(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属素材から成るワークを押圧する押圧型と、ワークを収容する保持型と、ワークを所定の形状に塑性変形させるように規制する案内型とを具えた金型を用い、ワークを押圧型で加圧して一定の形状に塑性変形加工する方法において、前記保持型と案内型との接合位置にシールメタルを組み込み、このシールメタルにおけるワークとの接触部分には、保持型と案内型との接合部付近に位置する材料を積極的に案内型の中央に向けて流す材料案内面を形成することにより、塑性変形時ワークにおける材料の流れを円滑に案内型に導くようにしたことを特徴とする鍛造方法。
【請求項２】
前記材料案内面は、保持型に形成されるシールメタル受入部よりも高く形成されることにより材料案内面からその外側に形成される周壁当接面を保持型の内周面に当接させることを特徴とする請求項１記載の鍛造方法。
【請求項３】
前記保持型はその内周面にシールメタルの周壁当接面とほぼ同じ高さの当接面受入部が形成されることにより、周壁当接面を当接面受入部に受け入れるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の鍛造方法。
【請求項４】
金属素材から成るワークを押圧する押圧型と、ワークを収容する保持型と、ワークを所定の形状に変形させるように規制する案内型とを具えた金型を用い、ワークを押圧型により加圧して一定の形状に塑性変形加工する装置において、前記保持型と案内型との接合位置にシールメタルを組み込み、このシールメタルにおけるワークとの接触部分には、保持型と案内型との接合部付近に位置する材料を積極的に案内型の中央に向けて流す材料案内面が形成されていることを特徴とする鍛造装置。
【請求項５】
前記材料案内面は、保持型に形成されるシールメタル受入部よりも高く形成されることを特徴とする請求項４記載の鍛造装置。
【請求項６】
前記保持型は、その内周面にシールメタルの周壁当接面とほぼ同じ高さの当接面受入部が形成されることを特徴とする請求項４または５記載の鍛造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属素材の冷間あるいは温間、熱間における鍛造方法並びにその装置に関するものであって、特に加工時にワークにおける材料の流れ不良を改善すると同時に金型破損を防止する手法に係るものである。
【０００２】
【発明の背景】
アルミニウム等の金属素材を冷間あるいは温間、熱間で塑性変形させて、所定形状の製品を作る鍛造工程においては、技術的課題として金型破損の原因になるクラックの発生と材料の流れ不良により生じる材料滞留、すなわちデッドメタルの発生という問題があった。
【０００３】
まずクラックの発生の問題について説明する。この種の鍛造工程では、ワークを加圧することにより塑性変形を促すため、金型には過大な反力が加わる。このため例えば図５（ａ）に示すように成形前のワークＷを収容する保持型４′とワークを所定の形状に規制する案内型５′とを一体で形成した場合、保持型４′を構成する部位にワークＷを収容し、押圧型３′でワークＷを上方から加圧していくとワークＷにおける材料は案内型５′を構成する部位を押圧方向たる下方に押し、保持型４′を構成する部位を外側に押すことになる。従って案内型５′を構成する部位と保持型４′を構成する部位との境界付近のコーナ部にはほぼ直角に異なる二方向の力が作用することとなり、金型２′がこのコーナ部においてクラックＣを生じ、破損するという問題があった。
【０００４】
このため従来はこれらをあらかじめ保持型４′と案内型５′とに分けて構成し、外部から焼ばめなどで補強し、充分な型強度をとれるようにしたものがあった。しかしながら保持型４′と案内型５′とを分けて構成している以上、加圧時には双方の間に微小な隙間が生じてしまうことは避けられず、加圧された材料がこの隙間に流れ込んでしまい、製品となった状態においてバリを生じさせてしまうという問題があった。またこのバリを作る方向に材料が流れることに起因してあらかじめワークＷの表面に施した潤滑被膜が破壊され、本来の成形方向たる案内型５′に材料が流れにくくなる問題、あるいは保持型４′と案内型５′の隙間に流れ込んだ材料は成形を繰り返すことにより楔を打ち込むようにこの隙間を押し広げていき、短期間のうちに金型２′は使用不能となる問題等も併せて生じていた。
【０００５】
次にデッドメタルの発生の問題について説明する。例えば図５（ｂ）に示すように押圧方向に対し保持型４′と案内型５′との接合位置に隅角部Ｅを有する場合等には、加圧された材料が保持型４′内周面に沿って押圧方向たる下方に押された際、案内型５′の上方部に達したところで材料が停滞し、他の材料を案内するかのように取り残されてしまうことがある。この材料の滞留がデッドメタルＤであり、もちろんこれが発生すると成形不良の製品になってしまうという問題があった。
【０００６】
このデッドメタルＤの発生を回避するため、従来は例えば図５（ｃ）に示すようにデッドメタルＤの発生する隅角部Ｅの金型２′に丸みを付ける加工がなされたものがあった。しかしながらこの場合もクラックＣによる金型破損を考慮すると、保持型４′と案内型５′とを分けて構成することは避けられず、前記したバリ発生等の問題を生じ、これらの改善が求められていた。
【０００７】
【開発を試みた技術的課題】
本発明はこのような背景を認識してなされたものであり、クラックの発生防止を第一に考慮し、保持型と案内型とを別体とすることを構成上の前提条件としながらも、従来不可避であったバリの発生を防止し、且つ案内型と保持型との接合部付近で発生するデッドメタルを解消するという二つの技術的課題を同時に解決できる新規な手法の開発を試みたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１記載の鍛造方法は、金属素材から成るワークを押圧する押圧型と、ワークを収容する保持型と、ワークを所定の形状に塑性変形させるように規制する案内型とを具えた金型を用い、ワークを押圧型で加圧して一定の形状に塑性変形加工する方法において、前記保持型と案内型との接合位置にシールメタルを組み込み、このシールメタルにおけるワークとの接触部分には、保持型と案内型との接合部付近に位置する材料を積極的に案内型の中央に向けて流す材料案内面を形成することにより、塑性変形時ワークにおける材料の流れを円滑に案内型に導くようにしたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、保持型の内周面に沿って保持型と案内型の接合部付近まで下方に押し込まれてくる材料を滑らかに案内型の中央に向けて流すことができ、デッドメタルを生じさせない。また金型にもこれを破損するような無理な力が加わらない。
【０００９】
また請求項２記載の鍛造方法は、前記請求項１記載の要件に加え、前記材料案内面は、保持型に形成されるシールメタル受入部よりも高く形成されることにより材料案内面からその外側に形成される周壁当接面を保持型の内周面に当接させることを特徴として成るものである。
この発明によれば、成形時シールメタルは加圧された材料から外側方向への力を受けるが、シールメタルは保持型に食い込むことなく材料案内面を保持型の内周面上に突出させることができる。またこの力によりシールメタルは保持型及び案内型に押し付けられ、シールメタルと両者とは相互に密着した状態となり、バリを生じない。
【００１０】
更にまた請求項３記載の鍛造方法は、前記請求項１または２記載の要件に加え、前記保持型はその内周面にシールメタルの周壁当接面とほぼ同じ高さの当接面受入部が形成されることにより、周壁当接面を当接面受入部に受け入れるようにしたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、シールメタルの材料案内面と周壁当接面との接合部に形成されるエッジ部の破損を防止でき、またシールメタルと保持型との隙間への材料の入り込みをより効果的に防ぐことができる。
【００１１】
更にまた請求項４記載の鍛造装置は、金属素材から成るワークを押圧する押圧型と、ワークを収容する保持型と、ワークを所定の形状に変形させるように規制する案内型とを具えた金型を用い、ワークを押圧型により加圧して一定の形状に塑性変形加工する装置において、前記保持型と案内型との接合位置にシールメタルを組み込み、このシールメタルにおけるワークとの接触部分には、保持型と案内型との接合部付近に位置する材料を積極的に案内型の中央に向けて流す材料案内面が形成されていることを特徴として成るものである。
この発明によれば、シールメタルに形成される材料案内面が保持型と案内型との接合部付近に位置する材料を積極的に案内型中央部に向けて流すため、デッドメタルを生じることがない。また金型も無理な力が加わらず、これを破損させることもない。
【００１２】
更にまた請求項５記載の鍛造装置は、前記請求項４記載の要件に加え、前記材料案内面は、保持型に形成されるシールメタル受入部よりも高く形成されることを特徴として成るものである。
この発明によれば、成形時外側方向への力が加わるが、シールメタルは保持型に食い込んでしまうことがない。また加圧された材料の外側方向への力によりシールメタルは保持型及び案内型に押し付けられることとなり、シールメタルと両者とは相互に密着した状態となり、バリを生じない。
【００１３】
更にまた請求項６記載の鍛造装置は、前記請求項４または５記載の要件に加え、前記保持型は、その内周面にシールメタルの周壁当接面とほぼ同じ高さの当接面受入部が形成されることを特徴として成るものである。
この発明によれば、シールメタルの材料案内面と周壁当接面との接合部に形成されるエッジ部の破損を防止でき、またシールメタルと保持型との隙間への材料の入り込みをより効果的に防ぐことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づき説明する。説明にあたってはまず鍛造装置１について説明し、次いでこの装置の使用状態を説明しながら、併せて鍛造方法について説明する。なお本発明において、ワークＷの金属素材はアルミニウムに限らず、適宜の金属素材が適用されるものであり、鍛造装置１は実質的にこのワークＷを成形する金型２により構成される。この金型２は図１に示すようにワークＷを加圧する押圧型３と、ワークＷを収容する保持型４と、ワークＷを所定の形状に塑性変形させるように規制する案内型５と、保持型４と案内型５の接合位置に組み込まれるシールメタル６とを具えて成るものである。以下前記各構成部について概要を説明する。
【００１５】
まず押圧型３について説明する。押圧型３は上方に適宜シリンダ等を有し、上下に昇降自在に構成されている。そしてワークＷを成形する際には上方からワークＷを押し、徐々に加圧していきながら保持型４内を更に下方に進み、ワークＷにおける材料を強制的に下方の案内型５に押し込むのである。
【００１６】
次に保持型４について説明する。保持型４は成形される以前のワークＷを収容するとともに、成形中加圧された材料の外側への広がり作用を抑える受入部４１が形成され、更に案内型５との接合位置にはシールメタル６を嵌める溝状のシールメタル受入部４２が形成される。また図２に拡大して示すようにシールメタル６の材料案内面６１ａと周壁当接面６１ｂとの接合部に形成されるエッジ部の破損を防止するため、保持型４に周壁当接面６１ｂとほぼ同じ高さの当接面受入部４３を形成しても構わない。
【００１７】
次に案内型５について説明する。案内型５はその中央付近に加圧された材料を一定の形状に規制し、変形させるための成形案内部５１が形成される。この成形案内部５１は、例えば製品として円柱状のものが要求される場合には、円柱状の孔を有するように形成される等、適宜製品に応じた形状に形成され、また必要に応じ複数個の孔を形成する場合もある。
【００１８】
次にシールメタル６について説明する。シールメタル６は一例として環状に形成されるものであり、保持型４の受入部４１を押圧方向から見た投影形状とほぼ一致した全体形状を成すものである。そして図１に示すように断面として見た際、このものは内側に概ね三角形状を成す材料案内部６１と、外側に概ね長方形状を成す嵌合突縁６２とを具えて成るものである。
【００１９】
材料案内部６１は更に材料を円滑に案内型５の成形案内部５１に流す材料案内面６１ａと、材料案内面６１ａの外側に形成され保持型４の内周面に当接する周壁当接面６１ｂを具えて成るものである。
【００２０】
材料案内面６１ａは、シールメタル６の内側部分に形成されるものであり、加圧された材料に接触し、保持型４の内周面に沿って押圧方向たる下方に押し込まれてくる材料を積極的に案内型５に導くようにするためのものである。そして図１に示すように材料案内面６１ａの高さは保持型４のシールメタル受入部４２よりも高く形成され、下すぼまり状に傾いた斜面で形成される。しかしながらより材料を滑らかに流すため、図３に示すように適宜の丸みを付けた曲面で形成されても構わない。この材料案内面６１ａにより保持型４と案内型５との接合部付近に位置する材料は案内型５の成形案内部５１に向けて円滑に流れ込むようになる。
【００２１】
周壁当接面６１ｂは材料案内面６１ａの上端から外周側にほぼ垂直に形成されるものである。従って材料案内面６１ａと同様に周壁当接面６１ｂも保持型４のシールメタル受入部４２よりも高い位置から形成されることになり、周壁当接面６１ｂが保持型４の内周面に当接する際には幾分重なり合う状態となる。そして成形中シールメタル６は加圧された材料により外側方向の力を受けるが、この周壁当接面６１ｂが保持型４の内周面に当接するためシールメタル６は保持型４に食い込むことなく、保持型４の内周面上に材料案内面６１ａを突出させ続けるのである。
【００２２】
嵌合突縁６２は材料案内部６１から外周部にほぼ水平に形成されるものであり、保持型４に形成されるシールメタル受入部４２に嵌め込まれることによりシールメタル６の組み付けに寄与するものである。なおシールメタル６は成形時加圧された材料により外側方向への力を受けるが、加工する材料、材質により受ける力が大きい場合等にはシールメタル６とシールメタル受入部４２の隙間を極力小さくし、シールメタル受入部４２の壁面においてもこの力を受け止めるように構成することも可能である。更にこの力をより吸収するため、例えば図３に示すようにシールメタル６の一部を切断し、外側方向への力を受けた際、積極的に広がるように形成することも可能である。また図３に示すシールメタル６の全体形状は円形状であるが、製品の形状に応じて矩形状、長円形状等、適宜の形状に形成されるものである。また成形する製品形状により材料案内面６１ａを充分大きくすることが許される場合には、嵌合突縁６２を特に必要としないこともある。
【００２３】
次に以上のように構成された鍛造装置１の使用状態を説明しながら併せて鍛造方法について説明する。まず金型２の押圧型３を上方に退去させ、金属材料から成るワークＷを保持型４の受入部４１に収容する。なおこのとき図４（ａ）に示すようにワークＷはシールメタル６の材料案内面６１ａに当接した状態となっている。
【００２４】
そして押圧型３を保持型４の受入部４１に嵌挿させながらワークＷに押し当てて徐々に加圧していく。するとワークＷは徐々に圧縮され、成形前の形状を保つことができず、加圧された材料の移動が始まることとなる。その際、加圧された材料は周囲のものを外側に押し広げるように作用する。そしてまず載置される際、ワークＷに当接していたシールメタル６の材料案内面６１ａに作用することになる。ここで材料案内面６１ａが斜面で形成されており、またシールメタル６は下方から案内型５に支持されている等の理由によりシールメタル６はほぼ水平方向の外側にのみ押し広げ作用を受けることになる。このためシールメタル６は図４（ｂ）に示すように周壁当接面６１ｂを保持型４の内周面に当接させた状態となる。
【００２５】
なお成形中シールメタル６は、このように材料により外側への力を受け続けるが、この周壁当接面６１ｂを保持型４の内周面に当接させることにより保持型４への食い込みを防ぎ、材料案内面６１ａを保持型４の内周面上に突出させ続けることができる。また材料による外側方向への力を受け続けることにより、シールメタル６は保持型４及び案内型５に押し付けられることになり、シールメタル６と両者とは相互に密着した状態となり、バリ発生の原因となる隙間を形成しないのである。更に保持型４の内周面に当接面受入部４３が形成されている場合には成形中、周壁当接面６１ｂをこの当接面受入部４３に受け入れることになり、シールメタル６の材料案内面６１ａと周壁当接面６１ｂの接合部に形成されるエッジ部の破損を防ぐことになる。また当接面受入部４３はシールメタル６の周壁当接面６１ｂとほぼ同じ高さに形成されるため、材料の隙間への入り込みをより効果的に防止できる。もちろん当接面受入部４３の深さ（奥行寸法）は極めて微小であり、成形後のワークＷの抜き出しにあたっての支障はない。
【００２６】
その後、加圧された材料は保持型４の内周面にも接触した状態となり、徐々に案内型５の成形案内部５１に押し込まれることになる。その際、成形案内部５１の上方に位置する材料は比較的簡単に成形案内部５１へ押し込まれる。しかし保持型４の内周面付近に位置する材料はまず内周面に沿って押圧方向たる下方に押され、保持型４と案内型５との接合部付近に達することとなる。そしてここで材料は図４（ｃ）に示すように材料案内面６１ａにより流れ方向をほぼ９０°曲げられるようになり、案内型５の中央に向けて押し込まれていく。このため保持型４と案内型５との接合部付近で従来生じやすかったデッドメタルＤを生じさせず、全体的に材料が円滑に案内型５の成形案内部５１に導かれることになる。また材料の流れが円滑であるため金型２に対してもこれを破損させるような無理な力がかからないのである。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１また４記載の発明によれば、保持型４の内周面に沿って保持型４と案内型５との接合部付近まで押し込まれた材料をシールメタル６に形成される材料案内面６１ａが積極的に案内型５の中央に向けて流すため、デッドメタルＤを生じさせることがない。また金型２にも必要以上の無理な力が加わることもない。
【００２８】
また請求項２または５記載の発明によれば、成形時外側方向への力が加わるが、シールメタル６は保持型４に食い込んでしまうことがなく、保持型４の内周面上に材料案内面６１ａを突出させ続けることができる。また加圧された材料の外側方向への力によりシールメタル６は保持型４及び案内型５に押し付けられることになり、シールメタル６と両者とは相互に密着し、隙間を塞ぐようになり、バリも生じることがなく、案内型５への材料の流れを妨げることもない。
【００２９】
更にまた請求項３または６記載の発明によれば、シールメタル６の材料案内面６１ａと周壁当接面６１ｂとの接合部に形成されるエッジ部の破損を防止でき、またシールメタル６と保持型４との隙間への材料の入り込みをより効果的に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鍛造装置を骨格的に示す断面図である。
【図２】シールメタル周辺を拡大して示す断面図である。
【図３】シールメタルを示す斜視図である。
【図４】本発明の鍛造方法を段階的に示す断面図である。
【図５】従来の手法の問題点を示す断面図である。
【符号の説明】
１      鍛造装置
２      金型
３      押圧型
４      保持型
５      案内型
６      シールメタル
４１    受入部
４２    シールメタル受入部
４３    当接面受入部
５１    成形案内部
６１    材料案内部
６１ａ  材料案内面
６１ｂ  周壁当接面
６２    嵌合突縁
Ｃ      クラック
Ｄ      デッドメタル
Ｅ      隅角部
Ｗ      ワーク
【図１】
0003826486.tif 000002
【図２】
0003826486.tif 000003
【図３】
0003826486.tif 000004
【図４】
0003826486.tif 000005
【図５】
0003826486.tif 000006