JP4843302B2 - 鍛造成形品、その製造方法および鍛造用金型 - Google Patents

Description

本発明は、鍛造成形品、その製造方法、それに用いる鍛造用金型に関するものである。

鍛造は機械部品等を製造する塑性加工方法の一つである。鍛造とは、鍛造装置内に上下対となる金型を配設し、該金型内に素形材を配置し上金型を移動させ素形材に荷重を加えることにより素形材を成形し成形品を製造するものである。

従来の一段形状の方法で引けの発生を抑えるために中央凸曲面部への素材流入に見合った体積を盛り上げる（凸状部）と、パンチ１が素材２に当たりその凸状部を押しつぶして行くことになるが、メタル量（素材体積）が多い為、パンチ１が下降するに従いメタルが外周方向に流れ、図１１に示すように凸状部と平面の稜線付近（Ａ）で折れ込みが発生し筒状部のふち部がうまく成形できずに折り込みなどの成形欠陥が発生する。
また、鍛造成形品の形状が、例えば平板状部の片面に凸状部を有する成形品を鍛造成形すると、平板状部の凸状部の反対側の面に、ヒケが発生して、鍛造不良となる場合が発生したので、これを回避する方法が検討されてきた。
例えば、特開２００１−４７１７１号公報には、突条又は凸部のある板状素材を鍛造加工することにより、ヒケの発生がなく、主面から隆起部が立ち上がった鍛造製品を製造することを目的として、鍛造製品Ｍ1の隆起部２１、２２に対応する位置で表面又は裏面から突出した突条１又は凸部が付けられている板状素材Ｍ０を下型と上型との間にセットし、鍛造成形時の加工圧力で突条１又は凸部（板状素材Ｍ０に付ける突条１又は凸部としては、矩形状や、下広がりの台形状又は湾曲状断面をもつもの）の材料を塑性流動させて隆起部２１、２２を形成することにより、隆起部２１、２２の成形に裏面側の材料が消費される割合が少なくなるので、隆起部２１、２２の裏側にヒケ等の形状不良が発生することがないとした方法が開示されている。

または、平板状部の片面に凸状部を有する成形品をプレス型鍛造するには、仕上げ鍛造形状に近い形状に成形されたブランクを用いたり、平板状部の背面全体に余肉を付すことで平板状部厚／凸状部厚の比を２から３程度に大きくし、Ｔ字状およびＬ字状断面部のヒケ欠陥（ｃ）、（ｒ）の発生を抑え、型鍛造後にその余肉（Ｓt)を機械加工により削除して所定の平板状部の厚さに仕上げる等の対処が必要とされていた。しかし、これらの対処は、投影面積が大きく、かつ形状が複雑な場合には適用が困難であり、また適用できた場合でも、本来的には不要な工数の増大および材料歩留りの低下を招いて、生産性を大きく低下させている。

そこで例えば、特開平７−１２４６７７号公報には、薄肉ウェブから突出させた薄肉リブを有して、ウェブ部とリブ部からなるＴ字状および／またはＬ字状断面部を持ち、かつウェブ厚／リブ厚の比の小さな薄肉ウェブリブ部材を、ヒケ欠陥を生じさせることなくネットシェイプにプレス型鍛造することを目的プレス型鍛造方法が開示されている。ここで、金型の薄肉ウェブリブ部材のＴ字状およびＬ字状断面部を成形するインプレッション(I)面部の反リブ側面に、他のインプレッション（Ｉ）面部より面粗度を粗くした粗化部（３ａ）、（３ｂ）を設け、かつ、その面粗度を３〜８Ｓ（Ｒｍａｘ値）とすると共に、Ｔ字状断面部に対応する粗化部（３ａ）の範囲をリブ（Ｒｃ）部を中心とするリブ厚（Ｒｔ）の１倍以上５倍以下、Ｌ字状断面部に対応する粗化部（３ｂ）の範囲をリブ（Ｒｓ）部の外側端からリブ厚（Ｒｔ）の１倍以上３倍以下としてプレス型鍛造することにより、ウェブ背面の表層で衝突してリブ部に向かう材料の流れを低く規制して、折れ込みや欠肉となるヒケ欠陥の発生を防止できるとした方法が開示されている。
特開２００１−４７１７１号公報 特開平７−１２４６７７号公報

しかし、今日では平板状部の片面に凸状部を有する成形品よりも、複雑な形状を有する成形品を鍛造によって生産することが求められている。
例えば、鍛造成形品形状が中央の凸状部と反対側が平面でなく凹状の形状を有する鍛造成形品、またはカップ状形状でカップの底面の外側に凸状のピン状部が長く出ている形状を有する鍛造成形品等である。
そのような形状の場合に、単に上記の従来の方法を適用しただけでは、凹部の底部、カップ状形状の底部、筒状部、カップ状部のふち部に成形欠陥が発生してしまっていた。

その為に、欠陥の発生を抑えるために、結局、鍛造素材（メタル）の流れを分散させて、成形の回数を４〜５回と複数回に分けて成形する方法がとられてきた。この方法では、成形工程が多いので工程費、金型費用がアップし、また各成形処理で素材が硬化する為その都度焼鈍処理、潤滑処理を施した後に、再度成形するという処理が必要であった。

または、発生する欠陥を見込んで鍛造成形し、最終的に機械加工にて欠陥部位を切削して取り除く方法をとるしかなかった。この方法では、切削分だけ材料投入増やす必要があり、切削加工分の費用がアップしてしまった。
さらには、鍛造成形工程ではカップ部形状を有しない形状にまず成形し、その後カップ形状に機械加工する方法をとるしかなかった。特にカップ内側が異形の場合は機械加工が困難であった。この場合も、カップ形状に加工する分の費用がアップしてしまった。
この発明は上記に鑑み提案されたもので、複雑な形状を有する成形品を容易に鍛造成形し、生産上の歩留まりを向上させることができる鍛造成形品、その製造方法、それに用いる鍛造用金型を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は素形材を金型の成形孔に投入して、有底の筒状部と、該筒状部の底部の外側に凸状部とを有する鍛造成形品を鍛造成形する鍛造成形品の製造方法において、前記素形材が鍛造成形品の筒状部に対応する部位に各複数段の各段間が滑らかな曲面で接続された複数段からなる凸曲面部を有し、該複数段からなる凸曲面部の外周から第１段目と第２段目との境界の位置が、鍛造成形品の筒状部の内径より小さく、かつ、前記素形材の凸曲面部の外周から凸曲面部の径の１／２までの範囲であることを特徴とする鍛造成形品の製造方法である。

また、前記素形材の複数段からなる凸曲面部の中心を含む縦断面において外周から第１段目の輪郭が、複数段からなる凸曲面部の一番外側のすそ開始位置から水平に引いた直線に対して仰角で１０度〜２０度の範囲内であることを特徴とする。

また、前記素形材の複数段からなる凸曲面部の一番外側のすその開始位置が、筒状部の外縁から０．５ｍｍ以内であることを特徴とする。

また、前記素形材の複数段からなる凸曲面部の第１段目と第２段目との境界が、半径３〜５ｍｍの曲面で接続されていることを特徴とする。

また、前記素形材の複数段からなる凸曲面部の中心を含む縦断面において第２段目以降の輪郭が、第１段目と第２段目との境界から引いた鍛造成形品の筒状部の底面に対して６０度以内の線の範囲内であることを特徴とする。

また、前記素形材は、鋳物成形、鍛造成形、機械加工成形、押出し成形の何れか、またはそれらの組み合わせからなる前工程で予め成形されることを特徴とし、特に、素形材は少なくとも鍛造成形を含む前工程により、鍛造成形品の底部に対応する部分に引けが発生しないように、温間鍛造時に金型への潤滑処理を施し、素材に潤滑材処理を施さない条件にて予め成形することが好ましい。

また、鍛造成形時の金型の温度は１０〜３００℃に、成形孔にセットする時の素形材の温度は１０〜４９０℃にそれぞれ保持されることを特徴とする。そして、温間鍛造時に金型への潤滑処理を施し、素形材に潤滑材処理を施さない条件、又は冷間鍛造時に金型への潤滑処理を施さず、素形材に潤滑処理を施す条件により鍛造成形品を鍛造成形し、筒状部がふち部と底部面とからなり、この底部面が凸状部の断面径より大きく、かつ、凸状部の位置が底部面の範囲内であって、底部面の略中央に位置し、底部面の厚さは凸状部の０．１〜０．２５倍である鍛造成形品を得ることを特徴とする。

また、前記素形材の材質は、アルミニウムまたはその合金であることを特徴とする。

また、本発明は、上記した鍛造成形品の鍛造方法に用いられ、上金型、下金型の組合せからなる鍛造用金型において、上金型または下金型の成形面が上記素形材の形状が転写された成形面を有するものであることを特徴とする鍛造用金型である。

また、本発明は、有底の筒状であってその底部の外側の略中央部に凸状部を有する鍛造成形品であって、上記鍛造用金型を用いて成形された素形材を用いて製造されたことを特徴とする鍛造成形品である。

また、本発明は、上記鍛造成形品のうち、筒状部のふち部、底部での断面の鍛流線が鍛造成形品の外郭輪郭線に沿っていることを特徴とする鍛造成形品である。

この発明は前記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。

本発明の鍛造成形品の製造方法は、素形材を金型の成形孔に投入して、有底の筒状部と、該筒状部の底部の外側に凸状部とを有する鍛造成形品を鍛造成形する鍛造成形品の製造方法において、前記素形材が鍛造成形品の筒状部に対応する部位に複数段からなる凸曲面部を有し、該複数段からなる凸曲面部の外周から第１段目と第２段目との境界の位置が、鍛造成形品の筒状部の内径より小さく、かつ、前記素形材の凸曲面部の外周から凸曲面部の径の１／２までの範囲であり、各複数段の各段間が滑らかな曲面で接続されているので、底部に引けを発生させることなく、筒状部のふち部に折れ込みを発生させることなく製造できる。また、底部の引けは鍛造成形品に求められる強度が不十分となり、筒状部のふち部の折れ込みは鍛造成形品に求められる寸法精度が不十分になるが、本発明は引けや折り込が発生しないのでそれらを回避できる。また、凸状部の第１段目が設けられているので、その部分で凸状部の第２段目より中心側からメタルが外周方向に流れるのを受けることができ、その結果、筒状部の後方押出し成形部位へのメタルの流れがスムーズになる。更に、ふち部に折れ込みが発生しない。

また、本発明の前記素形材の複数段からなる凸曲面部の中心を含む縦断面において外周から第１段目の輪郭が、複数段からなる凸曲面部の一番外側のすそ開始位置から水平に引いた直線に対して仰角で１０度〜２０度の範囲内であるので、より確実に引けの発生を抑えることが出来る。
なお、２０度を超える形状は、複数段の効果が弱くなるので好ましくない。また、１０度未満の形状は一段目の形状が無くなる状態（平面状態）に近くなるので複数段の効果が弱くなり好ましくない。更に、一段目と二段目のつなぎ部が筋状の折れ込みと引き込みが予想される。

また、本発明において、前記素形材の複数段からなる凸曲面部の一番外側のすその開始位置が、筒状部の外縁から０．５ｍｍ以内であるので、つなぎ部稜線に成形後、スジ状のマークが発生するのを抑えることができる。

また、本発明において、前記素形材の複数段からなる凸曲面部の第１段目と第２段目との境界が、半径３〜５ｍｍの曲面で接続されているので、成形時に第１段目と第２段目との境界で素材の折れ込みによる成形欠陥の発生を抑えることが出来る。また、パンチに当り押されて外周方向のメタルフローにより表面が横にフローする状態となるが、曲面をこの範囲にすることで形状部のつなぎが滑らかになりシワ状の折れ込みの発生をより抑えることができる。

また、本発明の、前記素形材の複数段からなる凸曲面部の中心を含む縦断面において第２段目以降の輪郭が、第１段目と第２段目との境界から引いた鍛造成形品の筒状部の底面に対して６０度以内の線の範囲内であるので、成形時に第１段目と第２段目との境界で素材の折れ込みによる成形欠陥の発生を抑えることが出来る。

また、本発明において、前記素形材は、鋳物成形、鍛造成形、機械加工成形、押出し成形の何れか、またはそれらの組み合わせからなる前工程で予め成形されるので、周知の成形工程を用いて素形材を容易に製造出来る。なお、素形材を少なくとも鍛造成形を含む前工程により予め成形すれば、温間鍛造時に金型への潤滑処理を施し、素材に潤滑材処理を施さない条件にて行うことにより、素形材の成形時に鍛造成形品の底部に対応する部分に引けが発生しないようにすることが出来る。

また、本発明において、鍛造成形時の金型の温度は１０〜３００℃に、成形孔にセットする時の素形材の温度は１０〜４９０℃にそれぞれ保持されるので、鍛造成形品の仕様・精度・材質・大きさにより、温間鍛造時に金型への潤滑処理を施し記素形材に潤滑材処理を施さない条件としたり、冷間鍛造時記金型への潤滑処理を施さず、素形材に潤滑処理を施す条件としたりする等、冷間鍛造、温間鍛造を使い分けるとともに、成形性を良好にすることが出来る。

また、本発明において、前記素形材の材質は、アルミニウムまたはその合金であるので、鍛造成形品の軽量化を図ることができる。

また、本発明の鍛造成形品の鍛造方法に用いられ、上金型、下金型の組合せからなる鍛造用金型において、上金型または下金型の成形面が上記素形材の形状が転写された成形面を有する鍛造用金型であるので、底部に引けを発生させることなく、筒状部のふち部に折れ込みを発生させることなく製造できる。また、成形時に第１段目と第２段目との境界で素材の折れ込みによる成形欠陥の発生を抑えることが出来る。また、つなぎ部稜線に成形後、スジ状のマークが発生するのを抑えることができる。

また、本発明の鍛造成形品は、有底の筒状であってその底部の外側の略中央部に凸状部を有する鍛造成形品であって、上記鍛造用金型を用いて成形された素形材を用いて製造されたので、底部に引けを発生させることなく、筒状部のふち部に折れ込みを発生させることなく製造できる。また、成形時に第１段目と第２段目との境界で素材の折れ込みによる成形欠陥の発生を抑えることが出来る。また、つなぎ部稜線に成形後、スジ状のマークが発生するのを抑えることができる。

また、本発明の鍛造成形品は、筒状部のふち部、底部部での断面の鍛流線が鍛造成形品の外郭輪郭線に沿っているので、成形時において鍛流線が前方・後方にバランスし、集中流線の発生が無い状態と成り、引けや折れ込みの発生がない。

以下にこの発明の実施の形態の一例を説明する。図１（ａ）は、本発明に係る素形材の一例を示す平面図、（ｂ）は、その正面図、（ｃ）は、その縦断面図、図２（ａ）は、本発明の素形材に成形する鍛造成形品を重ねて表現した平面図、（ｂ）は、その正面図である。ここで、素形材１０は、鍛造成形品１１の筒状部１２に対応する部位に複数段からなる凸曲面部１３を有し、この複数段からなる凸曲面部１３の外周から第１段目１３ａと第２段目１３ｂとの境界１４の位置が、鍛造成形品１１の筒状部１２の内径ｒより小さく、各複数段の各段間が滑らかな曲面Ｒで接続されている。

また、素形材１０の形状は、下端に鍛造成形品１１の凸状部１５に対応する凸部１６を有するとともに、その反対側の上端に複数段からなる凸曲面部１３を備えた頭部１８を有している。その複数段からなる凸曲面部１３の外側から第１段目１３ａと第２段目１３ｂとの境界１４は、成形品の筒状部１２の凹部１６のふち部分１７領域より内側（中心側）に位置している。好ましくは、素形材１０の頭部外周から頭部１８の径の１／２までの範囲である。これは、凸曲面部１３の体積を確保するためである。境界１４の位置は、素形材１０の形状を設計する際に曲率Ｒを付与する前に、第１段目１３ａと第２段目１３ｂの形状の交点として与えることができる。

また、曲率（Ｒ）の付いた状態での境界１４の位置は、断面形状の輪郭線と成形品の筒状部底面と平行な面との交点として求めることができる。本実施例では、複数段は２段（１３ａ、１３ｂ）としているがさらに多数段を設けることができる。この場合においても、各複数段の各段間は滑らかな曲面で結ばれている。
例えば、凸曲面部１３の第１段目１３ａと第２段目１３ｂとの境界１４は、Ｒ（半径）＝３〜５ｍｍでつながれていることが好ましい。また、素形材１０の複数段からなる凸曲面部１３の一番外側のすそ部１３ｃの開始位置は、図１（ａ）に示すように、金型加工上の制限、或いは金型寿命などの点から、筒状部１２の外縁とすることができない場合、その位置は、外縁から０．５ｍｍ以内であることが好ましい。

次に、素形材１０の複数段からなる凸曲面部１３の一番外側の形状について説明する。一番外側の部分は複数段の第１段目１３ａに相当し、この位置は鍛造成形品の凹部の部分（筒状部１２のふち部分１７）に対応する。すなわち、筒状部１２のふち部分１７に対応する部分にスロープ状の盛り肉を設けたものになる。
さらに、図３に示す素形材の縦断面図において、外側から第１段目１３ａの形状の輪郭は、複数段からなる凸曲面部１３の一番外側のすそ部１３ｃの開始位置から引いた水平線１９に対してΘ２＝１０度（仰角）の線とΘ１＝２０度（仰角）の線の範囲内であることが好ましい。
また、素形材１０の複数段からなる凸曲面部１３の第２段目１３ｂ以降の形状について説明すると、図４に示す様に、第２段目以降の輪郭が、第１段目１３ａと第２段目との境界１４から水平に引いた水平線２０に対してΘ３＝６０度（仰角）範囲内であることが好ましい。

＜鍛造成形品の説明＞
図５は、本発明の鍛造成形品の製造方法で製造する成形品の例を示す図である。ここで、図５（ａ）は、本発明に係る鍛造成形品１１の一例を示す斜視図でおむすび形の凹部１６ａを有するもの、（ｂ）は、（ａ）の鍛造成形品１１を凸状部側１５から見た逆に見た斜視図、（ｃ）は、別の鍛造成形品１１を示す斜視図で円形の凹部１６ｂを有するもの、（ｄ）は、（ｃ）の縦断面図、（ｅ）は、外周が多角形の筒状部１２ａを有するもの、（ｆ）は、底面多角形の凹部１６ｃを有する鍛造成形品を示す斜視図である。本発明で製造する鍛造成形品は、一端に柱状の凸状部１５を有し、他端に凹部１６を有する筒状部１２を備えた鍛造成形品１１である。ここで、凹部１６の底部面は凸状部１５の断面径より大きく、凸状部１５の位置は凹部１６の底面の範囲内である。または、カップ形状でカップの底面の外側に凸状のピン状部が長く出ている（例えば、カップ状部の外直径の０．８〜１．２倍の長さ。）形状を有する鍛造成形品でもよい。
凸状部１５は、例えば頭部１８のほぼ中央に位置している。また凹部１６の底面は成形品の外形形状と同じとは限らない。例えば、外周形状が円形状で底面形状が変形円形状（おむすび状）（図５（ａ））、外周形状が多角形で凹部底面が円形状（ｅ）、外周形状が円形状で凹部底面が多角形状（ｆ）、などが挙げられる。

また、鍛造成形品１１の凹部１６の底、カップ状部の底の厚さは薄く、例えば、凸状部１５あるいはピン状部の長さの０．１〜０．２５倍程度である。材質は、軽量であるアルミニウム、アルミニウム合金が好ましく、例えば２０００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００系合金などが挙げられる。このような鍛造成形品は、例えば自動車用エアコンの冷却用ラジエーターとパイプ部の接合部品として用いられる。ここで部品の凸状部１５は固定用ピンとして使用される。また、これらの部品は冷却用ラジエーターのパイプとろう付けするので、その表面は、不純物の付着が最小限に抑えられていることが必要である。例えば、鍛造時の潤滑材の選定も重要である。また、材質はろう付け性の良いものが求めらる。

＜素形材の材質＞
素形材１０の材質は、成形品に求められる特性を有したものを適宜選択する。例えば、アルミニウム、アルミニウム合金が好ましく、例えば２０００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００系合金などが挙げられる。また、ろう付け性が良好なものとしては、６０５Ｅ合金でＳｉ：０．５８〜０．９質量％、Ｆｅ：０．３５質量％以下、Ｃｕ：０．２質量％以下、Ｍｎ：０．１質量％以下、Ｍｇ：０．３５〜０．５５質量％、Ｃｒ：０．１質量％以下、Ｚｎ：０．１質量％以下、Ｔｉ：０．１質量％以下、他不可避成分からなるアルミニウム合金が好ましい。

＜素形材の製造方法＞
次に、素形材１０の製造方法について説明する。図６は、素形材１０を本発明の鍛造方法により製造する場合の成形工程の説明図である。先ず、素形材は、上記材質の金属を原料として、鋳物成形、鍛造成形、機械加工成形、押出し成形の何れか、またはそれらの組み合わせからなる前工程で予め成形される。図６（ａ）は、素形材１０を成形する上金型２２、下金型２３の組合せを示す図である。ここで、上金型２２の成形面２２ａが、図１等に示す素形材１０の凸曲面部１３の形状が転写された形状となっている。なお、図６では、上金型２２の成形面２２ａが上述した形状となっているが、下金型２３を上述した形状とすることも可能である。このような成形面は、金型母材を放電加工、ＮＣ旋盤等による直彫り加工することで製作できる。

図６（ｂ）に示す投入工程では、下金型２３の成形孔２４に素材２５を投入する。本発明に用いる素材２５の製法は、連続鋳造、押出、圧延等いずれであっても良い。アルミニウムやアルミニウム合金の場合、連続鋳造された丸棒材が安価で好ましい。アルミニウム合金においては、気体加圧式ホットトップ鋳造法で連続鋳造された丸棒材（例えば、昭和電工株式会社製ＳＨＯＴＩＣ材（登録商標））が、優れた内部健全性を持ち、結晶粒が微細であり、かつ、塑性加工による結晶粒の異方性がないため、摩擦抵抗部の抵抗効果を安定的に得ることができる。これらの丸棒材を所定の長さに切断したものを用いることができる。また、必要に応じて焼きなまし処理をした後に投入する。図６（ｃ）に示す成形工程では、上金型（パンチ）２２が下降して、素形材１０が成形される。図６（ｄ）に示す製品取り出し工程では、成形された素形材１０をノックアウトピン２６で排出する。成形された素形材１０は、前記した素形材の形状となる。

ここで、素形材１０の鍛造成形条件は以下のようである。金型温度は、１０〜３００℃、素材温度は１０〜４９０℃とする。温間鍛造時には、金型への潤滑処理を施し、素材２５には潤滑材処理を施さない。素形材１０の成形時に成形品の底部に対応する部分に引けが発生しないようにすることが肝要である。例えば、素形材１０の段階で筒状部のふち部分１７を鍛造成形すると成形品の底部に対応する部分に引けが発生する。
鋳物成形では、鋳型の形状を素形材１０の形状となるようにして鋳込むことにより上記形状の素形材１０を得ることができる。機械加工成形では、バルク材を旋盤加工して素形材１０の形状となるよう削りだすことにより上記形状の素形材１０を得ることができる。押出し成形では、ビレットを上記素形材１０の断面形状となるよう押出し加工して、その後所定の幅に切断して、必要に応じて削りだすことにより上記形状の素形材１０を得ることができる。

＜成形品の鍛造方法の説明＞
図７は、鍛造成形品１１を鍛造により製造する場合の成形工程の説明図である。図７（ａ）は、成形品を成形する上金型２７、下金型２８の組合せを示す説明図である。図７（ｂ）に示す素材投入工程では、下金型２８の成形孔２８ａに前述の方法で製造した素形材１０を投入する。図７（ｃ）に示す成形工程では、上金型（パンチ）２７が下降して、成形品が成形される。素形材中央部の凸曲面部１３へ上金型２７が当接し、凸状部の第２段目より中心側からメタル（素材）が外周方向に流れ始めると同時に、凸曲面部１３の第１段目のスロープが第２段目からのメタルの流れに押されて盛り上がり筒状部の後方押出し成形部位へのメタルの流れが開始し、素材がスムーズに流れて筒状部１２が成形される。図７（ｄ）に示す製品取り出し工程では、成形された鍛造成形品１１はノックアウトピン２９に排出される。

成形された鍛造成形品は、有底の筒状であってその底部の外側の略中央部に凸状部１５を有する成形品となっている。本発明の製造方法で成形された鍛造成形品は、筒状部１２のふち部分１７、底部での断面の鍛流線が成形品の外郭輪郭線に沿っているものとなっている。したがって、ふち部分１７での折れ込み欠陥、底部での引け欠陥の発生が無い。

ここで、鍛造成形条件は以下のようにする。金型温度は、１０〜３００℃、素材温度は１０〜４９０℃とする。温間鍛造時には、金型への潤滑処理を施し、素形材１０には潤滑材処理を施さない。また、冷間鍛造時には、金型への潤滑処理を施さず、素形材１０には潤滑処理を施す。鍛造荷重は、２０〜４０トンとする。溶接性が求められる時は、潤滑剤は素形材表面を化学反応させない、固形粉末剤、水溶性黒鉛、油性黒鉛を用いるのが好ましい。
以上のようにして得られた鍛造成形品は、必要に応じて熱処理工程、機械加工工程を経て、製品となる。

図８（ａ）〜（ｃ）は、鍛造成形時における筒状部１２の後方押出し成形部位へのメタルの流れを示す説明図である。
上金型（パンチ）２７が下降して下金型２８の成形孔２８ａに載置された素形材１０の凸曲面部１３に当接する。本発明では素形材１０が引けの発生を抑えるために中央凸曲面部への素材流入に見合った体積を盛り上げるとともに、盛り上げを複数段とし、その複数段からなる凸曲面部１３の外側から第１段目１３ａと第２段目１３ｂとの境界の位置を、成形品の筒状部１２のふち部分１７の内側に対応する位置とし、各複数段の各段間を滑らかな曲面としている。
図８（ｂ）（ｃ）に示すように上金型２７が更に下降すると、素形材の頭部１８は変形を続け、筒状部１２の後方押出し成形部位３１へのメタルの流れと凸状部１５方向への流れが生じる。また、凸状部１２に第１段目１３ａが設けられているので、その部分で凸状部の第２段目１３ｂより中心側からメタルが外周方向に流れるのを受けることができ、その結果、筒状部１２の後方押出し成形部位３１へのメタルの流れがスムーズになる。このため、ふち部分１７に折れ込みが発生しない。

＜鍛造装置の説明＞
図９は、本発明の鍛造装置の一例を示す概略説明図である。
本発明における鍛造装置は、前述した素形材１０を成形する金型を搭載した型鍛造である。ここで、鍛造装置３０は、鍛造機３１と、下ダイセットプレート３２に取り付けられた下金型３３と、上ダイセットプレート３４に取り付けられた上金型３５とを備えている。なお、上ダイセットプレート３４は、両端をガイドポスト３６で案内されるとともに上下動して下ダイセットプレート３２と当接離間する。
このような構成の鍛造装置において、鍛造成形品１１を成形する際は、金型を段取り替えをするか、独立して金型を搭載した鍛造機を用意する。素形材１０の成形用金型、成形品の成形用金型を一緒に搭載することにより鍛造装置内で移動させて連続的に鍛造成形することもできる。また、必要に応じて、潤滑剤塗布装置を設置することができる。

以下、具体例を示して本発明の作用効果を明確にするが、本発明はこれに限定されるものではない。
図２に示す形状の鍛造成形品を、６０００系合金からなる図１０（ａ）〜（ｇ）に示す各種形状の素形材１０を用いて成形した。素形材１０の形状と成形品の成形欠陥の状況を表にまとめた。成形状態を成形後の外観観察の結果で評価した。図１０（ａ）に示す実施例１では、本発明で提案した複数段に肉盛りした素形材１０を用いて鍛造成形した。底部引けとふち部折れ込みの発生はなく、評価は良好であった。図１０（ｅ）に示す実施例２では、２段目が６０度以上の急勾配の素形材３２を用いて鍛造成形した。底部折れ込みが発生し、評価は×であった。図１０（ｂ）に示す比較例１では、１段の滑らかな肉盛りの素形材３３を用いて鍛造成形した。底部引けが発生し、評価は×であった。図１０（ｃ）に示す比較例２では、１段または１段目が１０度以下で肉盛り内径より小さな素形材３４を用いて鍛造成形した。底部引け及び底部筋状折れ込みが発生し、評価は×であった。図１０（ｄ）に示す比較例３では、１段／またはＲが大きすぎ／または１段目が２０度以上／または２段目が６０度以上の素形材３５を用いて鍛造成形した。底部引けはないがふち部折れ込みが発生し、評価は×であった。図１０（ｆ）に示す比較例４では、滑らかでない角付きの肉盛り形状の素形材３６を用いて鍛造成形した。底部引けとふち部折れ込みが発生し、評価は×であった。図１０（ｇ）に示す比較例５では、パンチ内径より大きい場合で境界が底面の外に位置する素形材３７を用いて鍛造成形した。底部引けとふち部筋状折れ込みが発生し、評価は×であった。

なお、本発明において素形材の複数段からなる凸曲面部の中心を含む縦断面において外周から第１段目の輪郭が、複数段からなる凸曲面部の一番外側のすそ開始位置から水平に引いた直線に対して仰角で１０度〜２０度の範囲内が好ましい。２０度を超える形状の場合は、複数段の効果が弱くなり、１０度未満の形状の場合は、第１段目の形状が無くなる状態（平面状態）に近くなるので複数段の効果が弱くなる。更に、一段目と二段目のつなぎ部に筋状の折れ込みと引き込みが予想される。

以上のように本発明によれば、引けの発生を抑えるために中央凸曲面部への素材流入に見合った体積を盛り上げるとともに、盛り上げを複数段とし、その複数段からなる凸曲面部の外側から第１段目と第２段目との境界の位置を、成形品の筒状部のふち部分の内側に対応する位置とし、各複数段の各段間を滑らかな曲面としている。また、凸状部の第１段目が設けられているので、その部分で凸状部の第２段目より中心側からメタルが外周方向に流れるのを受けることができる。

図１（ａ）は、本発明に係る素形材の一例を示す平面図、（ｂ）は、その正面図、（ｃ）は、その縦断面図である。 図２（ａ）は、同素形材に成形する鍛造成形品を重ねて表現した平面図、（ｂ）は、その正面図である。 図３は、同鍛造成形品の製造方法に使用する素形材の第１段目の形状輪郭を示す縦断面図である。 図４は、同素形材の凸曲面部の第２段目以降の形状を示す縦断面図である。 図５（ａ）は、本願発明に係る鍛造成形品の一例を示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）の鍛造成形品を凸状部側から見た斜視図、（ｃ）は、別の鍛造成形品を示す斜視図、（ｄ）は、（ｃ）の縦断面図、（ｅ）は、外周多角形の鍛造成形品を示す斜視図、（ｆ）は、底面多角形の鍛造成形品を示す斜視図である。 図６は、本発明の鍛造成形品の製造方法による素形材の製造工程を示す説明図である。 図７は、同鍛造成形品の製造方法による素形材から鍛造成形品を製造する工程を示す説明図である。 図８（ａ）〜（ｃ）は、鍛造成形時における筒状部の後方押出し成形部位へのメタルの流れを示す説明図である。 図９は、本発明の鍛造装置の一例を示す概略説明図である。 図１０（ａ）〜（ｇ）は、素形材の各種形状と鍛造成形品との関係を示す説明図である。 図１１は、従来の素形材により折れ込みが発生する状態を示す説明図である。

符号の説明

１０ 素形材
１１ 鍛造成形品
１２ 筒状部
１３ 凸曲面部
１３ａ 第１段目
１３ｂ 第２段目
１３ｃ すそ部
１４ 境界
１５ 凸状部
１６ 凹部
１７ ふち部分
１８ 頭部
１９ 水平線
２０ 水平線
２２ 上金型
２３ 下金型
２４ 成形孔
２５ 素材
２６ ノックアウトピン
２７ 上金型
２８ 下金型
２９ ノックアウトピン
３０ 鍛造装置
３１ 後方押出し成形部位
３２〜３７ 素形材

Claims (5)

1. 素形材を金型の成形孔に投入して、有底の筒状部と、該筒状部の底部の外側に凸状部とを有する鍛造成形品を鍛造成形する鍛造成形品の製造方法において、
   前記素形材は、鍛造成形品の筒状部に対応する部位に各段間が滑らかな曲面で接続されている複数段からなる凸曲面部を有し、
   前記複数段からなる凸曲面部の外周から第１段目と第２段目との境界の位置が、鍛造成形品の筒状部の内径より小さく、かつ、前記素形材の凸曲面部の外周から凸曲面部の径の１／２までの範囲であり、
   前記複数段からなる凸曲面部の中心を含む縦断面において外周から第１段目の輪郭が、複数段からなる凸曲面部の一番外側のすそ開始位置から水平に引いた直線に対して仰角で１０度〜２０度の範囲内であり、
   前記複数段からなる凸曲面部の中心を含む縦断面において第２段目以降の輪郭が第１段目と第２段目との境界から引いた鍛造成形品の筒状部の底部面に沿った直線に対して６０度以内の線の範囲内であり、
   前記複数段からなる凸曲面部の一番外側のすその開始位置が、筒状部の外縁から０．５ｍｍ以内であり、
   前記複数段からなる凸曲面部の第１段目と第２段目との境界が、半径３〜５ｍｍの曲面で接続され、
   材質がアルミニウムまたはその合金であって、鋳物成形、鍛造成形、機械加工成形、押出し成形の何れか、またはそれらの組み合わせからなる前工程で予め成形されていて、
   鍛造成形時の金型の温度を１０〜３００℃に、成形孔にセットする時の前記素形材の温度を１０〜４９０℃にそれぞれ保持し、温間鍛造時に前記金型への潤滑処理を施し、前記素形材に潤滑材処理を施さない条件、又は冷間鍛造時に前記金型への潤滑処理を施さず、前記素形材に潤滑処理を施す条件により鍛造成形品を鍛造成形し、
   前記筒状部がふち部と底部面とからなり、この底部面が前記凸状部の断面径より大きく、かつ、前記凸状部の位置が前記底部面の範囲内であって、前記底部面の略中央に位置し、前記底部面の厚さは前記凸状部の０．１〜０．２５倍である鍛造成形品を得る、
   ことを特徴とする鍛造成形品の鍛造方法。
2. 素形材を金型の成形孔に投入して、有底の筒状部と、該筒状部の底部の外側に凸状部とを有する鍛造成形品を鍛造成形する鍛造成形品の製造方法において、
   前記素形材は、鍛造成形品の筒状部に対応する部位に各段間が滑らかな曲面で接続されている複数段からなる凸曲面部を有し、
   前記複数段からなる凸曲面部の外周から第１段目と第２段目との境界の位置が、鍛造成形品の筒状部の内径より小さく、かつ、前記素形材の凸曲面部の外周から凸曲面部の径の１／２までの範囲であり、
   前記複数段からなる凸曲面部の中心を含む縦断面において外周から第１段目の輪郭が、複数段からなる凸曲面部の一番外側のすそ開始位置から水平に引いた直線に対して仰角で１０度〜２０度の範囲内であり、
   前記複数段からなる凸曲面部の中心を含む縦断面において第２段目以降の輪郭が第１段目と第２段目との境界から引いた鍛造成形品の筒状部の底部面に沿った直線に対して６０度以内の線の範囲内であり、
   前記複数段からなる凸曲面部の一番外側のすその開始位置が、筒状部の外縁から０．５ｍｍ以内であり、
   前記複数段からなる凸曲面部の第１段目と第２段目との境界が、半径３〜５ｍｍの曲面で接続され、
   材質がアルミニウムまたはその合金であって、鍛造成形品の底部に対応する部分に引けが発生しないように、金型への潤滑処理を施し、素材に潤滑材処理を施さない条件で温間鍛造する鍛造成形による前工程、または、この鍛造成形と、鋳物成形、機械加工成形、押出し成形の何れかとの組み合わせからなる前工程で予め成形されていて、
   鍛造成形時の金型の温度を１０〜３００℃に、成形孔にセットする時の前記素形材の温度を１０〜４９０℃にそれぞれ保持し、温間鍛造時に前記金型への潤滑処理を施し、前記素形材に潤滑材処理を施さない条件、又は冷間鍛造時に前記金型への潤滑処理を施さず、前記素形材に潤滑処理を施す条件により鍛造成形品を鍛造成形し、
   前記筒状部がふち部と底部面とからなり、この底部面が前記凸状部の断面径より大きく、かつ、前記凸状部の位置が前記底部面の範囲内であって、前記底部面の略中央に位置し、前記底部面の厚さは前記凸状部の０．１〜０．２５倍である鍛造成形品を得る、
   ことを特徴とする鍛造成形品の鍛造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の鍛造成形品の鍛造方法に用いられ、上金型、下金型の組合せからなる鍛造用金型において、上金型または下金型の成形面が請求項１又は請求項２に記載の素形材の形状が転写された成形面を有するものであることを特徴とする鍛造用金型。
4. 有底の筒状であってその底部の外側の略中央部に凸状部を有する鍛造成形品であって、請求項３に記載の鍛造用金型を用いて成形された素形材を用いて製造されたことを特徴とする鍛造成形品。
5. 筒状部のふち部、底部での断面の鍛流線が鍛造成形品の外郭輪郭線に沿っていることを特徴とする請求項４に記載の鍛造成形品。

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