JP5029909B2 - 揺動鍛造方法および揺動鍛造装置 - Google Patents

Description

本発明は、揺動鍛造に使用される鍛造装置、および鍛造方法に関するものである。

鍛造は、金属など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。一般的な鍛造は、生産性および材料歩留まりが高いことから種々の部品の加工手段として広く活用されている。しかしながら、鍛造は大荷重を必要とするので、金型や装置の大型化によって初期投資が大きくなり、また、騒音や振動に対する対策費も必要となる。そのため、実際に鍛造を用いて製造されるものは、大量生産品に限られてしまう。

一方、金型や装置を小型化し、多品種少量生産に対応できる技術として、いわゆる揺動鍛造がある。揺動鍛造は、１９２９年に英国のＨ．Ｆ．Ｍａｓｓｅｙが考案した技術に端を発するといわれている。しかし、揺動鍛造は、未だ十分に普及しているとはいえず、研究開発の事例もそれほど多くない。

特許文献１には、自動車用ホイールの揺動鍛造による成形方法および装置が開示されている。この成形装置は、主として、揺動する略円錐状の上型３０１と、上型３０１の下面と対向する上面をもつ下型３０２と、を備える。下型３０２の上面と上型３０１の下面との間に素材１０を介在させ、上型３０１と下型３０２とを同期回転させつつ対向近接させ、上型３０１により素材１０を圧下する。素材１０の圧下により上型３０１の外周に流動した材料は、配設された成形ローラ２の表面と上型３０１の外周面とで成形される。

また、特許文献２には、金型（上型２１および下型２０）の間隔を検出し、検出結果に応じて金型の動作を選択させる鍛造機械が開示されている。たとえば、金型の間隔に応じた旋回揺動幅を選択して上型２１を駆動させることで、製品の寸法精度が向上する。
特開平７−２５１２３２号公報 特開平２−１５１３３７号公報

近年、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。

しかしながら、上記の特許文献では、揺動する上型が素材に対して圧下するのみであるため、素材の形状は上型および下型のサイズや形状に依存する。

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揺動鍛造用の揺動鍛造方法および揺動鍛造装置を提供することを目的とする。

本発明の揺動鍛造方法は、基準軸に対して傾斜させた鍛造工具の工具軸を揺動させて素材を成形する揺動鍛造方法であって、
前記鍛造工具を揺動させて前記素材を成形する揺動成形工程と、
前記揺動成形工程と協調して前記基準軸を移動させる基準軸送り工程と、
を含み、前記基準軸送り工程は、前記揺動成形工程において前記鍛造工具と前記素材との接触位置が前記基準軸の送り方向よりも後方にあるときに、該基準軸を該送り方向に移動させる工程であることを特徴とする。
また、本発明の揺動鍛造方法は、基準軸に対して傾斜させた鍛造工具の工具軸を揺動させて素材を成形する揺動鍛造方法であって、
前記鍛造工具を揺動させて前記素材を成形する揺動成形工程と、
前記揺動成形工程と協調して前記基準軸を移動させる基準軸送り工程と、
前記基準軸と前記工具軸とが交差する揺動点を該基準軸に沿って移動させる軸方向送り工程と、
を含み、前記鍛造工具の加工面が該加工面により揺動成形された部位を有する前記素材の被加工面から離れる方向に前記揺動点を移動させてから、該基準軸を移動させ、さらに、該揺動点を該加工面が該被加工面に近づく方向に移動させることで、該部位と隣接する成形対象領域を該加工面で圧縮加工することを特徴とする。

本発明の揺動鍛造方法によれば、基準軸を移動させて揺動鍛造を行うため、鍛造工具のサイズや形状によらず、素材を様々な形状に成形でき、汎用性が高い。また、基準軸の移動方向および移動量を製品形状に応じて数値制御することも可能である。

基準軸を移動させて素材を所望の形状に成形するため、鍛造工具自体は、素材の大きさや成形範囲にかかわらず小型であってよい。鍛造工具が小型であると、装置を小型化できることはもちろんのこと、工具と素材の接触面積が狭くなるため成形に要する荷重が小さくてすみ、また、工具寿命も向上する。

なお、「基準軸を移動」とは、基準軸を軸方向以外の方向に移動させることを意味する。

また、本発明の揺動鍛造装置は、基準軸に対して傾斜させた鍛造工具の工具軸を揺動させて素材を成形する揺動鍛造装置であって、
前記鍛造工具と、
前記鍛造工具を揺動させて前記素材を成形する揺動成形手段と、
前記揺動成形手段と協調して前記基準軸を移動させる基準軸送り手段と、
を備え、前記基準軸送り手段は、前記鍛造工具と前記素材との接触位置が前記基準軸の送り方向よりも後方にあるときに、該基準軸を該送り方向に移動させることを特徴とする。
また、本発明の揺動鍛造装置は、基準軸に対して傾斜させた鍛造工具の工具軸を揺動させて素材を成形する揺動鍛造装置であって、
前記鍛造工具と、
前記鍛造工具を揺動させて前記素材を成形する揺動成形手段と、
前記揺動成形手段と協調して前記基準軸を移動させる基準軸送り手段と、
前記基準軸と前記工具軸とが交差する揺動点を該基準軸に沿って移動させる軸方向送り手段と、
前記鍛造工具の加工面が該加工面により揺動成形された部位を有する前記素材の被加工面から離れる方向に前記揺動点を移動させてから、該基準軸を移動させ、さらに、該揺動点を該加工面が該被加工面に近づく方向に移動させることで、該部位と隣接する成形対象領域を該加工面により圧縮加工させる協調制御手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明の揺動鍛造装置は、上記本発明の揺動鍛造方法に好適に用いることができる。

以下に、本発明の揺動鍛造方法および揺動鍛造装置を実施するための最良の形態を説明する。

［揺動鍛造方法］
本発明の揺動鍛造方法は、基準軸に対して傾斜させた鍛造工具の工具軸を揺動させて素材を成形する。使用する鍛造工具の形状に特に限定はないが、先端部の形状が円錐形状であるのが好ましく、球形状であってもよい。先端部が円錐形状であれば、素材と接触する加工面が、２°以上６０°以下の先端角度αをもつとよい。なお、先端角度αは、工具軸と母線とが成す角をα’としたとき、（９０−α’）°で表される。さらに好ましい先端角度αは、５°以上３０°以下である。図１に、本発明に好適な鍛造工具の一例を示す。図１に示す鍛造工具１０は、先端部１１の形状が円錐形状の棒状体である。円錐の側面である加工面１１ｓの先端角度αは、工具軸Ｇを鉛直方向と一致させたとき、水平方向と母線とが成す角と定義できる。

本発明の揺動鍛造方法は、主として、揺動成形工程と、基準軸送り工程と、を含む。以下に、それぞれの工程について説明する。

揺動成形工程は、鍛造工具を揺動させて前記素材を成形する工程である。すなわち、揺動成形工程では、基準軸に対して傾斜させた工具軸を揺動させる。なお、基準軸の方向に特に限定はないが、鉛直方向であるのが好ましい。基準軸に対する工具軸の角度（揺動角度）を一定または変化させることで、鍛造工具の揺動を所望の動きとすることができる。たとえば、揺動角度を一定に保って基準軸を中心に工具軸を旋回させると、単純な円モーションとなる。揺動角度を変化させると、その変化のさせ方に応じて、いわゆるシーソーモーション、スパイラルモーション、デージーモーションといった動きを実現することができる。なお、鍛造工具の先端部が先端角度αの円錐形状である場合には、揺動角度を先端角度αと同じ角度で円モーションさせることで、素材に平坦な面が形成される。また、鍛造工具は、工具軸を中心に回転させてもよい。

基準軸送り工程は、揺動成形工程と協調して基準軸を移動させる工程である。揺動成形工程の説明からわかるように、本発明の揺動鍛造方法は、基本的には、従来の揺動鍛造と同様であるが、基準軸を移動させる点において大きく異なる。基準軸を移動させる方法としては、鍛造工具および／または素材を基準軸と垂直な方向に移動させて、両者を相対的に移動させるとよい。なお、基準軸の移動量に限定はないが、たとえば、後の実施例１においては、まず揺動により素材を基準軸方向に０．２５ｍｍ圧縮して、素材の表面に円形で底面が平坦な凹部を成形した後に、基準軸を中心として工具軸が傾斜する方向と反対の方向に鍛造工具を移動させるとよい。このとき、一回の移動量を０．５〜４ｍｍとするのが望ましく、滑らかな形状に成形できる。

本発明の揺動鍛造方法は、さらに、基準軸と工具軸とが交差する揺動点を基準軸に沿って移動させる軸方向送り工程を含むのが望ましい。揺動点の位置に特に限定はないが、鍛造工具の先端部が円錐形状であれば、円錐の頂点を揺動点とするのがよい。揺動点を基準軸に沿って移動させる方法としては、鍛造工具および／または素材を移動させて、両者の対向する間隔を広狭させるとよい。なお、揺動点の移動量に限定はないが、一回の圧縮量（素材を基準軸方向に圧縮する距離）を０．０５〜２ｍｍさらには０．１〜０．５ｍｍとするのが望ましく、滑らかな形状に成形できる。

このとき、基準軸および揺動点の移動方向および移動量を調整することにより、素材を任意の形状に成形できる。たとえば、基準軸をＺ軸、基準軸に垂直かつ互いに垂直な軸をＸ軸およびＹ軸としたとき、Ｘ軸方向およびＹ軸方向への基準軸の移動量、必要に応じてＺ軸方向への揺動点の移動量を適宜調整することにより、素材の形状を三次元的に設計できる。以下に、図２〜図４を用いて具体的に説明する。

図２では、鍛造工具１０でＺ軸方向下向きに揺動点Ｐを移動させて素材Ｗ２を圧縮するとともに、Ｘ軸方向に基準軸Ｃを移動させることで、素材Ｗ２に直線状の溝Ｗｂが形成される。図３では、鍛造工具１０でＺ軸方向下向きに揺動点Ｐを移動させて素材Ｗ３を圧縮するとともに、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に基準軸Ｃを移動させることで、素材Ｗ３に角形凹部Ｗｃが形成される。図４では、鍛造工具１０でＺ軸方向下向きに揺動点Ｐを移動させて素材Ｗ４を圧縮するとともに、軸Ｃ’を中心として素材Ｗ４を回転させることで基準軸Ｃは相対的に移動し、素材Ｗ４に円形凹部Ｗｄが形成される。

本発明の揺動鍛造方法では、基準軸を移動させるタイミングを制御するとよい。基準軸を移動させるタイミングは、たとえば、鍛造工具の先端角度α、揺動角度、揺動点の位置などに応じて、素材を移動方向にできるだけ圧縮しない、望ましくは全く圧縮しないように選定される。

たとえば、基準軸送り工程は、揺動成形工程において鍛造工具と素材との接触位置が基準軸の送り方向よりも後方にあるときに、基準軸を送り方向に移動させる工程であるのが望ましい。鍛造工具は揺動するため鍛造工具と素材との接触位置や接触範囲は経時的に変化する。基準軸を移動させる際、送り方向で鍛造工具と素材とが接触していると、基準軸の移動が滑らかに行われにくい。そのため、鍛造工具と素材との接触位置に応じて揺動点を移動させることで、基準軸の移動が滑らかに行われるとともに、バリの発生が抑制される。鍛造工具と素材との接触位置が基準軸の送り方向よりも後方にあるとは、具体的には、基準軸を中心とした工具軸の回転角度で接触位置を表すと、工具軸の傾斜方向と基準軸の送り方向とが一致するときの回転角度を２７０°としたときに、０°以上１８０°以下であり、望ましくは６０°以上１２０°以下、さらには７５°以上１０５°以下である。鍛造工具と素材との接触位置が回転角度にして上記の範囲にあるときに、基準軸を移動させるのが望ましい。

また、基準軸送り工程は、軸方向送り工程において、揺動点を、鍛造工具の加工面が素材の被加工面から離れる方向に移動させてから、基準軸を移動させる工程であるのが望ましい。たとえば、素材から鍛造工具をいったん離した状態で基準軸を移動させることで、基準軸の移動が滑らかに行われるとともに、バリの発生が抑制される。

本発明の揺動鍛造方法には、以下に説明する揺動鍛造装置を用いるのが好適である。

［揺動鍛造装置］
本発明の揺動鍛造装置は、基準軸に対して傾斜させた鍛造工具の工具軸を揺動させて素材を成形する揺動鍛造装置であって、主として、鍛造工具と、揺動成形手段と、基準軸送り手段と、を備える。鍛造工具の形状に関しては、既に説明した通りである。

揺動成形手段は、鍛造工具を揺動させて素材を成形する。揺動成形手段に特に限定はなく、一般的な揺動機構を用いて鍛造工具を揺動させられればよい。

基準軸送り手段は、揺動成形手段と協調して基準軸を移動させる。前述のように、鍛造工具および／または素材を基準軸と垂直な方向に移動させて、両者を相対的に移動させることで、基準軸は移動する。したがって、基準軸送り手段は、鍛造工具を移動させる工具移動手段および／または素材を移動させる素材移動手段を有するとよい。工具移動手段は、上記の揺動成形手段に素材移動手段としての機能を付加してもよい。また、素材移動手段は、たとえば、本発明の揺動鍛造装置に素材を配置するための素材保持手段を移動させるとよい。

また、本発明の揺動鍛造装置は、さらに、基準軸と工具軸とが交差する揺動点を基準軸に沿って移動させる軸方向送り手段を備えるとよい。前述のように、鍛造工具および／または素材を移動させて、両者の対向する間隔を広狭させることで、揺動点は基準軸に沿って移動する。したがって、上記の揺動成形手段に軸方向送り手段としての機能を付加したり、上記の素材保持手段に軸方向送り手段としての機能を付加したりするとよい。

なお、素材保持手段は、鍛造工具と素材とを対向させて素材を装置に配置できれば、その形状等に特に限定はない。たとえば、素材保持手段は、図２に一例を示すように、素材Ｗ２が載置されるステージ２であるとよい。また、図４に一例を示すように、素材Ｗ４が載置され中心軸Ｃ’を中心として回転可能な回転ステージ２’であってもよい。また、素材保持手段は、素材を収容する金型であってもよい。金型に収容された状態で素材を鍛造工具により成形することで、成形により引き起こされる素材の変形を拘束できる。

基準軸送り手段は、鍛造工具と素材との接触位置が基準軸の送り方向よりも後方にあるときに、基準軸を該送り方向に移動させるのが好ましい。また、基準軸送り手段は、軸方向送り手段により揺動点を鍛造工具の加工面が素材の被加工面から離れる方向に移動させてから、基準軸を移動させるのが好ましい。そのため、基準軸送り手段が基準軸を移動させるタイミングを制御する協調制御手段を備えるとよい。協調制御手段により、基準軸送り手段を揺動成形手段および／または軸方向送り手段と協調して作動させることで、基準軸の移動が滑らかに行われるとともに、バリの発生が抑制される。

本発明の揺動鍛造装置は、さらに、素材の外形を成形する成形工具を備えるとよい。成形工具としては、たとえば、図３に一例を示すように、ステージ２に載置された素材Ｗ３の外周面を押圧しつつ素材Ｗ３の外周を移動する成形ロール１３であるとよい。成形ロール１３により素材Ｗ３の外周面を押圧しながら鍛造工具による成形を行うことで、鍛造工具による成形により引き起こされる素材の変形を拘束できる。なお、図３では、成形ロール１３は円柱形状であるが、素材の形状に応じて適宜選択すればよい。たとえば、テーパ面をもつ円錐形状であってもよいし、表面に凹凸を有してもよい。

以上、本発明の揺動鍛造方法および揺動鍛造装置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、本発明の揺動鍛造方法および揺動鍛造装置の実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。

［揺動鍛造装置］
以下に説明する参考例および実施例に用いた揺動鍛造装置の構成を、図１および図５を用いて説明する。揺動鍛造装置は、鍛造工具１０と、素材保持手段２０と、揺動成形手段３０と、基準軸送り手段４０と、軸方向送り手段５０と、を備える。

鍛造工具１０は、直径１８ｍｍの円錐形状の先端部１１をもつ棒状体である。鍛造工具１０の後端部側は、揺動成形手段３０に固定されている。なお、以下の参考例および実施例では、円錐の頂点を揺動点Ｐとし、先端部１１の形状（たとえば先端角度α）は、成形条件に応じて変更させた。

素材保持手段２０は、素材Ｗを載置するステージ２１からなる。ステージ２１は、鍛造工具１０に対向して配設されるため、素材Ｗは鍛造工具１０と対向して保持される。

揺動成形手段３０は、揺動点Ｐを中心に基準軸Ｃに対して傾斜させた鍛造工具１０の工具軸Ｇを揺動させることで、鍛造工具１０を揺動させる。なお、本揺動鍛造装置において、基準軸Ｃは、鉛直方向に一致し、本揺動鍛造装置の中心軸Ｍと平行である。揺動成形手段３０は、鍛造工具１０を保持する保持板３１、保持板３１を傾斜させる傾斜部材（図示せず）および鍛造工具１０を回転させる回転装置（図示せず）を備える。傾斜部材により保持板３１を傾斜させることで、鍛造工具１０の工具軸Ｇを中心軸Ｍ（基準軸Ｃ）に対して所定の角度だけ傾斜させられる（矢印３２参照）。同時に、回転装置によって工具軸Ｇを基準軸Ｃを中心に揺動させ（矢印３３参照）、工具軸Ｇの揺動角度と傾斜方向とを同期制御することで、鍛造工具１０は各種の揺動モーションで揺動する。揺動モーションと同期して、後述の軸方向送り手段５０を駆動させて鍛造工具１０で素材を所定の方向に圧縮することにより、揺動成形が行われる。なお、鍛造工具１０は、ベアリングで保持板３１に保持されており、素材と鍛造工具との摩擦や滑りが抑制されて転がり運動する。工具軸Ｇを中心とした鍛造工具１０の回転を制限すれば、素材にねじれ変形を付与することが可能である。

基準軸送り手段４０および軸方向送り手段５０は、素材保持手段２０（ステージ２１）を移動させる駆動手段である（図示せず）。基準軸送り手段４０は、Ｘ軸送り手段およびＹ軸送り手段を有する。軸方向送り手段５０は、Ｚ軸送り手段を有する。Ｘ軸送り手段およびＹ軸送り手段は、水平方向であって互いに垂直な二方向にステージ２１を移動させる手段である。Ｚ軸送り手段は、ステージ２１を鉛直方向に上下動させて鍛造工具１０と素材Ｗとの間隔を広狭させる手段である。

［参考例］
素材Ｗとして直径３０ｍｍ高さ３０ｍｍの円柱形状の油粘土モデル材を用い、素材Ｗに略円柱形状の凹部を形成した。

成形には、先端角度αが３０°の鍛造工具１０を用い、揺動成形手段３０により鍛造工具１０を円モーションさせて成形を行った。円モーションは、基準軸Ｃに対する工具軸Ｇの傾斜（揺動角）を５°で一定に保って、基準軸Ｃを中心として工具軸Ｇを旋回させることで得た。なお、図５の上図は、鍛造工具１０を先端側から平面視した平面図である。素材Ｗの被加工面と当接する加工面１１ｓにおいて、素材Ｗを成形する際の接触範囲は、Ｓで示される範囲である。円モーションにより鍛造工具１０を揺動させると、Ｓの範囲が加工面１１ｓを周方向に移動する。

上記揺動鍛造装置に素材Ｗを配置し、鍛造工具１０の加工面１１ｓを素材Ｗの上面に当接させた状態で、成形を開始した。成形条件は、円モーションにより鍛造工具１０の加工面１１ｓが素材上面で一回転する間に、Ｚ軸送り手段によりステージ２１を上昇させることで鍛造工具１０を素材Ｗに０．８〜４ｍｍ程度繰り返し押し込んで、深さ１５ｍｍの凹部を形成した。なお、工具軸Ｇの回転速度は、一回転あたり１秒とした。

Ｚ軸方向に関しては、鍛造工具１０を揺動させて成形を行うことにより、揺動させないで成形を行う場合の２分の１〜４分の１程度の荷重で、所定の深さの凹部を形成できることがわかった。また、凹部の形状に関しては、鍛造工具１０を揺動させずに押し込んで凹部を形成した場合、素材Ｗの外径を軸方向に測定すると３１〜３５ｍｍ程度でばらつきがあるが、鍛造工具１０を揺動させて凹部を形成することで素材Ｗの外径は３３〜３４ｍｍ程度に収まり、均一に成形された。

また、先端の形状が直径１８ｍｍの半球形状の鍛造工具を用いた場合でも、同様な凹部が成形された。

［実施例１］
素材Ｗとして長さ５０ｍｍ×幅４０ｍｍ×高さ３０ｍｍの直方体の油粘土モデル材を用い、素材Ｗに直線状の溝を形成した。

成形には、先端角度αが１０°の鍛造工具１０を用い、基準軸Ｃに対する工具軸Ｇの傾斜（揺動角）を１０°で一定に保って、基準軸Ｃを中心として工具軸Ｇを旋回させ、揺動成形手段３０により鍛造工具１０を円モーションさせて成形を行った。なお、工具軸Ｇの回転速度は、一回転あたり５秒とした。

上記揺動鍛造装置に素材Ｗを配置し、鍛造工具１０の加工面１１ｓを素材Ｗの上面に当接させた状態で、成形を開始した。ステージ２１を移動させて基準軸Ｃおよび揺動点Ｐをそれぞれ相対的に移動させた。揺動点Ｐの基準軸Ｃ（Ｚ軸方向）に沿った下方への移動量を、成形前の素材Ｗの上面（０ｍｍ）に対して０．２５ｍｍとし、その状態で鍛造工具１０を旋回させて浅い円筒溝を成形した。その後、鍛造工具１０の素材Ｗとの接触位置が６０°＋（３６０×ｎ）°〜１２０°＋（３６０×ｎ）°（ｎは２〜５の整数）の間に基準軸ＣをＸ軸方向へ４ｍｍ移動させた。なお、鍛造工具１０と素材Ｗとが接触する位置は、基準軸Ｃを中心とした工具軸Ｇの回転角度で表すこととする。工具軸Ｇの傾斜方向と基準軸Ｃを移動させる方向とが一致するときの回転角度を２７０°＋（３６０×ｎ）°（ｎは０〜５の整数）とする。

ここで、図６は、本実施例の揺動鍛造方法を示す説明図であって、基準軸Ｃの移動開始および移動停止の状態を示す。なお、図６（Ａ）は素材Ｗの上面から見た平面図、図６（Ｂ）は側面図である。本実施例では、基準軸Ｃを移動させずに工具軸Ｇを素材Ｗに押し付けて二回転程度回転させた後、工具軸Ｇの回転角度が７８０°の時点で基準軸ＣのＸ軸方向への移動を開始させた。このとき、基準軸Ｃの移動とともに、素材Ｗと当接する加工面１１ｓの接触範囲Ｓ１も周方向に移動し、基準軸Ｃが移動した後の接触範囲Ｓ２は、図６のＴで示される成形対象領域をその端部（８７０°付近）から圧縮加工する。

図７に示すように、基準軸Ｃの移動量が１６ｍｍになるまでこの動作を繰り返し行った。図７は、横軸を工具軸Ｇの回転角度（°）、縦軸を変位（基準軸Ｃおよび揺動点Ｐの変位はｍｍ、揺動角は°）とし、以上説明した基準軸Ｃおよび揺動点Ｐの移動量ならびに揺動角の変化を示すグラフである。なお、基準軸Ｃおよび揺動点Ｐの変位は、ステージ２１の移動距離である。この一連の成形を素材Ｗに対して所定回繰り返し行うことで、深さ（Ｚ方向）が４ｍｍの直線状の溝を形成した。得られた成形体を図８に示す。基準軸Ｃの移動のタイミングを工具軸Ｇの回転角度に応じて制御することにより、バリの発生が抑制された。

なお、鍛造工具１０の素材Ｗとの接触位置が１８０°＋（３６０×ｎ）°〜２７０°＋（３６０×ｎ）°（ｎは２〜５の整数）の時点で基準軸Ｃを移動したほかは、上記と同様の方法により成形した成形体を図９に示す。図８の成形体よりも、バリの発生が大きかった。

［実施例２］
素材Ｗとして長さ５０ｍｍ×幅４０ｍｍ×高さ３０ｍｍの直方体の油粘土モデル材を用い、素材Ｗに直線状の溝を形成した。

成形には、先端角度αが１０°の鍛造工具１０を用い、基準軸Ｃに対する工具軸Ｇの傾斜（揺動角）を１０°で一定に保って、基準軸Ｃを中心として工具軸Ｇを旋回させ、揺動成形手段３０により鍛造工具１０を円モーションさせて成形を行った。なお、工具軸Ｇの回転速度は、一回転あたり５秒とした。

上記揺動鍛造装置に素材Ｗを配置し、鍛造工具１０の加工面１１ｓを素材Ｗの上面に当接させた状態で、成形を開始した。ステージ２１を移動させて基準軸Ｃおよび揺動点Ｐをそれぞれ相対的に移動させた。揺動点Ｐの基準軸Ｃ（Ｚ軸方向）に沿った下方への移動量を素材Ｗの上面（０ｍｍ）に対して０．５ｍｍとし、その状態で成形してから、上方へ２ｍｍ移動後、基準軸ＣのＸ軸方向への移動を開始した。Ｘ軸方向へ４ｍｍ移動した後、鍛造工具１０の素材Ｗとの接触位置が１８０°＋（３６０×（８＋７ｍ））°（ｍは０〜３の整数）の時点で揺動点Ｐが素材Ｗの上面（０ｍｍ）に対して元の０．５ｍｍとなるように、揺動点Ｐを下方へ２ｍｍ移動させた。なお、鍛造工具１０の素材Ｗとの接触位置は、基準軸Ｃを中心とした工具軸Ｇの回転角度で表すこととする。工具軸Ｇの傾斜方向と基準軸Ｃを移動させる方向とが一致するときの回転角度を２７０°＋（３６０×ｎ）°（ｎは０以上の整数）とする。

ここで、図１０は、本実施例の揺動鍛造方法を示す説明図であって、基準軸Ｃの移動開始および移動停止の状態を示す。なお、図１０（Ａ）は素材Ｗの上面から見た平面図、図１０（Ｂ）は側面図である。本実施例では、揺動点ＰをＺ軸方向上方へ移動させた後に、基準軸ＣをＸ軸方向へ移動させた。このとき、工具軸Ｇの回転角度が３０６０°の時点で基準軸Ｃの移動を停止し、揺動点Ｐを元の位置に戻すため、加工面１１ｓの接触範囲Ｓ３は、素材Ｗの成形対象領域Ｔをその端部から圧縮加工する。

図１１に示すように、基準軸Ｃの移動量が１６ｍｍになるまでこの動作を繰り返し行った。図１１は、横軸を工具軸Ｇの回転角度（°）、縦軸を変位（基準軸Ｃおよび揺動点Ｐの変位はｍｍ、揺動角は°）とし、以上説明した基準軸Ｃおよび揺動点Ｐの移動量ならびに揺動角の変化を示すグラフである。この一連の成形を素材Ｗに対して所定回繰り返し行うことで、深さ（Ｚ方向）が３ｍｍの直線状の溝を形成した。得られた成形体を図１２に示す。基準軸Ｃの移動のタイミングを揺動点Ｐの位置および工具軸Ｇの回転角度に応じて制御することにより、バリの発生が抑制された。

本発明の揺動鍛造方法および揺動鍛造装置に用いられる鍛造工具の一例を示す側面図である。 本発明の揺動鍛造方法により素材に直線状の溝を形成する動作の説明図である。 本発明の揺動鍛造方法により素材に角形凹部を形成する動作の説明図である。 本発明の揺動鍛造方法により素材に円形凹部を形成する動作の説明図である。 本発明の揺動鍛造装置の一例を示す概略図であって、装置の主要部を示す。 実施例１の揺動鍛造方法を示す説明図であって、基準軸の移動開始および移動停止の状態を示す。 実施例１において、工具軸Ｇの回転角度（°）に対する、基準軸Ｃ、揺動点Ｐおよび揺動角の変位を示すグラフである。 実施例１の揺動鍛造方法により加工された成形体の外観を示す図面代用写真である。 実施例１の揺動鍛造方法において、基準軸の移動のタイミングを変更して加工した成形体の外観を示す図面代用写真である。 実施例２の揺動鍛造方法を示す説明図であって、基準軸および揺動点の移動開始および移動停止の状態を示す。 実施例２において、工具軸Ｇの回転角度（°）に対する、基準軸Ｃ、揺動点Ｐおよび揺動角の変位を示すグラフである。 実施例２の揺動鍛造方法により加工された成形体の外観を示す図面代用写真である。

符号の説明

Ｃ：基準軸
１０：鍛造工具
１１：先端部 １１ｓ：加工面 Ｇ：工具軸 Ｐ：揺動点
２０：素材保持手段 ２、２’、２１：ステージ
３０：揺動成形手段
４０：基準軸送り手段
５０：軸方向送り手段

Claims (11)

1. 基準軸に対して傾斜させた鍛造工具の工具軸を揺動させて素材を成形する揺動鍛造方法であって、
   前記鍛造工具を揺動させて前記素材を成形する揺動成形工程と、
   前記揺動成形工程と協調して前記基準軸を移動させる基準軸送り工程と、
   を含み、前記基準軸送り工程は、前記揺動成形工程において前記鍛造工具と前記素材との接触位置が前記基準軸の送り方向よりも後方にあるときに、該基準軸を該送り方向に移動させる工程であることを特徴とする揺動鍛造方法。
2. さらに、前記基準軸と前記工具軸とが交差する揺動点を該基準軸に沿って移動させる軸方向送り工程を含む請求項１記載の揺動鍛造方法。
3. 前記基準軸送り工程は、前記軸方向送り工程において前記揺動点を前記鍛造工具の加工面が前記素材の被加工面から離れる方向に移動させてから、該基準軸を移動させる工程である請求項２に記載の揺動鍛造方法。
4. 基準軸に対して傾斜させた鍛造工具の工具軸を揺動させて素材を成形する揺動鍛造方法であって、
   前記鍛造工具を揺動させて前記素材を成形する揺動成形工程と、
   前記揺動成形工程と協調して前記基準軸を移動させる基準軸送り工程と、
   前記基準軸と前記工具軸とが交差する揺動点を該基準軸に沿って移動させる軸方向送り工程と、
   を含み、前記鍛造工具の加工面が該加工面により揺動成形された部位を有する前記素材の被加工面から離れる方向に前記揺動点を移動させてから、該基準軸を移動させ、さらに、該揺動点を該加工面が該被加工面に近づく方向に移動させることで、該部位と隣接する成形対象領域を該加工面で圧縮加工することを特徴とする揺動鍛造方法。
5. 前記揺動成形工程、前記基準軸送り工程および前記軸方向送り工程は、前記鍛造工具および／または前記素材を移動させる工程である請求項１〜４のいずれかに記載の揺動鍛造方法。
6. 基準軸に対して傾斜させた鍛造工具の工具軸を揺動させて素材を成形する揺動鍛造装置であって、
   前記鍛造工具と、
   前記鍛造工具を揺動させて前記素材を成形する揺動成形手段と、
   前記揺動成形手段と協調して前記基準軸を移動させる基準軸送り手段と、
   を備え、前記基準軸送り手段は、前記鍛造工具と前記素材との接触位置が前記基準軸の送り方向よりも後方にあるときに、該基準軸を該送り方向に移動させることを特徴とする揺動鍛造装置。
7. さらに、前記基準軸と前記工具軸とが交差する揺動点を該基準軸に沿って移動させる軸方向送り手段を備える請求項６記載の揺動鍛造装置。
8. 前記基準軸送り手段は、前記軸方向送り手段により前記揺動点を前記鍛造工具の加工面が前記素材の被加工面から離れる方向に移動させてから、該基準軸を移動させる請求項７に記載の揺動鍛造装置。
9. 基準軸に対して傾斜させた鍛造工具の工具軸を揺動させて素材を成形する揺動鍛造装置であって、
   前記鍛造工具と、
   前記鍛造工具を揺動させて前記素材を成形する揺動成形手段と、
   前記揺動成形手段と協調して前記基準軸を移動させる基準軸送り手段と、
   前記基準軸と前記工具軸とが交差する揺動点を該基準軸に沿って移動させる軸方向送り手段と、
   前記鍛造工具の加工面が該加工面により揺動成形された部位を有する前記素材の被加工面から離れる方向に前記揺動点を移動させてから、該基準軸を移動させ、さらに、該揺動点を該加工面が該被加工面に近づく方向に移動させることで、該部位と隣接する成形対象領域を該加工面により圧縮加工させる協調制御手段と、
   を備えることを特徴とする揺動鍛造装置。
10. 前記揺動成形手段、前記基準軸送り手段および前記軸方向送り手段は、前記鍛造工具および／または前記素材を移動させる手段である請求項６〜９のいずれかに記載の揺動鍛造装置。
11. 前記鍛造工具は、円錐形状の先端部をもつ請求項６〜１０のいずれかに記載の揺動鍛造装置。