JP6005609B2 - Forging method of hollow shaft forgings - Google Patents

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Description

本発明は、金型を用いてチタン製の中空シャフト鍛造品を鍛造する中空シャフト鍛造品の鍛造方法に関する。   The present invention relates to a forging method for a hollow shaft forged product in which a titanium hollow shaft forged product is forged using a mold.

一般に、Ti-6Al-4Vなどのチタン合金は、優れた機械特性や耐熱性を有することから、航空機や車両などの輸送機器のエンジン部材、あるいはシャーシなどの構造部材に用いられている。
このようなチタン合金を用いて上述した構造部材に用いられる中空鍛造品(中空シャフト鍛造品)を鍛造する方法として、金型を用いた熱間押出鍛造方法が用いられる。熱間押出鍛造方法は、予め製品形状を模して形成された金型内に加熱された被加工材を装入し、被加工材を高温状態に保持したまま金型に沿った形状に引き伸ばすように変形させながら鍛造するものである。熱間押出鍛造方法を用いれば、鍛造中の変形において製品形状に沿ったメタルフローが得られるため他の加工方法に比べてより粘り強く、耐衝撃破壊性など機械的特性に優れた中空鍛造品を得ることができる。
In general, titanium alloys such as Ti-6Al-4V have excellent mechanical properties and heat resistance, and are therefore used for structural members such as engine members or chassis of transportation equipment such as aircraft and vehicles.
As a method of forging a hollow forged product (hollow shaft forged product) used for the above-described structural member using such a titanium alloy, a hot extrusion forging method using a mold is used. In the hot extrusion forging method, a heated work material is charged into a mold that is preliminarily modeled with a product shape, and the work material is stretched to a shape along the mold while maintaining a high temperature state. Forging while deforming. Using the hot extrusion forging method, a hollow forged product that is more tenacious than other processing methods and excellent in mechanical properties such as impact fracture resistance can be obtained because the metal flow along the product shape is obtained during deformation during forging. Can be obtained.

中空鍛造品を鍛造する技術としては、例えば、特許文献1、特許文献2に開示されたものがある。
特許文献1には、穴加工を施した中空棒状難加工材の端部に穴を閉塞しないように据込み加工を施して肉厚部を形成し、次いで、その穴加工を施した中空棒状難加工材の穴に押込みパンチを押し込んで型入れ鍛造を行う難加工材の型入れ鍛造方法が開示されている。
Examples of techniques for forging a hollow forged product include those disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2.
In Patent Document 1, a hollow rod-shaped hard material subjected to hole processing is formed by performing upsetting so as not to block the hole at the end portion of the hollow rod-shaped difficult-to-work material subjected to hole processing, and then performing the hole processing. A die-forging method for difficult-to-work materials in which a forging punch is pushed into a hole in the workpiece and die-forged is disclosed.

特許文献2には、大径部と小径部とが段差部を介して軸方向に並設される成形部が形成された成形型と、前記大径部の内径よりも小径の外径を有する押圧ポンチとを用い、前記大径部内に円柱状素材を保持してこの円柱状素材の端面を前記押圧ポンチで小径部方向へ押圧し、筒状部材又は有底筒状部材を鍛造により成形する方法であって、前記押圧ポンチの押圧により、この押圧ポンチによって押圧される前記素材の押圧側端部が押圧ポンチによる押圧方向とは逆方向に流動可能な状態で、かつ前記押圧側端部と反対側に位置する反対側端部を前記押圧方向と同じ方向へ流動させる前後方押出鍛造を行う前後方押出工程が含まれ、前記前後方押出工程では、前記段差部の領域における素材の最小肉厚が、前記大径部の領域における素材の最小肉厚よりも薄くならない範囲で前記押圧ポンチによる素材の押圧を行う筒状部材又は有底筒状部材の製造方法が開示されている。   Patent Document 2 has a molding die in which a molding part in which a large-diameter part and a small-diameter part are arranged in parallel in an axial direction through a step part, and an outer diameter smaller than the inner diameter of the large-diameter part. Using a pressing punch, the cylindrical material is held in the large-diameter portion, the end surface of the cylindrical material is pressed toward the small-diameter portion with the pressing punch, and a cylindrical member or a bottomed cylindrical member is formed by forging. The pressing side end portion of the material pressed by the pressing punch is capable of flowing in a direction opposite to the pressing direction by the pressing punch, and the pressing side end portion is pressed by the pressing punch. It includes a front-rear extrusion process for performing front-rear extrusion forging in which the opposite end located on the opposite side flows in the same direction as the pressing direction. In the front-rear extrusion process, the minimum thickness of the material in the region of the stepped portion is included. The minimum thickness of the material in the area of the large diameter portion Tubular member or a manufacturing method of the bottomed cylindrical member which become non ranging performs pressing of the material by the pressing punch is disclosed thinner than.

また、中空鍛造品を鍛造する技術とは異なるが、チタン合金製の鍛造品を鍛造する技術が特許文献3に開示されている。
すなわち、特許文献3には、チタンビレットをα−β温度範囲内の温度に加熱し、そのチタンビレットを、当該チタンビレットの温度より約500°F低い温度を有する第1のダイ中に押し出すことを含んでなる、チタン部品をニアネットシェイプ鍛造する方法が開示されている。
Further, Patent Document 3 discloses a technique for forging a forged product made of a titanium alloy, which is different from the technique for forging a hollow forged product.
That is, in Patent Document 3, a titanium billet is heated to a temperature within an α-β temperature range, and the titanium billet is extruded into a first die having a temperature about 500 ° F. lower than the temperature of the titanium billet. A method for near-net shape forging of titanium parts is disclosed.

特開平6−339743号公報JP-A-6-339743 特開2006−7260号公報JP 2006-7260 A 特開2012−91230号公報JP 2012-91230 A

近年、熱間押出鍛造で成形される中空鍛造品(中空シャフト鍛造品)は大型化すると共に、過酷な環境下で使用される場合が多くなってきている。この中空シャフト鍛造品の元材としては、Ti-6Al-4Vなどのチタン合金の鋳片が用いられる。
ところが、このようなチタン合金の鋳片を用いて熱間据込鍛造を行う際には、鋳片(被加工材)と金型とが焼き付いてしまう虞がある。被加工材がこのような状況下になってしまうと、所望の中空シャフト鍛造品を得ることが困難になる。また、航空機などに用いられる大型の中空シャフト鍛造品は、過酷な環境下で使用される場合が多く、中空シャフト鍛造品全体に高い相当ひずみを付与して機械的特性に優れたものとすることが要望されている。
In recent years, hollow forged products (hollow shaft forged products) formed by hot extrusion forging have become larger and are often used in harsh environments. As a base material of the hollow shaft forged product, a cast piece of titanium alloy such as Ti-6Al-4V is used.
However, when hot upset forging is performed using such a slab of titanium alloy, the slab (workpiece) and the mold may be seized. When the workpiece is in such a situation, it becomes difficult to obtain a desired hollow shaft forged product. In addition, large hollow shaft forgings used in aircraft, etc. are often used in harsh environments, and impart high equivalent strain to the entire hollow shaft forging and have excellent mechanical properties. Is desired.

ここで、チタン合金の被加工材を大型の中空シャフト鍛造品に成形する場合に、特許文献1〜特許文献3に開示されている熱間据込鍛造の技術を用いることを検討してみる。
特許文献1は、チタン合金の被加工材を前方に押し出してラッパ状の中空鍛造品に成形する技術であるが、被加工材を前方に押し出して熱間据込鍛造を行う際の鍛造加工条件の設定については全く記載されていない。それゆえ、特許文献1の技術を用いて、中空シャフト鍛造品全体に高い相当ひずみを付与して機械的特性に優れたものとすることは困難である。
Here, it is considered to use the hot upset forging technique disclosed in Patent Documents 1 to 3 when a titanium alloy workpiece is formed into a large hollow shaft forged product.
Patent Document 1 is a technique for extruding a titanium alloy workpiece to the front to form a trumpet-shaped hollow forged product. Forging conditions for extruding the workpiece forward to perform hot upset forging The setting of is not described at all. Therefore, it is difficult to impart high equivalent strain to the entire hollow shaft forged product and to have excellent mechanical properties using the technique of Patent Document 1.

特許文献2は、炭素鋼、合金鋼やアルミニウム合金などを被加工材として用いて、前後方押出鍛造を行った後に後方押出鍛造行う冷間鍛造の技術であり、チタン合金などの難加工材を中空シャフト鍛造品に鍛造する方法を開示するものとはなっていない。
特許文献3は、成形される鍛造品に所望の結晶粒度や残留圧縮応力を付与しているが、鍛造中に被加工材と金型との焼き付きを防止しながら、鍛造品を鍛造する方法を開示するものとはなっていない。
Patent Document 2 is a cold forging technology in which carbon steel, alloy steel, aluminum alloy, or the like is used as a work material, and then back extrusion forging is performed after performing front back extrusion forging. It does not disclose a method of forging into a hollow shaft forged product.
Patent Document 3 gives a desired grain size and residual compressive stress to a forged product to be formed, but a method for forging a forged product while preventing seizure between a workpiece and a mold during forging. It is not intended to be disclosed.

つまり、鍛造中に被加工材と金型との焼き付きを防止すると共に、高い相当ひずみを付与して機械的特性に優れた大型の中空シャフト鍛造製品を得る技術は、未だ開発されていないのが現状である。
また、チタン合金を用いて大型の中空シャフト鍛造製品を製造する現場では、1回の鍛造で機械的特性に優れた鍛造品を得る技術の要望が挙げられている。特許文献1〜特許文献3は、この要望に応えることができる技術でもない。
In other words, the technology to obtain a large-sized hollow shaft forged product that prevents seizure between the workpiece and the mold during forging and gives a high equivalent strain and has excellent mechanical properties has not yet been developed. Currently.
Further, in the field of manufacturing a large hollow shaft forged product using a titanium alloy, there is a demand for a technique for obtaining a forged product having excellent mechanical characteristics by one forging. Patent Documents 1 to 3 are not techniques that can meet this demand.

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、鍛造中に被加工材と金型との焼き付きを防止すると共に、中空シャフト鍛造品全体に高い相当ひずみを付与して所望とする機械的特性を有する中空シャフト鍛造品を鍛造する中空シャフト鍛造品の鍛造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and prevents desired seizure between a work material and a mold during forging, and imparts a high equivalent strain to the entire hollow shaft forged product to be a desired machine. An object of the present invention is to provide a method for forging a hollow shaft forged product that forges a hollow shaft forged product having specific characteristics.

上述した課題を解決するため、本発明では以下の技術的手段を講じている。
本発明に係る中空シャフト鍛造品の鍛造方法は、鋳片を所定の径のビレットに鍛造し、当該ビレットに対してβ熱処理を行い、β熱処理後のビレットを前記所定の径より細径とされた細長のビレットに鍛造し、前記細長のビレットを凹状の被加工材に鍛造しておき、その後、前記凹状の被加工材を、軸状の孔部と当該孔部の上部に連接して形成された漏斗状の凹部を有する下金型に装入すると共に、前記被加工材に対して、中央部に下方を向く凸状のポンチを有する上金型を押し付けて鍛造を行うことにより、中空且つ漏斗状のシャフト鍛造品を得る中空シャフト鍛造品の鍛造方法であって、前記シャフト鍛造品を得る鍛造の前準備として、前記被加工材を下金型に装入する前に、当該被加工材の内周面及び外周面に潤滑剤を塗布すると共に、前記被加工材の外周面に塗布される潤滑剤の量を、前記被加工材の内周面に塗布される潤滑剤の量より多いものとしておき、前記下金型及び上金型を200℃以上600℃以下に熱した上で、前記下金型内に装入された被加工材に対して上金型を押し付けて鍛造を行うことで、前記β熱処理後のα+β鍛造における相当ひずみの累積量が1.6以上となるように、前記シャフト鍛造品を成型することを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the present invention takes the following technical means.
The method for forging a hollow shaft forged product according to the present invention is forging a slab into a billet having a predetermined diameter, subjecting the billet to β heat treatment, and setting the billet after β heat treatment to a diameter smaller than the predetermined diameter. Forged into an elongated billet, the elongated billet is forged into a concave workpiece, and then the concave workpiece is connected to the shaft-shaped hole and the upper portion of the hole. By inserting into a lower mold having a funnel-shaped concave portion and forging by pressing an upper die having a convex punch facing downward toward the center portion against the work piece, A forging method of a hollow shaft forged product to obtain a funnel-shaped shaft forged product, and as a pre-preparation for forging to obtain the shaft forged product, before the workpiece is inserted into a lower mold, While applying lubricant to the inner and outer peripheral surfaces of the material, The amount of lubricant applied to the outer peripheral surface of the workpiece is set to be larger than the amount of lubricant applied to the inner peripheral surface of the workpiece, and the lower mold and the upper mold are set to 200 ° C. Accumulation of equivalent strain in α + β forging after β heat treatment by forging by pressing the upper die against the workpiece charged in the lower die after heating to 600 ° C. or less. The shaft forged product is molded so that the amount is 1.6 or more.

好ましくは、前記被加工材に塗布される潤滑剤には、液体潤滑剤と粉末潤滑剤とが用いられ、前記被加工材の内周面及び外周面に液体潤滑剤を塗布し、その後、前記液体潤滑剤が塗布された被加工材を加熱し、加熱後の被加工材の外周面に粉末潤滑剤を塗布するとよい。
好ましくは、前記被加工材の外周面は、上面と下面及び前記上面と下面とを繋ぐ側面とを有しており、前記粉末潤滑剤を、加熱後の被加工材の下面及び側面に塗布するようにしているとよい。
Preferably, a liquid lubricant and a powder lubricant are used as the lubricant applied to the workpiece, and a liquid lubricant is applied to the inner and outer peripheral surfaces of the workpiece, and then the The workpiece to which the liquid lubricant is applied may be heated, and the powder lubricant may be applied to the outer peripheral surface of the workpiece after the heating.
Preferably, the outer peripheral surface of the workpiece has an upper surface and a lower surface, and a side surface connecting the upper surface and the lower surface, and the powder lubricant is applied to the lower surface and the side surface of the workpiece after heating. It is good to do so.

好ましくは、前記ポンチは、軸部と、当該軸部の上部に連接して形成され且つ漏斗状の押出部とを有するものとされ、前記押出部は、上部に向かうにつれて広がるように拡径されたテーパ状の錐面が形成されると共に、前記錐面は、前記ポンチの軸心に対して起立した状態とされており、前記起立状の錐面を有するポンチを備えた上金型を用いて、前記シャフト鍛造品を鍛造するとよい。   Preferably, the punch has a shaft portion and a funnel-shaped extrusion portion connected to an upper portion of the shaft portion, and the extrusion portion is expanded in diameter so as to expand toward the upper portion. A tapered conical surface is formed, and the conical surface is erected with respect to the axial center of the punch, and an upper mold having a punch having the upright conical surface is used. The shaft forged product may be forged.

本発明に係る中空シャフト鍛造品の鍛造方法によれば、鍛造中に被加工材と金型との焼き付きを防止すると共に、中空シャフト鍛造品全体に高い相当ひずみを付与して所望とする機械的特性を有する漏斗状の中空シャフト鍛造品を得ることができる。   According to the forging method of the hollow shaft forged product according to the present invention, the seizure between the workpiece and the mold is prevented during forging, and a high equivalent strain is applied to the entire hollow shaft forged product to obtain a desired mechanical property. A funnel-shaped hollow shaft forged product having characteristics can be obtained.

本発明の中空シャフト鍛造品の鍛造方法を示した図である。It is the figure which showed the forging method of the hollow shaft forging goods of this invention. 本発明の中空シャフト鍛造品の鍛造方法に用いられる金型と被加工材の形状を示した図である。It is the figure which showed the metal mold | die used for the forging method of the hollow shaft forge goods of this invention, and the shape of a workpiece. (a)は本発明の中空シャフト鍛造品の鍛造方法に用いられる長尺の元材を据込鍛造で圧縮する図であり、(b)は本発明の中空シャフト鍛造品の鍛造方法を用いて鍛造された被加工材に付与された相当ひずみの解析結果を示す図である(図1(d)に対応)。(A) is a figure which compresses the elongate original material used for the forging method of the hollow shaft forging of this invention by upset forging, (b) uses the forging method of the hollow shaft forging of this invention. It is a figure which shows the analysis result of the equivalent distortion | strain provided to the forged workpiece (corresponding | compatible to FIG.1 (d)). 本発明の中空シャフト鍛造品の鍛造方法を用いて鍛造された鍛造品に付与された相当ひずみの解析結果を示す図である(図1(f)に対応)。It is a figure which shows the analysis result of the equivalent distortion provided to the forged product forged using the forging method of the hollow shaft forged product of this invention (corresponding | compatible to FIG.1 (f)). 図4の解析結果をまとめた図である。It is the figure which put together the analysis result of FIG.

以下、本発明に係る中空シャフト鍛造品の鍛造方法(前後方押出鍛造方法)について、図面に基づき詳しく説明する。なお、本実施形態で鍛造される中空シャフト鍛造品37(シャフト鍛造品37と呼ぶこともある)は、航空機や車両などの輸送機器のエンジン部材、あるいはシャーシなどの構造部材に用いられる大型の中空シャフト鍛造品とする。また、本発明の鍛造は、金型2,7による圧下方向に対して前方側(下側)及び後方側(上側)に材料が変形し流れる鍛造であるため、前後方押出鍛造と呼ぶこともある。   Hereinafter, the forging method (front-rear extrusion forging method) of a hollow shaft forged product according to the present invention will be described in detail based on the drawings. Note that the hollow shaft forged product 37 (sometimes referred to as the shaft forged product 37) forged in the present embodiment is a large hollow used for an engine member of a transport device such as an aircraft or a vehicle, or a structural member such as a chassis. A shaft forged product. In addition, the forging of the present invention is a forging in which the material is deformed and flows to the front side (lower side) and the rear side (upper side) with respect to the rolling direction by the molds 2 and 7, and therefore may be called front-rear extrusion forging. is there.

本発明の鍛造方法は、幾つかの前工程(前鍛造工程)を経て、凹状の被加工材34(すなわち荒地)を成型し、成型した荒地34を前後方押出鍛造装置1により、前後方押出鍛造することで、最終製品である中空シャフト鍛造品37を鍛造するものである。図1(a)〜図1(d)が、前鍛造工程であり、図1(e)〜図1(f)が本発明に係る前後方押出鍛造工程(本鍛造工程)である。   In the forging method of the present invention, a concave work material 34 (that is, a rough ground) is formed through several pre-processes (pre-forging processes), and the formed rough ground 34 is forward-rear extrusion by the front-rear extrusion forging device 1. By forging, the hollow shaft forged product 37, which is the final product, is forged. 1 (a) to 1 (d) are pre-forging steps, and FIGS. 1 (e) to 1 (f) are front-rear extrusion forging steps (main forging steps) according to the present invention.

以降、本発明の中空シャフト鍛造品37の鍛造方法を説明する前に、図1(e)〜図1(f)で用いる前後方押出鍛造装置1(熱間押出鍛造装置)を、説明する。
図1(f)、図2に示すように、本発明に用いられる前後方押出鍛造装置1は、凹状に鍛造され、且つ加熱された荒地34(凹状の被加工材)を金型2,7内に装入して、金型2,7の形状に沿って荒地34を熱間状態で変形させることにより、中空且つ漏斗状のシャフト鍛造品37(中空シャフト鍛造品37)を成型するものである。
Hereinafter, before explaining the forging method of the hollow shaft forged product 37 of the present invention, the front / rear extrusion forging device 1 (hot extrusion forging device) used in FIGS. 1 (e) to 1 (f) will be described.
As shown in FIGS. 1 (f) and 2, the front / rear extrusion forging device 1 used in the present invention is configured by forming a rough waste 34 (concave workpiece) into a mold 2, 7 forged into a concave shape and heated. A hollow and funnel-shaped shaft forged product 37 (hollow shaft forged product 37) is formed by inserting into the mold and deforming the wasteland 34 in a hot state along the shape of the molds 2 and 7. is there.

具体的には、この前後方押出鍛造装置1は、シャフト鍛造品37を成型するための金型2,7を有しており、この金型2,7は、上下2つに分割できるようになっていて、荒地34が装入されて載置される下金型2と、この下金型2に載置された荒地34を上方から圧下する上金型7とを有している。
下金型2は、軸状の孔部3と、当該孔部3の上部に連接して形成された漏斗状の凹部4(据え込み部)とを有し、この孔部3、及び凹部4(すなわち据え込み部)に凹状の荒地34が装入されるようになっている。
Specifically, the front / rear extrusion forging device 1 includes molds 2 and 7 for molding the shaft forged product 37 so that the molds 2 and 7 can be divided into upper and lower parts. It has a lower mold 2 on which the wasteland 34 is inserted and placed, and an upper mold 7 that presses down the wasteland 34 placed on the lower mold 2 from above.
The lower mold 2 includes a shaft-shaped hole portion 3 and a funnel-shaped recess portion 4 (upset portion) formed so as to be connected to the upper portion of the hole portion 3, and the hole portion 3 and the recess portion 4. A concave wasteland 34 is inserted into (that is, the upsetting portion).

詳しくは、図2(a)に示すように、下金型2の幅方向中央であって上部側には、その内径が荒地34の外径より大きく、且つ漏斗状(フランジ状)に形成された凹部4が形成されており、この凹部4の内部に荒地34を上方から下方に向かって装入可能となっている。
この漏斗状の凹部4は、上部に向かうにつれて広がるように拡径されたテーパ状の錐面5と、当該錐面5の上部に連接して形成された円筒状のフランジ孔部6とで構成されている。錐面5は、下方に向かうにしたがって内径が徐々に小さくなる(先細る)ように形成されており、この錐面5に荒地34を載置することができるようになっている。また、フランジ孔部6の開口径は、荒地34より若干大きい径、すなわち荒地34の外径が嵌り込んで面接触する径とされている。言い換えると、荒地34はその外周面35が錐面5及びフランジ孔部6の内周壁に面接触して、支持されるようになっており、荒地34の上下方向の軸心と下金型2(凹部4)の上下方向の軸心とが一致する。つまり、下金型2(凹部4)に装入することで、荒地34をセンタリングすることができる。
Specifically, as shown in FIG. 2 (a), the lower mold 2 is formed at the center in the width direction and on the upper side, and the inner diameter thereof is larger than the outer diameter of the rough land 34 and is formed in a funnel shape (flange shape). The concave portion 4 is formed, and the rough ground 34 can be inserted into the concave portion 4 from the upper side to the lower side.
The funnel-shaped recess 4 is composed of a tapered conical surface 5 whose diameter increases so as to extend toward the upper portion, and a cylindrical flange hole portion 6 formed to be connected to the upper portion of the conical surface 5. Has been. The conical surface 5 is formed such that the inner diameter gradually decreases (decreases) as it goes downward, and the rough ground 34 can be placed on the conical surface 5. Further, the opening diameter of the flange hole portion 6 is set to a diameter slightly larger than that of the rough ground 34, that is, a diameter in which the outer diameter of the rough ground 34 is fitted and in surface contact. In other words, the wasteland 34 is supported by the outer peripheral surface 35 of which is in surface contact with the inner peripheral wall of the conical surface 5 and the flange hole portion 6, and the vertical axis of the wasteland 34 and the lower mold 2 are supported. The vertical axis of the (recess 4) coincides. That is, the waste land 34 can be centered by inserting it into the lower mold 2 (recess 4).

下金型2の幅方向中央であって凹部4の下方側は、荒地34(フランジ孔部6の内径)よりも小径とされた軸状の孔部3(貫通孔)が形成されており、その孔部3を後述するノックアウト棒が通過するようになっている。
孔部3(下金型2)の下側には、鍛造が終了したシャフト鍛造品37を排出するノックアウト棒と、このノックアウト棒を上下方向に移動させるシリンダ機構(図示略)とが設けられている。ノックアウト棒は、下金型2の孔部3に対応した位置に上下方向に移動可能に配備されており、シリンダ機構によってノックアウト棒を上方に移動させてシャフト鍛造品37(鍛造後の荒地34)を押し上げることでシャフト鍛造品37を下金型2から引き剥がせるようになっている。
A shaft-shaped hole 3 (through hole) having a smaller diameter than the rough ground 34 (inner diameter of the flange hole 6) is formed at the center in the width direction of the lower mold 2 and below the recess 4. A knockout bar, which will be described later, passes through the hole 3.
Below the hole 3 (lower die 2), a knockout bar for discharging the forged shaft 37 after forging and a cylinder mechanism (not shown) for moving the knockout bar in the vertical direction are provided. Yes. The knockout bar is arranged so as to be movable in the vertical direction at a position corresponding to the hole 3 of the lower mold 2. The knockout bar is moved upward by a cylinder mechanism to forge the shaft 37 (the rough ground 34 after forging). The forged shaft 37 can be peeled off from the lower mold 2 by pushing up.

また、下金型2の下側には、金型支持機構(図示略)が設けられており、金型支持機構によって下金型2を床面などに対して支持できるようになっている。
上金型7は、下金型2の上方に配備されており、下金型2内に載置された荒地34に対して上方から近接離反とされており、上金型7を下降させることで荒地34を上方から押しつぶすように圧下可能となっている。上金型7の中央部には、荒地34を圧下するためのポンチ8が形成されている。
Further, a mold support mechanism (not shown) is provided on the lower side of the lower mold 2 so that the lower mold 2 can be supported on the floor surface or the like by the mold support mechanism.
The upper mold 7 is disposed above the lower mold 2, and is approached and separated from the upper side with respect to the rough ground 34 placed in the lower mold 2, and the upper mold 7 is lowered. Thus, it is possible to reduce the wasteland 34 by crushing it from above. A punch 8 for reducing the wasteland 34 is formed at the center of the upper mold 7.

ポンチ8は、下方を向く凸状であって、荒地34の内周面36側に嵌り込む軸部9と、当該軸部9の上部に連接して形成され且つ漏斗状の押出部10と、押出部10の上部に連接して形成された圧下部12とを有する。
図2(a)に示すように、押出部10は、上部に向かうにつれて広がるように拡径されたテーパ状の錐面11が形成されると共に、その錐面11がポンチ8の軸心に対して起立した状態とされている。詳しくは、錐面11の傾斜角θがポンチ8の軸心に対して広角(例えば、45°以上)とされ、側面視で錐面11が外側に張り出す形状(凸状)とされている。錐面11をこのような形状にすることで、荒地34を下方に押し出す荷重の成分を大きくすることができる。そのため、前方押し出し鍛造が進みやすくなる。また、錐面11をこのような形状にすることで、荒地34を横方向に押し付ける荷重の成分が小さくなる。その結果、荒地34と下金型2及び上金型7(ポンチ8)の摩擦が小さくなり、少ない荷重でシャフト鍛造品37を成型することができる。
The punch 8 has a convex shape facing downward, a shaft portion 9 that fits on the inner peripheral surface 36 side of the wasteland 34, a funnel-shaped push-out portion 10 that is connected to the upper portion of the shaft portion 9, and And an indented portion 12 connected to the upper portion of the extruding portion 10.
As shown in FIG. 2A, the extruded portion 10 is formed with a tapered conical surface 11 whose diameter is increased so as to expand toward the upper portion, and the conical surface 11 is formed with respect to the axial center of the punch 8. And standing up. Specifically, the inclination angle θ of the conical surface 11 is a wide angle (for example, 45 ° or more) with respect to the axial center of the punch 8, and the conical surface 11 protrudes outward in a side view (convex shape). . By forming the conical surface 11 in such a shape, the component of the load that pushes the wasteland 34 downward can be increased. Therefore, it becomes easy to proceed forward extrusion forging. Moreover, the component of the load which presses the wasteland 34 to a horizontal direction becomes small by making the conical surface 11 into such a shape. As a result, the friction between the wasteland 34, the lower mold 2 and the upper mold 7 (punch 8) is reduced, and the shaft forged product 37 can be molded with a small load.

圧下部12は、下金型2上部のフランジ孔部6の開口径に比べてやや小さな外径(荒地34の外径とほぼ同径)であり、上金型7が下金型2に衝合するまで下降した際に下金型2上部のフランジ孔部6に上方から嵌り込むようになっている。つまり、ポンチ8は荒地34の上部を上方から圧下可能となっている。
ところで、上述した下金型2及び上金型7(ポンチ8)は、シャフト鍛造品37を製造する過程において、予め200℃以上600℃以下に加熱されている。好ましくは、金型2,7の温度を400℃以上500℃以下に加熱しておくとよい。その理由としては、荒地34が薄肉の部材であるため鍛造中に荒地34が冷却されやすく、金型2,7の温度を200℃以上(望ましくは400℃以上)600℃以下に加熱しておく必要がある。仮に、金型2,7の温度を200℃より低くすると、鍛造中に荒地34が冷却されてしまい、荒地34の変形能が進み難くなると共に、荒地34本体が割れてしまう虞がある。また、金型2,7の温度を200℃より低くした場合、荒地34に塗布されているガラス潤滑剤20が鍛造中に機能しなくなる。つまり、ガラス潤滑剤20の温度が機能する適正な温度範囲(800℃〜1200℃)から外れてしまうこととなる。その結果、荒地34と金型2,7との間で焼き付きが発生することとなる。
The indented portion 12 has an outer diameter slightly smaller than the opening diameter of the flange hole 6 at the upper portion of the lower mold 2 (approximately the same diameter as the outer diameter of the rough ground 34). When it is lowered until it fits, it fits into the flange hole 6 at the top of the lower mold 2 from above. That is, the punch 8 can reduce the upper part of the waste land 34 from above.
By the way, the lower mold 2 and the upper mold 7 (punch 8) described above are heated to 200 ° C. or more and 600 ° C. or less in advance in the process of manufacturing the shaft forged product 37. Preferably, the molds 2 and 7 are heated to 400 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. The reason is that since the wasteland 34 is a thin member, the wasteland 34 is easily cooled during forging, and the temperatures of the molds 2 and 7 are heated to 200 ° C. or higher (preferably 400 ° C. or higher) and 600 ° C. or lower. There is a need. If the temperature of the molds 2 and 7 is lower than 200 ° C., the wasteland 34 is cooled during forging, the deformability of the wasteland 34 is difficult to proceed, and the wasteland 34 main body may be broken. Moreover, when the temperature of the metal mold | dies 2 and 7 is made lower than 200 degreeC, the glass lubricant 20 apply | coated to the rough ground 34 will stop functioning during forging. That is, the temperature of the glass lubricant 20 deviates from an appropriate temperature range (800 ° C. to 1200 ° C.) where it functions. As a result, seizure occurs between the wasteland 34 and the molds 2 and 7.

それゆえ、予め金型2,7の温度を200℃以上(望ましくは400℃以上)600℃以下に加熱しておく必要がある。
なお、本実施形態の下金型2及び上金型7は、SKT4、若しくはSKD61 (熱間鍛造用鋼)を用いて作製されている。
図2(b)に示すように、荒地34は、Ti-6Al-4Vなどのチタン合金で形成されている。この荒地34は、側面視で略矩形状であって、内部が中空とされた略凹状の円筒部材である。言い換えれば、荒地34は、内部の空間を囲むように形成された内周面36と、その内周面36を取り囲むように形成された外周面35とを有しているともいえる。この荒地34は、図1(a)〜図1(d)の前工程を経て成型される(詳細は後述)。
Therefore, it is necessary to heat the molds 2 and 7 to 200 ° C. or higher (preferably 400 ° C. or higher) and 600 ° C. or lower in advance.
Note that the lower mold 2 and the upper mold 7 of this embodiment are manufactured using SKT4 or SKD61 (hot forging steel).
As shown in FIG. 2B, the waste land 34 is formed of a titanium alloy such as Ti-6Al-4V. The waste land 34 is a substantially concave cylindrical member having a substantially rectangular shape in a side view and having a hollow inside. In other words, it can be said that the wasteland 34 has an inner peripheral surface 36 formed so as to surround the internal space and an outer peripheral surface 35 formed so as to surround the inner peripheral surface 36. This wasteland 34 is formed through the pre-process of FIGS. 1A to 1D (details will be described later).

荒地34の外周面35は、上金型7の方向(上方向)を向く上面35aと、下金型の錐面5の方向(下方向)を向く下面35b、及びその上面35aと下面35bとを繋ぐ側面35cとを有している。この荒地34の外周面35は、その上面35aや下面35bの縁が斜めに面取りされており、荒地34の下面35bの面取り部分と凹部4の錐面5とが接触して、荒地34が下金型2に載置される。なお、荒地34の下面35bの面取り部分は、凹部4に対応した形状にしてもよい。例えば、荒地34の下面35bの面取り部分を、外側に張り出す形状の錐面5に沿った形状にしてもよい。   The outer peripheral surface 35 of the wasteland 34 includes an upper surface 35a facing the direction of the upper mold 7 (upward direction), a lower surface 35b facing the direction of the conical surface 5 of the lower mold (downward direction), and upper and lower surfaces 35a and 35b. And a side surface 35c. The outer peripheral surface 35 of the wasteland 34 is chamfered at the edges of the upper surface 35a and the lower surface 35b. The chamfered portion of the lower surface 35b of the wasteland 34 and the conical surface 5 of the recess 4 come into contact with each other. Placed on the mold 2. Note that the chamfered portion of the lower surface 35 b of the wasteland 34 may have a shape corresponding to the recess 4. For example, the chamfered portion of the lower surface 35b of the wasteland 34 may be shaped along the conical surface 5 that projects outward.

このように、荒地34の下部形状を凹部4(下金型2)に沿った形状とすることで、荒地34を容易かつ迅速に下金型2の中心に配置することができ、荒地34の芯ずれを軽減することができる。
一方、荒地34の内周面36は、その上部から中途部に向かって先細る(縮径される)傾斜面と、その中途部から下部に向かって垂直に伸びる垂直面とを有している。
In this way, by forming the lower shape of the wasteland 34 along the recess 4 (lower mold 2), the wasteland 34 can be easily and quickly placed at the center of the lower mold 2, and the wasteland 34 Misalignment can be reduced.
On the other hand, the inner peripheral surface 36 of the wasteland 34 has an inclined surface that is tapered (reduced in diameter) from the upper part toward the middle part, and a vertical surface that extends vertically from the middle part toward the lower part. .

傾斜面は、ポンチ8の錐面11と略同形状に形成されていて、そのポンチ8が上方から押し込まれたときに面接触するようになっている。また、傾斜面の下方に形成されている垂直面の内径は、ポンチ8の軸部9の外径とほぼ同径とされていて、ポンチ8が上方から押し込まれたときに嵌り込むようになっている。
ところで、中空シャフト鍛造品37の鍛造を行うに際しては、図1(e)、図2(b)に示すように、この荒地34の外周面35及び内周面36(表面)に、下金型2及びポンチ8との潤滑性を向上させる潤滑剤を塗布(被覆)するようにしている。この図1(e)は、図1(f)の鍛造の前準備として行われるものである。
The inclined surface is formed in substantially the same shape as the conical surface 11 of the punch 8 and comes into surface contact when the punch 8 is pushed in from above. Further, the inner diameter of the vertical surface formed below the inclined surface is substantially the same as the outer diameter of the shaft portion 9 of the punch 8 and is fitted when the punch 8 is pushed in from above. ing.
By the way, when forging the hollow shaft forged product 37, as shown in FIG. 1 (e) and FIG. 2 (b), the lower die is formed on the outer peripheral surface 35 and the inner peripheral surface 36 (front surface) of the waste land 34. 2 and the punch 8 are coated (coated) with a lubricant that improves the lubricity. FIG. 1 (e) is performed as a preparation for forging in FIG. 1 (f).

本実施形態においては、荒地34の外周面35及び内周面36に塗布する潤滑剤20にガラス潤滑剤を用いている。詳しくは、ガラス潤滑剤20は、荒地34(チタン合金などの難加工材)の表面を被覆することにより、鍛造時における金型2,7と荒地34との焼付発生を抑制すると共に、鍛造時において金型2,7と荒地34との間での潤滑性を高めている。   In the present embodiment, a glass lubricant is used for the lubricant 20 applied to the outer peripheral surface 35 and the inner peripheral surface 36 of the wasteland 34. Specifically, the glass lubricant 20 covers the surface of the wasteland 34 (a difficult-to-work material such as a titanium alloy), thereby suppressing the occurrence of seizure between the molds 2 and 7 and the wasteland 34 during forging and at the time of forging. , The lubricity between the molds 2 and 7 and the wasteland 34 is improved.

本実施形態では、荒地34の外周面35に塗布されるガラス潤滑剤20の量を、荒地34の内周面36に塗布されるガラス潤滑剤20の量より多いものとしている。ガラス潤滑剤20の塗布量を面によって変更する理由としては、ポンチ8と荒地34の内周面36との摩擦を下金型2と荒地34の外周面35の摩擦より相対的に大きくして、荒地34の前方押出しを起こしやすくするためである。このように、荒地34の前方押出しを起こしやすくすることで、後方に向けて発生するバリによる押し詰まりのリスクを軽減することができる。つまり、荒地34の内周面36に生じる摩擦と外周面35に生じる摩擦とに差を設けることで、荒地34の後方押出しを抑制し、シャフト鍛造品37の上端部に発生するバリを防ぐことができる。   In the present embodiment, the amount of the glass lubricant 20 applied to the outer peripheral surface 35 of the wasteland 34 is larger than the amount of the glass lubricant 20 applied to the inner peripheral surface 36 of the wasteland 34. The reason for changing the coating amount of the glass lubricant 20 depending on the surface is that the friction between the punch 8 and the inner peripheral surface 36 of the rough ground 34 is relatively larger than the friction between the lower mold 2 and the outer peripheral surface 35 of the rough ground 34. This is to make it easier for the wasteland 34 to be pushed forward. In this way, by facilitating the forward extrusion of the wasteland 34, it is possible to reduce the risk of clogging due to burrs generated toward the rear. That is, by providing a difference between the friction generated on the inner peripheral surface 36 of the wasteland 34 and the friction generated on the outer peripheral surface 35, the rearward extrusion of the wasteland 34 is suppressed and the burr generated at the upper end portion of the shaft forged product 37 is prevented. Can do.

また、本実施形態では、荒地34に塗布されるガラス潤滑剤20に、液体ガラス潤滑剤20a(液体潤滑剤)と粉末ガラス潤滑剤20b(粉末潤滑剤)とを用いている。
本実施形態の液体ガラス潤滑剤20aは、主にホウケイ酸ガラスの粉末を使用し、下記の範囲(重量%)を満たすように混練する。
(a)ホウケイ酸ガラス粉末 :40%〜60%
(b)スチレン・アクリル樹脂(バインダー) :10%〜20%
(c)防腐剤 :0.1%未満
(d)水 :40%〜50%
(e)シリカ :約1%
上述した組成割合で混練されたガラス材からなるガラス潤滑剤20を荒地34の外周面35に塗布する。
Moreover, in this embodiment, the liquid glass lubricant 20a (liquid lubricant) and the powder glass lubricant 20b (powder lubricant) are used for the glass lubricant 20 applied to the rough ground 34.
The liquid glass lubricant 20a of this embodiment is mainly borosilicate glass powder, and is kneaded so as to satisfy the following range (% by weight).
(A) Borosilicate glass powder: 40% to 60%
(B) Styrene / acrylic resin (binder): 10% to 20%
(C) Preservative: less than 0.1% (d) Water: 40% to 50%
(E) Silica: about 1%
The glass lubricant 20 made of the glass material kneaded at the composition ratio described above is applied to the outer peripheral surface 35 of the rough ground 34.

粉末ガラス潤滑剤20bには、アルミノホウケイ酸ガラスの粒子を用いており、その組成は100%である。
上述したガラス潤滑剤20を荒地34に塗布する手順としては、まず、荒地34の内周面36及び外周面35(全周面)に液体ガラス潤滑剤20aを塗布する。その後、液体ガラス潤滑剤20aを塗布した荒地34を加熱炉に装入して加熱する。荒地34を加熱した後、液体ガラス潤滑剤20aを外周面35及び内周面36に定着させた荒地34の外周面35に粉末ガラス潤滑剤20bを塗布する。
The powder glass lubricant 20b uses aluminoborosilicate glass particles, and its composition is 100%.
As a procedure for applying the glass lubricant 20 to the wasteland 34, first, the liquid glass lubricant 20a is applied to the inner peripheral surface 36 and the outer peripheral surface 35 (entire peripheral surface) of the wasteland 34. Thereafter, the waste land 34 coated with the liquid glass lubricant 20a is charged into a heating furnace and heated. After heating the wasteland 34, the powder glass lubricant 20b is applied to the outer peripheral surface 35 of the wasteland 34 in which the liquid glass lubricant 20a is fixed to the outer peripheral surface 35 and the inner peripheral surface 36.

ここで、加熱後の荒地34に粉末ガラス潤滑剤20bを外周面35のみに塗付する理由を説明する。従来より行われている液体ガラス潤滑剤20aを鍛造後の荒地34に塗布するだけでは、その荒地34をシャフト鍛造品37に鍛造する際に生じる荒地34の外周面35と下金型2との摩擦を小さくすることができず、荒地34と下金型2との焼き付きを生じさせてしまう虞がある。そのため、本願発明では、加熱後の荒地34に粉末ガラス潤滑剤20bを外周面35のみに塗布、すなわちガラス潤滑剤20が2層となるように荒地34の外周面35に塗布し、荒地34と下金型2との摩擦を小さくするようにしている。それゆえ、荒地34と下金型2との焼き付きを防止することができる。また、ポンチ8と荒地34の内周面36の摩擦を、下金型2と荒地34の外周面35との摩擦より大きい状態とすることで、鍛造中における前方押出しが起こり易くなる。   Here, the reason why the powder glass lubricant 20b is applied only to the outer peripheral surface 35 on the heated waste land 34 will be described. By simply applying the liquid glass lubricant 20a, which has been conventionally performed, to the roughened area 34 after forging, the outer peripheral surface 35 of the rough area 34 and the lower mold 2 formed when the roughened area 34 is forged into the shaft forged product 37. There is a risk that the friction cannot be reduced and seizure between the waste land 34 and the lower mold 2 may occur. For this reason, in the present invention, the powdered glass lubricant 20b is applied only to the outer peripheral surface 35 on the heated rough ground 34, that is, the glass lubricant 20 is applied to the outer peripheral surface 35 of the rough ground 34 so as to form two layers. The friction with the lower mold 2 is reduced. Therefore, seizure between the wasteland 34 and the lower mold 2 can be prevented. Further, by setting the friction between the punch 8 and the inner peripheral surface 36 of the wasteland 34 to be larger than the friction between the lower mold 2 and the outer peripheral surface 35 of the wasteland 34, forward extrusion during forging is likely to occur.

なお、好ましくは、粉末ガラス潤滑剤20bを、加熱後の荒地34の下面35b及び側面35cに塗布するようにするとよい。その理由としては、粉末ガラス潤滑剤20bには保温効果があるため、鍛造中の荒地34の上部に生じる熱が粉末ガラス潤滑剤20bによって保温されることとなり、その荒地34の上部が変形するようになる。それゆえ、鍛造後のシャフト鍛造品37の上部にバリが発生してしまうことがある。本願発明では、そのバリの発生を抑制するために、荒地34の上面35aに粉末ガラス潤滑剤20bを塗布しないようにしている。このようにすることで、鍛造中の荒地34の上面35aに生じる熱が冷却されやすくなる。その結果、鍛造中における荒地34の上面35aの変形能が低下して、鍛造後のシャフト鍛造品37の上部に生じるバリを防止することができる。   Preferably, the powder glass lubricant 20b is applied to the lower surface 35b and the side surface 35c of the heated waste land 34. The reason for this is that the powder glass lubricant 20b has a heat retaining effect, so that the heat generated in the upper part of the wasteland 34 during forging is kept warm by the powdered glass lubricant 20b, so that the upper part of the wasteland 34 is deformed. become. Therefore, burrs may occur in the upper portion of the forged shaft 37 after forging. In the present invention, in order to suppress the generation of the burr, the powder glass lubricant 20b is not applied to the upper surface 35a of the rough ground 34. By doing in this way, the heat which arises on the upper surface 35a of the rough ground 34 during forging becomes easy to be cooled. As a result, the deformability of the upper surface 35a of the wasteland 34 during forging is reduced, and burrs generated on the upper portion of the shaft forged product 37 after forging can be prevented.

このようにすることで、図2(b)に示すような、荒地34の外周面35に塗布されるガラス潤滑剤20の量を、荒地34の内周面36に塗布されるガラス潤滑剤20の量より多いものとすることができる。
ところで、本発明の中空シャフト鍛造品37の鍛造方法で製造されるシャフト鍛造品37は、航空機や車両などの輸送機器のエンジン部材、あるいはシャーシなどの構造部材に用いられ、過酷な環境下(高温・高応力等)で繰返し使用される。そのため、高い強度、延性、靭性および疲労特性などの高くて安定した機械的特性がそのシャフト鍛造品37に要求される。
By doing so, the amount of the glass lubricant 20 applied to the outer peripheral surface 35 of the rough ground 34 as shown in FIG. 2B is set to the glass lubricant 20 applied to the inner peripheral surface 36 of the rough ground 34. It can be more than the amount of.
By the way, the shaft forged product 37 manufactured by the forging method of the hollow shaft forged product 37 of the present invention is used for an engine member of a transport device such as an aircraft or a vehicle, or a structural member such as a chassis, and is used in a severe environment (high temperature).・ Repeatedly used under high stress. Therefore, high and stable mechanical properties such as high strength, ductility, toughness and fatigue properties are required for the shaft forging 37.

このような高水準の機械的特性を実現するためには、シャフト鍛造品37全体に所定の低サイクル疲労強度(LCF)が付与される必要がある。低サイクル疲労強度(LCF)は、β熱処理後のα+β鍛造において付与されるシャフト鍛造品37全体の相当ひずみ(軸方向の圧縮や引張りによるひずみ)の総量(累積量)によって決まる。また、シャフト鍛造品37に付与される低サイクル疲労強度(LCF)を向上させるためには、組織内で同一の結晶方位を有するコロニーを分断・微細化することが必要であり、そのためにはシャフト鍛造品37全体に付与する相当ひずみを増加させることで実現することができる。   In order to realize such a high level of mechanical characteristics, it is necessary to give a predetermined low cycle fatigue strength (LCF) to the entire shaft forged product 37. The low cycle fatigue strength (LCF) is determined by the total amount (cumulative amount) of the equivalent strain (strain due to axial compression or tension) of the entire shaft forged product 37 applied in α + β forging after β heat treatment. In order to improve the low cycle fatigue strength (LCF) imparted to the shaft forged product 37, it is necessary to sever and refine colonies having the same crystal orientation in the structure. This can be realized by increasing the equivalent strain applied to the entire forged product 37.

そこで、本願発明者らは、上述した前後方押出鍛造装置1を用いて、シャフト鍛造品37全体に1.6以上の相当ひずみを付与し、所望とする高水準の機械的特性を有するシャフト鍛造品37を鍛造している。
以上述べた前後方押出鍛造装置1を用い、高水準の機械的特性を有するシャフト鍛造品37を鍛造する方法(手順)を、前工程を含めて説明する。
Therefore, the inventors of the present application use the above-described front-rear extrusion forging device 1 to apply a corresponding strain of 1.6 or more to the entire shaft forged product 37 and have a desired high level of mechanical characteristics. Product 37 is forged.
A method (procedure) of forging the shaft forged product 37 having a high level of mechanical characteristics using the front and rear extrusion forging device 1 described above will be described including the previous step.

本発明の中空シャフト鍛造品37の鍛造方法は、荒地34を高温状態(チタンのβ変態点温度未満・α+β温度域内)に保持したまま金型形状に沿って引き伸ばすように変形させながら鍛造するものであり、複数回の金型鍛造で高くて安定した機械的特性(相当ひずみの累積量が1.6以上)と所望の製品形状(漏斗状の中空シャフト鍛造品37)を同時に得ることができる。また、鍛造時に金型形状に沿ったメタルフローが得られるため従来の鍛造方法に比べて粘り強く、耐衝撃性・耐破壊性に優れたシャフト鍛造品37を得ることができる。   The forging method of the hollow shaft forged product 37 of the present invention is forging while deforming so as to stretch along the die shape while maintaining the wasteland 34 in a high temperature state (below the β transformation temperature of titanium and within the α + β temperature range). It is possible to obtain high and stable mechanical characteristics (cumulative strain accumulated amount is 1.6 or more) and a desired product shape (funnel-shaped hollow shaft forged product 37) at the same time by multiple times of die forging. . Further, since a metal flow along the mold shape is obtained during forging, a shaft forged product 37 that is tenacious compared to conventional forging methods and excellent in impact resistance and fracture resistance can be obtained.

まず、本発明の中空シャフト鍛造品の鍛造方法を説明する前に、チタン合金(Ti-6Al-4V)製の鋳片を中央が凹状の荒地34に変形させる工程、つまり中空シャフト鍛造工程の前鍛造工程について、図を基に説明する。(図1(a)〜図1(d)に対応)。なお、本実施形態で行われる鍛造方法は、α+β鍛造を用いることとする。
α+β鍛造とは、荒地34をα+β温度(およそ950℃)域内になるように加熱し、鍛造中の材料温度と相当ひずみを適正に制御して材料特性を満足させると同時に、金型鍛造によって製品形状(中空シャフト鍛造品37)をつくりこむ鍛造熱処理技術である。
First, before explaining the forging method of the hollow shaft forged product of the present invention, before the hollow shaft forging step, a step of deforming a cast piece made of titanium alloy (Ti-6Al-4V) into a rough ground 34 having a concave center. The forging process will be described with reference to the drawings. (Corresponding to FIG. 1 (a) to FIG. 1 (d)). The forging method performed in this embodiment uses α + β forging.
In α + β forging, the wasteland 34 is heated to within the α + β temperature range (approximately 950 ° C), and the material temperature and the equivalent strain during forging are controlled appropriately to satisfy the material characteristics and at the same time die forging. This is a forging heat treatment technique that creates a product shape (forged hollow shaft 37).

図1(a)〜図1(d)は、中空シャフト鍛造工程の前鍛造工程を示す図である。図1(a)は鋳片から所定の径(太径)に鍛造されたビレット30を細長(細径)のビレット31に鍛造するビレット鍛造工程を示し、図1(b)、図1(c)は圧下を繰り返しながら細長のビレット31を短尺のビレット32に鍛造した後、略矩形状のビレット33に鍛造する据込鍛造工程を示す図である。図1(d)は、凸状のポンチを有する上金型を用いて、短尺のビレット32の中央に凹状の孔を形成する中空鍛造工程を示す図である。   Fig.1 (a)-FIG.1 (d) are figures which show the pre forge process of a hollow shaft forge process. FIG. 1 (a) shows a billet forging process in which a billet 30 forged from a slab to a predetermined diameter (large diameter) is forged into a narrow (small diameter) billet 31, FIG. 1 (b) and FIG. ) Is a diagram showing an upset forging process in which a long billet 31 is forged into a short billet 32 while being repeatedly pressed, and then forged into a substantially rectangular billet 33. FIG. 1 (d) is a diagram showing a hollow forging process in which a concave hole is formed in the center of a short billet 32 using an upper die having a convex punch.

ビレット鍛造工程に移行する前に、外径がφ800mm〜φ1000mmの鋳片を加熱炉に装入してチタンのβ変態点温度以上に加熱する。加熱炉から鋳片を取り出して、外径がφ600mm程度の鋳片になるように分塊鍛造を行う。次に、外径がφ600mm程度に分塊鍛造された鋳片を、加熱炉に装入してα+β温度域(950℃)に加熱する。加熱炉から鋳片を取り出して、外径がφ500mm程度の太径ビレット30になるように据込鍛造を行う。そして、太径ビレット30に対してβ熱処理を行う。   Before shifting to the billet forging step, a slab having an outer diameter of φ800 mm to φ1000 mm is charged into a heating furnace and heated to a temperature equal to or higher than the β transformation temperature of titanium. The slab is taken out from the heating furnace, and the forging is performed so that the outer diameter becomes a slab of about φ600 mm. Next, the slab forged into pieces having an outer diameter of about φ600 mm is placed in a heating furnace and heated to an α + β temperature range (950 ° C.). The slab is taken out from the heating furnace, and upset forging is performed so that the thick billet 30 has an outer diameter of about φ500 mm. Then, β heat treatment is performed on the thick billet 30.

β熱処理とは、太径ビレット30を加熱炉に装入してチタンのβ変態点温度以上に加熱し、加熱後に太径ビレット30を液体を用いて冷却する(水冷)方法である。このようにすることで、太径ビレット30の組織を均一化すると共に、荒地34の材料特性のばらつきを抑えることができる。
次に、上述した太径ビレット30は、ビレット鍛造工程に送られる。
The β heat treatment is a method in which the large billet 30 is charged into a heating furnace and heated to a temperature equal to or higher than the β transformation temperature of titanium, and the large billet 30 is cooled with a liquid after the heating (water cooling). By doing so, the structure of the large-diameter billet 30 can be made uniform, and variations in the material properties of the wasteland 34 can be suppressed.
Next, the above-described large-diameter billet 30 is sent to the billet forging process.

図1(a)では、太径ビレット30(φ500mm)を、加熱炉に装入してα+β温度域(950℃)に加熱する。加熱炉から鋳片を取り出して、外径がφ250mm程度の細長(細径)のビレット31になるように据込鍛造を行う。
ところで、図3、図4は、本発明の中空シャフト鍛造品の鍛造方法において、鍛造されるシャフト鍛造品37に相当ひずみが付与される過程を示した図である。
In FIG. 1A, a large billet 30 (φ500 mm) is charged into a heating furnace and heated to an α + β temperature range (950 ° C.). The slab is taken out from the heating furnace, and upset forging is performed so that the billet 31 has an elongated (narrow diameter) outer diameter of about 250 mm.
3 and 4 are views showing a process in which a considerable strain is applied to the forged shaft forged product 37 in the forging method of the hollow shaft forged product of the present invention.

なお、このビレット鍛造工程で製造される細長のビレット31は、例えば軸長L/外径Dの比が3以下とされていてもよい。
そして、上述した細長のビレット31は、据込鍛造工程に送られる。
図1(b)では、細長のビレット31を下金型の凹部に装入して、その細長のビレット31の底部を据込鍛造工程で用いられる下金型の凹部に嵌め込むように固定する。そして、熱間で据込鍛造を行い、予め決定された寸法及び形状、つまり細長のビレット31より短いビレットを製造する。
The elongated billet 31 manufactured in this billet forging step may have an axial length L / outer diameter D ratio of, for example, 3 or less.
And the elongate billet 31 mentioned above is sent to an upset forging process.
In FIG.1 (b), the elongate billet 31 is inserted into the recessed part of a lower metal mold | die, and it fixes so that the bottom part of the elongate billet 31 may be fitted in the recessed part of the lower metal mold | die used in an upset forging process. . Then, upset forging is performed hot, and a billet shorter than the predetermined dimension and shape, that is, the elongated billet 31 is manufactured.

ここでの下金型は、細長のビレット31の軸長Lよりやや低い高さとし、据え込み部の内径が細長のビレット31の外径Dより若干大きい程度のものとする。
この後、押しつぶすように鍛造されたビレットの上部と下部を入れ替えて(上下反転させて)、次の据込鍛造工程で用いられる下金型の凹部に装入し、据込鍛造を行う。そして、細長のビレット31のおよそ1/2の軸長に相当する短尺のビレット32になるまで据込鍛造工程を数回繰り返す。
Here, the lower mold has a height slightly lower than the axial length L of the elongated billet 31, and the inner diameter of the upsetting portion is slightly larger than the outer diameter D of the elongated billet 31.
Thereafter, the upper and lower parts of the billet forged so as to be crushed are exchanged (inverted upside down) and inserted into the concave portion of the lower mold used in the next upsetting forging process, and upsetting forging is performed. Then, the upset forging process is repeated several times until a short billet 32 corresponding to about 1/2 the axial length of the elongated billet 31 is obtained.

続いて、図1(c)では、まず前の据込鍛造工程で据込鍛造された短尺のビレット32に対応する上金型と下金型に変更する。そして、前の据込鍛造工程で据込鍛造された短尺のビレット32の上部と下部を入れ替えて(上下反転させて)その下金型の凹部に装入し、その短尺のビレット32の底部を孔部に嵌め込むように固定する。そして、熱間で据込鍛造を行い、予め決定された寸法及び形状(ここでは、断面視で略矩形状)を有するビレット33を製造する。   Then, in FIG.1 (c), it changes into the upper metal mold | die and lower metal mold | die corresponding to the short billet 32 upset by the upset forging process in the front first. Then, the upper and lower parts of the short billet 32 upset and forged in the previous upset forging process are exchanged (inverted upside down) and inserted into the recess of the lower mold, and the bottom of the short billet 32 is Fix so that it fits into the hole. And upset forging is performed hot, and the billet 33 which has a predetermined dimension and shape (here, substantially rectangular shape by sectional view) is manufactured.

ここでの下金型(交換後の下金型)は、交換前の下金型より短丈でビレットの軸長Lよりやや低い高さとし、据え込み部の内径が長尺のビレットの外径Dより若干大きい程度のものである。
また、ここでの上金型のポンチは、前の据込鍛造工程で用いられた上金型のポンチより若干短尺に形成されたものとされ、幅方向の径は凹部に嵌り込むものとされる。そして、ここでの据込鍛造工程を終えた矩形状ビレット33は、細長のビレット31のおよそ1/4の軸長分だけ圧下されたものになっている。
Here, the lower mold (lower mold after replacement) is shorter than the lower mold before replacement and is slightly lower than the billet axial length L, and the outer diameter of the billet whose inner diameter of the upsetting portion is long. It is slightly larger than D.
Further, the punch of the upper mold here is formed to be slightly shorter than the punch of the upper mold used in the previous upset forging process, and the diameter in the width direction is to be fitted into the recess. The And the rectangular billet 33 which finished the upset forging process here is what was squeezed by the axial length of about 1/4 of the elongated billet 31.

そして、据込鍛造工程を終えた矩形状ビレット33は、中空鍛造工程に送られる。
図1(d)に示す如く、中空鍛造工程は、据込鍛造工程にて鍛造された矩形状ビレット33の軸心方向中央部に凹状の窪み部を形成した荒地34を製造する工程である。
図1(d)では、据込鍛造工程を終えた矩形状ビレット33を下金型から離型せずにそのまま保持する。そして、圧下面の中央に下方に向かって突出状の凸部が形成されたポンチを有する上金型に変更して熱間で据込鍛造を行い、矩形状ビレット33の高さ(軸長方向)の1/2以下の底部厚さを有し且つ均等の肉厚となるように形成された、断面視U字形状(カップ形状)の荒地34を製造する。なお、荒地34の底部厚さが1/2を超えると、荒地34の中央部以外に相当ひずみが付与されていない部分(低ひずみ部)が生じやすくなるため、荒地34の底部厚さが1/2以下とされている。
And the rectangular billet 33 which finished the upsetting forging process is sent to a hollow forging process.
As shown in FIG. 1 (d), the hollow forging step is a step of manufacturing a rough ground 34 in which a concave depression is formed in the central portion in the axial center direction of the rectangular billet 33 forged in the upset forging step.
In FIG.1 (d), the rectangular billet 33 which finished the upset forging process is hold | maintained as it is, without releasing from a lower metal mold | die. And it changes into the upper metal mold | die which has a punch in which the convex-shaped convex part was formed in the center of the pressing surface, and the hot forge forging was performed, and the height of the rectangular billet 33 (axial length direction) ) To produce a rough land 34 having a U-shaped (cup-shaped) cross-sectional view and having a bottom thickness equal to or less than a half of the thickness. In addition, when the bottom thickness of the wasteland 34 exceeds 1/2, a portion (low strain portion) to which a considerable strain is not applied other than the central portion of the wasteland 34 is likely to be generated. / 2 or less.

ここでの、上金型の凸部は、断面視でボールペンの先端部(ペン先)形状に形成されており、この凸部は矩形状ビレット33を貫通しないようになっている。また、上金型のポンチの幅方向の径は、据込鍛造工程で用いられた上金型のポンチの径と同じである。
そして、中空鍛造工程を終えた荒地34は、軸長L/外径Dの比が3以下とされた断面視でU字形状に成形される。なお、荒地34の軸心方向中央部が圧下されて凹状の窪み部が形成されるため、据込鍛造工程での矩形状ビレット33の高さ(軸長L)よりやや高くなっている。
Here, the convex portion of the upper mold is formed in the shape of the tip (pen tip) of the ballpoint pen in a cross-sectional view, and this convex portion does not penetrate the rectangular billet 33. The diameter of the upper mold punch in the width direction is the same as the diameter of the punch of the upper mold used in the upsetting forging process.
And the wasteland 34 which finished the hollow forging process is shape | molded by the U shape by the cross sectional view by which ratio of axial length L / outer diameter D was 3 or less. In addition, since the center part of the axial center direction of the wasteland 34 is crushed and a concave hollow part is formed, it is slightly higher than the height (axial length L) of the rectangular billet 33 in the upsetting forging process.

図1(d)に対応する図3(b)に示すように、ビレット鍛造工程、据込鍛造工程、及び中空鍛造工程で荒地34に付与される相当ひずみの累積量は、少なくとも2.4以上付与される。つまり、ここで荒地34に付与される相当ひずみは、所望とされている1.6以上の相当ひずみが付与されることとなる。
図示はしないが、荒地34は、下金型(孔部)の下方に備えられているノックアウト棒により下金型から押し出されるように排出される。
As shown in FIG. 3 (b) corresponding to FIG. 1 (d), the accumulated amount of the equivalent strain applied to the wasteland 34 in the billet forging process, the upset forging process, and the hollow forging process is at least 2.4 or more. Is granted. That is, here, the equivalent strain applied to the wasteland 34 is applied with a desired equivalent strain of 1.6 or more.
Although not shown, the waste land 34 is discharged so as to be pushed out of the lower mold by a knockout bar provided below the lower mold (hole).

その後、中空鍛造工程を終えた荒地34は、穿孔工程(図示せず)に送られて、打抜き鍛造・せん断加工などによって荒地34の軸心方向を向く中心部が穿孔(貫通)される。なお、機械加工などによって、断面視凹状(U字状)の荒地34の底部を貫通させてもよい。
次に、本鍛造工程、すなわち、本発明の中空シャフト鍛造品の鍛造方法を説明する。
Thereafter, the wasteland 34 that has finished the hollow forging process is sent to a drilling process (not shown), and the central portion of the wasteland 34 facing the axial direction is punched (penetrated) by punching forging and shearing. In addition, you may penetrate the bottom part of the rough ground 34 of sectional view concave shape (U shape) by machining etc.
Next, the forging process, that is, the forging method of the hollow shaft forged product of the present invention will be described.

まず、図1(e)の如く、中空鍛造工程及び穿孔工程を終えた荒地34(中央が上下方向に貫通された荒地34)は、潤滑剤塗布工程に送られて、液体ガラス潤滑剤20a及び粉末ガラス潤滑剤20bが塗布される。図1(e)は、図1(f)の鍛造の前準備として行われるものである。
図1(e)では、まず、中空の荒地34の全周面(外周面35及び内周面36)に液体ガラス潤滑剤20aを塗布する。そして、全周面に液体ガラス潤滑剤20aが塗布された荒地34を加熱炉に装入して、α+β温度域 (950℃)となるように荒地34を加熱する。加熱された荒地34を加熱炉から取り出して、荒地34の外周面35(上面35a、下面35b、側面35c(外側面))に粉末ガラス潤滑剤20b (転写剤)を塗布する。
First, as shown in FIG. 1 (e), the waste land 34 (the waste land 34 whose center is vertically penetrated) after the hollow forging process and the drilling process is sent to the lubricant application process, and the liquid glass lubricant 20a and Powder glass lubricant 20b is applied. FIG.1 (e) is performed as preparation before the forging of FIG.1 (f).
In FIG. 1 (e), first, the liquid glass lubricant 20 a is applied to the entire peripheral surface (the outer peripheral surface 35 and the inner peripheral surface 36) of the hollow wasteland 34. Then, the rough ground 34 coated with the liquid glass lubricant 20a on the entire peripheral surface is placed in a heating furnace, and the rough ground 34 is heated so as to be in the α + β temperature range (950 ° C.). The heated wasteland 34 is taken out of the heating furnace, and powder glass lubricant 20b (transfer agent) is applied to the outer peripheral surface 35 (upper surface 35a, lower surface 35b, side surface 35c (outer surface)) of the wasteland 34.

このようにすることで、図1(e)、図2(b)に示すような、荒地34の外周面35に塗布されるガラス潤滑剤20の量が、荒地34の内周面36に塗布されるガラス潤滑剤20の量より多くすることができる。荒地34の外周面35は、液体ガラス潤滑剤20aの上に粉末ガラス潤滑剤20bが塗布された状態、すなわちガラス潤滑剤20が2層構造となっている。なお、好ましくは、粉末ガラス潤滑剤20bを、加熱後の荒地34の下面35b及び側面35cのみに塗布する(上面35aは塗布しない)ようにするとよい。   By doing in this way, the quantity of the glass lubricant 20 apply | coated to the outer peripheral surface 35 of the wasteland 34 as shown in FIG.1 (e) and FIG.2 (b) is apply | coated to the inner peripheral surface 36 of the wasteland 34. The amount of glass lubricant 20 that is applied can be greater. The outer peripheral surface 35 of the waste land 34 has a state in which the powder glass lubricant 20b is applied on the liquid glass lubricant 20a, that is, the glass lubricant 20 has a two-layer structure. Preferably, the powder glass lubricant 20b is applied only to the lower surface 35b and the side surface 35c of the heated rough ground 34 (the upper surface 35a is not applied).

そして、潤滑剤塗布工程を終えた荒地34は、中空シャフト鍛造工程に送られる。
中空シャフト鍛造工程は、中空鍛造工程にて鍛造された後、穿孔工程にて底部が削除された荒地34を、β熱処理後のα+β鍛造における相当ひずみの累積量が1.6以上となるように、中空、且つ漏斗状のシャフト鍛造品37を成型する工程である。
図1(f)では、予め、金型2,7の温度を200℃以上(望ましくは400℃以上)600℃以下に加熱しておく。そして、ガラス潤滑剤20が塗布された荒地34を、加熱された下金型2の漏斗状の凹部4に装入して、その荒地34の底部を漏斗状の凹部4に嵌め込むように固定する。その後、漏斗状の凹部4に固定された荒地34に対して、中央部に下方を向く凸状のポンチ8を有する前後方押出鍛造装置1の上金型7を押し付けて前後方押出鍛造を行う。
And the waste land 34 which finished the lubricant application process is sent to a hollow shaft forging process.
In the hollow shaft forging process, after the forging is performed in the hollow forging process, the accumulated amount of the equivalent strain in the α + β forging after the β heat treatment is 1.6 or more in the rough ground 34 in which the bottom portion is deleted in the drilling process. This is a step of molding a hollow and funnel-shaped shaft forged product 37.
In FIG.1 (f), the temperature of the metal mold | die 2 and 7 is previously heated to 200 degreeC or more (desirably 400 degreeC or more) 600 degrees C or less. Then, the wasteland 34 to which the glass lubricant 20 is applied is inserted into the funnel-shaped recess 4 of the heated lower mold 2 and fixed so that the bottom of the wasteland 34 is fitted into the funnel-shaped recess 4. To do. Thereafter, the upper die 7 of the front / rear extrusion forging apparatus 1 having a convex punch 8 facing downward in the center is pressed against the waste land 34 fixed to the funnel-shaped recess 4 to perform front / rear extrusion forging. .

前後方押出鍛造では、荒地34は、ポンチ8の圧下によって前方(下方)と後方(上方)に同時に押し出される。さらに、荒地34はポンチ8のさらなる圧下によって、荒地34全体が下金型2の下方、すなわち凹部4の漏斗形状に沿ってすべるように押し出される。このようにすることで、中空、且つ漏斗状のシャフト鍛造品37が得られる。
なお、所望の中空、且つ漏斗状のシャフト鍛造品37を得るには、鍛造中における後方にあるポンチ8と下金型2の間に生じる荒地34上部のバリによる押し詰まりの発生を防止するために、荒地34形状や潤滑剤などの鍛造条件を最適化して、ポンチ8による荒地34の前方押出しがスムーズに行えるようにする。
In front-rear extrusion forging, the waste land 34 is simultaneously pushed forward (downward) and rearward (upward) by the punch 8. Furthermore, the wasteland 34 is pushed out by the further reduction of the punch 8 so that the whole wasteland 34 slides below the lower mold 2, that is, along the funnel shape of the recess 4. By doing so, a hollow and funnel-shaped shaft forged product 37 is obtained.
In order to obtain a desired hollow and funnel-shaped shaft forged product 37, in order to prevent clogging due to burrs on the upper portion of the rough land 34 generated between the punch 8 and the lower die 2 at the rear during forging. In addition, forging conditions such as the shape of the wasteland 34 and the lubricant are optimized so that the forward extrusion of the wasteland 34 by the punch 8 can be performed smoothly.

例えば、荒地34の重心位置が当該荒地34の高さの1/2以下となるように荒地34を鍛造し、下金型2の漏斗状テーパ部の上端より下側に存在する荒地34の下端部が、テーパ高さ以下となるように体積を配分する。このように体積を配分することで、鍛造中におけるポンチ8による荒地34の前方押出しが促進されることとなり、荒地34上部に生じるバリによる押し詰まりの発生を抑制することができる。   For example, the wasteland 34 is forged so that the gravity center position of the wasteland 34 is 1/2 or less of the height of the wasteland 34, and the lower end of the wasteland 34 existing below the upper end of the funnel-shaped tapered portion of the lower mold 2. The volume is distributed so that the portion is equal to or less than the taper height. By allocating the volume in this way, the forward extrusion of the wasteland 34 by the punch 8 during forging is promoted, and the occurrence of clogging due to burrs generated on the upper part of the wasteland 34 can be suppressed.

図1(f)に対応する図4に示すように、ビレット鍛造工程、据込鍛造工程、中空鍛造工程、及び中空シャフト鍛造工程でシャフト鍛造品37に付与される相当ひずみの累積量は、少なくとも3.3以上付与される。つまり、β熱処理後の鍛造(図1(a)以降の鍛造)におけるシャフト鍛造品37に付与される相当ひずみの累積量は、所望とされている1.6以上となる。   As shown in FIG. 4 corresponding to FIG. 1 (f), the accumulated amount of the equivalent strain applied to the shaft forged product 37 in the billet forging process, the upset forging process, the hollow forging process, and the hollow shaft forging process is at least 3.3 or more. That is, the cumulative amount of the equivalent strain imparted to the shaft forged product 37 in the forging after β heat treatment (forging after FIG. 1A) is 1.6 or more, which is desired.

鍛造されたシャフト鍛造品37は、下金型2(孔部3)の下方に備えられているノックアウト棒により下金型2から引き剥がされるように排出される(図示せず)。
[実験例]
以下、上述した中空シャフト鍛造品の鍛造方法に基づき、ガラス潤滑剤20が塗布された荒地34に対して前後方押出鍛造を行った実験例について、述べる。
The forged shaft forged product 37 is discharged so as to be peeled off from the lower die 2 by a knockout bar provided below the lower die 2 (hole 3) (not shown).
[Experimental example]
Hereinafter, an experimental example in which front-rear extrusion forging is performed on the waste land 34 coated with the glass lubricant 20 based on the forging method of the hollow shaft forged product described above will be described.

前後方押出鍛造を行うには、まず荒地34の全周面(外周面35、内周面36)に液体ガラス潤滑剤20aを塗布し、その荒地34をチタンのα+β温度域(950℃程度)に加熱する。また、金型2,7を200℃以上(望ましくは400℃以上)600℃以下の範囲で加熱する。その加熱された荒地34を下金の凹部4に装入する。このような温度状況下で荒地34の鍛造を開始する。   In order to perform front-rear extrusion forging, first, liquid glass lubricant 20a is applied to the entire peripheral surface (outer peripheral surface 35, inner peripheral surface 36) of the rough ground 34, and the rough ground 34 is subjected to a titanium α + β temperature range (about 950 ° C.). Heat to. The molds 2 and 7 are heated in a range of 200 ° C. or higher (preferably 400 ° C. or higher) and 600 ° C. or lower. The heated wasteland 34 is inserted into the lower metal recess 4. Forging of the wasteland 34 is started under such temperature conditions.

表1には、ガラス潤滑剤20の量が異なった荒地をそれぞれ鍛造を行い、その鍛造された荒地(シャフト鍛造品)の鍛造状況を示す結果が表示されている。   Table 1 shows the results of forging the rough terrain having different amounts of the glass lubricant 20 and showing the forging status of the forged rough terrain (shaft forged product).

表1の最上段をみてみると、本発明の中空シャフト鍛造品の鍛造方法に基づいて、行われた荒地34(シャフト鍛造品37)の鍛造状況が示されている。本発明の鍛造方法は、まず荒地34の全周面に液体ガラス潤滑剤20aを塗布し、その荒地34をチタンのα+β温度域(950℃程度)に加熱する。そして、加熱後の荒地34の外周面35のみに粉末ガラス潤滑剤20bを塗布する。その荒地34を下金型の凹部4に装入して、ガラス潤滑剤20を塗布した荒地34を最終製品であるシャフト鍛造品37になるまで前後方押出鍛造をする。その結果は、荒地34(シャフト鍛造品37)の上面35aに極わずかにバリが出現するに留まり、シャフト鍛造品37として良品であることが確認された。   Looking at the uppermost stage of Table 1, the forging situation of the wasteland 34 (shaft forging 37) performed based on the forging method of the hollow shaft forging according to the present invention is shown. In the forging method of the present invention, the liquid glass lubricant 20a is first applied to the entire peripheral surface of the wasteland 34, and the wasteland 34 is heated to an α + β temperature range (about 950 ° C.) of titanium. And the powder glass lubricant 20b is apply | coated only to the outer peripheral surface 35 of the rough ground 34 after a heating. The wasteland 34 is inserted into the recess 4 of the lower mold, and the front and rear extrusion forging is performed until the wasteland 34 to which the glass lubricant 20 is applied becomes the shaft forged product 37 that is the final product. As a result, it was confirmed that a slight burr appeared on the upper surface 35 a of the wasteland 34 (shaft forged product 37), and that the shaft forged product 37 was a good product.

次に、表1の中段をみてみると、比較例1として行われた荒地(シャフト鍛造品)の鍛造状況が示されている。比較例1の鍛造方法は、まず荒地の全周面に液体ガラス潤滑剤を塗布し、その荒地をチタンのα+β温度域(950℃程度)以上に加熱する。その加熱された荒地を下金型の凹部に装入して、最終製品であるシャフト鍛造品になるまで前後方押出鍛造をする。その結果は、荒地(シャフト鍛造品)の上面に大きなバリが出現すると共に、押し詰まりが発生してしまい、シャフト鍛造品として不良品であることが確認された。   Next, looking at the middle part of Table 1, the forging situation of the wasteland (shaft forged product) performed as Comparative Example 1 is shown. In the forging method of Comparative Example 1, a liquid glass lubricant is first applied to the entire peripheral surface of the wasteland, and the wasteland is heated to a temperature higher than the α + β temperature range (about 950 ° C.) of titanium. The heated wasteland is inserted into the recess of the lower mold, and front-rear extrusion forging is performed until the final product is a shaft forged product. As a result, large burrs appeared on the upper surface of the wasteland (shaft forged product), and clogging occurred, and it was confirmed that the shaft forged product was defective.

表1の最下段をみてみると、比較例2として行われた荒地(シャフト鍛造品)の鍛造状況が示されている。比較例2の鍛造方法は、まず荒地の全周面に液体ガラス潤滑剤を塗布し、その荒地をチタンのα+β温度域(950℃程度)に加熱する。そして、加熱後の荒地の全周面に粉末ガラス潤滑剤を塗布する。その荒地を下金型の凹部に装入して、最終製品であるシャフト鍛造品になるまで前後方押出鍛造をする。その結果は、所望のシャフト鍛造品に成型されるが、そのシャフト鍛造品の上面に大きなバリが出現してしまい、シャフト鍛造品として不良品であることが確認された。   Looking at the lowermost stage of Table 1, the forging situation of the wasteland (shaft forged product) performed as Comparative Example 2 is shown. In the forging method of Comparative Example 2, first, a liquid glass lubricant is applied to the entire peripheral surface of the wasteland, and the wasteland is heated to an α + β temperature range (about 950 ° C.) of titanium. And a powder glass lubricant is apply | coated to the whole surrounding surface of the wasteland after a heating. The wasteland is inserted into the recess of the lower mold, and the front and rear extrusion forging is performed until the shaft forged product is the final product. As a result, although it was molded into a desired shaft forged product, a large burr appeared on the upper surface of the shaft forged product, and it was confirmed that the shaft forged product was defective.

次に、上述した中空シャフト鍛造品の鍛造方法に基づいて、製造されたシャフト鍛造品37に付与された相当ひずみの結果をまとめたものを図5に示す。
図5は、破断サイクル数とβ熱処理後のα+β鍛造における相当ひずみとの関係を示すデータをプロットし、グラフ化したものである。
図5の右上側を見てみると、本発明の鍛造方法で鍛造されたシャフト鍛造品37のデータがプロットされており、相当ひずみが1.6以上付与されていることがわかる。相当ひずみが1.6以上付与されたシャフト鍛造品37の低サイクル疲労強度は、必ず規格値を上回るようになる。なお、図5の左下などにプロットされたデータは、相当ひずみが1.6未満の比較例であり、本発明の鍛造方法以外の方法(本発明の鍛造方法での条件を満たさない鍛造)で鍛造されたシャフト鍛造品のデータである。以上の結果より、本発明の鍛造方法で鍛造されたシャフト鍛造品37は、機械的特性に優れたものであることが確認された。
Next, FIG. 5 shows a summary of the results of equivalent strain applied to the manufactured shaft forged product 37 based on the forging method of the hollow shaft forged product described above.
FIG. 5 is a graph plotting data showing the relationship between the number of fracture cycles and the equivalent strain in α + β forging after β heat treatment.
Looking at the upper right side of FIG. 5, the data of the shaft forged product 37 forged by the forging method of the present invention is plotted, and it can be seen that an equivalent strain of 1.6 or more is applied. The low cycle fatigue strength of the shaft forged product 37 to which the equivalent strain is applied 1.6 or more always exceeds the standard value. The data plotted in the lower left of FIG. 5 is a comparative example having an equivalent strain of less than 1.6, and is a method other than the forging method of the present invention (forging that does not satisfy the conditions of the forging method of the present invention). It is the data of the forged shaft forged product. From the above results, it was confirmed that the shaft forged product 37 forged by the forging method of the present invention was excellent in mechanical properties.

以上述べたように、本発明の中空シャフト鍛造品の鍛造方法は、鍛造中に被加工材34と金型2,7との焼き付きを防止すると共に、中空シャフト鍛造品37全体に1.6以上の相当ひずみを付与して所望とする機械的特性を有する漏斗状の中空シャフト鍛造品37を得ることができる。つまり、本発明の中空シャフト鍛造品の鍛造方法を用いることで、太径ビレット30のβ熱処理からα+β鍛造を行ってシャフト鍛造品37を一体成型するまでの間において、シャフト鍛造品37にトータルで1.6以上の相当ひずみを付与して、所望の材料特性を有するニアネットの中空シャフト鍛造品37を得ることができる。また、本発明の中空シャフト鍛造品の鍛造方法で製造されたシャフト鍛造品37は、過酷な環境下で使用される航空機や車両などの輸送機器のエンジン部材、あるいはシャーシなどの構造部材に最も適している。   As described above, the method for forging a hollow shaft forged product of the present invention prevents seizure between the workpiece 34 and the dies 2 and 7 during forging, and 1.6 or more over the entire hollow shaft forged product 37. Thus, a funnel-shaped hollow shaft forged product 37 having desired mechanical characteristics can be obtained. In other words, by using the forging method of the hollow shaft forged product of the present invention, the shaft forged product 37 is subjected to the β heat treatment from the large billet 30 until the shaft forged product 37 is integrally formed by performing the α + β forging. By applying a total equivalent strain of 1.6 or more, a near-net hollow shaft forged product 37 having desired material characteristics can be obtained. Further, the shaft forged product 37 manufactured by the forging method of the hollow shaft forged product of the present invention is most suitable for a structural member such as an engine member or a chassis of a transport device such as an aircraft or a vehicle used in a harsh environment. ing.

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本実施形態では、Ti-6Al-4Vを用いてシャフト鍛造品37に相当ひずみを付与する実験を行ったが、他のチタン合金に対しても、本発明の鍛造方法を行うことで、1.6以上の相当ひずみをシャフト鍛造品37全体に付与することが可能であることを確認している。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. In the present embodiment, an experiment was performed in which equivalent strain was applied to the shaft forged product 37 using Ti-6Al-4V. However, by performing the forging method of the present invention on other titanium alloys, It has been confirmed that an equivalent strain of 6 or more can be applied to the entire shaft forged product 37.

特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。   In particular, in the embodiment disclosed this time, matters that are not explicitly disclosed, for example, operating conditions and operating conditions, various parameters, dimensions, weights, volumes, and the like of a component deviate from a range that a person skilled in the art normally performs. Instead, values that can be easily assumed by those skilled in the art are employed.

1 前後方押出鍛造装置(熱間押出鍛造装置)
2 下金型
3 孔部(貫通孔、軸状)
4 凹部(据え込み部)
5 錐面
6 フランジ孔部
7 上金型
8 ポンチ
9 軸部
10 押出部
11 錐面
12 圧下部
20 ガラス潤滑剤(潤滑剤)
20a 液体ガラス潤滑剤(液体潤滑剤)
20b 粉末ガラス潤滑剤(粉末潤滑剤)
30 ビレット(太径ビレット)
31 細長のビレット
32 短尺のビレット
33 矩形状ビレット
34 被加工材(荒地)
35 外周面
35a 上面
35b 下面
35c 側面
36 内周面
37 中空シャフト鍛造品(シャフト鍛造品)
1 Front / rear extrusion forging equipment (hot extrusion forging equipment)
2 Lower mold 3 Hole (through hole, shaft shape)
4 Recessed part (setting part)
5 Conical Surface 6 Flange Hole 7 Upper Die 8 Punch 9 Shaft 10 Extrusion 11 Conical Surface 12 Indentation 20 Glass Lubricant (Lubricant)
20a Liquid glass lubricant (liquid lubricant)
20b Powder glass lubricant (powder lubricant)
30 billets (large billet)
31 Elongated billet 32 Short billet 33 Rectangular billet 34 Work material (waste ground)
35 outer peripheral surface 35a upper surface 35b lower surface 35c side surface 36 inner peripheral surface 37 hollow shaft forged product (shaft forged product)

Claims (4)

鋳片を所定の径のビレットに鍛造し、当該ビレットに対してβ熱処理を行い、
β熱処理後のビレットを前記所定の径より細径とされた細長のビレットに鍛造し、前記細長のビレットを凹状の被加工材に鍛造しておき、
その後、前記凹状の被加工材を、軸状の孔部と当該孔部の上部に連接して形成された漏斗状の凹部を有する下金型に装入すると共に、前記被加工材に対して、中央部に下方を向く凸状のポンチを有する上金型を押し付けて鍛造を行うことにより、中空且つ漏斗状のシャフト鍛造品を得る中空シャフト鍛造品の鍛造方法であって、
前記シャフト鍛造品を得る鍛造の前準備として、前記被加工材を下金型に装入する前に、当該被加工材の内周面及び外周面に潤滑剤を塗布すると共に、前記被加工材の外周面に塗布される潤滑剤の量を、前記被加工材の内周面に塗布される潤滑剤の量より多いものとしておき、
前記下金型及び上金型を200℃以上600℃以下に熱した上で、前記下金型内に装入された被加工材に対して上金型を押し付けて鍛造を行うことで、前記β熱処理後のα+β鍛造における相当ひずみの累積量が1.6以上となるように、前記シャフト鍛造品を成型する
ことを特徴とする中空シャフト鍛造品の鍛造方法。
Forging a slab into a billet of a predetermined diameter, performing a β heat treatment on the billet,
Forging the billet after the β heat treatment into an elongated billet having a diameter smaller than the predetermined diameter, forging the elongated billet into a concave workpiece,
Thereafter, the concave workpiece is inserted into a lower mold having a funnel-shaped concave portion formed to be connected to an upper portion of the shaft-shaped hole and the hole, and the workpiece is The forging method of the hollow shaft forged product, which obtains a hollow and funnel-shaped shaft forged product by forging by pressing an upper die having a convex punch pointing downward in the center part,
As a pre-preparation for forging to obtain the shaft forged product, before inserting the workpiece into a lower mold, a lubricant is applied to the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the workpiece, and the workpiece The amount of lubricant applied to the outer peripheral surface of the workpiece is set to be larger than the amount of lubricant applied to the inner peripheral surface of the workpiece,
By heating the lower mold and the upper mold to 200 ° C. or more and 600 ° C. or less, and pressing the upper mold against the workpiece charged in the lower mold, forging, A forging method of a hollow shaft forged product, wherein the shaft forged product is molded so that a cumulative amount of equivalent strain in α + β forging after β heat treatment is 1.6 or more.
前記被加工材に塗布される潤滑剤には、液体潤滑剤と粉末潤滑剤とが用いられ、
前記被加工材の内周面及び外周面に液体潤滑剤を塗布し、その後、前記液体潤滑剤が塗布された被加工材を加熱し、加熱後の被加工材の外周面に粉末潤滑剤を塗布する
ことを特徴とする請求項1に記載の中空シャフト鍛造品の鍛造方法。
For the lubricant applied to the workpiece, a liquid lubricant and a powder lubricant are used,
A liquid lubricant is applied to the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the workpiece, and then the workpiece coated with the liquid lubricant is heated, and a powder lubricant is applied to the outer peripheral surface of the workpiece after heating. The method for forging a hollow shaft forged product according to claim 1, wherein the forging is applied.
前記被加工材の外周面は、上面と下面及び前記上面と下面とを繋ぐ側面とを有しており、
前記粉末潤滑剤を、加熱後の被加工材の下面及び側面に塗布するようにしていることを特徴とする請求項に記載の中空シャフト鍛造品の鍛造方法。
The outer peripheral surface of the workpiece has an upper surface and a lower surface, and a side surface connecting the upper surface and the lower surface,
The forging method of a hollow shaft forged product according to claim 2 , wherein the powder lubricant is applied to a lower surface and a side surface of the workpiece after heating.
前記ポンチは、軸部と、当該軸部の上部に連接して形成され且つ漏斗状の押出部とを有するものとされ、
前記押出部は、上部に向かうにつれて広がるように拡径されたテーパ状の錐面が形成されると共に、前記錐面は、前記ポンチの軸心に対して起立した状態とされており、
前記起立状の錐面を有するポンチを備えた上金型を用いて、前記シャフト鍛造品を鍛造することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の中空シャフト鍛造品の鍛造方法。
The punch is formed to have a shaft portion and a funnel-shaped extrusion portion formed to be connected to an upper portion of the shaft portion,
The extruded portion is formed with a tapered conical surface whose diameter is increased so as to expand toward the upper portion, and the conical surface is in a state of standing with respect to the axial center of the punch,
The forging method of a hollow shaft forged product according to any one of claims 1 to 3, wherein the shaft forged product is forged using an upper mold having a punch having the upright conical surface.
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