(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛造成形型に水溶性離型剤を塗布した後、焼結金属素材を該鍛造成形型で熱間鍛造する鍛造成形型装置であって、
上記鍛造によって成形された鍛造成形品が、質量または肉厚が大きい部位と小さい部位とで構成されていて、
上記質量または肉厚が大きい部位は成形品の一端部側にあり、
上記鍛造成形型の上型側面に、流下する水溶性離型剤を成形品の上記一端部側に逃がす案内溝が設けられ、
上記案内溝は中央部から上記一端部側に向かって下り傾斜している
鍛造成形型装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鍛造成形型に水溶性離型剤を塗布した後、焼結金属素材を該鍛造成形型で熱間鍛造するような鍛造成形型装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上述例の鍛造成形型装置としては、図１０、図１１に示すような構造の装置があった。
すなわち、図１０において、孔部８１，８２を有する下型８３を設け、この下型８３の下部をベースプレート８４で支持し、下型８３の側部には側部型８５を配置し、上述のベースプレート８４をダイセットホルダ８６に取付けると共に、側部型８５は上下方向に指向する別のダイセットホルダ８７を介して上述のダイセットホルダ８６に取付けている。
【０００３】
また、上述の孔部８１，８２と対応するコアロッド８８，８９を有する上型９０を設け、この上型９０をベースプレート９１を介してダイセットホルダ９２に取付ける一方、上述の側部型８５の上部には型開き状態の上型９０に対して離型剤ａをスプレー状に塗布するノズル９３，９３を設けたものである。
【０００４】
図１１に示す焼結金属素材９４を下型８３と上型９０との鍛造成形型で熱間鍛造する前段階において、鍛造品の離型性、上型９０および下型８３の寿命向上、つまり、耐摩耗性向上、耐焼付き性向上(焼付き防止)を図る目的で、図１０に示す型開き状態下において同図に点線で示すように上述のノズル９３，９３から水溶性の離型剤ａを上型９０にスプレー塗布する。
この場合、焼付きが発生すると鍛造ラインが停止するので、熱影響を考慮して、上述の離型剤ａは余裕を見て多めにスプレー塗布される。
【０００５】
このため、図１０のスプレー塗布が終了して、図１１に示すように下型８３に焼結金属素材９４をセットした所謂ワークセット時において、上型９０の温度の低い外側面の上部に多量に付着した離型剤ａが流下して、鍛造前の焼結金属素材９４に滴下する。この際、図１０で示した離型剤スプレーエリアがオーバラップする上型９０の中間部分からの滴下量が多くなる。
【０００６】
そして、上述の離型剤ａが鍛造前の焼結金属素材９４に滴下すると、この焼結金属素材９４は焼結品を熱間温度(１１００〜１２８０℃)に加熱したポーラス(porous、多孔状)なものであるから、水溶性の離型剤ａが孔部に浸入し、ポーラス部が早く冷えて、鍛造しても該部が孔として残り、残留空孔が生じて鍛造成形品の強度が低下する。
【０００７】
また、上述の離型剤ａの滴下により水溶性離型剤中の水分(水(Ｈ２Ｏ)の分解により生成される酸素成分)と焼結金属素材９４中の炭素とが熱により反応(つまり素材中の炭素が反応により取られる)して、脱炭現象が生じ、鍛造成形品の強度が低下する。このように、鍛造後の鍛造品に残留空孔、脱炭、欠肉などの欠陥が生ずる問題点があった。
【０００８】
特に、上述の鍛造成形型で焼結鍛造コネクティングロッド(内燃機関のピストンとクランクとを連結するコンロッド)を鍛造する場合には、大径側のコアロッド８８でコネクティングロッドの大端部(ラージエンド)が、また小径側のコアロッド８９で小端部(スモールエンド)が、これら両者間でコンロッド本体(いわゆるＩ幹部)が鍛造されるが、最も強度が要求されるコンロッド本体の部分に離型剤が集中して滴下するので、製品品質の劣化を招く問題点があった。
【０００９】
このような問題点を解消するために、離型剤のスプレー量を抑制すると、金型(上型９０、下型８３参照)の耐摩耗性が低下する問題点があった。
一方、特開２００１−２１９２３６号公報には、焼結合金素材を熱間鍛造する金型に対して２種類の潤滑剤(つまり離型剤)を塗布する方法が開示されているが、離型剤流下にともなう問題点を解消するための手段については、何等示唆されていない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、鍛造成形型の上型外側面に、流下する水溶性離型剤を成形品の質量または肉厚が大きい一端部側に逃がす下り傾斜の案内溝を設けることにより、集中して流下する離型剤により、焼結金属素材の鍛造成形品に脱炭現象、欠肉、残留空孔が生じるのを抑制することができ、しかも、過熱しやすい一端部側の成形部付近の型温度上昇を抑制でき、成形型の寿命向上を図ることができ、さらには質量が大きく、過熱しやすい一端部側に対する冷却効果と、該部における離型剤中の水分の早期蒸発化を図ることができる鍛造成形型装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明による鍛造成形型装置は、鍛造成形型に水溶性離型剤を塗布した後、焼結金属素材を該鍛造成形型で熱間鍛造する鍛造成形型装置であって、上記鍛造によって成形された鍛造成形品が、質量または肉厚が大きい部位と小さい部位とで構成されていて、上記質量または肉厚が大きい部位は成形品の一端部側にあり、上記鍛造成形型の上型側面に、流下する水溶性離型剤を成形品の上記一端部側に逃がす案内溝が設けられ、上記案内溝は中央部から上記一端部側に向かって下り傾斜しているものである。
【００１２】
上記鍛造成形型は、上型と下型とで構成してもよい。
【００１３】
上記構成によれば、上述の案内溝により上型外側面に付着して流下する水溶性離型剤を該上型の外方に逃がすことができるので、集中して流下する離型剤により焼結金属素材の鍛造成形品に脱炭現象、欠肉、残留空孔が生じるのを抑制することができる。
【００１４】
しかも、過熱しやすい一端部側の成形部付近の型温度上昇を抑制でき、成形型の寿命向上を図ることができ、さらには質量が大きく、過熱しやすい一端部側に対する冷却効果と、該部における離型剤中の水分の早期蒸発化を図ることができる。
【００１５】
【実施例】
この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
図面は鍛造成形型装置を示し、図１において、孔部１，２を有する下型３(固定型)を設け、この下型３の下部をベースプレート４で支持し、下型３の側部には側部型５を配置し、上述のベースプレート４をダイセットホルダ６に取付けると共に、側部型５は上下方向に指向する別のダイセットホルダ７を介して上述のダイセットホルダ６に取付けている。
【００１６】
また、上述の孔部１，２と対応するコアロッド８，９を有する上型１０(可動型)を設け、この上型１０をベースプレート１１を介してダイセットホルダ１２に取付ける一方、上述の側部型５の上部には型開き状態の上型１０に対して離型剤ａをスプレー状に塗布するノズル１３，１３を設けている。
【００１７】
ここで、上述の離型剤ａとしては、水と黒鉛とを含む水溶性のものが用いられる。
また、この実施例では焼結金属素材１４(図５参照)により図３に示す鍛造成形品としてのコネクティングロッド１５を熱間鍛造するものである。
【００１８】
このコネクティングロッド１５は図３に示すように、ピストン穴１６を有する小端部１７(いわゆるスモールエンド)と、クランクピン穴１８を有する大端部１９(いわゆるラージエンド)と、上述の小端部１７と大端部１９とを連結するコンロッド本体２０(いわゆるＩ幹部)とを備え、エンジンのピストンとクランクとを連結するものである。
【００１９】
このため、図１の孔部２およびコアロッド９は小端部１７側のピストンピン穴１６に相当する孔径、ロッド径に設定されており、孔部１およびコアロッド８は大端部１９側のクランクピン穴１８に相当する孔径、ロッド径に設定されている。
【００２０】
しかも、図１、図２に示すように、上述の上型１０の外側面には流下する水溶性離型剤ａを受け止めて型外方に逃がす案内溝としての凹溝２１が形成されている。
この凹溝２１は上型１０の破損またはクラック形成を防止する目的で、エッジ部を一切有さない断面形状に構成されている。図２の実施例では上型１０の外側面１０ａと断面略半円形状のランド部１０ｂとの間に断面が略楕円形状の凹溝２１を段下げ形成している。
【００２１】
また、上述凹溝２１は流下する離型剤ａを鍛造成形品(図３に示すコネクティングロッド１５参照)への影響の少ない部位へ案内流下させるように構成している。すなわち、上述の凹溝２１はコネクティングロッド１５の大端部１９を成形する大端部成形部付近に離型剤ａを流下させるように形成している。
【００２２】
図１に示すこの実施例ではクランクピン穴１８(図３参照)を成形するコアロッド８と、ピンストン穴１６(図３参照)を成形するコアロッド９との間において、コアロツド９側に所定量オフセットした位置に対応して凹溝２１の頂部２１Ｔを形成し、この頂部２１Ｔからコアロッド８側の上型一端部に向けて傾斜する下り勾配の傾斜部２１Ｌと、上述の頂部２１Ｔからコアロッド９側の上型他端部に向けて傾斜する下り勾配の傾斜部２１Ｓとを形成して、凹溝２１で受け止めた離型剤ａの過半部を一方の傾斜部２１Ｌから大端部成形部付近に流下させ、残りの少量の離型剤ａを他方の傾斜部２１Ｓから小端部成形部付近に流下させるように構成している。
【００２３】
換言すれば、鍛造成形される成形品の製造形状に対応して質量(mass、マス)または肉厚が大きい部分の成形部付近に離型剤ａの過半部を流下させ、質量(マス)または肉厚が小さい部分の成形部付近に残りの少量の離型剤ａを流下させるように構成したものである。
【００２４】
次に図４に示す工程図を参照して、原料粉準備工程から熱間鍛造工程までの一連の製造工程について説明する。
まず、原料粉準工程Ｓ１で、鉄粉と、銅粉と、少量のカーボン粉末とからなる原料粉を準備する。ここで、鉄粉と銅粉との重量割合は、鉄粉約９８wt％に対して銅粉約２wt％に設定される。
【００２５】
次に、圧粉工程Ｓ２で、原料粉を金型にて加熱、加圧してプリフォーム成形する。
次に、焼結工程Ｓ３で、プリフォーム成形終了後の素材を、例えば焼結炉にて１１００℃〜１２８０℃に加熱して焼結する。この焼結処理により粉末粒子間に結合が生じ体積収縮を伴って緻密化した焼結体としての焼結金属素材１４(図５参照)が得られる。但し、焼結体のままであると充分な機械的強度が確保できないので、後述する工程にて熱間鍛造を行なう。
【００２６】
次に、この焼結金属素材１４を鍛造成形型(下型３、側部型５参照)にセット(図５参照)する前段階において、図４の離型剤塗布工程Ｓ４にて図１に示すように型開き状態の上型１０に対して下方の側部型５のノズル１３，１３から水溶性の離型剤ａを該上型１０にスプレー塗布する。
【００２７】
次に、上述のスプレー塗布の終了後に、図４のワークセット工程Ｓ５で、下型３の上部に焼結金属素材１４をセットする(図５参照)。
この場合、上型１０、下型３および側部型５は２００〜３００℃に加熱され、焼結金属素材１４は１１００℃〜１２８０℃に加熱された状態下である。
【００２８】
また、この時点で、上型１０の外側面に付着した離型剤ａが下方に流下しようとするが、この離型剤ａは図１、図２に示す凹溝２１で一旦受け止められた後に、離型剤ａの過半部は一方の傾斜部２１Ｌで案内されて大端部成形部付近に流下し、残りの少量の離型剤ａは他方の傾斜部２１Ｓで案内されて小端部成形部付近に流下する。
【００２９】
次に、図４に示す熱間鍛造工程Ｓ６で、図５の状態から図６に示すように上下の両金型３，１０および側部型５により焼結金属素材１４を再結晶温度以上の高温(１１００℃〜１２８０℃参照)にて密閉鍛造する。
【００３０】
この熱間鍛造処理により気孔率が小さくなると共に結晶粒が微細化されて、機械的強度の向上を図ることができる。
また、下型３の孔部１，２と上型１０のコアロッド８，９とで図３に示すクランクピン穴１８およびピストン穴１６が成形されると共に、上下の両型３，１０および側部型５の形状面により図３に示す如きコネクティングロッド１５が鍛造成形される。
【００３１】
なお、上型１０の離型後において鍛造されたコネクティングロッド１５はエジエクトされ、大端部１９の所定部を脆性破断して大端部１９を分割し、クランクシャフトの取付け後に、分割された大端部１９は再び図３の状態に組み合わされる。
【００３２】
このように、上記実施例の鍛造成形型装置は、鍛造成形型(上型１０、下型３参照)に離型剤ａを塗布した後、焼結金属素材１４を該鍛造成形型で熱間鍛造する鍛造成形型装置であって、上記鍛造成形型の上型１０外側面に、流下する離型剤ａを型外方に逃がす凹溝２１が設けられたものである。
【００３３】
この構成によれば、上述の凹溝２１により上型１０外側面に付着して流下する離型剤ａを該上型１０の外方に逃がすことができるので、集中して流下する離型剤ａにより焼結金属素材１４の鍛造成形品(コネクティングロッド１５参照)に脱炭現象、欠肉、残留空孔が生じるのを抑制することができる。
【００３４】
また、上記凹溝２１は流下する離型剤ａを鍛造成形品(コネクティングロッド１５参照)への影響の少ない部位へ案内流下させるように構成されたものである。
この構成によれば、上述の凹溝２１により離型剤ａを鍛造成形品への影響の少ない部位へ案内流下させるので、焼結金属素材１４の鍛造成形品(コネクティングロッド１５参照)に脱炭現象、欠肉、残留空孔が生じるのをより一層良好に抑制することができて、製品品質の劣化を防止することができる。
【００３５】
さらに、上記鍛造成形型品はコネクティングロッド１５に設定され、上記凹溝２１はコネクティングロッド１５の大端部１９成形部付近に離型剤ａを流下させるように形成したものである。
【００３６】
この構成によれば、上述の凹溝２１によりコネクティングロッド１５の大端部１９成形部付近に離型剤ａを流下させることができるので、コネクティングロッド１５において最も強度が要求されるコンロッド本体２０(いわゆるＩ幹部)への離型剤ａ流下を阻止することができると共に、過熱しやすい大端部１９成形部付近の型温度上昇を抑制でき、成形型、特に上型１０の寿命向上を図ることができ、さらには質量が大きく、過熱しやすい大端部１９に対する冷却効果と、該部材における離型剤ａ中の水分の早期蒸発化を図ることができる。
【００３７】
図７は凹溝２１の他の実施例を示し、上型１０の外側面１０ａと断面略凸状のランド部１０ｂとの間に断面が略半円形状の凹溝２１を段下げ形成して、エッジ部を一切有さないように構成したものである。
【００３８】
この図７に示す実施例においても、その他の構成、作用、効果については図１〜図６で示した先の実施例とほぼ同様であるから、図７において同一の部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。
【００３９】
図８は凹溝２１のさらに他の実施例を示し、上型１０の外側面１０ａと断面が矩形凸状のランド部１０ｂとの間に断面が矩形凹状の凹溝２１を段下げ形成して、エッジ部を一切有さないように構成したものである。
【００４０】
この図８に示す実施例においても、その他の構成、作用、効果については先の各実施例とほぼ同様であるから、図８において前図と同一の部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。
【００４１】
なお、図２、図７、図８の各凹溝２１はそれぞれ離型剤ａの流通断面積が異なるので、何れの凹溝２１を採用するかは、離型剤ａの流下量に対応して任意に選定することができる。
【００４２】
図９は鍛造成形型装置の他の実施例を示し、図１、図５、図６の実施例では凹溝２１の外観形状を略山形状に形成して、離型剤ａの過半部を大端部成形部付近に流下させ、残りの少量の離型剤ａを小端部成形部付近に流下させるように構成したが、図９に示すこの実施例では、凹溝２１の頂部２１Ｔを上型１０のコアロッド９側の他方の外側面端部に形成し、この頂部２１Ｔから上型１０のコアロッド８側の一方の外側面端部に向けて傾斜する下り勾配の傾斜部２１Ｌのみを形成し、先の実施例の傾斜部２１Ｓを省略したものである。
【００４３】
このように構成すると、凹溝２１で案内される離型剤ａはその全量がコネクティングロッ１５の大端部１９を成形する大端部成形部付近に流下するので、過熱しやすい大端部１９成形部付近の型温度上昇をさらに抑制でき、成形型、特に上型１０の寿命をより一層向上させることができると共に、質量が大きく、過熱しやすい部分、つまり大端部１９に対する冷却効果の向上を図ることができる。
【００４４】
この図９に示す実施例においても、その他の構成、作用、効果については先の実施例とほぼ同様であるから、図９において前図と同一の部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。
【００４５】
この発明の構成と、上述の実施例との対応において、
この発明の鍛造成形型は、実施例の上型１０、下型３、側部型５に対応し、
以下同様に、
案内溝は、エッジを有さない凹溝２１に対応し、
鍛造成形品は、コネクティングロッド１５に対応し、
鍛造成形品はへの影響の少ない部位は、コンロッド本体２０いわゆるＩ幹部以外の部位に対応するも、
この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではない。
【００４６】
例えば、上記各実施例においては鍛造成形品としてコネクティングロッド１５を例示し、凹溝２１の外観形状を山形状または一方向に傾斜するスラント形状に設定したのが、これは鍛造成形される各種ワークの質量や肉厚の大小の差異に対応して任意の形状に設定してもよく、上型１０の寸法制約の範囲内において複数の凹溝２１を設けてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
この発明によれば、鍛造成形型の上型外側面に、流下する水溶性離型剤を成形品の質量または肉厚が大きい一端部側に逃がす下り傾斜の案内溝を設けたので、集中して流下する離型剤により、焼結金属素材の鍛造成形品に脱炭現象、欠肉、残留空孔が生じるのを抑制することができ、しかも、過熱しやすい一端部側の成形部付近の型温度上昇を抑制でき、成形型の寿命向上を図ることができ、さらには質量が大きく、過熱しやすい一端部側に対する冷却効果と、該部における離型剤中の水分の早期蒸発化を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の鍛造成形型装置を示す型開き時の説明図。
【図２】  案内溝の拡大断面図。
【図３】  鍛造成形品の一例を示す平面図。
【図４】  熱間鍛造までの一連の工程を示す工程図。
【図５】  ワークセット時の説明図。
【図６】  熱間鍛造時の説明図。
【図７】  案内溝の他の実施例を示す断面図。
【図８】  案内溝のさらに他の実施例を示す断面図。
【図９】  鍛造成形型装置の他の実施例を示す説明図。
【図１０】  従来の鍛造成形型装置の説明図。
【図１１】  離型剤の流下状態を示す説明図。
【符号の説明】
３…下型(鍛造成形型)
５…側部型(鍛造成形型)
１０…上型(鍛造成形型)
１４…焼結金属素材
１５…コネクティングロッド(鍛造成形型)
１９…大端部（成形品の一端部側）
２１…凹溝(案内溝)
ａ…水溶性離型剤
【図１】
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【図２】
0004039042.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004039042.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004039042.tif 000009
【図９】
0004039042.tif 000010
【図１０】
0004039042.tif 000011
【図１１】
0004039042.tif 000012