CN113751641A - 锻造用模具、锻造方法以及锻造成型品 - Google Patents

Abstract

本发明的锻造用模具具有：第一模，其具备腔；第二模，其具备能够通过朝向第一模相对地移动，来在与腔之间夹着并推压被加工材料的芯；突起，其形成于腔的底面，朝向芯并沿着第一模或第二模的移动方向突出；以及开口部，其在芯中与突起对向的部分，朝向移动方向设置，在第一模和第二模合模的状态下,在被加工材料与芯之间形成间隙。

Description

锻造用模具、锻造方法以及锻造成型品

技术领域

本公开涉及锻造用模具、锻造方法以及锻造成型品。

背景技术

日本特开2019-147172号公报中，记载了一种转子毂的锻造模。在该锻造模中形成转子毂的凸缘部的部分，形成有开口部。锻造加工时，被加工材料的一部分能够从该开口部向外侧逃离。由此，能够减轻从锻造模施加给成为被加工材料的凸缘部的部分的负荷，抑制在该部分产生残留应变。

根据日本特开2019-147172号公报的转子毂的锻造模，能够抑制在转子毂的凸缘部产生残留应变。通过抑制凸缘部的残留应变，能够提高要求特别高加工精度的盘载置面的平滑度。

这样，在锻造成型品中，优选根据其用途，抑制适当部位的残留应变。另一方面，当锻造加工时，对锻造模也会由于来自被加工材料的反作用力而施加负荷。因此，除了要求抑制成型品的残留应变之外，还要求提高模具的耐久性。

发明内容

本公开考虑上述事实，提高锻造用模具的耐久性。

第一方式的锻造用模具具有：第一模，其具备腔；第二模，其具备能够通过朝向所述第一模相对地移动，来在与所述腔之间夹着被加工材料并可进行推压的芯；突起，其形成于所述腔的底面，朝向所述芯并沿着所述第一模或所述第二模的移动方向突出；以及开口部，其在所述芯中与所述突起对向的部分，朝向所述移动方向设置，在所述第一模和所述第二模合模的状态下，在所述被加工材料与所述芯之间形成间隙。

第一方式的锻造用模具在腔的底面，形成有朝向芯沿着第一模或第二模的移动方向突出的突起。因此，通过腔与芯来夹着被加工材料并进行推压时，被加工材料从突起受到局部压力。由此，被加工材料朝向芯变形。

另一方面，在芯中与腔的突起对向的部分，朝向第一模或第二模的移动方向设有开口部。该开口部是在第一模和第二模合模了的状态下，与被加工材料之间形成间隙的部分。即，在被加工材料中，从腔的突起被推压而变形的部分的至少一部分不与芯相接触。由此，减轻从突起经由被加工材料而作用于芯的推压力。另外，减轻从芯经由被加工材料而作用于腔的推压力。因此，能够提高锻造用模具的耐久性。

第二方式的锻造用模具在第一方式的锻造用模具中，在所述腔的侧面，设有沿着与所述移动方向相交的方向的台阶面，在所述芯上，形成有在与所述台阶面之间推压所述被加工材料的推压面。

在第二方式的锻造用模具中，通过与第一模或第二模的移动方向相交的方向的台阶面以及推压面，来推压被加工材料。因此，被加工材料的外周部被镦锻。由此，能够使得被加工材料的外周部的金属组织变得致密，提高强度。

另外，能够在被加工材料的外周部，形成向与第一模或第二模的移动方向相交的方向伸出的凸缘。因此，与仅通过切削来形成凸缘的情况相比，材料的成品率高。

第三方式的锻造方法利用了具备腔的第一模和具备在与所述腔之间夹着被加工材料并可进行推压的芯的第二模，其中，具有：向所述腔配置所述被加工材料的步骤，所述腔在底面形成有朝向所述芯并沿着所述第一模或所述第二模的移动方向突出的突起；和将所述第一模和所述第二模合模来使所述被加工材料成型，并且通过在所述被加工材料与所述芯之间形成的间隙来形成自由成形面的步骤，所述第二模在所述芯中与所述突起对向的部分具有朝向所述移动方向设置的开口部。

用于第三方式的锻造方法的锻造用模具在腔的底面，形成有朝向芯突出的突起。因此，在利用腔和芯来夹着被加工材料并进行推压时，被加工材料从突起受到局部压力。由此，被加工材料朝向芯变形。

另外，在被加工材料上，在第一模的突起的上方形成有自由成形面。即，从腔的突起被推压而变形的部分的至少一部分不与芯接触。由此，减轻从突起经由被加工材料而作用于芯的推压力。另外，减轻从芯经由被加工材料而作用于腔的推压力。因此，能够提高锻造用模具的耐久性。

第四方式的锻造成型品具有：外周部，其形成圆筒状；凸缘部，其形成于所述外周部的上端部，向所述外周部的径向外侧伸出；中央部，其形成于所述外周部的内侧；凹部，其形成于所述中央部的底面；以及凸部，其在所述中央部，形成于所述凹部的上方，所述凸部具备自由成形面。

第四方式的锻造成型品在中央部的底面形成有凹部。即，中央部的底面被锻造用模具推压而变形。

另一方面，在中心部的凹部上方，形成有成为自由成形面的凸部。即，被锻造用模具推压的底面的相反侧部分不被锻造用模具推压。即，该部分不被从锻造用模具推压而自由变形地形成。由此，当锻造加工时，减轻从成型品而作用于锻造用模具的推压力。因此，能够提高锻造用模具的耐久性。

根据本公开，能够提高锻造用模具的耐久性。

附图说明

本公开的实施例基于以下附图，详细地进行说明。

图1A是表示本公开的实施方式所涉及的锻造用模具的主视图。

图1B是图1A的B-B线截面图。

图2A是表示在本公开的实施方式所涉及的锻造用模具的腔配置了坯料的状态的主视截面图。

图2B是表示本公开的实施方式所涉及的锻造用模具合模使坯料变形的状态的主视截面图。

图2C是表示本公开的实施方式所涉及的锻造用模具进一步合模使坯料变形的状态的主视截面图。

图3A是表示本公开的实施方式所涉及的锻造成型品的主视图。

图3B是图3A的B-B线截面图。

图4A是表示本公开的实施方式所涉及的锻造成型品的自由成形面的形状的一例的截面图。

图4B是表示本公开的实施方式所涉及的锻造成型品的自由成形面的形状的另一例的截面图。

图5A是表示从本公开的实施方式所涉及的锻造成型品切削形成的转子毂的主视图。

图5B是图5A的B-B线截面图。

具体实施方式

以下，针对本公开的实施方式所涉及的锻造用模具、锻造方法以及锻造成型品，一边参照附图一边进行说明。在各附图中利用同一个附图标记表示的结构要素是指同一个结构要素。但是，只要在说明书中没有特别注明，各结构要素不限于一个，也可以存在多个。另外，针对在各附图中重复的结构以及符号，存在省略说明的情况。此外，本公开不限于以下实施方式，也可以在本公开的目的范围内省略结构或者替换为不同结构等添加适当变更来加以实施。

首先，说明本公开的实施方式所涉及的“锻造用模具”、“锻造方法”以及“锻造成型品”的概略。

在图1A、图1B中，表示本公开的实施方式所涉及的“锻造用模具20(以下，称为模具20)”。利用该模具20，通过图2A～图2C所示的“锻造方法”，来对作为被加工材料的坯料50进行锻造。由此，成形图3A、图3B所示的“锻造成型品60(以下，称为成型品60)”。成型品60是图5所示的作为最终成型品的转子毂10的中间材料。转子毂10通过对成型品60进行切削加工而成形。

<转子毂>

在对与本公开的实施方式所涉及的模具20、锻造方法以及成型品60有关进行说明之前，针对转子毂10的结构进行说明。图5A、图5B所示的转子毂10是构成未图示的外转子式主轴电动机的筒状转子。转子毂10例如是通过不锈钢等金属材料而形成的。

此外，在以下说明中，将沿着转子毂10的旋转轴O的方向称为“轴向”。另外，将旋转轴O正交的方向称为“径向”，将绕旋转轴O旋转的方向称为“周向”。

转子毂10具备：外周部12，其形成圆筒状；凸缘部14，其形成于外周部12的上端部，向外周部12的径向外侧伸出；以及中央部16，其形成于外周部12的内侧。

此外，“上端部”表示图5B的纸面上方向的端部。该“纸面上方向”未必一定与转子毂10的使用状态的上下方向一致。对于后述的“下端部”(图5B的纸面下方向的端部)，也是同样的。

凸缘部14遍布外周部12的上端部整周向径向外侧伸出，圆环状地形成。中央部16在外周部12的上端部与下端部之间，向外周部12的径向内侧形成。在中央部16，形成有向凸缘部14侧突出的凸部19。另外，在中央部16，形成有贯通孔18。贯通孔18是以旋转轴O为中心轴的圆孔，从中央部16的底面贯通到凸部19的顶面。

此外，转子毂10例如用于信息记录再生装置。另外，转子毂10在圆盘状盘(磁性记录介质)D中的中央孔Dh嵌合着外周部12的状态下使用。此时，在凸缘部14上，载置盘D中的孔Dh的边缘部(载置面14A)。信息记录再生装置驱动时，转子毂10在沿着周向旋转自由地支撑的状态下，通过未图示的主轴电动机的驱动而沿着周向旋转。

<锻造用模具>

如图1A、图1B所示，模具20具备第一模30和第二模40而构成。

(第一模)

第一模30是锻造时以固定状态使用的固定模。在第一模30上，形成有配置坯料50(参照图2A)的凹部即腔30C。另外，第一模30具备形成腔30C的底面36的底面模30A和形成腔30C的侧面32的侧面模30B而形成。

腔30C的底面36形成以沿着第二模40的移动方向(以下，称为移动方向V)的轴O为中心的圆形。与其对应地，底面模30A的顶面形成以轴O为中心的圆形，底面模30A形成以轴O为中心轴的圆筒状。

另外，在腔30C的底面36，形成有朝向第二模40并沿着移动方向V突出的突起36A、36B。突起36A是以轴O为中心轴的圆锥台形突起。突起36B是形成包围突起36A的圆环状突起。突起36A的高度(沿着移动方向V的尺寸)高于突起36B的高度。换而言之，突起36A是形成于底面36的多个突起中高度最高的突起。

腔30C的侧面32具备第一侧面32A以及第二侧面32B。第一侧面32A是腔30C的靠近底面36的侧面，从沿着移动方向V的方向观察到的形状为与底面36大致一致的形状。第二侧面32B从第一侧面32A观察形成于第二模40侧。另外，第二侧面32B从沿着移动方向V的方向观察到的形状为沿着第一侧面32A的同心圆并且直径大于第一侧面32A的圆形。

另外，针对腔30C，在第一侧面32A以及第二侧面32B之间，形成有台阶面34。台阶面34是沿着与移动方向V大致正交的面内而形成的平坦面。

(第二模)

第二模40是锻造时(合模时)沿着相对于第一模30接近的方向(移动方向V)动作而使用的活动模。此外，第二模40配置于第一模30的上方，因此有时将第二模40以及第一模30分别称为上模以及下模。另外，第二模40***第一模30的腔30C，因此有时也将该第二模40称为“芯模”或者“芯”。

第二模40具备侧面42、推压面44、顶面46以及贯通孔48而形成。

侧面42具备第一侧面42A以及第二侧面42B。第一侧面42A从沿着移动方向V的方向观察到的形状为沿着第一模30中的第一侧面32A的同心圆形并且直径比第一侧面32A小的圆形。第一侧面42A形成在比第二侧面42B靠腔30C的底面36侧。第二侧面42B从沿着移动方向V的方向观察到的形状为与第一模30中的第二侧面32B大致一致的形状。

由此，第二模40在第一侧面42A与腔30C的第一侧面32A分离了的状态下，并且第二侧面42B与腔30C的第二侧面32B接近了的状态下动作。

推压面44是在第一侧面42A以及第二侧面42B之间，沿着与移动方向V大致正交的面内而形成的平坦面。推压面44与腔30C的台阶面34对向配置。

顶面46是与第一侧面42A相交的面，与腔30C的底面36对向配置。

贯通孔48是在顶面46形成开口部的圆形孔，以轴O为中心轴，沿着移动方向V设置。即，贯通孔48设于与突起36A对向的位置。另外，从沿着移动方向的方向观察，贯通孔48的内径大于突起36A的外径。

<锻造方法>

利用上述模具20，锻造如图3A、图3B所示的成型品60。成型品60也能够通过热轧锻造而成型，但是在本说明书中，针对冷轧锻造而成形的情况进行说明。

当锻造成型品60时，首先如图2A所示，在腔30C中，配置作为被加工材料的坯料50。坯料50通过不锈钢等金属材料形成。坯料50是圆柱形状，外周面50A与腔30C中的第一侧面32A相接而配置。此外“相接”是指包括外周面50A与第一侧面32A之间，形成能够装卸坯料50的程度的间隙的状态。

在坯料50被配置于腔30C的状态下，坯料50的底面50B与在腔30C的底面36上形成的突起36A的顶面相接而配置。在该状态下，通过使第二模40向靠近第一模30的方向动作，首先第二模40的顶面46与坯料50的顶面50C接触。由此，通过第二模40和第一模30来夹入坯料50。

接着，如图2B所示，通过第二模40和第一模30，来推压(合模)坯料50。由此，坯料50的底面50B被从第一模30的突起36A、36B推压而变形。其结果，在坯料50的底面50B，形成凹部58。此外，将凹部58中从突起36A、36B推压而形成的部件，分别称为凹部58A、58B。

另一方面，坯料50的顶面50C也被从第二模40的顶面46推压而变形。由此，在坯料50，形成被第一模30的第一侧面32A和第二模40的第一侧面42A夹着的部分即外周部52。

另外，坯料50的顶面50C在第二模40中被从具备贯通孔48的顶面46推压，由此在坯料50，形成陷入贯通孔48的凸部59。凸部59形成于凹部58A的上方。另外，凸部59的侧面与贯通孔48的内周面相接，另一方面，顶面(在坯料50的顶面50C，配置于贯通孔48的内侧的部分)不与第二模40接触。换而言之，凸部59的顶面成为自由成形面(针对自由成形面，将在后面叙述)。

此外，本公开中“被加工材料与芯之间形成的间隙”，在本实施方式中是指，由作为被加工材料的坯料50的凸部59和作为芯的第二模40之间所形成的间隙。具体而言是指，由凸部59和在第二模40形成的贯通孔48的内壁中不与凸部59接触的部分所包围的空间。

当通过第二模40和第一模30持续推压坯料50时，外周部52的上端部与第二模40的推压面44接触，被从推压面44推压。由此，外周部52的上端部向外周部52的径向外侧变形。

该变形了的部分由推压面44以及第一模30的台阶面34推压，由此如图2C所示，形成凸缘部54。凸缘部54是在外周部52的上端部，向外周部52的径向外侧伸出的部分。

通过以上步骤，可得到如图3A、图3B所示的成型品60。

<锻造成型品>

成型品60具备外周部62、凸缘部64、中央部66、凹部68以及凸部69而形成。

外周部62是成形的坯料50中与外周部52相当的部分，形成圆筒状。此外，在图3A、图3B所示的示例中，外周部62的外周面以及内周面相对于筒轴向倾斜形成，但是本公开的实施方式不限于此。根据所使用的模具形状，另外，配合主轴电动机的规格，它们的外周面以及内周面某一方或者任一方也可以为不倾斜(沿着筒轴向)的形状。

凸缘部64是成形的坯料50中与凸缘部54相当的部分，形成于外周部62的上端部，向外周部62的径向外侧伸出而形成。

中央部66是成形的坯料50中与外周部52的内侧部分相当的部分，即外周部62的内侧部分。

凹部68是成形的坯料50中与凹部58相当的部分，形成于中央部66的底面。此外，凹部68中的凹部68A、68B分别与凹部58中的凹部58A、58B相当。

凸部69是成形的坯料50中与凸部59相当的部分，在中央部66中形成于凹部68的上方。该凸部69具备自由成形面69A。

“自由成形面”是指，在锻造成型的过程中，不与模具20接触而形成的面。在本实施方式中，相当于坯料50中陷入贯通孔48的内部而形成的凸部59的顶面。

自由成形面69A与和模具20相接触而形成的部分相比较，表面粗，梨皮状地成形。另一方面，与模具20接触而形成的部分与自由成形面69A相比较，平滑度高。另外，与模具20接触而形成的部分与自由成形面69A相比较，表面硬度高。

在此，锻造用模具一般而言，来自于将淬火后的钢或超硬合金通过机械加工或放电加工制造而来。通过这些加工，模具表面成为研削抛光面或由游离研磨颗粒所构成的研磨抛光面，平滑度形成得较高。成型品60中自由成形面69A以外的部分，转印该模具20的表面平滑度。

成型品60中凸部69的自由成形面69A与侧面69B之间，形成不与模具20接触的曲面69C。曲面69C具有0.01mm以上的半径。

自由成形面69A不被模具20推压，因此成型时形状并不稳定。因此，自由成形面69A存在如图3B所示那样平坦地形成的情况，或如图4A、图4B所示那样曲面状地形成的情况。

作为一个例子，图4A所示的自由成形面69A为沿着从凸部59向上侧突出的球面R1的形状。另外，作为另一个例子，图4B所示的自由成形面69A为沿着从凸部59向下侧陷入的球面R2的形状。球面R1、R2的直径没有特别限定，但是至少比凸部69的侧面69B的上端部的半径r1形成得较大。

<切削>

通过对成型品60进行切削，得到图5A、图5B所示的转子毂10。转子毂10中的外周部12、凸缘部14、中央部16以及凸部19通过对成型品60中的外周部62、凸缘部64、中央部66以及凸部69进行切削而形成。另外，转子毂10中的贯通孔18通过对成型品60中的凹部68A进行切削，形成贯通到自由成形面69A的贯通孔而形成。

<作用以及效果>

如图1A、图1B所示，本公开的实施方式所涉及的模具20在腔30C的底面36，形成朝向作为芯的第二模40，并沿着第二模40的移动方向V而突出的突起36A。因此，如图2B所示，在通过腔30C和第二模40夹着作为被加工材料的坯料50并进行推压时，坯料50从突起36A受到局部的压力。由此，坯料50朝向第二模40变形。

另一方面，在第二模40中与腔30C的突起36A对向的部分，朝向第二模40的移动方向V设有作为开口部的贯通孔48。该贯通孔48是在第一模30和第二模40合模的状态下，在与坯料50之间形成间隙的部分。即，在坯料50中，从腔30C的突起36A推压而变形的部分的至少一部分(即，成型品60中的自由成形面69A)不与第二模40接触。

由此，减轻从突起36A经由坯料50而作用于第二模的推压力。另外，减轻从第二模40经由坯料50而作用于第一模30的推压力。因此，能够提高模具20的耐久性，延长模具20的寿命。

另外，在本公开的实施方式所涉及的模具20中，如图2C所示，利用与第二模40的移动方向V相交的方向(大致正交的方向)的台阶面34以及推压面44，来推压坯料50。因此，镦锻坯料50的外周部52。由此，能够使坯料50的外周部52的金属的组织变得致密，增大强度。

在此，在坯料50的外周部52，通过被台阶面34以及推压面44推压而形成凸缘部54。该凸缘部54是作为最终成型品的转子毂10中与凸缘部14相当的部分。如上述那样，在该凸缘部14载置盘D，由此需要高精度的加工。

另一方面，坯料50的中央部分，设有不与第二模40接触的部分，允许自由变形。由此，能够高精度地加工凸缘部54(即成型品的凸缘部64以及转子毂10的凸缘部14)，另一方面，能够通过成型品60的自由成形面69A来吸收坯料50的体积不均。

另外，能够在坯料50的外周部52，形成向与第二模40的移动方向V相交的方向伸出的凸缘部54。因此，与仅通过切削来形成凸缘部54的情况相比较，材料的成品率高。

此外，凸缘部54是通过台阶面34以及推压面44推压的坯料50向与第二模40的移动方向V相交的方向(大致正交的方向)变形而形成的。即，坯料50的外周部52通过相对于与移动方向V相交的方向变形，来减轻产生的内部应力。因此，给与模具20的推压力难以变大。

与之相对，作为外周部52的内侧部分的中央部分难以相对于与移动方向V相交的方向变形。因此，假如在第二模40未形成贯通孔48，则在坯料50的中央部的凹部58的上方部分，会产生较大的内部应力。该情况下，存在对模具20作用较大推压力的可能性。

<其他实施方式>

在本实施方式中，将第一模30作为固定模，将第二模40作为活动模，但是本公开的实施方式不限于此。例如也可以将第一模30作为活动模，将第二模40作为固定模。该情况下，也可以将上述的“第二模40的移动方向V”以及“移动方向V”替换为第一模30的移动方向V。

另外，在本实施方式中，在第二模40的顶面46形成有贯通孔48，但是本公开的实施方式不限于此。只要在顶面46形成开口部即可，也能够替代贯通孔48，而形成有底的孔。该情况下，本公开中的“被加工材料与芯之间形成的间隙”，是指由凸部59和在第二模40形成的孔的底所夹持的空间。

另外，对于第二模40，具备顶面46的部分和具备推压面44的部分一体地形成，但是本公开的实施方式不限于此。例如，第二模40也可以如图1B的双点划线S1所示那样，将具备顶面46的部分和具备推压面44的部分分割而形成，各个部分独立动作。

即，锻造步骤不限于1次，也可以针对成型品60的各个部分分为多次锻造。例如，成型品60的外周部62和凸缘部64能够分开锻造。

另外，图1B中图示的第二模40整体为芯，但是本公开的实施方式不限于此。例如，本公开中的第二模也可以具备保持图示了的第二模40的保持机构等。

另外，在本实施方式中，在第一模30中的侧面模30B形成了第二侧面32B，但是本公开的实施方式不限于此。例如也可以如图1B的双点划线S2所示，将台阶面34形成为侧面模30B的上表面。该情况下，不形成第二侧面32B。因此，被台阶面34以及推压面44推压的坯料50朝向与第二模40的移动方向V相交的方向(大致正交方向)自由变形。由此形成的凸缘部54不推压侧面模30B。由此，能够减轻从凸缘部54对第二模40作用的推压力。

Claims (4)

1.一种锻造用模具，其中，具有：

第一模，其具备腔；

第二模，其具备通过朝向所述第一模相对地移动，来在与所述腔之间夹着被加工材料并可进行推压的芯；

突起，其形成于所述腔的底面，朝向所述芯并沿着所述第一模或所述第二模的移动方向突出；以及

开口部，其在所述芯中与所述突起对向的部分,朝向所述移动方向设置，在所述第一模和所述第二模合模的状态下,在所述被加工材料与所述芯之间形成间隙。

2.根据权利要求1所述的锻造用模具，其中，

在所述腔的侧面，设有沿着与所述移动方向相交的方向的台阶面，

在所述芯上，形成有在与所述台阶面之间推压所述被加工材料的推压面。

3.一种锻造方法，利用了具备腔的第一模和具备在与所述腔之间夹着被加工材料并可进行推压的芯的第二模，其中，具有：

向所述腔配置所述被加工材料的步骤，所述腔在底面形成有朝向所述芯并沿着所述第一模或所述第二模的移动方向突出的突起；以及

将所述第一模和所述第二模合模来使所述被加工材料成型，并且通过在所述被加工材料与所述芯之间形成的间隙来形成自由成形面的步骤，所述第二模在所述芯中与所述突起对向的部分具有朝向所述移动方向设置的开口部。

4.一种锻造成型品，其中，具有：

外周部，其形成圆筒状；

凸缘部，其形成于所述外周部的上端部，向所述外周部的径向外侧伸出；

中央部，其形成于所述外周部的内侧；

凹部，其形成于所述中央部的底面；以及

凸部，其在所述中央部，形成于所述凹部的上方，

所述凸部具备自由成形面。

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