JPH04339557A - 複合溶湯鍛造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属の溶湯鍛造法に関し
、特に自動車、産業機械などの部品製造のように量産を
目的とした加工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶湯鍛造法は溶湯から直接機械部品を製
造する技術として、主として自動車部品の生産に用途が
拡大している。この技術は、従来の鋳造に比べて微視的
組織が微細であることによって機械的性能が優れている
こととともに、内部に空隙ができないこと、外径精度が
高いことなどの利点を有する。現在は、自動車の足廻り
の部品などに適用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溶湯鍛
造法では溶融した金属を直接金型内に注入するため、金
型に融着をおこし、製品の離型および金型寿命が問題と
なっている。これを解決すべく、特開昭５３−１３０２
２９号公報には、金属の中空体内に溶融した金属を注入
し、その後加圧成形する方法が記載されている。しかし
、この発明は金属の中空体が冷間のままであることから
、加工時の成形性が悪く、溶湯鍛造の利点である複雑形
状の部品成形が困難であるという問題点を有していた。 とくに鋼材からなる中空体を用いた場合はそれが顕著で
あり、適用できる部品形状が制限されていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明はこうした現状に
鑑みなされたもので、その要旨とするところは、２％未
満の炭素量を含有する鋼材を用いてあらかじめ製品形状
より単純な形状に成形され、かつその肉厚／最外径比が
０．１５以下の中空体を５００℃以上に１〜５分間高周
波加熱し、直ちにこの中空体内部にこれと同種または異
種の溶融した金属体を注入し、注入金属体が溶融または
半溶融状態の内に製品形状を有しかつ３００℃以上にあ
らかじめ予加熱された金型中にて加圧し、成形一体化し
て固化させることを特徴とする複合溶湯鍛造法にある。

【０００５】

【作用】図１は本発明に係る溶湯鍛造法の一態様を示す
ものである。同図（ａ）に示すように、製品形状より単
純な形状に成形された２％未満の炭素量を含有する鋼材
からなる中空体１を高周波加熱コイル２により加熱する
。ただし、中空体１の肉厚／最外径比は０．１５以下と
する。加熱終了直後、同図（ｂ）に示すように中空体１
を金型４に挿入し、中空体１内に溶融した金属体３を注
入する。この時、金型４は高周波加熱などの加熱装置７
により３００℃以上に予加熱されている。その後パンチ
５により加圧成形を行うことにより、空隙部６に中空体
１および溶融した金属体３が充満、固化し、同図（ｃ）
に示すように製品８が完成する。

【０００６】本発明では、特開昭５３−１３０２２９号
公報記載の方法に比べ、中空体が加熱されることにより
変形抵抗が低くかつ流動性が良くなり空隙部６内への充
満が容易となり、複雑な製品形状が成形可能となる。ま
た、金型内に直接溶湯を注入する従来法に比べ、溶湯と
金型を中空体で隔てることにより溶湯が金型に融着する
ことがなく、金型寿命が向上できる利点を有している。

【０００７】なお、図１（ａ）では、中空体１の外側お
よび内側から加熱を行っているが、加熱温度あるいは中
空体１の均熱度によっては、内側からの加熱は省略可能
である。

【０００８】中空体に用いる鋼材の炭素量を２％未満と
したのは、これ以上の炭素量を有する鋼材では延性が低
く、加圧成形時に中空体が破損し、溶融した金属体が流
出するからである。中空体を５００℃以上に加熱するの
は、これよりも低い温度では加熱による中空体の軟質化
があまりみられないからである。また、中空体の肉厚／
最大直径比を０．１５以下とするのは、これを越えた肉
厚／最外径比を有する中空体ではその後の加圧成形時に
金型内の空隙部に充満しにくく、製品形状に成形できな
いからである。加熱時の酸化による肌あれを少なくする
ため高周波加熱とし、その際中空体の均熱加熱のために
１分以上の加熱時間が必要であるが、５分を越えた加熱
では加熱時間が長く、加熱効率および酸化スケールの発
生を防止する上からも避けるべきである。なお、酸化ス
ケールを防止するためにアルゴン、窒素などの不活性ガ
ス雰囲気内での加熱も可能である。さらに、注入金属体
が溶融または半溶融状態の内に加圧成形を行うのは、金
属体が固化してしまうと金属体の流動性が悪くなり、空
隙部に中空体および金属体が充満しなくなるためである
。また、金型を予め３００℃以上に予加熱するのは、加
圧成形時における中空体の温度低下による中空体の流動
性低下を防ぐためであり、これより低い温度ではその効
果が低いからである。

【０００９】

【実施例】本発明法の実施例として、図１に示す工程に
よる成形を実施した。表１に示す成分を有する機械構造
用炭素鋼Ｓ４５Ｃの板材（厚さ２ｍｍ）にて円筒容器状
（外径φ４０ｍｍ、高さ５０ｍｍ）の中空体１を成形し
、中空体１を１０℃／ｓの昇温速度で１２５０℃に高周
波加熱した。なお、中空体１の肉厚／最外径比は０．０
５であった。また、中空体１と同じ機械構造用炭素鋼Ｓ
４５Ｃを高周波炉で１６００℃に加熱溶解した。中空体
の加熱終了後２．０秒で金型４内に中空体を挿入した。 また、金型４は高周波加熱により４００℃に予加熱して
おいた。その後溶融したＳ４５Ｃを中空体１内に注入し
、溶融したＳ４５Ｃを１５２０℃でパンチ５で加圧成形
した。金型４の形状はモジュール２ｍｍ、歯数２４、ピ
ッチ円直径４８ｍｍ、歯先円直径５２ｍｍの平歯車形状
とした。従来法として、表１に示す成分を有する機械構
造用炭素鋼Ｓ４５Ｃを高周波炉で１６００℃に加熱溶解
し、中空体を用いずそのまま金型に注入したのち１５２
０℃で加圧成形した場合を従来法１とした。また、特開
昭５３−１３０２２９号公報記載にならい、本発明法と
同じＳ４５Ｃの円筒容器状の中空体を加熱せずに金型内
に挿入し、その中に高周波炉で１６００℃に加熱溶解し
た表１に示す成分を有する機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃを
注入し、１５２０℃で加圧成形した。これを従来法２と
する。なお、いずれの方法においても設定荷重３５０ｔ
ｏｎで加圧成形するとともに、従来法１および従来法２
では金型予加熱は行わなかった。

【００１０】

【表１】

【００１１】表２には、製品形状として、成形後の金型
と製品の空隙部を成形前の金型と製品の空隙部で徐した
値を残留空隙率とし、従来法１、従来法２、および本発
明法について示した。また、一個の金型で製造できた製
品の個数を金型寿命についても示した。

【００１２】

【表２】

【００１３】表２より、成形状態としては従来法２で残
留空隙率が約３０％もあり、所定の歯車形状に成形でき
ていない。従って金型寿命は０個となった。これに対し
、従来法１、本発明法で残留空隙率はそれぞれ１．２％
、１．５％と所定の歯車形状に成形できた。しかし、従
来法１では溶湯が金型に融着するために金型寿命は６３
個であったのに対し、本発明法では１２１６個と２０倍
以上の金型寿命の向上が図られた。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、溶湯鍛造の特徴である
複雑形状部品成形をそこなうことなく、金型の寿命が飛
躍的に向上するほか、外面と内部とで材質の異なる製品
の成形を容易に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合溶湯鍛造法の一態様を示す図であ
る。

【符号の説明】

１　　中空体 ２　　高周波加熱コイル ３　　溶融した金属体 ４　　金型 ５　　パンチ ６　　空隙部 ７　　加熱装置 ８　　製品

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　２％未満の炭素量を含有する鋼材を用
   いてあらかじめ製品形状より単純な形状に成形され、か
   つその肉厚／最外径比が０．１５以下の中空体を５００
   ℃以上に１〜５分間高周波加熱し、直ちにこの中空体内
   部にこれと同種または異種の溶融した金属体を注入し、
   注入金属体が溶融または半溶融状態のうちに製品形状を
   有しかつ３００℃以上にあらかじめ予加熱された金型中
   にて加圧し、成形一体化して固化させることを特徴とす
   る複合溶湯鍛造法。