(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレスの上下可動上部ダイに、鍛造加工及び押出加工をするためのパンチをスライド自在に取り付けたパンチ取付装置が備えられ、その直下に金属加工素材を投入セットするコンテナ部を上下方向に配設し、このコンテナ部前方に位置するコンテナ部の直下に押出ダイスを固定配置し、当該押出ダイスの前方に閉塞鍛造用金型を脱着自在に連結し、この閉塞鍛造用金型を固定及び解除するウエッジ装置を備え、
当該ウエッジ装置は左右方向に前進及び後退可能なくさび状のウエッジを有し、当該ウエッジが前進すると前記閉塞鍛造用金型を固定し、当該ウエッジが後退すると前記閉塞鍛造用金型の固定が解除され、且つ、当該閉塞鍛造用金型が下方向にスライド可能であり、
押出加工時に閉塞鍛造用金型を下部方向にスライドさせながら支持するエレベーター装置を備えたことを特徴とする金属加工装置。
【請求項２】
請求項１記載の金属加工装置を用いて前記パンチ取付装置に平面パンチ及び段付パンチを取り付け、コンテナ部内壁に摺接する略円柱形状で加圧面が平面に形成された前記平面パンチを用いて金属加工素材を加圧して閉塞鍛造後に、加圧面から突出してマンドレル部を備えた前記段付パンチにて、上記金属加工素材を加圧塑性変形させて、メス型の押出ダイスの開口部と上記マンドレル部先端との間に所定の隙間を形成後に閉塞鍛造用金型の固定を解除し、引き続き押出加工することを特徴とする先端部に閉塞部を有する中空材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金及びマグネシウム合金等の軽金属の金属加工方法に関し、特に鍛造と押出加工とを連続的に行う金属加工方法及びその装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽金属の金属加工方法として、閉塞鍛造及び押出加工方法は広く採用されている。
閉塞鍛造は、各種異形形状の製品外形形状に相似したキャビテイを有する金型内に金属加工素材をパンチ加圧して塑性加工を行う工法であり、製品形状の異形性や高強度が得られる点で優れているが、細長い製品形状、特に、中空材の金属加工が非常に困難であった。
一方、押出加工は、例えば、直接押出の場合にコンテナ部内に略円柱状の金属加工素材を投入し、前方に押出ダイスを配置し、後方よりラム圧にて加圧して同一断面形状の細長い製品（形材）を得る工法であり、断面形状の自由度が高く、中空材を得るのに優れているが、押出方向に対して製品（形材）形状を変えることが非常に困難な技術である。
【０００３】
従来、例えば、自動車部品で言えば、プロペラシャフト、ステアリングシャフト等の端末にフランジやフック状の連結部を有し、シャフト部が中空材からなる部品は一般にスチール製であり、フランジやフック状の端末部を鍛造成形し、シャフト部をパイプ素材を用いて成形し、これらの部品を溶接等にて結合していた。
【０００４】
しかし、これらの部品をアルミニウム合金等の軽金属を採用し、軽量化しつつ、高強度及び耐久性を確保しようとすると溶接による結合では溶接時の熱影響で部分的に強度低下を来したり、ひずみ変形にて耐久性に問題が生じる技術的課題のみならず、製造工程が複雑で高価なものになってしまう問題もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、端末部を鍛造成形後に連続的に押出加工出来る新規な金属加工方法及びその装置、特に、閉塞部を有する中空材を得るのに好適な製造方法及びその装置の提供を目的とする。
【０００６】
本発明に係る金属加工装置は、プレスの上下可動上部ダイに、鍛造加工及び押出加工をするためのパンチをスライド自在に取り付けたパンチ取付装置が備えられ、その直下に金属加工素材を投入セットするコンテナ部を上下方向に配設し、このコンテナ部前方に位置するコンテナ部の直下に押出ダイスを固定配置し、当該押出ダイスの前方に閉塞鍛造用金型を脱着自在に連結し、この閉塞鍛造用金型を固定及び解除するウエッジ装置を備え、当該ウエッジ装置は左右方向に前進及び後退可能なくさび状のウエッジを有し、当該ウエッジが前進すると前記閉塞鍛造用金型を固定し、当該ウエッジが後退すると前記閉塞鍛造用金型の固定が解除され、且つ、当該閉塞鍛造用金型が下方向にスライド可能であり、押出加工時に閉塞鍛造用金型を下部方向にスライドさせながら支持するエレベーター装置を備えたことを特徴とする。
【０００７】
これにより、閉塞鍛造時は、連結固定された押出ダイスと閉塞鍛造用金型にてキャビテイ部を形成し、押出加工時は閉塞鍛造用金型をフリーな状態にすることで押出ダイスとコンテナ部にて押出装置を形成するように作用する。
【０００８】
本発明は、コンテナ部の前方に押出ダイスと閉塞鍛造用金型とを連結固定し、後方より金属加工素材を加圧して先端部を閉塞鍛造した後に上記閉塞鍛造用金型の固定を解除してコンテナ部の前方に押出加工用ダイスをそのまま固定した状態にてコンテナ部の後方より引き続き加圧して押出加工する。
これにより、まず、連結固定された押出ダイスと閉塞鍛造用金型にて閉塞鍛造時のキャビテイを形成し、コンテナ部内に金属加工素材を投入して、後方より加圧して、この金属加工素材の先端部を鍛造成形し、かつ、コンテナ部内に金属加工素材の一部を残存させる。
次に、閉塞鍛造用金型の固定を解除してフリーの状態にして引き続きコンテナ部の後方より加圧すると鍛造成形された金属加工素材の先端部が閉塞鍛造用金型とともに前方に移動し、押出ダイスにてコンテナ部内に残存していた金属加工素材が押出加工される。
【０００９】
本発明では、コンテナ部の内壁に摺接する略円柱形状で加圧面が平面に形成された平面パンチを用いて金属加工素材を加圧して閉塞鍛造後に加圧面から突出してマンドレル部を備えた段付パンチにて、上記金属加工素材を加圧塑性変形させて、メス型ダイスの開口部と上記マンドレル部先端との間に所定の隙間を形成後に閉塞鍛造用金型の固定を解除し、引き続き押出加工することができる。
【００１０】
本発明では、中空部を有する押出加工部分の形状が例えば、図１２（ロ）に示すように、セレーション形状を有するものや、図１２（ハ）に示すように、異形断面形状を有する製品を得ることができ、パンチの加圧面から突出して備えられたマンドレル部の断面形状をセレーション形状や円形状以外の異形形状とすることもできる。
【００１１】
本発明は、製品の中空部の押出方向の肉厚を変化させることもでき、その場合には、パンチの加圧面から突出して備えられたマンドレル部の軸方向に段差部を設ける。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る金属加工装置の例を図１に示す。
プレス機の上下可動上部ダイ１に、パンチスライド装置（パンチ取付装置）２を介して加圧用のパンチとし、平面パンチ３０、段付パンチ３１、インナーパンチ付平面パンチ３２等、各種のパンチが脱着出来るようになっていて、左右にスライドさせるだけで加工工程に応じてパンチが選択使用できる。
パンチの直下には、上下方向にコンテナ部４が設けられ、コンテナ内部に金属加工素材９が投入される。
コンテナ部は、必要に応じて加熱装置が取り付けられ、温調が可能になっている。
コンテナ部の前方に位置する直下に、押出ダイス５が備えられ、この押出ダイスと連結して鍛造成形部のキャビテイ部を成形するように閉塞鍛造用金型６が備えられ、必要に応じて金型ホルダー６１にて支持されている。
また、閉塞鍛造用金型６は、固定あるいは解除出来るようにウエッジ装置７が備えられている。
なお、コンテナ部４、押出ダイス５、閉塞鍛造用金型６（金型ホルダー６１）とウエッジ装置の位置決めが容易になるようにダイセット１００に収納されているが、それぞれの型が支持出来れば上記に限定されるものではない。
【００１３】
また、ウエッジ装置７には、くさび状のウエッジ７１ａ、７１ｂが左右に可動可能に取り付けられ、鍛造用金型を固定あるいは解除出来るようになっていて、解除されると上記鍛造用金型６が下方向にスライド支持出来るようにエレベーター装置８が備えられている。
エレベーター装置８には、ガイド８１が設けられ、エジェクター８２にて上下可動するようになっていて、その直下にノックアウトガイド８３が設けられ、製品を押出加工後にノックガイド８３のサイドからサブウエッジ８４を挿入することにより、図４（ト）に示すように、リペルロッド６２を上方向に加圧して製品を金型からノックアウトさせることが出来るようになっている。
なお、図１に示す金属加工装置の例は、エレベーター装置をフロアレベルの下部に設けてプレス機の高さを比較的低くおさえているが、金属加工素材の押出加工の長さが維持出来れば、装置の全てをフロアレベルの上部に設けてもよく、また、図１に示すような上下方向に配置する必要もなく、横方向に配置してもよい。
【００１４】
このような金属加工装置を使用して金属加工する方法の形態例を以下図に基づいて説明する。
図２（イ）に示すように、コンテナ部４の直下に、押出ダイス５及び閉塞鍛造用金型６が連結固定され、コンテナ部内に金属加工素材９が投入される。
なお、コンテナ温度及び金型加工素材の予熱温度等の加工条件は、プレス機の加圧能力、製品形状等により任意に選定され得るものであるが、アルミニウム合金の場合には、３００〜６００℃程度に加熱するのが望ましい。
また、コンテナ部４、押出ダイス５、閉塞鍛造用金型６の位置関係の拡大図を図５に示し、ダイス５の断面斜視図を図６に、閉塞鍛造用金型６の断面斜視図を図７にそれぞれ示す。
押出ダイス５の上部には、メス型ダイス開口部５１が設けられ、この部分に嵌着するように閉塞鍛造用金型６が形成されるとともに製品の鍛造成形部形状に近似したキャビテイ６ａが設けられている。
なお、言うまでもなく、要求される製品形状に合わせてキャビテイ形状が形成される。
図２（イ）に示すように、コンテナ部に金属加工素材９を投入後、図８に示すような加圧面３０ａが平面に形成されている平面パンチ３０で加圧すると、図２（ロ）に示すように、キャビテイ形状に合わせて鍛造成形部９１が得られ、コンテナ部には加工素材の一部が残存している。
【００１５】
次に、図９に示すような段付パンチ３１に取り替えて、図３（ハ）に示すように、加圧すると図３（ニ）に示すように、コンテナ部内の金属加工素材が変形する。
この際に、図９に示す段付パンチ３１の加圧面３１ａに突出して設けられているマンドレル部３１ｂの先端部が押出ダイス５のメス型ダイス開口部に位置するまで変形させる。
次に、図３（ホ）に示すように、ウエッジ７１ａ、７１ｂを後退させて鍛造用金型の固定を解除して加圧すると、ダイス５とマンドレル部３１ｂで形成した隙間から金属加工素材が押出され、押出加工部９２が成形される。
【００１６】
次に図４（ヘ）に示すように、インナーパンチ付平面パンチ３２に取り替えて加圧すると、インナーパンチ３２ｂにて製品が打ち抜き落とされる
その後、図１に示すように、エジェクター８２にて下端をノックアウトガイド８３に装着し、サブウエッジ８４を挿入すると図４（ヘ）にて説明すると、リペルロッド６２が上昇し、製品をノックアウトさせることが出来る。
このようにして得られた製品９０の斜視図を図１２（イ）に示す。
なお、図１７に型構造を示すように、リペルロッド６２の形状を段付にし、リペルロッドの先端部６２ａが鍛造成形部を貫通し、段付パンチのマンドレル部の先端に当たらないように所定のクリアランスを設けて臨ませておき、製品をノックアウトする際にリペルロッドの先端部が上部に貫通し製品に孔明を開けることも出来る。
【００１７】
本発明において、押出加工時のパンチを円柱マンドレル部を有する段付パンチ３１の代わりに図１０に示すようなマンドレル部にセレーション１３１ｂを設けて加工すると図１２（ロ）に示すような中空部内側にセレーションを有する押出加工部１９２からなる製品１９０が得られ、図１１に示すようなマンドレル部２３１ｂを断面異形形状にすると図１２（ハ）に示すような中空断面異形形状を有する押出加工部２９２からなる製品２９０が得られる。
従って、マンドレル部の断面形状を各種変更することにより、任意の断面中空部からなる閉塞部を有する中空材が得られることになる。
【００１８】
また、押出加工時の段付パンチの形状として、図１３に示すような加圧面３３１ａから突出して設けられたマンドレル部が径の大きい径大マンドレル部３３１ｂと比較して径の小さい径小マンドレル部３３１ｃからなる軸方向に段差部を設けて金属加工すると図１４にその模式図を示すように図１４（イ）に示す、径小マンドレル部３３１ｃが押出ダイス５のメス型ダイス開口部に位置する状態で押出された後に図１４（ロ）に示すように、径大マンドレル部３３１ｂがメス型ダイス開口部に位置するようになるとマンドレル部とダイス間の隙間が狭くなるが、ダイスの開口部で外径（外形）が拘束されるので外形が滑らかで内径寸法が異なる押出成形部が得られる。
この時の寸法関係を図１４（ハ）に示す。
【００１９】
上記と同様の原理にて押出加工時に図１５に示すような加圧面４３１ａより突出して設けられたマンドレル部の形状が、径中マンドレル部４３１ｂ、径小マンドレル部４３１ｃ、径大マンドレル部４３１ｄからなる段付パンチ４３１を用いると、その押出加工時の模式図を図１６に示すように、ダイス５とマンドレル部の隙間は図１６（イ）、（ロ）、（ハ）のように変化するが、押出成形部の内径が径大マンドレル部４３１ｄで拘束されるので、この場合には、内形が滑らかで外形に段差の有する押出成形部が得られ、その寸法関係を図１６（ニ）に示す。
【００２０】
【発明の効果】
本発明においては、閉塞鍛造手段の間に押出加工手段を加工方向に併設させたので、金属加工素材の先端部を鍛造成形後に押出加工できるというそれぞれの加工方法の特徴を結合させた金属加工方法が得られるとともに、押出ダイスの前方に閉塞鍛造用金型を固定あるいはフリーの状態にて連結させたので非常に簡単な構造の金属加工装置になる。
また、押出加工時のパンチ形状を段付パンチとし、マンドレル部の断面形状や軸方向に段差部を設けることにより、任意断面形状の中空部を有する製品や押出成形部の押出方向の径や肉厚も任意に変化させることができる。
【００２１】
従来、異形状の閉塞端末部と、中空部を有する金属素材を溶接等にて接合して製造せざるを得なかったのに対して、本発明により得られる製品は、接合することなく一体的に閉塞部を有する中空材製品が簡単に、しかも、安価に製造できるとともに高強度で耐久信頼性の高い製品になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属加工装置を示す。
【図２】鍛造成形工程を示す。
【図３】押出加工工程を示す。
【図４】製品の取り出し工程を示す。
【図５】コンテナ部、ダイス及び鍛造型の位置関係を示す。
【図６】押出ダイスの断面斜視図を示す。
【図７】閉塞鍛造用型の断面斜視図を示す。
【図８】平面パンチを示す。
【図９】段付パンチを示す。
【図１０】セレーションを有する段付パンチを示す。
【図１１】マンドレル部が異形形状の段付パンチを示す。
【図１２】本発明にて得られる製品形状の例を示す。
【図１３】マンドレル部に軸方向段差がある段付パンチを示す。
【図１４】図１３に示すパンチによる押出模式図を示す。
【図１５】マンドレル部に軸方向段差がある段付パンチの他の例を示す。
【図１６】図１５に示すパンチによる押出模式図を示す。
【図１７】鍛造成形部に孔明を形成する場合の型構造の例を示す。
【符号の説明】
１    上部ダイ
２    パンチスライド装置（パンチ取付装置）
２１  パンチホルダー
３０  平面パンチ
３０ａ、３１ａ、１３１ａ、２３１ａ、３３１ａ、４３１ａ  加圧面
３１、１３１、２３１、３３１、４３１  段付パンチ
３１ｂ、１３１ｂ、２３１ｂ、マンドレル部
３３１ｂ  径大マンドレル部
３３１ｃ  径小マンドレル部
４３１ｂ  径中マンドレル部
４３１ｃ  径小マンドレル部
４３２ｄ  径大マンドレル部
３２  インナーパンチ付平面パンチ
３２ａ  アウターパンチ
３２ｂ  インナーパンチ
４    コンテナ部
５    押出ダイス
５１    メス型ダイス開口部
６    閉塞鍛造用金型
６ａ  キャビティ
６１  金型ホルダー
６２  リペルロッド
６２ａ段付リペルロッド先端部
７    ウエッジ装置
７１ａ、７１ｂ  ウエッジ
８    エレベーター装置
８１  ガイド
８２  エジェクター
８３  ノックアウトガイド
８４  サブウエッジ
９    金属加工素材
９０、１９０、２９０  製品形状
９１  鍛造成形部
９２  押出成形部
１００  ダイセット
【図１】
0004694738.tif 000002
【図２】
0004694738.tif 000003
【図３】
0004694738.tif 000004
【図４】
0004694738.tif 000005
【図５】
0004694738.tif 000006
【図６】
0004694738.tif 000007
【図７】
0004694738.tif 000008
【図８】
0004694738.tif 000009
【図９】
0004694738.tif 000010
【図１０】
0004694738.tif 000011
【図１１】
0004694738.tif 000012
【図１２】
0004694738.tif 000013
【図１３】
0004694738.tif 000014
【図１４】
0004694738.tif 000015
【図１５】
0004694738.tif 000016
【図１６】
0004694738.tif 000017
【図１７】
0004694738.tif 000018