(57)【要約】      （修正有）【課題】大型のディスク状素材にも対応が可能な回転鍛造による熱間鍛造方法を提供する。【解決手段】固定型１と、固定型１上に設置された回転盤２と、回転盤２上に設置された下型３と、被鍛造材４を部分的に押圧する突出した押圧面を有する上型５によって、円柱状の被鍛造材４を上型５と前記下型３で挟んで熱間鍛造し、被鍛造材４を回転させながら熱間鍛造を行いディスク状素材を製造する。【選択図】図１
2014200790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定型と、該固定型上に設置された回転盤と、該回転盤上に設置された下型と、被鍛造材を部分的に押圧する突出した押圧面を有する上型によって、円柱状の被鍛造材の上下面を前記上型と前記下型で挟んで熱間鍛造し、前記被鍛造材を順次回転させながら熱間鍛造を繰返し行ってディスク状素材を製造する熱間鍛造方法であって、
前記下型は中央部に凹部を有してなり、前記上型は長手方向が前記被鍛造材の直径よりも長く、幅方向が前記被鍛造材の直径よりも短い押圧面を有してなり、
（１）前記下型上に円柱状の被鍛造材を載置する被鍛造材載置工程と、
（２）前記上型によって被鍛造材の中心を含む領域を押圧する押圧工程と、
（３）前記回転盤を回転させることにより、回転盤上に配置された下型を連動して回転させて、前記下型上に載置した被鍛造材を回転させる回転工程と、
を含み、前記押圧工程と前記回転工程とを繰返し行ってディスク状素材を製造することを特徴とする熱間鍛造方法。
【請求項２】
前記上型は、前記上型により被鍛造材の中心を含む領域を押圧する部位に、上型を構成する金属よりも高硬度の異種金属部が設けられてい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】
前記異種金属部がＮｉ基超耐熱合金でなることを特徴とする請求項２に記載の熱間鍛造方法。
【請求項４】
前記回転盤の回転は、マニピュレータで行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の熱間鍛造方法。
【請求項５】
前記被鍛造材の下型と接する面側に、前記下型の中央部に設けられた凹部に嵌め合い可能な被覆材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか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、被鍛造材を回転させながら熱間鍛造を行ってディスク状素材を製造する熱間鍛造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、タービンディスク等に用いられるディスク状素材を製造するにあたり、通常の熱間鍛造装置を用いて、製品形状の上型と下型を用意し、上型と下型との間に被鍛造素材を配置して上型と下型とで被鍛造材の上下全面を圧縮し、鍛造する方法がある。
しかしながら、この方法では上下の各金型と被鍛造材との当接面積が広く、押圧力が分散するため型閉めには巨大な加圧力を要する。しかも、タービンディスク等に用いる被鍛造材はＴｉ合金やＮｉ基超耐熱合金等の難加工性材として知られるものであるため、数万トン以上の荷重を加えることが可能な鍛造装置を用いても、大型のディスク状素材を得ようとすると、鍛造装置や金型に大きな負荷がかかる。
この課題を解決する方法として、鍛造領域を小さくして被鍛造材を回転させてディスク状素材を製造する、所謂回転鍛造として、例えば、特開２００９−１２０５９号公報（特許文献１）には、共に略形状とした上型と下型によって被鍛造材の上面と下面を挟持して押圧することにより熱間鍛造を行うことができる回転鍛造装置の発明が開示されている。
この特許文献１の装置において、上型には中心から径方向に放射状に設けられた複数の押圧面が存在する。この押圧面を被鍛造材に押圧した後、上型を被押圧材から離反し、上型または被鍛造材を中心軸のまわりに所定の角度だけ回転させる。そして、上型の押圧面を被鍛造材の最初に押圧された部位から所定の角度だけずれた部位に押圧し、これを順次繰り返すことにより、被鍛造材の円周方向に肉流れが生じ、大型の被鍛造材であっても少ない押圧力であっても効率よく熱間鍛造を行うことができる。
【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】
上述した特許文献１では、被鍛造物の上面に、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上金敷を配置するものである。つまり、特許文献１では上金敷の押圧面は中心軸から外周方向に扇形に広がる形状となるから、被鍛造材を下型に載置する際に中心軸から外れてしまうと、被鍛造材は偏肉を生じることなる。特に、下金敷はその表面が、中央近傍は平らな底部とされ、またこの底部から径方向外方へ向かうに従い漸次上方へ傾斜するすり鉢状の傾斜面を備えており、前記底部から傾斜面へと滑らかに繋がるようにして、浅い凹状に形成されているものであるから、被鍛造材を上金敷と下金敷の中心軸に合致させるように下金敷上に載置することが極めて難しい。また、上金敷を回転させようとすると、鍛造機自体に上金敷を回転させる回転機構を設ける必要がある。これは、被鍛造材が比較的小型のものであれば良いが、被鍛造材が大型化するとそれに伴って上型と回転機構が大型化して、製作費用が莫大なものとなる。
また、下型の構造は単に、下型のみで荷重を受けようとするものであり、比較的小型のディスク状素材を得るものである。しかしながら、近年、ディスク状素材の大型化が求められており、下型のみで荷重を受けると、大型のディス状素材を得るためには、下型が破壊されるおそれがある。
本発明の目的は、熱間鍛造材の偏肉を防止し、大型のディスク状素材にも対応が可能で、下型の割れなどの問題を確実に防止することが可能な回転鍛造による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】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものである。
すなわち本発明は、
固定型と、該固定型上に設置された回転盤と、該回転盤上に設置された下型と、被鍛造材を部分的に押圧する突出した押圧面を有する上型によって、円柱状の被鍛造材の上下面を前記上型と前記下型で挟んで熱間鍛造し、前記被鍛造材を順次回転させながら熱間鍛造を繰返し行ってディスク状素材を製造する熱間鍛造方法であって、
前記下型は中央部に凹部を有してなり、前記上型は長手方向が前記被鍛造材の直径よりも長く、幅方向が前記被鍛造材の直径よりも短い押圧面を有してなり、
（１）前記下型上に円柱状の被鍛造材を載置する被鍛造材載置工程と、
（２）前記上型によって被鍛造材の中心を含む領域を押圧する押圧工程と、
（３）前記回転盤を回転させることにより、回転盤上に配置された下型を連動して回転させて、前記下型上に載置した被鍛造材を回転させる回転工程と、
を含み、前記押圧工程と前記回転工程とを繰返し行ってディスク状素材を製造する熱間鍛造方法である。
好ましくは、前記上型は、前記上型により被鍛造材の中心を含む領域を押圧する部位に、上型を構成する金属よりも高硬度の異種金属部が設けられている熱間鍛造方法である。
更に好ましくは、前記異種金属部がＮｉ基超耐熱合金でなる熱間鍛造方法である。
また、本発明は、前記回転盤の回転は、マニピュレータで行う熱間鍛造方法である。
更に好ましくは、前記被鍛造材の下型と接する面側に、前記下型の中央部に設けられた凹部に嵌め合い可能な被覆材が設けられている熱間鍛造方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の回転鍛造による熱間鍛造方法によれば、熱間鍛造材の偏肉を防止し、下型の割れなどの問題を確実に防止することが可能となる。特に、本発明では、大型のディスク状素材の製造に好適となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の熱間鍛造方法で使用する、固定型、回転盤、下型及び上型の代表的な構成を示す模式図である。
【図２】本発明で使用する上型の模式図である。
【図３】本発明で使用する下型の模式図である。
【図４】金属製の被覆材を形成した被鍛造材の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
先ず、本発明の熱間鍛造装置について、図面を用いて説明する。
本発明では、図１に示すように、固定型１の上に回転盤２が配置され、更に回転盤２の上に下型３が配置される。被鍛造材４は前記下型３上に載置され、上型５の圧下により、被鍛造材４が圧縮される。なお、本発明でいう熱間鍛造とは、熱間や恒温の鍛造、プレス、ホットダイを言う。
本発明で用いる固定型１は、特に大型のディスク状素材を熱間鍛造するときに、圧下の荷重を受けるものである。この固定型１の設置により下型の破壊を防止する。固定型１はそれ自体が高強度な材質であることが好ましく、高強度の例えば、ＪＩＳで規定される熱間金型用鋼を用いることができる。なお、固定型１の厚みが過度に薄くなると鍛造時の荷重に固定型１が耐えられなくなったり、鍛造までに時間を要することから被鍛造材の温度が低下するおそれがあるため、例えば、その厚みを３００ｍｍ以上とすると良い。特に数万トンの強荷重を加えることが可能な熱間鍛造機による場合は、５００ｍｍ以上の厚さとするのが好ましい。また、固定型１の径は下型３が配置される回転盤２の直径以上とすることで、より確実に下型３の破壊を防止することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の固定型１回転盤を容易に回転させやすくするために、ローラーやベアリング等（図示しない）の回転補助機構を設けても良い。ローラーやベアリングが熱間鍛造中の押圧により破損するのを防止するために、ローラーやベアリング直下にはばねを配置すると良い。
次に、回転盤２は、前述の固定型１上に配置され、固定型１上で回転可能な治具（図示しない）で連結されて、回転鍛造する際に下型３を回転させるための下型３の保持具として機能するものである。本発明では、下型３そのものを回転させるのではなく、下型３を保持する回転盤２を所定量回転させることで、下型３上の被鍛造材４の中心を中心軸として回転させる。これにより、被鍛造材４の中心を含む部分的な領域の部分鍛造を繰返すことで、被鍛造材４の被鍛造面全面を熱間鍛造することができる。なお、回転盤２の直径は、固定型１の直径以上が良い。
【００１０】
次に下型３の形状について説明する。
下型３には図３に示すように中央部に凹部６を有する。中央部の凹部は、被鍛造材４を熱間鍛造する際に、中心軸として機能し、被鍛造材４の位置ずれを防止する。このためには、例えば、下型３上に被鍛造材４を載置し一回目の熱間鍛造を行って、被鍛造材４の中心部の領域が下型３に形成された凹部６に押し込まれて、中心軸として機能させる方法と、被鍛造材自体に、予め中心軸となる凹部６に嵌め合い可能な凸部を設ける方法と、例えば、図４に示すように、被鍛造材４の下型３と接する面側に予め凸部７を形成した金属製の被覆材８を配置させ、前記凸部７を下型３の凹部６に嵌め合わせて芯出しを行う方法とがある。
なお、被覆材８を用いる場合は、Ｆｅ基の金属材料が好ましく、中でもステンレス鋼を用いるのが良い。ステンレス鋼は、被鍛造材の予熱においても、酸化被膜の形成が少なく、入手も容易である。また、被覆材８を用いると、被鍛造材４と下型３とが直接接することなく、下型３と被鍛造材４とが直接接することによる被鍛造材の温度低下を抑制できる効果と、下型に形成された凹部６に被鍛造材の押し込み部の鍛流線の変化を防止することも可能である。
上述した被覆材８を用いるか否かは、ディスク状素材の中心部の鍛流線の変化が製品の特性に影響を及ぼす可能性があるか否か、被鍛造材の材質により、良好な熱間加工性が得られる温度域が過度に狭い材質であるか否か、或いは、被鍛造材そのものが薄かったりして温度低下が懸念されるか否か等の観点により判断すれば良い。
【００１１】
次に、本発明で用いる上型５について説明する。
上型５は被鍛造材を部分的に押圧する突出した押圧面を有する。例えば、従来の特許文献１で示されるような上型では、非押圧面を有するものであるところ、本発明の上型の押圧面は突出していることから、大きな押圧力で被鍛造材を押圧することが可能なため、特に大型の被鍛造材に対して有効である。
また、上型の押圧面は長手方向が前記被鍛造材の直径よりも長く、幅方向が前記被鍛造材の直径よりも短いものであれば良い。代表的な上型５の形状は図２に示すように、突出した凸状の押圧部を具備し、押圧面が平坦な形状を有するものである。なお、押圧面には鍛造後の鍛造材をニアネットシェイプとする目的で、所定の場所に段差を設けても差し支えなく、その場合は、異なる段差の間はテーパー部を設けることが好ましい。また、押圧面の形状においては、複数の凹凸を設けるものも知られているが、押圧後の被鍛造材表面の凸部は冷却が速く進行してしまい、局所的に熱間加工性を阻害する領域を意図的に形成するものであるであるため、そのよう押圧面を有する上型を用いことは避けた方が好ましい。
上型５の押圧面の長さが熱間鍛造後の被鍛造材４の直径よりも短いと、ディスク状素材の所望の形状が得られないため、上型の押圧面の長さは被鍛造材４の直径よりも長くすることが必要である。また、上型５の押圧面の幅は被鍛造材４の直径よりも短くすることで、押圧面が被鍛造材４に接触する面積を小さくすることができ、外径の大きな被鍛造材であっても少ない荷重で容易に熱間鍛造することができる。なお、上型５の幅は短ければ短いほど少ない荷重で外径の大きな被鍛造材の熱間鍛造が可能となるが、過度に短すぎると、熱間鍛造する回数が増え、被鍛造材の温度低下が懸念されるため、例えば、被鍛造材の直径の１／６〜１／３程度の幅であれば良い。
また、上型５の被鍛造材４に接触する面側は、例えば、矩形、扇状、それらの組合せなど、特に限定しない。
【００１２】
次に、本発明の熱間鍛造方法について説明する。
先ず、本発明では、図１に示すように前記下型３上に円柱状の被鍛造材４を載置する。上述したように、固定型１の上に回転盤２が配置され、更に回転盤２の上に下型３が配置される。被鍛造材４を載置した時の構成は図１に示すとおりである。なお、図１に示す被鍛造材は被覆材を設けないものであり、熱間鍛造温度に加熱したものである。
次に、図２に示すような前記上型５によって被鍛造材４の中心を含む領域を押圧する。中心を含む領域を押圧するのは、下型３に形成された凹部に被鍛造材の中心軸を形成させ、続く熱間鍛造によって、位置ずれを防止するためである。この一回目の熱間鍛造によって、被鍛造材３の中心を含んで対向する外周の領域に帯状であり且つ平面状の押圧面が形成される。
次に上型５を上昇させると共に、回転盤２を所定量回転させることにより、回転盤２上の下型３を回転させる。このとき、回転盤の回転は例えば、回転盤を回転させる特別な機構を設けても良いが、例えば、マニピュレータによって回転盤２を所定量回転させても良い。マニピュレータを用いると、特別な回転機構も不要である。なお、マニピュレータを用いる回転を選択するのであれば、例えば、回転盤２に突起などを設けて、その突起を利用して回転させるのが良い。
上述した押圧工程と回転工程とを繰返し行うことでディスク状素材とすることが可能となる。
以上、説明する本発明の熱間鍛造方法によれば、大型のディスク状素材にも対応が可能で、上型の割れなどの問題を確実に防止することが可能な回転鍛造による熱間鍛造方法を行うことができる。
【符号の説明】
【００１３】
１  固定型
２  回転盤
３  下型
４  被鍛造材
５  上型
６  凹部
７  凸部
８  被覆材
【図１】
2014200790.tif 000003
【図２】
2014200790.tif 000004
【図３】
2014200790.tif 000005
【図４】
2014200790.tif 000006