(57)【要約】【目的】安価にしかも、黒皮が製品内部に巻き込まれることのないようなアルミニウム合金鍛造材の製造方法を提供する。【構成】製品形状の平面投影形状に近い断面形状に鋳造された半連続鋳造材を鍛造する際に、製品形状の平面投影断面積よりも１．１倍以上の断面積を有する鍛造素材を用い、該鍛造素材を製品形状に鍛造する。製品形状に鍛造する前の断面積を製品形状の平面投影形状断面積よりも大きくするには、半連続鋳造で断面積を大きく鋳造してもよいし、断面積を小さく鋳造した半連続鋳造材を予備鍛造により大きくしてもよい。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品形状の平面投影形状に近い断面形状に鋳造された半連続鋳造材を鍛造する際に、製品形状の平面投影断面積よりも断面積の大きい鍛造素材を用い、該鍛造素材を製品形状に鍛造することを特徴とするアルミニウム合金鍛造材の製造方法。
【請求項２】
製品形状に鍛造する前の鍛造素材の断面積が、製品形状の平面投影形状断面積と比較して、１．１倍以上である請求項１に記載のアルミニウム合金鍛造材の製造方法。
【請求項３】
鍛造素材が、製品形状に鍛造する前の断面積が製品形状の平面投影形状断面積よりも大きくなるように半連続鋳造により鋳造されたものである請求項１または２に記載のアルミニウム合金鍛造材の製造方法。
【請求項４】
製品形状の平面投影形状断面積より小さくなるように鋳造した半連続鋳造材を、鍛造により製品形状の平面投影形状断面積より大きくした後、鍛造素材を製品形状に鍛造する請求項１または２に記載のアルミニウム合金鍛造材の製造方法。
【請求項５】
鍛造素材のスライス材の厚さより製品において厚肉になる部分を、当該部分が製品の体積よりも大きくなるように鍛造した後、鍛造素材を製品形状に鍛造する請求項１〜４のいずれか１に記載のアルミニウム合金鍛造材の製造方法。
【請求項６】
鍛造素材のスライス材の厚さより製品において厚肉になる部分を、当該部分の体積が製品の体積の１．４倍以上になるように鍛造した後、鍛造素材を製品形状に鍛造する請求項５に記載のアルミニウム合金鍛造材の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかの方法で製造された鍛造材からなるアルミニウム合金製自動車用サスペンション部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車用サスペンション部品のように複雑な形状の製品を製造する際に適したアルミニウム合金の鍛造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両において、燃費等の向上のために車両の軽量化が推し進められている。特に、車両の軽量化にあっては、いわゆるバネ下荷重を軽減することが走行性能を向上させる上でも効果的であることから、従来より、バネ下部材、例えばサスペンション部品の軽量化が求められ、且つ実現してきた。これら自動車部品のアルミニウム化或いはアルミニウム合金化が推し進められており（以下、アルミニウム及びアルミニウム合金を「アルミニウム合金」と総称する。）、例えば、自動車のサスペンション部品であるアッパアーム，ロアアーム，ナックル等についてもアルミニウム合金の熱間型鍛造品が用いられるようになっている。
【０００３】
これらの部品は、通常、熱間鍛造により製造されている。直径が８インチ以上の大型鋳造棒を、表面の鋳造黒皮を除去した後丸棒または異形断面形状に押出加工し、押出加工材を素材とし、鍛造加工により製造している。
しかし、鍛造の前に黒皮除去や押出加工を行っているので、コスト的に高くなっている。特に、押出丸棒を素材とする場合、１回の鍛造における変軽量を大きくすることができないために、最終の製品形状とする仕上げ鍛造の前に多数回の予備加工を必要とし、さらにコストがかかる。
このように、押出材を用いたサスペンション部品の鍛造成形法は、特に素材の予備加工に極めて多くの工程、及び数回に及ぶ加熱に伴う多大なエネルギーを要する。その上、各予備工程において素材の２〜５割程度がバリとして形成され、トリムにより削除されるため、材料歩留まりも非常に低いものとなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、最近では、鍛造用素材として半連続鋳造法により、製品の断面形状に近い断面形状を有する連鋳材（以下、「異形連鋳材」という。）を製造し、製品の厚肉部の厚さに合わせてスライスした後、スライス品を鍛造することが行われている。
ところが、半連続鋳造法によって形成されたアルミニウム鋳塊は表皮部に逆偏析層と一体となった表面欠陥を含んだ、いわゆる黒皮と呼ばれる外皮がある。そしてこの黒皮は、鍛造時に鍛造製品の内部に巻き込まれ、割れの原因になったり、割れが発生しないまでも強度低下の原因になっている。このため、鍛造時に黒皮が鍛造製品の内部に巻き込まれないように、鍛造前に外削により黒皮を除去しているが、異形連鋳材の場合、形状が複雑であるために、外削が難しく、コスト上昇の一因になっている。
また、異形連鋳材の厚さは、欠肉を防ぐために製品の厚肉部に合わせて決めている。このため、サスペンション部品のように厚肉部と薄肉部の肉厚の差が大きい製品を製造する場合にバリが多くなり、素材の歩留まりが著しく低下する。素材重量の増加が生産コストを著しく上昇させると言う問題点もあった。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、安価にしかも、黒皮が製品内部に巻き込まれることのないようなアルミニウム合金鍛造材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のアルミニウム合金鍛造材の製造方法は、その目的を達成するため、製品形状の平面投影形状に近い断面形状に鋳造された半連続鋳造材を鍛造する際に、製品形状の平面投影断面積よりも断面積の大きい鍛造素材を用い、該鍛造素材を製品形状に鍛造することを特徴とする。
その際、製品形状に鍛造する前の鍛造素材の断面積を、製品形状の平面投影形状断面積と比較して、１．１倍以上にすることが好ましい。製品形状に鍛造する前の断面積を製品形状の平面投影形状断面積よりも大きくするには、半連続鋳造で断面積を大きく鋳造してもよいし、断面積を小さく鋳造した半連続鋳造材を鍛造により大きくしてもよい。
【０００６】
また、鍛造製品になった後、厚肉になる部分に合わせて鍛造素材のスライス材を厚くすると、歩留まりが低下するので、鍛造素材は製品の肉厚部より薄くスライスし、最終鍛造製品形状に鍛造する前に、肉厚部の体積が製品肉厚部の体積よりも大きくなるように予備鍛造を行うことが好ましい。その場合、製品の肉厚部の体積の１．４倍以上の体積になるように予備鍛造しておくことが好ましい。なお、この鍛造は、鍛造素材の断面積を大きくする鍛造と同時に行ってもよい。
【０００７】
【作用】
本発明者等は、鍛造時に黒皮等の外皮が巻き込まれる原因について鋭意検討を重ねた。まず、アルミニウム合金鍛造品に残る黒皮の巻き込み状況を観察すると、黒皮は、単に製品の形状を整える程度の鍛造で鍛造比率が小さい部分に残り、鍛造比率がある程度以上に大きくなっている部分では、バリ中に移行していた。そこで、製品形状にする鍛造前の鍛造素材の断面形状を製品形状の断面形状に近似させ、しかも鍛造前の鍛造素材の断面形状を製品形状の平面投影断面積よりも断面積を大きくしておくと、黒皮が製品内部に巻き込まれにくく、バリに入ることがわかった。
その理由は、鍛造前の素材の断面形状が製品形状より小さくなると、黒皮が鍛造型のインプレッション内に入っているため、黒皮が製品内に巻き込まれ易くなるためと推測される。
さらに検討を重ねた結果、鍛造素材の断面積を製品形状の平面投影形状断面積の１．１倍以上に大きくしておくと、黒皮が製品内部に巻き込まれることはほとんどないことが確認できた。
【０００８】
また、製品形状に鍛造する際に、製品の厚肉部に相当する部分の鍛造素材の体積が、製品厚肉部の体積よりも小さいと、鍛造時に製品の厚肉部にアルミニウム合金が十分に流動せず、厚肉部が十分に形成されないという、いわゆる欠肉なる鍛造欠陥が生じる。そこで、本発明では、製品形状にする鍛造を行う前に、厚肉部を形成する部分の体積を大きくする予備鍛造を行うことにした。なお、ここでいう厚肉部とは、スライス材板厚よりも厚肉となっている部分を意味する。厚肉とする部分は、鍛造素材の体積が製品の厚肉部より小さいと欠肉が生じる可能性が高いので、厚肉とする部分は、予備鍛造により予め製品の厚肉部よりも体積を大きくしておく。この際、厚肉とする部分の体積が、製品肉厚部の体積の１．４倍以上になるようにしておくと、鍛造される製品の形状に関係なく他の部分からの肉寄せが可能となって、欠肉が生じることはないことを各種予備実験から確認した。なお、ここでいう肉厚部の体積とは、図４に示すように、製品肉厚部の重心を中心とし肉厚部が含まれる球を描き、その球に含まれる部分の体積を意味するものである。
製品の肉厚部に相当する部分の体積を大きくする鍛造は、鍛造素材の断面積を拡大する鍛造と同時に行ってもよい。
【０００９】
【実施例】
実施例１：
半連続鋳造により、アルミニウム合金を図２の鍛造素材形状に、断面積を各種変えて鋳造した。半連続鋳造材をスライスし、厚肉部を肉盛りし、体積を大きくする予備鍛造を行った後、製品形状にする鍛造を行った。
得られた鍛造品について目視観察により黒皮の巻き込み状況や欠肉の発生状況を調査した。その結果を表１に示す。
なお、形状比Ａとは、半連続鋳造材の断面積と製品形状の平面投影形状断面積の比を意味し、体積比は、肉盛りした部分の体積と製品厚肉部の体積の比を意味する。
また、表１では、大きな欠陥があったものを×、小さな欠陥があったものを△、欠陥がなかったものを○で示している。
【００１０】
表１に示されるように、形状比Ａが１．００のものでは、黒皮の巻き込みが多く観察されているのたいして、形状比Ａを、１．００を超える値にしたものでは黒皮の巻き込みが少なくなっている。特に１．１０以上としたものではく黒皮の巻き込みは観察されなかった。
製品になった後の厚肉部を予め厚くなるように予備鍛造しておいたものでは、欠肉の発生は少なくなっていた。特に体積比を１．４倍にしたものでは、欠肉欠陥は観察されなかった。
【００１１】
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【００１２】
実施例２：
半連続鋳造により、アルミニウム合金を図２の鍛造素材形状に、断面積を製品形状の平面投影形状断面積と同一（実施例１のＡ＝１．０に相当）にして鋳造した。半連続鋳造材をスライスし、断面積を大きくする鍛造と、半連続鋳造材の厚肉部を肉盛りする予備鍛造を行った後、製品形状にする鍛造を行った。
得られた鍛造品について目視観察により黒皮の巻き込み状況や欠肉の発生状況を調査した。その結果を表２に示す。
なお、形状比Ｂとは、断面積を大きくする鍛造を行った後の半連続鋳造材の断面積と製品形状の平面投影形状断面積の比を意味し、体積比は、肉盛りした部分の体積と製品厚肉部の体積の比を意味する。
また、表２では、大きな欠陥があったものを×、小さな欠陥があったものを△、欠陥がなかったものを○で示している。
【００１３】
表２に示されるように、形状比Ｂが１．００のものでは、黒皮の巻き込みが多く観察されているのたいして、形状比Ｂを、１．００を超える値にしたものでは黒皮の巻き込みが少なくなっている。特に１．１０以上としたものではく黒皮の巻き込みは観察されなかった。
製品になった後の厚肉部を予め厚くなるように予備鍛造しておいたものでは、欠肉の発生は少なくなっていた。特に体積比を１．４倍にしたものでは、欠肉欠陥は観察されなかった。
【００１４】
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【００１５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明により、自動車用サスペンション部品等、複雑形状品を鍛造する際、製品形状の平面投影形状に近い断面形状に鋳造された半連続鋳造材として、製品形状の平面投影断面積よりも断面積が１．１倍以上大きい鍛造素材を準備し、この鍛造素材を製品形状に鍛造することにより、鍛造欠陥である黒皮の巻き込みを防ぐことができ、また、予め製品において厚肉になる部分を、鍛造素材の当該部分が製品の肉厚よりも厚肉になるように予備鍛造した後、製品形状に鍛造することにより、欠肉が発生することがない鍛造製品を得ることができる。
また、本発明を利用し、３次元鍛造解析を活用して黒皮の巻き込みや欠肉欠陥がないように鍛造素材の形状を設計しておけば、材料歩留まりが大幅に向上され複雑形状品をコストで生産性良く製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】黒皮の巻き込み状況を説明する図
【図２】鍛造製品と鍛造素材の断面形状の関係を説明する図
【図３】欠肉の発生状況を説明する図
【図４】厚肉部と他の部分との体積関係を説明する図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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