(57)【要約】【課題】無理な材料流れを抑制することで型寿命を向上させることが可能な鍛造方法を提供する。【解決手段】本発明の鍛造方法は、背圧付与工程（Ｓ１）と、往動工程（Ｓ２〜Ｓ５）と、背圧制御工程（Ｓ３、Ｓ４）とを含む。背圧付与工程では、材料に、カウンタパンチにより背圧が付与される。往動工程では、パンチが材料側へ往動する。背圧制御工程では、往動工程の際、パンチの位置における材料の位置が適正であるか否かに基づいて、制御部がカウンタパンチの背圧を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛造材料（Ｗ）を載置するダイ（１１）、前記ダイに対して往復動するパンチ（１２）、前記パンチの往動時に前記鍛造材料の一端面から背圧を付与するカウンタパンチ（１４）、前記カウンタパンチによる背圧を制御する制御部（１７）、を有する鍛造装置（１００）により、前記鍛造材料を塑性流動させて所定の形状に押出し成形する鍛造方法であって、
前記鍛造材料に、前記カウンタパンチにより背圧が付与される背圧付与工程と、
前記パンチが前記鍛造材料側へ往動する往動工程と、
前記往動工程の際、前記パンチの位置における前記鍛造材料の位置が適正であるか否かに基づいて、前記制御部が前記カウンタパンチの背圧を制御する背圧制御工程と、
を含む鍛造方法。
【請求項２】
前記背圧制御工程では、前記カウンタパンチの位置から前記鍛造材料の位置が検出される請求項１に記載の鍛造方法。
【請求項３】
前記背圧制御工程では、前記パンチの位置における前記鍛造材料にかかる荷重が適正であるか否かに基づいて、前記制御部が前記カウンタパンチの背圧を制御する請求項１または請求項２に記載の鍛造方法。
【請求項４】
前記鍛造装置は、前記鍛造材料の塑性流動を許容するように前記カウンタパンチに連動する連動部材（１３）をさらに備え、
前記鍛造材料は、加工開始時に型内に充満するように前記連動部材と前記カウンタパンチに接した状態とされる請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の鍛造方法。
【請求項５】
前方押出しと後方押出しを組合せた複合押出しを行う鍛造方法であって、
前記背圧付与工程では、前記カウンタパンチにより前記鍛造材料の後端面から背圧が付与されるとともに、
前記往動工程では、前記パンチが前記鍛造材料の前端面を押圧し前記鍛造材料を前方及び後方へ押し出すものである請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造材料を塑性流動させて所定の形状に押出し成形する鍛造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の塑性を利用し、鍛造材料を塑性流動させて押出し成形することで所定形状の機械部品等の鍛造製品を成形する鍛造方法が知られている。例えば、特許文献１には、パンチ、ダイス、成形ピンを含んで構成された圧造機の圧造工程において、成形ピンは、パンチの往動時に静止し、かつ、パンチの復動時にパンチの復動速度以上の高速度でパンチの復動方向に動作する、と記載されている。これにより、パンチの往動時にワークに発生した欠肉を解消するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６２４５６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載の鍛造方法や、一般に知られる鍛造方法では、金型の温度や材料の硬度等を考慮していないため、例えば生産開始時と生産安定期では、型内における材料流れの状態に差が生じる。例えば、金型の温度変化に起因して金型と材料との間に生じる摩擦状態が変化し材料流れが不均一化することがある。そのため、局所的な圧力上昇が起きることや、こうした圧力上昇により成形荷重が増大する。その結果、型寿命が悪化するという問題が生じていた。また、低硬度材料では、高硬度材料と比較して変形抵抗が小さいため荷重が低下する。このため、材料の弾性変形量が変化してしまい、材料によって製品精度がばらつくといった問題もあった。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、無理な材料流れを抑制することで型寿命を向上させることが可能な鍛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】
【０００６】
本発明の鍛造方法では、鍛造材料（Ｗ）を載置するダイ（１１）、ダイに対して往復動するパンチ（１２）、パンチの往動時に鍛造材料の一端面から背圧を付与するカウンタパンチ（１４）、カウンタパンチによる背圧を制御する制御部（１７）、を有する鍛造装置（１００）により、鍛造材料を塑性流動させて所定の形状に押出し成形する。
【０００７】
鍛造方法は、背圧付与工程と、往動工程と、背圧制御工程とを含む。背圧付与工程では、鍛造材料に、カウンタパンチにより背圧が付与される。往動工程では、パンチが鍛造材料側へ往動する。背圧制御工程では、往動工程の際、パンチの位置における鍛造材料の位置が適正であるか否かに基づいて、制御部がカウンタパンチの背圧を制御する。
【０００８】
本発明の構成によれば、パンチが往動する際に、パンチの位置における鍛造材料の位置を検出し、検出された鍛造材料の位置が適正であるか否かに基づいて、カウンタパンチの背圧制御を行うようにしている。鍛造材料の位置を見ることで、例えば前後方押し出しであれば、前後方に各々適正に伸びているかどうかを判断することができる。そして、こうした伸びに応じて背圧を制御することで、無理な材料流れによる局所的な圧力上昇を抑制することができる。また、こうした圧力上昇や、圧力上昇によって成形荷重が増大することに起因する型寿命の悪化を抑制でき、型寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態の鍛造方法を実施する鍛造装置の正面断面図であり、加工開始時の状態を示す図である。
【図２】第１実施形態の鍛造方法において、制御部が実行する制御を示すフローチャートである。
【図３】鍛造装置の正面断面図であり、材料流れが適正な加工中期の状態を示す図である。
【図４】鍛造装置の正面断面図であり、材料流れが不適正な加工中期の状態を示す図であり、（ａ）は後方への材料流れが促進されている状態を示す図、（ｂ）は前方への材料流れが促進されている状態を示す図である。
【図５】第２実施形態の鍛造方法において、制御部が実行する制御を示すフローチャートである。
【図６】鍛造装置の正面断面図であり、荷重が不適正な加工中期の状態を示す図であり、（ａ）は荷重が小さい状態を示す図、（ｂ）は荷重が大きい状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
〈第１実施形態〉
［構成］
本発明の第１実施形態の鍛造方法について、図１〜図４を参照して説明する。まず、当該鍛造方法を実施する鍛造装置の構成について、図１を参照して説明する。図１に示すように、鍛造装置１００は、ダイ１１、パンチ１２、パンチスリーブ１３、カウンタパンチ１４、油圧シリンダ１５、駆動回路部１６、及び制御部１７等を主に備えている。なお、パンチ１２の往動方向を前方とし、復動方向を後方とする。図１，３，４，６において、図面の下方が前方であり、上方が後方である。またパンチ１２の往復動方向は装置の軸方向と一致する。
【００１１】
ダイ１１には、大径孔２１と小径孔２２とが形成されている。大径孔２１と小径孔２２は、同軸上に配されており、軸方向断面が円形状をなしている。大径孔２１と小径孔２２との段差部分には、材料Ｗが載置される平坦な載置面２３が形成されている。パンチスリーブ１３は、円筒部材であり、ダイ１１の大径孔内に摺動可能に設けられている。パンチスリーブ１３は、パンチ１２による往動加工中、材料Ｗの塑性流動を許容するようにカウンタパンチ１４の動作に連動して動作する。ここで、「連動する」とは、カウンタパンチ１４の動作に伴って動くということを意味する。パンチスリーブ１３は、「連動部材」の一例に相当する。
【００１２】
パンチ１２は、円柱部材であり、パンチスリーブ１３内に摺動可能に設けられている。また、パンチ１２は、図示しない油圧シリンダ、駆動回路部、及び制御部に接続しており、パンチ１２の下降速度やストロークが制御部（制御部１７と兼用でも可能）により制御されるようになっている。
【００１３】
カウンタパンチ１４は、ダイ１１の小径孔内に摺動可能に設けられている。カウンタパンチ１４は、油圧シリンダ１５のシリンダロッド２４に接続されている。油圧シリンダ１５は、駆動回路部１６に接続しており、制御部１７により駆動回路部１６を介してその圧力が制御される。このため、カウンタパンチ１４により、材料Ｗに所定の背圧Ｆｒを付与することができる。
【００１４】
［作用・効果］
次に、上記鍛造装置１００による鍛造方法について説明する。本実施形態では、円柱形状の材料Ｗを、前方押出しと後方押出しを組合せた複合押出しにより成形する。成形後の製品は、図３に示すように、軸部２５と、環状鍔部２６と、円形凸部２７と、を有する。環状鍔部２６は、軸部２５の軸方向の後端側に位置する。円形凸部２７は、軸部２５の前端側中央に位置する。なお、図３及び以下で参照する図４，６では、簡略化のため、油圧シリンダ１５、駆動回路部１６、及び制御部１７については図示を省略している。
【００１５】
まず、型開き状態で材料Ｗが載置面２３上にセットされる。加工開始時では、図１に示すように、材料Ｗの下端面は、載置面２３及びカウンタパンチ１４の上面に接している。また、材料Ｗの上端面は、パンチスリーブ１３に接している。すなわち、材料Ｗは型内に充満した状態にある。図２のフローチャートに示すように、加工が開始されると、まずステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）１で、カウンタパンチ１４により材料Ｗの後端面から背圧Ｆｒが付与される。このＳ１は、「背圧付与工程」に相当する。
【００１６】
次いで、Ｓ２で、パンチ１２の下降が開始される。パンチ１２は材料Ｗの前端面を押圧する。パンチ１２のストロークが大きくなるのに伴い、押下げ荷重Ｆは、ゼロから所定値まで漸増する。この所定値は、カウンタパンチ１４の背圧Ｆｒよりも大きいため、押下げ荷重Ｆが背圧Ｆｒよりも大きくなった時点で、材料Ｗおよびカウンタパンチ１４は下降する。カウンタパンチ１４の動作に併せて、パンチスリーブ１３が連動して下降する。この過程で、図３に示すように元の材料Ｗの厚みより薄い軸部２５と、後方への伸びによる環状鍔部２６と、前方への伸びによる円形凸部２７と、が徐々に形成されて、製品の形状に成形されていく。
【００１７】
再び図２を参照する。次いで、Ｓ３で、パンチ１２の位置における材料位置（前方位置Ｍｆまたは後方位置Ｍｒ（図３参照））が適正か否かが判断される。塑性流動して前後方に伸びた材料Ｗの先端位置である前方位置Ｍｆと後方位置Ｍｒは、例えば、カウンタパンチ１４の位置から検出することができる。材料Ｗの体積は一定であるため、カウンタパンチ１４の下降量または下降後の前方位置等から、材料Ｗの前方位置Ｍｆおよび後方位置Ｍｒが求められる。なお、連動するパンチスリーブ１３の位置Ｐにより後方位置を求めても良い。
【００１８】
また、鍛造加工の過程において、所定の製品を成形する場合のパンチ１２の位置における適正な材料位置Ｍｆ，Ｍｒは決まっている。制御部１７には、パンチ１２の位置Ｐにおける適正な材料位置Ｍｆ，Ｍｒとの対応を示すマスタデータが予め記憶されている。このマスタデータと検出された材料位置との比較により、例えばマスタ値と検出値との開きが所定値内に収まっているか否かを見ることで、材料位置Ｍｆ，Ｍｒが適正であるか否かの判断が可能である。
【００１９】
そして、材料位置Ｍｆ，Ｍｒが適正である場合（Ｓ３：ＹＥＳ）には、Ｓ５に進み、パンチ１２が下死点まで下降したか否かが判断される。そして、パンチ１２が下死点まで下降していない場合（Ｓ５：ＮＯ）、パンチ１２が下死点に下降するまで、すなわちＳ５でＹＥＳと判断されるまで、Ｓ２〜Ｓ５の各処理が繰り返し実行される。このＳ２からＳ５：ＹＥＳまでの処理が、パンチ１２が往動する「往動工程」に相当する。
【００２０】
材料位置Ｍｆ，Ｍｒが適正である場合には、図３において矢印Ａ１，Ａ２に示すように、前方及び後方への材料流れが均一であって、型内で局所的な圧力上昇が生じたりせず、型に対する負荷が低く安定した状態にある。
【００２１】
一方、Ｓ３において、材料位置Ｍｆ，Ｍｒが適正でない場合（Ｓ３：ＮＯ）には、Ｓ４で、カウンタパンチ１４の背圧制御が行われる。以下、具体的な背圧制御を説明する。材料位置Ｍｆ，Ｍｒが適正でない、すなわち材料流れのバランスが悪い場合の例として、図４（ａ）において矢印Ａ３，Ａ４に示すように、後方への材料流れが促進されている場合には、背圧Ｆｒを下げて前方への材料流れの促進を図る。一方、図４（ｂ）において矢印Ａ５，Ａ６に示すように、前方への材料流れが促進されている場合には、背圧Ｆｒを上げて後方への材料流れの促進を図る。
【００２２】
背圧制御後は、Ｓ３に戻り、材料位置Ｍｆ，Ｍｒが適正となるまで背圧制御が実行される。このＳ３、Ｓ４の処理が、「背圧制御工程」に相当する。なお、前方と後方のどちらへの材料流れが促進されているかは、パンチ１２の位置Ｐにおける材料Ｗの前方位置Ｍｆと後方位置Ｍｒのそれぞれの検出値から判断することが可能である。
【００２３】
そして、Ｓ５で、パンチ１２が下死点まで下降したと判断された場合、成形加工は完了であるため、本処理を終了する。その後、型開きされて製品が取り出される。
【００２４】
［効果］
例えば、カウンタパンチ１４の背圧を一定として加工を行う方法では、生産開始時と生産安定期とで、金型の温度状態が異なり、金型（パンチ１２やダイ１１など）と材料Ｗとの間に生じる摩擦力が変化して材料流れが不均一化する虞がある。その点、第１実施形態では、パンチ１２の位置Ｐにおける伸びた材料Ｗの位置Ｍｆ，Ｍｒを検出し、検出された位置Ｍｆ，Ｍｒが適正であるか否かに基づいてカウンタパンチ１４の背圧制御を実行している。材料Ｗの伸びに応じて適した背圧制御を行っており、常に材料流動が均一に保たれる。
【００２５】
このため、無理な材料流れによる局所的な圧力上昇が起きることや、こうした圧力上昇により成形荷重Ｆが増大することを抑制でき、ひいては型寿命を向上させることができる。
【００２６】
〈第２実施形態〉
次に、本発明の第２実施形態による鍛造方法について、図５、図６を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。第２実施形態では、第１実施形態と同様の鍛造装置１００を用いて行う。
【００２７】
図５に示すように、Ｓ２で、パンチ１２の下降が開始されると、Ｓ３１において、パンチ１２の位置Ｐにおける材料位置Ｍｆ，Ｍｒ及び荷重Ｆが適正か否かが判断される。つまり、材料位置Ｍｆ，Ｍｒに加え、パンチ１２の位置における荷重Ｆについての適正可否の判断をしている点が上記第１実施形態とは異なる。材料位置と荷重Ｆのうち、どちらかでも適正でない場合にはＳ４で背圧制御が実行される。なお、その他のステップについては上記第１実施形態と同様であるため説明は省略する。
【００２８】
材料Ｗにかかる荷重Ｆは、材料Ｗの変形抵抗の差と下降位置（ストローク）によって変化する。第２実施形態では、この荷重Ｆを常にセンシングしている。また、鍛造加工の過程において、パンチ１２の位置Ｐにおける適正な荷重Ｆは決まっており、第２実施形態では、パンチ１２の位置Ｐにおける材料位置Ｍｆ，Ｍｒに加え、荷重Ｆに関するマスタデータが制御部１７に予め記憶されている。適正か否かの判断は、このマスタデータとの比較により実行される。
【００２９】
荷重Ｆが適正でない例として、図６（ａ）に示すように、荷重Ｆが小さすぎる場合には、背圧Ｆｒを上げて弾性変形量の増加を図る。図６において矢印Ａ７，Ａ８は、弾性変形量のイメージを示している。図６（ｂ）に示すように、荷重Ｆが大きすぎる場合には、背圧Ｆｒを下げて弾性変形量の減少を図る。第２実施形態では、Ｓ３１、Ｓ４の処理が「背圧制御工程」に相当する。
【００３０】
第２実施形態では、上記第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、さらに以下の効果がある。低硬度材料では、高硬度材料と比較して荷重Ｆが低下する。熱処理条件等に起因して硬度差が異なる材料が発生したとき、材料Ｗにかかる荷重Ｆを考慮しない場合、荷重変動によって弾性変形量が変化し、製品精度が落ちる虞がある。その点、第２実施形態では荷重Ｆを考慮することで弾性変形量が一定化し、製品の寸法精度を向上させることができる。
【００３１】
〈他の実施形態〉
上記各実施形態の鍛造装置１００では、カウンタパンチ１４の駆動を油圧シリンダ１５により行うものとしたが、サーボモータを備えるもので構成しても良いし、種々変更可能である。
【００３２】
上記各実施形態では、材料Ｗの位置Ｍｆ，Ｍｒの適正判断をマスタデータとの比較により実行したが、製品形状が単純であれば、例えば、単に前方伸びと後方伸びとの比較により適正判断を実行してもよいし、その他の方法であっても良い。
【００３３】
上記各実施形態では、前後方複合押し出しにより成形する例について説明したが、その他、前方押し出しや後方押し出し、側方押し出しであっても良い。なお、その際には型形状や、カウンタパンチ１４の位置等は適宜変更される。
【００３４】
上記各実施形態では、円柱形状の材料Ｗを加工するものとしたが、加工前の材料や成形後の形状についても上記に限定されるものではない。例えば加工前の材料に鍔部を設けたものを採用しても良いし、種々の形態が可能である。
【００３５】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１１      ・・・ダイ
１２      ・・・パンチ
１３      ・・・パンチスリーブ
１４      ・・・カウンタパンチ
１７      ・・・制御部
１００    ・・・鍛造装置
Ｗ        ・・・鍛造材料
【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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