(57)【要約】【課題】  回転鍛造における内径部の変形を抑制した回転鍛造用金型および円盤状部材の製造方法を提供する。【解決手段】  円盤状素材のうち、径方向の外周側の外径部を回転鍛造する回転鍛造用金型であって、金型の中心に対して周方向に離散的に配置され、前記円盤状素材の外径部を回転鍛造する複数の押圧部と、隣り合う前記押圧部の間に配置され、回転鍛造時に前記円盤状素材の流動を防止する流れ止め部と、を備えるものである。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状素材のうち、径方向の外周側の外径部を回転鍛造する回転鍛造用金型であって、
金型の中心に対して周方向に離散的に配置され、前記円盤状素材の外径部を回転鍛造する複数の押圧部と、
隣り合う前記押圧部の間に配置され、回転鍛造時に前記円盤状素材の流動を防止する流れ止め部と、
を備えることを特徴とする回転鍛造用金型。
【請求項２】
請求項１に記載の回転鍛造用金型において、
隣り合う前記押圧部の間に配置される前記流れ止め部は、前記押圧部よりも径方向の幅が短く、前記押圧部に連続して、周方向に配置されていることを特徴とする回転鍛造用金型。
【請求項３】
請求項１に記載の回転鍛造用金型において、
前記押圧部は、半径Ｒの内周面と、半径Ｒより大きい半径の外周面と、半径方向に延びる２つの両側面とを備える、中心側を切り欠いた部分円形状であることを特徴とする回転鍛造用金型。
【請求項４】
請求項３に記載の回転鍛造用金型において、
前記流れ止め部は、半径Ｒの前記内周面に連続して接続し、前記押圧部と前記流れ止め部とが全体としてリング状をなすことを特徴とする回転鍛造用金型。
【請求項５】
請求項３に記載の回転鍛造用金型において、
前記流れ止め部は、半径Ｒの前記内周面と半径Ｒより大きい前記外周面との間の前記側面に連続して接続し、前記押圧部と前記流れ止め部とが全体としてリング状をなすことを特徴とする回転鍛造用金型。
【請求項６】
請求項３に記載の回転鍛造用金型において、
前記流れ止め部は、半径Ｒより大きい前記外周面に連続して接続し、前記押圧部と前記流れ止め部とが全体としてリング状をなすことを特徴とする回転鍛造用金型。
【請求項７】
請求項１に記載の回転鍛造用金型において、
前記押圧部は、半径方向に延びる長方形形状であることを特徴とする回転鍛造用金型。
【請求項８】
請求項１に記載の回転鍛造用金型において、
隣り合う前記押圧部の間に配置される前記流れ止め部は、前記押圧部よりも半径方向の幅が短く、前記押圧部とは離れて配置されていることを特徴とする回転鍛造用金型。
【請求項９】
請求項８に記載の回転鍛造用金型において、
前記流れ止め部は、円柱状または角柱状であることを特徴とする回転鍛造用金型。
【請求項１０】
請求項８に記載の回転鍛造用金型において、
円盤状のプレートを備え、
前記押圧部と前記流れ止め部は、前記円盤状のプレート上に配置されていることを特徴とする回転鍛造用金型。
【請求項１１】
請求項１に記載の回転鍛造用金型において、
前記流れ止め部の突出し量は、前記押圧部の突出し量と同等かそれ以下であることを特徴とする回転鍛造用金型。
【請求項１２】
請求項１に記載の回転鍛造用金型と、
円盤状素材を回転させる素材回転機構と、
前記回転鍛造用金型を素材の回転軸方向に往復移動させる押圧機構と、
を備えることを特徴とする円盤状部材の製造装置。
【請求項１３】
円盤状素材のうち、径方向の外周側の外径部を回転鍛造することによる円盤状部材の製造方法であって、
金型の中心に対して周方向に離散的に配置され、前記円盤状素材の外径部を回転鍛造する複数の押圧部と、隣り合う前記押圧部の間に配置され、回転鍛造時に前記円盤状素材の流動を防止する流れ止め部と、を備える金型を用いて、円盤状素材の外径部を回転鍛造する工程を備えることを特徴とする円盤状部材の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の円盤状部材の製造方法において、
前記円盤状素材の外径部を回転鍛造する工程に先だって、柱状素材の内径部を成形して円盤状素材に成形する工程を備えることを特徴とする円盤状部材の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の円盤状部材の製造方法において、
柱状素材の内径部を成形して円盤状素材に成形する工程では、内径部に凹部を成形することを特徴とする円盤状部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転鍛造を用いた円盤状部材の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
円盤状部材を鍛造する方法として、いわゆる回転鍛造がある。
回転鍛造による円盤状部材の製造技術の一例として、特許文献１には、「円柱状の被鍛造物を下金敷と上金敷との間に配置して鍛造し、ディスク状鍛造物を得るための製造方法であって、前記被鍛造物の上面に、前記下金敷の中心軸を通り、この中心軸に直交する半径方向に延びる複数の押圧面を有する前記上金敷を配置し、前記被鍛造物と前記上金敷とを、前記中心軸を中心として相対的に間欠回転させながら、前記上金敷を前記中心軸の軸線方向に往復直線運動して前記被鍛造物を押圧し、鍛造を行うことを特徴とするディスク状鍛造物の鍛造方法。」（請求項１参照）と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１２０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１に、特許文献１記載の回転鍛造を参考に検討した、円盤状素材の半径Ｒより外側の外径部Ｂを回転鍛造して、外周部に段差をつけた円盤状部材に成形する工程を示す。この工程において、金型である上型２２０および下型２３０の押圧面は周方向に離散的に配置され、円盤状素材１００を間欠回転させながら、上型２２０を軸線方向に往復直線運動して、円盤状素材１００を押圧して鍛造を行う。
【０００５】
図１の回転鍛造では、金型により押圧された素材領域以外に、直接金型による押圧を受けていない素材領域が矢印Ｆで示す半径方向のいずれかの向きに流動する。このような半径方向への素材の流動によって、半径Ｒより内側の内径部の領域Ａにも意図しない変形が生じ、領域Ａの厚み増加または減少を引き起こす。以上のように、図１の方式では内径部の領域Ａの変形を制御しつつ半径Ｒより外側の外径部Ｂを回転鍛造することが難しいという課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、回転鍛造における内径部の変形を抑制した回転鍛造用金型および円盤状部材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための、本発明の「回転鍛造用金型」の一例を挙げるならば、
円盤状素材のうち、径方向の外周側の外径部を回転鍛造する回転鍛造用金型であって、金型の中心に対して周方向に離散的に配置され、前記円盤状素材の外径部を回転鍛造する複数の押圧部と、隣り合う前記押圧部の間に配置され、回転鍛造時に前記円盤状素材の流動を防止する流れ止め部と、を備えるものである。
【０００８】
また、本発明の「円盤状部材の製造方法」の一例を挙げるならば、
円盤状素材のうち、径方向の外周側の外径部を回転鍛造することによる円盤状部材の製造方法であって、金型の中心に対して周方向に離散的に配置され、前記円盤状素材の外径部を回転鍛造する複数の押圧部と、隣り合う前記押圧部の間に配置され、回転鍛造時に前記円盤状素材の流動を防止する流れ止め部と、を備える金型を用いて、円盤状素材の外径部を回転鍛造する工程を備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、回転鍛造における内径部の変形を抑制した回転鍛造用金型および円盤状部材の製造方法を提供することができる。
【００１０】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に先立って検討した金型を使用した回転鍛造を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例１の回転鍛造用金型を示す斜視図である。
【図３】実施例１の金型を使用した回転鍛造を示す斜視図である。
【図４】実施例１の金型を使用した回転鍛造装置の主要部を示す断面図である。
【図５】円盤状素材および回転鍛造後の円盤状部材を示す図である。
【図６】実施例１の変形例の金型を使用した回転鍛造を示す斜視図である。
【図７】実施例１の他の変形例の金型を使用した回転鍛造を示す斜視図である。
【図８】回転鍛造前の円盤状素材の上面図である。
【図９】図８のＸ−Ｘ断面図である。
【図１０】有限要素シミュレーションで評価した内径部の変形量を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例２の回転鍛造用金型を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施例３の円盤状部材の製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。なお、実施例を説明するための各図において、同一の構成要素にはなるべく同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。
【実施例１】
【００１３】
図２に、本発明の実施例１の回転鍛造用金型の片方の斜視図を、図３に、実施例１の金型を使用した回転鍛造の斜視図を示す。
【００１４】
図３に示す回転鍛造は、素材１００と、素材の外径部を回転鍛造する押圧部と素材の径方向への流動を抑制する流れ止め部を有する上型と下型から成る回転鍛造用金型２００を備え、回転鍛造用金型２００の上型と下型の間に素材１００を配置して、素材１００を間欠回転させながら、金型を円盤状素材の軸線方向に往復直線運動して、回転鍛造を行う。
【００１５】
回転鍛造用金型２００は、円盤状素材のうち、径方向の外周側の外径部を成形するために、半径Ｒより外側に複数(図では４つ)の押圧部Ｐを有する。複数の押圧部Ｐは、回転鍛造で素材１００を成形するための第１の突き出し部である。押圧部Ｐは、上方から見て、半径Ｒの内周面と、Ｒより大きい半径の外周面と、半径方向に延びる２つの両側面とを備える、中心側を切り欠いた部分円形状をしている。そして、複数の押圧部Ｐは、周方向に略均等な角度で離散して配置されている。
【００１６】
回転鍛造用金型２００は、素材の径方向への流動を抑制するための流れ止め部Ｗ（第２の突出し部）を有する。流れ止め部Ｗは、隣り合う押圧部Ｐを連結するように、押圧部Ｐに連続して周方向に、押圧部と流れ止め部とが全体としてリング状をなすように設けられている。また、流れ止め部Ｗは、押圧部Ｐの内周面と外周面との略中間に設けられている。なお、図２の回転鍛造用金型２００は、４つの押圧部Ｐの径方向の略中央を流れ止め部Ｗで連結した形状とした例である。
【００１７】
図２の金型において、押圧部Ｐは、素材の回転中心軸に対して周方向に離散的に配置され、流れ止め部Ｗは周方向に押圧部に連続して配置されている。
【００１８】
回転鍛造における成形の制御は押圧部Ｐで行った方が容易なため、流れ止め部Ｗでの押圧量は、押圧部Ｐでの押圧量よりも小さい方が望ましい。そのためには、流れ止め部Ｗの突出し量Ｓ２は押圧部Ｐの突出し量Ｓ１と同等かそれ以下にすることが望ましい。ただし、意図的に流れ止め部Ｗで溝形状を成形するなどの場合は、流れ止め部Ｗの突出し量Ｓ２が押圧部Ｐの突出し量Ｓ１よりも大きい方がよい場合もある。
【００１９】
また、流れ止め部Ｗによる押圧面積が大きくなると、成形に必要な荷重が増加する。プレス設備への負荷を下げるために、流れ止め部Ｗの半径方向の幅は流れ止め部Ｗの機械的強度が保たれる範囲であれば小さい方がよい。
【００２０】
図４に、円盤状部材の製造装置（回転鍛造装置）の主要部の断面図を示す。上下に設けた押圧機構３１０に、それぞれ金型２００の上型および下型が取り付けられ、金型２００の上型と下型の間に円盤状素材１００が配置される。素材１００の下側に設けた素材コマ部１１０をつかむように素材回転機構３２０が設けられている。円盤状部材の製造は、素材回転機構３２０により円盤状素材１００を回転させながら、押圧機構３１０により金型を上下方向（素材の回転軸方向）に往復移動させることにより、回転鍛造を行う。金型の往復移動は、上型および下型の両方を移動させても良いし、下型を固定し、上型のみを移動させても良い。
【００２１】
図５に、回転鍛造前の円盤状素材１００と、回転鍛造後の出来上がった円盤状部材１５０を示す。図において、左側が斜視図、右側が矢印方向から見た断面図を示す。回転鍛造を行うことにより、外径部が薄くなった円盤状部材を製造することができる。符号１１０は、図４の素材回転機構３２０がつかむ、素材コマ部を示す。
【００２２】
本実施例の回転鍛造用金型では、押圧部Ｐと流れ止め部Ｗが一体の金型形状を示したが、それぞれを分割したものでもよい。例えば、押圧部Ｐと流れ止め部Ｗを別の部品として製作し、それらを組み合わせて一つの金型として使用してもよい。
【００２３】
また、押圧部Ｐおよび流れ止め部Ｗの形状および個数も本実施例の形状に限定されるものではない。形状については、例えば押圧部Ｐは上面から見たときに半径方向に延びる長方形形状でもよい。個数については、例えば回転鍛造用金型の押圧部Ｐと流れ止め部Ｗの個数がそれぞれ３つ以下でも、或いは５つ以上でもよい。
【００２４】
図６に、実施例１の回転鍛造用金型の変形例を示す。図の回転鍛造用金型３００では、流れ止め部Ｗは、押圧部Ｐの半径Ｒの内周面に連続して接続し、押圧部と流れ止め部とが全体としてリング状をなすように設けられている。回転鍛造用金型３００では、変形を意図しない内径部の近傍に流れ止め部Ｗがあるため材料の流れ止め効果が大きくなり、内径部の厚み変化を抑制する効果が高くなる。しかし、流れ止め部Ｗが内径部に近いので流れ止め部Ｗの押圧によって内径部にも多少の変形がおよぶ可能性がある。
【００２５】
図７に、実施例１の回転鍛造用金型の他の変形例を示す。図の回転鍛造用金型４００では、流れ止め部Ｗは、押圧部Ｐの外周面に連続して接続し、押圧部と流れ止め部とが全体としてリング状をなすように設けられている。回転鍛造用金型４００では、内径部から遠い位置に流れ止め部Ｗがあるため、材料の流れ止め効果は小さく、内径部の厚み変化を抑制する効果は小さい。しかし、流れ止め部Ｗが内径部から離れているので内径部は流れ止め部Ｗの押圧による変形を受けにくくなる。
【００２６】
以上のように、内径部の厚み変化抑制効果と、流れ止め部Ｗの押圧による内径部の変形への影響度合いはトレードオフの関係にあるため、鍛造品に求められる仕様から流れ止め部Ｗの径方向位置を決定するべきである。例えば、内径部の厚みが全体的に多少変化することは許容するが、一部が大きな変形を受けてしまうことは許容できない場合、流れ止め部Ｗは外径側にすべきである。
【００２７】
実施の効果を検証するために有限要素シミュレーションを行った。
図８に素材１００の上面図を、図９に図８におけるＸ−Ｘ断面図をそれぞれ示す。有限要素シミュレーションでは、図６と同じように素材の上下面に押圧部Ｐおよび流れ止め部Ｗをそれぞれ４箇所ずつ有する金型を配置し、素材の上面側に配置した金型の上下移動と、素材の周方向への回転を間欠して繰返すことで回転鍛造動作を再現した。図６に示される、押圧部Ｐと流れ止め部Ｗから構成される金型と、図１に示される押圧部Ｐのみで構成される金型で計算を行った。ここで、押圧部Ｐはどちらも同じ形状とした。内径部における変形量を調べるため、図９に示す内径部の厚みＴに着目し、鍛造前後の厚み変化量を評価した。
【００２８】
図１０に、有限要素シミュレーションから内径部の厚みＴの変化量を評価した結果を示す。
図１０では押圧部Ｐのみで構成される金型を使用した場合の厚み変化量を１とし、押圧部Ｐと流れ止め部Ｗから構成される金型を使用した場合の厚み変化量を評価した。
【００２９】
有限要素シミュレーションの結果、押圧部Ｐと流れ止め部Ｗから構成される金型を使用した場合、押圧部Ｐのみで構成される金型を使用した場合と比較して厚み変化量が８０％抑制できることがわかった。この結果により、本実施例を使用することで内径部の変形を抑制しつつ、外径部の回転鍛造が可能になることが示された。
【００３０】
なお、本実施例においては、図５に示すような、上下両面の外径部を回転鍛造した円盤状部材を成形するために、上型と下型にそれぞれ押圧部を備える金型を用いたが、上面のみを回転鍛造した円盤状部材を成形する場合には、下型を平板状とし、上型に図２に示すような押圧部を備える金型を用いればよい。
【００３１】
本実施例によれば、回転鍛造における素材の半径方向への流動を抑制する流れ止め部を金型形状に付加することで、回転鍛造における内径部の変形を抑制した回転鍛造用金型および円盤状部材の製造方法を提供することができる。
【実施例２】
【００３２】
図１１は、本発明の実施例２の回転鍛造用金型の片方を示す斜視図である。
図１１に示す回転鍛造用金型５００は、素材を成形するための第１の突出し部である押圧部Ｐと、素材の径方向の流動を抑制するための第２の突出し部である流れ止め部Ｃと、２つの突出し部を連結させるプレートＱで構成される。
【００３３】
押圧部Ｐは、中心軸に対して周方向に略均等な角度で離散的に配置されている。流れ止め部Ｗは、円柱状で、隣り合う押圧部Ｐの間に押圧部Ｐとは離れて配置されている。
【００３４】
流れ止め部Ｃは突出し部Ｐよりも半径方向の長さが短くなくてはならない。これは、流れ止め部Ｃの半径方向の長さが長くなると素材との接触面積が増加し、プレス負荷の増加が生じるためである。なお、流れ止め部Ｃの周方向の長さも流れ止め部Ｃの機械的強度が保たれる範囲で、かつ流れ止めの機能が果たせるのであれば小さい方がよい。
【００３５】
また、実施例１と同様の理由により、流れ止め部Ｃの突出し量は押圧部Ｐよりも同等かそれ以下のほうが望ましい。ただし、押圧部Ｃによって素材に何かしらの形状に成形を施す場合はこの限りでない。
【００３６】
本実施例では、押圧部Ｐと流れ止め部ＣおよびプレートＱとが一体の金型形状を示したが、それぞれを分割したものでもよい。例えば、押圧部Ｐと流れ止め部Ｃ、プレートＱを別の部品として製作し、それらを組み合わせて一つの金型として使用してもよい。
【００３７】
押圧部Ｐおよび流れ止め部Ｃの形状も本実施例の形状に限定されない。例えば、押圧部Ｐは上面から見たときに長方形形状でもよい。また、流れ止め部Ｃは、四角柱や六角柱等の角柱状でも楕円柱でも良く、回転鍛造時の素材の流れ止めの機能が果たせるものであれば何れの形状でも良い。
【００３８】
本実施例によれば、実施例１の効果に加えて、押圧部と流れ止め部とが離れて配置されているので、個別に作成した押圧部や流れ止め部を円盤状のプレートに取り付けて金型を作成することができ、金型の製造が容易になる。
【実施例３】
【００３９】
図１２に、本発明の実施例３の円盤状部材の製造方法を示す。図において、左側は円盤状部材や金型を示す斜視図であり、右側は対応する断面図である。
本実施例では、柱状素材１４０の半径Ｒより内側の内径側を成形し円盤状素材１００にする工程と、実施例１に記載した回転鍛造用金型２００を使用して回転鍛造により半径Ｒより外側の外径部を平坦化する工程を備える。
【００４０】
図１２において、（ａ）に示す柱状素材１４０を成形し、（ｂ）に示す上下面において半径Ｒより内径側に凹部を有する円盤状素材１００を製造する。次に、（ｃ）に示すように、この円盤状素材１００を、実施例１に記載した回転鍛造用金型２００の上型と下型の間に配置し、（ｄ）に示すように、回転鍛造を行う。金型２００で外径部を回転鍛造することにより、（ｅ）に示すように、内径側と外径側の厚さが等しい円盤状部材１５０が製造される。
【００４１】
円盤状部材の鍛造において、鍛造する円盤状部材の径が大型になった場合、成形に必要なプレス荷重が増加する。そのため、本実施例のように内径部の成形と外径部の成形を分けた工程にする必要がある。外径側の成形を回転鍛造で行う場合、半径Ｒより内径側はすでに狙いの寸法に成形されているが、前述の通り図１に示す回転鍛造では内径側の意図しない変形によって寸法が変化する問題がある。
【００４２】
これに対して、本実施例のように本発明の金型を用いた回転鍛造を適用すれば、内径側の変形を抑制しながら外径側のみを成形することが可能になる。内径側の形状制御が容易になるので、製造の安定化による材料歩留まりの向上、および歩留まり向上による生産コスト低減が狙える。
【００４３】
また、円盤状素材の内径側に凹部を形成することにより、内径側と外径側の厚さが等しい円盤状部材を製造することができる。
【００４４】
本実施例では内径側を成形する工程と、外径側を成形する回転鍛造の２工程の例を示したが、内径側の成形と外形側の回転鍛造の工程を更に分割して３工程以上としても良い。
【００４５】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 
【符号の説明】
【００４６】
１００  円盤状素材
１１０  素材コマ部
１４０  柱状素材
１５０  円盤状部材
２００，３００，４００，５００  回転鍛造用金型
２２０  金型の上型
２３０  金型の下型
３１０  押圧機構
３２０  素材回転機構
Ａ  円盤状素材の内径部
Ｂ  円盤状素材の外径部
Ｐ  金型の押圧部
Ｗ  金型の流れ止め部
Ｃ  金型の流れ止め部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020099923.tif 000009
【図８】
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【図９】
2020099923.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2020099923.tif 000013
【図１２】
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