(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径を絞り込むようにチタン製のビレットを押出加工するダイが、周囲に補強リングを配設させた状態で、ケースに覆われて配設されるチタン用熱間押出鍛造型であって、
前記ダイが、窒化けい素若しくはサイアロンから形成されて、
前記ダイの周囲に、熱間合金工具鋼から形成された内側補強リングが締代を有して配置され、さらに、該内側補強リングの周囲に、熱間合金工具鋼から形成された外側補強リングが締代を有して配置され、前記ダイと前記内側補強リングとの締代が、焼ばめで形成され、前記内側補強リングと前記外側補強リングとの締代が、圧入若しくは焼ばめで形成されていることを特徴とするチタン用熱間押出鍛造型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱したチタン製のビレットを、外径を絞り込むように押出加工するチタン用熱間押出鍛造型に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来の熱間押出鍛造型では、外径を絞り込むようにビレットを押出加工するダイは、通常、熱間合金工具鋼から形成されていた。
【０００３】
しかし、熱間合金工具鋼からなるダイを備えた熱間押出鍛造型を使用して、チタン製のビレットを絞り込むように押出加工する場合には、チタンより熱間合金工具鋼の線膨張係数の方が大きく、押出加工直後のノックアウト装置による押出加工品の取り出しが遅れて、ダイの温度が下がると、ダイが押出加工品に食付くような態様となって、押出加工品の取り出しができなくなってしまう場合を招いていた。ちなみに、チタンの線膨張係数は、８．４×１０−６／℃、熱間合金工具鋼（例えばＳＫＤ６１）の線膨張係数は、１０．５×１０−６／℃である。
【０００４】
また、チタン材料は、変形能の温度依存性が非常に大きいため、押出加工時に材料表面が型により冷却されると割れが生ずる（図１の軸部Ｗｂの部位に上下が分離するような割れが生ずる）ことから、ビレット加熱温度は９００℃以上とし、ダイも２００〜５５０℃程度の高温に予熱しておく必要が生ずる。
【０００５】
そして、ダイが、熱間合金工具鋼であると、その予熱時の温度で凝着し易く、チタン製のビレットの焼付きを生じ易くなることから、ビレットにガラス系の潤滑剤を被覆させておく必要が生じていた。
【０００６】
しかし、押出加工後には、ガラス系潤滑剤を除去する必要があり、加工後の処理に手間がかかっていた。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、ダイの押出加工品への食付きを抑えて取り出しが容易となり、チタン製のビレットの焼付きを抑えて、除去作業の不要な潤滑剤を使用することができるチタン用熱間押出鍛造型を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るチタン用熱間押出鍛造型は、外径を絞り込むようにチタン製のビレットを押出加工するダイが、周囲に補強リングを配設させた状態で、ケースに覆われて配設されるチタン用熱間押出鍛造型であって、
前記ダイが、窒化けい素若しくはサイアロンから形成されていることを特徴とする。
【０００９】
そして、前記ダイの周囲には、靭性を有する熱間合金工具鋼から形成された内側補強リングを、締代を有して配置させ、さらに、該内側補強リングの周囲には、靭性を有する熱間合金工具鋼から形成された外側補強リングを、締代を有して配置させ、前記ダイと前記内側補強リングとの締代は、焼ばめで形成し、前記内側補強リングと前記外側補強リングとの締代は、圧入若しくは焼ばめで形成している。
【００１０】
さらにまた、前記ダイの外周面を、ストレート形状として、前記内側補強リングの内周面を、前記ダイの外周面に対応したストレート形状とすることが望ましい。
【００１１】
【発明の効果】
本発明に係るチタン用熱間押出鍛造型では、チタン製のビレットを絞り込むダイが、セラミックから形成されている。
【００１２】
セラミック（例えば、Ｓｉ３Ｎ４  ）は、線膨張係数を３．０×１０−６／℃として、チタンの線膨張係数８．４×１０−６／℃より小さい。そのため、押出加工直後のノックアウト装置による押出加工品の取り出しが遅れて、ダイの温度が下がっても、ダイが押出加工品に食付くような態様とはならず、押出加工品の取り出しを容易に行なうことができる。
【００１３】
また、ダイが、セラミック製であると、２００℃以上に予熱しても、凝着し難く、チタン製のビレットの焼付きを生じ難くなって、ビレットに対する潤滑剤として、除去不要のグラファイトコーティングを施す程度で、円滑に押出加工を行なうことができる。
【００１４】
したがって、本発明に係るチタン用熱間押出鍛造型では、ダイの押出加工品への食付きを抑えて取り出しが容易となり、チタン製のビレットの焼付きを抑えて、除去作業の不要な潤滑剤を使用することができる。
【００１５】
そして、ダイの周囲には、靭性を有する鋼材から形成された内側補強リングを、締代を有して配置させ、さらに、内側補強リングの周囲には、靭性を有する鋼材から形成された外側補強リングを、締代を有して配置させ、ダイと内側補強リングとの締代を、焼ばめで形成する場合には、ダイに対して、ダイを破損することなく、予熱時でも大きな締代を確保できて、押出加工のダイの高い強度を確保することができる。
【００１６】
なぜなら、セラミック製のダイの周囲に、１つの補強リングを設ける場合には、その１つの補強リングも２００℃以上に予熱する必要が生ずる。しかし、靭性を有する鋼材、例えば、熱間合金工具鋼から構成する補強リングでは、５５０℃程度の高温で予熱すると、セラミックの線膨張係数が小さく（例えばＳｉ３Ｎ４  の線膨張係数は３．０×１０−６／℃）、鋼の線膨張係数が大きいことから（例えばＳＫＤ６１の線膨張係数は１０．５×１０−６／℃）、予熱時の締代が小さくなってしまい、大きな締代が必要となる。そして、焼ばめでは、熱膨張させた後収縮させて組み付ける態様であるため、大きな締代を確保できず、大きな締代を確保するためには、テーパ面を利用した圧入（テーパ圧入）によって、組み付けることとなる。しかし、このようなテーパ圧入で大きな締代を確保する場合には、セラミックのダイを破損してしまう。ちなみに、補強リングの材質が熱間合金工具鋼の場合では、焼入れ時の強度を確保するために、焼もどし温度以下の６００℃程度で焼ばめしている関係上、予熱時の５５０℃では、５０℃の温度差しかなく、熱間合金工具鋼の焼ばめでは、大きな締代を確保できない。
【００１７】
これに対し、ダイの周囲に内側補強リングを焼ばめで組み付け、その内側補強リングの周囲に、さらに、締代を設けて、熱間合金工具鋼からなる外側補強リングを組み付ければ、ダイに対して、内側補強リングだけでなく、内側補強リングを介して、外側補強リングの締代も作用させることができ、予熱時のダイに対する大きな締代を確保することができる。そして、内側補強リングは、焼ばめでダイに組み付けられることから、締代が小さく、ダイを破損する虞れがなく、逆に、外側補強リングの締代によるダイに対する押圧力を、クッションの役目を果して、緩衝させることができて、外側補強リングの締代によるダイの破損を防止できることに寄与できる。すなわち、外側補強リングを、内側補強リングに対して、大きな締代を確保できるテーパ圧入で組み付けても、ダイを破損することなく、ダイに対して、大きな締代を確保することができることとなるからである。
【００１８】
そしてさらに、内側補強リングを焼ばめでダイに組み付ける場合には、テーパ面を利用することなく、ダイの外周面と内側補強リングの内周面とをストレート形状として行なえば、テーパ面を利用して焼ばめする場合に比べて、テーパ角、基準径位置の誤差による締代のバラツキを抑えて、安定した締代を確保でき、ダイの耐久性を向上させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
実施形態のチタン用熱間押出鍛造型１は、図１に示すように、テーパ面状のスロート部４ｂを間にして大径穴部４ａと小径穴部４ｃとを有する略円筒状の絞り込み用ダイ４を備えて構成され、チタン製の円柱状のビレットＢを押出加工品Ｗに加工するものである。
【００２１】
なお、押出加工品Ｗは、未完成品であり、押出加工後に、軸部Ｗｂの上部の大径部Ｗａを据え込み加工して、チタン製のエンジンバルブ素材を製造することとなる。
【００２２】
鍛造型１は、絞り込み用ダイ４の上部側に、ビレットＢを案内する円筒状の案内用ダイ２を配置させ、ダイ２の周囲には、略円筒状の補強リング３が組み付けられている。
【００２３】
絞り込み用ダイ４の周囲には、円筒状の内側補強リング５が組み付けられ、内側補強リング５の周囲には、円筒状の外側補強リング６が組み付けられ、さらに、ダイ４・補強リング５・６の下面には、受圧板７が配置され、受圧板７の下面には、キャップ９が配置され、キャップ９が、補強リング３・６・受圧板７の周囲を覆った円筒状のケース８にボルト１０止めされて、ダイ２・４・リング３・５・６等が一体化され、図示しないプレス機のボルスタに配置されている。
【００２４】
絞り込み用ダイ４は、窒化けい素から形成され、案内用ダイ２・補強リング３・５・６は、ＳＫＤ６１から形成されている。ちなみに、ダイ４は、他のサイアロン等のセラミックから形成しても良く、ダイ２・補強リング３・５・６は、他のＳＫＤ６等の熱間合金工具鋼から形成しても良い。さらに、ダイ２はセラミックにしても良い。この場合、補強リング３は、ＳＫＤ６１製として、２重ばめとすることが好ましい。理由は、熱膨張係数の差による補強リングのゆるみを防止するためである。
【００２５】
また、受圧板７はＳＫＨ５１、ケース８はＳＫＤ６１、キャツプ９はＳＫＤ６１等から形成されている。
【００２６】
そして、実施形態の場合、ダイ４は、外周面を、ダイ４の軸方向に沿うストレート形状とされ、内側補強リング５の内周面が、一定の締代を全面に確保できるように、ダイ４の外周面に対応したストレート形状に形成されている。さらに、ダイ４の外径Ｄ０は、３０φとして、内側補強リング５の内径Ｄ１は、ダイ４の外径Ｄ０に対する常温時の締代径として、０．１５ｍｍを確保できる寸法として構成され、内側補強リング５は、６００℃程度に加熱する焼ばめにより、ダイ４の周囲に組み付けられている。
【００２７】
また、内側補強リング５の外径Ｄ２は、約４５φとして、外側補強リング６の内径Ｄ３は、内側補強リング５の外周面に対する常温時の締代径として、０．２２５ｍｍを確保できる寸法とし、さらに、外側補強リング６を内側補強リング５の周囲にテーパ圧入できるように、内側補強リング５の内周面と外側補強リング６の外周面とは、相互に対応して、下広がり若しくは上広がりのテーパ状に形成されている。外側補強リング６の外径Ｄ４は、７０φとしている。
【００２８】
そして、実施形態の場合、ダイ４の周囲に内側補強リング５を焼ばめし、内側補強リング５の周囲に外側補強リング６をテーパ圧入した場合、常温時での内側補強リング５と外側補強リング６とのダイ４に対する締代径は、０．２５８ｍｍとなり、５５０℃の予熱時での内側補強リング５と外側補強リング６とのダイ４に対する締代径は、０．１３５ｍｍとなっていた。
【００２９】
ちなみに、内側補強リング５だけを焼ばめによりダイ４に組み付けた場合、常温での内側補強リング５のダイ４に対する締代径は、既述したように、０．１５ｍｍであったが、５５０℃の加熱時における内側補強リング５だけのダイ４に対する締代径は、０．０２７ｍｍとなって、著しく低下した。
【００３０】
また、実施形態の鍛造型１のケース８自体若しくはケース８の周囲には、ダイ４・補強リング５・６を５５０℃に予熱可能なバンドヒータや高周波加熱装置等の図示しない予熱装置が配置されている。
【００３１】
この実施形態の鍛造型１の使用態様について説明すると、まず、高周波加熱等によって、グラファイトコーティングされたチタン製のビレットＢを１２００℃に加熱し、そのビレットＢを、案内用ダイ２から絞り込み用ダイ４の大径穴部４ａに配置させる。なお、ダイ４等も、予め、２００〜５５０℃に予熱させておく。
【００３２】
その後、ポンチ１１を打ち込めば、ビレットＢが、ダイ４の小径穴部４ｃ側に押し出されて、大径部Ｗａと軸部Ｗｂとを備えた押出加工品Ｗを製造することができ、その後、図示しないノックアウト装置を作動させて、押出加工品Ｗを取り出せば良い。
【００３３】
その際、実施形態の鍛造型１では、チタン製のビレットＢを絞り込むダイ４が、セラミックとしての窒化けい素から形成されており、窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４  ）は、線膨張係数を３．０×１０−６／℃として、チタンの線膨張係数８．４×１０−６／℃より小さい。そのため、押出加工直後のノックアウト装置による押出加工品Ｗの取り出しが遅れて、ダイ４の温度が下がっても、ダイ４が押出加工品Ｗに食付くような態様とはならず、押出加工品Ｗの取り出しを容易に行なうことができる。
【００３４】
また、ダイ４が、セラミック製であると、２００〜５５０℃程度に予熱しても、凝着し難く、チタン製のビレットＢの焼付きを生じ難くなって、ビレットＢに対する潤滑剤として、除去不要のグラファイトコーティングを施す程度で、円滑に押出加工を行なうことができ、既述の発明の効果の欄で述べたと同様な効果を得ることができる。
【００３５】
そして、実施形態の場合、絞り込み用ダイ４の周囲には、熱間合金工具鋼から形成された内側補強リング５を、締代を有して配置させ、さらに、内側補強リング５の周囲には、熱間合金工具鋼から形成された外側補強リング６を、締代を有して配置させ、ダイ４と内側補強リング５との締代を、焼ばめで形成しており、ダイ４に対して、ダイ４を破損することなく、予熱時でも大きな締代径（０．１３５ｍｍ）を確保できて、ダイ４の高い強度を確保することができる。
【００３６】
なぜなら、セラミック製のダイ４の周囲に、１つの補強リング５だけを設ける場合には、その１つの補強リングも２００〜５５０℃程度に予熱する必要が生ずる。しかし、熱間合金工具鋼から構成する補強リング５だけでは、５５０℃程度の高温で予熱すると、セラミックの線膨張係数が小さく（Ｓｉ３Ｎ４  の線膨張係数は３．０×１０−６／℃）、鋼の線膨張係数が大きいことから（ＳＫＤ６１の線膨張係数は１０．５×１０−６／℃）、予熱時の締代径（既述したように０．０２７ｍｍ）が小さくなってしまい、大きな締代が必要となる。そして、焼ばめでは熱膨張させた後収縮させて組み付ける態様であるため、大きな締代を確保できず、大きな締代を確保するためには、テーパ圧入によって、組み付けることとなる。しかし、このようなテーパ圧入で大きな締代を確保する場合には、セラミックのダイを破損してしまう。
【００３７】
これに対し、実施形態のように、ダイ４の周囲に内側補強リング５を焼ばめで組み付け、その内側補強リング５の周囲に、さらに、締代を設けて、熱間合金工具鋼からなる外側補強リング６を組み付ければ、ダイ４に対して、内側補強リング５だけでなく、内側補強リング５を介して、外側補強リング６の締代も作用させることができ、予熱時のダイ４に対する大きな締代径（既述したように０．１３５ｍｍ）を確保することができる。そして、内側補強リング５は、焼ばめでダイ４に組み付けられることから、締代が小さく、ダイ４を破損する虞れがなく、逆に、外側補強リング６の締代によるダイ４に対する押圧力を、クッションの役目を果して、緩衝させることができて、外側補強リング６の締代によるダイ４の破損を防止できることに寄与できる。すなわち、外側補強リング６を、内側補強リング５に対して、大きな締代を確保できるテーパ圧入で組み付けても、ダイ４を破損することなく、ダイ４に対して、大きな締代を確保することができることとなるからである。
【００３８】
なお、大きな締代を確保できれば、内側補強リング５に対して外側補強リング６を、焼ばめで組み付けても良い。
【００３９】
そしてさらに、内側補強リング５を焼ばめでダイ４に組み付ける場合には、テーパ面を利用することなく、実施形態のように、ダイ４の外周面と内側補強リング５の内周面とをストレート形状として行なえば、テーパ面を利用して焼ばめする場合に比べて、テーパ角、基準径位置の誤差による締代のバラツキを抑えて、安定した締代を確保でき、ダイ４の耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のチタン用熱間押出鍛造型の断面図である。
【符号の説明】
１…チタン用熱間押出鍛造型、
４…（絞り込み用）ダイ、
５…内側補強リング、
６…外側補強リング、
Ｂ…ビレット、
Ｗ…押出加工品。
【図１】
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