(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送手段により搬送された棒状素材を受止める支持部材と、前記棒状素材を加熱する加熱素子と、前記支持部材により受止められた棒状素材を所定長さに切断して成形位置まで移送する切断・移送手段と、前記切断・移送手段により成形位置に移送された鍛造素材の先端部を成形する成形型とを備えた鍛造成形装置において、前記加熱素子は、前記支持部材により受止められた棒状素材の少なくとも先端部を加熱可能な加熱位置と、前記切断・移送手段による前記鍛造素材の移送範囲から退避した退避位置との間で移動可能に配設され、かつ前記加熱素子が高周波誘導加熱コイルからなり、前記支持部材が棒状素材の搬送方向に延設した棒状体からなり、前記高周波誘導加熱コイルが、前記棒状体を挿通させた状態で該棒状体に沿って移動するようになっていることを特徴とする鍛造成形装置。
【請求項２】
棒状体が、セラミックスからなることを特徴とする請求項１に記載の鍛造成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、棒状素材から鍛造素材を切断して成形型に自動供給し、温間または熱間で鍛造成形する鍛造成形装置に係り、特にねじやボルトなどの頭部の鍛造成形に向けて好適な鍛造成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ねじやボルトなどの頭部を温間または熱間で鍛造成形するには、図５および図６に示すように、製造しようとするねじやボルトの軸径とほぼ等しい直径を有する棒状素材（バー材または線材）Ｗを用意し、この棒状素材Ｗを送りローラ１によりその軸方向へ搬送し（Ａ）、その搬送途中で鍛造成形装置の本体部２内に配設した加熱素子（通常は高周波誘導加熱コイル）３により棒状素材Ｗを所定温度に加熱し、棒状素材Ｗの搬送方向前側に配置した支持部材４の先端に棒状素材Ｗを当接させて、その移動を停止する（Ｂ）。その後、切断・移送装置５を移動させて棒状素材Ｗを所定長さに切断し、この切断された鍛造素材Ｂをそのまま成形位置まで移送して（Ｃ）、鍛造成形装置の機構部（図示略）に設けたパンチ６の前進により鍛造素材Ｂを本体部２内に配置したダイス７に挿入叩打し、これと同時に切断・移送装置５を移動させて、鍛造素材Ｂの一端部を一気に据込み、頭部（ここでは皿状の頭部）Ｈを有する成形体Ｐとする（Ｄ）。なお、必要に応じて、前記パンチ６と仕上パンチ（図示略）とを瞬時に切り換えて、仕上成形を行うこともある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の鍛造成形装置による鍛造成形によれば、本体部２に配置した加熱素子３により棒状素材Ｗの加熱を行っているため、この加熱から、支持部材４による棒状素材Ｗの移動停止までにかなりの時間を要し、この間、棒状素材Ｗの温度が下がってしまうことになる。この結果、パンチ６とダイス７による鍛造成形時に成形体Ｐの頭部Ｈに割れが発生したり、パンチ６に破損が生じて早期に寿命に達したりすることがしばしば起こり、生産性の悪化や製造コストの上昇を招くという問題があった。
【０００４】
特に、上記した問題は、細径（２〜４mm）の棒状素材Ｗや高強度材からなる棒状素材Ｗを用いる場合に顕著となり、例えば、チタン合金からなる細径（２〜４mm）の棒状素材Ｗ（鍛造素材Ｂ）を用いた場合は、圧造倍率α＝２．５程度が限界となり、それ以上に圧造倍率を高めようとすると、前記した頭部Ｈの割れやパンチ６破損が避けられず、大きな塑性変形を伴うねじやボルトの頭部成形は、実質、断念せざるを得ない状況にあった。なお、この圧造倍率αは、図７に示すように、成形前の鍛造素材Ｂの直径をＤ、その長さをＬ１、成形後の成形体Ｐの軸部の長さをＬ２とすると、α＝［Ｌ１−Ｌ２］／Ｄで表わされる値である。
【０００５】
本発明は、上記した問題点を解決することを課題としてなされたもので、鍛造素材の加熱後の温度低下を可及的に抑制し、もって成形体の割れや成形型の損傷を招くことなく所望の塑性変形量を確保できる鍛造成形装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、搬送手段により搬送された棒状素材を受止める支持部材と、前記棒状素材を加熱する加熱素子と、前記支持部材により受止められた棒状素材を所定長さに切断して成形位置まで移送する切断・移送手段と、前記切断・移送手段により成形位置に移送された鍛造素材を鍛造成形する成形型とを備えた鍛造成形装置において、前記加熱素子は、前記支持部材により受止められた棒状素材の少なくとも先端部を加熱可能な加熱位置と、前記切断・移送手段による前記鍛造素材の移送範囲から退避した退避位置との間で移動可能に配設され、かつ前記加熱素子が高周波誘導加熱コイルからなり、前記支持部材が棒状素材の搬送方向に延設した棒状体からなり、前記高周波誘導加熱コイルが、前記棒状体を挿通させた状態で該棒状体に沿って移動するようになっている構成としたことを特徴とする。
【０００７】
このように構成した鍛造成形装置においては、搬送手段により搬送された棒状素材が支持部材に到達する前後の時点で加熱素子により棒状素材を加熱し、その後、加熱素子を退避位置に後退させると同時に、切断・移送手段により棒状素材を切断して成形位置へ移送することができ、加熱から成形までに要する時間を可及的に短縮することが可能になる。また、前記加熱素子として高周波誘導加熱コイルを用いることで、棒状素材を効率良く加熱することができ、その上、加熱後、棒状体に沿って簡単に退避位置に退避させることができる。
【０００８】
本発明において、前記棒状体としては、高周波誘導加熱の影響を受けにくいセラミックス、例えば窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ等を用いるのが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係る鍛造成形装置を示したものである。なお、本鍛造成形装置は、前出図５および図６に示したものと全体的構造が同じであるので、ここでは、前出図５および図６に示したものと同一部分には同一符号を付し、その説明を省略することとする。本実施の形態において、送りローラ１により搬送された棒状素材（バー材または線材）Ｗを加熱するための加熱素子３は、鍛造成形装置の本体部２から切り離して設置され、かつ棒状素材Ｗの搬送方向へ移動可能となっている。
【００１１】
より詳しくは、上記加熱素子３は、高周波誘導加熱コイルからなっており、レール１０上に車輪１１を介して走行可能に載置した高周波誘導加熱装置の出力変圧器１２から延ばしたリード１３に接続されている。レール１０は、前記切断・移送装置５と干渉しない位置に立設した架台１４上に、棒状素材Ｗの搬送方向と平行に延ばされており、これにより出力変圧器１２と高周波誘導加熱コイル３とは、棒状素材Ｗの搬送方向へ一体的に移動するものとなっている。高周波誘導加熱コイル３は、棒状素材Ｗはもとより、棒状体からなる支持部材４をも遊挿できる十分なるコイル内径を有しており、したがって高周波誘導加熱コイル３は、支持部材４により移動停止させられた棒状素材Ｗ上から支持部材４上へ、またはその逆へ自由に移動できるようになっている。なお、支持部材４は、ここでは窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ等のセラミックスからなっている。
【００１２】
ここで、高周波誘導加熱装置の出力変圧器１２は、パンチ６を組込んだ機構部８に設けたフライホイール（図示略）にリンクを介して作動連結されている。前記フライホイールは、パンチ６を駆動する役割をなすもので、出力変圧器１２はこのフライホイールと連動してレール１０上を往復動するようになる。
【００１３】
本実施の形態においてはさらに、上記機構部８に、パンチ６およびこれと切換え使用される仕上パンチ（図示略）とを加熱するためのヒータ１６が配設されると共に、本体部２に、ダイス７を加熱するためのヒータ１７が配設されている。これらヒータ１６、１７の出力はコントローラ（図示略）により制御されるようになっており、通常は、前記パンチ６、仕上パンチ、ダイス７の温度が７０〜１２０℃となるように前記出力が制御される。
【００１４】
以下、上記のように構成した鍛造成形装置によるねじ頭の鍛造成形について、図２および図３に基いて説明する。
【００１５】
鍛造成形に際しては、棒状素材（バー材または線材）Ｗを送りローラ１によりその軸方向へ搬送し、その先端を支持部材４に当接させる（Ａ）。この時、高周波誘導加熱コイル３は、支持部材４とこれに当接する棒状素材Ｗとを跨ぐ位置（境界位置）に位置決めされており、前記送りローラ１の回転開始信号により出力変圧器１２から高周波誘導加熱コイル３に高周波電流が供給される。これにより、棒状素材Ｗが支持部材４に到達する直前から直後にかけて、棒状素材Ｗの先端部と支持部材４の先端部とが共に局部的に加熱される。そして、棒状素材Ｗの先端部が所定温度に加熱されると、出力変圧器１２が、図示を略すフライホイールと連動して走行し、高周波誘導加熱コイル３が支持部材４の基端側へ所定距離だけ後退し、これと同時に高周波誘導加熱コイル３への高周波電流の供給が遮断される（Ｂ）。
【００１６】
その後、切断・移送装置５が移動し、棒状素材Ｗが所定長さに切断され、切断された鍛造素材Ｂが、そのままダイス７の入口に対向する成形位置まで移送される（Ｃ）。そして、その移送完了信号により、機構部８に設けたパンチ６が前進し、前記鍛造素材Ｂを本体部２内のダイス７に挿入叩打し、続いてパンチ６と図示を略す仕上パンチとが瞬時に切り換えられて、仕上パンチが鍛造素材Ｂをダイス７に再び挿入叩打し、これにより、頭部Ｈを有する成形体（ねじ素形材）Ｐが成形される（Ｄ）。一方、切断・移送装置５は、前記パンチ６が鍛造素材Ｂをダイス７に挿入叩打した直後に上昇し、元の位置に復帰する。すると、その復帰信号により送りローラ１が回転して、再び棒状素材Ｗが搬送され、これと同時に、出力変圧器１２から高周波誘導加熱コイル３に高周波電流が供給されると共に、出力変圧器１２が走行駆動され、高周波誘導加熱コイル３が、図２（Ａ）に示す元の位置に復帰し、棒状素材Ｗが支持部材４に当接すると同時にその先端部が加熱され、以降、上記工程が繰り返される。
【００１７】
このようにして、皿状の頭部Ｈを有する成形体（ねじ素形材）Ｐが鍛造成形されるが、本鍛造成形装置によれば、高周波誘導加熱コイル３により棒状素材Ｗの先端部を加熱してから、直ちに切断・移送装置５により棒状素材Ｗを切断して、鍛造素材Ｂを成形位置まで移送するので、その間における鍛造素材Ｂ先端部の温度低下はわずかとなり、パンチ６とダイス７による鍛造成形に際して、成形体Ｐの頭部Ｈに割れが発生することはなくなる。しかも、鍛造成形に際してパンチ６に加わる衝撃は和らげられるので、パンチ６が破損することもない。
【００１８】
本実施の形態では特に、支持部材４として、高周波の影響を受けにくいセラミックスを用いているので、その過熱は防止され、支持部材４の寿命は可及的に延長される。また、ヒータ１６、１７によりパンチ６や仕上パンチ、およびダイス７を予熱しているので、これらとの接触による鍛造素材Ｂの温度低下が抑制され、この面からも鍛造成形性は向上する。
【００１９】
なお、上記実施の形態において、高周波誘導加熱コイル３用の出力変圧器１２をフライホイールに対してリンクにより連結して、機械的に走行させるようにしたが、本発明は、この出力変圧器１２を自走式としても良いものである。この場合は、別途、制御装置（図示略）を設けて、この制御装置にフライホイールの回転角度信号を取込み、自走用駆動源を制御して出力変圧器１２を走行させるようにする。さらに、上記実施の形態において、ねじ素形材Ｐを鍛造成形する場合を示したが、本発明は、これ以外にもボルトやナット素形材の鍛造成形にも適用できる。もちろん、この場合は、成形型を構成するパンチおよびダイスの交換が必要になる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
棒状素材Ｗとして、チタン合金（AMS 4967）からなる直径Ｄ＝2.4 mmの線材を用い、高周波誘導加熱コイル３によりその先端部を750 〜800 ℃に加熱した後、切断・移送装置５により切断して、図４に示すように、長さＬ１＝20.5mmの鍛造素材Ｂを得、これを成形位置まで移送してパンチ６とダイス７により、軸部長さＬ２＝12.3mmとなるように皿状頭部Ｈを鍛造成形し、ねじ素形材Ｐを得た。
この時の圧造倍率αは、図４にも示すように、α＝［Ｌ１−Ｌ２］／Ｄ＝［20.5−12.3］／2.4 ≒３．４となるが、得られたねじ素形材Ｐの頭部Ｈには全く割れが認められず、従来の鍛造成形装置では成形不能であった高圧造倍率を必要とするねじやボルト素形材を安全に製造できることが明らかとなった。
【００２１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る鍛造成形装置によれば、鍛造素材の加熱後の温度低下を大幅に抑制することができるので、成形体の割れや成形型の損傷を招くことなく大きな塑性変形量を確保することができ、高圧造倍率を必要とするねじやボルトなどを高能率にかつ低コストで製造できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鍛造成形装置の要部構造を概略的に示す模式的である。
【図２】本鍛造成形装置による鍛造成形の態様を順を追って示す模式図である。
【図３】本鍛造成形装置による鍛造成形の最終工程を示す模式図である。
【図４】本鍛造成形装置による一実施例の圧造倍率の算定基準を示す説明図である。
【図５】従来の鍛造成形装置の構造とこれによる鍛造成形の態様を順を追って示す模式図である。
【図６】従来の鍛造成形装置による鍛造成形の最終工程を示す模式図である。
【図７】圧造倍率の一般的算定基準を示す説明図である。
【符号の説明】
１    送りローラ（搬送手段）
３    高周波誘導加熱コイル（加熱素子）
４    支持部材
５    切断・移送装置
６    パンチ
７    ダイス
１０  レール
１２  高周波誘導加熱装置の出力変圧器
Ｗ    棒状素材
Ｂ    鍛造素材
Ｐ    成形体
Ｈ    頭部
【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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【図６】
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【図７】
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