CN103415360B - 向后冷挤压锻造用冲头和锻造装置 - Google Patents

Abstract

一种冲头（1）具有：与冲头轴（7）平行地形成的成形平刃口凸台部（2）；成形R部（3），其在相比于成形平刃口凸台部（2）靠顶端的一侧与成形平刃口凸台部（2）相连地形成，截面为圆弧状；和退避部（5），其在相比于成形平刃口凸台部（2）靠基端的一侧形成且与成形平刃口凸台部（2）相比为小径。坯料（20）的洛氏硬度（HRF）在65～105的范围内，冲头（1）的成形R部（3）的曲率半径（R）比锻造制品（25）的圆筒状周壁部（21）的壁厚（L）大。冲头（1）的成形平刃口凸台部（2）的长度（B）在0.05～0.15mm的范围内。冲头（1）的退避部（5）的相对于成形平刃口凸台部（2）的退避宽度（C）在0.15～1.0mm的范围内。

Description

向后冷挤压锻造用冲头和锻造装置

技术领域

本发明涉及向后冷挤压锻造用冲头、向后冷挤压锻造装置、制动活塞(制动器活塞：brakepiston)用毛坯的制造方法、制动活塞的制造方法以及有底圆筒状锻造制品的制造方法。

背景技术

作为由金属坯料成形出锻造制品的方法，已知利用冲头以及成形模的向后冷挤压锻造法(例如参照非专利文献1)。根据该向后冷挤压锻造法，能够成形出制动活塞用毛坯等有底圆筒状的锻造制品。

此时所用的冲头101，如图9所示，具有：与冲头轴107平行地形成的成形平刃口凸台部102；成形R部103，其与成形平刃口凸台部102相比靠近顶端侧与成形平刃口凸台部102相连地形成、截面呈圆弧形；成形顶端面104，其与形R部103相比更靠近顶端侧与成形平刃口凸台部102相连地形成，且由与冲头轴107垂直的平坦面构成；和与成形平刃口凸台部102相比更靠近基端侧形成的退避部105。退避部105与成形平刃口凸台部102相比为小径且与冲头轴107平行地形成。106为成形R部103的曲率中心。在成形模108的成形腔109内配置有金属坯料120。对该坯料120的表面实施了磷酸盐薄膜防锈处理(磷化处理)等润滑处理。而且，该坯料120在成形腔109内由冲头101挤压，从而坯料120的材料沿冲头101的成形R部103以及成形平刃口凸台部102向后方流动而形成圆筒状周壁部121。

一般来说，根据该向后冷挤压锻造法，冷锻是常温成形，所以与温锻和热锻相比在加热费用方面、生产率方面是有利的。

在先技术文献

非专利文献

非专利文献1:山本博一著，《想要知道的压缩加工模具》(「知りたい圧縮加工金型」)，第2版，(株)ジャパンマシニスト社，1980年3月10日，P85-92

发明内容

在非专利文献1的86～87页，作为本非专利文献1中的图6、12的说明，记载有在使用顶端为球状的冲头(所谓球状冲头)的向后冷挤压锻造中，如果锻造的截面减少率变大则加工载荷急据上升、球状冲头终究适于浅孔的成形等情况。因此，难以使用球状冲头来成形具有壁厚度薄的周壁部121的锻造制品125。

另外，在锻造制品125如该图所示那样为有底圆筒状的情况下，存在在对该坯料120进行向后冷挤压锻造时发生坯料120(锻造制品125)的内周面121a与冲头101热胶着(热粘着)这一难点。该热胶着，在冲头101的成形R部103的曲率半径R比锻造制品125(坯料120)的圆筒状周壁部121的壁厚L大的情况下、换言之在锻造制品125的周壁部121的壁厚L为冲头101的成形R部103的曲率半径R以下的情况下、即周壁部121薄的情况下，特别容易发生。

本发明是鉴于上述的技术背景而完成的，其目的在于提供即使在冲头的成形R部的曲率半径大的情况下也能够防止热胶着发生、而且能够成形出具有高尺寸精度的有底圆筒状锻造制品的向后冷挤压锻造用冲头、具备所述冲头的向后冷挤压锻造装置、使用了所述冲头的制动活塞用毛坯的制造方法、使用了所述制动活塞用毛坯的制动活塞的制造方法、以及使用了所述冲头的有底圆筒状锻造制品的制造方法。

本发明的其他目的以及优点通过以下的优选实施方式加以明确。

本发明提供下面的技术方案。

[1]一种向后冷挤压锻造用冲头，其具有：与冲头轴平行地形成的成形平刃口凸台部；成形R部，其在相比于所述成形平刃口凸台部靠顶端的一侧与所述成形平刃口凸台部相连地形成，截面为圆弧状；和退避部，其在相比于所述成形平刃口凸台部靠基端的一侧形成且与所述成形平刃口凸台部相比为小径，

该向后冷挤压锻造用冲头在对金属坯料进行向后冷挤压锻造而成形有底圆筒状锻造制品时使用，

所述坯料是洛氏硬度HRF在65～105的范围内的坯料，

所述成形R部的曲率半径被设定得比所述锻造制品的圆筒状周壁部的壁厚大，

所述成形平刃口凸台部的长度设定在0.05～0.15mm的范围内，

所述退避部的相对于所述成形平刃口凸台部的退避宽度设定在0.15～1.0mm的范围内。

[2]一种向后冷挤压锻造装置，其具备前项1所述的向后冷挤压锻造用冲头。

[3]一种制动活塞用毛坯的制造方法，使用向后冷挤压锻造用冲头对金属坯料进行向后冷挤压锻造来成形出有底圆筒状制动活塞用毛坯，所述向后冷挤压锻造用冲头具有：与冲头轴平行地形成的成形平刃口凸台部；成形R部，其在相比于所述成形平刃口凸台部靠顶端的一侧与所述成形平刃口凸台部相连地形成，截面为圆弧状；和退避部，其在相比于所述成形平刃口凸台部靠基端的一侧形成且与所述成形平刃口凸台部相比为小径，

所述坯料是洛氏硬度HRF在65～105的范围内的坯料，

所述冲头的成形R部的曲率半径被设定得比所述毛坯的圆筒状周壁部的壁厚大，

所述冲头的成形平刃口凸台部的长度设定在0.05～0.15mm的范围内，

所述冲头的退避部的相对于成形平刃口凸台部的退避宽度设定在0.15～1.0mm的范围内。

[4]根据前项3所述的制动活塞用毛坯的制造方法，所述坯料是在与所述冲头对应的成形模的成形腔内被向后冷挤压锻造的，在所述成形模的成形腔的底面的外周缘部，与成形腔的周面连接地形成有凹部，所述凹部通过在坯料的锻造时坯料的材料向其内部流入，来抑制材料在所述成形腔内的该底面与该周面之间的角部附近滞留。

[5]根据前项4所述的制动活塞用毛坯的制造方法，所述凹部的开口宽度设定在所述毛坯的周壁部的壁厚以上。

[6]根据前项4或5所述的制动活塞用毛坯的制造方法，在所述成形腔的中心侧配置的所述凹部的侧面倾斜，使得所述凹部的开口宽度变宽。

[7]根据前项3～6的任一项所述的制动活塞用毛坯的制造方法，所述坯料的上表面的表面粗糙度Ra除以所述坯料的外周面的表面粗糙度Ra所得到的值、所述坯料的上表面的表面粗糙度Rz除以所述坯料的外周面的表面粗糙度Rz所得到的值、所述坯料的上表面的波纹度Wa除以所述坯料的外周面的波纹度Wa所得到的值、和所述坯料的上表面的波纹度Wz除以所述坯料的外周面的波纹度Wz所得到的值之中的至少一个设定在0.5～1.5的范围内。

[8]根据前项3～7的任一项所述的制动活塞用毛坯的制造方法，所述坯料的材质是未实施O处理而实施了固溶处理的铝合金。

[9]一种制动活塞的制造方法，对采用权利要求3～8的任一项所述制动活塞用毛坯的制造方法得到的制动活塞用毛坯进行人工时效处理。

[10]一种有底圆筒状锻造制品的制造方法，使用向后冷挤压锻造用冲头对金属坯料进行向后冷挤压锻造来成形出有底圆筒状锻造制品，所述向后冷挤压锻造用冲头具有：与冲头轴平行地形成的成形平刃口凸台部；成形R部，其在相比于所述成形平刃口凸台部靠顶端的一侧与所述成形平刃口凸台部相连地形成，截面为圆弧状；和退避部，其在相比于所述成形平刃口凸台部靠基端的一侧形成且与所述成形平刃口凸台部相比为小径，

所述坯料是洛氏硬度HRF在65～105的范围内的坯料，

所述冲头的成形R部的曲率半径被设定得比所述锻造制品的圆筒状周壁部的壁厚大，

所述冲头的成形平刃口凸台部的长度设定在0.05～0.15mm的范围内，

所述冲头的退避部的相对于成形平刃口凸台部的退避宽度设定在0.15～1.0mm的范围内。

本发明起到下面的效果。

根据前项[1]所述的向后冷挤压锻造用冲头，即使在冲头的成形R部的曲率半径被设定得比锻造制品的周壁部的壁厚大的情况、换言之在锻造制品的周壁部的壁厚为冲头的成形R部的曲率半径以下的情况下，关于洛氏硬度HRF在65～105的范围内的坯料，既能够防止该坯料的内周面与冲头的热胶着，又能够得到具有高尺寸精度的有底圆筒状锻造制品。

根据前项[2]所述的向后冷挤压锻造装置，起到与前项[1]所述的冲头相同的效果。

根据前项[3]所述的制动活塞用毛坯的制造方法，即使在冲头的成形R部的曲率半径被设定得比制动活塞用毛坯的周壁部的壁厚大的情况、换言之在制动活塞用毛坯的周壁部的壁厚为冲头的成形R部的曲率半径以下的情况下，关于洛氏硬度HRF在65～105的范围内的坯料，既能够防止该坯料的内周面与冲头的热胶着，又能够得到具有高尺寸精度的制动活塞用毛坯。

根据前项[4]所述的制动活塞用毛坯的制造方法，改善了材料的滞留状态(死区金属状态)，由此，能够可靠地防止热胶着，而且还能够防止起因于材料的滞留(死区金属)的表皮折叠伤的发生。其结果，能够得到高品质的制动活塞用毛坯。

根据前项[5]所述的制动活塞用毛坯的制造方法，能够更可靠地防止热胶着，而且还能够更可靠地防止起因于材料的滞留的表皮折叠伤的发生。

根据前项[6]所述的制动活塞用毛坯的制造方法，能够更进一步可靠地防止热胶着，而且还能够更可靠地防止起因于材料的滞留的表皮折叠伤的发生。

根据前项[7]所述的制动活塞用毛坯的制造方法，能够更进一步可靠地防止热胶着。

根据前项[8]所述的制动活塞用毛坯的制造方法，坯料的材质为未实施O处理而实施了固溶处理的铝合金，所以起到如下那样的效果。

即，在以往的制动活塞用毛坯的制造方法中，为了减低坯料硬度以提高锻造性，需要在锻造前对坯料实施O处理。进而，如果这样对坯料实施O处理，则对该坯料进行向后冷挤压锻造所成形出的制动活塞用毛坯的硬度低。因此，需要在锻造后对毛坯实施固溶处理。也就是说，在以往的制造方法中，需要实施至少2次的热处理工序(O处理和固溶处理)。相对于此，在本发明的制动活塞用毛坯的制造方法中，即使对洛氏硬度HRF在65～105的范围内的硬的坯料进行锻造也能够成形出具有高尺寸精度的制动活塞用毛坯，因此不需要在锻造前对坯料实施O处理。而且，因为不需要在锻造前对坯料实施O处理，所以也不需要在锻造后对毛坯实施固溶处理。因此，能够简化制动活塞的制造工序，因此能够减低制动活塞的制造成本。

根据前项[9]所述的制动活塞的制造方法，能够得到被调整成适于制动活塞的硬度的制动活塞。

根据前项[10]所述的锻造制品的制造方法，既能够防止坯料的内周面与冲头的热胶着，又能够得到具有高尺寸精度的有底圆筒状锻造制品。

附图说明

图1是用本发明的第1实施方式涉及的向后冷挤压锻造装置的冲头对金属坯料进行挤压之前的状态的剖视图。

图2是用该冲头对坯料进行了挤压的状态的剖视图。

图3是图2的放大图。

图4是表示由坯料制造制动活塞的工序的、本发明的一实施方式涉及的工序图。

图5是用本发明的第2实施方式涉及的向后冷挤压锻造装置的冲头对金属坯料进行了挤压的状态的剖视图。

图6是用本发明的第3实施方式涉及的向后冷挤压锻造装置的冲头对金属坯料进行了挤压的状态的剖视图。

图7是用于说明上述第1实施方式的向后冷挤压锻造装置的冲头的成形R部的与图3对应的图。

图8是表示由坯料制造制动活塞的工序的、参考例涉及的工序图。

图9是用为了说明本发明的背景技术而使用的冲头对金属坯料进行了挤压的状态的剖视图。

具体实施方式

接下来，关于本发明的几个实施方式参照附图如下进行说明。

图1中，15为本发明的第1实施方式涉及的向后冷挤压锻造装置。该锻造装置15，如图1以及图2所示，是用于由金属坯料20成形出例如制动活塞用毛坯作为有底圆筒状锻造制品25的装置，具有本发明的第1实施方式涉及的向后冷挤压锻造用冲头1和与冲头1对应的成形模8等。成形模8具有成形腔9。

锻造制品25(制动活塞用毛坯)为金属制，如图2所示，具有圆板状底壁部22和在该底壁部22的外周缘部一体形成的圆筒状周壁部21。该锻造制品25中，底壁部22与制动活塞的头部对应，周壁部21与制动活塞的侧缘部对应。

锻造制品25的制造所用的金属坯料20，如图1所示，为圆板状或圆柱状，配置在成形模8的成形腔9内。而且，该坯料20在成形腔9内由冲头1挤压，从而如图2所示那样成形出有底圆筒状锻造制品25。本第1实施方式中，成形模8的成形腔9的底面9b为平坦的圆形。成形腔9的周面9a的半径，在成形腔9的中心轴方向上一定。

坯料20是洛氏硬度HRF在65～105的范围内的坯料。在此，洛氏硬度是依据JIS(日本工业标准)Z2245：2005的“洛氏硬度试验－试验方法”而测定出的值，该测定中使用的标尺(scale)为F、压头为钢球1.5875mm、试验载荷为588.4N。此外，本第1实施方式中，作为压头使用了钢球压头，所以正式的硬度符号为HRFS。

进而，在坯料20的表面(即坯料20的上表面20a、下表面以及外周面20b)遍及其全部面实施了磷酸盐薄膜防锈处理等润滑处理。

冲头1通过未图示的冲头驱动单元(例：油压缸)沿冲头轴7向成形模8的成形腔9内进入和从其中出来从而挤压坯料20。该冲头1的形状如下所述。

如图3所示，冲头1是其挤压成形部形成为大致半球状的冲头，即纳入到所谓球状冲头的范畴。若详细叙述，则冲头1具有成形平刃口凸台部2和截面圆弧状的成形R部3以及成形顶端面4来作为挤压成形部，还具有退避部5。此外，退避部5也称为冲头1的轴杆部。6为成形R部3的曲率中心。

成形平刃口凸台部2与冲头轴7平行地形成。成形R部3在与成形平刃口凸台部2相比靠顶端的一侧与成形平刃口凸台部2相连地形成。成形顶端面4在与成形R部3相比靠顶端的一侧与成形R部3相连地形成，且由与冲头轴7垂直的平坦面构成。退避部5与成形平刃口凸台部2相比为小径且与冲头轴7平行地形成。因此，在成形平刃口凸台部2与退避部5之间产生台阶高差，该台阶高差对应于成形平刃口凸台部2的半径与退避部5的半径的差。

进而在第1实施方式中，成形R部3与成形平刃口凸台部2平滑地相连而形成。因此，在成形R部3与成形平刃口凸台部2的边界没有产生角部。进而，成形顶端面4与成形R部3平滑地相连而形成。因此，在成形顶端面4与成形R部3的边界没有产生角部。

在此，为了便于说明，将成形R部3的曲率半径设为R、将成形平刃口凸台部2的长度设为B、将退避部5的相对于成形平刃口凸台部2的退避宽度、即成形平刃口凸台部2与退避部5之间的台阶高差设为C。另外，将锻造制品25(坯料20)的圆筒状周壁部21的壁厚设为L。L为和成形平刃口凸台部2与成形模8的成形腔9的周面9a之间的间隙尺寸相同的尺寸。R、B、C以及L都比0大。即，R＞0、B＞0、C＞0、L＞0。

本第1实施方式的冲头1中，成形R部3的曲率半径R被设定得比锻造制品25的周壁部21的壁厚L大。即，R＞L、也就是R/L＞1。

以往，如果这样利用成形R部3的曲率半径R比L大的冲头1对洛氏硬度HRF在65～105的范围内的较硬的坯料20进行向后冷挤压锻造，则坯料20(锻造制品25)的内周面21a容易与冲头1发生热胶着。本发明人认为其原因如下。即，认为：如果冲头1的成形R部3的曲率半径R大，则与R小的情况相比，由冲头1挤压的坯料20的材料沿着冲头1的成形R部3缓缓流动，所以材料在成形R部3与成形平刃口凸台部2的边界位置集中。因此，在该边界位置坯料20容易产生新生面，在周壁部21的内周面21a产生润滑中断。其结果，会发生热胶着。

因此，为了消除上述难点，本发明人关于冲头1的形状进行了锐意研究，结果发现：通过将成形平刃口凸台部2的长度B设定在0.05～0.15mm的范围内、且将退避部5的相对于成形平刃口凸台部2的退避宽度C设定在0.15～1.0mm的范围内，能够消除上述难点。

在成形平刃口凸台部2的长度B低于0.05mm的情况下，周壁部21的生成变得不稳定，周壁部21的内径尺寸精度降低。另一方面，在B超过0.15mm的情况下，因为B过长，所以在周壁部21的内周面21a发生热胶着。

在退避宽度C低于0.15mm的情况下，因为C过小，所以周壁部21的内周面21a与退避部5发生热胶着。因此，为了防止热胶着，优选退避宽度C为0.15mm以上。但是，在C超过1.0mm的情况下，冲头1的退避部5处的刚性变小，有锻造制品25的尺寸精度降低之恐。

另外，锻造时的冲头1的温度并不被限定，但特别优选设定在120～190℃的范围内。

冲头1的材质并不被限定，但特别优选为超硬合金。冲头1的硬度(维氏硬度)并不被限定，但特别优选为HV1400±200。

进而，本第1实施方式的制造方法，在制造如下那样的形状的锻造制品25的情况下特别合适。所谓该形状如图2所示，为在将锻造制品25的外径设为D、将锻造制品25的中空部深度设为F时，满足L/D＝0.038～0.25、L＝1.5～5mm、F/D＝0.25～3、以及F＝10～60mm这一尺寸条件的形状。在使用以往的冲头制造该形状的锻造制品25的情况下，容易发生热胶着，并发生锻造制品25的尺寸精度低的问题。相对于此，在使用本第1实施方式的冲头1制造该形状的锻造制品25的情况下，不发生这样的问题，即，既能够防止热胶着的发生，又能够提高锻造制品25的尺寸精度。

图4是表示由坯料20成形制动活塞用毛坯作为有底圆筒状锻造制品25、接着由该毛坯制造制动活塞的优选工序的工序图。坯料20的材质为铝合金。

如该图所示，在步骤S1中，通过将棒状的铝连铸材、铝合金挤压材、铝拉拔材等切断得到规定形状(即圆板状或圆柱状)以及规定尺寸的坯料20。在步骤S2中，对坯料实施下述固溶处理:利用间歇炉等以495～530℃×2.5～5.0h的条件对坯料20进行热处理，然后进行水冷。在步骤S3中，对坯料20的表面遍及其全部面地作为润滑处理而进行磷酸盐薄膜防锈处理。即，对坯料20的表面进行脱脂处理，接着在坯料20的表面形成磷酸盐皮膜(例：磷酸锌皮膜)，其后实施使用了硬脂酸钠的金属皂润滑处理，由此使磷酸盐皮膜与硬脂酸钠反应形成润滑皮膜(例：硬脂酸锌皮膜)。润滑皮膜的厚度例如为2～6μm。在步骤S4中，挑选坯料20的重量，选出锻造所用的坯料20。此外，该步骤S4是根据需要而进行的，也可省略。在步骤S5中，利用本第1实施方式的向后冷挤压锻造装置15对坯料20进行向后冷挤压锻造，成形出制动活塞用毛坯(锻造制品25)。在步骤S6中，根据需要利用连续炉等对毛坯进行人工时效处理。该时效处理的优选条件为170～180℃×1.5～2.5h。在步骤S7中，将毛坯切削加工成所希望的制动活塞的形状。在步骤S8中，对毛坯的表面实施铝阳极化处理。通过经过以上工序，能够得到所希望的有底圆筒状制动活塞。

进而，根据本第1实施方式的制动活塞用毛坯的制造方法，坯料20的材质是未实施O处理而实施了固溶处理的铝合金，所以起到下面这样的效果。

即，以往的制动活塞用毛坯的制造方法，为了降低坯料20的硬度、提高锻造性，需要在锻造前对坯料20实施O处理(参照后述的图8)。进而，如果这样对坯料20实施O处理，则对该坯料20进行向后冷挤压锻造而成形出的制动活塞用毛坯的硬度低。因此，需要在锻造后对毛坯实施固溶处理。也就是说，在以往的制造方法中，需要实施至少2次的热处理工序(O处理和固溶处理)。相对于此，在本第1实施方式的制动活塞用毛坯的制造方法中，即使对洛氏硬度HRF在65～105范围内的较硬的坯料20进行锻造也能够成形出具有高尺寸精度的制动活塞用毛坯，因此不需要在锻造前对坯料20实施O处理。而且，因为不需要在锻造前对坯料20实施O处理，所以也不需要在锻造后对毛坯实施固溶处理。因此，能够简化制动活塞的制造工序，从而能够降低制动活塞的制造成本。

坯料20的材质优选为下述组成的铝合金。即，坯料20的材质，优选为下述铝合金，该铝合金包含Si：9.0～11.0质量％、Fe：0.50质量％以下、Cu：0.70～1.1质量％、Mn：0.15质量％以下、Mg：0.3～0.7质量％、Zn：0.25质量％以下，其余量由Al和不可避免的杂质组成。该组成的铝合金中，与A6061相比含有更多的Si，所以也含有较多的共晶Si。因此，在步骤S8中，能够对毛坯(锻造制品25)的表面实施没有或基本没有开裂的硬质铝阳极化处理。另一方面，该组成的铝合金的坯料20较硬(洛氏硬度HRF：65～105)，所以适于制动活塞，相反也存在在向后冷挤压锻造时难以出现角部形状、尺寸精度变低这一难点。但是，如果使用本第1实施方式的冲头1对坯料20进行向后冷挤压锻造，则能够成形出具有高尺寸精度的制动活塞用毛坯。

进而，在本第1实施方式的制造方法中，优选：坯料20的上表面20a的表面粗糙度Ra除以坯料20的外周面20b的表面粗糙度Ra所得的值、坯料20的上表面20a的表面粗糙度Rz除以坯料20的外周面20b的表面粗糙度Rz所得的值、坯料20的上表面20a的波纹度Wa除以坯料20的外周面20b的波纹度Wa所得的值、和坯料20的上表面20a的波纹度Wz除以坯料20的外周面20b的波纹度Wz所得的值中的至少一个设定为0.5～1.5的范围内。通过这样设定，能够可靠地防止坯料20(锻造制品25)的内周面21a与冲头1热胶着。

在此，所谓坯料20的上表面20a，是坯料20的与冲头1触接的触接面。表面粗糙度Ra、Rz、波纹度Wa、Wz都是依据JISB0601：2001测定的值。此外，JISB0601：2001依据了IS04287：1997。所谓表面粗糙度Ra为粗糙度曲线的算数平均粗糙度。所谓表面粗糙度Rz为粗糙度曲线的最大高度。所谓波纹度Wa为波纹度曲线的算术平均波纹度。所谓波纹度Wz为波纹度曲线的最大高度。作为将坯料20的上表面20a以及外周面20b的表面性状调整到这样的范围内的方法，例如可举出：对这些面20a、20b实施上述的磷酸盐薄膜防锈处理。进而，坯料20的下表面，特别优选调整为与上表面20a相同的表面性状。

图5所示的本发明的第2实施方式涉及的向后冷挤压锻造装置15中，在成形模8的成形腔9的底面9b的外周缘部，遍及其周向全周地延伸的圆环状的凹部10与成形腔9的周面9a连接地形成。该凹部10起到下述作用：通过在坯料20的锻造时坯料20的材料向其内部流入，来抑制材料在成形腔9内的该底面9b与该周面9a之间的角部附近9z滞留。

即，在坯料20的锻造时，在成形模8的成形腔9内的该底面9b与该周面9a之间的角部附近9z，容易发生坯料20的材料的滞留。一般而言，坯料20的材料的滞留也称为“死区金属”。假如在坯料20的锻造时在角部附近9z发生材料的滞留(死区金属)，则坯料20(锻造制品25)的内周面21a容易与冲头1发生热胶着，而且，锻造制品25容易发生表皮折叠伤。因此，为了解决这样的问题，在本第2实施方式的成形模8中，在其成形腔9的底面9b的外周缘部形成有凹部10。由此，在坯料20的锻造时，坯料20的材料从冲头1的顶端侧向凹部10内流入，而且向冲头1的成形平刃口凸台部2与成形模8的成形腔9的周面9a之间的间隙侧流出。也就是说，在角部附近9z材料顺畅地流动。其结果，在角部附近9z的材料的滞留状态(死区金属状态)得到改善。由此，既能够可靠地防止热胶着，又能够防止起因于材料滞留的表皮折叠伤发生。因此，能够得到高品质的锻造制品25。

凹部10的开口宽度W设定为锻造制品25的周壁部21的壁厚L以上(即W≥L)。由此，在角部附近9z坯料20的材料更顺畅地流动，因此，既能够更可靠地防止热胶着，又能够可靠地防止起因于材料滞留的表皮折叠伤发生。

进而，凹部10的相互相对的一对侧面10a、10b之中、在成形模8的成形腔9的中心侧配置的侧面10a倾斜，使得凹部10的开口宽度W变宽。如果详述，则该侧面10a倾斜，使得随着从凹部10的底部朝向凹部10的开口部侧，凹部10的开口宽度W逐渐变宽。由此，在角部附近9z坯料20的材料更加顺畅地流动，由此，既能够更可靠地防止热胶着，又能够更可靠地防止起因于材料滞留的表皮折叠伤发生。凹部10的另一侧面10b与成形腔9的周面9a连成一个面。

图6所示的本发明的第3实施方式涉及的向后冷挤压锻造装置15中，与上述第2实施方式同样地，在成形模8的成形腔9的底面9b的外周缘部，遍及其周向全周地延伸的圆环状的凹部10与成形腔9的周面9a连接地形成。该凹部10起到与上述第2实施方式的凹部相同的作用。在该成形模8中，与凹部10的一对侧面10a、10b之中的、在成形模8的成形腔9的中心侧配置的侧面10a邻接的成形腔9的底面9b的邻接部，向成形腔9的内侧***。即使成形腔9的底面9b以及凹部10是这样的形状，也起到与上述第2实施方式同样的效果。

以上对本发明的几个实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式所示的情况，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。

另外，在本发明中，在假设冲头1的成形R部3的截面形状不是单纯的圆弧形的情况下(例如，成形R部3的截面形状为复合R、抛物线的一部分、椭圆的一部分的情况下)，所谓成形R部3的曲率半径R，优选为将与成形平刃口凸台部2相接的紧跟前附近圆弧近似后的曲率半径。例如，如图7所示，在冲头1的纵截面(即冲头1的包括冲头轴7的截面)中，在将沿成形平刃口凸台部2的线从成形平刃口凸台部2与成形R部3的边界X1向冲头1的顶端侧延长的延长线E1与从冲头1的顶端向与冲头轴7垂直的半径外方向延伸的半径线E2的交点设为X0，将以该交点X0为中心从延长线E1向成形R部3侧倾斜45°的倾斜线(用虚线表示)E3与成形R部3交叉的交点设为X2时，优选将成形R部3的X1～X2区域的曲线的曲率半径的平均值设为R

另外，在本发明中，冲头1也可以是没有成形顶端面4的冲头，即，也可以：冲头1的与成形平刃口凸台部2相比靠顶端的一侧的部分整体仅由成形R部3以半球状形成。

另外，在本发明中，特别优选有底圆筒状锻造制品25为制动活塞用毛坯，但除此以外，也可以是例如车辆压缩机活塞杯用毛坯，也可以是杯状产品等。

实施例

接下来，下面示出本发明的具体实施例。但是本发明并不限定于这些实施例。另外，在下面的说明中，为了容易理解实施例、比较例以及参考例，使用与在上述实施方式中所用的附图标记相同的标记。

＜实施例1～9、比较例1～14、参考例1～6＞

表1

表2

准备了上述表1以及2所示的5种M1～M5的坯料20。这些坯料20都是用于制动活塞用毛坯的制造的坯料，其材质都为铝合金。表1示出各坯料20的材质组成的成分。表2示出对坯料20的热处理以及坯料20的特性。

这些坯料20之中，种类M1、M2以及M4的坯料20，由表2中的“对坯料的热处理”栏的记载可知，是按照图4所示的工序图中的步骤S1～S4制造的，洛氏硬度HRF在65～105的范围内，即比较硬。另一方面，种类M3以及M5的坯料20是作为本发明的参考例使用的，洛氏硬度HRF低于65，即比较软。

种类M3以及M5的坯料20是按照图8所示的工序图中的步骤S11～S14制造的。该工序是以往的制动活塞用毛坯的制造工序。下面关于该工序图进行说明。在步骤S11中，通过将棒状的铝连铸材、铝合金挤压材、铝拉拔材等切断得到规定形状以及尺寸的坯料20。在步骤S12中，为了减低坯料20的硬度、提高锻造性，对坯料20施以O处理(退火)。在步骤S13中，对坯料20的表面遍及全部面作为润滑处理进行磷酸盐薄膜防锈处理。在步骤S14中，挑选坯料20的重量，选出锻造所用的坯料20。在步骤S15中，对所选出的坯料20进行向后冷挤压锻造，成形出制动活塞用毛坯(锻造制品25)。在步骤S16中，为了提高坯料20的硬度而对毛坯实施固溶处理。在步骤S17中，对毛坯进行人工时效处理。在步骤S18中，将毛坯切削加工成所希望的制动活塞的形状。在步骤S19中，对毛坯的表面实施铝阳极化处理。通过经由以上的工序，得到有底圆筒状制动活塞。

对锻造条件作各种改变，用上述第1实施方式的向后冷挤压锻造装置15对这5种(M1～M5)的坯料20进行向后冷挤压锻造，由此作为有底圆筒状锻造制品25成形出制动活塞用毛坯。关于锻造制品25(制动活塞用毛坯)的形状，D为28mm、F为30mm。而且，关于锻造制品25，对内径尺寸精度、在内周面21a的热胶着和伤的有无进行了评价。其结果在表3中示出。此外，在该锻造时使用的冲头1中，成形R部3形成为与成形平刃口凸台部2平滑地相连。冲头1的材质为超硬合金，冲头1的硬度为HV1400。

表3

在表3中的“锻造条件”栏中，R、L、B以及C含义如下。

R：冲头1的成形R部3的曲率半径

L：锻造制品25的周壁部21的壁厚

B：冲头1的成形平刃口凸台部2的长度

C：冲头1的退避部5的相对于成形平刃口凸台部2的退避宽度。

另外，在“评价”栏中，“尺寸精度”栏中的符号的含义如下。

○：内径尺寸精度高

×：内径尺寸精度低。

另外，在“评价”栏中，“热胶着”栏中的符号的含义如下。

◎：内周面21a没有发生热胶着、且内周面21a的光泽性高

○：内周面21a没有发生热胶着、且内周面21a的光泽性低

×：内周面21a发生了热胶着。

另外，在“评价”栏中，“伤”栏中的符号的含义如下。

○：内周面21a无伤

×：内周面21a有伤。

由表3中的实施例可知，在对洛氏硬度HRF在65～105(若详述则为72～97)的范围内的比较硬的坯料(种类：M1、M2、M4)进行向后冷挤压锻造的情况下，即使此时使用的冲头1的R比L大，通过将B设定在0.05～0.15mm的范围内以及将C设定在0.15～1.0mm的范围内，既能够防止坯料20的内周面21a与冲头1的热胶着，又能够得到具有高尺寸精度且无伤的有底圆筒状锻造制品25(制动活塞用毛坯)。另一方面，由比较例可知，在B以及C在规定范围外的情况下，不能得到这样的高品质锻造制品。

此外，由参考例1、2以及5可知，在对比较硬的坯料(种类：M1、M2、M4)进行向后冷挤压锻造的情况下，如果此时使用的冲头1的R比L小，则即使B以及C在规定范围外也能够得到高品质的锻造制品。另外，由参考例3、4以及6可知，在对较软的坯料(种类：M3、M5)进行向后冷挤压锻造的情况下，即使B以及C在规定范围外也能够得到高品质的锻造制品。因此，可知，在使用R比L大的冲头1对硬的坯料20进行向后冷挤压锻造的情况下，将冲头1的B以及C分别设定在规定范围内是用于得到高品质锻造制品25的优选条件。

＜实施例21～24＞

准备了上述表1以及2所示的种类M2的坯料20。而且，使用如上述第1实施方式的向后冷挤压锻造装置15的成形模8那样在成形腔9的底面9b的外周缘部没有形成凹部10的成形模8、和如上述第2实施方式的向后冷挤压锻造装置15的成形模8那样在成形腔9的底面9b的外周缘部形成有凹部10的成形模8，进而对凹部10的开口宽度W作各种改变，对坯料20进行向后冷挤压锻造作为锻造制品25成形出制动活塞用毛坯。接下来，关于锻造制品25，对表皮折叠伤的发生率和在内周面21a的热胶着进行了评价。其结果在表4中示出。

表4

实施例21是使用没有形成凹部10的成形模8对坯料20进行了向后冷挤压锻造的情况，实施例22～24是使用形成有凹部10的成形模8对坯料20进行了向后冷挤压锻造的情况。该锻造中应用的R为10mm，L为3mm。在锻造制品25的形状中，D为28mm、F为33mm。此外，在该锻造时使用的冲头1中，成形R部3形成为与成形平刃口凸台部2平滑地相连。冲头1的材质为超硬合金，冲头1的硬度为HV1400。该表4中的所谓“凹部尺寸”表示凹部10的开口宽度W的尺寸与R以及L的大小关系。作为“表皮折叠发生率”示出在进行了20次锻造时锻造制品25发生表皮折叠伤的次数。“热胶着”栏中的符号的含义如下。

◎：内周面21a没有发生热胶着、且内周面21a的光泽性高

○：内周面21a没有发生热胶着、且内周面21a的光泽性低。

由表4可知，在使用形成有凹部10的成形模8对坯料20进行了向后冷挤压锻造的情况下(实施例22～24)，能够得到无热胶着且内周面21a的光泽性高的毛坯。特别是，在凹部10的开口宽度W比L大的情况下(实施例22、23)，表皮折叠发生率非常小，因此能够得到高品质的锻造制品25。最优选的条件是凹部10的开口宽度W为R以上(实施例22)。

＜实施例31～35＞

准备了上述表1以及2所示的种类M2的坯料20。而且，使用上述第1实施方式的向后冷挤压锻造装置15，并对坯料20的上表面20a以及外周面20b的表面粗糙度Ra、Rz以及波纹度Wa、Wz作各种改变，对坯料20进行向后冷挤压锻造作为锻造制品25成形出制动活塞用毛坯。在该锻造中应用的R为10mm、L为3mm。在锻造制品25的形状中，D为28mm、F为30mm。此外，在该锻造时使用的冲头1中，成形R部3形成为与成形平刃口凸台部2平滑地相连。冲头1的材质为超硬合金，冲头1的硬度为HV1400。接下来，关于锻造制品25，对在内周面21a的热胶着进行了评价。其结果在表5中示出。

表5

在该表5中的“坯料的测定面”栏中，所谓“上表面”意味着坯料20的上表面20a，所谓“外周面”意味着坯料20的外周面20b，所谓“比率”示出坯料20的上表面20a的各测定值(Ra、Rz、Wa、Wz)除以坯料20的外周面20b的各测定值(Ra、Rz、Wa、Wz)所得到的值。Ra、Rz、Wa以及Wz都是依据JISB0601：2001测定出的值。此外，坯料20的下表面被调整为与上表面20a相同的表面性状。“热胶着”栏中的符号的含义如下。

◎：内周面21a没有发生热胶着、且内周面21a的光泽性高

○：内周面21a没有发生热胶着、且内周面21a的光泽性稍高

△：内周面21a没有发生热胶着、且内周面21a的光泽性稍低。

由表5可知，在将坯料20的上表面20a的表面粗糙度Ra除以坯料20的外周面20b的表面粗糙度Ra所得到的值、坯料20的上表面20a的表面粗糙度Rz除以坯料20的外周面20b的表面粗糙度Rz所得到的值、坯料20的上表面20a的波纹度Wa除以坯料20的外周面20b的波纹度Wa所得到的值、和坯料20的上表面20a的波纹度Wz除以坯料20的外周面20b的波纹度Wz所得到的值中的至少一个设定在0.5～1.5(更优选为0.85～1.2)的范围内的情况下(实施例33～35)，能够可靠地防止坯料20(锻造制品25)的内周面21a与冲头1的热胶着。特别是，在这些值全部设定在0.5～1.5(更优选为0.85～1.2)的范围内的情况下，能够更可靠地防止热胶着。

进一步可知：为了防止热胶着的发生，特别优选坯料20的外周面20b的表面粗糙度Ra在0.6～1.5μm的范围内、且坯料20的外周面20b的表面粗糙度Rz在5～15μm的范围内。而且可知：为了防止热胶着的发生，特别优选坯料20的外周面20b的波纹度Wa在0.7～1.5μm的范围内、且坯料20的外周面20b的波纹度Wz在5～15μm的范围内。因此，可知：为了防止热胶着的发生，优选将坯料20的表面粗糙度设为适度的粗糙度而不是使其小。

本申请要求在2010年12月20日提出申请的日本国专利申请的特愿2010-283491号的优先权，其公开内容原样地构成本申请的一部分。

应该认识到，在此使用的术语以及表达是用于说明的，并不是用于限定性地解释，也不排除在此示出且论述了的特征事项的任何均等物，也容许本发明技术方案的范围内的各种变形。

本发明是以众多不同的形态具现化而得到的，但是该公开应被视为提供本发明的原理的实施例，在了解了这些实施例并不是希望将本发明限定于在此记载且/或图示了的优选实施方式的基础之上，在此记载了众多的图示实施方式。

在此记载了好几个本发明的图示实施方式，但是本发明并不限定于在此记载的各种优选实施方式，也包含基于该公开能够由所谓的本领域技术人员认识到的、具有均等要素、修正、削除、组合(例如跨各种实施方式的特征的组合)、改良和/或变更的所有实施方式。技术方案的限定事项应该基于在该技术方案中使用的术语广义地解释，而不应该限定于本说明书或本申请的程序中所记载的实施例，应该理解为这样的实施例是非排他的。例如，在该公开中，“优选”这一术语是非排他的，意味着“虽然优选但不限定于此”这样的意思。在该公开和本申请的程序进行期间，只有在对于特定技术方案的限定中，才使用方法加功能或步骤加功能的限定事项，在该限定事项中存在以下所有条件：a)明确地记载“用于…的方法”或“用于…的步骤”；b)明确地记载对应的功能以及c)没有记载结构、支持该结构的材料或行为。在该公开以及本申请程序进行期间，“本发明”或“发明”这样的术语有时作为言及本公开范围中的一个或多个方面使用。“本发明”或“发明”这样的术语不应被不适当地解释为临界识别，不应被不正确地解释为遍及所有方面或所有实施方式而适用(即，应理解为本发明具有多个方面和实施例)，并且不应被不适当地解释为限定本申请或技术方案的范围。在该公开和本申请程序进行期间，“实施例”这一术语也在记载任何方面、特征、过程或步骤，它们的任何组合及/或它们的任何部分等时使用。在一些实施例中，各种实施方式有时包括重叠的特征。在该公开和本申请程序进行期间，有时使用以下缩写术语：“e.g.”是指“例如”，“NB”是指“注意”。产业上的利用可能性

本发明能够用于向后冷挤压锻造用冲头、向后冷挤压锻造装置、制动活塞用毛坯的制造方法、制动活塞的制造方法、以及有底圆筒状锻造制品的制造方法。

附图标记说明

1：冲头；2：成形平刃口凸台部；3：成形R部；

4：成形顶端面；5：退避部；7：冲头轴；

8：成形模；9：成形腔；10：凹部；

15：向后冷挤压锻造装置；20：坯料；

20a：坯料的上表面；20b：坯料的外周面；

25：锻造制品(制动活塞用毛坯)。

Claims (10)

1.一种向后冷挤压锻造用冲头，其具有：

与冲头轴平行地形成的成形平刃口凸台部；

成形R部，其在与所述成形平刃口凸台部相比靠顶端的一侧与所述成形平刃口凸台部相连地形成，且截面为圆弧状；和

退避部，其在与所述成形平刃口凸台部相比靠基端的一侧形成且与所述成形平刃口凸台部相比为小径，

所述向后冷挤压锻造用冲头在对金属坯料进行向后冷挤压锻造而成形出有底圆筒状锻造制品时使用，

所述坯料是洛氏硬度HRF在65～105的范围内的坯料，

所述成形R部的曲率半径被设定得比所述锻造制品的圆筒状周壁部的壁厚大，

所述成形平刃口凸台部的长度被设定在0.05～0.15mm的范围内，

所述退避部的相对于所述成形平刃口凸台部的退避宽度被设定在0.15～1.0mm的范围内。

2.一种向后冷挤压锻造装置，其具备权利要求1所述的冲头。

3.一种制动活塞用毛坯的制造方法，使用向后冷挤压锻造用冲头对金属坯料进行向后冷挤压锻造来成形出有底圆筒状制动活塞用毛坯，所述向后冷挤压锻造用冲头具有：与冲头轴平行地形成的成形平刃口凸台部；成形R部，其在与所述成形平刃口凸台部相比靠顶端的一侧与所述成形平刃口凸台部相连地形成，且截面为圆弧状；和退避部，其在与所述成形平刃口凸台部相比靠基端的一侧形成且与所述成形平刃口凸台部相比为小径，

所述坯料是洛氏硬度HRF在65～105的范围内的坯料，

所述冲头的成形R部的曲率半径被设定得比所述毛坯的圆筒状周壁部的壁厚大，

所述冲头的成形平刃口凸台部的长度被设定在0.05～0.15mm的范围内，

所述冲头的退避部的相对于成形平刃口凸台部的退避宽度被设定在0.15～1.0mm的范围内。

4.根据权利要求3所述的制动活塞用毛坯的制造方法，

所述坯料是在与所述冲头对应的成形模的成形腔内被向后冷挤压锻造的，

在所述成形模的成形腔的底面的外周缘部，与成形腔的周面连接地形成有凹部，

所述凹部通过在坯料的锻造时坯料的材料向其内部流入，来抑制材料在所述成形腔内的该底面与该周面之间的角部附近滞留。

5.根据权利要求4所述的制动活塞用毛坯的制造方法，所述凹部的开口宽度被设定为所述毛坯的周壁部的壁厚以上。

6.根据权利要求4或5所述的制动活塞用毛坯的制造方法，在所述成形腔的中心侧配置的所述凹部的侧面倾斜，使得所述凹部的开口宽度变宽。

7.根据权利要求3～5的任一项所述的制动活塞用毛坯的制造方法，所述坯料的上表面的表面粗糙度Ra除以所述坯料的外周面的表面粗糙度Ra所得到的值、所述坯料的上表面的表面粗糙度Rz除以所述坯料的外周面的表面粗糙度Rz所得到的值、所述坯料的上表面的波纹度Wa除以所述坯料的外周面的波纹度Wa所得到的值、和所述坯料的上表面的波纹度Wz除以所述坯料的外周面的波纹度Wz所得到的值之中的至少一个被设定在0.5～1.5的范围内，所述坯料的上表面是坯料的与冲头接触的接触面。

8.根据权利要求3～5的任一项所述的制动活塞用毛坯的制造方法，所述坯料的材质是未实施O处理而实施了固溶处理的铝合金。

9.一种制动活塞的制造方法，对采用权利要求3～8的任一项所述制动活塞用毛坯的制造方法得到的制动活塞用毛坯进行人工时效处理。

10.一种有底圆筒状锻造制品的制造方法，使用向后冷挤压锻造用冲头对金属坯料进行向后冷挤压锻造来成形出有底圆筒状锻造制品，所述向后冷挤压锻造用冲头具有：与冲头轴平行地形成的成形平刃口凸台部；成形R部，其在与所述成形平刃口凸台部相比靠顶端的一侧与所述成形平刃口凸台部相连地形成，且截面为圆弧状；和退避部，其在与所述成形平刃口凸台部相比靠基端的一侧形成且与所述成形平刃口凸台部相比为小径，

所述坯料是洛氏硬度HRF在65～105的范围内的坯料，

所述冲头的成形R部的曲率半径被设定得比所述锻造制品的圆筒状周壁部的壁厚大，

所述冲头的成形平刃口凸台部的长度被设定在0.05～0.15mm的范围内，

所述冲头的退避部的相对于成形平刃口凸台部的退避宽度被设定在0.15～1.0mm的范围内。