TWI491455B - 鍛造材的製造方法 - Google Patents

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Takashi Toga
Yuusuke Shigihara
Tsuyoshi Fukui
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/08Upsetting

Description

鍛造材的製造方法
本發明是有關於一種利用熱鐓鍛(hot upset forging)的鍛造材的製造方法。
自先前以來,以製品的機械性質的提昇或縮孔的壓接等內部性狀的提昇為目的,而對鋼或合金等素材實施熱鐓鍛,使結晶粒微細化來進行組織的均勻化。
於該鐓鍛中,若將素材的長度設為L、將直徑設為D時的L/D比大,即L比D長,則當進行鐓鍛時,自軸方向受到加壓的素材的中央部或其附近會產生屈曲(buckling)。因此,根據經驗,已知作為不產生屈曲的素材形狀的條件,應使L/D變成3以下。
為了抑制對該長條材料進行鐓鍛時所產生的屈曲,例如於專利文獻1中,設法使自由變形部分的L/D變成3以下。具體而言,為了阻止軸狀素材的軸方向的一部分朝徑外方向變形,提出有使用徑外方向變形阻止用的圓筒狀模具進行鍛粗下壓,繼而使軸狀素材反轉並朝軸方向壓縮來對阻止了變形的部分進行自由鍛造。專利文獻1中所揭示的鐓鍛法是於如下方面有用的技術:針對L/D超過3的細長的長條素材,儘可能地抑制徑外方向的變形,藉此可不產生屈曲而進行鍛造,並可抑制屈曲或皺褶狀瑕疵的產生。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平7-171650號公報
上述專利文獻1中所揭示的鐓鍛法於以下方面有利:即便使用L/D超過3的細長的素材,亦可不產生屈曲而進行鍛造。
但是,專利文獻1中所揭示的鐓鍛法是限制素材的一方並自另一方的一側成形的方法。該鐓鍛法為了穩定地配置素材,必須使用與素材尺寸吻合的模具。因此,有時必須準備多個對應於鍛粗量的徑外方向變形阻止用的模具,而且亦需要與模具更換相伴的素材的再加熱。
另外,於上述鐓鍛法中,使用徑外方向變形阻止用的模具將素材的一方僅限制成規定高度。因此,未被模具限制的部分變成所謂的自由鍛造。因此,於自由鍛造部分,存在軸方向的任意的一部分朝徑外方向變形、或在徑外方向變形阻止用模具與上模之間產生毛刺的情況。如此,若鍛造素材的一部分自由地變形,則為了進行下一步驟中的模鍛,必須於下一步驟中將鍛造素材的已變形的部分重新鍛造成所需的規定形狀、或對毛刺進行切削,而有可能導致鍛造材的良率下降或作業量的增加。
鑒於上述問題,本發明的目的在於提供一種鍛造材的製造方法,其藉由自素材長度方向的兩側調整鐓鍛時的變形量來解決屈曲的問題,並且可實現良率的提昇或作業量的減少。
本發明者發現藉由採用利用規定的按壓模具與中間模 具自上下兩方向下壓的方法,可抑制屈曲的產生,並可實現良率的提昇與作業量的減少,從而完成了本發明。
即,本發明是一種鍛造材的製造方法,其利用模具組合進行鐓鍛,該模具組合包括成為柱狀素材的一端的模具按壓部的第1按壓模具、成為上述柱狀素材的另一端的模具按壓部的第2按壓模具、及位於該些按壓模具之間且具有柱狀的模具空間的中間模具,且該鍛造材的製造方法進行第1鐓鍛步驟,繼而進行第2鐓鍛步驟,上述第1鐓鍛步驟是將經加熱的柱狀素材插入至上述中間模具的模具空間內,將上述第1按壓模具配置於下方,將上述第2按壓模具配置於上方,自上述第2按壓模具側將上述柱狀素材朝軸方向鍛粗下壓規定長度的步驟,上述第2鐓鍛步驟是使上述柱狀素材與上述模具組合的上下反轉,將上述第2按壓模具配置於下方,將上述第1按壓模具配置於上方,自上述第1按壓模具側將上述柱狀素材朝軸方向鍛粗下壓規定長度的步驟。
另外,本發明是一種鍛造材的製造方法,其於上述第2鐓鍛步驟之後包括模具鍛造步驟,該模具鍛造步驟是將上述鍛造材進而插入至由一對成形模具構成的空間內,利用上述成形模具下壓來獲得鍛造材的步驟。
另外,本發明較佳為在上述鐓鍛步驟與上述模具鍛造步驟之間,包括對鍛造材進行再加熱的再加熱步驟。
根據本發明,即便使用長條素材亦不會產生屈曲,可 高效地提供鍛造材,其成為對於鍛造品的製造而言有用的技術。
如上所述,本發明的重要特徵在於採用將柱狀素材朝軸方向鍛粗下壓規定長度的第1鐓鍛步驟、及第2鐓鍛步驟這兩個鐓鍛步驟。藉此,即便使用例如L/D超過3的細長的素材,亦可抑制屈曲的產生並進行鍛造。以下,使用圖式來詳細說明本發明。
圖1(a)~圖1(d)是示意性地表示本發明的鍛造材的製造方法的圖。圖1(a)~圖1(d)所示的第1按壓模具1與第2按壓模具2是分別帶來如下兩者的作用的模具:用以限制柱狀素材4的端部的砧、及用以將柱狀素材4朝軸方向鍛粗下壓規定長度的模具按壓部。
為了限制柱狀素材4的各個端部,第1按壓模具1與第2按壓模具2較佳為先形成近似於柱狀素材4的橫剖面的模具雕刻面。另外,若使形成於第1按壓模具1與第2按壓模具2上的模具雕刻面先變成近似於藉由模具鍛造步驟而成形的鍛造材的端部橫剖面的形狀,則無需於模具鍛造步驟中將鍛造素材重新鍛造成所需的規定形狀、或進行切削,而可獲得鍛造材的良率提昇或作業量的縮短等效果。
本發明在第1按壓模具1與第2按壓模具2之間設置具有柱狀的模具空間的中間模具3。中間模具3的柱狀的模具空間9為鍛粗部位,且成為即便柱狀素材4變形亦抑制屈曲或毛刺的產生的空間,其配合素材的性質與狀態而 調整空間形狀。
該模具空間9較佳為形成相對於柱狀素材4的直徑,具有1.2倍以上的直徑的空間。藉此,可確保鍛粗部位,並可不產生屈曲而進行鍛粗下壓。另一方面,模具空間9較佳為形成相對於柱狀素材4的直徑,具有1.5倍以下的直徑的空間。藉此,可不產生屈曲而進行鍛粗下壓。
本發明中所應用的第1按壓模具1與第2按壓模具2較佳為配置於利用混凝土等打下了根基的地面上。藉此,可對柱狀素材4確實地施加下壓力來進行鍛粗下壓。
本發明如圖1(a)所示,首先準備包含上述所說明的第1按壓模具1、第2按壓模具2、及位於該些模具之間且具有柱狀的模具空間的中間模具3的模具組合。然後,打開第2按壓模具2而將經加熱的柱狀素材4插入至中間模具3中,並將第2按壓模具2配置於柱狀素材4的上部。
其次,作為本發明的第1鐓鍛步驟,如圖1(b)所示,變成將第1按壓模具1配置於下方,將第2按壓模具2配置於上方的狀態。然後,自第2按壓模具2側將柱狀素材4朝軸方向鍛粗下壓規定長度。此處,所謂規定長度,是指鍛粗下壓至柱狀素材4的直徑不超過模具空間9的直徑的範圍為止,並可殘存由第2按壓模具2與中間模具3所形成的預備空間的長度。藉此,可不產生毛刺而對柱狀素材4進行鍛粗下壓。
其次,作為本發明的第2鐓鍛步驟,如圖1(c)所示,於將柱狀素材4插入至模具組合中的狀態下,使模具組合 上下反轉,而變成將第2按壓模具2配置於下方,將第1按壓模具1配置於上方的狀態。此時,柱狀素材4於中間模具3中朝第1按壓模具1的方向滑動,同時由第2按壓模具2與中間模具3所形成的預備空間消失,作為其結果,在第1按壓模具1與中間模具3之間形成新的預備空間。然後,自第1按壓模具1側將柱狀素材4朝軸方向鍛粗下壓規定長度。此處,所謂規定長度,是指可填滿模具空間9的長度。藉此,可獲得如圖1(d)所示的規定形狀的鍛造材5。
根據本發明,當對被認為容易產生屈曲的L/D超過3的細長的素材進行鍛粗時,將鍛粗下壓量分割成2次,並且使模具反轉來進行鍛造,藉此可減少由來自單一方向的鍛粗下壓所產生的集中於軸方向的一部分上的徑外方向的變形量。藉此,可抑制柱狀素材4的屈曲或變形,並可抑制徑外方向的變形量。
另外,本發明僅使用具有柱狀的模具空間的一組模具組合進行鐓鍛,因此無需對應於鍛粗量而另外準備多個模具,而且於鐓鍛步驟中亦無需進行與模具更換相伴的素材的再加熱,從而可實現費用的削減及作業量的減少。
於本發明中,作為進行鍛粗下壓的驅動裝置,例如可使用油壓驅動、水壓驅動及馬達驅動等。於本發明中,較佳為使用可獲得高負荷、且容易控制第1按壓模具1與第2按壓模具2的軸方向的位置的油壓驅動。
另外,於本發明中,作為使柱狀素材4與模具組合上 下反轉的方法,例如可應用如下的方法:利用螺栓或鍵或銷將第1按壓模具1、第2按壓模具2及中間模具3固定來製成一體的模具組合,然後利用機械手抓住上述模具組合來使其反轉。
其次,對可附加於本發明中的加工形態進行說明。於本發明中,在上述鐓鍛後,為了獲得規定形狀的鍛造材,可追加模具鍛造。例如,如圖2(a)所示,首先使成形模具7位於下方,於由一對成形模具6、7構成的空間內,打開成形模具6而插入上述所獲得的鍛造材5,並將成形模具6配置於鍛造材5的上部。繼而,如圖2(b)所示,經過自成形模具6側將鍛造材5下壓規定長度的模具鍛造步驟,藉此可獲得規定形狀的鍛造材8。
作為成形模具6、成形模具7的形狀,例如可選擇單純的柱狀形狀、或長度方向的中央部凸起的形狀等各種形狀。
例如,於長度方向的中央部具有凸起的鍛造材可如下般製造。
如圖2(a)所示,首先於第1鍛粗步驟及第2鍛粗步驟中,先使鍛造材5的端部以可插入至成形模具6、成形模具7的模具雕刻面的方式成形。
其次,如圖2(b)所示,將鍛造材5插入至於鍛造材5的長度方向的中央部具有凸起的由上下一對的成形模具6、成形模具7構成的空間內,並以填滿模具空間的方式將鍛造材5下壓。藉此,本發明於模具鍛造步驟中亦可抑制 屈曲或毛刺的產生,並可獲得於長度方向的中央部具有凸起的鍛造材8。
再者,本發明較佳為在鐓鍛步驟與鍛造步驟之間,設置將鍛造材再加熱至鍛造溫度為止的再加熱步驟。藉此,本發明於自上述所說明的鍛粗步驟移向鍛造步驟時,可抑制由鍛造材的溫度下降所引起的加工時的瑕疵的產生。
可應用於本發明的柱狀素材可應用所有尺寸,特別合適的是直徑D=50 mm~200 mm、長度L=150 mm~1000 mm的大小。
另外,本發明適合於如下的情況:不產生屈曲或毛刺,而將上述柱狀素材的長度鍛粗下壓至1/2 L~1/4 L的範圍。
另外,本發明適合於如下的情況:利用一對成形模具,將於上述中進行了鍛粗下壓的鍛造材進而加工成直徑D=100 mm~250 mm、長度L=100 mm~800 mm的鍛造材。
1‧‧‧第1按壓模具
2‧‧‧第2按壓模具
3‧‧‧中間模具
4‧‧‧柱狀素材
5‧‧‧鍛造材
6‧‧‧成形模具
7‧‧‧成形模具
8‧‧‧鍛造材
9‧‧‧模具空間
圖1(a)~圖1(d)是表示本發明的鍛造材的製造方法中的鐓鍛步驟的示意圖。
圖2(a)~圖2(b)是表示本發明的鍛造材的製造方法中的模具鍛造步驟的示意圖。
1‧‧‧第1按壓模具
2‧‧‧第2按壓模具
3‧‧‧中間模具
4‧‧‧柱狀素材
5‧‧‧鍛造材
9‧‧‧模具空間

Claims (3)

  1. 一種鍛造材的製造方法,其利用模具組合進行鐓鍛,該模具組合包括成為柱狀素材的一端的模具按壓部的第1按壓模具、成為上述柱狀素材的另一端的模具按壓部的第2按壓模具、及位於該些按壓模具之間且具有柱狀的模具空間的中間模具,該鍛造材的製造方法的特徵在於:進行第1鐓鍛步驟,該第1鐓鍛步驟是將經加熱的柱狀素材插入至上述中間模具的模具空間內,將上述第1按壓模具配置於下方,將上述第2按壓模具配置於上方,自上述第2按壓模具側將上述柱狀素材朝軸方向鍛粗下壓規定長度的步驟;繼而進行第2鐓鍛步驟,該第2鐓鍛步驟是使上述柱狀素材與上述模具組合的上下反轉,將上述第2按壓模具配置於下方,將上述第1按壓模具配置於上方,自上述第1按壓模具側將上述柱狀素材朝軸方向鍛粗下壓規定長度的步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鍛造材的製造方法,其中於上述第2鐓鍛步驟之後包括模具鍛造步驟,該模具鍛造步驟是將上述鍛造材進而插入至由一對成形模具構成的空間內,利用上述成形模具下壓來獲得鍛造材的步驟。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之鍛造材的製造方法,其中在上述第2鐓鍛步驟與上述模具鍛造步驟之間,包括對鍛造材進行再加熱的再加熱步驟。
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