特開 2024-19851 鍛造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024019851

(43)【公開日】2024-02-14

(54)【発明の名称】鍛造方法

(51)【国際特許分類】

   B21J 5/12 20060101AFI20240206BHJP

   B21K 1/12 20060101ALI20240206BHJP

【ＦＩ】

B21J5/12 Z

B21K1/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022122582

(22)【出願日】2022-08-01

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000486

【氏名又は名称】弁理士法人とこしえ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】有馬 達男

(72)【発明者】

【氏名】高井 直

【テーマコード（参考）】

4E087

【Ｆターム（参考）】

4E087AA04

4E087BA02

4E087BA14

4E087CA35

4E087CB01

4E087CB04

4E087CC03

4E087DA03

4E087EA11

4E087EC37

4E087EE02

4E087HA36

(57)【要約】

【課題】軸穴を有する円筒状部品を鍛造加工することができる鍛造方法を提供する。
【解決手段】中央に膨出部Ｐ１１、少なくとも一端に軸部Ｐ１２を有し、前記軸部の軸方向に穴Ｐ１３を有する部品Ｐ１を棒状の素材Ｍから鍛造加工する鍛造方法において、前記膨出部に相当する素材の部位の温度が、前記軸部に相当する素材の部位の温度より高くなるように前記素材を局部加熱し、前記局部加熱された状態の素材を、一対のダイス１１，１２と、前記一対のダイス内に配置される一対のスリーブ１３，１４と、少なくとも一方の前記スリーブを貫通するマンドレル１５，１６とで形成される閉空間にセットし、前記素材を前記一対のスリーブ及び前記マンドレルにより加圧しながら前記膨出部を据え込み加工するとともに、前記素材を前記マンドレルにより加圧しながら前記軸部に穴開け加工する。
【選択図】 図１Ｄ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中央に膨出部、少なくとも一端に軸部を有し、前記軸部の軸方向に穴を有する部品を棒状の素材から鍛造加工する鍛造方法において、
前記膨出部に相当する素材の部位の温度が、前記軸部に相当する素材の部位の温度より高くなるように前記素材を局部加熱し、
前記局部加熱された状態の素材を、一対のダイスと、前記一対のダイス内に配置される一対のスリーブと、少なくとも一方の前記スリーブを貫通するマンドレルとで形成される閉空間にセットし、
前記素材を前記一対のスリーブ及び前記マンドレルにより加圧しながら前記膨出部を据え込み加工するとともに、前記素材を前記マンドレルにより加圧しながら前記軸部に穴開け加工する鍛造方法。

【請求項2】

前記素材が鋼材からなり、前記膨出部に相当する素材の部位の温度が９００℃以下になるように前記素材を局部加熱する請求項１に記載の鍛造方法。

【請求項3】

前記素材が鋼材からなり、前記素材のうち局部加熱しない部位の温度が２００℃以上になるように前記素材を局部加熱する請求項２に記載の鍛造方法。

【請求項4】

前記素材を前記閉空間にセットしてから前記据え込み加工と前記穴開け加工とをワンショットで成形する請求項１～３のいずれか一項に記載の鍛造方法。

【請求項5】

前記部品がアンダーカット部をさらに有し、
前記アンダーカット部に対応した内面を有し、半径方向に分割された割型を前記ダイスにセットすることにより、前記閉空間を形成する請求項１～３のいずれか一項に記載の鍛造方法。

【請求項6】

前記部品は、両端に前記軸部を有し、
前記閉空間は、前記一対のダイスと、前記一対のスリーブと、前記一対のスリーブのそれぞれを貫通する一対のマンドレルとで形成され、
前記素材を前記一対のスリーブ及び前記一対のマンドレルにより加圧しながら前記膨出部を据え込み加工するとともに、前記素材を前記一対のマンドレルにより加圧しながら前記軸部に穴開け加工する請求項１～３のいずれか一項に記載の鍛造方法。

【請求項7】

前記一対のマンドレルのそれぞれを加圧する一対のガススプリングのストロークが、前記軸部に形成される前記穴の深さに対応する請求項１～３のいずれか一項に記載の鍛造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鍛造方法に関し、特に軸穴を有する円筒状部品を鍛造加工する鍛造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

自動車のプーリーシャフトのような軸の一部に円盤状部分を形成した部品を棒状素材から鍛造加工する場合、素材の円盤部となる部分を最も高温としたうえで、素材のうち軸部となる部分は冷間鍛造し、円盤部となる部分については温間又は熱間鍛造する方法が提案されている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４０６７１８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記従来の鍛造方法を用い、軸部に軸方向の穴を鍛造加工により形成したい場合、軸部となる部分は冷間鍛造であるため、マンドレルにより軸方向の穴を鍛造加工することはできないという問題がある。

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、軸穴を有する円筒状部品を鍛造加工することができる鍛造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、中央に膨出部、少なくとも一端に軸部を有し、前記軸部の軸方向に穴を有する部品を棒状の素材から鍛造加工する鍛造方法において、前記膨出部の温度が前記軸部の温度より高くなるように前記素材を局部加熱し、前記局部加熱された状態の素材を、閉塞鍛造型の閉空間にセットし、前記素材を一対のスリーブ及びマンドレルにより加圧しながら前記膨出部を据え込み加工するとともに、前記素材を前記マンドレルにより加圧しながら前記軸部に穴開け加工することによって上記課題を解決する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、膨出部に相当する部位は相対的に高温に加熱されているので、鍛造初期から膨出部の据え込み加工が開始される一方、軸部に相当する部位は膨出部に比べて低温であるので、膨出部の据え込み加工の終期から軸部の穴開け加工が開始される。これにより、軸穴を有する円筒状部品を鍛造加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】本発明に係る鍛造方法を使用する鍛造装置の一例を示す縦断面図（その１）である。

【図1B】本発明に係る鍛造方法を使用する鍛造装置の一例を示す縦断面図（その２）である。

【図1C】本発明に係る鍛造方法を使用する鍛造装置の一例を示す縦断面図（その３）である。

【図1D】本発明に係る鍛造方法を使用する鍛造装置の一例を示す縦断面図（その４）である。

【図1E】本発明に係る鍛造方法を使用する鍛造装置の一例を示す縦断面図（その５）である。

【図1F】図１Ａの1F-1F線に沿う断面図である。

【図2A】本発明に係る鍛造方法が適用される部品の一例を示す断面図である。

【図2B】本発明に係る鍛造方法が適用される部品の他例を示す断面図である。

【図2C】本発明に係る鍛造方法が適用される部品のさらなる他例を示す断面図である。

【図3A】本発明に係る鍛造方法の作用を説明する素材の加工過程を示す断面図（その１）である。

【図3B】本発明に係る鍛造方法の作用を説明する素材の加工過程を示す断面図（その２）である。

【図3C】本発明に係る鍛造方法の作用を説明する素材の加工過程を示す断面図（その３）である。

【図4A】本発明に係る鍛造方法を使用する鍛造装置の他例を示す縦断面図（その１）である。

【図4B】本発明に係る鍛造方法を使用する鍛造装置の他例を示す縦断面図（その２）である。

【図5A】図４ＡのＶＡ－ＶＡ線に沿う断面図である。

【図5B】図４ＢのＶＢ－ＶＢ線に沿う断面図である。

【図6】Ｓ３５Ｃ鋼材のひずみ－変形抵抗特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態例を説明する。図２Ａ～図２Ｃは、本発明に係る鍛造方法が適用される部品Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の例を示す断面図であり、図２Ａ及び図２Ｂには、鍛造加工に供される素材Ｍの正面図も併せて示す。本発明に係る鍛造方法は、図２Ａの右図に示すように、中央に膨出部Ｐ１１、両端に軸部Ｐ１２，Ｐ１２を有し、軸部Ｐ１２の軸方向に穴Ｐ１３を有する部品Ｐ１を、同図の左図に示す棒状の素材Ｍから鍛造加工するものである。この種の部品としては、自動車の減速機の歯車などを例示することができ、膨出部Ｐ１１は、鍛造加工後の機械加工により歯車の歯が形成され、軸部Ｐ１２の穴Ｐ１３には、同じく鍛造後の機械加工によりネジが形成される。

【0010】

図２Ｂに示す部品Ｐ２は、図２Ａに示す部品Ｐ１と外形形状が多少異なるが、部品Ｐ１と同様に、中央に膨出部Ｐ２１、両端に軸部Ｐ２２，Ｐ２２を有し、軸部Ｐ２２の軸方向に穴Ｐ２３を有し、同図の左図に示す棒状の素材Ｍから鍛造加工される。また、図２Ｃに示す部品Ｐ３も、部品Ｐ１，Ｐ２と同様に、中央に膨出部Ｐ３１、両端に軸部Ｐ３２，Ｐ３２を有し、軸部Ｐ３２の軸方向に穴Ｐ３３を有し、同じく棒状の素材Ｍ（図示を省略）から鍛造加工されるが、さらに下側の軸部Ｐ３２にアンダーカット部Ｐ３４を有する。アンダーカット部Ｐ３４とは、鍛造加工してダイスから鍛造品を取り出す際にそのままの状態では離型できない形状のことを言い、本例の場合は、軸部Ｐ３２から環状に膨出する形状とされている。このようなアンダーカット部Ｐ３４を有する部品Ｐ３も本発明に係る鍛造方法を用いて鍛造できるが、後述する割型を用いると円滑に離型することができる。詳細は後述する。

【0011】

なお、図２Ａ～図２Ｃに示す部品Ｐ１～Ｐ３は、両端に軸部Ｐ１２，Ｐ２２，Ｐ３２を有するものであるが、本発明に係る鍛造方法は、いずれか一方の端部に軸部Ｐ１２，Ｐ２２，Ｐ３２を有する部品であっても適用することができる。また、図２Ａ～図２Ｃに示す部品Ｐ１～Ｐ３は、両端の軸部Ｐ１２，Ｐ２２，Ｐ３２のそれぞれに穴Ｐ１３，Ｐ２３，Ｐ３３を有するものであるが、本発明に係る鍛造方法は、いずれか一方の軸部Ｐ１２，Ｐ２２，Ｐ３２に穴Ｐ１３，Ｐ２３，Ｐ３３を有する部品であっても適用することができる。

【0012】

次に、本発明に係る鍛造方法を使用する鍛造装置の一例を説明する。図１Ａは、本発明に係る鍛造方法を使用する鍛造装置の一例を示す縦断面図であり、鍛造加工前の型開きした状態を示す。なお、図１Ｂ～図１Ｅは、鍛造加工の過程を示す断面図であり、図１Ｄが上ダイス１１及び下ダイス１２の下死点の状態を示す断面図である。また、図１Ｆは、図１Ａの1F-1F線に沿う断面図である。

【0013】

図１Ａに示す鍛造装置１は、床面にダイホルダ１７が設けられる一方、ダイホルダ１７の鉛直方向上側に、ラム１８が、図示しない動力によりダイホルダ１７に対して上下移動が可能に設けられている。ダイホルダ１７には、下型としての下ダイス１２を支持するダイセット１９が固定される一方、ラム１８には、上型としての上ダイス１１を支持するダイセット２０が固定されている。また、ラム１８には、後述する上スリーブ１３と上マンドレル１５の荷重を受ける第１スペーサ２４が固定され、ダイホルダ１７には、後述する下スリーブ１４と下マンドレル１６の荷重を受ける第２スペーサ２５が固定されている。

【0014】

上型としての上ダイス１１は、ガススプリング２１，２１を介してダイセット２０に対して上下移動が可能に設けられ、ガススプリング２１は上ダイス１１に下向きの弾性力を付勢する。そして、上ダイス１１は、ラム１８の上下移動にともなって上下移動するが、下方向に移動して下ダイス１２に当接した後にラム１８の下降が継続すると、ガススプリング２１が自己の弾性力に抗して収縮し、この弾性力により上ダイス１１が下ダイス１２を押圧することになる。これにより、上ダイス１１と下ダイス１２との閉塞性が確保される。

【0015】

下型としての下ダイス１２は、ガススプリング２２，２２を介してダイセット１９に対して上下移動が可能に設けられ、ガススプリング２２は下ダイス１２に上向きの弾性力を付勢する。そして、上ダイス１１が下降して下ダイス１２に当接した後に上ダイス１１の下降が継続すると、ガススプリング２２が自己の弾性力に抗して収縮し、この弾性力により下ダイス１２が上ダイス１１を押圧することになる。これによっても、上ダイス１１と下ダイス１２との閉塞性が確保される。

【0016】

なお、上ダイス１１に設けられるガススプリング２１の有効ストロークは、部品Ｐ１の上側の軸部Ｐ１２に形成される穴Ｐ１３の深さに対応した寸法とされ、下ダイス１２に設けられるガススプリング２２の有効ストロークは、部品Ｐ１の下側の軸部Ｐ１２に形成される穴Ｐ１３の深さに対応した寸法とされている。そして、ラム１８の下死点において、各ガススプリング２１，２２のストロークエンドになり、ここが各穴Ｐ１２，Ｐ１３の加工端に相当する。

【0017】

本実施形態の鍛造装置１は、いわゆる閉塞鍛造装置であり、上ダイス１１及び下ダイス１２と共に閉塞空間を形成するのが、上スリーブ１３，下スリーブ１４，上マンドレル１５及び下マンドレル１６である。

【0018】

上スリーブ１３は、上ダイス１１を貫通して上下移動が可能とされている。上スリーブ１３は、第３スペーサ２６の下端に当接し、第１スペーサ２４を介してラム１８の上下移動にしたがって上下移動し、素材Ｍを加圧することで鍛造加工する。下スリーブ１４は、下ダイス１２を貫通して相対的に上下移動が可能とされている。下スリーブ１４は、鍛造加工時には上下移動せずに、上ダイス１１の下降にともない素材Ｍを加圧するが、鍛造加工が終了して製品を脱型する際に、エジェクタピン２８によって上下移動する。

【0019】

上マンドレル１５は、先端が穴開け加工に適した形状とされた穴開け工具であり、第３スペーサ２６と上スリーブ１３を貫通して当該上スリーブ１３に対して摺動可能とされた状態で、ダイセット２０に固定されている。上マンドレル１５の基端は第１スペーサ２４に当接する。そして、ラム１８が駆動してダイセット２０が下降すると、これに伴って第１スペーサ２４を介して上マンドレル１５も下降するが、その先端が素材Ｍに当接するとともに上ダイス１１と下ダイス１２とが型締めした後は、ガススプリング２１の弾性力が当該上マンドレル１５に作用し、素材Ｍを上側から加圧することになる。

【0020】

下マンドレル１６は、先端が穴開け加工に適した形状とされた穴開け工具であり、下スリーブ１４を貫通して当該下スリーブ１４に対して摺動可能とされた状態で、ダイセット１９に固定されている。そして、上ダイス１１に押圧されて下ダイス１２が下降すると、下マンドレル１６は相対的に上昇し、ガススプリング２２の弾性力が当該下マンドレル１６に作用し、素材Ｍを下側から加圧することになる。

【0021】

鍛造加工が終了して製品を脱型するために、上型には上エジェクタピン２７とその駆動機構２７１が設けられ、下型には下エジェクタピン２８とその駆動機構２８１が設けられている。上エジェクタピン２７は、たとえば４本のピンからなり、図１Ｆに示すように第３スペーサ２６を挿通し、先端が上スリーブ１３に当接し、基端に駆動機構２７１が設けられている。また、下エジェクタピン２８は、たとえば４本のピンからなり、第２スペーサ２５を挿通し、先端が下スリーブ１４に当接し、基端に駆動機構２８１が設けられている。なお、図１Ａ～１Ｄに示す鍛造加工中においては、上型の駆動機構２７１は図示する位置よりさらに上側に位置し、各上エジェクタピン２７は後退位置にある。同様に下型の駆動機構２８１は図示する位置よりさらに下側に位置し、各下エジェクタピン２８は後退位置にある。

【0022】

次に、図１Ａ～図１Ｅを参照しながら、同図に示す鍛造装置１を用いた本実施形態の鍛造方法を説明する。図３Ａ～図３Ｃは、本実施形態の鍛造方法の作用を説明する素材Ｍの加工過程を示す断面図であり、図３Ａ及び図３Ｂに示す素材Ｍが図１Ｃの素材Ｍに対応し、図３Ｃに示す素材Ｍが図１Ｄの素材Ｍに対応する。なお、図３Ａ及び図３Ｂに示す素材Ｍは半製品（中間加工品）であるが、膨出部Ｐ１１，軸部Ｐ１２及び穴Ｐ１３は完成品と同じ名称及び符号を用いるものとする。

【0023】

本実施形態の鍛造方法は、素材Ｍを予備加熱するが、このとき部品Ｐ１の膨出部Ｐ１１に相当する素材Ｍの部位の温度が、軸部Ｐ１２に相当する素材Ｍの部位の温度より高くなるように、素材Ｍを局部加熱する。この局部加熱は、素材Ｍが鋼材である場合、膨出部Ｐ１１に相当する素材Ｍの部位の温度が、９００℃以下になるように素材Ｍを加熱することが好ましい。またこのとき、素材Ｍのうち局部加熱しない部位の温度が２００℃以上になるように、素材Ｍを局部加熱することがより好ましい。

【0024】

図６は、Ｓ３５Ｃ（機械構造用炭素鋼）のひずみに対する変形抵抗を温度別に示すグラフである。ひずみ速度はε＝４５０／ｓｅｃである。同図に示すように、ひずみを０．２とする場合、２００℃の変形抵抗は６８ｋｇｆ／ｍｍ^２、８００℃の変形抵抗は４４ｋｇｆ／ｍｍ^２であるのに対し、ひずみを０．５とする場合、２００℃の変形抵抗は８０ｋｇｆ／ｍｍ^２、８００℃の変形抵抗は５０ｋｇｆ／ｍｍ^２である。したがって、ひずみが小さい（加工度が低い）部位を２００℃に加熱すると同時に、ひずみが大きい（加工度が高い）部位を８００℃に加熱すると、前者の変形抵抗は６８ｋｇｆ／ｍｍ^２であるのに対し後者の変形抵抗は５０ｋｇｆ／ｍｍ^２となって、変形抵抗値を逆転させることができる。このように本実施形態の鍛造加工では、加工度が高い部位を相対的に高温で加熱することで、材料が有する温度依存性を利用して変形抵抗を下げ、成形し易い条件を作り出し、これにより材料の流れを制御するものである。

【0025】

このように鍛造加工前に予備加熱を施すと、素材Ｍの温度が高いほど鍛造による変形抵抗が小さくなるため、素材Ｍの最終部品Ｐ１に対する変形量が大きい部位ほど高温に加熱することが望ましい。本例の部品Ｐ１の場合、素材Ｍの最終部品Ｐ１に対する変形量が大きい部位は膨出部Ｐ１１であり、相対的に変形量が小さい部位は軸部Ｐ１２である。したがって、膨出部Ｐ１１に相当する素材Ｍの部位の温度が、軸部Ｐ１２に相当する素材Ｍの部位の温度より高くなるように膨出部Ｐ１１を高温に加熱することが望ましいが、素材Ｍが鋼材の場合に９００℃を超える温度に加熱すると、酸化スケールが発生し、加工代が大きくなる。このため、９００℃以下に加熱することが好ましく、より好ましくは６００～９００℃の範囲に加熱する。

【0026】

図２Ａ及び図２Ｂの左図に、素材Ｍの局部加熱の温度分布をグラデーションで示す。濃色の部位ほど高温に加熱されていることを示す。図２Ｂに示す素材Ｍの局部加熱は、図２Ａに示す素材Ｍの局部加熱に比べ、高温の範囲が中央にあるが、これは最終品である部品Ｐ１，Ｐ２を比較すると、膨出部Ｐ１１，Ｐ２１の位置が、図２Ｂに示す部品Ｐ２の方が中央にあるからである。

【0027】

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、素材Ｍの中央域の温度が６００～９００℃になるように局部加熱する際、その両端の軸部Ｐ１２に相当する素材Ｍの部位は、成り行きの温度でよいが、局部を６００～９００℃に加熱することで、加熱されていない部位が２００℃以上になる条件で局部加熱することが好ましい。素材Ｍの局部加熱されていない部位でも２００℃以上に予備加熱すると、素材Ｍが未焼鈍材であっても、常温の焼鈍材の変形抵抗と同程度の変形抵抗となるので、未焼鈍材を用いることができる。

【0028】

以上のように局部加熱したら、その素材Ｍを図１Ａに示すように鍛造装置１の下ダイス１２にセットし、ラム１８を駆動してダイセット２０及び上ダイス１１を下降し、図１Ｂに示すように上ダイス１１と下ダイス１２とを型締めする。図１Ｂに示す状態は、上ダイス１１、下ダイス、上スリーブ１３、下スリーブ１４、上マンドレル１５及び下マンドレル１６とで閉空間が形成され、素材Ｍがこの閉空間に収容された状態であり、素材Ｍの上端には上マンドレル１５が当接し、素材Ｍの下端には下スリーブ１４及び下マンドレル１６が当接した状態となっている。また、上型のガススプリング２１及び下型のガススプリング２２のいずれも、ストロークの始端となっている。

【0029】

図２Ｂに示す状態からさらにラム１８を駆動し、ダイセット２０及び上ダイス１１をさらに下降させる。これにより、第３スペーサ２６を介して上スリーブ１３の先端が素材Ｍの上端に当接してここを加圧するので、素材Ｍの下端に当接している下スリーブ１４の先端と協働しして素材Ｍを上下両方から加圧する。またこれらと同時に、上マンドレル１５の先端が素材Ｍの上端を加圧すると同時に、下マンドレル１６の先端が素材Ｍの下端を加圧する。このときの鍛造装置１の様子を図１Ｃに示し、素材Ｍの様子を図３Ａ及び図３Ｂに示す。

【0030】

ここで、上ダイス１１と下ダイス１２は型締めされているので、素材Ｍの上端と下端を加圧する力は、上マンドレル１５に作用するガススプリング２１の弾性力と、下マンドレル１６に作用するガススプリング２２の弾性力であり、これらは穴開け加工に供される。またこれに加えて、素材Ｍの上端と下端を加圧する力は、ラム１８の駆動力による上スリーブ１３と、下スリーブ１４の加圧力である。

【0031】

図１Ｂに示す鍛造開始から図１Ｃに示す鍛造中までの鍛造初期の段階では、部品Ｐ１の膨出部Ｐ１１に相当する素材Ｍの部位は、他の軸部Ｐ１２に相当する素材Ｍの部位に比べて相対的に高温に加熱されているので、主として膨出部Ｐ１１の据え込み加工が優位となった状態で鍛造加工が進む。この様子を図３Ａ及び図３Ｂに示すが、局部加熱による温度が高い膨出部Ｐ１１に相当する部位の変形抵抗が小さいことから、膨出部Ｐ１１の鍛造加工が、軸部Ｐ１２の穴開け加工より優先的に進んでいることが理解される。

【0032】

図３Ｂに示すように、膨出部Ｐ１１の据え込み加工が終期に近づくと、上スリーブ１３，下スリーブ１４，上マンドレル１５及び下マンドレル１６の移動量に対する膨出部Ｐ１１の変形量が徐々に減少するので、その減少したぶんは上マンドレル１５と下マンドレル１６による穴開け加工の促進に移行する。これにより、膨出部Ｐ１１の据え込み加工の終期からは、図３Ｂに示すように軸部Ｐ１２の穴開け加工が促進される。

【0033】

図１Ｄに示す上ダイス１１と下ダイス１２の下死点においては、図３Ｃに示すように膨出部Ｐ１１の隅々に至る据え込み加工が終了するとともに、軸部Ｐ１２に対し所定の深さまで穴開け加工が行われ、穴Ｐ１３が形成される。

【0034】

図１Ｄに示す下死点において鍛造加工が終了したら、図１Ｅに示すようにラム１を駆動してダイセット２０を上昇させ、上ダイス１１と下ダイス１２とを型開きすると同時に、上型の駆動機構２７１を作動して上エジェクタピン２７を前進させ、上スリーブ１３の後退を阻止する。これにより、鍛造加工を終了した部品Ｐ１を上ダイス１１から脱型して下ダイス１２に残す。下ダイス１２に残った部品Ｐ１は、下型の駆動機構２８１を作動して下エジェクタピン２８を前進させ、下スリーブ１４を上昇させることで、下ダイス１２から脱型する。図１Ｅは、上ダイス１１及び下ダイス１２から脱型した状態の部品Ｐ１を示し、この状態から搬送ロボットなどを用いて次の工程に搬送される。このように本実施形態の鍛造方法は、素材Ｍを鍛造装置１の閉空間にセットしてから、据え込み加工と穴開け加工を終了するまで、ワンショットで成形することができる。

【0035】

次に、対象とする部品Ｐ３が、図２Ｃに示すようにアンダーカット部Ｐ３４を有する場合の鍛造装置１及び鍛造方法について説明する。上述したとおり、アンダーカット部Ｐ３４は、ダイスから鍛造品を取り出す際にそのままの状態では離型できない形状のことを言い、本例の場合は、軸部Ｐ３２から環状に膨出する形状とされている。このようなアンダーカット部Ｐ３４を有する部品Ｐ３を鍛造加工する場合には、アンダーカット部Ｐ３４に対応した内面を有し、半径方向に分割された割型２３を下ダイス１２にセットすることにより、閉空間を形成することが好ましい。

【0036】

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明に係る鍛造方法を使用する鍛造装置の他例を示す縦断面図、図５Ａは、図４ＡのＶＡ－ＶＡ線に沿う断面図、図５Ｂは、図４ＢのＶＢ－ＶＢ線に沿う断面図である。

【0037】

本実施形態の鍛造方法の対象部品は、図２Ｃに示す下側の軸部Ｐ３２にアンダーカット部Ｐ３４を有する部品Ｐ３であるため、下ダイス１２に割型２３を設ける。本実施形態の割型２３は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、たとえば半径方向に４分割された４つの分割型からなり、その内面にアンダーカット部Ｐ３４の環状に膨出する形状に対応する環状の凹部を有する。

【0038】

また、図４Ｂに示すように下ダイス１２を開くと、４つの分割型が半径方向に互いに離間する一方、図４Ａに示すように下ダイス１２を閉じると、４つの分割型が半径方向に互いに接近して密着するように、下ダイス１２の内面と割型２３の外面とが、上方に拡開する円錐テーパ面とされている。

【0039】

このように本実施形態の鍛造装置１は、対象とする部品Ｐ３がアンダーカット部Ｐ３４を有する形状であっても、素材Ｍを鍛造装置１の閉空間にセットしてから、据え込み加工と穴開け加工を終了するまで、ワンショットで成形することができる。

【0040】

以上のとおり、本実施形態の鍛造方法によれば、中央に膨出部Ｐ１１、少なくとも一端に軸部Ｐ１２を有し、軸部Ｐ１２の軸方向に穴Ｐ１３を有する部品Ｐ１を棒状の素材Ｍから鍛造加工する鍛造方法において、膨出部Ｐ１１に相当する素材Ｍの部位の温度が、軸部Ｐ１２に相当する素材Ｍの部位の温度より高くなるように素材Ｍを局部加熱し、局部加熱された状態の素材Ｍを、上ダイス１１及び下ダイス１２と、上ダイス１１及び下ダイス１２内に配置される上スリーブ１３及び下スリーブ１４と、上スリーブ１３及び下スリーブ１４をそれぞれ貫通する上マンドレル１５及び下マンドレル１６とで形成される閉空間にセットし、素材Ｍを上スリーブ１３及び下スリーブ１４並びに上マンドレル１５及び下マンドレル１６により加圧しながら膨出部Ｐ１１を据え込み加工するとともに、素材Ｍを上マンドレル１５及び下マンドレル１６により加圧しながら軸部Ｐ１２に穴開け加工する。これにより、加工度の高い部位を加熱することで、材料が持つ温度依存性を利用して変形抵抗を下げ、成形し易い条件を作り、材料の流れを制御するので、軸部Ｐ１２に穴Ｐ１３を有する円筒状の部品Ｐ１を鍛造加工することができる。

【0041】

また、本実施形態の鍛造方法によれば、素材Ｍが鋼材からなり、膨出部Ｐ１１に相当する素材Ｍの部位の温度が９００℃以下になるように素材Ｍを局部加熱するので、酸化スケールの発生が抑制され、加工代を小さくすることができる。

【0042】

また、本実施形態の鍛造方法によれば、素材Ｍが鋼材からなり、素材Ｍのうち局部加熱しない部位の温度が２００℃以上になるように素材Ｍを局部加熱する。素材Ｍを２００℃以上に予備加熱すると、素材Ｍが未焼鈍材であっても、常温の焼鈍材の変形抵抗と同程度の変形抵抗となるので、未焼鈍材を用いることができる。

【0043】

また、本実施形態の鍛造方法によれば、素材Ｍを鍛造装置１の閉空間にセットしてから据え込み加工と穴開け加工とをワンショットで成形するので、生産性が高くなると同時にダイスの製作費を低減することができる。

【0044】

また、本実施形態の鍛造方法によれば、部品Ｐ３がアンダーカット部Ｐ３４を有する場合、アンダーカット部Ｐ３４に対応した内面を有し、半径方向に分割された割型２３をダイスにセットすることにより、閉空間を形成するので、対象とする部品Ｐ３がアンダーカット部Ｐ３４を有する形状であっても、素材Ｍを鍛造装置１の閉空間にセットしてから、据え込み加工と穴開け加工を終了するまで、ワンショットで成形することができる。

【0045】

また、本実施形態の鍛造方法によれば、上マンドレル１５及び下マンドレル１６のそれぞれを加圧する一対のガススプリング２１，２２のストロークが、部品Ｐ１～Ｐ３軸部Ｐ１２～Ｐ３２に形成される穴Ｐ１３～Ｐ３３の深さに対応するので、ガススプリング２１，２２のストローク長を代えることで、種々の深さの穴開け加工に対応することができる。

【符号の説明】

【0046】

１…鍛造装置
１１…上ダイス
１２…下ダイス
１３…上スリーブ
１４…下スリーブ
１５…上マンドレル
１６…下マンドレル
１７…ダイホルダ
１８…ラム
１９，２０…ダイセット
２１，２２…ガススプリング
２３…割型
２４…第１スペーサ
２５…第２スペーサ
２６…第３スペーサ
２７…上エジェクタピン
２７１…駆動機構
２８…下エジェクタピン
２８１…駆動機構
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…部品
Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１…膨出部
Ｐ１２，Ｐ２２，Ｐ３２…軸部
Ｐ１３，Ｐ２３，Ｐ３３…穴
Ｐ３４…アンダーカット部
Ｍ…素材

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図1F】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】