(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティに装填された鍛造用素材に対して加圧力を付与することにより、鍛造品を成形する鍛造成形用金型において、
超硬鋼の金属製材料からなり、前記キャビティが形成されたダイスと、
構造用合金鋼の金属製材料からなり、前記ダイスの外周面に圧入される単一のリング体と、
を備え、
前記リング体は、該リング体の全体にわたって形成された第１の硬化層と、該リング体中の前記ダイスの外周面が圧入される内壁面に形成され且つ前記第１の硬化層に比して高硬度である第２の硬化層とを有することを特徴とする鍛造成形用金型。
【請求項２】
請求項１記載の鍛造成形用金型において、
前記第２の硬化層は、その硬度がＨＲＣ４５〜６０からなり、その硬化層の深さが約５ｍｍ〜１５ｍｍに形成されることを特徴とする鍛造成形用金型。
【請求項３】
キャビティに装填された鍛造用素材に対して加圧力を付与することにより、鍛造品を成形する鍛造成形用金型の製造方法において、
合金鋼からなる単一のリング体の全体を焼き入れすることにより該リング体の全体にわたって第１の硬化層を形成する工程と、
前記リング体の内周面に高周波焼き入れ処理を施して、前記第１の硬化層に比して高硬度であり且つその硬度がＨＲＣ４５〜６０であるとともに、その硬化層の深さが約５ｍｍ〜１５ｍｍである第２の硬化層を形成する工程と、
前記第２の硬化層が形成された前記リング体の内周面に対して超硬鋼からなるダイスを圧入することにより、鍛造成形用金型を一体的に組み付ける工程と、
を有することを特徴とする鍛造成形用金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャビティに鍛造用素材が装填され、前記鍛造用素材に対する加圧作用下に鍛造成形する鍛造成形用金型およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、キャビティに鍛造用素材を装填し、パンチを介して前記鍛造用素材に加圧力を付与することにより、該鍛造用素材を所定形状に鍛造成形する金型が知られている。
【０００３】
この種の鍛造成形用金型として、特開昭５５−１３６５３７号公報に冷間成形用金型が開示されている。この冷間成形用金型は、図５に示されるように、超硬鋼よりなりキャビティ１が形成された上型２および下型３と、前記上型２および下型３の外周面に焼き嵌めされた第１焼き嵌めリング体４と、前記第１焼き嵌めリング体４の外周面にさらに焼き嵌めされた第２焼き嵌めリング体５とからなる、複数の部材によって構成されている。
【０００４】
図示しない鍛造用素材に対して加圧力が付与される際、冷間成形用金型を構成する部材に対して引張応力および圧縮応力が付加されるため、その内圧による半径方向への拡張を阻止するために第１および第２焼き嵌めリング体４、５には所定の締め代が設けられている。
【０００５】
すなわち、鍛造成形時における引張応力と圧縮応力による金型寿命を維持するために、二重、三重からなる多重のリング体４、５を圧入または焼き嵌めして上型２および下型３に組み付けることにより、鍛造成形用金型が構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の従来技術に係る冷間成形用金型では、第１焼き嵌めリング体が圧入される上型および下型の外周面と、前記上型および下型にそれぞれ外嵌される第１および第２焼き嵌めリング体の圧入面とに対してそれぞれ機械加工が施され、さらに、熱処理加工の後に研磨仕上げ加工を行い、それぞれ圧入して組み付けた組立体に対して一体型仕上げ加工および表面磨き加工を施すことにより、完成品である冷間成形用金型が得られる。
【０００７】
このように、従来技術に係る冷間成形用金型では、上型および下型や第１および第２焼き嵌めリング体に対して機械加工、熱処理加工、および研磨仕上げ加工等の種々の加工を行って高精度に維持しそれぞれ圧入して組み付けた後、組立体に対して一体型仕上げ加工および表面磨き加工等を施す必要がある。
【０００８】
従って、従来技術に係る冷間成形用金型では、種々の製造工程を経て完成されるため、多大な工数によって製造コストが高騰するという不具合がある。
【０００９】
また、上型および下型に対して第１および第２焼き嵌めリング体を圧入する際、大きな加圧力によって第１および第２焼き嵌めリング体を圧入するため、圧入作業が煩雑になるとともに、加工精度が劣悪な場合、圧入時に付与される過大な負荷によってカジリ、座屈等が発生するおそれがあり、また、成形時における引張応力によって負荷がかかり、型寿命に悪影響を及ぼすという不具合がある。
【００１０】
本発明は、前記の不具合を考慮してなされたものであり、金型の構成を簡素化して製造コストを低減するとともに、圧入作業を簡素化し、しかも圧入時における過大な負荷によってカジリ、座屈等が発生することを防止することが可能な鍛造成形用金型およびその製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、キャビティに装填された鍛造用素材に対して加圧力を付与することにより、鍛造品を成形する鍛造成形用金型において、
超硬鋼の金属製材料からなり、前記キャビティが形成されたダイスと、
構造用合金鋼の金属製材料からなり、前記ダイスの外周面に圧入される単一のリング体と、
を備え、
前記リング体は、該リング体の全体にわたって形成された第１の硬化層と、該リング体中の前記ダイスの外周面が圧入される内壁面に形成され且つ前記第１の硬化層に比して高硬度である第２の硬化層とを有することを特徴とする。
【００１２】
この場合、前記高周波焼き入れ部は、その硬度がＨＲＣ４５〜６０からなり、その硬化層の深さが約５ｍｍ〜１５ｍｍに形成されると好適である。
【００１３】
さらに、本発明は、キャビティに装填された鍛造用素材に対して加圧力を付与することにより、鍛造品を成形する鍛造成形用金型の製造方法において、
合金鋼からなる単一のリング体の全体を焼き入れすることにより該リング体の全体にわたって第１の硬化層を形成する工程と、
前記リング体の内周面に高周波焼き入れ処理を施して、前記第１の硬化層に比して高硬度であり且つその硬度がＨＲＣ４５〜６０であるとともに、その硬化層の深さが約５ｍｍ〜１５ｍｍである第２の硬化層を形成する工程と、
前記第２の硬化層が形成された前記リング体の内周面に対して超硬鋼からなるダイスを圧入することにより、鍛造成形用金型を一体的に組み付ける工程と、
を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、ダイスに外嵌される単一のリング体の圧入面に、焼き入れ層と高周波焼き入れ層とからなる２重の硬化層を形成することにより、剛性と靱性とを兼備することができ、従来技術に係る２重または３重のリング体が外嵌された鍛造成形用金型と略同等の剛性および靱性を有する鍛造成形用金型が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る鍛造成形用金型およびその製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。
【００１６】
図１において参照数字１０は、本発明の実施の形態に係る鍛造成形用金型の製造方法によって製造された鍛造成形用金型を示す。
【００１７】
この鍛造成形用金型１０は、所定の製品形状（例えば、デファレンシャルギヤ）に対応するキャビティ１２（図３参照）が形成されたダイス１４と、前記ダイス１４の外周面に圧入されるリング体１６とから構成される。この場合、前記ダイス１４は、例えば、超硬鋼等の金属製材料によって形成され、リング体１６は、構造用合金鋼等の金属製材料によって形成されると好適である。
【００１８】
ダイス１４の外周面に接して圧入されるリング体１６には、後述するように、その全体にわたって焼き入れ硬化層（第１の硬化層）が形成されている。また、該リング体１６の内壁面全体には、ＨＲＣ４５〜６０の硬度を有し、その硬化層の深さが約５ｍｍ〜１５ｍｍからなる高周波焼き入れ部１８（第２の硬化層）が形成されることが望ましい。
【００１９】
この場合、前記高周波焼き入れ部１８の硬度がＨＲＣ４５未満では、図示しないパンチの加圧力によって発生する応力が不足して金型の寿命に悪影響を及ぼすという不具合があり、一方、その硬度がＨＲＣ６０を越えると、焼き割れまたは靱性が不足して金型の寿命に悪影響を及ぼすという不具合がある。
【００２０】
また、高周波焼き入れ部１８の硬化層の深さが約５ｍｍ未満では、強度が不足して金型に悪影響を及ぼすという不具合があり、一方、その硬化層の深さが約１５ｍｍを越えると焼き入れが困難となるからである。
【００２１】
次に、本発明の鍛造成形用金型を具体化した一実施例について以下、説明する。構造用合金鋼（ＳＮＣＭ４３９）からなるリング体の全体に対してずぶ焼き入れ処理を行って焼き入れ硬化層を形成した。前記焼き入れ硬化層の硬度は、ＨＲＣ４１であった。さらに、図示しない高周波加熱装置を用い、前記焼き入れ硬化層が形成されたリング体の内周面（圧入部分）のみ高周波焼き入れ処理を施し、その硬度がＨＲＣ５５の硬化層を得、その硬化層の深さが約１０ｍｍの高周波焼き入れ部１８を形成した。
【００２２】
図２に示されるように、このようにして形成されたリング体１６の孔部内にダイス１４を圧入することにより、鍛造成形用金型１０が一体的に構成される。
【００２３】
この一体化された鍛造成形用金型１０を用いてデファレンシャルギヤを成形した結果、従来の型寿命が約１５０００個であったのに対し、本実施の形態に係る鍛造成形用金型１０では、約１８０００個と増大させることができ、従来の型寿命と同等以上の耐久性があることがわかった。
【００２４】
本実施の形態では、超硬鋼の金属製材料からなりキャビティ面を有するダイス１４と、前記ダイス１４に圧入される単一のリング体１６とによって鍛造成形用金型１０を構成している。換言すると、本実施の形態では、ダイス１４と、前記ダイス１４に対する１重のバックアップリングとして機能する一つのリング体１６とによって構成し、前記リング体１６の圧入面に焼き入れ層と高周波焼き入れ層とからなる２重の硬化層（高周波焼き入れ部１８）を形成することにより、剛性と靱性とを兼備することができ、従来技術に係る２重または３重のリング体が外嵌された鍛造成形用金型と略同等の剛性および靱性を有する鍛造成形用金型１０が得られる。
【００２５】
従って、従来技術のように複数のリング体を外嵌することがなく、一つのリング体をダイスに圧入すればよいため、部品点数を削減して製造コストを低減することができる。
【００２６】
また、本実施の形態では、複数のリング体に対する熱処理加工、機械加工、研磨等の仕上げ加工等を施す必要がなく、一つのリング体１６に対して高周波焼き入れを含む熱処理加工、機械加工、研磨等の仕上げ加工を行えばよいため、製造工程が簡素化されて製造コストをより一層低減することができる。
【００２７】
さらに、ダイス１４に圧入されるリング体１６が１個であるため、圧入作業が簡素化され、組み付け工程の時間を短縮して簡便化を図ることができる。
【００２８】
さらにまた、ダイス１４の外周面に圧入されるリング体１６の内周面に高周波焼き入れ部１８を形成することにより、圧入時における過大な負荷によってカジリ、座屈等が発生することを防止することができる。
【００２９】
次に、比較例に係る鍛造成形用金型（図示せず）と本実施の形態に係る鍛造成形用金型１０とにおいて、型寿命に影響する周方向応力の比較結果を図４に示す。
【００３０】
インナリングとアウタリングとの二重リング方式からなる比較例に係る鍛造成形用金型では、図４中の破線で示されるように、ダイスに非常に大きな圧縮応力がかかっており、成形時においても前記圧縮応力が高い状態に保持され、特に、アウタリングには高い引張応力が付与されている。
【００３１】
これに対して、本実施の形態に係る鍛造成形用金型１０では、図４中の実線で示されるように、中心から所定距離離間した位置において、バックアップリングの剛性と靱性が高いため周方向応力が略均一となり、充分な耐久性があることが諒解される。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００３３】
すなわち、ダイスに対して単一のリング体を圧入することにより、鍛造成形用金型の構成を簡素化して製造コストを低減することができる。
【００３４】
また、ダイスの外周面に圧入されるリング体の内周面に高周波焼き入れ部を形成することにより、圧入作業を簡素化し、しかも圧入時における過大な負荷によってカジリ、座屈等が発生することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る鍛造成形用金型の製造方法によって製造された鍛造成形用金型の概略縦断面図である。
【図２】図１の鍛造成形用金型の製造工程を示す説明図である。
【図３】図１の矢印Ａ方向からみた鍛造成形用金型装置の平面図である。
【図４】本実施の形態に係る鍛造成形用金型と比較例に係る鍛造成形用金型との周方向応力を比較した説明図である。
【図５】従来技術に係る冷間成形用金型の縦断面図である。
【符号の説明】
１０…鍛造成形用金型                  １２…キャビティ
１４…ダイス                          １６…リング体
１８…高周波焼き入れ部
【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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