(57)【要約】【課題】  熱間鍛造用のパンチと被加工材の接触面の平坦面同士を接触して変形する鍛造装置において、パンチに鋭利な溝状の疵の発生を防止したパンチを提供する。【解決手段】  熱間または温間鍛造用のパンチ３及びダイス１を有する金型において、熱間鍛造時にパンチ３と被加工材４の界面に閉じ込められる潤滑剤を逃すためのガス抜き孔６をパンチ３の先端部位に設けた鍛造用金型であり、このガス抜き孔６を設けたパンチ３の先端部位は、パンチ３と変形前の被加工材４が互いに接触する平坦面５を有し、パンチ３と被加工材４の接触面のうち、鍛造時に被加工材４が最初に接触して被加工材４の変形を開始するパンチ３の部位である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間または温間鍛造用のパンチ及びダイスを有する金型において、熱間鍛造時にパンチと被加工材の界面に閉じ込められる潤滑剤を逃すためのガス抜き孔をパンチの先端部位に設けたことを特徴とする熱間または温間鍛造用の金型。
【請求項２】
ガス抜き孔を設けたパンチの先端部位は、パンチと変形前の被加工材が互いに接触する平坦面を有し、パンチと被加工材の接触面のうち、鍛造時に被加工材が最初に接触して被加工材の変形を開始する部位であることを特徴とする請求項１に記載の熱間または温間鍛造用の金型。
【請求項３】
パンチの先端部位に設けたガス抜き孔は、パンチと被加工材の最初の接触面であるパンチの先端の中央部に１個を設けることを特徴とする請求項２に記載の熱間または温間鍛造用の金型。
【請求項４】
パンチの先端部位に設けたガス抜き孔は、パンチと被加工材の最初の接触面であるパンチの先端の環状部に２〜４個を等間隔に設けることを特徴とする請求項２に記載の熱間または温間鍛造用の金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱間または温間状態の金属素材をパンチ及びダイス間で型鍛造によって成形するパンチ及びダイスを有する鍛造用金型のうち、特に平坦面を有するパンチの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間鍛造用あるいは温間鍛造用のパンチと変形前の被加工材が互いに接触する平坦面を有し、パンチと被加工材の接触面のうち、先ず該平坦面同士が接触して被加工材の変形が開始する鍛造工程に使用されるパンチにおいて、パンチの該平坦面に、被加工材の流動方向に鋭利な溝状の疵が発生することがあり、これがパンチを短寿命にする要因の一つであった。この疵は金型の損傷現象の一つであるエロージョンと類似しているが、この疵のメカニズムは明確にされておらず、これを防止するための有効な手段は報告されていなかった。
【０００３】
エロージョンは金型の隅のアール部など、金型と被加工材の間の空間に溜まった潤滑剤や冷却水などが一瞬のうちに気化し、金型にクレータのような痕跡が形成される現象として知られている。これに関しては、一般に金型の隅のアール部など被加工材の最終充填部にガス抜き孔を開口する対策が採られている。
【０００４】
従来例を図７により示す。この鍛造工程に使用される金型は、ダイス１とエジェクター２、下方向移動して被加工材４を圧下するパンチ３からなる。パンチ３と変形前の被加工材４は互いに接触する平坦面５を有しており、先ず該平坦面５同士が接触して被加工材４の変形が開始される。
【０００５】
このようなエロージョン対策として金型と被加工材４の間の空間Ａに溜まった潤滑剤を抜くためにダイス１には空間Ａと接するダイスのアール部にガス抜き孔６を中心角６０°間隔で６個、ダイス外面に向けて直線上に設けている。
【０００６】
一方、図８に示すように、平坦面５の形状を持つパンチ３の外端部には、被加工材４の流動方向に、エロージョンと類似した鋭利な溝状の疵８が発生する。金型と被加工材４の間の空間Ｂに溜まった潤滑剤はパンチ３とダイス１のクリアランス７から抜けると考えられるため、この疵は金型と被加工材４の間の空間Ｂに溜まった潤滑剤によるものではなく、原因が解明されておらず、効果的な対策がなかった。
【０００７】
従来の熱間鍛造用の金型として、このように金型の隅のアール部などにガス抜き孔を開口することにより、エロージョン対策を実施した金型が開発されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−１６５０３８号公報
【特許文献２】特開平９−１３６１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は、熱間鍛造用パンチと変形前の被加工材が互いに接触する平坦面を有し、パンチと被加工材の接触面のうち、先ず平坦面同士の接触により被加工材の変形を開始するパンチにおいて、パンチ面に鋭利な溝状の疵の発生を防止したパンチを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
熱間鍛造用パンチと変形前の被加工材が互いに接触する平坦面を有し、パンチと被加工材の接触面のうち、先ず、これらの平坦面同士が接触することで被加工材の変形が開始する鍛造工程に使用されるパンチにおいて、被加工材が最初に接触するパンチの先端の平坦面の部位にガス抜き孔を開口する。この部位に設けたガス抜き孔によってパンチの先端の平坦面における鋭利な溝状の疵の発生を防止可能とする。
【００１１】
本発明者らは、上記したパンチの先端の平坦面に発生する疵は、図７に示す金型と被加工材の間の空間に溜まった潤滑剤によるものではなく、パンチと被加工材の間の界面に閉じ込められた潤滑剤により発生するものであることを見いだした。すなわち、パンチと被加工材の間の界面に閉じ込められた潤滑剤が鍛造時の高圧で吹き出すことによってパンチの先端の平坦面に疵が発生することを見いだした。また、本発明者らは、この潤滑剤をガス抜き孔を通して抜くことによって、疵発生を防止できることを見いだした。この際、ガス抜き孔の位置は、パンチの先端の平坦面と被加工材が最初に接触するパンチの先端の部位にある方が潤滑剤を鍛造の開始直後から抜くことができるため、ガス抜き孔の損傷が少なく効果的であることを見いだした。通常、ガス抜き孔は、金型のダイスと被加工材の間の空間に溜まった潤滑剤や冷却水を抜くために、このダイスと被加工材の間の空間につながるように開口するものである。しかし、本発明はこういったダイスと被加工材の間の空間ではなく、パンチと被加工材が最初に接触するパンチの部位にガス抜き孔を開口するというものであり、このような本発明の発想はこれまでになかった。
【００１２】
そこで、上記の課題を解決するための手段は、請求項１の発明では、熱間または温間鍛造用のパンチ及びダイスを有する金型において、熱間鍛造時にパンチと被加工材の界面に閉じ込められる潤滑剤を逃すためのガス抜き孔をパンチの先端部位に設けたことを特徴とする熱間または温間鍛造用の金型である。
【００１３】
請求項２の発明では、ガス抜き孔を設けたパンチの先端部位は、パンチと変形前の被加工材が互いに接触する平坦面を有し、パンチと被加工材の接触面のうち、鍛造時に被加工材が最初に接触して被加工材の変形を開始する部位であることを特徴とする請求項１の手段の熱間または温間鍛造用の金型である。
【００１４】
請求項３の発明では、パンチの先端部位に設けたガス抜き孔は、パンチと被加工材の最初の接触面であるパンチの先端の中央部に１個を設けることを特徴とする請求項２の手段の熱間または温間鍛造用の金型である。
【００１５】
請求項４の発明では、パンチの先端部位に設けたガス抜き孔は、パンチと被加工材の最初の接触面であるパンチの先端の環状部に２〜４個を等間隔に設けることを特徴とする請求項２の手段の熱間または温間鍛造用の金型である。
【００１６】
上記のように、パンチの先端の中央部に１個を設ける場合は加工費が最も易く済み、そのガス抜きの効果も、次の環状に２〜４個を設けるものに比して、格別に劣るところがない。一方、ガス抜き孔を環状に２〜４個を設けることで、１個の場合より小さな孔で効率よく抜ける。これらのガス抜き孔の大きさは径が０．５〜２．０ｍｍとする。
【発明の効果】
【００１７】
上記の本発明の手段としたことで、熱間用または温間用鍛造装置のパンチの平坦面における疵の発生を防止することができ、パンチの寿命の向上、金型費用の削減、型替時間の短縮が図れるなど、本発明は従来にない優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
自動車用の部品であるハブを成形する熱間鍛造用の金型の一つであるパンチへ適用する実施の形態について図面を参照して以下に説明する。図１に本発明における金型の分割図及び被加工材が変形を開始する直前の金型との接触状態を示す。この鍛造工程に使用される金型は、ダイス１とエジェクター２、下方向に移動して被加工材４を圧下する被加工材と接する面がフラットであるパンチ３である。図２及び図３にガス抜き孔６を設けたパンチ３の模式図を示す。
【００１９】
図１に示すように、パンチ３と変形前の被加工材４は互いに接触する平坦面５ａ、５ｂを有しており、先ず、該平坦面５ａ、５ｂ同士が接触して被加工材４の変形が開始される。図５に示すパンチ３の平坦面５ａは半径４０ｍｍの円形となっており、変形前の被加工材４の平坦面５ｂは半径３３ｍｍの円形で、これらの中心は一致する。したがって、鍛造時、被加工材４が最初に接触するパンチ３の平坦面の部位５ｃは、パンチ３の被加工材４との接触面の中心部を中心とした半径３３ｍｍの点線で示す円形内となる。
なお、本発明のダイス１とパンチ３による鍛造における被加工材４の変形の過程を図６に示す。
【実施例１】
【００２０】
図２に示すように、パンチ３の被加工材４との接触面の中心から２５ｍｍの円周上に中心角１２０°間隔で直径０．８ｍｍのガス抜き孔６を３個開口し、パンチ３と被加工材４との非接触面へと貫通させた。パンチ３の被加工材４との接触面におけるガス抜き孔６の開口位置は、鍛造時、被加工材４が最初に接触するパンチ３の平坦面の部位５ｃに位置する。このパンチ３を使用して鍛造を行った結果、１０，０００個の鍛造品を成形しても、パンチ３の平坦面５ａにおいて、鋭利な溝状の疵は発生しなかった。また、ガス抜き孔６に軽度の損傷が見られたものの、鍛造品に影響を及ぼすほどではなかった。これはパンチ３と被加工材４の界面に閉じ込められた潤滑剤が、鍛造開始直後からガス抜き孔６を通して徐々に抜けたためである。
【実施例２】
【００２１】
パンチ３の被加工材４との接触面の中心から３０ｍｍの円周上に中心角１２０°間隔で直径１．０ｍｍガス抜き孔６を３個開口し、パンチ３と被加工材４との非接触面へと貫通させた。パンチ３の被加工材４との接触面におけるガス抜き孔６の開口位置は、鍛造時、被加工材４が最初に接触するパンチ３の部位５ｃに位置する。実施例１と同様に、このパンチ３を使用して鍛造を行った結果、１０，０００個の鍛造品を成形しても、パンチ３の平坦面５ａにおいて、鋭利な溝状の疵は発生しなかった。また、ガス抜き孔６に軽度の損傷が見られたものの、鍛造品に影響を及ぼすほどではなかった。これはパンチ３と被加工材４の界面に閉じ込められた潤滑剤が、鍛造開始直後からガス抜き孔６を通して徐々に抜けたためである。
【実施例３】
【００２２】
パンチ３の被加工材４との接触面の中心に、図３に見られるように、直径１．０ｍｍのガス抜き孔６を１個開口し、パンチ３と被加工材４との非接触面へと貫通させた。パンチ３の被加工材４との接触面におけるガス抜き孔６の開口位置は、鍛造時、被加工材４が最初に接触するパンチ３の部位５ｃの中央部に位置する。このパンチ３を使用して鍛造を行った結果、１０，０００個の鍛造品を成形しても、パンチ３の平坦面５ａおいて、鋭利な溝状の疵は発生しなかった。また、ガス抜き孔６に軽度な損傷が見られたものの、鍛造品に影響を及ぼすほどではなかった。これはパンチ３と被加工材４の界面に閉じ込められた潤滑剤が、鍛造開始後からガス抜き孔６を通じて徐々に抜けたためである。これは実施例１、実施例２に比べて孔の数が少ないので、加工費が易く済み、かつ実施例１や実施例２と劣らない効果が得られた。
【００２３】
以上の実施例に対し、比較例１は、パンチ３の被加工材４との接触面の中心から３５ｍｍの円周上に中心角１２０°間隔で直径１．０ｍｍガス抜き孔６を３個開口し、パンチ３と被加工材４との非接触面へと貫通させた。パンチ３の被加工材４との接触面におけるガス抜き孔６の開口位置は、鍛造時、被加工材４が最初に接触するパンチ３の部位５ｃではなく、鍛造途中に接触する部位に位置している。このパンチ３を使用して鍛造を行った結果、鍛造品を４，０００個成形する前に、鍛造品に影響を及ぼす恐れがある程度に、ガス抜き孔６が損傷していた。これはパンチ３と被加工材４の界面に閉じ込められた潤滑剤が、鍛造開始直後からは抜けず、鍛造途中からガス抜き孔６を通して抜けたため、ガス抜き孔６への負荷が大きかったためである。
【００２４】
比較例２は、ガス抜き孔がないものである。このパンチ３を使用して鍛造を行った結果、鍛造品を１，０００個成形する前に、パンチ３の平坦面の外端部において、鋭利な溝状の疵８が発生した。これは、パンチ３と被加工材４の界面に閉じ込められた潤滑剤が逃げ場がなく、鍛造時の高圧力によって潤滑剤が吹き出したためである。
【００２５】
以上の実施例１及び実施例２並びに比較例１及び比較例２についての評価を図４に示した。本発明の実施例１及び実施例２は共に評価は○で、特に実施例３は安価な点もあって評価は◎で、鍛造品には影響がなかった。これに対し比較例１は△でガス抜き孔が損傷して鍛造品に影響する恐れがあった。比較例２は×でパンチ３の平坦面の外端部に鋭利な溝状の疵８が発生した。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明における金型をダイスとパンチに分割して模式的に示す図である。
【図２】本発明におけるガス抜き孔を開口したパンチの模式図で、（ａ）は一部透視の斜視図、（ｂ）は一部断面で示す立面図、（ｃ）は下面から見たパンチ面にガス抜き孔３個を有する図である。
【図３】本発明におけるガス抜き孔を開口したパンチの模式図で、パンチの中心部に１個のガス抜き孔を有するものを示す図である。
【図４】実施例と比較例におけるガス抜きの有無及び位置並びに評価を示す一覧図である。
【図５】本発明の実施の形態のパンチの外観を示す模式図である。
【図６】本発明の鍛造における被加工材の変形の過程を示す模式図である。
【図７】従来の鍛造装置のダイス及びパンチによる被加工材の変形の過程を示す模式図である。
【図８】従来の鍛造装置のパンチの立面及びパンチ下面の平坦面を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ダイス
２  エジェクター
３  パンチ
４  被加工材
５  平坦面
６  ガス抜き孔
７  クリアランス
８  疵
Ａ  空間
Ｂ  空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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