JP2020110808A - 薄肉部形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄肉部形成時及び部分形成時に金属材料に加わる荷重を抑制可能であると共に、部分形成時における薄肉部の変形を抑制可能な薄肉部形成方法を提供する。【解決手段】熱間鍛造によって鍛造品１に薄肉部３を形成する、薄肉部形成方法であって、筒状のボス部２と、ボス部２を囲うように配置される環状のフランジ部４と、の間にボス部２とフランジ部４とを連結する薄肉部３を形成する工程（ステップＳ４）と、ボス部２の端面及びフランジ部４の端面を部分形成する工程（ステップＳ５）と、を備え、薄肉部３を形成する工程（ステップＳ４）では、ボス部２の端面及びフランジ部４の端面のうち少なくとも１つの面に金型が当たらないようにし、部分形成する工程（ステップＳ５）では、剛性の低い金型６ｅを前記薄肉部に当てた状態で、ボス部２の前記端面及びフランジ部４の前記端面に金型６ａ〜６ｃ、６ｆ〜６ｈを当てる、薄肉部形成方法。【選択図】図８

Description

本発明は、薄肉部形成方法に関する。

薄肉部が形成された鍛造品を製造する方法として、熱間鍛造が知られている。
例えば特許文献１には、１２０ｍｍ／ｓｅｃ以上のスライド平均加工速度で熱間鍛造を行うことによって薄肉部を形成する技術が開示されている。

特開平０７−１００７００号公報

発明者らは、薄肉部形成方法に関し、以下の課題を見出した。
熱間鍛造では、対向配置された一対の金型を用いて金属材料をプレスすることによって、薄肉部を形成する。熱間鍛造に用いられる一対の金型は、閉じた際に金属材料を隙間無く囲うことができる形状であることがある。隙間無く閉じることができる一対の金型を用いて金属材料をプレスすると、金属材料に大きな荷重が加わる。

そこで、閉じた際に隙間が生じる一対の金型を用いて薄肉部を形成することによって、薄肉部形成時に金属材料に加わる荷重を抑えることがある。閉じた際に隙間が生じる一対の金型を用いて薄肉部を形成すると、一対の金型の隙間に相当する部分に未形成部が生じる。そのため、薄肉部を形成した後に、部分形成を行う。部分形成では、未形成部を金型でプレスして形成する。

部分形成を行う際に、隙間無く閉じることができる一対の金型を用いて金属材料をプレスすると、金属材料に大きな荷重が加わる。しかしながら、部分形成を行う際に、薄肉部に当たらない金型を用いると、未形成部の変形に伴って、薄肉部が変形する虞がある。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、薄肉部形成時及び部分形成時に金属材料に加わる荷重を抑制可能であると共に、部分形成時における薄肉部の変形を抑制可能な薄肉部形成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための一態様は、熱間鍛造によって鍛造品に薄肉部を形成する、薄肉部形成方法であって、筒状のボス部と、前記ボス部を囲うように配置される環状のフランジ部と、の間に前記ボス部と前記フランジ部とを連結する薄肉部を形成する工程と、前記ボス部の端面及び前記フランジ部の端面を部分形成する工程と、を備え、前記薄肉部を形成する工程では、前記ボス部の端面及び前記フランジ部の端面のうち少なくとも１つの面に金型が当たらないようにし、前記部分形成する工程では、剛性の低い金型を前記薄肉部に当てた状態で、前記ボス部の前記端面及び前記フランジ部の前記端面に金型を当てる。

本発明に係る薄肉部形成方法は、薄肉部を形成する工程において、ボス部の端面及びフランジ部の端面のうち少なくとも１つの面に金型が当たらないようにする。したがって、薄肉部を形成する工程において金属材料に加わる荷重を抑制することができる。さらに、本発明に係る薄肉部形成方法は、部分形成する工程において、剛性の低い金型を薄肉部に当てた状態で、ボス部の端面及びフランジ部の端面に金型を当てる。したがって、部分形成する工程において、金属材料に加わる荷重を抑制すると共に、薄肉部の変形を抑制することができる。

本発明によれば、薄肉部形成時及び部分形成時に金属材料に加わる荷重を抑制可能であると共に、部分形成時における薄肉部の変形を抑制可能な薄肉部形成方法を提供することができる。

本実施の形態に係る鍛造品の断面図である。 本実施の形態に係る薄肉部形成方法を示すフローチャートである。 スケールオフされた金属材料の断面図である。 つぶされた金属材料の断面図である。 芯抜きされた金属材料の断面図である。 薄肉部が形成された金属材料の断面図である。 薄肉部を形成する金型の断面図である。 部分形成する金型の断面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

まず、図１を参照して、本実施の形態に係る薄肉部形成方法によって形成された薄肉部を有する鍛造品（本実施の形態に係る鍛造品）の構成について説明する。図１に示すように、鍛造品１は、ボス部２、薄肉部３、及びフランジ部４を有する。

鍛造品１は、円柱状の金属部材である。鍛造品１の中心部には、ボス部２が形成されている。ボス部２は、中心部に貫通孔を有する筒状の構造体である。フランジ部４は、環状の構造体である。フランジ部４は、ボス部２を囲うように配置されている。薄肉部３は、ボス部２とフランジ部４との間に形成される。薄肉部３は、ボス部２とフランジ部４とを連結するように形成される。薄肉部３は、中心部に貫通孔を有する円盤状の構造体である。

次に、図２〜８を参照して、本実施の形態に係る薄肉部形成方法について説明する。図２は、本実施の形態に係る薄肉部形成方法を示すフローチャートである。図３は、スケールオフされた金属材料の断面図である。図４は、つぶされた金属材料の断面図である。図５は、芯抜きされた金属材料の断面図である。図６は、薄肉部が形成された金属材料の断面図である。図７は、薄肉部を形成する金型の断面図である。図８は、部分形成する金型の断面図である。

図２に示すように、本実施の形態に係る薄肉部形成方法は、少なくとも、薄肉部を形成する工程（ステップＳ４）と、部分形成する工程（ステップＳ５）と、を備え、さらに、スケールオフする工程（ステップＳ１）、つぶす工程（ステップＳ２）、及び芯抜きする工程（ステップＳ３）等の他の工程を備えていてもよいものとする。

まず、スケールオフする工程（ステップＳ１）を行う。スケールオフする工程（ステップＳ１）では、金属材料５の表面を削る。鍛造品１は、金属材料５から形成される。金属材料５の表面には、通常、酸化皮膜（スケール）が生成している。スケールオフする工程（ステップＳ１）を行うことによって、金属材料５のスケールを除去することができる。

次に、つぶす工程（ステップＳ２）を行う。つぶす工程（ステップＳ２）では、スケールオフする工程（ステップＳ１）においてスケールオフされた金属材料５をつぶして円板状にする。つぶされた金属材料５の断面図を図４に示す。図４に示すように、つぶす工程（ステップＳ２）では、縁部の厚みが中心部の厚みよりも大きくなるように、金属材料５をつぶす。すなわち、フランジ部４に相当する部分が厚くなるように、金属材料５をつぶす。

次に、芯抜きする工程（ステップＳ３）において、つぶす工程（ステップＳ２）においてつぶされた金属材料５の中心部を打抜く。芯抜きする工程（ステップＳ３）では、ボス部２に形成される貫通孔に相当する部分を、打抜く。

次に、薄肉部３を形成する工程（ステップＳ４）を行う。薄肉部３を形成する工程（ステップＳ４）では、図７に示すように、金型６ａ〜６ｄを用いて、芯抜きする工程（ステップＳ３）において芯抜きされた金属材料５をプレスし、薄肉部３を形成する。薄肉部３を形成する工程（ステップＳ４）では、金属材料５を加熱した状態でプレスする熱間鍛造によって、薄肉部３を形成する。金型６ａは、円柱状の金型である。金型６ａは、芯抜きされた部分に配置される。金型６ｂは、フランジ部４の縁に相当する面に配置され、金属材料５を金型６ａに向かってプレスする。

金型６ｃ及び金型６ｄは、一対の金型である。金型６ｃ及び金型６ｄは、薄肉部３に相当する部分を挟むように配置される。金型６ｃ及び金型６ｄを、互いに近づくように動かして金属材料５をプレスし、薄肉部３を形成する。金型６ｃは、図７に示すように、薄肉部３を形成する際に、ボス部２の端面を形成可能な形状であってもよい。金型６ｃは、フランジ部４の端面を形成可能な形状であってもよい。また、金型６ｄは、ボス部２の端面やフランジ部４の端面を形成可能な形状であってもよい。ただし、金型６ｃ、６ｄは、ボス部２及びフランジ部４の少なくとも１つの端面に相当する部分が、金型６ｃ及び金型６ｄに接触しないように設計される。

金型６ｃ及び金型６ｄを用いて金属材料５をプレスすると、金属材料５の組織が移動する。金属材料５の一部は、組織の移動に伴って、金型６ａ〜６ｄのいずれにも接触していない部分から押し出される。そのため、金属材料５が金型６ａ〜６ｄによって密閉された状態でプレスされる場合に比較して、金属材料５に加わる荷重が少ない。金型６ａ〜６ｄを用いてプレスされた金属材料５は、図６に示すように、薄肉部３が形成されると共に、金型６ａ〜６ｄのいずれにも接触していなかった部分が未形成部となる。

次に、部分形成する工程（ステップＳ５）を行う。部分形成する工程（ステップＳ５）では、薄肉部３を形成する工程（ステップＳ４）において金型６ａ〜６ｄに接触していなかった部分、すなわち未形成部を形成する。部分形成する工程（ステップＳ５）では、図８に示すように、金型６ａ〜６ｃ、６ｅ〜６ｈを用いて、薄肉部３を形成する工程（ステップＳ４）において薄肉部３が形成された金属材料５をプレスする。金型６ａ〜６ｃ、６ｅ〜６ｈを用いて金属材料５をプレスすると、金属材料５の未形成部が形成される。

図８に示すように、金型６ｅは、薄肉部３を挟むように金型６ｃと対向して配置される金型である。金型６ｅは、薄肉部３をプレスすることができる。金型６ｅの薄肉部３に接触していない部分は、図８に示すように、金型６ｄに比較して厚みが薄くなっている。したがって、金型６ｅは、金型６ｄに比較して、剛性が低い。

金型６ｆは、ボス部２に相当する部分の金型６ｃに接触していない側の端面に配置される。部分形成する工程（ステップＳ５）では、金型６ｆを金型６ｃに向かってプレスすることによって、ボス部２の金型６ｆ側の端面を形成する。金型６ｇ及び金型６ｈは、一対の金型である。金型６ｇ及び金型６ｈは、フランジ部４に相当する部分を挟むように配置される。部分形成する工程（ステップＳ５）では、金型６ｇ及び金型６ｈを、互いに近づくように動かして金属材料５をプレスし、フランジ部４の両端面を形成する。

部分形成する工程（ステップＳ５）では、金型６ｃ、６ｆ、６ｇ、及び６ｈを用いて金属材料５をプレスしている。部分形成する工程（ステップＳ５）において薄肉部３に加わる荷重は、金型６ｅに代えて高い剛性を有する金型を用いて部分形成する場合に比較して、小さい。

部分形成する工程（ステップＳ５）では、金型６ｃ及び金型６ｅによって薄肉部３を挟んでいるため、薄肉部３に荷重が加わっても変形しにくい。上記のステップＳ４及びステップＳ５を行うことによって、薄肉部形成時及び部分形成時に金属材料５に加わる荷重を抑制すると共に、部分形成時における薄肉部３の変形を抑制することができる。また、上記のステップＳ１〜Ｓ５を行うことによって、薄肉部３が形成された鍛造品１を製造することができる。

本実施の形態に係る薄肉部形成方法では、薄肉部形成時及び部分形成時に金属材料５に加わる荷重を抑制することができるため、金型の摩耗を抑制することができる。金型の摩耗を抑制すると、金型の寿命を延ばすことができる。

以下、本発明について実施例を示して具体的に説明する。これらの記載により本発明を制限するものではない。

［実施例１］
実施例１では、金属材料に未形成部が生じるように薄肉部を形成した後に、薄肉部に剛性の低い金型を当てた状態で未形成部の部分形成を行い、鍛造品を製造した。

［比較例１］
比較例１では、実施例１において使用した剛性の低い金型に代えて、剛性の高い金型を当てた状態で未形成部の部分形成を行った点以外は、実施例１と同様にして鍛造品を製造した。

実施例１及び比較例１において、部分形成時に金属材料に加わった荷重を計測した。計測結果を表１に示す。表１に示すように、実施例１は、比較例１に比較して、部分形成時に金属材料に加わる荷重が約１５０トン小さかった。このことから、本実施の形態に係る薄肉部形成方法は、部分形成時に金属材料に加わる荷重を抑制可能であることが確認された。

以上で説明した本実施の形態に係る発明により、薄肉部形成時及び部分形成時に金属材料に加わる荷重を抑制可能であると共に、部分形成時における薄肉部の変形を抑制可能な薄肉部形成方法を提供することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ 鍛造品
２ ボス部
３ 薄肉部
４ フランジ部
５ 金属材料
６ａ〜６ｈ 金型

Claims (1)

1. 熱間鍛造によって鍛造品に薄肉部を形成する、薄肉部形成方法であって、
   筒状のボス部と、前記ボス部を囲うように配置される環状のフランジ部と、の間に前記ボス部と前記フランジ部とを連結する薄肉部を形成する工程と、
   前記ボス部の端面及び前記フランジ部の端面を部分形成する工程と、を備え、
   前記薄肉部を形成する工程では、前記ボス部の端面及び前記フランジ部の端面のうち少なくとも１つの面に金型が当たらないようにし、
   前記部分形成する工程では、剛性の低い金型を前記薄肉部に当てた状態で、前記ボス部の前記端面及び前記フランジ部の前記端面に金型を当てる、
   薄肉部形成方法。

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