WO2011078133A1 - 鍛造加工方法および鍛造加工装置 - Google Patents

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WO2011078133A1
WO2011078133A1 PCT/JP2010/072929 JP2010072929W WO2011078133A1 WO 2011078133 A1 WO2011078133 A1 WO 2011078133A1 JP 2010072929 W JP2010072929 W JP 2010072929W WO 2011078133 A1 WO2011078133 A1 WO 2011078133A1
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WO
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lubricant
workpiece
forging
lower mold
water
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PCT/JP2010/072929
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English (en)
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Inventor
一夫 五十嵐
Original Assignee
昭和電工株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K29/00Arrangements for heating or cooling during processing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J3/00Lubricating during forging or pressing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00Making machine elements
    • B21K1/18Making machine elements pistons or plungers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K27/00Handling devices, e.g. for feeding, aligning, discharging, Cutting-off means; Arrangement thereof
    • B21K27/02Feeding devices for rods, wire, or strips
    • B21K27/04Feeding devices for rods, wire, or strips allowing successive working steps

Definitions

  • the present invention relates to a forging method and a forging device in which a forging process is performed by punching a forging material installed in a lower die.
  • a lubricant is applied to the inner peripheral surface of the molding hole of the lower mold.
  • Lubricants are broadly classified into water-soluble and oil-based ones. When both of these two types of lubricants are applied, as shown in Patent Document 3, either one of the lubricants is used. After the agent is sprayed and applied, the remaining lubricant is sprayed and applied.
  • a forging device equipped with a workpiece conveyance mechanism has been proposed so that workpieces can be automatically and continuously forged.
  • the workpiece transfer mechanism automatically transfers a workpiece loaded into a predetermined workpiece loading section by a conveyor or the like to a lower die of a die set, and lowers the workpiece after forging (forged product). It is transferred from a mold to a predetermined work discharge unit.
  • the spray nozzle is used to avoid interference between the spray nozzle for spraying the lubricant and the work transport mechanism. Needs to be arranged above the operation area of the workpiece transfer mechanism.
  • the spray nozzle is disposed above the workpiece transfer mechanism, the distance (nozzle height) from the spray nozzle to the lower mold becomes long.
  • the oily lubricant and the water-soluble lubricant are sequentially sprayed in the state where the nozzle height is long as described above, the lubricant does not spread reliably over the entire inner peripheral surface of the molding hole in the lower mold.
  • the problem is that the coating amount varies, and the forging process may cause seizure of the workpiece to the mold due to poor supply of lubricant (run out of lubrication), which may prevent stable forging. was there.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and a forging method and related technology capable of uniformly supplying a plurality of lubricants evenly into the lower mold while improving productivity.
  • the purpose is to provide.
  • the present invention comprises the following means.
  • a molding process in which a forging material placed in a molding hole of a lower mold is punched and forged to obtain a forged product;
  • the lubricant supply mechanism is a lubrication that is movable between a spray position disposed above the operation area of the workpiece transfer mechanism above the lower mold and a retreat position retracted from the operation area of the punch.
  • Agent spraying means In the lubricant supplying step, a plurality of lubricants are sprayed at least temporarily from the lubricant spraying means at the same time, and the plurality of lubricants are supplied to the molding holes of the lower mold.
  • a forging method is a forging method.
  • the spray nozzle has an oil-based lubricant discharge port for injecting an oil-based lubricant, a water-soluble lubricant discharge port for injecting a water-soluble lubricant, and an air discharge port for injecting air,
  • the oil-based and water-soluble lubricants are sprayed in the form of a mist by spraying air from the air discharge ports while spraying the oil-based and water-soluble lubricants from both the lubricant spray ports, respectively.
  • a piston material in which a skirt portion, a pin boss portion, and a sidewall portion are integrally provided on one side of the head portion is obtained, 12.
  • the work transport mechanism includes a pair of feed bars disposed along both sides of the lower mold along the work transport direction, and a pair of claws provided to face the inner surfaces of the pair of feed bars. And By closing the pair of feed bars, the workpiece is sandwiched by the pair of claws, and in the sandwiched state, the pair of feed bars are lifted, and then moved downstream along the workpiece conveyance direction.
  • the forging method according to any one of claims 1 to 12, wherein the workpiece is conveyed downstream.
  • a lubricant supply mechanism for supplying The lubricant supply mechanism is a lubrication that is movable between a spray position disposed above the operation area of the workpiece transfer mechanism above the lower mold and a retreat position retracted from the operation area of the punch.
  • Agent spraying means A plurality of lubricants are sprayed at least temporarily and simultaneously from the lubricant spray mechanism by the lubricant supply mechanism, respectively, so that the plurality of lubricants are supplied to the molding holes of the lower mold. Forging processing equipment.
  • a plurality of lubricants are simultaneously sprayed in parallel and supplied into the forming hole of the lower mold, so that the plurality of lubricants can be improved while improving the productivity.
  • the lubricant can be supplied evenly over the entire inner peripheral surface of the molding hole of the lower mold.
  • the oil-based lubricant and the water-soluble lubricant can be reliably supplied into the molding hole.
  • a piston material can be obtained as a forged product.
  • the workpiece can be conveyed more reliably.
  • a plurality of lubricants can be evenly supplied evenly to the inner peripheral surface of the molding hole of the lower mold while improving the productivity as described above.
  • FIG. 1A is a side view showing a forging apparatus according to an embodiment of the present invention in a punch lowered state.
  • FIG. 1B is a side view showing the forging device of the embodiment in a lubricant spray state.
  • FIG. 2 is a plan view showing the forging device of the embodiment.
  • FIG. 3 is a front view showing the forging device of the embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a piston material manufactured by the forging device of the embodiment.
  • FIG. 5 is a side view showing the piston material manufactured in the embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a forging material that is forged by the forging device of the embodiment.
  • FIG. 7 is a side view showing a forging material to be forged in the embodiment.
  • FIG. 1A is a side view showing a forging apparatus according to an embodiment of the present invention in a punch lowered state.
  • FIG. 1B is a side view showing the forging device of the embodiment in a lubricant
  • FIG. 8 is a bottom view showing a spray nozzle employed in the forging device of the embodiment.
  • FIG. 9 is a sectional view schematically showing the spray nozzle of the embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating an operation procedure of the forging device according to the embodiment.
  • FIG. 11A is a timing chart showing a first example of timing for injecting lubricant and air in the embodiment.
  • FIG. 11B is a timing chart illustrating a second example of the timing of injecting the lubricant and air in the embodiment.
  • FIG. 11C is a timing chart showing a third example of the timing of injecting the lubricant and air in the embodiment.
  • FIG. 11D is a timing chart showing a fourth example of the timing of injecting the lubricant and air in the embodiment.
  • FIG. 11A is a timing chart showing a first example of timing for injecting lubricant and air in the embodiment.
  • FIG. 11B is a timing chart illustrating a second example of the timing of
  • FIG. 11E is a timing chart illustrating a fifth example of the timing of injecting the lubricant and air in the embodiment.
  • FIG. 12A is a timing chart illustrating the timing of injecting the lubricant and air in the first embodiment.
  • FIG. 12B is a timing chart illustrating the timing of injecting the lubricant and air in Example 3.
  • FIG. 13 is a timing chart showing the timing of injecting the lubricant and air in Comparative Examples 1 and 2.
  • FIG. 14 is a timing chart showing the timing of injecting the lubricant and air in Comparative Example 3.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the amount of applied graphite lubricant and the simultaneous spraying time of the lubricant in this embodiment.
  • FIG. 1A and 1B are side views showing a forging device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view showing the forging device
  • FIG. 3 is a front view showing the forging device.
  • this forging apparatus is configured to carry in a conveyor 51, a workpiece standby table 55, a die set 1, and a carry-out conveyor from the upstream side (left side in FIG. 1A) to the downstream side (right side) along the transport line. 52 are provided in this order.
  • this forging apparatus is a workpiece transfer mechanism for sequentially transferring the workpieces W installed on the carry-in conveyor 51, the workpiece stand 55, and the die set 1 to the workpiece stand 55, the die set 1, and the carry-out conveyor 52, respectively.
  • (Transfer mechanism) 2 and a lubricant supply mechanism 3 for supplying a lubricant to the workpiece forming portion of the die set 1 are provided.
  • the workpiece W transferred to the downstream end by the carry-in conveyor 51 is transferred to the workpiece standby table 55 by the workpiece transfer mechanism 2, and on the workpiece standby table 52.
  • the workpiece W is transferred to the workpiece forming unit of the die set 1 by the workpiece conveyance mechanism 2.
  • the forged product (work) is transferred to the upstream end of the carry-out conveyor 52 by the workpiece conveying mechanism 2, and the forged product is obtained.
  • W2 is conveyed downstream by the carry-out conveyor 52.
  • a stopper is provided at the downstream end of the conveyor 51 as necessary.
  • the work stand 55 is configured as a work carry-in part, and the upstream end of the carry-out conveyor 52 is configured as a work carry-out part. Further, a molding hole 12 of the lower mold 11 in the die set 1 described in detail later is configured as a workpiece molding part.
  • the carry-in conveyor 51 is configured as a work carry-in unit.
  • the workpiece W before forging is referred to as a forging material W1
  • the workpiece W after forging is referred to as a forging product W2 or a piston material W2.
  • the workpiece W is used as a generic name including the forged material W1, the forged product W2, and the piston material W2.
  • the piston material W ⁇ b> 2 manufactured by the forging device of the present embodiment includes a circular (short cylindrical shape) head portion 91, and one surface side (lower surface) of the head portion 91.
  • a pair of skirt portions 92, 92, a pair of pin boss portions 93, 93, and a sidewall portion 94 are integrally provided on the side).
  • the pair of skirt portions 92, 92 are provided at the left and right end portions of the outer peripheral edge portion on the one surface side of the head portion 91 so as to protrude to the lower surface side.
  • the pair of pin bosses 93 and 93 are provided on both front and rear sides of the intermediate portion on the one surface side of the head portion 91 so as to protrude to the lower surface side.
  • the sidewall portion 94 is provided so as to protrude to the lower surface side in a mode of connecting between the pair of pin boss portions 93 and 93 and the pair of skirt portions 92 and 92.
  • the forging material W ⁇ b> 1 used in the present embodiment has a short cylindrical shape (thick disc shape).
  • the forging material W1 for example, a continuous cast bar made of aluminum or aluminum alloy or a continuous extruded bar cut into a volume corresponding to a predetermined weight by a cutting process is used.
  • an Al—Si alloy (4000 alloy) or the like can be suitably used as the forging material W1.
  • the workpiece transfer mechanism 2 includes a pair of feed bars 21 and 21 arranged on both sides of the transfer line.
  • the pair of feed bars 21 and 21 both extend along the transport line (front-rear direction) and are arranged in parallel in the same plane.
  • the pair of feed bars 21 and 21 can be opened and closed by being moved in a direction (left-right direction) to be separated from each other by a driving means. Further, the pair of feed bars 21 and 21 can move in the front-rear direction in synchronization, and can move in the vertical direction in synchronization.
  • a pair of claws (fingers) 22, 22 arranged opposite to each other are provided in three sets (three pairs) at predetermined intervals along the front-rear direction.
  • Each claw 22 is fixed to the feed bar 21 via a claw holder 23.
  • 22 is referred to as “a pair of upstream claws 22, 22” and a pair of claws 22, 22 arranged in the second row is referred to as “middle pair of claws 22, 22” and arranged in the third row.
  • the pair of claws 22 and 22 is referred to as “a pair of downstream claws 22 and 22”.
  • the workpiece W installed at the downstream end of the carry-in conveyor 51, the workpiece standby table 55, and the workpiece molding unit of the die set 1 is associated with each corresponding group.
  • the claws 22 are clamped (chucked). Further, when the pair of feed bars 21 and 21 are moved up and moved downward in the sandwiched state, the workpieces W sandwiched between the claws 22 are moved to the workpiece standby table 55, the workpiece forming portion of the die set 1 and It arrange
  • each work W is moved to the work stand 55, the work forming portion of the die set 1 and It will be installed at the upstream end of the carry-out conveyor 52, respectively.
  • the workpieces W that are sequentially conveyed to the downstream end of the carry-in conveyor 51 in this manner are sequentially transferred to the workpiece standby table 55, the workpiece forming unit, and the upstream end of the carry-out conveyor 52, and are sequentially carried out by the carry-out conveyor 52. It has come to be.
  • the pair of feed bars 21 and 21 are configured to wait in a state of being opened backward (initial state) after transferring each workpiece W. As will be described in detail later, when the lubricant is applied to the workpiece forming portion, the pair of feed bars 21 and 21 are stopped in a state in which each workpiece W is being conveyed.
  • the die set 1 includes a lower die 11 and a punch 15 as an upper die.
  • the lower mold 11 has a molding hole 12 that opens upward and for molding the forging material W1.
  • the inner peripheral surface of the molding hole 12 is formed corresponding to the outer peripheral surface shape excluding the upper end surface (crown surface 91a) of the piston material W2. That is, on the inner surface of the molding hole 12, a head portion forming recess for forming the head portion 91 in the piston material W2, a skirt portion forming recess for forming the skirt portion 92, and a pin boss for forming the pin boss portion 93 are formed.
  • a concave portion for forming a portion and a concave portion for forming a sidewall portion for forming the sidewall portion 94 are provided.
  • a knockout pin (not shown) is accommodated at the bottom of the molding hole 12 in the lower mold 11 so as to protrude upward from the bottom surface of the molding hole 12.
  • the forged product W2 molded in the molding hole 12 of the lower mold 11 is pushed up by a knockout pin, and the forged product projects a small amount upward from the molding hole 12 of the lower mold 11.
  • the lower part of the punch 15 is formed in a shape that can be inserted into the molding hole 12 of the lower mold 11 in a suitable state.
  • the punch 15 is mounted so as to be movable up and down in an up and down direction by a lifting drive means (not shown) in a state of being arranged corresponding to the upper side of the lower mold 11.
  • a workpiece stand 55 provided between the lower mold 11 and the carry-in conveyor 51 in the die set 1 is for holding the workpiece W to be transferred to the lower mold 11, and the workpiece W can be placed thereon. It is configured.
  • the lubricant supply mechanism 3 for supplying the lubricant into the molding hole 12 of the lower mold 11 includes an arm 31 arranged horizontally.
  • the arm 31 is configured to be movable in a horizontal plane above the operation area of the pair of feed bars 21 and 21 in the work transport mechanism 2, and is shown by a solid line in FIG. 2 by driving arm moving means (not shown). As described above, the arm 31 is positioned between the pair of feed bars 21 and 21 and the spray position where the arm tip is located above the lower mold 11 as shown in the imaginary line in FIG. You can move with.
  • the retracted position is a position that deviates from the driving flow line of the punch 15 and does not interfere with the vertically moving punch 15, that is, a position retracted from the working area of the punch 15. The specific retracted position is described above. In addition to the sides of the feed bars 21 and 21, the upper side of the lower mold 11 can be cited.
  • the spray nozzle 4 for spraying the lubricant is provided downward on the lower surface of the tip of the arm 31.
  • the spray nozzle 4 has a so-called three-centroid tube structure having three discharge ports 41 to 43.
  • Each of the discharge ports 41 to 43 is concentrically arranged, and is configured such that the oil-based lubricant is jetted from the circular oil-based lubricant discharge port 41 located in the center, and the outer ring-shaped water-soluble A water-soluble lubricant is configured to be injected from the lubricant discharge port 42, and compressed air is configured to be injected from the outermost ring-shaped compressed air discharge port 43.
  • the spray nozzle 4 has an oil-based lubricant supply path 41a, a water-soluble lubricant supply path 42a, and a compressed air supply path 43a, and each of the supply paths 41a to 43a stores an oil-based lubricant storage (not shown).
  • the tank, the water-soluble lubricant storage tank, and the compressed air supply device are connected.
  • the oil-based lubricant and the water-soluble lubricant supplied from the tanks to the lubricant supply paths 41a, 42a are jetted from the oil-based and water-soluble lubricant discharge ports 41, 42, and the lubricant.
  • a needle valve is used as the supply path opening / closing means so that the lubricant spray can be switched instantaneously.
  • the needle valve has a mechanism that retreats when compressed air is supplied, and the supply of compressed air is controlled by an electromagnetic valve. When the needle valve is retracted, the lubricant supply path and the lubricant discharge ports 41 to 43 are connected to inject the lubricant.
  • an electromagnetic valve, a mechanical opening / closing valve or the like can be used in addition to the needle valve described above.
  • a needle valve since the amount of lubrication can be finely adjusted, Thus, it is preferable to use a needle valve.
  • injection (supply) / stop of each lubricant and injection (supply) / stop of compressed air can be instantaneously switched using the above-described supply path opening / closing means.
  • the spray nozzle 4 is driven by the arm rotating means (not shown) when the arm 31 is disposed at the spray position and the spray nozzle 4 is disposed above the lower mold 11.
  • the arm 31 is rotated so as to pivot along the opening edge of the molding hole 12 in FIG.
  • the discharge ports 41 to 43 of the spray nozzle 4 may be arranged in parallel instead of being arranged concentrically.
  • the two types of lubricant discharge ports 41 and 42 rotate and move with respect to the lower mold 11 so as to have substantially the same locus when the nozzle rotates.
  • the number of rotations of the spray nozzle 4 can be uniformly applied to at least the molding hole 12 of the lower mold 11.
  • the number of rotations of the spray nozzle 4 can be reduced, and the supply time of the lubricant can be shortened.
  • the workpieces W are discharged from the forming holes 12 by the feed bars 21 and 21, and the simultaneous supply of a plurality of lubricants is stopped with a margin while the next workpiece W is transferred to the forming holes 12. Can do. Therefore, it is preferable to arrange the discharge ports 41 to 43 concentrically as in this embodiment.
  • the arm 31 is provided above the operation region of the workpiece transfer mechanism 2 as described above, the arm 31 is arranged in the lower mold 11 from the tip of the spray nozzle 4 of the arm 31 as shown in FIG.
  • the distance L1 in the vertical direction to the upper end opening surface of the molding hole 12 is long. Specifically, this distance (nozzle height) L1 is obtained by adding the vertical movement amount (lift amount “about 40 mm”) of the workpiece conveyance mechanism 2 to the vertical dimension (thickness dimension “about 70 mm”) of the workpiece conveyance mechanism 2. It is longer than the added “about 110 mm”. For example, the distance L1 is 110 to 300 mm.
  • the vertical distance (nozzle height) L1 from the tip of the spray nozzle to the upper end opening of the molding hole 12 in the lower mold 11 should be shortened.
  • it can be set to about 50 mm.
  • the distance L1 is the forging process.
  • the vertical dimension of the piston material W2 as a product dimension from the upper end surface (crown surface 91a) of the head portion 91 to the lower end position of the skirt portion 92) is L2 or more.
  • the present invention is particularly beneficial in such cases. Further, in the present embodiment, as shown in FIG.
  • the distance from the upper end opening of the molding hole 12 to the lowest point of the punch 15 at the time of molding that is, the distance L3 from the upper end surface of the piston material W2 at the time of molding is , 0.5 to 40 mm.
  • the nozzle height L1 is twice or more of (piston dimension L2 + punch insertion amount L3), it is further beneficial.
  • the nozzle height L1 is too high, for example, when it exceeds 10 times the vertical dimension L2 of the piston material W2, it may be difficult to sufficiently supply the lubricant to the molding hole 12 of the lower mold 11. .
  • the lubricant needs to be sufficiently supplied is a plane substantially parallel to the spraying direction (center line of spread) of the lubricant of the spray nozzle 4, for example, a vertical wall surface of the molding hole 12, Or it is a substantially vertical inclined surface, and a location where metal (molding material) flows relatively much during molding.
  • the piston material W ⁇ b> 2 is manufactured as in the present embodiment, it is a portion corresponding to the base portion of the skirt portion 92 and the outer peripheral portion of the skirt portion 92 on the inner peripheral surface of the molding hole 12.
  • the spray nozzle 4 constitutes a lubricant supply means.
  • the forging device includes a control device that controls the driving of the operation parts such as the feed bars 21 and 21, the arm 31, and the supply passage opening / closing means of the spray nozzle 4. Further, various detection means for detecting the position and state of the workpiece W are arranged as necessary.
  • the punch 15 of the die set 1 is raised and is in the mold open state. Further, the pair of feed bars 21 and 21 of the work transport mechanism 2 are in an initial state of being retracted and lowered, and the three pairs (three pairs) of the claws 22 and 22 are the downstream end of the carry-in conveyor 51, the work The standby table 55 and the lower mold 11 are arranged correspondingly.
  • the arm 31 of the lubricant supply mechanism 3 is disposed at a position (retracted position) where the arm 31 is retracted to the side of the pair of feed bars 21 and 21 in the work transport mechanism 2.
  • the temperature of the punch (upper die 15) is set to 150 ⁇ 50 ° C.
  • the temperature of the lower die 11 is set to 300 ⁇ 50 ° C.
  • the forging material W1 is pre-lubricated and pre-heated before forging.
  • the forging material W1 is heated to 400 to 500 ° C. in a heating furnace.
  • the preheated forging material W ⁇ b> 1 is conveyed by the carry-in conveyor 51 and is conveyed to the downstream end of the carry-in conveyor 51.
  • the forging material W1 previously conveyed is also installed on the workpiece standby table 55.
  • step S1 of FIG. 10 the work transport mechanism 2 starts transporting the work W (work transport process).
  • the pair of feed bars 21 and 21 of the work transport mechanism 2 are closed, and the forging material W1 at the downstream end of the carry-in conveyor 51 is sandwiched between the pair of upstream claws 22 and 22, and the pair of intermediate pairs
  • the forging material W1 on the workpiece stand 55 is clamped by the claws 22 and 22.
  • the pair of claws 22 and 22 on the downstream side sandwich the forged product W2 after forging, and the description thereof will be described later.
  • the pair of feed bars 21 and 21 are moved forward by a small amount and stopped, and the conveyance of the workpiece W is interrupted. That is, the pair of feed bars 21 and 21 are moved forward to a position corresponding to the molding hole 12 of the lower mold 11 between the pair of downstream claws 22 and 22 and the middle pair of claws 22 and 22. Stop.
  • the lower metal is connected via an open portion between the forged product W2 sandwiched between the pair of downstream claws 22 and the forging material W1 sandwiched between the pair of intermediate claws 22.
  • the upper part of the mold 11 is open.
  • step S2 of FIG. 10 supply of lubricant (lubricant supply process) is started. That is, the arm 31 of the lubricant supply mechanism 3 moves from the retracted position shown in FIG. 1A to the spray position shown by the solid line in FIG. 1B and the imaginary line in FIGS. 4 is arranged corresponding to the upper part of the molding hole 12 in the lower mold 11.
  • the arm 31 is configured to move in the horizontal plane above the operation area of the work transport mechanism 2 such as the pair of feed bars 21 and 21, so that the arm 31 interferes with the work transport mechanism 2. Can be surely prevented.
  • an oily lubricant and a water-soluble lubricant are simultaneously jetted from the oily and water-soluble lubricant discharge ports 41 and 42 of the spray nozzle 4 at the tip of the arm, and compressed air is jetted simultaneously from the compressed air discharge port 43.
  • the arm 31 rotates so that the spray nozzle 4 turns along the opening edge of the molding hole 12.
  • the oil-based lubricant and the water-soluble lubricant discharged from the spray nozzle 4 are uniformly dispersed and sprayed into the molding hole 12 as the compressed air is injected, and the inner peripheral surface of the molding hole 12 is sprayed. It is reliably supplied over the entire area.
  • the spray nozzle 4 since two types of lubricants, that is, an oil-based lubricant and a water-soluble lubricant, are sprayed simultaneously from one spray nozzle 4, the spray nozzle 4 reaches the molding hole 12 of the lower mold 11. Even if the distance L1 is long, it is sufficiently spread over the entire inner peripheral surface of the molding hole 12, and the supply of lubricant is insufficient (lubricated), and in particular, the lubricant is insufficient on the inner peripheral surface of the recess for molding the skirt portion of the molding hole 12. Can be surely prevented.
  • two types of lubricants that is, an oil-based lubricant and a water-soluble lubricant
  • any one of “nozzle height L1”, “nozzle height L1 + piston dimension L2” and “nozzle L1 + piston dimension L2 + punch insertion amount L3” (hereinafter referred to as “spray distance”).
  • graphite particles graphite lubricant
  • a case where a suspension is used will be described as an example.
  • An ideal application state of the lubricant is that an oil-based lubricant film having a film thickness of 0.05 to 0.1 ⁇ m is formed on the inner peripheral wall surface of the molding hole 12, and the oil-based lubricant film is formed on the surface side of the film.
  • the graphite particles of the water-soluble lubricant are in a state of being layered with a thickness of 0.1 to 1 ⁇ m, more preferably 0.2 to 0.3 ⁇ m.
  • simultaneous spraying is effective because the ideal application state can be realized by simultaneously spraying and maintaining the momentum of the water-soluble lubricant.
  • the oil-based lubricant is sprayed first among the oil-based lubricant and the water-soluble lubricant.
  • an oil-based lubricant film is formed on the inner wall surface of the molding hole.
  • the graphite lubricant as a water-soluble lubricant is sprayed at the same time as the oil-based lubricant, and the graphite particles are applied so as to be embedded in a previously formed oil-based lubricant film. To do.
  • the graphite lubricant is further accumulated on the graphite lubricant layer taken into the oil-based lubricant film, and an even more ideal application state is achieved. Can be realized.
  • the graphite lubricant is difficult to apply uniformly to the inner wall surface of the molding hole in the particle state, as described above, a suspension obtained by dispersing graphite particles in water is used. It is used as a water-soluble lubricant.
  • the spray amount of the water-soluble lubricant relative to the spray amount of the oil-based lubricant, that is, (water-soluble lubricant spray amount) / (oil-based lubricant spray amount) to 5 to 15. .
  • the spray amount ratio within this range, the ideal application state can be more reliably realized.
  • the vertical distance from the spray nozzle 4 to the upper end opening of the molding hole 12 in the lower mold 11 is about 150 to 200 mm.
  • spraying the oil-based lubricant and the water-soluble lubricant at least temporarily at the same time refers to the case where there is at least a part of the time during which both lubricants are sprayed simultaneously.
  • spraying both lubricants may be started at the same time, and spraying (supply) of both lubricants may be ended (stopped) at the same time, or after spraying one lubricant first, You may make it complete
  • spraying of one lubricant may be started first, then spraying the other lubricant may be started, and spraying of both lubricants may be terminated simultaneously, or spraying of one lubricant may be stopped first. Thereafter, spraying of the other lubricant may be terminated.
  • the lubricant can be supplied evenly throughout the molding hole 12.
  • the spray of the oil-based lubricant is preferably stopped 0.5 to 2 seconds (s) before the spray of the water-soluble lubricant.
  • the vertical axis (y-axis) is set with the amount of graphite lubricant in the water-soluble lubricant sprayed per mm 2 in 0.1 seconds (graphite spray amount per unit time), and the horizontal axis (t It is a graph which shows the relationship between both by actual measurement data when the simultaneous spraying time of an oil-based lubricant and a water-soluble lubricant is set to (axis).
  • “ ⁇ ” indicates that the forging process was possible and “good” without seizure
  • “x” indicates that the forging process could not be properly performed due to seizure.
  • the ideal graphite spray amount y per unit time can be obtained from the film thickness of an ideal graphite lubricant formed on the inner peripheral surface of the forming hole.
  • the ideal required simultaneous spraying time t can be obtained from the film thickness of an ideal graphite lubricant formed on the inner peripheral surface of the forming hole.
  • the necessary simultaneous spraying time t is set as a lower limit value, and other factors such as productivity are taken into consideration to obtain the simultaneous spraying time.
  • the required graphite spray amount y is obtained in consideration of other factors such as productivity, with the required graphite spray amount y per unit time as a lower limit.
  • the necessary simultaneous spraying time t can be obtained by the following procedures (a) and (b).
  • the spray amount of the graphite lubricant per 0.1 second is calculated from the spray amount of the water-soluble lubricant and the concentration of the graphite lubricant contained therein.
  • the simultaneous spraying time of the oil-based lubricant and the water-soluble lubricant is 0.43. More than a second.
  • (B-2) Forging molding tact time, conveying device tact time, lubricant spraying device tact time, simultaneous spraying time of water-soluble lubricant is not less than required minimum spraying time determined in the above procedure (b-1) Set to be.
  • the upper limit value is preferably as small as possible. For example, it is preferable that the upper limit value be within the minimum required spraying time ⁇ 10 (more preferably ⁇ 2).
  • the graphite lubricant amount y to be sprayed can be obtained by the following procedures (c) and (d).
  • (C-1) Calculate the simultaneous spraying time by back-calculating from the forging and forming tact time that maximizes the stable quality and production efficiency of the production line, the tact time of the conveying device, and the tact time of the lubricant spraying device.
  • the spraying condition (spraying pressure, spray nozzle diameter) is equal to or greater than the spray amount of the graphite lubricant per 0.1 second obtained in the above procedure (d-1).
  • the upper limit is preferably as small as possible.
  • the injection of compressed air may be started at the same time as the injection of any lubricant is started, or before the spray of the lubricant is started.
  • the jet of compressed air may be continued for a predetermined time after the jet of both lubricants is stopped. For example, as described above, it is preferable to continue to inject both lubricants at least while the spray nozzle 4 makes one turn over the lower mold. Furthermore, by supplying the compressed air intermittently, the occurrence of liquid dripping can be suppressed and the lubricant can be more uniformly applied to the inner wall surface of the molding hole.
  • the injection time of the compressed air after the spraying of both lubricants is stopped can be set to 0.1 to 5 seconds.
  • the lubricant can be applied in a good state. That is, by injecting the compressed air prior to the oil-based lubricant, the mold is cooled by the compressed air, so that an increase in the mold temperature during automatic production can be suppressed. For this reason, even if the amount of oil-based lubricant applied is small and the film thickness of the oil-based lubricant film (oil film) becomes thin, the graphite lubricant (graphite particles) contained in the water-soluble lubricant is uniformly driven into the oil film. Thus, the lubricant can be applied in a good state. Therefore, it is preferable to determine the injection time of the compressed air with sufficient consideration of these points.
  • Compressed air may be sprayed before spraying the lubricant, and then the compressed air may be continuously sprayed after spraying the oil-based lubricant or water-soluble lubricant.
  • the oil-based lubricant, the water-soluble lubricant, and the compressed air are started to be injected simultaneously at time t11, and both lubricants are injected at time t12. Are stopped at the same time, and then the injection of compressed air is stopped at time t13.
  • the injection of the oily lubricant, the water-soluble lubricant and the compressed air is started at the same time.
  • the injection of the oily lubricant is stopped, and then the time The injection of the water-soluble lubricant is stopped at the time t23, and then the injection of the compressed air is stopped at the time t24.
  • the oily lubricant, the water-soluble lubricant, and the compressed air are simultaneously started.
  • the water-soluble lubricant is stopped, and then
  • the injection of the oil-based lubricant is stopped, and then the injection of the compressed air is stopped at the time t34.
  • the injection of compressed air is started at time t41, the injection of oil-based lubricant is started at time t42, and the injection of water-soluble lubricant is started at time t43. Thereafter, the injection of the oil-based lubricant is stopped at time t44, and the injection of the compressed air and the water-soluble lubricant is stopped at time t45.
  • the injection of compressed air is started at time t51, the injection of oil-based lubricant is started at time t52, and the injection of water-soluble lubricant is started at time t53. Thereafter, the injection of the oil-based lubricant is stopped at the time t54, the injection of the water-soluble lubricant is stopped at the time t55, and the injection of the compressed air is stopped at the time t56.
  • the injection method shown in FIGS. 11A and 11B is preferable to the injection method shown in FIG. 11C. Furthermore, the injection method shown in FIG. 11B is preferable to the injection method shown in FIG. 11A. Moreover, the injection method shown in FIG. 11D is more preferable than the injection method shown in FIG. 11B. Moreover, the injection method shown in FIG. 11E is more preferable than the injection method shown in FIG. 11D.
  • the spray nozzle 4 is rotated so as to rotate along the opening edge of the molding hole 12.
  • the rotation is preferably performed at least once.
  • oil-based lubricant kerosene, mineral oil, or a lubricant material such as graphite powder, water glass, zinc stearate or the like dissolved or dispersed therein can be suitably used. .
  • concentration is preferably adjusted to 1 to 40% by mass.
  • a lubricant obtained by dissolving or dispersing a lubricant material, graphite powder, water glass, zinc stearate and the like in water can be suitably used.
  • the concentration is preferably adjusted to 1 to 30% by mass.
  • a surfactant may be added to improve the dispersibility of the lubricant material.
  • the graphite powder of the water-soluble lubricant those having a particle size of 0.1 to 30 ⁇ m are preferably used, and more preferably those having a particle size of 0.1 to 1.0 ⁇ m are used. Further, it is preferable to use one having an average particle size of 0.1 to 0.2 ⁇ m.
  • the particle diameter can be obtained using image processing, for example.
  • the arm 31 moves from the spray position indicated by the imaginary line in FIG. 2 to the retreat position indicated by the solid line in FIG.
  • step S3 of FIG. 10 the transfer of the work W (work transfer process) by the work transfer mechanism 2 shown in step S3 of FIG. 10 is resumed. That is, the pair of feed bars 21 and 21 are further advanced from the stop position of FIG. 1B, and the forging material W1 sandwiched between the pair of upstream claws 22 and 22 is arranged corresponding to the workpiece standby base 55, The forging material W ⁇ b> 1 sandwiched between the pair of claws 22, 22 is disposed corresponding to the forming hole 12 of the lower mold 11.
  • the forging material W1 sandwiched between the intermediate claws 22 is inserted into the molding hole 12 of the lower mold 11 at the lower end thereof. It is configured as follows. Accordingly, when the pair of feed bars 21 and 21 are opened and the forging material W1 corresponding to the intermediate claw 22 is released from being clamped, the forging material W1 is surely placed in the molding hole 12 of the lower mold 11. It comes to be thrown in.
  • the pair of feed bars 21 and 21 are retracted to return to the initial state, thereby completing the transporting process.
  • step S4 of FIG. 10 forging (molding process) by the die set 1 is started.
  • the punch 15 is lowered and driven into the molding hole 12 of the lower mold 11 so that the forging material W1 is press-fitted into each recess (cavity) of the molding hole 12.
  • a forged product (piston material) W2 is formed.
  • the forged product W2 in the molding hole 12 is pushed upward by the above-described knockout pin, and a small amount upwards from the molding hole 12 in the lower mold 11. It is arranged in a protruding state.
  • step S1 in FIG. 10 a workpiece transfer process is performed (step S1 in FIG. 10). That is, in the same manner as described above, the pair of feed bars 21 and 21 are closed, and the workpiece W is held by each pair of claws 22. At this time, the forged product W2 disposed in the lower mold 11 is sandwiched between the pair of claws 22 on the downstream side. Note that the forging material W1 on the carry-in conveyor 51 and the forging material W1 on the workpiece stand 55 are sandwiched between the upstream and intermediate claws 22 as described above.
  • step S4 in FIG. 10 the conveyance of the workpiece W is resumed (step S4 in FIG. 10). That is, the pair of feed bars 21, 21 is advanced to a predetermined position, and the forged product W ⁇ b> 2 sandwiched between the pair of downstream claws 22, 22 is arranged corresponding to the upstream end of the carry-out conveyor 52. Note that the forging material W1 sandwiched between the intermediate and upstream claws 22 is disposed corresponding to the lower mold 11 and the work stand 55 as described above.
  • the forged product W2 corresponding to the claw 22 on the downstream side is placed on the upstream end of the conveyor 52 by opening the pair of feed bars 21 and 21 after being lowered. Further, the forging material W1 corresponding to the intermediate and upstream claws 22 is respectively installed on the workpiece standby table 55 and the lower mold 11 as described above.
  • the next forging material W1 is conveyed to the downstream end by the carry-in conveyor 51.
  • the forged product W2 placed on the upstream end of the carry-out conveyor 52 is transferred to the upstream end of the transport conveyor 52 by the pair of feed bars 21 and 21. Before being carried out, it is carried out downstream by the carry-out conveyor 52.
  • the punch 15 is driven into the lower mold 11 and forged, as described above.
  • the oil-based lubricant and the water-soluble lubricant are simultaneously sprayed from the spray nozzle 4 and supplied to the lower mold 11. Even if it is arranged at a position far away from the molding hole 12 of the mold 11, both lubricants can be supplied evenly over the entire inner peripheral surface of the molding hole 12, causing problems such as seizure due to lack of lubrication. Can be reliably prevented, and a high-quality forged product W2 can be stably produced.
  • two types of lubricants are sprayed at the same time and supplied to the lower mold 11, so that the lubricants are compared with the case where the two types of lubricants are sprayed separately at different times.
  • the spraying time can be shortened and the production efficiency can be improved.
  • the oil-based lubricant and the water-soluble lubricant are not sprayed in a mixed state, but the oil-based lubricant and the water-soluble lubricant are sprayed separately. That is, in the present invention, a plurality of different types of lubricants are individually sprayed without being mixed.
  • work W by a pair of feed bars 21 and 21 is interrupted on the way (step S1 of FIG. 10), and a lubricant is supplied in the interrupted state, and then step S3 of FIG.
  • the present invention is not limited to this, and in the present invention, the conveyance speed of the pair of feed bars 21 and 21 has a margin compared to the time of the lubricant supply process.
  • the lubricant may be supplied during the transfer of the workpiece W by the pair of feed bars 21 and 21 without interrupting the transfer.
  • the work W is clamped by every other claw, and in a state where the pair of feed bars 21 and 21 are retracted (initial state), the work W Alternatively, the lubricant may be sprayed and supplied to the lower mold 11 through the gap between the pair of claws. This is because a plurality of lubricants may be supplied while the workpiece W is discharged from the molding hole 12 and the next workpiece W is transferred to the molding hole 12.
  • the forging material W1 is die-forged once to produce a forged product (piston material) W2.
  • the present invention is not limited thereto, and the forging material W1 is preformed (
  • a forged product (piston material) may be manufactured by performing die forging twice or more, such as primary molding) and main molding (secondary molding).
  • the present invention is not limited to this, and when the spray of the lubricant is stopped, the air May be stopped, and the air may be jetted after an interval.
  • Example 1 A forging device similar to that of the above embodiment was prepared. At this time, the distance (nozzle height L1) from the spray nozzle 4 at the spray position to the opening end face of the molding hole 12 in the lower mold 11 was 150 mm.
  • the lubricant was supplied to the lower mold at the timing shown in FIG. 12A. That is, the injection of the oil-based lubricant, the water-soluble lubricant and the compressed air was started at the same time. After the oil-based lubricant and the water-soluble lubricant were injected for 1.5 seconds, the rear air was further injected for 1.0 second. At this time, the application amount of the oil-based lubricant was at least 1.0 g, and the application amount of the water-soluble lubricant was at least 10 g. Further, both the lubricant and the compressed air were each injected at a pressure of 2.0 MPa.
  • the spray nozzle 4 is swung along the opening edge of the molding hole 12 as in the above embodiment.
  • the rotation speed of the spray nozzle 4 is 0.5 second / rotation.
  • the concentration of residual graphite powder as the lubricant at this time was adjusted to 0.83 g.
  • oil-based lubricant mineral oil was used, and as the water-soluble lubricant, a graphite powder dissolved in water was used.
  • the forging material W1 similar to that of the above embodiment is set in the molding hole 12 of the lower die 11, and the forging material W1 is forged by driving the punch 15 in the same manner as described above.
  • a piston material W2 similar to the above was manufactured.
  • the dimension L2 of the forged product (piston material W2) was 80 mm, and the insertion amount L3 of the punch 15 into the lower mold 11 was 4 mm.
  • Example 2 The distance (nozzle height) L1 from the spray nozzle 4 to the opening end face of the molding hole 12 in the lower mold 11 is adjusted to 50 mm, and the amount of oil-based lubricant applied is 0.3 to 0.5 g.
  • the coating amount of the agent was 3.0 to 5.0 g.
  • the amount of residual graphite powder was 0.25 to 0.42 g.
  • the lubricant was supplied to the lower mold at the timing shown in FIG. 12B. That is, 1.0 second after starting the injection of compressed air, the oil-based lubricant is injected for 0.8 second, and after 0.3 seconds from the start of the spraying of the oil-based lubricant, 0.8% of the water-soluble lubricant is added. Sprayed for 2 seconds. The compressed air continued to be jetted for 3.1 seconds. Therefore, the simultaneous injection time of the lubricant is 0.5 seconds, and the post-air injection time is 1.0 seconds.
  • the application amounts of the oil-based lubricant and the water-soluble lubricant in the total spraying time were 1.8 g and 6.0 g, respectively, and the residual graphite powder amount was 0.5 g.
  • the application amount of the oil-based lubricant and the water-soluble lubricant within the simultaneous injection time was 1.13 g and 3.75 g, respectively, and the residual graphite powder amount was 0.3125 g.
  • Example 1 Using the same forging device as in Example 1, the lubricant was supplied to the lower die at the timing shown in FIG. That is, oil oil lubricant and compressed air injection are started at the same time, oil oil lubricant is injected for 1.25 seconds, water soluble lubricant is injected for 1.25 seconds, and afterward air is injected for 1.0 second. did. Furthermore, the amount of oil-based lubricant applied was 0.3 to 0.5 g, and the amount of water-soluble lubricant applied was 3.0 to 5.0 g. The amount of residual graphite powder was 0.25 to 0.42 g.
  • Example 3 Using the same forging device as in Example 1, the lubricant was applied to the lower die at the timing shown in FIG. Oil oil and compressed air are started to be injected simultaneously, of which oil lubricant is injected for 1.25 seconds, then water-soluble lubricant is injected for 1.25 seconds, and then compressed air is injected for 1.0 second. Thereafter, the oil-based lubricant was sprayed for 1.25 seconds, and then the water-soluble lubricant was sprayed for 1.25 seconds, and then the post-air was sprayed for 1.0 second.
  • the amount of residual graphite powder was 0.54 ⁇ 2 g.
  • Example 1 even when the nozzle height is high and the spraying distance is long, a good piston material W2 can be reliably obtained, and the lubricant is properly supplied. Conceivable.
  • Comparative Example 3 it is necessary to spray the oil-based lubricant and the water-soluble lubricant sequentially and repeatedly, and even if the spraying distance is long, the lubricant can be sufficiently supplied to the entire forming hole, which is good Although it is possible to perform a proper forging process, the lubricant application time and the tact time of forging become long, and there is a possibility that the production efficiency is lowered.
  • Example 3 the oil-based lubricant and the water-soluble lubricant were not started and ended at the same time, but because there is a time for spraying at the same time, as in Examples 1 and 2, there is no seizure or lack of thickness. A forged product W2 could be obtained.
  • oily lubricant is sprayed after the oily lubricant is first sprayed and then the oily lubricant is sprayed, even if the water-soluble lubricant amount is reduced from 10 g to 6 g as compared with Example 1, A good forged product could be obtained, and the amount of lubricant sprayed could be reduced.
  • Example 1 when the application time in Example 1 is “Ta” and the tact time for forging is “Tb”, the application time for Comparative Examples 1 and 2 and the tact time for forging are 1 for each of those in Example 1.
  • .Times.5 times (“1.5.times.Ta” "1.5.times.Tb")
  • the application time and forging tact time of Comparative Example 3 are each 3 times or more ("3.times.Ta or more" "3.times.Tb or more" ]).
  • the forging method related to the present invention performs good forging regardless of the distance (spray distance) from the spray nozzle to the lower mold. It was considered that the spraying distance had no dependency (low) on the supply characteristics of the lubricant, and stable operation of the forging device and production of stable quality forged products became possible.
  • the forging method according to the present invention can be applied, for example, when manufacturing a forged product such as an engine piston material of an automobile.

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Abstract

 生産性の向上を図りつつ、複数の潤滑剤をむら無く均等に型内に供給できる鍛造加工方法を提供する。 本発明の鍛造加工方法は、下金型11内の鍛造素材にパンチ15を打ち込んで鍛造加工する成形工程と、搬送機構2によって、搬入部のワークWを下金型11内に搬送するとともに、下金型11内のワークWを搬出部に搬送するワーク搬送工程と、ワークWが下金型11内に設置されない間に、潤滑剤供給機構3によって、種類の異なる複数の潤滑剤を、下金型11内に供給する潤滑剤供給工程とを含む。潤滑剤供給機構3は、下金型11の上方における搬送機構2の動作領域よりも上方に配置される噴霧位置と、退避位置との間で移動自在な潤滑剤噴霧手段を有する。潤滑剤供給工程においては、滑剤噴霧手段から複数の潤滑剤を少なくとも一時的に同時にそれぞれ噴霧して、複数の潤滑剤を下金型内に供給する。

Description

鍛造加工方法および鍛造加工装置
 この発明は、下金型に設置した鍛造素材にパンチを打ち込んで鍛造加工を行うようにした鍛造加工方法および鍛造加工装置に関する。
 鍛造加工用の金型(ダイセット)の下金型に設置した鍛造素材に対し、パンチを打ち込んで鍛造加工を行うようにした鍛造加工方法では、鍛造素材を下金型に設置する前に、下金型の成形孔内周面に潤滑剤を塗布するのが通例である。
 特許文献1,2に示す鍛造加工装置では、パンチを上昇させた状態で、パンチおよび下金型間に潤滑剤噴霧用のスプレーノズルが挿入されて、そのスプレーノズルから潤滑剤が噴霧されて下金型内に塗布されるようになっている。
 潤滑剤は、大別して水溶性のものと油性のものとがあるが、これらの2種の潤滑剤を双方とも塗布するような場合には、特許文献3に示すように、いずれか一方の潤滑剤を噴霧して塗布してから、残り一方の潤滑剤を噴霧して塗布するようにしている。
 一方、近年においては、自動的にワークを連続して鍛造加工できるように、ワーク搬送機構(トランスファー機構)を備えた鍛造加工装置が提案されている。このワーク搬送機構は、例えば、コンベア等によって所定のワーク搬入部に搬入されたワークを、ダイセットの下金型に自動的に移載するとともに、鍛造加工後のワーク(鍛造加工品)を下金型から所定のワーク排出部に移載するものである。
 このような鍛造加工装置において、鍛造加工を行う毎に、下金型に対し潤滑剤を塗布するには、潤滑剤噴霧用のスプレーノズルと、ワーク搬送機構との干渉を避けるために、スプレーノズルを、ワーク搬送機構の動作領域よりも上方に配置する必要がある。
特開平9-10881号 特開2002-224783号 特開2002-321033号
 しかしながら、スプレーノズルをワーク搬送機構の上方に配置するとなると、スプレーノズルから下金型までの距離(ノズル高さ)が長くなってしまう。このようにノズル高さが長い状態で、上記したように油性潤滑剤および水溶性潤滑剤を順次噴霧した場合には、潤滑剤は下金型における成形孔の内周面全域に確実に行き渡らず塗布量にむらが生じ、鍛造加工時に、潤滑剤の供給不良(潤滑切れ)によるワークの金型への焼付き等が生じてしまい、安定した鍛造加工を行うことができない場合がある、という課題があった。
 さらに2種類の潤滑剤を十分に下金型に供給するには、噴霧時間も長くなってしまい、生産性の低下を来す、という課題も抱えている。
 本発明の好ましい実施形態は、関連技術における上述した及び/又は他の問題点に鑑みてなされたものである。本発明の好ましい実施形態は、既存の方法及び/又は装置を著しく向上させることができるものである。
 本発明のその他の目的及び利点は、以下の好ましい実施形態から明らかであろう。
 この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、生産性の向上を図りつつ、複数の潤滑剤を下金型内にむら無く均等に供給することができる鍛造加工方法およびその関連技術を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を備えるものである。
 [1]下金型の成形孔内に設置された鍛造素材に対し、パンチを打ち込んで鍛造加工して鍛造加工品を得るようにした成形工程と、
 ワーク搬送機構によって、ワーク搬入部に配置されたワークを、前記下金型の成形孔に搬送するとともに、前記下金型の成形孔内のワークを、ワーク搬出部に搬送するワーク搬送工程と、
 ワークが前記下金型の成形孔から搬送された後、次のワークが前記下金型の成形孔に搬送される前に、潤滑剤供給機構によって、種類の異なる複数の潤滑剤を、前記下金型の成形孔に供給する潤滑剤供給工程とを含み、
 前記潤滑剤供給機構は、前記下金型の上方における前記ワーク搬送機構の動作領域よりも上方に配置される噴霧位置と、前記パンチの作動領域から退避した退避位置との間で移動自在な潤滑剤噴霧手段を有し、
 前記潤滑剤供給工程においては、前記潤滑剤噴霧手段から複数の潤滑剤を少なくとも一時的に同時にそれぞれ噴霧して、複数の潤滑剤を前記下金型の成形孔に供給するようにしたことを特徴とする鍛造加工方法。
 [2]複数の潤滑剤として、油性潤滑剤および水溶性潤滑剤が用いられる請求項1に記載の鍛造加工方法。
 [3]前記潤滑剤供給工程において、油性潤滑剤のみを先に噴霧してから、油性潤滑剤および水溶性潤滑剤を同時に噴霧するようにした請求項2に記載の鍛造加工方法。
 [4]前記潤滑剤噴霧手段を構成するスプレーノズルを有し、
 前記スプレーノズルは、油性潤滑剤を噴射する油性潤滑剤吐出口と、水溶性潤滑剤を噴射する水溶性潤滑剤吐出口と、エアーを噴射するエアー吐出口とを有し、
 両潤滑剤噴射口から油性および水溶性潤滑剤をそれぞれ噴射しつつ、前記エアー吐出口からエアーを噴射することによって、油性および水溶性潤滑剤を霧状に噴射させるようにした請求項2または3に記載の鍛造加工方法。
 [5]前記スプレーノズルとして、前記油性潤滑剤吐出口、前記水溶性潤滑剤吐出口および前記エアー吐出口が同心的に設けられたものが用いられる請求項4に記載の鍛造加工方法。
 [6]前記スプレーノズルから潤滑剤を噴霧している際に、そのスプレーノズルを前記下金型における成形孔の開口縁部に沿って旋回させるようにした請求項4または5に記載の鍛造加工方法。
 [7]前記油性潤滑剤および水溶性潤滑剤を噴射が終了した後、前記エアー噴射口からエアーを継続して噴射させるようにした請求項2~6のいずれか1項に記載の鍛造加工方法。
 [8]前記スプレーノズルから前記下金型における成形孔の上端開口面までの垂直距離が100mm以上に設定される請求項2~7のいずれか1項に記載の鍛造加工方法。
 [9]前記潤滑剤供給工程において、油性潤滑剤および水溶性潤滑剤の噴霧を同時に開始するようにした請求項2~8のいずれか1項に記載の鍛造加工方法。
 [10]前記潤滑剤供給工程において、油性潤滑剤および水溶性潤滑剤の噴霧を同時に終了するようにした請求項2~9のいずれか1項に記載の鍛造加工方法。
 [11]前記水溶性潤滑剤として、黒鉛潤滑剤を水に分散させた懸濁液を用いる請求項2~10のいずれか1項に記載の鍛造加工方法。
 [12]前記鍛造加工品として、ヘッド部の一面側に、スカート部、ピンボス部およびサイドウォール部が一体に設けられたピストン素材を得るものとし、
 前記下金型として、その成形孔に、前記ヘッド部、前記スカート部、前記ピンボス部および前記サイドウォール部を形成するための各凹部がそれぞれ設けられたものが用いられる請求項1~11のいずれか1項に記載の鍛造加工方法。
 [13]前記ワーク搬送機構は、前記下金型の両側にワークの搬送方向に沿って配置される一対のフィードバーと、その一対のフィードバーの内側面に対向して設けられた一対の爪とを有し、
 前記一対のフィードバーを閉じることにより、前記一対の爪によりワークを挟持するとともに、その挟持状態で、前記一対のフィードバーを上昇させから、ワーク搬送方向に沿って下流側に移動させることにより、ワークを下流側に搬送するようにした請求項1~12のいずれか1項に記載の鍛造加工方法。
 [14]ワークとして、アルミニウムまたはアルミニウム合金製のものが用いられる請求項1~13のいずれか1項に記載の鍛造加工方法。
 [15]下金型の成形孔内に設置された鍛造素材に対し、パンチを打ち込んで鍛造加工して鍛造加工品を得るダイセットと、
 ワーク搬入部に配置されたワークを、前記下金型の成形孔に搬送するとともに、前記下金型の成形孔内のワークを、ワーク搬出部に搬送するワーク搬送機構と、
 ワークが前記下金型の成形孔から搬送された後、次のワークが前記下金型の成形孔に搬送される前に、種類の異なる複数の潤滑剤を、前記下金型の成形孔に供給する潤滑剤供給機構とを備え、
 前記潤滑剤供給機構は、前記下金型の上方における前記ワーク搬送機構の動作領域よりも上方に配置される噴霧位置と、前記パンチの作動領域から退避した退避位置との間で移動自在な潤滑剤噴霧手段を有し、
 前記潤滑剤供給機構によって、前記潤滑剤噴霧手段から複数の潤滑剤が少なくとも一時的に同時にそれぞれ噴霧されて、複数の潤滑剤が前記下金型の成形孔に供給されるようにしたことを特徴とする鍛造加工装置。
 発明[1]の鍛造加工方法によれば、複数の潤滑剤を同時並列的に噴霧して、下金型の成形孔内に供給するものであるため、生産性の向上を図りつつ、複数の潤滑剤を下金型の成形孔内周面全域にむら無く均等に供給することができる。
 発明[2]の鍛造加工方法によれば、油性潤滑剤および水溶性潤滑剤を成形孔内に確実に供給することができる。
 発明[3]~[11]の鍛造加工方法によれば、上記の効果をより確実に得ることができる。
 発明[12]の鍛造加工方法によれば、鍛造加工品としてピストン素材を得ることができる。
 発明[13]の鍛造加工方法によれば、ワークの搬送をより一層確実に行うことができる。
 発明[14]の鍛造加工方法によれば、アルミニウム製の鍛造加工品を得ることができる。
 発明[15]の鍛造加工装置によれば、上記と同様に、生産性の向上を図りつつ、複数の潤滑剤を下金型の成形孔内周面にむら無く均等に供給することができる。
図1Aはこの発明の実施形態である鍛造加工装置をパンチ降下状態で示す側面図である。 図1Bは実施形態の鍛造加工装置を潤滑剤噴霧状態で示す側面図である。 図2は実施形態の鍛造加工装置を示す平面図である。 図3は実施形態の鍛造加工装置を示す正面図である。 図4は実施形態の鍛造加工装置によって製造されるピストン素材を示す斜視図である。 図5は実施形態で製造されたピストン素材を示す側面図である。 図6は実施形態の鍛造加工装置によって鍛造加工される鍛造素材を示す斜視図である。 図7は実施形態で鍛造加工される鍛造素材を示す側面図である。 図8は実施形態の鍛造加工装置に採用されたスプレーノズルを示す下面図である。 図9は実施形態のスプレーノズルを概略的に示す断面図である。 図10は実施形態の鍛造加工装置の動作手順を示すブロック図である。 図11Aは実施形態における潤滑剤およびエアーを噴射するタイミングの第1の例を示すタイミングチャートである。 図11Bは実施形態における潤滑剤およびエアーを噴射するタイミングの第2の例を示すタイミングチャートである。 図11Cは実施形態における潤滑剤およびエアーを噴射するタイミングの第3の例を示すタイミングチャートである。 図11Dは実施形態における潤滑剤およびエアーを噴射するタイミングの第4の例を示すタイミングチャートである。 図11Eは実施形態における潤滑剤およびエアーを噴射するタイミングの第5の例を示すタイミングチャートである。 図12Aは実施例1における潤滑剤およびエアーを噴射するタイミングを示すタイミングチャートである。 図12Bは実施例3における潤滑剤およびエアーを噴射するタイミングを示すタイミングチャートである。 図13は比較例1,2における潤滑剤およびエアーを噴射するタイミングを示すタイミングチャートである。 図14は比較例3における潤滑剤およびエアーを噴射するタイミングを示すタイミングチャートである。 図15は本実施形態における黒鉛潤滑剤の塗布量と潤滑剤の同時噴霧時間との関係を示すグラフである。
 図1A,1Bはこの発明の実施形態である鍛造加工装置を示す側面図、図2はその鍛造加工装置を示す平面図、図3はその鍛造加工装置を示す正面図である。
 これらの図に示すように、この鍛造加工装置は、搬送ラインに沿って上流側(図1Aの左側)から下流側(右側)にかけて、搬入コンベア51,ワーク待機台55,ダイセット1,搬出コンベア52がこの順に設けられている。
 さらにこの鍛造加工装置は、搬入コンベア51,ワーク待機台55,ダイセット1にそれぞれ設置されたワークWを、ワーク待機台55,ダイセット1,搬出コンベア52に順次移載するためのワーク搬送機構(トラスファー機構)2と、ダイセット1のワーク成形部に潤滑剤を供給するための潤滑剤供給機構3とを備えている。
 そして本実施形態の鍛造加工装置においては、搬入コンベア51によってその下流側端部まで搬送されたワークWが、ワーク搬送機構2によってワーク待機台55に移載されるとともに、ワーク待機台52上のワークWが、ワーク搬送機構2によってダイセット1のワーク成形部に移載される。さらにそのワーク成形部のワークWがダイセット1によって鍛造加工された後、その鍛造加工品(ワーク)が、ワーク搬送機構2によって搬出コンベア52の上流側端部に移載され、その鍛造加工品W2が搬出コンベア52によって下流側へと搬送されるようになっている。コンベア51の下流側端部には、必要に応じてストッパーが設けられている。
 ここで本実施形態においては、ワーク待機台55がワーク搬入部として構成されるとともに、搬出コンベア52の上流側端部がワーク搬出部として構成されている。さらに後に詳述するダイセット1における下金型11の成形孔12がワーク成形部として構成されている。
 本発明においては、搬入コンベア51から直接下金型11の成形孔12内にワークWが移載されるようにすれば、ワーク待機台55は省略することもできる。この場合、搬入コンベア51がワーク搬入部として構成される。
 なお本実施形態において、鍛造加工される前のワークWを鍛造素材W1と称し、鍛造加工された後のワークWを鍛造加工品W2またはピストン素材W2と称する。換言すれば、ワークWは、鍛造素材W1と、鍛造加工品W2およびピストン素材W2の双方を含む総称として用いられている。
 図4,5に示すように、本実施形態の鍛造加工装置によって製造されるピストン素材W2は、円形(短寸の円柱状形状)のヘッド部91を備え、そのヘッド部91の一面側(下面側)に、一対のスカート部92,92、一対のピンボス部93,93およびサイドウォール部94が一体に設けられている。
 一対のスカート部92,92は、ヘッド部91の一面側における外周縁部の左右両側端部に、下面側に突出するように設けられている。
 一対のピンボス部93,93は、ヘッド部91の一面側における中間部の前後両側に、下面側に突出するように設けられている。
 サイドウォール部94は、一対のピンボス部93,93と、一対のスカート部92,92との間を連結する態様に、下面側に突出するように設けられている。
 図6,7に示すように、本実施形態で用いられる鍛造素材W1は、短寸の円柱状(厚板の円盤状)の形状を有している。
 この鍛造素材W1としては、例えばアルミニウム製またはアルミニウム合金製の連続鋳造棒や、連続押出棒を切断処理によって所定の重量相当分の体積に切断したものが使用されている。
 鍛造素材W1として具体的には、Al-Si系合金(4000系合金)等を好適に用いることができる。
 図1~3に示すように、ワーク搬送機構2は、搬送ラインを挟んだ両側に配置される一対のフィードバー21,21を備えている。
 一対のフィードバー21,21は共に搬送ライン(前後方向)に沿って延び、かつ同一平面内で並列に配置されている。一対のフィードバー21,21は、駆動手段によって、互いに接離する方向(左右方向)に移動して開閉できるようになっている。さらに一対のフィードバー21,21は、同期して前後方向に移動できるとともに、同期して上下方向に移動できるようになっている。
 一対のフィードバー21,21の内側には、互いに対向配置される一対の爪(フィンガー)22,22が、前後方向に沿って所定の間隔おきに3組(3対)設けられている。各爪22は、フィードバー21に爪ホルダー23を介してそれぞれ固定されている。
 なお本実施形態においては、搬送ラインに沿って配列される3組の爪22のうち、ワーク搬送方向の上流側(図2の左側)から数えて、1列目に配置される一対の爪22,22を「上流側の一対の爪22,22」と称し、2列目に配置される一対の爪22,22を「中間の一対の爪22,22」と称し、3列目に配置される一対の爪22,22を「下流側の一対の爪22,22」と称する。
 一対のフィードバー21,21が後退した状態(図2の左側に移動した状態)では、図2の想像線に示すように、上流側の一対の爪22,22が搬入コンベア51の下流側端部に対応して配置され、中間の一対の爪22,22がワーク待機台55に対応して配置され、下流側の一対の爪22,22がダイセット1のワーク成形部に対応して配置される。さらに一対のフィードバー21,21が前進した状態(図2の右側に移動した状態)では、図2の実線に示すように、各組の爪22,22は、ワーク待機台55、ダイセット1のワーク成形部および搬出コンベア52の上流側端部に対応してそれぞれ配置される。
 そして一対のフィードバー21,21が後退した状態で閉じられると、搬入コンベア51の下流側端部、ワーク待機台55およびダイセット1のワーク成形部に設置されたワークWが、対応する各組の爪22,22に挟持(チャック)されるようになっている。さらにその挟持状態で、一対のフィードバー21,21が上昇してから前進した後、降下すると、各爪22に挟持された各ワークWが、ワーク待機台55、ダイセット1のワーク成形部および搬出コンベア52の上流側端部に対応してそれぞれ配置される。従って、その状態で一対のフィードバー21,21が開かれて、各ワークWの各爪22による挟持が解除されると、各ワークWが、ワーク待機台55、ダイセット1のワーク成形部および搬出コンベア52の上流側端部にそれぞれ設置されることになる。
 このように搬入コンベア51の下流側端部まで順次搬送されるワークWが、ワーク待機台55、ワーク成形部および搬出コンベア52の上流側端部に順次移載されて、搬出コンベア52によって順次搬出されるようになっている。
 なお一対のフィードバー21,21は、各ワークWを移載した後、後退して開いた状態(初期状態)で待機するようになっている。また後に詳述するが、潤滑剤をワーク成形部に塗布する際には、一対のフィードバー21,21は、各ワークWを搬送している途中の状態で停止されるようになっている。
 図1~3に示すように、ダイセット1は、下金型11と、上金型としてのパンチ15とを備えている。
 下金型11は、上方に向けて開放し、かつ鍛造素材W1を成形するための成形孔12を有している。成形孔12の内周面は、ピストン素材W2の上端面(クラウン面91a)を除く外周面形状に対応して形成されている。すなわち成形孔12の内面には、ピストン素材W2におけるヘッド部91を形成するためのヘッド部形成用凹部、スカート部92を形成するためのスカート部形成用凹部、ピンボス部93を形成するためのピンボス部形成用凹部、サイドウォール部94を形成するためのサイドウォール部形成用凹部がそれぞれ設けられている。
 また下金型11における成形孔12の底部には、ノックアウトピン(図示省略)が成形孔12の底面から上方に突出可能に収容されている。そして後述するように下金型11の成形孔12内で成形された鍛造加工品W2は、ノックアウトピンにより突き上げられて、その鍛造加工品が、下金型11の成形孔12から上方へ少量突出して配置されるようになっている。
 パンチ15は、下側部が、下金型11の成形孔12に適合状態に挿入可能な形状に形成されている。
 このパンチ15が、下金型11の上方に対応して配置された状態で、図示しない昇降駆動手段によって上下方向に昇降駆動自在に取り付けられている。
 そして昇降駆動手段の駆動によって、パンチ15が降下すると、パンチ15が下金型11の成形孔12内に打ち込まれるようになっている。
 なお、ダイセット1における下金型11と、搬入コンベア51との間に設けられるワーク待機台55は、下金型11に搬送するワークWを待機させておくもので、ワークWを載置可能に構成されている。
 図1~3に示すように、下金型11の成形孔12内に潤滑剤を供給するための潤滑剤供給機構3は、水平に配置されるアーム31を備えている。
 このアーム31は、ワーク搬送機構2における一対のフィードバー21,21の動作領域の上空において、水平面内で移動自在に構成されており、図示しないアーム移動手段の駆動によって、図2の実線に示すように、アーム31が一対のフィードバー21,21の側方に配置される退避位置と、同図想像線に示すように、アーム先端が下金型11の上空に位置する噴霧位置との間で移動できるようになっている。退避位置は、パンチ15の打込動線から逸脱して、上下に動作するパンチ15と干渉しない位置、つまりパンチ15の作動領域から退避した位置であり、具体的な退避位置としては、上記したフィードバー21,21の側方の他に、下金型11の上部側方等を挙げることができる。
 アーム31の先端下面には、潤滑剤を噴霧するスプレーノズル4が下向きに設けられている。
 図8に示すようにこのスプレーノズル4は、3つの吐出口41~43を有する、いわゆる3重心管構造となっている。各吐出口41~43は、同心的に配置されており、中心に位置する円形の油性潤滑剤吐出口41から、油性潤滑剤が噴射されるように構成され、その外側のリング状の水溶性潤滑剤吐出口42から、水溶性潤滑剤が噴射されるように構成され、最外側のリング状の圧縮エアー吐出口43から、圧縮エアーが噴射されるように構成されている。
 すなわち図9に示すようにスプレーノズル4は、油性潤滑剤供給路41a、水溶性潤滑剤供給路42aおよび圧縮エアー供給路43aを有し、各供給路41a~43aが、図示しない油性潤滑剤貯留タンク、水溶性潤滑剤貯留タンクおよび圧縮エアー供給装置に接続されている。そして各タンクから各潤滑剤供給路41a,42aに供給された油性潤滑剤および水溶性潤滑剤が、油性および水溶性潤滑剤吐出口41,42から噴射されるように構成されるとともに、潤滑剤を噴射している際等に、圧縮エアー供給装置から圧縮エアー供給路43aに供給されたエアーが圧縮エアー吐出口43から吹き出されることにより、両潤滑剤が霧状に偏り無く均等に分散して噴射されるようになっている。各吐出口41~43への供給路には、供給路開閉手段が設けられている。
 本実施形態では、供給路開閉手段としてニードル弁を用いて、潤滑剤噴霧の切り換えを瞬時に行えるようになっている。具体的には、ニードル弁は圧縮空気が供給されると後退する機構となっており、圧縮空気の供給は電磁弁により制御されている。そして、ニードル弁が後退すると、潤滑剤供給経路と潤滑剤吐出口41~43が接続され、潤滑剤が噴射されるようになっている。
 本発明においては、供給路開閉手段としては、上記のニードル弁の他に、電磁弁、機械式開閉弁等を用いることができるが、潤滑量の微調整が可能なことから、本実施形態のようにニードル弁を使用するのが好ましい。
 なお本実施形態においては、各潤滑剤の噴射(供給)/停止、圧縮エアーの噴射(供給)/停止を、上記の供給路開閉手段を用いて瞬時に切り換えて行えるようになっている。
 また本実施形態においては、アーム31を噴霧位置に配置して、スプレーノズル4を下金型11の上方に配置した状態において、図示しないアーム回転手段の駆動によって、スプレーノズル4が下金型11における成形孔12の開口縁部に沿って旋回するように、アーム31が回転するようになっている。
 本発明において、スプレーノズル4の吐出口41~43は、同心円的に配置する以外に、並列させて配置するようにしても良い。
 吐出口を並列に配置した場合、2種類の潤滑剤、ならびに圧縮空気用の吐出口が並列に配置されているため、下金型上空で回転させながら塗布する際に、各吐出口の回転中心がズレてしまい、2種類の潤滑剤を均一に塗布できなくなる。従って、2種類の潤滑剤を均一に塗布するには、スプレーノズル4の回転回数を増やす必要がある。
 これに対し、吐出口41~43を同心円的に配置した場合、ノズル回転時に、2種類の潤滑剤の吐出口41,42が下金型11に対し、ほぼ同一軌跡をとるように回転移動しつつ、潤滑剤が吹き出されるため、スプレーノズル4の回転回数が少なくとも下金型11の成形孔12に対して2種類の潤滑剤を均一に塗布することができる。
 このようにスプレーノズル4の回転回数を少なくでき、潤滑剤の供給時間を短くすることができる。その結果、フィードバー21,21によって、ワークWを成形孔12から排出し、次のワークWを成形孔12に移載する間に、余裕を持って複数の潤滑剤の同時供給停止を行うことができる。従って、本実施形態のように、吐出口41~43を同心円的に配置するのが好ましい。
 ところで、アーム31は、既述したようにワーク搬送機構2の動作領域よりも上方に設けられるものであるため、図1Bに示すようにアーム31のスプレーノズル4の先端から、下金型11における成形孔12の上端開口面までの垂直方向の距離L1が長くなっている。具体的には、この距離(ノズル高さ)L1は、ワーク搬送機構2の上下寸法(厚さ寸法「約70mm」)に、ワーク搬送機構2の上下移動量(リフト量「約40mm」)を加えたもの「約110mm」よりも長くなっている。例えば距離L1は110~300mmである。参考までに、ワーク搬送機構2が設けられない場合には、スプレーノズルの先端から、下金型11における成形孔12の上端開口部までの垂直方向距離(ノズル高さ)L1は、短くすることができ、例えば50mm程度に設定することができる。
 なお本実施形態において、スプレーノズル4の先端から、下金型11における成形孔12の上端開口部までの垂直方向距離(ノズル高さ)L1が長いという場合には、その距離L1が、鍛造加工品としてのピストン素材W2の上下寸法(ヘッド部91の上端面(クラウン面91a)からスカート部92の下端位置までの寸法)L2の2倍以上の場合である。本発明は、このような場合特に有益である。さらに本実施形態において、図1Aに示すように成形孔12の上端開口部から、成形時におけるパンチ15の最下降点までの距離、つまり成形完了時のピストン素材W2の上端面までの距離L3は、0.5~40mmに設定される。そして本発明では、ノズル高さL1が、(ピストン寸法L2+パンチ挿入量L3)の2倍以上の場合、より一層有益となる。
 ノズル高さL1が高過ぎる場合、例えばピストン素材W2の上下寸法L2の10倍を超える場合には、潤滑剤を下金型11の成形孔12に十分に供給することが困難になるおそれがある。
 本実施形態において、特に潤滑剤を十分に供給する必要のある箇所は、スプレーノズル4の潤滑剤の噴霧方向(広がりの中心線)に対してほぼ平行な面、例えば成形孔12の垂直壁面、またはほぼ垂直な傾斜面、並びに、成形時にメタル(成形材料)の流動が比較的多い箇所である。本実施形態のようにピストン素材W2を製造する場合は、成形孔12の内周面におけるスカート部92の付け根部分やスカート部92の外周部に相当する部分である。
 ここで本実施形態においては、スプレーノズル4によって、潤滑剤供給手段が構成されるものである。
 本実施形態の鍛造加工装置は、にフィードバー21,21、アーム31、スプレーノズル4の供給路開閉手段等の各作動部の駆動を制御する制御装置を備えている。また必要に応じて、ワークWの位置や状態等を検出する各種検出手段等が配置されている。
 次に、上記構成の鍛造加工装置を用いて、鍛造素材W1を鍛造加工する場合について説明する。
 まず鍛造加工装置において、初期状態では、ダイセット1のパンチ15が上昇して型開き状態となっている。さらにワーク搬送機構2の一対のフィードバー21,21は、後退して降下した初期状態となっており、3組(3対)の爪22,22は、搬入コンベア51の下流側端部、ワーク待機台55、下金型11に対応して配置されている。また潤滑剤供給機構3のアーム31は、ワーク搬送機構2における一対のフィードバー21,21の側方に退避した位置(退避位置)に配置されている。
 また鍛造加工装置の鍛造条件の一例について説明すると、パンチ(上金型15)の温度は150±50℃に設定され、下金型11の温度は300±50℃に設定されている。
 さらに鍛造素材W1は、鍛造加工を行う前に、予備潤滑および予備加熱が行われる。予備加熱では、鍛造素材W1を加熱炉で400~500℃に加熱する。
 予備加熱された鍛造素材W1は、搬入コンベア51によって搬送されて、搬入コンベア51の下流側端部まで搬送される。なお以下の動作説明では、先に搬送された鍛造素材W1が、ワーク待機台55上にも設置されているものとする。
 この状態において図10のステップS1に示すように、ワーク搬送機構2によるワークWの搬送(ワーク搬送工程)が開始される。
 すなわち、ワーク搬送機構2の一対のフィードバー21,21が閉じられて、上流側の一対の爪22,22によって、搬入コンベア51の下流側端部の鍛造素材W1が挟持され、中間の一対の爪22,22によって、ワーク待機台55上の鍛造素材W1が挟持される。なお下流側の一対の爪22,22は、鍛造加工後の鍛造加工品W2を挟持するものであるが、その説明は後述するものとする。
 続いて図1Bに示すように、一対のフィードバー21,21が少量前進して停止し、ワークWの搬送が中断される。すなわち下流側の一対の爪22,22と、中間の一対の爪22,22との間が、下金型11の成形孔12に対応する位置まで、一対のフィードバー21,21が前進しそこで停止する。この状態では、後述するように下流側の一対の爪22に挟持された鍛造加工品W2と、中間の一対の爪22に挟持された鍛造素材W1との間の開放部を介して、下金型11の上方が開放された状態となっている。
 そしてその状態において図10のステップS2に示すように、潤滑剤の供給(潤滑剤供給工程)が開始される。すなわち潤滑剤供給機構3のアーム31が、図1Aに示す退避位置から図1Bの実線および図2,3の想像線に示す噴霧位置へと移動し、アーム31の先端下面に設けられたスプレーノズル4が、下金型11における成形孔12の上方に対応して配置される。
 ここでアーム31は、一対のフィードバー21,21等のワーク搬送機構2における動作領域の上空において、水平面内で移動するように構成されているため、アーム31が、ワーク搬送機構2に干渉するのを確実に防止することができる。
 次にアーム先端におけるスプレーノズル4の油性および水溶性潤滑剤吐出口41,42から油性潤滑剤および水溶性潤滑剤が同時に噴射されるとともに、圧縮エアー吐出口43から圧縮エアーが同時に噴射される。
 さらにこの噴射時には、スプレーノズル4が、成形孔12の開口縁部に沿って旋回するように、アーム31が回転する。
 従って、スプレーノズル4から吐出される油性潤滑剤および水溶性潤滑剤は、圧縮エアーの噴射に伴って満遍なく分散し霧状となって、成形孔12内に吹き付けられ、成形孔12の内周面全域にわたって確実に供給される。
 さらに本実施形態においては、1つのスプレーノズル4から油性潤滑剤および水溶性潤滑剤の2種の潤滑剤を同時に噴霧しているため、スプレーノズル4が、下金型11の成形孔12までの距離L1が遠くとも、成形孔12の内周面全域に十分に行き渡り、潤滑剤の供給不足(潤滑切れ)、特に成形孔12のスカート部成形用凹部の内周面での潤滑剤不足が生じるのを確実に防止することができる。
 ここで本発明において、「ノズル高さL1」、「ノズル高さL1+ピストン寸法L2」および「ノズルL1+ピストン寸法L2+パンチ挿入量L3」のうち、いずれかの距離(以下、「噴霧距離」と称す」が長い場合に、同時噴霧が有効であることは、以下の理由と推定される。なお以下の理由説明において、水溶性潤滑剤としては、黒鉛粒子(黒鉛潤滑剤)を水に分散させた懸濁液を用い場合を例に挙げて説明する。
 潤滑剤の理想的な塗布状態は、成形孔12の内周壁面に膜厚0.05~0.1μmの油性潤滑剤膜が形成されていて、その膜の表面側に、油性潤滑剤膜内に取り込まれるように水溶性潤滑剤の黒鉛粒子が、厚さ0.1~1μm、より好ましくは厚さ0.2~0.3μmで層状となっている状態である。
 これを踏まえた上で、まず噴霧距離が短い場合、同時噴霧の時間がなくとも、噴霧された時の勢いで水溶性潤滑剤の黒鉛粒子が油性潤滑剤膜に埋め込まれるため、上記の理想的な塗布状態に近くなる。
 しかしながら、噴霧距離が長い場合、同時噴霧の時間がないと、成形孔内壁面に到達する際の水溶性潤滑剤の勢いが弱いため、水溶性潤滑剤の黒鉛粒子が油性潤滑剤膜内に取り込まれず、流れ落ちてしまう。このため、理想的な塗布状態とはなり難い。
 よって本発明においては、同時噴射して、水溶性潤滑剤の勢いを保つことにより、上記理想的な塗布状態を実現できるため、同時噴霧が有効であると推定される。
 また本発明において、噴霧距離が長い場合であっても、理想的な塗布状態を実現させるために、以下の方法を用いるのが、より一層好ましい。
 すなわち油性潤滑剤および水溶性潤滑剤のうち、油性潤滑剤のみを先に噴霧する。これにより成形孔内壁面に油性潤滑剤の膜を形成しておく。続けてその油性潤滑剤が乾かないうちに、水溶性潤滑剤としての黒鉛潤滑剤を油性潤滑剤と同時に噴霧して、黒鉛粒子を、予め形成しておいた油性潤滑剤膜に埋め込むように塗布する。さらに黒鉛潤滑剤を油性潤滑剤と同時に噴霧することによって、油性潤滑剤膜の表面には、、黒鉛潤滑剤が油性潤滑剤に囲まれた状態の層が形成される。これにより上記の理想的な塗布状態を確実に実現することができる。
 また同時噴霧の後に、水溶性潤滑剤を噴霧し続けると、油性潤滑剤膜に取り込まれた黒鉛潤滑剤層の上に、さらに黒鉛潤滑剤が蓄積されていき、より一層理想的な塗布状態を実現することができる。
 なお水溶性潤滑剤の噴霧が完了した後、油性潤滑剤のみを噴霧し続けると、黒鉛潤滑剤層の上に、油性潤滑剤のみの層が形成されてしまうため、好ましくない。
 本実施形態において、黒鉛潤滑剤は、粒子状態のままでは、成形孔内壁面に均一に塗布することは困難であるため、既述したように、黒鉛粒子を水に分散させた懸濁液を、水溶性潤滑剤として用いている。
 さらに本実施形態においては、油性潤滑剤の噴霧量に対する水溶性潤滑剤の噴霧量、つまり(水溶性潤滑剤噴霧量)/(油性潤滑剤噴霧量)を、5~15に調整するのが好ましい。噴霧量比をこの範囲に調整することによって、上記理想的な塗布状態をより一層確実に実現することができる。
 なお、油性と水性のエマルジュンでは、噴霧量比を上記適正値に設定することが困難であり、焼き付け防止効果等の潤滑剤塗布効果を確実に得ることが困難になるおそれがある。
 参考までに、本実施形態の鍛造加工装置では、スプレーノズル4から、下金型11における成形孔12の上端開口部までの垂直距離はおよそ150~200mmとなっている。
 ここで本実施形態において、油性潤滑剤および水溶性潤滑剤を少なくとも一時的に同時に噴霧するとは、両潤滑剤が同時に噴霧されている時間が少なくとも一部存在している場合を言う。例えば両潤滑剤の噴霧を同時に開始して、両潤滑剤の噴霧(供給)を同時に終了(停止)しても良いし、一方の潤滑剤の噴霧を先に終了した後、他方の潤滑剤の噴霧を終了するようにしても良い。さらに一方の潤滑剤の噴霧を先に開始してから、他方の潤滑剤の噴霧を開始し、両潤滑剤の噴霧を同時に終了しても良いし、一方の潤滑剤の噴霧を先に停止した後、他方の潤滑剤の噴霧を終了するようにしても良い。
 本発明においては、両潤滑剤の噴霧開始を同時に行うことにより、潤滑剤を成形孔12内全域に満遍なく供給することができる。もっとも本発明においては、既述したように油性潤滑剤のみを先に噴霧してから、油性潤滑剤および水溶性潤滑剤を同時に噴霧するのがより一層好ましい。
 なお本実施形態においては、両潤滑剤を同時に噴霧する時間が、少なくとも下金型上空をスプレーノズル4が1回旋回する時間にとなるように旋回時間を設定することによって、両潤滑剤をより一層確実に成形孔12内全域に均等に供給することができる。
 さらに本発明においては、両潤滑剤の噴霧停止(終了)を同時に行うか、または既述したように油性潤滑剤の噴霧を先に停止させるのが好ましい。すなわち、水溶性潤滑剤の噴霧を先に停止させると、水溶性潤滑剤が、はじき飛ばされたり、揮発してしまい、水溶性潤滑剤による効果を十分に得られないおそれがある。具体的には、油性潤滑剤の噴霧を水溶性潤滑剤の噴霧よりも、0.5~2秒(s)先に停止させるのが良い。
 次に本発明において、油性潤滑剤および水溶性潤滑剤の同時噴霧時間を求める方法について説明する。
 図15は縦軸(y軸)に、0.1秒間で1mmあたりに噴霧される水溶性潤滑剤中の黒鉛潤滑剤の量(単位時間の黒鉛噴霧量)を設定し、横軸(t軸)に油性潤滑剤および水溶性潤滑剤の同時噴霧時間を設定したときの実測データによる両者の関係を示すグラフである。同グラフにおいて、「○」印は焼き付きなく良好に鍛造加工が可能で「良好」であったものを示し、「×」印は焼き付きが発生して鍛造加工を適切にできず「不良」でったものを示す。
 同グラフに示すように、単位時間の黒鉛噴霧量(g/0.1秒・mm)を「y」、同時噴霧時間(秒)を「t」としたとき、y=-3.94×10-6t+2.69×10-6の関係式で示される直線を境界にして、右上の領域(境界を含む)が良好となり、左下の領域(ハッチングを施した領域)が不良となる。すなわち、(y、t)がy≧-3.94×10-6t+2.69×10-6の領域であれば良好な鍛造ができる。
 理想的な単位時間の黒鉛噴霧量yは、成形孔内周面に形成する理想的な黒鉛潤滑剤の膜厚から求めることができる。
 また逆に、理想的な必要な同時噴霧時間tは、成形孔内周面に形成する理想的な黒鉛潤滑剤の膜厚から求めることができる。
 具体的には、図15において、前述した関係式を満たす領域に(y,t)を設定することで理想的な潤滑剤膜厚を得るために必要な単位時間の黒鉛噴霧量yまたは同時噴霧時間tを求めることができる。
 そして本発明においては、その必要な同時噴霧時間tを下限値として、生産性等、他の要素も考慮し、同時噴霧時間を求めるものである。
 また逆に、本発明においては、その必要な単位時間の黒鉛噴霧量yを下限値として、生産性等、他の要素も考慮し、必要な黒鉛噴霧量yを求めるものである。
 例えば次のような手順(a)(b)で必要な同時噴霧時間tを求めることができる。
 (a)まず以下の手順(a-1)~(a-3)で0.1秒あたりの黒鉛潤滑剤の噴霧量を測定する。
 (a-1)使用する潤滑剤噴霧装置、噴霧条件(噴霧圧力、スプレーノズル径)を用いて噴霧させて、0.1秒あたりの水溶性潤滑剤の噴霧量および噴霧面積を測定する。
 (a-2)水溶性潤滑剤の噴霧量及びそれに含まれる黒鉛潤滑剤の濃度から0.1秒あたりの黒鉛潤滑剤の噴霧量を算出する。
 (a-3)上記の手順(a-1)(a-2)で求めた値から噴霧面積1mmあたりの黒鉛潤滑剤の噴霧量(M[g/0.1秒・mm])を求める。
 (b)次に以下の手順(b-1)(b-2)で、図15のグラフから油性潤滑剤と水溶性潤滑剤の同時噴霧時間を求める。
 (b-1)上記の手順(a)で求めた黒鉛潤滑剤の噴霧量(M[g/0.1秒・mm])を縦軸にとり、そのまま右に見たときに、(y、t)の関係式と交差した点から縦におろして同時噴霧時間を読み取る。この時間が必要最低噴霧時間となる。
 例えば、上記の手順(a)で測定した値が1.0×10-6g/0.1秒・mmだったと仮定すると、油性潤滑剤と水溶性潤滑剤の同時噴霧時間は0.43秒以上となる。
 (b-2)鍛造成形タクトタイム、搬送装置のタクトタイム、潤滑剤噴霧装置のタクトタイムを、水溶性潤滑剤の同時噴霧時間が上記の手順(b-1)で求めた必要最低噴霧時間以上となるように設定する。なお上限値は出来るだけ小さくするのが好ましく、例えば、必要最低噴霧時間×10(より好ましくは×2)以内とするのが好ましい。
 以上のように、上記の手順(a)(b)により、必要な同時噴霧時間tを満たす運転条件となる。
 また逆に、次のような手順(c)(d)で必要な噴霧する黒鉛潤滑剤量yを求めることができる。
 (c)以下の手順(c-1)で、割り当てられる同時噴霧時間を求める。
 (c-1)生産ラインの安定品質、生産効率を最大にする鍛造成形タクトタイム、搬送装置のタクトタイム、潤滑剤噴霧装置のタクトタイムから、逆算して、同時噴霧時間を求める。
 (d)以下の手順(d-1)(d-2)で図15のグラフから必要な噴霧する黒鉛潤滑剤量yを求める。
 (d-1)上記の手順(c)で求めた割り当てられる同時噴霧時間を横軸にとり、そのまま上に挙げたときに、(y、t)の関係式と交差した点から左にみて黒鉛潤滑剤量yを読み取る。これが必要最低限の黒鉛潤滑剤量yとなる。
 (d-2)使用する潤滑剤噴霧装置を用いて、噴霧条件(噴霧圧力、スプレーノズル径)を上記の手順(d-1)で求めた0.1秒あたりの黒鉛潤滑剤の噴霧量以上となるように設定する。なお上限値は出来るだけ小さくするのが好ましく、例えば、必要最低黒鉛潤滑剤の噴霧量×5(より好ましくは×2)以内とするのが好ましい。
 以上のように、上記の手順(c)(d)により、必要な噴霧する黒鉛潤滑剤量yを満たす運転条件となる。
 なお、図15のグラフは以下の(1)~(3)に示す範囲(条件)で適用が可能である。
 (1)黒鉛潤滑剤の濃度
 水溶性潤滑剤と、それに含まれる黒鉛潤滑剤の比が以下の範囲であれば図15のグラフが適用できる。
 水溶性潤滑剤質量:黒鉛潤滑剤質量=2~30:1
 (2)水溶性潤滑剤の流量
 水溶性潤滑剤の流量は0.1g/秒~20g/秒の範囲であれば図15のグラフが適用できる。
 (3)噴霧距離
 噴霧距離が110~300mmの範囲であれば図15のグラフが適用できる。
 また本発明において、圧縮エアーの噴射は、いずれかの潤滑剤の噴射が開始されると同時に開始するか、または潤滑剤の噴霧が開始される前に開始するのが良い。さらに圧縮エアーの噴射は、双方の潤滑剤の噴射が停止された後、所定時間続けるのが良い。例えば上述したように、少なくともスプレーノズル4が下金型上空を1回旋回する間、両潤滑剤を噴射し続けるのが良い。さらに圧縮エアーが断続的に供給されることにより、液ダレ発生を抑え、より均一に潤滑剤を成形孔内壁面に塗布することができる。また潤滑剤の噴射停止後のエアー(後エアー)の供給を行うことにより、成形孔12内に霧状に滞留する潤滑剤を成形孔12内全域に、より一層確実に行き渡らせることができ、潤滑剤の供給不良をより一層確実に防止することができる。例えば双方の潤滑剤の噴霧が停止された後の圧縮エアーの噴射時間は、0.1ないし5秒に設定することができる。
 また圧縮エアーの噴射を潤滑剤の噴霧が開始される前に開始する場合には、良好な状態に潤滑剤を塗布することができる。すなわち圧縮エアーを油性潤滑剤よりも先に噴射することによって、圧縮エアーによって金型が冷却されるため、自動生産時における金型温度の上昇を抑制することができる。このため、油性潤滑剤の塗布量が少なくて、油性潤滑剤膜(油膜)の膜厚が薄くなっても、水溶性潤滑剤に含まれる黒鉛潤滑剤(黒鉛粒子)が油膜に均一に打ち込まれて、良好な状態に潤滑剤を塗布することができる。従ってこれらの点を十分に考慮して、圧縮エアーの噴射時間を決定するのが良い。
 また潤滑剤を噴霧する前に圧縮エアーを噴射しておき、その後、油性潤滑剤や水溶性潤滑剤を噴霧した後も、続けて圧縮エアーを噴射するようにしても良い。
 具体例を挙げて説明すると図11Aに示す噴射方法では、時刻t11の時点で、油性潤滑剤、水溶性潤滑剤および圧縮エアーの噴射を同時に開始し、時刻t12の時点で、両潤滑剤の噴射を同時に停止し、その後、時刻t13の時点で圧縮エアーの噴射を停止するものである。
 図11Bに示す噴射方法では、時刻t21の時点で、油性潤滑剤、水溶性潤滑剤および圧縮エアーの噴射を同時に開始し、時刻t22の時点で、油性潤滑剤の噴射を停止し、その後、時刻t23の時点で、水溶性潤滑剤の噴射を停止し、続いて、時刻t24の時点で、圧縮エアーの噴射を停止するものである。
 図11Cに示す噴射方法では、時刻t31の時点で、油性潤滑剤、水溶性潤滑剤および圧縮エアーの噴射を同時に開始し、時刻t32の時点で、水溶性潤滑剤の噴射を停止し、その後、時刻t33の時点で、油性潤滑剤の噴射を停止し、続いて、時刻t34の時点で圧縮エアーの噴射を停止するものである。
 図11Dの噴射方法では、時刻t41の時点で圧縮エアーの噴射を開始し、時刻t42の時点で油性潤滑剤の噴射を開始し、時刻t43の時点で水溶性潤滑剤の噴射を開始する。その後、時刻t44の時点で油性潤滑剤の噴射を停止し、時刻t45の時点で圧縮エアーおよび水溶性潤滑剤の噴射を停止するものである。
 図11Eの噴射方法では、時刻t51の時点で圧縮エアーの噴射を開始し、時刻t52の時点で油性潤滑剤の噴射を開始し、時刻t53の時点で水溶性潤滑剤の噴射を開始する。その後、時刻t54の時点で油性潤滑剤の噴射を停止し、時刻t55の時点で水溶性潤滑剤の噴射を停止し、時刻t56の時点で圧縮エアーの噴射を停止するものである。
 本発明においては、これらの図11A~図11Eの噴射方法の中では、図11A,Bに示す噴射方法が図11Cに示す噴射方法よりも好ましい。さらに図11Bに示す噴射方法が図11Aに示す噴射方法よりも好ましい。また図11Dに示す噴射方法が図11Bに示す噴射方法よりも好ましい。また図11Eに示す噴射方法が図11Dに示す噴射方法よりも好ましい。
 また本実施形態においては、スプレーノズル4を成形孔12の開口縁部に沿って旋回させるように回転させるものであるが、潤滑剤を成形孔12の内周面全域により確実に供給するには、この回転を、少なくとも1周以上行うのが好ましい。
 なお、本実施形態において、油性潤滑剤としては、灯油、鉱物油、またはそれらに潤滑剤素材、例えば黒鉛粉、水ガラス、ステアリン酸亜鉛等を溶解または分散させたものを好適に用いることができる。またその濃度は1~40質量%に調整するのが好ましい。
 さらに水溶性潤滑剤としては、水に、潤滑剤素材、黒鉛粉、より、水ガラス、ステアリン酸亜鉛等を溶解または分散させたもの(懸濁液)を好適に用いることができる。またその濃度は1~30質量%に調整するのが好ましい。さらに潤滑剤素材の分散性を向上させるために、界面活性剤を添加するようにしても良い。
 また、水溶性潤滑剤の黒鉛粉としては、粒径が0.1~30μmのものを用いるのが良く、より好ましくは粒径が0.1~1.0μmのものを用いるのが良い。さらに平均粒径が0.1~0.2μmのものを用いるのが良い。なお粒径は、例えば画像処理を用いて求めることができる。
 潤滑剤の供給が完了した後は、アーム31が図2の想像線に示す噴霧位置から同図の実線に示す退避位置まで移動する。
 その後図10のステップS3に示すワーク搬送機構2によるワークWの搬送(ワーク搬送工程)が再開される。すなわち一対のフィードバー21,21が図1Bの停止位置からさらに前進し、上流側の一対の爪22,22によって挟持された鍛造素材W1が、ワーク待機台55に対応して配置され、中間の一対の爪22,22によって挟持された鍛造素材W1が、下金型11の成形孔12に対応して配置される。
 続いて、一対のフィードバー21,21が降下してから開くことにより、上流側の爪22に対応する鍛造素材W1が、ワーク待機台55に載置され、中間の爪22に対応する鍛造素材W1が下金型11の成形孔12に投入される。
 ここで本実施形態においては、一対のフィードバー21,21が降下した際に、中間の爪22に挟持された鍛造素材W1は、その下端部が下金型11の成形孔12に挿入されるように構成されている。従って、一対のフィードバー21,21が開いて、中間の爪22に対応する鍛造素材W1の挟持が解除された際には、その鍛造素材W1が確実に下金型11の成形孔12内に投入されるようになっている。
 こうしてワークWが移載された後、一対のフィードバー21,21が後退して、初期状態に戻り、これにより搬送工程が完了する。
 その後図10のステップS4に示すように、ダイセット1による鍛造加工(成形工程)が開始される。
 すなわち図1Aに示すように、パンチ15が降下して、下金型11の成形孔12に打ち込まれて、鍛造素材W1が成形孔12の各凹部(キャビティ)内に圧入されることにより鍛造加工されて、鍛造加工品(ピストン素材)W2が成形される。
 次に、パンチ15が上昇して型開き状態に戻った後、上記したノックアウトピンによって成形孔12内の鍛造加工品W2が上方へ突き上げられて、下金型11における成形孔12から上方へ少量突出した状態に配置される。
 その後、ワーク搬送工程が行われる(図10のステップS1)。すなわち上記と同様に、一対のフィードバー21,21が閉じられて、各組の爪22によって、ワークWがそれぞれ保持される。このとき、下流側の一対の爪22,22によって、下金型11に配置された鍛造加工品W2が挟持されることになる。なお上流側および中間の爪22は、上記したように、搬入コンベア51上の鍛造素材W1およびワーク待機台55上の鍛造素材W1が挟持される。
 続いて、一対のフィードバー21,21が上昇して、少量前進したところで、ワークWの搬送が中断されて、上記と同様に潤滑剤供給工程が行われる(図10のステップS2)。
 潤滑剤の供給が終了すると、ワークWの搬送が再開される(図10のステップS4)。すなわち一対のフィードバー21,21が所定位置まで前進し、下流側の一対の爪22,22によって挟持された鍛造加工品W2が、搬出コンベア52の上流側端部に対応して配置される。なお、中間および上流側の爪22によって挟持された鍛造素材W1は、上記と同様、下金型11およびワーク待機台55に対応して配置される。
 続いて、一対のフィードバー21,21が降下してから開くことにより、下流側の爪22に対応する鍛造加工品W2が、搬送コンベア52の上流側端部に載置される。また中間および上流側の爪22に対応する鍛造素材W1は、上記と同様、ワーク待機台55および下金型11にそれぞれ設置される。
 なお、一対のフィードバー21,21によって、搬入コンベア51の下流側端部上の鍛造素材W1が移載された後は、搬入コンベア51によって次の鍛造素材W1が、下流側端部まで搬送される。さらに言うまでもなく、搬出コンベア52の上流側端部に載置される鍛造加工品W2は、次の鍛造加工品W2が一対のフィードバー21,21によって、搬送コンベア52の上流側端部に移載される前に、搬出コンベア52によって下流側へと搬出されるようになっている。
 ワークWの搬送が完了すると、上記と同様、パンチ15が下金型11に打ち込まれて、鍛造加工される。
 このような動作が繰り返し行われて、ピストン素材W2が順次製造されていく。
 以上のように、本実施形態の鍛造加工装置によれば、スプレーノズル4から油性潤滑剤および水溶性潤滑剤を同時に噴霧して下金型11に供給するものであるため、スプレーノズル4が下金型11の成形孔12に対し遠く離れた位置に配置されていようとも、両潤滑剤を成形孔12の内周面全域に満遍なく均等に供給でき、潤滑切れによる焼付き等の不具合が生じるのを確実に防止でき、高品質の鍛造加工品W2を安定して生産することができる。
 さらに本実施形態は、2種の潤滑剤を同時に噴霧して下金型11に供給するものであるため、2種の潤滑剤を別々に時間をずらせて噴霧する場合と比較して、潤滑剤の噴霧時間を短くでき、生産効率を向上させることができる。
 なお本実施形態においては、油性潤滑剤および水溶性潤滑剤を混ぜた状態で噴霧させるものではなく、油性潤滑剤および水溶性潤滑剤をそれぞれ個別に噴霧させるものである。つまり本発明においては、種類の異なる複数の潤滑剤を混ぜ合わせることなく、それぞれ個別に噴霧するものである。
 また上記実施形態においては、一対のフィードバー21,21によるワークWの搬送を途中で中断し(図10のステップS1)、その中断した状態で潤滑剤の供給を行い、その後図10のステップS3に示すようにワークWの搬送を再開するようにしているが、それだけに限られず、本発明において、一対のフィードバー21,21の搬送速度が、潤滑剤供給工程の時間に比べて余裕がある場合には、搬送を中断することなく、一対のフィードバー21,21によるワークWの搬送途中に、潤滑剤の供給を行うようにしても良い。さらに3組の爪22のうち、1つおきの爪でワークWを挟持するようにして、一対のフィードバー21,21が後退した状態(初期状態)において、下流側の一対の爪によりワークWが挟持されないときに、その一対の爪間を介して、潤滑剤を下金型11に対し噴霧して供給するようにしても良い。ワークWが成形孔12から排出され、次のワークWが成形孔12に移載される間に、複数の潤滑剤が供給されれば良いからである。
 また上記実施形態においては、鍛造素材W1に対し型鍛造を1回行って、鍛造加工品(ピストン素材)W2に製造するようにしているが、それだけに限られず、鍛造素材W1に対し、予備成形(1次成形)および本成形(2次成形)等、2回以上の型鍛造を行って、鍛造加工品(ピストン素材)を製造するようにしても良い。
 また上記実施形態においては、油性潤滑剤と、水溶性潤滑剤との2種類の潤滑剤を用いる場合を例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明においては、3種類以上の潤滑剤を供給するようにしても良い。
 また上記実施形態においては、スプレーノズル4からの潤滑剤の噴射を停止した後、継続して後エアーを噴射するようにしているが、それだけに限られず、潤滑剤の噴射を停止した際に、エアーの噴出も停止し、インターバルをおいて、後エアーを噴射するようにしても良い。
 以下の表1および表2に示すように、本発明に関連した実施例1~3と、本発明の要旨を逸脱する比較例1~3とを行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 <実施例1>
 上記実施形態と同様な鍛造加工装置を準備した。このとき、噴霧位置のスプレーノズル4から、下金型11における成形孔12の開口端面までの距離(ノズル高さL1)は150mmにであった。
 この装置を用いて、図12Aに示すタイミングで潤滑剤を下金型に供給した。すなわち油性潤滑剤、水溶性潤滑剤および圧縮エアーの噴射を同時に開始し、油性潤滑剤および水溶性潤滑剤を1.5秒間噴射した後、後エアーをさらに1.0秒間噴射した。このとき、油性潤滑剤の塗布量は少なくとも1.0g、水溶性潤滑剤の塗布量は少なくとも10gにした。さらに両潤滑剤および圧縮エアーは、それぞれ2.0MPaの圧力で噴射させるようにした。また潤滑剤の塗布時には、上記実施形態と同様に、スプレーノズル4を成形孔12の開口縁部に沿って旋回させるようにした。このスプレーノズル4の回転速度は、0.5秒/1回転である。またこのときの潤滑剤としての残留黒鉛粉量(水溶性潤滑剤乾燥後の黒鉛潤滑剤)は、0.83gとなるように濃度を調整した。
 なお油性潤滑剤としては、鉱物油を使用し、水溶性潤滑剤としては、黒鉛粉を水に溶かしたものを使用した。
 潤滑剤を塗布した後、下金型11の成形孔12内に上記実施形態と同様の鍛造素材W1をセットし、上記と同様に、パンチ15を打ち込むことにより、鍛造素材W1を鍛造加工して、上記と同様のピストン素材W2を製作した。
 なお、鍛造加工品(ピストン素材W2)の寸法L2は80mm、パンチ15の下金型11への挿入量L3は4mmであった。
 <実施例2>
 スプレーノズル4から、下金型11における成形孔12の開口端面までの距離(ノズル高さ)L1を50mmに調整し、さらに油性潤滑剤の塗布量を0.3~0.5g、水溶性潤滑剤の塗布量を3.0~5.0gにした。また残留黒鉛粉量は、0.25~0.42gとした。
 それ以外は、上記実施例1と同様にして、鍛造加工を行った。
 <実施例3>
 上記と同様の装置を用いて、図12Bに示すタイミングで潤滑剤を下金型に供給した。すなわち圧縮エアーの噴射を開始してから1.0秒後に、油性潤滑剤を0.8秒間噴射し、油性潤滑剤の噴霧を開始してから0.3秒後に水溶性潤滑剤を0.8秒間噴霧した。圧縮エアーは3.1秒間噴射し続けた。従って潤滑剤の同時噴射時間は0.5秒となり、後エアーの噴射時間は1.0秒となる。そして総噴射時間での油性潤滑剤および水溶性潤滑剤の塗布量を、それぞれ1.8g、6.0gとし、残留黒鉛粉量を0.5gとした。
 なお同時噴射時間内での油性潤滑剤および水溶性潤滑剤の塗布量を、それぞれ1.13g、3.75gとし、残留黒鉛粉量を0.3125gとした。
 それ以外は、上記実施例1と同様にして、鍛造加工を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 <比較例1>
 上記実施例1と同様の鍛造加工装置を用い、図13に示すタイミングで潤滑剤を下金型に供給した。すなわち、油性潤滑剤および圧縮エアーの噴射を同時に開始し、油性潤滑剤を1.25秒間噴射した後、水溶性潤滑剤を1.25秒間噴射し、続けて、後エアーを1.0秒間噴射した。さらに油性潤滑剤の塗布量を0.3~0.5g、水溶性潤滑剤の塗布量を3.0~5.0gにした。また残留黒鉛粉量は、0.25~0.42gとした。
 それ以外は、上記実施例1と同様にして、鍛造加工を行った。
 <比較例2>
 ノズル高さL1を50mmに調整し、さらに油性潤滑剤の塗布量を0.3~0.5g、水溶性潤滑剤の塗布量を3.0~5.0gにした。また残留黒鉛粉量は、0.25~0.42gとした。
 それ以外は上記比較例1と同様にして、鍛造加工を行った。
 <比較例3>
 上記実施例1と同様の鍛造加工装置を用い、図14に示すタイミングで潤滑剤を下金型に塗布した。油性潤滑剤および圧縮エアーの噴射を同時に開始し、そのうち油性潤滑剤を1.25秒間噴射し、その後、水溶性潤滑剤を1.25秒間噴射し、続けて圧縮エアーを1.0秒間噴射し、その後、油性潤滑剤を1.25秒間噴射し、その後、水溶性潤滑剤を1.25秒間噴射し、続けて、後エアーを1.0秒間噴射した。さらに油性潤滑剤の塗布量を少なくとも0.6g×2(=1.2g)、水溶性潤滑剤の塗布量を少なくとも6.5g×2(=13g)にした。また残留黒鉛粉量は、0.54×2gとした。
 それ以外は上記実施例1と同様にして、鍛造加工を行った。
 <評価>
 表1に示すように、実施例1,2に示すように、油性および水溶潤滑剤を同時に噴霧するものでは、焼付きや欠肉等のない良好な鍛造加工品(ピストン素材)W2を得ることができた。これは、下金型11における成形孔12の内周面全域、特に成形孔12のスカート部形成用凹部の内周面全域に均一に油性および水溶性潤滑剤が塗布されていたと考えられる。
 また実施例1のように、ノズル高さが高くて噴霧距離が長い場合であっても、良好なピストン素材W2を確実に得ることができ、潤滑剤の供給が適正に行われているものと考えられる。
 これに対し、比較例1,2に示すように、油性潤滑剤と水溶性潤滑剤とを順次噴霧するものでは、ノズル高さが低くて噴霧距離が長い場合には、潤滑剤の供給が十分行われて、良好な鍛造加工品を得ることができるものの、噴霧距離が長くなると、特に成形孔のスカート部形成用凹部の奥部等に、十分に潤滑剤が行き渡らず、良好な鍛造加工品を得ることができなかった。
 そのため、比較例3に示すように、油性潤滑剤と水溶性潤滑剤を順次繰り返して噴霧することが必要となり、それでは、噴霧距離が長くとも、成形孔全域に十分に潤滑剤を供給でき、良好な鍛造加工を行えるものの、潤滑剤塗布時間や鍛造のタクトタイムが長くなり、生産効率の低下を来すおそれがある。
 また実施例3では油性潤滑剤と水溶性潤滑剤を同時に開始、終了をしていないが、同時に噴霧している時間があるので 実施例1、2と同様に焼付きや欠肉のない良好な鍛造加工品W2を得ることができた。
 また、油性潤滑剤を先に噴霧して油膜の層を先に形成した後、油性潤滑剤を噴霧しているので、実施例1に比べ、水溶性潤滑量を10gから6gに減らしても、良好な鍛造加工品を得ることができ、潤滑剤噴霧量を軽減することができた。
 参考までに、実施例1における塗布時間を「Ta」、鍛造のタクトタイムを「Tb」としたとき、比較例1,2の塗布時間および鍛造のタクトタイムは実施例1のものに対しそれぞれ1.5倍程度(「1.5×Ta」「1.5×Tb」)となり、比較例3の塗布時間および鍛造のタクトタイムはそれぞれ3倍以上(「3×Ta以上」「3×Tb以上」)となる。
 一方、実施例1~3の評価結果から明らかなように、本発明に関連した鍛造加工方法では、スプレーノズルから下金型までの距離(噴霧距離)にかかわらず、良好な鍛造加工を行うことができ、潤滑剤の供給特性に関して、噴霧距離の依存性はない(低い)と考えられ、鍛造加工装置の安定した運転、安定した品質の鍛造製品の製造が可能となった。
 これに対し比較例の評価結果から理解できるように、油性潤滑剤と水溶性潤滑剤とを順次噴霧する場合には、噴霧距離が長くなると、良好な鍛造加工を行うことができなかった。さらに潤滑剤の供給特性に関して、比較例では、噴霧距離の依存性がある(高い)と考えられ、鍛造加工装置の安定した運転が困難であった。
 本願は、2009年12月21日付で出願された日本国特許出願の特願2009-288741号の優先権主張を伴うものであり、その開示内容は、そのまま本願の一部を構成するものである。
 ここに用いられた用語及び表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではなく、ここに示され且つ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、この発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。
 本発明は、多くの異なった形態で具現化され得るものであるが、この開示は本発明の原理の実施例を提供するものと見なされるべきであって、それら実施例は、本発明をここに記載しかつ/または図示した好ましい実施形態に限定することを意図するものではないという了解のもとで、多くの図示実施形態がここに記載されている。
 本発明の図示実施形態を幾つかここに記載したが、本発明は、ここに記載した各種の好ましい実施形態に限定されるものではなく、この開示に基づいていわゆる当業者によって認識され得る、均等な要素、修正、削除、組み合わせ(例えば、各種実施形態に跨る特徴の組み合わせ)、改良及び/又は変更を有するありとあらゆる実施形態をも包含するものである。クレームの限定事項はそのクレームで用いられた用語に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書あるいは本願のプロセキューション中に記載された実施例に限定されるべきではなく、そのような実施例は非排他的であると解釈されるべきである。
 この発明の鍛造加工方法は、例えば自動車のエンジンピストン素材等の鍛造加工品を製造する際に適用可能である。
1:ダイセット
11:下金型
12:成形孔
15:パンチ(上金型)
2:ワーク搬送機構
21:フィードバー
22:爪
3:潤滑剤供給機構
4:スプレーノズル
41:油性潤滑剤吐出口
42:水溶性潤滑剤吐出口
43:圧縮エアー吐出口
91:ヘッド部
92:スカート部
93:ピンボス部
94:サイドウォール部
W:ワーク
W1:鍛造素材
W2:鍛造加工品(ピストン素材)

Claims (15)

  1.  下金型の成形孔内に設置された鍛造素材に対し、パンチを打ち込んで鍛造加工して鍛造加工品を得るようにした成形工程と、
     ワーク搬送機構によって、ワーク搬入部に配置されたワークを、前記下金型の成形孔に搬送するとともに、前記下金型の成形孔内のワークを、ワーク搬出部に搬送するワーク搬送工程と、
     ワークが前記下金型の成形孔から搬送された後、次のワークが前記下金型の成形孔に搬送される前に、潤滑剤供給機構によって、種類の異なる複数の潤滑剤を、前記下金型の成形孔に供給する潤滑剤供給工程とを含み、
     前記潤滑剤供給機構は、前記下金型の上方における前記ワーク搬送機構の動作領域よりも上方に配置される噴霧位置と、前記パンチの作動領域から退避した退避位置との間で移動自在な潤滑剤噴霧手段を有し、
     前記潤滑剤供給工程においては、前記潤滑剤噴霧手段から複数の潤滑剤を少なくとも一時的に同時にそれぞれ噴霧して、複数の潤滑剤を前記下金型の成形孔に供給するようにしたことを特徴とする鍛造加工方法。
  2.  複数の潤滑剤として、油性潤滑剤および水溶性潤滑剤が用いられる請求項1に記載の鍛造加工方法。
  3.  前記潤滑剤供給工程において、油性潤滑剤のみを先に噴霧してから、油性潤滑剤および水溶性潤滑剤を同時に噴霧するようにした請求項2に記載の鍛造加工方法。
  4.  前記潤滑剤噴霧手段を構成するスプレーノズルを有し、
     前記スプレーノズルは、油性潤滑剤を噴射する油性潤滑剤吐出口と、水溶性潤滑剤を噴射する水溶性潤滑剤吐出口と、エアーを噴射するエアー吐出口とを有し、
     両潤滑剤噴射口から油性および水溶性潤滑剤をそれぞれ噴射しつつ、前記エアー吐出口からエアーを噴射することによって、油性および水溶性潤滑剤を霧状に噴射させるようにした請求項2または3に記載の鍛造加工方法。
  5.  前記スプレーノズルとして、前記油性潤滑剤吐出口、前記水溶性潤滑剤吐出口および前記エアー吐出口が同心的に設けられたものが用いられる請求項4に記載の鍛造加工方法。
  6.  前記スプレーノズルから潤滑剤を噴霧している際に、そのスプレーノズルを前記下金型における成形孔の開口縁部に沿って旋回させるようにした請求項4または5に記載の鍛造加工方法。
  7.  前記油性潤滑剤および水溶性潤滑剤を噴射が終了した後、前記エアー噴射口からエアーを継続して噴射させるようにした請求項2~6のいずれか1項に記載の鍛造加工方法。
  8.  前記スプレーノズルから前記下金型における成形孔の上端開口面までの垂直距離が100mm以上に設定される請求項2~7のいずれか1項に記載の鍛造加工方法。
  9.  前記潤滑剤供給工程において、油性潤滑剤および水溶性潤滑剤の噴霧を同時に開始するようにした請求項2~8のいずれか1項に記載の鍛造加工方法。
  10.  前記潤滑剤供給工程において、油性潤滑剤および水溶性潤滑剤の噴霧を同時に終了するようにした請求項2~9のいずれか1項に記載の鍛造加工方法。
  11.  前記水溶性潤滑剤として、黒鉛潤滑剤を水に分散させた懸濁液を用いる請求項2~10のいずれか1項に記載の鍛造加工方法。
  12.  前記鍛造加工品として、ヘッド部の一面側に、スカート部、ピンボス部およびサイドウォール部が一体に設けられたピストン素材を得るものとし、
     前記下金型として、その成形孔に、前記ヘッド部、前記スカート部、前記ピンボス部および前記サイドウォール部を形成するための各凹部がそれぞれ設けられたものが用いられる請求項1~11のいずれか1項に記載の鍛造加工方法。
  13.  前記ワーク搬送機構は、前記下金型の両側にワークの搬送方向に沿って配置される一対のフィードバーと、その一対のフィードバーの内側面に対向して設けられた一対の爪とを有し、
     前記一対のフィードバーを閉じることにより、前記一対の爪によりワークを挟持するとともに、その挟持状態で、前記一対のフィードバーを上昇させから、ワーク搬送方向に沿って下流側に移動させることにより、ワークを下流側に搬送するようにした請求項1~12のいずれか1項に記載の鍛造加工方法。
  14.  ワークとして、アルミニウムまたはアルミニウム合金製のものが用いられる請求項1~13のいずれか1項に記載の鍛造加工方法。
  15.  下金型の成形孔内に設置された鍛造素材に対し、パンチを打ち込んで鍛造加工して鍛造加工品を得るダイセットと、
     ワーク搬入部に配置されたワークを、前記下金型の成形孔に搬送するとともに、前記下金型の成形孔内のワークを、ワーク搬出部に搬送するワーク搬送機構と、
     ワークが前記下金型の成形孔から搬送された後、次のワークが前記下金型の成形孔に搬送される前に、種類の異なる複数の潤滑剤を、前記下金型の成形孔に供給する潤滑剤供給機構とを備え、
     前記潤滑剤供給機構は、前記下金型の上方における前記ワーク搬送機構の動作領域よりも上方に配置される噴霧位置と、前記パンチの作動領域から退避した退避位置との間で移動自在な潤滑剤噴霧手段を有し、
     前記潤滑剤供給機構によって、前記潤滑剤噴霧手段から複数の潤滑剤が少なくとも一時的に同時にそれぞれ噴霧されて、複数の潤滑剤が前記下金型の成形孔に供給されるようにしたことを特徴とする鍛造加工装置。
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