JP5027407B2

JP5027407B2 - Manufacturing method of forging by forging

Info

Publication number: JP5027407B2
Application number: JP2005348808A
Authority: JP
Inventors: 正広佐藤
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2025-12-02
Also published as: JP2007152376A

Description

本発明は、アルミニウム合金などの各種金属素材を用いて鍛造加工により成形して素形材を得る製造方法に関するもので、例えば自動車、二輪車、鉄道車両などの各種車両、或いは船外機や発電機、草刈り機などの動力装置に用いられる内燃機関用ピストンの鍛造に適用される鍛造による素形材の製造方法に関する。 The present invention relates to a manufacturing method for obtaining a shaped material by forging using various metal materials such as an aluminum alloy. For example, the present invention relates to various vehicles such as automobiles, motorcycles, and railway vehicles, or outboard motors and generators. The present invention relates to a method for producing a shaped material by forging applied to forging of a piston for an internal combustion engine used in a power device such as a mower.

従来の内燃機関用ピストンは、図６に示したように、その形状が円筒形ではない４サイクルエンジン用ピストンであり、ピンボス方向の断面においてランド部を有する形状であるため、上金型と下金型を嵌合させて温間鍛造にて成形する際には、鍛造機の下金型に複雑形状であるピンボス部やスカート部を配置して、上金型にて比較的簡単な形状であるヘッド面を成形する方法が一般的で実施されていた。そして、下金型側に複雑形状部分であるピンボス部やスカート部を配置することで、成形された素形材が下金型に安定して残るため、金型からの取出しが安定することや、上金型への付着防止機構を設ける必要がないという利点があって実施されてきた。 As shown in FIG. 6, the conventional piston for an internal combustion engine is a piston for a four-cycle engine that is not cylindrical, and has a land portion in a cross section in the pin boss direction. When molding with warm forging by fitting the mold, place the pin boss part and skirt part, which are complex shapes, on the lower mold of the forging machine, and make the upper mold with a relatively simple shape. A method of forming a certain head surface is common and practiced. And, by arranging the pin boss part and skirt part which are complicated shape parts on the lower mold side, the molded material remains stably in the lower mold, so that the removal from the mold is stable and This has been carried out with the advantage that it is not necessary to provide a mechanism for preventing adhesion to the upper mold.

しかし、この従来の温間鍛造方法では、以下のような問題を生ずるものであった。
内燃機関用ピストンのように形状が複雑である場合、金型への潤滑剤塗布が少ないと焼き付きが発生して、欠肉などの不良を発生させる。前述のように、ピンボス部やスカート部の複雑形状部分を下金型に配置した場合には、下金型が凹部となるため、この下金型への潤滑剤塗布を下金型の上部より行うことが必須であり、実際のところ回転スプレー装置などにより、下金型の凹部上より潤滑剤を塗布していた。このため、鍛造機の上金型のプレス稼働を、潤滑剤を塗布する間、上死点にて停止させていた。そして、この場合、上死点での停止時間は、スプレーノズルの挿入時間、スプレー塗布時間、スプレーノズルの退避時間などの合計となっていた。その結果、鍛造機の運転が断続的となり、一般的に生産性が１／３以下へ低下するものであった。 However, this conventional warm forging method has the following problems.
In the case of a complicated shape such as a piston for an internal combustion engine, if there is little lubricant applied to the mold, seizure occurs and a defect such as lacking occurs. As described above, when the complicated shape part of the pin boss part and the skirt part is arranged in the lower mold, the lower mold becomes a concave part, so that the lubricant is applied to the lower mold from the upper part of the lower mold. In practice, the lubricant is applied from above the concave portion of the lower mold by a rotary spray device or the like. For this reason, the press operation of the upper die of the forging machine was stopped at the top dead center while the lubricant was applied. In this case, the stop time at the top dead center is the sum of the spray nozzle insertion time, spray application time, spray nozzle retraction time, and the like. As a result, the operation of the forging machine becomes intermittent, and the productivity is generally reduced to 1/3 or less.

この鍛造時に、スプレーノズルを用いて潤滑剤を金型に塗布する方法としては、例えば本願出願人が提案した特許文献１に提案されており、アルミニウム合金の鍛造において、良好な噴霧状態で潤滑剤を塗布し、潤滑不具合（例えば未乾燥部、皮膜未形成部、潤滑剤たまりなどの発生）を防止することを目的として、噴霧用圧縮空気用吐出口と潤滑剤用吐出口が同心的に配置された潤滑剤塗布用ノズルまたは噴霧用圧縮空気用吐出口を潤滑剤用吐出口の外側に配置することを特徴とする潤滑剤塗布用ノズル、該ノズルを有する潤滑剤塗布装置、鍛造装置及び該装置を用いる潤滑剤塗布方法、鍛造方法が開示されている。 As a method of applying a lubricant to a mold using a spray nozzle at the time of forging, for example, Patent Document 1 proposed by the applicant of the present application has been proposed. In the forging of an aluminum alloy, the lubricant is in a good spray state. The spray outlet for compressed air and the outlet for lubricant are arranged concentrically for the purpose of preventing lubrication problems (for example, the occurrence of undried parts, non-coated parts, and accumulation of lubricant). A lubricant application nozzle, a lubricant application device having the nozzle, a forging device, and a nozzle for spraying compressed air for spraying or a discharge port for compressed air for spraying disposed outside the discharge port for lubricant A lubricant application method and a forging method using an apparatus are disclosed.

ところで、冷間鍛造では、温間鍛造とは異なり、鍛造機を停止させることなく、プレス回転中に素材の投入及び排出を実施するプレス連続運転が実施されており、高い生産性を誇っている。冷間鍛造では、製品形状がシンプルであることから、ボンデ処理と呼ばれる潤滑皮膜処理のみで鍛造が可能であり、金型への潤滑剤塗布を実施していないため、容易に連続運転が可能となっている。
また、従来からの鋳造によるピストンの製造は生産性が低い。従来技術として、金型重力鋳造による製造方法があるが、「離型剤塗布→金型閉→注湯→凝固→金型開→製品取り出し→押し湯切断」の合計６つのプロセスが１サイクルとして必要であって、製造に長い時間がかかり、生産性が低いものであった。例えば１サイクル２分程度であって、４個取りとすると３０秒／個程度となる。 By the way, in the cold forging, unlike the warm forging, the press continuous operation for carrying in and discharging the material during the press rotation is carried out without stopping the forging machine, and boasts high productivity. . In cold forging, the product shape is simple, so forging is possible only with a lubrication film treatment called bonde treatment, and since lubricant is not applied to the mold, continuous operation can be easily performed. It has become.
Also, the production of pistons by conventional casting is low in productivity. As a conventional technique, there is a manufacturing method by mold gravity casting, but a total of six processes of “release agent application → mold closing → pour pouring → solidification → mold opening → product removal → pushing hot metal cutting” is one cycle. It is necessary, takes a long time to manufacture, and has low productivity. For example, one cycle is about 2 minutes, and taking 4 pieces results in about 30 seconds / piece.

特開２００２−３２１０３３号公報JP 2002-321033 A

前述のように、従来は、内燃機関用ピストンを温間鍛造で成形する方法において、金型に潤滑剤塗布処理を実施する間、上死点で鍛造機の上金型を停止させるため、その停止時間があることにより、鍛造機の生産能力が低下していた。
例えば数量を多く生産する内燃機関用ピストンの製造においては、上述の生産性の低さにより、多数の鍛造設備が必要となり、その結果、設備償却費が高くなっていた。また、生産性が低いために、労務費などもコストを押し上げられ、コスト高により、複雑形状の製品の採用が見送られる傾向にあった。 As described above, in the conventional method of forming a piston for an internal combustion engine by warm forging, the upper die of the forging machine is stopped at the top dead center while the lubricant is applied to the die. Due to the downtime, the production capacity of the forging machine was reduced.
For example, in the production of a piston for an internal combustion engine that produces a large quantity, a large number of forging facilities are required due to the low productivity described above, resulting in a high equipment depreciation cost. In addition, since productivity is low, labor costs and the like have been pushed up, and due to high costs, the adoption of products with complex shapes tends to be forgotten.

そこで、本発明は、鍛造機の連続運転が可能で、高い生産性を有する連続製造（温間鍛造成形）方法を提案することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to propose a continuous manufacturing (warm forging forming) method that enables continuous operation of a forging machine and has high productivity.

この発明は、以下のような発明である。
（１）鍛造により有底の筒状の形状を有する素形材を成形する製造方法において、素材に固体潤滑処理を施す工程と、素材を加熱する工程と、上金型、下金型を有して連続運転している鍛造機による鍛造成形工程と、鍛造成形後の熱処理工程と、を含み、前記素材を加熱する工程が、前記鍛造機のプレスタクトに合わせたピッチ送りとして前記素材を炉内で搬送しつつ加熱するものであり、前記鍛造成形工程が前記鍛造機に素材を投入し、上金型への潤滑剤塗布を上金型が上死点と下死点の間を移動中に実施し、潤滑剤塗布による金型温度の低下と素材からの抜熱による金型温度の上昇をバランスさせて金型温度を所定の温度帯に維持することにより、成形性を低下することなく筒状の形状の素形材を後方押出しにより成形するものであり、前記鍛造成形後の熱処理工程が、コンベア式の炉内で前記プレスタクトに同期運転させて実施するものであり、前記素材を加熱する工程及び前記鍛造成形後の熱処理工程が、前記鍛造成形工程において前記金型温度が所定の温度帯に維持された前記鍛造機とタクトタイムを合わせて実施され、前記鍛造機を停止させることのない連続熱処理であることを特徴とする鍛造による素形材の製造方法。
（２）素形材の複雑な形状を上金型にて成形し、下金型の内壁面にアンダーカットとなる溝やローレット加工が施されていることを特徴とする（１）に記載の鍛造による素形材の製造方法。
（３）鍛造成形後の熱処理工程が溶体化処理、焼入れ、時効処理を連続して実施するＴ６処理であり、鍛造品を１個ずつ搬送して処理する工程であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の鍛造による素形材の製造方法。
（４）素材がアルミニウム合金であって、このアルミニウム合金の組成分率が、Ｓｉ８〜１４質量％、Ｃｕ１〜５質量％、Ｍｇ０．３〜１．５質量％、Ｃｒ０．０５〜０．５質量％、Ｍｎ０．０２〜０．１５質量％、Ｆｅ０．１５〜０．４質量％、及び残部がＡｌと不可避的不純物であることを特徴とする（１）〜（３）の何れか一つに記載の鍛造による素形材の製造方法。 The present invention is as follows.
(1) In a manufacturing method for forming a shaped material having a bottomed cylindrical shape by forging, a process of subjecting a material to solid lubrication, a process of heating the material, an upper mold, and a lower mold are provided. Including a forging process by a forging machine that is continuously operated, and a heat treatment process after forging, wherein the process of heating the material is performed as a pitch feed in accordance with the press tact of the forging machine. It is heated while being transported in the inside, and the forging process is putting the material into the forging machine, and the upper mold is moving between the top dead center and the bottom dead center to apply the lubricant to the upper mold. The mold temperature is maintained in a predetermined temperature range by balancing the decrease in the mold temperature due to the lubricant application and the increase in the mold temperature due to heat removal from the material. is intended to mold the cylindrical formed and fabricated material shape by backward extrusion, The heat treatment step after forging is performed in synchronization with the press tact in a conveyor-type furnace, and the step of heating the raw material and the heat treatment step after forging are performed in the forging step. A forging material produced by forging, characterized in that it is a continuous heat treatment that is performed in combination with the forging machine in which the mold temperature is maintained in a predetermined temperature range and does not stop the forging machine. Method.
(2) The complex shape of the base material is formed by an upper die, and an inner wall surface of the lower die is subjected to an undercut groove or knurling, according to (1 ) A method of manufacturing a shaped material by forging.
(3) The heat treatment step after forging is a T6 treatment in which solution treatment, quenching, and aging treatment are successively performed, and is a step in which forged products are conveyed and processed one by one (1 ) Or the manufacturing method of the shaped material by forging as described in (2) .
(4) The material is an aluminum alloy, and the composition fraction of the aluminum alloy is Si 8 to 14% by mass, Cu 1 to 5% by mass, Mg 0.3 to 1.5% by mass, Cr 0.05 to 0.5% by mass. %, Mn 0.02 to 0.15% by mass, Fe 0.15 to 0.4% by mass, and the balance being Al and inevitable impurities (1) to (3) The manufacturing method of the shaped material by the forging as described.

＜作用＞
以下に、従来技術では鍛造機の連続運転ができなかった理由と、本発明の作用を説明する
前述のように上金型と下金型を嵌合させて、内燃機関用ピストンを鍛造にて成形する場合、下金型に複雑形状であるピンボス部及びスカート部を配置し、上金型に比較的簡単な形状であるヘッド面を成形する方法が採られていた。この方法では、下金型の凹部に潤滑剤を塗布するために、上金型と下金型の中間付近にスプレー装置を挿入して、スプレーにて下金型凹部に十分な塗布を行っていた。このため、上金型のプレス稼働は上死点にて停止し、その間に潤滑剤塗布装置のスプレーノズルを上金型と下金型の間の空間に挿入し、１秒から３秒程度スプレーを塗布し、塗布完了後に、素材を下金型に投入して、鍛造機を再起動させて成形していた。そのため、この従来の方法によると、プレス停止後、スプレーノズルを挿入する時間、スプレーを塗布する時間、スプレーノズルを退避させる時間などの合計時間以上の間、上死点で停止していなければならず、生産性を大幅に低下させていた。 <Action>
The reason why the forging machine could not be operated continuously in the prior art and the operation of the present invention will be described below. As described above, the upper die and the lower die are fitted together, and the piston for the internal combustion engine is forged. In the case of molding, a method has been adopted in which a pin boss portion and a skirt portion having complicated shapes are arranged in the lower die, and a head surface having a relatively simple shape is formed in the upper die. In this method, in order to apply the lubricant to the recess of the lower mold, a spray device is inserted near the middle of the upper mold and the lower mold, and sufficient application is applied to the recess of the lower mold by spraying. It was. For this reason, the press operation of the upper mold stops at the top dead center, and during that time, the spray nozzle of the lubricant application device is inserted into the space between the upper mold and the lower mold and sprayed for about 1 to 3 seconds. After the application was completed, the material was put into the lower mold, and the forging machine was restarted to form. Therefore, according to this conventional method, after the press stops, the spray nozzle must be stopped at the top dead center for more than the total time such as the time for inserting the spray nozzle, the time for applying the spray, and the time for retracting the spray nozzle. Therefore, productivity was greatly reduced.

これに対し、本発明では、鍛造機を連続運転（上死点で停止させず、回転（上死点と下死点との往復運動）させ続ける場合）するので、２秒タクト（３０ｓｐｍ）以上での生産が可能となる。そのため、上記の従来法で発生していた５秒のロスを抑えることができ、５秒のロスにより発生する生産性の１／３以下への低下を防ぐことができる。 On the other hand, in the present invention, the forging machine is continuously operated (when not stopped at the top dead center, but continues to rotate (reciprocating motion between the top dead center and the bottom dead center)), so that it takes 2 seconds or more (30 spm) Production is possible. Therefore, the loss of 5 seconds that has occurred in the above-described conventional method can be suppressed, and the decrease in productivity that occurs due to the loss of 5 seconds to 1/3 or less can be prevented.

より具体的に説明すると、内燃機関用ピストンの鍛造の場合、形状が複雑であるため、金型への潤滑剤塗布が少ないと、焼き付きが発生して、欠肉などの不良を発生させるものであった。そこで、本発明では、(Ａ)素材へ固体潤滑処理を適用することにより金型への必要な潤滑剤塗布量を最小限にとどめること、(Ｂ)金型構造を変更して上金型にピンボス部やスカート部を成形する部位を凸形状で配置することにより、金型への潤滑剤の塗布を容易にした。
例えば金型への潤滑剤塗布装置を、上金型と下金型の中間位置であってプレスが下死点状態となっても金型などと緩衝しない位置に配置して、上金型が上昇中や下降中という移動している短時間の塗布を可能とすることにより、温間鍛造により内燃機関用ピストンを成形して製造する場合においても、鍛造機を停止することなく、連続運転にて高い生産性（３０ｓｐｍ以上）を可能とした。 More specifically, in the case of forging of a piston for an internal combustion engine, the shape is complicated, so if there is little lubricant applied to the mold, seizure will occur and defects such as undercutting will occur. there were. Therefore, in the present invention, (A) the solid lubricant treatment is applied to the material to minimize the amount of lubricant applied to the mold, and (B) the mold structure is changed to the upper mold. Lubricants can be easily applied to the mold by arranging the pin boss part and skirt part in a convex shape.
For example, the lubricant application device for the mold is placed at a position between the upper mold and the lower mold so that it does not cushion with the mold even when the press is at the bottom dead center. Even when the piston for an internal combustion engine is molded and manufactured by warm forging, it can be continuously operated without stopping the forging machine. High productivity (over 30 spm).

特に（１）に記載の発明のように、素材を加熱する工程及び鍛造成形後の熱処理（Ｔ６）工程を、鍛造機と同期させる（タクトタイムをあわせる）ことにより、効率のよい連続熱処理を実施することができる。
素材の加熱工程を鍛造機と同期させることにより、鍛造機へ素材を安定して供給することができる。また、熱処理（Ｔ６）工程を鍛造機と同期させることにより、熱処理工程へ（成形された）素形材を安定して供給することができる。例えば鍛造機にて成形された素形材の熱管理が不均一であると、成形した素形材が一旦冷却し、再加熱して熱処理したものと、鍛造直後の高温のまま熱処理されるものとは、熱履歴の相違により、変形などの品質差が生じる。
したがって、数量を多く生産する内燃機関用ピストンの製造においては、素材を加熱する工程及び鍛造成形後の熱処理工程を、鍛造機と同期させることが重要である。 In particular, as in the invention described in (1) , efficient continuous heat treatment is performed by synchronizing the process of heating the material and the heat treatment after forging (T6) with the forging machine (matching the tact time). can do.
By synchronizing the material heating process with the forging machine, the material can be stably supplied to the forging machine. Further, by synchronizing the heat treatment (T6) step with the forging machine, the (formed) shaped material can be stably supplied to the heat treatment step. For example, if the shape control material formed by a forging machine is not uniform, the formed shape material is once cooled, reheated and heat treated, and heat treated at a high temperature immediately after forging The quality difference such as deformation occurs due to the difference in thermal history.
Therefore, in manufacturing a piston for an internal combustion engine that produces a large quantity, it is important to synchronize the material heating process and the heat treatment process after forging with the forging machine.

また、省エネルギーの観点から高温の鍛造品からの熱を利用することにより、金型ヒーターの運転などを低減することができる、という利点もある。すなわち（１）に記載の発明のように、金型の冷却が高温の鍛造品からの熱により防止されるので、鍛造機を連続運転することで金型温度が素材からの抜熱により高温に維持されるため、鍛造開始時を除いて金型温度維持のための金型ヒーターを停止（或いは節約）させることができ、省エネルギーの観点から好ましい状態となる。
ここで、スプレーにより上金型に塗布された潤滑剤は、金型の温度で乾燥する。すなわち潤滑剤の塗布、乾燥により金型温度は低下する。一方、高温の鍛造品からの抜熱により金型の温度は上昇する。丁度この温度がバランスした状態で運転することで、金型温度は一定（例えば２００〜２８０℃。）に保たれることになり、安定した成形状態を得ることができる。 Further, from the viewpoint of energy saving, there is also an advantage that the operation of the mold heater can be reduced by using heat from the high-temperature forged product. That is, as in the invention described in (1) , since the cooling of the mold is prevented by the heat from the high-temperature forged product, the mold temperature is raised to a high temperature by removing heat from the material by continuously operating the forging machine. Therefore, the mold heater for maintaining the mold temperature can be stopped (or saved) except at the start of forging, which is a preferable state from the viewpoint of energy saving.
Here, the lubricant applied to the upper mold by spraying is dried at the temperature of the mold. That is, the mold temperature is lowered by applying and drying the lubricant. On the other hand, the temperature of the mold rises due to heat removal from the high-temperature forged product. By operating in a state where this temperature is just balanced, the mold temperature is kept constant (for example, 200 to 280 ° C.), and a stable molding state can be obtained.

さらに、素材を加熱する工程や鍛造成形後の熱処理工程ばかりでなく、前工程の切断や固体潤滑工程も鍛造機と同期していれば、中間仕掛在庫の削減につながるので、より好ましい。また、後工程の余肉加工、仕上げ加工についても同期していれば、中間仕掛在庫の削減につながり、より好ましいが、いずれもバッチ生産をしても、品質や生産性には、影響がほとんどない。 Furthermore, if not only the process of heating the raw material and the heat treatment process after forging, but also the cutting of the previous process and the solid lubrication process are synchronized with the forging machine, it is more preferable because it leads to a reduction in the in-process inventory. In addition, if the surplus processing and finishing processing in the subsequent processes are also synchronized, it will lead to a reduction in the intermediate work in progress, and it is more preferable, but in both cases, quality and productivity are hardly affected by batch production. Absent.

（１）に記載の発明によれば、素材に固体潤滑処理を実施するため、潤滑性能を有した素材となるので、複雑形状の金型に成形する場合でも、少量の潤滑剤塗布処理で鍛造できる。そのため金型移動中の短時間の塗布で充分潤滑効果を得ることができ、素材が金型に焼き付くことを防ぐことができる。また、上金型への潤滑剤塗布を上金型の移動中に短時間で実施できることになるので、従来技術のように鍛造機の上金型を上死点で停止させて潤滑剤塗布を施す必要がなく、鍛造成形を連続的に実施できる。さらに、後方押し出し鍛造であるため、上金型に凸形状で複雑形状であるピンボス部やスカート部を配置でき、短時間の潤滑剤塗布で充分な範囲に塗布が可能となる。
したがって、例えば内燃機関用ピストンのように有底の筒状の形状を有する素形材を、鍛造成形を連続的に実施して、高い生産性で製造することができ、安価な鍛造ピストンが提供できる。 According to the invention described in (1) , since the material is subjected to the solid lubrication process, the material has a lubricating performance. Therefore, forging with a small amount of lubricant application process even when molding into a complex-shaped mold. it can. Therefore, a sufficient lubrication effect can be obtained by applying for a short time during the movement of the mold, and the material can be prevented from being baked on the mold. In addition, since the lubricant can be applied to the upper die in a short time while the upper die is moving, the lubricant is applied by stopping the upper die of the forging machine at the top dead center as in the prior art. There is no need to apply, and forging can be carried out continuously. Furthermore, since it is backward extrusion forging, a pin boss part and a skirt part having a convex shape and a complicated shape can be arranged on the upper die, and application can be performed in a sufficient range by applying the lubricant in a short time.
Therefore, a forged piston that can be manufactured with high productivity by continuously forging and forming a shaped material having a cylindrical shape with a bottom, such as a piston for an internal combustion engine, is provided. it can.

（１）に記載の発明によれば、素材を加熱する工程と熱処理工程が鍛造機と同期している（タクトタイムを合わせている）ので、素材、成形品において中間仕掛在庫の発生がなく、効率的な生産ができる。
そして、連続的に効率よく高い生産を性を有する連続鍛造成形を実施して数量の多い円筒状の素形材を製造することができる。 According to the invention described in (1) , since the process of heating the raw material and the heat treatment process are synchronized with the forging machine (matching tact time), there is no generation of intermediate work-in-progress in the raw material and molded product, Efficient production is possible.
Then, continuous forging with high efficiency can be carried out continuously and efficiently, and a cylindrical shaped material having a large quantity can be manufactured.

（１）に記載の発明によれば、固体潤滑処理としてボンデ、黒鉛皮膜、二硫化モリブデン皮膜の何れかを施した場合、潤滑性能が高く、高温においても潤滑性を維持するため、内燃機関用ピストンの円筒形状部のような比較的平滑な形状には、金型への潤滑剤塗布なしでも金型への焼きつきは生ずることがなく、その結果、ピンボス部などの複雑形状部分についてのみ極少量の潤滑剤を金型に塗布することで鍛造が可能となるので好ましい。
また、金型温度を１５０℃〜４００℃に加熱制御するので、金型への抜熱が少なく素材温度が下がらないために、成形性の良いまま鍛造が可能となり好ましい。 According to the invention described in (1) , when any one of a bonde, a graphite film, and a molybdenum disulfide film is applied as a solid lubrication treatment, the lubrication performance is high and the lubricity is maintained even at a high temperature. A relatively smooth shape such as a cylindrical part of a piston does not cause seizure to the mold even without applying a lubricant to the mold. Forging is possible by applying a small amount of lubricant to the mold, which is preferable.
Further, since the mold temperature is controlled to be 150 ° C. to 400 ° C., heat removal to the mold is small and the material temperature does not decrease, so that forging can be performed with good moldability, which is preferable.

（２）に記載の発明によれば、アンダーカットとなる溝にメタルが充満したり、ローレット加工部にメタルが食い込んだりするためアンカー効果が期待でき、成形後に上昇する上金型に製品が付着しないで下金型内に製品が留まるため、下金型に配置したノックアウト機構により、安定したタイミングで製品排出が可能となる。その結果、成形品を移動させるために鍛造機に備えられているトランスファーによるチャッキングが安定して実施でき、安定した連続運転が可能となる。 According to the invention described in (2) , an anchor effect can be expected because the metal that fills the groove that becomes the undercut or the metal bites into the knurled portion, and the product adheres to the upper mold that rises after molding. Since the product stays in the lower mold, the product can be discharged at a stable timing by the knockout mechanism arranged in the lower mold. As a result, chucking by transfer provided in the forging machine for moving the molded product can be stably performed, and stable continuous operation is possible.

（３）に記載の発明によれば、タクトタイムを合わせるために１個ずつ搬送しての処理であるため、加熱炉を小型とすることができ、連動制御させるのも容易であるので、連続運転へ適用するのに好ましい。 According to the invention described in (3) , since the processing is carried out one by one in order to adjust the tact time, the heating furnace can be reduced in size, and it is easy to perform interlock control. It is preferable to apply to operation.

（４）に記載の発明によれば、Ｓｉを多量に含むので、低熱膨張かつ耐摩耗性に優れ、こうした特性が要求される内燃機関用ピストンとして用いられる素形材を連続製造するに適する。
また、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅを含むので高温強度が優れ、高温で使用される内燃機関用ピストンとして用いられる素形材を連続製造するに適する。 According to the invention described in (4) , since it contains a large amount of Si, it is excellent in low thermal expansion and wear resistance, and is suitable for continuously producing a shaped material used as a piston for an internal combustion engine that requires such characteristics.
Moreover, since Cu, Cr, Mn, and Fe are included, high temperature strength is excellent, and it is suitable for continuously producing a shaped material used as a piston for an internal combustion engine used at a high temperature.

なお、Ｓｉを多量に含まない場合、鍛造成形性が優れ、鍛造用の用の素形材を連続製造するに適する。
また、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｆｅを含むと、高温強度が優れ、高温で使用される内燃機関用ピストン用の素形材を連続製造するに適する。 Incidentally, if they do not contain a large amount of Si, excellent forgeability, suitable for continuous production of industrial castings of use for forging.
Moreover, when Cu, Ni, Mg, Si, and Fe are included , the high-temperature strength is excellent, and it is suitable for continuously producing a shaped material for a piston for an internal combustion engine that is used at a high temperature.

図１には、従来の内燃機関用ピストンの鍛造機１０の概略図を示した。
上金型１１にヘッド面側を配置しており、下金型１２の深い凹部にピンボス部やスカート部を配置している。金型潤滑は、スプレーノズル１３を上下金型１１，１２の間に挿入させて、上死点停止した状態でスプレー実施し、スプレー完了後は、スプレーノズル１３が後退した後にプレスが再起動して、成形する。
図中、１４は上受圧板、１５は下受圧板、１６はシャフト、１７はスプレー回転装置、１８はスプレー前後移動装置である。 FIG. 1 shows a schematic view of a conventional piston forging machine 10 for an internal combustion engine.
A head surface side is arranged in the upper mold 11, and a pin boss part and a skirt part are arranged in a deep recess of the lower mold 12. In the mold lubrication, the spray nozzle 13 is inserted between the upper and lower molds 11 and 12, and spraying is performed with the top dead center stopped. After the spray is completed, the press is restarted after the spray nozzle 13 is retracted. And mold.
In the figure, 14 is an upper pressure receiving plate, 15 is a lower pressure receiving plate, 16 is a shaft, 17 is a spray rotating device, and 18 is a spray back and forth moving device.

図２には、従来の鍛造機で鍛造された内燃機関用ピストン２０の斜視図、概略断面図を示した。
ピンボス部２１横にランド部２２がある点が、後述する本発明に適用されるピストン（図４のピストン６０）と形状が異なっている。
図中、２３はヘッド面、２４天井部、２５はスカート部、２６はリブ部、２７はバルブリセスである。 In FIG. 2, the perspective view and schematic sectional drawing of the piston 20 for internal combustion engines forged with the conventional forging machine were shown.
The point that the land portion 22 is located beside the pin boss portion 21 is different in shape from a piston (piston 60 in FIG. 4) applied to the present invention described later.
In the figure, 23 is a head surface, 24 ceiling part, 25 is a skirt part, 26 is a rib part, and 27 is a valve recess.

このような構成を有する従来の鍛造機１０では、前述のように、金型１１，１２に潤滑剤塗布処理を実施する間、上死点でで金型１１を停止させるため、その停止時間があることにより、鍛造機１０の生産能力が低下するという問題があった。 In the conventional forging machine 10 having such a configuration, as described above, the die 11 is stopped at the top dead center while the lubricant application process is performed on the dies 11 and 12. There existed a problem that the production capacity of the forging machine 10 fell by being.

以下に、本発明の実施形態の一例を、図に基づいて説明する。
図３には、本発明における鍛造成形工程に用いる一実施例の金型の上死点での状態を示した。
同図より明らかなように、ピンボス部を含む形状を上金型３０で成形するように配置しており、下金型４０にて円筒形状部を成形するように成形孔を備えている。なお、上金型ホルダーや下金型ホルダー、ダイセット上下プレートなど金型を鍛造機へ装着するための金型は図示していない。
さらに、上金型３０と下金型４０に緩衝しない位置に固定されたスプレー５０が配置されている。このスプレー５０は、上金型３０への潤滑剤塗布を実施するものであり、スプレー５０の固定金具や潤滑剤の供給機構などは図示していない。
図中、８１は受圧板、８２はノックピンである。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 3, the state in the top dead center of the metal mold | die of one Example used for the forge forming process in this invention was shown.
As is apparent from the figure, the shape including the pin boss portion is arranged so as to be molded by the upper mold 30, and a molding hole is provided so as to mold the cylindrical portion by the lower mold 40. Note that a mold for mounting the mold to the forging machine such as an upper mold holder, a lower mold holder, and a die set upper and lower plate is not shown.
Furthermore, the spray 50 fixed to the position which does not buffer to the upper metal mold | die 30 and the lower metal mold | die 40 is arrange | positioned. The spray 50 is used to apply a lubricant to the upper mold 30, and a fixing bracket of the spray 50 and a lubricant supply mechanism are not shown.
In the figure, 81 is a pressure receiving plate and 82 is a knock pin.

図４には、本発明を適用できる円筒形状のエンジンピストン６０の一例を示した。
同図より明らかなように、このピストン６０は、４ピストンの形状が円筒状になっており、従来例のピストン２０に比較するとランド部２２がない点が特徴として挙げられる。
図中、６３はヘッド面、６４は天井部、６５はスカート部、６６はリブ部である。 FIG. 4 shows an example of a cylindrical engine piston 60 to which the present invention can be applied.
As is apparent from the figure, the piston 60 is characterized in that the shape of the four pistons is cylindrical, and there is no land portion 22 compared to the piston 20 of the conventional example.
In the figure, 63 is a head surface, 64 is a ceiling part, 65 is a skirt part, and 66 is a rib part.

図５には、前記図３の金型の中間点付近でのスプレー中の状態を示した。
上金型３０が下降中に、固定スプレー５０により霧状に噴霧された潤滑剤５１がピンボス成形部を中心に塗布されている。固定スプレー５０からの噴霧の開始と停止のタイミングは、予め設定したプレスの回転角度から電気的な信号で決めている。 FIG. 5 shows a state during spraying near the midpoint of the mold shown in FIG.
While the upper mold 30 is descending, the lubricant 51 sprayed in a mist form by the fixed spray 50 is applied around the pin boss molding portion. The start and stop timing of spraying from the fixed spray 50 is determined by an electrical signal from a preset rotation angle of the press.

図６には、前記図３の金型の成形完了時（下死点）の状態を示した。
上金型３０が下金型４０に嵌合した閉塞空間に素材７０が充満して、金型形状が素材７０に転写されて成形されている。成形完了後、上金型３０は上昇し、ノックアウトピン８２により成形された素形材７０は上昇され、トランスファーの爪で捕まれ、排出シュートへ運ばれる。 FIG. 6 shows a state when the molding of the mold shown in FIG. 3 is completed (bottom dead center).
The material 70 is filled in the closed space where the upper mold 30 is fitted to the lower mold 40, and the mold shape is transferred to the material 70 and molded. After the molding is completed, the upper mold 30 is raised, and the shaped material 70 molded by the knockout pin 82 is raised, caught by the transfer claw, and carried to the discharge chute.

図７には、本発明の一実施例であるアルミニウム合金連続鋳造棒から内燃機関用ピストン完成までの工程フロー図を示した。
ここで最も重要な工程は「鍛造」の内容であるが、図示するように素材を「加熱」する工程及び鍛造成形後熱処理（「Ｔ６処理」）工程が鍛造機とタクトタイムを合わせた連続生産ラインとしたので、素材、成形品において中間仕掛在庫の発生がなく、効率的な生産ができる。 FIG. 7 shows a process flow diagram from an aluminum alloy continuous casting rod according to an embodiment of the present invention to the completion of a piston for an internal combustion engine.
The most important process here is the content of “forging”. As shown in the figure, the process of “heating” the material and the heat treatment after forging (“T6 treatment”) are continuous production that combines the tact time with the forging machine. Since it is a line, there is no intermediate work-in-progress in raw materials and molded products, and efficient production is possible.

図８には、三種の固体潤滑工程のフロー図を示した。
同図（ａ）は、回転ドラム式のボンデ処理ラインを用いて、洗浄工程、脱脂工程、潤滑皮膜処理（化成処理）工程、金属石鹸付着工程を経て、素材にボンデ皮膜が形成される。
同図（ｂ）は、黒鉛・二硫化モリブデンの分散液に、加熱した素材を浸漬し、黒鉛皮膜、二硫化モリブデン皮膜を形成させる。
同図（ｃ）は、黒鉛・二硫化モリブデンの分散液を加熱した素材にスプレーしてを黒鉛皮膜、二硫化モリブデン皮膜を形成させる。 FIG. 8 shows a flow chart of three types of solid lubrication processes.
In FIG. 6A, a bonder film is formed on a material through a cleaning process, a degreasing process, a lubricating film process (chemical conversion process), and a metal soap adhesion process using a rotating drum type bonder processing line.
In FIG. 5B, a heated material is immersed in a graphite / molybdenum disulfide dispersion to form a graphite film and a molybdenum disulfide film.
In FIG. 4C, a graphite / molybdenum disulfide dispersion is sprayed onto a heated material to form a graphite film and a molybdenum disulfide film.

図９には、本発明の製造方法を実施する製造装置（製造ライン）の一例を模式的に示した。
製造ラインは、素材を加熱する加熱炉９１、この加熱炉９１から鍛造機９３へ素材を供給するシュート９２、鍛造機９３、この鍛造機９３から溶体化炉９５へ鍛造品を搬送するコンベア９４、溶体化処理炉９５、焼き入れ水槽９６、水槽から時効炉へ搬送するコンベア９７、時効処理炉９８から構成されている。
加熱炉９１は、丸型炉であって、加熱炉への素材投入用のホッパーなどの供給機は図示していない。鍛造機９３は、図示していないが、トランスファー装置が備えてある。溶体化処理炉９５及び時効処理炉９８は、コンベア式である。
そして、加熱炉９１、鍛造機９３、熱処理炉９５は、鍛造機に同期している。 In FIG. 9, an example of the manufacturing apparatus (production line) which implements the manufacturing method of this invention was shown typically.
The production line includes a heating furnace 91 that heats the material, a chute 92 that supplies the material from the heating furnace 91 to the forging machine 93, a forging machine 93, a conveyor 94 that conveys the forged product from the forging machine 93 to the solution furnace 95, It comprises a solution treatment furnace 95, a quenching water tank 96, a conveyor 97 for transporting from the water tank to the aging furnace, and an aging treatment furnace 98.
The heating furnace 91 is a round furnace, and a feeder such as a hopper for charging a material into the heating furnace is not shown. The forging machine 93 is provided with a transfer device (not shown). The solution treatment furnace 95 and the aging treatment furnace 98 are conveyor type.
The heating furnace 91, the forging machine 93, and the heat treatment furnace 95 are synchronized with the forging machine.

図１０には、本発明に用いられる下金型の他の一実施例を概略断面図にて示した。
同図（ａ）に示す下金型４１には、ピストンの円筒状形状を成形する部位にアンダーカット（深さ０．０５ｍｍから０．５ｍｍ程度、幅２ｍｍから１０ｍｍ程度のアンダーカット）溝４１１が設けられ、同図（ｂ）に示す下金型４２は、ピストンの円筒状形状を成形する部位に、ローレット加工面４２１を備えている。
これらの下金型４１，４２を用いて鍛造成形を行うことにより、円筒外径部に段差や圧痕が生じるが、仕上げ加工時に外径部を切削され、除去されるため製品には影響しない。 FIG. 10 is a schematic sectional view showing another embodiment of the lower mold used in the present invention.
The lower die 41 shown in FIG. 6A has an undercut (undercut with a depth of about 0.05 mm to about 0.5 mm and a width of about 2 mm to about 10 mm) at a portion where the cylindrical shape of the piston is formed. The lower mold 42 provided and shown in FIG. 2B includes a knurled surface 421 at a portion where the cylindrical shape of the piston is formed.
By performing forging using these lower dies 41 and 42, a step or indentation is generated in the cylindrical outer diameter portion, but the outer diameter portion is cut and removed during finishing, so that the product is not affected.

図１１には、本発明に用いられる上金型の他の一実施例を概略断面図にて示した。
この上金型３１は、ノックアウト機構を設けた例であり、この上金型３１を用いて鍛造成形を行うことにより、素形材が上金型３１から離れない場合にノックアウトピン３４で押し出す（脱型する）ことができる。 FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the upper mold used in the present invention.
The upper mold 31 is an example in which a knockout mechanism is provided, and when the forging is performed by using the upper mold 31, it is pushed out by a knockout pin 34 when the base material is not separated from the upper mold 31 ( Can be demolded).

本発明に用いられる素材としては、主としてアルミニウム合金であって、特にその組成分率が、Ｓｉ８〜１４質量％、Ｃｕ１〜５質量％、Ｍｇ０．３〜１．５質量％、Ｃｒ０．０５〜０．５質量％、Ｍｎ０．０２〜０．１５質量％、Ｆｅ０．１５〜０．４質量％、及び残部がＡｌと不可避的不純物である場合、低熱膨張かつ耐摩耗性に優れ、こうした特性が要求される内燃機関用ピストンとして用いられる素形材を連続製造するに適している。さらにこの場合、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅを含むので高温強度が優れ、高温で使用される内燃機関用ピストンとして用いられる素形材を連続製造するに適している。
また、特にその組成分率が、Ｓｉ０．１〜１質量％、Ｃｕ１．５〜５質量％、Ｍｇ１〜２質量％、Ｎｉ０．５〜２．５質量％、Ｆｅ０．１〜１．５質量％、及び残部がＡｌと不可避的不純物である場合、鍛造成形性が優れ、鍛造用の用の素形材を連続製造するに適している。さらに、この場合、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｆｅを含むので、高温強度が優れ、高温で使用される内燃機関用ピストン用の素形材を連続製造するに適している。
なお、アルミニウム合金ばかりでなく、例えば、鉄、マグネシウム、およびこれらを主成分とする合金、真鍮を挙げることができる。
そして、公知の手法に準じて棒状に成形し、それを切断し、固体潤滑処理したものを素材として後述する鍛造成形工程に供する。
上記の素材に予め施す固体潤滑処理は、ボンデ、黒鉛皮膜、二硫化モリブデン皮膜の何れかである。 The material used in the present invention is mainly an aluminum alloy, and the compositional ratio thereof is Si8-14% by mass, Cu1-5% by mass, Mg0.3-1.5% by mass, Cr0.05-0. .5% by mass, Mn 0.02 to 0.15% by mass, Fe 0.15 to 0.4% by mass, and the balance being Al and inevitable impurities, low thermal expansion and excellent wear resistance, these characteristics are required It is suitable for continuously producing a shaped material used as a piston for an internal combustion engine. Furthermore, in this case, since Cu, Cr, Mn, and Fe are included, the high temperature strength is excellent, and it is suitable for continuously producing a shaped material used as a piston for an internal combustion engine used at a high temperature.
Moreover, especially the composition fraction is 0.1-1 mass% of Si, 1.5-5 mass% of Cu, 1-2 mass% of Mg, 0.5-2.5 mass% of Ni, 0.1-1.5 mass% of Fe. When the balance is Al and inevitable impurities, the forging formability is excellent, and it is suitable for continuously producing a forging material. Furthermore, in this case, since Cu, Ni, Mg, Si, and Fe are contained, the strength at high temperature is excellent, and it is suitable for continuously producing a preform for an internal combustion engine piston that is used at a high temperature.
In addition to the aluminum alloy, for example, iron, magnesium, an alloy containing these as a main component, and brass can be used.
And it shape | molds in rod shape according to a well-known method, cut | disconnects it, and uses it for the forge forming process mentioned later as what was solid-lubricated.
The solid lubrication treatment previously applied to the material is a bond, a graphite film, or a molybdenum disulfide film.

また、本発明に用いられる潤滑剤としては、特にその種類を限定するものではなく、例えば水、灯油、鉱物油等の溶媒（分散媒）に、例えば黒鉛、水ガラス、ステアリン酸亜鉛を溶解又は分散させたものである。その濃度は、１〜２０質量％、より好ましくは３〜１０質量％とすることが、均一で安定した乾燥状態を得ることができるので好ましい。また、分散の点から添加物を加えるのが好ましい。
潤滑剤の塗布順序の組み合わせは以下のようなものが挙げられる。（１）水性黒鉛、油性黒鉛、（２）油性黒鉛、水性黒鉛、（３）水ガラス系、水性黒鉛、（４）水性黒鉛（黒鉛粒子粗い）、水性黒鉛（黒鉛粒子微細）、（５）油のみ＋水性黒鉛、（６）油のみ、水ガラス系、（７）水ガラス系、別の水ガラス系、（８）二硫化モリブデン、油性黒鉛、（９）二硫化モリブデン、水性黒鉛、（１０）エマルジョン、油性黒鉛。 Further, the type of the lubricant used in the present invention is not particularly limited. For example, graphite, water glass, zinc stearate is dissolved or dissolved in a solvent (dispersion medium) such as water, kerosene, or mineral oil. It is dispersed. The concentration is preferably 1 to 20% by mass, more preferably 3 to 10% by mass, since a uniform and stable dry state can be obtained. Moreover, it is preferable to add an additive from the viewpoint of dispersion.
Examples of combinations of lubricant application orders are as follows. (1) water-based graphite, oil-based graphite, (2) oil-based graphite, water-based graphite, (3) water glass system, water-based graphite, (4) water-based graphite (graphite particle coarse), water-based graphite (graphite particle fine), (5) Oil only + Water graphite, (6) Oil only, Water glass, (7) Water glass, Another water glass, (8) Molybdenum disulfide, Oily graphite, (9) Molybdenum disulfide, Water graphite, ( 10) Emulsion, oily graphite.

本発明は、例えば前記図３〜図１１の装置を適宜に用いて例えば図７の工程フローのように実施するものである。なお、以下に特記しない工程は、従来と同様に実施することができる。
素材に固体潤滑処理を施す工程については、前記図８に示すとおりであり、ボンデ、黒鉛皮膜、二硫化モリブデン皮膜の何れかを施すことにより、潤滑性能が高く、高温においても潤滑性を維持するため、内燃機関用ピストンの円筒形状部のような比較的平滑な形状には、金型への潤滑剤塗布なしでも金型への焼きつきは生ずることがなく、その結果、ピンボス部などの複雑形状部分についてのみ極少量の潤滑剤を金型に塗布することで鍛造が可能となる。
鍛造成形工程については、金型ヒーターなどを用いてにて金型を１５０〜４００℃に制御することが望ましく、１５０℃以下であると、金型への抜熱により素材温度が低下して成形性が低下するおそれがある。また、３００〜４００℃でも、油性であれば塗布可能であり、４００℃以上であると金型へ潤滑剤を塗布したときに、はじかれてしまうおそれがあるため、４００℃以下が好ましい。そして、このように金型を加熱制御することにより、金型への抜熱が少なく素材温度が下がらないために、成形性の良いまま鍛造が可能となる。
また、鍛造成形工程では、前記図１０に示すように、アンダーカット溝４１１やローレット加工面４２１を設けることにより、アンカー効果が期待でき、さらに前記図１１に示すように、ノックアウト機構（ノックアウトピン３４）を設けることにより、より安定したパンチ付着防止が果たされる。
鍛造成形後の熱処理工程は、前記図９に示すように溶体化処理（溶体化炉９５）、焼入れ（焼き入れ水槽９６）、時効処理（時効処理炉９８）を連続して実施するＴ６処理であり、タクトタイムを合わせるために鍛造品を１個ずつ搬送して処理するものであり、容易に連動制御でき、連続運転への適用に好適である。 The present invention is carried out, for example, as shown in the process flow of FIG. 7 by appropriately using the apparatus shown in FIGS. In addition, the process which is not specified below can be implemented similarly to the past.
The process of subjecting the material to the solid lubrication treatment is as shown in FIG. 8, and by applying any one of a bonde, a graphite film, and a molybdenum disulfide film, the lubrication performance is high and the lubricity is maintained even at a high temperature. Therefore, a relatively smooth shape such as a cylindrical portion of a piston for an internal combustion engine does not cause seizure to the die even without applying a lubricant to the die, resulting in a complicated pin boss portion or the like. Forging is possible by applying a very small amount of lubricant to the mold only for the shape portion.
For the forging process, it is desirable to control the mold to 150 to 400 ° C. using a mold heater or the like, and if it is 150 ° C. or less, the material temperature is lowered due to heat removal to the mold. May decrease. Moreover, even if it is 300-400 degreeC, if it is oil-based, it can apply | coat, and when it is 400 degreeC or more, when there exists a possibility that it may be repelled when a lubrication agent is apply | coated to a metal mold | die, 400 degreeC or less is preferable. Then, by controlling the heating of the mold in this manner, forging is possible with good moldability because the heat extracted from the mold is small and the material temperature does not decrease.
In the forging process, an anchor effect can be expected by providing an undercut groove 411 and a knurled surface 421 as shown in FIG. 10, and a knockout mechanism (knockout pin 34 as shown in FIG. 11). ) To prevent the punch from sticking more stably.
The heat treatment step after forging is a T6 treatment in which a solution treatment (solution furnace 95), quenching (quenching water tank 96), and aging treatment (aging furnace 98) are successively performed as shown in FIG. In order to adjust the tact time, the forged products are conveyed and processed one by one, and can be easily interlocked and controlled, so that it is suitable for application to continuous operation.

図７の工程フロー図に示した工程設備を準備して、図３〜図１１の装置を適宜に用いて内燃機関用ピストンを素形材とする生産を実施した
素材として、２種類のアルミニウム合金連続鋳造棒（表１に成分組成を示す合金(１)、表２に成分組成を示す合金(２)）Φ３５ｍｍを用い、丸鋸切断機にて１５．０ｍｍ厚さに切断して、鍛造用素材とした。次に、鍛造用素材を回転ドラム式のボンデラインにて固体潤滑皮膜処理を実施した。これらの工程はバッチ式の処理装置によって実施した。

この素材を加熱するための加熱炉は、ガス燃焼式の大気雰囲気炉を用い、鍛造機のプレスタクトである３０個／分に合わせたピッチ送りとして素材を搬送し、その時の炉内雰囲気は４４０℃に設定した。素材温度を４２０℃±２０℃で鍛造を実施した。
加熱炉と鍛造機の間はシュート及びコンベアによって鍛造機内に設けられたトランスファーのつかみ位置まで搬送した。
加熱された素材を、初期金型温度を２５０℃に予加熱した図３に示した金型の成形孔に以下のように連続的に投入した。鍛造機のプレスタクトを３０回／分に設定して、トランスファー式の連続投入／排出装置を用いて投入して鍛造成形した。
上金型への潤滑処理は、黒鉛系の水系潤滑剤に油性のエマルジョン潤滑剤を配合した処理液を、固定スプレーにより、上金型の下降中に実施した。スプレー装置は、プレス装置の上金型位置の情報（カム角度など）により、塗布時間をプレス動作に連動させて実施した。今回はカム角度１０°〜１５０°までのタイミングでスプレー噴霧を実施した。
鍛造機の製品排出コンベアは、Ｔ６処理の溶体化処理炉入り口に接続されている。Ｔ６処理は、コンベア式の加熱炉を３０個／分（今回の加熱炉は１５個並べの並列処理で３０秒のピッチ送り）で同期運転させて実施した。
鍛造機を停止することなく、２種の合金とも３０ｓｐｍのタクトタイムの連続運転で素形材の製造ができた。
(１)の合金を素材とした場合には、低熱膨張かつ耐摩耗性に優れ、こうした特性が要求される内燃機関用ピストンとして用いられる素形材を連続製造するに適し、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅを含むので高温強度が優れ、高温で使用される内燃機関用ピストンとして用いられる素形材を連続製造するに適していた。
(２)の合金を素材とした場合には、鍛造成形性が優れ、鍛造用の用の素形材を連続製造するに適し、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｆｅを含むので、高温強度が優れ、高温で使用される内燃機関用ピストン用の素形材を連続製造するに適していた。 The process equipment shown in the process flow diagram of FIG. 7 was prepared, and production using the apparatus of FIGS. 3 to 11 as an internal combustion engine piston was performed appropriately. Continuous casting rod (Alloy (1) whose composition is shown in Table 1 and Alloy (2) whose composition is shown in Table 2) Φ35mm, cut to 15.0mm thickness with a circular saw cutter, for forging The material. Next, the forging material was subjected to a solid lubricating film treatment with a rotary drum type bonder line. These steps were performed by a batch type processing apparatus.

The heating furnace for heating this material uses a gas combustion type atmospheric atmosphere furnace, and conveys the material as a pitch feed adjusted to 30 pieces / minute which is a press tact of a forging machine. At that time, the atmosphere in the furnace is 440. Set to ° C. Forging was performed at a material temperature of 420 ° C. ± 20 ° C.
Between the heating furnace and the forging machine, it was conveyed to the holding position of the transfer provided in the forging machine by a chute and a conveyor.
The heated material was continuously charged into the molding hole of the mold shown in FIG. 3 preheated to an initial mold temperature of 250 ° C. as follows. The press tact of the forging machine was set to 30 times / minute, and the forging was performed by using a transfer type continuous charging / discharging device.
The upper mold was lubricated by a fixed spray of a treatment liquid in which an oil-based emulsion lubricant was blended with a graphite-based aqueous lubricant while the upper mold was lowered. The spraying device was implemented by linking the coating time with the press operation based on information on the upper die position of the press device (cam angle, etc.). This time, spraying was performed at timings of cam angles from 10 ° to 150 °.
The product discharge conveyor of the forging machine is connected to the solution treatment furnace entrance of the T6 process. The T6 treatment was carried out by synchronously operating a conveyor type heating furnace at 30 / min (this heating furnace is a parallel processing of 15 pieces arranged in parallel for 30 seconds pitch feed).
Without stopping the forging machine, the two types of alloys were able to be manufactured in a continuous operation with a tact time of 30 spm.
When the alloy of (1) is used as a raw material, it is excellent in low thermal expansion and wear resistance, and is suitable for continuously producing a shaped material used as a piston for an internal combustion engine that requires such characteristics. Cu, Cr, Mn , Fe is excellent in high-temperature strength and suitable for continuous production of a shaped material used as a piston for an internal combustion engine used at a high temperature.
When the alloy of (2) is used as a raw material, it has excellent forging formability, is suitable for continuously producing a forging material, and contains Cu, Ni, Mg, Si, and Fe. It was excellent and suitable for continuous production of a shaped material for a piston for an internal combustion engine used at a high temperature.

従来の内燃機関用ピストン鍛造機を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the conventional piston forging machine for internal combustion engines. （ａ）従来の４サイクル内燃機関用ピストンの斜視図、（ｂ）そのスカート断面図、（ｃ）そのピンボス断面図である。(A) The perspective view of the conventional piston for 4 cycle internal combustion engines, (b) The skirt sectional drawing, (c) The pin boss sectional drawing. 本発明における鍛造成形工程に用いる一実施例の鍛造金型の上死点での状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the top dead center of the forge die of one Example used for the forge molding process in this invention. （ａ）本発明を適用できる内燃機関用ピストンの斜視図、（ｂ）そのスカート断面図、（ｃ）そのピンボス断面図である。(A) The perspective view of the piston for internal combustion engines which can apply this invention, (b) The skirt sectional drawing, (c) The pin boss sectional drawing. 図３の鍛造金型の中間点付近でのスプレー中の状態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state during spraying near the midpoint of the forging die in FIG. 3. 図３の鍛造金型の下死点での状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the bottom dead center of the forge metal mold | die of FIG. 本発明の好適な製造ラインの一例の工程フロー図である。It is a process flow figure of an example of the suitable manufacturing line of the present invention. 本発明における固体潤滑工程の工程フロー図である。It is a process flow figure of a solid lubrication process in the present invention. 本発明に適用される加熱炉、鍛造機、連続熱処理炉を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the heating furnace, forging machine, and continuous heat treatment furnace which are applied to this invention. 本発明に用いられる下金型の他の一実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another Example of the lower metal mold | die used for this invention. 本発明に用いられる上金型の他の一実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another Example of the upper metal mold | die used for this invention.

符号の説明Explanation of symbols

３０上金型
４０下金型
５０（潤滑剤塗布用）スプレー
６０ピストン
７０素材 30 Upper mold 40 Lower mold 50 (For lubricant application) Spray 60 Piston 70 Material

Claims

鍛造により有底の筒状の形状を有する素形材を成形する製造方法において、
素材に固体潤滑処理を施す工程と、
素材を加熱する工程と、
上金型、下金型を有して連続運転している鍛造機による鍛造成形工程と、
鍛造成形後の熱処理工程と、を含み、
前記素材を加熱する工程が、前記鍛造機のプレスタクトに合わせたピッチ送りとして前記素材を炉内で搬送しつつ加熱するものであり、
前記鍛造成形工程が前記鍛造機に素材を投入し、上金型への潤滑剤塗布を上金型が上死点と下死点の間を移動中に実施し、潤滑剤塗布による金型温度の低下と素材からの抜熱による金型温度の上昇をバランスさせて金型温度を所定の温度帯に維持することにより、成形性を低下することなく筒状の形状の素形材を後方押出しにより成形するものであり、
前記鍛造成形後の熱処理工程が、コンベア式の炉内で前記プレスタクトに同期運転させて実施するものであり、
前記素材を加熱する工程及び前記鍛造成形後の熱処理工程が、前記鍛造成形工程において前記金型温度が所定の温度帯に維持された前記鍛造機とタクトタイムを合わせて実施され、前記鍛造機を停止させることのない連続熱処理であることを特徴とする鍛造による素形材の製造方法。 In the manufacturing method of forming a shaped material having a cylindrical shape with a bottom by forging,
A process of subjecting the material to a solid lubrication treatment;
Heating the material;
Forging process with a forging machine that has an upper mold and a lower mold and is continuously operated;
Including a heat treatment step after forging,
The step of heating the material is to heat the material while transporting it in a furnace as a pitch feed that matches the press tact of the forging machine,
The forging step is charged material to the forging machine, a lubricant application to the upper mold carried between upper mold top dead center and the bottom dead center during the movement, the mold temperature by lubricant application By maintaining the mold temperature in a predetermined temperature range by balancing the decrease in mold and the rise in mold temperature due to heat removal from the material, the cylindrical shaped material is extruded backward without reducing moldability. is intended to molded by,
The heat treatment step after the forging is carried out in synchronization with the press tact in a conveyor type furnace,
The step of heating the raw material and the heat treatment step after the forging are performed in combination with the forging machine in which the mold temperature is maintained in a predetermined temperature zone in the forging forming step and a tact time, A method for producing a shaped material by forging, which is a continuous heat treatment without stopping .

素形材の複雑な形状を上金型にて成形し、下金型の内壁面にアンダーカットとなる溝やローレット加工が施されていることを特徴とする請求項１に記載の鍛造による素形材の製造方法。 2. The forging element according to claim 1, wherein a complex shape of the base material is formed by an upper die, and an inner wall surface of the lower die is subjected to an undercut groove or knurling. A method for manufacturing a profile.

鍛造成形後の熱処理工程が溶体化処理、焼入れ、時効処理を連続して実施するＴ６処理であり、鍛造品を１個ずつ搬送して処理する工程であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鍛造による素形材の製造方法。 Heat treatment step solution heat treatment after forging, quenching, a T6 treatment to carry out the aging treatment in succession, according to claim 1 or 2, characterized in that the step of treating conveys the forgings one by one A method for producing a shaped material by forging as described in 1 .

素材がアルミニウム合金であって、このアルミニウム合金の組成分率が、Ｓｉ８〜１４質量％、Ｃｕ１〜５質量％、Ｍｇ０．３〜１．５質量％、Ｃｒ０．０５〜０．５質量％、Ｍｎ０．０２〜０．１５質量％、Ｆｅ０．１５〜０．４質量％、及び残部がＡｌと不可避的不純物であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の鍛造による素形材の製造方法。 The material is an aluminum alloy, and the composition fraction of this aluminum alloy is Si 8-14 mass%, Cu 1-5 mass%, Mg 0.3-1.5 mass%, Cr 0.05-0.5 mass%, Mn0. The element by forging according to any one of claims 1 to 3 , wherein 0.02 to 0.15 mass%, Fe 0.15 to 0.4 mass%, and the balance is Al and inevitable impurities. A method for manufacturing a profile.