(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予備成形された棒状または板状の素材を、上下の金型で素材の軸方向と直交する方向から加圧して端部以外の部分を荒地成形すると共に、素材の軸方向からパンチで加圧して素材の少なくとも一方の端部に凹部及び該凹部に続く両袖部を仕上成形を行う閉塞鍛造工程と、
前記閉塞鍛造工程で得られた素材の前記端部以外の部分を、上下の金型で素材の軸方向に直交する方向から加圧してバリ出しを行い、前記凹部及び該凹部に続く両袖部ではバリ出しを行わない仕上鍛造工程と、
前記仕上鍛造工程で得られた素材を、バリ抜き加工するバリ抜き工程を順に実行する
ことを特徴とする端部異形棒状製品の鍛造方法。
【請求項２】
前記閉塞鍛造工程と仕上鍛造工程を、同一プレスに設置した複数の金型を用いて、同一工程で行う
ことを特徴とする請求項１記載の端部異形棒状製品の鍛造方法。
【請求項３】
同一プレスの上ダイホルダと下ダイホルダのそれぞれに、予備成形された棒状または板状の素材を、上下の金型で素材の軸方向と直交する方向から加圧して端部以外の部分を荒地成形する閉塞鍛造用金型と、前記閉塞鍛造工程で得られた素材の前記端部以外の部分を、上下の金型で素材の軸方向に直交する方向から加圧してバリ出しを行い、前記凹部及び該凹部に続く両袖部ではバリ出しを行わない仕上鍛造用金型と、前記仕上鍛造工程で得られた素材を、バリ抜き加工するバリ抜き金型をその順で並べて配置し、かつ閉塞鍛造用金型を配置した部位には、素材の軸方向からパンチで加圧して素材の少なくとも一方の端部に凹部及び該凹部に続く両袖部を仕上成形を行う水平パンチを上下の金型内に圧入させる水平パンチ作動機構を取付けている
ことを特徴とする端部異形棒状製品の鍛造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は端部異形棒状製品の鍛造方法および鍛造装置に関する。
本明細書において、端部異形棒状製品とは、棒状部材の一端または両端が棒状本体部分とは形状が異なり、端部に凹部が形成される棒状製品をいう。このような端部異形棒状製品の代表的な物としては、コネクティングロッド、スパナー、ユニバーサルジョイントヨーク等がある。本発明はこのような端部異形棒状製品の鍛造に好適な鍛造方法および鍛造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
端部異形棒状製品の代表例の一つであるコネクティングロッドの従来の鍛造方法を図７に基づき説明する。
図７（Ａ）は最も一般的な型鍛造法を示しており、棒材から素材を切り取った後、フォージングロール等で予備成形し、プレスまたはハンマーで型鍛造を行いコネクティングロッドに仕上げる。この型鍛造の代表的な工程は４工程からなり、つぶし工程、荒工程、仕上工程およびバリ抜き工程からなる。
【０００３】
しかるに、この型鍛造法は各工程のそれぞれでバリを出しながら進めていく。すなわち、下金型上に置かれた加熱素材は、加圧によって最初外方へ広げられ、上下金型内を十分満たしたのち、余分の材料はバリとなって周囲にはみ出る。このバリは薄いので急冷され変形抵抗が大きくなり、材料は抵抗の少ない金型の方へ流れやすくなり、金型のすみずみを満たす。したがって、このバリは型鍛造にとって不可欠である。
【０００４】
しかしながら、各工程でバリを出すことは、材料の歩留りが悪いことを意味し、通常は６０〜７０％であり、経済的でないという問題がある。
この歩留りの問題を解消したのが、図７（Ｂ）に示す閉塞鍛造法であって、これは素材を予備成形した後、棒状素材を複数の分割ダイで加圧挾持し、閉塞した状態下において外部からパンチを圧入させて素材を所望の形に成形するものである（特開平２−１３７６３６号公報参照）。
【０００５】
上記の閉塞鍛造法は、材料歩留りは100 ％を目指す鍛造法であるが、つぎの欠点がある。まず閉塞鍛造では素材を閉塞するため、分割ダイは組合せ型を用い加圧時に隙間ができないようにしているが、素材と最終製品の体積とが正確に一致せず少しでも素材の量が多いと、図８に示すように分割ダイａ、ｂやポンチｃ、ｄの合せ面や嵌合面から肉がはみ出して薄いバリｆが発生し、これを取り除くための仕上作業が必要となり、逆に少ないと最終製品の一部に欠肉ができる。また、鍛造品の角部に丸味を付けることが難しい。このため、製品の角部に応力が集中しやすく、強度上不利になるという欠点がある。さらに、つぎの理由から量産には適していない。第１に、複数の分割ダイで密閉して加圧するため、材料流動に非常に高い圧力が必要となり、高い精度の予備成形品が必要となる。しかし、現状では満足のいく予備成形方法が見当らない。第２に、鍛造時に加熱素材が金型内に滞留する時間が長くなり、複雑な形状の金型が必要であるため、型寿命が短いという欠点がある。第３に、複数の分割ダイを必要とするなど装置が複雑であるため、高能率の金型間搬送が困難で、１個づつの生産となるため、生産性が低い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の理由により、歩留り100 ％を目指す閉塞鍛造法は大量生産となると問題点も多く、広く普及していないのが実状である。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑み、材料歩留りが良く、製品に薄いバリが発生せず、角部に丸味を付けることができ、さらに予備成形の精度が低くてよく、装置がシンプルで高能率な搬送が可能であり、型寿命が長く、これらの特質により量産に適した鍛造方法および鍛造装置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】
請求項１の鍛造方法は、予備成形された棒状または板状の素材を、上下の金型で素材の軸方向と直交する方向から加圧して端部以外の部分を荒地成形すると共に、素材の軸方向からパンチで加圧して素材の少なくとも一方の端部に凹部及び該凹部に続く両袖部を仕上成形を行う閉塞鍛造工程と、前記閉塞鍛造工程で得られた素材の前記端部以外の部分を、上下の金型で素材の軸方向に直交する方向から加圧してバリ出しを行い、前記凹部及び該凹部に続く両袖部ではバリ出しを行わない仕上鍛造工程と、前記仕上鍛造工程で得られた素材を、バリ抜き加工するバリ抜き工程を順に実行することを特徴とする。
請求項２の鍛造方法は、請求項１記載の発明において、前記閉塞鍛造工程と仕上鍛造工程を、同一プレスに設置した複数の金型を用いて、同一工程で行うことを特徴とする。
請求項３の鍛造装置は、同一プレスの上ダイホルダと下ダイホルダのそれぞれに、予備成形された棒状または板状の素材を、上下の金型で素材の軸方向と直交する方向から加圧して端部以外の部分を荒地成形する閉塞鍛造用金型と、前記閉塞鍛造工程で得られた素材の前記端部以外の部分を、上下の金型で素材の軸方向に直交する方向から加圧してバリ出しを行い、前記凹部及び該凹部に続く両袖部ではバリ出しを行わない仕上鍛造用金型と、前記仕上鍛造工程で得られた素材を、バリ抜き加工するバリ抜き金型をその順で並べて配置し、かつ閉塞鍛造用金型を配置した部位には、素材の軸方向からパンチで加圧して素材の少なくとも一方の端部に凹部及び該凹部に続く両袖部を仕上成形を行う水平パンチを上下の金型内に圧入させる水平パンチ作動機構を取付けていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
まず、本発明の鍛造方法で用いられる鍛造装置を説明する。図５は下ダイホルダに各工程の金型１〜３を取付けた鍛造装置の平面図、図６は図５のVI〜VI線矢視における閉塞鍛造工程用プレスの断面図である。
【００１０】
図５において、１〜３は下ダイホルダー５に取付けられた下型であって、１は閉塞鍛造用金型、２は仕上鍛造用金型、３はバリ抜き用金型である。
【００１１】
閉塞鍛造用の下金型１と上金型６（図６参照）は、素材を密閉し閉塞して鍛造するための金型であるが、従来技術の閉塞鍛造用金型と異なり、予備成形品の体積と厳密に一致させる必要はない。すなわち後工程で素材一端の凹部及び該凹部に続く両袖部以外はバリ出しが行われるため、本工程では少しラフな精度と形状を有しておればよい。
【００１２】
前記金型２〜３は、従来の型鍛造と同様の金型が用いられ、該金型２〜３に対応する上金型（図示省略）も従来と同様の金型が用いられ、上ダイホルダ１３（図６参照）に取付けられる。なお、各金型１〜３の間での素材の搬送は図示しないトランスファーアーム等によって行われる。
【００１３】
つぎに、前記閉塞鍛造用金型１を用いるプレス構造を図６に基づき説明する。
このプレスは、特公昭６２−８２５２号公報に示す成形装置と同様な構成を有しており、上金型６が上金型ホルダ１７に取付けられ、該上金型ホルダ１７は液体流入口１４から圧力室１４′に満たされた高圧液によって常時下方向に力が作用している。上金型ホルダ１７の下限はストッパーナット１５′によって決定される。また上金型ホルダ１７はガイドポスト１５によって上下方向を除いて拘束されている。
【００１４】
一方、下金型１は下ダイホルダ５に固定される。下ダイホルダ５には水平方向に移動可能なパンチホルダ８が設けられ、該パンチホルダ８は３個のリンクからなるトグルリンク機構１０によって水平方向に動くことができる。すなわち下ダイホルダ５に設けられた上下に移動可能な摺動ブロック９の受圧面２０が、上ダイホルダ１３の摺動ブロック押え面１９によって押えられると、摺動ブロック押え面１９は下方向に動き、パンチホルダ８が水平方向に動くようになっている。
【００１５】
パンチホルダ８には水平方向から素材の端部を加圧するためパンチ７を取付けてある。またスプリング１２によって常に押えつけられているため、受圧面２０を押しつける力がなくなったときは、パンチホルダ８は後退し、摺動ブロック９は上方に動く。
【００１６】
このプレスにおいて、素材を金型１にセットし、プレスを作動させると先ず上金型６が下金型１に当る。この時から上金型６は圧力室１４′の液圧により下金型１を押し付けると同時に、上ダイホルダ１３の摺動ブロック押え面１９が受圧面２０に当接し、そのまま上ダイホルダ１３が下ると、摺動ブロック９が下に移動し、トグルリンク１０によってパンチホルダ８が前進する。するとパンチ７が密閉された金型１、６内で素材を両端から据え込み、端部に凹部及び該凹部に続く両袖部を成形する。
【００１７】
上記の成形時には、上ダイホルダ１３が下るので、圧力室１４′の液体は外部に設けたアキュムレータ（図示しない）に戻される。成形が終り、上ダイホルダ１３が上昇すると、パンチホルダ８はばね力で後退し、圧力室１４′には再びアキュムレータによって液体が入り込み、上金型ホルダ１７が下に押し出される。なお、１１は素材を下金型２から取出すためのエジェクターピンである。
【００１８】
つぎに、前記鍛造装置を用いた本発明の鍛造方法を説明する。
図１は本発明において１個取り金型を用いた鍛造方法の工程図、図２は本発明において２個取り金型を用いた鍛造方法の工程図、図３は閉塞鍛造及び仕上鍛造工程Ｉの金型の説明図、図４は仕上鍛造工程Ｉで得られた鍛造品Ｚの説明図である。
本発明は端部異形棒状製品の内、特に、コネクティングロッドの成形に適している。
【００１９】
図１に示す本発明の鍛造方法は、棒状素材から素材取りをし、棒状または板状の形状に予備成形した後、閉塞鍛造工程Ｉ、仕上鍛造工程II、バリ抜き工程III の順で実行される。なお、図１は鍛造品の１個取りの例を図示し、図２は２個取りの例を図示している。２個取りの場合、能率がよいが、本発明は両方を含むものである。
【００２０】
予備成形は、その直後の閉塞鍛造工程Ｉにおいて、大端部の凹部及び該凹部に続く両袖部以外は荒地鍛造を行うもので厳密な精度を必要とせず、比較的体積配分がラフな形状のもので十分である。
【００２１】
図１および図２に示す閉塞鍛造工程Ｉは、下金型１に素材Ｘを入れ、素材Ｘの軸方向と直交する方向から上金型で加圧し、軽く平らにつぶす。そして、軽く平らにつぶした素材の軸方向一端部以外を上下の金型で塞いだ状態で、素材Ｘの軸方向一端からパンチ７を圧入させ、端部形状（コネクティングロッドであれば、ビッグエンドの凹部及び該凹部に続く両袖部）を形成する。コネクティングロッドのビッグエンドのような凹部及び該凹部に続く両袖部は、上下加圧のみでは材料流動が少なく、しかも、凹部の上下中間部にバリが発生し、完全に凹部を成形できないが、パンチ７による水平加圧を行うと、材料の分配が精度よく行われて仕上成形まで行うことができる。
【００２２】
この工程によって、鍛造品Ｘであるコネクティングロッドのロッド本体部のＨ形断面や片エンド部（小端部）の凸形状が概略成形される。なお、この部分は多少の欠肉部があっても差し支えない。これは、次工程でバリ出し鍛造した段階で材料が充満するからである。
【００２３】
図１〜２に示す仕上鍛造工程IIは、通常の型鍛造で行うバリ出し鍛造であり、図４はこの工程で得られる鍛造品Ｚを示している。Ｆは本工程で生じたバリであり既述のごとく型鍛造に必要なバリである。
【００２４】
本仕上鍛造工程IIでは、前記閉塞鍛造工程Ｉで材料配分が精度よく行われているため、バリＦは最少限にとどめることができ、鍛造荷重も小さくなる。このように鍛造荷重が小さくてすむこと、および閉塞鍛造用の組合せ金型でなく上下の金型であることから、金型内にＲ部を形成し、鍛造品の角部に丸味Ｒを付けることが可能となる。
このとき、大端部の凹部及び該凹部に続く両袖部は必要に応じ図３に符号ａで示す土手を設け形状維持を計っている。仕上鍛造工程IIでは、この土手ａにより凹部及び該凹部に続く両袖部には、バリが生じない。
【００２５】
図１に示すバリ抜き工程III は、従来の型鍛造におけるバリ抜き加工と同様のバリ抜き工程である。この工程で図４に示すバリＦが除去され、鍛造品Ｚが出来あがる。
【００２６】
上記の本発明における鍛造方法によると、閉塞鍛造工程Ｉは後工程でバリ出しが許容されるため、厳密な精度を要せず無理な成形をしなくてもよい。このため、金型寿命が長くなり、装置がシンプルで高能率な金型間搬送が可能となるため量産に適することとなる。また、閉塞鍛造工程Ｉで材料配分が精度よく行われているため、バリを最少限にとどめることができ、材料歩留りがよく、最終成形を上下金型で行うので、鍛造製品の角部に丸味を付けることができる。
【００２７】
本発明の鍛造方法では、閉塞鍛造工程Ｉと仕上鍛造工程IIを別工程として順に実行してもよいが、図５に示す鍛造装置では閉塞鍛造用金型１、仕上鍛造用金型２およびバリ抜き用金型３を同一ホルダーに取付け、共通のプレスで作動させるので、各工程Ｉ〜III を同時に進行させることができ、生産性を高めることができる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、閉塞鍛造工程Ｉは後工程でバリ出しが許容されるため、厳密な精度を要せず無理な成形をしなくてもよい。このため、金型寿命が長くなり、装置がシンプルで高能率な搬送が可能となるため量産に適することとなる。また、閉塞鍛造工程Ｉで材料配分が精度よく行われているため、バリを最少限にとどめることができ、材料歩留りがよく、最終成形を上下金型で行うので、鍛造製品の角部に丸味を付けることができる。
請求項２の発明によれば、閉塞鍛造工程と仕上鍛造工程とを同時に進行させうるので、必要最少限の鍛造工程で端部異形棒状製品を量産することができる。
請求項３の発明によれば、１台のプレスで、閉塞鍛造工程Ｉと仕上鍛造工程IIとバリ抜き鍛造工程III を実行でき、能率よく端部異形棒状製品を鍛造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において１個取り金型を用いた鍛造方法の工程図である。
【図２】本発明において、２個取り金型を用いた鍛造方法の工程図である。
【図３】閉塞鍛造工程Ｉおよび仕上鍛造工程IIの金型の説明図である。
【図４】(A) 図は仕上鍛造工程IIで得られた鍛造品の説明図、(B) 図は(A) 図のＢ矢視断面図、(C) 図は(A) 図のＣ矢視断面図である。
【図５】本発明の鍛造装置における下ダイホルダ上の各金型１〜３を示す概略平面図である。
【図６】図５のVI−VI線矢視で示す閉塞鍛造工程用プレスの断面図である。
【図７】コネクティングロッドの従来の鍛造方法の説明図であり、（Ａ）図は型鍛造法の工程図、（Ｂ）図は閉塞鍛造法の工程図である。
【図８】従来の閉塞鍛造法における問題点の説明図である。
【符号の説明】
１    閉塞鍛造用金型
２    仕上鍛造用金型
３    バリ抜き用金型
７    パンチ
Ｉ    閉塞鍛造工程
II    仕上鍛造工程
III   バリ抜き工程
【図１】
0003544300.tif 000002
【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】
0003544300.tif 000008
【図８】
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