JP6057830B2 - 熱間鍛造金型 - Google Patents

Description

本発明は、チタン製の鍛造品を金型を用いて鍛造する際に、金型間への被加工材の噛み込みを抑制する熱間鍛造金型に関する。

一般に、純チタンやTi-6Al-4Vなどのチタン合金は、優れた機械特性や耐食性を有することから、航空機や車両などの輸送機器のエンジン部材、あるいはシャーシなどの構造部材に用いられている。
このような純チタンやチタン合金を用いて上述した鍛造品を鍛造する際には、一般に金型を用いた熱間の据え込み鍛造方法が用いられる。据え込み鍛造方法は、予め製品形状を模して形成された金型内に加熱された被加工材を装入し、挿入した被加工材を高温状態に保持したまま押し出すことで、金型に沿った形状に引き伸ばすように変形させながら鍛造するものである。据え込み鍛造方法を用いれば、鍛造中の変形において製品形状に沿ったメタルフローが得られるため他の加工方法に比べてより粘り強く、耐衝撃破壊性に優れた鍛造品を得ることができる。

そこで、特許文献１に開示されるように、鍛造品の生産性を向上させることを目的として、この据え込み鍛造を円滑に進行させるための技術が開発されている。
特許文献１に開示の前方押出鍛造方法は、筒形のブランクをダイス内に挿入し且つ前方に押出して縮径するに際し、上記ダイス内の収容部に挿入したブランクの後端面を押圧するパンチの先端面に、該先端面の周辺から斜めに凹む傾斜縁とこれに隣接する凹リングとを設け、上記ブランクにパンチが当接した際に上記先端面の傾斜縁によりブランクの後端面における周縁をその中心寄りに流動させ且つ上記凹リング内に進入させると共に、上記ブランクをダイス内の前方寄りの縮径部に押出して縮径する、ことを特徴とするものである。

特開２０００−３４３１７１号公報

特許文献１の前方押出鍛造方法は、パンチの圧下面に外周から内側にかけて斜めに凹む傾斜縁を設けることで、被加工材であるブランクの後端面の周縁をその中心寄りに流動させてバリ噛み込みを抑止する方法である。しかし、パンチの圧下面の周縁部が摩耗し易く実用的ではない。これに加えて、特許文献１の図１及び図４に示されるように、ダイスに挿入されるブランクのサイズがダイスとほぼ同一で、ダイスとブランクとの間にほとんど隙間がない場合、以下に説明する問題が生じる。

ダイスに挿入されたブランクがパンチによって押圧すると、パンチとダイスの間に存在するわずかな隙間にブランクの一部が入り込んで冷却されて硬化する。この隙間に入り込んで硬化したブランクの一部はいわゆるバリとよばれるものである。このバリの発生はパンチの押圧を妨げるほどの抵抗となり、円滑な据え込み鍛造を阻む要因となる。
このように、ダイスに挿入されるブランクのサイズがダイスとほぼ同一である場合、特許文献１の技術ではバリの発生を抑制することはできず、据え込み鍛造を円滑に進行させるのは困難である。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、下金型であるダイスに挿入された被加工材と該ダイスとの間にほとんど隙間がない場合であっても、据え込み鍛造を円滑に進行させることができる熱間鍛造金型を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の熱間鍛造金型は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の熱間鍛造金型は、下金型と前記下金型に押し付けられる上金型からなり、前記上金型を前記下金型に押し付けることによって前記下金型内に装入された被加工材
を据え込み鍛造する熱間鍛造金型であって、前記上金型は、柱状のポンチ部と、前記ポンチ部の端部に形成されて前記被加工材に押し付けられる柱状の接触部とを備え、前記接触部は、前記柱状のポンチ部の側面よりも前記ポンチ部の内部側に後退した側面を有すると共に、前記下金型に押し付けられたときに前記下金型及び前記ポンチ部と共に前記接触部を取り囲む空間であるポケット部を形成することを特徴とする。

ここで、前記ポケット部が、前記ポンチ部の側面と前記下金型との間の隙間よりも大きく、前記ポンチ部の寸法の５％以下の断面幅を有するとよい。
また、前記ポケット部が、前記ポンチ部の側面と前記下金型との間の隙間よりも大きい断面高さを有するとよい。
なお、本発明にかかる熱間鍛造金型の最も好ましい形態は、下金型と前記下金型に押し付けられる上金型からなり、前記上金型を前記下金型に押し付けることによって前記下金型内に装入された被加工材を据え込み鍛造する熱間鍛造金型であって、前記上金型は、柱状のポンチ部と、前記ポンチ部の端部に形成されて前記被加工材に押し付けられる柱状の接触部とを備え、前記接触部は、前記柱状のポンチ部の側面よりも前記ポンチ部の内部側に後退した側面を有すると共に、前記下金型に押し付けられたときに前記下金型及び前記ポンチ部と共に前記接触部を取り囲む空間であるポケット部を形成するものであって、前記ポケット部が、前記ポンチ部の側面と前記下金型との間の隙間よりも大きく且つ前記ポンチ部の寸法の５％以下の断面幅を有すると共に、前記ポンチ部の側面と前記下金型との間の隙間よりも大きい断面高さを有することを特徴とする。

本発明の熱間鍛造金型によれば、下金型に挿入された被加工材と該下金型との間にほとんど隙間がない場合であっても、据え込み鍛造を円滑に進行させることができる。

本発明の実施形態による熱間鍛造金型を用いた熱間鍛造の手順を説明する模式図であり、（ａ）は鍛造開始前の熱間鍛造金型の状態、（ｂ）は鍛造中の熱間鍛造金型の状態、（ｃ）は鍛造完了後の熱間鍛造金型の状態を示している。 本実施形態による熱間鍛造金型の上金型を下方から見た斜視図である。 本実施形態による熱間鍛造金型で形成されるポケット部の拡大図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づき詳しく説明する。
本実施形態による熱間鍛造金型１は、図１に示す手順の熱間鍛造（据え込み鍛造）で用いられる。なお、図１〜図３の紙面に向かっての上下方向は重力方向と一致している。つまり、以下の説明で用いる「上」、「下」の語について、「上」は熱間鍛造金型１が設置された空間における天井側に対応し、「下」は同空間における床面などの設置面側に対応する。

図１及び図２を参照して、本実施形態による熱間鍛造金型１の構成を説明し、熱間鍛造（据え込み鍛造）の手順を説明する。
ここで、図１は、本実施形態による熱間鍛造金型１を用いた熱間鍛造の手順を説明する模式図であり、（ａ）は鍛造開始前の熱間鍛造金型１の状態、（ｂ）は鍛造中の熱間鍛造金型１の状態、（ｃ）は鍛造完了後の熱間鍛造金型１及び鍛造品Ｗの状態を示している。また、図２は、熱間鍛造金型１の上金型５を下方から見た斜視図である。

図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、熱間鍛造金型１は、加熱された鍛造元材である被加工材（以下、荒地（あらじ）と呼ぶ）２を金型の形状に沿って熱間状態で変形させることにより、図１（ｃ）に示す所望の形状の鍛造品（荒地鍛造品）Ｗを成形するものである。
熱間鍛造金型１は、上金型５と下金型４の上下２つの金型に分割できる構成を有しており、下金型４は、装入された荒地２を載置し、後述する上金型５で押下された荒地２を目的の形状に成形する型であり、上金型５は、下金型４に装入された荒地２を上方から圧下（押下）するものである。

被加工材である荒地２は、純チタン、Ti-6Al-4Vなどのチタン合金、ニッケル合金、ステンレス鋼などを用いて、例えば上下方向に長尺とされた略円柱状などの柱形状（柱状）であると共に、上端や下端の縁が斜めに面取りされたような形状に形成されている。なお、本実施形態でいう柱形状とは、長尺の荒地２をその長手方向に対して垂直な平面で切断したときに、長手方向におけるいずれの位置でもほぼ同じ断面形状が得られる形状をいう。また、本実施形態でいう断面とは、特に断りがない限り、設置された熱間鍛造金型１の上下方向に垂直な平面で切断したときの切断面を意味する。

まず、下金型４の構成を説明する。
図１に示すように、下金型４は、内部に荒地２を装入可能な円筒状の型上部６と、この型上部６の下側に設けられて型上部６内の荒地２を下方より支持する型下部７とを有している。型上部６は、荒地２の外径とほぼ同じ大きさの内径を有すると共に下金型４の上下
方向に沿って貫通状に形成された柱状の孔部８を有している。荒地２は、この孔部８の上方から孔部８内に装入可能である。

なお、孔部８に荒地２を装入する際は、例えば、加熱前の荒地２にガラス潤滑剤や離型剤等を塗布し、その後、後述する上金型を用いて据え込み鍛造が行われる。ガラス潤滑剤は、被加工材である荒地２の酸化および鍛造直前の温度低下を抑制するとともに、鍛造時の摩擦を低減し成形を容易にする。また、固体潤滑成分を含む離型剤は、ガラス潤滑剤のガラスの金型成形面への貼付きを抑制して鍛造品Ｗの離型を容易にする。

また、型下部７は、型上部６の下方にこの型上部６と一体となるように形成されている。型下部７は、型上部６に装入された荒地２（孔部８の内径）よりも小径で且つ下金型４の上下方向に沿って形成された柱状の貫通孔９を有している。この小径の貫通孔９の存在によって、該貫通孔９の内径よりも大きな寸法の荒地２の下方への移動が規制されるので、型上部６の孔部８に装入された荒地２が、型下部７の上側に保持される。

具体的には、上述の型上部６の孔部８と型下部７の貫通孔９は、孔部８の直下と貫通孔９の直上をつなぐ接続孔部９ａによって一体となっており、型上部６に装入された荒地２は、この接続孔部９ａによって支持されて下方への移動が規制される。
接続孔部９ａは、貫通孔９の上側の開口縁の周囲の全周を取り囲むと共に孔部８の下側の開口縁の周囲の全周を取り囲むように、貫通孔９から孔部８に向かって内径が大きくなる傾斜面で構成される孔である。型上部６の孔部８に装入された荒地２は、接続孔部９ａの傾斜面に接して支持されることで下方への移動が規制される。

図１（ｃ）に示すように、このような、孔部８、接続孔部９ａ及び貫通孔９のそれぞれの形状は、一体となることで所望の鍛造品Ｗの形状を実現する金型成形面を形成している。つまり、型上部６の孔部８に装入された荒地２を、接続孔部９ａ及び貫通孔９に圧下（押圧）して押し込むことで、つまり鍛造することで所望の形状の鍛造品Ｗを成形することができる。

なお、下金型４の下側には金型支持機構（図示せず）が設けられており、下金型４を床面などに対して支持している。
さらに、下金型４の下側には、鍛造が終了した鍛造品Ｗを排出するノックアウト棒（図示せず）と、このノックアウト棒を上下方向に移動させるシリンダ機構（図示せず）とが設けられている。ノックアウト棒は、下金型４のさらに下方において上下方向への移動が可能な状態で、型下部７の貫通孔９に対応する位置に配置されている。このノックアウト棒は、上方に移動することで、鍛造後に貫通孔９内に存在する鍛造品Ｗを押し上げて、該鍛造品Ｗを下金型４（孔部８、接続孔部９ａ及び貫通孔９）の成形面から引き剥がす。ノックアウト棒の上下方向への移動は、油圧シリンダ機構などを用いて実現することができる。

次に、図１及び図２を参照して、熱間鍛造金型１の上金型５の構成を説明する。図２は、上金型５を下方から見た斜視図である。
図１に示すように、上金型５は、下金型４の孔部８に装入された荒地８を押圧して接続孔部９ａ及び貫通孔９に押し込むものである。この上金型５は、下金型４に装入された荒地８に対して近接及び離反が可能となるように下金型４の上方に配置されている。上金型５を下降させて下金型４に押し付けることで荒地２を上方から押しつぶすように圧下すると、荒地２を接続孔部９ａ及び貫通孔９に押し込むことができる。

図２を参照して、上金型５は、柱形状（柱状）のポンチ部１１と、ポンチ部１１の端部（上端部）に形成された鍔状の頭部１２と、ポンチ部１１のもう一方の端部（下端部）に形成されて荒地２に押し付けられる柱状の接触部１３と、接触部１３の周囲を取り囲む段差によって形成されるポケット部１４と、を有する。
ポンチ部１１は、型上部６の孔部８の断面形状とほぼ同じ形状及び大きさの断面形状を有する柱形状の部材であり、本実施形態では円柱形状を有している。この柱状のポンチ部１１の高さは下金型４の孔部８の深さ以下であって、下金型４で成形される鍛造品Ｗの形状に合わせて選択される。

頭部１２は、ポンチ部１１の径よりも大きな径を有する円板状の部材であり、ポンチ部
１１の２つの端部のうち、一方の端部においてポンチ部１１とほぼ同心となる位置に設けられてポンチ部１１と一体の鍔となる。下金型４に装入された荒地２を押圧するためにポンチ部１１を孔部８に挿入すると、鍔である頭部１２が下金型４と接触する位置でポンチ部１１の挿入が止まって上金型５による荒地２の押圧が止まる。頭部１２と下金型４を接触せずに、もしくは頭部１２を設けずに、所定の圧下位置で押圧を止めてもよい。

図２に示すように、接触部１３は、ポンチ部１１の径よりも小さな径を有し、ポンチ部１１の高さよりも十分に小さな厚みを有する円板状の部材であり、ポンチ部１１の２つの端部のうち、頭部１２が設けられていないもう一方の端部においてポンチ部１１とほぼ同心となる位置に一体に設けられている。接触部１３は、ポンチ部１１の端部の周縁を切削して切り欠くことでも得ることができ、ポンチ部１１の端部、つまりポンチ部１１の先端に段差を形成するものである。

図２に示す接触部１３は、円板状の部材であるが、ポンチ部１１よりも小径で非常に高さの低い円柱であると見ることができる。その上で同じく円柱形状のポンチ部１１と比較すると、接触部１３は、ポンチ部１１の周面である側面よりもポンチ部１１の内部側（軸心寄り）に後退した所定高さの周面を側面として有する。以下の説明では、この接触部１３の側面がポンチ部１１の側面から後退した距離を後退距離Ｄ１といい、接触部１３の側面の所定高さを側面高さＤ２という。

本実施形態による熱間鍛造金型１のように、下金型４の孔部８の内径とほぼ同じ大きさの外径を有する荒地２を鍛造する金型の場合、下金型４に荒地２を装入すると、下金型４の孔部８と荒地２との間には、わずかな隙間が存在するだけとなる。その上で、下金型４の孔部８の内径とほぼ同じ大きさの外径を有するポンチ部１１を下金型４の孔部８に挿入し荒地２を押圧すると、孔部８の壁面、ポンチ部１１、荒地２の３者が互いに接触する領域ではほとんど隙間が無くなってしまう。しかし、ポンチ部１１の先端に形成された接触部１３の周囲だけは、接触部１３の側面と下金型４の孔部８の壁面との間に、接触部１３の後退距離Ｄ１及び側面高さＤ２に対応した大きさの空間が形成される。この空間をポケット部１４と呼び、以下に説明する。

図３を参照しながら、ポケット部１４の構成を説明する。図３は、熱間鍛造金型１で形成されるポケット部１４の拡大図である。
ポケット部１４は、上金型５が下金型４に押し付けられたときに下金型４及びポンチ部１１と共に接触部１３を取り囲むように形成される空間である。図３に示すように、ポケット部１４は、ポンチ部１１の接触面１３に押圧されて変形する荒地２の一部である上端の周縁部分が逃げ込む空間である。このポケット部１４に逃げ込んだ荒地２の上端の周縁部分が接触部１３の側面と下金型４の孔部８の壁面に触れることで冷却されて硬化すると、荒地２の上端の周縁部分の更なる変形が起こらなくなる。この周縁部分の硬化は、荒地２が、ポケット部１４の上方にわずかに存在するポンチ部１１と孔部８の壁面との間の隙間に入り込んでバリとなることを防ぐ効果を生む。言い換えれば、ポンチ部１１の押圧を妨げる抵抗となるバリの発生を防ぐ効果が得られる。

このように、ポケット部１４は、ポンチ部１１と孔部８の壁面との間の隙間にバリが発生しないように、荒地２の上端の周縁部分を敢えて逃がして硬化させるための空間である。従って、ポケット部１４は、逃げ込んだ荒地２がポケット部１４の上方に存在する隙間に到達する前に確実に硬化する大きさでなくてはならない。
そこで、ポケット部１４を接触部１３の側面と交差（例えば、直交）する平面で切断したときの断面において、ポンチ部１１の側面からの接触部１３の側面の後退距離Ｄ１に基づいて（対応して）決まる幅（断面幅）ＳＤ１を適切に選択する必要がある。つまり、後退距離Ｄ１に基づいて決まる幅ＳＤ１が狭ければ、ポケット部１４とポケット部１４の上方に存在する隙間との違いが無くなってしまい、幅の狭いポケット部１４で硬化した荒地２が、バリと同じくポンチ部１１の押圧を妨げる抵抗となってしまう。従って、後退距離Ｄ１に基づいて決まる幅ＳＤ１には下限がある。

反対に、後退距離Ｄ１に基づいて決まる幅ＳＤ１が広ければ、接触面１３の側面と孔部８の壁面との間に多くの荒地２が逃げ込むので、逃げ込んだ荒地２の内部の冷却に長い時
間が必要となる。逃げ込んだ荒地２の硬化が遅ければ、逃げ込んだ荒地２が、ポケット部１４の上方に存在する隙間にも入り込んでバリとなってしまうので、後退距離Ｄ１に基づいて決まる幅ＳＤ１には上限もある。

本願の発明者は、ポンチ部１１の側面からの接触部１３の側面の後退距離Ｄ１に対応して決まる幅（断面幅）ＳＤ１を、ポンチ部１１の側面と下金型４（孔部８）のと間の隙間よりも大きく、ポンチ部１１の寸法の５％以下の範囲で選択すればよいことを知見した。ここで、ポンチ部１１の寸法としては、ポンチ部１１の断面形状を決定する値を選択することができる。例えば、ポンチ部１１の断面形状が円形であればその円の直径、多角形であれば対角線の長さなどを、ポンチ部１１の寸法として選択することができる。

熱間鍛造の対象となる荒地２の組成、及び熱間鍛造が行われる温度域や潤滑条件、プレス速度等の鍛造条件を考慮し、熱間鍛造金型１の大きさに合わせて、上述の範囲内で適切な幅ＳＤ１を選択すれば、バリの発生を抑制することができる。
ここで、ポケット部１４の幅ＳＤ１を、ポンチ部１１の側面と孔部８との間の隙間よりも大きく、ポンチ部１１の寸法の５％以下の範囲で選択すればよいと説明したが、上述の構成を有する熱間鍛造金型１であれば、ポケット部１４の幅ＳＤ１と接触部１３の側面の後退距離Ｄ１はほぼ同一となる。従って、接触部１３の側面の後退距離Ｄ１を、ポンチ部１１の側面と孔部８と間の隙間よりも大きく、ポンチ部１１の寸法の５％以下の範囲で選択してもよい。

また、ポケット部１４を接触部１３の側面と交差（例えば、直交）する平面で切断したときの断面において、接触部１３の側面高さＤ２に基づいて（対応して）決まる高さ（断面高さ）ＳＤ２を適切に選択する必要がある。つまり、側面高さＤ２に基づいて決まる高さＳＤ２が低ければ、ポケット部１４で硬化する前に、荒地２がポケット部１４の上方に存在する隙間に入り込んでバリとなってしまい、パンチ部１１の押圧を妨げる抵抗となってしまう。従って、側面高さＤ２に基づいて決まる高さＳＤ２には下限がある。

また、荒地２がポケット部１４の上方に存在する隙間に入り込むのを防ぐには、側面高さＤ２に基づいて決まる高さＳＤ２が高いほど都合がよいので、側面高さＤ２に基づいて決まる高さＳＤ２には特に上限を設けない。しかし、ポケット部１４が大きくなり過ぎて逃げ込む荒地２の量が多くなり、逃げ込んだ荒地２の冷却速度の低下や、欠肉や鍛造品Ｗとしての歩留まり低下を招かないよう注意しなくてはならない。

本願の発明者は、接触部１３の側面高さＤ２に対応して決まる高さ（断面高さ）ＳＤ２を、ポンチ部１１の側面と孔部８との間の隙間よりも大きくなるように選択すればよいことを知見した。熱間鍛造の対象となる荒地２の組成、及び熱間鍛造が行われる温度域を考慮すれば、熱間鍛造金型１の大きさを問わず、上述の数値範囲においてバリの発生を抑制することができる。

ここで、ポケット部１４の高さＳＤ２を、ポンチ部１１の側面と孔部８との間の隙間よりも大きくなるように選択すればよいと説明したが、上述の構成を有する熱間鍛造金型１であれば、ポケット部１４の高さＳＤ２と接触部の側面の高さＤ２はほぼ同一となる。従って、接触部１３の側面の高さＤ２を、ポンチ部１１の側面と孔部８との間の隙間よりも大きくなるように選択してもよい。

ポケット部１４のサイズは、第一に上述のポケット部１４の幅ＳＤ１及び高さＳＤ２の範囲を満たすことが重要であり、上述の範囲内で各々の鍛造条件を考慮して適当な幅ＳＤ１及び高さＳＤ２を選択すれば、バリの発生を抑制することができる。ポケット部１４に流入する荒地２の温度低下の程度は、熱容量と熱伝導に起因するものであり、荒地２の変形能、物性、鍛造温度、形状や、金型温度、潤滑状態、プレス速度等の鍛造条件などに左右される。例えば、荒地２の温度と金型温度（ポンチ部１１や孔部８の温度）の差が小さければ、ポケット部１４に逃げ込む荒地２の冷却速度が遅くなるため、ポケット部１４の幅ＳＤ１を小さめに選択すればよい。チタン合金、ニッケル合金、ステンレス鋼などの熱間鍛造の一般的な鍛造条件の場合、ポケット部１４に逃げ込む荒地２が数秒〜十数秒以内に１００〜２００℃以上温度低下するよう、ポケット部１４の幅ＳＤ１及び高さＳＤ２を選択すればよい。

下記の条件で熱間鍛造の２次元軸対称熱連成解析を行い、接触部１３の後退距離Ｄ１及び側面高さＤ２の寸法を様々に変えて、ポンチ部１１と下金型４（孔部８）との間の隙間に入り込んだ荒地２の圧下方向に長さ（バリ高さ）を測定した。
実際の鍛造においては、ポケット部１４への荒地２の流動やバリの出方は、熱間鍛造金型１のセンタリング精度や潤滑状態等の影響により解析とは異なって不均一になる。また、鍛造形状や金型形状によってバリの出易さは異なり、潤滑状態が良好で摩擦が小さい場合や、鍛造前の荒地２の表面温度が低下している場合などは、バリが発生しないことも考えられる。そこで今回は、単純な鍛造形状・金型形状で、金型と荒地２の摩擦定数を比較的高め（せん断摩擦ｍｆ＝０.３５）にしてバリが発生する条件で解析を行い、ポケット部１４を設けていない場合のバリ高さと相対比較することで、バリ抑止効果があるか否かを判断した。

解析条件は、次の通りである。
金型について、孔部８の内径をφ３００ｍｍとし、ポンチ部１１の外径をφ２９６ｍｍとした。ポンチ部１１と下金型４（孔部８）との間の隙間を２ｍｍとし、押出比を約４とし、接続孔部９ａの傾斜面の傾斜角を４５°とした。
被加工材である荒地２は、Ｔｉ-６４合金であり、寸法をφ２９４ｍｍ×２８０ｍｍとし、加熱温度を９５０℃とした。

プレス条件は、圧下量を約１２０ｍｍとし、圧下速度を２０ｍｍ/ｓｅｃとした。
バリ高さの解析結果は、下の表１の通りである。

表１において、後退距離Ｄ１及び側面高さＤ２が共に０ｍｍである場合の結果が、ポケット部１４を設けなかった場合の結果である。今回の解析結果では、ポケット部１４を設けなかった場合のバリ高さは２.４ｍｍであった。すなわち、ポケット部１４を設けることによってバリ高さが２.４ｍｍより小さくなれば、ポケット部１４がバリ抑止効果を発揮したと言える。

表１において、バリ高さが２.４ｍｍより小さくなった結果を太線で取り囲んで強調した。この取り囲んだ結果に基づいて後退距離Ｄ１及び側面高さＤ２を参照すると、後退距離Ｄ１及び側面高さＤ２は、ポンチ部１１と下金型４（孔部８）との間の隙間である２ｍｍより大きければよく、後退距離Ｄ１は、１５ｍｍ未満であればよいことがわかる。この１５ｍｍは、ポンチ部１１の寸法である外径φ２９６ｍｍに対する割合（１５ｍｍ/２９６ｍｍ）が約５％となる値であるので、後退距離Ｄ１は、ポンチ部１１の寸法の５％以下
の範囲であればよいといえる。

ここで、後退距離Ｄ１及び側面高さＤ２からなる接触部１３の周囲を取り囲む段差によって形成されるポケット部１４の断面の面積について考える。まず、断面の面積の下限は、後退距離Ｄ１及び側面高さＤ２が、共にポンチ部１１と孔部８との間の隙間である２ｍｍより大きくなくてはならないので、４ｍｍ^２（２ｍｍ×２ｍｍ）より大きくなくてはならない。

上限については、表１の後退距離Ｄ１と側面高さＤ２の組み合わせ（Ｄ１，Ｄ２）について、（Ｄ１，Ｄ２）が（５，３０）、（１０，１５）、つまり断面の面積が１５０ｍｍ^２であるときにバリ高さが２.４ｍｍであるので、１５０ｍｍ^２未満であれば、ポケット部１４がバリ抑止効果を発揮できると判断できる。
なお、ポケット部１４の断面の面積が１５０ｍｍ^２を超えると、多くの荒地２がポケット部１４に流入して荒地２の冷却、つまり硬化に時間がかかってしまう。そのため、ポンチ部１１と下金型４との間の隙間に入り込む荒地２の量も多くなり、多くのバリが発生し易くなるので、本実施例に関しては、ポケット部１４の断面の面積が１５０ｍｍ^２を超えることは望ましくない。

なお、ポケット部１４に流入する荒地２の温度低下の程度は、熱容量と熱伝導に起因するものであり、荒地２の変形能や物性、温度や寸法、表面性状や潤滑状態、鍛造プレス条件などに左右される。上述の解析結果で規定されたポケット部１４（後退距離Ｄ１，側面高さＤ２）の数値範囲は、荒地２の温度、圧下量、及び圧下速度などの特定された鍛造条件に依存して限定されるべきものである。

「ポンチの圧下面（接触部）外周に小さな段差（溝）を設けることで、バリの噛み込みを抑止する」という思想のもとに設計・製作された熱間鍛造金型こそが本発明であるので、本発明の思想及び主旨は、上述の数値に限定されることなく広く解釈されるべきである。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

上述の実施形態では、下金型４に形成される金型成形面が、略円形状の断面形状を有する孔部８、接続孔部９ａ及び貫通孔９が一体となったものとして説明し、上金型５のポンチ部１１の形状を、略円柱形状の孔部８の断面に対応する形状及び大きさの断面形状を有する略円柱形状として説明した。しかし、下金型４の孔部８及び上金型５のポンチ部１１は、必ずしも円柱形状でなくてもよい。ポンチ部１１の断面が孔部８の断面に対応する形状及び大きさを有する柱形状であれば、下金型４の孔部８及び上金型５のポンチ部１１は所望する鍛造品Ｗの形状に合わせて様々な形状を採用することができる。

このとき、ポンチ部１１が如何なる形状及び大きさを採用しようとも、接触部１３の側壁が、ポンチ部１１の側壁から「ポンチ部１１の側面と孔部８との間の隙間よりも大きく、ポンチ部１１の寸法の５％以下」の範囲で後退し、ポンチ部１１の側面と孔部８との間の隙間よりも大きい高さを有していれば、上述の実施形態で説明したポケット部１４が形成されるので、接触部１３は円形以外の断面形状を有する任意の形状となってもかまわない。

１ 熱間鍛造金型
２ 被加工材（荒地）
４ 下金型
５ 上金型
６ 型上部
７ 型下部
８ 孔部
９ 貫通孔
９ａ 接続孔部
１１ ポンチ部
１２ 頭部
１３ 接触部
１４ ポケット部
Ｄ１ 後退距離
Ｄ２ 側面高さ
ＳＤ１ 断面幅
ＳＤ２ 断面高さ
Ｗ 鍛造品

Claims (1)

1. 下金型と前記下金型に押し付けられる上金型からなり、前記上金型を前記下金型に押し付けることによって前記下金型内に装入された被加工材を据え込み鍛造する熱間鍛造金型であって、
   前記上金型は、柱状のポンチ部と、前記ポンチ部の端部に形成されて前記被加工材に押し付けられる柱状の接触部とを備え、前記接触部は、前記柱状のポンチ部の側面よりも前記ポンチ部の内部側に後退した側面を有すると共に、前記下金型に押し付けられたときに前記下金型及び前記ポンチ部と共に前記接触部を取り囲む空間であるポケット部を形成するものであって、
   前記ポケット部が、前記ポンチ部の側面と前記下金型との間の隙間よりも大きく且つ前記ポンチ部の寸法の５％以下の断面幅を有すると共に、前記ポンチ部の側面と前記下金型との間の隙間よりも大きい断面高さを有する
   ことを特徴とする熱間鍛造金型。