JP3901844B2

JP3901844B2 - 偏肉突部を有する製品の鍛造用金型及び鍛造方法

Info

Publication number: JP3901844B2
Application number: JP15301898A
Authority: JP
Inventors: 昌樹安藤; 泰夫亘
Original assignee: 東久株式会社
Priority date: 1998-06-02
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2018-06-02
Also published as: JPH11347684A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、キー溝のような局部的な肉厚変化部に対して一方の側に偏って偏肉突部が形成された金属製品の製造に用いられる鍛造用金型と、そのような金属製品の鍛造方法、更にはそのような金属製品を与える鍛造成形品に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
従来から、金属製品の製造方法の一種として鍛造加工が知られているが、近年では、複雑な形状を有し、且つ高い寸法精度が要求される製品の製造にも、鍛造加工が採用されるようになってきている。このように複雑な形状を有する製品の鍛造には、目的とする製品の外面形状に対応した内面形状の成形用キャビティを形成し得る密閉型を用い、単純なブロック形状を有する鍛造素材（ワーク）をキャビティ形成空間にセットした後、目的とする成形用キャビティ形状となるように密閉型を加圧し、鍛造素材を圧縮成形して目的とする形状を出す鍛造加工が、好適に採用されている。
【０００３】
ところが、平板形状の基板部における中心軸から離れた表面に凹状または凸状の局部的な肉厚変化部を有すると共に、該肉厚変化部に対して基板部の中心軸回りの周方向一方の側に偏って偏肉突部が形成されてなる金属製品を鍛造する場合について、本発明者が検討を加えたところ、従来の密閉型を用いた鍛造方法は、必ずしも有効でないことが明らかとなった。なお、偏肉突部を有する製品としては、例えば、図７〜８に示されているように、円形平板形状を有する基板部としてのフランジ１０に対して、その軸方向一方の表面に突出して中心部から外周側に向かって渦巻形状で連続的に延びる偏肉突部としての羽根１２を一体形成すると共に、フランジ１０の軸方向他方の表面に対して、外周縁部から径方向内方に延びる局部的な肉厚変化部としての位置決め用乃至は係止用のキー溝１４を設けてなる構造とされた、エアコン等に用いられる圧縮機用スクロールなどが挙げられる。即ち、かかる圧縮機用スクロールでは、キー溝１４が、羽根１２の外周側端部に近接して位置せしめられると、キー溝１４を挟んで、羽根１２が位置する周方向一方の側のボリュームが、周方向他方の側のボリュームに比べて、羽根１２の突出量に相当する分だけ大きくなる。
【０００４】
そして、従来、このような製品の鍛造に際しては、一般に、図９（ａ），（ｂ）に示されているように、羽根部の成形用キャビティ１６が底面に開口せしめられた有底穴形状の素材セット空間１８を有するダイ２０と、該ダイ２０の素材セット空間１８に進入せしめられ、ダイ２０と協働して、素材セット空間１８に収容セットされた鍛造素材２２に圧縮力：Ｐを及ぼすと共に、目的とする製品形状に対応した成形用キャビティを画成する成形パンチ２４からなる密閉型が用いられ、成形パンチ２４に突設された成形突起２８を鍛造素材２２に押し込むことでキー溝１４を形成すると共に、鍛造素材２２を羽根部の成形用キャビティ１６に塑性流動させることで羽根１２を形成するようにされる。
【０００５】
しかしながら、かくの如き従来手法に従って偏肉突部を有する製品を鍛造すると、ダイ２０における成形突起２８が破損し易く、僅か数回の鍛造によってダイ２０が使い物にならなくなってしまうといった、極めて重大な問題が、新たに見い出されたのである。しかも、上述の如き従来手法に従う鍛造では、ダイ２０の成形突起２８が破損に至る迄においても、十分な製品寸法精度を確保することが難しく、製品におけるフランジ１０の肉厚等の寸法誤差が大きくなり易いことに加えて、成形突起２８の付近に材質が不連続な境界面状の不良部分が発生し易く、安定した強度を得ることが難しいという問題もあった。
【０００６】
さらに、図１０に示されているように、局部的な肉厚変化部として、凹状のキー溝１４とは逆に、フランジ１０の表面に凸状に突出する係合突起３０を設ける場合についても、本発明者が検討したところ、ダイ２０の破損のおそれはないが、得られた鍛造製品において、係合突起３０の付近に材質が不連続な境界面状の不良部分３２が発生し易く、目的とする強度を安定して得ることが難しいという問題を内在しており、製品寸法精度も十分に確保され難いということが、新たに見い出されたのである。
【０００７】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、平板形状の基板部における中心軸から離れた表面に凹状または凸状の局部的な肉厚変化部を有すると共に、該肉厚変化部に対して基板部の中心軸回りの周方向一方の側に偏って偏肉突部が形成されてなる金属製品を、成形型の耐久性を十分に確保しつつ、優れた寸法精度と強度をもって安定して鍛造することの出来る技術を提供することにある。
【０００８】
【解決手段】
すなわち、このような課題を解決するために、本発明者が多数の実験を行って詳細な検討を加えた結果、成形型の破損や製品不良等の問題の主たる原因が、成形パンチ等によって鍛造素材に加えられる圧縮力が基板部の軸方向に及ぼされ、基板部から偏肉突部に塑性流動せしめられる鍛造素材の挙動にあることが明らかとされたのであり、本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものである。
【０００９】
そして、上述の如き課題を解決するために、鍛造用金型に係る本発明の特徴とするところは、平板形状の基板部を有し、該基板部の中心軸から離れた表面に凹状または凸状の局部的な肉厚変化部が形成されると共に、該肉厚変化部に対して基板部の中心軸回りの周方向一方の側に偏って偏肉突部が形成されてなる製品を鍛造加工する鍛造用金型において、偏肉突部の成形用キャビティに対し、肉厚変化部の成形部を周方向に挟んだ反対側に位置して、成形後に切断除去されるバランス突部の成形用キャビティを設けたことを、特徴とする。
【００１０】
このような本発明に従う構造とされた鍛造用金型においては、肉厚変化部の成形部とバランス突部の成形用キャビティが、何れも、基板部の成形用キャビティに開口した構造とされており、基板部の成形用キャビティにセットされた鍛造素材に圧縮力が加えられると、鍛造素材が基板部の成形用キャビティから偏肉突部の成形用キャビティに塑性流動せしめられるが、その際、鍛造素材は、基板部の成形用キャビティからバランス突部の成形用キャビティにも、同様に、塑性流動せしめられる。ここにおいて、バランス突部の成形用キャビティは、偏肉突部の成形用キャビティに対し、局部的な肉厚変化部の成形部を挟んで周方向反対側に位置せしめられていることから、基板部の成形用キャビティにセットされた鍛造素材のうち、肉厚変化部の成形部を挟んで、偏肉突部側に位置する鍛造素材は、偏肉突部の成形用キャビティに塑性流動する一方、バランス突部側に位置する鍛造素材は、バランス突部の成形用キャビティに塑性流動せしめられることとなり、肉厚変化部の成形部を越えて周方向に塑性流動せしめられる鍛造素材の流動が軽減乃至は防止される。その結果、鍛造加工に際しての鍛造素材の周方向への塑性流動が大きな原因となって惹起される、前述の如き、成形型の破損や製品不良等の問題が、何れも有利に解消されるのであり、以て、目的とする金属製品を安定して鍛造することが可能となるのである。
【００１１】
なお、本発明において、基板部の外周面形状は限定されるものでなく、円形平板形状の他、多角形平板形状等でも良く、また、必ずしも全体に亘って一定の肉厚である必要もない。更に、局部的な肉厚変化部としては、例えば基板部の軸方向表面において軸直角方向に延びるキー溝や係合突起等が挙げられるが、基板部の軸方向両側面に形成されていても良く、その他、基板部の外周面に形成されていても良い。更にまた、偏肉突部は、局部的な肉厚変化部に対して、基板部の周方向一方の側に偏ったボリュームを与えるものであり、その形状は限定されるものでなく、また、周方向一方の側に偏ったボリュームを与える限り、かかる偏肉突部は、肉厚変化部を周方向に跨いで形成されたものも含む。また、本発明は、熱間鍛造用の金型だけでなく、温間鍛造用や冷間鍛造用等の金型にも、同様に適用可能である。更にまた、バランス突部の成形用キャビティの形状や大きさ、数、具体的な形成位置等は、鍛造製品の形状や大きさ、偏肉突部の形態、鍛造材料や鍛造条件等を考慮して適宜に決定されるものであって、特に限定されるものでないが、成形後における切断除去の作業性やバランス突部への鍛造素材の塑性流動性等も考慮することが望ましい。
【００１２】
また、本発明に従う構造とされた鍛造用金型においては、バランス突部の成形用キャビティにおける肉厚変化部の成形部側の周方向端を、肉厚変化部の成形部から、基板部の中心軸回りで、偏肉突部の成形用キャビティと反対側の周方向に０〜４０度の範囲に位置せしめることが、望ましく、それによって、鍛造加工に際し、肉厚変化部の成形部を越えて周方向に塑性流動せしめられる鍛造素材が、より効果的に抑制され得る。なお、バランス突部における肉厚変化部と反対側の周方向端は、肉厚変化部に対して、基板部の中心軸回りで周方向に半周以内に位置せしめられることが望ましく、より好適には、周方向に四半周以内に位置せしめられる。
【００１３】
更にまた、本発明に従う構造とされた鍛造用金型においては、バランス突部の成形用キャビティが、基板部の外周縁部から突出してバランス突部が形成されるように、基板部の成形用キャビティの外周縁部から延び出して形成されることが、望ましい。このような構造を採用すれば、バランス突部が基板部の外周縁部に突設されることから、成形後の切断除去作業が容易となると共に、肉厚変化部の成形部の近くにおいて、バランス突部のボリュームを有利に確保し易い等といった利点がある。なお、バランス突部の突出方向は、基板部に対して偏肉方向と同じ側または反対側の何れであっても良く、また、基板部の軸方向だけでなく、軸直角方向や傾斜方向であっても良い。
【００１４】
また、本発明に従う構造とされた鍛造用金型においては、バランス突部の成形用キャビティが、基板部の成形用キャビティの外周縁部に沿って周方向に延び、且つ肉厚変化部の成形部から周方向に離れるに従って次第に小容積化されてなる構造が、好適に採用される。このような構造とされた鍛造用金型にあっては、成形後におけるバランス突部の切断除去作業が容易であることに加えて、バランス突部の成形用キャビティが、偏肉突部に近い部分ほど大きなボリュームを有することから、歩留りの低下等を伴うバランス突部全体の大型化を回避しつつ、鍛造加工に際して肉厚変化部の成形部を越えて周方向に塑性流動せしめられる鍛造素材を、より効果的に抑制することが出来るのであり、以て、成形型の破損や製品不良等の問題の発生が、一層有利に防止されることとなる。なお、周方向に次第に小容積化されるバランス突部の成形用キャビティの具体的形状は、例えば、基板部の成形用キャビティからの突出高さを次第に低くしたり、幅を次第に狭くしたりする他、バランス突部の成形用キャビティを周方向に複数形成し、その数を周方向で次第に減少させること等によって、有利に実現され得る。
【００１５】
更にまた、本発明に従う構造とされた鍛造用金型においては、例えば、バランス突部の成形用キャビティを基板部の成形用キャビティの肉厚より狭幅とすると共に、該バランス突部の成形用キャビティを、開放キャビティ構造とすることも、有効である。このような構造を採用すれば、バランス突部の成形用キャビティを基板部の成形用キャビティより狭幅としたことによって、バランス突部の成形用キャビティへの鍛造素材の塑性流動が、適当に調節され得て、バランス突部の成形用キャビティへの鍛造素材の必要以上の流動に起因する歩留りの低下や、製品成形用キャビティへの塑性流動の阻害等が効果的に防止されると共に、バランス突部の成形用キャビティを開放キャビティ構造としたことによって、製品における基板部の肉厚寸法誤差の低減がより効果的に達成され得る。なお、バランス突部の成形用キャビティへの鍛造素材の塑性流動を調節するためには、基板部の成形用キャビティとバランス突部の成形用キャビティの接続部分を狭窄したフラッシュ構造等も、適宜に採用され得る。
【００１６】
さらに、上述の如き、鍛造用金型に係る本発明は、偏肉突部が基板部の周方向に連続的に延びる突条形状とされると共に、肉厚変化部が、偏肉突部の周方向端に対して基板部の中心軸回りで周方向に±４０度の範囲に位置せしめられてなる製品の鍛造加工用の金型に対して、特に好適に適用され得る。即ち、このような構造の偏肉突部および肉厚変化部を備えた製品では、鍛造に際して、鍛造素材の塑性流動の挙動等に起因する寸法誤差等の製品不良や成形型の破損等が特に大きな問題となり易いが、本発明を適用することによって、そのような問題が極めて有効に軽減乃至は解消され得るのである。なお、肉厚変化部が偏肉突部の周方向端に対して基板部の中心軸回りで周方向に±３０度の範囲に位置せしめられる製品、更には±２０度の範囲に位置せしめられる製品では、鍛造に際しての成形型の破損や製品不良等がより大きな問題となり易く、それ故、その鍛造加工に際して、本発明に従う構造とされた鍛造用金型が、一層有利に採用され得る。また、基板部の肉厚寸法：Ｔに対する肉厚変化部の凹部深さまたは凸部高さの寸法：Ｈの割合：Ｈ／Ｔの値が、１／３以上、特に１／２以上となると、鍛造に際しての成形型の破損や製品不良等がより大きな問題となり易く、従って、そのような金属製品の鍛造加工に際して、本発明に従う構造とされた鍛造用金型が、極めて有利に採用され得る。
【００１７】
また、上述の如き、鍛造用金型に係る本発明は、基板部が円形平板形状を有していると共に、偏肉突部が、基板部の軸方向一方の面上において、略一定幅で周方向に連続して延びる渦巻形状を有している製品の鍛造加工用の金型に対して、特に好適に適用され得る。即ち、このように渦巻形状で突出する偏肉突部を備えた鍛造製品としては、例えば圧縮機用スクロール等が挙げられるが、かくの如き製品では、基板部における偏肉突部の外周端の近くにキー溝等が形成される場合に、キー溝を挟んだ周方向両側でボリュームの偏りが発生し易いために、前述の如き成形型の破損や強度低下等が大きな問題となり易いが、本発明に係る鍛造金型を採用することによって、かかる圧縮機用スクロール等も、すぐれた製造性と精度をもって安定して量産することが可能となるのである。なお、渦巻形状の偏肉突部の外周端部に、高さ方向の段差部を形成することも、ボリュームの偏りを軽減せしめて、鍛造素材の塑性流動の更なる安定化を図る上で有効である。
【００１８】
さらに、前述の如き課題を解決するために、鍛造方法に係る本発明の特徴とするところは、平板形状の基板部を有し、該基板部の中心軸から離れた表面に凹状または凸状の局部的な肉厚変化部が形成されると共に、肉厚変化部に対して基板部の中心軸回りの周方向一方の側に偏って偏肉突部が形成されてなる製品を鍛造するに際し、偏肉突部に対して、前記肉厚変化部を周方向に挟んだ反対側に、肉厚変化部を越えて偏肉突部に塑性流動する材料を制限し得るバランス突部を形成し、成形完了後に、かかるバランス突部を切断除去することにある。
【００１９】
このような本発明方法に従えば、基板部の軸方向に圧縮力を及ぼして、鍛造素材を基板部の成形用キャビティから偏肉突部の成形用キャビティに塑性流動させる際、同時に、鍛造素材が、基板部の成形用キャビティからバランス突部の成形用キャビティにも塑性流動せしめられる。ここにおいて、これら偏肉突部の成形用キャビティとバランス突部の成形用キャビティは、局部的な肉厚変化部の成形用キャビティを挟んだ周方向両側に位置せしめられていることから、バランス突部の成形用キャビティの位置や大きさな適宜に設定することにより、肉厚変化部を周方向に挟んだ両側部分に位置する鍛造素材が、それぞれ、偏肉突部とバランス突部の各成形用キャビティに導かれることとなり、肉厚変化部を越えて周方向に流動して偏肉突部に成形用キャビティに導かれる鍛造素材が有利に低減され得るのである。
【００２０】
それ故、本発明方法に従えば、主に肉厚変化部を越えた鍛造素材の流動挙動に起因する、成形型の損傷や製品強度の低下等といった問題が、効果的に軽減乃至は解消されるのであり、以て、偏肉突部を有する製品を安定して且つ優れた材質をもって大量生産することが可能となるのである。
【００２１】
また、かくの如き本発明方法において、特に望ましくは、肉厚変化部を挟んで周方向両側に位置せしめられた、偏肉突部側とバランス突部側の、それぞれ四半周に亘る部分の成形完了後における重量比が、略同じになるようにされる。このような重量比を設定することにより、肉厚変化部を越えた鍛造素材の流動が一層効果的に軽減されるのであり、偏肉突部を有する製品をより有利に鍛造することが可能となるのである。
【００２２】
さらに、前述の如き課題を解決するために、本発明は、平板形状の基板部を有し、該基板部の中心軸から離れた表面に凹状または凸状の局部的な肉厚変化部が形成されると共に、該肉厚変化部に対して基板部の中心軸回りの周方向一方の側に偏って偏肉突部が形成されてなる鍛造成形品であって、偏肉突部に対して、肉厚変化部を周方向に挟んだ反対側に位置して、基板部の表面に突出するバランス突部を一体形成してなる、偏肉突部を有する鍛造成形品をも、特徴とする。
【００２３】
このような構造とされた鍛造成形品では、偏肉突部が、基板部から塑性流動せしめられた鍛造素材で一体形成されるが、バランス突部も、基板部から塑性流動せしめられた鍛造素材で一体形成される。しかも、それら偏肉突部とバランス突部は、肉厚変化部を周方向に挟んだ両側に位置せしめられていることから、肉厚変化部における鍛造素材の塑性流動が安定化し、基板部における局部的に大きな周方向の鍛造素材の流動が抑えられ、基板部において肉厚変化部を越えて偏肉突部側に流動せしめられる鍛造素材が軽減されることから、材質や寸法精度の向上とその安定化等が、有利に達成されるのである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【００２５】
先ず、図１及び図２には、本発明が有利に適用される鍛造製品としての前記図７及び図８に示された如き圧縮機用スクロールを与える、本発明に従う構造とされた鍛造成形品４０が、示されている。この鍛造成形品４０は、円形平板形状を有する基板部としてのフランジ４２を有しており、該フランジ４２の軸方向一方の面（図１中の上面であり、以下、単に「上面」という）４４には、中心軸：Ａに沿って突出する円形ロッド状の取付軸４６が一体形成されている一方、軸方向他方の面（図１中の下面であり、以下、単に「下面」という）４８には、中心部から外周側に向かって渦巻状に連続して延びる羽根５０が、全長に亘って略一定の幅と高さで突出して一体形成されている。なお、羽根５０の具体的形状は特に限定されるものでなく、例えば、羽根５０の外周側端部近くに高さ方向の段差部を形成し、周方向に所定長さで延びる低部等を設けても良い。
【００２６】
また、フランジ４２の上面４４には、取付軸４６を径方向に挟んで対向位置する部分において、それぞれ、外周縁部から径方向内方に所定長さで延びる凹溝形状のキー溝５４，５６が、略一定の深さ：Ｄで形成されている。特に、一方のキー溝５４は、フランジ４２の周方向において、下面４８に突設された羽根５０の外周側端部に近接して位置している。要するに、本実施形態の鍛造成形品４０では、羽根５０が、キー溝５４の形成位置から周方向一方の側（図２中の「ａ」方向側）に延びて形成されており、それによって、フランジ４２の中心軸：Ａの回りで、羽根５０を挟んだ周方向一方の側（図２中の「ａ」方向側）において、他方の側（図２中の「ｂ」方向側）に対し、羽根５０に相当する分だけのボリュームの偏りを有している。なお、本実施形態では、羽根５０の外周側端が、キー溝５４の中心から、羽根５０が延びる周方向に僅かな距離：δだけ離間して位置せしめられているが、この羽根５０の外周側端は、キー溝５４を越えて周方向他方の側（図２中の「ｂ」方向側）に位置せしめられる場合もある。
【００２７】
また一方、フランジ４２の外周面上には、キー溝５４を挟んで羽根５０と周方向反対側（図２中の「ｂ」方向側）に位置して、キー溝５４の近くからフランジ４２の外周縁部に沿って周方向に半周以下の長さで延びるバランス突部５８が、軸方向に突出して一体形成されている。特に、本実施形態では、かかるバランス突部５８の肉厚：ｔが、最も厚肉とされたキー溝５４側の周方向端部において、フランジ４２の肉厚：Ｔよりは十分に薄肉で、羽根５０と略同じ肉厚とされていると共に、キー溝５４から周方向に離れるに従って次第に薄くなる厚さ形状とされて、フランジ４２の中心軸：Ａの回りで周方向に四半周に僅かに満たない周方向長さ：Ｌで形成されている。また、本実施形態では、バランス突部５８が、キー溝５４の中心から、羽根５０によるボリュームの偏りとは反対の周方向（ｂ方向）に僅かな距離：θだけ離間して位置せしめられている。より望ましくは、図２に示されている如く、バランス突部５８におけるキー溝５４側の周方向端部が、キー溝５４における羽根５０と反対側の周方向端部（図２中、キー溝５４のｂ側端部）から、フランジ４２の中心軸：Ａの回りで周方向ｂ側に０〜４０度の範囲で離間して位置せしめられる。
【００２８】
すなわち、このようなバランス突部５８が形成されることによって、前述の如き、羽根５０によるキー溝５４を挟んだ周方向一方の側へのボリュームの偏りが、軽減されているのである。なお、本実施形態では、バランス突部５８が、フランジ４２の外周面上に肉厚分だけ突出した形態で設けられているが、かかるバランス突部５８を、例えば、フランジ４２の上面４４上において、フランジ４２の外周面上に突出することなく、軸方向に突出形成することも可能である。そして、かくの如き構造とされた鍛造成形品４０は、鍛造成形後に、バランス突部５８が、フランジ４２の外周面に沿って、基端部で切断され、完全に除去されることとなり、それによって、図７〜８に示されている如き、製品たる圧縮機用スクロールとされる。
【００２９】
次に、上述の如き鍛造成形品４０の、本発明に従う鍛造方法について、説明する。かかる鍛造には、図３〜４に概略が示されているように、円形断面の有底穴形状の素材セット空間６０を有するダイ６２と、該ダイ６２の素材セット空間６０に嵌め込まれて進入せしめられる円形断面の成形パンチ６４からなる密閉型の鍛造用金型が採用される。ここにおいて、ダイ６２の素材セット空間６０は、底部において、成形パンチ６４の進入先端面との間で、フランジの成形用キャビティ６６を画成するようになっている。また、ダイ６２には、素材セット空間６０の底面に開口して、該底面の中心部から外周側に向かって渦巻状に延びる羽根の成形用キャビティ６８が形成されている。更に、フランジの成形用キャビティ６６の周壁面は、羽根の成形用キャビティ６８の外周側の周方向端部から周方向に僅かに離間した位置から周方向に略四半周弱の長さで延びる部分が拡径されており、それによって、バランス突部５８の成形用キャビティ７６が形成されている。なお、このバランス突部の成形用キャビティ７６は、十分な高さを有していれば良く、必ずしも、ダイ６２における素材セット空間６０の深さ方向全長に形成されている必要はない。
【００３０】
また一方、成形パンチ６４の先端面には、中心部に取付軸の成形用キャビティ７１が形成されていると共に、この取付軸の成形用キャビティ７１を径方向に挟んだ両側に位置して、それぞれ、外周縁部から径方向に延びるキー溝の成形部を構成する成形用突起７２，７４が突設されている。
【００３１】
そして、成形パンチ６４は、その先端部分がダイ６２の素材セット空間６０に嵌め込まれ、キー溝の成形用突起７２が、ダイ６２に形成された羽根の成形用キャビティ６８の外周側端部上に位置し、且つバランス突部の成形用キャビティ７６が、キー溝の成形用突起７２を挟んで羽根の成形用キャビティ６８と周方向反対側に位置するように、ダイ６２と成形パンチ６４が周方向に相対的に位置合わせされるようになっている。
【００３２】
このようなダイ６２と成形パンチ６４からなる成形用金型を用いて、目的とする鍛造成形品４０を鍛造加工するに際しては、先ず、目的とする鍛造成形品４０に対応した略円錐台形状を有する鍛造素材７８を準備し、この鍛造素材７８をダイ６２の素材セット空間６０に収容配置せしめた後、図３〜５に示されているように、成形パンチ６４を素材セット空間６０に嵌め込み、圧縮力：Ｐをもって進入させる。これにより、鍛造素材７８の内部応力を高め、フランジの成形用キャビティ６６内に押し広げるように塑性流動せしめて充填することによりフランジ４２を形成すると共に、キー溝の成形用突起７２を鍛造素材７８内に押し込んでキー溝５４，５６を形成し、また、自由表面となる取付軸の成形用キャビティ７１と羽根の成形用キャビティ６８，更にバランス突部の成形用キャビティ７６の各開口部から、鍛造素材７８を各成形用キャビティ７１，６８，７６内に塑性流動させて入り込ませ、流入充填せしめることによって、取付軸４６，羽根５０およびバランス突部５８を、それぞれ一体形成する。それによって、図１〜２に示されている如き、目的とする鍛造成形品４０を得ることが出来るのである。
【００３３】
ここにおいて、かくの如き鍛造方法に従えば、図５に示されているように、鍛造素材７８が、羽根の成形用キャビティ６８に塑性流動して流入せしめられる際、同時に、キー溝の成形用突起７２を挟んで羽根の成形用キャビティ６８と周方向反対側に位置せしめられたバランス突部の成形用キャビティ７６にも、鍛造素材７８が塑性流動して流入せしめられる。即ち、キー溝の成形用突起７２を周方向に挟んだ両側では、それぞれ、鍛造素材７８がフランジの成形用キャビティ６６から流出流動することとなり、フランジの成形用キャビティ６６内における鍛造素材７８の流動挙動に関して、キー溝の成形用突起７２の押込部位付近が、あたかも周方向流動の境界領域乃至は分流領域のようになる。
【００３４】
従って、キー溝の成形用突起７２の押込部位を越えて周方向に流動せしめられる鍛造素材７８の流動量が、有利に低減されるのであり、以て、この周方向流動する鍛造素材７８の流動圧が主たる原因となってキー溝の成形用突起７２の側面（周方向端面）に及ぼされる外力が軽減されることから、キー溝の成形用突起７２の破損が防止され得て、安定した鍛造加工が実現されるのである。
【００３５】
しかも、バランス突部の成形用キャビティ７６への鍛造素材７８の塑性流動と、羽根の成形用キャビティ６８への鍛造素材７８の塑性流動とによって、フランジの成形用キャビティ６６における鍛造素材７８の流動挙動の安定化が図られ得るのであり、それによって、フランジの厚さ寸法の高精度化と安定化も達成され得ることとなる。
【００３６】
特に、本実施形態では、バランス突部の成形用キャビティ７６が、キー溝の成形用突起７２から離れるに従って径方向（幅方向）に薄肉化されてボリュームが次第に小さくされていることから、バランス突部の成形用キャビティ７６におけるキー溝の成形用突起７２と反対側の周方向端部付近でも、フランジの周方向でのボリュームの急激な変化が回避されており、その付近でのフランジの成形用キャビティ６６における鍛造素材７８の流動挙動も安定化されることにより、寸法精度や部材強度の更なる安定化が図られ得るのである。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、これはあくまでも例示であって、本発明は、上述の実施形態、更には以下の実施例に関する具体的な記載によって、何等、限定的に解釈されるものでない。
【００３８】
例えば、前記実施形態では、ダイ６２の周壁面にバランス突部の成形用キャビティ７６の形成用凹所が設けられていたが、かかる凹所を、成形パンチ６４の外周面側に設けること等も可能である。
【００３９】
更にまた、特開平６−１１４４８９号公報等に記載されているように、ダイ６２における羽根の成形用キャビティ６８の底壁部分を別体金型で構成し、羽根５０の成形時に、この別体金型により、羽根の成形用キャビティ６８に流入せしめられる鍛造素材７８に対して背圧を及ぼすようにしても良い。
【００４０】
また、前記実施形態では、局部的な肉厚変化部としてキー溝５４を備えた鍛造成形品４０について説明したが、そのような凹状部の他、局部的な肉厚変化部としての凸状部を備えたものについても、本発明は、有利に適用され得る。例えば、図６に具体例が示されているように、フランジ４２において、上記実施形態におけるキー溝５４に代えて、上面４４に突出する係合突起８０が一体形成されてなる鍛造成形品８２の鍛造加工に際しても、本発明に従う構造とされた鍛造用金型を用いた鍛造が有利に採用され得る。そして、本発明を適用することにより、前記実施形態と同様に、バランス突部の成形用キャビティ７６への鍛造素材７８の塑性流動と、羽根の成形用キャビティ６８への鍛造素材７８の塑性流動とのバランスにより、係合突起８０の成形用キャビティ８２への鍛造素材７８の塑性流動性も含めて、フランジの成形用キャビティ７６における鍛造素材７８の流動挙動の安定化が図られ得るのであり、以て、鍛造素材７８の流動不良を主たる原因とする、係合突起８０の付近における材質の不連続な境界面状の不良部分の発生が有利に防止されて、部材強度や寸法精度の向上と安定化が達成され得るのである。なお、図６においては、その理解を容易とするために、前記実施形態と同様な構造とされた部材および部位について、それぞれ、図中に、前記実施形態と同一の符号を付しておく。
【００４１】
加えて、本発明は、基板部に形成された局部的に肉厚変化部に対して、周方向一方の側に偏肉突部を有する各種製品の鍛造に際して、何れも、適用可能であり、前記実施形態で示した圧縮機用スクロールによって、その適用範囲が限定的に解釈されることはない。
【００４２】
その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更，修正，改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。
【００４３】
【実施例】
図３〜５に示された、前記実施形態に従う構造とされた鍛造用金型を用い、図１〜２に示されている如き、圧縮機用スクロールを与える鍛造成形品４０を、各種寸法において実際に鍛造し、それぞれについて、鍛造加工時における金型（キー溝の成形用突起７２）の破損性と、製品における鍛造欠陥（キー溝の成形用突起７２付近での材質不連続な境界面状の不良部分の発生）の有無およびフランジ４２の厚さ寸法のばらつきの程度を測定することによって、本発明の効果の確認試験を実施した。なお、鍛造成形品４０の設定寸法は、フランジ４２の肉厚寸法：Ｔに対するキー溝５４の深さ寸法：Ｄの比：Ｔ／Ｄの値と、羽根５０の外周端のキー溝５４に対する周方向の位相角（フランジ４２の中心軸：Ａ回りの角度）：δを異ならせて行い、下記〔表１〕に示される如く、形状番号１〜６の形状設定を行った場合について、それぞれ、確認試験を実施した。また、比較例として、バランス突部の成形用キャビティ７６を有しない鍛造用金型を用いて、同様な寸法設定の下に各種の鍛造成形品（バランス突部を有しないもの）を鍛造した場合について、同様な確認試験を実施した。得られた結果を、下記〔表２〕に示す。
【００４４】
【表１】

【００４５】
【表２】

【００４６】
なお、試験結果の評価は、(1) 製品における製造欠陥については、欠陥の有無で評価し、(2) 金型の破損性については、２万回以上の連続的な鍛造加工に耐え得るか否かで評価し、(3) 製品におけるフランジ厚さ寸法のばらつきについては、１００μｍ未満のばらつき精度の要求を満足するか否かで評価し、それぞれ、表２中に、○，×を付した。また、全体評価としての判定は、上記(1) 〜(3) の全ての評価項目を満足するか否かで行い、その良否を、表２中に、○，×で示した。
【００４７】
かかる〔表２〕に示された結果からも明らかなように、本発明に従えば、羽根５０の外周端とキー溝５４の位相角が０〜４０度とされた各種の製品において、何れも、寸法精度の向上が有利に達成されるのであり、特に２０度以下の位相角が設定された製品では、従来手法によると金型の早期破損のために実用化が極めて困難であったのに対して、本発明によれば、十分な実用性が達成され得る。
【００４８】
【発明の効果】
上述の説明から明らかなように、本発明に従う構造とされた鍛造用金型においては、基板部の成形用キャビティにセットされた鍛造素材が塑性流動せしめられて偏肉突部の成形用キャビティにも流入充填されることとなるが、鍛造素材が基板部の成形用キャビティから流入充填されるキャビティ容積の該偏肉突部の成形用キャビティ側への偏りが、局部的な肉厚変化部の成形部を挟んで周方向反対側に形成されたバランス突部の成形用キャビティによって軽減乃至は解消され得る。
【００４９】
それ故、鍛造加工に際して、基板部の成形用キャビティにおける鍛造素材の局部的な肉厚変化部を越えた周方向への塑性流動が抑えられて、基板部における鍛造素材の流動が安定化されることとなり、以て、鍛造加工時における破損が有効に防止されるのであり、鍛造製品の寸法精度や品質の向上も達成され得るのである。
【００５０】
また、本発明の鍛造方法に従えば、鍛造加工に際し、局部的な肉厚変化部の成形部を挟んだ周方向両側部分で、基板部の成形用キャビティから偏肉突部の成形用キャビティに塑性流動せしめられる鍛造素材と、バランス突部の成形用キャビティに塑性流動せしめられる鍛造素材とが、相互に略バランスし合うことにより、局部的な肉厚変化部の成形部を越えて偏肉突部の成形用キャビティ側に塑性流動せしめられる鍛造素材が抑えられて、基板部の成形用キャビティにおける鍛造素材の塑性流動が安定化されるのであり、以て、鍛造用金型の破損が防止されて、目的とする製品を大量に連続して、しかも優れた製品の寸法精度と品質をもって、安定して鍛造することが出来るのである。
【００５１】
更にまた、本発明に従う構造とされた鍛造成形品においては、基板部に突設されたバランス突部によって、偏肉突部による、局部的な肉厚変化部に対する周方向一方の側へのボリュームの偏りが軽減乃至は解消されていることから、鍛造成形時における鍛造素材の塑性流動の安定化が図られ得るのであり、以て、鍛造成形時における鍛造素材の流動挙動に起因する鍛造用金型の破損が防止されると共に、鍛造製品の寸法精度や品質の向上も達成されるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う構造とされた鍛造成形品の一具体例を示す斜視図である。
【図２】図１に示された鍛造成形品の平面図である。
【図３】図１に示された鍛造成形品の鍛造工程を説明するための概略図である。
【図４】図３におけるIV−IV断面に相当する断面図である。
【図５】図１に示された鍛造成形品の鍛造工程であって、図３に示された鍛造工程に続く工程を説明するための概略図である。
【図６】本発明に従う構造とされた鍛造成形品の別の具体例を示す、鍛造工程の概略図である。
【図７】本発明が適用され得る鍛造製品の具体例としての圧縮機用スクロールを示す上側斜視図である。
【図８】図７に示された圧縮機用スクロールの下側斜視図である。
【図９】本発明の前提技術としての、図７に示された圧縮機用スクロールの鍛造方法を説明するための概略工程図である。
【図１０】図９に示されたものとは別の圧縮機用スクロールに関する、本発明の前提技術としての鍛造方法を説明するための概略図である。
【符号の説明】
４０鍛造成形品
４２フランジ
５０羽根
５４キー溝
５８バランス突部
６２ダイ
６４成形パンチ
７８鍛造素材

Claims

平板形状の基板部を有し、該基板部の中心軸から離れた表面に凹状または凸状の局部的な肉厚変化部が形成されると共に、該肉厚変化部に対して該基板部の中心軸回りの周方向一方の側に偏って偏肉突部が形成されてなる製品を鍛造加工する鍛造用金型において、
前記偏肉突部の成形用キャビティに対し、前記肉厚変化部の成形部を周方向に挟んだ反対側に位置して、成形後に切断除去されるバランス突部の成形用キャビティを設けると共に、該バランス突部の成形用キャビティにおける該肉厚変化部の成形部側の周方向端が、該肉厚変化部の成形部から、前記基板部の中心軸回りで、前記偏肉突部の成形用キャビティと反対側の周方向に０〜４０度の範囲に位置するように構成したことを特徴とする偏肉突部を有する製品の鍛造用金型。
平板形状の基板部を有し、該基板部の中心軸から離れた表面に凹状または凸状の局部的な肉厚変化部が形成されると共に、該肉厚変化部に対して該基板部の中心軸回りの周方向一方の側に偏って偏肉突部が形成されてなる製品を鍛造加工する鍛造用金型において、
前記偏肉突部の成形用キャビティに対し、前記肉厚変化部の成形部を周方向に挟んだ反対側に位置して、成形後に切断除去されるバランス突部の成形用キャビティを設けると共に、該バランス突部の成形用キャビティが、前記基板部の外周縁部から突出して該バランス突部が形成されるように、該基板部の成形用キャビティの外周縁部から延び出して形成されていることを特徴とする偏肉突部を有する製品の鍛造用金型。
平板形状の基板部を有し、該基板部の中心軸から離れた表面に凹状または凸状の局部的な肉厚変化部が形成されると共に、該肉厚変化部に対して該基板部の中心軸回りの周方向一方の側に偏って偏肉突部が形成されてなる製品を鍛造加工する鍛造用金型において、
前記偏肉突部の成形用キャビティに対し、前記肉厚変化部の成形部を周方向に挟んだ反対側に位置して、成形後に切断除去されるバランス突部の成形用キャビティを設けると共に、該バランス突部の成形用キャビティが、前記基板部の成形用キャビティの外周縁部に沿って周方向に延び、且つ前記肉厚変化部の成形部から周方向に離れるに従って次第に小容積化されていることを特徴とする偏肉突部を有する製品の鍛造用金型。
平板形状の基板部を有し、該基板部の中心軸から離れた表面に凹状または凸状の局部的な肉厚変化部が形成されると共に、該肉厚変化部に対して該基板部の中心軸回りの周方向一方の側に偏って偏肉突部が形成されてなる製品を鍛造加工する鍛造用金型において、
前記偏肉突部の成形用キャビティに対し、前記肉厚変化部の成形部を周方向に挟んだ反対側に位置して、成形後に切断除去されるバランス突部の成形用キャビティを設けると共に、該バランス突部の成形用キャビティが、前記基板部成形用キャビティの肉厚より狭幅であり、且つ該バランス突部の成形用キャビティが、開放キャビティ構造とされていることを特徴とする偏肉突部を有する製品の鍛造用金型。
前記バランス突部の成形用キャビティが、前記基板部の外周縁部から突出して該バランス突部が形成されるように、該基板部の成形用キャビティの外周縁部から延び出して形成されている請求項１に記載の鍛造用金型。
前記バランス突部の成形用キャビティが、前記基板部の成形用キャビティの外周縁部に沿って周方向に延び、且つ前記肉厚変化部の成形部から周方向に離れるに従って次第に小容積化されている請求項１又は２に記載の鍛造用金型。
前記バランス突部の成形用キャビティが、前記基板部成形用キャビティの肉厚より狭幅であり、且つ該バランス突部の成形用キャビティが、開放キャビティ構造とされている請求項１乃至３の何れかに記載の鍛造用金型。
前記偏肉突部の成形用キャビティが、前記基板部の成形用キャビティの周方向に連続的に延びる突条形状を有していると共に、前記肉厚変化部の成形部が、該偏肉突部の成形用キャビティの周方向端に対して、前記基板部の中心軸回りで周方向に±４０度の範囲に位置している請求項１乃至７の何れかに記載の鍛造用金型。
前記基板部の成形用キャビティが、円形平板形状を有していると共に、前記偏肉突部の成形用キャビティが、該基板部の成形用キャビティの軸方向一方の面上において、略一定幅で周方向に連続して延びる渦巻形状を有している請求項１乃至８の何れかに記載の鍛造用金型。
平板形状の基板部を有し、該基板部の中心軸から離れた表面に凹状または凸状の局部的な肉厚変化部が形成されると共に、該肉厚変化部に対して該基板部の中心軸回りの周方向一方の側に偏って偏肉突部が形成されてなる製品を鍛造するに際して、
前記偏肉突部に対して、前記肉厚変化部を周方向に挟んだ反対側に、該肉厚変化部を越えて該偏肉突部に塑性流動する材料を制限し得るバランス突部を形成すると共に、該肉厚変化部を挟んで周方向両側に位置せしめられた、該偏肉突部側と該バランス突部側の、それぞれ四半周に亘る部分の成形完了後における重量比が、略同じとなるように構成し、成形完了後に、かかるバランス突部を切断除去することを特徴とする偏肉突部を有する製品の鍛造方法。