(57)【要約】      （修正有）【課題】通常のフラットパンチにも適用可能な、より一般的なパンチの寿命の改善の方法を提供する。【解決手段】熱間または温間鍛造用のパンチ及びダイスを有する金型を用いた鍛造方法であって、鍛造時にパンチと被加工材の界面に生ずる面圧の面圧上昇速度を制限することにより、金型の寿命を改善することを可能とする。具体的には、面圧上昇速度を２５ＧＰａ／ｓ以下に制限する。パンチと被加工材との接触面積を低減するためにパンチ先端面に突起を設けることも１つの手段である。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間または温間鍛造用のパンチ及びダイスを有する金型を用いた鍛造方法であって、
鍛造時に、被加工材が接触する前記パンチの先端部位に生ずる面圧の面圧上昇速度を制限する
ことを特徴とする熱間または温間鍛造用のパンチ及びダイスを有する金型の寿命改善のための鍛造方法。
【請求項２】
前記面圧上昇速度を、25GPa/s以下に制限することを特徴とする請求項１に記載の熱間または温間鍛造用のパンチ及びダイスを有する金型の寿命改善のための鍛造方法。
【請求項３】
前記パンチは、
鍛造時に、前記パンチと前記被加工材との接触面積を低減するための突起を前記パンチの先端部位に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の熱間または温間鍛造用のパンチ及びダイスを有する金型の寿命改善のための鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間または温間鍛造用のパンチ及びダイスを有する金型を用いた鍛造方法に関し、特に、鍛造時にパンチと被加工材の界面に生ずる面圧の面圧上昇速度を制限することにより金型の寿命を改善することを可能とした鍛造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間鍛造用あるいは温間鍛造用のパンチと変形前の被加工材が互いに接触する平坦面を有し、パンチと被加工材の接触面のうち、先ず該平坦面同士が接触して被加工材の変形が開始する鍛造工程に使用されるパンチにおいて、パンチの該平坦面に、被加工材の流動方向に鋭利な溝状の疵（図８中の疵８）が発生することがあり、これがパンチを短寿命にする要因の一つであった。この疵は金型の損傷現象の一つであるエロージョンと類似しているが、この疵のメカニズムは明確にされておらず、これを防止するための有効な手段は報告されていなかった。
【０００３】
本発明者らは、上記したパンチの先端の平坦面に発生する疵は、パンチと被加工材の間の界面に閉じ込められた潤滑剤により発生するものであることを見いだした。すなわち、パンチと被加工材の間の界面に閉じ込められた潤滑剤が、鍛造時の高圧で吹き出すことによって、パンチの先端の平坦面に疵が発生することを見いだした。また、本発明者らは、この潤滑剤をガス抜き孔を通して抜くことによって、疵発生を防止できることを見いだした。この際、ガス抜き孔の位置は、パンチの先端の平坦面と被加工材が最初に接触するパンチの先端の部位にある方が潤滑剤を鍛造の開始直後から抜くことができるため、ガス抜き孔の損傷が少なく効果的である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特願２００６−１４１１２２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らの知見に基づいて、パンチの先端の適切な位置にガス抜き孔を設けることにより、パンチの寿命の大幅な改善を図ることが可能となったが、フラットパンチに限定されない、より一般的なパンチの寿命の改善の手段が求められている。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、鍛造時にパンチと被加工材の界面に生ずる面圧の面圧上昇速度を制限することにより、金型の寿命を改善することを可能とした熱間または温間鍛造用の金型の寿命改善のための鍛造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、熱間または温間鍛造用のパンチ及びダイスを有する金型を用いた鍛造方法であって、鍛造時に、被加工材が接触するパンチの先端部位に生ずる面圧の面圧上昇速度を制限することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の熱間または温間鍛造用の金型の寿命改善のための鍛造方法によれば、鍛造時にパンチと被加工材の界面に生ずる面圧の面圧上昇速度を制限することにより、金型の寿命を向上し、金型費を削減することが可能となる。また、金型を交換する頻度が低下するため、工程停止時間を短縮することが可能となり、結果として、作業性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に、本実施形態で用いられるパンチの外形を示す。また、図２に、本実施形態における金型の分割図及び被加工材が変形を開始する直前の金型との接触状態を示す。この鍛造工程に使用される金型は、ダイス１とエジェクター２、下方向に移動して被加工材４を圧下する被加工材と接する面がフラットであるパンチ３である。なお、以下の説明に用いられる金型は、本発明の実施形態の一具体例を示すものであって、本発明は下記金型形状に限定されるものではない。
【０００９】
図２に示すように、パンチ３と変形前の被加工材４は互いに接触する平坦面５ａ、５ｂを有しており、先ず、該平坦面５ａ、５ｂ同士が接触して被加工材４の変形が開始される。図１に示すパンチ３の平坦面５ａは半径40mmの円形となっており、変形前の被加工材４の平坦面５ｂは半径33mmの円形で、これらの中心は一致する。したがって、鍛造時、被加工材４が最初に接触するパンチ３の平坦面の部位５ｃは、パンチ３の被加工材４との接触面の中心部を中心とした半径33mmの点線で示す円形内となる。
【００１０】
本実施形態のダイス１とパンチ３による鍛造における被加工材４の変形の過程を図３に示す。
【００１１】
図４は、図３の被加工材４の変形の過程（ｃ）の部分拡大図である。本発明者らによる知見から、パンチに発生する疵の原因は、閉空間部Ｓ１に閉じ込められた空気や潤滑剤が噴出すことによるエロージョンではなく、パンチ３と素材４間のごくわずかな隙間部Ｓ２にトラップされた潤滑剤の噴出しによることが判明した。
【００１２】
隙間部Ｓ２にトラップされた潤滑剤の噴出しは、鍛造時の面圧が影響すると考えられるため、本発明者らは、ＣＡＥ解析によりパンチにかかる面圧を算出し、疵発生のメカニズムについて考察を行った。その結果、潤滑剤の挙動は以下のごとくなることが判明した。
【００１３】
ストローク率0〜80％までは、パンチ３の中央に近いほど面圧が低くなるため、潤滑剤がパンチ３と素材４間のパンチ中央付近にトラップされる。ストローク率80％を超えると、図３（ｃ）及び図４に示すように素材４がダイス１上部の内壁面に接触して（図４中のＡ部）、全体的な面圧が急上昇するとともに、パンチ３の中心部の面圧も急上昇するため、隙間部Ｓ２にトラップされていた潤滑剤が図中の矢印Ｂ方向に噴出し、パンチ３に疵を発生させると考えられる。そこで、まず、パンチ中央部の面圧に注目したが、面圧自体と寿命との相関は、ほとんど見られなかった。
【００１４】
次に、パンチ３の中心部の面圧が急上昇する被加工材４とダイス１上部の内壁面の接触時（図３（ｃ）、図４）から、鍛造終了時（図３（ｄ））までのパンチ３の中心部の面圧の上昇値を、被加工材４とダイス１上部の内壁面の接触時から、鍛造終了時までの時間で除した値を、面圧上昇速度と定義し、フラットパンチを使用している数種類の型番で、面圧上昇速度と寿命との関係を調査した。
【００１５】
図５は、ＣＡＥにより、パンチのストローク時間と面圧との関係をシミュレートした結果を示す図である。例えば、図５中のケースＡにおいて、パンチ３の中心部の面圧が急上昇する120MPaから鍛造終了時までの720MPaまでの、面圧の上昇を面圧上昇値ＰＡ（＝約600MPa）とし、パンチ３の中心部の面圧が急上昇する120MPaから鍛造終了時までの720MPaまでの時間を面圧上昇時間ｔＡ（＝約0.011秒）とする。そして、この面圧上昇値ＰＡを面圧上昇時間ｔＡで除したもの、すなわち、ＰＡ／ｔＡ（＝約55.7GPa/s）が、面圧上昇速度となる。
【００１６】
ケースＡからＤについて、面圧上昇速度をまとめたものを、表１に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
図６は、パンチ中央部の面圧上昇速度とパンチ寿命との関係を示す図である。図６からわかるように、面圧上昇速度が大きいもの（図中のケースＡ、Ｂ）ほど寿命が短い傾向があることがわかる。フラットパンチの寿命の要因のほとんどがこの溝状疵の発生によるものであるため、面圧上昇速度が大きいほど潤滑剤が勢い良く飛び出し、パンチに疵を発生させやすく、早く寿命に至ると考えられる。よって、ケースＡ、Ｂは短寿命であると判断することが可能である。
【００１９】
そして、図６からわかるように、特に、面圧上昇速度を25GPa/s以下に制限する（図中のケースＣ、Ｄ）ことにより5000個以上の金型寿命を実現することが可能となる。よって、ケースＣ、Ｄは長寿命であると判断することが可能である。
【００２０】
なお、より高寿命が要求される時には面圧上昇速度を20GPa/s以下と制限することが望ましい。面圧上昇速度を20GPa/s以下と制限することにより、8000個以上の金型寿命を実現することが可能となる。
【００２１】
なお、本実施形態ではＣＡＥを用いて、面圧上昇速度の算出を行ったが、フラットパンチの素材への接触面に圧力センサを取り付けることにより面圧及び面圧上昇速度を実測してもよい。
【００２２】
実際に、面圧上昇速度を25GPa/s以下に制限するには、パンチ速度を低下させることや、パンチに突起を設けることが考えられる。
【００２３】
通常のパンチ３を使用して鍛造を行う場合には、パンチは短寿命であったが、パンチ速度を低下させ、パンチ中央部の面圧上昇速度を25GPa/s以下に制限することにより、金型の寿命を5000個以上にまで向上させることが可能となる。本実施形態によれば、従来のパンチを使用することが可能であるため、パンチの製造コスト的に有利である。
【００２４】
次に、突起付きパンチを用いた方法について説明をする。図７に、本実施形態の突起付きパンチ３の模式図を示す。
【００２５】
図７に示すように、パンチ３の被加工材４との接触面の中心から30ｍｍの円周内に所定の高さの突起３ａを配置した。このような構成により、パンチ３と被加工材４との接触面積が減少するため、面圧自体の上昇を抑制でき、面圧上昇速度を低下させることが可能となる。なお、突起付に変更することにより、被加工材４の形状は変わってしまうが、本工程の場合には、４工程で製品を製造する熱間鍛造の２工程目であるため、パンチ３を突起付とすることに特に支障はない。
【００２６】
このように、パンチ３に突起３ａを設けることにより、製造コストは上昇するものの、パンチのストロークスピードを従来とほぼ同等に維持することが可能であるため、生産性を低下させることなく、面圧上昇速度を効果的に抑えることが可能となる。そして、面圧上昇速度を25GPa/s以下に制限することにより、金型の寿命を5000個以上にまで向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態で用いられるパンチの外形を示す図である。
【図２】本実施形態における金型の分割図及び被加工材が変形を開始する直前の金型との接触状態を示す図である。
【図３】本実施形態のダイスとパンチによる鍛造における被加工材の変形の過程を示す図である。
【図４】図３の被加工材４の変形の過程（ｃ）の部分拡大図である。
【図５】ＣＡＥによりパンチのストローク時間と面圧との関係をシミュレートした結果を示す図である。
【図６】パンチ中央部の面圧上昇速度とパンチ寿命との関係を示す図である。
【図７】本実施形態の突起付きパンチの模式図である。
【図８】パンチの平坦面に被加工材の流動方向に発生する鋭利な溝状の疵を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ダイス
２  エジェクター
３  パンチ
４  被加工材
５  平坦面
８  疵
Ｓ１、Ｓ２  隙間部
【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】
2008260051.tif 000008
【図６】
2008260051.tif 000009
【図７】
2008260051.tif 000010
【図８】
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