WO2009142061A1 - 鍛造用金型および鍛造方法 - Google Patents

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WO2009142061A1
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mold
metal material
die
impression
forging
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Inventor
一広 鈴木
一彦 大草
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トヨタ自動車株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/06—Making machine elements axles or shafts
    • B21K1/08—Making machine elements axles or shafts crankshafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/02—Die forging; Trimming by making use of special dies ; Punching during forging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/04—Crankshafts, eccentric-shafts; Cranks, eccentrics
    • F16C3/06—Crankshafts
    • F16C3/08—Crankshafts made in one piece

Definitions

  • the present invention relates to a forging die and a forging method.
  • FIGS. 4 and 5 An example of a conventional forging process using a forging die will be described with reference to FIGS. 4 and 5 by taking as an example the manufacture of a crankshaft that is an engine component of an automobile.
  • the billet which is a cylindrical material having a diameter based on the shape, dimensions, etc., of the crankshaft 105 (see FIG. 5 (f)), which is the final molded product, is also the crankshaft 105.
  • Step (hereinafter abbreviated as “S”) 10) and a material used for forging is prepared.
  • a rod-shaped material 101 is prepared by cutting a billet having a diameter of about 80 mm into a rod having a length of about 400 mm.
  • the rod-shaped material 101 is heated to a predetermined temperature (for example, about 1230 ° C.) (S11).
  • a predetermined temperature for example, about 1230 ° C.
  • the heated rod-shaped material 101 is preformed by being subjected to a bending process or the like based on the shape of the crankshaft 105, and becomes a preformed product 102 (S12).
  • the preformed product 102 includes a wasteland process (S13) in which a wasteland molded product 103 having a simplified corner portion (see FIG. 5C) with respect to the final molded product is formed, and a wasteland molding.
  • Each of the finishing steps (S14) in which the product 103 is formed into a finished shape is die-forged into the finished molded product 104 (see FIG. 5D).
  • the forming load (forging load) in these wasteland process and finishing process is, for example, about 4000 t.
  • the finished molded product 104 has a shape in which a burr 104a (see FIG. 5E) is formed around the final molded product, and this burr 104a is cut and removed by trimming (S15).
  • the finished molded product 104 from which the burrs 104a have been removed becomes the crankshaft 105, which is the final molded product, as shown in FIG. 5 (f).
  • cooling is performed, and the crankshaft 105 is inspected for forging defects such as lacking and cracks (S16).
  • the yield of the crankshaft manufactured through the above processes is about 75%.
  • the forging die 51 used in the above-described conventional forging process includes a lower die 52 and an upper die 53.
  • a lower impression 52a, a lower surplus portion 52b, and the like are formed on the inner surface of the lower die 52, and an upper impression 53a, an upper surplus portion 53b, and the like are formed on the inner surface of the upper die 53.
  • a product impression 54 having a product shape is formed by the lower impression 52a and the upper impression 53a.
  • the lower surplus portion 52b and the upper surplus portion 53b also form a flash land 56, a gutter 58, and the like that serve as a space for plastic flow of the metal material. ing.
  • the conventional forging die 51 is configured such that a pair of a lower die 52 and an upper die 53 are stacked one above the other, and the lower die 52 is fixed to the base 59, and the upper die 53 is a displacement mechanism (not shown).
  • the forging die 51 can be opened and closed in the vertical direction.
  • the flash land 56 is a part also referred to as a burr road, and is a space through which the metal material protruding from the product impression 54 flows. By providing the flash land 56, the flash land 56 is provided for the metal material protruding from the product impression 54. When the metal material flows through the flash land 56, a braking force is applied to restrict the flow of the metal material and to ensure the fullness of the metal material in the product impression 54.
  • the braking force applied by the flash land 56 varies depending on the shape of the flash land 56 (that is, the thickness and length of the space through which the metal material flows). However, the metal material could not be held against the product impression 54 only by the braking force applied by the flash land 56.
  • the gutter 58 is a part also referred to as a burr pool, and is a space where a metal material that flows further through the flash land 56 stays and a burr is formed.
  • the gutter 58 forms a space that gently snakes in a cross-sectional view outside the flash land 56, and then forms a space that is linear in the cross-sectional view after that.
  • the gutter 58 gently meanders at an obtuse angle in a sectional view.
  • the metal material protruding from the flash land 56 is meandered gently, and plastically flows relatively smoothly and stays in the gutter 58.
  • the conventional forging die 51 does not have a structure that positively restricts the metal material protruding from the product impression 54 from being plastically flowed by the flash land 56 and the gutter 58. 56, it was not possible to apply a sufficient braking force necessary to keep it pressed around the periphery.
  • a metal material 60 having a volume corresponding to the internal volume of the product impression 54 is sandwiched between the lower mold 52 and the upper mold 53 that form the forging die 51, thereby obtaining a product.
  • a metal material is formed along the shape of the impression 54 to obtain a forged part.
  • the volume of the metal material 60 corresponding to the inner volume of the product impression 54 is pressed into the product impression 54. Fillability of the metal material can be ensured, and lack of thickness does not occur.
  • the metal material that plastically flows in the flash land (burr road) is regulated by the rise (step) formed on the outer periphery of the forging die, and protrudes from the product impression to the outside of the forging die.
  • the flow rate of the metal material that plastically flows is suppressed.
  • the product impression is surely filled with the metal material, so that even if the volume of the metal material is small, the thinning is unlikely to occur.
  • the present invention relates to a forging die and a forging capable of imparting a necessary and sufficient braking force to a plastically flowing metal material in order to improve the yield of the metal material while reliably preventing the occurrence of undercutting. It is an object to provide a method.
  • the forging die according to the first aspect of the present invention includes a first die and a second die, and the first die and the second die are closed in the state where the first die and the second die are closed.
  • the first molding surface formed on the second mold surface and the second molding surface formed on the second mold form an impression, and are formed on the inner surface of the first mold located on the outer peripheral side of the first molding surface.
  • a gutter is formed by the first surplus portion and the second surplus portion located on the outer peripheral side of the flash land, a metal material is sandwiched between the first die and the second die, and the metal material is The impression is filled and the impression
  • a metal mold for forging is formed by flowing the metal material overflowing from the flash land from the flash land and plastically flowing it to the gutter, and molding the metal material along the impression, the flash land and the gutter.
  • a bent portion is formed between the first raised portion and the second raised portion, and the bent portion is disposed on the outer peripheral side of the first raised portion. And a second raised portion raised from the second die toward the first die.
  • the bent portion includes the outflow direction of the metal material along the impression-side inclined surface of the first raised portion and the inclined side of the second raised portion on the impression side.
  • the first raised portion and the second raised portion are formed such that the angle formed by the flowing direction of the metallic material is an acute angle at the inner angle on the first mold side, and the flow direction of the metallic material is
  • the bent portion is preferably bent at an acute angle.
  • the second die has a concave portion in a portion corresponding to the formation portion of the first raised portion on the impression side than the second raised portion.
  • the forging method according to the second aspect of the present invention includes a first mold and a second mold, and the first mold and the second mold are closed in the first mold.
  • An impression is formed by the formed first molding surface and the second molding surface formed on the second mold, and is formed on the inner surface of the first mold located on the outer peripheral side of the first molding surface.
  • a flash land is formed on the outer peripheral side of the impression by a first surplus portion and a second surplus portion formed on the inner surface of the second mold located on the outer peripheral side of the second molding surface, and the flash A gutter is formed by the first surplus portion and the second surplus portion located on the outer peripheral side of the land, a metal material is sandwiched between the first mold and the second mold, and the metal material is The impression is filled and the impression A forging method using a forging die for forming the metal material along the impression by causing the metal material overflowing from the chamber to flow out of the flash land and plastically flow to the gutter. Between the flash land and the gutter, the metal material is caused to flow in a direction opposite to the flow direction of the metal material flowing out to the gutter side.
  • a first raised portion that rises from the first die toward the second die, and the first raised portion.
  • the second raised portion in the second mold forming a bent portion that is disposed on the outer peripheral side and includes a second raised portion that rises from the second mold toward the first mold.
  • a concave portion is formed in a portion corresponding to the formation portion of the first bulge portion on the impression side, and the flowing direction of the metal material is bent at the bent portion, and the direction from the first bulge portion toward the concave portion is set.
  • the present invention it is possible to provide a forging die and a forging method capable of imparting a necessary and sufficient braking force to a plastic material that flows plastically, and reliably preventing the occurrence of a lack of metal thickness. Yield can be improved.
  • the forging die 1 includes a lower die 2 and an upper die 3.
  • a lower impression 2a, a lower surplus portion 2b, and the like are formed on the inner surface of the lower die 2, and an upper impression 3a, an upper surplus portion 3b, and the like are formed on the inner surface of the upper die 3.
  • a product impression 4 having a product shape is formed by the lower impression 2a and the upper impression 3a. Further, the lower surplus portion 2b and the upper surplus portion 3b form a flash land 6, a bent portion 7, a gutter 8, and the like serving as a space in which the metal material plastically flows.
  • the forging die 1 is different from the conventional forging die 51 in that the bent portion 7 is formed between the flash land 6 and the gutter 8.
  • the forging die 1 is arranged such that a pair of the lower die 2 and the upper die 3 are superposed vertically. Further, the lower die 2 is fixed to the base 10, and the upper die 3 is fixed to a displacement mechanism (not shown) and is movable in the vertical direction, so that the forging die 1 can be opened and closed in the vertical direction.
  • the forging die according to the present invention is not limited to the forging die 1 configured to be openable and closable in the vertical direction, for example, a forging die configured to open and close each die in the left-right direction. Even so, the present invention can be applied, and the present invention is not limited by the opening / closing direction of the forging die 1.
  • the lower raised portion 11 that rises from the lower die 2 toward the upper die 3 in the bent portion 7 that is the outer peripheral side of the flash land 6 of the lower die 2 in the forging die 1. Is forming.
  • the lower raised portion 11 is a raised portion where the first inclined surface 11a is formed on the product impression 4 side, and is in a direction in which the flow direction of the metal material that has plastically flowed through the flash land 6 is along the first inclined surface 11a. It is the part that plays the role of changing.
  • an upper bulging portion 12 that bulges from the upper die 3 toward the lower die 2 is formed at a portion of the bent portion 7 that is further on the outer peripheral side than the lower bulging portion 11 of the upper die 3.
  • the upper raised portion 12 is a raised portion on which the second inclined surface 12a is formed on the product impression 4 side, and the angle ⁇ of the inner angle on the lower mold 2 side formed by the second inclined surface 12a and the first inclined surface 11a is an acute angle. It is formed to become.
  • the “acute angle” refers to an angle of 90 degrees or less.
  • the metal material that has plastically flowed along the first inclined surface 11a abuts against the second inclined surface 12a and the flow direction is changed. Therefore, the metal material that has hit the second inclined surface 12a is forced to change the flow direction so as to be bent at an acute angle along the second inclined surface 12a and to plastically flow to the gutter 8 side. Become.
  • the metal material since it is difficult for the metal material to plastically flow while bending at an acute angle, the metal material does not easily flow out to the gutter 8 through the bent portion 7. That is, when the forging die 1 according to one embodiment of the present invention is used, the metal material is given a strong braking force at the bent portion 7. As a result, the metallic material is surely prevented from flowing out to the gutter 8 and becoming a burr.
  • the metal material at the bent portion 7 since a strong braking force is applied to the metal material at the bent portion 7, the metal material is securely held in the product impression 4, thereby improving the filling property of the metal material in the product impression 4. You can also. As a result, the metal material that flows out into the gutter 8 and becomes burrs can be reduced, and even if a metal material with a small volume is used, the fullness of the metal material in the product impression 4 is not deteriorated, and is missing. The generation of meat can be prevented.
  • the bent portion 7 includes the outflow direction of the metal material along the first inclined surface 11a on the product impression 4 side of the lower raised portion 11 and the second inclined surface 12a on the product impression 4 side of the upper raised portion 12.
  • the lower bulging portion 11 and the upper bulging portion 12 are formed so that the angle ⁇ formed by the flowing direction of the metal material along the inner angle on the lower mold 2 side is an acute angle, and the flow direction of the metal material is changed to the bent portion. 7 is bent at an acute angle.
  • a portion closer to the inner peripheral side (product impression 4 side) than the upper raised portion 12 of the upper die 3 and corresponding to the lower raised portion 11 is formed from the lower die 2.
  • a recess 13 that is depressed toward the upper mold 3 is formed.
  • the metal material is forced to plastically flow not only in the flow direction on the gutter 8 side but also in the flow direction on the opposite concave portion 13 side. It becomes more difficult to flow out to the gutter 8 via. Therefore, a stronger braking force is applied to the metal material at the bent portion 7, and the metal material can be more reliably prevented from flowing out to the gutter 8 and becoming a burr.
  • the metal material can be securely held in the product impression 4, so that the metal material in the product impression 4 Will be further improved.
  • the ratio of the metal material that flows out to the gutter 8 and becomes burrs can be further reduced, and even if a metal material with a small volume is used, the occurrence of the thinning can be more reliably prevented. .
  • the upper mold 3 is formed with the recess 13 in a portion corresponding to the formation portion of the lower raised portion 11 of the product impression 4 than the upper raised portion 12.
  • the maximum height of the lower mold 2 (height H1 shown in FIG. 2) is the maximum height of the conventional lower mold 52. Is set lower than the height (height H3 shown in FIG. 7). Similarly, the maximum height of the upper mold 3 (height H2 shown in FIG. 2) is set lower than the maximum height of the conventional upper mold 53 (height H4 shown in FIG. 7). ing. This is because the forging die 1 regulates the plastic flow of the metal material by the bent portion 7, so that a necessary and sufficient braking force can be obtained even if the steps of the raised portions 11 and 12 are set low. Because it is.
  • the “maximum height of the mold” refers to a difference in height of the mold in a portion disposed on the outer peripheral side from the product impression of the mold.
  • FIGS. 3A and 3B are schematic views showing the state of burr formation by a forging die according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 3B is a schematic view showing the state of burr formation by a conventional forging die.
  • the finished product 14 of the crankshaft forged using the forging die 1 according to one embodiment of the present invention has a convex portion 16 formed along the concave portion 13.
  • the burr 17 does not extend to the outside of the convex portion 16, and it can be understood that the plastic flow of the metal material is completely held by the bent portion 7 near the concave portion 13.
  • the finished molded product 14 is compared with the crankshaft finished molded product 104 (see FIG. 5D) forged using the conventional forging die 51 shown in FIG. It can be confirmed that the finished molded product 14 using the metal mold 1 has a smaller area of the burr 17 than the burr 104a in the finished molded product 104 using the conventional forging metal mold 51.
  • the material yield can be improved to about 85%, and the material is about 10% as compared with the conventional material. It is possible to improve the yield.
  • die 1 for forging which concerns on this invention is the same as the conventional forging process shown in FIG.
  • the forging die 1 according to the present invention there is an effect of reducing burrs in each step where burrs may occur, such as a wasteland step (S13) and a finishing step (S14). It is.
  • the bent portion 7 is provided over the entire circumference of the forging die 1, and the convex portion 16 is provided over the entire circumference of the finished molded product 14.
  • a configuration in which the bent portion 7 is partially provided with respect to the periphery of the mold 1 is also possible.
  • the forging die 1 includes the lower die 2 and the upper die 3.
  • a product impression 4 is formed by the lower impression 2a formed on the lower mold 2 and the upper impression 3a formed on the upper mold 3, and the lower impression 2a
  • Product impression 4 is formed by a lower surplus portion 2b formed on the inner surface of the lower die 2 located on the outer peripheral side and an upper surplus portion 3b formed on the inner surface of the upper die 3 located on the outer peripheral side of the upper impression 3a.
  • a flash land 6 is formed on the outer peripheral side of the upper land, and a gutter 8 is formed by the lower surplus portion 2b and the upper surplus portion 3b located on the outer peripheral side of the flash land 6.
  • the metal material 10 is clamped by the lower mold 2 and the upper mold 3 to fill the metal impression 10 with the product impression 4, and the metal material 10 overflowing from the product impression 4 is caused to flow out of the flash land 6 and plastically flow to the gutter 8. Then, the metal material 10 is molded along the product impression 4.
  • a bent portion 7 is formed between the flash land 6 and the gutter 8, and the bent portion 7 protrudes from the lower die 2 toward the upper die 3. 11 and an upper raised portion 12 that is arranged on the outer peripheral side of the lower raised portion 11 and rises from the upper die 3 toward the lower die 2.
  • the bending portion 7 can regulate the plastic flow of the metal material that is about to flow out to the gutter 8, and thus the amount of the burr 17 can be reduced.
  • the steps of the raised portions 11 and 12 formed on the molds 2 and 3 can be suppressed lower than the conventional molds 52 and 53, compared to the conventional forging mold 51. The amount of processing when the forging die 1 is manufactured can be reduced.
  • the present invention can be suitably used for a forging die.

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Abstract

欠肉の発生を確実に防止しつつ、金属材料の歩留まりを改善するために、塑性流動する金属材料に対して必要十分なブレーキ力を付与することができる鍛造用金型を提供することを課題とする。フラッシュランド６よりも外側において、下型２から上型３に向けて隆起する第一隆起部たる下側隆起部１１と、ガッター８よりも内側で、かつ、下側隆起部１１のさらに外側において、上型３から下型２に向けて隆起する第二隆起部たる上側隆起部１２と、からなる屈曲部７が形成される鍛造用金型１とする。

Description

鍛造用金型および鍛造方法
　本発明は、鍛造用金型および鍛造方法に関する。
　従来、例えば自動車のエンジン部品であるクランクシャフトやコネクティングロッド等の異形部品（複雑な形状の部品）の製造に際し、金型等を用いて金属材料に外力を加えることで、金属材料を所定形状に成形する型鍛造による加工が広く採用されている。
　型鍛造による加工では、金型の内面に製品インプレッション（製品形状の彫り込み部）が形成された鍛造用金型を用いて、鍛造用金型によって金属材料を挟圧することにより、製品インプレッションの形状に沿わせて金属材料を成形加工することにより、鍛造部品を得るものである。
　従来の鍛造用金型による鍛造工程の一例について、図４および図５を用いて、自動車のエンジン部品であるクランクシャフトの製造を例に説明する。
　図４および図５に示す如く、まず、最終成形品であるクランクシャフト１０５（図５（ｆ）参照）の形状・寸法等に基づく直径を有する円柱状の材料であるビレットが、同じくクランクシャフト１０５の寸法等に基づく所定の長さに切断され（ステップ（以下「Ｓ」と略す）１０）鍛造加工に使用する素材が準備される。ここでは、図５（ａ）に示すように、例えば、直径８０ｍｍ程度のビレットが長さ４００ｍｍ程度の棒状に切断された棒状材料１０１が準備される。次に、棒状材料１０１が所定の温度（例えば、約１２３０℃）となるように加熱される（Ｓ１１）。加熱された棒状材料１０１は、図５（ｂ）に示すように、クランクシャフト１０５の形状に基づいて曲げ加工等が施されることにより予備成形され、予備成形品１０２となる（Ｓ１２）。
　そして、予備成形品１０２は、最終成形品に対して角部等が単純化された荒地形状（図５（ｃ）参照）の荒地成型品１０３に成形される荒地工程（Ｓ１３）と、荒地成型品１０３が仕上げ形状に成形される仕上げ工程（Ｓ１４）の両工程においてそれぞれ型鍛造され、仕上げ成形品１０４となる（図５（ｄ）参照）。これら荒地工程及び仕上げ工程における成形荷重（鍛造荷重）は、例えば約４０００ｔとなる。
　仕上げ成形品１０４は、最終成形品の周囲にバリ１０４ａ（図５（ｅ）参照）が形成された形状であり、このバリ１０４ａがトリミングにより切断されて除去される（Ｓ１５）。バリ１０４ａが除去された仕上げ成形品１０４は、図５（ｆ）に示すように、最終成形品であるクランクシャフト１０５となる。その後、冷却が行われ、クランクシャフト１０５に対し、欠肉やクラック等の鍛造欠陥についての検査が行われる（Ｓ１６）。
　以上の工程を経て製造されるクランクシャフトについては、従来その歩留りは約７５％程度となる。
　こうした鍛造部品の製造方法においては、予備成形における曲げ加工等や、荒地・仕上げ成形における複数回の鍛造を経るものの、鍛造しようとする部品の形状が複雑であるため、鍛造部品の外周に形成される余剰の材料であるバリが多くなり歩留りが良くないという問題がある。このため、異形部品の鍛造においては如何にして歩留りを向上させるかということが重要な課題となっている。
　次に、従来の鍛造用金型について、図６および図７を用いて説明をする。
　図６に示す如く、前述した従来の鍛造工程に用いられている鍛造用金型５１は下型５２と上型５３からなる。下型５２の内面には、下側インプレッション５２ａ、下側余肉部５２ｂ等を形成し、上型５３の内面には、上側インプレッション５３ａ、上側余肉部５３ｂ等を形成している。
　そして、下型５２および上型５３が型閉め状態となるときに、下側インプレッション５２ａと上側インプレッション５３ａにより、製品形状となる製品インプレッション５４を形成するようにしている。また、下型５２および上型５３が型閉め状態となるときには、下側余肉部５２ｂと上側余肉部５３ｂにより、金属材料が塑性流動する空間となるフラッシュランド５６、ガッター５８等も形成している。
　尚、従来の鍛造用金型５１は、一対の下型５２および上型５３を上下に重ね合わせる配置としており、また、下型５２がベース５９に固定され、上型５３が図示しない変位機構に固設され上下方向に可動する構成とすることにより、鍛造用金型５１が上下方向に開閉可能な構成としている。
　フラッシュランド５６は、バリ道とも称される部位であって、製品インプレッション５４からはみ出した金属材料が流動する空間であり、フラッシュランド５６を設けることによって、製品インプレッション５４からはみ出した金属材料に対して、該金属材料がフラッシュランド５６を流動する際にブレーキ力を付与し、金属材料の流動を規制するとともに、製品インプレッション５４における金属材料の充満性を確保するようにしている。
　尚、フラッシュランド５６によって付与するブレーキ力は、フラッシュランド５６の形状（即ち、金属材料が流動する空間の厚みや長さ等）等に応じて異なってくるが、従来の鍛造用金型５１においては、フラッシュランド５６によって付与するブレーキ力だけでは、金属材料を製品インプレッション５４に押し留めておくことができなかった。
　ガッター５８は、バリ溜りとも称される部位であり、フラッシュランド５６を通過してさらに流動する金属材料が滞留し、バリが形成される空間である。ガッター５８は、フラッシュランド５６の外側で断面視において緩やかに蛇行する空間を形成し、その後さらにその外側で断面視において直線状となる空間を形成している。
　フラッシュランド５６周辺部の構成について、図７を用いてさらに詳述する。
　図７に示す如く、従来の鍛造用金型５１に形成されるフラッシュランド５６の外側において、ガッター５８は断面視において鈍角で緩やかに蛇行している。このような構成では、フラッシュランド５６からはみ出した金属材料は緩やかに蛇行しながら、比較的スムーズに塑性流動してガッター５８に滞留することになる。
　つまり、従来の鍛造用金型５１は、フラッシュランド５６およびガッター５８によって、製品インプレッション５４からはみ出した金属材料が塑性流動することを積極的に規制する構造となっていないため、金属材料をフラッシュランド５６周辺部に押し留めておくのに必要十分なブレーキ力を付与することができなかった。
　次に、欠肉の発生状況について、図８を用いて説明をする。
　図８に示す如く、従来の鍛造加工では、鍛造用金型５１を形成する下型５２および上型５３によって、製品インプレッション５４の内容積に見合ったボリュームの金属材料６０を挟圧することにより、製品インプレッション５４の形状に沿わせて金属材料を成形加工して、鍛造部品を得るようにしている。このとき、製品インプレッション５４からはみ出した金属材料６０に対して必要十分なブレーキ力が付与される場合、製品インプレッション５４の内容積に見合ったボリュームの金属材料６０が製品インプレッション５４内に押し留められて金属材料の充満性を確保することができ、欠肉は発生しない。
　一方、製品インプレッション５４からはみ出した金属材料６０に対して必要十分なブレーキ力が付与されない場合、ガッター５８まで流出してしまう金属材料６０が多くなり、製品インプレッション５４の内容積に見合ったボリュームの金属材料６０が製品インプレッション５４内に残留できずに、製品インプレッション５４内の金属材料の充満性が悪化し、欠肉が発生する可能性が増大する。
　また、バリの量を低減するための方策として、素材として用いる金属材料のボリュームを小さくすることが考えられるが、金属材料に必要十分なブレーキ力を付与することができない従来の鍛造用金型５１では、金属材料のボリュームをむやみに少なくすると、欠肉が発生する可能性がさらに増大してしまうことになり、結局バリの量を低減するための有効な方策とはなり得ていなかった。
　このように、従来の鍛造用金型５１では、金属材料に必要十分なブレーキ力を付与することができないために、バリの量を低減することができないという問題点と、欠肉が発生しやすいという問題点を抱えていた。
　つまり、バリの発生を抑制するためには、製品インプレッションからはみ出して塑性流動する金属材料を必要十分なブレーキ力で規制することが有効であると考えられる。
　例えば、金属材料の塑性流動を規制するための技術としては、特許文献１に示す技術が公知である。
　特許文献１に記載の技術では、フラッシュランド（バリ道）を塑性流動する金属素材を、鍛造型外周部に形成する立ち上がり（段差部）で規制し、製品インプレッションからはみ出して鍛造用金型の外側へ塑性流動する金属材料の流動速度を抑制する構成としている。また、金属材料の流動速度を抑制することにより、製品インプレッション内に金属材料を確実に充満させるようにして、金属材料のボリュームが少ない場合であっても、欠肉が生じにくい構成としている。
　しかしながら係る従来技術のように、鍛造型外周部に設けた立ち上がり（段差部）で金属材料の塑性流動を規制するだけでは必要十分なブレーキ力を得ることができず、金属材料が段差部の先まで塑性流動し、相当量のバリが発生することは避けられず、結局金属材料の歩留まりを思うように改善することができないという状況であった。
実開平５－８８７３９号公報
　本発明は、欠肉の発生を確実に防止しつつ、金属材料の歩留まりを改善するために、塑性流動する金属材料に対して必要十分なブレーキ力を付与することができる鍛造用金型および鍛造方法を提供することを課題とする。
　本発明の第一態様である鍛造用金型は、第一金型および第二金型を具備し、前記第一金型および前記第二金型を型閉めした状態で、前記第一金型に形成される第一成形面と前記第二金型に形成される第二成形面とによってインプレッションを形成し、前記第一成形面の外周側に位置する前記第一金型の内面に形成される第一余肉部と前記第二成形面の外周側に位置する前記第二金型の内面に形成される第二余肉部とによって、前記インプレッションの外周側にフラッシュランドを形成し、前記フラッシュランドよりも外周側に位置する前記第一余肉部および前記第二余肉部によってガッターを形成し、前記第一金型および前記第二金型によって金属材料を挟圧し、該金属材料を前記インプレッションに充満させるとともに、前記インプレッションから溢れ出た前記金属材料を前記フラッシュランドから流出させて前記ガッターまで塑性流動させて、前記金属材料を前記インプレッションに沿わせて成形する鍛造用金型であって、前記フラッシュランドとガッターとの間に屈曲部が形成されるとともに、前記屈曲部は、前記第一金型から前記第二金型に向けて隆起する第一隆起部と、前記第一隆起部の外周側に配置され、前記第二金型から前記第一金型に向けて隆起する第二隆起部と、を備える。
　前記鍛造用金型において、前記屈曲部には、前記第一隆起部の前記インプレッション側の傾斜面に沿う前記金属材料の流出方向と、前記第二隆起部の前記インプレッション側の傾斜面に沿う前記金属材料の流出方向と、が成す角度が、前記第一金型側の内角で鋭角となるように前記第一隆起部および前記第二隆起部が形成されるとともに、前記金属材料の流動方向を、前記屈曲部において鋭角に屈曲させることが好ましい。
　前記鍛造用金型において、前記第二金型は、前記第二隆起部よりも前記インプレッション側の前記第一隆起部の形成部位に対応する部位に凹部を有することが好ましい。
　本発明の第二の態様である鍛造方法は、第一金型および第二金型を具備し、前記第一金型および前記第二金型を型閉めした状態で、前記第一金型に形成される第一成形面と前記第二金型に形成される第二成形面とによってインプレッションを形成し、前記第一成形面の外周側に位置する前記第一金型の内面に形成される第一余肉部と前記第二成形面の外周側に位置する前記第二金型の内面に形成される第二余肉部とによって、前記インプレッションの外周側にフラッシュランドを形成し、前記フラッシュランドよりも外周側に位置する前記第一余肉部および前記第二余肉部によってガッターを形成し、前記第一金型および前記第二金型によって金属材料を挟圧し、該金属材料を前記インプレッションに充満させるとともに、前記インプレッションから溢れ出た前記金属材料を前記フラッシュランドから流出させて前記ガッターまで塑性流動させて、前記金属材料を前記インプレッションに沿わせて成形する鍛造用金型を用いる鍛造方法であって、前記フラッシュランドとガッターとの間で、前記金属材料を、前記ガッター側に流出する金属材料の流動方向と反対方向に向けて流動させる。
　前記鍛造方法において、前記鍛造用金型における、前記フラッシュランドとガッターとの間に、前記第一金型から前記第二金型に向けて隆起する第一隆起部と、前記第一隆起部の外周側に配置され、前記第二金型から前記第一金型に向けて隆起する第二隆起部と、を備える屈曲部を形成し、前記第二金型における、前記第二隆起部よりも前記インプレッション側の前記第一隆起部の形成部位に対応する部位に凹部を形成し、前記屈曲部にて、前記金属材料の流出方向を屈曲するとともに、前記第一隆起部から凹部に向かう方向を、前記金属材料の流動方向とすることにより、前記フラッシュランドとガッターとの間で、前記金属材料を、前記ガッター側に流出する金属材料の流動方向と反対方向に向けて流動させることが好ましい。
　本発明によれば、塑性流動する金属材料に対して必要十分なブレーキ力を付与することができる鍛造用金型および鍛造方法を提供し、欠肉の発生を確実に防止しつつ、金属材料の歩留まりを改善できる。
鍛造用金型の全体構成を示す模式図である。 鍛造用金型のフラッシュランド周辺部の構成を示す拡大模式図である。 鍛造用金型によるバリの形成状況を示す模式図であり、（ａ）は本発明の鍛造用金型によるバリの形成状況を示す模式図、（ｂ）は従来の鍛造用金型によるバリの形成状況を示す模式図である。 鍛造工程の流れを示すフロー図である。 鍛造工程の各工程における金属材料の加工状況を示す模式図である。 従来の鍛造用金型の全体構成を示す断面模式図である。 従来の鍛造用金型のフラッシュランド周辺部の構成を示す拡大模式図である。 欠肉の発生状況を示す模式図である。
符号の説明
　１　　　鍛造用金型
　２　　　下型
　２ａ　　下側インプレッション
　２ｂ　　下側余肉部
　３ａ　　上側インプレッション
　３ｂ　　下側余肉部
　３　　　上型
　４　　　製品インプレッション
　６　　　フラッシュランド
　７　　　屈曲部
　８　　　ガッター
　１１　　下側隆起部
　１１ａ　第一傾斜面
　１２　　上側隆起部
　１２ａ　第二傾斜面
　１３　　凹部
　まず始めに、本発明の一実施例に係る鍛造用金型１について、図１を用いて説明をする。
　図１に示す如く、鍛造用金型１は、下型２と上型３からなる。下型２の内面には、下側インプレッション２ａ、下側余肉部２ｂ等を形成し、上型３の内面には、上側インプレッション３ａ、上側余肉部３ｂ等を形成する。
　下側インプレッション２ａと上側インプレッション３ａにより、製品形状となる製品インプレッション４を形成する。また、下側余肉部２ｂと上側余肉部３ｂにより、金属材料が塑性流動する空間となるフラッシュランド６、屈曲部７、ガッター８等を形成するようにしている。
　このように、鍛造用金型１は、フラッシュランド６とガッター８の間に屈曲部７を形成する点で、従来の鍛造用金型５１と異なっている。
　また、鍛造用金型１は、一対の下型２および上型３を上下に重ね合わせる配置としている。また、下型２がベース１０に固定され、上型３が図示しない変位機構に固設され上下方向に可動とすることにより、鍛造用金型１を上下方向に開閉可能な構成としている。
　尚、本発明に係る鍛造用金型は、上下方向に開閉可能な構成とする鍛造用金型１に限定するものではなく、例えば、左右方向に各型が開閉する構成の鍛造用金型等であっても、本発明を適用することが可能であり、鍛造用金型１の開閉方向によって本発明を限定するものではない。
　次に、鍛造用金型１のフラッシュランド６の周辺部の構成について、図２を用いて説明をする。
　図２に示す如く、鍛造用金型１における、下型２のフラッシュランド６よりも外周側の部位となる屈曲部７では、下型２から上型３に向けて隆起する下側隆起部１１を形成している。
　下側隆起部１１は、製品インプレッション４側において第一傾斜面１１ａが形成される隆起部であり、フラッシュランド６を塑性流動してきた金属材料の流動方向を第一傾斜面１１ａに沿わせる方向に変更する役割を果たす部位である。
　また、図２に示す如く、屈曲部７における、上型３の下側隆起部１１よりもさらに外周側の部位では、上型３から下型２に向けて隆起する上側隆起部１２を形成している。
　上側隆起部１２は、製品インプレッション４側において第二傾斜面１２ａが形成される隆起部であり、第二傾斜面１２ａが第一傾斜面１１ａと成す下型２側の内角の角度θが鋭角となるように形成されている。尚、ここでいう「鋭角」とは、９０度以下の角度を指している。
　以上のような構成とすることにより、第一傾斜面１１ａに沿って塑性流動してきた金属材料は、第二傾斜面１２ａに突き当たって流動方向が変更されることとなるが、この際の角度θが鋭角であるため、第二傾斜面１２ａに突き当たった金属材料は、第二傾斜面１２ａに沿って鋭角に屈曲するように流動方向を変更しガッター８側に塑性流動するように強いられることとなる。
　ここで、金属材料が鋭角に屈曲しながら塑性流動することは困難であることから、金属材料が屈曲部７を経て容易にガッター８まで流出することがなくなる。つまり、本発明の一実施例に係る鍛造用金型１を用いるとき、金属材料は屈曲部７において強力なブレーキ力が付与されることとなる。
　これにより、金属材料がガッター８まで流出して、バリとなることを確実に防止するようにしている。
　また、金属材料に対して屈曲部７において強力なブレーキ力が付与されることにより、金属材料が製品インプレッション４内に確実に押し留められるため、製品インプレッション４内における金属材料の充満性を改善することもできる。
　これにより、ガッター８に流出してバリとなってしまう金属材料を低減することができ、ボリュームの少ない金属材料を用いたとしても、製品インプレッション４内における金属材料の充満性が悪化せず、欠肉の発生を防止することができる。
　以上のように、屈曲部７は、下側隆起部１１の製品インプレッション４側の第一傾斜面１１ａに沿う金属材料の流出方向と、上側隆起部１２の製品インプレッション４側の第二傾斜面１２ａに沿う金属材料の流出方向と、が成す角度θを、下型２側の内角で鋭角となるように下側隆起部１１および上側隆起部１２を形成し、金属材料の流動方向を、屈曲部７において鋭角に屈曲させる構成としている。
　このような構成とすることにより、金属材料は、鋭角に屈曲する空間（即ち、屈曲部７）を通過しなければガッター８まで流出できないため、金属材料の塑性流動を確実に規制することができる。
　さらに、鍛造用金型１において、上型３の上側隆起部１２よりも内周側（製品インプレッション４側）の部位であって、下側隆起部１１に対応する部位には、下型２から上型３に向けて陥没する凹部１３を形成している。
　このような構成とすることにより、第一傾斜面１１ａに沿って塑性流動してきた金属材料が、第二傾斜面１２ａに突き当たって流動方向が変更されるとき、一部の金属材料は、ガッター８側ではなく凹部１３側に流動方向が変更されて、第二傾斜面１２ａに沿って塑性流動するように強いられることとなる。
　つまり、凹部１３を設けることにより、金属材料は、ガッター８側の流動方向だけでなく、それと反対側の凹部１３側の流動方向にも塑性流動するように強いられるため、金属材料が屈曲部７を経てガッター８まで流出することがより困難となる。
　従って、金属材料は屈曲部７においてより強力なブレーキ力が付与されることとなり、金属材料がガッター８まで流出して、バリとなることをより確実に防止できる。
　また、金属材料に対して屈曲部７においてより強力なブレーキ力を付与することにより、金属材料を製品インプレッション４内により確実に押し留めておくことが可能となるため、製品インプレッション４内における金属材料の充満性がさらに改善されることとなる。
　これにより、ガッター８に流出してバリとなってしまう金属材料の割合をさらに低減することができ、ボリュームの少ない金属材料を用いたとしても、より確実に欠肉の発生を防止することができる。
　以上のように、上型３には、上側隆起部１２よりも製品インプレッション４の下側隆起部１１の形成部位に対応する部位に凹部１３が形成される。
　このような構成とすることにより、凹部１３方向、つまり屈曲部７の下流方向とは反対方向への流れが生じることにより、金属材料が鋭角に屈曲する空間（即ち、屈曲部７）を通過することがさらに困難となるため、より確実に金属材料の塑性流動を規制することができる。
　図２に示す如く、下型２および上型３を製作する際の加工に着目すると、下型２の最高高さ（図２中に示す高さＨ１）は、従来の下型５２の最高高さ（図７中に示す高さＨ３）に比して低く設定されている。また、上型３の最高高さ（図２中に示す高さＨ２）についても同様に、従来の上型５３の最高高さ（図７中に示す高さＨ４）に比して低く設定されている。これは、鍛造用金型１は、屈曲部７によって金属材料の塑性流動を規制しているため、各隆起部１１・１２の段差を低く設定しても必要十分なブレーキ力を得ることが可能であることによる。
　これにより、下型２および上型３を製作する際の加工において、従来の下型５２および上型５３に比して加工（切除、切削、研削等による加工）の量を少なく抑えることができるため、鍛造用金型１は従来の鍛造用金型５１に比して容易に製作することができる。
　尚、ここでいう「金型の最高高さ」とは、金型の製品インプレッションより外周側に配置される部位における金型の高低差のことを指している。
　次に、本発明の一実施例に係る鍛造用金型による鍛造結果について、図３を用いて説明する。図３は（ａ）本発明の一実施例に係る鍛造用金型によるバリの形成状況を示す模式図、（ｂ）従来の鍛造用金型によるバリの形成状況を示す模式図である。
　図３（ａ）に示す如く、本発明の一実施例に係る鍛造用金型１を用いて鍛造したクランクシャフトの仕上げ成形品１４には、凹部１３に沿って形成された凸部１６が認められるが、バリ１７は凸部１６よりも外側までは広がっておらず、金属材料の塑性流動が凹部１３付近の屈曲部７で完全に押し留められていることが把握できる。
　この仕上げ成形品１４を、図３（ｂ）に示す従来の鍛造用金型５１を用いて鍛造したクランクシャフトの仕上げ成形品１０４（図５（ｄ）参照）と比較すると、本発明に係る鍛造用金型１による仕上げ成形品１４の方が、従来の鍛造用金型５１による仕上げ成型品１０４におけるバリ１０４ａに比して、バリ１７の発生面積が少ないことが確認できる。尚、本発明の一実施例に係る鍛造用金型１を用いた鍛造結果では、材料の歩留まりが８５％程度まで改善することが可能となっており、従来に比して約１０％程度材料の歩留まりを改善することが可能となっている。
　尚、本発明に係る鍛造用金型１を用いた場合の鍛造工程は、図４に示す従来の鍛造工程と同様である。そして、本発明に係る鍛造用金型１を用いた場合には、荒地工程（Ｓ１３）および仕上げ工程（Ｓ１４）等のバリが発生する可能性の有る各工程において、バリの低減効果を奏するものである。
　また、本発明に係る鍛造用金型１による仕上げ成形品１４では、鍛造用金型１の全周に渡って屈曲部７を設ける構成とし、仕上げ成形品１４の全周に渡って凸部１６が形成される場合を例示しているが、屈曲部７は、必ずしも鍛造用金型１の全周に渡って設ける必要はなく、バリの発生が懸念される部位を選択して、鍛造用金型１の周囲に対して部分的に屈曲部７を設ける構成とすることも可能である。
　以上のように、鍛造用金型１は、下型２および上型３を具備する。
　下型２および上型３を型閉めした状態では、下型２に形成される下側インプレッション２ａと上型３に形成される上側インプレッション３ａとによって製品インプレッション４が形成され、下側インプレッション２ａの外周側に位置する下型２の内面に形成される下側余肉部２ｂと上側インプレッション３ａの外周側に位置する上型３の内面に形成される上側余肉部３ｂとによって、製品インプレッション４の外周側にフラッシュランド６が形成され、フラッシュランド６よりも外周側に位置する下側余肉部２ｂおよび上側余肉部３ｂによってガッター８が形成されている。下型２および上型３によって金属材料１０を挟圧し、金属材料１０を製品インプレッション４に充満させるとともに、製品インプレッション４から溢れ出た金属材料１０をフラッシュランド６から流出させてガッター８まで塑性流動させて、金属材料１０を製品インプレッション４に沿わせて成形する。
　このような鍛造用金型１において、フラッシュランド６とガッター８との間に屈曲部７が形成されており、屈曲部７は、下型２から上型３に向けて隆起する下側隆起部１１と、下側隆起部１１の外周側に配置され、上型３から下型２に向けて隆起する上側隆起部１２と、を備える。
　このような構成とすることにより、屈曲部７により、ガッター８に流出しようとする金属材料の塑性流動を規制することができるため、バリ１７の量を低減することができる。また、各金型２・３に形成する各隆起部１１・１２の段差を従来の各金型５２・５３に比して低く押さえることができるため、従来の鍛造用金型５１に比して、鍛造用金型１を製作する際の加工量を低減させることができる。
　本発明は、鍛造用金型に好適に利用可能である。

Claims (5)

  1. 　第一金型および第二金型を具備し、
    　前記第一金型および前記第二金型を型閉めした状態で、
    　前記第一金型に形成される第一成形面と前記第二金型に形成される第二成形面とによってインプレッションを形成し、
    　前記第一成形面の外周側に位置する前記第一金型の内面に形成される第一余肉部と前記第二成形面の外周側に位置する前記第二金型の内面に形成される第二余肉部とによって、前記インプレッションの外周側にフラッシュランドを形成し、
    　前記フラッシュランドよりも外周側に位置する前記第一余肉部および前記第二余肉部によってガッターを形成し、
    　前記第一金型および前記第二金型によって金属材料を挟圧し、
    　該金属材料を前記インプレッションに充満させるとともに、前記インプレッションから溢れ出た前記金属材料を前記フラッシュランドから流出させて前記ガッターまで塑性流動させて、
    　前記金属材料を前記インプレッションに沿わせて成形する鍛造用金型であって、
    　前記フラッシュランドとガッターとの間に屈曲部が形成されるとともに、
    　前記屈曲部は、
    　前記第一金型から前記第二金型に向けて隆起する第一隆起部と、
    　前記第一隆起部の外周側に配置され、前記第二金型から前記第一金型に向けて隆起する第二隆起部と、を備える鍛造用金型。
  2. 　前記屈曲部には、
    　前記第一隆起部の前記インプレッション側の傾斜面に沿う前記金属材料の流出方向と、前記第二隆起部の前記インプレッション側の傾斜面に沿う前記金属材料の流出方向と、が成す角度が、前記第一金型側の内角で鋭角となるように、前記第一隆起部および前記第二隆起部が形成されるとともに、
    　前記金属材料の流動方向を、前記屈曲部において鋭角に屈曲させる請求項１に記載の鍛造用金型。
  3. 　前記第二金型は、
    　前記第二隆起部よりも前記インプレッション側の前記第一隆起部の形成部位に対応する部位に凹部を有する請求項１または請求項２に記載の鍛造用金型。
  4. 　第一金型および第二金型を具備し、
    　前記第一金型および前記第二金型を型閉めした状態で、
    　前記第一金型に形成される第一成形面と前記第二金型に形成される第二成形面とによってインプレッションを形成し、
    　前記第一成形面の外周側に位置する前記第一金型の内面に形成される第一余肉部と前記第二成形面の外周側に位置する前記第二金型の内面に形成される第二余肉部とによって、前記インプレッションの外周側にフラッシュランドを形成し、
    　前記フラッシュランドよりも外周側に位置する前記第一余肉部および前記第二余肉部によってガッターを形成し、
    　前記第一金型および前記第二金型によって金属材料を挟圧し、
    　該金属材料を前記インプレッションに充満させるとともに、前記インプレッションから溢れ出た前記金属材料を前記フラッシュランドから流出させて前記ガッターまで塑性流動させて、
    　前記金属材料を前記インプレッションに沿わせて成形する鍛造用金型を用いる鍛造方法であって、
    　前記フラッシュランドとガッターとの間で、前記金属材料を、前記ガッター側に流出する金属材料の流動方向と反対方向に向けて流動させる鍛造方法。
  5. 　前記鍛造用金型における、前記フラッシュランドとガッターとの間に、前記第一金型から前記第二金型に向けて隆起する第一隆起部と、前記第一隆起部の外周側に配置され、前記第二金型から前記第一金型に向けて隆起する第二隆起部と、を備える屈曲部を形成し、
    　前記第二金型における、前記第二隆起部よりも前記インプレッション側の前記第一隆起部の形成部位に対応する部位に凹部を形成し、
    　前記屈曲部にて、前記金属材料の流出方向を屈曲するとともに、前記第一隆起部から凹部に向かう方向を、前記金属材料の流動方向とすることにより、
    　前記フラッシュランドとガッターとの間で、前記金属材料を、前記ガッター側に流出する金属材料の流動方向と反対方向に向けて流動させる請求項４に記載の鍛造方法。
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