JP5586941B2 - 鍛造加工方法および鍛造加工装置 - Google Patents

Description

この発明は、金型を用いてワークを鍛造加工するようにした鍛造加工方法および鍛造加工装置に関する。

型鍛造用の鍛造加工装置は、例えば下金型（ダイス）に設けられた成形孔内に、鍛造素材（ワーク）を設置しておいて、上金型（パンチ）を成形孔に打ち込むことにより、鍛造素材を加圧成形して鍛造加工品が製造されるようになっている。

このような鍛造加工装置は、特許文献１に示すように、下金型における成形孔の底部に、上方に飛び出し可能にノックアウトピンが設けられており、型開き後に、ノックアウトピンを突出させて、そのノックアウトピンによって、下金型内の鍛造加工品を突き上げて排出するようにしている。

特開２００７−１１８０４０号

しかしながら、上記従来の鍛造加工装置においては、下金型に、鍛造加工品を突き出すためのノックアウトピンを設けているため、ノックアウトピンや、そのピンを駆動させる駆動部等が別途必要となり、その分、金型の部品が多数になることによる複雑化、大型化を来してしまう。

また上記従来の鍛造加工装置では、上金型の打込処理（ワーク成形処理）を行った後、直ちに鍛造加工品を取り出す処理（ワーク排出処理）を行うことができず、ワーク排出処理に多くの時間が必要となる。このため、サイクルタイムが長くなり、生産性の低下を来す、という課題も抱えている。

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、金型の部品を少なくして簡素化および小型化、並びに生産性の向上を図ることができる鍛造加工方法および鍛造加工装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を備えるものである。

［１］両端が開放された貫通孔を有し、その貫通孔の一側部がワーク設置孔として構成されるとともに、他側部がワーク成形孔として構成されるダイス本体と、
前記ワーク成形孔の他端開口部に対向するように配置される成形面を有する他端面成形金型と、
前記ワーク設置孔に、その一端側から打ち込まれるパンチとを用いて鍛造加工を行うようにした鍛造加工方法であって、
前記ワーク設置孔に、鍛造素材を設置した状態で、前記パンチの打込によって、鍛造素材を押圧して、鍛造素材の一端側を前記ワーク設置孔に残存させつつ、他端側を塑性流動させて前記ワーク成形孔に圧入することにより、前記ワーク設置孔に残存された部分を大径部とし、かつ前記ワーク成形孔に圧入された部分を１次成形部とする１次成形品を得る１次成形工程と、
前記１次成形品の大径部を前記ワーク設置孔に配置し、かつ前記１次成形部を前記ワーク成形孔に配置した状態で、前記パンチの打込によって、前記１次成形品を押圧して、１次成形品の一端側を塑性流動させて前記ワーク設置孔に圧入しつつ、他端側を塑性流動させて前記ワーク成形孔の他端開口部から流出させた後、前記他端面成形金型の成形面に沿って外径方向に拡径させることにより、前記ワーク成形孔に圧入された部分を本体部とし、かつ前記他端面成形金型の成形面に沿って拡径された部分をフランジ状部とする２次成形品を得る２次成形工程とを含み、
前記ワーク設置孔内において１次成形品上に鍛造素材を載置した状態で、前記パンチを前記ワーク設置孔内に打ち込むことにより、前記１次成形工程と、前記２次成形工程とを同時に行ってから、前記他端面成形金型を退避させて、前記２次成形品を前記ワーク成形孔から他端側に押し出して排出するようにしたことを特徴とする鍛造加工方法。

［２］前記１次および２次成形工程が完了した後、前記パンチをさらに他端側へ押し込むことにより、前記２次成形品を前記ワーク成形孔から押し出すようにした前項１に記載の鍛造加工方法。

［３］前記ダイス本体および前記他端面成形金型間における前記ワーク成形孔の外周に沿って、フランジ状部外周成形金型が設けられ、
前記２次成形工程において、塑性流動される１次成形品の他端側を前記フランジ状部外周成形金型内に充填することにより、前記フランジ状部を形成するようにした前項１または２に記載の鍛造加工方法。

［４］前記フランジ状部外周成形金型が周方向に沿って複数に分割され、分割された各フランジ状部外周成形金型内に、塑性流動される１次成形品の他端側が充填される際に、前記各フランジ状部外周成形金型を外径方向に移動させるとともに、
その外径方向に移動する前記各フランジ状部外周成形金型に背圧を付与するようにした前項３に記載の鍛造加工方法。

［５］前記２次成形工程において、塑性流動される１次成形品の他端側が、前記他端面成形金型の成形面に沿って外径方向に拡径させる際に、前記他端面成形金型を他端側に移動させるとともに、
その他端側に移動する前記他端面成形金型に背圧を付与するようにした前項１〜４のいずれか１項に記載の鍛造加工方法。

［６］前記２次成形工程を行う直前の状態では、前記他端面成形金型の成形面を、前記ダイス本体における前記ワーク成形孔の周縁部に接触させておくものとした前項５に記載の鍛造加工方法。

［７］前記２次成形工程の開始してから完了するまでの間、前記他端面成形金型の成形面を、前記ダイス本体における前記ワーク成形孔から間隔をおいて配置した状態に維持しておくものとした前項１〜４のいずれか１項に記載の鍛造加工方法。

［８］鍛造素材として、アルミニウムまたはアルミニウム合金製のものを用いる前項１〜７のいずれか１項に記載の鍛造方法。

［９］両端が開放された貫通孔を有し、その貫通孔の一側部が ワーク設置孔として構成されるとともに、他側部がワーク成形孔として構成されるダイス本体と、
前記ワーク成形孔の他端開口部に対向するように配置される成形面を有する他端面成形金型と、
前記ワーク設置孔に、その一端側から打ち込まれるパンチとを備え、
前記ワーク設置孔に、鍛造素材を設置した状態で、前記パンチの打込によって、鍛造素材を押圧して、鍛造素材の一端側を前記ワーク設置孔に残存させつつ、他端側を塑性流動させて前記ワーク成形孔に圧入することにより、前記ワーク設置孔に残存された部分を大径部とし、かつ前記ワーク成形孔に圧入された部分を１次成形部とする１次成形品を得る１次成形処理と、
前記１次成形品の大径部を前記ワーク設置孔に配置し、かつ前記１次成形部を前記ワーク成形孔に配置した状態で、前記パンチの打込によって、前記１次成形品を押圧して、１次成形品の一端側を塑性流動させて前記ワーク設置孔に圧入しつつ、他端側を塑性流動させて前記ワーク成形孔の他端開口部から流出させた後、前記他端面成形金型の成形面に沿って外径方向に拡径させることにより、前記ワーク成形孔に圧入された部分を本体部とし、かつ前記他端面成形金型の成形面に沿って拡径された部分をフランジ状部とする２次成形品を得る２次成形処理程とを実行させるものとし、
前記ワーク設置孔内において１次成形品上に鍛造素材を載置した状態で、前記パンチを前記ワーク設置孔内に打ち込むことにより、前記１次成形処理と、前記２次成形処理とを同時に行ってから、前記他端面成形金型を他端側に移動させて、前記２次成形品を前記ワーク成形孔から他端側に押し出して排出するようにしたことを特徴とする鍛造加工装置。

発明［１］の鍛造加工方法によれば、ダイス本体の貫通孔に一端側から投入したワークに成形加工を行って、貫通孔の他端側から押し出して排出するものであるため、成形品を突き出すためのノックアウトピン等を設ける必要がなく、その分、金型の簡素化および小型化を図ることができる。さらに、鍛造素材の成形を行った後、成形品を押し出すだけで短時間で排出することができるため、成形品の排出処理、ひいてはサイクルタイムを短くでき、生産性の向上を図ることができる。

発明［２］の鍛造加工方法によれば、鍛造素材の排出を、より一層確実に行うことができる。

発明［３］〜［７］の鍛造加工方法によれば、高い寸法精度を有する鍛造加工品を確実に得ることができる。

発明［８］の鍛造加工方法によれば、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の鍛造加工品を得ることができる。

発明［９］によれば、上記と同様の作用効果を奏する鍛造加工装置を提供することができる。

図１はこの発明の第１実施形態である鍛造加工装置を示す断面図である。 図２は第１実施形態の鍛造加工装置における駆動系を説明するためのブロック図である。 図３は第１実施形態の鍛造加工装置によって成形される鍛造素材を示す斜視図である。 図４は第１実施形態の鍛造加工装置によってで成形された１次成形品を示す斜視図である。 図５は第１実施形態の鍛造加工装置によって成形された鍛造加工品を示す斜視図である。 図６Ａは第１実施形態の鍛造加工装置において１枚目のワークを投入した直後の状態を示す概略断面図である。 図６Ｂは第１実施形態の鍛造加工装置において１枚目のワークを１次成形した直後の状態を示す概略断面図である。 図６Ｃは第１実施形態の鍛造加工装置において後続のワークを投入した直後の状態を示す概略断面図である。 図６Ｄは第１実施形態の鍛造加工装置においてワークを成形した直後の状態を示す概略断面図である。 図６Ｅは第１実施形態の鍛造加工装置において先行のワークをダイスから押し出した直後の状態を示す概略断面図である。 図６Ｆは第１実施形態の鍛造加工装置において先行のワーク（鍛造加工品）を排出している途中の状態を示す概略断面図である。 図６Ｇは第１実施形態の鍛造加工装置において後続のワークを投入した直後の状態を示す概略断面図である。 図７はこの発明の第２実施形態である鍛造加工装置を示す断面図である。 図８は第２実施形態の鍛造加工装置における駆動系を説明するためのブロック図である。 図９Ａは第２実施形態の鍛造加工装置におけるフランジ状部外周金型周辺を初期状態で示す下面図である。 図９Ｂは第２実施形態の鍛造加工装置におけるフランジ状部外周金型周辺を成形完了直後の状態で示す下面図である。 図９Ｃは第２実施形態の鍛造加工装置におけるフランジ状部外周金型周辺をワーク排出直前の状態で示す下面図である。 図１０Ａは第２実施形態の鍛造加工装置において１枚目のワークを投入した直後の状態を示す概略断面図である。 図１０Ｂは第２実施形態の鍛造加工装置において１枚目のワークを１次成形した直後の状態を示す概略断面図である。 図１０Ｃは第２実施形態の鍛造加工装置において後続のワークを投入した直後の状態を示す概略断面図である。 図１０Ｄは第２実施形態の鍛造加工装置においてワークを成形した直後の状態を示す概略断面図である。 図１０Ｅは第２実施形態の鍛造加工装置において先行のワークをダイスから押し出した直後の状態を示す概略断面図である。 図１０Ｆは第２実施形態の鍛造加工装置において先行のワークを排出している途中の状態を示す概略断面図である。 図１０Ｇは第２実施形態の鍛造加工装置において後続のワークを投入した直後の状態を示す概略断面図である。 図１１Ａは第３実施形態の鍛造加工装置において１枚目のワークを投入した直後の状態を示す概略断面図である。 図１１Ｂは第３実施形態の鍛造加工装置において１枚目のワークを１次成形した直後の状態を示す概略断面図である。 図１１Ｃは第３実施形態の鍛造加工装置において後続のワークを投入した直後の状態を示す概略断面図である。 図１１Ｄは第３実施形態の鍛造加工装置においてワークを成形した直後の状態を示す概略断面図である。 図１１Ｅは第３実施形態の鍛造加工装置において先行のワークをダイスから押し出した直後の状態を示す概略断面図である。 図１１Ｆは第３実施形態の鍛造加工装置において先行のワークを排出している途中の状態を示す概略断面図である。 図１１Ｇは第３実施形態の鍛造加工装置において後続のワークを投入した直後の状態を示す概略断面図である。

＜第１実施形態＞
図１はこの発明の第１実施形態である鍛造加工装置を示す断面図である。同図に示すように、この鍛造加工装置は、後に詳述するように、鍛造素材Ｗ０を鍛造加工して１次成形品Ｗ１を得る１次成形工程（１次成形処理）と、１次成形品Ｗ１を鍛造加工して２次成形品Ｗ２を得る２次成形工程（２次成形処理）とを同時に行うものである。

図３に示すように本実施形態で用いられる鍛造素材Ｗ０は、短寸円柱形状ないし厚板円盤形状を有している。この鍛造素材Ｗ０の材質は、アルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられ、例えば、６０００系合金、４０００系合金、２０００系合金等を好適例として挙げることができる。

本発明において、鍛造素材Ｗ０としては、鋳造部品、押出成形品、鍛造部品、据込部品、機械加工品等を用いることができるが、本実施形態では、鋳造部品が用いられている。鋳造部品により構成される鍛造素材Ｗ０は、例えば、連続鋳造によって得られた鋳造棒材に対し、必要に応じて、熱処理およびピーリング処理を行った後、所定の長さ（厚さ）に切断することによって得られるものである。

図４に示すように、本実施形態で形成される中間成形品としての１次成形品Ｗ１は、１次成形部としての円柱形状の小径部Ｗ１１と、その小径部Ｗ１１における軸心方向の一端側に設けられ、かつ小径部Ｗ１１よりも大径の大径部Ｗ１２とを一体に有するものである。

図５に示すように、本実施形態で形成される鍛造加工品としての２次成形品Ｗ２は、円柱形状の本体部Ｗ２１と、その本体部Ｗ２１における軸心方向の他端外周（下端外周）に外径方向に突出するよう形成されたフランジ状部Ｗ２２とを一体に有するものである。この２次成形品Ｗ２における本体部Ｗ２１の外径寸法は、１次成形品Ｗ１の小径部Ｗ１１の外径寸法と等しくなっている。

なお本発明において、フランジ状部とは、主成形方向に対して、横方向（傾斜方向）に凸状に突出した部位を言い、必ずしも、本体部Ｗ２１の全周に設けられる必要はなく、少なくとも一部に設けられていれば良い。

また本実施形態（本発明）において、ワークＷは、鍛造素材Ｗ０、１次成形品Ｗ１および２次成形品Ｗ２の全てを含む総称として用いられている。

図１に示すように、本実施形態の鍛造加工装置は、上方に配置されるパンチ（上金型）１と、パンチ１の下方に対応して配置されるダイス（下金型）２とを備えている。

なお本実施形態においては、上方側が一端側に相当し、下方側が他端側に相当するものである（以下の第２，３実施形態においても同じ）。

ダイス２は、上側に配置されるダイス本体３と、下側に配置され、かつ下方受盤等とも称される下端面成形金型（他端面成形金型）４とを備えている。

ダイス本体３には、その上側部に、水平断面円形のワーク設置孔３１が形成されるととに、下側部に、ワーク設置孔３１よりも小径で水平断面円形のワーク成形孔３２が形成されている。

ワーク設置孔３１およびワーク成形孔３２は、互いの軸心が一致されるように配置されており、互いに連通されている。

ワーク設置孔３１は、上方（一方側）に開放されており、後述するように、その上端開口部からパンチ１が挿入されるようになっている。さらにワーク成形孔３２は、下方（他方側）に開放されており、後述するように、その下端開口部から２次成形品Ｗ２が排出されるようになっている。

ワーク設置孔３１は、その内径寸法が、１次成形品Ｗ１の大径部Ｗ１２の各外径寸法に対応する大きさに設定されている。さらにワーク成形孔３２は、その内径寸法が、１次成形品Ｗ１の小径部Ｗ１１および２次成形品Ｗ２の本体部Ｗ２１の外径寸法に対応する大きさに設定されている。

なお本実施形態においては、ワーク設置孔３１およびワーク成形孔３２によって、上下両端が開放された貫通孔が構成されている。

下端面成形金型４は、２次成形品Ｗ２の下端面（他端面）を成形するためのものであって、ダイス本体３のワーク成形孔３２の下方に対向して配置され、かつワーク成形孔３２の軸心に対し直交する成形面４０を有している。

この下型面成形金型４は、図１に示す初期状態では成形面４０が、ワーク成形孔３２の下端開口部から所定の間隔をおいて配置されている。なおこの間隔は、２次成形品Ｗ２におけるフランジ状部Ｗ２２の厚さ寸法（軸心方向の寸法）に対応している。

下端面成形金型４の下方に対応して、鍛造金型装置の基台には、シリンダ４１が上向きに配置された状態で取り付けられており、このシリンダ４１のロッド先端（上端）に下端面成形金型４が取り付けられている。そしてロッドが後退（収縮）することによって、下端面成形金型４が降下するようになっている。

なお、下端面成形金型４は、初期状態において、所定の受圧力を備えており、鍛造加工時のパンチ荷重を受け止めることができるようになっている。

パンチ１は、ダイス２におけるワーク設置孔３１の上方に対応して設けられており、水平断面形状が、鍛造素材Ｗ０の水平断面形状に対応して、円形に形成されており、ワーク設置孔３１の上端開口部から挿入可能に構成されている。

パンチ１は、後述のフライホイール１１を駆動源として、上下に昇降駆動するようになっており、上昇位置から降下させた際に、ダイス２のワーク設置孔３１内に打ち込まれるようになっている。

図２は第１実施形態の鍛造加工装置における駆動系を説明するためのブロック図である。同図に示すように、パンチ１は、上記したようにフライホイール１１を駆動源として上下に昇降駆動できるように構成されている。さらに下端面成形金型４を昇降自在に支持するシリンダ４１が、フライホイール１１にリンク機構１２を介して連係されており、後述するように所定のタイミングで、下端面成形金型４が昇降するようになっている。

次に、上記構成の鍛造加工装置を用いて、鍛造素材Ｗ０を鍛造加工する際の動作について説明する。

初期状態では、パンチ１が上昇して型開き状態となっている。さらにダイス２の下端面成形金型４は上昇して、成形面４０がダイス本体３におけるワーク成形孔３２の下端開口部から所定の間隔をおいた位置に配置されている。

鍛造条件に関し、一例として、冷間鍛造で行う場合には、パンチ１およびダイス２の温度が２０〜２００℃に設定される。熱間鍛造で行う場合には、パンチ１の温度が１５０±５０℃、ダイス本体３の温度が２５０±５０℃、下端面成形金型４の温度が１５０±５０℃に設定される。

鍛造素材Ｗ０の温度は、一例として、冷間鍛造の場合、常温（２５℃程度）に設定され、熱間鍛造の場合、４００〜４６０℃に設定される。さらに鍛造素材Ｗ０は、必要に応じて、予備潤滑、ボンデ処理が行われる。

鍛造加工時に用いられる潤滑剤としては、水溶性潤滑剤や、油性潤滑剤等の潤滑剤が単独または併用して用いられる。

以上の条件の下で、鍛造加工が行われるが、本実施形態の鍛造加工装置において、１回目の鍛造加工では、１次成形のみが行われ、２回目以降の鍛造加工では、１次および２次成形が同時に並行して行われる。

すなわち図６Ａに示すように、１枚目の鍛造素材Ｗ０がダイス本体３のワーク設置孔３１の上端開口部から投入されて、ワーク設置孔３１内の底面におけるワーク成形孔３２の上端外周縁部に設置される。

続いて図６Ｂに示すように、パンチ１が降下して、ワーク設置孔３１内の鍛造素材Ｗ０に打ち込まれる。すると、鍛造素材Ｗ０の下側部（他側部）が塑性流動してワーク成形孔３２内に圧入される。これにより、ワーク設置孔３１に残存する鍛造素材Ｗ０の上側部（一側部）を大径部Ｗ１２とし、かつワーク成形孔３２内に圧入された部分を小径部Ｗ１１とする１次成形品Ｗ１が形成される（１次成形工程、１次成形処理）。

次に図６Ｃに示すように、パンチ１が上昇した後、２枚目の鍛造素材Ｗ０がワーク設置孔３１に投入され、２枚目（後続）の鍛造素材Ｗ０が、先に投入された１枚目（先行）のワーク（１次成形品）Ｗ１の上に載置される。

そしてその状態で図６Ｄに示すように、パンチ１が降下して、ワーク設置孔３１内のワークＷ０，Ｗ１に打ち込まれる。すると、上記と同様に、後続（上側）のワークＷ０の下側部が塑性流動してワーク成形孔３２内に圧入されつつ、先行（下側）のワークＷ１を下方に押し込む。この押込によって、先行のワーク（１次成形品）Ｗ１の上側部（大径部Ｗ１２）の周辺部が塑性流動してワーク成形孔３２内に圧入されるとともに、下側部（小径部Ｗ１１）の周辺部が塑性流動してワーク成形孔３２を通って下端開口部から流出されて、下端面成形金型４の成形面（上面）４０に突き当たった後、下端面成形金型４の成形面４０に沿って軸心方向に対し直交する方向（外径方向）に拡がっていく。これにより、先行のワークＷの金属材料（メタル）のうち、ワーク成形孔３２に圧入された部分を本体部Ｗ２１とし、かつ下端面成形金型４の成形面４０に沿って外径方向に拡がった部分をフランジ状部Ｗ２２とする２次成形品Ｗ２が形成される（２次成形工程、２次成形処理）。

なお言うまでもなく、後続のワーク（鍛造素材）Ｗは、ワーク設置孔３１に残存する部分を大径部Ｗ１２とし、かつワーク成形孔３２内に圧入された部分を小径部Ｗ１１とする１次成形品Ｗ１に成形される。

続いて、１次および２次成形の完了直後に下端面成形金型４の降下が開始される一方、成形完了後も、継続してパンチ１が少量降下する。これにより図６Ｅに示すように、先行のワークＷ２が後続のワークＷ１に突き出されて（ノックアウトされて）、ワーク成形孔３２の下端から下方に排出される（ワーク排出工程、ワーク排出処理）。

ワーク成形孔３２から排出された先行のワーク（２次成形品）Ｗ２は、下端面成形金型４と共に所定位置まで降下する。

下端面成形金型４上の２次成形品（鍛造加工品）Ｗ２が所定位置まで降下した後、図６Ｆに示すように、鍛造加工品Ｗ２は、キック部材６によってけり出されて、下端面成形金型４上からシューター（図示省略）に送り込まれる。そしてそのシューターによって鍛造加工品Ｗ２が鍛造加工装置の外部に搬出される。

なお、図１には、キック部材６を備えたキック機構は図示されていないが、キック機構は、図１の紙面に対し向こう側（奥側）に配置されるとともに、シューターが図１の紙面に対し手前に配置されている。

鍛造加工品Ｗ２を排出した後は、図６Ｇに示すように、パンチ１および下端面成形金型４が上昇して、初期状態に戻ってから、後続のワークＷ０がワーク設置孔３１内に投入される。その後、上記したように、後続のワーク（鍛造素材）Ｗ０を１次成形品Ｗ１に成形すると同時に、先行のワーク（１次成形品）Ｗ１を２次成形品（鍛造加工品）Ｗ２に成形されて、先行のワークＷ２が下方に排出される。

このような動作が繰り返し行われることにより、２次成形品Ｗ２としての鍛造加工品が順次製造されている。

以上のように、この鍛造加工装置によれば、先行のワークＷ上に後続のワークＷが載置された状態で、後続のワークＷの上方からパンチ１が打ち込まれることにより、後続のワークＷが１次成形されるとともに、その後続のワークＷによって押圧されて、先行のワークＷが２次成形されて下方に排出されるようにしているため、成形後に、下金型内に配置された鍛造加工品を上方へ排出するためのノックアウトピンや、そのピンを駆動するための駆動部等が必要なく、金型の簡素化および小型化を図ることができるとともに、コストを削減することができる。

しかも、後続のワークＷによって、先行のワークＷを押し出して排出するようにしているため、パンチ１の打込処理（１次および２次成形処理）を行った後、そのパンチ打込の勢いで瞬時に鍛造加工品Ｗ２を押し出して排出することができる。このため、ワークＷ２の排出処理に時間を要せず、サイクルタイムを短縮できて、生産性を向上させることができ、より一層コストを削減することができる。

またダイス本体３におけるワーク成形孔３２の下端開口部と、下端面成形金型４の成形面４０との間に隙間を設けて、ワークＷの金属材料を下端面成形金型４の成形面４０に沿って外径方向に塑性流動させるものであるため、その外径方向への塑性流動によって、パンチ１の打込時に、下端面成形金型４に作用するパンチ荷重が軽減される。従って下端面成形金型４への負荷が軽減されて、下端面成形金型４や、その支持機構の破損や損傷を有効に防止でき、耐久性を向上させることができるとともに、長期間安定した状態で鍛造加工を行うことができる。

なお本実施形態においては、ダイス本体３および下端面成形金型４間の外径方向の全周を開放し、外径方向に金属材料を塑性流動させることによって、パンチ荷重を逃がすようにしているが、それだけに限られず、本発明においては、ダイス本体３および下端面成形金型間の外径方向の少なくとも一部のみを開放し、それ以外は密閉するようにしても良い。この場合は、開放部を介して金属材料が外径方向に塑性流動することによって、パンチ荷重を軽減させることができる。

もっとも、下端面成形金型４によって、大きなパンチ荷重を確実に受け止めるように構成すようにすれば、ダイス本体３および下端面成形金型４間の全周を囲むように、フランジ状部外周成形金型を設置して、密閉鍛造するようにしても良い。

また本実施形態においては、ワークＷを、２次成形で、ワークＷの上側部から下側部にかけて全領域を塑性変形するものである。つまりワークＷを構成する金属材料の全てを塑性流動させるものであるため、成形後において、鍛造前の金属組織、例えば鋳造による金属組織が残存することがなく、鍛造加工品Ｗ２を構成する全ての金属材料を、鍛造の塑性流動による一様な金属組織に形成することができる。このため、鍛造加工品Ｗ２、特にそのフランジ状部Ｗ２２の強度をより一層向上させることができ、高品質の鍛造加工品Ｗ２を確実に得ることができる。

参考までに、従来の鍛造加工方法において、フランジ状部付き部品を製造するには、前方押出加工を行って、鍛造素材の上側部の径寸法をほとんど変形させずに、下側部を縮径変形させることにより、上側部を大径のフランジ状部とし、かつ下側部を小径の本体部とする鍛造加工品を製作し、その鍛造加工品をノックアウトピンで突き上げてダイスの上方から排出するのが通例である。しかしながら、この鍛造加工方法では、鍛造素材の上側部は、下側部に比べて変形率が小さくなり、ワークの下側部は大きく塑性流動されるものの、上側部はほとんど塑性流動されることがない。このため、鍛造加工品の上側部に、鍛造前の金属組織、例えば鋳造による金属組織が残存することになり、鍛造加工品の内部全域において、一様な鍛造の塑性流動による金属組織に形成できず、十分な強度を確保することが困難になるおそれがある。

これに対し、本実施形態では既述したように、鍛造加工品の内部全域を、鍛造の塑性流動による一様な金属組織に形成することができ、十分な強度を確保することができる。

＜第２実施形態＞
図７はこの発明の第２実施形態である鍛造加工装置を示す断面図である。同図に示すように、この鍛造加工装置においては、ダイス本体３および下端面成形金型４間に、左右一対のフランジ状部外周成形金型５，５が設けられており、この点が、上記第１実施形態の鍛造加工装置と大きく相違している。

すなわちこの第２実施形態の鍛造加工装置において、一対のフランジ状部外周成形金型５，５は、ダイス本体３および下端面成形金型４間における左右両側において、水平方向（図７の左右方向）に移動自在に設けられている。両フランジ状部外周成形金型５，５の両側方には、シリンダ等の可動手段５１，５１が設けられており、この可動手段５１，５１に、両フランジ状部外周成形金型５，５がガススプリング５２，５２等の背圧付与手段を介して連結されている。そして可動手段５１，５１によって、一対のフランジ状部外周成形金型５，５が水平方向に移動することにより、互いに接離（開閉）するようになっている。

図９Ａに示すように、一対のフランジ状部外周成形金型５，５における互いの対向面としての成形面５０，５０は、平面視（下面視）において、相対向する略半円弧状に形成されている。各金型５，５の成形面５０，５０における曲率半径は、２次成形品（鍛造加工品）Ｗ２におけるフランジ状部Ｗ２２の外周縁部の曲率半径に等しくなるように形成されている。さらに各フランジ状部外周成形金型５，５の成形面５０，５０における円弧方向の長さは、鍛造加工品Ｗ２におけるフランジ状部Ｗ２２の半周長さよりも少し短く形成されている。

そして図９Ａに示すように、一対のフランジ状部外周成形金型５，５が接触（接近）した初期状態では、平面視（下面視）において、両金型５，５の互いの成形面５０，５０によって、２次成形品Ｗ２のフランジ状部Ｗ２２よりも少し小さくて円形に近い成形ラインが形成されるようになっている。

図８は第２実施形態の鍛造加工装置における駆動系を説明するためのブロック図である。同図に示すように、フランジ状部外周成形金型５，５を水平移動させる可動手段５１，５１が、フライホイール１１にリンク機構１３，１３を介して連係されており、後述する所定のタイミングで、一対のフランジ状部外周成形金型５，５が接離（開閉）移動するようになっている。

この第２実施形態の鍛造加工装置において、他の構成は、上記第１実施形態と実質的に同様であるため、同一または相当部分に、同一符号を付して、重複説明は省略する。

次に、この第２実施形態の鍛造加工装置を用いて、鍛造素材Ｗ０を鍛造加工する際の動作について説明する。

初期状態では、一対のフランジ状部外周成形金型５，５は図９Ａ，１０Ａに示すように接触した状態（閉じた状態）に配置されている。その他の初期状態は、上記第１実施形態と同様である。

また鍛造条件としての一対のフランジ状部外周成形金型５，５の温度は、冷間鍛造の場合、２０〜２００℃に設定され、熱間鍛造の場合、１５０±５０℃に設定される。その他の鍛造条件は、上記第１実施形態と同様である。

この状態において図１０Ａに示すように、１枚目の鍛造素材Ｗ０がダイス本体３のワーク設置孔３１に投入される。

続いて図１０Ｂに示すように、パンチ１が降下して、ワーク設置孔３１内の鍛造素材Ｗ０に打ち込まれる。これにより、鍛造素材Ｗ０の下側部（他側部）が塑性流動してワーク成形孔３２内に圧入されて、その圧入された部分を小径部Ｗ１１とし、かつワーク設置孔３１内に残存する部分を大径部Ｗ１２とする１次成形品Ｗ１が形成される。

次に図１０Ｃに示すように、パンチ１が上昇した後、２枚目（後続）の鍛造素材Ｗ０がワーク設置孔３１に投入される。

そしてその状態で図１０Ｄに示すように、パンチ１が降下して、ワーク設置孔３１内のワークＷ０，Ｗ１に打ち込まれる。すると、後続（上側）のワークＷ０の下側部が塑性流動してワーク成形孔３２内に圧入されつつ、先行（下側）のワークＷ１を下方に押し込む。この押込によって、先行のワークＷの上側部（大径部Ｗ１２）周辺が塑性流動してワーク成形孔３２内に圧入されるとともに、下側部（小径部Ｗ１１）周辺が塑性流動してワーク成形孔３２を通って下端開口部から排出されて、下端面成形金型４の成形面（上面）４０に突き当たった後、下端面成形金型４の成形面４０に沿って外径方向に拡がるように塑性流動していく。さらに図９Ｂにも示すように外径方向に沿って塑性流動する金属材料は、両側のフランジ状部外周成形金型５，５をガススプリング５２，５２の付勢力に抗して両側方へ押し込みながら外径方向に拡がっていく。これにより、先行のワークＷの金属材料のうち、ワーク成形孔３２に圧入された部分を本体部Ｗ２１とし、かつ端面成形金型４の成形面４０に沿ってフランジ状部外周成形金型５，５を押し広げながら外径方向に拡がった部分をフランジ状部Ｗ２２とする２次成形品Ｗ２が形成される。

なお本実施形態では、ワーク成形孔３２から流出される金属材料が、一対のフランジ状部外周成形金型５，５間の空間に充填される際に、両金型５，５をガススプリング５２，５２の付勢力に逆らいながら押し込むものであるため、このガススプリング５２，５２の付勢力が、金属材料充填時の背圧として機能する。

こうして２次成形品Ｗ２が形成されると、上記第１実施形態と同様に、図１０Ｅに示すように、成形完了直後に下端面成形金型４の降下が開始される一方、成形完了後も継続してパンチ１が少量降下し、さらに図９Ｃにも示すように、一対のフランジ状部外周成形金型５，５が両側に開く。これにより、先行のワークＷ２が後続のワークＷ１に突き出されて（ノックアウトされて）、ワーク成形孔３２の下端から下方に排出される。

ワーク成形孔３２から排出された先行のワーク（２次成形品）Ｗ２は、下端面成形金型４に載置された状態でその金型４と共に所定位置まで降下する。

その後、図１０Ｆに示すように、鍛造加工品Ｗ２が、キック部材６によって側方にけり出されて、下端面成形金型４上から所定の箇所に回収されて搬出される。

続いて、図１０Ｇに示すように、パンチ１および下端面成形金型４が上昇し、一対のフランジ状部外周成形金型５，５が接近移動して、初期状態に戻ってから、後続のワークＷ０がワーク設置孔３１内に投入される。

このような動作が繰り返し行われることにより、２次成形品Ｗ２としての鍛造加工品が順次製造されている。

なおこの第２実施形態においては、図９Ｂ，９Ｃに示すように、一対のフランジ状部外周成形金型５，５が離間するものであるため、一対のフランジ状部外周成形金型５，５間から金属材料が外側に流出することによって、２次成形品Ｗ２のフランジ状部外周に、突部Ｗ２３，Ｗ２３が形成されることになる。この突部Ｗ２３，Ｗ２３は、必要に応じて、後の工程で切除するようにすれば良い。

この第２実施形態の鍛造加工装置においても、上記と同様に、同様の効果を得ることができる。

その上さらに本実施形態では、２次成形において一対のフランジ状部外周成形金型５，５間に金属材料を充填する際に、ガススプリング５２，５２によって背圧を付与するしているため、フランジ状部外周成形金型５，５の移動に追従して金属材料がスムーズに拡がっていき、所望の形状に正確に成形することができる。従って、寸法精度に優れた高品質の鍛造加工品Ｗ２を確実に製造することができる。

なお上記実施形態においては、背圧付与手段として、ガススプリングを用いるようにしたが、それだけに限られず、本発明においては、他の背圧付与手段、例えば機械式バネ、油圧機構、ショックアブソーバ等を用いるようにしても良い（以下の第３実施形態においても同じ）。

＜第３実施形態＞
図１１Ａ〜Ｇはこの発明の第３実施形態である鍛造加工装置を示す概略断面図である。これらの図に示すように、この鍛造加工装置において、下端面成形金型４を昇降自在に支持するためのシリンダ４１のロッド先端に、支持台４５が設けられ、その支持台４５上に、ガススプリング４６，４６等の背圧付与手段を介して、下端面成形金型４が設けられている。

この第３実施形態の鍛造加工装置において、他の構成は、上記第１実施形態と実質的に同様であるため、同一または相当部分に、同一符号を付して、重複説明は省略する。

次に、この第３実施形態の鍛造加工装置を用いて、鍛造素材Ｗ０を鍛造加工する際の動作について説明する。

なお初期状態では、下端面成形金型４の成形面（上面）４０が、ダイス本体３の下端面に接触した状態にあり、ダイス本体３および下端面成形金型４間に隙間が形成されないようになっている。その他の初期状態は、上記第１実施形態と同様である。さらに鍛造条件も、上記第１実施形態と同様である。

この状態において図１１Ａに示すように、１枚目の鍛造素材Ｗ０がダイス本体３のワーク設置孔３１に投入される。

続いて図１１Ｂに示すように、パンチ１が降下して、ワーク設置孔３１内の鍛造素材Ｗ０に打ち込まれる。これにより、鍛造素材Ｗ０の下側部が塑性流動してワーク成形孔３２内に圧入されて、その圧入された部分を小径部Ｗ１１とし、かつワーク設置孔３１に残存する部分を大径部Ｗ１２とする１次成形品Ｗ１が形成される。

次に図１１Ｃに示すように、パンチ１が上昇した後、２枚目（後続）の鍛造素材Ｗ０がワーク設置孔３１に投入される。

そしてその状態で図１１Ｄに示すように、パンチ１が降下して、ワーク設置孔３１内のワークＷ０，Ｗ１に打ち込まれる。すると、後続（上側）のワークＷ０の下側部が塑性流動してワーク成形孔３２内に圧入されて、先行（下側）のワークＷ１を下方に押し込む。この押込によって、先行のワークＷの上側部（大径部Ｗ１２）周辺が塑性流動してワーク成形孔３２内に圧入されるとともに、下側部（小径部Ｗ１１）周辺が塑性流動してワーク成形孔３２を通って下端面成形金型４の成形面４０に突き当たって、下端面成形金型４を、ガススプリング４６の付勢力に抗して下方に押し込みまがら、ワーク成形孔３２の下端開口部から流出される。さらにワーク成形孔３２から下方に流出される金属材料は、下端面成形金型４を、ガススプリング４６の付勢力に抗して下方に押し込みながら、下端面成形金型４の成形面４０に沿って外径方向に拡がっていく。これにより、先行のワークＷの金属材料のうち、ワーク成形孔３２に圧入された部分を本体部Ｗ２１とし、かつ下端面成形金型４の成形面４０に沿って外径方向に拡がった部分をフランジ状部Ｗ２２とする２次成形品Ｗ２が形成される。

なお本実施形態では、ワーク成形孔３２から排出される金属材料が、下端面成形金型４をガススプリング４６の付勢力に逆らって押し込みながら、外径方向に拡がっていくが、この下端面成形金型４を押し込み際におけるガススプリング４６の付勢力が、背圧として機能する。

こうして２次成形品Ｗ２が形成されると、上記第１実施形態と同様に、図１１Ｅに示すように、下端面成形金型４が降下する一方、成形完了後もパンチ１が継続して少量降下する。これにより、先行のワークＷ２が後続のワークＷ１に突き出されて（ノックアウトされて）、ワーク成形孔３２の下端から下方に排出される。

ワーク成形孔３２から排出された先行のワーク（２次成形品）Ｗ２は、下端面成形金型４と共に所定位置まで降下する。

その後、図１１Ｆに示すように、鍛造加工品Ｗ２がキック部材６によって側方にけり出されて、下端面成形金型４上から所定の箇所に回収されて搬出される。

続いて、図１１Ｇに示すように、パンチ１および下端面成形金型４が上昇して、それぞれ初期状態に戻ってから、後続のワークＷ０がワーク設置孔３１内に投入される。

このような動作が繰り返し行われることにより、２次成形品Ｗ２としての鍛造加工品が順次製造される。

この第３実施形態の鍛造加工装置においても、上記と同様に、同様の効果を得ることができる。

その上さらに、２次成形においてワーク成形孔３２から排出される金属材料を、下端面成形金型４の成形面４０に沿って外径方向に流動させる際に、下端面成形金型４に対しガススプリング４６によって上方向に背圧を付与するようにしているため、金属材料は、軸心方向（パンチ打込方向）に対し直交する方向（外径方向）へ均等にスムーズに拡がっていく。このため、２次成形品Ｗ２の特にフランジ状部Ｗ２２を所望の形状に正確に成形することができ、寸法精度に優れた高品質の鍛造加工品Ｗ２を確実に製造することができる。

＜変形例＞
本発明においては、上記第２，第３実施形態を組み合わせて、背圧機能付きの一対のフランジ状部外周拘束金型と、背圧機能付きの下端面成形金型とを備えた鍛造加工装置を構成するようにしても良い。

上記実施形態においては、ダイス本体３の貫通孔におけるワーク成形孔３２がワーク設置孔３１に対し小径のものを用いるようにしているが、本発明のダイス本体の構成は、それだけに限られることはない。本発明において、ダイス本体は、両端が開放された貫通孔を有し、その貫通孔の一側部がワーク設置孔として構成されるとともに、他側部がワーク成形孔として構成されたものであって、一端側からワーク設置孔に投入したワーク（鍛造素材）を設置可能（載置可能）な構成、つまりパンチで押していない状態で、ワークが貫通孔の他端側から抜け落ちないような構成であれば採用することができる。

そのような構成のダイス本体としては、上記実施形態のように、ワーク成形孔の径がワーク設置孔の径よりも小径である構造（孔の形状が円形状でない場合はその外接円径）のもの以外に、ワーク成形孔の径とワーク設置孔の径（孔の形状が円形状でない場合はその外接円径）とが同じであるが、ワーク（鍛造素材）の投影形状とワーク成形孔の入口形状とが異なる形状のもの、例えばワーク設置孔が円形で、ワーク成形孔の入口形状が五角形や、三つ葉形状等のものを採用することができる。

さらにダイス本体として、ワークの投影形状とワーク成形孔の入口形状とが同じであるが、ワーク成形孔の壁面の少なくとも一部に貫通方向（軸心方向）に対して螺旋状等の溝部、突条部が形成されたものも採用することができる。

また本発明においては、鍛造素材Ｗ０、１次成形品（中間成形品）Ｗ１、２次成形品（鍛造加工品）Ｗ２の形状は、上記のものに限定されるものではない。例えば鍛造加工品Ｗ２として、本体部Ｗ２１が円柱形状のものだけに限られず、本体部Ｗ２１が、多角形状、楕円形状等の断面形状の他、異形断面形状に形成された鍛造加工品を製造することも可能である。さらに本体部がねじれた形状、例えば本体部の外周に、軸心方向に延びる突条部が周方向に間隔をおいて複数形成された鍛造加工品や、つる巻き線状に延びる突条部が周方向に間隔をおいて複数形成された鍛造加工品等も製造することができる。また本体部Ｗ２１の径（円柱状でない場合は外接円径）がフランジ状部に近づくにつれて、大きくなっているもの、例えば円錐台形状のものも製造することができる。

さらにフランジ状部Ｗ２２も、上記実施形態のように、円形断面に限られず、多角形断面や、楕円形断面、または点対称、線対称でない異形断面の鍛造加工品も製造することができる。

また鍛造素材Ｗ０や、１次成形品Ｗ１は、上記実施形態のものだけに限られず、鍛造加工品Ｗ２の形状等に応じて、適当な形状のものを採用するようにすれば良い。

また、上記実施形態において、下端面成形金型４上の鍛造加工品Ｗ２を、キック機構によってけり出して、所定箇所に回収するようにしているが、それだけに限られず、本発明では、他の回収方式を用いるようにしても良い。例えば、下端面成形金型上の鍛造加工品に圧縮エアーを吹き付けて、その鍛造加工品を吹き飛ばして所定箇所に回収するようにしたエアーブロー方式も採用することができる。

また上記実施形態では、ダイス本体３のワーク成形孔３２から鍛造加工品Ｗ２を排出する際、下端面成形金型４をワーク排出方向（下方）に移動（退避）させるようにしているが、それだけに限られず、本発明においては、下端面成形金型（他端面成形金型）を、ワーク排出方向（軸心方向）に対し直交する方向等、軸心方向と平行でない方向に退避させるようにしても良い。

この発明の鍛造加工方法は、金型を用いてワークを鍛造加工するようにした型鍛造技術に適用可能である。

１：パンチ
３：ダイス本体
３１：ワーク設置孔
３２：ワーク成形孔
４：下端面成形金型（他端面成形金型）
４０：成形面
５：フランジ状部外周成形金型
５０：成形面
６：キック部材
Ｗ：ワーク
Ｗ０：鍛造素材（ワーク）
Ｗ１：１次成形品（ワーク）
Ｗ１１：小径部（１次成形部）
Ｗ１２：大径部
Ｗ２：２次成形品（鍛造加工品、ワーク）
Ｗ２１：本体部
Ｗ２２：フランジ状部
Ｗ２３：突部

Claims (8)

1. 両端が開放された貫通孔を有し、その貫通孔の一側部がワーク設置孔として構成されるとともに、他側部がワーク成形孔として構成されるダイス本体と、
   前記ワーク成形孔の他端開口部に対向するように配置される成形面を有する他端面成形金型と、
   前記ワーク設置孔に、その一端側から打ち込まれるパンチとを用いて鍛造加工を行うようにした鍛造加工方法であって、
   前記ワーク設置孔に、鍛造素材を設置した状態で、前記パンチの打込によって、鍛造素材を押圧して、鍛造素材の一端側を前記ワーク設置孔に残存させつつ、他端側を塑性流動させて前記ワーク成形孔に圧入することにより、前記ワーク設置孔に残存された部分を大径部とし、かつ前記ワーク成形孔に圧入された部分を１次成形部とする１次成形品を得る１次成形工程と、
   前記１次成形品の大径部を前記ワーク設置孔に配置し、かつ前記１次成形部を前記ワーク成形孔に配置した状態で、前記パンチの打込によって、前記１次成形品を押圧して、１次成形品の一端側を塑性流動させて前記ワーク設置孔に圧入しつつ、他端側を塑性流動させて前記ワーク成形孔の他端開口部から流出させた後、前記他端面成形金型の成形面に沿って外径方向に拡径させることにより、前記ワーク成形孔に圧入された部分を本体部とし、かつ前記他端面成形金型の成形面に沿って拡径された部分をフランジ状部とする２次成形品を得る２次成形工程とを含み、
   前記ワーク設置孔内において１次成形品上に鍛造素材を載置した状態で、前記パンチを前記ワーク設置孔内に打ち込むことにより、前記１次成形工程と、前記２次成形工程とを同時に行ってから、前記他端面成形金型を退避させて、前記２次成形品を前記ワーク成形孔から他端側に押し出して排出する一方、
   前記ダイス本体および前記他端面成形金型間における前記ワーク成形孔の外周に沿って、フランジ状部外周成形金型が設けられ、
   前記２次成形工程において、塑性流動される１次成形品の他端側を前記フランジ状部外周成形金型内に充填することにより、前記フランジ状部を形成するようにしたことを特徴とする鍛造加工方法。
2. 前記１次および２次成形工程が完了した後、前記パンチをさらに他端側へ押し込むことにより、前記２次成形品を前記ワーク成形孔から押し出すようにした請求項１に記載の鍛造加工方法。
3. 前記フランジ状部外周成形金型が周方向に沿って複数に分割され、分割された各フランジ状部外周成形金型内に、塑性流動される１次成形品の他端側が充填される際に、前記各フランジ状部外周成形金型を外径方向に移動させるとともに、
   その外径方向に移動する前記各フランジ状部外周成形金型に背圧を付与するようにした請求項１または２に記載の鍛造加工方法。
4. 前記２次成形工程において、塑性流動される１次成形品の他端側が、前記他端面成形金型の成形面に沿って外径方向に拡径させる際に、前記他端面成形金型を他端側に移動させるとともに、
   その他端側に移動する前記他端面成形金型に背圧を付与するようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の鍛造加工方法。
5. 前記２次成形工程を行う直前の状態では、前記他端面成形金型の成形面を、前記ダイス本体における前記ワーク成形孔の周縁部に接触させておくものとした請求項４に記載の鍛造加工方法。
6. 前記２次成形工程の開始してから完了するまでの間、前記他端面成形金型の成形面を、前記ダイス本体における前記ワーク成形孔から間隔をおいて配置した状態に維持しておくものとした請求項１〜３のいずれか１項に記載の鍛造加工方法。
7. 鍛造素材として、アルミニウムまたはアルミニウム合金製のものを用いる請求項１〜６のいずれか１項に記載の鍛造方法。
8. 両端が開放された貫通孔を有し、その貫通孔の一側部がワーク設置孔として構成されるとともに、他側部がワーク成形孔として構成されるダイス本体と、
   前記ワーク成形孔の他端開口部に対向するように配置される成形面を有する他端面成形金型と、
   前記ワーク設置孔に、その一端側から打ち込まれるパンチとを備え、
   前記ワーク設置孔に、鍛造素材を設置した状態で、前記パンチの打込によって、鍛造素材を押圧して、鍛造素材の一端側を前記ワーク設置孔に残存させつつ、他端側を塑性流動させて前記ワーク成形孔に圧入することにより、前記ワーク設置孔に残存された部分を大径部とし、かつ前記ワーク成形孔に圧入された部分を１次成形部とする１次成形品を得る１次成形処理と、
   前記１次成形品の大径部を前記ワーク設置孔に配置し、かつ前記１次成形部を前記ワーク成形孔に配置した状態で、前記パンチの打込によって、前記１次成形品を押圧して、１次成形品の一端側を塑性流動させて前記ワーク設置孔に圧入しつつ、他端側を塑性流動させて前記ワーク成形孔の他端開口部から流出させた後、前記他端面成形金型の成形面に沿って外径方向に拡径させることにより、前記ワーク成形孔に圧入された部分を本体部とし、かつ前記他端面成形金型の成形面に沿って拡径された部分をフランジ状部とする２次成形品を得る２次成形処理程とを実行させるものとし、
   前記ワーク設置孔内において１次成形品上に鍛造素材を載置した状態で、前記パンチを前記ワーク設置孔内に打ち込むことにより、前記１次成形処理と、前記２次成形処理とを同時に行ってから、前記他端面成形金型を他端側に移動させて、前記２次成形品を前記ワーク成形孔から他端側に押し出して排出する一方、
   前記ダイス本体および前記他端面成形金型間における前記ワーク成形孔の外周に沿って、フランジ状部外周成形金型が設けられ、
   前記２次成形工程において、塑性流動される１次成形品の他端側を前記フランジ状部外周成形金型内に充填することにより、前記フランジ状部を形成するようにしたことを特徴とする鍛造加工装置。

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