JPH0679389A

JPH0679389A - 塑性加工方法及び装置

Info

Publication number: JPH0679389A
Application number: JP4237400A
Authority: JP
Inventors: Takao Hiyamizu; 孝夫冷水; Shigeyuki Inagaki; 繁幸稲垣
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1992-09-04
Filing date: 1992-09-04
Publication date: 1994-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】ＳＵＳ鋼の様な難加工性の金属材料をパーツ
ホーマー，ヘッダー，伸線機などで塑性加工する際に、
寸法精度，外観共に良好で、金型等の寿命を向上する。【構成】ヘッダー１の手前に、高周波誘導加熱装置１
０や、直接通電加熱装置２０などの加熱装置を配設し、
ＳＵＳ３０４鋼を所定温度に加熱してボルト部品を鍛造
する。加熱温度が８０℃〜２５０℃の範囲では、寸法精
度・外観共に良好であり、３００℃で外観がやや不良と
なり、４００℃では外観不良となった。逆に５０℃では
寸法精度が不良となった。加熱温度８０℃以上では、金
型寿命も冷間加工の２倍以上に向上した。高周波誘導加
熱及び直接通電加熱では、３００ＫＨｚ以下の高周波電
流を用いれば、表面の局部加熱を避けることができ、外
観良好となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属材料、特に難加工
性の金属材料を塑性加工する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属材料をパーツホーマー，ヘッ
ダーあるいは伸線機等にかけて塑性加工を施す方法とし
て、熱間加工（８００℃以上），温間加工（４００℃〜
６００℃）及び冷間加工が知られている。特に、ＳＵＳ
鋼の様な難加工性の金属材料では、変形抵抗を下げるた
めに温間加工又は熱間加工が採用されることが多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、熱間加工で
は、製品の寸法精度が悪くなり、スケールが付着すると
いった問題があった。また、温間加工においても、潤滑
剤が燃えて表面粗れを生ずるという問題があった。一
方、冷間加工では、変形抵抗が大きくて、減面率を十分
にとることができず、加工性が劣ると共に、金型やパン
チが摩滅・欠損し易く、金型やパンチ等の寿命が短くな
るという問題があった。

【０００４】そこで、本発明においては、ＳＵＳ鋼の様
な難加工性の金属材料についても、寸法精度，外観共に
良好で、金型等の寿命を向上することのできる新規な塑
性加工方法及びそれを線状あるいは棒状の金属材料を連
続加工する場合に好適な塑性加工装置の提供を目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】かかる目的を達
成するためなされた本発明の塑性加工方法は、金属材料
を８０℃以上３００℃以下に加熱して塑性加工すること
を特徴とする。この塑性加工方法によれば、加熱によっ
て金属材料の変形抵抗が低下し、加工性が向上する。し
かも、潤滑剤等が燃えることがなく、製品表面の外観を
損なうことがない。

【０００６】ここで、金属材料の変形抵抗は、加熱温度
が上がると低下する関係にあり、図１に例示する様に、
一般的に室温から２００℃〜３００℃前後までは急激に
低下し、その後６００℃前後までは緩やかに低下し、再
び急激に低下する関係にある。この第１の棚の部分４０
０℃〜６００℃が一般の温間加工の領域であり、第２の
棚の部分が熱間加工の領域である。

【０００７】この図から明かな様に、２００℃〜３００
℃まで加熱すれば、温間加工の領域（４００℃〜６００
℃）に比べればやや劣るものの相当程度に変形抵抗を低
下させることができる。一方、塑性加工において一般的
に用いられる潤滑剤は３００℃〜４００℃以上では分解
酸化してしまう。こうしたことから、加熱温度の上限と
して、一般的な温間加工温度よりも低い３００℃以下、
望ましくは２５０℃以下にすべきことが得られた。

【０００８】加熱温度の下限である８０℃については、
これよりも加熱温度が低い場合には、変形抵抗の低下が
十分でなく、金型寿命の向上にあまり寄与しないからで
ある。ちなみに、ＳＵＳ鋼をパーツホーマーやヘッダー
で塑性加工した場合、加熱温度が８０℃の場合に金型寿
命の２倍以上の向上が見られる。

【０００９】かかる本発明の塑性加工において、請求項
２に記載した様に、前記金属材料の加熱の際に、局部加
熱を、塑性加工中に用いる潤滑剤の燃焼温度未満に抑制
することが望ましい。局部加熱によっても潤滑剤の燃焼
等による外観不良が発生するからである。また、内部と
表面との加熱温度の差が大き過ぎると、加工性にも悪影
響が生じるからである。

【００１０】こうした本発明の塑性加工方法において
は、請求項３に記載した様に、前記金属材料の加熱は、
高周波誘導加熱により行うことができる。高周波誘導加
熱によれば、短時間の間に金属材料を所定温度に昇温す
ることができ、連続的に鍛造，伸線等を行うのに好適で
ある。ここで、請求項４に記載した様に、前記高周波誘
導加熱には、周波数３００ＫＨｚ以下の高周波電流を用
いることとすれば、金属材料表面の局部加熱を抑制し、
金属材料表面に施された潤滑被膜や塑性加工中に供給さ
れる潤滑油などの潤滑剤の燃焼による外観不良等の発生
を防止することができる。

【００１１】同じく、請求項５記載の様に、前記金属材
料の加熱は、２対の回転電極を通じての直接通電加熱と
することができ、この場合にも局部加熱を抑制するた
め、請求項６記載の様に、前記直接通電加熱には、周波
数１ＫＨｚ以上３００ＫＨｚ以下の高周波電流を用いる
こととすることが望ましい。直接通電においても、３０
０ＫＨｚを越える様な高周波電流を用いると金属材料表
面に局部加熱を起こすことは、高周波誘導加熱によるの
と同様である。一方、直流又は数百Ｈｚ程度の低周波電
流では、スパークの発生により局部溶融する場合があ
る。このため、直接通電加熱では、１ＫＨｚ以上３００
ＫＨｚ以下の高周波電流を用いることが望ましいのであ
る。

【００１２】こうした電気的な加熱方法の他、例えば、
請求項７記載の様に、前記金属材料の加熱は、所定温度
に昇温した油中を通過させることにより行うこととして
もよいし、請求項８記載の様に、前記金属材料の加熱
は、所定温度に昇温した加熱炉中を通過させることによ
り行うこととしてもよい。ただし、これらの手法では装
置構成がやや大きくなる。

【００１３】これら本発明の塑性加工方法は、線状ある
いは棒状の金属材料を連続加工する場合に以下の様に構
成した装置を用いるとよい。即ち、請求項９記載の様
に、線状あるいは棒状の長尺の金属材料を塑性加工する
塑性加工手段と、該塑性加工手段の前段に配設され、前
記金属材料を通過中に加熱する加熱手段と、該加熱手段
と前記塑性加工手段との間に配設され、金属材料の温度
を計測する温度計測手段と、該温度計測手段の計測した
温度に基づいて前記加熱手段における加熱条件を調節
し、前記金属材料を８０℃以上３００℃以下の範囲内の
所定温度に保持するフィードバック制御手段とを備えた
ことを特徴とする塑性加工装置を用いるとよい。この装
置によれば、線状あるいは棒状の金属材料を連続給送し
つつ均一な温度分布を保った状態で塑性加工を実行する
ことができる。

【００１４】この請求項９記載の塑性加工装置において
も、前記加熱条件は、金属材料の局部加熱を、塑性加工
中に用いる潤滑剤の燃焼温度未満に抑制する条件とする
ことが望ましい。

【００１５】

【実施例】次に本発明の構成，作用，効果を一層明らか
にするため、本発明を適用した好適な実施例を図面と共
に説明する。実施例としては、図２，図３に示す様に、
ヘッダー１に線材Ｗを連続送給しつつヘッダー１の内部
のカッタ装置（図示略）を用いてインラインで所定長さ
の加工片に切断し、図４に示す様なボルト用のパーツに
鍛造した。まず、システムについて説明する。

【００１６】第１のシステムでは、図２（Ａ）に示す様
に、ヘッダー１の手前に高周波誘導加熱装置１０を配設
した。また、第２のシステムでは、図２（Ｂ）に示す様
に、ヘッダー１の手前に２対の電極ローラ２１，２２
と、交流電源２３とからなる直接通電加熱装置２０を配
設した。第３のシステムでは、図３（Ａ）に示す様に、
ヘッダー１の手前に、油槽３１と、この油槽３１内に配
置した棒状ヒータ３２と、油槽３１を囲む様に配置した
油受け３３と、油槽３１へ線材Ｗを導入する導入ローラ
３４と、油槽３１内へ線材Ｗを押し下げる押下ローラ３
５と、油槽３１から線材Ｗを引き出す引出ローラ３６と
からなる油槽式加熱装置３０を配設した。また、第４の
システムでは、図３（Ｂ）に示す様に、ヘッダー１の手
前に管状の窒素雰囲気加熱炉４０を配設した。

【００１７】これらの各システムを用いて、ＳＵＳ３０
４鋼線材（φ８ｍｍ）を、ヘッダー１内のカッタ装置
（図示略）にて、図４（Ａ）に示す様に、長さ３６ｍｍ
の加工片に切断し、次いで、ヘッダー１内の複数段のパ
ンチ（図示略）にて鍛造加工して、図４（Ｂ）に示す様
になボルト部品に加工した。このＳＵＳ３０４鋼線材に
は、蓚酸塩被膜を施してあり、加工速度は１２０個／分
とした。また、鍛造中の潤滑として冷間圧造油を滴下し
た。

【００１８】高周波誘導加熱装置１０等による加熱条件
としての温度及び高周波電流の周波数条件等を表１に示
す。また、この表１の加熱条件で加工したボルト部品の
頭部直径が１４．０±０．２ｍｍ以内でかつ頭部高さが
５．０±０．０５ｍｍ以内に収まっているか否か（寸法
精度は良好か否か）、及び外観上、きず，表面粗れ又は
黒変は存在しないか否かという二つの観点からの評価結
果を表２に示す。また、表２には、室温での金型寿命を
１．０とした場合の金型寿命の向上の度合をも示す。加
熱温度条件が満足されていることの確認としては、ヘッ
ダー１と各加熱装置との間に配設した放射温度計を用い
た。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】表２において、「○」は「良」を、「×」
は「不良」を意味し、「△」は「やや不良」を意味す
る。この表１，表２から明かな様に、寸法精度の面で
は、８０℃以上とすることが望ましく、さらに、外観面
から３００℃以下、望ましくは２５０℃以下とするべき
である。なお、金型寿命は、試験Ｎｏ．２〜９について
は、最終的な金型寿命まで求めたわけではなく、２倍以
上に延びることを確認した時点で試験を終了している。
ちなみに、加熱温度２５０℃にてヘッダー１の金型が摩
滅するまでにＳＵＳ３０４鋼を上述のボルト部品に鍛造
することができる限界個数を確認したところ、約２００
００〜３００００個の部品加工が可能であった。これに
対し、室温での冷間加工では、パンチの欠損により、数
千個程度の連続加工しかできなかった。

【００２２】次ぎに、図２（Ｂ）に示した直接通電加熱
の方法において、高周波電流の周波数と局部加熱との関
係を評価するための試験を行った。この試験は、上述の
加工速度に合わせて線材Ｗを送給しつつ単に加熱のみを
実施し、加熱後の線材表面の状況を目視観察した。この
条件及び結果を表３に示す。

【００２３】

【表３】

【００２４】この表３から明かな様に、高周波電流が３
００ＫＨｚ以下の場合には、表面だけが局部加熱される
ということがなく、線材表面の蓚酸塩被膜が燃焼せず、
良好な外観を呈していた。しかし、４００ＫＨｚでは、
局部加熱によって表面の潤滑剤が延焼してしまった。

【００２５】この様に、本実施例から、加熱温度を８０
℃以上３００℃以下、より望ましくは８０℃以上２５０
℃以下とすべきこと、及び、その場合に高周波誘導加熱
又は直接通電加熱では、周波数３００ＫＨｚ以下の交流
電流を用いるのが望ましいということが分かった。な
お、直接通電加熱においては、さらに、直流若しくは低
周波電流では、電極ローラ２１，２２と線材Ｗとが接触
・離間する際にスパークが発生する。この様なスパーク
も線材の表面を損なうので、これを避ける必要がある。
そこで、スパークの発生しないことが確実な周波数を検
討したところ、１ＫＨｚ以上の高周波電流であれば大丈
夫であるということが分かった。この結果、高周波誘導
加熱においては３００ＫＨｚ以下が、直接通電加熱にお
いては１ＫＨｚ以上３００ＫＨｚ以下が望ましい電流条
件といえる。

【００２６】次ぎに、本発明を伸線システムに応用した
第２実施例について説明する。第２実施例の伸線システ
ムは、図５に示す様に、内部に粉末潤滑剤を収納した伸
線用のダイスボックス５０と、このダイスボックス５０
の手前に配設された高周波誘導加熱装置１０と、ダイス
ボックス５０及び高周波誘導加熱装置１０の間に配設し
た放射温度計５１と、この放射温度計５１の計測値を読
み込み、高周波誘導加熱装置１０の電源装置５２の周波
数制御をする制御装置５３とからなる。

【００２７】この周波数制御は、図６に示す様な手順で
実施される。まず、制御装置５３のスイッチ群等を操作
して入力された線材Ｗの材質に基づいて、予め記憶して
ある種々の加熱パターンの中から対応する加熱パターン
を選択して設定する（Ｓ１０）。次ぎに、スイッチ操作
により入力された加熱温度条件（８０℃〜３００℃の範
囲内）を設定する（Ｓ２０）。電源装置５２をこの加熱
温度条件及び加熱パターンに従って制御開始する（Ｓ３
０）。そして、放射温度計５１で検出した温度を入力
し、加熱温度の設定値と合致しているか否かを判定し
（Ｓ４０）、計測値が設定条件より低い場合には電源装
置５２のパワーを所定量だけ増加させ（Ｓ５０）、逆に
計測値が設定条件より高い場合には電源装置５２のパワ
ーを所定量だけ減少させる（Ｓ６０）。このＳ４０〜Ｓ
６０の処理を加工終了まで続ける（Ｓ７０）。

【００２８】このようにしてフィードバック制御を続け
る結果、線材Ｗは常に設定温度に保たれた状態でダイス
ボックス５０による伸線加工を施されることになる。こ
の結果、温度むらのない良好な条件で、しかも、ヘッダ
ーによる第１実施例の試験結果から明かな様に、寸法精
度，外観共に良好な伸線加工を施すことができる。

【００２９】なお、第１実施例のヘッダーにおいても同
様にフィードバック制御システムとして構成すると一層
好適なことはもちろんである。以上実施例を説明した
が、本発明はこの実施例に限定されるものではなくその
要旨を逸脱しない範囲内で種々なる態様のものとして実
施できることはもちろんである。

【００３０】例えば、ヘッダーや伸線機だけでなく、パ
ーツホーマーなどにおける塑性加工へも、本発明を適用
し得ることはもちろんである。また、加熱方法について
も、高周波誘導加熱等の実施例で示したタイプの加熱方
法に限られるものではない。さらに、塑性加工される金
属材料もＳＵＳ鋼に限らない。例えば、ベアリング鋼な
どの難加工性材料を塑性加工する場合には、ＳＵＳ鋼同
様に特に有効であり、難加工性材料以外の金属材料にお
いても、変形抵抗を低下させる結果、金型寿命の向上な
どに有効である。

【００３１】また、実施例の様な長尺線材の塑性加工に
限らず、短い加工片に切断した線材，棒材や、板材その
他の形態の金属材料の塑性加工に本発明方法を適用して
も構わない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の塑性加工方
法によれば、加熱によって変形抵抗を低下させると共
に、潤滑被膜や潤滑油などを燃焼させることもなく、寸
法精度，外観共に良好な製品を製造することができる。
そして、塑性加工機械側にとっても、金型等の寿命を向
上することができる。

【００３３】特に、請求項２，４，６記載の方法におい
ては、局部加熱による外観不良をも抑えることができ、
一層効果が高い。また、請求項３〜請求項６記載の方法
によれば、装置構成を大型化することなく上記効果をあ
げることができる。一方、本発明の塑性加工装置によれ
ば、線状あるいは棒状の金属材料を連続加工する場合
に、加工中の各種条件によって温度むらが生ずるのを有
効に防止し、温度分布の均一な状態で塑性加工を施すこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】変形抵抗と加熱温度との関係を示す模式的な
グラフである。

【図２】実施例の塑性加工システムの構成図である。

【図３】実施例の塑性加工システムの構成図である。

【図４】実施例で製造した鍛造品の寸法・形状を示す
説明図である。

【図５】第２実施例としての伸線システムの構成図で
ある。

【図６】第２実施例における制御手順のフローチャー
トである。

【符号の説明】

１・・・ヘッダー、１０・・・高周波誘導加熱装置、２
０・・・直接通電加熱装置、２１，２２・・・電極ロー
ラ、２３・・・交流電源、３０・・・油槽式加熱装置、
３１・・・油槽、３２・・・棒状ヒータ、３３・・・油
受け、３４・・・導入ローラ、３５・・・押下ローラ、
３６・・・引出ローラ、４０・・・窒素雰囲気加熱炉、
５０・・・ダイスボックス、５１・・・放射温度計、５
２・・・電源装置、５３・・・制御装置、Ｗ・・・線
材。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属材料を８０℃以上３００℃以下に加
熱して塑性加工することを特徴とする塑性加工方法。
【請求項２】請求項１記載の塑性加工方法において、
前記金属材料の加熱の際に、局部加熱を、塑性加工中に
用いる潤滑剤の燃焼温度未満に抑制したことを特徴とす
る塑性加工方法。
【請求項３】請求項１又は請求項２記載の塑性加工方
法において、前記金属材料の加熱は、高周波誘導加熱に
より行うことを特徴とする塑性加工方法。
【請求項４】請求項３記載の塑性加工方法において、
前記高周波誘導加熱には、周波数３００ＫＨｚ以下の高
周波電流を用いることを特徴とする塑性加工方法。
【請求項５】請求項１又は請求項２記載の塑性加工方
法において、前記金属材料の加熱は、２対の回転電極を
通じての直接通電加熱としたことを特徴とする塑性加工
方法。
【請求項６】請求項５記載の塑性加工方法において、
前記直接通電加熱には、周波数１ＫＨｚ以上３００ＫＨ
ｚ以下の高周波電流を用いることを特徴とする塑性加工
方法。
【請求項７】請求項１又は請求項２記載の塑性加工方
法において、前記金属材料の加熱は、所定温度に昇温し
た油中を通過させることにより行うことを特徴とする塑
性加工方法。
【請求項８】請求項１又は請求項２記載の塑性加工方
法において、前記金属材料の加熱は、所定温度に昇温し
た加熱炉中を通過させることにより行うことを特徴とす
る塑性加工方法。
【請求項９】線状あるいは棒状の長尺の金属材料を塑
性加工する塑性加工手段と、該塑性加工手段の前段に配設され、前記金属材料を通過
中に加熱する加熱手段と、該加熱手段と前記塑性加工手段との間に配設され、金属
材料の温度を計測する温度計測手段と、該温度計測手段の計測した温度に基づいて前記加熱手段
における加熱条件を調節し、前記金属材料を８０℃以上
３００℃以下の範囲内の所定温度に保持するフィードバ
ック制御手段とを備えたことを特徴とする塑性加工装
置。
【請求項１０】請求項９記載の塑性加工装置におい
て、前記加熱条件は、金属材料の局部加熱を、塑性加工
中に用いる潤滑剤の燃焼温度未満に抑制する条件とした
ことを特徴とする塑性加工装置。