(57)【要約】【課題】離型剤を必要な部位に集中的に塗布するに好適な熱間鍛造金型および熱間鍛造方法を提供する。【解決手段】上下型２、３のキャビティ１０周縁に形成したフラッシュランド１１同士による薄い隙間に鍛造材料をバリとして流出させ、バリの温度低下による流動抵抗を利用してキャビティ１０内部の加熱された材料に内圧を発生させて、鍛造材料をキャビティ１０の隅々に行き渡らせる熱間鍛造金型１であり、前記フラッシュランド１１の表面に開口させて複数の離型剤吐出孔１２を配列して設け、前記吐出孔１２より吐出された離型剤を型面のフラッシュランド１１の表面に塗布するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下型のキャビティ周縁に形成したフラッシュランド同士による薄い隙間に鍛造材料をバリとして流出させ、バリの温度低下による流動抵抗を利用してキャビティ内部の加熱された材料に内圧を発生させて、鍛造材料をキャビティの隅々に行き渡らせる熱間鍛造金型であり、
前記フラッシュランドの表面に開口させて複数の離型剤吐出孔を配列して設け、前記吐出孔より吐出された離型剤を少なくとも型面のフラッシュランドの表面に塗布することを特徴とする熱間鍛造金型。
【請求項２】
前記複数の離型剤吐出孔から吐出される離型剤は、吐出孔周縁に滲み出しフラッシュランド表面に塗布されることを特徴とする請求項１に記載の熱間鍛造金型。
【請求項３】
前記複数の離型剤吐出孔から吐出された離型剤は、上下型の対向するフラッシュランド表面に塗布されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱間鍛造金型。
【請求項４】
前記複数の離型剤吐出孔から吐出された離型剤は、フラッシュランドの内外周縁部にも吹付けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の熱間鍛造金型。
【請求項５】
前記離型剤は、上下型による鍛造成形時にフラッシュランド同士による薄い隙間に流出されるバリを冷却するよう吐出されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の熱間鍛造金型。
【請求項６】
上下型のキャビティ周縁に形成したフラッシュランドの表面に開口させて複数の吐出孔を配列して設け、
前記上下型による鍛造成形に先立ち、前記吐出孔より離型剤を噴出させて対向する型面のフラッシュランドおよび周辺の表面に離型剤を塗布し、
前記上下型による鍛造成形時に、フラッシュランド同士による薄い隙間に鍛造材料をバリとして流出させ、
前記バリをフラッシュランド表面に付着された離型剤により温度低下させてその流動抵抗を増加させ、キャビティ内部の加熱された材料に内圧を発生させて、鍛造材料をキャビティの隅々に行き渡らせることを特徴とする熱間鍛造方法。
【請求項７】
前記離型剤は、上下型による鍛造成形時にフラッシュランド同士による薄い隙間に流出されるバリを冷却するよう吐出されることを特徴とする請求項６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、クランクシャフトやナックルスピンドル等の比較的形状の複雑な鍛造部品の製造に用いられる熱間バリ出し鍛造工法に適用される熱間鍛造金型および熱間鍛造方法に関し、特に、離型剤の塗布に好適な熱間鍛造金型および熱間鍛造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から鍛造金型の上下型間のフラッシュランドと称される薄い隙間に材料が流れることにより、フリクション及び材料の温度低下による材料の流れ抵抗を利用して鍛造金型の内部の加熱された材料に内圧を発生させ、鍛造材料をキャビティの隅々に行き渡らせる熱間バリ出し鍛造工法が採用されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、クランクシャフトを鍛造する鍛造型であり、クランクシャフトの形状に合致するキャビティと、前記キャビティの周囲に設けられ、鍛造時に必要最小限のバリが流出できるように小許の隙間を介して相手の型と近接されるランド部と、クランクシャフトのカウンタウェイトが形成される部位近傍におけるバリの流出を抑制するピン部材等よりなるバリ流出抑制手段を設けるようにしている。
【特許文献１】特開２００５−２５４２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような熱間バリ出し鍛造工法にあっては、高温の材料を使用するものであるため、鍛造金型を冷却する必要があり、鍛造金型が型開きされる度に、その金型面に離型剤を冷却液として噴霧・塗布して冷却するようにしている。
【０００５】
前記離型剤の塗布は、一般的には型開きした鍛造金型内に移動ノズルを出し入れしながら、この移動ノズルから離型剤を噴射することにより行われるため、自動プレス等でプレスのサイクルが早い場合には、移動ノズルの出し入れの時間を除く短い時間で離型剤を金型に塗布しなければならず、必要な部位に集中的に塗布することが難しいという課題があった。
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、離型剤を必要な部位に集中的に塗布するに好適な熱間鍛造金型および熱間鍛造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上下型のキャビティ周縁に形成したフラッシュランド同士による薄い隙間に鍛造材料をバリとして流出させ、バリの温度低下による流動抵抗を利用してキャビティ内部の加熱された材料に内圧を発生させて、鍛造材料をキャビティの隅々に行き渡らせる熱間鍛造金型であり、前記フラッシュランドの表面に開口させて複数の離型剤吐出孔を配列して設け、前記吐出孔より吐出された離型剤を型面のフラッシュランドの表面に塗布するようにした。
【発明の効果】
【０００８】
したがって、本発明では、上下型のキャビティ周縁に形成したフラッシュランドの表面に開口させて複数の吐出孔を配列して設け、前記吐出孔より吐出された離型剤を型面のフラッシュランドの表面に塗布するようにしたため、離型剤により冷却されて温度低下されたフラッシュランド同士による薄い隙間に流出される鍛造材料のバリをフラッシュランドおよび／または付着した離型剤により効果的に冷却して、その流れ速度を抑えることができ、フラッシュランドの厚さや長さを変えずに、材料歩留りの向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の熱間鍛造金型および熱間鍛造方法の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は本発明を適用した第１実施形態の熱間鍛造金型を示す側面図、図２は熱間鍛造金型の金型面を示す平面図、図３は金型背面に配置されたスペーサの平面図、図４は熱間鍛造金型の型開き時の作動を示す説明図、図５は離型剤の吐出孔の実施例を示す説明図である。
【００１０】
図１に示す熱間鍛造金型１は、エンジンのクランクシャフトを熱間バリ出し鍛造する鍛造金型であり、図示しないプレス機械の固定ベース５０に固定される下型２と、下型２に対向してプレス機械のスライドベース５１に固定される上型３と、上下型２、３の内部の冷却通路４に冷却媒体を循環させる冷却水供給装置５と、上下型２、３に設けた離型剤吐出手段６に離型剤を供給する離型剤供給装置７とを備えている。前記プレス機械、冷却水供給装置５、離型剤供給装置７および図示しないワーク搬送手段の各作動は、コントローラ８により同期制御される。
【００１１】
即ち、熱間鍛造金型１を構成する上下型２、３には、その対向した金型面に、図２に示すように、成形しようとするワーク、例えば、クランクシャフトの形状に型彫りしたキャビティ１０を夫々備えると共に、前記キャビティ１０の周縁にフラッシュランドと称されるランド面１１を備える。前記上下型２、３のキャビティ１０同士は、型閉じの際に、加熱されたビレット若しくは前工程で粗成形した粗成形品を熱間で塑性流動させることによりキャビティ１０内に充満させて成形品に成形する。
【００１２】
また、上下型２、３のランド部１１同士は、設定された隙間をもって互いに対面し、キャビティ１０から流動して外周側に拡がるバリを形成するように構成している。前記ランド部１１間に形成されるバリは、ランド部１１により冷却されることによりその流動抵抗が上昇され、キャビティ１０内の内圧を上昇させて、ワーク材料がキャビティ１０内に充満されるよう機能する。
【００１３】
前記上下型２、３のフラッシュランド１１には、図２に示すように、先端を開口させて離型剤を吹出す複数の吐出孔１２が必要箇所に夫々配置されている。前記複数の吐出孔１２は上下型２、３のフラッシュランド１１に開口させて直径が５［ｍｍ］以下、望ましくは、１．５［ｍｍ］以下の小穴により形成する。前記吐出孔１２は、図２に示すクランクシャフトＷを成形する鍛造金型では、シャフトＷの一方の軸端（図中左側）に臨んで３箇所、他方の軸端（図中右側）に臨んで５箇所、クランクウェブＷ２に臨んで夫々１〜２箇所、カウンタウェイトＷ３に臨んで１〜２箇所、クランクピンおよびクランクジャーナルＷ４に臨んで夫々１〜２箇所と配置されている。各吐出孔１２は、図１に示すように、通路１３を介して上下型２、３の背面に連通され、上下型２、３の背面から供給された離型剤を対向する上型３または下型２のランド部１１に向かって噴射して、対向する上下型２、３の主にランド部１１およびその周縁領域のキャビティ１０表面やランド部１１の外周領域１４に離型剤を塗布するよう機能する。
【００１４】
前記各吐出孔１２に連通させて上下型２、３の背面に開口する通路１３は、図１に示すように、上下型２、３の背面に配置されたスペーサ１５に設けた溝通路１６に接続されている。前記スペーサ１５は、図３に示すように、前記吐出孔１２への通路１３に連通するよう溝通路１６が配置され、供給口１６Ａより導入した離型剤を溝通路１６を経由させて各吐出孔１２への通路１３に供給可能となっている。
【００１５】
前記離型剤供給装置７は、プレス機械によって熱間鍛造金型１が上下型２、３に型開きされ、成形されたワークＷがワーク搬送手段により金型１外に搬出される毎に、貯留している離型剤を上下型２、３の溝通路１６に供給するよう作動される。
【００１６】
以上の構成の熱間鍛造金型を用いた鍛造方法について以下に説明する。
【００１７】
先ず最初に離型剤供給装置７が作動されて上下型２、３に離型剤を供給し、スペーサ１５の溝通路１６、上下型２、３の通路１３を介して、図４に示すように、上下型２、３の吐出孔１２から離型剤を噴出させて、互いのランド部１１およびその周縁領域のキャビティ１０表面やランド部１１の外周領域１４に離型剤を塗布する。
【００１８】
次いで、ワーク搬送手段により、１０００〜１２００度に加熱された円筒状材料（ビレット）が下型２のキャビティ１０に投入配置される。続いて、プレス機械のスライドベース５１が下降されて、上下型２、３の型閉じが開始される。上下型２、３の接近により下型２のキャビティ１０に投入されているビレットに上型３のキャビティ１０表面が接触して、ビレット材料を上下型２、３のキャビティ１０表面同士で圧縮してビレット材料を圧壊させる。更なる上下型２、３の接近により、ランド部１１同士が設定した寸法に近づくに連れて、ビレット材料は上下型２、３のキャビティ１０表面に沿って塑性流動される一方、キャビティ１０から溢れたその一部はバリとしてランド部１１間の隙間にランド部１１表面により冷却されながら流動される。
【００１９】
このランド部１１に流動したバリは、離型剤により冷却されて温度低下されているランド部１１表面に接触し、ランド部１１表面により冷却されて流動抵抗が増加される。また、ランド部１１に流動したバリは、ランド部１１表面に存在する離型剤に直接接触することによっても冷却されて流動抵抗が増加される。これらによる流動抵抗の増加の結果として、背部のキャビティ１０内での鍛造圧力を増加させてビレット材料のキャビティ１０内での塑性流動を促し、ビレット材料のキャビティ１０内での充満を促進させる。
【００２０】
クランクシャフトＷの成形においては、容積（ボリューム）が比較的少ない部分であるクランクシャフトＷのジャーナル（Ｗ４）やクランクピン（Ｗ４）となる部分のキャビティ１０内でビレット材料が先ず充満され、一部はバリとしてキャビティ１０から溢れてランド部１１間の隙間に流動し、ランド部１１表面による冷却により流動が次第に制限されることにより、隣接するキャビティ１０領域へも塑性流動されていく。このような作動により、順次容積（ボリューム）が大きいキャビティ１０領域に充満されていく。
【００２１】
ランド部１１同士の隙間が予め設定した寸法となる下死点に達する型閉め状態に至れば、熱間バリ出し鍛造による成形が終了する。プレス機械により上型３を上昇させる型開きが開始され、完全な型開き状態に至った段階で、成形されたワークＷがワーク搬送手段により上下型２、３内から搬出され、次いで、離型剤供給装置７が作動されて、次のワークの鍛造成形のための離型剤塗布が開始される。
【００２２】
以上のように、本実施形態の熱間鍛造金型１においては、離型剤の吐出孔１２をランド部１１に分散させて配列して備えるようにしていることにより、従来に示すように離型剤を噴射する移動ノズルを鍛造金型内に出し入れする必要がなく、型開きに連動して離型剤を金型面に塗布することができ、熱間バリ出し鍛造工法のサイクルタイムを向上させることができる。
【００２３】
前記バリは、離型剤により冷却されているランド部１１に接触することおよび／またはランド部１１に塗布されている離型剤に接触することにより冷却されて、その流出が抑制され、キャビティ１０内部での材料の充満を容易にする。即ち、バリの流出がより一層抑制されるので、バリとして流出して無駄になる材料を少なくでき、フラッシュランド１１の厚さや長さを変えずに、最初に投入するビレットの材料重量を少なくでき、歩留まりを向上させることができる。
【００２４】
前記バリの流出は、ランド部１１に塗布される離型剤の量を多くすればその分だけバリへの冷却量が増加でき、バリの長さを短くすることができる。このため、上下型２、３の型開き時のみならず、上下型２、３による鍛造成形の途中過程のバリがランド部１１に流動する段階において、離型剤を吐出孔１２からランド１１表面に追加的に供給させることにより、より一層バリを冷却させることができ、それだけ短いバリとすることができ、バリとして流出して無駄になる材料を少なくでき、フラッシュランド１１の厚さや長さを変えずに、最初に投入するビレットの材料重量を更に少なくでき、より一層歩留まりを向上させることができる。
【００２５】
また、吐出孔１２は、その配列密度を上下型２、３の冷却の必要性に応じて、特定の部位に集中的に配置することができる。
【００２６】
また、離型剤は上下型２、３の内部を背面からランド部１１に複数の通路１３を経由して流れるため、金型２、３の表面側のランド部１１表面およびキャビティ１０表面や周辺部分１４を冷却するのみならず、上下型２、３の内部の特に温度上昇し易い部位も冷却することができる。このため、型２、３の荒れを防止して金型２、３の寿命を向上させることができる一方、上下型２、３に設けた冷却流路４に冷却水供給装置５から供給すべき冷却水を削減乃至廃止することもできる。
【００２７】
なお、上記実施形態において、複数の離型剤吐出孔１２として、上下型２、３のフラッシュランド１１に配列したものについて説明したが、図示はしないが、下型２のフラッシュランド１１にのみ配列して、上型３のフラッシュランド１１に向かって離型剤を吹出させることで上型３のフラッシュランド１１表面およびその周縁の表面に塗布させる一方、上型３から跳ね返ってきた離型剤により下型２のフラッシュランド１１表面およびその周縁の表面に塗布させるものであってもよい、また逆に、上型３のフラッシュランド１１にのみ離型剤の吐出孔１２を配列し、吹出させた離型剤を、先ず下型２の型面に塗布し、跳ね返った離型剤により上型３の型面に塗布するようにしてもよい。
【００２８】
また、上記実施形態において、離型剤の吐出孔１２として、一本の通路１３の先端に一個の細い吐出孔１２を備えたものについて説明したが、図５（Ａ）に示すように、末広がりに形成した吐出孔１２Ａに形成して離型剤が周囲に拡がるように形成してもよく、この場合には、吹出させるだけでなく、ゆっくりと染み出すようにしてもよい。また、図５（Ｂ）に示すように、通路１３に対して複数の吐出孔１２Ｂを設けて周辺のランド部１１表面やキャビティ１０および／またはランド部１１より外周の部分１４に塗布するようにしてもよく、また、図５（Ｃ）に示すように、通路１３よりの離型剤を一時貯める空間１３Ａを形成し、この空間１３Ａから複数の吐出穴１２Ｃを介して満遍なくランド部１１表面に吐出するようにしてもよい。
【００２９】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００３０】
（ア）上下型２、３のキャビティ１０周縁に形成したフラッシュランド１１同士による薄い隙間に鍛造材料をバリとして流出させ、バリの温度低下による流動抵抗を利用してキャビティ１０内部の加熱された材料に内圧を発生させて、鍛造材料をキャビティ１０の隅々に行き渡らせる熱間鍛造金型１であり、前記フラッシュランド１１の表面に開口させて複数の離型剤吐出孔１２を配列して設け、前記吐出孔１２より吐出された離型剤を少なくとも型面のフラッシュランド１１の表面に塗布するようにした。このため、離型剤により冷却されて温度低下されたフラッシュランド１１同士による薄い隙間に流出される鍛造材料のバリをフラッシュランド１１および／または付着した離型剤により効果的に冷却して、その流れ速度を抑えることができ、フラッシュランド１１の厚さや長さを変えず、即ち、成形荷重の上昇を伴うことなく、材料歩留りの向上が図れる。また、離型剤の塗布のために型外から移動ノズルを出し入れする必要がないため、離型剤の塗布のための作業時間を短縮することができ、熱間バリ出し鍛造のサイクルタイムを短縮することができる。
【００３１】
（イ）複数の離型剤吐出孔１２から吐出される離型剤は、吐出孔１２周縁に滲み出しフラッシュランド１１表面に塗布されることにより、フラッシュランド１１表面に付着している離型剤によってもバリを冷却することができ、その流れ速度を抑えることができる。
【００３２】
（ウ）複数の離型剤吐出孔１２から吐出された離型剤は、上下型２、３の対向するフラッシュランド１１表面に塗布されることにより、離型剤の飛散により型面に広範囲に満遍なく一様に塗布することができる。
【００３３】
（エ）複数の離型剤吐出孔１２から吐出された離型剤は、フラッシュランド１１の内外周縁部１４にも吹付けられることにより、金型２、３の温度上昇しやすい部分を集中的に冷却することができ、金型２、３の寿命を向上させることができる。また、吐出孔１２へ金型２、３内の通路１３を経由させて離型剤を導入するものであるため、通路１３を流れる離型剤によって金型２、３内部も冷却でき、この点でも金型温度を低下させることができ、金型寿命を向上できる。
【００３４】
（オ）離型剤は、上下型２、３による鍛造成形時にフラッシュランド１１同士による薄い隙間に流出されるバリを冷却するよう吐出されることにより、バリの流れ速度をより一層抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態を示す熱間鍛造金型の概略構成図。
【図２】同じく熱間鍛造金型の金型面を示す平面図。
【図３】金型背面に配置されたスペーサの平面図（Ａ）および側面図（Ｂ）。
【図４】熱間鍛造金型の型開き時の作動を示す説明図。
【図５】離型剤の吐出孔の実施例（Ａ）〜（Ｃ）を示す断面図。
【符号の説明】
【００３６】
１  熱間鍛造金型
２  下型
３  上型
４  冷却通路
５  冷却水供給装置
６  離型剤吐出手段
７  離型剤供給装置
８  コントローラ
１０  キャビティ
１１  フラッシュランド、ランド部
１２  吐出孔
１３  通路
【図３】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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