JP6120144B2

JP6120144B2 - 回転鍛造用金型

Info

Publication number: JP6120144B2
Application number: JP2013041273A
Authority: JP
Inventors: 福井　毅; 毅福井; 松本　英樹; 英樹松本
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2033-03-01
Also published as: JP2014168794A

Description

本発明は、回転鍛造に用いる鍛造用金型に関するものであり、特に熱間での回転鍛造用金型に関するものである。

円盤形状の被鍛造材を熱間鍛造する技術として、従来より回転鍛造が知られている。例えば、特開２００９−０１２０５９号公報（特許文献１）には、共に略円形状とした上型と下型によって被鍛造材の上面と下面を挟持して押圧することにより熱間鍛造を行うことができる回転鍛造装置の発明が開示されている。
この装置において、上型には中心から径方向に放射状に設けられた複数の押圧面が存在する。この押圧面を被鍛造材に押圧した後、上型を被鍛造材から離間し、上型または被鍛造材を中心軸のまわりに所定の角度だけ回転させる。そして、上型の押圧面を被鍛造材の最初に押圧された部位から所定の角度だけずれた部位に押圧し、これを順次繰り返すことにより、被鍛造材の円周方向に肉流れが生じ、大型の被鍛造材であっても少ない押圧力で効率よく熱間鍛造を行うことができる。
なお、上型に設けられた押圧面の形状は、回転対称とすることで、押圧時の力のバランスが取れるような構造に設計される。

特開２００９−０１２０５９号公報

従来技術に係る回転鍛造において、上型や下型は一体物で作製されている。例えば、Ｔｉ合金やＡｌｌｏｙ７１８等の難加工性の被鍛造材を回転鍛造する場合では、押圧面の面積を小さくすることが有利である。また、被鍛造材が比較的小さなものである場合や、熱間鍛造性が優れた材質のものを被鍛造材として用いる場合では、押圧面の面積を大きくして回転鍛造に要する時間を短縮した方が有利である。しかしながら、一体物の金型を用いる場合、所望の鍛造に最適な金型をその都度作製することが必要であり、かつ鍛造時には装置から金型全部を取り外して、所望の金型を取り付ける作業が必要であった。
また、押圧面は被鍛造材を加工する作業面となるものであるから、例えば、作業面にγ’等の金属間化合物を析出させることで高強度化がはかれる析出強化型合金を肉盛して押圧面の高強度化をはかることで金型の寿命を向上させることが可能である。しかしながら、肉盛された析出強化型合金に時効処理を行おうとすると、金型母材の焼戻し温度以上に加熱することが必要となり、一体物の金型に対して時効処理を行うと、金型の母材が軟化してしまい、鍛造用金型として強度不良となる場合があった。そのため、回転鍛造前に肉盛した場所を時効処理することは極めて困難であった。
本発明の目的は、回転鍛造に用いられる金型において、押圧面の面積を自在に変更でき、更に、押圧面の強度を向上させることが可能な回転鍛造用金型を提供することである。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものである。
すなわち本発明は、
円盤状の基部と、前記基部の作業面側に前記基部の中心から径方向に放射状に配置された複数の押圧部とを有する回転鍛造用金型であって、
前記基部は前記押圧部を固定する固定手段を有し、
前記押圧部は前記固定手段によって前記基部に着脱可能に固定されており、
前記押圧部の押圧面は、前記基部よりも高強度であり、且つ、各押圧面には大きな押圧量とする場所と、前記大きな押圧量とする場所よりも小さな押圧量とする場所とが形成されていることを特徴とする回転鍛造用金型である。
好ましくは、熱間鍛造用の回転鍛造用金型であり、また、前記押圧部の押圧面にはテーパー部が設けられている回転鍛造用金型である。

本発明によれば、回転鍛造に用いる金型において、押圧面を構成する部分を脱着可能な構造とするため、被鍛造材の材質に応じて押圧面の面積を自在に変更することができる。また、従来では困難であった、押圧面を構成する押圧部を母材（基部）とは異なる金属材料を用いることが可能なため、押圧部の金属材料を時効処理によって高強度化をはかることができる。

本発明の押圧面の一例を示す模式図である。本発明の回転鍛造用金型の一例を示す模式図である。本発明の回転鍛造用金型の一例を示す模式図である。

本発明を図面を用いて説明する。
本発明の重要な特徴は、回転鍛造用金型１において、押圧面２を構成する部分（押圧部５）を脱着可能としたことにある。
図１及び図２に、本発明に係る一実施例の脱着式押圧面とその押圧面を配置した鍛造用金型の模式図を示す。回転鍛造用金型１は、円盤状の基部６と、前記基部の作業面側に基部の中心から径方向に放射状に配置された複数の押圧部とを有するものである。
本発明の回転鍛造用金型１は押圧面２の部分が非押圧面３の部分に対して突出しており、この押圧部５の押圧面２で被鍛造材を押圧（鍛造）する。
図１は押圧部５の一例を示す模式図である。押圧面２が作業面となる。押圧部５は基部６の作業面側に設けられた押圧部を固定する固定手段によって固定される。例えば、本発明の回転鍛造用金型を下型に用いる場合は、基部６に押圧部を嵌め合うことが可能な挿入溝を設けておくのが簡便である。また、本発明の回転鍛造用金型１を上型に用いる場合は、基部６に押圧部を嵌め合うことが可能な挿入溝を設け、さらに押圧部の落下を防止するために、ピンやネジで基部と固定する方法が簡便である。
また、例えば、押圧部を基部と固定する側の形状、または、押圧部自体の形状を、作業面側から底辺側に向かって広がる台形状として、基部の側面から差し込むような嵌め合いの形状により、押圧部と基部とを固定してもよい。
前述の固定手段によって、押圧部を固定した回転鍛造用金型は、例えば、熱間や恒温等の鍛造やプレスに使用すると、基部と押圧部との熱膨張により強固に固定することが可能である。

本発明では、押圧部を脱着可能とするため、例えば、被鍛造材の材質が難加工性である場合、押圧面の面積を小さなものと交換することで、同じ押圧力であっても単位面積当たりの加圧力を大きくすることができる。それとは逆に、被鍛造材が比較的小さなものである場合や、熱間鍛造性が優れた材質のものが被鍛造材である場合では、押圧面の面積が大きなものと交換することで、回転鍛造に要する時間を短縮することができる。このような押圧部５の押圧面（作業面）の面積を変更する場合、押圧面の面積が異なる押圧部を準備しておいて、適宜交換するとよい。
また、押圧部材５の高さも変更することが可能である。例えば、加工量を大きくしようとする場合、押圧部の底辺から押圧面までの高さを高いものに交換することで、加工量を大きくすることができる。
また、鍛造材の最終形状に合わせるように、図３に示すように押圧面２の径方向に押圧量を変化させ、押圧面に押圧量の大きな場所と、押圧量の小さな場所とを設けることにより、被鍛造材のニアネットシェイプ化がはかれる。ニアネットシェイプ化がはかれると、後の機械加工による切削工数を低減することができ、好ましい。

また、本発明では、押圧面を金型母材よりも高強度化することも容易となる。例えば、押圧部５を高温強度に優れた超耐熱合金とし、それ以外を安価な熱間金型用鋼とすることで、上型や下型の寿命を向上させつつ、金型作製費用も抑制することができる。
特に、押圧部に超耐熱合金を用いようといた場合、従来では超耐熱合金を高強度化する時効処理温度は、基部の焼戻し温度よりも高温であるため、回転鍛造用金型に用いられた超耐熱合金を時効処理することは困難であった。しかし、本発明によれば、押圧部のみの時効処理が可能となる。そのため、金型寿命の向上がはかれる。
また、押圧面に変形が生じた場合や、押圧面に肉盛を行う場合において、特に、大型の金型となると、肉盛溶接機も大型化するが、本発明の場合では、押圧部を取り出して肉盛溶接を行うことができるため、通常の溶接装置を用いることが可能となる。
また、従来の一体物の熱間鍛造用金型においては、金型自体を交換する必要が有ったり、また、大型の溶接装置を準備しないとならないところを、押圧部だけの交換とすることが可能なため、金型作製費用も大幅に削減することが可能となる。
なお、超耐熱合金による押圧部の高強度化をはかろうとする場合、例えば、γ’相による析出強化型の超耐熱合金を用いることが好ましい。押圧部の高強度化がはかれつつ、金型作製費用を抑制するためには、例えば基部にＪＩＳで規定される熱間金型用鋼を用いて、押圧部には、析出強化型のＮｉ基超耐熱合金を肉盛りした熱間金型用鋼や押圧部全部を析出強化型のＮｉ基超耐熱合金とするのが好ましい。

また、本発明の押圧面には、図１及び図２に示すようなテーパー部４を設けても良い。テーパー部４を設けることにより、かぶり疵を確実に防止することが可能となる。なお、テーパー部４の形成は、上型と下型両方の押圧面に形成することで、かぶり疵の発生をより確実に防止することが可能となり、更に好ましい。
また、本発明の回転鍛造用金型を上型と下型の両方に用いて、押圧面の個数を同じしつつ、さらに、中心から外周方向に所定の角度をもって形成される押圧面において、前記所定の角度も同じとするのがさらに好ましい。これにより、より確実に被鍛造材の上下方向からの部分的な鍛造を行うことが可能となる。

この本発明の回転鍛造用金型１を用いた回転鍛造の方法は、まず、一対の金型の間に被鍛造材を配置して、加圧し、一対の金型で被鍛造材を押圧して鍛造する。このとき、押圧面２を被鍛造材に押圧して被鍛造材を部分的に鍛造する。次に、被鍛造材を金型から離間し、金型１または被鍛造材を中心軸のまわりに所定の角度だけ回転させる。そして、再度一対の金型で被鍛造材を押圧して鍛造する。このとき押圧面は被鍛造材の最初に押圧された部位から所定の角度だけずれた部位を押圧する。好ましくは、鍛造し終わった場所と次の鍛造の場所とを重複するような角度で回転鍛造を行う。これを順次繰り返すことにより、被鍛造材の円周方向に肉流れが生じ、大型の被鍛造材であっても少ない押圧力であっても効率よく回転鍛造を行うことができる構造となる。
また、大型の製品の鍛造に本発明の回転鍛造用金型を適用する場合、例えば、図２で示す回転鍛造用金型で回転鍛造を行って予備成形体とした後、図３で示す回転鍛造を行うと大型製品のニアネットシェイプの鍛造に有効である。
なお、図２では、中心軸の部分を平坦として示している。中心軸の部分を金型の一部として使用するのであれば、目的に応じた形状としておくのが好ましい。例えば、型を掘っても良い。また、回転鍛造時の中心軸として被鍛造材の位置合わせ治具として用いるのであれば、突起や凹みの形状としても良い。勿論、中心軸部分も脱着可能であっても良い。

以上、説明する本発明の鍛造用金型によれば、押圧面の面積や高さを自在に変更でき、更に、押圧面の強度を向上させることが可能となる。また、金型作製費用や金型の補修も容易となることから、非常に経済的である。
また、押圧面の高強度化が容易であることや、熱膨張によりなるため、特に熱間鍛造用の金型として好適である。なお、熱間鍛造に限らず、冷間鍛造であっても有効である。

本発明の回転鍛造用金型は、通常の熱間鍛造の他、熱間プレス、恒温中での鍛造やプレスにも使用することができる。

１回転鍛造用金型
２押圧面
３非押圧面
４テーパー部
５押圧部
６基部

Claims

円盤状の基部と、前記基部の作業面側に前記基部の中心から径方向に放射状に配置された複数の押圧部とを有する回転鍛造用金型であって、
前記基部は前記押圧部を固定する固定手段を有し、
前記押圧部は前記固定手段によって前記基部に着脱可能に固定されており、
前記押圧部の押圧面は、前記基部よりも高強度であり、且つ、各押圧面には大きな押圧量とする場所と、前記大きな押圧量とする場所よりも小さな押圧量とする場所とが形成されていることを特徴とする回転鍛造用金型。
前記回転鍛造用金型が熱間鍛造用であることを特徴とする請求項１に記載の回転鍛造用金型。
前記押圧部の押圧面にはテーパー部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転鍛造用金型。
前記押圧面は析出強化型のＮｉ基超耐熱合金でなり、前記基部がＪＩＳで規定される熱間金型用鋼であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の回転鍛造用金型。
前記放射状に配置された押圧部は３つ形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の回転鍛造用金型。