JPH08164438A - 薄肉ディスクの鍛造成形法 - Google Patents

薄肉ディスクの鍛造成形法

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JPH08164438A
JPH08164438A JP33202594A JP33202594A JPH08164438A JP H08164438 A JPH08164438 A JP H08164438A JP 33202594 A JP33202594 A JP 33202594A JP 33202594 A JP33202594 A JP 33202594A JP H08164438 A JPH08164438 A JP H08164438A
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JP
Japan
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rotary forging
reduction
die
disk
rolling
Prior art date
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Pending
Application number
JP33202594A
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English (en)
Inventor
Tomihiko Fukuyasu
富彦 福安
Masayoshi Akiyama
雅義 秋山
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J9/00Forging presses
    • B21J9/02Special design or construction
    • B21J9/025Special design or construction with rolling or wobbling dies
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/008Incremental forging

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 荷重低減を図りながらも成形中における素材
の安定性を確保し、かつ外周バリを低減して材料歩留の
向上をも可能とする薄肉ディスクの回転鍛造成形法を確
立する。 【構成】 回転鍛造により薄肉ディスクを製造するに際
し、成形型(上型)の傾角αと回転数Nとを「1.0 °≦
α≦ 10.0 °」及び「N≧60rpm 」なる範囲に設定す
ると共に、回転鍛造の一回転当り圧下量δ(mm/rev)を、
圧下の初期(成形型と材料との接触時)には「δ<0.00
03・α・df」に、また圧下の終期近くまで(t/tf ≧
1.2の範囲)は「δ≧0.0004・α・df」{但し、 t:デ
ィスク素材の加工中の厚み(mm),tf:ディスク素材の
回転鍛造仕上げ厚み(mm),df:ディスク素材の回転鍛
造仕上げ外径(mm)}を満足する如くにそれぞれ調整す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、薄肉ディスクを製造
するための回転鍛造成形法に関するものである。
【0002】
【従来技術とその課題】回転鍛造法は、大荷重を加えて
素材全体を一度に加工するのとは異なり、部分的加工を
繰り返すことによって全体を所望形状にまで加工する技
術であるため、比較的小さな加工力で成形できる塑性加
工手段として知られている。特に、多品種少量生産がな
されるディスク材等の製造には回転鍛造法が極めて有効
な生産手段となるが、現在、この回転鍛造法としては、
下型を回転駆動し上型を従動させて成形を行う“下型回
転形式”と下型を固定し上型を揺動させて成形を行う
“揺動ダイ形式”とが実用されている。なお、どちらの
形式の回転鍛造法でも被成形材料及び下型と上型との相
対運動は同じで成形原理自体には格別な差異はないこと
から、以下、図1に示す“下型回転形式”を例に回転鍛
造を説明する。
【0003】さて、従来、上記回転鍛造は“上型(成形
型)の傾斜角度(傾角) α",“下型の回転数N”並びに
“圧下速度v”を特定の値に設定して実施されている。
この場合、上記設定項目と成形荷重との間には下記の関
係が存在することが知られていることから、回転鍛造成
形の加工力や加工時間、とりわけ加工力ができるだけ小
さくて済むように“上型傾角α",“下型回転数N”及び
“圧下速度v”の設定には鋭意工夫が凝らされてきた。 a) 上型傾角αを大きくすると成形荷重は小さくなる, b) 下型回転数Nを大きくすると成形荷重は小さくな
る, c) 圧下速度を大きくすると成形荷重も大きくなる。
【0004】しかしながら、この回転鍛造成形法では、
特に肉厚の薄いディスク材を成形しようとする場合には
“加工力”や“加工時間”の他にも「成形中における素
材の安定性」や「外周バリ」が大きな問題となる。なぜ
なら、薄肉ディスクの場合には、成形中材料に反りが生
じ型内での安定性が悪くなって成形作業に悪影響を及ぼ
しがちであり、また外周バリの発生が目立って材料歩留
への悪影響が顕著となりがちだからである。しかるに、
現在のところ上記問題への対処法が十分に確立されてお
らず、回転鍛造成形法によって薄肉ディスクを効率良く
安定成形できる手段が切実に望まれていた。
【0005】このようなことから、本発明が目的とした
のは、荷重低減を図りながらも成形中における素材の安
定性を確保し、かつ外周バリを低減して材料歩留の向上
をも可能とする薄肉ディスクの回転鍛造成形法を確立す
ることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく、まず薄肉ディスクを回転鍛造成形する場
合に問題となる素材の安定性阻害因子を究明すべく実験
を重ねたところ、成形中における素材の不安定につなが
る現象は、大きく分けると次の2種類に集約されること
が判明した。
【0007】(a) 圧下初期の上型と材料が接触する時点
で上型が材料をはじき飛ばすように作用し、そのため材
料のセンタ−が外れてしまう。これは、正常な圧下状態
では下型と材料との摩擦によって材料は型から移動する
ことはないが、圧下初期には材料が下型に十分押さえ付
けられておらず、そのため下型との摩擦力が十分に作用
しないので上型の接触によって材料がずれてしまうこと
に起因するものと考えられる。 (b) 圧下終期近くになり、上型に圧下されている面の反
対側で材料が下型から浮き上がってしまい、甚だしい場
合には下型からはみ出してしまう。これは、材料が薄く
なると反りや曲がりが生じやすくなるが、回転鍛造では
上型と材料の接触面は材料上面全体ではなくて図2で示
すように一部分のみであり、そのため圧下側のメタルフ
ロ−により圧下されている部分とは反対側で材料が下型
より浮き上がることに起因するものと考えられる。
【0008】そこで、成形中での素材の不安定につなが
る上記現象を解消すべく研究を行った結果、これらの解
消には“回転鍛造の初期”と“その後から終期近くま
で”とで圧下速度(回転鍛造一回転当り圧下量)をそれ
ぞれにコントロ−ルするのが効果的であり、またこれに
よって外周バリの発生も抑制されるとの知見を得ること
ができた。
【0009】即ち、前記 (a)項に示した現象(材料のズ
レ)については、圧下初期に上型が材料へ急激に食い込
まないようにゆっくりと圧下することにより防止でき、
そしてこの材料のズレが解消されることにより外周バリ
の発生が抑えられることが分かった。
【0010】また、圧下終期近くに見られるところの前
記 (b)項に示した現象(材料の部分的な浮き上がり)に
ついては、圧下速度を極力速くすると上型と材料の接触
面が増えて材料の浮き上がりが防止されるものの、むや
みに圧下速度を速くすると荷重が大幅に増加してしまう
ことが分かった。しかし、“材料の成形進行程度”及び
“圧下速度”と“型からの浮き上がり傾向”との間には
特定の関係があり、これらの関係から荷重の増加を最小
限に抑えた材料の浮き上がり防止圧下速度の把握が可能
であることが明らかとなった。
【0011】更に、前述したように、回転鍛造に際して
の回転鍛造機の設定は一般に上型傾角,下型回転数,圧
下速度の3条件についてなされるため、圧下速度を“残
りの2条件”と“ディスク素材の回転鍛造仕上げ外径”
との関数として整理してやれば、最終仕上げ形状が与え
られると最適圧下パタ−ンが決定でき、この圧下パタ−
ンに従うことで素材の不安定現象,バリの発生が抑制さ
れることをも確認することができた。
【0012】本発明は、上記知見事項等を基になされた
ものであり、「回転鍛造によって薄肉ディスクを製造す
るに際し、 上型の傾角α(°)と回転数N(rpm) とを 1.0 °≦ α ≦ 10.0 °, N ≧ 60rpm なる範囲に設定すると共に、 回転鍛造の一回転当り圧下
量δ(mm/rev)を、 圧下の初期(成形型と材料との接触
時)には δ < 0.0003・α・df に、また圧下の終期近くまで(t/tf ≧ 1.2の範囲)は δ ≧ 0.0004・α・df を満足する如くにそれぞれ調整しつつ成形を行うことに
より、 極力小さい加工力でもって成形中における素材の
安定性を確保しつつ、 かつ外周バリの発生を抑制しなが
ら薄肉ディスクの効率の良い回転鍛造成形ができるよう
にした点」に大きな特徴を有するものである。
【0013】ここで、上記「回転鍛造」は“下型回転形
式",“揺動ダイ形式”の何れであっても良く、また圧下
速度をv(mm/sec),成形型の回転数をN(rpm) とすれば
回転鍛造の一回転当り圧下量δ(mm/rev)は δ = 60×v/N で表されることは言うまでもない。
【作用】
【0014】以下、本発明において薄肉ディスクの回転
鍛造条件を前記の如くに限定した理由をその作用と共に
説明する。 A) 成形型(上型)の傾角α 回転鍛造では上型に傾角α(前記図1参照)を付けるこ
とで部分加工を行っているが、この角度αが 1.0°未満
では荷重低減効果は少なく、一方、10.0°を超えると荷
重低減効果が飽和し始めるばかりか、逆に材料の浮き上
がり傾向が増す等のデメリットが多なる。従って、上型
傾角α(°)は 1.0 °≦ α ≦ 10.0 ° の条件を満たすことと定めた。
【0015】B) 成形型(下型)の回転数N 材料の加工時間を短くするためには上下型の回転数を高
くすることが必要であり、熱間加工を想定した場合には
温度降下等の関係で最低でも60rpm とすることが必要
である。従って、下型の回転数N(rpm) は N ≧ 60rpm の条件を満たすことと定めた。
【0016】C) 回転鍛造の一回転当り圧下量δ 実験を繰り返しながら行われた研究により明らかとなっ
たことであるが、回転鍛造を行う際の圧下初期(上型と
材料との接触時)における一回転当り圧下量δを「δ<
0.0003・α・df」の範囲とすることで、材料と上型との
接触時に起きがちな材料の移動(ズレ)を防止すること
が可能となる。これに対して、圧下初期における一回転
当り圧下量δをこれより大きくすると材料が成形型から
ずれるようになって安定性が保てず、また外周バリが発
生するようになる。従って、圧下初期(上型と材料との
接触時)には一回転当り圧下量δ(mm/rev)を δ < 0.0003・α・df の範囲に調整することと定めた。
【0017】一方、上型と材料との接触してから少なく
ともディスク部の厚さtが最終仕上げ厚さtfの 1.2倍と
なる圧下の終期近くまで(t/tf ≧ 1.2)は、圧下速度
を高くしても荷重の急激な上昇は見られず、従って回転
鍛造の一回転当り圧下量δを大きくすることによって材
料の浮き上がりを防止することかできる。この場合、一
回転当り圧下量δが「δ<0.0004・α・df」の範囲であ
ると材料の浮き上がりを十分に防止することができず、
「δ≧0.0004・α・df」の範囲とすることで初めて“材
料の浮き上がり防止のために最低限必要な上型と材料と
の接触面積”が確保できて材料の浮き上がりを防止でき
ることから、上型と材料の接触後から圧下の終期近くま
で(t/tf ≧ 1.2の範囲)は一回転当り圧下量δ(mm/re
v)を δ ≧ 0.0004・α・df の範囲に調整することと定めた。なお、これ以降につい
てはメタルフロ−がそれほど多くはないので、一回転当
り圧下量δが如何ほどであっても材料の浮き上がりが生
じることはなく、従って圧延荷重が極端に高くならない
程度に一回転当り圧下量δを設定すれば良い。
【0018】続いて、本発明を実施例により説明する。
【実施例】図1に示したような“下型回転形式”の回転
鍛造機を用い、外径が450mmφで厚さが300mmの高
炭素鋼鋼片より図3に示す形状・寸法のディスク素材を
成形する試験を実施した。
【0019】なお、この回転鍛造成形では、上記高炭素
鋼鋼片の複数を1250℃に加熱してからスケ−ル除去
を行い、何れも下型回転数N(rpm) を90rpm 一定とす
ると共に上型傾角α (°) 及び圧下速度v(mm/sec)につ
いてはそれぞれ変化させた条件でディスク素材形状に成
形した。これら試験条件と試験結果を表1にまとめて示
す。ここで、表1に示す成形型一回転当り圧下量δは δ(mm/rev) = 60×v/N で表されることは前述した通りである。
【0020】
【表1】
【0021】表1に示される結果からは次のことが確認
できる。即ち、回転鍛造成形条件が本発明の規定を満た
しておれば回転鍛造初期の素材の移動(ズレ)と浮き上
がりが共に抑制され、良好な成形性を示すのに対して、
成形型一回転当り圧下量δが本発明で規定する条件を満
たさない場合には、外周バリが発生したり、回転鍛造初
期に材料が型からはみ出して成形性を悪化すると共に外
周部にバリをも発生することが明らかである。
【0022】
【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、回転鍛造により成形中に材料が下型から浮き上がる
等の不都合や外周バリの発生を抑えつつ健全形状の薄肉
ディスクを材料歩留良く安定成形できるようになるな
ど、産業上有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】下型回転形式の回転鍛造に関する説明図であ
る。
【図2】回転鍛造時における上型と材料の接触面に関す
る説明図である。
【図3】実施例において製造を試みた薄肉ディスク素材
の形状・寸法に関する説明図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転鍛造によって薄肉ディスクを製造す
    るに際し、上型の傾角α(°)と回転数N(rpm) とを 1.0 °≦ α ≦ 10.0 °, N ≧ 60rpm なる範囲に設定すると共に、回転鍛造の一回転当り圧下
    量δ(mm/rev)を、圧下の初期(成形型と材料との接触
    時)には δ < 0.0003・α・df に、また圧下の終期近くまで(t/tf ≧ 1.2の範囲)は δ ≧ 0.0004・α・df を満足する如くにそれぞれ調整しつつ成形を行うことを
    特徴とする、薄肉ディスクの回転鍛造成形法。
JP33202594A 1994-12-12 1994-12-12 薄肉ディスクの鍛造成形法 Pending JPH08164438A (ja)

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