JP4798139B2 - 鍛造装置および鍛造方法 - Google Patents

Description

本発明は、素材を鍛造によって所定の形状に成形するための鍛造装置および鍛造方法に関するものである。

鍛造は、金属製の素材の少なくとも一部を工具によって押し潰すことで所定の形状に成形する塑性加工法である。鍛造としては、型鍛造と自由鍛造がある。

型鍛造では、成形すべき鍛造品の表面形状に合わせた金型によって、素材表面の大部分を同時に加圧あるいは拘束して成形が行われる。特許文献１では、リブに囲まれた複数のウェブを有するウェブリブ形状品を、プレス型鍛造により成形している。プレス型鍛造には、ウェブリブ形状品を成形する凹部を備える金型と、凹部内で上下動可能な複数のスタンプ部と、を備える成形金型が用いられる。素材を凹部の底部に配置し、スタンプ部を素材に個別かつ順次圧入させると、圧縮された素材が凹部とスタンプ部との間にある空間に流動し、各ウェブおよびウェブの周囲のリブが成形される。

自由鍛造では、平坦または単純な曲面からなる表面をもつ汎用工具を用い、素材の大部分を拘束することなく素材を圧縮して変形させる。特許文献２では、水平に対向する左右一対の金型を用い、タービン羽根素材を成形している。成形の際には、素材の長手方向に繰り返し位置決めをし、素材に対して金型の位置をずらしながら逐次成形を行う。
特開平５−２９３５８１号公報 特開平２−４６９４５号公報

様々な部品形状や生産量に柔軟に対応できる成形方法、たとえば、部品のＣＡＤデータから自動的に成形工程を作成し、これに基づき部品を製造できる生産システムが望まれている。種々の部品形状に対して成形するには、鍛造において専用の金型を用いず、汎用工具で成形することが望ましい。

ところが、特許文献１では、ウェブリブ形状品の形状および寸法に応じた成形金型を用いるため、汎用性が低い。また、特許文献２では、汎用工具を使用するものの、一対の工具により位置をずらしながら繰り返し成形を行うため、素材が多方向に流動する。そのため、目的の形状にするための工程設計が困難である。

本発明は、上記の問題点に鑑み、汎用性が高く、工程設計を容易に行うことができる鍛造装置および鍛造方法を提供することを目的とする。

本発明の鍛造装置は、素材の一端部を保持する保持具と、該素材の周囲に配置される２以上の側面工具からなる鍛造工具と、を備え、該素材を該鍛造工具で押圧することで該素材を変形させて所定の立体形状を成形する鍛造装置であって、
前記側面工具のうちの少なくとも１つは、前記一端部側から他端部側へと配列されそれぞれ独立に前記素材を押し込み可能な複数の可動片からなり、該可動片により該素材を前記一端部側から順次押し込み得ることを特徴とする。

本発明の鍛造装置において、側面工具は、それぞれ独立に素材を押し込み可能な複数の可動片からなる。各可動片の押し込み量や押し込み位置を変更することにより、素材を様々な形状に変形させることができるため、汎用性が高い。

複数の可動片は、素材が保持される一端部側から他端部側へと配列され、その一端部側から他端部側へと順次素材に押し込まれる。押し込まれた他端部側の素材は、先に素材に押し込まれた一端部側の可動片に堰き止められる。そのため、素材は、主として素材の一端部から他端部へと一方向に流動する。素材の主な流動方向が一方向であれば、多方向に流動する場合に比べ、素材の保持状態、可動片の押し込み条件などを決定する工程設計が容易となる。

また、本発明の鍛造方法は、素材を鍛造工具により押圧して該素材を変形させて所定の立体形状を成形する鍛造方法であって、
前記素材の一端部を保持した状態で、該一端部側から他端部側へと配列されそれぞれ独立に該素材を押し込み可能な複数の可動片からなる前記鍛造工具の第一可動片を該素材に押し込んで該素材を所定の形状に成形する第一押圧工程と、
前記第一押圧工程中あるいは前記第一押圧工程後に、前記第一可動片と隣接する第二可動片により、該第一可動片よりも他端部側の素材を押圧する第二押圧工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明の鍛造方法は、上記本発明の鍛造装置を用いて実施できる。

以下に、本発明の鍛造装置および鍛造方法を実施するための最良の形態を、図を用いて説明する。

［鍛造装置］
本発明の鍛造装置は、素材の一端部を保持する保持具と、素材の周囲に配置される２以上の側面工具からなる鍛造工具と、を備える。なお、図１および図２は本発明の鍛造装置の一例を示す概略図であって、図１は鉛直方向断面図、図２は水平方向断面図である。図１および図２は、本発明の鍛造装置の一例を示すのみであるため、各構成要素の配置や形状は図１および図２に示す形態に限られない。

本発明の鍛造装置において、素材は、その大部分を拘束せずに保持される。そのため、保持具は、素材の一端部を保持できればよい。たとえば、素材が円柱形状や角柱形状の棒状体であれば、軸方向の一端部を保持できる保持具であればよい。図１では、保持具１は円柱形状の素材Ｍの長手方向の一端部Ｍ_１を保持するが、必ずしも素材の長手方向の一端部を保持する必要はなく、素材の一端部および他端部は素材の初期形状および鍛造後の形状に応じて任意に決定することができる。また、図１で保持具１は、円柱形状の素材Ｍの一端部Ｍ_１が鉛直方向の上方に、他端部Ｍ_０が鉛直方向の下方に位置する、すなわち素材Ｍの中心軸Ｘが鉛直方向と一致するように素材Ｍを保持している。しかし、素材が保持される方向に特に限定はなく、保持具１は、中心軸Ｘが水平となるように素材Ｍを保持してもよい。

本発明の鍛造装置は、鍛造工具を備える。鍛造工具は、素材の周囲に配置される２以上の側面工具からなる。鍛造工具により素材を押圧することで素材を変形させて、所定の立体形状が成形される。側面工具の形状に特に限定はなく、図２に示すように、素材Ｍを押圧する側面工具２０ａ、２０ｂ、２０ｃおよび２０ｄの端面の形状は、平面であっても曲面であっても、いずれであってもよい。

側面工具は、素材の周囲に複数配置される。側面工具が配置される位置に特に限定はないが、素材の一端部と他端部とを結ぶ直線に対して略垂直な同一平面上に配置されるとよい。たとえば、図１および図２に示すように、鍛造工具２が４つの側面工具２０ａ、２０ｂ、２０ｃおよび２０ｄからなる場合、素材Ｍの中心軸Ｘに対して略垂直な同一平面上に中心軸Ｘを中心として９０°毎に配置されるとよい。なお、図１および図２にでは、４つの側面工具からなる鍛造工具が示されているが、側面工具の個数に限定はなく、２〜６個が実用的である。

複数の側面工具のうちの少なくとも１つは、複数の可動片からなる。可動片は、素材の一端部側から他端部側へと配列され、それぞれ独立に素材を押し込み可能である。可動片の寸法や形状に特に限定はないが、板状体であるのが好ましく、厚さ方向に所定の枚数重ね合わされて一つの側面工具をなすのがよい。また、複数の可動片のうち隣接する２つの可動片は、押し込みの際に、互いに摺接する摺接面をもつのが好ましい。なお、図１において、１つの側面工具２０ａは４つの可動片２１ａ〜２４ａからなるが、可動片の個数に限定はない。

鍛造工具の一部は、素材の変形を拘束する変形拘束工具であるのが好ましい。たとえば、２つの側面工具からなる鍛造工具であれば、２つの側面工具のうちの一方を変形拘束工具、他方を複数の可動片とし、素材を挟んで互いに対向する位置に配置するとよい。また、図１および図２に示すように４つの側面工具２０ａ、２０ｂ、２０ｃおよび２０ｄからなる鍛造工具２を備える場合には、側面工具２０ａおよび２０ｃ、側面工具２０ｂおよび２０ｄ、が素材Ｍを挟んで互いに対向させて配置されるとよい。このとき、側面工具２０ｂおよび２０ｄを変形拘束工具とすれば、側面工具２０ａおよび２０ｃに押圧されて生じる素材Ｍの径方方向への流動（変形）を効果的に抑制できる。

なお、可動片からなる側面工具であっても、可動片の動作を制御することで変形拘束工具として使用することも可能である。

可動片は、素材を一端部側から順次押し込み得る。素材の一端部側の可動片が素材に押し込まれた状態で、他の可動片により他端部側が押し込まれればよい。素材の一端部側が先に可動片により押し込まれているため、他端部側を押圧する際の素材の流動が、先に押し込まれた可動片により堰き止められて一方向に制御される。その結果、素材の多方向への流動が抑制され、主として他端部側へ流動させることが可能となる。

このとき、複数の可動片の１つである第一可動片の押し込み端面の位置は、第一可動片に隣接し他端部側に位置する第二可動片の押し込み端面の位置よりも押し込み方向側に位置するのが好ましい。第一可動片の押し込み端面の位置が、第二可動片の押し込み端面の位置よりも押し込み方向側に位置する位置関係とすることで、第一可動片による流動の堰き止め作用がさらに高まる。

ただし、鍛造後の形状によっては、第一可動片の押し込み端面よりも、第二可動片の押し込み端面の方が、素材の押し込み方向側に位置することもある。その場合には、第一可動片の押し込み端面が所定の位置に達するまで、第一可動片の押し込み端面と第二可動片の押し込み端面との位置関係が上記の位置関係にあればよい。また、上記の位置関係であれば、各可動片は、素材に同時に押し込まれてもよいし、個別に押し込まれてもよい。また、押し込み速度にも特に限定はなく、各可動片を同じ速度で素材に押し込んでもよいし、速度を変えてもよい。

なお、第一可動片および第二可動片は、１つの側面工具において互いに隣接する可動片であればよい。図１に示す側面工具２０ａの可動片２１ａ〜２４ａを例にすれば、第一可動片および第二可動片は、それぞれ可動片２１ａおよび２２ａ、可動片２２ａおよび２３ａ、可動片２３ａおよび２４ａ、である。

本発明の鍛造装置は、さらに、可動片の押し込み端面の位置を経時的に制御する制御部を有するのが好ましい。制御部は、それぞれの可動片の押し込み端面が所定の位置に達する（押し込み終了）まで、隣接する少なくとも２つの可動片で素材の押し込みを同時に行うとともに隣接する可動片同士の押し込み端面の位置の差を一定に制御するのが好ましい。あるいは、制御部は、複数の可動片をそれぞれ個別に一定の押し込み量で素材に押し込み、それぞれの可動片の押し込み端面が所定の位置に達するまで繰り返し行わせるのが好ましい。これらの制御ついては、後の［鍛造方法］の欄で詳説する。

なお、本発明の鍛造装置において、保持具は、素材を回転可能に保持するのが好ましい。保持具により素材を回転させることで、側面工具の個数が少ない場合であっても素材を多方向から押圧できる。また、保持具および鍛造工具は、互いに相対移動可能であるのが好ましい。このときの移動方向は、押し込み位置が素材の他端部側へと移動する方向とするとよい。

［鍛造方法］
本発明の鍛造方法は、素材を鍛造工具により押圧して素材を変形させて所定の立体形状を成形する方法であって、以下に説明する第一押圧工程および第二押圧工程を含む。なお、本発明の鍛造方法には、上記本発明の鍛造装置が好適である。

第一押圧工程は、素材の一端部を保持した状態で、複数の可動片からなる鍛造工具の第一可動片を素材に押し込んで、素材を所定の形状に成形する工程である。素材の保持については、既に述べた通りである。また、第一可動片の好ましい形態についても、既に述べた通りである。

第二押圧工程は、第一押圧工程中あるいは第一押圧工程後に、第一可動片と隣接する第二可動片により、第一可動片よりも他端部側の素材を押圧する工程である。第二可動片の好ましい形態についても、既に述べた通りである。

第二押圧工程は、第一可動片の押し込み端面の位置が、第二可動片の押し込み端面の位置より押し込み方向側に位置するように第二可動片で素材を押し込む工程であるのが望ましい。ただし、鍛造後の形状によっては、第一可動片の押し込み端面よりも、第二可動片の押し込み端面の方が、素材の押し込み方向側に位置することもある。その場合には、第一可動片の押し込み端面が所定の位置に達するまで、第一可動片の押し込み端面と第二可動片の押し込み端面との位置関係が上記の位置関係にあればよい。なお、可動片の押し込み端面の位置は、上記の制御部により経時的に制御するとよい。

以下に、第一押圧工程および第二押圧工程のさらに望ましい形態を図３または図４を用いて説明する。図３および図４は、本発明の鍛造方法の一例を示す説明図であって、図１および図２に示す鍛造装置によって成形を行う例である。なお、図３および図４は、いずれも素材Ｍの中心軸Ｘ方向の断面図であって、側面工具２０ａ側のみを示す。また、素材Ｍについては、軸方向の位置を一端部側よりＡ〜Ｆ、径方向の位置を表面側からＩ〜ＩＶ（Ｉは素材Ｍの表面）とする。また、図３および図４では、Ａ〜ＦおよびＩ〜ＩＶはそれぞれ等間隔であるが、異なる間隔であっても構わない。

第一押圧工程が終了する前に第二押圧工程が行われる場合には、第二押圧工程は、第一可動片と第二可動片とで素材の押し込みを同時に行うとともに第一可動片の押し込み端面と第二可動片の押し込み端面との位置の差を一定にして第二可動片を押し込む工程であるのが望ましい。以下に、本発明の鍛造方法を用いて素材Ｍを所定の量（位置ＩＶまで）押し延ばす方法を、図３を用いて説明する。

（３−１）はじめに、可動片２１ａにより素材Ｍの位置Ａを、位置Ｉから位置ＩＩまで押し込む。（３−２）可動片２１ａの押し込み端面が位置ＩＩに達したら、可動片２２ａにより素材Ｍの位置Ｂを、位置Ｉから位置ＩＩまで押し込む。可動片２２ａを素材Ｍに押し込むと同時に、可動片２１ａにより素材Ｍの位置Ａを位置ＩＩから位置ＩＩＩまで押し込む。（３−３）可動片２１ａの押し込み端面が位置ＩＩＩに、可動片２２ａの押し込み端面が位置ＩＩに達したら、可動片２３ａにより素材Ｍの位置Ｃを位置Ｉから位置ＩＩまで押し込む。可動片２３ａを素材Ｍに押し込むと同時に、可動片２１ａにより素材Ｍの位置Ａを位置ＩＩから位置ＩＩＩまで押し込む。また、可動片２３ａおよび可動片２２ａを素材Ｍに押し込むと同時に、可動片２１ａにより素材Ｍの位置Ａを位置ＩＩＩから位置ＩＶまで押し込む。（３−４）次に、目的の位置ＩＶに押し込み端面が達した可動片２１ａはそのままに、可動片２２ａ、２３ａおよび２４ａを上記と同様にして素材Ｍに押し込む。なお、押し込み速度を一定とすることで、（３−１）〜（３−４）を通じて、隣接する可動片の押し込み端面の径方向の位置の差を一定とするとよい。

（３−５）素材Ｍの他端までさらに成形したい場合には、素材Ｍを各可動片に対して相対移動させることで可動片２１ａを位置Ｂで素材Ｍと当接させた状態で、可動片２２ａを位置Ｃにおいて位置ＩＩＩからＩＶへ、可動片２３ａを位置Ｄにおいて位置ＩＩから位置ＩＩＩへ、可動片２４ａを位置Ｅにおいて位置Ｉから位置ＩＩへ、それぞれ押し込む。（３−６）さらに、素材Ｍを各可動片に対して相対移動させて可動片２１ａを位置Ｃで素材Ｍと当接させた状態で、可動片２２ａを位置Ｄにおいて位置ＩＩＩからＩＶへ、可動片２３ａを位置Ｅにおいて位置ＩＩから位置ＩＩＩへ、可動片２４ａを位置Ｆにおいて位置Ｉから位置ＩＩへ、それぞれ押し込む。（３−７）可動片２３ａおよび２４ａを上記と同様に個別に位置ＩＶまで押し込むことで、素材Ｍは押し延ばされる。

第一押圧工程が終了後に第二押圧工程が行われる場合には、第二押圧工程は、第二押圧工程の終了後に再び第一押圧工程および第二押圧工程を繰り返し行うのが望ましい。以下に、本発明の鍛造方法を用いて素材Ｍの中心部を所定の量（位置ＩＩＩまで）押し延ばす方法を、図４を用いて説明する。

（４−１）はじめに、可動片２１ａにより素材Ｍの位置Ａを、位置Ｉから位置ＩＩまで押し込む。（４−２）可動片２１ａの押し込み端面が位置ＩＩに達したら、その状態で、可動片２２ａにより素材Ｍの位置Ｂを、位置Ｉから位置ＩＩまで押し込む。（４−３）可動片２２ａの押し込み端面が位置ＩＩに達したら、その状態で、可動片２３ａにより素材Ｍの位置Ｃを、位置Ｉから位置ＩＩまで押し込む。（４−４）可動片２３ａの押し込み端面が位置ＩＩに達したら、その状態で、可動片２４ａにより素材Ｍの位置Ｄを、位置Ｉから位置ＩＩまで押し込む。

上記のように各可動片をそれぞれ個別に一定の押し込み量で素材Ｍに押し込み、それぞれの第一可動片の押し込み端面が所定の位置に達するまで繰り返し行わせる。すなわち、（４−５）可動片２１ａにより素材Ｍの位置Ａを、位置ＩＩから位置ＩＩＩまで押し込む。（４−６）可動片２１ａの押し込み端面が位置ＩＩＩに達したら、その状態で、可動片２２ａにより素材Ｍの位置Ｂを、位置ＩＩから位置ＩＩＩまで押し込む。（４−７）可動片２２ａの押し込み端面が位置ＩＩＩに達したら、その状態で、可動片２３ａにより素材Ｍの位置Ｃを、位置ＩＩから位置ＩＩＩまで押し込む。（４−８）可動片２３ａの押し込み端面が位置ＩＩＩに達したら、その状態で、可動片２４ａにより素材Ｍの位置Ｄを、位置ＩＩから位置ＩＩＩまで押し込む。

なお、図３および図４を用いて説明した上記の鍛造方法では、いずれも、各可動片を同じ距離押し込んで、素材Ｍに略平坦な面を形成している。しかし、各可動片の押し込み量を適宜設定することで、所望の凹凸形状をもつ鍛造品を製造することも可能である。また、素材を回転させることで、さらに複雑な形状の鍛造品の製造も可能となる。

本発明の鍛造方法は、素材の多方向への流動が抑制されるため、工程設計を容易に行うことができる。すなわち、あらかじめ定式化された材料流動制御条件（成形品断面形状∝ｆ（ｄ，Ａ，ｄＬ，Ｌ，α，…））を用いて、各可動片の押し込み量ｄ（図３の位置Ｉから所定の位置までの距離に相当）、押し込み面積Ａ（可動片の素材に陥入している部分の断面積）、押し込み端面の形状（平坦または曲面の曲率）、押込み段差ｄＬ（図３の中心軸Ｘから可動片の押し込み端面までの距離に相当）、素材の送り量Ｌ、素材の表面に対する可動片の押し込み角αを決定し、数値制御することにより素材を所定の形状に成形することができる。

また、可動片による押し込みにより、素材に局所的に大きな歪を付与することが可能となる。そのため、得られる鍛造品の強度が向上し、ひいては、軽量化が期待できる。

以上、本発明の鍛造装置および鍛造方法の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。

以下に、本発明の鍛造装置および鍛造方法の実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。

［鍛造装置］
本実施例の鍛造装置を図１および図２を用いて説明する。鍛造装置は、保持具１と鍛造工具２とを備える。保持具１は、鍛造装置の上方に設けられ、素材Ｍを鉛直方向下向きに保持する。鍛造工具２は、側面工具２０ａおよび２０ｃからなる。側面工具２０ａおよび２０ｃは、素材Ｍが保持される空間を挟んで互いに対向する位置に設けられる。

側面工具２０ａおよび２０ｃは、それぞれ独立に素材Ｍを押圧できる４つの可動片２１ａ〜２４ａおよび２１ｃ〜２４ｃを有する。各可動片は、厚さ１０ｍｍ、幅６０ｍｍの板状である。なお、可動片の幅は、押し込む方向に垂直方向の長さである。各可動片の一端は、曲率半径が７０ｍｍで押し込み方向に垂直な方向の接線をもつ曲面からなる押し込み端面をもつ。可動片２１ａ〜２４ａは、鉛直方向上方から下方に向かって２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａの順に厚さ方向に４枚重ねられて側面工具２０ａをなす。同様に、可動片２１ｃ〜２４ｃは、鉛直方向上方から下方に向かって２１ｃ、２２ｃ、２３ｃ、２４ｃの順に厚さ方向に４枚重ねられて側面工具２０ｃをなす。

上記の鍛造装置にて鍛造を行った。ただし、素材Ｍには、鋼材の熱間成形時の変形挙動が類似している粘土モデル材を用いた。粘土モデル材の形状は、直径４０ｍｍ×長さ１００ｍｍの円柱とした。円柱の中央部を両側から１０ｍｍずつ押し込んで直径方向の厚さを半分とする成形を行った。

素材Ｍの軸方向Ｘの一端部を保持具１に装着し、素材Ｍを鍛造装置に固定した。このとき、素材Ｍの軸方向Ｘは鉛直方向と一致し、素材Ｍの中央部を挟んで側面工具２０ａの押し込み端面と側面工具２０ｃの押し込み端面とを対向させた。そして、以下の手順で、側面工具２０ａおよび２０ｃを素材Ｍの径方向への押し込み量が１０ｍｍとなるように押し込んだ。ここで、「押し込み量」は、成形前の素材Ｍの表面と可動片の押し込み端面とを当接させた状態を基準としたとき、素材Ｍの径方向に可動片が押し込まれる距離とする。

なお、図１および図２には、変形拘束工具２０ｂおよび２０ｄが示されているが、本実施例では使用しなかった。

［実施例１］
はじめに、可動片２１ａおよび２１ｃを素材Ｍの径方向に１０ｍｍ押し込んだ。その状態で、可動片２２ａおよび２２ｃを素材Ｍの径方向に１０ｍｍ押し込んだ。その状態で、可動片２３ａおよび２３ｃを素材Ｍの径方向に１０ｍｍ押し込んだ。その状態で、可動片２４ａおよび２４ｃを素材Ｍの径方向に１０ｍｍ押し込んだ。

［実施例２］
各可動片の押し込み端面が所定の位置（１０ｍｍ）に達するまで、押し込み量を５ｍｍとして各可動片をそれぞれ個別に素材Ｍに押し込んだ。具体的には、各可動片を以下のように制御した。

はじめに、可動片２１ａおよび２１ｃを素材Ｍの径方向に５ｍｍ押し込んだ。その状態で、可動片２２ａおよび２２ｃを素材Ｍの径方向に５ｍｍ押し込んだ。その状態で、可動片２３ａおよび２３ｃを素材Ｍの径方向に５ｍｍ押し込んだ。その状態で、可動片２４ａおよび２４ｃを素材Ｍの径方向に５ｍｍ押し込んだ。

上記と同様の手順を合計で２回繰り返して行った。

［実施例３］
各可動片の押し込み量を２ｍｍとした他は、実施例２と同様にして各可動片を素材Ｍに順次押し込んだ。

具体的には、はじめに、可動片２１ａおよび２１ｃを素材Ｍの径方向に２ｍｍ押し込んだ。その状態で、可動片２２ａおよび２２ｃを素材Ｍの径方向に２ｍｍ押し込んだ。その状態で、可動片２３ａおよび２３ｃを素材Ｍの径方向に２ｍｍ押し込んだ。その状態で、可動片２４ａおよび２４ｃを素材Ｍの径方向に２ｍｍ押し込んだ。

上記と同様の手順を合計で５回繰り返して行った。

［実施例４］
各可動片の押し込み量を１ｍｍとした他は、実施例２と同様にして各可動片を素材Ｍに順次押し込んだ。

具体的には、はじめに、可動片２１ａおよび２１ｃを素材Ｍの径方向に１ｍｍ押し込んだ。その状態で、可動片２２ａおよび２２ｃを素材Ｍの径方向に１ｍｍ押し込んだ。その状態で、可動片２３ａおよび２３ｃを素材Ｍの径方向に１ｍｍ押し込んだ。その状態で、可動片２４ａおよび２４ｃを素材Ｍの径方向に１ｍｍ押し込んだ。

上記と同様の手順を合計で１０回繰り返して行った。

［実施例５］
可動片の押し込み端面が所定の位置（１０ｍｍ）に達するまで、隣接する可動片同士の押し込み端面の位置の差（押し込み量の差）が常に５ｍｍとなるようにして、各可動片を素材Ｍに押し込んだ。具体的には、各可動片を以下のように制御した。

可動片２１ａおよび２１ｃを所定の速度で素材Ｍの径方向に押し込んだ。可動片２１ａおよび２１ｃが素材Ｍの径方向に５ｍｍ押し込まれたところで、可動片２２ａおよび２２ｃの押し込みを開始した。可動片２１ａおよび２１ｃは、素材Ｍの径方向に１０ｍｍ押し込まれたところで停止させた。可動片２２ａおよび２２ｃが素材Ｍの径方向に５ｍｍ押し込まれたところで、可動片２３ａおよび２３ｃの押し込みを開始した。可動片２２ａおよび２２ｃは、素材Ｍの径方向に１０ｍｍ押し込まれたところで停止させた。可動片２３ａおよび２３ｃが素材Ｍの径方向に５ｍｍ押し込まれたところで、可動片２４ａおよび２４ｃの押し込みを開始した。可動片２３ａおよび２３ｃは、素材Ｍの径方向に１０ｍｍ押し込まれたところで停止させた。そして、可動片２４ａおよび２４ｃも、素材Ｍの径方向に１０ｍｍ押し込まれたところで停止させた。

なお、押し込み速度は、全ての可動片で同じ速度とし、かつ、押し込み開始から停止まで等速とした。

［実施例６］
隣接する可動片同士の押し込み端面の位置の差（押し込み量の差に相当）を２ｍｍとした他は、実施例５と同様にして、各可動片を素材Ｍに押し込んだ。

［比較例１］
素材Ｍに、可動片２１ａ〜２４ａ（側面工具２０ａ）および可動片２１ｃ〜２４ｃ（側面工具２０ｃ）を、一度に１０ｍｍ押し込んだ。

［評価］
上記の実施例１〜６により得られた成形品をそれぞれ＃０１〜＃０６、比較例１により得られた成形品を＃Ｃ１とした。これらの成形品について、成形後の軸方向の長さおよび軸方向に垂直な最大幅を測定した。結果を図５〜図１３に示す。なお、図５〜図１１は、成形品＃０１〜＃０６および＃Ｃ１を側面から撮影した図面代用写真である。図１２は、押し込み量の差に対する成形後の成形品の幅を示すグラフである。また、図１３は、押し込み量の差に対する成形後の成形品の長さを示すグラフである。

全ての可動片が一度に押し込まれた＃Ｃ１では、素材Ｍの幅方向への流動が多かった。一方、＃０１〜＃０６では、＃Ｃ１に比べて素材Ｍの幅方向への流動が抑制され、長さ方向への流動が見られた。また、図１２より、隣接する可動片同士の押し込み量の差が大きい程、素材Ｍの幅方向への流動が抑制されることがわかった。

また、押し込み量の差が小さい（本実施例および比較例では４ｍｍ以下）場合には、各可動片の押し込みを個別に繰り返し行う実施例３および実施例４の鍛造方法のほうが、各可動片の押し込みを同時に行う実施例６の鍛造方法よりも、素材Ｍの幅方向への流動が効果的に抑制できた。

このように、可動片の押込み条件により素材の流動の方向が大きく変化することが確認された。すなわち、本発明の鍛造装置および鍛造方法によって、素材の流動を一方向に制御できることがわかった。

本発明の鍛造装置の一例を示す概略図であって、鉛直方向断面図である。 本発明の鍛造装置の一例を示す概略図であって、水平方向断面図である。 本発明の鍛造方法の一例であって、隣接する少なくとも２つの可動片で素材の押し込みを同時に行うとともに可動片同士の押し込み端面の位置の差を一定にして鍛造する場合の具体例を示す説明図である。 本発明の鍛造方法の一例であって、複数の可動片をそれぞれ個別に一定の押し込み量で素材に押し込み、可動片の押し込み端面が所定の位置に達するまで繰り返し押し込みを行う場合の具体例を示す説明図である。 成形品＃０１を側面から撮影した図面代用写真である。 成形品＃０２を側面から撮影した図面代用写真である。 成形品＃０３を側面から撮影した図面代用写真である。 成形品＃０４を側面から撮影した図面代用写真である。 成形品＃０５を側面から撮影した図面代用写真である。 成形品＃０６を側面から撮影した図面代用写真である。 成形品＃Ｃ１を側面から撮影した図面代用写真である。 押し込み量の差に対する、成形品＃０１〜＃０６および＃Ｃ１の幅を示すグラフである。 押し込み量の差に対する、成形品＃０１〜＃０６および＃Ｃ１の長さを示すグラフである。

符号の説明

１：保持具
２：鍛造工具
２０ａ、２０ｃ：側面工具
２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２１ｃ、２２ｃ、２３ｃ、２４ｃ：可動片
２０ｂ、２０ｄ：変形拘束工具
Ｍ：素材

Claims (12)

1. 素材の一端部を保持する保持具と、該素材の周囲に配置される２以上の側面工具からなる鍛造工具と、を備え、該素材を該鍛造工具で押圧することで該素材を変形させて所定の立体形状を成形する鍛造装置であって、
   前記側面工具のうちの少なくとも１つは、前記一端部側から他端部側へと配列されそれぞれ独立に前記素材を押し込み可能な複数の可動片からなり、該可動片により該素材を前記一端部側から順次押し込み得ることを特徴とする鍛造装置。
2. 複数の前記可動片の１つである第一可動片の押し込み端面の位置は、該第一可動片の押し込み端面が所定の位置に達するまで、該第一可動片に隣接し前記他端部側に位置する第二可動片の押し込み端面の位置よりも押し込み方向側に位置する請求項１記載の鍛造装置。
3. さらに、前記可動片の押し込み端面の位置を経時的に制御する制御部を有する請求項１または２記載の鍛造装置。
4. 前記制御部は、それぞれの前記可動片の押し込み端面が所定の位置に達するまで、隣接する少なくとも２つの該可動片で前記素材の押し込みを同時に行うとともに該可動片同士の押し込み端面の位置の差を一定にする請求項３記載の鍛造装置。
5. 前記制御部は、複数の前記可動片をそれぞれ個別に一定の押し込み量で前記素材に押し込み、それぞれの該可動片の押し込み端面が所定の位置に達するまで繰り返し行わせる請求項３記載の鍛造装置。
6. 前記鍛造工具の一部は、前記素材の変形を拘束する変形拘束工具である請求項１記載の鍛造装置。
7. 前記保持具および前記鍛造工具は、互いに相対移動可能である請求項１記載の鍛造装置。
8. 前記保持具は、前記素材を回転可能に保持する請求項１記載の鍛造装置。
9. 素材を鍛造工具により押圧して該素材を変形させて所定の立体形状を成形する鍛造方法であって、
   前記素材の一端部を保持した状態で、該一端部側から他端部側へと配列されそれぞれ独立に該素材を押し込み可能な複数の可動片からなる前記鍛造工具の第一可動片を該素材に押し込んで該素材を所定の形状に成形する第一押圧工程と、
   前記第一押圧工程中あるいは前記第一押圧工程後に、前記第一可動片と隣接する第二可動片により、該第一可動片よりも他端部側の素材を押圧する第二押圧工程と、
   を含むことを特徴とする鍛造方法。
10. 前記第二押圧工程は、前記第一可動片の押し込み端面の位置が、該第一可動片の押し込み端面が所定の位置に達するまで、前記第二可動片の押し込み端面の位置よりも押し込み方向側に位置するように該第二可動片で該素材を押し込む工程である請求項９記載の鍛造方法。
11. 前記第二押圧工程は、前記第一押圧工程が終了する前に行われ、
    前記第一可動片の押し込み端面が所定の位置に達するまで、該第一可動片の押し込み端面と前記第二可動片の押し込み端面との位置の差を一定にして該第二可動片で前記素材を押し込む工程である請求項９記載の鍛造方法。
12. 前記第二押圧工程は、前記第一押圧工程が終了後に行われ、
    該第二押圧工程の終了後に再び該第一押圧工程および該第二押圧工程を繰り返し行う請求項９記載の鍛造方法。