JP5915937B2 - 鍛造材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱間据込鍛造による鍛造材の製造方法に関するものである。

従来から、製品の機械的性質の向上や引け巣の圧着といった内部性状の向上を目的として、鋼や合金等の素材に熱間で据込鍛造を施し、結晶粒を微細化して組織の均一化が行なわれている。
この据込鍛造では、素材の長さをＬとし、直径をＤとしたときのＬ／Ｄ比が大きい、つまりＤに対してＬが長いと、据込鍛造を行う際に、軸方向から加圧された素材の中央部ないしその近傍に座屈が生じる。このため、座屈を生じない素材形状の条件としてＬ／Ｄを３以下にすべきことが経験上知られている。

この長尺材を据込鍛造したときに生じる座屈を抑制するために、たとえば特許文献１には、自由変形部分のＬ／Ｄが３以下になるように工夫されている。具体的には、軸状素材の軸方向の一部が径外方向に変形するのを阻止するために、径外方向変形阻止用の円筒状金型を用いて据込圧下し、次いで軸状素材を反転して軸方向に圧縮して変形を阻止した部分を自由鍛造することが提案されている。特許文献１に開示される据込鍛造法は、Ｌ／Ｄが３を超える細長い長尺素材に対し、径外方向の変形を可能な限り抑制することで、座屈を生じさせることなく鍛造することができ、座屈やしわ疵の発生を抑制できるという点で有用な技術である。

特開平７−１７１６５０号公報

上述した特許文献１に開示される据込鍛造法は、Ｌ／Ｄが３を超える細長い素材を用いても、座屈を生じさせることなく鍛造できる点では有利である。
しかしながら、特許文献１に開示される据込鍛造法は、素材の一方を拘束し他方の片側から成形するものである。この据込鍛造法は、素材を安定して配置させるために、素材寸法に合わせた金型を用いることが必要である。そのため、場合によっては、据込量に応じた複数個の径外方向変形阻止用の金型を準備する必要がある上、型換えに伴う素材の再加熱も必要となる。
また、上記の据込鍛造法においては、素材の一方を所定高さだけ径外方向変形阻止用の金型を使用して拘束するものである。従い、金型に拘束されていない部分は、いわゆる自由鍛造となる。このため、自由鍛造部分では、軸方向の任意の一部が径外方向に変形したり、径外方向変形阻止用金型と上型との間にバリが発生したりする場合がある。このように、鍛造素材の一部が自由に変形すると、次工程での型入れ鍛造をするためには、鍛造素材の変形した部分を次工程で必要な所定の形状に改めて鍛造したり、バリを切削したりする必要があり、鍛造材の歩留り低下や工数の増加を招く虞がある。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、据込鍛造時の変形量を素材長手方向の両側から調整することにより座屈の問題を解決し、尚且つ歩留りの向上や工数の低減することができる鍛造材の製造方法を提供することである。

本発明者は、所定の押え型と中間型とを用いて上下両方向から圧下する手法を採用することで、座屈の発生を抑え、歩留りの向上と工数の低減ができることを見出し本発明に到達した。

すなわち本発明は、柱状素材の一方端の型押し部となる第１押え型と、前記柱状素材の他方端の型押し部となる第２押え型と、これらの押え型の間にあって柱状の型空間を有する中間型とを具備する金型セットにより、据込鍛造を行なう鍛造材の製造方法であって、前記中間型の型空間に加熱した柱状素材を挿入し、前記第１押え型を下方に配置し、前記第２押え型を上方に配置して、前記第２押え型側から前記柱状素材を軸方向に所定長さ据込圧下する第１据込鍛造工程を行い、次いで前記柱状素材とともに前記金型セットの上下を反転させ、前記第２押え型を下方に配置し、前記第１押え型を上方に配置して、前記第１押え型側から前記柱状素材を軸方向に所定長さ据込圧下する第２据込鍛造工程を行う、鍛造材の製造方法である。

また、本発明は、前記第２据込鍛造工程の後に、さらに前記鍛造材を一対の成形型で構成される空間に挿入し、前記成形型で圧下して鍛造材を得る型鍛造工程を具備する鍛造材の製造方法である。
また、本発明は、前記据込鍛造工程と前記型鍛造工程との間には、被鍛造材を再加熱する再加熱工程を具備することが好ましい。

本発明によれば、長尺素材を用いても座屈を生じさせることなく、鍛造材を効率よく提供することができ、鍛造品の製造にとって有用な技術となる。

本発明に係る鍛造材の製造方法のうち、据込鍛造工程を示す模式図である。 本発明に係る鍛造材の製造方法のうち、型鍛造工程を示す模式図である。

上述したように、本発明の重要な特徴は、柱状素材を軸方向に所定長さ据込圧下する第１据込鍛造工程と、第２据込鍛造工程の２つの据込鍛造工程を採用したことにある。これにより、たとえばＬ／Ｄが３を超える細長い素材を用いても、座屈の発生を抑制しつつ鍛造できる。以下、図面を用いて本発明を詳しく説明する。

図１は、本発明の鍛造材の製造方法を模式的に表したものである。図１に示す第１押え型１と第２押え型２は、それぞれ柱状素材４の端部を拘束するための金敷と、柱状素材４を軸方向に所定長さ据込圧下するための型押し部の両方の作用をもたらすものである。
第１押え型１と第２押え型２は、柱状素材４のそれぞれの端部を拘束するために、柱状素材４の横断面に近似した型彫面を形成しておくことが好ましい。また、第１押え型１と第２押え型２に形成する型彫面を型鍛造工程で成形される鍛造材の端部横断面に近似した形状にしておくと、鍛造素材を型鍛造工程で必要な所定の形状に改めて鍛造したり、切削したりする必要がなくなり、鍛造材の歩留り向上や工数の短縮という効果を得ることができる。

本発明は、第１押え型１と第２押え型２の間に柱状の型空間を有する中間型３を設ける。中間型３の柱状の型空間９は、据込代であり、柱状素材４が変形しても座屈やバリの発生を抑制する空間となり、素材の性状に合わせて空間形状を調整する。
この型空間９は、柱状素材４の直径に対し、１．２倍以上の直径を有する空間を形成することが好ましい。これにより、据込代の確保が可能となり、座屈させることなく据込圧下することができる。一方、型空間９は、柱状素材４の直径に対し、１．５倍以下の直径を有する空間を形成することが好ましい。これにより、座屈を生じることなく据込圧下することができる。
本発明で適用する第１押え型１と第２押え型２は、コンクリート等で基礎が施された地面上に配置することが好ましい。これにより、柱状素材４に圧下力を確実に加えて据込圧下することができる。

本発明は、図１（ａ）に示すように、先ず、上記で説明した第１押え型１と第２押え型２およびこれらの間にあって柱状の型空間を有する中間型３とで構成される金型セットを準備する。そして、第２押え型２を開放して加熱した柱状素材４を中間型３に挿入し、第２押え型２を柱状素材４の上部に配置する。
次に、本発明は、第１据込鍛造工程として、図１（ｂ）に示すように、第１押え型１を下方に配置し、第２押え型２を上方に配置した状態にする。そして、第２押え型２側から柱状素材４を軸方向に所定長さ据込圧下する。ここで、所定長さとは、柱状素材４の直径が型空間９の直径を超えない範囲まで据込圧下し、第２押え型２と中間型３とで形成される予備空間を残すことができる長さをいう。これにより、バリを発生させることなく柱状素材５を据込圧下することができる。
次に、本発明は、第２据込鍛造工程として、図１（ｃ）に示すように、柱状素材４を金型セットに入れたまま、金型セットを上下反転させて、第２押え型２を下方に配置して、第１押え型１を上方に配置した状態とする。このとき、柱状素材４が中間型３の中を第１押え型１の方向にスライドすると同時に、第２押え型２と中間型３とで形成される予備空間が消失し、その結果として第１押え型１と中間型３との間に新たな予備空間が形成される。そして、第１押え型１側から柱状素材４を軸方向に所定長さ据込圧下する。ここで、所定長さとは、型空間９を充満させることができる長さをいう。これにより、図１（ｄ）に示すような所定形状の被鍛造材５が得られる。

本発明によれば、座屈が生じやすいといわれているＬ／Ｄが３を超える細長い素材を据込む際に、据込圧下量を２回に分割して、尚且つ金型を反転させて鍛造することにより、単純な一方向からの据込圧下で生じる軸方向の一部に集中した径外方向の変形量を少なくすることができる。これにより、柱状素材４の座屈や変形を抑制しつつ、径外方向の変形量を抑えることができる。
また、本発明は、柱状の型空間を有する一組の金型セットのみを用いて据込鍛造するので、据込量に応じて複数個の金型を別途用意する必要がなくなる上、据込鍛造工程において型換えに伴う素材の再加熱もする必要がなく、費用の削減および工数の低減が可能となる。

本発明で据込圧下を行う駆動装置としては、例えば、油圧駆動、水圧駆動およびモータ駆動等を用いることができる。本発明では、高荷重を得ることができ、第１押え型１と第２押え型２の軸方向の位置制御がしやすい油圧駆動を用いることが好ましい。
また、本発明において、柱状素材４とともに金型セットを上下反転する方法としては、例えば、第１押え型１、第２押え型２および中間型３とをボルトやキーあるいはピンにより固定して一体の金型セットとし、マニプレータで前記金型セットを掴んで反転させる方法が適用できる。

次に、本発明に付加できる加工形態について説明する。本発明においては、上記の据込鍛造後、所定形状の鍛造材を得るために、型鍛造を追加することができる。例えば、図２（ａ）に示すように、先ず、成形型７を下にして、一対の成形型６、７で構成される空間に、成形型６を開放して上記で得られた被鍛造材５を挿入し、成形型６を被鍛造材５の上部に配置する。次いで、図２（ｂ）に示すように、成形型６側から被鍛造材５を所定長さ圧下する型鍛造工程を経ることで、所定形状の鍛造材８を得ることができる。

成形型６、７の形状としては、例えば、単純な柱状形状や、長手方向の中央部が膨らんだ形状といった種々の形状が選択できる。
例えば、長手方向の中央部に膨らみを有する鍛造材は、以下のように製造することができる。
図２（ａ）に示すように、先ず、第１据込工程および第２据込工程で予め被鍛造材５の端部を、成形型６、７の型彫面に挿入できるように成形しておく。
次に、図２（ｂ）に示すように、被鍛造材５の長手方向の中央部に膨らみを有した上下一対の成形型６、７で構成される空間に被鍛造材５を挿入して、型空間を充満するように被鍛造材５を圧下する。これにより、本発明は、型鍛造工程でも座屈やバリの発生を抑制しつつ、長手方向の中央部に膨らみを有した鍛造材８を得ることができる。
尚、本発明は、据込鍛造工程と鍛造工程との間には、被鍛造材を鍛造温度まで再加熱する再加熱工程を設けることが好ましい。これにより、本発明は、上記で説明した据込工程から鍛造工程へ移る際に、被鍛造材の温度低下による加工時の疵の発生を抑制することができる。

本発明で適用できる柱状素材は、あらゆるサイズが適用でき、特に直径Ｄ＝５０〜２００ｍｍ、長さＬ＝１５０〜１０００ｍｍの大きさが好適である。
また、本発明は、座屈やバリを生じることなく、上記柱状素材の長さを１／２Ｌ〜１／４Ｌの範囲に据込圧下するのに好適である。
また、本発明は、上記で据込圧下した被鍛造材を、さらに一対の成形型で直径Ｄ＝１００〜２５０ｍｍ、長さＬ＝１００〜８００ｍｍの鍛造材に加工するのに好適である。

１．第１押え型、２．第２押え型、３．中間型、４．柱状素材、５．被鍛造材、
６．成形型、７．成形型、８．鍛造材、９．型空間

Claims (3)

1. 柱状素材の一方端の型押し部となる第１押え型と、前記柱状素材の他方端の型押し部となる第２押え型と、これらの押え型の間にあって柱状の型空間を有する中間型とを具備する金型セットにより、据込鍛造を行なう鍛造材の製造方法であって、
   前記中間型の型空間に加熱した柱状素材を挿入し、前記第１押え型を下方に配置し、前記第２押え型を上方に配置して、前記第２押え型側から前記柱状素材を軸方向に所定長さ据込圧下する第１据込鍛造工程を行い、
   次いで前記柱状素材とともに前記金型セットの上下を反転させ、前記第２押え型を下方に配置し、前記第１押え型を上方に配置して、前記第１押え型側から前記柱状素材を軸方向に所定長さ据込圧下する第２据込鍛造工程を行うことを特徴とする鍛造材の製造方法。
2. 前記第２据込鍛造工程の後に、さらに前記鍛造材を一対の成形型で構成される空間に挿入し、前記成形型で圧下して鍛造材を得る型鍛造工程を具備することを特徴とする請求項１に記載の鍛造材の製造方法。
3. 前記第２据込鍛造工程と前記型鍛造工程との間には、被鍛造材を再加熱する再加熱工程を具備することを特徴とする請求項２に記載の鍛造材の製造方法。