JP6005610B2 - 中空シャフト鍛造品の離型装置 - Google Patents

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技術に関し、特に、金型から中空シャフト鍛造品を離型する離型装置に関する。

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（熱間の据え込み鍛造方法）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。

中空鍛造品を鍛造する技術としては、例えば、特許文献１，２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。

特許文献２には、大径歯形成形ダイの歯形を介して中空部品の大径部外周に溝を形成すると共に、下パンチの歯形と、小径歯形成形ダイの歯形とを介して中空部品の小径部の内外周に溝を形成するようにした中空部品の内外径溝の成形方法において、前記中空部品の素材の大径部外径を前記大径歯形成形ダイの歯形の外径と略同径に設定すると共に、前記中空部品の素材の小径部の内外径を、前記下パンチの歯形と、前記小径歯形成形ダイの歯形との各中間径と略同径に設定して、小径部の内外周先端部を前記小径歯形成形ダイと下パンチとに同時に衝合させて成形を開始し、次いで前記大径部を成形する中空部品の内外径溝の成形方法が開示されている。

特開平６−３３９７４３号公報 特開平５−６１０１５号公報

特許文献１に開示されるように、チタン合金等の難加工材を用いてラッパ状中空製品を作成する押出鍛造は、従来から行われてきた。しかし近年、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、機械的特性を向上させるために高いひずみを付与する複雑な変形を伴う鍛造加工を経て製造されることが多くなっている。このような複雑な鍛造加工で製造される中空鍛造品は金型と密着しやすく、離型が困難になる場合がしばしば発生するので、成形された中空鍛造品を損傷させることなく離型する方法及び手段が求められている。

そこで、特許文献２にノックアウトピンとして開示されるような手段が用いられている。特許文献２に開示のインナパンチは鍛造金型における上金型と見ることができ、また大径歯形成形ダイ及び小径歯形成形ダイは下金型と見ることができるので、ノックアウトピンは、下金型から中空部品を離型させる手段であるといえる。
ところが、上述の中空シャフト鍛造品のように、高いひずみを付与する複雑な鍛造加工を施した場合、凸状の上金型と中空シャフトの中空部分が密着し離型が困難になるという問題が頻繁に生じる。このような密着状態において中空部品を離型させるためには、特許文献２の技術をもってしても困難であると思われる。

そこで本発明は、上述の問題に鑑みて、中空シャフトの鍛造品が上金型に密着し離型が困難になった場合でも、鍛造品を損傷させることなく確実に離型することができる離型装置を提供することを目的とする。

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離型装置は、上方開放とされた凹状であって下金型内に装入された被加工材に対して、上金型である凸状のポンチを押し付けることにより前後方押し出し鍛造によって中空シャフト鍛造品を製造する前後方押出鍛造装置に備えられた中空シャフト鍛造品の離型装置であって、前記凸状のポンチの基端側の外周面に形成された径小の段差部と、前記ポンチの外周面に配備され、且つ前記段差部に対応する爪部を有し、該爪部が前記段差部に係合されて上下方向に昇降可能とされているリング部材と、前記リング部材の上方に配備されると共に、該リング部材を下方に押し出す押圧シリンダと、前記押圧シリンダと前記リング部材との間に配備され、上端部が前記押圧シリンダに当接し、且つ下端部が前記リング部材の上端面に当接し、前記リング部材を押し出すノックアウト部材と、を有することを特徴とする。

好ましくは、前記段差部は、上下方向を向く２つ以上の溝で構成されているとよい。
なお、本発明に係る中空シャフト鍛造品の離型装置の最も好ましい形態は、上方開放とされた凹状であって下金型内に装入された被加工材に対して、上金型である凸状のポンチを押し付けることにより前後方押し出し鍛造によって中空シャフト鍛造品を製造する前後方押出鍛造装置に備えられた中空シャフト鍛造品の離型装置であって、前記凸状のポンチの基端側の外周面に形成された径小の段差部と、前記ポンチの外周面に配備され、且つ前記段差部に対応する爪部を有し、該爪部が前記段差部に係合されて上下方向に昇降可能とされているリング部材と、前記リング部材の上方に配備されると共に、該リング部材を下方に押し出す押圧シリンダと、前記押圧シリンダと前記リング部材との間に配備され、上端部が前記押圧シリンダに当接し、且つ下端部が前記リング部材の上端面に当接し、前記リング部材を押し出すノックアウト部材と、を有していて、前記段差部は、上下方向を向く２つ以上の溝で構成されていることを特徴とする。

本発明に係る中空シャフト鍛造品の離型装置によれば、中空シャフトの鍛造品が上金型に密着し離型が困難になった場合でも、鍛造品を損傷させることなく確実に離型することができる。

本発明の実施形態による中空シャフト鍛造品の製造手順を示す図である。 本実施形態による前後方押出鍛造装置のポンチ及び離型装置の分解図を示す図である。 本実施形態による前後方押出鍛造装置の鍛造前の状態を示す図である。 本実施形態による前後方押出鍛造装置の鍛造中の状態を示す図である。 本実施形態による前後方押出鍛造装置の鍛造後で離型前の状態を示す図である。 本実施形態による前後方押出鍛造装置の鍛造後で離型後の状態を示す図である。 本実施形態によるポンチ及び離型装置の変形例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る中空シャフト鍛造品の離型装置について説明する。なお、本実施形態で鍛造される中空シャフト鍛造品（シャフト鍛造品と呼ぶこともある）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である。また、本実施形態における鍛造は、金型（上金型及び下金型）による圧下方向に対して、圧下方向に沿った前方側（下側）及び圧下方向とは反対の方向に沿った後方側（上側）に材料が変形し流れる鍛造であるため、前後方押出鍛造とも呼ばれる。

本実施形態による中空シャフト鍛造品の離型装置１０について説明する前に、中空シャフト鍛造品の鍛造方法を説明し、その後に離型装置１０の構成を説明する。
図１を参照しながら、中空シャフト鍛造品の鍛造方法（前後方押出鍛造方法）について説明する。図１は、中空シャフト鍛造品の製造手順を示す図であり、図１（ａ）〜図１（ｄ）が前鍛造工程を示し、図１（ｅ）〜図１（ｆ）が前後方押出鍛造工程（本鍛造工程）を示している。

図１に示す鍛造方法は、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示す幾つかの前工程（前鍛造工程）を経て凹状の被加工材（すなわち荒地）３４を成型し、その後、図１（ｅ）〜図１（ｆ）に示すように、成型した荒地を前後方押出鍛造装置１によって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。
まず、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示す前工程（前鍛造工程）について説明する。

前鍛造工程は、例えばチタン合金（Ti-6Al-4V）製の鋳片を中央が凹状の荒地に変形させる工程である。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）をつくりこむ鍛造熱処理技術である。

図１（ａ）に示す工程は、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である。ビレット鍛造工程では、太径ビレット（φ500ｍｍ）を加熱炉でα+β温度域（９５０℃）に加熱し、加熱した鋳片を外径がφ250ｍｍ程度の細長（細径）のビレットになるように据込鍛造を行う。ビレット鍛造工程で鍛造された細長のビレット３１は、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示す据込鍛造工程に送られる。

図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示す工程は、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である。
この据込鍛造工程を終えた矩形状ビレット３３は、図１（ｄ）に示す中空鍛造工程に送られる。

図１（ｄ）に示す工程は、凸状のポンチを有する上金型を用いて、据込鍛造工程にて鍛造された短尺の矩形状ビレット３３の軸心方向中央部に凹状の窪み及び孔が形成された荒地３４を製造する中空鍛造工程である。
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の軸心周りの中心部が軸心方向に沿って穿孔（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。

続く図１（ｅ）〜図１（ｆ）に示す潤滑剤塗布工程及び中空シャフト鍛造工程を説明する前に、図１（ｆ）に示す中空シャフト鍛造工程で用いる前後方押出鍛造装置（熱間押出鍛造装置）１の構成を説明する。
図１（ｆ）に示すように、本実施形態で用いられる前後方押出鍛造装置１は、加熱された荒地（凹状の被加工材）３４を金型（後述する下金型２及び上金型３）の形状に沿って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を成型するものである。凹状の荒地３４は、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示す前工程（前鍛造工程）によって鍛造される。

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を有している。この金型は、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（後述するポンチ）３とを有し、上下２つに分割できる構成となっている。
この金型に加えて、前後方押出鍛造装置１は、シャフト鍛造品３７を下金型２から押し上げて離型する下ノックアウト棒４と、シャフト鍛造品３７を上金型３から離型する離型装置１０と、離型装置１０の構成部材であるポンチリング１１を押下する上シリンダ（押圧シリンダ）５とを有している。この上シリンダ５は、上金型３と密着したシャフト鍛造品３７に上方から接するポンチリング（リング部材）１１の上方に配置されると共に、該ポンチリング１１を下方に押し出して上金型３からシャフト鍛造品３７を離型するシリンダである。

下金型２は、軸状の孔部２１と、該孔部２１の上部に連接して形成された漏斗状の凹部（据え込み部）２２とを有し、この孔部２１及び凹部（すなわち据え込み部）２２に凹状の荒地３４が装入されるようになっている。
詳しくは、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の外径より若干大きく、且つ漏斗状の孔である凹部２２が形成されており、この凹部２２の内部は荒地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２２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２３と、該錐面２３の上部に連接して形成された円筒状のフランジ孔部とで構成されている。錐面２３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２３に荒地３４を載置することができる。また、フランジ孔部の開口径は、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程度の径である。言い換えると、錐面２３及びフランジ孔部の内周壁は、荒地３４の外周面と面接触することで荒地３４を支持するようになっており、荒地３４の上下方向に沿った軸心と下金型２（凹部２２）の上下方向に沿った軸心とがほぼ一致する。つまり、荒地３４を下金型２（凹部２２）に装入することで、装入された荒地３４をセンタリングすることができる。

下金型２の幅方向中央であって凹部２２の下方側は、荒地３４（フランジ孔部の内径）よりも小径の軸状の孔部（貫通孔）２１が形成されており、その孔部２１を後述する下ノックアウト棒４が通過するようになっている。
下金型２の孔部２１の下側には、鍛造が終了したシャフト鍛造品３７を下金型２から排出する下ノックアウト棒４と、この下ノックアウト棒４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。下ノックアウト棒４は、下金型２の孔部２１に対応した位置に上下方向に移動可能に配置されており、シリンダ機構によって下ノックアウト棒４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。

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を床面などで支持できる。
上金型３は、荒地３４を圧下するためのポンチであって、下金型２の上方に配置されており、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可能となっており、上金型３である上金型３（つまり、ポンチ３）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するものである。

ポンチ３は、下方を向く凸状であって、荒地３４の内周面側に嵌り込む軸部３ａと、該軸部３ａの上部に連接して形成され且つ漏斗状の押出部３ｂとを有するものであり、後述する離型装置１０が設けられる。特に、押出部３ｂの周りには、押出部３ｂの外表面を取り囲むように離型装置１０を構成する円環状のポンチリング１１が設けられる。
押出部３ｂは、略円柱状の部材であって、その上方の外表面には、ほぼ径が一定で円筒形状の胴面が形成され、その下方の外表面は、上部に向かうにつれて広がるように拡径されて胴面と連続するテーパ状の錐面が形成される。その錐面は、ポンチ２の軸心に対して斜めに起立した状態となっている。詳しくは、該錐面とポンチ３の軸心とがなす傾斜角θがポンチ３の軸心に対して例えば４５°以上の広角とされ、図１の紙面に向かった側面視において錐面が外側に張り出す形状（凸状）とされている。

錐面をこのようなテーパ状に形状することで、下金型２に装入された荒地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ので、前方押し出し鍛造が進みやすくなる。また、このテーパ状に形状された錐面によって、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及びポンチ（上金型）３との間に生じる摩擦が小さくなり、小さい荷重でシャフト鍛造品３７を成型することができる。

なお、本実施形態の下金型２及びポンチ３は、ＳＫＴ４、若しくはＳＫＴ６１(熱間鍛造用鋼)を用いて作成されている。
離型装置１０の詳細については後述するが、ここでは、離型装置１０のポンチリング１１の構成についてその概略を説明する。
ポンチリング１１は、ポンチ３の押出部３ｂの胴面の上方を取り囲む円環状の部材であって、押出部３ｂの外径よりも若干大きな内径を形成する内周面を有すると共に、下金型２上部のフランジ孔部の開口径に比べてやや小さな外径（荒地の外径とほぼ同径）を形成する外周面を有する。これにより、ポンチリング１１は、内周面がポンチ３の押出部３ｂの胴面とほぼ接した状態となっている。

上述の構成を有するポンチリング１１は、ポンチ３の軸心方向に沿って押出部３ｂの胴面上を上下方向に所定の範囲で移動（スライド）することができる。ポンチリング１１は、所定の範囲内における上方の上限の位置（上限位置）までスライドしたときに、ポンチリング１１の下方に突出するポンチ３のサイズがシャフト鍛造品３７の鍛造に適したサイズとなるように、スライド量やポンチ３の軸心方向に沿った長さが決められている。ポンチリング１１、及びポンチリン１１を有する離型装置１０の構成は、後に詳しく説明する。

前後方押出鍛造装置１は、このポンチリング１１を有する離型装置１０と一体となったポンチ（上金型）３によって、下金型２に装入された荒地３４の上部を上方から圧下する。
引き続き図１を参照し、上述の前後方押出鍛造装置（熱間押出鍛造装置）１及び荒地３４を用いた、図１（ｅ）〜図１（ｆ）に示す潤滑剤塗布工程及び中空シャフト鍛造工程（本鍛造工程）について説明する。

まず、図１（ｅ）を参照して、中空鍛造工程及び穿孔工程を経て得られた荒地３４（中央が上下方向に貫通された荒地）は、図１（ｅ）に示す潤滑剤塗布工程に送られて、液体ガラス潤滑剤や粉末ガラス潤滑剤などのガラス潤滑剤３５が塗布される。この潤滑剤塗布工程は、図１（ｆ）に示す中空シャフト鍛造工程の前準備として行われるものであり、荒地３４（チタン合金などの難加工材）の表面をガラス潤滑剤３５で被覆することにより、鍛造時における金型と荒地３４との焼付発生を抑制すると共に、鍛造時において金型と荒地３４との間での潤滑性を高めている。また、鍛造終了後にシャフト鍛造品３７を金型から引き剥がす際の離型性を向上させてもいる。

潤滑剤塗布工程を終えた荒地３４は、次工程の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潤滑剤３５が塗布された荒地３４を、中空、且つ漏斗状のシャフト鍛造品３７に成型する工程である。
図１（ｆ）に示す中空シャフト鍛造工程では、予め、ポンチ（上金型）３及び下金型２を所定の温度に加熱しておき、ガラス潤滑剤３５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２２に装入して、装入された荒地３４の底部を漏斗状の凹部２２に嵌め込むように固定する。その後、漏斗状の凹部２２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（上金型）３を押し付けて前後方押出鍛造を行う。

前後方押出鍛造では、荒地３４は、ポンチ３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３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２２の漏斗形状に沿って滑るように押し出される。このように荒地３４が変形することで、中空、且つ漏斗状のシャフト鍛造品３７が得られる。

このとき、図１（ｆ）の下に示すように、荒地３４の変形が進んでポンチ３が下金型２に深く入り込むと、上金型であるポンチ３の外周に設けられたポンチリング１１の下面と荒地３４の上面とが接触する。さらなる押し込みによってポンチ３は下金型２にさらに入り込むが、荒地３４と接触したポンチリング１１は、接触した荒地３４に押されて上方へスライドする。上限位置までスライドしたポンチリング１１は、ポンチ３と共に荒地３４を圧下する。

上述したように、ポンチ３のサイズは、ポンチリング１１が上限位置までスライドしたときに、シャフト鍛造品３７の鍛造に適したサイズとなる。つまり、従来の上金型の構成においては、ポンチの周りに当該上限位置に形成されたポンチリングに相当する部材を有することとなる。これに対して、本実施形態によるポンチリング１１は、荒地３４と接触してからしばらくの間上限位置より下に位置するので、従来の上金型よりも早く荒地３４と接触することができる。この荒地３４との早めの接触により、荒地３４上部の冷却が促進され、荒地３４上部においてポンチリング１１と下金型２との間に生じるバリの発生を抑制することができ、ポンチ３による荒地３４の前方押出しをスムーズに行うことができる。

このように鍛造されたシャフト鍛造品３７は、下金型２（孔部２１）の下方に備えられている下ノックアウト棒４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）。
しかし、シャフト鍛造品３７は、下ノックアウト棒４によって下金型２から離型することができた場合でも、上金型であるポンチ３に密着することがある。特に、上述した中空シャフト鍛造品３７のように長尺の中空鍛造品の場合、ポンチ３が中空部分に深く入り込んだうえに、温度が低下するにつれて収縮した中空シャフト鍛造品３７がポンチ３に密着してしまう。これは、ポンチ３に対して中空シャフト鍛造品３７を焼き嵌めしたような状態であり、ポンチ３と中空シャフト鍛造品３７は、非常に強固に密着してしまう。

このように、中空シャフト鍛造品３７がポンチ３に密着した場合は、上限位置にあるポンチリング１１を下方に押し下げる力を加える。ポンチリング１１を下方に押し下げれば、ポンチ３に密着した中空シャフト鍛造品３７を損傷させることなく離型することができる。
図２〜図６を参照し、ポンチ３及び上述のポンチリング１１を有する離型装置１０の構成について、詳しく説明する。

図２は、本実施形態による前後方押出鍛造装置１のポンチ３及び離型装置１０の分解図を示す。図２（ａ）〜図２（ｅ）は、ポンチ３及び離型装置１０を側方から見たときの側面図であり、図２（ａ′）〜図２（ｅ′）は、ポンチ３及び離型装置１０を上方から見たときの上面図である。図３は、本実施形態による前後方押出鍛造装置１の鍛造前の状態を示す。図４は、本実施形態による前後方押出鍛造装置１の鍛造中の状態を示す。図５は、本実施形態による前後方押出鍛造装置１の鍛造後で離型前の状態を示す。図６は、本実施形態による前後方押出鍛造装置１の鍛造後で離型後の状態を示す。

図２に示すように、離型装置１０は、ポンチリング１１、ポンチ３に形成された段差部１２、上型取付板１３、上ノックアウト棒１４、上型プレート１５、及び上シリンダ（押圧シリンダ）５を有している。
図２（ａ）を参照し、ポンチ３は、上述のとおり、下方を向く凸状の部材であって、荒地３４の内周面側に嵌り込む軸部３ａと、当該軸部３ａの上部に連接して形成され且つ漏斗状の押出部３ｂとを有するものである。ポンチ３は、先端側の軸部３ａとは反対側（基端側）の押出部３ｂの上方が押出部３ｂの径より小さな径（径小）となるように凹状に切り欠かれた切欠きとして、押出部３ｂの外周面からポンチ３の軸心方向に後退した段差部１２を有している。

図２（ａ′）の上面図に示すように、段差部１２は、上下方向を向く２つ以上の溝で構成され、例えば、押出部３ｂの外周面の周方向に沿って等間隔に形成された４カ所の凹状の切欠きによって構成される。各切欠きは、ポンチ３の軸方向に沿って所定の長さ（高さ）を有し、上方が開放されている。加えて、ポンチ３の上面には、ポンチ３の軸心とほぼ同心となるようにボルト穴３ｃが形成されている。

図２（ｂ）を参照し、ポンチリング１１は、上述のとおり、ポンチ３の押出部３ｂの胴面の上方を取り囲む円環状のリング部１１ａと、リング部１１ａの内周面に形成された突起である爪部１１ｂと、リング部１１ａの上面に設けられた支柱部１１ｃとを有する。
リング部１１ａは、所定の厚みを有する円筒状（管状）の部材であって、ポンチ３の軸心方向に沿って所定の長さ（高さ）を有し、ポンチ３の押出部３ｂの外径よりも若干大きな内径を形成する内周面を有すると共に、下金型２上部のフランジ孔部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）を形成する外周面を有する。

爪部１１ｂは、リング部１１ａの内周面の上方で、ポンチ３の押出部３ｂの上方に形成された上下方向を向く２つ以上の溝で構成される段差部１２に対応する位置に、段差部１２の凹形状に噛み合う形状の凸状の突起として設けられている。図２（ｂ′）に示すように、爪部１１ｂは、リング部１１ａの内周面の周方向に沿って等間隔に形成された４カ所の凸状の突起によって構成される。この爪部１１ｂをポンチ３の段差部１２に係合することで、ポンチリング１１はポンチ３に装着される。

爪部１１ｂの幅や高さは、段差部１２の溝の幅や高さより若干小さいものとされているため、爪部１１ｂは溝に沿って上下摺動自在であり、この上下摺動によって、リング部１１ａが、ポンチ３の軸心方向に沿って押出部３ｂの胴面上を上下方向に所定の範囲で移動（スライド）することができる。
支柱部１１ｃは、例えば、リング部１１ａの上面において爪部１１ｂの上方に対応する位置に設けられた４本の四角柱の柱状の部材であって、リング部１１ａの上面からポンチ３の軸方向に沿って上方に向かって延びるように設けられ、リング部１１ａと一体となっている。

以上の説明において、段差部１２は、４カ所の切欠きによって構成されていたが、ポンチ３の押出部３ｂの外周面の周方向に沿って全周にわたって形成された切欠きによって構成されてもよい。このとき、ポンチリング１１の爪部１１ｂ（突起）は、ポンチリング１１の内周面の周方向に沿って全周にわたって形成されてもよい。
図２（ｃ）を参照し、上型取付板１３は、ポンチリング１１の支柱部１１ｃの長さよりも小さい所定の厚みを有する（薄厚とされた）、正方形などの四角形の板材である。図２（ｃ′）に示すように、上型取付板１３の中央には、ポンチ３上面のボルト穴３ｃに対応する貫通孔であるボルト穴１３ａが形成されており、該ボルト穴１３ａの周囲には、ポンチ３に装着されたポンチリング１１の４本の支柱部１１ｃに対応する位置に該支柱部１１ｃを遊嵌状態で挿通させるための貫通孔である４つの支柱穴１３ｂが形成されている。

図２（ｄ′）を参照し、上ノックアウト棒１４（ノックアウト部材）は、上型取付板１３に形成された４つの支柱穴１３ｂに架け渡されるように、四角柱で棒状の２本の部材がほぼ直角に交差した十字形状の部材である。図２（ｄ）に示すように、十字形状の上ノックアウト棒１４の交差部分には上方に向かって突出する上突起１４ａ（上端部）が設けられ、該十字形状の４つの端部のそれぞれには、上型取付板１３に形成された４つの支柱穴１３ｂに対応して下方に向かって突出する４つの下突起１４ｂ（下端部）が設けられている。この上ノックアウト棒１４の形状は、コの字（又はＣの字）型の２つの部材が、それぞれの開口を下方に向けて、互いに直角に交差しているともいえる。

上ノックアウト棒１４は、上型取付板１３に形成された４つの支柱穴１３ｂに下突起１４ｂを対応させて上型取付板１３の上方に設けられるので、４つの支柱穴１３ｂから突出したポンチリング１１の上端面である支柱部１１ｃの上面に当接して該支柱部１１ｃを押圧することができる。
図２（ｅ）を参照し、上型プレート１５は、上ノックアウト棒１４の上突起１４ａから下突起１４ｂまでの高さ（厚み）よりも大きい所定の厚みを有する部材であって、上型取付板１３とほぼ同じか若干大きい四角形などの平板の板材である。上型プレート１５の下面のほぼ中央部には、厚み方向に減肉することで、上ノックアウト棒１４を上方から覆うように収容可能な収容空間１５ａが形成されている。

上型プレート１５は、上型取付板１３の上方に設けられた上ノックアウト棒１４を、上型取付板１３の上方から該収容空間１５ａに収容することができる。この収容空間１５ａは、収容した上ノックアウト棒１４の横方向の移動をほとんど許容することなく、上下方向の移動のみを許容する形状及び大きさを有し、上ノックアウト棒１４の上突起１４ａに対応する位置に、該上突起１４ａが嵌り込む貫通孔１５ｂが形成されている。

このとき、上型プレート１５の厚み方向に沿った収容空間１５ａの深さは、上ノックアウト棒１４の上突起１４ａから下突起１４ｂまでの高さとほぼ同じか若干深く、収容空間１５ａは、上ノックアウト棒１４の全体を完全に収容することができる。
上シリンダ５は、上型プレート１５の貫通孔１５ｂに嵌り込んだ上ノックアウト棒１４の上突起１４ａ（上端部）に当接して下方に押下するための棒状の部材であるシリンダ軸５ａを有するシリンダ機構である。この上シリンダ５は、前後方押出鍛造装置１の最も上方に設けられて、シリンダ軸５ａを下方に移動させることで上ノックアウト棒１４を下方向に押下しポンチリング１１を下方に押し出す。本実施形態で参照する図面においてはシリンダ軸５ａのみを示し、上シリンダ５を構成する他の部材及び機構については図示しない。

図２において分解状態で示されたポンチ３、ポンチリング１１、上型取付板１３、上ノックアウト棒１４、上型プレート１５、及び上シリンダ５は、以下のように組み付けられる。
まず、ポンチリング１１の爪部１１ｂをポンチ３の段差部１２に係合させることでポンチリング１１をポンチ３へ装着し、ポンチ３に装着されたポンチリング１１の支柱部１１ｃを上型取付板１３のボルト穴１３ａの周囲に形成された支柱穴１３ｂに挿通する。その上で、上型取付板１３の上方からボルト穴１３ａに螺合させたボルトをポンチ３の上面に形成されたボルト穴３ｃにも螺合させて、上型取付板１３とポンチ３を締結する。これにより、ポンチ３の段差部１２の開放された上方が上型取付板１３によって塞がれ、ポンチリング１１は、その爪部１１ｂがポンチ３の段差部１２の高さの範囲で上下方向に昇降可能となる。ポンチリング１１が該段差部１２の高さの範囲内における上方の上限の位置（上限位置）まで上昇（スライド）すると、ポンチリング１１の支柱部１１ｃが上型取付板１３の上面よりも上方に突出した状態となり、該範囲内における下方の下限の位置（下限位置）まで降下（スライド）すると、ポンチリング１１の支柱部１１ｃが上型取付板１３の上面よりも下方に位置する状態となる。

次に、上型プレート１５の収容空間１５ａに上ノックアウト棒１４を収容する。その上で、上型プレート１５を、収容した上ノックアウト棒１４の下突起１４ｂが先にポンチ３と組み付けられた上型取付板１３の支柱穴１３ｂの位置に配置されるように、上型取付板１３に重ね合わせ、上型プレート１５と上型取付板１３をボルト等を用いて一体となるように締結する。

図３に示すように、このように組み付けられて一体となったポンチ３、ポンチリング１１、上型取付板１３、上ノックアウト棒１４、及び上型プレート１５を、ポンチ３の先端を下方に向けて下金型２の上方に配置する。その上で、上シリンダ５を、上型プレート１５の上方でシリンダ軸５ａが上ノックアウト棒１４の上突起１４ａの上に直立するように配置する。

この上シリンダ５の配置によって上ノックアウト棒１４（ノックアウト部材）は、上シリンダ５（押圧シリンダ）とポンチリング１１との間に配置され、上ノックアウト棒１４の上端部である上突起１４ａが上シリンダ５に当接し、且つ上ノックアウト棒１４の下端部である下突起１４ｂがポンチリング１１の支柱部１１ｃの上端面に当接することとなる。

上記の手順によって、図３に示すようなポンチ３及び離型装置１０を得ることができる。
最後に、図３〜図６を参照し、本実施形態による離型装置１０の動作について説明する。なお、図３〜図６においては、離型装置１０のポンチリングの周囲を丸（○）で囲んで拡大図として示している。

図３は、中空シャフト鍛造品３７を鍛造する前の前後方押出鍛造装置１及び荒地３４の状態を示している。離型装置１０と一体のポンチ３（上金型）は下金型２から離れて上昇し、下金型２には荒地３４が装入されている。このとき、離型装置１０において、ポンチリング１１及び上ノックアウト棒１４は昇降範囲における下限位置にある。
図３に示す状態に続いて、図４に示す状態となる。図４は、中空シャフト鍛造品３７を鍛造中の前後方押出鍛造装置１の状態を示している。荒地３４は、上金型であるポンチ３とポンチリング１１に圧下されて、下金型２との間で変形した鍛造品に成形されつつある。このとき、離型装置１０において、ポンチリング１１及び上ノックアウト棒１４は、荒地３４が変形した鍛造品の上端に押し上げられて昇降範囲における上限位置にあると共に、上方への移動が規制されたポンチリング１１は該鍛造品を上面から圧下する。

図４に示す状態に続いて、図５に示す状態となる。図５は、中空シャフト鍛造品３７を鍛造後の前後方押出鍛造装置１の状態を示している。鍛造されたシャフト鍛造品３７は、下ノックアウト棒４の上昇によって下金型２から離型されたが、上金型であるポンチ３に密着してポンチ３と共に上方へ持ち上げられている。このときポンチ３は、離型装置１０の上シリンダ５のシリンダ軸５ａが上型プレート１５の上面側に露出した上ノックアウト棒１４と接触する位置まで上昇する。

図５に示す状態に続いて、図６に示す状態となる。図６は、中空シャフト鍛造品３７を上金型であるポンチ３から離型した後の前後方押出鍛造装置１の状態を示している。上シリンダ５のシリンダ軸５ａが下降して、接触している上ノックアウト棒１４が押し下げられると、上ノックアウト棒１４がポンチリング１１を押し下げる。押し下げられたポンチリング１１は、中空シャフト鍛造品３７をポンチ３の先端側に向かって下方に押し下げることで、中空シャフト鍛造品３７をポンチ３から引きはがす。この図６に示す離型装置１０の動作によって、中空シャフト鍛造品３７が前後方押出鍛造装置１から取り出される。

以上まとめれば、本実施形態による離型装置１０において、ポンチ３、上型取付板１３及び上型プレート１５は、ボルト３などによって一体に組み付けられて固定されているが、図３〜図６の拡大図に示すように、ポンチリング１１は、ポンチ３に形成された段差部１２内の爪部１１ｂの可動範囲（昇降範囲）において、上型取付板１３の支柱穴１３ｂに沿って昇降（スライド）可能である。このポンチリング１１の支柱部１１ｃの上には上ノックアウト棒１４の下突起１４ｂが接しており、昇降するポンチリング１１と共に昇降する。

ポンチリング１１が上昇して昇降範囲の上限位置にまでスライドしたとき、ポンチリング１１に押し上げられて上昇した上ノックアウト棒１４も上型プレート１５の収納空間１５ａ内における上限位置にまでスライドする。上ノックアウト棒１４が上昇すると、上ノックアウト棒１４の上突起１４ａが収納空間１５ａに形成された貫通孔１５ｂに嵌り込み、上型プレート１５の上面側に上ノックアウト棒１４の上突起１４ａが露出する。この露出した上突起１４ａを下方へ押し込めば、上ノックアウト棒１４が下方に押し下げられると共に、ポンチリング１１も下方へ押し下げられる。

このように、離型装置１０によって昇降可能なポンチリング１１を得ることができるので、ポンチリング１１は従来の上金型よりも早く荒地３４と接触して荒地３４上部の冷却を促進することができ、それによって荒地３４上部においてポンチリング１１と下金型２との間に生じるバリの発生を抑制することができるので、ポンチ３による荒地３４の前方押出しをスムーズにすることができる。また、本実施形態による離型装置１０は、昇降可能なポンチリング１１を用いることによって、中空シャフトの鍛造品３７が上金型３に密着し離型が困難になった場合でも、鍛造品を損傷させることなく確実に離型することができるという効果を生む。

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。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。

たとえば、上述の実施形態では、ポンチ３が段差部１２を有し、ポンチリング１１が爪部１１ｂを有していた。しかし、図７に示すように、ポンチ３が爪部１１ｂを有し、ポンチリング１１が段差部１２を有するように構成することも可能である。
また、上述の実施形態では、図２に示すように、上型取付板１３は、ポンチリング１１の４本の支柱部１１ｃに対応してほぼ９０°ピッチで４箇所に４つの支柱穴１３ｂを設けており、上ノックアウト棒１４は、これら４本の支柱部１１ｃ及び４つの支柱穴１３ｂに対応して４つの下突起１４ｂを設けている。しかし、上型取付板１３は、支柱穴１３ｂの数を４つに限らず、２つ又は３つなど任意の位置に任意の数の支柱穴１３ｂを設けることができる。従って、上型取付板１３は、ほぼ１８０°ピッチで２箇所に２つの支柱穴１３ｂを設けてもよいし、ほぼ１２０°ピッチで３箇所に３つの支柱穴１３ｂを設けてもよい。この場合も、ポンチリング１１の支柱部１１ｃ、及び上ノックアウト棒１４の下突起１４ｂは、上型取付板１３の支柱穴１３ｂの数及び位置に対応するように設けられる。

１ 前後方押出鍛造装置（熱間押出鍛造装置）
２ 下金型
３ 上金型（ポンチ）
３ａ 軸部
３ｂ 押出部
３ｃ ボルト穴
４ 下ノックアウト棒
５ 上シリンダ
５ａ シリンダ軸
１０ 離型装置
１１ ポンチリング
１１ａ リング部
１１ｂ 爪部
１１ｃ 支柱部
１２ 段差部
１３ 上型取付板
１３ａ ボルト穴
１３ｂ 支柱穴
１４ 上ノックアウト棒
１４ａ 上突起
１４ｂ 下突起
１５ 上型プレート
１５ａ 収容空間
１５ｂ 貫通孔
２１ 孔部
２２ 凹部
２３ 錐面
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 ガラス潤滑剤（潤滑剤）
３７ 中空シャフト鍛造品（シャフト鍛造品）

Claims (1)

1. 上方開放とされた凹状であって下金型内に装入された被加工材に対して、上金型である凸状のポンチを押し付けることにより前後方押し出し鍛造によって中空シャフト鍛造品を製造する前後方押出鍛造装置に備えられた中空シャフト鍛造品の離型装置であって、
   前記凸状のポンチの基端側の外周面に形成された径小の段差部と、
   前記ポンチの外周面に配備され、且つ前記段差部に対応する爪部を有し、該爪部が前記段差部に係合されて上下方向に昇降可能とされているリング部材と、
   前記リング部材の上方に配備されると共に、該リング部材を下方に押し出す押圧シリンダと、
   前記押圧シリンダと前記リング部材との間に配備され、上端部が前記押圧シリンダに当接し、且つ下端部が前記リング部材の上端面に当接し、前記リング部材を押し出すノックアウト部材と、
   を有していて、
   前記段差部は、上下方向を向く２つ以上の溝で構成されている
   ことを特徴とする中空シャフト鍛造品の離型装置。