(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二硫化モリブデンと黒鉛とを主成分とする潤滑剤を鋼材からなるワークに塗布する工程と、
前記ワークを、鍛造直前における温度が４００〜５００℃となるように加熱するとともに、鍛造金型を２００〜４００℃に加熱して、前記ワークと前記鍛造金型との温度差を０〜３００℃とする工程と、
前記鍛造金型に離型剤を塗布することなく前記ワークを装着して該ワークに鍛造成形を施し、成形品を得る工程と、
を有することを特徴とする鍛造方法。
【請求項２】
請求項１記載の鍛造方法において、
前記潤滑剤を前記ワークに塗布する工程の前に、
燐酸塩皮膜を前記ワークの表面に形成する工程を有することを特徴とする鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鍛造金型の長寿命化を図るとともに、材料の未充足が生じる懸念がなく、残滓の除去作業を不要とした鍛造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、図１に示す等速ジョイント内輪１０のような複雑な形状を有する鋼のワークは、１１００℃程度に加熱し、熱間バリ出し鍛造成形によって成形されている。このとき、ワークを金型から離脱させるため、および、ワークの熱による金型の軟化を防止するために、離型剤を金型に塗布している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の熱間バリ出し鍛造成形では、成形されたワークからバリを切削するため、材料の歩留まりが低下し、また、高い精度が要求される部位においては、多くの機械加工工程が必要である。また、金型の表面は鍛造成形時の加熱と離型後の冷却との急激な温度変化のサイクルの繰り返しによる熱応力からヒートクラックが発生するため、金型の寿命が短くなるという問題がある。
【０００４】
さらに、離型剤が鍛造金型装置の外部に飛散すると作業環境が汚染されるという欠点が指摘されており、鍛造金型装置をカバー等で覆ったとしても、金型交換時や設備保全時には堆積した離型剤残滓物の清掃等の作業が必要である。
【０００５】
一方、ワークの温度の比較的低い、いわゆる温間領域の成形で閉塞鍛造等の精密鍛造を行った場合には、鍛造成形後のバリ切削工程が不要となり、材料の歩留まりが向上するが、鍛造直前のワークの温度が６００℃を超えると、前述した理由から金型に離型剤を塗布する必要が生じる。
【０００６】
ここで、水溶性の離型剤を使用した場合、塗布可能な金型の上限温度が２００℃程度であるため、金型の温度が下がり、離型剤の充足性が低下しやすい。また、油性の潤滑剤は、管理が面倒であり、自動化設備に適用させることが困難である。いずれの潤滑剤であっても、金型分割面に離型剤の残滓物が堆積するという問題があり、鍛造品の厚さ精度の低下、残滓物の除去作業中に金型温度が低下することに起因する材料の未充足が生じ、生産効率が低下するという不具合がある。
【０００７】
さらに、ワークの温度が５００〜６００℃の場合、ワークに潤滑剤を塗布すれば金型に離型剤を塗布する必要がなくなるが、この場合には金型が高温となるため、金型の軟化が生じ、金型の長寿命化は期待できない。
【０００８】
さらにまた、ワークの温度が４００〜５００℃の場合、ワークのみに潤滑剤を塗布すればよいが、金型の温度が２００℃を下回ると、材料の未充足が生じる。
【０００９】
ワークの温度が４００℃以下の冷間鍛造成形では、比較的単純な形状の成形では成形精度が良好であり、また、金型に離型剤を塗布する必要がないが、ワークの変形能が低下して変形抵抗が高くなり、複雑な形状の成形においては材料の未充足が発生し、また、金型に過大な荷重がかかってしまい、該金型を破損させる懸念がある。
【００１０】
本発明は前記の種々の不都合を克服するためになされたものであり、鍛造金型の長寿命化を図るとともに、材料の未充足が生じる懸念がなく、残滓物の除去作業を不要とした鍛造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、二硫化モリブデンと黒鉛とを主成分とする潤滑剤を鋼材からなるワークに塗布する工程と、
前記ワークを、鍛造直前における温度が４００〜５００℃となるように加熱するとともに、鍛造金型を２００〜４００℃に加熱して、前記ワークと前記鍛造金型との温度差を０〜３００℃とする工程と、
前記鍛造金型に離型剤を塗布することなく前記ワークを装着して該ワークに鍛造成形を施し、成形品を得る工程と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、ワークと金型との温度差が少ないため、鍛造成形中にワークの温度の低下による未充足が発生せず、成形品の精度が向上する。また、金型に離型剤を塗布しないため、作業環境が汚染されることもなく、残滓物の除去作業も不要となる。さらに、金型の温度変化が小さくなり、金型にヒートクラックが発生する懸念がないため、金型の寿命が長くなる。
【００１３】
この場合、前記潤滑剤を前記ワークに塗布する工程の前に、
燐酸塩皮膜を前記ワークの表面に形成する工程を有すると、燐酸塩皮膜を形成する針状または網目状の組織の内部に大量の潤滑剤が強固に捕捉されるため、鍛造成形の際に潤滑剤が剥離する懸念がなくなり、好適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る鍛造方法について、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１５】
図１において、参照符号１０は、本実施の形態に係る鍛造方法で製造されるワークである等速ジョイント内輪を示す。この等速ジョイント内輪１０は鋼の如き材料で略円筒状に形成され、その側面に凹部１２を有する。前記等速ジョイント内輪１０の外周には３つのスパイダ軸１４ａ〜１４ｃがそれぞれ互いに１２０°ずつ偏位して形成される。
【００１６】
次に、前記等速ジョイント内輪１０を鍛造成形するための鍛造成形装置２０について、図２を参照して説明する。
【００１７】
この鍛造成形装置２０は、クランクプレス、リンクプレス等によって互いに接近離間可能なダイセット２２、２４を備える。該ダイセット２２、２４には凹部２６、２８が画成され、該凹部２６、２８には温度調節器を構成するハードプレート３０、３２が嵌入される。それぞれのハードプレート３０、３２には通路３４が画成され、該通路３４には保温装置３６から所定の温度に調節された油が導入される。
【００１８】
前記ハードプレート３０、３２にはそれぞれ下型３８、上型４０を構成する下バックアップリング４２、上バックアップリング４４が固着される。該下バックアップリング４２、上バックアップリング４４にはテーパ状の孔部４６、４８が画成され、該孔部４６、４８には下型３８、上型４０を構成する下インサート５０、上インサート５２が圧入により嵌入される。このため、下インサート５０、上インサート５２は前記下バックアップリング４２、上バックアップリング４４によって補強される。
【００１９】
なお、前記下インサート５０、前記上インサート５２を前記下バックアップリング４２、前記上バックアップリング４４に対して焼きばめにより嵌入してもよい。
【００２０】
前記下インサート５０、上インサート５２には、図３に示すように、前記等速ジョイント内輪１０に対応する形状のキャビティ５４、５６が形成される。下インサート５０のキャビティ５４を形成する底面には孔部５８が画成され、該孔部５８には前記ハードプレート３０、前記ダイセット２２を挿通して下ポンチ６０が摺動自在に挿通する。一方、前記上インサート５２のキャビティ５６を形成する上面には孔部６２が画成され、該孔部６２には前記ハードプレート３２、前記ダイセット２４を挿通して上ポンチ６４が摺動自在に挿通する。
【００２１】
前記鍛造成形装置２０は、以上のように構成されるものであり、次に、その動作について、本発明の実施の形態に係る鍛造方法との関係で説明する。
【００２２】
先ず、棒状の素材を切断する等の方法により形成された円柱状のワーク６６に対し、燐酸塩を化成処理により付着させて前記ワーク６６の表面に燐酸塩皮膜を形成する。すなわち、ワーク６６から油脂成分等を取り除くために該ワーク６６に脱脂処理を行い、次に、湯洗、酸洗、水洗を経て燐酸塩を化成処理により付着させる。その後、再び水洗をし、さらに、ワーク６６に中和処理を施す。
【００２３】
次に、二硫化モリブデンと黒鉛とを主成分とする潤滑剤の温液中にワーク６６を浸漬させて該ワーク６６に潤滑剤を塗布した後、該ワーク６６を乾燥させる。これにより、ワーク６６の表面には潤滑剤の皮膜が形成される。
【００２４】
この場合、ワーク６６を１５０〜２００℃に加熱し、潤滑剤をこのワーク６６に噴霧した後、該ワーク６６を乾燥させて潤滑剤の皮膜を形成してもよい。
【００２５】
ここで、潤滑剤を構成する二硫化モリブデンは潤滑性がよいが、適用温度範囲は常温〜３７０℃である。一方、黒鉛の潤滑性は二硫化モリブデンより劣るが、適用温度範囲が３００〜１８００℃と高い。鍛造成形の際、潤滑剤の温度はワーク６６の温度と下型３８、上型４０の温度との中間になることが知られている。例えば、ワーク６６の温度が４００℃、下型３８、上型４０の温度が３００℃の場合、潤滑剤の温度が略３５０℃となる。この場合には、二硫化モリブデンの適用温度範囲内であるため、二硫化モリブデンによって潤滑作用が営まれる。また、例えば、ワーク６６の温度が５００℃、下型３８、上型４０の温度が３００℃の場合、潤滑剤の温度が略４００℃となり、二硫化モリブデンの適用温度範囲を超えて二硫化モリブデンによる潤滑効果が少なくなるが、燐酸塩皮膜が大量の潤滑剤を捕捉しているため、充分な潤滑作用が営まれる。さらに、黒鉛によって潤滑剤の耐熱性が向上する。
【００２６】
そこで、鍛造直前における温度が４００〜５００℃となるように図示しない加熱装置でワーク６６を加熱する。また、鍛造成形装置２０の下型３８、上型４０を２００〜４００℃に加熱し、下型３８、上型４０をこの温度で維持する。この場合、ハードプレート３０、３２の通路３４に保温装置３６から所定温度に加熱された油を導入することによってハードプレート３０、３２が加熱し、下型３８、上型４０にこの熱が伝達されて該下型３８、上型４０が２００〜４００℃に加熱される。
【００２７】
そして、ワーク６６を下型３８の下ポンチ６０上に載置し、該ワーク６６に鍛造を施して等速ジョイント内輪１０を成形する。この場合、先ず、図２に示すように、ワーク６６を下型３８の下ポンチ６０の上部に載置する。次に、図４Ａに示すように、上型４０を下降させて型締めし、図４Ｂに示すように、下ポンチ６０、上ポンチ６４を互いに接近する方向に変位させると、ワーク６６が変形してキャビティ５４、５６の形状に成形され、等速ジョイント内輪１０が成形される。このとき、ワーク６６には前述したように大量の潤滑剤が塗布されているため、良好に潤滑作用が営まれ、ワーク６６の成形が良好に行われる。
【００２８】
そして、上型４０、上ポンチ６４を上昇させて型開きし（図４Ｃ参照）、下ポンチ６０を上昇させると等速ジョイント内輪１０が取り出される（図４Ｄ参照）。
【００２９】
以上のようにして鍛造成形が行われると、ワーク６６の温度が十分高いために鍛造する際に変形抵抗が小さく、また、ワーク６６と下型３８、上型４０との温度差が小さいため、ワーク６６の温度の低下も少なくなり、下型３８、上型４０に対するワーク６６の未充足が発生する懸念がない。従って、成形品である等速ジョイント内輪１０の精度が向上する。
【００３０】
また、離型剤を使用しないため、離型剤が鍛造成形装置２０の外部に飛散することがなく、作業環境が汚染されることもない。
【００３１】
本実施の形態では、ワーク６６に燐酸塩皮膜を形成してから潤滑剤を塗布しているが、ワーク６６に直接潤滑剤を塗布してもよい。
【００３２】
次に、下型３８、上型４０の温度とワーク６６の温度とを変化させたときの充足性を試験した結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
0004010381.tif 000002
【００３４】
この場合、金型（下型３８、上型４０）の温度が１５０℃以下では、ワーク６６の未充足が発生している。また、ワーク６６の温度が３５０℃以下では、ワーク６６の変形抵抗が大きくなり、下型３８、上型４０に過大な荷重がかかり、該下型３８、上型４０が破損する懸念がある。さらに、下型３８、上型４０の温度が４００℃を超えると、該下型３８、上型４０が軟化する懸念がある。さらにまた、ワーク６６の温度が５００℃を超える場合、下型３８、上型４０にワークの温度が伝達されて該下型３８、上型４０が軟化する懸念がある。
【００３５】
この表１から、金型の温度が２００〜４００℃、ワーク６６の温度が４００〜５００℃において良好な結果が得られることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明に係る鍛造方法によれば、以下のような効果ならびに利点が得られる。
【００３７】
金型に離型剤を塗布する必要がなく、金型とワークとの温度差が小さいため、金型に熱応力が発生する懸念がなく、ヒートクラックを防止することができる。また、金型の温度が４００℃以下であるため、金型が軟化する懸念もない。このため、金型の寿命が長くなる。
【００３８】
さらに、離型剤が不要となることにより、該離型剤の残滓物が飛散して作業環境が汚染される懸念がなく、また、ワークにスケールが発生することもないため、金型から残滓物を除去する工程も不要となり、作業効率が向上する。
【００３９】
さらにまた、金型とワークとの温度差が小さく、ワークの変形抵抗が小さいため、材料の未充足が防止されるとともに、前述のように残滓物やスケールがないため、成形精度が向上する。また、ワークの変形抵抗が小さいことから、金型に過大な荷重がかかる懸念もなく、該金型を破損させることがない。
【００４０】
またさらに、燐酸塩皮膜によって大量の潤滑剤を捕捉しているため、ワークの成形が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る鍛造方法によって形成される等速ジョイント内輪を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る鍛造方法に使用される鍛造成形装置を示す概略縦断面図である。
【図３】図２の鍛造成形装置の下型、上型を示す概略斜視図である。
【図４】図２の鍛造成形装置の使用方法を示す一部拡大縦断面図であり、
図４Ａは、型締めが行われた状態を示す図であり、
図４Ｂは、鍛造成形が施された状態を示す図であり、
図４Ｃは、型開きが行われた状態を示す図であり、
図４Ｄは、ワークが取り出された状態を示す図である。
【符号の説明】
１０…等速ジョイント内輪        ２０…鍛造成形装置
３０、３２…ハードプレート      ３８…下型
４０…上型                      ５４、５６…キャビティ
６０…下ポンチ                  ６４…上ポンチ
６６…ワーク
【図１】
0004010381.tif 000003
【図２】
0004010381.tif 000004
【図３】
0004010381.tif 000005
【図４】
0004010381.tif 000006