KR20200120737A

KR20200120737A - 단조 공구

Info

Publication number: KR20200120737A
Application number: KR1020207027011A
Authority: KR
Inventors: 히로미 미우라; 나오쿠니 무라마츠; 다다히로 가와모토
Original assignee: 엔지케이 인슐레이터 엘티디; 히로미 미우라
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2020-10-21
Also published as: EP3778064A1; US20210001391A1; JP2019171426A; US11529671B2; KR102395408B1; JP6800400B2; EP3778064A4; CN111918732A; CN111918732B; EP3778064B1; WO2019189613A1

Abstract

단조 공구(10)는, 제1∼6 벽면(21∼26)에 의해 직방체 형상의 단조 공간(S)에서 워크(W)를 단조하는 단조 공구이다. 단조 공구(10)는, 제1 벽면(21) 및 이것과 이웃하는 제2 벽면(22)을 형성하는 제1 금형(30)과, 제3 벽면(23) 및 이것과 이웃하는 제4 벽면(24)을 형성하는 제2 금형(40)과, 제1 금형(30) 및 제2 금형(40)의 저면(32, 42)과 접촉면(61)이 접촉했을 때에 접촉면(61)에 둘러싸인 영역에서 제6 벽면(26)을 형성하는 제3 금형(60)을 구비하고 있다. 제1 금형(30)이 제5 벽면(25) 중 제1 벽면(21)과의 교선 및 제2 벽면(22)과의 교선을 2변으로 하는 삼각형의 영역(25a)을 형성하고, 제2 금형(49)이 제5 벽면(25) 중 제3 벽면(23)과의 교선 및 상기 제4 벽면(24)과의 교선을 2변으로 하는 삼각형의 영역(25b)을 형성하고 있고, 제5 벽면(25)과 제6 벽면(26)의 사이에서 워크(W)를 압박한다.

Description

단조 공구

본 발명은 단조 공구에 관한 것이다.

종래, 직방체 워크에 대하여, 워크의 서로 직교하는 X, Y, Z축 방향으로부터, 단조에 의해 순차적으로 소성 왜곡을 가하여 결정립을 미세화하는, 소위 다축 단조법이 알려져 있다(예컨대 특허문헌 1 참조). 다축 단조법에 이용하는 단조 공구로서 여러가지 것이 제안되어 있다. 예컨대, 방형 형상의 압축실이 설치된 압축 가공판과, 압축실에 상측으로부터 삽입되는 상부 앤빌과, 베이스에 설치된 통로에 삽입되면 상면이 압축실의 하면을 폐색하는 하부 앤빌을 구비한 것이 제안되어 있다(특허문헌 2 참조). 이 단조 공구에서는, 하부 앤빌을 인발하여, 베이스에 설치된 통로로부터 워크를 취출할 수 있다. 또한, 전술한 압축 가공판에 상당하는 부재로서, 복수의 틀부품을 조합하는 것에 의해 압축실이 형성된 내틀을 외틀의 내주에 끼워 넣은 부재를 구비한 것이 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 3 참조). 또한, 압축 상면과 그것에 연접하는 2개의 압축 측면으로 이루어진 압축 오목부를 저면부의 한쪽 단부 가장자리에 갖는 상부 지그부와, 저면부를 갖는 안내 오목부를 갖는 하부 지그부를 구비한 것이 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 2 참조). 이 단조 공구에서는, 압축 오목부의 압축 상면 및 압축 측면과, 안내 오목부의 저면부와 그것에 연접하는 2개의 측면부에 의해 압축실이 형성된다.

특허문헌 1 : 국제 공개 제2009/119237호 팜플렛 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2006-116592호 공보 특허문헌 3 : 국제 공개 제2013/146309호 팜플렛

그러나, 상부 앤빌을 압축실에 삽입하는 양태의 단조 공구에서는, 막대형의 상부 앤빌의 하단의 일면을 워크에 접촉시킨 상태로 하중을 가하기 때문에, 하중을 가했을 때에 워크의 변형에 따라 코어 어긋남이 생기고, 그 상태로 최대 하중을 받는 경우가 있었다. 이것에 의해 워크의 일부에 하중이 집중되거나 하여, 워크가 상부 앤빌이나 하부 앤빌에 강하게 고착되어 버리는 경우가 있었다. 이 경우, 상부 앤빌이나 하부 앤빌의 취출이 어려워지고, 결과적으로 워크의 취출이 어려워지는 경우가 있었다. 한편, 압축 오목부를 갖는 상부 지그부를 구비한 단조 공구에서는, 워크의 취출은 비교적 용이하다. 그러나, 저면부의 한쪽 단부 가장자리에 압축 오목부를 갖고 있고, 이 압축 오목부의 압축 상면을 워크에 접촉시킨 상태로 하중을 가하기 때문에, 하중을 가했을 때에 워크의 변형에 따라 이 압축 오목부측에 상부 지그부가 기울어지거나 하여 코어 어긋남이 생기고, 그 상태로 최대 하중을 받는 경우가 있었다. 이것에 의해, 압축 오목부의 압축 상면 중 압축 측면과 연접하지 않은 돌출 모서리부에 하중이 집중되거나 하여, 돌출 모서리부가 파손되어 버리는 경우가 있었다.

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 워크의 취출이 용이하고, 단조 공구 자체가 파손되기 어려운 단조 공구를 제공하는 것을 주목적으로 한다.

본 발명의 단조 공구는, 전술한 주목적을 달성하기 위해 이하의 수단을 채용했다.

즉, 본 발명의 단조 공구는,

제1 벽면과, 상기 제1 벽면과 이웃하는 제2 벽면과, 상기 제1 벽면에 대향하고 상기 제2 벽면과 이웃하는 제3 벽면과, 상기 제2 벽면에 대향하고 상기 제1 벽면 및 상기 제3 벽면과 이웃하는 제4 벽면과, 상기 제1∼4 벽면과 이웃하는 제5 벽면과, 상기 제5 벽면에 대향하고 상기 제1∼4 벽면과 이웃하는 제6 벽면에 의해 직방체 형상의 단조 공간에서 워크를 단조하는 단조 공구로서,

상기 제1 벽면 및 상기 제2 벽면을 형성하는 제1 금형과,

상기 제3 벽면 및 상기 제4 벽면을 형성하는 제2 금형

을 적어도 구비하고,

(a) 상기 제1 금형 및 상기 제2 금형에 더하여 상기 제1 금형 및 상기 제2 금형의 저면과 접촉면이 접촉했을 때에 상기 접촉면에 둘러싸인 영역에서 상기 제6 벽면을 형성하는 제3 금형을 더 구비하고, 상기 제1 금형이 상기 제5 벽면 중 상기 제1 벽면과 상기 제5 벽면의 교선 및 상기 제2 벽면과 상기 제5 벽면의 교선을 2변으로 하는 삼각형의 영역을 형성하고, 상기 제2 금형이 상기 제5 벽면 중 상기 제3 벽면과 상기 제5 벽면의 교선 및 상기 제4 벽면과 상기 제5 벽면의 교선을 2변으로 하는 삼각형의 영역을 형성하고 있고, 상기 제5 벽면과 상기 제6 벽면의 사이에서 상기 워크를 압박하여, 상기 제1 금형 및 제2 금형의 저면과 상기 제3 금형의 접촉면이 접촉했을 때에 상기 단조 공간이 형성되는 것, 또는

(b) 상기 제2 금형은 상기 제5 벽면 및 상기 제6 벽면을 형성하고, 상기 제1 금형은 상기 제1 벽면으로부터 상기 제1 벽면과 동일 평면상에 이어지는 제1 맞춤면을 가지며, 상기 제1 맞춤면에 대향하여 접하는 제1 대향면을 상기 제2 금형이 가지며, 또한 상기 제2 금형은 상기 제3 벽면으로부터 상기 제3 벽면과 동일 평면상에 이어지는 제2 맞춤면을 가지며, 상기 제2 맞춤면에 대향하여 접하는 제2 대향면을 상기 제1 금형이 가지며, 상기 제1 금형 및 상기 제2 금형에 상기 단조 공구의 축방향의 하중을 가했을 때에 상기 제2 맞춤면을 따라 상기 제2 대향면이 이동함과 더불어 상기 제1 대향면을 따라 상기 제1 맞춤면이 이동하도록, 상기 제1, 2 대향면 및 상기 제1, 2 맞춤면이 상기 하중의 방향에 수직인 평면에 대하여 경사져 있고, 상기 제2 벽면과 상기 제4 벽면의 사이에서 상기 워크를 압박하여, 상기 제1 금형에 설치된 제1 금형 접촉면과 상기 제2 금형에 설치된 제2 금형 접촉면이 접촉했을 때에 상기 단조 공간이 형성되는 것

중 하나를 만족시키는 것이다.

이 단조 공구에서는, (a)를 만족시키는 경우에는, 제1 금형 및 제2 금형을 조합했을 때의 저면의 중앙부에 단조 공간이 개구되고, 제1, 2 금형의 저면과 제3 금형의 접촉면이 접촉함으로써 단조 공간이 형성된다. 이것에 의해, 도중에 코어 어긋남이 생겼다 하더라도, 최대 하중을 받는 가공 최종 단계에서는, 제1, 2 금형의 저면(즉 단조 공간(S)의 개구의 주위 전체면)과 제3 금형의 접촉면이 접촉한다. 이것에 의해 코어 어긋남이 해소되기 때문에, 워크에 대한 하중의 집중이 억제되어, 워크가 고착되기 어렵고, 단조 공구 자체가 파손되기 어렵다. (b)를 만족시키는 경우에는, 제1 금형 및 제2 금형에 하중을 가했을 때에, 제2 맞춤면을 따라 제2 대향면이 이동함과 더불어 제1 대향면을 따라 제1 맞춤면이 이동하고, 제1 금형 접촉면과 제2 금형 접촉면이 접촉함으로써 단조 공간이 형성되기 때문에, 워크를 압박할 때에 코어 어긋남이 생기기 어렵다. 이 때문에, 코어 어긋남에 의해 단조 공구가 파손되거나 워크의 취출이 어려워지는 것을 억제할 수 있다. 또한, (a)(b)를 모두 만족시키는 경우에도, 워크의 주위의 사방 중, 인접하는 제1, 2 벽면이 제1 금형에, 인접하는 제3, 4 벽면이 제2 금형에 설치되어 있기 때문에, 워크는 제1, 2 금형으로 양자를 분리하는 방향의 힘을 가한다. 이 때문에, 제1∼4 벽면으로부터 워크를 용이하게 취출할 수 있다. 또, 본 명세서에서, 직방체 형상은, 제1∼6 벽면 중 이웃하는 벽면끼리 이루는 각이 전부 90°인 엄밀한 의미에서의 직방체 형상 외에, 이들 각도가 90±10°의 범위 내인 것을 포함한다. 또한, 직방체 형상에는, 제1∼6 벽면 중 이웃하는 벽면이 간극없이 접해 있는 것 외에, 단조에 영향을 미치지 않을 정도(예컨대 3 mm 이하)의 간극이 있는 것(단 제1 벽면과 제2 벽면 사이 및 제3 벽면과 제4 벽면 사이에 간극이 있는 것을 제외)을 포함한다.

본 발명의 단조 공구는, 상기 제1 벽면과 상기 제2 벽면이 이루는 각 및 상기 제3 벽면과 상기 제4 벽면이 이루는 각이 90°보다 큰 것으로 해도 좋다. 이렇게 하면, 제1 벽면과 제2 벽면이 이루는 각이나 제3 벽면과 제4 벽면이 이루는 각의 사이에 워크가 끼워지기 어려워, 워크를 보다 용이하게 취출할 수 있다. 이들 각은, 90°보다 크고 95° 이하가 바람직하고, 90.5° 이상 94° 이하가 보다 바람직하고, 91° 이상 93° 이하가 더욱 바람직하다. 90° 이상이면 워크의 취출이 보다 용이하고, 95° 이하이면, 엄밀한 의미에서의 직방체에 가까운 형상으로 워크가 가공되기 때문에, 전회의 단조후, 다음 회의 단조시에, 워크를 안정적으로 배치할 수 있다.

본 발명의 단조 공구는, 상기 (a)를 만족시키는 단조 공구로서, 상기 제1 금형 및 상기 제2 금형은, 조합하면, 상기 제1 금형의 저면 및 상기 제2 금형의 저면으로 형성된 저면에 상기 단조 공간이 개구된 기둥형상체가 되도록 형성된 부재이며, 상기 기둥형상체의 외주면은, 상기 기둥형상체의 저면으로부터 상기 저면과는 반대측의 상면으로 갈수록 상기 단조 공구의 축에 접근하도록 경사져 있고, 상기 기둥형상체의 외주면에 설치되고, 저면이 상기 기둥형상체의 저면과 단차가 없도록 형성된 통형상 부재를 더 구비한 것으로 해도 좋다. 기둥형상체가 저면으로부터 상면으로 갈수록 직경이 축소되고, 그 외주면에 저면이 기둥형상체의 저면과 단차가 없는 통형상 부재가 설치되기 때문에, 워크를 압박할 때에는 제1 금형과 제2 금형이 이격되어 버리는 것을 통형상 부재에 의해 억제할 수 있음과 더불어, 워크를 취출할 때에는 통형상 부재로부터 기둥형상체를 빼기 쉽다. 이 때문에, 제1 금형과 제2 금형의 분리가 용이하고, 워크의 취출이 용이하다. 이 단조 공구에 있어서, 상기 기둥형상체의 외주면은, 상기 단조 공구의 축에 대하여 45° 이하의 각도로 경사져 있는 것이 바람직하고, 3° 이상 10° 이하가 보다 바람직하다. 3° 이상이면, 통형상 부재로부터 기둥형상체를 보다 빼내기 쉽다. 또한, 10° 이하이면, 기둥형상체의 상면의 면적을 비교적 크게 할 수 있기 때문에, 기둥형상체의 상면에 가해지는 하중을 억제하여, 단조 공구 자체의 파손을 보다 억제할 수 있다. 또, 본 명세서에서, 기둥형상체에는, 원기둥이나 각기둥과 같이 직경이 일정한 기둥형인 것 외에, 원추대나 각추대와 같이 직경이 변화하는 추대형인 것이 포함된다.

(a)를 만족시키고 통형상 부재를 구비한 단조 공구에 있어서, 상기 제3 금형은, 상기 접촉면을 포함하는 저면과 상기 저면으로부터 세워진 내주면을 갖는 바닥이 있는 통형상의 오목부를 갖고 있고, 상기 오목부의 저면은 상기 통형상 부재의 저면과 외경이 일치하도록 형성되어 있는 것으로 해도 좋다. 이렇게 하면, 워크를 압박할 때에, 제1 금형과 제2 금형이 이격되는 방향의 힘을 통형상 부재뿐만 아니라 제3 금형에서도 받아낼 수 있기 때문에, 단조 공구 자체의 파손을 보다 억제할 수 있다.

(a)를 만족시키고 통형상 부재를 구비한 단조 공구에 있어서, 상기 제3 금형의 내주면은, 상기 저면으로부터 상기 저면과는 반대측의 개구면으로 갈수록 상기 단조 공구의 축으로부터 멀어지도록 경사져 있는 것으로 해도 좋다. 이렇게 하면, 제3 금형으로부터의 통형상 부재나 제1, 2 금형의 취출이 보다 용이해지고, 결과적으로, 워크를 보다 용이하게 취출할 수 있다. 이 단조 공구에 있어서, 상기 제3 금형의 내주면은, 상기 단조 공구의 축에 대하여 10° 이하의 각도로 경사져 있는 것이 바람직하고, 0.5° 이상 10° 이하가 보다 바람직하다. 0.5° 이상이면, 제3 금형으로부터의 통형상 부재나 제1, 2 금형의 취출이 보다 용이해진다. 또한, 10° 이하이면, 워크를 압박할 때에, 제1 금형과 제2 금형이 이격되는 방향의 힘을 보다 많이 받아낼 수 있기 때문에, 단조 공구 자체의 파손을 보다 억제할 수 있다. 이 단조 공구는, 상기 통형상 부재의 저면의 외주에, 상기 제3 금형의 접촉면과 접촉했을 때에 상기 제3 금형의 내주면에 대향하여 접하는 가이드면을 갖고 있는 것으로 해도 좋다. 이렇게 하면, 통형상 부재가 제3 금형의 내주면에 가이드되면서 제3 금형의 오목부에 삽입되기 때문에, 코어 어긋남을 보다 억제할 수 있다.

본 발명의 단조 공구는, 상기 (a)를 만족시키고, 상기 제1 금형 및 상기 제2 금형은, 조합하면, 상기 제1 금형의 저면 및 상기 제2 금형의 저면으로 형성된 저면에 상기 단조 공간이 개구된 기둥형상체가 되도록 형성된 부재이며, 상기 제3 금형은, 상기 접촉면을 포함하는 저면과 상기 저면으로부터 세워진 내주면을 갖는 바닥이 있는 통형상의 오목부를 가지며, 상기 오목부의 저면은 상기 기둥형상체의 저면과 외경이 일치하도록 형성되어 있는 것으로 해도 좋다. 즉, 전술한 통형상 부재를 생략해도 좋다. 이렇게 하면, 워크를 압박할 때에는 제1 금형과 제2 금형이 이격되는 것을 제3 금형의 오목부에 의해 억제할 수 있음과 더불어, 통형상 부재가 없기 때문에, 워크를 취출할 때에는, 제1 금형과 제2 금형의 분리가 보다 용이하고, 워크의 취출이 보다 용이하다.

(a)를 만족시키고 통형상 부재를 생략한 단조 공구에 있어서, 상기 제3 금형의 내주면은, 상기 저면으로부터 상기 저면과는 반대측의 개구면으로 갈수록 상기 단조 공구의 축으로부터 멀어지도록 경사져 있는 것으로 해도 좋다. 이렇게 하면, 제3 금형으로부터의 제1, 2 금형의 취출이 보다 용이해지고, 결과적으로, 워크를 보다 용이하게 취출할 수 있다. 이 단조 공구에 있어서, 상기 제3 금형의 내주면은, 상기 단조 공구의 축에 대하여 10° 이하의 각도로 경사져 있는 것이 바람직하고, 상기 제3 금형의 내주면은, 상기 단조 공구의 축에 대하여 0.5° 이상 10° 이하의 각도로 경사져 있는 것이 보다 바람직하다. 0.5° 이상이면, 제3 금형으로부터의 제1, 2 금형의 취출이 보다 용이해지고, 10° 이하이면, 워크를 압박할 때에, 제1 금형과 제2 금형이 이격되는 것을 보다 억제할 수 있다.

(a)를 만족시키고 통형상 부재를 생략한 단조 공구는, 상기 기둥형상체의 저면의 외주에, 상기 제3 금형의 접촉면과 접촉했을 때에 상기 제3 금형의 내주면에 대향하여 접하는 가이드면을 갖고 있는 것으로 해도 좋다. 이렇게 하면, 기둥형상체가 제3 금형의 내주면에 가이드되면서 제3 금형의 오목부에 삽입되기 때문에, 코어 어긋남을 보다 억제할 수 있다.

본 발명의 단조 공구는, 상기 (b)를 만족시키고, 상기 제2 금형 접촉면은, 상기 제1 대향면 중 상기 제4 벽면과는 반대측에 상기 제1 대향면으로부터 세워지도록 형성되고, 상기 제1 금형 접촉면은, 상기 제1 맞춤면 중 상기 제1 벽면과는 반대측에 상기 제2 금형 접촉면에 접촉하도록 형성되어 있는 것으로 해도 좋다. 이렇게 하면, 제1 금형에서는, 제2 대향면, 제2 벽면, 제1 벽면과 제1 맞춤면을 포함하는 면, 제1 금형 접촉면을 계단형으로 형성하고, 제2 금형에서는, 제2 맞춤면과 제3 벽면을 포함하는 면, 제4 벽면, 제1 대향면, 제2 금형 접촉면을 계단형으로 형성하면 되기 때문에, 단조 공구 자체의 형상이 복잡하지 않고, 단조 공구 자체가 파손되기 어렵다.

(b)를 만족시키는 단조 공구에 있어서, 상기 제2 금형은, 상기 제2 맞춤면과 상기 제3 벽면으로 형성된 저면의 일단으로부터 세워져 상기 제5 벽면을 형성하는 제1 측면과, 상기 저면의 타단으로부터 세워져 상기 제6 벽면을 형성하는 제2 측면을 갖는 오목부를 가지며, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면은, 상기 저면으로부터 상기 오목부의 개구로 갈수록 간격이 넓어지도록 경사져 있는 것으로 해도 좋다. 이렇게 하면, 오목부의 개구측이 넓어지기 때문에, 워크의 취출이 보다 용이하다. 이 단조 공구에 있어서, 상기 제1 측면은, 상기 저면의 일단으로부터 상기 단조 공구의 축에 평행하게 세워진 면에 대하여 10° 이하의 각도로 경사져 있는 것이 바람직하고, 1° 이상 10° 이하가 보다 바람직하다. 또한, 상기 제2 측면은, 상기 저면의 타단으로부터 상기 단조 공구의 축에 평행하게 세워진 면에 대하여 10° 이하의 각도로 경사져 있는 것이 바람직하고, 1° 이상 10° 이하가 보다 바람직하다. 1° 이상이면, 워크의 취출이 보다 용이하고, 10° 이하이면, 엄밀한 의미에서의 직방체에 가까운 형상으로 워크를 가공할 수 있다.

(b)를 만족시키는 단조 공구에 있어서, 상기 제1, 2 맞춤면 및 상기 제1, 2 대향면은, 상기 하중의 방향에 수직인 평면에 대하여 45° 이상 75° 이하의 각도로 경사져 있는 것으로 해도 좋다. 이 각도를 45° 이상으로 하면, 단조 공구에 가한 하중이 보다 충분히 워크에 전달되고, 75° 이하로 하면 제1 금형과 제2 금형이 보다 틀어지기 어렵다.

도 1은 단조 공구(10)의 사시도.
도 2는 단조 공구(10)의 분해 사시도.
도 3은 단조 공구(10)의 도 1의 A-A 단면도.
도 4는 단조 공구(10)를 도 3의 B-B 절단면으로 절단한 단면도.
도 5는 단조 공구(10)를 이용한 단조 방법을 도시하는 설명도.
도 6은 단조 공구(10)를 이용한 단조 방법에서의 가공 공정의 설명도.
도 7은 단조 공구(10)를 이용한 단조 방법에서의 워크(W)의 변형을 도시하는 설명도.
도 8은 단조 공구(110)의 사시도.
도 9는 단조 공구(110)의 분해 사시도.
도 10은 단조 공구(110)의 정면도.
도 11은 단조 공구(110)의 도 8의 C-C 단면도.
도 12는 단조 공구(110)를 이용한 단조 방법을 도시하는 설명도.
도 13은 단조 공구(110)를 이용한 단조 방법에서의 가공 공정을 도시하는 설명도.
도 14는 단조 공구(210)의 사시도.
도 15는 단조 공구(210)의 도 14의 D-D 단면도.
도 16은 단조 공구(210)를 이용한 단조 방법에서의 가공 공정의 설명도.
도 17은 실시예 1의 워크의 가공 전후의 외관 사진.
도 18은 실시예 1∼3의 인장 시험 결과.
도 19는 실시예 4의 워크의 가공 전후의 외관 사진.

다음으로, 본 발명의 실시형태를 도면을 이용하여 설명한다.

[제1 실시형태]

도 1은 제1 실시형태의 단조 공구(10)의 사시도, 도 2는 단조 공구(10)의 분해 사시도, 도 3은 단조 공구(10)의 도 1의 A-A 단면도, 도 4는 단조 공구(10)를 도 3의 B-B 절단면으로 절단한 단면도, 도 5는 단조 공구(10)를 이용한 단조 방법을 도시하는 설명도, 도 6은 단조 공구(10)를 이용한 단조 방법에서의 가공 공정의 설명도, 도 7은 단조 공구(10)를 이용한 단조 방법에서의 워크(W)의 변형을 도시하는 설명도이다. 도 1, 2에서는, 가려진 선을 파선으로 도시했지만, 일부의 가려진 선을 생략했다.

단조 공구(10)는, 직방체 형상의 워크(W)에 대하여, 워크(W)의 서로 직교하는 X, Y, Z축 방향으로부터, 단조에 의해 순차적으로 소성 왜곡을 가하는, 소위 다축 단조법에 이용되는 것이다. 단조 공구(10)는, 도 1∼4에 도시하는 바와 같이, 제1 벽면(21)과, 제1 벽면(21)과 이웃하는 제2 벽면(22)과, 제1 벽면(21)에 대향하고 제2 벽면(22)과 이웃하는 제3 벽면(23)과, 제2 벽면(22)에 대향하고 제1 벽면(21) 및 제3 벽면(23)과 이웃하는 제4 벽면(24)과, 제1∼4 벽면(21∼24)과 이웃하는 제5 벽면(25)과, 제5 벽면(25)에 대향하고 제1∼4 벽면(21∼24)과 이웃하는 제6 벽면(26)을 갖고 있다. 이 제1∼6 벽면(21∼26)에 의해 직방체 형상의 단조 공간(S)이 형성된다. 단조 공구(10)에서는, 이 단조 공간(S)에서 워크(W)를 단조한다. 도 2에서는, 제1∼6 벽면(21∼26)의 윤곽을 일점쇄선으로 도시했다.

단조 공구(10)는, 제1 금형(30)과, 제2 금형(40)과, 통형상 부재(50)와, 제3 금형(60)을 구비하고 있다. 이들은, 열간 다이스강(예컨대 SKD61) 등의 열간 공구강, 냉간 다이스강 등의 냉간 공구강을 포함하는 합금 공구강이나, 하스텔로이(하스텔로이는 등록상표) 등의 니켈기 합금 등으로 형성된 것으로 해도 좋다. 단조 공구(10)에는, 축(P)의 방향으로 하중이 가해진다. 단조 공구(10)의 축(P)은, 제1 금형(30)과 제2 금형(40)을 조합한 원추대(기둥형상체)의 축, 통형상 부재(50)의 축 및 제3 금형(60)의 오목부의 축과 일치한다.

제1 금형(30) 및 제2 금형(40)은, 맞춤면(31, 41)을 접촉시켜 조합하면, 저면(32, 42)에 단조 공간(S)이 개구된 원추대가 되도록 형성된 부재이다. 이 원추대의 외주면(34, 44)은, 저면(32, 42)으로부터 상면(33, 43)으로 갈수록 단조 공구(10)의 축(P)에 접근하도록, 축(P)에 대하여 α°의 각도로 경사져 있다(도 3 참조). α°는, 0°보다 크고 45° 이하가 바람직하고, 3° 이상 10° 이하가 보다 바람직하다. 3° 이상이면, 통형상 부재(50)로부터 원추대를 보다 빼내기 쉽다. 또한, 10° 이하이면, 원추대의 상면(33, 43)의 면적을 비교적 크게 할 수 있기 때문에, 원추대의 상면(33, 43)에 가해지는 하중을 억제하여, 단조 공구(10) 자체의 파손을 보다 억제할 수 있다.

제1 금형(30)은, 축(P)을 포함하는 평면으로 원추대를 절반으로 절단한 반원추대형상이며, 제1 벽면(21) 및 제2 벽면(22)을 형성하고, 또한 제5 벽면(25) 중 제1 벽면(21)과 제5 벽면(25)의 교선 및 제2 벽면(22)과 제5 벽면(25)의 교선을 2변으로 하는 삼각형의 영역인 천장부(25a)를 형성하는 부재이다. 맞춤면(31)과 저면(32)이 교차하는 모서리부의 중앙에는, 단조 공간(S)을 구성하는 오목부(35)가 형성되어 있다. 오목부(35)는, 저면(32)에 평행하고 긴 변이 맞춤면(31) 상에 위치하는 삼각형의 천장부(25a)와, 천장부(25a)의 긴 변 이외의 한 변으로부터 축(P)에 평행하게 세워진 제1 벽면(21)과, 천장부(25a)의 나머지 한 변으로부터 축(P)에 평행하게 세워진 제2 벽면(22)으로 구성되어 있다. 오목부(35)는, 저면(32)으로부터의 깊이가 a이고, 제1 벽면(21)의 폭이 b이고, 제2 벽면(22)의 폭이 c(단, a<b<c)가 되도록 형성되어 있다(도 3 참조). a, b, c의 값은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 1.03a≤b≤1.49a, 1.06a≤c≤2.22a를 만족시키는 것이 바람직하다. 그 중, 1.10a≤b≤1.20a, 1.21a≤c≤1.44a를 만족시키는 것에서는, 각 단조 패스에서의 변형이 비교적 작고, 다축 단조를 보다 용이하게 행할 수 있다. 축비(c/a의 값)가 큰 경우는, 보다 적은 단조 패스수로 다축 단조가 가능해지지만, 취성 재료의 워크를 가공하는 경우 등에는 워크에 균열이 발생하는 경우가 있다. a, b, c의 값은 c=b²/a를 만족시키는 것이 바람직하다. 또한, 오목부(35)는, 제1 벽면(21)과 제2 벽면(22)이 이루는 각이 90° 이상인 θ°가 되도록 형성되어 있다(도 4 참조). θ°의 값은, 90°보다 크고 95° 이하가 바람직하고, 90.5° 이상 94° 이하가 보다 바람직하고, 91° 이상 93° 이하가 더욱 바람직하다. 90° 이상이면 워크(W)의 취출이 보다 용이하고, 95° 이하이면, 엄밀한 의미에서의 직방체에 가까운 형상으로 워크(W)가 가공되기 때문에, 전회의 단조후, 다음 회의 단조시에, 워크(W)를 안정적으로 배치할 수 있다. 맞춤면(31)과 상면(33)이 교차하는 모서리부에는, 면취 형상의 면(36)이 형성되어 있다. 외주면(34)의 상부 중앙에는, 원형의 개구를 갖는 바닥이 있는 구멍(37)이 맞춤면(31)을 향해 뚫려 있다.

제2 금형(40)은, 축(P)을 포함하는 평면으로 원추대를 절반으로 절단한 반원추대형상이며, 제3 벽면(23) 및 제4 벽면(24)을 형성하고, 또한 제5 벽면(25) 중 제3 벽면(23)과 제5 벽면(25)의 교선 및 제4 벽면(24)과 제5 벽면(25)의 교선을 2변으로 하는 삼각형의 영역인 천장부(25b)를 형성하는 부재이다. 맞춤면(41)과 저면(42)이 교차하는 모서리부의 중앙에는, 단조 공간(S)을 구성하는 오목부(45)가 형성되어 있다. 오목부(45)는, 저면(42)에 평행하고 긴 변이 맞춤면(41) 상에 위치하는 삼각형의 천장부(25b)와, 천장부(25b)의 긴 변 이외의 한 변으로부터 축(P)에 평행하게 세워진 제3 벽면(23)과, 천장부(25b)의 나머지 한 변으로부터 축(P)에 평행하게 세워진 제4 벽면(24)으로 구성되어 있다. 천장부(25b)는 제1 금형(30)의 천장부(25a)와 함께 단조 공간(S)의 제5 벽면(25)을 형성한다. 오목부(45)는, 저면(42)으로부터의 깊이가 a이고, 제3 벽면(23)의 폭이 b이고, 제4 벽면(24)의 폭이 c(단, a<b<c)가 되도록 형성되어 있다(도 3 참조). a, b, c의 값은 제1 금형(30)과 동일하다. 또한, 오목부(45)는, 제3 벽면(23)과 제4 벽면(24)이 이루는 각이 90° 이상인 θ°가 되도록 형성되어 있다(도 4 참조). θ°의 값은 제1 금형(30)과 동일하다. 맞춤면(41)과 상면(43)이 교차하는 모서리부에는, 면취 형상의 면(46)이 형성되어 있다. 이 면(46)은, 제1 금형(30)의 면(36)과 함께, V자의 바닥이 제1, 2 금형(30, 40)의 맞춤면(31, 41)에 이어지는 V자홈을 형성하고 있다. 이 V자홈의 바닥을 향해 봉형상 지그 등을 삽입함으로써, 제1 금형(30)과 제2 금형(40)을 용이하게 분리할 수 있도록 구성되어 있다. 이 V자홈은 생략해도 좋다. 외주면(44)의 상부 중앙에는, 원형의 개구를 갖는 바닥이 있는 구멍(47)이 맞춤면(41)을 향해 뚫려 있다.

통형상 부재(50)는, 제1 금형(30) 및 제2 금형(40)을 조합한 원추대의 외주에 설치되며 양쪽 끝이 개구된 통형상의 부재이다. 통형상 부재(50)는, 제1 금형(30) 및 제2 금형(40)의 외주면(34, 44)과 내주면(51)이 접촉하고, 제1 금형(30) 및 제2 금형(40)의 저면(32, 42)과 저면(52)이 단차가 없도록 형성되어 있다. 또한, 상면(53)이 제1 금형(30) 및 제2 금형(40)의 상면(33, 43)과 단차가 없거나, 상면(53)이 상면(33, 43)보다 낮아지도록 형성되어 있다(도 3 참조). 상면(33, 43)과 상면(53)의 높이의 차 d의 값은, 기본적으로는 0 mm이면 되지만, 하중을 가했을 때의 제1, 2 금형의 변형을 고려하여 0 mm보다 큰 값을 설정해도 좋다. d의 값은, 하중을 가했을 때에도 제1, 2 금형(30, 40)의 맞춤면(31, 41)이 이격되지 않을 정도의 값, 예컨대 1 mm 이하 등이 바람직하다. 또, d의 값은, 약간 마이너스, 즉, 상면(53)이 상면(33, 43)보다 약간 높아지도록 형성되어 있어도 좋다. 외주면(54)은 원통형상이며, 외주면(54)에는 바닥이 있는 레버 구멍(55)이 2개, 대향하는 위치에 뚫려 있다. 레버 구멍(55)은, 통형상 부재(50)를 제3 금형(60)으로부터 취출할 때에 이용하는 것이며, 봉형상 지그를 삽입하고, 제3 금형(60)의 개구면(63)을 지점으로 하여 통형상 부재(50)를 상측으로 인상할 수 있도록 형성되어 있다. 이 레버 구멍(55)은 생략해도 좋다. 통형상 부재(50)의 상부에는, 외주면(54)으로부터 내주면(51)까지 관통하여, 제1 금형(30) 및 제2 금형(40)의 바닥이 있는 구멍(37, 47)에 이어지는 관통 구멍(57)이 뚫려 있다. 이 관통 구멍(57)은, 제1, 2 금형(30, 40)의 바닥이 있는 구멍(37, 47)보다 작은 직경으로 형성되어 있고, 내주에는 암나사골이 형성되어 있다. 이 관통 구멍(57)의 외주면(54)측으로부터 볼트(58)를 삽입하고, 제1 금형(30) 및 제2 금형(40)의 바닥이 있는 구멍(37, 47)에 볼트(58)의 선단이 도달하고, 볼트(58)에 제1 금형(30) 및 제2 금형(40)을 밀봉할 수 있는 위치까지 나사 결합시킴으로써, 제1 금형(30), 제2 금형(40) 및 통형상 부재(50)가 고정된다.

제3 금형(60)은, 맞춤면(31, 41)이 합쳐진 상태의 제1 금형 및 제2 금형의 저면(32, 42)과 접촉하는 접촉면(61)을 가지며, 저면(32, 42)과 접촉면(61)이 접촉했을 때에 접촉면(61)으로 둘러싸인 영역이 제6 벽면(26)을 형성하는 부재이다. 제3 금형(60)은, 접촉면(61)을 포함하는 저면(62)과, 저면(62)으로부터 세워진 내주면(64)을 갖는 바닥이 있는 원통형의 오목부(65)를 갖고 있다. 제3 금형의 오목부(65)의 저면(62)은 통형상 부재(50)의 저면(52)과 외경이 일치하도록 형성되어 있다. 내주면(64)은, 저면(62)으로부터 개구면(63)으로 갈수록 축(P)으로부터 멀어지도록, 축(P)에 대하여 β°의 각도로 경사져 있다(도 3 참조). 내주면(64)은, 축(P)에 대하여 10° 이하의 각도로 경사져 있는 것이 바람직하고, 0.5° 이상 10° 이하의 각도로 경사져 있는 것이 보다 바람직하다. 0.5° 이상이면, 제3 금형(60)으로부터의 통형상 부재(50)나 제1, 2 금형(30, 40)의 취출이 보다 용이해진다. 또한, 10° 이하이면, 워크(W)를 압박할 때에, 제1 금형(30)과 제2 금형(40)이 이격되는 방향의 힘을 보다 많이 받아낼 수 있기 때문에, 단조 공구(10) 자체의 파손을 보다 억제할 수 있다. 제3 금형(60)은, 오목부(65)의 바닥에 취출 가능한 판부재를 구비하고, 이 판부재의 표면을 저면(62)으로 해도 좋다. 이렇게 하면, 제3 금형(60) 본체의 마모 등을 보다 억제할 수 있다.

다음으로, 단조 공구(10)를 이용하여 워크(W)를 다축 단조하는 방법에 관해 설명한다. 워크(W)로는, 각 변의 길이가, 제1, 2 금형(30, 40)의 전술한 a, b, c(단, a<b<c)의 값에 대응하는 직방체 형상인 것을 이용한다. 워크(W)로는, 예컨대, 티탄이나 티탄 합금, 구리나 구리 합금, 스테인레스강 등의 철강재, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 등을 이용할 수 있다.

이 다축 단조법에서는, 예컨대, 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 제3 금형(60)에 제1 형상의 워크(W)를 배치하는 배치 공정과, 배치된 워크(W)를 단조 공간(S)(도 1 참조)의 형상에 따른 제2 형상으로 변형시키는 것에 의해 워크(W)에 소성 왜곡을 가하는 가공 공정과, 가공을 끝낸 워크(W)를 취출하는 취출 공정을 포함하며, 배치 공정에서 취출 공정까지를 2회 이상 반복하는 것으로 해도 좋다. 또, 제1 형상과 제2 형상은 모두, 길이 a, b, c의 변을 갖는 점에서 공통된다. 한편, 제1 형상과 제2 형상은, 제1 형상에서 길이 c였던 변이 제2 형상에서는 길이 a의 변이 되고, 제1 형상에서 길이 b였던 변이 제2 형상에서는 길이 c의 변이 되고, 제1 형상에서 길이 a였던 변이 제2 형상에서는 길이 b의 변이 되는 점에서 상이하다.

배치 공정에서는, 워크(W)를 제3 금형(60)의 저면(62) 중 제6 벽면(26)을 형성하는 영역에 배치한다. 이 때, 워크(W) 중 길이 a, c의 변으로 둘러싸인 면이 길이 a, b의 변으로 둘러싸인 제1, 3 벽면(21, 23)에 대향하고, 길이 b, c의 변으로 둘러싸인 면이 길이 a, c의 변으로 둘러싸인 제2, 4 벽면(22, 24)에 대향하고, 길이 a, b의 변으로 둘러싸인 면이 길이 b, c의 변으로 둘러싸인 제5, 6 벽면(25, 26)에 대향하도록 배치한다.

가공 공정에서는, 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 볼트(58)로 고정된 제1 금형(30), 제2 금형(40) 및 통형상 부재(50)를 하강시켜, 제3 금형(60)의 오목부(65)에 삽입하고, 제1, 2 금형(30, 40)의 저면(32, 42)이 제3 금형(60)의 접촉면(61)에 접촉할 때까지 상측으로부터 가압한다. 이것에 의해, 제5 벽면(25)과 제6 벽면(26) 사이에서 워크(W)가 압박된다. 제1, 2 금형(30, 40)의 저면(32, 42)과 제3 금형(60)의 접촉면(61)이 접촉했을 때에 단조 공간(S)이 형성되고, 워크(W)는, 단조 공간(S)의 형상에 따른 제2 형상으로 변형된다. 제1, 3 벽면(21, 23)에 워크(W)의 길이 a, b의 변으로 둘러싸인 면이 대향하고, 제2, 4 벽면(22, 24)에 길이 a, c의 변으로 둘러싸인 면이 대향하고, 제5, 6 벽면(25, 26)에 길이 b, c의 변으로 둘러싸인 면이 대향한 상태가 된다.

취출 공정에서는, 우선, 통형상 부재(50)의 레버 구멍(55)에 도시하지 않은 봉형상 지그를 삽입하고, 제3 금형(60)의 개구면(63)을 지점으로 하여 통형상 부재(50)를 상측으로 인상한다. 이것에 의해, 통형상 부재(50)에 볼트(58)로 고정된 제1 금형(30), 제2 금형(40)을, 제3 금형(60)의 오목부(65)의 내주로부터 인상할 수 있다. 계속해서, 필요에 따라서, 볼트(58)를 풀거나, 볼트(58)를 제거하여 제1 금형(30), 제2 금형(40) 및 통형상 부재(50)를 분리하고, 워크(W)를 취출한다.

계속해서, 취출한 워크(W)를 회전시켜, 다시 배치 공정부터 취출 공정까지 행하고, 이러한 조작을 필요한 횟수만큼 반복한다. 이것에 의해, 도 7에 도시하는 바와 같이, 워크(W)의 서로 직교하는 X, Y, Z축 방향으로부터, 단조에 의해 순차적으로 소성 왜곡을 가할 수 있다. 즉, 첫회의 가공 공정에서 워크(W)의 X축 방향으로부터 하중 σx를 가한 경우, 다음 번에는 Y축 방향으로부터 하중 σy를 가하고, 그 다음은 Z축 방향으로부터 하중 σz를 가함으로써, 워크(W)의 서로 직교하는 X, Y, Z축 방향으로부터 순차적으로 소성 왜곡을 가할 수 있다.

이상 설명한 단조 공구(10)에서는, 제1 금형(30) 및 제2 금형(40)을 조합했을 때의 저면(32, 42)의 중앙부에 단조 공간(S)이 개구되고, 제1, 2 금형(30, 40)과 제3 금형(60)의 접촉면(61)이 접촉함으로써 단조 공간(S)이 형성된다. 이것에 의해, 도중에 코어 어긋남이 생겼다 하더라도, 최대 하중을 받는 가공 최종 단계(도 6의 완료시의 도면 참조)에서는, 제1, 2 금형(30, 40)의 저면(32, 42)(즉 단조 공간(S)의 개구의 주위 전체면)과, 제3 금형(60)의 접촉면(61)이 접촉한다. 이것에 의해 코어 어긋남이 해소되기 때문에, 워크(W)가 고착되기 어렵고, 단조 공구 자체가 파손되기 어렵다. 또한, 워크(W)의 주위의 사방 중, 인접하는 제1, 2 벽면(21, 22)이 제1 금형(30)에, 인접하는 제3, 4 벽면(23, 24)이 제2 금형(40)에 설치되어 있기 때문에, 워크(W)는, 제1, 2 금형(30, 40)에 양자를 분리하는 방향의 힘을 가한다. 이 때문에, 제1∼4 벽면(21∼24)으로부터 워크(W)를 용이하게 취출할 수 있다.

또한, 단조 공구(10)에서는, 맞춤면(31, 41)으로 맞댐으로써 형성되는 원추대가 저면(32, 42)으로부터 상면(33, 43)으로 갈수록 직경이 축소되고, 그 외주면(34, 44)에, 저면(52)이 원추대의 저면(32, 42)과 단차가 없는 통형상 부재(50)가 설치된다. 이 때문에, 워크(W)를 압박할 때에는 제1 금형(30)과 제2 금형(40)이 이격되어 버리는 것을 통형상 부재(50)에 의해 억제할 수 있음과 더불어, 워크(W)를 취출할 때에는 통형상 부재(50)로부터 원추대를 빼기 쉽다. 이 때문에, 제1 금형(30)과 제2 금형(40)의 분리가 용이하고, 워크(W)의 취출이 용이하다.

또한, 단조 공구(10)에서는, 제3 금형(60)은, 접촉면(61)을 포함하는 저면(62)과 저면(62)으로부터 세워진 내주면(64)을 갖는 바닥이 있는 통형상의 오목부(65)를 갖고 있고, 오목부(65)의 저면(62)은 통형상 부재(50)의 저면(52)과 외경이 일치하도록 형성되어 있다. 이 때문에, 워크(W)를 압박할 때에, 제1 금형(30)과 제2 금형(40)이 이격되는 방향의 힘을 통형상 부재(50)뿐만 아니라 제3 금형(60)에서도 받아낼 수 있기 때문에, 단조 공구(10) 자체의 파손을 보다 억제할 수 있다.

또한, 단조 공구(10)에서는, 제3 금형(60)의 내주면(64)은, 저면(62)으로부터 개구면(63)으로 갈수록 축(P)으로부터 멀어지도록 경사져 있기 때문에, 제3 금형(60)으로부터의 통형상 부재(50)나 제1, 2 금형(30, 40)의 취출이 보다 용이해진다. 결과적으로, 워크(W)를 보다 용이하게 취출할 수 있다.

[제2 실시형태]

도 8은 제2 실시형태의 단조 공구(110)의 사시도, 도 9는 단조 공구(110)의 분해 사시도, 도 10은 단조 공구(110)의 정면도, 도 11은 단조 공구(110)의 도 8의 C-C 단면도, 도 12는 단조 공구(110)를 이용한 단조 방법을 도시하는 설명도, 도 13은 단조 공구(110)를 이용한 단조 방법에서의 가공 공정을 도시하는 설명도이다. 도 8, 9의 사시도에서는, 가려진 선을 파선으로 도시했지만, 일부의 가려진 선을 생략했다. 또한, 도 8, 9에서는, 구조의 이해를 용이하게 하기 위해, 시인할 수 있는 면에 해칭을 넣었다.

단조 공구(110)는, 직방체 형상의 워크(W)에 대하여, 워크(W)의 서로 직교하는 X, Y, Z축 방향으로부터, 단조에 의해 순차적으로 소성 왜곡을 가하는, 소위 다축 단조법에 이용되는 것이다. 단조 공구(110)는, 도 8∼11에 도시하는 바와 같이, 제1 벽면(121)과, 제1 벽면(121)과 이웃하는 제2 벽면(122)과, 제1 벽면(121)에 대향하고 제2 벽면(122)과 이웃하는 제3 벽면(123)과, 제2 벽면(122)에 대향하고 제1 벽면(121) 및 제3 벽면(123)과 이웃하는 제4 벽면(124)과, 제1∼4 벽면(121∼124)과 이웃하는 제5 벽면(125)과, 제5 벽면(125)에 대향하고 제1∼4 벽면(121∼124)과 이웃하는 제6 벽면(126)을 갖고 있다. 이 제1∼6 벽면(121∼126)에 의해 직방체 형상의 단조 공간(S)이 형성된다. 단조 공구(10)에서는, 이 단조 공간(S)에서 워크(W)를 단조한다. 도 9에서는, 제1∼6 벽면(121∼126)의 윤곽을 일점쇄선으로 도시했다.

단조 공구(110)는, 제1 금형(130)과, 제2 금형(150)을 구비하고 있다. 이들은, 열간 다이스강(예컨대 SKD61) 등의 열간 공구강, 냉간 다이스강 등의 냉간 공구강을 포함하는 합금 공구강이나, 하스텔로이(하스텔로이는 등록상표) 등의 니켈기 합금 등으로 형성된 것으로 해도 좋다. 단조 공구(110)에는 축(P)의 방향으로 하중이 가해진다. 단조 공구(110)의 축(P)은, 제1 금형(130)의 축 및 제2 금형(150)의 축과 일치한다.

제1 금형(130)은, 본체부(135)의 저면(132)으로부터 계단형의 볼록부(136)가 돌출된 부재이다. 본체부(135)의 상면(133)은 단조 공구(110)의 축(P)(하중의 방향)에 수직으로 형성되어 있고, 본체부(135)의 저면(132)은 정면(131)측보다 배면(134)측에서 본체부(135)의 두께가 두꺼워지도록 경사져 있다. 볼록부(136)는, 정면(131)측이 배면(134)측보다 본체부(135)의 저면(132)으로부터의 높이가 높은 계단형으로 형성되어 있고, 정면(131)에 인접하여 형성된 제2 대향면(142)과, 제2 대향면(142)보다 높이가 낮고 제2 대향면(142)에 평행하게 형성된 제1 벽면(121) 및 제1 벽면(121)으로부터 제1 벽면(121)과 동일 평면상에 이어지는 제1 맞춤면(141)을 구비하고 있다. 제2 대향면(142)과 제1 벽면(121)은 제2 벽면(122)으로 접속되어 있고, 제1 맞춤면(141)과 본체부(135)의 저면(132)은 제1 금형 접촉면(143)으로 접속되어 있다. 이 볼록부(136)는, 제1 벽면(121)과 제2 벽면(122)이 이루는 각이 90° 이상인 θ°가 되도록 형성되어 있다(도 11 참조). θ°는, 90°보다 크고 95° 이하가 바람직하고, 90.5° 이상 94° 이하가 보다 바람직하고, 91° 이상 93° 이하가 더욱 바람직하다. 90° 이상이면 워크(W)의 취출이 보다 용이하고, 95° 이하이면, 엄밀한 의미에서의 직방체에 가까운 형상으로 워크가 가공되기 때문에, 전회의 단조후, 다음 회의 단조시에, 워크를 안정적으로 배치할 수 있다. 볼록부(136)의 측면(145 및 146)은, 축(P)에 평행하고 또한 서로 평행하게 형성되어 있다. 또한, 볼록부(136)는, 측면(145)과 측면(146)의 거리(폭)가 c이고, 제1 벽면(121)의 길이가 C-C 단면에서 a이고, 제2 벽면(122)의 길이가 C-C 단면에서 b(단, a<b<c)가 되도록 형성되어 있다. a, b, c의 길이는 제1 실시형태와 동일하다. 제1 벽면(121), 제1 맞춤면(141), 제2 대향면(142) 및 저면(132)은, 평행하게 형성되어 있고, 이들은 전부, 축(P)에 수직인 평면에 대하여 δ°의 각도로 경사져 있다(도 11 참조). δ°는, 45° 이상 75° 이하가 바람직하다. 이 각도를 45° 이상으로 하면, 단조 공구(110)에 가한 하중이 보다 충분히 워크(W)에 전달되고, 75° 이하로 하면, 제1 금형(130)과 제2 금형(150)이 보다 틀어지기 어렵다.

제2 금형(150)은, 본체부(155)의 상면(152)에 계단형의 오목부(156)가 설치된 부재이다. 본체부(155)의 저면(153)은 축(P)에 수직으로 형성되어 있고, 본체부(155)의 상면(152)은 배면(154)측보다 정면(151)측에서 본체부(155)의 두께가 두꺼워지도록 경사져 있다. 오목부(156)는, 제2 맞춤면(162)과 제3 벽면(123)으로 형성된 저면(164)의 일단으로부터 세워져 제5 벽면(125)을 형성하는 제1 측면(165)과, 저면(164)의 타단으로부터 세워져 제6 벽면(126)을 형성하는 제2 측면(166)을 갖고 있다. 제2 맞춤면(162)은, 제3 벽면(123)과 동일 평면상에 이어지는 면이다. 제1 측면(165)은, 저면(164)의 일단으로부터 축(P)에 평행하게 세워진 면에 대하여 γ°의 각도로 경사져 있다(도 10 참조). 제2 측면(166)은, 저면(164)의 타단으로부터 축(P)에 평행하게 세워진 면에 대하여 γ°의 각도로 경사져 있다. γ°는, 10° 이하가 바람직하고, 1° 이상 10° 이하가 보다 바람직하다. 1° 이상이면, 워크(W)의 취출이 보다 용이하고, 10° 이하이면, 엄밀한 의미에서의 직방체에 가까운 형상으로 워크를 가공할 수 있다. 오목부(156)는, 정면(151)측이 배면(154)측보다 깊이(상면(152)으로부터의 깊이)가 깊은 계단형으로 형성되어 있고, 정면(151)에 인접하여 형성된 저면(164)과, 저면(164)보다 깊이가 얕고 저면(164)에 평행하게 형성된 제1 대향면(161)을 구비하고 있다. 저면(164)과 제1 대향면(161)은 제4 벽면(124)으로 접속되어 있고, 제1 대향면(161)과 본체부(155)의 상면(152)은 제2 금형 접촉면(163)으로 접속되어 있다. 이 오목부(156)는, 제3 벽면(123)과 제4 벽면(124)이 이루는 각이 90° 이상인 θ°가 되도록 형성되어 있다(도 11 참조). θ°의 값은 제1 금형(130)과 동일하다. 또한, 오목부(156)는, 제1 측면(165)과 제2 측면(166)의 거리(폭)가 제2 맞춤면(162)에서 c이고, 제3 벽면(123)의 길이가 C-C 단면에서 a이고, 제4 벽면(124)의 길이가 C-C 단면에서 b(단, a<b<c)가 되도록 형성되어 있다. a, b, c의 길이는 제1 실시형태와 동일하다. 제3 벽면(123), 제1 대향면(161), 제2 맞춤면(162) 및 상면(152)은, 평행하게 형성되어 있고, 이들은 전부, 축(P)에 수직인 평면에 대하여 δ° 경사져 있다(도 11 참조). δ°는, 45° 이상 75° 이하가 바람직하다. 제2 금형(150)은, 오목부(156)의 저면(164)에, 취출 가능하도록 정면(151)측으로 비어져 나와 배치된 판부재를 구비하고, 이 판부재의 표면을 저면(164)(제2 맞춤면(162) 및 제3 벽면(123))으로 해도 좋다. 이렇게 하면, 판부재를 이용하여 워크(W)를 인출할 수 있기 때문에, 보다 용이하게 워크(W)를 취출할 수 있다.

다음으로, 단조 공구(110)를 이용하여 워크(W)를 다축 단조하는 방법에 관해 설명한다. 워크(W)로는, 각 변의 길이가, 제1, 2 금형(130, 150)의 전술한 a, b, c(단, a<b<c)의 값에 대응하는 직방체 형상인 것을 이용한다. 워크(W)로는, 예컨대, 티탄이나 티탄 합금, 구리나 구리 합금, 스테인레스강 등의 철강재, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 등을 이용할 수 있다.

이 다축 단조법에서는, 예컨대, 도 12 및 도 13에 도시하는 바와 같이, 제2 금형(150)의 저면(164)에 제1 형상의 워크(W)를 배치하는 배치 공정과, 배치된 워크(W)를 단조 공간(S)(도 8 참조)의 형상에 따른 제2 형상으로 변화시키는 것에 의해 워크(W)에 소성 왜곡을 가하는 가공 공정과, 가공을 끝낸 워크(W)를 취출하는 취출 공정을 포함하며, 배치 공정부터 취출 공정까지를 2회 이상 반복하는 것으로 해도 좋다.

배치 공정에서는, 워크(W)를 제2 금형(150)의 저면(164)에 배치한다. 이 때, 워크(W) 중 길이 b, c의 변으로 둘러싸인 면이 길이 a, c의 변으로 둘러싸인 제1, 3 벽면(121, 123)에 대향하고, 길이 a, b의 변으로 둘러싸인 면이 길이 b, c의 변으로 둘러싸인 제2, 4 벽면(122, 124)에 대향하고, 길이 a, c의 변으로 둘러싸인 면이 길이 a, b의 변으로 둘러싸인 제5, 6 벽면(125, 126)(도 9 참조)에 대향하도록 배치한다.

가공 공정에서는, 도 12 및 도 13에 도시하는 바와 같이, 우선, 제1 금형(130)을 하강시켜, 제1 금형(130)의 볼록부(136)를 제2 금형(150)의 오목부(156)에 삽입한다. 제1 금형(130)의 제2 대향면(142)이 제2 금형의 제2 맞춤면(162)에 접촉하면, 제2 맞춤면(162)을 따라 제2 대향면(142)이 슬라이드하고, 제1 대향면(161)을 따라 제1 맞춤면(141)이 슬라이드한다. 또한, 제1 금형(130)의 제2 벽면(122)이 워크(W)에 접촉하면, 제2 벽면(122)과 제4 벽면(124)의 사이에서 워크(W)를 압박한다. 이것에 의해, 제1, 2 맞춤면(141, 162)이나 제2, 1 대향면(142, 161)에 평행한 힘으로 워크(W)가 가압된다. 또한, 제1 금형(130)의 제1 금형 접촉면(143)이 제2 금형(150)의 제2 금형 접촉면(163)에 접촉하여 단조 공간(S)이 형성될 때까지 가압을 계속함으로써 가압 공정이 완료한다. 이것에 의해, 워크(W)는, 단조 공간(S)의 형상에 따른 제2 형상으로 변화하고, 제1, 3 벽면(121, 123)에 길이 a, c의 변으로 둘러싸인 면이 대향하고, 제2, 4 벽면(122, 124)에 길이 b, c의 변으로 둘러싸인 면이 대향하고, 제5, 6 벽면(125, 126)에 길이 a, b의 변으로 둘러싸인 면이 대향한 상태가 된다. 또, 가공 공정에서는, 제1 금형(130) 및 제2 금형(150)에 축(P)방향의 하중을 가했을 때에 제2 맞춤면(162)을 따라 제2 대향면(142)이 이동함과 더불어 제1 대향면(161)을 따라 제1 맞춤면(141)이 이동한다. 이 때문에, 단조 공구(110)에 하중을 가하는 프레스기와, 제1 금형(130)과의 사이에, 이러한 이동을 보다 원활하게 하기 위한 기구를 설치해도 좋다. 예컨대, 프레스기의 압박부와 제1 금형(130)의 사이에, 롤러나 윤활재 등을 설치해도 좋다.

취출 공정에서는, 제1 금형(130)을 제2 금형(150)으로부터 인상하여 워크(W)를 취출한다. 워크(W)를 취출할 때에는, 예컨대, 제2 금형(150)을 정면(151)이 아래가 되도록 회전시켜 취출해도 좋다. 이렇게 하면, 워크(W)는, 자신의 중량으로 정면(151)측으로 낙하하기 때문에, 용이하게 워크(W)를 취출할 수 있다.

계속해서, 취출한 워크(W)를 회전시켜, 배치 공정부터 취출 공정까지를 행하고, 이러한 조작을 필요한 횟수만큼 반복한다. 이것에 의해, 단조 공구(10)를 이용한 경우와 마찬가지로, 도 7에 도시하는 바와 같이, 워크(W)의 서로 직교하는 X, Y, Z축 방향으로부터, 단조에 의해 순차적으로 소성 왜곡을 가할 수 있다.

이상 설명한 단조 공구(110)에서는, 제1 금형(130) 및 제2 금형(150)에 하중을 가했을 때에, 제2 맞춤면(162)을 따라 제2 대향면(142)이 이동함과 더불어 제1 대향면(161)을 따라 제1 맞춤면(141)이 이동하고, 제1 금형 접촉면(143)과 제2 금형 접촉면(163)이 접촉함으로써 단조 공간(S)이 형성되기 때문에, 워크(W)를 압박할 때에 코어 어긋남이 생기기 어렵다. 이 때문에, 코어 어긋남에 의해 단조 공구(110)가 파손되거나 워크(W)의 취출이 어려워지는 것을 억제할 수 있다. 또한, 워크(W)의 주위의 사방 중, 인접하는 제1, 2 벽면(121, 122)이 제1 금형(130)에, 인접하는 제3, 4 벽면(123, 124)이 제2 금형(150)에 설치되어 있기 때문에, 워크(W)는, 제1, 2 금형(130, 150)에 양자를 분리하는 방향의 힘을 가한다. 이 때문에, 제1∼4 벽면(121∼124)으로부터 워크(W)를 용이하게 취출할 수 있다.

또한, 단조 공구(110)에서는, 제2 금형 접촉면(163)은, 제1 대향면(161) 중 제4 벽면(124)과는 반대측에 제1 대향면(161)으로부터 세워지도록 형성되고, 제1 금형 접촉면(143)은, 제1 맞춤면(141) 중 제1 벽면(121)과는 반대측에 제2 금형 접촉면(163)에 접촉하도록 형성되어 있다. 이러한 단조 공구(110)에서는, 그 제조시에, 제1 금형(130)에서는, 제2 대향면(142), 제2 벽면(122), 제1 벽면(121)과 제1 맞춤면(141)을 포함하는 면, 제1 금형 접촉면(143)을 계단형으로 형성하기만 하면 된다. 또한, 제2 금형에서는, 제2 맞춤면(162)과 제3 벽면(123)을 포함하는 저면(164), 제4 벽면(124), 제1 대향면(161), 제2 금형 접촉면(163)을 계단형으로 형성하기만 하면 된다. 이 때문에, 단조 공구 자체의 형상이 복잡하지 않아, 단조 공구 자체의 제조가 용이하고, 단조 공구 자체가 파손되기 어렵다.

이 단조 공구(110)에서는, 제2 금형(150)은, 제2 맞춤면(162)과 제3 벽면(123)으로 형성된 저면(164)의 일단으로부터 세워져 제5 벽면(125)을 형성하는 제1 측면(165)과, 저면(164)의 타단으로부터 세워져 제6 벽면(126)을 형성하는 제2 측면(166)을 갖는 오목부(156)를 가지며, 제1 측면(165)과 제2 측면(166)은, 저면(164)으로부터 오목부(156)의 개구로 갈수록 간격이 넓어지도록 경사져 있다. 이와 같이 오목부(156)의 개구측이 넓어졌기 때문에, 워크(W)의 취출이 보다 용이하다.

이 단조 공구(110)에서는, 제1, 2 맞춤면(141, 162) 및 제1, 2 대향면(161, 142)은, 하중의 방향(단조 공구(110)의 축(P))에 수직인 평면에 대하여 45° 이상 75° 이하의 각도로 경사져 있기 때문에, 단조 공구에 가한 하중이 보다 충분히 워크(W)에 전달되고, 제1 금형(130)과 제2 금형(150)이 보다 틀어지기 어렵다.

본 발명은 전술한 실시형태에 전혀 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러가지 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.

예컨대, 전술한 단조 공구(10)에서는, 제3 금형(60)은, 접촉면(61)을 포함하는 저면(62)과 저면(62)으로부터 세워진 내주면(64)을 갖는 바닥이 있는 통형상의 오목부(65)를 갖고 있는 것으로 했지만, 접촉면(61)을 포함하는 저면(62)을 갖고 있으면 되며, 예컨대 평면이어도 좋다. 또한, 단조 공구(10)에서는, 오목부(65)의 저면(62)은 통형상 부재(50)의 저면(52)과 외경이 일치하도록 형성되어 있는 것으로 했지만, 통형상 부재(50)의 저면(52)보다 외경이 크게 형성되어 있어도 좋다.

단조 공구(10)에서는, 제3 금형(60)의 내주면(64)은, 저면(62)으로부터 저면(62)과는 반대측의 개구면(63)으로 갈수록 축(P)으로부터 멀어지도록, 축(P)에 대하여 β°의 각도로 경사져 있는 것으로 했지만, 경사지지 않아도 좋은, 즉, β°가 0°이어도 좋다. 이 경우, 통형상 부재(50)의 외주면(54)은, 저면(52)으로부터 상면(53)으로 갈수록 축(P)에 접근하도록, 축(P)에 대하여 경사져 있는 것이 바람직하다. 이 경사는 0°보다 크고 45° 이하가 바람직하고, 3° 이상 10° 이하가 보다 바람직하다. 이렇게 하면, 제3 금형(60)으로부터의 통형상 부재(50)나 제1, 2 금형(30, 40)의 취출이 보다 용이해지고, 결과적으로, 워크(W)를 보다 용이하게 취출할 수 있다.

단조 공구(10)에서는, 통형상 부재(50)는, 도 1∼6에서, 외주면(54)이 축(P)에 평행한 원통형인 것으로 했지만, 외주면(54)이 축(P)에 평행한 것에 한정되지 않는다. 예컨대, 통형상 부재(50)의 저면(52)의 외주에, 제3 금형(60)의 접촉면(61)과 접촉했을 때에 제3 금형(60)의 내주면(64)에 대향하여 접하는 가이드면을 갖고 있는 것으로 해도 좋다. 이렇게 하면, 통형상 부재(50)가 제3 금형(60)의 내주면(64)에 가이드되면서 제3 금형의 오목부에 삽입되기 때문에, 코어 어긋남을 보다 억제할 수 있다. 또한, 예컨대, 외주면(54)의 저면(52)측뿐만 아니라 전체가 제3 금형(60)의 내주면(64)에 대향하여 접하도록 경사져 있어도 좋고, 외주면(54)이 저면(52)으로부터 상면(53)으로 갈수록 직경이 축소되도록 경사져 있어도 좋다.

단조 공구(10)에서는, 제1, 2 금형(30, 40)에 설치된 바닥이 있는 구멍(37)과 통형상 부재(50)에 형성된 관통 구멍(57)과, 볼트(58)를 이용하여 제1, 2 금형(30, 40)과 통형상 부재(50)를 고정했지만, 이러한 것에 한정되지 않는다. 예컨대, 제1, 2 금형(30, 40)에도 관통 구멍을 형성하고, 이 관통 구멍과 통형상 부재의 관통 구멍(57)에, 막대형 부재를 관통시키는 구조로 해도 좋고, 그 밖의 양태로 해도 좋고, 이들을 생략해도 좋다.

단조 공구(10)에서는, 제1, 2 금형(30, 40)을 조합하면 원추대가 되는 것으로 했지만, 추대형인 것이면 된다. 원추대이면, 통형상 부재(50)로부터 빼내기 쉽기 때문에 보다 바람직하다.

단조 공구(10)에서는, 오목부(35)는, 저면(32)으로부터의 깊이가 a이고 제1 벽면(21)의 폭이 b이고, 제2 벽면(22)의 폭이 c가 되도록 형성되어 있는 것으로 했지만, 저면(32)으로부터의 깊이가 a이고 제1 벽면(21)의 폭이 c이고, 제2 벽면(22)의 폭이 b가 되도록 형성되어 있어도 좋다. 이 경우, 오목부(45)는, 저면(42)으로부터의 깊이가 a이고 제3 벽면(23)의 폭이 c이고, 제4 벽면(24)의 폭이 b가 되도록 형성된다.

단조 공구(10)에서는, 통형상 부재(50)를 구비한 것으로 했지만, 통형상 부재(50)를 생략해도 좋다. 이 경우, 제1 금형(30) 및 제2 금형(40)은, 조합하면, 제1 금형(30)의 저면(32) 및 제2 금형(40)의 저면(42)으로 형성된 저면(32, 42)에 단조 공간(S)이 개구된 원추대가 되도록 형성된 부재이며, 제3 금형(60)은, 접촉면(61)을 포함하는 저면(62)과 저면(62)으로부터 세워진 내주면(64)을 갖는 바닥이 있는 통형상의 오목부(65)를 가지며, 오목부(65)의 바닥은 원추대의 저면(32, 42)과 외경이 일치하도록 형성되어 있는 것으로 해도 좋다. 이렇게 하면, 워크(W)를 압박할 때에는 제1 금형(30)과 제2 금형(40)이 이격되는 것을 제3 금형(60)의 오목부(65)에 의해 억제할 수 있음과 더불어, 통형상 부재(50)가 없기 때문에, 워크(W)를 취출할 때에는, 제1 금형(30)과 제2 금형(40)의 분리가 보다 용이하고, 워크(W)의 취출이 보다 용이하다.

통형상 부재(50)를 생략한 단조 공구(10)에 있어서, 제3 금형(60)의 내주면(64)은, 저면(62)으로부터 저면(62)과는 반대측의 개구면(63)으로 갈수록 축(P)으로부터 멀어지도록 경사져 있는 것으로 해도 좋다. 이렇게 하면, 제3 금형(60)으로부터의 제1, 2 금형(30, 40)의 취출이 보다 용이해지고, 결과적으로, 워크를 보다 용이하게 취출할 수 있다. 이 단조 공구(10)에 있어서, 제3 금형(60)의 내주면(64)은, 축(P)에 대하여 10° 이하의 각도로 경사져 있는 것이 바람직하고, 제3 금형(60)의 내주면(64)은, 축(P)에 대하여 0.5° 이상 10° 이하의 각도로 경사져 있는 것이 보다 바람직하다. 0.5° 이상이면, 제3 금형(60)으로부터의 제1, 2 금형(30, 40)의 취출이 보다 용이해지고, 10° 이하이면, 워크(W)를 압박할 때에, 제1 금형(30)과 제2 금형(40)이 이격되는 것을 보다 억제할 수 있다. 이 단조 공구(10)에 있어서, 원추대의 저면(32, 42)의 외주에, 제3 금형(60)의 접촉면(61)과 접촉했을 때에 제3 금형(60)의 내주면(64)에 대향하여 접하는 가이드면을 갖고 있는 것으로 해도 좋다. 이렇게 하면, 원추대가 제3 금형(60)의 내주면에 가이드되면서 제3 금형(60)의 오목부(65)에 삽입되기 때문에, 코어 어긋남을 보다 억제할 수 있다. 이 단조 공구(10)에 있어서, 제1 금형(30)과 제2 금형(40)을 조합한 기둥형상체는, 원추대가 아니어도 좋고, 그 외주면(34, 44)은 경사지지 않아도 좋고, 저면(32, 42)으로부터 상면(33, 43)으로 갈수록 단조 공구(10)의 축(P)으로부터 멀어지도록 경사져 있어도 좋다.

통형상 부재(50)를 생략한 단조 공구(10)의 일례인 단조 공구(210)에 관해, 이하에 도면을 이용하여 설명한다. 도 14는 단조 공구(210)의 사시도, 도 15는 단조 공구(210)의 도 14의 D-D 단면도, 도 16은 단조 공구(210)를 이용한 가공 공정의 모습을 도시하는 설명도이다. 이 단조 공구(210)는, 통형상 부재(50)를 생략한 점, 제1, 2 금형(30, 40)에서 면(36, 46)과 바닥이 있는 구멍(37, 47)을 생략하고 돌출부(237, 247) 및 받침부(238, 248)를 추가한 점, 볼트(58) 대신에 축부재(258)로 제1 금형(30)과 제2 금형(40)을 고정한 점, 원추대의 저면(32, 42)의 외주에, 제3 금형(60)의 접촉면(61)과 접촉했을 때 제3 금형(60)의 내주면(64)에 대향하여 접하는 가이드면(239, 249)을 설치한 점 외에는, 단조 공구(10)와 동일하다. 이 단조 공구(210)에서는, 제1 금형(30)의 받침부(238)에 제2 금형(40)의 돌출부(247)가, 제2 금형(40)의 받침부(248)에 제1 금형(30)의 돌출부(237)가, 돌출부(237, 247)에 형성된 구멍의 축이 일치하도록 배치되고, 이 구멍에 축부재(258)를 삽입하는 것에 의해 구성되는 힌지 구조에 의해, 제1 금형(30)과 제2 금형(40)이 고정되어 있다. 이 단조 공구(210)를 이용한 경우, 가공 공정에서는, 도 16에 도시하는 바와 같이, 축부재(258)로 고정된 제1 금형(30), 제2 금형(40)을, 저면(32, 42)을 비교적 크게 이격시킨 상태로 제3 금형(60)의 오목부(65)에 삽입하고, 거기에서, 제1, 2 금형(30, 40)의 가이드면(239, 249)을 제3 금형(60)의 내주면(64)을 따르게 하여 제1, 2 금형(30, 40)을 하강시킬 수 있기 때문에, 코어 어긋남 등이 보다 생기기 어렵다. 또, 단조 공구(210)에서는, 제1 금형(30)과 제2 금형(40)이 힌지 구조에 의해 고정되어 있는 것으로 했지만, 제1 금형(30)과 제2 금형(40)은 어떻게 고정되어 있어도 좋고, 고정되어 있지 않아도 좋다. 이 힌지 구조는 단조 공구(10)에 적용해도 좋다.

또한, 예컨대, 단조 공구(110)에서는, 제2 금형 접촉면(163)은, 제1 대향면(161) 중 제4 벽면(124)과는 반대측에 제1 대향면(161)으로부터 세워지도록 형성되고, 제1 금형 접촉면(143)은, 제1 맞춤면(141) 중 제1 벽면(121)과는 반대측에 제2 금형 접촉면(163)에 접촉하도록 형성되어 있는 것으로 했지만, 양자가 접촉했을 때에 단조 공간(S)이 형성되는 위치에 형성되어 있으면, 이러한 것에 한정되지 않는다.

단조 공구(110)에서는, 제2 금형(150)의 오목부(156)의 제1 측면(165)과 제2 측면(166)은, 저면(164)으로부터 오목부(156)의 개구로 갈수록 간격이 넓어지도록 경사져 있는 것으로 했지만, 경사지지 않아도 좋다. 이 경우, 제1 금형(130)의 볼록부(136)의 측면(145, 146)을, 제2 금형(150)의 제1, 2 측면(165, 166)에 끼워지지 않는 치수로 형성하면 된다.

단조 공구(110)에서는, 볼록부(136)는, 측면(145)과 측면(146)의 거리가 c이고, 제1 벽면(121)의 길이가 C-C 단면에서 a이고, 제2 벽면(122)의 길이가 C-C 단면에서 b가 되도록 형성되어 있는 것으로 했지만, 이러한 것에 한정되지 않는다. 볼록부(136)는, 측면(145)과 측면(146)의 거리가 b이고, 제1 벽면(121)의 길이가 C-C 단면에서 a이고, 제2 벽면(122)의 길이가 C-C 단면에서 c가 되도록 형성되어 있어도 좋다. 이 경우, 오목부(156)는, 제1 측면(165)과 제2 측면(166)의 거리가 제2 맞춤면(162)에서 b이고, 제3 벽면(123)의 길이가 C-C 단면에서 a이고, 제4 벽면(124)의 길이가 C-C 단면에서 c가 되도록 형성된다.

단조 공구(110)에서는, 제1 벽면(121) 등과 저면(132)이 평행하게 형성되고, 제3 벽면(123) 등과 상면(152)이 평행하게 형성되어 있는 것으로 했지만, 제1 벽면(121) 등과 저면(132)은 평행하지 않아도 좋고, 제3 벽면(123) 등과 상면(152)은 평행하지 않아도 좋다.

실시예

이하에는, 단조 공구(10)를 이용하여 다축 단조를 행한 예에 관해, 실시예로서 설명한다.

[실시예 1]

적층 결함 에너지(SFE)가 1.7 mJm^-2인 Cu-7 mass% Al 합금을, 15.1 mm×18.4 mm×22.7 mm의 치수로 절취하여, 이것을 실시예 1의 워크로 했다. 단조 공구(10)를 이용하여, 이 워크에 대하여 다축 단조를 행했다. 다축 단조에서는, 배치 공정부터 취출 공정까지를 15회 반복했다. 각 가공 공정에서는, 초기 변형 속도 3.0×10^-3s^-1로, 실제 변형량(혹은 누적 변형량) 6.0의 압축 변형을 가했다. 그리고, 각 회의 가공후의 워크로부터, 게이지부 사이즈가 6 mm×3 mm×1 mm인 인장 시험편을 절취하여 인장 시험을 행했다.

[실시예 2, 3]

적층 결함 에너지가 2.8 mJm^-2인 Cu-5 mass% Al 합금을 이용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 실시예 2의 시험을 행했다. 또한, 적층 결함 에너지가 22.0 mJm^-2인 Cu-2 mass% Al 합금을 이용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 실시예 3의 시험을 행했다.

[실험 결과]

실시예 1∼3 모두, 단조 공구(10)가 파손되거나, 워크(W)의 취출을 할 수 없게 되는 경우는 없었다. 도 17에, 실시예 1의 워크의 가공 전후의 외관 사진을 도시한다. 단조 횟수의 증가에 의해 워크의 스프링백이 커지는 경향이 있고, 도 17에서는 원하는 형상으로부터 조금 어긋났지만, 이 특성은 재료에 의해 변화한다. 실시예 1∼3에서는, 하중의 집중을 나타내는 큰 변형은 보이지 않았다. 이상으로부터, 단조 공구(10)에서는, 워크의 취출이 용이하고, 단조 공구 자체가 파손되기 어려운 것이 확인되었다.

도 18에, 실시예 1∼3의 인장 시험 결과를 도시한다. 실시예 1∼3에서는, 배치 공정부터 취출 공정을 반복할 때마다, 인장 항복 강도가 향상되고, 소둔재에서는 인장 항복 강도가 100 MPa 정도인 Cu-7 mass% Al을 800 MPa 정도까지 고강도화할 수 있었다. 또한, 결정 조직을 확인한 바, 실시예 1∼3 모두, 결정 입경이 200 nm 이하까지 미세화되었다. 이것으로부터, 단조 공구(10)는, 다축 단조법에 이용하는 단조 공구로서 유용하다는 것을 알았다.

[실시예 4]

스테인레스강(SUS304)을, 15 mm×18.3 mm×22.5 mm의 치수로 절취하여, 이것을 실시예 4의 워크로 했다. 단조 공구(10)를 이용하여, 이 워크에 대하여 다축 단조를 행했다. 다축 단조에서는, 배치 공정부터 취출 공정까지를 3회 반복했다. 각 가공 공정에서는, 초기 변형 속도 3.0×10^-3s^-1로, 실제 변형량(혹은 누적 변형량) 1.2의 압축 변형을 가했다. 그리고, 3회 반복후의 외관을 확인했다. 또한, 실시예 1과 동일하게 인장 시험을 행했다.

실시예 4에서도, 단조 공구(10)가 파손되거나, 워크(W)의 취출을 할 수 없게 되는 경우는 없었다. 도 19에 실시예 4의 워크의 가공 전후의 외관 사진을 도시한다. 도 19에서는, 관찰 방향이 상이한 3개의 외관을 도시했다. 도 19에 도시하는 바와 같이, 스테인레스강을 이용한 경우도, 약간의 변형은 있지 만, 하중의 집중을 나타내는 큰 변형은 보이지 않았다. 이 결과로부터도, 단조 공구(10)에서는, 워크의 취출이 용이하고, 단조 공구 자체가 파손되기 어려운 것이 확인되었다. 또한, 실시예 4에서도, 배치 공정으로부터 취출 공정을 반복할 때마다, 인장 항복 강도가 향상되고, 소둔재에서는 인장 항복 강도가 200 MPa 정도인 SUS304를 1.5 GPa 정도까지 고강도화할 수 있었다.

본 출원은, 2018년 3월 28일에 출원된 일본 특허 출원 제2018-062494호를 우선권 주장의 기초로 하고 있고, 인용에 의해 그 내용 전부가 본 명세서에 포함된다.

본 발명은, 다축 단조법에 의해 초미세립(예컨대 결정 입경이 1 μm 이하)의 금속 재료를 얻는 경우에 이용할 수 있다. 다축 단조법에서는, 조성을 바꾸지 않고 결정립의 초미세화에 의해 강도나 강성을 높일 수 있기 때문에, 금속 재료의 다른 특성을 유지한 채로 강도나 강성을 높일 수 있다. 이 때문에, 다축 단조법으로 얻어진 금속재는, 생체 재료나, 전자 재료, 구조 재료 등 여러가지 용도로 이용할 수 있다.

10 : 단조 공구, 21 : 제1 벽면, 22 : 제2 벽면, 23 : 제3 벽면, 24 : 제4 벽면, 25 : 제5 벽면, 25a : 천장부, 25b : 천장부, 26 : 제6 벽면, 30 : 제1 금형, 31 : 맞춤면, 32 : 저면, 33 : 상면, 34 : 외주면, 35 : 오목부, 36 : 면, 37 : 바닥이 있는 구멍, 40 : 제2 금형, 41 : 맞춤면, 42 : 저면, 43 : 상면, 44 : 외주면, 45 : 오목부, 46 : 면, 47 : 바닥이 있는 구멍, 50 : 통형상 부재, 51 : 내주면, 52 : 저면, 53 : 상면, 54 : 외주면, 55 : 레버 구멍, 57 : 관통 구멍, 58 : 볼트, 60 : 제3 금형, 61 : 접촉면, 62 : 저면, 63 : 개구면, 64 : 내주면, 65 : 오목부, 110 : 단조 공구, 121 : 제1 벽면, 122 : 제2 벽면, 123 : 제3 벽면, 124 : 제4 벽면, 125 : 제5 벽면, 126 : 제6 벽면, 130 : 제1 금형, 131 : 정면, 132 : 저면, 133 : 상면, 134 : 배면, 135 : 본체부, 136 : 볼록부, 141 : 제1맞춤면, 142 : 제2 대향면, 143 : 제1 금형 접촉면, 145, 146 : 측면, 150 : 제2 금형, 151 : 정면, 152 : 상면, 153 : 저면, 154 : 배면, 155 : 본체부, 156 : 오목부, 161 : 제1 대향면, 162 : 제2 맞춤면, 163 : 제2 금형 접촉면, 164 : 저면, 165 : 제1 측면, 166 : 제2 측면, 210 : 단조 공구, 237 : 돌출부, 238 : 받침부, 239 : 가이드면, 247 : 돌출부, 248 : 받침부, 249 : 가이드면, 258 : 축부재, S : 단조 공간, W : 워크, P : 축.

Claims

제1 벽면과, 상기 제1 벽면과 이웃하는 제2 벽면과, 상기 제1 벽면에 대향하고 상기 제2 벽면과 이웃하는 제3 벽면과, 상기 제2 벽면에 대향하고 상기 제1 벽면 및 상기 제3 벽면과 이웃하는 제4 벽면과, 상기 제1∼4 벽면과 이웃하는 제5 벽면과, 상기 제5 벽면에 대향하고 상기 제1∼4 벽면과 이웃하는 제6 벽면에 의해 직방체 형상의 단조 공간에서 워크를 단조하는 단조 공구로서,
상기 제1 벽면 및 상기 제2 벽면을 형성하는 제1 금형과,
상기 제3 벽면 및 상기 제4 벽면을 형성하는 제2 금형
을 적어도 구비하고,
(a) 상기 제1 금형 및 상기 제2 금형에 더하여 상기 제1 금형 및 상기 제2 금형의 저면과 접촉면이 접촉했을 때에 상기 접촉면에 둘러싸인 영역에서 상기 제6 벽면을 형성하는 제3 금형을 더 구비하고, 상기 제1 금형이, 상기 제5 벽면 중 상기 제1 벽면과 상기 제5 벽면의 교선 및 상기 제2 벽면과 상기 제5 벽면의 교선을 2변으로 하는 삼각형의 영역을 형성하고, 상기 제2 금형이, 상기 제5 벽면 중 상기 제3 벽면과 상기 제5 벽면의 교선 및 상기 제4 벽면과 상기 제5 벽면의 교선을 2변으로 하는 삼각형의 영역을 형성하고 있고, 상기 제5 벽면과 상기 제6 벽면의 사이에서 상기 워크를 압박하여, 상기 제1 금형 및 제2 금형의 저면과 상기 제3 금형의 접촉면이 접촉했을 때에 상기 단조 공간이 형성되는 것, 또는
(b) 상기 제2 금형은 상기 제5 벽면 및 상기 제6 벽면을 형성하고, 상기 제1 금형은 상기 제1 벽면으로부터 상기 제1 벽면과 동일 평면상에 이어지는 제1 맞춤면을 가지며, 상기 제1 맞춤면에 대향하여 접하는 제1 대향면을 상기 제2 금형이 가지며, 또한 상기 제2 금형은 상기 제3 벽면으로부터 상기 제3 벽면과 동일 평면상에 이어지는 제2 맞춤면을 가지며, 상기 제2 맞춤면에 대향하여 접하는 제2 대향면을 상기 제1 금형이 가지며, 상기 제1 금형 및 상기 제2 금형에 상기 단조 공구의 축방향의 하중을 가했을 때에 상기 제2 맞춤면을 따라 상기 제2 대향면이 이동함과 더불어 상기 제1 대향면을 따라 상기 제1 맞춤면이 이동하도록, 상기 제1, 2 대향면 및 상기 제1, 2 맞춤면이 상기 하중의 방향에 수직인 평면에 대하여 경사져 있고, 상기 제2 벽면과 상기 제4 벽면의 사이에서 상기 워크를 압박하여, 상기 제1 금형에 설치된 제1 금형 접촉면과 상기 제2 금형에 설치된 제2 금형 접촉면이 접촉했을 때에 상기 단조 공간이 형성되는 것
중 하나를 만족시키는 단조 공구.
제1항에 있어서, 상기 제1 벽면과 상기 제2 벽면이 이루는 각 및 상기 제3 벽면과 상기 제4 벽면이 이루는 각이 90°보다 큰 것인 단조 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 (a)를 만족시키는 제1항 또는 제2항에 기재된 단조 공구로서,
상기 제1 금형 및 상기 제2 금형은, 조합하면, 상기 제1 금형의 저면 및 상기 제2 금형의 저면으로 형성된 저면에 상기 단조 공간이 개구된 기둥형상체가 되도록 형성된 부재이며,
상기 기둥형상체의 외주면은, 상기 기둥형상체의 저면으로부터 상기 저면과는 반대측의 상면으로 갈수록 상기 단조 공구의 축에 접근하도록 경사져 있고,
상기 기둥형상체의 외주면에 설치되고, 저면이 상기 기둥형상체의 저면과 단차가 없도록 형성된 통형상 부재를 더 구비한 것인 단조 공구.
제3항에 있어서, 상기 기둥형상체의 외주면은, 상기 단조 공구의 축에 대하여 3° 이상 10° 이하의 각도로 경사져 있는 것인 단조 공구.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제3 금형은, 상기 접촉면을 포함하는 저면과 상기 저면으로부터 세워진 내주면을 갖는, 바닥이 있는 통형상의 오목부를 갖고 있고, 상기 오목부의 저면은 상기 통형상 부재의 저면과 외경이 일치하도록 형성되어 있는 것인 단조 공구.
제5항에 있어서, 상기 제3 금형의 내주면은, 상기 저면으로부터 상기 저면과는 반대측의 개구면으로 갈수록 상기 단조 공구의 축으로부터 멀어지도록 경사져 있는 것인 단조 공구.
제6항에 있어서, 상기 제3 금형의 내주면은, 상기 단조 공구의 축에 대하여 0.5° 이상 10° 이하의 각도로 경사져 있는 것인 단조 공구.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 통형상 부재의 저면의 외주에, 상기 제3 금형의 접촉면과 접촉했을 때에 상기 제3 금형의 내주면에 대향하여 접하는 가이드면을 갖고 있는 것인 단조 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 (a)를 만족시키고,
상기 제1 금형 및 상기 제2 금형은, 조합하면, 상기 제1 금형의 저면 및 상기 제2 금형의 저면으로 형성된 저면에 상기 단조 공간이 개구된 기둥형상체가 되도록 형성된 부재이며,
상기 제3 금형은, 상기 접촉면을 포함하는 저면과 상기 저면으로부터 세워진 내주면을 갖는, 바닥이 있는 통형상의 오목부를 가지며, 상기 오목부의 저면은 상기 기둥형상체의 저면과 외경이 일치하도록 형성되어 있는 것인 단조 공구.
제9항에 있어서, 상기 제3 금형의 내주면은, 상기 저면으로부터 상기 저면과는 반대측의 개구면으로 갈수록 상기 단조 공구의 축으로부터 멀어지도록 경사져 있는 것인 단조 공구.
제10항에 있어서, 상기 제3 금형의 내주면은, 상기 단조 공구의 축에 대하여 0.5° 이상 10° 이하의 각도로 경사져 있는 것인 단조 공구.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 기둥형상체의 저면의 외주에, 상기 제3 금형의 접촉면과 접촉했을 때에 상기 제3 금형의 내주면에 대향하여 접하는 가이드면을 갖고 있는 것인 단조 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 (b)를 만족시키고,
상기 제2 금형 접촉면은, 상기 제1 대향면 중 상기 제4 벽면과는 반대측에 상기 제1 대향면으로부터 세워지도록 형성되고,
상기 제1 금형 접촉면은, 상기 제1 맞춤면 중 상기 제1 벽면과는 반대측에 상기 제2 금형 접촉면에 접촉하도록 형성되어 있는 것인 단조 공구.
제13항에 있어서, 상기 제2 금형은, 상기 제2 맞춤면과 상기 제3 벽면으로 형성된 저면의 일단으로부터 세워져 상기 제5 벽면을 형성하는 제1 측면과, 상기 저면의 타단으로부터 세워져 상기 제6 벽면을 형성하는 제2 측면을 갖는 오목부를 가지며,
상기 제1 측면과 상기 제2 측면은, 상기 저면으로부터 상기 오목부의 개구로 갈수록 간격이 넓어지도록 경사져 있는 것인 단조 공구.
제14항에 있어서, 상기 제1 측면은, 상기 저면의 일단으로부터 상기 단조 공구의 축에 평행하게 세워진 면에 대하여 1° 이상 10° 이하의 각도로 경사지고,
상기 제2 측면은, 상기 저면의 타단으로부터 상기 단조 공구의 축에 평행하게 세워진 면에 대하여 1° 이상 10° 이하의 각도로 경사져 있는 것인 단조 공구.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1, 2 맞춤면 및 상기 제1, 2 대향면은, 상기 하중의 방향에 수직인 평면에 대하여 45° 이상 75° 이하의 각도로 경사져 있는 것인 단조 공구.