トップ :: B 処理操作 運輸 :: B21 本質的には材料の除去が行なわれない機械的金属加工;金属の打抜き

【発明の名称】 鍛造方法とその鍛造方法に用いる金敷
【発明者】 【氏名】柿本 英樹

【要約】 【課題】素材の幅方向中央部のデッドメタル域の発生を低減することができるばかりか、角部での折れ込み疵の発生等表面に疵が発生することを防止でき、なおかつ、一種の金敷しか使わないため作業時間も多くかかることがない鍛造方法とその鍛造方法に用いる金敷を提供することを課題とする。

【構成】金敷Aの第一の押圧部1を素材Bの表面に圧下して、その素材Bの幅方向両側部に凹面4を形成する第一工程と、金敷Aの第二の押圧部2を、前記凹面で挟まれた素材Bの幅方向中央部の凸面5に圧下して、素材Bの表面を平滑に仕上げる第二工程とより成り、金敷には第一の押圧部1と第二の押圧部2が素材Bの搬送方向に連続して設けられている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金敷の第一の押圧部を素材の表面に圧下して、その素材の幅方向両側部に凹面を形成する第一工程と、
金敷の第二の押圧部を、前記凹面で挟まれた素材の幅方向中央部の凸面に圧下して、素材の表面を平滑に仕上げる第二工程とより成り、
金敷には、幅方向中央部に非押圧部が設けられた第一の押圧部と、第二の押圧部が、素材の搬送方向に連続して設けられていることを特徴とする鍛造方法。
【請求項2】
素材の搬送と圧下が繰り返し行われ、一回毎の素材の搬送寸法は、金敷の、素材搬送方向寸法の1/2以下であると共に、第一の押圧部、第二の押圧部夫々の、素材搬送方向寸法以下であることを特徴とする請求項1記載の鍛造方法。
【請求項3】
第一の押圧部の幅方向中央部に設けられた非押圧部は、素材側に開放した凹状であり、その非押圧部の高さ寸法は素材の厚み寸法の30%より大きく、第一工程及び第二工程の金敷の圧下率は素材の厚み寸法に対して5〜30%であることを特徴とする請求項1または2記載の鍛造方法。
【請求項4】
第一の押圧部と第二の押圧部が素材の搬送方向に連続して設けられており、第一の押圧部の幅方向中央部には、少なくとも素材側に開放した非押圧部が設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の鍛造方法に用いる金敷。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼塊や鋼材などの素材を鍛伸する際に素材の内部や表面に発生する欠陥をなくした鍛造方法とその鍛造方法に用いる金敷に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、図7に示すように、鋼塊や鋼材などの素材bを鍛伸するには、押圧面11が平面となった金敷aで、素材bの上下を挟み込むようして加工を施す自由鍛造方法が一般的に行われていた。具体的にはこの従来の鍛造方法は、素材bを圧下する平面状の押圧面11を有する金敷aを用いて行われていた。つまり、素材Bに対するこの金敷aの押圧面11による圧下と、素材bの搬送を繰り返し行うことにより素材bの鍛伸は行われていた。
【0003】
しかしながら、このような鍛伸作業により素材を加工すると、金敷の押圧面に接触する素材の表層は金敷によって塑性流動が拘束されるため、金敷と接触する範囲の中央部、即ち素材の幅方向中央部には殆ど歪みが加わらないデッドメタル域が発生することがあった。
【0004】
一般に素材を加工すると、素材内部には塑性ひずみを受ける部位とほとんど受けないデッドメタル域が存在することとなる。塑性ひずみを受ける部位では組織の微細化による機械的性質の向上や内部欠陥の閉鎖により特性を均一化することができる。しかし、デッドメタル域では鋳込んだ際の粗い組織のまま残留するため、組織の微細化や内部欠陥の閉鎖が起こらず、特に感受性の高い難加工材を鍛造する際に鍛造割れ等の表面欠陥を生じることがある。
【0005】
そこで、デッドメタル域の発生を解消するために発明された鍛造方法が、特許文献1に記載された発明である。
【0006】
特許文献1によると、図8に示すように、素材の鍛造は二つに工程に分けて行われていた。なお、二工程に分けて行われるが金敷の形状は多少異なるが二工程とも正面図は図7と略同じであるので特に図示はしない。まず、行われるのが図8(a)に示す第一工程で、素材bの幅より狭い幅の押圧面21を有する第一の金敷a1で、素材bの幅方向中央部のみを圧下して幅方向中央部に凹部22を形成する。次に行われるのが図8(b)に示す第二工程で、素材bの幅より広い幅の押圧面31を有する第二の金敷a2で、前記凹部22が形成された素材bの幅方向両端部を圧下することで素材bの表面を平滑に仕上げる。
【0007】
この特許文献1に記載された鍛造方法によると、確かに、素材の幅方向中央部のデッドメタル域の発生を低減する効果はあるが、第一工程終了後に、段差が出来た箇所で温度分布がつき、変形抵抗に差が生じ、第二工程で、表面疵が発生してしまうという問題を新たに発生していた。更には、鍛錬では、素材を軸方向に回転させ、図8(a)及び(b)に記載された上下方向、左右方向からの圧下を順次行うために角部での折れ込み疵の発生を助長してしまうという問題もあった。また、二種の金敷を使うため作業時間も余分にかかるという新たな問題も発生していた。
【特許文献1】特開2002−160036号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、素材の幅方向中央部のデッドメタル域の発生を低減することができるばかりか、角部での折れ込み疵の発生等表面に疵が発生することの防止と内部欠陥の閉鎖も達成でき、なおかつ、一種の金敷しか使わないため作業時間も多くかかることがない鍛造方法とその鍛造方法に用いる金敷を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
請求項1記載の発明は、金敷の第一の押圧部を素材の表面に圧下して、その素材の幅方向両側部に凹面を形成する第一工程と、金敷の第二の押圧部を、前記凹面で挟まれた素材の幅方向中央部の凸面に圧下して、素材の表面を平滑に仕上げる第二工程とより成り、金敷には、幅方向中央部に非押圧部が設けられた第一の押圧部と、第二の押圧部が、素材の搬送方向に連続して設けられていることを特徴とする鍛造方法である。
【0010】
請求項2記載の発明は、素材の搬送と圧下が繰り返し行われ、一回毎の素材の搬送寸法は、金敷の、素材搬送方向寸法の1/2以下であると共に、第一の押圧部、第二の押圧部夫々の、素材搬送方向寸法以下であることを特徴とする請求項1記載の鍛造方法である。
【0011】
請求項3記載の発明は、第一の押圧部の幅方向中央部に設けられた非押圧部は、素材側に開放した凹状であり、その非押圧部の高さ寸法は素材の厚み寸法の30%より大きく、第一工程及び第二工程の金敷の圧下率は素材の厚み寸法に対して5〜30%であることを特徴とする請求項1または2記載の鍛造方法である。
【0012】
請求項4記載の発明は、第一の押圧部と第二の押圧部が素材の搬送方向に連続して設けられており、第一の押圧部の幅方向中央部には、少なくとも素材側に開放した非押圧部が設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の鍛造方法に用いる金敷である。
【発明の効果】
【0013】
本発明の鍛造方法によると、素材の幅方向中央部のデッドメタル域の発生を低減することができるばかりか、角部での折れ込み疵の発生等表面疵の発生を防止でき、なおかつ、効率よく内部欠陥を均質化することができる。更には、一種の金敷しか使わないため作業時間も多くかかることはない。
【0014】
本発明の金敷によると、素材の幅方向中央部のデッドメタル域の発生を低減することができるばかりか、角部での折れ込み疵の発生等表面疵の発生を防止でき、なおかつ、効率よく内部欠陥を均質化することができる。更には、この一種の金敷のみで鍛造作業を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいてさらに詳細に説明する。
【0016】
図3及び図4において、Aは金敷、1は金敷Aに形成された第一の押圧部、2は金敷Aに形成された第二の押圧部、3は第一の押圧部の幅方向中央部に設けられた非押圧部である。また、図1に示すBは金敷Aによって加工される素材であり、例えば、その材質は炭素鋼(S55C)や低合金鋼(SCM440)等の金属材料である。4は第一工程で素材Bの幅方向両側部に形成される凹面、5は凹面4,4に挟まれた凸面である。
【0017】
図3及び図4に示すように、金敷Aには、素材Bの表面に圧下する面として第一の押圧部1と第二の押圧部2が素材Bの搬送方向に連続して形成されている。第一の押圧部1と第二の押圧部2は、後記する素材Bの搬送方向の、長さ寸法が同じである。第一の押圧部1の幅方向中央部には、凹状の非押圧部3が設けられている。押圧面を下にして金敷Aを正面から見た場合、非押圧部3は下方が広がった等脚台形状をなしており、素材B側に開放している。その非押圧部3の高さ寸法は、素材Bの厚み寸法との関係で決まっている。即ち、非押圧部3の高さ寸法は、素材Bの厚み寸法の30%より大きな寸法である。なお、その寸法の上限は金敷Aの高さ寸法の範囲内であれば良い。また、非押圧部3の幅寸法は、上部に向かうほど狭まるよう上下で異なる寸法となっているが、その最大寸法(下部の寸法)が素材Bの幅寸法より小さいことが条件である。第一の押圧部1はこの非押圧部3を挟む両側が素材Bの表面を圧下する平坦な面となっている。第二の押圧部2は全て平坦な面となっている。
【0018】
なお、非押圧部3は正面視で必ずしも下方が広がった等脚台形状でなくても良く、その幅寸法が上部に向かうほど狭まるか、同じであれば良い。即ち、正面視で図5に示すような半円形や、更には長方形とすることも可能である。
【0019】
また、例えば、図4(c)に示すように、金敷Aの各角部分(出隅部のほか入隅部も含む)にはRを設けることが望ましい(R=1/10W程度:Wは金敷Aの搬送方向の寸法)。全ての図面には図示はしていないが、金敷Aが素材Bに圧下される際に、素材B表面に接触する金敷Aの角部分にRを設けることは特に重要である。このRを設けることにより素材Bの表面に疵が付くことを防止できる。また、第一の押圧部1の非押圧部3と第二の押圧部2の境目にもRが付けられている。このRにより折れ込み疵の発生を防止できる。他の角部分にもRを設けることで作業の安全性が向上できる。なお、Rの大きさは1/10Wでなくても良く、また、素材B表面に接触する部位を除き必ずしも設ける必要はない。
【0020】
素材Bは円柱状、角柱状、帯状等の長尺状の鋼塊や鋼材などである。図面には素材Bとして四角柱状の鋼材を例示しているが、円柱状等他の形状の素材Bでも鋳造方法は同じである。前記したように、素材Bは、金敷Aの非押圧部3の高さ寸法の30%より小さな厚み寸法であり、金敷Aの非押圧部3の最大幅寸法より大きな幅寸法である。また、素材Bの幅寸法は金敷A自体の幅寸法よりは小さい寸法である。
【0021】
次に素材Bの鍛造方法を図1及び図2に基づいて説明する。素材Bの鍛造は、図1(a)に示す第一工程と、図1(b)に示す第二工程に分けて行われる。なお、図1(b)に示す破線は、第二工程で圧下する前の素材Bの形状を示す。
【0022】
まず、図1(a)に示すように、第一工程は、金敷Aの第一の押圧部1を素材Bの表面に圧下することにより行われる。第一の押圧部1を素材Bの表面に圧下すると、非押圧部3を挟む両側の面が素材Bの表面を押圧して素材Bの幅方向両側部に凹面4,4を形成する。その圧下の際、凹面4,4に挟まれた素材Bの幅方向中央部には凸面5が形成される。この第一工程での圧下率は、素材Bの厚み寸法の5〜30%である。圧下率が素材Bの厚み寸法の5%未満であると、素材Bの内部に形成された空隙を閉鎖する効果がない。また、圧下率が30%を超えると、素材B内部に割れが発生することがある。さらには、前記したように非押圧部3の高さ寸法以上となってしまい素材Bの幅方向中央部に形成された凸面5が非押圧部3に当たってしまうことにもなる。なお、圧下率とは、金敷Aの圧下量(寸法)/素材Bの厚み寸法である。
【0023】
次に、図2に示すように、金敷Aを元の待機位置に戻した後、図2の矢印に示す方向に、素材Bを所定寸法(第一の押圧部1の搬送方向の寸法と同じ寸法分)だけ搬送し、図1(b)に示すように、第二工程で、金敷Aの第二の押圧部2を素材Bの表面に圧下する。金敷Aの第二の押圧部2は前記したように平坦な面であるため、第一工程で形成された素材Bの幅方向中央部の凸面5を圧下することになる。第二工程での圧下は、第一工程での圧下と同じ金敷Aで行うため圧下率は同じである。そのため素材Bの表面は平滑に仕上がることとなる。なお、第二工程での圧下率は第一工程での圧下率より大きくても良い。その場合、第一工程での圧下率を超えた時点で第二の押圧部2は素材Bの表面全体を圧下することとなる。
【0024】
この第二工程での圧下では、まず、素材Bの幅方向中央部の凸面5のみを圧下することになるので、素材Bの幅方向中央部も確実に圧下できることとなり、素材Bの幅方向中央部の組織も微細化することができ、所謂デッドメタル域の発生の防止と、内部欠陥の閉鎖が可能となる。
【0025】
また、前記説明では、素材Bを所定寸法(第一の押圧部1の搬送方向の寸法と同じ寸法分)だけ搬送すると説明したが、必ずしも第一の押圧部1の搬送方向の寸法と同じ寸法分だけ搬送する必要はない。搬送寸法が第一の押圧部1の搬送方向の寸法以下であった場合、第二の押圧部2で圧下する際に未圧下部位ができるが、第一工程、第二工程は素材Bの搬送、圧下が繰り返して行われるため、未圧下部位も次の第二工程で圧下でき問題は生じない。
【0026】
次に、本発明を実際の鍛造方法に基づき更に具体的に説明する。
【0027】
まず、所定温度に加熱した素材Bの上下面を、上下一対の金敷A,Aの第一の押圧部1,1で圧下する。その圧下により素材Bの上下面の幅方向両側部には夫々凹面4,4が形成される。また、凹面4,4で挟まれた素材Bの幅方向中央部は凸面5となる。これが所謂第一工程である。次いで、素材Bをその搬送方向を軸に90°回転し、先程加工を施した面とは別の面(先程の加工面を上下面とすると両側面)に金敷A,Aの第一の押圧部1,1を圧下する。この圧下により素材Bの両側面の幅方向両側部には夫々凹面4,4と凸面5が形成される。これも第一工程である。
【0028】
次に、素材Bを所定寸法分だけ搬送する。その搬送寸法は、第一の押圧部1の搬送方向の寸法と同じ寸法分だけである。停止後、上下一対の金敷A,Aを素材Bの表面に圧下すると、第二の押圧部2,2で、前記第一工程で素材Bの前記両側面に形成された凸面5は圧下され、その表面全体は平坦に仕上がる。これが所謂第二工程である。次いで、素材Bをその搬送方向を軸に90°回転し、先程加工を施した面とは別の面(先程の加工面を両側面とすると上下面)に金敷A,Aの第二の押圧部2,2を圧下する。この圧下により素材Bの上下面も平坦に仕上がる。これも第二工程である。以上で搬送方向所定寸法分の鍛伸作業は完了する。
【0029】
なお、前記した第二工程の際に、素材Bの続く部位が、金敷Aの第一の押圧部1で同時に圧下されるので、この第二工程と同時に次の第一工程が行われる。即ち、所定寸法分の鍛伸作業の第二工程と、次の所定寸法分の鍛伸作業の第一工程が一つの金敷Aを圧下することにより同時に行われるため、作業時間を半減することができる。以上の鍛伸作業を順次繰り返すことにより素材Bを目標の形状に仕上げることができる。
【0030】
なお、以上の説明では、素材Bを90°回転させ、四角柱状に仕上げる事例を説明したが、素材Bの回転角度を変えれば、六角柱状、八角柱状等に仕上げることも可能である。また、第一工程、第二工程を上下面のみに行っても良い。更には、金敷Aを上下一対ではなく例えば上方一体のみとし、金敷Aに対向する側を単に平面とすれば一面毎に金敷Aを圧下して素材Bを鍛伸することも可能である。
【0031】
また、以上の説明では、金敷Aとして第一の押圧部1の幅方向中央部に凹状の非押圧部3が設けられたもの、即ち天井面があるものを示したが、必ずしも非押圧部3は、凹状でなくても良く、図6に示すように、天井面がない上方向に吹き抜けの空間であっても良い。
【0032】
更にはまた、金敷Aには、第一の押圧部1と第二の押圧部2が、素材Bの搬送方向に一つずつ設けられたものを示したが、第一の押圧部1と第二の押圧部2が交互に複数個ずつ設けられたものであっても良い。このように構成すれば圧下の回数が減り作業効率は更に向上する。
【0033】
また、以上の説明では、第一工程の後、所定寸法だけ素材Bを搬送し、その後第二工程を行う方法を説明したが、第一の押圧部1を素材B表面に圧下する第一工程終了後、金敷Aを前記所定寸法と同じ寸法分動かし、第二の押圧部2を、前記第一の押圧部1で圧下した素材Bの表面に圧下して第二工程を行うことも可能である。その場合、第二工程終了後、金敷Aを原点に戻すこととなる。その後、素材Bは金敷Aの寸法分搬送される。
【実施例】
【0034】
鍛造前の初期形状が、直径1000mmの円柱状の素材Bを準備し、金敷Aの第一の押圧部1、第二の押圧部2を、順にその素材Bの表面に圧下することにより本発明の効果を確認した。この金敷Aの、素材B搬送方向の長さ寸法は500mmであり、発明例、比較例では、第一の押圧部1、第二の押圧部2の前記搬送方向の長さ寸法が夫々250mmである。表1において搬送寸法とは、素材Bを第一の押圧部1で圧下した後、第二の押圧部2で圧下する位置に進めるため、素材Bを搬送する寸法である。なお、この素材Bの材質は、炭素鋼(S55C)である。
【0035】
合否判定は、鍛造後の素材Bの表面に疵が発生しないこと(表面性状)、鍛造前から素材Bの内部にある空隙(φ5mm以上)が、金敷Aの圧下により閉鎖されることで確認した。表面性状では目視で疵が認められなければ○で合格、疵が認められれば×で不合格とした。また、圧下前の素材Bの空隙は、その直径がφ5mm以上のものを複数個含み、圧下後に全ての空隙の直径がφ2.5mm未満になれば◎、全てがφ5mm未満になれば○で合格、一部でもφ5mm未満にならなければ×で不合格とする。
【表1】


【0036】
発明例1では、素材Bの搬送寸法を、第一の押圧部1の素材B搬送方向の長さ寸法と同じ250mm、圧下率を20%とした。鍛造後の素材Bの表面には疵が全く確認されなかった。また、空隙も最大でφ0.5mmとなっており、確実に内部欠陥は閉鎖されており、均質化されていた。
【0037】
発明例2では、素材Bの搬送寸法を、第一の押圧部1の素材B搬送方向の長さ寸法と同じ250mm、圧下率を発明例1とは変え10%とした。この発明例2でも鍛造後の素材Bの表面には疵が全く確認されなかった。また、空隙は最大でφ4.5mmとなっており、空隙を閉鎖する効果が確認できた。
【0038】
比較例では、圧下率は20%と発明例1とは変えず、素材Bの搬送寸法を、第一の押圧部1の素材B搬送方向の長さ寸法より大きい300mmとした。第二の押圧部2で圧下する位置がずれ未圧下部ができるため、鍛造後の素材Bの表面に疵が発生した。
【0039】
以上の実験結果から、搬送寸法は第一の押圧部1の素材B搬送方向の長さ寸法と同じ250mmとした場合、鍛造後の素材Bの表面には疵が発生しないことが確認できた。即ち、搬送寸法は250mm以下であれば、鍛造後の素材Bの表面には疵が発生しないということができる。
【0040】
また、圧下率は10%とした場合でも空隙を閉鎖する効果があることを確認できた。5%とした場合でも10%の際以下ではあるが空隙閉鎖効果があることが推定できる。なお、20%とした場合は、空隙もφ0.5mmとなり確実に閉鎖されており、より好ましい圧下率ということができる。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】本発明の一実施形態を示すもので、(a)は第一工程の縦断面図、(b)は第二工程の縦断面図である。
【図2】同実施形態の第一工程を終えた後、金敷を元の待機位置に戻した状態を示すもので、図1(a)のC−C線断面に対応する縦断面図である。
【図3】本発明の一実施形態で使用する金敷を示す斜視図である。
【図4】図2と同じ金敷を示すもので、(a)は平面図(破線は底面の形状を示す。)、(b)は正面図、(c)は図4(b)のC−C線断面図である。
【図5】図3の金敷とは異なる金敷を示す斜視図である。
【図6】図3、図5の金敷とは異なる金敷を示す斜視図である。
【図7】従来例を示す側面図である。
【図8】図5とは異なる従来例を示すもので、(a)は第一工程の縦断面図、(b)は第二工程の縦断面図である。
【符号の説明】
【0042】
A…金敷
B…素材
1…第一の押圧部
2…第二の押圧部
3…非押圧部
4…凹面
5…凸面

【出願人】 【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
【出願日】 平成18年7月31日(2006.7.31)
【代理人】 【識別番号】100089196
【弁理士】
【氏名又は名称】梶 良之

【識別番号】100104226
【弁理士】
【氏名又は名称】須原 誠

【識別番号】100131750
【弁理士】
【氏名又は名称】竹中 芳通


【公開番号】 特開2008−30101(P2008−30101A)
【公開日】 平成20年2月14日(2008.2.14)
【出願番号】 特願2006−208289(P2006−208289)