(57)【要約】      （修正有）【課題】特別な治工具の製造を行うことなく、確実に被鍛造材と下型の中心を一致させ、偏肉等の寸法不良を防止することが可能な熱間鍛造方法を提供する。【解決手段】加熱した被鍛造材１を下型7と上型８との間に配置して鍛造する熱間鍛造方法において、前記被鍛造材１は、前記下型７と接する面側に凸部２が設けられており、前記下型７には前記被鍛造材１に形成された凸部２に対応する位置に凹部６が形成され、前記凸部２を前記凹部６に嵌め合わせて熱間鍛造を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱した被鍛造材を下型と上型との間に配置して鍛造する熱間鍛造方法において、
前記被鍛造材は、前記下型と接する面側に凸部が設けられており、
前記下型には前記凸部に対応する位置に凹部が形成され、
前記凸部を前記凹部に嵌め合わせて熱間鍛造を行うことを特徴とする熱間鍛造方法。
【請求項２】
前記被鍛造材が円柱形状であることを特徴とする請求項１に記載の熱間鍛造方法。
【請求項３】
前記被鍛造材は、合金素材と凸部が形成された位置合わせ金属材料との組立体であることを特徴とする請求項または２に記載の熱間鍛造方法。
【請求項４】
前記合金素材はＴｉ合金またはＮｉ基超耐熱合金であり、前記位置合わせ金属材料はステンレス鋼であることを特徴とする請求項３に記載の熱間鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被鍛造材の位置決めが容易な熱間鍛造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ディスクやコーンシャフト等の素材を熱間鍛造で製造する場合、下型上に被鍛造材を配置して、上型で被鍛造材軸方向に圧下して中間素材とする。このとき、下型上に配置する被鍛造材が下型の中心から外れてしまうと、偏肉による形状不良が発生する。そのため、偏肉が発生することを想定し、機械加工における加工代を大きくするなどの対策が採られているが、この方法では歩留まりの低下が懸念される。
上述した問題に対して、例えば、特開２００３−１９５３４号公報（特許文献１）には、外面形状が円形の被鍛造材を開放型の上下型を用いてその軸方向に圧下して外面形状が円形の円形材に鍛造する際に、特定の関係式を満足する直径ｄのリング工具をその軸心を前記金型の軸心に一致させて設け、この状態で鍛造中の材料を前記リング工具の内面に接触させ、その後、リング工具を取り除いて鍛造する円形材の鍛造方法の発明が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０１９５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１で示された被鍛造材の中心位置合わせの方法は、特別なリング工具を用いることで被鍛造材の中心と下型の中心とを一致させるものであり、確かに偏肉を防止することができるものである。しかしながら、特許文献１の方法では、特別な位置合わせ治工具の製造が必須となることから、例えば、被鍛造材の形状が異なると、それに応じた治工具を新たに製造することが必要となる。
本発明の目的は、特別な治工具の製造を行うことなく、確実に被鍛造材と下型の中心を一致させ、偏肉等の寸法不良を防止することが可能な熱間鍛造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、被鍛造材の中心と、下型の中心とを一致させる方法を種々検討した結果、被鍛造材素材の形状に左右されない方法として、被鍛造材自体に中心を一致させることができる凹凸を設けることを検討した。その一方で、下型においては、被鍛造材に設けた凹凸形状に嵌めさせることが可能な形状とすることを検討した。
仮に、被鍛造材素材側に凹部を設けた場合、下型には凸形状を形成する必要があるが、鍛造の荷重が大きくなってしまうと下型の凸部が変形を生じる場合がある。特に、Ｔｉ合金やＮｉ基超耐熱合金等の難加工性材を被鍛造材とした場合では、下型の変形が早期に生じる可能性がある。そこで、被鍛造材側に凸部を設け、下型側に凹部を形成することにより、被鍛造材の中心と、下型の中心とを一致させることが可能であり、且つ、下型の変形も防止することが可能なことを知見し、本発明に到達した。
【０００６】
すなわち本発明は、加熱した被鍛造材を下型と上型との間に配置して鍛造する熱間鍛造方法において、
前記被鍛造材は、前記下型と接する面側に凸部が設けられており、
前記下型には前記凸部に対応する位置に凹部が形成され、
前記凸部を前記凹部に嵌め合わせて熱間鍛造を行う熱間鍛造方法である。
また、本発明は、前記被鍛造材が円柱形状である熱間鍛造方法である。
さらに本発明は、前記被鍛造材は、前記合金素材と凸部が形成された金属製の位置合わせ金属材料との組立体である熱間鍛造方法である。
さらに本発明は、前記合金素材はＴｉ合金またはＮｉ基超耐熱合金であり、前記位置合わせ金属材料はステンレス鋼である熱間鍛造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、被鍛造材の中心と、下型の中心とを確実に一致させることが可能であることから、偏肉等の形状不良をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明で用いる被鍛造材（円柱形状）の断面形状を示す模式図である。
【図２】本発明で用いる下型の断面形状を示す模式図である。
【図３】本発明で用いる被鍛造材を下型と上型の間に配置した時の断面模式図である。
【図４】本発明で用いる被鍛造材（リング形状）の断面形状を示す模式図である。
【図５】本発明で用いる合金素材と位置合わせ金属材料との組立体（被鍛造材）の断面形状を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明を図面を用いて説明する。
図１は本発明で用いる被鍛造材１の断面形状を示す模式図である。図１に示す被鍛造材１は円柱形状であり、被鍛造材１の下型７と接する面側の中心部に凸部２が設けられている。
なお、本発明においては、被鍛造材自体に位置決めのための凸部が形成されていることから、素材形状が円柱形状の他、角柱形状、リング形状であっても差し支えない。このうち、リング形状の場合では、リング状の被鍛造材１の下型７に接する面側に、例えば、図４に示すように山形状の凸部２を形成する。リング形状の被鍛造材１に形成される凸部２の形状は凸形状であってもよい。
【００１０】
被鍛造材が組立体でない場合、被鍛造材１自身が合金素材３となる。この場合、上述の凸部２を設けることにより、熱間鍛造したときに合金素材の鍛流線が凸部の大きさによって変化するため、熱間鍛造後の最終製品に凸部の鍛流線の影響が及ばないようにするか、或いは、凸部の鍛流線の影響が及んだとしてもその影響を最小限にとどめることが好ましい。そのため、凸部の直径は、できるだけ小さい直径の円柱状とし、高さは経験上、５〜３０ｍｍであればよい。勿論、前述の凸部の寸法は、被鍛造材の大きさや最終製品の形態によって適宜変化させることが好ましい。
例えば、最終品がコーンシャフトなどの異形リング等である場合、熱間鍛造後の中間素材不必要な中央部は除去される。このような異形リングを被鍛造材とするときは、凸部の直径は除去される直径以下であって、できるだけ小さな直径とするとよい。
また、凸部の高さは、最終製品の肉厚が２０〜５０ｍｍ程度の薄いものであれば、５〜１５ｍｍ程度であれば十分である。
【００１１】
また、本発明においては、上述した被鍛造材１を合金素材３と位置合わせ金属材料４との組立体５とすることもできる。（図５）
この鍛造材を合金素材３と位置合わせ金属材料４との組立体５とした場合、位置合わせ金属材料４によって、合金素材３が下型７と接することによる温度低下を防止することができるため、特に熱間加工性の低い、Ｔｉ合金やＮｉ基超耐熱合金の熱間鍛造を行う際に好ましい形態となる。また、凸部２が位置合わせ金属材料４に形成されるため、熱間鍛造後の最終製品に凸部の鍛流線の影響が及ばずに所望の鍛流線が得やすいという利点がある。
上述した位置合わせ金属材料４の材質は、合金素材よりも熱膨張係数が大きいものが好ましい。中でも特に概ね１０質量％以上のＣｒを含有し耐食性を向上したＪＩＳに規定されるＳＵＳ鋼や、その改良鋼が有効である。ステンレス鋼であれば、鍛造温度域におけるステンレス鋼の変形抵抗は、Ｔｉ合金やＮｉ基超耐熱合金よりも低いため、鍛造中には、変形抵抗の低いステンレス鋼製の位置合わせ金属材料が被鍛造材の変形を拘束しないので、被鍛造材を必要な中間素材形状に支障なく鍛造することができる。また、ステンレス鋼の熱膨張係数は、Ｔｉ合金やＮｉ基超耐熱合金よりも大きいので、鍛造中には被鍛造材と位置合わせ金属材料との間に適度の隙間が発生し、これが空気層として保温特性を高めることも可能である。ステンレス鋼のなかでも、オーステナイト系ステンレス鋼は耐高温酸化性に優れ、酸化スケールを生成し難いので、より好ましい。
【００１２】
本発明では、図２に示すように、上述した被鍛造材１の凸部２に対応する位置に凹部６が設けられた下型７を用意する。
上述したように円柱状の被鍛造材１の凸部２は被鍛造材の中心部に形成されているので、下型の凹部６は前記凸部２に対応する位置である下型７の中心部に形成される。なお、被鍛造材がリング形状である場合、下型７の凹部６は被鍛造材に形成された凸形状または山形状の凸部２と対応する位置に凹部６を形成するものとする。
凹部６の寸法は、凸部２が加熱による熱膨張を加味して寸法を設計し、凹部６の深さは凸部２の高さ以上の寸法とし、凹部６の径は凸部２の径以上の寸法とするとよい。
そして、次に本発明では、図３に示すように、被鍛造材１の凸部２を下型７に形成された凹部６に嵌め合わせた後、熱間鍛造を行う。
以上、説明する本発明の熱間鍛造方法を用いると、被鍛造材が下型の中央部に設置することが可能なため、偏肉等の形状不良を確実に防止することが可能となる。
【実施例】
【００１３】
被鍛造材として、Ｎｉ基超耐熱合金のワスパロイ（登録商標）を被鍛造材として準備した。図１に示すように被鍛造材１の下型と接する面側の中心部にはφ３５ｍｍ×１０ｍｍの凸部２を切削加工によって形成した。なお、凸部２を除いた被鍛造材の寸法はφ１５０ｍｍ×３００ｍｍであった。
また、図２に示すような下型７の中心部にはφ３６ｍｍ×１１ｍｍの凹部６を切削加工によって凸部２に対応する位置に形成した。
被鍛造材を１０６０℃に加熱を行った後、中央部に突起を有する上型を用意し、図３に示すように被鍛造材１を下型７と上型８との間に配置して前記凸部２を前記凹部６に嵌め合わせて熱間鍛造を行って、φ３９０ｍｍ×７５ｍｍの中間素材を製造した。前記中間素材には偏肉等の形状欠陥は見られなかった。
【符号の説明】
【００１４】
１  被鍛造材
２  凸部
３  合金素材
４  位置合わせ金属材料
５  組立体
６  凹部
７  下型
８  上型
【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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