(57)【要約】【課題】鍛造用のキャビティ１４を有するキャビティ型１５がベース型１６に支持されている鍛造用金型構造において、キャビティ型の型割れに対策する。【解決手段】鍛造時にキャビティ１４の相対する側面部１４ａ，１４ｂに加わる荷重を受けるように、キャビティ型１５を挟んでその両側に第１荷重受け１３及び第２荷重受け１１を設け、キャビティ型１５と第１荷重受け１３の間に予圧付与部材２３を圧入し、くさび作用によって、第１荷重受け１３と第２荷重受け１１の間でキャビティ型１５に圧縮荷重を予め付与する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛造用のキャビティを有するキャビティ型と、
上記キャビティ型が支持されるベース型と、
上記キャビティ型の両側に設けられ、鍛造時に上記キャビティの相対する側面部に加わる荷重を受けるように、上記キャビティ型を挟んで相対する第１荷重受け及び第２荷重受けと、
上記キャビティ型と上記第１荷重受けの間に圧入され、くさび作用によって、上記第１荷重受けと第２荷重受けの間で上記キャビティ型に圧縮荷重を付与する予圧付与部材とを備えていることを特徴とする鍛造用金型構造。
【請求項２】
請求項１において、
上記キャビティ型のキャビティは長尺物を鍛造するためのものであり、
上記第１荷重受けと第２荷重受けは上記キャビティの長手方向に直交する方向の両側に配置されていることを特徴とする鍛造用金型構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
上記第１荷重受けが、上記キャビティ型に隣接して設けられた別の金型によって構成されていることを特徴とする鍛造用金型構造。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
上記第２荷重受けが、上記キャビティ型に隣接して設けられた別の金型によって構成されていることを特徴とする鍛造用金型構造。
【請求項５】
請求項４において、
上記キャビティ型と上記第２荷重受けとしての上記別の金型の間において上記ベース型に固定されて上記キャビティ型を挟持する挟持部材を備え、
上記別の金型が上記挟持部材を介して上記キャビティの側面部に加わる荷重を受けることを特徴とする鍛造用金型構造。
【請求項６】
請求項１又は請求項２において、
上記ベース型に上記第１荷重受けとしての第１側壁と上記第２荷重受けとしての第２側壁とが相対するように立設されていることを特徴とする鍛造用金型構造。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
上記キャビティ型は、上記鍛造品の形状に倣った鍛造型を用いて鍛造されていることを特徴とする鍛造用金型構造。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
エンジンのクランクシャフトを鍛造することを特徴とする鍛造用金型構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鍛造用金型構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのクランクシャフト、コンロッドといった比較的大きな部品は一般に熱間鍛造によって製造されていることが多い。鍛造によって製造する場合、通常は、ロール加工後の鍛造素材の潰し鍛造、荒鍛造、仕上げ鍛造及びトリミング（バリ抜き）の各工程が順に行なわれて、目的とする鍛造品が得られている。特許文献１には、各工程のための金型をダイホルダー上のダイカセットの上に並設した鍛造用金型構造が記載されている。
【０００３】
ところで、鍛造用金型は、例えば、高温の鍛造素材が大荷重で繰り返して接触するため、その使用条件は過酷なものになっている。そのため、金型の使用回数が多くなると、金型のキャビティ面が劣化し（摩耗やヒートクラック等を生じ）、所期の鍛造品を得ることができなくなる。従来は、金型の劣化したキャビティ面の段下げ加工（表面の切削や肉盛り溶接）を行なって新たなキャビティ面を形成し、その段下げ分をスペーサによって底上げして当該金型を再使用するという手法が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０００７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記段下げ・再使用は、金型の寿命が延びるものの、段下げ加工のために金型の稼働ロスを生じ、また、段下げ加工自体にも費用がかかり、さらに、段下げ加工のたびにキャビティ面の性状も低下するため、得られる鍛造品の品質が低下していく。
【０００６】
本発明者は、上記問題を解決すべく、鍛造用金型を、鍛造品を成形するキャビティを有するキャビティ型と、このキャビティ型を支持するベース型とに分割し、キャビティ型についてはキャビティ面が劣化した時点で使用を止める使い捨てにすることを検討した。これによれば、上記段下げ加工が不要になるから、金型の稼働ロスはなくなるとともに、段下げ加工費が不要になり、鍛造品の品質低下も避けられる。また、キャビティ型を使い捨てにしても、キャビティ型自体は小型化が図れるから、使い捨てに伴う材料コストの上昇も抑えられる。
【０００７】
しかし、上記金型分割構造案の場合、図６に示すように、キャビティ型１を使い捨てにすべく、その小型化を図ると、型の肉厚が薄くなる。その結果、鍛造時にキャビティ２の相対する側面部２ａ，２ｂに加わる離反する方向の荷重（矢符で示す）により、キャビティ型１に生ずる引張応力が過大になり、型割れ３を生じ易くなる。なお、図６において、４はベース型、５は鍛造品、６は鍛造品５のバリである。
【０００８】
そこで、本発明は、キャビティ型の型割れに対策することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、キャビティ型に予圧をかけるようにした。
【００１０】
ここに開示する鍛造用金型構造は、
鍛造品を成形するキャビティを有するキャビティ型と、
上記キャビティ型が支持されるベース型と、
上記キャビティ型の両側に設けられ、鍛造時に上記キャビティの相対する側面部に加わる荷重を受けるように、上記キャビティ型を挟んで相対する第１荷重受け及び第２荷重受けと、
上記キャビティ型と上記第１荷重受けの間に圧入され、くさび作用によって、上記第１荷重受けと第２荷重受けの間で上記キャビティ型に圧縮荷重を付与する予圧付与部材とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
かかる鍛造用金型構造であれば、予圧付与部材のくさび作用によってキャビティ型に予め圧縮荷重が付与されているから、鍛造時にキャビティの相対する側面部に荷重が加わったときのキャビティ型に生ずる引張応力が小さくなる。そのため、キャビティ型の割れが防止される。
【００１２】
好ましい実施形態は、上記キャビティ型のキャビティが長尺物を鍛造するためのものであり、上記第１荷重受けと第２荷重受けが上記キャビティの長手方向に直交する方向の両側に配置されていることを特徴とする。長尺物を鍛造するキャビティ型には、その鍛造時にキャビティをその長手方向に直交する方向の両側に拡大させる力が加わって縦割れを招きやすいところ、この縦割れが上記予圧付与部材による圧縮荷重の付与によって防止される。
【００１３】
上記第１荷重受け及び第２荷重受けについては、例えば、上記ベース型に相対する側壁を設け、この両側壁を第１荷重受け及び第２荷重受けとすることができる。
【００１４】
しかし、好ましいのは、上記第１荷重受けが、上記キャビティ型に隣接して設けられた別の金型によって構成されていることである。同じく、上記第２荷重受けが、上記キャビティ型に隣接して設けられた別の金型によって構成することが好ましい。このように、第１荷重受け又は第２荷重受けとして、キャビティ型に隣接する金型を利用すると、ベース型に荷重受け用の側壁を設ける必要がなくなるため、トランスファープレス型鍛造装置全体の小型化に有利になるとともに、上記隣接金型で鍛造時の荷重を確実に受けることができ、型割れ防止に有利になる。
【００１５】
好ましいのは、上記キャビティ型と上記別の金型（第２荷重受け）の間において上記ベース型に固定されて上記キャビティ型を挟持する挟持部材を備え、上記別の金型が上記挟持部材を介して上記キャビティの側面部に加わる荷重を受けるようにすることである。これにより、鍛造時にキャビティ型に加わる荷重を上記別の金型と挟持部材の協働によって受けることができ、型割れ防止に有利になる。
【００１６】
好ましいのは、上記キャビティ型が上記鍛造品の形状に倣った鍛造型を用いて鍛造されていることである。これにより、キャビティ型にはキャビティ面に沿って鍛流線が形成されるため、キャビティ型は反復曲げ応力に強くなり、型割れ防止に有利になる。
【００１７】
好ましい実施形態では上記鍛造品がエンジンのクランクシャフトである。クランクシャフトの場合、その軸方向においてカウンタウェイト部及びクランクピン部が交互に設けられていて、複雑な形状をしていることから、鍛造時にキャビティ型に引張応力の集中を招き易いが、上記圧縮荷重の付与によって、型割れが防止される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、鍛造品を成形するキャビティを有するキャビティ型の両側に、鍛造時に上記キャビティの相対する側面部に加わる荷重を受けるように、上記キャビティ型を挟んで相対する第１荷重受け及び第２荷重受けを設け、上記キャビティ型と上記第１荷重受けの間に予圧付与部材を圧入し、くさび作用によって、上記第１荷重受けと第２荷重受けの間で上記キャビティ型に圧縮荷重を付与するようにしたから、鍛造時にキャビティの相対する側面部に荷重が加わったときのキャビティ型に生ずる引張応力が小さくなり、キャビティ型の割れ防止に有利になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態１に係る鍛造用金型構造を示す分解斜視図。
【図２】同鍛造用金型構造の斜視図。
【図３】同鍛造用金型構造の要部の断面図。
【図４】本発明の実施形態２に係る鍛造用金型構造を示す断面図。
【図５】本発明の実施形態に係るキャビティ型を鍛造する様子を示す断面図。
【図６】キャビティ型に割れを生ずる様子を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２１】
＜実施形態１＞
図１及び図２に示す鍛造用金型構造（下側ダイ装置）は、長尺物としてのエンジンのクランクシャフトを鍛造するためのものであり、等ピッチで並設された荒鍛造型１１、仕上げ鍛造型１２及びトリム型１３を備えている。なお、荒鍛造型１１に隣接する潰し鍛造型の図示は省略している。鍛造型１１，１２及びトリム型１３各々はダイホルダ（図示省略）に取り付けられる。下側ダイ装置の上方には、鍛造型１１，１２及びトリム型１３に対応する鍛造型及びトリムパンチ２０を備えた上側ダイ装置が設けられており、上側ダイ装置の下降によって、熱間鍛造及びトリミングが行なわれる。
【００２２】
仕上げ鍛造型１２については、鍛造用のキャビティ１４を有するキャビティ型１５と、このキャビティ型１５が取り付けられるベース型１６とに分かれた金型分割構造が採用されている。一方、本実施形態の荒鍛造型１１は、仕上げ鍛造型１２とは違って、鍛造用のキャビティ１７を有するキャビティ部とベース部が一体になっている。トリム型１３は、仕上げ鍛造後のクランクシャフトを受ける受台１８の上に、クランクシャフトの製品部に対応する開口の周囲にバリせん断刃を備えたトリムダイ１９が固定されてなる。図１及び図２はトリムパンチ２０が下降した状態を示す。
【００２３】
仕上げ鍛造型１２のキャビティ型１５はキャビティ長手方向の両端部に配置された締結具２２によってベース型１６に固定される。このキャビティ型１５のキャビティ長手方向と直交する方向の両側には、予圧付与部材２３と挟持部材２４が配置されている。
【００２４】
予圧付与部材２３は、キャビティ型１５とトリミング型１３の間をその両者に挟まれてキャビティ長手方向に延びている。予圧付与部材２３は、キャビティ長手方向に間隔をおいて配置された複数の締結具２５によってベース型１６に固定される。同じく、挟持部材２４は、キャビティ型１５と荒鍛造型１１の間をその両者に挟まれてキャビティ長手方向に延びている。挟持部材２４は、キャビティ長手方向に間隔をおいて配置された複数の締結具２６によってベース型１６に固定される。
【００２５】
本実施形態では、荒鍛造型１１とトリム型１３を、仕上げ鍛造型１２のキャビティ型１５を挟んで相対する第１重受けと第２荷重受けとして、キャビティ型１５にキャビティ長手方向と直交する方向の圧縮荷重が付与されている。以下、具体的に説明する。
【００２６】
図３に示すように、予圧付与部材２３は下方へいくほど幅が漸次狭くなるようにテーパーが付けられていて、キャビティ型１５とトリム型１３のトリムダイ１９の間に上から圧入されている。本実施形態では、キャビティ型１５と予圧付与部材２３の相接触する側面２７，２８が対応する傾斜面になっており、トリム型１３のトリムダイ１９と予圧付与部材２３の相接触する側面は垂直になっている。荒鍛造型１１と挟持部材２４の相接触する側面、並びにキャビティ型１５と挟持部材２４の相接触する側面は、いずれも垂直になっている。
【００２７】
予圧付与部材２３がキャビティ型１５とトリム型１３のトリムダイ１９の間に圧入され、この予圧付与部材２３のくさび作用により、キャビティ型１５に圧縮荷重が付与される。すなわち、キャビティ型１５に隣接する第１荷重受けとしてのトリム型１３と、同じくキャビティ型１５に隣接する第２荷重受けとしての荒鍛造型１１の間で、キャビティ型１５にキャビティ長手方向と直交する方向の圧縮荷重が付与される。
【００２８】
従って、仕上げ鍛造型１２での鍛造時には、キャビティ型１５におけるキャビティ１４の相対する側面部１４ａ，１４ｂに対して互いに離反する方向の荷重が加わる。一方の側面部１４ａに加わる荷重は予圧付与部材２３を介して第１荷重受けとしてのトリム型１３のトリムダイ１９で受けられ、他方の側面部１４ｂに加わる荷重は挟持部材２４を介して第２荷重受けとしての荒鍛造型１１によって受けられる。そうして、キャビティ型１５には上記予圧付与部材２３によって圧縮荷重が予め付与されているから、上記側面部１４ａ，１４ｂに加わる離反する方向の荷重が上記圧縮荷重によって一部相殺された形となる。その結果、キャビティ型１５に生ずる引張応力が小さくなるため、キャビティ型１５に縦割れを生ずることが防止される。
【００２９】
＜実施形態２＞
図４に示すように、仕上げ鍛造型１２のベース型１６には、キャビティ長手方向に直交する方向に相対する側壁３１，３２が立設されている。この両側壁３１，３２がキャビティ型１５を挟んで相対する第１荷重受け及び第２荷重受けを構成している。そうして、テーパー付の予圧付与部材２３がキャビティ型１５と一方の側壁３１の間に上から圧入されて実施形態１と同様にベース型１６の底部に固定されている。これにより、上記両側壁３１，３２間においてキャビティ型１５にキャビティ長手方向に直交する方向の圧縮荷重が付与されている。
【００３０】
本実施形態の予圧付与部材２３は、下方へいくほど幅が漸次狭くなるように、その両側面３３，３４が互いに逆方向に傾斜している。そうして、この予圧付与部材２３の両側面３３，３４に対応して、キャビティ型１５と一方の側壁３１の間隔が下方へいくほど漸次狭くなるように、このキャビティ型１５と一方の側壁３１の相対する側面３５，３６が逆方向に傾斜している。
【００３１】
従って、本実施形態においても、鍛造時にキャビティ型１５におけるキャビティ１４の側面部１４ａ，１４ｂに加わる離反する方向の荷重が、キャビティ型１５に予め付与されている圧縮荷重によって一部相殺された形となる。よって、キャビティ型１５に生ずる引張応力が小さくなって、キャビティ型１５に縦割れを生ずることが防止される。
【００３２】
＜キャビティ型１５について＞
上記キャビティ型１５は、その基本形状が鋳造によって形成された後に、クランクシャフトの形状に倣った鍛造型３７を用いてキャビティ１４の内面が成形されている。これにより、図５に示すように、キャビティ型１５にはキャビティ１４の内面に沿って鍛流線（ファイバーフロー）３８が形成されるため、キャビティ型１５は反復曲げ応力に強くなり、上述の予圧縮荷重による荷重相殺と相俟って、型割れ防止に有利になる。
【００３３】
＜他の実施形態＞
実施形態１では、予圧付与部材２３にその一方の側面のみを傾斜面としてテーパーを付けたが、予圧付与部材２３にテーパーを付けるにあたってはその両側面を傾斜面としてもよい。
【００３４】
また、荒鍛造型１１についても、これをキャビティ型とベース型で構成される金型分割構造を採用し、そのキャビティ型に実施形態１，２と同様の手法で予圧縮荷重を付与するようにしてもよい。
【００３５】
また、上側ダイ装置の仕上げ鍛造型又は荒鍛造型においても、上記実施形態１，２に倣って金型分割構造を採用し、キャビティ型に予圧縮荷重を付与するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１１    荒鍛造型（第２荷重受け）
１２    仕上げ鍛造型
１３    トリム型（第１荷重受け）
１４    キャビティ
１４ａ    側面部
１４ｂ    側面部
１５    キャビティ型
１６    ベース型
２３    予圧付与部材
２４    挟持部材
３１    側壁（第１荷重受け）
３２    側壁（第２荷重受け）
【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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