JP5940909B2 - 鍛造用金属丸棒 - Google Patents

Description

本発明は、鍛造用素材として用いられる鍛造用金属丸棒に関する。

近年、輸送機器や空調機器等の部品として、アルミニウム合金の鍛造品が多く用いられるようになっている。従来、鍛造用の素材は、鋳塊を押出加工した後、押出材にエッチングやブラスト等の表面処理を行って表面に微細な凹凸を形成して、鍛造加工時に表面に潤滑材が保持されるようにしていた。このように従来の鍛造用素材は、押出材にエッチングやブラスト等の表面処理を行っていたため、コストが高くなっていた。

本発明は以上に述べた実情に鑑み、鍛造用素材として好適な金属丸棒を低コストで提供することを特徴とする。

上記の課題を達成するために請求項１記載の発明による鍛造用金属丸棒は、表面に断面円弧状で長手方向に対称な切削跡が長手方向に連なって形成されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明による鍛造用金属丸棒は、表面に断面円弧状の切削跡がらせん状に長手方向に連続して形成されていることを特徴とする。

請求項１記載の発明による鍛造用金属丸棒は、連続鋳造により製造した丸棒状の鋳塊をピーリングするだけで製作でき、押出加工もエッチングやブラスト等の表面処理も不要なため、安価に提供できる。しかも、表面に断面円弧状で長手方向に対称な切削跡が長手方向に連なって形成されていることで、鍛造の方向や方案に制約がなく、潤滑材の保持力に優れており、鍛造用素材として好適である。

請求項２記載の発明による鍛造用金属丸棒は、連続鋳造により製造した丸棒状の鋳塊をピーリングするだけで製作でき、押出加工もエッチングやブラスト等の表面処理も不要なため、安価に提供できる。しかも、表面に断面円弧状の切削跡がらせん状に長手方向に連続して形成されていることで、鍛造の方向や方案に制約がなく、潤滑材の保持力に優れており、鍛造用素材として好適である。

本発明の一実施形態に係る鍛造用金属丸棒の表面性状を長手方向に表面粗さ計で測定した結果を示す図である。 ピーリング装置の概要を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 同ピーリング装置の切削バイトを拡大して示す図である。 ピーリングにより金属丸棒の表面に所定の凹凸が形成される様子を示す図である。 本発明の鍛造用金属丸棒を用いて製作される鍛造品の一例を示す縦断面図である。 図５の鍛造品を製作する際の鍛造方法を示す図である。 （ａ）は本発明の鍛造用金属丸棒を用いて製作した図５の鍛造品の断面写真であり、（ｂ）は従来のピーリング鋳造棒（比較例１）を用いて製作した図５の鍛造品の断面写真である。 本発明の鍛造用金属丸棒を用いて製作される鍛造品の他の例を示す縦断面図である。 （ａ）は本発明の鍛造用金属丸棒を用いて製作した図８の鍛造品の１，２，３の部分の断面写真であり、（ｂ）は押出材（比較例３）を用いて製作した図８の鍛造品の１，２，３の部分の断面写真である。 従来のピーリング鋳造棒（比較例１）の表面性状を長手方向に表面粗さ計で測定した結果を示す図である。 従来のピーリング鋳造棒（比較例２）の表面性状を長手方向に表面粗さ計で測定した結果を示す図である。 （ａ）は本発明の鍛造用金属丸棒の外観写真であり、（ｂ）は比較例１の外観写真であり、（ｃ）は比較例２の外観写真である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明の鍛造用金属丸棒は、従前の連続鋳造法によりアルミニウム合金の円柱状のビレット２を製造し、その表面をピーリングすることで得られるものであり、図１に示すように、表面に断面円弧状の切削跡１が長手方向に連なって形成されていることを特徴とする。合金種は特に限定されないが、４０００系合金（Ａｌ−Ｓｉ系合金）や６０００系合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金）とすることができる。
切削跡１は、深さｄが５〜３０μｍ、ピッチｐが２〜４ｍｍであることが好ましい。このような緩やかな凹凸が表面に形成されていることで、鍛造時に黒鉛、二硫化モリブデン、その他の金属石鹸等の潤滑材を表面に保持しやすく、優れた型追随性を示すようになり、引張側成形時の応力集中による破断や、圧縮側成形時のかぶり（鍛造過程で材料の表層が折れ曲がり、被ってしまう）を防ぐことができる。
なお、切削跡１の深さｄとピッチｐは上記の範囲に限定されず、切削跡１が断面円弧状であることで一定の効果、すなわち表面に潤滑材を保持できる、切削跡１が長手方向に対称な形状のため鍛造の方向や方案に制約がない、押出加工もエッチングやブラスト等の表面処理も不要なため、安価に提供できるといった効果が得られる。
鍛造の方案は様々あるが、本発明の鍛造用金属丸棒は、主に半密閉型鍛造、密閉型鍛造、前方押出し、後方押出し、中空前方押出し、前後方組合せ押出し、閉塞鍛造等に用いることができる。

次に、上記のような切削跡１を形成するための具体的なピーリング方法について述べる。ピーリングは、図２に示すように、ビレット２を長手方向に所定の送り速度で送りながら、回転する切削部３でビレット２の表面を切削して行われる。切削部３には、複数の切削バイト４が放射状に設けてある。切削バイト４は、図３に示すように、荒削りバイト４ａと仕上げバイト４ｂをビレット２長手方向に並べて取付けてある。荒削りバイト４ａには、先端部に荒削りチップ５が取付けてあり、荒削りチップ５は直径１２ｍｍの円形となっている。仕上げバイト４ｂの先端部には仕上げチップ６が取付けてあり、仕上げチップ６は略三角形になっており、三角形の一辺に大きなＲで円弧状に膨らんだ切れ刃７が形成されており、この円弧状の切れ刃７で荒削りチップ５で削った後の表面をならすように削り、表面の凹凸を緩やかにしている。切れ刃７のＲの大きさは、Ｒ８５（半径８５ｍｍの円弧）になっている。具体的なピーリングの条件を例示すると、切削部３の回転数１６６０ｒｐｍ、ビレット２の送り４．２ｍ／ｍｉｎ、１回転あたりの送りは２．５５ｍｍ／ｒｅｖである。
このようにピーリングすることで、図４に示すように、ビレット２の表面に仕上げチップ６の円弧状の切れ刃７の形状が転写されて、断面円弧状の切削跡１が長手方向に連なって形成される。

図１は、上記のようにビレット２の表面をピーリングして鍛造用金属丸棒を製作し、その表面性状を表面粗さ計で３箇所測定した結果を示している。同図に示すように、表面には断面円弧状の切削跡１が長手方向に連なって形成され、切削跡１はそれぞれ深さｄが７〜１５μｍ、ピッチｐが２．３〜３．２ｍｍの範囲に納まっている。

この鍛造用金属丸棒を用い、図５に示す形状の鍛造品を製作した。鍛造の方案は、後方押出しによるもので、具体的には図６に示すように、鍛造用金属丸棒を所定の長さに切断したものを素材８とし、その表面に黒鉛等の潤滑材を付着させてコンテナ９に収容し、素材８にパンチ１０を圧入して軸方向に伸ばすように成形した。なおこの鍛造品は、シリンダー部品として用いられるものである。
図７（ａ）は、こうして製作した鍛造品の断面写真である。この写真から明らかなように、本発明の鍛造用金属丸棒は、表面に断面円弧状の切削跡１が長手方向に連なって形成されていることで、表面に潤滑材を確実に保持でき、尚且つ表面の凹凸が緩やかなために、内径側、外径側共に割れが発生せず、コーナーまでメタルが充填されており、優れた鍛造加工性を有することが確認できる。また切削跡１が断面円弧状で、長手方向に対称なため、コンテナにセットする際に素材８の向きを気にする必要がない。

図１０は、比較例１として従来のピーリング鋳造棒の表面性状を表面粗さ計で測定した結果を示している。この比較例１は、表面の凹凸が比較的ランダムで、ほぼ平らな部分９０がありながら、一定の間隔（３．２ｍｍ）ごとに１０μｍ程度の深さの鋭角的な切削跡９１が形成されている。このような表面性状になるのは、フラットな刃でピーリングしたものと推察される。
図７（ｂ）は、比較例１を素材として用いた鍛造品の断面写真である。この写真から分るように、比較例１を用いた場合には内径側に横割れが発生し、またコーナー部にメタルが充填せず、角を形成できなかった。このように割れが発生したりコーナー部にメタルが充填されなかったりするのは、比較例１の表面に保持される潤滑材の量が不十分で且つ不均一であり、保持力も弱いために、潤滑性が不十分となり型に追随できなかったためと思われる。

図１１は、比較例２として別の従来のピーリング鋳造棒の表面性状を表面粗さ計で測定した結果を示している。この比較例２は、表面にのこぎり歯のような直角三角形状の切削跡９１が長手方向に連なって形成されている。切削跡９１の深さは１４〜３２μｍで、切削跡９１のピッチｐは１．３〜２．６ｍｍとなっている。このような切削跡９１は、三角形状のチップの尖った角で切削したときに得られる。
比較例２を鍛造用素材として用いた場合には、切削跡９１が長手方向で非対称なため、鍛造方向によっては割れが発生したりかぶりが発生したりする。

図１２は、本発明の鍛造用金属丸棒と比較例１，２の外観を比較したものである。本発明のものの外観（ａ）は、表面に横縞が比較的鮮明に表れており、特に目立った傷もなく綺麗な外観となっている。
比較例１の外観（ｂ）は、本発明のものと似ているが、横縞が薄く表れており、ところどころ傷があるように見える。
比較例２の外観（ｃ）は、一定の間隔ごとにはっきりした傷のある外観となっている。

次に、本発明の鍛造用金属丸棒と押出材とで図８に示す形状の鍛造品を製作し、鍛造性を比較した。図９は、各鍛造品の１，２，３の部分の断面写真である。図９より明らかなように、本発明の鍛造用金属丸棒を用いたものは、割れやかぶりが発生せず、且つコーナー部にまでメタルが充填されており、押出材と比較しても同等以上の鍛造性を有することが分る。

以上に述べたように本発明の鍛造用金属丸棒は、ビレット２をピーリングするだけで製作できるため、押出材にブラスト等の表面処理を行ったものよりも安価に提供でき、しかも表面に断面円弧状の切削跡１が長手方向に連なって形成されていることで、潤滑材保持性に優れており、切削跡１が断面円弧状で長手方向に対称なため、鍛造の方向や方案に制約がなく、鍛造用素材として幅広く用いることができる。
特に、切削跡１の深さｄが５〜３０μｍ、ピッチｐが２〜４ｍｍであるものは、凹凸が緩やかなため、潤滑材の保持力が高い上に、鍛造過程での割れや破断、かぶり等の不具合が生じにくく、外観も良好なものとなる。

本発明は以上に述べた実施形態に限定されない。切削跡は断面円弧状であればよく、切削跡の深さとピッチは適宜変更することができる。材質は特に限定されず、アルミニウム合金だけでなく、例えばマグネシウム合金等であってもよい。

１ 切削跡
ｄ 切削跡の深さ
ｐ 切削跡のピッチ

Claims (2)

1. 表面に断面円弧状で長手方向に対称な切削跡が長手方向に連なって形成されていることを特徴とする鍛造用金属丸棒。
2. 表面に断面円弧状の切削跡がらせん状に長手方向に連続して形成されていることを特徴とする鍛造用金属丸棒。