(57)【要約】【課題】成形品から欠肉部をより低減させること。【解決手段】ダイス11と、ダイス11に移動可能に設けられた一対の加圧パンチ13,14とから形成される成形空間17内に素材16を供給し、両加圧パンチ13,14により素材16を加圧することで成形空間17内にて成形品を鍛造する。ここで、加圧工程では、上側の加圧パンチ13に設けられた先行パンチ15を、加圧パンチ13から先行的に突出させておき、両加圧パンチ13,14により素材16を加圧すると共に、先行パンチ15を素材16に差し入れる。その後、分流工程では、素材16の加圧途中にて、先行パンチ15を素材16から加圧パンチ13の中へ没入させたときにできる先行パンチ15の軌跡空間へ素材16を分流させることにより、成形空間17の隅部に生じる欠肉空間18へ向かう流れを素材16に付与する。そして、先行パンチ15の軌跡空間の容積と欠肉空間18の容積との比を「20以上100以下」の範囲の値に設定している。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイスと、前記ダイスに対して移動可能に設けられた一対の加圧パンチとから形成される成形空間内に素材を供給し、前記一対の加圧パンチにより前記素材を加圧することにより前記成形空間内にて成形品を鍛造する鍛造方法であって、
前記一対の加圧パンチの少なくとも一方に設けられた先行パンチを、前記加圧パンチから先行的に突出させておき、前記一対の加圧パンチにより前記素材を加圧すると共に、前記先行パンチを前記素材に差し入れる加圧工程と、
前記素材の加圧途中にて、前記先行パンチを前記素材から前記加圧パンチの中へ没入させたときにできる前記先行パンチの軌跡空間へ前記素材を分流させることにより、前記成形空間の隅部に生じる欠肉空間へ向かう流れを前記素材に付与する分流工程と
を備え、前記先行パンチの軌跡空間の容積と前記欠肉空間の容積との比を、２０以上１００以下の範囲の値に設定したことを特徴とする鍛造方法。
【請求項２】
前記先行パンチの軌跡空間の容積と前記欠肉空間の容積との比を、４０以上１００以下の範囲の値に設定したことを特徴とする請求項１に記載の鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属を素材とする鍛造方法に係り、詳しくは、分流法を用いた鍛造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属製品を成形するのに、熱間鍛造で中間成形物を粗成形しておき、後工程で表面細部を切削加工等により仕上げることが行われている。このような製造方法では、鍛造に加えて切削等の後工程が必要となり、切削分だけ材料使用量が増したり、設備が大型化したりすることになった。
【０００３】
一方、切削等の後工程を省略し、閉塞鍛造だけで金属製品を成形することも考えられる。しかし、単に閉塞鍛造だけでは、素材に大きな荷重を加えなければならず、金型が破損したり、金型のキャビティ内に素材が充填できない未充填部（欠肉空間）ができたりして、その未充填部により金属製品に欠肉部ができてしまうおそれがあった。
【０００４】
そこで、分流法を用いて鍛造を行うことが考えられる。例えば、下記の特許文献１には、最終成形時に金型の密閉した成形空間の容積を増加させる密閉（閉塞）鍛造方法が開示されている。すなわち、この閉塞鍛造方法は、主成形パンチと、この主成形パンチと動作方向が異なる従成形パンチと、ダイスと、ノックアウトピンとを含む金型を使用して行われる。そして、この閉塞鍛造方法は、上記した金型の成形空間内を、主成形パンチを動作させて加圧することにより、金属素材で充満して最終成形品の中間形状を得る工程と、従成形パンチを金属素材が凹になる方向に作動させて凹部を有する最終成形品形状を得る工程とを含む。そして、金型のもとの成形空間内の容積を従成形パンチの動作により押し込まれる体積以上に増加させるように変化させながら最終成形品を成形するようになっている。これにより、最終成形品に欠肉部ができないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７４２８１号公報
【特許文献２】特開平１０−２９６３８２号公報
【特許文献３】特開平５−０３８５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の閉塞鍛造方法では、従成形パンチの動作により分流法を用いて最終成形品に欠肉部ができないようにしているものの、分流法によりもとの成形空間の容積を変化させる容積と、解消すべき欠肉空間の容積との関係には特に着目されていなかった。このため、場合によっては最終成形品に欠肉部が残るおそれがあった。
【０００７】
ここで、本願出願人は、分流法によりもとの成形空間の容積を変化させる容積と、解消すべき欠肉空間の容積との関係につき、欠肉部を有効に低減させることのできる最適な関係を見い出した。
【０００８】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、成形品から欠肉部をより低減させることを可能とした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】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ダイスと、ダイスに対して移動可能に設けられた一対の加圧パンチとから形成される成形空間内に素材を供給し、一対の加圧パンチにより素材を加圧することにより成形空間内にて成形品を鍛造する鍛造方法であって、一対の加圧パンチの少なくとも一方に設けられた先行パンチを、加圧パンチから先行的に突出させておき、一対の加圧パンチにより素材を加圧すると共に、先行パンチを素材に差し入れる加圧工程と、素材の加圧途中にて、先行パンチを素材から加圧パンチの中へ没入させたときにできる先行パンチの軌跡空間へ素材を分流させることにより、成形空間の隅部に生じる欠肉空間へ向かう流れを素材に付与する分流工程とを備え、先行パンチの軌跡空間の容積と欠肉空間の容積との比を、２０以上１００以下の範囲の値に設定したことを趣旨とする。
【００１０】
上記発明の構成によれば、加圧パンチから先行パンチを先行的に突出させておき、一対の加圧パンチにより成形空間にて素材を加圧すると共に、先行パンチを素材に差し入れる。その後、この素材の加圧途中にて、先行パンチを素材から加圧パンチの中へ没入させたときにできる先行パンチの軌跡空間へ素材を分流させることにより、成形空間の隅部に生じる欠肉空間へ向かう流れを素材に付与する。すなわち、素材を分流させることにより、欠肉空間へ素材を充填させる。ここで、先行パンチの軌跡空間の容積と欠肉空間の容積との比を、２０以上１００以下の範囲の値に設定したので、分流により素材が効果的に欠肉空間へ流れる。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、先行パンチの軌跡空間の容積と欠肉空間の容積との比を、４０以上１００以下の範囲の値に設定したことを趣旨とする。
【００１２】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に対し、先行パンチの軌跡空間の容積と欠肉空間の容積との比を、４０以上１００以下の範囲の値に限定したので、分流により素材がより効果的に欠肉空間へ流れる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１及び２に記載の発明によれば、鍛造方法により成形される成形品から欠肉部をより低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態に係り、成形品を示す平面図。
【図２】同じく、成形品を示す図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】同じく、鍛造方法の一つの工程に係り、鍛造装置の一部を示す断面図。
【図４】同じく、鍛造方法の一つの工程に係り、鍛造装置の一部を示す断面図。
【図５】同じく、鍛造方法の一つの工程に係り、鍛造装置の一部を示す断面図。
【図６】同じく、鍛造方法の一つの工程に係り、鍛造装置の一部を示す断面図。
【図７】同じく、鍛造方法の一つの工程に係り、鍛造装置の一部を示す断面図。
【図８】同じく、鍛造装置の一部を示す図７の部分拡大断面図。
【図９】同じく、容積比と欠肉量との関係を示すグラフ。
【図１０】同じく、先行パンチの先行量を示す概念図。
【図１１】同じく、先行量と欠肉量との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の鍛造方法を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１に、この実施形態の鍛造方法により製造される成形品１を平面図により示す。図２に、この成形品１を図１のＡ−Ａ線断面図により示す。この成形品１は、外側のリム部１ａと、内側のボス部１ｂと、リム部１ａとボス部１ｂとの間をつなぐ中間部１ｃとを備える。ボス部１ｂの中心には、軸が嵌められる軸孔１ｅが形成される。中間部１ｃの上下両側には、軽量化のために円環状に凹む周溝１ｆ，１ｇが形成される。この実施形態の成形品１のサイズは、「φ１０９」の外径と、「３２ｍｍ」の最大厚みを有し、軸孔１ｅの内径は「２４ｍｍ」となっている。
【００１７】
次に、この成形品１を成形するための鍛造方法について説明する。図３〜図７に、この鍛造方法に係る一連の工程につき、鍛造装置の一部を断面図により示す。この鍛造装置は、ダイス１１と、ダイス１１の中心に位置するインサートパンチ１２と、ダイス１１とインサートパンチ１２との間にてダイス１１に対して移動可能に設けられた上下一対の加圧パンチ１３，１４と、上側の加圧パンチ１３に対して移動可能に設けられた先行パンチ１５とを備える。ダイス１１、上下の加圧パンチ１３，１４、先行パンチ１５はそれぞれ平面視で円環状をなしている。上下の加圧パンチ１３，１４は、それぞれ成形品１の周溝１ｆ，１ｇを成形する突条１３ａ，１４ａを有する。そして、この鍛造方法では、ダイス１１と、インサートパンチ１２と、上下一対の加圧パンチ１３，１４とから形成される空間１７（図４参照）の中に金属製の素材１６を供給し、上下一対の加圧パンチ１３，１４により素材１６を加圧することにより、成形空間１７にて成形品１を成形するようにしている。
【００１８】
以下、図３〜図７を参照してこの鍛造方法に係る一連の工程を順次説明する。最初に、図３に示す工程では、上下の加圧パンチ１３，１４を開いた状態で、ダイス１１、インサートパンチ１２及び上下の加圧パンチ１３，１４の間に素材１６を供給する。このとき、先行パンチ１５の先端部を、上側の加圧パンチ１３から下方へ向けて所定量だけ先行的に突出させて固定しておく。この状態で、下側の加圧パンチ１４を固定し、上側の加圧パンチ１３を下降させることにより、上下の加圧パンチ１３，１４により素材１６を加圧し始める。
【００１９】
その後、図４に示すように、加圧工程では、上側の加圧パンチ１３をダイス１１に当接するまで下降させて上下の加圧パンチ１３，１４により素材１６を加圧すると共に、突出させた先行パンチ１５の先端部を素材１６に差し入れる。このとき、図４に矢印Ｆ１で示すように、先行パンチ１５とダイス１１との間の隙間へ向かう素材１６の流れが阻害されないように、先行パンチ１５の突出量、すなわち「先行量」を予め設定している。この先行量の設定については後述する。
【００２０】
その後、図５に示すように、加圧工程の途中では、上側の加圧パンチ１３を固定した状態で、成形空間１７の中で素材１６を更に加圧するために、下側の加圧パンチ１４を上昇させる。この段階では、成形空間１７に対する素材１６の初期充填が完了する。この状態では、成形空間１７の隅部に、素材１６で埋まらない欠肉空間１８が生じる。
【００２１】
その後、図６に示すように、加圧工程の途中では、下側の加圧パンチ１４を更に上昇させて素材１６を更に加圧する。このとき、先行パンチ１５の固定を解除して先行パンチ１５をフリーな状態にする。これにより、素材１６が加圧されるのに伴い、先行パンチ１５を素材１６により押し上げて加圧パンチ１５の中へ没入させる。このとき、素材１６には、先行パンチ１５が上昇することで、図６に２点鎖線で示すように、先行パンチ１５の先端が動いた軌跡空間１９Ａができる。そして、この軌跡空間１９Ａを埋めるように、図６に矢印Ｆ２で示すように、素材１６に流れが付与される、すなわち素材１６が分流される。これにより、成形空間１７の隅部に生じる欠肉空間１８（図５参照）へ向かう流れを素材１６に付与する。
【００２２】
その後、図７に示すように、加圧工程の終盤では、下側の加圧パンチ１４を更に上昇させて素材１６を更に加圧する。これにより、先行パンチ１５が、上側の加圧パンチ１３の中で素材１６により押し上げられてこの加圧パンチ１３の中にも、図７に２点鎖線で示すように、先行パンチ１５の軌跡空間１９Ｂができる。そして、この軌跡空間１９Ｂを埋めるように、図７に矢印Ｆ３で示すように、素材１６が流動する。このようにして素材１６の分流を完了することにより、成形空間１７にて成形品１の成形が完了する。ただし、必ずしも軌跡空間１９Ｂを埋める必要はない。
【００２３】
ここで、この実施形態では、成形空間１７の中で素材１６を加圧する過程で、成形空間１７の隅部にできる欠肉空間１８（図５参照）に素材１６を十分に流して充填させるために、先行パンチ１５の軌跡空間１９の容積と欠肉空間１８の容積との比を、所定値に設定している。すなわち、分流法により、成形品１の成形空間１７の容積を変化させる容積と、解消すべき欠肉空間１８の容積との関係につき、成形品１の欠肉部を有効に低減させることのできる最適な関係を、上記の容積比により定めている。この容積比は、欠肉空間１８が極力小さくなるように予め実験的に確認されたものであり、この実施形態では、「２０以上１００以下」の範囲の値、望ましくは「４０以上１００以下」の範囲の値に設定している。欠肉空間１８の容積は、成形品１の成形後に成形品１の表面にできる欠肉部の容積と同じである。従って、欠肉空間１８を低減することで、成形品１の欠肉量を低減することができる。ここで、先行パンチ１５の軌跡空間１９は、図３に示すように、先行パンチ１５の先端部を突出させた状態から、図７に示すように、先行パンチ１５の先端部を加圧パンチ１３の中に没入させた状態となるまでに先行パンチ１５の先端が動いた軌跡によりできる全空間を意味し、図８にメッシュで示す部分を意味する。この軌跡空間１９は、上記した２つの軌跡空間１９Ａ，１９Ｂを合わせた空間である。図８は、鍛造装置の一部を示す図７の部分拡大断面図である。
【００２４】
図９に、上記した容積比と欠肉量（欠肉空間）との関係をグラフにより示す。このグラフから分かるように、容積比が増えるに連れて欠肉量（欠肉空間）は曲線的に減少する。欠肉量は、容積比が「１００」となる当たりで下げ止まり、一定となる。ここで、先行パンチを使用して素材を分流させることを行わない場合は、欠肉量（欠肉空間）が「３．０ｍｍ」とることが確認されている（ここでは、成形品１が回転体の形状を有することから「欠肉量（欠肉空間）の単位を便宜的に長さの単位である「ｍｍ」で表している。以下、同様。）。そこで、欠肉量（欠肉空間）が「３．０ｍｍ」より小さくなれば、先行パンチによる分流の効果が得られるものとして、この実施形態では、容積比を「２０以上１００以下」の範囲の値、望ましくは「４０以上１００以下」の範囲の値に設定している。
【００２５】
また、この実施形態では、前述した先行パンチ１５の「先行量」を以下のように設定している。ここで、図１０に、先行パンチ１５の先行量ＰＢを概念図により示す。この先行量ＰＢは、加圧パンチ１３から突出している先行パンチ１５の軸方向の長さを意味する。この実施形態では、上記したサイズの成形品１を成形する場合に限って、先行パンチ１５の先行量ＰＢを「１〜４ｍｍ」の範囲の値、望ましくは「２〜３ｍｍ」の範囲の値に設定している。
【００２６】
図１１に、上記した先行量ＰＢと欠肉量（欠肉空間）との関係をグラフにより示す。このグラフから分かるように、先行量ＰＢが増えるに連れて欠肉量（欠肉空間）が二次曲線的に変化する。欠肉量は、先行量ＰＢが「２ｍｍ」となる近くで最低となり、先行量ＰＢが「２ｍｍ」となる前後で増える傾向がある。上記と同様、欠肉量（欠肉空間）が「３．０ｍｍ」より小さくなれば、先行パンチ１５による分流の効果が得られるものとして、この実施形態では、先行量ＰＢを「１〜４ｍｍ」の範囲の値、望ましくは「２〜３ｍｍ」の範囲の値に設定している。
【００２７】
以上説明したように、この実施形態の鍛造方法によれば、素材１６の加圧工程で、上側の加圧パンチ１３から先行パンチ１５を先行的に突出させておき、一対の加圧パンチ１３，１４により成形空間１７にて素材１６を加圧すると共に、先行パンチ１５を素材１６に差し入れる。その後、この素材１６の加圧途中にて、先行パンチ１５を素材１６から加圧パンチ１３の中へ没入させたときにできる先行パンチ１５の先端の軌跡空間１９へ素材１６を分流させることにより、成形空間１７の隅部に生じる欠肉空間１８へ向かう流れを素材１６に付与する。すなわち、素材１６を分流させることにより、欠肉空間１８へ素材１６を充填させる。ここで、先行パンチ１５の軌跡空間１９の容積と欠肉空間１８の容積との比を、「２０以上１００以下」の範囲の値、望ましくは、「４０以上１００以下」の範囲の値に設定したので、分流により素材１６が効果的に欠肉空間１８へ流れることとなる。この結果、鍛造方法により成形される成形品１の表面から欠肉部をより低減することができる。また、この実施形態によれば、分流法を用いていることから、ダイス１１、インサートパンチ１２及び上下の加圧パンチ１３，１４にかかる成形荷重を上げることなく、成形品１の表面の欠肉量を低減することができる。
【００２８】
つまり、この実施形態の鍛造方法によれば、成形空間１７への素材１６の初期充填時に、素材１６の充填を阻害しない先行パンチ１５の先行量を所定条件に設定することにより、成形空間１７の中で加圧される素材１６を分流させ、欠肉空間１８への素材１６の充填向上に必要な十分な素材１６の移動容積を確保することができる。これにより、成形品１を成形する際の駄肉を最小として、成形空間１７への素材１６の充填向上に必要な十分な素材１６の移動容積を確保することができる。
【００２９】
この実施形態の鍛造方法に使用される鍛造装置につき、ダイス１１、インサートパンチ１２及び上下の加圧パンチ１３，１４により成形空間１７を形成するための機構については、メカ式ロックにするのが望ましい。この機構を、油圧式にすることも考えられるが、成形が進むにつれて素材１６の成形荷重が上昇して、閉塞荷重が負け、徐々に先行パンチ１５が逃げてしまうからである。
【００３０】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で、構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
【００３１】
例えば、前記実施形態では、先行パンチ１５を上側の加圧パンチ１３に出没可能に設けたが、この先行パンチを、下側の加圧パンチに出没可能に設けたり、 上側と下側の加圧パンチの両方に設けたりしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
この発明は、金属を素材とする金属製品の成形に利用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  成形品
１１  ダイス
１３  加圧パンチ
１４  加圧パンチ
１５  先行パンチ
１６  素材
１７  成形空間
１８  欠肉空間
１９  軌跡空間
１９Ａ  軌跡空間
１９Ｂ  軌跡空間
【図１】
2010253505.tif 000003
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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