(57)【要約】【目的】反りやうねりを有する三次元的に複雑な製品を鍛造する際、黒皮が鍛造製品の内部に巻き込まれることがなく、歩留まりのよいアルミニウム合金鍛造製品を得る方法を提供する。【構成】予め半連続鋳造したアルミニウム合金鋳造材を鋳造方向に対して傾斜した角度で切断し、得られたスライス材を素材として反りやうねりを有する金型で鍛造する。鋳造材の断面形状は、目的とする製品の断面形状に近似したものとする。【効果】鍛造素材である鋳造材として、断面積がより小さいものを使用できるので、歩留まりが向上するとともに、鋳造欠陥が少ないものを鍛造素材として使用でき、鍛造製品の機械的特性，信頼性が向上する。【選択図】        図７
2004230437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反りやうねりを有する三次元的に複雑なアルミニウム合金鍛造品を反りやうねりを有する金型で鍛造する際、予め半連続鋳造したアルミニウム合金鋳造材を鋳造方向に対して傾斜した角度で切断し、得られたスライス材を素材として鍛造することを特徴とするアルミニウム合金鍛造品の製造方法。
【請求項２】
鋳造材の断面形状が、製造しようとする製品の断面形状に近似したものである請求項１に記載のアルミニウム合金鍛造品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アルミニウム合金の半連続鋳造材を素材として、特に自動車用サスペンション部品のように反りやうねりを有する三次元的に複雑な形状の鍛造品を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用サスペンションは、鋼材をプレス成形するか熱間鍛造して製造されている。近年、車体軽量化の観点からアルミニウム合金製のサスペンション（以下、アルミサスペンションと称す。）を搭載した車種が増加しつつある。そしてアルミサスペンションは、通常、主に溶湯鍛造法，半凝固鍛造法，熱間鍛造法で製造されているが、強度が求められる場合には鋳造棒あるいは押出棒を熱間鍛造して製造している。
【０００３】
アルミサスペンションは、鋼製のサスペンションに比べてバネ下荷重を軽くし、路面追随性と乗り心地を向上させることができるが、重要保安部品であることからも高強度なものが要求されている。したがって押出棒や鋳造材を素材として熱間鍛造することが最も効果的である。しかしながら、鍛造製品の形状にかぎらず、一般的には鍛造素材として丸棒が使用されるため、特にサスペンションのような複雑形状品を鍛造する場合、材料の歩留が悪くなる。また形状の複雑さの度合いに応じて鍛造工程が増加する。このため、バリとして押出される割合が増え、また、素材の加熱回数が増えて必要エネルギー量が増加し、結果としてコストの上昇を招くことになる。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１にみられるように、最終製品の断面形状にできるだけ近似した形状に鋳造した、いわゆる異形の半連続鋳造材を鍛造素材として使用することにより、鍛造回数および素材加熱回数を削減でき、また材料歩留まりをも向上させようとする試みも提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７―２５８７８４号公報（第２頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、半連続鋳造材には、その表皮部に黒皮とよばれる逆偏析層等からなる鋳造材内部と異なる組織が形成されている。この黒皮が鍛造品の内部に巻き込まれると、鍛造品の機械的強度や伸びが低下してしまう。この巻き込みを避けるため、通常丸棒の鋳造材は予めその表面の黒皮を切削除去した後、鍛造されている。しかし、鋳造材が目的とする製品形状に近似している場合には、形状が複雑であるため黒皮の切削除去は困難である。このため、黒皮が鍛造品の中に入らなくするために、異形鋳造材の断面形状を製品の断面形状よりも大きくしており、材料歩留まり低下の一因になっている。
【０００７】
比較的単純な二次元的な形状に成形する場合には、上記手法で対応可能であるが、図１，２に示すような反りやうねりを有し三次元的に複雑な形状の鍛造品を製造しようとする場合、鍛造を重ねるごとに鋳造材もねじれてくる。例えば図２に示すようなサイズの自動車用サスペンションでは、図２中、ｌ＝１００ｍｍ，ｍ＝７０ｍｍに達するほどに複雑なものが鍛造されている。そのような反りやうねりを考慮するとより大きな断面積の鋳造材を得る必要がある。鋳造材の断面積が大きくなると鋳造し難く、鋳造欠陥が生じやすい。そして鋳造欠陥を残したまま鍛造しても所期の機械的特性を発揮することはできない。さらに鋳造材の断面積が大きくなると鍛造時にバリとなって出ていく部分が多くなり、歩留まりも悪くなる。
【０００８】
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、反りやうねりを有し三次元的に複雑な形状の鍛造品を製造する際に、より小さい断面積の異形連続鋳造材を用いても、黒皮が鍛造製品の内部に巻き込まれることがなく、歩留まりのよいアルミニウム合金鍛造製品を得る方法を提供することを目的とする。
なお、本明細書中では、製品のねじれ，反り，曲がり，うねり等を含めて、三次元的な変形を“反りやうねり”と称することとする。
【０００９】
【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品の製造方法は、反りやうねりを有する三次元的に複雑なアルミニウム合金鍛造品を反りやうねりを有する金型で鍛造する際、予め半連続鋳造したアルミニウム合金鋳造材を鋳造方向に対して傾斜した角度で切断し、得られたスライス材を素材として鍛造することを特徴とする。
鋳造材の断面形状は、製造しようとする製品の断面形状に近似したものであることが好ましい。
【００１０】
【作用および実施の態様】
反りやうねりを有する三次元的に複雑なアルミニウム合金鍛造品を反りやうねりを有する金型で鍛造する際、最終製品の断面形状に近似した断面形状をもつ半連続鋳造材を鋳造し、この鋳造材を、鋳造方向に直角な方向と、鋳造方向に対して傾斜した方向に切断した場合の、２つの態様について鍛造時の材料歩留まり等について検討した。
【００１１】
半連続鋳造材を、鋳造方向に対して直角な方向に切断したスライス材を反りやうねりを有する金型で鍛造しようとするとき（図３ａ）、反りやうねりの部分で黒皮が製品内部に巻き込まれないようするためには（図３ｂ）、鋳造材の断面大きさを製品の投影形状断面大きさよりも大きくしなければならない。このため、歩留まりが悪くなるばかりでなく、断面積の大きなものを鋳造しなければならず、鋳造欠陥が生じやすくなっている。
【００１２】
これに対して、半連続鋳造材を、鋳造方向に対して直角ではなく製品の反りやうねりの角度に合わせて傾斜した方向に切断したスライス材を、反りやうねりのある金型で鍛造するとき、半連続鋳造材の断面大きさが製品の投影形状断面大きさと同程度でも、鋳造材の黒皮が製品内部に巻き込まれることはない（図４参照）。このため、断面積の小さい半連続鋳造材を鍛造素材として使用できるので、材料歩留まりが向上するとともに、鋳造時の欠陥の発生をも防ぐことができる。
【００１３】
上記関係を、図５，６に基づいて異なった見方で、より詳しく説明する。
最終製品の断面形状に近似した断面形状をもち、断面積もほぼ同じ半連続鋳造材を鋳造し、この鋳造材を、鋳造方向に直角な方向に切断したスライス材を素材として、反りやうねりのある金型で鍛造しようとすると（図５ａ）、金型に触れた時点で素材が移動し、素材の黒皮部が金型の製品領域に入り込み（図５ｂ）、製品内部に黒皮が巻き込まれるばかりでなく、製品端部に欠肉部を発生させることがある。このため、スライスする鋳造材としては最終製品の断面積よりも大きな断面積を有するものを準備しなければならない。鋳造材が大きくなると、鋳造し難くて鋳造欠陥を生じやすく、鍛造後に所期の機械的特性を発揮できない製品ができやすいという問題点を発生させることになる。
【００１４】
これに対して、最終製品の断面形状に近似した断面形状をもち、断面積もほぼ同じ半連続鋳造材を、鋳造方向に対して製品の反りやうねりの角度に合わせて傾斜した方向に切断したスライスし、このスライス材を反りやうねりのある金型で鍛造しようとすると（図６ａ）、素材が金型に触れても素材の移動は金型の製品領域にとどまり、黒皮が製品領域内に入り込むことはない（図６ｂ）。すなわち、半連続鋳造材の断面大きさが小さくても、製品内部に黒皮が巻き込まれることはない。また、半連続鋳造材の断面積を小さくすることができるので、鋳造がしやすく、鋳造欠陥が生じにくい。このため、その後の鍛造によって機械的特性に優れ、信頼性の高い製品を得ることができる。
なお、上記２つの態様を比較したとき、少なくとも図７に斜線部で表示した分の歩留まりが向上し、半連続鋳造材の断面サイズをＡからＢに小さくすることができる。
【００１５】
【実施例】
表１に示す成分組成をもつアルミニウム合金を、図１，２に示したサスペンション（製品重量３２００ｇ）の断面形状（断面積３４５００ｍｍ２）に近似した断面形状である図８に示す形状（断面積３５９００ｍｍ２）に半連続鋳造した。得られた異形半連続鋳造材を、５４０℃×８時間の均質化処理を施した後、鋳造方向に対して斜め４５度の角度でスライスし、鍛造素材とした。比較例として、鋳造方向に対して９０度の角度でスライスした鍛造素材も用意した。それぞれについて、厚み４０ｍｍ，４５ｍｍ，５０ｍｍ，５５ｍｍおよび６０ｍｍの５種類のスライス鍛造素材を用意した。
【００１６】
2004230437.tif 000003
【００１７】
得られた鍛造素材を５００℃に加熱し、図１に示す形状に、つぶし鍛造→荒仕上げ鍛造→仕上げ鍛造工程からなる熱間鍛造を行った。
得られた鍛造品について、欠陥の有無と歩留まり（サスペンション重量÷鍛造素材重量×１００）を調べた。その結果を表２に示す。
【００１８】
表２の結果からもわかるように、本発明例である鋳造方向に対して斜め４５度で切断したものの中では、厚さ５０ｍｍ以上にスライスしたもので、黒皮巻き込み等の鍛造欠陥のない鍛造品が得られている。厚さが５０ｍｍに満たないスライス材では鍛造製品であるサスペンションの肉厚部を埋めきれず、欠肉等の鍛造欠陥が発生していた。歩留まりを向上させるためには、欠肉が生じない範囲でスライス厚みを薄くすることが有効である。
これに対して、鋳造方向に対して９０度の角度でスライスした鍛造素材を鍛造したものでは、いずれも黒皮に巻き込みが観察された。
【００１９】
2004230437.tif 000004
【００２０】
そこで、鋳造方向に対して９０度の角度でスライスした鍛造素材について、黒皮の巻き込みが発生しないように断面積の大きい異形半連続鋳造棒を数種類準備し、上記と同様の熱間鍛造を行った。
同様に鍛造欠陥の有無と歩留まりを調査した。その結果を表３に示す。
欠肉や黒皮巻き込み等の鍛造欠陥が発生しなかった鍛造品の中で、歩留まりが最も良かったものでも６０％までであり、４５度で切断したものの内で最も良い歩留まりである７０％なる数字と比べると、かなり低下している。本発明方法が歩留まり向上の観点から優れていることが理解できる。
【００２１】
2004230437.tif 000005
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、反りやうねりを有する三次元的に複雑な製品を鍛造する際、半連続鋳造材を鋳造方向に対して傾斜した角度でスライスしたものを鍛造素材としているので、鋳造材表面の黒皮が製品内部に黒皮が巻き込まれることはない。したがって、鍛造素材となる半連続鋳造材の断面積を小さくすることができる。このため、鋳造欠陥のない鋳造材が得やすく、その後の鍛造によって機械的特性に優れた製品を、高い歩留まりで製造することができる。
本発明により、自動車用サスペンション部品のように反りやうねりを有する三次元的に複雑な形状の鍛造製品として、機械的特性に優れ、信頼性の高いものを安価に供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車用サスペンションの形状を示す斜視図
【図２】自動車用サスペンションの三次元形状を説明する正面図（ａ），平面図（ｂ），左側面図（ｃ）
【図３】反りやうねりのある製品の鍛造状況を説明する図
【図４】角度を付けて切断したスライス材を鍛造する状況を説明する図
【図５】９０度の角度でスライスした素材を、反りやうねりのある製品に鍛造する状況を説明する図
【図６】角度を付けて切断したスライスした素材を、反りやうねりのある製品に鍛造する状況を説明する図
【図７】傾斜スライス材の使用による向上歩留まり量を説明する図
【図８】自動車用サスペンションを鍛造する際の、素材鋳造材の断面形状を説明する図
【図１】
2004230437.tif 000006
【図２】
2004230437.tif 000007
【図３】
2004230437.tif 000008
【図４】
2004230437.tif 000009
【図５】
2004230437.tif 000010
【図６】
2004230437.tif 000011
【図７】
2004230437.tif 000012
【図８】
2004230437.tif 000013