JP6058428B2 - 金型取り付け部材の強化方法 - Google Patents

Description

本発明は、金型取り付け部材の強化方法に関する。詳しくは、鍛造ハンマーにおいて鍛造の衝撃力を被鍛造物に与えるための鍛造金型が着脱可能に取り付けられる金型取り付け部材の強化方法に関する。

従来、被鍛造物に鍛造加工を施して鍛造品とする際には、エアースタンプハンマーなどの鍛造ハンマーが使用される。この鍛造ハンマーは、そのピストンによりラム（以下においては「金型取り付け部材」とも称する。）およびこのラムに取り付けられた鍛造可動金型を持ち上げて落下させる上下動によって、鍛造固定金型上の被鍛造物に衝撃力を与えて鍛造加工を行うものである（例えば特許文献１を参照）。
上記特許文献１においては、上記ラムは、その底部に凹凸構造を備えて、この凹凸構造に上記鍛造可動金型が着脱可能に係合されて取り付けられる。これにより、上記ラムに対して鍛造可動金型を適宜取り替えることが可能となる。

特開２０１２−２１８０１９号公報

ところで、上記金型取り付け部材は、適宜取り替えることができる上記鍛造可動金型とは異なり、同一の部材が繰り返し使用されるものである。このため、鍛造加工を長期間繰り返して行う場合、上記金型取り付け部材には繰り返しかかる衝撃負荷によって破損が発生し、この金型取り付け部材を修理または交換する必要が生じていた。なお、上記破損は、上記金型取り付け部材において上記衝撃負荷による応力が集中する上記凹凸構造の近傍にしばしば発生するものである。
本発明は、上記した問題を解決するものとして創案されたものである。すなわち、本発明が解決しようとする課題は、鍛造ハンマーにおいて凹凸構造を備えた金型取り付け部材において鍛造加工の衝撃負荷による破損を抑制して、金型取り付け部材の耐久性の向上を実現させることである。

上記課題を解決するために、本発明の金型取り付け部材の強化方法は以下の手段をとる。
まず、第１の発明は、鍛造ハンマーにおいて鍛造の衝撃力を被鍛造物に与えるための鍛造金型が着脱可能に取り付けられる金型取り付け部材の強化方法である。この金型取り付け部材の強化方法は、マルテンサイト変態を生じさせることができ、かつ、１回以上の焼き戻しを含む熱処理によって所定の機械的性質を有するように調質された合金工具鋼によって、側方に向かって開放される縁部分を有する凹凸構造を備えた形状に形成され、かつ、この凹凸構造に鍛造金型が着脱可能に係合されて取り付けられる金型取り付け部材の本体部材と、上記合金工具鋼よりもマルテンサイト変態が生じにくい性質あるいはマルテンサイト変態が生じない性質を有し、かつ、上記合金工具鋼と比べてよりじん性が大きくかつより溶接性がよい低炭素な合金鋼によって形成されて、上記本体部材の上記側方側の表面上に上記凹凸構造にあわせて接合される補強板とをそれぞれ用意する用意ステップと、この用意ステップによって用意された本体部材および補強板の両方を、上記合金工具鋼におけるマルテンサイト変態開始温度よりも高く、かつ、上記焼き戻しにおいて１つ以上設定される焼き戻し加熱温度のうちで最も低い温度である第１の温度以下の温度とする予熱ステップと、この予熱ステップを経た補強板を、上記予熱ステップを経た本体部材の側方側の表面上に上記凹凸構造にあわせて配置して、配置された補強板を、高張力鋼用の溶接材料を用いたすみ肉溶接によって本体部材に一体に接合させることで、上記補強板によって上記本体部材が補強された金型取り付け部材を形成する溶接ステップと、この溶接ステップによって形成された金型取り付け部材を、この金型取り付け部材から残留応力を除去することができる温度である第２の温度に所定の時間維持することで、金型取り付け部材の本体部材および補強板における残留応力の一部あるいは全部を除去する応力除去ステップとを有している。上記溶接ステップにおいては、上記予熱ステップを経た本体部材および補強板を、上記合金工具鋼におけるマルテンサイト変態開始温度よりも高い温度とし、かつ上記本体部材のうち上記すみ肉溶接の熱影響部を除く部分を、上記第１の温度以下の温度とするように温度調整を行う。上記応力除去ステップにおいて、上記第２の温度は、上記合金工具鋼におけるマルテンサイト変態開始温度よりも高く、上記第１の温度以下で、かつ、上記本体部材の熱影響部を、この熱影響部において熱影響を受けた金属の機械的性質を上記溶接ステップの前に上記合金工具鋼が有していた機械的性質に近づけるように焼き戻すことができる温度に設定されている。
固体にかかる衝撃負荷によってこの固体に発生する破損は、まず、上記固体において応力が集中する部分に検出が難しい小さなスケール（例えば［μｍ］のスケール）の亀裂（以下においては「微小亀裂」）とも称する。）として発生して、この微小亀裂が開口および進展ならびに伝播をすることで、より大きなスケールの破損となることが知られている。
ここで、上記第１の発明によれば、金型取り付け部材の本体部材は、この本体部材において鍛造金型が着脱可能に係合される凹凸構造にあわせて補強板が一体に接合されることで補強される。このため、上記金型取り付け部材において、補強板は、本体部材において応力集中が発生する凹凸構造の近傍を拘束して、この部分に発生する微小亀裂の開口を押さえこんで閉じる拘束部材として機能する。これにより、上記微小亀裂がより大きなスケールの破損になることを抑え、鍛造加工の衝撃負荷による金型取り付け部材の破損を抑制して、この金型取り付け部材の耐久性の向上を実現させることができる。また、補強板のじん性を本体部材のじん性よりも大きくすることで、補強板を上記拘束部材とするために必要な強度を保ちながら小型化することが可能となる。また、マルテンサイト変態を生じさせにくいあるいは生じさせない低炭素な合金鋼により補強板を形成し、この補強板および本体部材を、この本体部材にマルテンサイト変態を生じさせる温度よりも高い温度に保ちながら溶接および応力除去処理を実行することで、上記溶接にともなう温度変化によるマルテンサイト変態のために補強板および本体部材が変形することを抑えることができる。これにより、補強板を本体部材の表面上に溶接によって一体に接合させて金型取り付け部材を補強することが可能となる。また、補強板を、本体部材を形成する合金工具鋼よりも溶接性がよい低炭素な合金鋼によって形成して、引張強さの値および破断伸びの値がともに大きい高張力鋼用の溶接材料を用いて本体部材にすみ肉溶接で溶接することにより、この溶接による本体部材と補強板との接合強度を、鍛造加工において金型取り付け部材にかかる衝撃負荷に耐えられる強度とすることが可能となる。なお、前もって焼き戻しおよび調質がなされた合金工具鋼により形成された部材に対して溶接を行う場合、上記部材には、溶接の熱源または溶融された金属による局所的な過熱のために、局所的に金属の機械的性質が変化された熱影響部が生じる。ここで、上記第１の発明によれば、溶接ステップにおいて本体部材に生じた熱影響部を、応力除去ステップにおいて溶接ステップの前の状態に近づけるように焼き戻すことができる。また、上記本体部材における上記熱影響部以外の部分は、その温度が上記焼き戻しにおける最低の焼き戻し加熱温度を上回らないように推移されることで、本体部材を形成する合金工具鋼が調質されたときの機械的性質を保つ。これにより、補強板の溶接により補強された金型取り付け部材において、その本体部材に生じる機械的性質の変化を抑えることができる。

ついで、第２の発明は、上述した第１の発明にかかる金型取り付け部材の強化方法において、上記用意ステップが実行されてから上記予熱ステップが実行されるまでの間に、上記用意ステップによって用意された本体部材に損傷または欠陥が存在するか否かを、本体部材を破壊することなく検査する非破壊検査ステップと、この非破壊検査ステップによって本体部材に損傷または欠陥が検出された場合に、検出された全ての損傷および欠陥に対して補修を行う補修ステップとが実行されるものである。
亀裂などの損傷または欠陥を有する物体において、上記損傷または欠陥がより大きなスケールに拡大されることを押さえこむために必要な力の大きさは、上記損傷または欠陥のスケールが大きいほど大きくなる。また、上記物体の耐久性は、上記損傷または欠陥のうちで最大のスケールの損傷または欠陥に依存し、この損傷または欠陥のスケールが大きいほど、上記物体の耐久性は低下される。
ここで、上記第２の発明によれば、金型取り付け部材の本体部材において、微小亀裂よりもスケールが大きく非破壊検査ステップによって検出が可能な損傷または欠陥は、全て補修された状態となる。これにより、本体部材内から補強板によっては押さえこむことが難しい大きなスケールの損傷を減らすとともに、本体部材そのものの耐久性を向上させて、金型取り付け部材の耐久性をさらに向上させることが可能となる。

さらに、第３の発明は、上述した第１または第２の発明にかかる金型取り付け部材の強化方法において、上記用意ステップにおいて、上記補強板として、上記すみ肉溶接によって本体部材に溶接される周縁部の少なくとも一部が、この周縁部の総延長を長くするカーブ形状をなすように形成された上記低炭素な合金鋼製の板材を用意するものである。
この第３の発明によれば、金型取り付け部材において本体部材と補強板とがすみ肉溶接によって溶接される補強板の周縁部を、この周縁部のカーブ形状によってより長くすることができる。これにより、上記すみ肉溶接における溶接の有効長さをより長くして、上記金型取り付け部材における本体部材と補強板との接合強度をより大きくすることができる。

本発明によって強化された金型取り付け部材が適用された鍛造ハンマーを表した正面図である。 図１の鍛造ハンマーのラムおよびソーブロックを表した部分拡大正面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図３のラムと補強板との溶接部を表した部分拡大断面図である。 本発明によって強化された別形態の金型取り付け部材が適用された鍛造ハンマーを表した正面図である。 図５の鍛造ハンマーのラムおよびソーブロックを表した部分拡大正面図である。

本発明によって強化された金型取り付け部材が適用された鍛造ハンマー１の構成について、主に図１ないし図４を用いて説明する。なお、以下において、ピストンロッドとラムとの間に介装されるラムブッシュ、および、ソーブロックをアンヴィルに係合させるためにこのアンヴィルに設定されるスライド代など、本発明において付随的な構成については、その図示および詳細な説明を省略する。
鍛造ハンマー１は、図１に示すように、圧縮空気によって駆動されるピストン１４により被鍛造物９０の鍛造加工を行うエアースタンプハンマーである。すなわち、鍛造ハンマー１は、ラム１０およびこのラム１０に取り付けられた鍛造可動金型１３に、ピストン１４により持ち上げられて落下される上下動の繰り返しを実現させる。この上下動の繰り返しのエネルギーは、ソーブロック２０に取り付けられた鍛造固定金型２３上の被鍛造物９０に衝撃力として与えられて、その一部が被鍛造物９０の鍛造加工に消費される。ここで、鍛造可動金型１３および鍛造固定金型２３は、それぞれ本発明における「鍛造金型」に相当する。また、ラム１０およびソーブロック２０は、それぞれ本発明における「金型取り付け部材」に相当する。

ソーブロック２０は、図１および図２に示すように、じん性および硬度などの機械的性質が所定の値となるように調質された合金工具鋼（例えば合金工具鋼鋼材ＳＫＴ４（ＪＩＳ Ｇ ４４０４：２００６））によって形成されたソーブロック本体２１に、この合金工具鋼と比べてよりじん性が大きくかつより溶接性がよい低炭素な合金鋼（例えばニッケルクロムモリブデン鋼ＳＮＣＭ４３１（ＪＩＳ Ｇ ４０５３：２００８））によって形成された補強板２２を一体に接合させた構成となっている。ここで、上記合金工具鋼は、熱処理によって比較的容易にマルテンサイト変態を生じさせることができる物質であり、１回以上の焼き戻しを含む熱処理によってじん性および硬度に優れるように調質されている。また、上記低炭素な合金鋼は、上記合金工具鋼と比べてマルテンサイト変態が生じにくく焼入れ性が悪い物質である。なお、ソーブロック本体２１は、本発明における「本体部材」に相当する。
また、ソーブロック２０は、図１に示すように、その下側（図示下側）に蟻桟からなる係合部２０Ａを備えている。そして、ソーブロック２０は、その係合部２０Ａをアンヴィル２４の上部に形成された蟻溝からなる被係合部２４Ａに係合させることで、アンヴィル２４に着脱可能に取り付けられるようになっている。このアンヴィル２４は、建造物などの基礎２４Ｂに埋め込まれるように設置されて、鍛造固定金型２３およびソーブロック２０を介して受ける上記鍛造加工の衝撃力を受け止めるように構成されている。

ソーブロック本体２１は、図１および図２に示すように、その上側（図示上側）に側方に向かって開放される縁部分２１Ｂを有する凹凸構造２１Ａ（例えば蟻溝）を備えて、この凹凸構造２１Ａに鍛造固定金型２３の被取り付け部２３Ａ（例えば蟻桟）が着脱可能に係合されて取り付けられるようになっている。これにより、ソーブロック２０に対して鍛造固定金型２３を適宜取り替えることが可能となる。一方で、凹凸構造２１Ａは、上述した鍛造加工の際に、ソーブロック本体２１における凹凸構造２１Ａの近傍に応力集中を発生させる。
補強板２２は、ソーブロック本体２１に対して、このソーブロック本体２１の側方側の表面を覆うように凹凸構造２１Ａにあわせて配置された状態で、補強板２２の周縁部を溶接部２２Ａとするすみ肉溶接によって一体に溶接されて接合されている。このため、ソーブロック２０において、補強板２２は、ソーブロック本体２１において応力集中が発生する凹凸構造２１Ａの近傍を拘束して、この部分に上記応力集中によって発生する微小亀裂の開口を押さえこんで閉じる拘束部材として機能する。これにより、ソーブロック本体２１における凹凸構造２１Ａの近傍において上記微小亀裂がより大きなスケールの破損になることを抑え、鍛造加工の衝撃負荷によるソーブロック２０の破損を抑制して、このソーブロック２０の耐久性の向上を実現させることができる。また、補強板２２のじん性をソーブロック本体２１のじん性よりも大きくすることで、補強板２２を上記拘束部材とするために必要な強度を保ちながら小型化することが可能となる。

補強板２２は、少なくともその一部分が、ソーブロック本体２１において発生および進展が予測される微小亀裂の変形様式（開口型のモードＩ、面内せん断型のモードＩＩ、面外せん断型のモードＩＩＩのいずれか、またはこれらの組み合わせ）の変形方向に沿うように配置されていることが望ましい。このように補強板２２を配置することで、この補強板２２による拘束の方向を上記微小亀裂の開口の方向に一致させて、補強板２２の上記拘束部材としての性能を向上させることができる。
なお、上記微小亀裂の変形様式は、例えばソーブロック本体２１と同じ形状のソーブロックを用いた実験またはシミュレーションなど、公知の手段により前もって予測することができるものである。

ラム１０は、図１ないし図４に示すように、じん性および硬度ならびに耐磨耗性などの機械的性質が所定の値となるように調質された合金工具鋼（例えば合金工具鋼鋼材ＳＫＴ４（ＪＩＳ Ｇ ４４０４：２００６））によって形成されたラム本体１１に、この合金工具鋼と比べてよりじん性が大きくかつより溶接性がよい低炭素な合金鋼（例えばニッケルクロムモリブデン鋼ＳＮＣＭ４３１（ＪＩＳ Ｇ ４０５３：２００８））によって形成された補強板１２を一体に接合させた構成となっている。ここで、上記合金工具鋼は、熱処理によって比較的容易にマルテンサイト変態を生じさせることができる物質であり、１回以上の焼き戻しを含む熱処理によってじん性および硬度ならびに耐磨耗性に優れるように調質されている。また、上記低炭素な合金鋼は、上記合金工具鋼と比べてマルテンサイト変態を生じにくく焼入れ性が悪い物質である。なお、ラム本体１１は、本発明における「本体部材」に相当する。
また、ラム１０には、図１ないし図３に示すように、ラムブッシュ（図示省略）を介してピストン１４から下側に延びるピストンロッド１４Ａが差し込まれた状態に取り付けられている。ここで、ピストン１４は、アンヴィル２４（図１参照）の上にソーブロック２０を挟むように載置された１対のフレーム１Ａに一体に組み付けられている。この１対のフレーム１Ａは、ラム１０を側方から挟みこむことで、このラム１０およびラム１０に取り付けられた鍛造可動金型１３の上下動（図１参照）をレール状のガイド部分１Ｂ（図３参照）によってガイドするように構成されている。

また、ラム１０のラム本体１１には、その各フレーム１Ａに対向する側部（図３で見て左右両側の部分）に、各フレーム１Ａのガイド部分１Ｂにスライド可能に係合されることで上記上下動のガイドを実現させる被ガイド溝１０Ａが形成されている。ここで、被ガイド溝１０Ａをラム本体１１の溝とすることで、このラム本体１１を形成する調質済みの合金工具鋼の硬度および耐摩耗性を活かして、各フレーム１Ａのガイド部分１Ｂによるラム１０の損耗を抑えることができる。
また、ラム本体１１は、その底部に側方（図３で見て上下方向）に向かって開放される縁部分１１Ｂを有する凹凸構造１１Ａ（例えば蟻溝）を備えて、この凹凸構造１１Ａに鍛造可動金型１３の被取り付け部１３Ａ（例えば蟻桟）が着脱可能に係合されて取り付けられるようになっている。これにより、ラム１０に対して鍛造可動金型１３を適宜取り替えることが可能となる。一方で、凹凸構造１１Ａは、上述した鍛造加工の際に、ラム本体１１における凹凸構造１１Ａの近傍に応力集中を発生させる。

補強板１２は、図１ないし図４に示すように、ラム本体１１に対して、このラム本体１１の側方側の表面を覆うように凹凸構造１１Ａにあわせて配置された状態（図２参照）で、補強板１２の周縁部を溶接部１２Ａとするすみ肉溶接によって一体に溶接されて接合されている。このため、ラム１０において、補強板１２は、ラム本体１１において応力集中が発生する凹凸構造１１Ａの近傍を拘束して、この部分に上記応力集中によって発生する微小亀裂の開口を押さえこんで閉じる拘束部材として機能する。これにより、ラム本体１１における凹凸構造１１Ａの近傍において上記微小亀裂がより大きなスケールの破損になることを抑え、鍛造加工の衝撃負荷によるラム１０の破損を抑制して、このラム１０の耐久性の向上を実現させることができる。また、補強板１２のじん性をラム本体１１のじん性よりも大きくすることで、補強板１２を上記拘束部材とするために必要な強度を保ちながら小型化することが可能となる。
補強板１２は、少なくともその一部分が、ラム本体１１において発生および進展が予測される微小亀裂の変形様式（開口型のモードＩ、面内せん断型のモードＩＩ、面外せん断型のモードＩＩＩのいずれか、またはこれらの組み合わせ）の変形方向に沿うように配置されていることが望ましい。このように補強板１２を配置することで、この補強板１２による拘束の方向を上記微小亀裂の開口の方向に一致させて、補強板１２の上記拘束部材としての性能を向上させることができる。なお、上記微小亀裂の変形様式は、例えばラム本体１１と同じ形状のラムを用いた実験またはシミュレーションなど、公知の手段により前もって予測することができるものである。

なお、補強板１２は、図５および図６に示すように、溶接部１２Ａとされる周縁部の一部（図５および図６では上側の周縁部）が、この周縁部の総延長を長くするカーブ形状をなすように形成されたものを用意して用いるものであってもよい。この場合、補強板１２のすみ肉溶接における溶接の有効長さ（すなわち、溶接部１２Ａの総延長）がより長くなるので、ラム１０におけるラム本体１１と補強板１２との接合強度をより大きくすることができる。

続いて、上述した金型取り付け部材（ラム１０およびソーブロック２０）に適用される本発明の強化方法について説明する。ここで、上記各金型取り付け部材（ラム１０またはソーブロック２０）は、本体部材（ラム本体１１またはソーブロック本体２１）および補強板（補強板１２または補強板２２）の具体的な形状を除いて、その各構成および上記強化方法における各ステップが共通している。このため、以下においては、上記強化方法について、その説明をラム１０の強化方法における各ステップにより代表させて行い、ソーブロック２０の強化方法における各ステップについては、その詳細な説明および図示を省略する。
また、以下においては、すみ肉溶接の溶接箇所を溶接直後に適宜加熱して溶着金属に入り込んでいる拡散性水素を逃がす溶接直後熱ステップなどの、本発明において付随的なステップについては、その詳細な説明を省略する。

本発明のラム１０の強化方法においては、まず、熱処理によって硬度および耐摩耗性ならびにじん性に優れるように調質された合金工具鋼（例えば合金工具鋼鋼材ＳＫＴ４（ＪＩＳ Ｇ ４４０４：２００６））によって形成されたラム本体１１と、上記合金工具鋼よりもマルテンサイト変態が生じにくく、かつ、じん性および溶接性に優れる低炭素な合金鋼（例えばニッケルクロムモリブデン鋼ＳＮＣＭ４３１（ＪＩＳ Ｇ ４０５３：２００８））によって形成された補強板１２とをそれぞれ用意する。このステップは、本発明における「用意ステップ」に相当する。
上記用意ステップによって用意されるラム本体１１は、鍛造可動金型１３の被取り付け部１３Ａを着脱可能に係合させることができるように、凹凸構造１１Ａを備えてこの凹凸構造１１Ａの縁部分１１Ｂが側方に向かって開放された形状（図２参照）に成形されている。また、上記用意ステップによって用意される補強板１２は、すみ肉溶接によってラム本体１１の表面を覆った状態に接合することができるように、この表面に対して上記すみ肉溶接の溶接部１２Ａ（図２参照）の分だけ小さい板形状に成形されている。

ところで、上記合金工具鋼の熱処理は、１回以上の焼き戻しを含んでいる。このため、ラム本体１１は、上記焼き戻しにおいて１つ以上設定される焼き戻し加熱温度のうちで最も低い温度（以下、「第１の温度」とも称する。）を超えてさらに加熱されると、合金工具鋼の相変化による機械的性質の変化を発生させる。この「合金工具鋼の相変化による機械的性質の変化」の例としては、合金工具鋼に含まれるマルテンサイトがフェライトとセメンタイトとの混合組織に相変化することによるラム本体１１の硬度の低下などが挙げられる。
また、上記用意ステップによって用意される補強板１２の板厚は、この補強板１２によって強化されるラム１０の大きさおよびこのラム１０が受けることになる衝撃負荷の大きさによって適宜変更されるものである。例えば、ラム１０が２［ｔ］クラスのエアースタンプハンマーに使用されるラムである場合は、補強板１２は板厚５０［ｍｍ］のものが用意される。一方、ラム１０がより大型の鍛造ハンマーに使用される場合は、補強板１２はより厚い（例えば板厚８０［ｍｍ］の）ものが用意され、ラム１０がより小型の鍛造ハンマーに使用される場合は、補強板１２はより薄い（例えば板厚３０［ｍｍ］の）ものが用意される。

上述した用意ステップによって用意されたラム本体１１は、その内部および表面に亀裂などの損傷または欠陥が存在するか否かが、ラム本体１１を破壊することがない検査方法（例えば浸透探傷試験）によって検査される。このステップは、本発明における「非破壊検査ステップ」に相当する。この非破壊検査ステップによってラム本体１１から損傷または欠陥が検出された場合、後述する予熱ステップに進む前に、上記損傷および欠陥を全て補修する補修ステップが実行される。
上記非破壊検査ステップおよび上記補修ステップによれば、ラム１０のラム本体１１において、微小亀裂よりもスケールが大きく上記非破壊検査ステップによって検出が可能な損傷または欠陥は、全て補修された状態となる。これにより、ラム本体１１内から補強板１２によっては押さえこむことが難しい大きなスケールの損傷を減らすとともに、ラム本体１１そのものの耐久性を向上させて、ラム１０の耐久性をさらに向上させることが可能となる。

上記補修ステップにおける補修は、ラム本体１１において検出された損傷または欠陥をその周辺部分と一緒に削り取り、削り取られた部分を肉盛り溶接によって埋め戻してラム本体１１の形状を復元することで行われる。この補修方法によれば、補修の対象となる損傷または欠陥の周辺部分に、塑性変形領域または上記非破壊検査ステップでは検出されなかった損傷もしくは欠陥が存在する場合に、これらの塑性変形領域および損傷ならびに欠陥が上記補修の際に一緒に取り除かれる。また、上記補修方法によれば、上記肉盛り溶接の溶接材料を適宜変更することにより、補修後のラム本体１１の性質を変えることができる。すなわち、例えば炭素の含有量が少なくじん性が大きい溶接材料を用いた肉盛り溶接によってラム本体１１の損傷を補修することで、ラム本体１１において損傷が発生しやすい部分のじん性を局所的に向上させて、ラム本体１１全体の耐久性を向上させることができる。
なお、上述した用意ステップにおいて用意したラム本体１１が、以前に鍛造ハンマーで鍛造加工に使用されていた中古品であり、かつ、上述した非破壊検査ステップにおいて損傷が見つかった場合には、この損傷を調べることで、ラム本体１１において上記鍛造加工による微小亀裂が発生しやすい位置および発生した微小亀裂の進展の変形様式を予測することができる。

上述した用意ステップによって用意された補強板１２は、その内部および表面に亀裂などの損傷または欠陥が存在するか否かが、補強板１２を破壊することがない検査方法（例えば浸透探傷試験）によって検査される。この検査によって補強板１２から損傷または欠陥が検出された場合、後述する予熱ステップに進む前に、補強板１２において検出された損傷および欠陥を全て補修するか、損傷または欠陥がない新しい補強板１２を用意するかのいずれかが実行される。
上記各操作によれば、ラム１０の補強板１２において、微小亀裂よりもスケールが大きく検出が可能な損傷または欠陥をなくすことができる。これにより、補強板１２の耐久性を向上させて、ラム１０の耐久性をさらに向上させることが可能となる。

上述した各ステップを経たラム本体１１および補強板１２は、所定の加熱装置によってそれぞれ全体が所定の予熱温度になるまで加熱される。このステップは、本発明における「予熱ステップ」に相当する。この予熱ステップにより、溶接部１２Ａにおいて互いに溶接されたラム本体１１および補強板１２を常温にまで冷却した後に溶接部１２Ａまたはラム本体１１もしくは補強板１２に発生する溶接割れを抑制することができる。
なお、上記予熱ステップにおいて、上記予熱温度は、ラム本体１１を形成する合金工具鋼におけるマルテンサイト変態開始温度よりも高く、かつ、上述した第１の温度以下となる温度に設定されている。このため、上記予熱ステップにおいて、ラム本体１１は、上記合金工具鋼においてマルテンサイトの生成または分解をともなう相変化、および、この相変化にともなう変形を起こすことがない。

上記予熱ステップを経た補強板１２は、同じく上記予熱ステップを経たラム本体１１の側方側の表面上に凹凸構造１１Ａにあわせて配置され（図２および図３を参照）、その周縁部が溶接部１２Ａとされてラム本体１１に対してすみ肉溶接される（図３および図４を参照）。これにより、ラム本体１１および補強板１２は互いに一体に接合されて、この補強板１２によってラム本体１１が補強されたラム１０が形成される。このステップは、本発明における「溶接ステップ」に相当する。
ここで、上記溶接ステップの上記すみ肉溶接の溶接方法としては、溶接材料として引張強さの値および破断伸びの値がともに大きい高張力鋼用の溶接材料を用いたアーク溶接が採用される。ラム本体１１を形成する合金工具鋼よりも溶接性がよい低炭素な合金鋼によって補強板１２を形成して、この補強板１２を高張力鋼用の溶接材料を用いてラム本体１１にすみ肉溶接で溶接することにより、この溶接によるラム本体１１と補強板１２との接合強度を、鍛造ハンマー１（図１参照）による鍛造加工においてラム１０にかかる衝撃負荷に耐えられるだけの強度とすることが可能となる。また、アーク溶接は、高張力鋼用の溶接材料を用いた溶接に適した溶接方法である。なお、本明細書において、「引張強さ」および「破断伸び」は、それぞれＪＩＳ Ｚ ３２１１：２００８または２０１２年１２月の時点においてＪＩＳ Ｚ ３２１１：２００８によって引用される各規格に記載された「引張強さ」および「伸び」に相当する物性である。

上記すみ肉溶接においては、図３および図４に示すように、溶接部１２Ａにおいて溶融された上記高張力鋼用の溶接材料にラム本体１１および補強板１２の一部を溶かしこむように溶接を行う。これにより、溶接部１２Ａを介したラム本体１１と補強板１２との接合強度を大きくすることができる。一方で、ラム本体１１において溶接部１２Ａに隣接する部分には、溶接の熱源となるアーク放電（図示省略）または溶接部１２Ａの溶融金属による局所的な過熱の熱影響のために、金属の機械的性質が局所的に変化された熱影響部１１Ｃが生じる。この熱影響部１１Ｃにおける金属の機械的性質の変化には、例えば、合金工具鋼が過熱状態からの急冷によって焼き入れされた状態となることによるじん性の低下などがある。
なお、上記アーク放電および上記溶融金属は、補強板１２において溶接部１２Ａに隣接する部分の低炭素な合金鋼も局所的に過熱するが、この過熱による低炭素な合金鋼への熱影響は上記熱影響部１１Ｃにおける合金工具鋼への熱影響と比べて無視できるほど小さい。このため、図３および図４においては、補強板１２において過熱された部分を熱影響部として別に図示することをしていない。

また、上記すみ肉溶接においては、上記高張力鋼用の溶接材料として、ラム本体１１を形成する合金工具鋼および補強板１２を形成する低炭素な合金鋼のいずれよりもじん性が大きい溶接材料（例えばシャルピー衝撃試験（ＪＩＳ Ｚ ２２４２：２００５）から求められるシャルピー衝撃値が１２０［Ｊ／ｃｍ²］以上となる溶接材料）を使用することで、上記ラム本体１１と補強板１２との接合強度をさらに大きくすることができる。
また、上記溶接ステップにおいては、上述した予熱ステップを経たラム本体１１および補強板１２を、合金工具鋼におけるマルテンサイト変態開始温度よりも高い温度とし、かつ、ラム本体１１のうち溶接によって過熱される熱影響部１１Ｃを除く部分の全体を、上述した第１の温度以下とするように温度調整を行う。すなわち、上記溶接ステップにおいては、互いに溶接されるラム本体１１および補強板１２において、現在溶接が行われている溶接部１２Ａから離間された部分の各温度を測定しながら溶接を行う。そして、測定されたラム本体１１または補強板１２の温度が合金工具鋼におけるマルテンサイト変態開始温度以下にまで低下されそうになったときには、上記予熱ステップにおいて使用した加熱装置によってラム本体１１および補強板１２を再加熱して、このラム本体１１および補強板１２の各温度が合金工具鋼におけるマルテンサイト変態開始温度以下の温度とならないようにする。また、測定されたラム本体１１または補強板１２の温度が上述した第１の温度よりも所定の温度（例えば２０［℃］〜４０［℃］）だけ低い温度を超えた場合は、上述したすみ肉溶接における次のパスでラム本体１１の全体の温度が上記第１の温度を超えるおそれがあると判定して、パス間の待機時間を長くすることで、ラム本体１１のうち熱影響部１１Ｃを除く部分を上記第１の温度以下に保つ。

上述した溶接ステップによって形成されたラム１０は、上記溶接ステップに続いて、所定の溶接後熱処理装置によって、その全体が再結晶現象によってラム１０から残留応力を除去することができる温度（本発明における「第２の温度」に相当する温度）にされて、この状態が所定の時間（例えば１０［時間］）維持される。このステップは、本発明における「応力除去ステップ」に相当する。この応力除去ステップにおいては、ラム１０のラム本体１１および補強板１２は、マルテンサイト変態などの相変化を起こすことなく再結晶現象を起こすことで、それぞれの残留応力の一部あるいは全部が除去される。
なお、上記応力除去ステップを経たラム１０は、上記溶接後熱処理装置の設定温度を徐々に下げてラム１０を冷却させる徐冷ステップによって常温にまで冷却された後に、鍛造ハンマー１のピストンロッド１４Ａ（図１参照）に取り付けられる。

ところで、上述した応力除去ステップにおいてラム１０が維持される温度である第２の温度は、上記合金工具鋼におけるマルテンサイト変態開始温度を超えて、上述した第１の温度よりも少しだけ低い温度に設定されている。ここで、上記「第１の温度よりも少しだけ低い温度」とは、上記溶接後熱処理装置において温度の擾乱があった場合でもラム１０の温度が上記第１の温度を上回るおそれがない第１の温度近傍の温度であり、例えば第１の温度よりも２０［℃］〜４０［℃］だけ低い温度である。なお、上記第２の温度は、上記合金工具鋼に軟化焼鈍を発生させるために必要とされる加熱温度よりも低い。
また、上記第２の温度は、焼き入れされた合金工具鋼を焼き戻すことができる温度である。このため、上記応力除去ステップにおいては、ラム本体１１の熱影響部１１Ｃにおいて焼き入れされた状態とされた合金工具鋼（本発明における「熱影響を受けた金属」に相当する。）は、焼き戻された状態に変化されて、その機械的性質が、上述した溶接ステップの前においてラム本体１１を形成する合金工具鋼が有していた機械的性質に近づけられる。

上述したラム１０の強化方法によれば、マルテンサイト変態を生じさせにくい低炭素な合金鋼により補強板１２を形成し、この補強板１２およびラム本体１１を、このラム本体１１にマルテンサイト変態を生じさせる温度よりも高い温度に保ちながら溶接および応力除去処理を実行する。このため、上記溶接にともなう温度変化によるマルテンサイト変態のためにラム本体１１および補強板１２が変形することを抑えることができる。これにより、補強板１２をラム本体１１の表面上に溶接によって一体に接合させてラム１０を補強することが可能となる。
また、上述したラム１０の強化方法によれば、上述した溶接ステップにおいてラム本体１１に生じた熱影響部１１Ｃを、上述した応力除去ステップにおける第２の温度の設定により、上記溶接ステップの前の状態に近づけるように焼き戻すことができる。また、ラム本体１１における熱影響部１１Ｃ以外の部分は、その温度がラム本体１１を形成する合金工具鋼の焼き戻しにおける最低の焼き戻し加熱温度（すなわち上述した第１の温度）を上回らないように推移されることで、上記合金工具鋼が調質されたときの機械的性質を保つ。これにより、補強板１２の溶接により補強されたラム１０において、そのラム本体１１に生じる機械的性質の変化を抑えることができる。

本発明は、上述した一実施形態で説明した外観、構成に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、以下のような各種の形態を実施することができる。
（１）鍛造金型が係合される金型取り付け部材の凹凸構造は蟻溝に限定されない。すなわち、例えば金型取り付け部材の凹凸構造を蟻桟として鍛造金型に形成された蟻溝に係合させる構成を採用するなど、金型取り付け部材の凹凸構造の具体的な形状を適宜変更することができる。
（２）本発明における本体部材および補強板の具体的な素材は、上述したものに限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。例えば、補強板を形成する低炭素な合金鋼を、一般的には前もって炭素を添加する浸炭処理を行わない限りマルテンサイト変態が生じない物質であるニッケルクロムモリブデン鋼ＳＮＣＭ２２０（ＪＩＳ Ｇ ４０５３：２００８）に変更することができる。
（３）本発明により強化することができる金型取り付け部材は、圧縮空気を駆動力源として鍛造金型を持ち上げて落下させるエアースタンプハンマーに適用されるラムおよびソーブロックの組に限定されない。すなわち、本発明によれば、モーターを駆動力源としたスプリングハンマーなど、鍛造の衝撃力を被鍛造物に与える任意の鍛造ハンマーに適用される金型取り付け部材を強化することができる。また、上記鍛造ハンマーに適用される金型取り付け部材のうち、ラムまたはソーブロックのいずれか一方から補強板による本体部材の補強を省略することができる。

１ 鍛造ハンマー
１Ａ フレーム
１Ｂ ガイド部分
１０ ラム（金型取り付け部材）
１０Ａ 被ガイド溝
１１ ラム本体（本体部材）
１１Ａ 凹凸構造
１１Ｂ 縁部分
１１Ｃ 熱影響部
１２ 補強板
１２Ａ 溶接部
１３ 鍛造可動金型（鍛造金型）
１３Ａ 被取り付け部
１４ ピストン
１４Ａ ピストンロッド
２０ ソーブロック（金型取り付け部材）
２０Ａ 係合部
２１ ソーブロック本体（本体部材）
２１Ａ 凹凸構造
２１Ｂ 縁部分
２２ 補強板
２２Ａ 溶接部
２３ 鍛造固定金型（鍛造金型）
２３Ａ 被取り付け部
２４ アンヴィル
２４Ａ 被係合部
２４Ｂ 基礎
９０ 被鍛造物

Claims (2)

1. 鍛造ハンマーにおいて鍛造の衝撃力を被鍛造物に与えるための鍛造金型が着脱可能に取り付けられる金型取り付け部材の強化方法において、
   マルテンサイト変態を生じさせることができ、かつ、１回以上の焼き戻しを含む熱処理によって所定の機械的性質を有するように調質された合金工具鋼によって、側方に向かって開放される縁部分を有する凹凸構造を備えた形状に形成され、かつ、当該凹凸構造に前記鍛造金型が着脱可能に係合されて取り付けられる前記金型取り付け部材の本体部材と、前記合金工具鋼よりもマルテンサイト変態が生じにくい性質あるいはマルテンサイト変態が生じない性質を有し、かつ、前記合金工具鋼と比べてよりじん性が大きくかつより溶接性がよい低炭素な合金鋼によって形成されて、前記本体部材の前記側方側の表面上に前記凹凸構造にあわせて接合される補強板とをそれぞれ用意する用意ステップと、
   前記用意ステップによって用意された前記本体部材および前記補強板の両方を、前記合金工具鋼におけるマルテンサイト変態開始温度よりも高く、かつ、前記焼き戻しにおいて１つ以上設定される焼き戻し加熱温度のうちで最も低い温度である第１の温度以下の温度とする予熱ステップと、
   前記予熱ステップを経た前記補強板を、前記予熱ステップを経た前記本体部材の前記側方側の前記表面上に前記凹凸構造にあわせて配置して、配置された前記補強板を、高張力鋼用の溶接材料を用いたすみ肉溶接によって前記本体部材に一体に接合させることで、前記補強板によって前記本体部材が補強された前記金型取り付け部材を形成する溶接ステップと、
   前記溶接ステップによって形成された前記金型取り付け部材を、当該金型取り付け部材から残留応力を除去することができる温度である第２の温度に所定の時間維持することで、前記金型取り付け部材の前記本体部材および前記補強板における残留応力の一部あるいは全部を除去する応力除去ステップと、
   を有し、
   前記溶接ステップにおいては、前記予熱ステップを経た前記本体部材および前記補強板を、前記合金工具鋼におけるマルテンサイト変態開始温度よりも高い温度とし、かつ、前記本体部材のうち前記すみ肉溶接の熱影響部を除く部分を、前記第１の温度以下の温度とするように温度調整を行い、
   前記応力除去ステップにおいて、前記第２の温度は、前記合金工具鋼におけるマルテンサイト変態開始温度よりも高く、前記第１の温度以下で、かつ、前記本体部材の前記熱影響部を、当該熱影響部において熱影響を受けた金属の機械的性質を前記溶接ステップの前に前記合金工具鋼が有していた機械的性質に近づけるように焼き戻すことができる温度に設定されている、
   金型取り付け部材の強化方法。
2. 請求項１に記載の金型取り付け部材の強化方法であって、
   前記用意ステップが実行されてから前記予熱ステップが実行されるまでの間に、前記用意ステップによって用意された前記本体部材に損傷または欠陥が存在するか否かを、前記本体部材を破壊することなく検査する非破壊検査ステップと、当該非破壊検査ステップによって前記本体部材に損傷または欠陥が検出された場合に、検出された全ての損傷および欠陥に対して補修を行う補修ステップとが実行される、
   金型取り付け部材の強化方法。
   

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