(57)【要約】【課題】  生産コストの増大を招くことなく、かつ、型内の圧力差による型倒れが生じることがない鍛造型を提供することを目的とする。【解決手段】  熱間鍛造用の鍛造型１０であって、材料が分岐して流入する少なくとも２つのキャビティ１６、１８と、前記２つのキャビティ１６、１８を区切り、熱膨張係数の異なる物質２５が組み込まれて形成される壁部２０とを有する。【選択図】図２
2005288523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間鍛造用の鍛造型であって、
材料が分岐して流入する少なくとも２つのキャビティと、
前記２つのキャビティを区切り、熱膨張係数の異なる物質が組み込まれて形成される壁部と、
を有する鍛造型。
【請求項２】
前記壁部に組み込まれる物質は、前記壁部の他の部分よりも高い熱膨張係数を有する請求項１に記載の鍛造型。
【請求項３】
前記壁部に組み込まれる物質は、前記壁部の両側にある前記キャビティのうち、材料が流入しにくいキャビティ側に組み込まれている請求項１または請求項２に記載の鍛造型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、型鍛造に用いられる鍛造型に関し、特に、熱間鍛造に適した鋳造型に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランクシャフトのような高強度材料を用いた複雑形状部品は、熱間鍛造により形成される。クランクシャフトを形成する際には、棒状材料を用いて、上下型により挟み込む。鍛造型のランド部によりバリを挟み込んで、バリの流出を拘束し、軸線から遠く離れた位置まで材料を流動させ、型を満たしている。
【０００３】
製品の形状によっては、型内で材料が充満しやすい部分と、充満しにくい部分ができる。材料が充満しやすい部分では、型内の圧力が上昇しやすく、充満しにくい部分では、型内の圧力が上昇しにくい。型内で、圧力の差が生じてしまう。
【０００４】
具体的に、隣り合うカウンターウェイトの形状が異なるクランクシャフト、たとえば、Ｖ型エンジンのクランクシャフトを鍛造成形する場合について考える。型の内部において、一方のカウンターウェイトが形成される側では早期に材料が充満するのに対し、他方のカウンターウェイトが形成される側では遅れて材料が充満する。
【０００５】
一方に材料が充満しても、他方が充満する途中なので、型内で圧力の差が生じてしまう。この圧力の差により、充満した側から充満していない側に向かって、間に挟まれた型が倒れてしまう。型が変形してしまうと、本来設計されている抜け勾配と逆の角度になってしまい、型を外す際に、材料が型へ食い付いてしまうという問題がある。
【０００６】
このような問題を解消するために、工程を分けることによって、型の負担を低減し、型寿命を延ばすクランクシャフトの製造方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２１５１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記発明のように、工程を分けるのでは、製造時間が増加してしまい、また型の多工程設計が必要になってしまい生産コストが増大してしまうという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、生産コストの増大を招くことなく、かつ、型内の圧力差による型倒れが生じることがない鍛造型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】
【０００９】
本発明の鍛造型は、熱間鍛造用の鍛造型であって、材料が分岐して流入する少なくとも２つのキャビティと、前記２つのキャビティを区切り、熱膨張係数の異なる物質が組み込まれて形成される壁部と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
膨張係数が異なる物質が組み込まれているので、該物質と、壁部の他の部分とが加熱により異なる大きさに膨張する。これにより、一方のキャビティに向かう力が発生する。この力により、キャビティ間の圧力差による壁部の型倒れを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本願発明について説明する。
【００１２】
本発明は、熱間鍛造用の鍛造型であって、材料が分岐して流入する少なくとも２つのキャビティと、前記２つのキャビティを区切る壁部と、を有し、前記壁部は、熱膨張係数の異なる物質を組み合わせて形成されている。
【００１３】
図１は本発明の鍛造型を示す図、図２は図１に示す鋳造型の２−２断面図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明は、たとえば、クランクシャフトの鍛造用の型に適用される。鍛造型は、下型１０および上型からなる。下型１０および上型間に鍛造用の円筒状の材料を配置し、上下型によりプレスして、クランクシャフトが形成される。下型と上型とは、形状は若干異なるものの、略同じ構成であるので、以下では、下型１０についてのみ説明する。
【００１５】
下型１０には、図１に示すように、所望のクランクシャフトの形状に合致するように窪んだキャビティ１２が形成されている。下型１０のキャビティ１２は、上型のキャビティと共に、一本のクランクシャフトの外形を形成する。
【００１６】
キャビティ１２の周りには、ランド部１４が設けられている。ランド部１４は、図２に示すように、表面がストレートに形成されている。ランド部１４は、鍛造の際に、上型のランド部と小許の隙間を介して近接される。
【００１７】
小許の隙間を空けて近接されることによって、キャビティ１２内の材料がランド部１４に逃げつつ、拘束される。これにより、キャビティ１２から材料がある程度逃げられるようにし、完全に密閉して型内の圧力が異常に上昇するのを防止している。
【００１８】
キャビティ１２は、図１に示すように、各箇所で形状が異なる。たとえば、成形されるクランクシャフトはクランクピンを挟んで隣り合うカウンターウェイトの形状が異なるので、これに対応するキャビティ１２の形状も異なる。
【００１９】
以下では、図１の左側において、カウンターウェイトが形成されるキャビティ１２の一部をキャビティ１６、１８と称し、該キャビティ１６、１８を２つに分岐する壁部２０に注目して、本発明が適用される場合を例示する。ただし、本発明は、該箇所以外にも適用できることは当然である。また、容量はキャビティ１６の方がキャビティ１８よりも大きく、鍛造時の材料の流入は、キャビティ１６の方が容易であるとする。
【００２０】
図２に示す断面図のように、壁部２０の両側には、キャビティ１６、１８として凹部が設けられている。壁部２０は、下型１０の型本体１５から突出して形成されている。型本体１５には、キャビティ１８側から型本体１５とは異なる物質２５が圧入されてなる。
【００２１】
圧入される物質２５は、型本体１５よりも膨張係数が高い。たとえば、型本体１５を１％のクロム（Ｃｒ）を含むクロム鋼により形成し、物質２５を２％のタングステン（Ｗ）を含むタングステン鋼により形成する。１％クロム鋼は、線膨張係数が１１．３×１０−６（ｌ／℃）であり、２％タングステン鋼は、線膨張係数が２０×１０−６（ｌ／℃）である。
【００２２】
このように、より高い膨張係数の物質２５を、型本体１５に組み込むことによって、熱間鍛造時に壁部２０に熱が加わると、次のように作用する。
【００２３】
図２に縦方向の矢印で示すように、壁部２０の物質２５、すなわち、壁部２０のキャビティ１８側では、壁部２０の型本体１５、すなわち、壁部２０のキャビティ１６側よりも大きく熱膨張する。これは、物質２５の方が熱膨張係数が大きいからである。これにより、図２に横方向の矢印で示すように、壁部２０は変形し、キャビティ１６側に移動する。特に、頂点において最も大きく移動する。
【００２４】
このように、壁部２０が移動するだけでは、熱間鍛造の際に抜け勾配がなくなり、材料が型に食い付いてしまうことになる。しかし、実際には、材料の流入によりキャビティ１６、１８間に圧力差が生じ、この圧力差に対抗する力として、壁部２０が移動しようとする力が消費される。材料の流入により生じる力について、詳細に説明する。
【００２５】
図３は、熱間鍛造の際に材料がキャビティに流入している様子を示す断面図である。なお、図３では、比較のために、本発明のように、壁部２０に異なる物質２５を組み込んでいない従来の場合について説明する。
【００２６】
図３に示すように、キャビティ１６は、キャビティ１８よりも大きい。キャビティ１６の方がキャビティ１８よりも材料が流入しやすい。この結果、キャビティ１６に材料が充満する前に、キャビティ１８の方が先に充満する。したがって、キャビティ１６内よりもキャビティ１８内の方で材料の流入による圧力が高まる。したがって、圧力が高いキャビティ１８と圧力が低いキャビティ１８に挟まれた壁部２０は、図３に矢印で示す方向に次第に倒れる。
【００２７】
次に、壁部２０に物質２５を組み込んで、実際にクランクシャフトを鍛造する際の様子を示し、力の作用を確認する。図４は、本発明の鍛造型に材料が流入している様子を示す断面図である。
【００２８】
図２を参照して説明したように、本発明では熱膨張率が異なる物質２５を壁部２０に組み込んでいるので、図４中左向きの力がかかる。すなわち、材料が流入しにくいキャビティ１８から材料が流入しやすいキャビティ１６に向かう力がかかる。
【００２９】
一方、図３を参照して説明したように、材料の流入によるキャビティ１６、１８の内圧差によって、図４中右向きの力がかかる。
【００３０】
これらの図４中、右向きおよび左向きに示す力は、逆向きなので、互いに打ち消し合う。この結果、壁部２０にはほとんど力が作用せず、壁部２０がいずれかの方向に移動しようとはしない。すなわち、型変形を防止できる。
【００３１】
以上のように、本発明では、圧力差が生じるキャビティ１６、１８間の壁部２０に、異なる熱膨張係数を有する物質２５を組み込んだので、キャビティ１６、１８間の圧力差により型変形しようとする力に対抗する力を発生させることができる。結果として、型変形の発生を防止でき、型を外す際に、製品が型に食い付かない。加えて、一回の鍛造により、ワークを成形できるので、生産時間が多くならず、生産コストを低減できる。
【００３２】
（実施例）
次に、壁部２０に物質２５を組み込むことによる作用を、ＦＥＭ解析ソフトを使用して検証した結果について説明する。なお、物質２５を組み込まなかった場合に、壁部２０の両側にあるキャビティ１６、１８の圧力差により、壁部２０の頂点が０．４４ｍｍ移動したことは、予め実験により求めている。
【００３３】
図５はシミュレーション用のモデルを示す図、図６はモデルが変形する様子を示す図、図７はモデルの変位量を示す図である。
【００３４】
最初に、シミュレーションの対象となるモデルを作成した。作成したモデルは、図５に示すように、断面が直角の型本体１５に、断面が直角の物質２５を組み込んだ壁部２０である。ここで、物質２５は、少なくとも上面が型本体１５により覆われ、これと接触している。
【００３５】
型本体１５の大きさは、土台部１５１が１０ｃｍ×４０ｃｍで、突出部１５２が１００ｃｍ×２０ｃｍとした。物質２５の大きさは、９５ｃｍ×１５ｃｍとし、突出部１５２に圧入により組み付けた。奥行きは１００ｃｍとした
型本体１５の材質は１％クロム鋼とし、物質２５の材質は２％タングステン鋼とした。１％クロム鋼の線膨張係数は、１１．３×１０−６（ｌ／℃）とし、２％タングステン鋼の線膨張係数は、２０×１０−６（ｌ／℃）として、解析装置に入力した。
【００３６】
上記モデルを５０℃から５００℃まで加熱すると、上記モデルの頂点Ａがどれだけ変位するかをシミュレーション解析した。すると、図６に示すように、型本体１５よりも物質２５の方が多く高さ方向に膨張した。この結果、物質２５の上部が、型本体１５を押すので、頂点Ａは、図中左向きに変位された。
【００３７】
変位量は、図７に示す通りである。図７に示すように、徐々に壁部２０に加える温度を上げていくと、５００℃に達したときには、頂点Ａは、０．４５２ｍｍ変位するという結果が得られた。これは、物質２５を組み込んで、熱間鍛造を行えば、頂点Ａが０．４５２ｍｍ変位するだけの力が壁部２０にかかることを示す。
【００３８】
物質２５が組み込まれていないときの両側のキャビティの圧力差による壁部２０頂点の変位は、０．４４ｍｍであった。変位量が略同じなので、上記解析結果と略同じだけの力が壁部２０にかかっていたことがわかる。ただし、両側の圧力差によりかかる力と、熱膨張係数が異なる物質２５を組み込むことによりかかる力とは、方向が逆なので、互いに打ち消すように作用することもわかる。
【００３９】
以上のように、シミュレーション解析によっても、本発明のように、鍛造用型の一部、特に、両側で材料の流入による圧力差が生じる壁部２０の一部に、異なる熱膨張係数を有する物質２５を組み込むことによって、鍛造用型の変形が防止できることがわかる。なお、熱膨張係数が高い物質２５は、圧力が小さくなるキャビティ側に組み込まれる必要がある。逆側に組み込むと、鍛造用型の変位を促進してしまうことになるからである。
【００４０】
また、上記実施例では、具体的な数値により、本発明を検証したが、該数値に限定されないことは言うまでもない。鍛造により形成する対象の大きさや形状、および鍛造型の大きさや形状によって、適宜数値は変更される。
【００４１】
型変形を小さくするために、壁部２０に組み込む最適な物質２５については、実際に組み込んで実験しなくても、上記シミュレーション解析等を用いて決定できる。該シミュレーション解析により、キャビティ１６、１８間の圧力差による壁部２０の変位量と、壁部２０の物質２５の熱膨張による反対向きの壁部２０の変位量とを解析し、最適な物質を算出できる。この算出のためには、予め、金型に使用できる材料の線膨張係数等が入力されている必要がある。
【００４２】
また、クランクシャフトを形成するための鍛造型に本発明を適用する例について説明してきたが、これに限定されない。上述のように、両側の圧力差等により、間の壁部が変形されるような熱間鍛造用の型であれば、いかなる型にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の鍛造型を示す図である。
【図２】図１に示す鋳造型の２−２断面図である。
【図３】熱間鍛造の際に材料がキャビティに流入している様子を示す断面図である。
【図４】本発明の鍛造型に材料が流入している様子を示す断面図である。
【図５】シミュレーション用のモデルを示す図である。
【図６】モデルが変形する様子を示す図である。
【図７】モデルの変位量を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…鍛造型、
１２…キャビティ、
１４…ランド部、
１５…型本体、
１６、１８…キャビティ、
２０…壁部、
２５…物質。
【図１】
2005288523.tif 000003
【図２】
2005288523.tif 000004
【図３】
2005288523.tif 000005
【図４】
2005288523.tif 000006
【図５】
2005288523.tif 000007
【図６】
2005288523.tif 000008
【図７】
2005288523.tif 000009