WO2007013675A1

WO2007013675A1 - 鍛造用金型、鍛造成形品製造方法とその鍛造成形品

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Publication number: WO2007013675A1
Application number: PCT/JP2006/315349
Authority: WO
Inventors: Koji Watanabe
Original assignee: Showa Denko K.K.
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2007-02-01
Also published as: JP2012232347A; JP5510683B2; JPWO2007013675A1

Abstract

成形時に鍛造金型の成形孔内(35)に閉じ込められたガスを排出するためのガス抜き通路(34)を有する鍛造用命型(30)において、前記ガス抜き通路は、ガス流方向と垂直方向の断面積が異なる複数の段部を有し、前記成形孔壁面に臨む第1段部(X)の開口部面積がこれに接続する第2段部(Y)の開口部面積より小さく、かつ、その開口部が型分割部からなる壁面又は一体型部からなる壁面に設けられているので、ガス抜き通路に進入した鍛造用素材が製品排出時に折れても、次の鍛造時にガスの圧力により次段まで押され、ガス抜き通路が塞がれることがない。したがって、複雑な金型形状であっても成形孔内に閉じ込められたガスをスムーズに逃がし、欠肉の発生を抑えた寸法精度の良好な鍜造成形品を製造することができる。

Description

明細書鍛造用金型、鍛造成形品製造方法とその鍛造成形品技術分野

本発明は、複雑形状をもつ鍛造成形品を欠肉なく製造する鍛造用金型、鍛造成形品製造方法および鍛造装置とその鍛造成形品に関する。 ' 背景技術

鍛造により、複雑形状の製品を製造する場合、製品各部の肉や寸法が十分に確保することが重要である。

たとえば、複雑形状の製品の一例である、アルミ合金製のスクロールを鍛造成形する場合、特に渦巻状の羽根の成形に困難性があり、均一な高さ及び肉厚をもつ渦巻状の羽根を成形することが課題となっていた。その困難性の原因として、キヤビティに閉じ込められた空気により鍛造用素材の流入が阻止された結果、寸法精度の良好な鍛造品を得ることが困難と考えられていた。

そこで、日本特開平 1 0— 1 1 8 7 3 4号公報には、キヤビティに閉じ込められた空気によつて鍛造用素材の流入が阻止されることを防止し、寸法精度の良好な鍛造品を得ることを目的として、金型にエアベントを設ける方法が開示されている。

また、エアベットの孔径、開口位置などについては次のように開示している。孔径は、直径 1 mm以上が好ましく、最大その位置の肉厚の幅までとることができる。エアベントの孔径が直径 1 mmに達しないと、鍛造中に孔内に押し込まれた鍛造用素材力《鍛造品を金型から取り出す際に折れ、孑 L内に残留する虞れがある。その結果、次の鍛造時にキヤビティ内の空気を逃がすエアベントの作用が期待できなくなる。しかし、肉厚よりも大きな直径の孔では、流入する鍛造用素材の容積が大きくなりすぎ、孔の近傍で欠肉が生じ易くなる。また、比較的大きな突起部が形成されるため、鍛造後に製品から突起部を削り取る作業力《困難になり、製品歩留りも低下する。エアベントを開口させる位置は、製品形状に応じて決定されるが、空気溜りが生じ易い箇所である限り、製品のコーナー部，行き止まり部，肉厚の大きな部分，肉厚変化の大きな部分等のィ可れであっても良い。また、製品に対して対称的にェァベントを開口させるとき、鍛造用素材の流動がスムーズになり、鍛造品の寸法精度が一層向上する。更に、各部における鍛造用素材の塑性流動が一定になるように、エアベントの孔部を鍛造用素材溜めとしても利用できる。エアベントは、ポンチ速度（鍛造速度）にもよるが、キヤビティ内の空気^圧縮されることなくスムーズに外部に逃げる程度の個数及び大きさが必要である。エアベン卜を設けた金型を使用して鍛造しているので、得られる鍛造品には、エアベントの開口位置に対応してイボのように鍛造用素材が突出している。この突起部は、ベルトサンダ一、機械加工等によつて鍛造品から取リ除かれる。

また、上記の問題に対する対策として、日本特開平 1 0— 2 7 2 5 3 2号公報には、型分割部（但しャキバメ等で固定されておリ摺動しない。）の嵌め合わせ部、当接部のクリアランスをガス抜き通路として利用する場合もある。また、曰本特開昭 6 1— 1 5 4 7 2 7号公報には、ダイスとノックアウトピンとから構成される型摺動部をガス抜き穴として併用する方法も開示されている。型分割部とは、金型を複数の分割体に分割したときの分割体の境界部を示す。また、型摺動部とは、分割体の少なくとも一つが摺動しており、摺動する型の境界部を示す。従来の鍛造用金型のようなエアベント用孔を設けると、孔径を単に Φ 1 mm 以上としたものであるので、その結果、エアベント用孔に押し込まれた鍛造用素材の量が多〈なり、その結果、製品にピン状の形状（以後、エアーピンと呼ぶ）が付与されてしまうという点で不具合が発生した。特に高い鍛造荷重を必要とする製品を鍛造するとき、また型分割位置に近い箇所に設置したときに発生し易い。また、型摺動部であるノックアウトピンとのクリアランスをガス抜き通路として利用した場合は、クリアランス部に鍛造用素材が侵入しやすくなる。その結果バリが発生しやすくなるために、ノックァゥト時にその侵入したバリが取れてクリアランス部に堆積するのでノックアウトピンが摺動しづらくなるという点で不具合が生じ、積極的にガス抜きとして利用するには問題が多かった。また、ガス抜き穴を併用した場合は、その傾向は顕著となる。さらに、摺動部を利用する場合は、摺動部を配置する場所に制約があるので金型設計に自由度がない。

また、型分割部（ャキバメ等にょリ摺動しない部位）を利用した場合は、型同土のクリアランスが小さい又はャキバメ量（締め代）が大きい場合は、必要な通路が確保できずに充分なガス抜き効果が得られなくガスが残るために、欠肉が発生し成形が不良になる可能性がある。逆に、型同士のクリアランスが大きい又はャキバメ量（締め代）が小さい場合は、鍛造用素材が侵入しやすくなるので、バリの発生が大きくなつてしまう。

そこで、特に、高い鍛造荷重を必要とする製品および型分割位置に近い箇所にガス抜き穴を設ける必要があるような形状を、精度よく成形する際に設けるに適したガス抜き通路が求められている。なお、本明細書においてガスとは、鍛造ェ程の雰囲気の気体、例えば、空気、不活性ガス、または潤滑剤の気化したもの、例えば、水蒸気、気化した油などを含むものとする。

本発明は、このような状況に鑑み完成されたもので、複雑な形状であっても金型の成形孔内に閉じ込められた空気による欠肉の発生を抑え、成形孔内に十分に鍛造用素材を流動させ、寸法精度の良好な鍛造成形品を得ることを目的とする。発明の開示

本発明は、（1 ) 成形時に鍛造金型の成形孔内に閉じ込められたガスを排出するためのガス抜き通路を有する鍛造用金型において、前記ガス抜き通路は、ガス流方向と垂直方向の断面積が異なる複数の段部を有し、前記成形孔壁面に臨む第 1段部の開口部面積がこれに接続する第 2段部の開口部面積よリ小さく、力、つ、その開口部が型分割部からなる壁面又は一体型部からなる壁面に設けられていることを特徴とする鍛造用金型である。

なお、上記の型分割部とは、金型を複数の分割体に分割したときの分割体の境界部の部位であってャキバメ等によりその分割体が摺動しないように固定された部位のことである。また、上記の一体型部とは、分割されていない金型構成部品で構成された部位のことである。金型全体が一体物で製作された場合を含む。

( 2 ) 上記成形孔壁面に形成された開口部の断面積が 0 . 0 1〜 1 mm²である前記（1 ) に記載の鍛造用金型である。 (3) 上記成形孔壁面に形成された開口部の断面形状の内接円の直径が 0. 1〜 1 mmである前記（1 ) または（2) に記載の鍛造用金型である。

(4) 上記成形孔壁面に形成された開口部のガス抜き通路の次の段以降の面積が、開口部側の面積の 1. 04倍以上である前記（1 ) 〜（3) のいずれか 1に記載の鍛造用金型である。

(5) 上記成形孔壁面に形成された開口部側の形状部の長さが、開口部側の面積値の 1〜 1 5倍である前記（1 ) 〜（4) のいずれか 1に記載の鍛造用金型である。

(6) 本発明は、前記開口部を成形孔の金型壁面と鍛造用素材にょリ閉空間となつた凹部及び又は溝部に閉じ込められたガス溜リカ発生する位置に設けた前記

(1 ) 〜（5) のいずれか 1に記載の鍛造用金型である。

(7) 本発明は、前記（1 ) 〜（6) のいずれか 1に記載の鍛造用金型を使用し、成形孔内に鍛造用素材を投入し、成形子 Lの凹部及びノ又は溝部に閉じ込められるガスをガス抜き通路を介して逃がしながら鍛造する成形品の製造方法である。

(8) 上記鍛造用素材は、アルミニウム、鉄、マグネシウム、チ^ンから選ばれる何れか 1種の金属または、これらを主成分とする合金であることを特徴とする前記（7) に記載の鍛造成形品の製造方法である。

(9) 本発明は、前記（7) に記載の方法で製造された鍛造品を含む。

( 1 0) 本発明は、前記（1 ) 〜（6) のいずれか 1に記載の鍛造用金型を有する鍛造装置を含む。

本発明によれば、成形時に鍛造金型の成形孔内に閉じ込められたガスを排出するためのガス抜き通路を有する鍛造用金型において、前記ガス抜き通路は、ガス流方向と垂直方向の断面積が異なる複数の段部を有し、前記成形孔壁面に臨む第 1段部の開口部面積がこれに接続する第 2段部の開口部面積より小さく、力、つ、その開口部が型分割部からなる壁面又は一体型部からなる壁面に設けられているので、ガス抜き通路に進入した鍛造用素材の一部が製品排出時にガス抜き通路内で折れても、次の鍛造時にガスの圧力により次段部まで押され、詰りが解消されガス抜き通路が塞がれない。したがって、複雑な形状であっても金型の成形孔内に閉じ込められたガスをスムーズに逃がし、成形孔内に十分に鍛造用素材を流動させることができる。その結果、閉じ込められたガスによる欠肉の発生を抑えた寸法精度の良好な鍛造成形品を製造することができる。

また、成形孔壁面に形成された開口部の面積を小さくしてあるので、エアーピンの形状が細く短くなるため、製品からの除去作業を軽減することができる。また、成形孔壁面に形成された開口部の断面積が 0. 0 1〜 1 mm²であるのでエアーピンの形状が細く短ぐなるため、製品からの除去作業を軽減することができる。また、成形孔壁面に形成された開口部の断面形状の内接円の直径が 0 . "！〜 1 mmであるので、エアーピンの形状が細く短くなリ、製品からの除去作業を軽減できる。また、成形孔壁面に形成された開口部のガス抜き通路の次の段以降の面積が、開口部側の面積の 1 . 0 4倍以上であるので、通路壁面がエアピンと接角することなく目詰まり解消時に低抵抗とすることができる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の鍛造用金型によって製造するのに適した鍛造製品の一例を示す斜視図である。

第 2図は、本発明の鍛造用金型によって製造するのに適した鍛造製品の他の例を示す斜視図である。

第 3図は、本発明の錶造用金型によって製造するのに適した錶造品の他の例を示す斜視図である。

第 4図は、本発明の鍛造用金型の一例を示す縦断面図である。

第 5図（A) 〜（E ) は、同鍛造用金型に使用されるガス抜き通路の例を示す拡大縦断面図である。

第 6図（A) 〜（D ) は、同鍛造用金型に使用されるガス抜き通路の要部平面図、断面図である。

第 7図は、第 4図に示す鍛造用金型のガス溜リ部の拡大断面図である。

第 8図（A) 〜（C) は、本発明の鍛造用金型を使用した鍛造用素材の各成形工程を示す説明図である。

第 9図（A ) 〜（F) は、本発明の鍛造用金型を使用した鍛造用素材の各成形工程を示す説明図である。

第 1 0図（A ) 〜（E ) は、本発明の鍛造用金型を使用した鍛造用素材の各成形工程を示す説明図である。

第 1 1図は、本発明に用いる鍛造装置の一実施例を示す説明図である。

第 1 2図は、制御ピンを備えたガス抜き通路の一例を示す拡大縦断面図である。第 1 3図は、第 2図の鍛造品を鍛造するための金型の一例を示す縦断面図である。

第 1 4図は、第 3図の鍛造品を鍛造するための金型の一例を示す縦断面図である。

第 1 5図は、第 1 4図に示す金型の拡大断面図である。発明を実施するための最良の形態 '

本発明の鍛造用金型は、断面積が異なる複数の段部を有し、成形孔壁面に臨む第 1段部の開口部面積がこれに接続する第 2段部の開口部面積よリ小さく、かつ、その開口部が型分割部からなる壁面又は一体型部からなる壁面に設けられているガス抜き通路を備えたことにより、ガス抜き通路の目詰まりを防止して、欠肉の発生を抑えた寸法精度の良好な鍛造成形品を製造することができる。

実施例

以下にこの発明の実施の形態の一例を説明する。

<成形品の説明 >

本発明で対象としている成形品の有する複雑な形状とは、第 1図に示したような、リブ 1 1が高くなつている形状、第 2図に示したような、周囲が凹部であるために実質的に凸 1 2が高くなつている形状、或いは、第 3図に示したような内燃機関のピストンのような形状を有しているものである。

このような形状に対応した金型の部位は、金型壁面と鍛造用素材にょリ閉空間となった凹部及び Z又は溝部となり、そこにガスが閉じ込められ、ガス溜りが発生し易くなるからである。そのような形状を有する製品としては、たとえば、斜板式コンプレッサーの双頭ピストン、スクロール式コンプレッサーの渦卷体、内燃機関ピストンなどがある。本発明は、それらの形状を有する製品を直接成形する場合、それらの形状を有する一次加工成形品を成形する場合も対象としている。第 1 3図は、金属素材から鍛造形成品を鍛造する為の鍛造用金型の第 2実施例を示し、第 4図の金型と同様に金型 3 0は、下金型 3 1と上金型 3 2および形成品を下金型 3 1内から取り出すためのノックアウトピン 3 3、またはガス抜き通路 3 4を含んで構成される。また、下金型 3 1及び上金型 3 2は、中心部に鍛造成形孔 3 5がそれぞれ設けられている。

この鍛造用金型は第 2図に示すような、ベースプレート面 1 3と羽根部 1 4から成るスクロール式コンプレッサーの渦巻体を成形するのに好的に用いられる。第 1 4図は、本発明による鍛造用金型の第 3実施例を示し、第 1 3図の金型と同様に、本実施例の金型 3 0は、下金型 3 1にガス抜き通路 3 4が設けられている。

この鍛造用金型 3 0は第 3図に示すようなヘッド面 1 5、スカート部 1 6、リブ部 1 7、ピンボス部 1 8を有する内燃機関のピストンを成形するのに好的に用いられる。

<鍛造用金型の説明 >

ガス抜き通路を設ける金型の一実施例について第 4図を基に説明する。

本発明の鍛造用金型 3 0は、金属素材から鍛造成形品を鍛造するための下金型 3 1と上金型 3 2および成形品を下金型 3 1内から取り出すためのノックアウトピン 3 3、またガス抜き通路 3 4を含んで構成されている。また、金型 3 1、 3 2 は、中心部に鍛造成形孔 3 5がそれぞれ設けられている。

この鍛造用金型は、例えば、第 1図に示すような上金型の動作方向軸に対し平行なリブ 1 1を有している鍛造成形品として双頭ピストンを鍛造するのに用いる鍛造用金型である。以降、この双頭ピストンの鍛造に基づいて説明する。鍛造用金型 3 0の材質は、例えば、ダイス鋼等を使用することができる。

<ガス抜き通路の説明 >

ガス抜き通路の形状

本発明のガス抜き通路 3 4は、例えば、第 5図（A ) に示すようにガス流方向に、少なくとも第 1段部 X、第 2段部 Yの 2部構成を有している。さらに多段の構成とすることも可能である。第 1段部 X Iは、成形孔 3 5側に設けられる部位である。ここで、第 1段部 X I と第 2段部 Y 1の接続部 Z 1は、第 1段部 X Iの断面積より第 2段部 Y 1の断面積が大きくなるよう接続されていれば良い。また、部分的に第 2段部 Y 1より大きい断面積を有していても良い。

鍛造用金型 3 0の成形孔壁面に形成された開口部 3 6の断面積は、例えば、 0 . 0 1〜 1 mm²に形成する。また、開口部 3 6の直径を 0. 1〜 1 mmとしてもよい。

本発明に係る金型の加工、組上げは従来公知の方法を用いることができる。ここで、ガス抜き通路 3 4は、分割型を合体させる前でも後でも、何れの時に形成しても良いが、ガス抜き通路の精度を考慮すると、合体後に形成するのが好ましい。更に、一体型においても、ガス抜き通路 3 4は、鍛造成形孔 3 5を作製する前に作成しても、後に作成してもよいが、ガス抜き通路の精度を考慮すると、鍛造成形孔 3 5を作製した後に形成した方が好ましい。

第 2段部 Y 1の形状は特に限定されない。例えば、後述するような動作においてエアーピンを押出したガスを一時的に溜め込むガスダンパーとして充分な長さを有し、押出されたエアーピンを溜め込むに充分な長さを有している形状、または、ガスを大気中に放出すると同時に、排出されたエアーピンを除去するための開放口が設けられている形状とすることができる。例えば、鍛造金型 3 0を貫通して外面に開放口を有している形状とすることができる。

<ガス抜き通路の断面積 >

第 1段部 X 1の断面積は、 0 . 0 1〜 1 mm² (より好ましくは 0 . 0 3〜0 . 2 mm²) であることが好ましい。一方、第 2段部 Y 1の断面積は、第 1段部の断面積の 1 . 0 4倍以上（より好ましくは 1 . 3 ~ 3倍）であることが好まししゝ。第 1段部 X 1の断面積をこのように構成することで孔径が小さくなリ、鍛造用素材の進入を抑制できるので好ましい。

第 2段部 Y 1の断面積を第 1段部 X 1の断面積の 1 . 0 4倍以上にすることにより、侵入した鍛造用素材に接触しないので、ガス抜き通路内でエアーピンが折れた後の鍛造時、ガスの圧力によりエアーピンが押されて動く際の（摩擦）抵抗とならない。

また、開口部 3 6の断面の外接円の直径が 1 mm以下、好ましくは 0 . 1〜 1 mm、さらに好ましくは 0. 2 mm〜0. 5 mmです。それ未満では孔開け加工が困難。それを超えると鍛造用素材の流入が多くなるため、鍛造後のエアーピンが長くなリすぎる可能性があるからである。

<ガス抜き通路の長さ >

第 1段部 X Iの長さは、第 1段部 X 1の面積値の 1 ~ 1 5倍（より好ましくは 5〜 1 0倍）であることが好ましい。例えば、第 1段部 X 1の長さは、 1〜 1 0 mmであることが好ましい。また、第 2段部 Y 1の長さは、下金型 3 1の下側或いは上金型 3 2の上まで貫通した長さであることが好ましい。

第 1段部 X 1の長さをこのようにすることにより、エアーピンが折れた後の鍛造時、ガスの圧力によりエアーピンが押されて動く際の（摩擦）抵抗を小さく制御できる点から好ましい。また、第 1段部 X Iの長さを第 1段部 X Iの面積値の 1倍未満にすると、長さが短く鍛造用金型が欠ける可能性がある。更に、第 1段部 X 1の面積値の 1 5倍以上にすると、（摩擦）抵抗が大きく、エアーピンが抜けない可能性があるからである。

第 2段部 Y 1の長さをこのようにするのは、有効長さが決まっていると詰まつたエアーピンが第 1段部 X 1まで堆積してしまう可能性があり、エアーピン詰まリの解消の効果がなくなるからである。

このような形状としたので、連続的に成形品を製造した際、進入した鍛造用素材が製品排出時にガス抜き通路 3 4内で折れても、次の鍛造時、ガスの圧力によリ次段部まで押され、詰りが解消されガス抜き孔が塞がれない。したがって、複雑な形状であっても金型の鍛造成形孔 3 5内に閉じ込められた空気をスムーズに逃がし、成形孔内に充分に鍛造用素材 3 9を流動させることができる。

次に、ガス抜き通路の形状の具体例を図で説明する。

第 5図は、通路形状の例のガスの流れる方向に略平行な断面の例を示す。第 5図（A) は、前述したように成形孔側の第 1段部 X 1の断面積を第 2段部 Y 1の断面積より小さく形成し、第 1段部 X 1と第 2段部 Y "1の接続部 Z "Iを、直角な段部としたものである。

第 5図（B) は、別の実施例を示すもので、第 1段部 X 2と第 2段部 Y 2の接続部 Z 2の角度条件（0 ) を付与したものである（0度 < θ≤9 0度）。より好ましくは、 1度以上である。後述する第 5図（C ) と同効果でエアーピンを折れやすくすることができるからである。さらに、目詰まり解消時には抵抗とならなし、。また、 1 0度以上がさらにより好ましい。

角度条件（0 ) を 1 0度以上を好ましいとした理由は、 1 0度以上だと接続部 Z 2でも流入した鍛造用素材がガス抜き通路 3 4の壁面に接触しない状態とすることができ、接触した場合でも、その結果、目詰まりした後の鍛造工程で排除がより容易となるからである。

第 5図（C) は、他の実施例を示すもので、第 1段部 X 3を先太りのテーパ状に形成した例である。本実施例のように角度違いの、先太りに形成した場合、製品排出時に開口部 3 7でエアーピンが折れやすく、製品側にエアーピンが残りにくく、積極的に目詰まりさせた形状である。

第 5図（D ) は、他の実施例を示すもので、第 1段部 X 4の形成を先細りのテーパ状に形成した例である。本実施例のように角度違いの、先細りに形成した場合、製品排出時に第 2段部 Y 4でエアーピンが折れやすくピン長さの制御を意図している。また、開口部 3 8側での根本を太くしているので第 1段部 X 4では目詰まりし難く、好ましい結果を得ることができる。

第 5図（E ) は、本発明の他の実施例を示すもので、第 1段部 X 5の形状を径の異なる凹凸として、ガス抜き通路の断面形状を途中で変化させたものである。本実施例のように構成した場合、第 1段部 X 5への鍛造用素材の侵入の抑制するとともに、侵入した鍛造用素材を切れやすくする。

また、第 1段部 X 5の凹凸量を 0 . 0 1〜0. 3 mmとしたのでガスの圧力によリ侵入した鍛造用素材が下段まで押し出されるのを阻害することなく、目詰りが解消できる。更に、凹凸とした形状の輪郭は、矩形状、三角状、のこぎり歯状などにすることもできる。

第 6図（A ) 、 ( C) 、 ( D ) は、本発明の鍛造用金型に使用されるガス抜き通路 3 4の要部平面図である。ここで断面形状は、ガスの通り道が確保できれば良く、特に断面形状の制限はないが、作製し易さの点からは円形状が好ましい。第 6図（A) は、断面形状を円形状としたものである。第 1段部 Xと第 2段部 Yの中心 Oを一致させている。また、第 1段部 Xと第 2段部 Yの大きさの差は半径で 0. 2〜 1 mmが好ましい。 0. 2 mm未満では、差が小さく、エアーピンが第 2段部 Y内周と接触する可能性があリ、ガスの圧力によりエアーピンが押されて動く際の（摩擦）抵抗となる虞れがある為である。

また、第 6図（B) に示す様に、径が 1 mmを超える差を有する場合では、第 1段部 Xと第 2段部 Yの差が大きい。つまり、第 1段部 Xの張り出し量が大きく、破損しまう可能性があるからである。

第 6図（C) は、ガス抜き通路 3 4の断面形状を四角とした場合である。第 2 段部 Yは、第 1段部 Xの形状を 0. 2〜 "！ mm外側にオフセットした形状である。第 6図（D ) は、第 1段部 Xの断面形状を円形状、第 2段部 Yの断面形状を四角にした場合である。第 1段部 Xと第 2段部 Yの断面形状の距離は 0. 2〜 1 m mでめ。

第 6図（C) 、 ( D ) では断面形状を四角としたが多角形でも楕円でも可能である。つまり、第 1段部 Xと第 2段部 Yの形状は、大きさの差（距離）が好ましい範囲である 0 . 2〜 1 mmの範囲であれば、円、多角形、楕円のどの組み合わせでも可能である。

<ガス抜き通路の位置 >

金型の鍛造成形孔 3 5に対して、ガス抜き通路 3 4の開口部 3 6の位置は、製品形状に応じて決定されるが、空気溜りが生じ易い箇所である限り、製品のコーナ一部，行き止まり部，肉厚の大きな部分，肉厚変化の大きな部分等の何れであつても良い。特に、成形順序で最後に成形される箇所に設けるのがそのような箇所は閉じ込められた空気による欠肉の発生度合いが大きいので、その発生を解消できる点から好ましい。

ガス抜き通路 3 4の設置部位は、例えば、次のように考えて決めることが出来る。

1 ) 成形時、鍛造用金型 3 0と鍛造用素材によって密閉されるような場所でガス溜りが発生すると予想される箇所。ガス溜りは、鍛造欠陥（未成形）の原因となるからである。例えば、第 1図に示す成形品に対応した第 4図に示した鍛造用金型 3 0では、符号（a ) 〜（h ) で示す 8部位にその可能性がある。

2 ) ノックアウトピン 3 3の位置が設置される箇所（型摺動部）は、型のノック穴とノックアウトピン 3 3にクリアランス（ノックアウトピンが摺動するために必要）があるため、そこからガスが抜けて、ガス溜りとなりにくし、。そこで、鍛造欠陥の発生を検討、考慮した上で、まずはガス溜りになりそうな位置にノックアウトピン 3 3を設ける。第 4図では、ノックアウトピン 3 3を 4箇所設置することで、対象のガス溜り部を 8部位から 4部位（b ) 、（c ) 、（O 、 ( g ) に絞り込むことができる。

3 ) 次に、ガス抜き通路 3 4をガス溜り部のどこに配置するかを検討する。先ず、鍛造用素材のフローを考慮し、ガス溜り部の内どこが最後に成形されるかを判断基準とする。

第 7図に第 4図に示す鍛造用金型 3 0のガス溜り部の拡大図を示す。図中、最後に成形される部位は（I ) 、（J ) となることが予想される。したがって、この 2箇所（I ) 、（J ) に設けるのが好ましい。

以上の結果、第 1図に示した製品に対する鍛造用金型 3 0では 8箇所（= 2箇所ノ部位 X 4部位）にガス抜き通路 3 4を設置する必要がある。

その結果、開口部を成形孔の凹部及び Z又は溝部に閉じ込められるガス溜り（型と鍛造用素材によリ閉空間となつた箇所）力《発生する位置に設された金型となる。なお、本発明のガス抜き通路 3 4は、鍛造用金型の型分割部（図示せず）に配置しても良い。但し、本発明のガス抜き通路 3 4は、開口部 3 6が分割体の少なくとも一つが摺動している摺動型の境界部に設ける必要はない。

<ガス抜き通路の向き >

本発明のガス抜き通路 3 4の向きは、鍛造方向（金型の移動方向〉に平行であることに限定されない。そのために、金型設計の自由度が大きくなるので、複雑な形状の金型を容易に設計できる。

特に、製品排出方向に平行でない場合は、エアーピンを容易に切断することができるので好ましい。

また、素材進入の抑制する効果をより高める場合には、斜め方向（例えば、主鍛造方向、もしくは金型の移動方向に対して 4 5〜 9 0度、好ましくは 4 5〜7 0度の範囲）に設定することが好ましい。

<ガス抜き通路内に制御ピンを入れる実施例 > 第 1 2図に示すように、鍛造成形時に目詰まりを排出した後に第 2段部 Yに制御ピン 9 0を挿入する機構を設けてもよい。制御ピン 9 0とは、目詰まり時に第 2段部 Yから退避してエアーピン排出の妨げにならないとともに、通常（目詰まりしていない）時に第 2段部 Yに進入（上昇）することにより鍛造用素材がガス抜き通路 3 4内の次段（第 2段部 Y ) まで侵入するのを阻止する。また、制御ピン径は、上段穴径ょリ大きく下段穴より小さいものとし、長さは、下段長さより短く、好ましくは小数点第一位のレベルで短く、例えば、好ましくは下段部長さより 0. 0 1〜1 mm短くする。

第 1段部 Xに鍛造用素材が進入しても制御ピン 9 0が存在することにより差込ピン長さ及び差込み量を制御、抑制できるからである。

第 5図（D ) に示すガス抜き通路の形状と併用すれば、制御ピン 9 0の移動なしでも使用できる。開口部が広くエアーピンが折れにくいからである。

<潤滑剤排出との関係 >

ガス抜き通路 3 4は、金型成形孔内に塗布した潤滑剤を排出させる通路としても機能させることが出来る。潤滑カス溜りによる欠肉の解消目的にも使える可能性があるので相乗的に成形品の形状精度が向上する。

くガス抜き通路が詰まらない成形工程の説明 >

第 8図〜第 1 0図に本発明の鍛造用金型を使用した、素材投入〜成形〜差込バリ状況〜排出〜次の成形の各工程を示す。

先ず、第 8図（A) では、鍛造成形孔（キヤビティ） 3 5内に鍛造用素材 3 9 を置き、プレス鍛造する工程を示す。上金型 3 2が下降し成形が実施される。第 8図（B) 、 ( C) では、金型割に近い形状部より成形されて行く。ガス抜き穴周辺の凹形状部では、鍛造用素材 3 9と型にょリ閉空間が形成される。閉空間には、ガスは圧縮されながら充満することになる。

第 9図（A) 、 ( B) 、 ( C) では、鍛造用金型 3 0と鍛造用素材 3 9により形成された閉空間内のガスは、ガス抜き通路 3 4より排出されながら成形される。第 9図（D ) では、成形された製品を鍛造用金型からノックアウトピンによつて排出する。その時、差込張り（エアーピン） 4 0が折れ、ガス抜き通路 3 4の第 1段部 X内に滞在し目詰まりが発生する。第 9図（E ) 、（F ) 、第" 1 0図（A) では、次の鍛造時、ガス圧により目詰まリが回避される場合を示す。

目詰まりにより、閉空間内のガスは排出されない状態で残っているが、成形ェ程が進行するにつれて、さらにガスが圧縮されていく。成形終了の直前の時点でついに、エアーピン 4 0とガス抜き通路 3 4との（摩擦）抵抗力より大きな圧縮力が発生し、その力で先に目詰まりしているエアーピン 4 0を第 2段部 Yまで押し動かし、そこでエアーピン 4 0は排出され、目詰まりは解消され、ガスが抜ける。

また、第 1 0図（B) 、 ( C) 、 ( D ) 、 ( E ) では、次の鍛造時、ガス圧と素材成形による力により目詰まりが回避される場合を示す。

前述の第 9図（E) 、（F ) 、第 1 0図（A) に示す、圧縮空気圧では、下段までエアーピン 4 0を移動できなくても、 2回目の成形時の鍛造用素材がフローすることによリガスの圧縮率がより上がるので下段まで先のエアーピン（目詰まリピン） 4 0は押し動かされる。さらに、鍛造用素材自体がガス抜通路 3 4へ侵入することにより、直接、下段まで先のエアーピン（目詰まリピン） 4 0カ《押し動かされる。

本発明の鍛造成形品の製造方法では、以上の操作を繰リ返すことによリ安定して鍛造成形品を連続して製造することができる。

ここで、第 1段部 Xの長さは、上記した第 1 0図（B ) 、 ( C) 、 ( D ) 、 ( E ) に示すパターンで解消されるように設定することにより、目詰まり解消がより安定する。

<他の実施例 >

本発明の鍛造用金型 3 0は、上記説明したガス抜き通路 3 4を少なくとも 1つ有するものである。他に従来公知のガス抜き通路を組み合わせて有していても良し、。そのような場合でも、上記説明したガス抜き通路を有していることにより、本発明の目的は達せられるからである。

く鍛造用素材の説明 >

本発明に用いる鍛造用素材 3 9の製法は、連続錶造、押出、圧延等いずれであつても良い。アルミニウムやアルミニウム合金の場合、連続錶造された丸棒材が安価で好ましい。例えば、昭和電工株式会社製 S H O T I C材（登録商標）力挙げられる。アルミニウム合金においては、気体加圧式ホットトップ錶造法で連続錶造された丸棒材が、優れた内部健全性を持ち、結晶粒が微細であり、かつ、塑性加工による結晶粒の異方性がないため、摩擦抵抗部の抵抗効果を安定的に得ることができるので好ましい。

棒状材は、さらに所定の長さに切断され、必要に応じて面削処理を施して、次工程に送られる。

<鍛造成形工程 >

本発明での鍛造は型鍛造であり、本発明に用いる鍛造装置の構成の一例を、第 1 1図をもとに説明する。鍛造装置は、鍛造機 8 1と、上ボルスター 8 2に取りつけられた上金型 8 3と、下ポルスター 8 4に取り付けられた下金型 8 5とを含むものである。また、本発明に用いる金型の一例を第 4図に示す。鍛造用金型 3 0は、金属素材から鍛造成形品を鍛造するための下金型 3 1と上金型 3 2および成形品を下金型 3 2内から取り出すためのノックアウトピン 3 3、またガス抜き通路 3 4を含んで構成されている。

前記金型 3 1、 3 2は、中心部に鍛造成形孔 3 5が設けられている。また、鍛造成形品は第 1図に示すような上金型の動作方向軸に対し平行なリブ 1 1形状を有している。そして、必要に応じて、スプレー前後移送装置（表示せず）スプレ一回転装置（表示せず）を備えシャフト（表示せず）を介して、スプレー前後装置に取りつけられた潤滑剤スプレーノズル（表示せず）を有している潤滑剤塗布装置を設置することができる。

ここでガス抜き通路 3 4は、鍛造方向（金型の移動方向）と垂直方向の断面積力異なる複数の段部を有するガス抜き通路である。

本発明は、熱間、温間、冷間を問わないで適用することができる。一般には、鍛造の温度条件により、鍛造用素材の流動性が変わり、差込バリや、ガス抜き通路への鍛造用素材の侵入の挙動が変わるので、それに合わせた金型の設計をする必要があるが、本発明では、鍛造用素材の進入の挙動の如何によらずに、目詰まリ現象を解消できる。準備した鍛造用素材 3 9を上金型 3 2、下金型 3 1により形成される空間（成形孔） 3 5に押し込み、成形品を鍛造成形する。また、成形された素形材はノックアウトピン 3 3により下金型 3 2から取出される。なお、鍛造に際しては金型内周に潤滑剤を塗布してから実施するのが好ましい。

鍛造用素材 3 9には、必要に応じて、潤滑剤処理を施すのが好ましい。更に、ガス抜き通路 3 4を設けているので、ガス抜き通路 3 4が潤滑剤抜きとしても機能する。したがって、焼き付きまたは潤滑カス溜りによる欠肉が懸念される箇所にガス抜き通路 3 4を設置しても相乗的な効果的を有する。

<成形品の特徴 >

また、本発明の鍛造用金型により鍛造した場合、形成されるエアーピン 4 0の形状が細く短くなる。このため、後処理工程で除去する際に、不良品の発生率を低減できる。また、除去作業の作業工数が軽減できる。

以下、具体例を示して本発明の作用効果を明確にするが、本発明はこれに限定されるものではない。

第 1図のリブ 1 1の形状を有した成形品を、本発明に係る鍛造用金型を用いて製造した例である。また、ガス抜き通路 3 4は、第 5図（A ) 、 ( B) に示したものを用いた。

鍛造用素材の潤滑処理、金型の潤滑剤、金型温度、鍛造用素材の温度の各条件は、表 1に示すように鍛造用素材の潤滑処理はなし、金型の潤滑剤は油性潤滑剤、金型温度は 1 8 0 °C、鍛造用素材の温度は 4 1 0 °Cとした。また、鍛造用素材は、 4 0 0 0系 A L合金を用いた。

表 1

鍛造条件

鍛造結果は、表 2に示す。

表 2より明らかなように、実施例 1では、荷重 2 8 0 t、第 1段部 Xの径は 0 0 . 3 mm、第 1段部 Xの長さは 5 . 0 mm、第 2段部 Yの径は ø 1 . O m m、接続部 Zの角度 90度、エアーピン長さ 1. 5mm、目詰まり現象は無しであった。

実施例 2では、荷重 280 t、第 1段部 Xの径は 00. 5mm、第 1段部 X の長さは 5. Omm、第 2段部 Yの径は ø 1. 0 mm、接続部 Zの角度 90度、エア一ピン長さ 3. Omm, 目詰まり現象は無しであった。

実施例 3では、荷重 280 t、第 1段部 Xの径は 00. 5mm, 第 1段部 X の長さは 1 2. Omm、第 2段部 Yの径は ø 1. 0 mm、接続部 Zの角度 90 度、エアーピン長さ 3mm、目詰まり直後の鍛造工程では解消されず、その次の 3回目の鍛造工程で解消した。

比較例 1 (従来）では、荷重 280 t、第 1段部 Xの径は 00. 5mm、第 2段部 Yの径は 00. 5mm (段部を有していない。）、接続部 Zの角度 0度、エアーピン長さ 3mm、目詰まり現象は存在した。

比較例 2 (従来）では、荷重 280 t、第 1段部 Xの径は 01. 1 mm、第 2段部 Yの径は 01. 1 mm (段部を有していない。）、接続部 Zの角度 0度、エア一ピン長さ 1 4mm、目詰まり現象は無しであった。しかし、エアーピンが長く、次のトリム工程で不良品が発生した。

表 2

第 1 3図は、金属素材かつ鍛造成形品を鍛造するための鍛造用金型の第 2実施例を示し、第 4図の金型と同様に金型 30は、下金型 31と上金型 32および成形品を下金型 31内から取り出すためのノックアウトピン 33、またはガス抜き通路 3 4を含んで構成されている。また、下金型 3 1及び上金型 3 2は、中心部に鍛造成形孔 3 5がそれぞれ設けられている。

この鍛造用金型は、第 2図に示すようなベースプレートド面 1 3と羽根部 1 4 力、ら成るスクロール式コンプレッサーの渦卷体を成形するのに好的に用いられる。

この渦巻体の成形は、凸部 1 2を有するベースプレート面 1 3が成形された後に、羽根部 1 4に素材が塑性流動して成形が完了する。この凸部 1 2の成形時に、その部位にガスが閉じ込められる。ガス抜き通路は、ガス閉じ込められる箇所に設けるのが好ましい。その結果、閉じ込められた空気による欠肉の発生を抑えることが出来るからである。

従って、本実施例ではガス抜き通路 3 4は、ガスの閉じ込められる部位である、凸部 1 2に対応した位置に設置している。

第 1 4図は本発明による鍛造用金型の第 3実施例を示し、第 1 3図の金型と同様に、本実施例の金型 3 0は、下金型 3 1にガス抜き通路 3 4が設けられている。この鍛造用金型 3 0は、第 3図に示すようなヘッド面 1 5，スカート部 1 6，リブ部 1 7、ピンボス部 1 8を有する内燃機関のピストンを成形するのに好的に用いられる。

第 1 5図は、上記内燃機関のビストンのリブ部 1 7、スカー卜部 1 6でのガス抜き通路付近の成形時の空気の溜まり部の拡大断面図であって、空気溜まりの発生する様子を模式的にしたものです。

内燃機関ビストンの成形は、へッド面 1 5が成形された後に、リブ部 1 7、スカー卜部 1 6、ピンボス部 1 8に素材が塑性流動して成形が完了する。ガス抜き通路 3 4は成形順序で最後に成形される箇所に設けるのが好ましい。その結果、閉じ込められた空気による欠肉の発生を抑えることが出来るからである。

従って、本実施例ではガス抜き通路 3 4は、最後に成形される部位である。リブ部、スカート部、ピンボス部に設置している。産業上の利用可能性

以上のように、この発明にかかわる鍛造成形品は、複雑な形状であっても金型の成形孔内に閉じ込められた空気による欠肉の発生を抑え、成形孔内に十分に鍛造用素材を流動させ、寸法精度の良好な成形品を得ることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 成形時に鍛造金型の成形孔内に閉じ込められたガスを排出するためのガス抜き通路 3 4を有する鍛造用金型 3 0において、

前記ガス抜き通路は、ガス流方向と垂直方向の断面積が異なる複数の段部を有し、前記成形孔壁面に臨む第 1段部の開口部面積がこれに接続する第 2段部の開口部面積より小さく、かつ、その開口部が型分割部からなる壁面又は一体型部からなる壁面に設けられていることを特徴とする鍛造用金型。

2 . 前記成形孔壁面に形成された開口部の断面積が 0. 0 1〜 1 mm²である請求の範囲第 1項記載の鍛造用金型。

3 . 記^形孔壁面に形成された開口部の断面形状の内接円の直径が 0 . 1〜

1 mmである請求の範囲第 1項又は第 2項記載の鍛造用金型。

4. 前記成形孔壁面に形成された開口部のガス抜き通路の次の段以降の面積が、開口部側の面積の 1 . 0 4倍以上である請求の範囲第 1項〜第 3項のいずれか 1項に記載の鍛造用金型。

5 . 前記成形孔壁面に形成された開口部側の形状部の長さが、開口部側の面積値の 1〜 1 5倍である請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれか 1項に記載の鍛造用金型。

6 . 前記開口部を成形孔の金型壁面と素材にょリ閉空間となった凹部及びノ又は溝部に閉じ込められたガス溜りが発生する位置に設けた請求の範囲第 1項〜第 5項のいずれか 1項に記載の鍛造用金型。

7 . 請求の範囲第 1項〜第 6項のいずれか 1項に記載の鍛造用金型を使用し、成形孔内に鍛造用素材を投入し、成形孔の凹部及び又は溝部に閉じ込められるガスをガス抜き通路を介して逃がしながら鍛造する成形品の製造方法。

8 . 鍛造用素材は、アルミニウム、鉄、マグネシウム、チタンから選ばれる何れか 1種の金属または、これらを主成分とする合金であることを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の鍛造成形品の製造方法。

9. 請求の範囲第 7項に記載の方法で製造された鍛造品。請求の範囲第 1項〜第 6項のいずれか 1項に記載の鍛造用金型を有する鍛造装置。