JP2005153017A - 鍛造用金型、鍛造製品の製造方法、および鍛造生産システム - Google Patents

Abstract

【課題】 前方押し出しで成形した前方先端部位の隅部が水平断面形状において鋭角状になるような鍛造製品を製造する場合であっても、１回の鍛造工程で製造して生産性を向上することができ、割れ等の成形不良も発生しないようにする。
【解決手段】 この発明の鍛造用金型１１は、鍛造素材５を下降方向前方に押し出して成形することにより、前方先端部位９３の隅部が水平断面形状において鋭角状になる鍛造製品９を製造する際に使用する金型であり、前方先端面９３ｂを下方から押圧する背圧付与用金型３４が、前方先端部位９３の形成が開始される開始位置Ｍより所定距離Ｄだけ下方で、押し出されてくる鍛造素材５を待機する、ことを特徴としている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、対となる上金型と下金型とで囲まれる成形孔内に鍛造素材をセットし、上金型を下降させて鍛造素材に荷重を加え、鍛造素材を下降方向前方に押し出して成形することにより、前方先端部位の隅部が水平断面形状において鋭角状になる鍛造製品を製造する際に使用する鍛造用金型、その鍛造製品の製造方法、およびその鍛造用金型を有する鍛造機械を含めて構成した鍛造生産システムに関するものである。

鍛造は機械部品等を製造する塑性加工方法の一つである。鍛造とは、鍛造装置内に上下対となる金型を配設し、該金型内に鍛造素材を配置し上金型を移動させ鍛造素材に荷重を加えることにより鍛造素材を成形し鍛造製品を製造するものである。

鍛造による生産は、鍛造装置への鍛造素材の投入から、鍛造装置からの鍛造製品の排出までを自動化した連続生産が一般的である。この連続生産は、例えば、図８に示すように、成形に用いる金型内に鍛造素材１０５を投入し（図８（ａ））、加圧成形し（図８（ｂ））、成形後上金型１０２を上昇させ、ダイス１３３内に残された、成形された鍛造製品をノックアウトピンによりダイス１３３の上方に持上げ（図８（ｃ））、搬出装置によって鍛造装置外に持ち出す工程となる。

鍛造製品１０５が複雑な形状を有する場合は、１回の成形では最終形状を得ることが困難であるため、上記工程を複数回繰り返して最終形状に成形する方法が用いられている。

また、異なる高さの突出部を有する鍛造品を製造する場合は、下記の特許文献１に開示されているように、背圧を付与して成形することで、欠肉等の不良発生を防止する方法が提案されている。
特開平１１−２８５７７４号公報

そして、上記の特許文献１では、その図５のモデル図および段落［００３２］［００３３］に示されているように、先ず、鍛造の開始時には、図５（ａ）の如く、押出金型４６をダイ本体５８の上面と略面一となるように位置決めしておき、その後成形キャビティの浅底部８８に鍛造素材５２が充填された後に、押出金型４６の抜出しに伴って深底部８６に鍛造素材５２を充填させ、一方、深底部８６の底面７４は、鍛造素材５２に対して有効な背圧Ｐｂを及ぼしつつ、目的位置まで下降することによって高突部７８を形成し、その結果目的とする高突部７８を、欠肉等の欠陥を防止しつつ、安定して形成することが出来るようになっている。

複数回の成形工程を経て成形する場合は、金型の段取り換え、鍛造素材の再投入に伴う素材の予備加熱、素材金型への潤滑剤の塗布などの各工程が成形工程ごとに必要となるので、生産性が悪く、１回の鍛造工程で成形が完了する生産性の良い鍛造工程が望まれている。

しかし、複雑な形状を有する場合、従来の鍛造方法でただ単に１回の鍛造工程で成形してみると、最終フロー成形部に割れ、亀裂、ダレ（欠肉）等の成形不良が発生するという問題があった。

また、異なる高さの突出部を有する鍛造品を製造する場合、上記特許文献１の背圧付与方法は確かに有効ではあるが、より複雑な形状の場合、例えば図９に示すような、異なる高さを有するとともに、その前方押し出しで成形した前方先端部位１９３の隅部１９３ａが水平断面形状において鋭角状になるような鍛造製品１０９を製造する場合は、この背圧付与方法を用いても、その隅部１９３ａに、図９に示すように、割れ、亀裂、ダレが発生するという問題があった。

そして、この割れ、亀裂、ダレの発生要因は次のようなメカニズムと推定される。

前方押し出し部位で水平断面形状が鋭角を有しているので、鍛造素材のフローがその鋭角部位と中央の部位とでは異なる状態となり、その部位間に引っ張り力が発生し、その影響により割れが生じる。

また形状が複雑で、例えば、成形時に３段状態に鍛造素材がフローするような場合、肉厚が薄くなり一番成形の困難な形状を有する部位が最後に成形されることになり、その結果、最後に成形される時点では加工硬化が発生し、また鍛造素材の温度も低下するため、鍛造素材の塑性流動性が悪くなり、割れが発生しやすくなる。

さらに、特許文献１の背圧付与方法では、押出金型４６をダイ本体５８の上面と略面一となるように位置決めしておくため、前方先端部位の成形時に、押出金型が下降してもその成形孔周壁の潤滑剤が不足するようになり、成形孔周壁と前方先端部位の鍛造素材との間の摩擦で鍛造素材の流れが悪くなり、この点からも鍛造素材のフローが鋭角部位と中央の部位とでは異なる状態となり、その部位間に引っ張り力が発生し、その影響により割れが生じる。

特に、延性、展性の悪い材料ではこれらの影響を受けやすく割れが発生しやすい。

このような鋭角状隅部での成形不良発生のメカニズムによって、上記特許文献１の背圧付与方法を適用した場合でも成形不良を防止することができなかった。

この発明は上記に鑑み提案されたもので、複雑な形状であって、かつ異なる高さを有するとともにその前方押し出しで成形した前方先端部位の隅部が水平断面形状において鋭角状になるような鍛造製品を製造する場合であっても、１回の鍛造工程で製造して生産性を向上することができ、割れ、亀裂、ダレ等の成形不良も発生しない鍛造用金型、鍛造製品の製造方法、鍛造生産システムを提供することを目的とする。

１）上記目的を達成するために、第１の発明は、対となる上金型と下金型とで囲まれる成形孔内に鍛造素材をセットし、上金型を下降させて鍛造素材に荷重を加え、鍛造素材を下降方向前方に押し出して成形することにより、前方先端部位の隅部が水平断面形状において鋭角状になる鍛造製品を製造する際に使用する鍛造用金型において、上記前方先端部位を成形する成形孔の深さ方向に上下移動可能に設けられ、前方先端部位の前方先端面を下方から押圧し、所定初期値を持つ背圧を付与しつつその面を形成する背圧付与用金型を備え、上記背圧付与用金型は、前方先端部位を成形する成形孔の深さ方向であってその前方先端部位の形成が開始される開始位置より所定距離だけ下方で、押し出されてくる鍛造素材を待機するように組み込まれている、ことを特徴としている。

２）第２の発明は、上記した１）項に記載の発明の構成に加えて、上記所定距離は前方先端部位の深さ方向全長の１０〜７０％である、ことを特徴としている。

３）第３の発明は、上記した１）項または２）項に記載の発明の構成に加えて、上記背圧付与用金型はガスクッション、油圧クッション、水圧クッションの何れか、またはその組み合わせからなる背圧付与手段によって前方先端面を下方から押圧し背圧を付与する、ことを特徴としている。

４）第４の発明は、上記した１）項から３）項の何れかに記載の発明の構成に加えて、上記背圧付与手段は、前方先端面が背圧付与用金型に接触した時点で初期値として３５〜５５Ｎ／ｍｍ²の背圧を前方先端面に付与し、その後押し出しとともに背圧を漸増させ、押し出し完了時点で最終値として４５〜６５Ｎ／ｍｍ²の背圧を前方先端面に付与する、ことを特徴としている。

５）第５の発明は、上記した１）項から４）項の何れかに記載の発明の構成に加えて、上記上金型による鍛造素材の押し出し完了時点での荷重を、２４００〜３５００ｋＮとする、ことを特徴としている。

６）第６の発明は、上記した１）項から５）項の何れかに記載の発明の構成に加えて、上記成形孔の周壁に予め、黒鉛と鉱物油の混合物である油性潤滑剤を塗布する、ことを特徴としている。

７）第７の発明は、上記した１）項から６）項の何れかに記載の発明の構成に加えて、上記鍛造素材は水性潤滑剤が塗布された後、成形孔にセットされる、ことを特徴としている。

８）第８の発明は、上記した７）項に記載の発明の構成に加えて、上記鍛造素材を１５０〜３００℃に加熱した状態で水性潤滑剤中に浸漬し、引き上げ後２〜４時間常温に放置することで、鍛造素材に水性潤滑剤を塗布する、ことを特徴としている。

９）第９の発明は、上記した１）項から８）項の何れかに記載の発明の構成に加えて、上記下金型の温度は１００〜３５０℃に、成形孔にセットする時の鍛造素材の温度は３５０〜４７０℃にそれぞれ保持される、ことを特徴としている。

１）第１０の発明は、上記した１）項から９）項の何れかに記載の発明の構成に加えて、上記鍛造素材の材質は、Ｓｉが１０〜１１．５質量％、Ｆｅが０．５以下質量％、Ｃｕが２〜３質量％、Ｍｎが０．１以下質量％、Ｍｇが０．２〜０．５質量％、Ｃｒが０．１以下質量％、Ｚｎが０．１以下質量％、Ｔｉが０．１以下質量％、残部がＡｌであるアルミニウム合金である、ことを特徴としている。

１１）第１１の発明は、対となる上金型と下金型とで囲まれる成形孔内に鍛造素材をセットし、上金型を下降させて鍛造素材に荷重を加え、鍛造素材を下降方向前方に押し出して成形することにより、前方先端部位の隅部が水平断面形状において鋭角状になる鍛造製品を製造する鍛造製品の製造方法において、上記前方先端部位を成形する成形孔の深さ方向に上下移動可能に背圧付与用金型を設け、上記背圧付与用金型は、前方先端部位を成形する成形孔の深さ方向であってその前方先端部位の形成が開始される開始位置より所定距離だけ下方で、押し出されてくる鍛造素材を待機し、上記上金型による鍛造素材の押し出しにより前方先端面が背圧付与用金型に接触した時点から、背圧付与用金型は前方先端面を下方から押圧し所定初期値を持つ背圧を付与しつつその面を形成する、ことを特徴としている。

１２）第１２の発明は、１１）項に記載の製造方法で製造された鍛造製品である、ことを特徴としている。

１３）第１３の発明は、１）項から１０）項の何れか１項に記載された鍛造用金型を有する鍛造機械を含めて構成した鍛造生産システムである、ことを特徴としている。

この発明の鍛造用金型、鍛造製品の製造方法、鍛造生産システムでは、背圧付与用金型が、前方先端部位を成形する成形孔の深さ方向であってその前方先端部位の形成が開始される開始位置より所定距離だけ下方で、押し出されてくる鍛造素材を待機し、上金型による鍛造素材の押し出しにより前方先端面が背圧付与用金型に接触した時点から、背圧付与用金型は前方先端面を下方から押圧し所定初期値以上の背圧を付与しつつその面を形成するようにしたので、前方先端部位における鍛造素材のフローが鋭角部位と中央の部位とで差がなくなり、均一化し、その部位間に発生する引っ張り力が小さくなる。

また形状が複雑で、例えば、成形時に３段状態に素材がフローするような場合、肉厚が薄くなり一番成形の困難な形状を有する部位が最後に成形されることになり、その結果、最後に成形される時点では鍛造素材の温度が低下してしまうが、背圧付与用金型で前方先端面を下方から押圧し所定初期値以上の背圧を付与するようにしたので、前方先端部位に適度な蓄熱が行われて鍛造素材の温度を適正に維持することができ、したがって、鍛造素材の塑性流動性を維持することができる。

また、この発明では、背圧付与用金型が、前方先端部位を成形する成形孔の深さ方向であってその前方先端部位の形成が開始される開始位置より所定距離だけ下方で、押し出されてくる鍛造素材を待機するようにしたので、前方先端部位の成形孔周壁に潤滑剤を予め塗布しておいて、その状態で鍛造素材の押し出しを待機でき、したがって、潤滑剤を十分に供給でき、成形孔と前方先端部位の鍛造素材との間の摩擦が緩和されて鍛造素材の流れが改善され、その結果前方先端部位における鍛造素材のフローが鋭角部位と中央の部位とで差がなくなり、均一化し、その部位間に発生する引っ張り力が小さくなる。

そして、上記のように、前方先端部位において、鍛造素材のフローを均一化でき、また鍛造素材の塑性流動性を維持できるので、１回の鍛造工程で製造することができ、それによって生産性を向上することができ、また割れ、亀裂、ダレ等の成形不良も確実に防止することができる。

以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１はこの発明の一例である鍛造用金型の全体構成を示す図、図２はこの鍛造用金型で製造する鍛造製品の一例の外観図である。これらの図において、この発明の鍛造用金型１は、図２に示すような鍛造製品９を製造するための金型である。鍛造製品９は、３段構成のもので、フランジ形状部９１と、筒状部９２と、水平断面形状で隅部９３ａが鋭角状となっている三日月形状部９３とからなる。ここで、水平断面形状とは、鍛造方向に対する略垂直な断面での形状をいう。また、三日月形状部９３のような形状だけでなく、その他種々の形状であってもよい。例えば、部位の鍛造方向に対する略垂直な断面形状（水平断面形状）が、１５〜３０度（好ましくは２０〜２５度）である角度を有する多角形、三角形、台形、平行四辺形、ひし形、一部の辺が円弧状である形状、辺の一部が円弧状である形状、三日月状形状よりさらに細い新月状形状、見込み角度が７０〜８５度である円弧を有するかまぼこ形状などを挙げることができる。

鍛造用金型１は、対となる上金型２と下金型３とで囲まれる成形孔４内に鍛造素材５をセットし、上金型２を下降させて鍛造素材５に荷重を加え、鍛造素材５を下降方向前方に押し出して成形することにより、鍛造製品９を製造する。なお、上金型２の下降方向への移動により、その前方に鍛造素材５が押し出されて成形されるため、鍛造製品９の三日月形状部９３は成形時に前方先端部位となる。また、鍛造用金型１は、鍛造装置の主要部として構成され、上金型２の上下動や、後述するノックアウトピン３７の上下動は、鍛造装置の駆動機構で行われるようになっている。

上金型２は製品形状の主に上部を成形し、下金型３は製品形状の主に下部を成形する。

下金型３は、製品形状の主に側面を成形する入れ子型３１と、主に内周面を形成する凸型３２と、入れ子型３１を囲むダイス３３とを備えている。入れ子型３１は、中央が中空状に形成され、凸型３２はその中空部分に立設されている。そして、入れ子型３１の内周壁面と、凸型３２の外周壁面とで上記の成形孔４を構成し、上金型２の下降が下死点に達して鍛造が完了し図１の状態なった時点で、鋳造素材５にはフランジ形状部９１と筒状部９２と三日月形状部（前方先端部位）９３とが形成される。

入れ子型３１と凸型３２との間の成形孔４のうち、三日月形状部９３を成形する成形孔４ａの下方（前方）には、背圧ピン（背圧付与用金型）３４が配設され、背圧ピン３４のさらに下方にはガスクッション３５と、ストッパー３６と、ノックアウトピン３７とが設けられている。この背圧ピン３４とガスクッション３５とストッパー３６とは背圧付与手段を構成している。

また、ここでは図示されていない潤滑剤噴霧装置からは、成形孔４の周壁面に潤滑剤が噴霧され塗布されるようになっている。この潤滑剤には、鉱物油等の油性潤滑剤が用いられ、黒鉛と鉱物油との混合物であれば、潤滑効果が高まるので好ましい。また、水性潤滑油では金型温度を下げるので、この点からも油性潤滑剤が好ましい。

この鍛造素材５は水性潤滑剤が塗布された後、成形孔４にセットされる。すなわち、鍛造素材５を１５０〜３００℃に加熱した状態で水性潤滑剤中に浸漬し、引き上げ後２〜４時間常温に放置することで、鍛造素材５に水性潤滑剤を塗布しておくのが好ましい。潤滑剤塗布状態が安定するからである。この水性潤滑剤としては、水溶性黒鉛潤滑剤を用いるのが好ましい。なお、鍛造素材５に塗布する潤滑剤に水性のものを使用し、油性のものを使用しなかったのは、水性潤滑剤の方が、鍛造素材５になじみがよく、鍛造素材５の潤滑性をよりよく保持できるからである。

ダイス３３の外周上縁には、下金型３を加熱して温度を制御するヒーター８を配置してある。ヒーター８の加熱能力は、２５０〜４００℃であるのが好ましい。簡易で小型のヒーターを用いることができる。例えば、供給電力２００Ｖ、出力２ｋｗ、ＭＡＸ４５０℃仕様のものを挙げることができる。

また、十分な塑性流動を得るために、下金型３の温度は、上記のヒーター８によって１００〜３５０℃（好ましくは１２０〜２５０℃）に保持されるのが好ましい。これ未満では、成形が不安定になり、これを超えると潤滑剤塗布状態が不安定になるからである。成形孔４にセットする際の鍛造素材５の温度は３５０〜４７０℃に保持されているのが好ましい。

入れ子型３１の鍛造素材５と接する内周壁面の材質は合金工具鋼か超硬を用いるのが好ましく、摩擦抵抗の摩耗対策の点からは特に超硬が好ましい。また、前方先端部位９３に相当する入れ子型３１と凸型３２の各表面のコーティング処理としてＴｉＣなどのＣＶＤ処理を施すのが好ましい。耐焼き付き性が向上するからである。また、その部分の表面粗さは、Ｒｙ＝０．５μｍ以下、好ましくは０．１〜０．４μｍであるのが好ましい。耐焼き付き性が向上し、塑性流動がより充分に制御されるからである。

鍛造素材５の材料としては、鍛造で塑性加工可能な金属材料を用いることができる。例えば、アルミニウム、鉄、マグネシウム、およびこれらを主成分とする合金を挙げることができる。

アルミニウム合金であれば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を用いることができ、ＪＩＳ６０６１合金、Ａ３９０合金等を用いることができる。例えばＳｉが１０〜１１．５質量％、Ｆｅが０．５以下質量％、Ｃｕが２〜３質量％、Ｍｎが０．１以下質量％、Ｍｇが０．２〜０．５質量％、Ｃｒが０．１以下質量％、Ｚｎが０．１以下質量％、Ｔｉが０．１以下質量％、残部がＡｌであるアルミニウム合金とすることができる。

本発明に用いる鍛造素材５の製法は、連続鋳造、押出、圧延等いずれであっても良い。アルミニウムやアルミニウム合金の場合、連続鋳造された丸棒材が安価で好ましい。アルミニウム合金においては、気体加圧式ホットトップ鋳造法で連続鋳造された丸棒材（例えば、昭和電工株式会社製ＳＨＯＴＩＣ材（登録商標））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。

次に、図３、図４を用いて、前方先端部位成形時の背圧付与手段の動作について説明する。

図３および図４はこの発明の鍛造用金型を用いて鍛造製品を製造する際の製造工程を順に示す図であり、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）はその前半を、図４（ｄ）（ｅ）（ｆ）はその後半を示している。

先ず図３（ａ）では、所定の寸法に切断された鍛造用素材５を成形孔４に挿入する。このとき、背圧ピン３４の上端面は、前方先端部位９３を成形する成形孔４ａの深さ方向であってその前方先端部位９３の形成が開始される開始位置Ｍより所定距離Ｄだけ下方の位置で、押し出されてくる鍛造素材５を待機している。この所定距離Ｄは、前方先端部位９３の深さ方向全長の１０〜７０％に設定され、鍛造動作の安定性の点から２５〜７０％とするのが好ましい。例えば深さ方向全長が１０．５ｍｍのとき２．６〜７．３ｍｍとすることができる。

次に、上金型２が下降し鍛造素材５を押圧するので塑性流動が開始する。さらに塑性流動が進むと、鍛造素材５は、図３（ｂ）に示すように、成形孔４ａに流入し、続いて図３（ｃ）に示すように背圧ピン３４の上端面に到達する。

背圧ピン３４にはガスクッション３５からの背圧力が初期値として予め付与されているので、上金型２がさらに下降してその初期値を超えるまで背圧ピン３４は停止したままで待機位置から変化しない。

ガスクッション３５はガスクッションピストン３５ａおよび背圧ピン３４を介して前方先端部位９３の前方先端面９３ｂに背圧を付与しており、一方、上金型２の下降が進み、上金型２からの荷重がその背圧力を上回ると、ガスクッション３５は縮退し、その縮退に応じて背圧ピン３４が押し下げられ、図４（ｄ）に示すように、鍛造素材５は成形孔４ａ内に充満してゆく。その後、背圧ピン３４は、図４（ｅ）に示すように、その下端面がストッパー３６に当接して停止し、成形が完了する。その後、上金型２が上昇し、図４（ｆ）に示すように、成形孔４内にとどまった鍛造製品９はノックアウトピン３７で押し上げられ、成形孔４から取り出される。

図５はガスクッションによる背圧力を示す図である。なお、横軸の（ａ）〜（ｅ）は、図３（ａ）〜図４（ｅ）の各時点に相当し、縦軸は背圧力を示している。

ガスクッション３５による背圧は、背圧ピン３４を介して前方先端面９３ｂに作用し、鍛造素材５に付与される。この背圧力Ｐは、図５に示すように、鍛造素材５が背圧ピン３４の上端面に到達するまでの（ａ）（ｂ）の時点では「０」で、到達した（ｃ）の時点でガスクッション３５の初期値Ｐ１となる。この背圧力Ｐは、背圧ピン３４の下端面がストッパー３６に当接する（ｅ）の時点まで漸増し、（ｅ）の時点で最終値Ｐ２となる。すなわち、（ｃ）から（ｅ）までは、前方先端面９３ｂを介して鍛造素材５に背圧力Ｐが付与された状態で成形が行われる。その後、上金型２が上昇するので、背圧力Ｐは「０」に下がる。

ここで、背圧力Ｐの初期値Ｐ１は、例えば上金型２が下死点に達し押し出しが完了した時点で荷重（メイン加重）が２４００〜３５００ＫＮである場合、３５〜５５Ｎ／ｍｍ²とするのが好ましく、その後ガスクッション３５のストロークが変化して最終値Ｐ２となるが、この最終値Ｐ２は４５〜６５Ｎ／ｍｍ²とするのが好ましい。ストロークの変化に対して圧力がこの範囲を超えると、鍛造素材５の塑性流動がうまくいかなくなり、割れ、焼き付きや充満不良が発生するおそれがある。背圧力Ｐの最終値Ｐ２が初期値Ｐ１の１００〜１３０％以内であれば成形を安定して行うことができ、好ましい。上記の背圧力Ｐは、１組のガスクッション３５と背圧ピン３４で得るようにしてもよいし、複数組で得るようにしてもよい。

上記のように、この発明の鍛造用金型１では、背圧ピン３４が、成形孔４ａの深さ方向であって前方先端部位９３の形成が開始される開始位置Ｍより所定距離Ｄだけ下方で、押し出されてくる鍛造素材５を待機するように組み込まれているとともに、上金型２による鍛造素材５の押し出しにより前方先端面９３ｂが背圧ピン３４に接触した時点から、前方先端面９３ｂを下方から押圧し所定初期値Ｐ１以上の背圧を付与しつつその面９３ｂを形成するようにしたので、前方先端部位９３における鍛造素材５のフローが隅部（鋭角部位）９３ａと中央の部位とで差がなくなり、均一化し、その部位間に発生する引っ張り力が小さくなる。

また鍛造製品９のように、形状が複雑で、成形時に３段状態に素材がフローするような場合、肉厚が薄くなり一番成形の困難な形状を有する部位９３が最後に成形されることになり、その結果、最後に成形される時点では鍛造素材５の温度が低下してしまうが、この発明の鍛造用金型１では、背圧ピン３４で前方先端面９３ｂを下方から押圧し所定初期値Ｐ１以上の背圧を付与するとともに、上からの荷重がその所定初期値Ｐ１を越えるまでは背圧ピン３４は停止し、鍛造素材５が前方先端部位９３に留まることになるため、前方先端部位９３に適度な蓄熱が行われて鍛造素材５の温度を適正に維持することができ、したがって、鍛造素材５の塑性流動性を維持することができると考えることができる。

また、この発明では、背圧ピン３４が、成形孔４ａの深さ方向であって前方先端部位９３の形成が開始される開始位置Ｍより所定距離Ｄだけ下方で、押し出されてくる鍛造素材５を待機するようにしたので、成形孔４の周壁の上方側だけでなく下方側の成形孔４ａの周壁にも潤滑剤を予め塗布しておくことができ、その状態で鍛造素材５の押し出しを待機するようになる。したがって、その開始位置Ｍから所定距離Ｄまでの領域Ｓは、鍛造素材５が押し出されるとともに周壁を伝わって流下してきた潤滑剤で満たされて潤滑剤溜まりとなり、その領域Ｓには潤滑剤が十分に供給される。したがって、成形孔４ａと前方先端部位９３の鍛造素材５との間の摩擦が大幅に緩和されて鍛造素材５の流れが改善され、その結果前方先端部位９３における鍛造素材５のフローが、この点からも隅部（鋭角部位）９３ａと中央の部位とで差がなくなり、均一化し、その部位間に発生する引っ張り力が小さくなると考えることができる。

そして、上記のように、前方先端部位９３において、鍛造素材５のフローを均一化でき、また鍛造素材５の塑性流動性を維持できるので、鍛造製品９のような複雑な形状であっても１回の鍛造工程で製造することができ、それによって生産性を向上することができる。また割れ、亀裂、ダレ等の成形不良も確実に防止することができる。

また、上記の鍛造用金型１を用いて製造した鍛造製品９は、メタルフローが筒状部９２から三日月形状部９３にかけて連続したものになっているので、三日月形状部９３の機械的強度が良好なものとなる。また、三日月形状部９３の成形不良の発生を抑えることができ、特に充分な鋭角形状を有しているので、機械加工などの後処理工程を省略することができる。

なお、上記の背圧付与手段にはガスクッション３５を用いるようにしたが、ストローク変位がゼロの状態で所定の圧力（初期値）を有しているものであればその種類に特に制限はなく、ガスクッション以外に、油圧クッション、水圧クッションを用いることができる。

次に、本発明の鍛造生産システムについて説明する。

図６は本発明の鍛造生産システムの一例を概略的を示す図である。この鍛造生産システムは、連続鋳造装置６０１、均質処理装置６０２、矯正装置６０３、ピーリング装置６０４、素材切断装置６０５、予備加熱装置６０６、予備潤滑装置６０７、素材加熱処理装置６０８、および鍛造装置（鍛造機械）６０９から構成される。鍛造装置６０９は、上記の鍛造用金型を含めて構成されている。

また、必要に応じて、鍛造装置６０９の後段に、溶体化加熱装置６１０、焼き入れ装置６１１、時効処理装置６１２を設けてもよい。また、連続鋳造装置６０１の前段に、溶湯の純度を良くするための溶湯処理装置（図示省略）を設けるようにしてもよい。

そして、各装置間の搬送に自動搬送装置を設けることで一貫生産ラインを構成することができる。さらに、素材供給装置（図示せず）と、素材搬送装置（図示せず）と、鍛造製品搬出装置（図示せず）とを含ませた一貫自動生産システムがより好ましいシステムである。

上記の各装置のうち、素材切断装置６０５は、素材を所定の長さに切断するためのものである。素材供給装置は一定量の鍛造用素材をホッパー内に保留し、次工程へ素材を供給するためのものである。素材搬送装置は鍛造用素材を金型へ搬送するためのものである。鍛造装置６０９は鍛造用素材を鍛造するためのものである。鍛造製品搬出装置はノックアウトピン機構により鍛造製品を金型内から排出し次工程に搬送するためのものである。素材加熱装置６０８は素材を再結晶温度以上に加熱して鍛造加工性を高めるためのものでる。時効処理装置６１２は取り出した鍛造製品を連続的に溶体化・時効処理を実施する熱処理のためのものである。

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。

図２の形状を有した鍛造製品９を、この発明の鍛造用金型１を用いて製造した。メイン加重は、下死点で３０００ｋＮとした。背圧初期値Ｐ１、背圧最終値Ｐ２、潤滑剤溜りの深さ方向長さＤ、金型の潤滑剤、金型温度、鍛造用素材の潤滑剤、鍛造用素材の温度の各条件を図７に示した。なお、成形品の前方先端部位の深さ方向の長さは１４ｍｍであったので、その深さ方向の長さに対して潤滑材溜まり２ｍｍは１４％、８ｍｍは５７％になった。

材質がＳｉ：１０．３０、Ｆｅ：０．２０、Ｃｕ：２．４０、Ｔｉ：０．０１、Ｍｎ：０．０１、Ｍｇ：０．３５、Ｃｒ：０．０１、Ｚｎ：０．０１（単位：質量％）を含有するアルミニウム合金である、連続鋳造した鋳造棒を切断したものを鍛造用素材とした。

成形状態を成形後の外観観察の結果で評価した結果を図７に併記した。◎は、外観において、割れ、ダレがなく焼き付きも発生しなかったことを示し、〇は、外観において割れの発生が無かったことを示し、△は、外観において割れの発生は無く、合格範囲であるが焼き付きが見られたことを示している。また×１は、外観において、割れが発生したことを示し、×２は、外観において、割れは無かったが、ダレが発生して形状不良となったことを示し、×３は、外観において、焼き付きが発生し不良となったことを示し、×４は、外観において、割れが発生したことを示し、×５は、外観において焼き付きが発生し不良となったことを示している。

比較例３は、２回の鍛造成形で目的の形状を得たものであり、比較例７のボンデ処理とは、りん酸塩皮膜処理のことである。

この発明の鍛造用金型の全体構成を示す図である。 この鍛造用金型で製造する鍛造製品の外観図である。 この発明の鍛造用金型を用いて鍛造製品を製造する際の製造工程の前半を順に示す図である。 この発明の鍛造用金型を用いて鍛造製品を製造する際の製造工程の後半を順に示す図である。 ガスクッションによる背圧力を示す図である。 本発明の鍛造生産システムの一例を概略的を示す図である。 各種条件およびその評価結果を示す図である。 従来の鍛造工程の説明図である。 従来の鍛造工程で製造した鍛造品の一例を示す図である。

符号の説明

１ 鍛造用金型
２ 上金型
３ 下金型
３１ 入れ子型
３２ 凸型
３３ ダイス
３４ 背圧ピン（背圧付与用金型）
３５ ガスクッション
３５ａ ガスクッションピストン
３６ ストッパー
３７ ノックアウトピン
４ 成形孔
４ａ 成形孔
５ 鍛造素材
８ ヒーター
９ 鍛造製品
９１ フランジ形状部
９２ 筒状部
９３ 三日月形状部（前方先端部位）
９３ａ 隅部（鋭角部位）
９３ｂ 前方先端面
Ｄ 背圧ピンの待機位置
Ｍ 前方先端部位形成の開始位置
Ｓ 前方先端部位形成の開始位置Ｍから所定距離Ｄまでの潤滑剤溜り領域

Claims (13)

1. 対となる上金型と下金型とで囲まれる成形孔内に鍛造素材をセットし、上金型を下降させて鍛造素材に荷重を加え、鍛造素材を下降方向前方に押し出して成形することにより、前方先端部位の隅部が水平断面形状において鋭角状になる鍛造製品を製造する際に使用する鍛造用金型において、
   上記前方先端部位を成形する成形孔の深さ方向に上下移動可能に設けられ、前方先端部位の前方先端面を下方から押圧し、所定初期値を持つ背圧を付与しつつその面を形成する背圧付与用金型を備え、
   上記背圧付与用金型は、前方先端部位を成形する成形孔の深さ方向であってその前方先端部位の形成が開始される開始位置より所定距離だけ下方で、押し出されてくる鍛造素材を待機するように組み込まれている、
   ことを特徴とする鍛造用金型。
2. 上記所定距離は前方先端部位の深さ方向全長の１０〜７０％である、請求項１に記載の鍛造用金型。
3. 上記背圧付与用金型はガスクッション、油圧クッション、水圧クッションの何れか、またはその組み合わせからなる背圧付与手段によって前方先端面を下方から押圧し背圧を付与する、請求項１または２に記載の鍛造用金型。
4. 上記背圧付与手段は、前方先端面が背圧付与用金型に接触した時点で初期値として３５〜５５Ｎ／ｍｍ²の背圧を前方先端面に付与し、その後押し出しとともに背圧を漸増させ、押し出し完了時点で最終値として４５〜６５Ｎ／ｍｍ²の背圧を前方先端面に付与する、請求項１から３の何れかに記載の鍛造用金型。
5. 上記上金型による鍛造素材の押し出し完了時点での荷重を、２４００〜３５００ｋＮとする、請求項１から４の何れかに記載の鍛造用金型。
6. 上記成形孔の周壁に予め、黒鉛と鉱物油の混合物である油性潤滑剤を塗布する、請求項１から５の何れかに記載の鍛造用金型。
7. 上記鍛造素材は水性潤滑剤が塗布された後、成形孔にセットされる、請求項１から６の何れかに記載の鍛造用金型。
8. 上記鍛造素材を１５０〜３００℃に加熱した状態で水性潤滑剤中に浸漬し、引き上げ後２〜４時間常温に放置することで、鍛造素材に水性潤滑剤を塗布する、請求項７に記載の鍛造用金型。
9. 上記下金型の温度は１００〜３５０℃に、成形孔にセットする時の鍛造素材の温度は３５０〜４７０℃にそれぞれ保持される、請求項１から８の何れかに記載の鍛造用金型。
10. 上記鍛造素材の材質は、Ｓｉが１０〜１１．５質量％、Ｆｅが０．５以下質量％、Ｃｕが２〜３質量％、Ｍｎが０．１以下質量％、Ｍｇが０．２〜０．５質量％、Ｃｒが０．１以下質量％、Ｚｎが０．１以下質量％、Ｔｉが０．１以下質量％、残部がＡｌであるアルミニウム合金である、請求項１から９の何れかに記載の鍛造用金型。
11. 対となる上金型と下金型とで囲まれる成形孔内に鍛造素材をセットし、上金型を下降させて鍛造素材に荷重を加え、鍛造素材を下降方向前方に押し出して成形することにより、前方先端部位の隅部が水平断面形状において鋭角状になる鍛造製品を製造する鍛造製品の製造方法において、
    上記前方先端部位を成形する成形孔の深さ方向に上下移動可能に背圧付与用金型を設け、
    上記背圧付与用金型は、前方先端部位を成形する成形孔の深さ方向であってその前方先端部位の形成が開始される開始位置より所定距離だけ下方で、押し出されてくる鍛造素材を待機し、
    上記上金型による鍛造素材の押し出しにより前方先端面が背圧付与用金型に接触した時点から、背圧付与用金型は前方先端面を下方から押圧し所定初期値を持つ背圧を付与しつつその面を形成する、
    ことを特徴とする鍛造製品の製造方法。
12. 請求項１１に記載の製造方法で製造された鍛造製品。
13. 請求項１から１０の何れか１項に記載された鍛造用金型を有する鍛造機械を含めて構成した、ことを特徴とする鍛造生産システム。

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