(57)【要約】【課題】小さく安価なプレス機を用いて多工程冷間鍛造を行う。【解決手段】本発明の冷間鍛造装置は、上型２ａ〜５ａおよび下型２ｂ〜５ｂで構成される金型対を複数備え、各金型対を構成する一方の金型２ａ〜５ａを支持するスライド６と、前記一方の金型と対をなす他方の金型２ｂ〜５ｂを支持するボルスタ７と、スライド６およびボルスタ７の相対的な位置を移動させて金型対による冷間鍛造を実施するプレス機１とを備え、金型対の少なくとも一つにおいて、上型および下型のいずれか一方が、緩衝機構８を介してスライド６またはボルスタ７に支持されており、緩衝機構８は、上型および下型による塑性加工中は縮まないが、塑性加工完了後は縮むことにより、緩衝機構８を備える金型対に最大荷重が発生する時期を、他の金型対に最大荷重が発生する時期とは異ならせる。【選択図】図３
2020093263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型および下型で構成される金型対を複数備え、
各金型対を構成する一方の金型を支持するスライドと、
前記一方の金型と対をなす他方の金型を支持するボルスタと、
前記スライドおよび前記ボルスタの相対的な位置を移動させて、前記金型対による冷間鍛造を実施するプレス機と、
を備える冷間鍛造装置によって冷間鍛造する方法であって、
前記金型対の少なくとも一つにおいて、前記上型および前記下型のいずれか一方が、緩衝機構を介して前記スライドまたは前記ボルスタに支持されており、
前記緩衝機構は、前記上型および前記下型による塑性加工中は縮まないが、塑性加工完了後は縮むことにより、前記緩衝機構を備える金型対に最大荷重が発生する時期を、他の金型対に最大荷重が発生する時期とは異ならせる、
冷間鍛造方法。
【請求項２】
上型および下型で構成される金型対を複数備え、
各金型対を構成する一方の金型を支持するスライドと、
前記一方の金型と対をなす他方の金型を支持するボルスタと、
前記スライドおよび前記ボルスタの相対的な位置を移動させて、前記金型対による冷間鍛造を実施するプレス機と、を備える冷間鍛造装置であって、
前記金型対の少なくとも一つにおいて、前記上型および前記下型のいずれか一方が、緩衝機構を介して前記スライドまたは前記ボルスタに支持されており、
前記緩衝機構は、前記上型および前記下型による塑性加工中は縮まないが、塑性加工完了後は縮むことにより、前記緩衝機構を備える金型対に最大荷重が発生する時期を、他の金型対に最大荷重が発生する時期とは異ならせる、
冷間鍛造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間鍛造方法および冷間鍛造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷間鍛造は、後工程として切削工程を必要とする熱間鍛造に比べて、製品の形状精度が高く、最終製品の形状またはそれに近い形状が得られる加工方法である。しかし、冷間鍛造では、素材に大きな変形を一工程で与えると、金型が破損したり、欠陥を生じたりすることが懸念されることがある。このため、一基のプレス機を用いて多工程に分けて冷間鍛造を行うことが多い。本明細書ではこの鍛造を「多工程冷間鍛造」ともいう。
【０００３】
高強度材の多工程冷間鍛造における主要な課題は、（ａ）加工荷重の低減、および（ｂ）素材の破断抑制である。多工程の冷間鍛造において、加工荷重が鍛造機の加工荷重の限界を超えると、製造装置（プレス機）を追加するか、金型を交換した後に製造することが必要になる。
【０００４】
そのため、多工程冷間鍛造の加工においては、できる限り低い加工荷重で加工することが、鍛造機の小型化および安価化や、製造時間の増加を回避できることにつながるため、効率的な製造に有効である。
【０００５】
これまでにも、高強度材の冷間鍛造において加工荷重の低減を図る発明が開示されている。
【０００６】
特許文献１には、円筒状の素材の外周面を成形するダイと、素材がダイ内に配置された状態で素材の軸方向一端側の端面を押圧する第１パンチと、素材がダイ内に配置された状態で素材の軸方向他端側の端面を押圧する第２パンチとを備える閉塞鍛造装置が開示されている。
【０００７】
この閉塞鍛造装置では、ダイは、第１パンチおよび第２パンチが素材を押圧することにより素材の金属材料が流れ込んで素材の周面に周面カムを成形する周面カム用凹部を有する。第１パンチおよび第２パンチの少なくとも一方は、素材の金属材料が流れ込んで端面突出部を成形する突出部用凹部を有する。突出部用凹部は、周面カム用凹部に金属材料が充填された時点で金属材料が充填されていない余剰空間を有する。これにより、閉塞鍛造機構による素材の充填性を向上し、加工荷重を低減する。
【０００８】
特許文献２には、加工荷重の低減および生産性の確保のため、パンチ側ダイセットとダイ側ダイセットとを逆位相でシャトル移動させて、複数工程の成形を１台の単動プレス装置のプレス中心で繰り返し行うプレス装置が開示されている。
【０００９】
このプレス装置では、スライドが往復運動する過程で、プレス中心に位置するパンチ側ダイセットの各ロッド部によってダイ側ダイセットの相対する各ガススプリングのピストンロッドを押し込む。これにより、スライドの往復運動を利用して、ダイセットをプレス本体に固定することができ、ダイクランパを廃止してサイクルタイムの増加に起因する生産性の低下を抑止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１７−１００１５２号公報
【特許文献２】特許第６１３７４８９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１により開示された閉塞鍛造装置は、単一工程の加工荷重の低減を目的とし、かつ金型の動作が複雑である。このため、この閉塞鍛造装置では、多工程冷間鍛造の加工荷重を低減し、鍛造機の小型化および安価化を図ることはできない。
【００１２】
特許文献２により開示されたプレス機を用いて、高速で加工精度の高い加工を実現するためには、ダイセットを高速でスライドさせ、精度良く位置決めするために、特殊な機構を必要とする。このため、多工程冷間鍛造の加工荷重の低減は可能であるものの、鍛造加工の安価化を図ることはできない。
【００１３】
本発明は、従来の技術の課題に鑑み、多工程冷間鍛造の加工荷重の低減を図り、小さく安価なプレス機でも高強度材を加工することが可能な冷間鍛造方法およびプレス機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
図１は、従来の多工程冷間鍛造装置の構成例を示す図である。
図１に示すように、従来の冷間鍛造装置は、第１工程としての前方押出し工程を実施するための金型対（上型２ａ、下型２ｂ）、第２工程としての前方押出し工程を実施するための金型対（上型３ａ、下型３ｂ）、第３工程としての後方押出し工程を実施するための金型対（上型４ａ、下型４ｂ）、第４工程としての打抜き工程を実施するための金型対（上型２ａ、下型２ｂ）を備える。そして、各金型対の上型２ａ，３ａ，４ａ，５ａは、スライド６に支持され、各金型対の下型２ｂ，３ｂ，４ｂ，５ｂは、ボルスタ７に支持されている。プレス機１１は、スライド６およびボルスタ７の相対的な位置を移動させる。これにより、第１工程〜第４工程の冷間鍛造が、一回のプレスストロークで実施される。
【００１５】
図２は、従来の多工程冷間鍛造装置におけるプレス機のプレスストロークと加工荷重との関係を例示するグラフである。各加工法の加工荷重の履歴は、製造する鍛造製品または鍛造半製品の形状により若干異なるものの、一般に以下のとおりである。
【００１６】
前方押出し加工の加工荷重は、加工の初期において急激に上昇し、比較的早い段階で最大となり、その後、僅かに低下してから安定（図２の第１工程参照）するか、最大のまま安定（図２の第２工程参照）し、加工完了後に急激に低下する。後方押出し加工の加工荷重は、加工の初期から徐々に上昇し、加工完了直前に最大となり、加工完了後に急激に低下する（図２の第３工程参照）。打抜き加工の加工荷重は、加工の初期において急激に上昇し、加工完了後に急激に低下する（図２の第４工程参照）。
【００１７】
図２に示すように、通常、プレス機のプレスストロークの下死点の近傍で第１〜４工程の加工荷重が集中する。これが、小さく安価なプレス機で多工程冷間鍛造を実施できない理由である。このため、第１〜４工程の加工荷重が負荷されるタイミングをずらすことにより加工荷重を分散することができれば、鍛造機全体に負荷される加工荷重を低減できる。加工荷重が負荷されるタイミングをずらすためには、幾つかの工程での成形を、下死点よりも手前のプレスストロークで行うことが有効である。
【００１８】
本発明者は、このような観点から鋭意検討した結果、幾つかの工程での成形を下死点よりも手前で完了させるためには、幾つかの工程に係る金型対の上型（パンチなど）または下型（ダイなど）を緩衝機構を介して支持することを考えた。すなわち、緩衝機構は、上型および下型による塑性加工中は縮まないが、塑性加工後は縮むことにより、プレス機に掛かる荷重を低減する機構である。例えば、緩衝機構の設定荷重を塑性加工中と塑性加工完了後で変更する。油圧機構を用いる場合について説明すると、油圧機構の設定圧力を、塑性加工中は高く、塑性加工完了後は、低くする。これにより、油圧機構は、上型および下型による塑性加工中の荷重では縮まないが、上型および下型が接触したときの荷重によって縮むことになる。これによって、プレス機の動作状況に関わらず、特定の金型対に最大荷重が発生する時期を調整することが可能となる。このため、緩衝機構を備える金型対に最大荷重が発生する時期を、他の金型対に最大荷重が発生する時期とは異ならせることが可能となる。その結果、プレス機に掛かる最大荷重を低減することができる。
【００１９】
なお、緩衝機構は、上記の構成に替えて、上型および下型による塑性加工中の荷重では縮まないが、所定の荷重（例えば、上型および下型が接触したときの荷重以上の所定の荷重）が負荷された場合に縮む構成でもよい。油圧機構を用いる場合について説明すると、油圧機構の設定圧力を、塑性加工中の荷重に対応する圧力より高く、所定の圧力（例えば、上型および下型が接触したときの圧力以上の所定の圧力）より低い値とする構成でも良い。これにより、上型および下型による塑性加工中の荷重では縮まないが、上型および下型が接触したときの荷重によって縮むことになる。
【００２０】
本発明は、このような知見に基づくものであり、以下に列記の通りである。
（１）上型および下型で構成される金型対を複数備え、
各金型対を構成する一方の金型を支持するスライドと、
前記一方の金型と対をなす他方の金型を支持するボルスタと、
前記スライドおよび前記ボルスタの相対的な位置を移動させて、前記金型対による冷間鍛造を実施するプレス機と、
を備える冷間鍛造装置によって冷間鍛造する方法であって、
前記金型対の少なくとも一つにおいて、前記上型および前記下型のいずれか一方が、緩衝機構を介して前記スライドまたは前記ボルスタに支持されており、
前記緩衝機構は、前記上型および前記下型による塑性加工中は縮まないが、塑性加工完了後は縮むことにより、前記緩衝機構を備える金型対に最大荷重が発生する時期を、他の金型対に最大荷重が発生する時期とは異ならせる、
冷間鍛造方法。
【００２１】
（２）上型および下型で構成される金型対を複数備え、
各金型対を構成する一方の金型を支持するスライドと、
前記一方の金型と対をなす他方の金型を支持するボルスタと、
前記スライドおよび前記ボルスタの相対的な位置を移動させて、前記金型対による冷間鍛造を実施するプレス機と、を備える冷間鍛造装置であって、
前記金型対の少なくとも一つにおいて、前記上型および前記下型のいずれか一方が、緩衝機構を介して前記スライドまたは前記ボルスタに支持されており、
前記緩衝機構は、前記上型および前記下型による塑性加工中は縮まないが、塑性加工完了後は縮むことにより、前記緩衝機構を備える金型対に最大荷重が発生する時期を、他の金型対に最大荷重が発生する時期とは異ならせる、
冷間鍛造装置。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、多工程冷間鍛造において、各工程で最大荷重が発生する時期を調整することができるので、全体としての加工荷重を低減できるので、多工程冷間鍛造を小さく安価なプレス機でも実施することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、従来の多工程冷間鍛造装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、従来の多工程冷間鍛造装置におけるプレス機のプレスストロークと加工荷重との関係を例示するグラフである。
【図３】図３は、本実施形態に係る多工程冷間鍛造装置の構成例を示す図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る多工程冷間鍛造装置におけるプレス機のプレスストロークと加工荷重との関係を例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図３は、本実施形態に係る多工程冷間鍛造装置の構成例を示す図である。
図３に示すように、本実施形態に係る冷間鍛造装置は、第１工程としての前方押出し工程を実施するための金型対（上型２ａ、下型２ｂ）、第２工程としての前方押出し工程を実施するための金型対（上型３ａ、下型３ｂ）、第３工程としての後方押出し工程を実施するための金型対（上型４ａ、下型４ｂ）、第４工程としての打抜き工程を実施するための金型対（上型５ａ、下型５ｂ）を備える。そして、上型２ａ，５ａは、緩衝装置８を介してスライド６に支持され、上型３ａ，４ａは直接、スライド６に支持されている。また、下型２ｂ，３ｂ，４ｂ，５ｂは、ボルスタ７に支持されている。プレス機１は、スライド６およびボルスタ７の相対的な位置を移動させる。これにより、第１工程〜第４工程の冷間鍛造が、一回のプレスストロークで実施される。
なお、図３に示す例では、上型２ａ，３ａ，４ａ，５ａをパンチ、下型２ｂ，３ｂ，４ｂ，５ｂをダイとしているが、このような形態に限定されない。また、緩衝装置８は、ボルスタ７と金型との間に設置されていてよい。
【００２５】
本実施形態に係る多工程冷間鍛造装置のプレス機１が従来の多工程冷間鍛造装置のプレス機１１に対して相違する点は、第１，４工程の上型２ａ，５ａが例えば油圧機構やガス圧機構といった緩衝機構８を介して、スライド６により支持されていることである。この緩衝機構８は、プレスストロークとは独立に、上型２ａ，５ａに付与される荷重を制御することできる。
【００２６】
換言すると、緩衝機構８は、第１，４工程の上型２ａ，５ａおよび下型２ｂ，５ｂによる塑性加工中は縮まないが、塑性加工後は縮むことにより、プレス機に掛かる荷重を低減する機構である。例えば、緩衝機構の設定荷重を塑性加工中と塑性加工完了後で変更する。油圧機構を用いる場合について説明すると、油圧機構の圧力を予め塑性加工時の圧力より高く設定しておき、塑性加工は、その圧力のまま行う。そして、塑性加工完了点に相当する所定のプレスストロークに到達したときに、油圧機構の圧力を低減する。これにより、油圧機構は、プレス機の動作状況に関わらず、特定の金型対に最大荷重が発生する時期を調整することが可能となる。そして、緩衝機構を備える金型対に最大荷重が発生する時期を、他の金型対に最大荷重が発生する時期とは異ならせることにより、プレス機に掛かる最大荷重を低減することができる。
なお、第１，４工程の上型２ａ，５ａは、同じ緩衝機構８につながっていてもよいし、異なる緩衝機構につながっていてもよい。また、緩衝機構８が同じ加圧制御装置（図示しない）につながっていってもよいし、異なる加圧制御装置につながっていってもよい。
【００２７】
緩衝機構８が油圧機構である場合、油圧機構８の油圧制御だけで油圧機構８を設けた工程の加工を、所定の位置で精度良く停止させることは、極めて困難である。そのため、第１，４工程の上型（パンチ）２ａ，５ａには、所定位置で大きな反力を生じさせることによりこの工程の加工を精度良く停止するためのストッパ２ｃ，５ｃが設けられていることが望ましい。
【００２８】
これにより、第１工程での上型２ａおよび下型２ｂによる成形と、第４工程での上型５ａおよび下型５ｂによる成形を、プレス機１のプレス下死点よりも手前のストロークで完了させることができる。このため、上述した図４のグラフに例示するように、第１〜４工程の加工荷重が負荷されるタイミングをずらして第１〜４工程の加工荷重を分散でき、プレス機１全体に負荷される加工荷重を低減できる。
【００２９】
すなわち、図４に示すように、第１工程としての前方押出し加工の加工荷重は、加工の初期において急激に上昇し、比較的早い段階で最大となり、その後、僅かに低下してから安定し、加工完了後に急激に低下する。この点、従来の多工程冷間鍛造装置における第１工程と同様である。また、第２工程としての前方押出し加工の加工荷重は、加工の初期において急激に上昇し、比較的早い段階で最大となり、その後、最大のまま安定し、加工完了後に急激に低下する。この点、従来の多工程冷間鍛造装置における第２工程と同様である。第３工程としての後方押出し加工の加工荷重は、加工の初期から徐々に上昇し、加工完了直前に最大となり、加工完了後に急激に低下する。この点、従来の多工程冷間鍛造装置における第３工程と同様である。第４工程としての打抜き加工の加工荷重は、加工の初期において急激に上昇し、加工完了後に急激に低下する。この点、従来の多工程冷間鍛造装置における第４工程と同様である。
【００３０】
しかし、前掲の図２に示すように、従来の多工程冷間鍛造装置におけるプレス機１１では、第１〜４工程の全ての加工工程がプレス機１１の下死点付近で略同時に完了する。このため、下死点付近に第１〜４工程の加工荷重が集中する。例えば、各工程の下死点付近での加工荷重を、第１工程：５００ｋＮ，第２工程：８００ｋＮ，第３工程：１６００ｋＮ，第４工程：８００ｋＮと仮定すると、第１〜４工程全てをあわせた加工荷重の合計は、最大で約３７００ｋＮに達する。
【００３１】
これに対し、本実施形態に係る多工程冷間鍛造装置のプレス機１では、図３に示すように、第１，４工程で油圧機構８などを介してスライド６に繋がれた上型（パンチ）２ａ，５ａを用いるため、油圧機構８のストローク分（例えば３０ｍｍ）だけ、下死点よりも手前のストロークで加工を完了することができる。
【００３２】
図４は、本実施形態に係る多工程冷間鍛造装置におけるプレス機のプレスストロークと加工荷重との関係を例示するグラフである。
【００３３】
図４に示すように、第１工程および第４工程での成形を下死点よりも手前のストロークで完了させることにより、第１〜４工程の加工荷重が負荷されるタイミングをずらして第１〜４工程の加工荷重を分散でき、プレス機全体に負荷される加工荷重を低減できる。ここで、図３のプレス機１は、第１，４工程の上型２ａ，５ａの先端と、第２，３工程の上型３ａ，４ａの先端との相対的な位置関係は、図１のプレス機１１における第１，４工程の上型２ａ，５ａの先端と、第２，３工程の上型３ａ，４ａの先端との相対的な位置関係よりも広がっている。つまり、緩衝機構８を備える金型対における塑性加工開始時期を、緩衝機構８を備えない金型対より早める構成となっている。これにより、第１〜４工程の加工荷重をより分散しやすくなり、プレス機１全体に負荷される加工荷重をさらに低減できる。
【００３４】
第１，４工程での加工を終えた後に、油圧機構８の油圧を低下することにより、第１，４工程の荷重を１００ｋＮ程度まで低下させることが可能となると同時に、油圧機構８が縮む。このため、第１，４工程での加工は終了した状態で、第２，３工程の加工は、プレス機１１と同様に下死点まで継続される。
【００３５】
その結果、プレス機１では、図４のグラフに示すように、プレス機１１の下死点付近で最大となる加工荷重を、低減できる。第１〜４工程の下死点付近での加工荷重は、第１工程：１００ｋＮ，第２工程：８００ｋＮ，第３工程：１６００ｋＮ，第４工程：１００ｋＮとなり、第１〜４工程全てをあわせた加工荷重の合計は、約２６００ｋＮまで低減される。
【００３６】
表１に、プレス機１，１１の第１〜４工程の下死点付近での加工荷重の合計を対比して示す。
【００３７】
【表１】
2020093263.tif 000003
【００３８】
このため、本発明は、３０００ｋＮプレス機で実施でき、鍛造機の小型化および安価化を図ることができる。
【００３９】
次に、第１工程としての前方押出し工程と、第２工程としての後方押出し工程とを行なう多工程冷間鍛造を行う場合を例にとって、本発明の効果を確認する。
【００４０】
油圧機構を備えない多工程冷間鍛造装置を用いる従来例では、プレス機の下死点付近での第１，２工程の加工荷重は、それぞれ、８００ｋＮ，１５００ｋＮである。したがって、第１，２工程をあわせた加工荷重の合計は、最大で約２３００ｋＮである。
【００４１】
これに対し、第１工程の上型を、油圧機構を介してスライドにより支持した本発明例では、油圧機構の圧力を第１工程の塑性加工終了直後に低下させて縮めることができる。これにより、塑性加工終了後の第１工程の荷重を１００ｋＮ程度まで低下させることが可能となる。そして、第１工程の荷重を１００ｋＮ程度まで低下させた後に、第２工程の塑性加工を行うことにより、プレス機の下死点付近での荷重の集中を防止することができる。
【００４２】
このようにして、本発明によれば、従来例では下死点付近で最大となっていた加工荷重を分散することができる。本発明によれば、第１，２工程の下死点付近での加工荷重は、第１工程：１００ｋＮ，第２工程：１５００ｋＮである。
【００４３】
このため、従来例では最大荷重が約２３００ｋＮ（＝８００＋１５００）であったのに対し、本発明例によれば、約１６００ｋＮ（＝１００＋１５００）まで低減される。
【００４４】
表２に、従来例、本発明例それぞれの第１，２工程の下死点の近傍での加工荷重の合計を対比して示す。
【００４５】
【表２】
2020093263.tif 000004
【００４６】
このため、本発明は、２０００ｋＮプレス機で実施でき、鍛造機の小型化および安価化を図ることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  本実施形態に係る多工程冷間鍛造装置
２ａ  上型（パンチ）
２ｂ  下型（ダイ）
２ｃ  ストッパ
３ａ  上型（パンチ）
３ｂ  下型（ダイ）
４ａ  上型（パンチ）
４ｂ  下型（ダイ）
５ａ  上型（パンチ）
５ｂ  下型（ダイ）
５ｃ  ストッパ
６  スライド
７  ボルスタ
８  緩衝機構
１１  従来の多工程冷間鍛造装置
【図１】
2020093263.tif 000005
【図２】
2020093263.tif 000006
【図３】
2020093263.tif 000007
【図４】
2020093263.tif 000008