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【発明の名称】 熱間鍛造金型および熱間鍛造方法
【発明者】 【氏名】中澤 康一

【要約】 【課題】離型剤を必要な部位に集中的に塗布するに好適な熱間鍛造金型および熱間鍛造方法を提供する。

【構成】上下型2、3のキャビティ10周縁に形成したフラッシュランド11同士による薄い隙間に鍛造材料をバリとして流出させ、バリの温度低下による流動抵抗を利用してキャビティ10内部の加熱された材料に内圧を発生させて、鍛造材料をキャビティ10の隅々に行き渡らせる熱間鍛造金型1であり、前記フラッシュランド11の表面に開口させて複数の離型剤吐出孔12を配列して設け、前記吐出孔12より吐出された離型剤を型面のフラッシュランド11の表面に塗布するようにした。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
上下型のキャビティ周縁に形成したフラッシュランド同士による薄い隙間に鍛造材料をバリとして流出させ、バリの温度低下による流動抵抗を利用してキャビティ内部の加熱された材料に内圧を発生させて、鍛造材料をキャビティの隅々に行き渡らせる熱間鍛造金型であり、
前記フラッシュランドの表面に開口させて複数の離型剤吐出孔を配列して設け、前記吐出孔より吐出された離型剤を少なくとも型面のフラッシュランドの表面に塗布することを特徴とする熱間鍛造金型。
【請求項2】
前記複数の離型剤吐出孔から吐出される離型剤は、吐出孔周縁に滲み出しフラッシュランド表面に塗布されることを特徴とする請求項1に記載の熱間鍛造金型。
【請求項3】
前記複数の離型剤吐出孔から吐出された離型剤は、上下型の対向するフラッシュランド表面に塗布されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱間鍛造金型。
【請求項4】
前記複数の離型剤吐出孔から吐出された離型剤は、フラッシュランドの内外周縁部にも吹付けられることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一つに記載の熱間鍛造金型。
【請求項5】
前記離型剤は、上下型による鍛造成形時にフラッシュランド同士による薄い隙間に流出されるバリを冷却するよう吐出されることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一つに記載の熱間鍛造金型。
【請求項6】
上下型のキャビティ周縁に形成したフラッシュランドの表面に開口させて複数の吐出孔を配列して設け、
前記上下型による鍛造成形に先立ち、前記吐出孔より離型剤を噴出させて対向する型面のフラッシュランドおよび周辺の表面に離型剤を塗布し、
前記上下型による鍛造成形時に、フラッシュランド同士による薄い隙間に鍛造材料をバリとして流出させ、
前記バリをフラッシュランド表面に付着された離型剤により温度低下させてその流動抵抗を増加させ、キャビティ内部の加熱された材料に内圧を発生させて、鍛造材料をキャビティの隅々に行き渡らせることを特徴とする熱間鍛造方法。
【請求項7】
前記離型剤は、上下型による鍛造成形時にフラッシュランド同士による薄い隙間に流出されるバリを冷却するよう吐出されることを特徴とする請求項6に記載の熱間鍛造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、クランクシャフトやナックルスピンドル等の比較的形状の複雑な鍛造部品の製造に用いられる熱間バリ出し鍛造工法に適用される熱間鍛造金型および熱間鍛造方法に関し、特に、離型剤の塗布に好適な熱間鍛造金型および熱間鍛造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から鍛造金型の上下型間のフラッシュランドと称される薄い隙間に材料が流れることにより、フリクション及び材料の温度低下による材料の流れ抵抗を利用して鍛造金型の内部の加熱された材料に内圧を発生させ、鍛造材料をキャビティの隅々に行き渡らせる熱間バリ出し鍛造工法が採用されている(特許文献1参照)。
【0003】
これは、クランクシャフトを鍛造する鍛造型であり、クランクシャフトの形状に合致するキャビティと、前記キャビティの周囲に設けられ、鍛造時に必要最小限のバリが流出できるように小許の隙間を介して相手の型と近接されるランド部と、クランクシャフトのカウンタウェイトが形成される部位近傍におけるバリの流出を抑制するピン部材等よりなるバリ流出抑制手段を設けるようにしている。
【特許文献1】特開2005−254285号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、このような熱間バリ出し鍛造工法にあっては、高温の材料を使用するものであるため、鍛造金型を冷却する必要があり、鍛造金型が型開きされる度に、その金型面に離型剤を冷却液として噴霧・塗布して冷却するようにしている。
【0005】
前記離型剤の塗布は、一般的には型開きした鍛造金型内に移動ノズルを出し入れしながら、この移動ノズルから離型剤を噴射することにより行われるため、自動プレス等でプレスのサイクルが早い場合には、移動ノズルの出し入れの時間を除く短い時間で離型剤を金型に塗布しなければならず、必要な部位に集中的に塗布することが難しいという課題があった。
【0006】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、離型剤を必要な部位に集中的に塗布するに好適な熱間鍛造金型および熱間鍛造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、上下型のキャビティ周縁に形成したフラッシュランド同士による薄い隙間に鍛造材料をバリとして流出させ、バリの温度低下による流動抵抗を利用してキャビティ内部の加熱された材料に内圧を発生させて、鍛造材料をキャビティの隅々に行き渡らせる熱間鍛造金型であり、前記フラッシュランドの表面に開口させて複数の離型剤吐出孔を配列して設け、前記吐出孔より吐出された離型剤を型面のフラッシュランドの表面に塗布するようにした。
【発明の効果】
【0008】
したがって、本発明では、上下型のキャビティ周縁に形成したフラッシュランドの表面に開口させて複数の吐出孔を配列して設け、前記吐出孔より吐出された離型剤を型面のフラッシュランドの表面に塗布するようにしたため、離型剤により冷却されて温度低下されたフラッシュランド同士による薄い隙間に流出される鍛造材料のバリをフラッシュランドおよび/または付着した離型剤により効果的に冷却して、その流れ速度を抑えることができ、フラッシュランドの厚さや長さを変えずに、材料歩留りの向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明の熱間鍛造金型および熱間鍛造方法の一実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。図1は本発明を適用した第1実施形態の熱間鍛造金型を示す側面図、図2は熱間鍛造金型の金型面を示す平面図、図3は金型背面に配置されたスペーサの平面図、図4は熱間鍛造金型の型開き時の作動を示す説明図、図5は離型剤の吐出孔の実施例を示す説明図である。
【0010】
図1に示す熱間鍛造金型1は、エンジンのクランクシャフトを熱間バリ出し鍛造する鍛造金型であり、図示しないプレス機械の固定ベース50に固定される下型2と、下型2に対向してプレス機械のスライドベース51に固定される上型3と、上下型2、3の内部の冷却通路4に冷却媒体を循環させる冷却水供給装置5と、上下型2、3に設けた離型剤吐出手段6に離型剤を供給する離型剤供給装置7とを備えている。前記プレス機械、冷却水供給装置5、離型剤供給装置7および図示しないワーク搬送手段の各作動は、コントローラ8により同期制御される。
【0011】
即ち、熱間鍛造金型1を構成する上下型2、3には、その対向した金型面に、図2に示すように、成形しようとするワーク、例えば、クランクシャフトの形状に型彫りしたキャビティ10を夫々備えると共に、前記キャビティ10の周縁にフラッシュランドと称されるランド面11を備える。前記上下型2、3のキャビティ10同士は、型閉じの際に、加熱されたビレット若しくは前工程で粗成形した粗成形品を熱間で塑性流動させることによりキャビティ10内に充満させて成形品に成形する。
【0012】
また、上下型2、3のランド部11同士は、設定された隙間をもって互いに対面し、キャビティ10から流動して外周側に拡がるバリを形成するように構成している。前記ランド部11間に形成されるバリは、ランド部11により冷却されることによりその流動抵抗が上昇され、キャビティ10内の内圧を上昇させて、ワーク材料がキャビティ10内に充満されるよう機能する。
【0013】
前記上下型2、3のフラッシュランド11には、図2に示すように、先端を開口させて離型剤を吹出す複数の吐出孔12が必要箇所に夫々配置されている。前記複数の吐出孔12は上下型2、3のフラッシュランド11に開口させて直径が5[mm]以下、望ましくは、1.5[mm]以下の小穴により形成する。前記吐出孔12は、図2に示すクランクシャフトWを成形する鍛造金型では、シャフトWの一方の軸端(図中左側)に臨んで3箇所、他方の軸端(図中右側)に臨んで5箇所、クランクウェブW2に臨んで夫々1〜2箇所、カウンタウェイトW3に臨んで1〜2箇所、クランクピンおよびクランクジャーナルW4に臨んで夫々1〜2箇所と配置されている。各吐出孔12は、図1に示すように、通路13を介して上下型2、3の背面に連通され、上下型2、3の背面から供給された離型剤を対向する上型3または下型2のランド部11に向かって噴射して、対向する上下型2、3の主にランド部11およびその周縁領域のキャビティ10表面やランド部11の外周領域14に離型剤を塗布するよう機能する。
【0014】
前記各吐出孔12に連通させて上下型2、3の背面に開口する通路13は、図1に示すように、上下型2、3の背面に配置されたスペーサ15に設けた溝通路16に接続されている。前記スペーサ15は、図3に示すように、前記吐出孔12への通路13に連通するよう溝通路16が配置され、供給口16Aより導入した離型剤を溝通路16を経由させて各吐出孔12への通路13に供給可能となっている。
【0015】
前記離型剤供給装置7は、プレス機械によって熱間鍛造金型1が上下型2、3に型開きされ、成形されたワークWがワーク搬送手段により金型1外に搬出される毎に、貯留している離型剤を上下型2、3の溝通路16に供給するよう作動される。
【0016】
以上の構成の熱間鍛造金型を用いた鍛造方法について以下に説明する。
【0017】
先ず最初に離型剤供給装置7が作動されて上下型2、3に離型剤を供給し、スペーサ15の溝通路16、上下型2、3の通路13を介して、図4に示すように、上下型2、3の吐出孔12から離型剤を噴出させて、互いのランド部11およびその周縁領域のキャビティ10表面やランド部11の外周領域14に離型剤を塗布する。
【0018】
次いで、ワーク搬送手段により、1000〜1200度に加熱された円筒状材料(ビレット)が下型2のキャビティ10に投入配置される。続いて、プレス機械のスライドベース51が下降されて、上下型2、3の型閉じが開始される。上下型2、3の接近により下型2のキャビティ10に投入されているビレットに上型3のキャビティ10表面が接触して、ビレット材料を上下型2、3のキャビティ10表面同士で圧縮してビレット材料を圧壊させる。更なる上下型2、3の接近により、ランド部11同士が設定した寸法に近づくに連れて、ビレット材料は上下型2、3のキャビティ10表面に沿って塑性流動される一方、キャビティ10から溢れたその一部はバリとしてランド部11間の隙間にランド部11表面により冷却されながら流動される。
【0019】
このランド部11に流動したバリは、離型剤により冷却されて温度低下されているランド部11表面に接触し、ランド部11表面により冷却されて流動抵抗が増加される。また、ランド部11に流動したバリは、ランド部11表面に存在する離型剤に直接接触することによっても冷却されて流動抵抗が増加される。これらによる流動抵抗の増加の結果として、背部のキャビティ10内での鍛造圧力を増加させてビレット材料のキャビティ10内での塑性流動を促し、ビレット材料のキャビティ10内での充満を促進させる。
【0020】
クランクシャフトWの成形においては、容積(ボリューム)が比較的少ない部分であるクランクシャフトWのジャーナル(W4)やクランクピン(W4)となる部分のキャビティ10内でビレット材料が先ず充満され、一部はバリとしてキャビティ10から溢れてランド部11間の隙間に流動し、ランド部11表面による冷却により流動が次第に制限されることにより、隣接するキャビティ10領域へも塑性流動されていく。このような作動により、順次容積(ボリューム)が大きいキャビティ10領域に充満されていく。
【0021】
ランド部11同士の隙間が予め設定した寸法となる下死点に達する型閉め状態に至れば、熱間バリ出し鍛造による成形が終了する。プレス機械により上型3を上昇させる型開きが開始され、完全な型開き状態に至った段階で、成形されたワークWがワーク搬送手段により上下型2、3内から搬出され、次いで、離型剤供給装置7が作動されて、次のワークの鍛造成形のための離型剤塗布が開始される。
【0022】
以上のように、本実施形態の熱間鍛造金型1においては、離型剤の吐出孔12をランド部11に分散させて配列して備えるようにしていることにより、従来に示すように離型剤を噴射する移動ノズルを鍛造金型内に出し入れする必要がなく、型開きに連動して離型剤を金型面に塗布することができ、熱間バリ出し鍛造工法のサイクルタイムを向上させることができる。
【0023】
前記バリは、離型剤により冷却されているランド部11に接触することおよび/またはランド部11に塗布されている離型剤に接触することにより冷却されて、その流出が抑制され、キャビティ10内部での材料の充満を容易にする。即ち、バリの流出がより一層抑制されるので、バリとして流出して無駄になる材料を少なくでき、フラッシュランド11の厚さや長さを変えずに、最初に投入するビレットの材料重量を少なくでき、歩留まりを向上させることができる。
【0024】
前記バリの流出は、ランド部11に塗布される離型剤の量を多くすればその分だけバリへの冷却量が増加でき、バリの長さを短くすることができる。このため、上下型2、3の型開き時のみならず、上下型2、3による鍛造成形の途中過程のバリがランド部11に流動する段階において、離型剤を吐出孔12からランド11表面に追加的に供給させることにより、より一層バリを冷却させることができ、それだけ短いバリとすることができ、バリとして流出して無駄になる材料を少なくでき、フラッシュランド11の厚さや長さを変えずに、最初に投入するビレットの材料重量を更に少なくでき、より一層歩留まりを向上させることができる。
【0025】
また、吐出孔12は、その配列密度を上下型2、3の冷却の必要性に応じて、特定の部位に集中的に配置することができる。
【0026】
また、離型剤は上下型2、3の内部を背面からランド部11に複数の通路13を経由して流れるため、金型2、3の表面側のランド部11表面およびキャビティ10表面や周辺部分14を冷却するのみならず、上下型2、3の内部の特に温度上昇し易い部位も冷却することができる。このため、型2、3の荒れを防止して金型2、3の寿命を向上させることができる一方、上下型2、3に設けた冷却流路4に冷却水供給装置5から供給すべき冷却水を削減乃至廃止することもできる。
【0027】
なお、上記実施形態において、複数の離型剤吐出孔12として、上下型2、3のフラッシュランド11に配列したものについて説明したが、図示はしないが、下型2のフラッシュランド11にのみ配列して、上型3のフラッシュランド11に向かって離型剤を吹出させることで上型3のフラッシュランド11表面およびその周縁の表面に塗布させる一方、上型3から跳ね返ってきた離型剤により下型2のフラッシュランド11表面およびその周縁の表面に塗布させるものであってもよい、また逆に、上型3のフラッシュランド11にのみ離型剤の吐出孔12を配列し、吹出させた離型剤を、先ず下型2の型面に塗布し、跳ね返った離型剤により上型3の型面に塗布するようにしてもよい。
【0028】
また、上記実施形態において、離型剤の吐出孔12として、一本の通路13の先端に一個の細い吐出孔12を備えたものについて説明したが、図5(A)に示すように、末広がりに形成した吐出孔12Aに形成して離型剤が周囲に拡がるように形成してもよく、この場合には、吹出させるだけでなく、ゆっくりと染み出すようにしてもよい。また、図5(B)に示すように、通路13に対して複数の吐出孔12Bを設けて周辺のランド部11表面やキャビティ10および/またはランド部11より外周の部分14に塗布するようにしてもよく、また、図5(C)に示すように、通路13よりの離型剤を一時貯める空間13Aを形成し、この空間13Aから複数の吐出穴12Cを介して満遍なくランド部11表面に吐出するようにしてもよい。
【0029】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【0030】
(ア)上下型2、3のキャビティ10周縁に形成したフラッシュランド11同士による薄い隙間に鍛造材料をバリとして流出させ、バリの温度低下による流動抵抗を利用してキャビティ10内部の加熱された材料に内圧を発生させて、鍛造材料をキャビティ10の隅々に行き渡らせる熱間鍛造金型1であり、前記フラッシュランド11の表面に開口させて複数の離型剤吐出孔12を配列して設け、前記吐出孔12より吐出された離型剤を少なくとも型面のフラッシュランド11の表面に塗布するようにした。このため、離型剤により冷却されて温度低下されたフラッシュランド11同士による薄い隙間に流出される鍛造材料のバリをフラッシュランド11および/または付着した離型剤により効果的に冷却して、その流れ速度を抑えることができ、フラッシュランド11の厚さや長さを変えず、即ち、成形荷重の上昇を伴うことなく、材料歩留りの向上が図れる。また、離型剤の塗布のために型外から移動ノズルを出し入れする必要がないため、離型剤の塗布のための作業時間を短縮することができ、熱間バリ出し鍛造のサイクルタイムを短縮することができる。
【0031】
(イ)複数の離型剤吐出孔12から吐出される離型剤は、吐出孔12周縁に滲み出しフラッシュランド11表面に塗布されることにより、フラッシュランド11表面に付着している離型剤によってもバリを冷却することができ、その流れ速度を抑えることができる。
【0032】
(ウ)複数の離型剤吐出孔12から吐出された離型剤は、上下型2、3の対向するフラッシュランド11表面に塗布されることにより、離型剤の飛散により型面に広範囲に満遍なく一様に塗布することができる。
【0033】
(エ)複数の離型剤吐出孔12から吐出された離型剤は、フラッシュランド11の内外周縁部14にも吹付けられることにより、金型2、3の温度上昇しやすい部分を集中的に冷却することができ、金型2、3の寿命を向上させることができる。また、吐出孔12へ金型2、3内の通路13を経由させて離型剤を導入するものであるため、通路13を流れる離型剤によって金型2、3内部も冷却でき、この点でも金型温度を低下させることができ、金型寿命を向上できる。
【0034】
(オ)離型剤は、上下型2、3による鍛造成形時にフラッシュランド11同士による薄い隙間に流出されるバリを冷却するよう吐出されることにより、バリの流れ速度をより一層抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の一実施形態を示す熱間鍛造金型の概略構成図。
【図2】同じく熱間鍛造金型の金型面を示す平面図。
【図3】金型背面に配置されたスペーサの平面図(A)および側面図(B)。
【図4】熱間鍛造金型の型開き時の作動を示す説明図。
【図5】離型剤の吐出孔の実施例(A)〜(C)を示す断面図。
【符号の説明】
【0036】
1 熱間鍛造金型
2 下型
3 上型
4 冷却通路
5 冷却水供給装置
6 離型剤吐出手段
7 離型剤供給装置
8 コントローラ
10 キャビティ
11 フラッシュランド、ランド部
12 吐出孔
13 通路
【出願人】 【識別番号】000003997
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
【出願日】 平成18年9月15日(2006.9.15)
【代理人】 【識別番号】100075513
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 政喜

【識別番号】100114236
【弁理士】
【氏名又は名称】藤井 正弘

【識別番号】100120178
【弁理士】
【氏名又は名称】三田 康成

【識別番号】100120260
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅昭


【公開番号】 特開2008−68299(P2008−68299A)
【公開日】 平成20年3月27日(2008.3.27)
【出願番号】 特願2006−250533(P2006−250533)