Fig.6 (a), a slope can also include the part (601) from which a slope angle becomes small continuously toward the shaping | molding hole inlet_port | entrance. By connecting on the slope, the forging material having a projected area larger than the entrance of the forming hole is narrowed down on the slope and flows to the forming part consisting of the forming hole. The molded product is molded without causing Furthermore, by suppressing the frictional resistance between the material surface and the mold surface to a small level, the seizure shape can be transferred while seizing and peeling, minimizing metal flow in the direction opposite to the molding direction, without causing burrs, The material can be inserted into the molding part. While narrowing down a thick material, it can be pushed into the forming part without generating burrs.
[0014]
It is preferable that a slope angle (FIG. 2C, reference numeral 220) with respect to the slope from the central axis (or forming direction) of the slope is 5 ° to 60 °. If the slope angle exceeds 60 °, the material cannot slide on the slope, the material flows in a direction different from the molding direction, and an ear-shaped burr occurs. As a result, in some cases, the upper mold cannot be inserted into the lower mold, and forging may not be possible. An ear-shaped burr is a burr formed of a material that flows in a direction different from the molding direction. Also, if the slope is less than 5 °, it is necessary to increase the length of the slope in order to obtain the required inlet, and the lower mold becomes too large, which increases the cost of the mold and causes a large forging machine. Is required. The length of the upper mold is also increased in accordance with such a lower mold, and there is a risk that the upper mold will be damaged due to vibration caused by a molding load, resulting in an unstable forging operation.
[0015]
In addition, the slope of the mold may be such that the slope angle continuously decreases toward the molding hole inlet. FIG. 6B shows an example of a lower mold having a slope (602) where the slope angle continuously decreases. A slope whose slope angle is continuously reduced is preferable because the flow of the forging material into the forming hole becomes smooth. Forging material with a larger cross-sectional area than the forming hole entrance because the slope angle gradually decreases toward the forming hole entrance, so that the slope gradually transitions to a gentle slope with the upper end as the maximum slope. Can be formed with a shorter stroke. In particular, the maximum slope angle (603) of the slope is preferably 5 ° to 60 °. If the slope angle exceeds 60 °, the material cannot slide on the slope, the material flows in a direction different from the molding direction, and an ear-shaped burr occurs. As a result, in some cases, the upper mold cannot be inserted into the lower mold, and forging may not be possible. An ear-shaped burr is a burr formed of a material that flows in a direction different from the molding direction. Also, if the slope is less than 5 °, it is necessary to increase the length of the slope in order to obtain the required inlet, and the lower mold becomes too large, which increases the cost of the mold and causes a large forging machine. Is required. The length of the upper mold is also increased in accordance with such a lower mold, and there is a risk that the upper mold will be damaged due to vibration caused by a molding load, resulting in an unstable forging operation.
[0016]
The surface of the slope is preferably mirror-polished. This is because the frictional resistance between the forging material surface and the mold surface becomes small, and plastic flow in the direction opposite to the molding direction hardly occurs. The state of being mirror-polished is a state in which the surface roughness is a maximum unevenness width of the surface of 5 μm or less (more preferably 2 μm or less).
[0017]
The surface of the slope is preferably subjected to nitriding treatment. This is because seizure resistance and wear resistance between the forging material surface and the mold surface are improved, and seizure and wear of the forging material on the mold surface are less likely to occur. The state where the nitriding treatment is performed is a state where the surface has an iron nitride film.
[0018]
In addition, the slope which has the characteristic mentioned above can be provided in one side of the longitudinal direction of a molded article, or a slope can be provided in a different location combining two or more types of slopes chosen from the slope which has the characteristic mentioned above. In this case, it is preferable to consider the balance between the volume of each part of the molded product and the volume of the material.
[0019]
A plurality of movable rams can be arranged in the lower mold and / or the upper mold in accordance with the shape to be molded. Also, a plurality of counter punches can be arranged in accordance with the shape to be molded. A more preferable plastic flow of the material can be obtained by adjusting the timing at which each of the plurality of movable rams starts to move.
[0020]
Next, an embodiment of the production method of the present invention using the apparatus of FIG. 5 will be described.
The production method of the present invention comprises:
Applying a lubricant to the mold;
Applying a lubricant to the material;
Preheating the material to a predetermined temperature;
A process of feeding materials,
A process of forging the material;
Discharging the molded product by a knockout mechanism;
A heat treatment step;
It is a manufacturing method containing.
[0021]
The material of the molded product used in the production method of the present invention is an aluminum alloy. Examples of materials having preferable properties such as corrosion resistance, high-temperature strength, and high elasticity include A6061, A2014, A2218, A6082, A4032, and A7075. A6061 and A6082 are preferable because they have excellent corrosion resistance and alumite resistance and have moderate strength, and satisfy various properties in a well-balanced manner. Since A2014 and A2218 have characteristics of high strength and high elasticity, the strength is improved in a molded product requiring a high load of bending and pulling, which is preferable. A4032 is preferable because it has excellent wear resistance and high elasticity, and thus improves wear resistance in molded products that require wear resistance. Since A7075 has the highest strength in a practical aluminum alloy, it is preferable because high strength can be obtained in a molded product that requires strength comparable to iron.
[0022]
As shown in FIG. 7A, the forging material (701) is put on the slope (211) of the lower die of the forging device in which the aforementioned die is arranged. FIG. 7 is a cross-sectional view at the position of plane A in FIG. A charging port having a larger cross section than that of the molding hole inlet is provided corresponding to the upper portion of the molding hole inlet, and the charging port is connected to the molding hole inlet by an inclined surface facing the molding hole inlet.
[0023]
Here, the material has a projection plane larger than the projection plane perpendicular to the molding direction of the molded product. Examples of the shape of the material include a columnar shape, an elliptical columnar shape, a prismatic shape, and a spherical shape. A cylindrical material can be formed into an ellipse, a flat plate, or a disk by applying secondary processing such as extrusion, rolling, or upsetting. However, a cylindrical material is preferable because it is advantageous in terms of cost.
[0024]
As the cylindrical material, for example, an aluminum alloy continuous cast bar cut into a predetermined length can be used. For example, the material is subjected to a bonding treatment as a material lubrication and a lubricant coating treatment by immersion in a graphite-based aqueous lubricant as necessary. In the case of strong processing that produces a new surface, bondage treatment is preferable from the viewpoint of preventing lubrication.
[0025]
When the material is put into the mold, the material is preheated to a predetermined temperature, for example, 370 ° C to 530 ° C.
[0026]
Apply lubricant to the mold before loading the material. Examples of the lubricant to be used include an aqueous graphite lubricant and an oily graphite lubricant. Since the forging die surface has a high temperature due to heat removal from the material and preheating, an oily graphite lubricant having good wettability at high temperature is more preferable. The amount of lubricant applied to the mold is preferably 1 to 10 g.
[0027]
In the lubricant application step, it is preferable to spray only the compressed air for spraying, the lubricant, and the compressed air for spraying in this order. This is because the lubricant can be sprayed subsequent to the removal of deposits such as dust on the mold surface, and the uneven accumulation and deficiency of the lubricant can be made uniform and dried.
[0028]
In the lubricant application step, the lubricant is preferably sprayed in the order of an oil-based lubricant and an aqueous lubricant. When water-based lubricant is sprayed directly on the surface of a hot mold, the solvent is repelled, resulting in a non-uniform coating state.By forming an oil film on the mold surface with the oil-based lubricant, water repelling is prevented. This is because the aqueous lubricant component can be relaxed and adhered to the oil film surface, and a uniform lubricating film can be formed.
[0029]
Next, the forging process will be described with reference to FIG.
FIG. 7A shows a state in which the material is charged, and the forging material is charged on the slope.
FIG. 7B shows a state in which the forging material is flowed into the forming hole by the upper die, and is narrowed into an oval shape by the inclined surface, and no ear-shaped forming in the direction opposite to the forming direction has occurred. It is in a state.
FIG. 7 (c) shows a state just before the upper mold is further lowered and the molding is completed, and the narrow diameter portion is filled with the material.
FIG. 7D is a cross-sectional view in the longitudinal direction of the molded product in the state of FIG. 7B, and at the same time the material flows into the molding hole and the material plastically flows in a convex portion opposite to the molding direction. Yes.
FIG.7 (e) is a figure of the cross section of the longitudinal direction of the molded article in the state of (c), and the raw material is plastic-flowing to the convex part of a molding direction.
[0030]
Further, the molding is completed when the upper mold is lowered.
[0031]
The material is placed on a slope provided at the lower mold forming hole entrance. The upper mold moves down and contacts the material. The upper mold continues to descend, and the material enters while being squeezed into the molding hole while sliding on the slope. While the plastic flow also occurs in the convex molding portion provided in the upper mold, the upper mold continues to descend. Further, after the material is stored in the molding hole, plastic flow occurs to the convex molding part provided in the upper mold and the convex part in the molding direction, and the molding is completed when filling of these parts progresses. After the molding is completed, the upper mold is raised, and the product is lifted from the lower mold by the knockout pin and discharged. As a result, by lowering the upper mold from the direction in which the projected area of the molded product is smaller, the forging material flows into the molding hole, and the molded product can be manufactured by closed forging. Preferably, the molded product can be manufactured by closed forging from the direction in which the projected area is minimized.
[0032]
Forging conditions can be optimized according to the product shape. For example, the pressing speed is 10 to 40 spm, the material temperature is 370 ° C. to 530 ° C., the amount of lubricant is 1 g to 50 g, the die height is 700 mm to 2000 mm, the molding load is 150 t to 800 t, and the mold temperature is 100 in advance. Heat to from -400C. The die height is the gap between the upper bolster and the lower bolster with the upper die lowered to the bottom dead center.
[0033]
In the production method of the present invention, on the projection plane perpendicular to the molding direction, a forging material in which the entire projection plane is larger than the molding hole inlet is used to form a convex part in the molding direction or a convex part in the opposite direction to the molding direction. It is possible to produce a molded product having the same. FIG. 3 shows the relationship between the projection plane (301) of the material and the size of the molding hole inlet (302) on the projection plane perpendicular to the molding direction. As a result, a molded product in which the volume per unit projected area is larger than the volume per unit projected area of the material can be easily obtained. Forging from a direction in which the projected area of the molded product is smaller can be easily performed.
[0034]
In the manufacturing method of the present invention, on the projection plane perpendicular to the molding direction, a forging material is used in which a part of the projection surface is larger than the molding hole entrance, and the projection surface is larger than the forging material in other parts. Can do. FIG. 4 shows the relationship between the projection plane (401) of the material and the size of the molding hole inlet (402) on the projection plane perpendicular to the molding direction. As a result, it is possible to easily obtain a molded product in which the volume per unit projected area is larger than the volume per unit area of the material in a part of the product. Forging from a direction in which the projected area of the molded product is smaller can be easily performed.
[0035]
The area ratio of the forming hole inlet to the forging material is 1.2 on the projection plane perpendicular to the forming direction at the portion where the inlet having a larger cross section than the forming hole inlet is provided at the upper part of the forming hole inlet. It is preferably ~ 4. If the area ratio is smaller than 1.2, the required metal balance of the material corresponding to the shape cannot be obtained. In addition, when the area ratio is larger than 4, the slope becomes too large, and forging is difficult beyond the practical mold size.
[0036]
Forged products are heat treated. The heat treatment aims to improve the strength of the material, and the conditions are 460 to 560 ° C., held for 1 to 5 hours, immediately immersed in a water tank (water temperature 10 to 70 ° C.), and 1 to 10 at 150 to 250 ° C. By maintaining the time, the desired material strength can be obtained.
[0037]
The forged molded product after the heat treatment process is further subjected to processing combining one or two or more selected from main forming processing by forging, sizing processing, rolling processing, and cutting processing as necessary. The shape of the final product can be obtained. Here, in the case of forging by a main molding process using a molded product as a preformed product, it is preferable to use a molded product molded into a shape such that the material yield in the main molding is 85% or more. When the molded product of the present invention is a preformed product, the yield is 85% or more of a preferable value, so that an aluminum alloy material having a high material cost can be used. In the conventional method, it is difficult to obtain a preformed product of 85% or more because of burr forging. In conventional closed forging, it is difficult to obtain a preform of 85% or more.
[0038]
Further, according to the manufacturing method of the present invention, since the upper mold and the lower mold are molded in a closed state, there is no burr to the outside of the product, and the trimming process can be omitted. Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, a molded product having no trimming trace can be manufactured. Moreover, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture with improved material yield. As a result, the manufactured molded product is a molded product characterized by having no trimming marks on the outer peripheral part of the product, and since there is no trimming mark on the outer peripheral part of the product, it is preferable in terms of product strength and appearance.
[0039]
In the molded product manufactured by the manufacturing method of the present invention, the upper mold and the lower mold are in a closed state, and no metal flow to the mold dividing part occurs, so that the occurrence of burrs on the mold dividing part can be suppressed. As a result, the burr cutting process is unnecessary and the process is efficient, which is suitable for mass production of high quality. Since the trimming step is omitted, as a result, the mold dividing portion has a shape without a step due to the trimming trace, so that the surface is connected smoothly and the quality of the appearance of the finished product is improved. This is because it is not necessary to provide a finishing process such as a buffing process for smoothing the appearance. Further, in the conventional forging method, the forging is a burr and forging because the mold configuration is simple and inexpensive, and a trimming process is necessary after forging, so the raw material yield is not good. Since the process is omitted, the raw material yield is improved.
[0040]
The molded product manufactured by the manufacturing method of the present invention shows a continuous flow pattern observed in the longitudinal section of the convex portion with respect to the convex direction, and a trimming mark is formed on the mold part trace on the outer surface. The molded product does not have. As a result, the molded product is preferably a molded product with excellent mechanical properties produced with a high yield.
[0041]
【Example】
The molded article shown in FIG. 1 was produced using the apparatus shown in FIG. 5 and the mold shown in FIG. Here, as the lower mold, those having slope angles of 0 °, 5 °, 30 °, 60 °, and 90 ° from the inlet to the inlet of the forming hole were prepared and used.
[0042]
A continuous casting rod made of an aluminum alloy of A6061 was cut into a diameter of 65 mm and a length of 250 mm with a circular saw. A graphite lubricant was applied to the cut material and preheated to 500 ° C. The preheated material was put on the slope facing the molding hole inlet from the lower mold inlet. The upper mold was lowered and molded. After the molding was completed, the product was discharged out of the mold by the knockout mechanism of the lower mold.
[0043]
Forging conditions were a press speed of 25 spm, a die height of 985 mm, a molding load of 500 t, a mold temperature of 300 ° C., an oil lubricant coating amount of 5 g, and an aqueous lubricant coating amount of 25 g. The results of forging with each mold are shown in Table 1.
[0044]
[Table 1]
Here, ○ indicates that forging is possible, Δ indicates that forging is possible, but an ear-shaped burr has occurred, and x indicates that the upper die is lowered due to the ear-shaped burr. This indicates that forging could not be performed.
[0046]
In addition, the molded product did not generate burrs of a size that required a trimming process in the mold part. A trimming step required in a later process can be omitted.
[0047]
【The invention's effect】
According to the manufacturing method of the present invention, an inlet having a larger cross section than the molding hole inlet is provided at the upper part of the molding hole inlet, and the inlet is connected to the molding hole inlet by an inclined surface facing the molding hole inlet. Using a lower mold, a forging material having a projection plane perpendicular to the molding direction perpendicular to the molding hole inlet is introduced onto the inclined surface, and the forging material is caused to flow into the molding hole by the upper mold and closed. Since it is a manufacturing method characterized by forging, it can be easily formed by closed forging from the direction in which the projected area of the product becomes smaller. As a result, a forged product having a large convex portion can be manufactured with a smaller material load and a smaller forging machine with a smaller molding load than conventional ones.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an outline drawing of an example of a molded product of the present invention.
FIG. 2 is a diagram of an example of a mold used in the present invention. (A) is an upper mold | die, (b) is a lower mold | die, (c) is sectional drawing of the lower mold | die in the position corresponding to A of FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of a relationship between a mold and a material used in the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining another example of the relationship between a mold and a material used in the present invention.
FIG. 5 is a schematic view of forging equipment used in the present invention.
FIG. 6 is a view of another example of a mold used in the present invention. (A) is a figure of the example in case a part where a slope angle changes continuously in a part of slope, (b) is an example in case a slope angle changes continuously.
FIG. 7 is an example of a process flow diagram of the present invention. (A) is a drawing of the raw material, (b) is a drawing of the forging material flowing into the forming hole by the upper die, and (c) is a drawing just before the forming is completed. (D) is the figure of the cross section of the longitudinal direction of the molded product in the state of (b), (e) is the figure of the cross section of the longitudinal direction of the molded product in the state of (c).
[Explanation of symbols]
A: cross-sectional position corresponding to FIG. 7, B: site convex in the direction opposite to the molding direction, C: site convex in the molding direction,
201, 503: Upper mold, 202, 505: Lower mold, 207: Knockout pin, 213, 302, 402: Molding hole inlet, 214: Loading port, 211: Slope, 220: Slope angle,
301: Projection plane of material, 401: Projection plane of material,
501: Forging machine, 502: Upper bolster, 506: Lower bolster, 503: Transfer device before and after spraying, 509: Spray rotating device, 510:
601: a portion where the slope angle continuously decreases, 602: a slope where the slope angle continuously decreases, 603: a maximum slope angle,
701: Forging material
Claims (17)
成形孔とともにその成形孔入口の上部に接続させて投入口が設けられた下金型を用い、
上記投入口は、成形方向に直角な方向の断面が成形孔入口より大きく、かつ成形孔入口に向けて斜面角度が５°〜６０°の斜面で成形孔入口に接続されるように形成され、
上記鍛造用金属素材は円柱状で、成形方向に直角な投影面が成形孔入口よりも大きく、その投影面において成形孔入口に対する面積比が１．２〜４となるようにし、
上記鍛造用金属素材を投入口に投入して投入口の斜面に円柱状素材の曲面が接するように載せ、上金型により成形孔内に流動させ、上記凸の部位は塑性流動によって充満させて閉塞鍛造を行い、
上記凸の部位での成形方向と平行な断面において観察される鍛流線が連続的な流れ模様を示すようにし、
上記閉塞鍛造により成形された鍛造成形品は、船外機を船体に固定するのに用いられるブラケットであり、
上記ブラケットの、成形方向に有する凸の部位は、当該ブラケットの長手方向一端側に形成され、成形方向とは反対方向に有する凸の部位は当該ブラケットの長手方向中央に形成され、成形方向に有する凸の部位と、成形方向とは反対方向に有する凸の部位とは、互いに逆方向に突出しているとともに、ブラケットの長手方向で互いに離隔した位置関係にある、
ことを特徴とする鍛造方法。From the forging metal material , a shape partially having both a convex part in the forming direction and a convex part in the opposite direction to the forming direction, that is, a cross section parallel to the forming direction in each part of the forged molded product is the forming direction. In a forging method for producing a forged molded product having a shape partially having both a convex portion and a convex portion in a direction opposite to the molding direction ,
Using a lower mold that is connected to the upper part of the inlet of the molding hole together with the molding hole and provided with an inlet,
The inlet is formed such that a cross section in a direction perpendicular to the molding direction is larger than the molding hole inlet and is connected to the molding hole inlet at a slope angle of 5 ° to 60 ° toward the molding hole inlet,
The forging metal material is cylindrical, and the projection plane perpendicular to the molding direction is larger than the molding hole inlet so that the area ratio with respect to the molding hole inlet is 1.2 to 4 on the projection plane.
Put the forging metal material into the inlet and place it so that the curved surface of the cylindrical material is in contact with the slope of the inlet, let it flow into the forming hole with the upper mold, and fill the convex part with plastic flow Perform closed forging,
The forging lines observed in the cross section parallel to the molding direction at the convex part show a continuous flow pattern ,
The forged molded product formed by the closed forging is a bracket used to fix the outboard motor to the hull,
The convex portion of the bracket in the molding direction is formed on one end side in the longitudinal direction of the bracket, and the convex portion in the direction opposite to the molding direction is formed in the longitudinal center of the bracket and has in the molding direction. The convex portion and the convex portion having the opposite direction to the molding direction protrude in opposite directions and are in a positional relationship separated from each other in the longitudinal direction of the bracket.
A forging method characterized by that.
上金型が成形方向と反対方向に凹の部位を部分的に有する構成を備え、また下金型が成形方向に凹の部位を部分的に有する構成を備え、
下金型の成形孔入口の上部に成形孔入口より大きい断面を有する投入口が設けられ、その投入口は成形孔入口に向かった、斜面角度が５°〜６０°の斜面で成形孔入口に接続され、その投入口には成形方向に直角な投影面が成形孔入口よりも大きく、その投影面において成形孔入口に対する面積比が１．２〜４となる鍛造用金属素材が投入され、
当該鍛造用金型は、船外機を船体に固定するのに用いられるブラケットを閉塞鍛造で成形するためのものであり、
上記上金型の、成形方向とは反対方向に有する凹の部位は、上金型の長手方向中央に設けられ、
上記下金型の、成形方向に有する凹の部位は、下金型の長手方向一端側に設けられている、
ことを特徴とする鍛造用金型。 A forging die for use in the forging method according to claim 1,
A configuration in which the upper mold has a portion of the concave in the opposite direction to the molding direction partially also includes a configuration in which the lower mold has a concave portion partially into the molding direction,
An inlet having a cross section larger than that of the molding hole inlet is provided at the upper part of the molding hole inlet of the lower mold, and the inlet is directed to the molding hole inlet and has a slope angle of 5 ° to 60 ° to the molding hole inlet. A metal surface for forging in which a projection plane perpendicular to the molding direction is larger than the inlet of the molding hole and an area ratio of the projection surface to the inlet of the molding hole is 1.2 to 4 at the inlet,
The forging die is for molding a bracket used to fix the outboard motor to the hull by closed forging,
The concave portion of the upper mold in the direction opposite to the molding direction is provided at the center in the longitudinal direction of the upper mold,
The concave part of the lower mold in the molding direction is provided on one end side in the longitudinal direction of the lower mold.
A forging die characterized by that.
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