JP2006205195A - ロール鍛造方法とロール鍛造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 １度の加工で断面減少率を大きく確保することが可能なロール鍛造技術を提供する。
【解決手段】 ロール鍛造方法は、各々が回動する一対のロール型２５、３２の間でワーク３４を鍛造する第１工程と、鍛造されたワーク３４に張力を加える第２工程を備えている。
このロール鍛造方法によると、ワーク３４の細くしたい部分だけを選択的に細くすることができる。１度の加工で可能な断面減少率を大きく確保することが可能となる。所望の形状に加工するために必要なロール鍛造回数を減少させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ロール鍛造技術に関するものである。

ロール鍛造では、各々が回動する一対のロール型の間でワークを鍛造する。ロール鍛造は、最終製品形状に鍛造するのに先立って実施することが多い。従ってロール鍛造工程では、最終製品形状に近い形状に鍛造することが好ましい。ロール鍛造したワークの形状が最終製品形状に近いと、ロール鍛造後の加工工数を少なくすることができるからである。
しかしながら、最終製品形状に近づけるために、ロール鍛造を何度も実施なければならないことがある。一度のロール鍛造で実現可能なワークの断面減少率に限界があるからである。例えば、長い素材の中間部を細くしたい場合がある。両端部の大径と中間部の小径の比が大きい場合には、ロール鍛造を何度も実施なければならないことがある。特許文献１には、一度のロール鍛造でワークの断面を９０％に減少させるロール鍛造を４回繰返すことによって、中間部の小径を加工前の素材の７０％以下に減少させる技術が開示されている。

特開平６−２７７７８７号公報

当然のことながら、ロール鍛造を何度も実施するのは面倒であり、設備コストも増大する。一度のロール鍛造で実現可能なワークの断面減少率を大きく確保し、より少ない回数で目的形状に近づけることができるロール鍛造技術が必要とされている。
また、ロール鍛造を繰返すことによって問題が生じることがある。例えば円柱の素材の断面積を減少させたい場合、一対のロール型で強圧することによって、その断面を楕円状に変形させることが多い。２度目のロール鍛造では、ワークの姿勢を断面内で９０度回転させ、楕円の長径部を一対のロール型で強圧して短径化する。１度目のロール鍛造で楕円状に変形させる際に、断面減少率を大きくすると、押しつぶされた長径部からバリが発生することがある。バリが発生すると、２度目のロール鍛造の際に、発生したバリがロール型を傷つけてしまう。
例えば、１度目のロール鍛造の断面減少率が１０％以下であれば、バリが発生しないのに対し、１０％以上となるまで鍛造するとバリが発生するとする。この場合、８０％の断面積となるまで鍛造するためには、２回のロール鍛造では足りないことになる。新しい技術によって、１回のロール鍛造で８９％の断面積となるまで加工することが可能となれば、２回のロール鍛造で８０％の断面積となるまで鍛造することが可能となる。
本発明は、１度の加工で断面積を大きく絞り込むことを可能とするロール鍛造技術を実現するために開発された。本発明によって１度の加工で可能な断面減少率を大きく確保することが可能となれば、所望の形状に加工するために必要なロール鍛造回数を減少させることができる。なお、ここでは、断面減少率を「（加工前の断面積−加工後の断面積）／加工前の断面積」で定義している。数字が大きいほど、断面積の変化は大きい。

本発明では、ロール鍛造では、長い素材の一部を細くし、残部については細くしないことに着目する。全長に亘って細くする場合には、もともと細い素材を利用すればよいからである。長い素材の一部を細くするときに、１度のロール鍛造で可能な断面減少率には限界があり、１度のロール鍛造では細くしきれないことがある。本発明では、その場合、ワークに張力を加え、ワークを引き伸ばすことによって断面積を細くする。ワークに張力を加えワークを引き伸ばす加工を加えれば、断面積は細くなる。しかしながら、細くしたくない残部まで細くなるようでは、所望の形状に加工できない。細くしたい部分だけを選択的に細くするものでなければならない。本発明では、ロール鍛造後に張力を加える。細くしたい部分はロール鍛造段階で細くされている。そこに張力を加えると、材料にかかる引っ張り応力は、ロール鍛造段階で細くされている部分で大きくなり、ロール鍛造段階で細くされていない部分では小さい。ロール鍛造後に張力を加えるという単純な技術で、細くしたい部分だけを選択的に細くすることができる。
本発明で創作されたロール鍛造方法は、各々が回動する一対のロール型の間でワークを鍛造する第１工程と、鍛造されたワークに張力を加える第２工程を備えている。
このロール鍛造方法によると、細くしたい部分だけを選択的に細くすることができる。１度の加工で可能な断面減少率を大きく確保することが可能となる。所望の形状に加工するために必要なロール鍛造回数を減少させることができる。

第１工程と第２工程を同時に実行することができる。一対のロール型の間から送り出されるワークの端部を把持し、送り出し速度以上の速度で引けば、一対のロール型の間で鍛造しながら、張力を掛けて引き伸ばす加工を同時に実施することができる。

第１工程後に第２工程を実行してもよい。
例えば、一対のロール型によるロール鍛造が終了した段階でロール型の回動を停止させる。このとき、ワークの終端部がまだロール型の間で拘束されている状態でロール型の回動を停止させることができる。この状態で、ワークの先端部を引けば、張力を掛けて引き伸ばす加工が行われる。
この場合、ロール鍛造がワークの途中まで進行した段階でロール鍛造を一時停止し、その後に張力を掛けて引き伸ばす加工をし、その後にロール鍛造を再開してもよい。確実に
張力を掛けて引き伸ばしたい部位を選択的に引き伸ばすことができる。

本発明はまた新規なロール鍛造装置を創作した。本発明のロール鍛造装置は、間にワークが位置した状態で回動することによってワークを鍛造する一対のロール型と、一対のロール型によって鍛造されたワークに張力を加える張力付与手段を備えている。
このロール鍛造装置によると、細くしたい部分だけを選択的に細くすることができ、１度の加工で可能な断面減少率を大きく確保することができる。
一対のロール型によってワークの一方の端部を拘束することによって、ワークに張力を加えるようにしてもよい。張力付与手段の構成を単純化することができる。

本発明の技術によれば、細くしたい部分だけを選択的に細くすることができ、１度の加工で可能な断面減少率を大きく確保することができ、所望の形状に加工するために必要なロール鍛造回数を減少させることができる。

本発明の好適な実施形態を例示する。
（形態１）
張力付与手段は、一対のロール型がワークを鍛造している途中に、ワークの鍛造された部分に張力を加える。
（形態２）
張力手段がワークの鍛造された部分に張力を加えるときに、一対のロール型が停止している。

本発明のロール鍛造装置に係る一実施例を、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、ロール鍛造装置１２は、鍛造部１４、張力部１６、制御部１８を備えている。
鍛造部１４は、上ロール２０、下ロール２２、投入テーブル２３を有している。上ロール２０は、シャフト２４と、シャフト２４に固定された上ロール型２５から構成されている。上ロール型２５には、凹状の成形部２６が設けられている。下ロール２２は、上ロール２０と同様の構成であり、シャフト３０と、下ロール型３２を備えている。下ロール型３２には、上ロール型２５と対称形状の成形部３３が設けられている。詳しくは後述するが、上ロール型２５の成形部２６と下ロール型３２の成形部３３によって、ワークは所望の形状に鍛造される。上ロール型２５と下ロール型３２は、シャフト２４とシャフト３０がロール駆動機（図示省略）に駆動されることによって、互いに反対方向に回動する。投入テーブル２３には、外部から搬入されたワーク３４が載置される。ワーク３４は、金属製（例えば、スチール製やアルミ製）である。投入テーブル２３に載置されたワーク３４は、プッシャー（図示省略）に押されて、上ロール２０と下ロール２２との間に投入される。

張力部１６は、アーム３６と、チャック３７と、油圧ユニット（図示省略）を備えている。アーム３６は、油圧ユニットに駆動されて伸縮する。チャック３７は、アーム３６の先端に装着されている。チャック３７は、開閉機構を持っており、閉じた状態でワーク３４を掴み、開いた状態でワーク３４の受け入れたり離したりする。図１は、チャック３７がワーク３４を掴んだ状態を図示している。
制御部１８には、鍛造部１４と張力部１６が接続されている。制御部１８は、鍛造部１４のロール駆動機を制御することによって、上ロール２０と下ロール２２を回動させる。さらに制御部１８は、張力部１６のチャック３７の開閉を行うとともに、油圧ユニットを制御することによってチャック３７を水平方向に移動させる。

ロール鍛造装置１２で鍛造を行うときには、加熱炉で加熱して高温（例えば、８００〜１２００℃）にしたワーク３４を投入テーブル２３に載置する。このときには、上ロール２２と下ロール２２を、図１に示す回動位置に配置するとともに、チャック３７を開いておく。プッシャーでワーク３４を押すと、チャック３７がワーク３４の一方側端部４０を受け入れる。そして、チャック３７は、閉じることによってワーク３４を掴む。このときには、張力部１６の油圧ユニットは、アーム３６に水平方向の力を加えていない。このため、チャック３７は、ワーク３４を掴んだ状態で、水平方向に自由に移動することができる。

続いて、図２に示すように、上ロール２０が時計方向に回動し、同時に下ロール２２が反時計方向に回動する。すると、上ロール型２５の成形部２６と下ロール型３２の成形部３３に押圧されることによって、ワーク３４が鍛造加工されてゆく。ワーク３４は、上ロール２０と下ロール２２の回動にともなって水平方向に移動する。
図３は、上ロール２０と下ロール２２がさらに回動した状態を示している。ワーク３４の中間部分は、上ロール型２５の成形部２６と下ロール型３２の成形部３３によって、細く鍛造加工されている。
上ロール２０と下ロール２２は、図３に示す回動位置になると停止する。この状態では、ワーク３４の他方側端部４１は、上ロール型２５の成形部２６と下ロール型３２の成形部３３によって拘束されている。そして、張力部１６の油圧ユニットは、アーム３６を介してチャック３７を引っ張る。油圧ユニットがチャック３７を引っ張ると、ワーク３４に張力が加えられる。図４に示すように、張力が加えられたワーク３４は、中間の細い部分が引き伸ばされる。ワーク３４の両端の太い部分は、ほとんど引き伸ばされない。チャック３７は、ワーク３４を所定長さだけ引き伸ばすと、再び水平方向に自由に移動可能になる。
そして、上ロール２０と下ロール２２がさらに回動することによって、ワーク３４は、上ロール型２５の成形部２６と下ロール型３２の成形部３３から離脱する。以上でワーク３４の鍛造加工が終了する。
上述したように、ワーク３４は、チャック３７によって引き伸ばされる。このため、ワーク３４にロール鍛造を多パス（ロール鍛造を繰り返し行うこと）実行することなく、ワーク３４の高い断面減少率が実現される。

図５は、ロール鍛造中における、ロール２０、２２の回動角度と、チャック３７がワーク３４に加える張力と、ワーク長さについて、それぞれの変化を示すグラフである。横軸は、時間に対応している。縦軸は、ロール２０、２２の回動角度と、チャック３７の張力と、ワーク長さに対応している。図５に示すように、ロール２０、２２が停止しているとき（ロール２０、２２の回動角度が変化していないとき）に、チャック３７による張力がワーク３４に加えられている。ワーク３４の長さは、ロール２０、２２が回動しているときよりも、チャック３７による張力が加えられているときの方が、より大きく変化している。
ロール鋳造の途中でロール２０、２２を停止させず、ロール２０、２２が回動してワーク３４が水平方向に移動している状態で、チャック３７がワーク３４に張力を加えるようにしてもよい。この場合には、ロール２０、２２がワーク３４を送り出すよりも速く、チャック３７が反ロール側に移動する。
ワーク３４の一方側端部４０をチャック３７が掴むとともに、チャック３７が水平方向に移動自由な状態で、上ロール２０と下ロール２２を回動してワーク３４の鍛造加工を終了し、その後に、図６に示すように、チャック４５でワーク３４の他方側端部４１を掴むこともできる。そして、チャック３７とチャック４５を離反させる。このようにしても、ワーク３４の細い部分が引き伸ばされ、高い断面減少率が実現される。よって、所望のワーク形状に成形するまでのロール鍛造のパス数を少なくすることができる。

本発明は、例えば、クランクシャフト、コンロッド、ナックルステアリング、ロアアームのロール鍛造に適用することができる。
ロール鍛造する前のワークの径は、例えば、３５〜１００ｍｍである。ロール鍛造する前のワークの長さは、例えば、２００〜５００ｍｍである。
チャックがワークに加える張力は、例えば、スチール製のワークの径が３０ｍｍであり、ワークの温度が１０００℃の場合、３．５トン程度が必要になる。例えば、スチール製のワークの径が２０ｍｍであり、ワークの温度が１０００℃の場合、１．６トン程度の張力が必要になる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

ロール鍛造装置の模式的構成図。 ワークを成形している状態を説明する図。 ワークを成形している状態を説明する図。 ワークを成形している状態を説明する図。 ワークを成形するときにおけるワーク長さ等の変化を示す図。 ワークを成形している状態を説明する図。

符号の説明

１２：ロール鍛造装置
１４：鍛造部
１６：張力部
１８：制御部
２０：上ロール
２２：下ロール
２３：投入テーブル
２４：シャフト
２５：上ロール型
２６：成形部
３０：シャフト
３２：下ロール型
３３：成形部
３４：ワーク
３６：アーム
３７：チャック

Claims (5)

1. 各々が回動する一対のロール型の間でワークを鍛造する第１工程と、
   鍛造されたワークに張力を加える第２工程と、
   を備えることを特徴とするロール鍛造方法。
2. 第１工程と第２工程を同時に実行することを特徴とする請求項１のロール鍛造方法。
3. 第１工程後に第２工程を実行することを特徴とする請求項１のロール鍛造方法。
4. 間にワークが位置した状態で回動することによってワークを鍛造する一対のロール型と、
   一対のロール型によって鍛造されたワークに張力を加える張力付与手段と、
   を備えることを特徴とするロール鍛造装置。
5. ワークに張力を加えるために一対のロール型によってワークの一方の端部を拘束することを特徴とする請求項４のロール鍛造装置。

Images