JP2002239674A - 鍛造装置及び鍛造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鍛造時の素材の良好な潤滑と加工時の鍛造
型、素材、パンチを均一に加熱することを目的とする。 【解決手段】 鍛造型の一部あるいは全体を鍛造温度域
に加熱した液体中に埋没させ鍛造する鍛造装置におい
て、前記鍛造型は、分割可能であり、且つ、鍛造型のキ
ャビティに向かって前後動可能なパンチを少なくとも一
つ設けていることを特徴とする鍛造装置とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体に浸漬された
鍛造型を用いた鍛造装置及び鍛造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】鍛造時の型と素材の摩擦力を
低減し鍛造性を向上させる目的で、素材表面には潤滑処
理がなされ、また、鍛造一回毎に金型には潤滑剤が噴霧
される。しかしながら素材の変形度が大きい場合は潤滑
切れを起こし複雑形状の鍛造品を得ることは困難であ
る。更に素材の潤滑処理には専用の設備が必要であり、
また、鍛造とは別工程で行われるため生産リードタイム
が長くなるといった問題がある。

【０００３】型と素材を所定温度に加熱して鍛造を行う
金型では、金型内に電気ヒータを埋設し熱伝導により金
型表面を所定の温度としている。しかしながら複雑な金
型表面の細部まで熱は伝わりにくく、さらにヒータを埋
設するため金型強度が低下するといった問題がある。

【課題を解決する為の手段】

【０００４】本発明は、上記の課題に鑑みなされたもの
であって、鍛造型の一部あるいは全体を鍛造温度域に加
熱した液体中に埋没させ鍛造する鍛造装置において、前
記鍛造型は、分割可能であり、且つ、鍛造型のキャビテ
ィに向かって前後動可能なパンチを少なくとも一つ設け
ていることを特徴とする鍛造装置とした。

【０００５】本発明によれば、液体の熱伝導により型、
素材、パンチが所望の温度に均一加熱されるため、鍛造
性は向上し、複雑な形状の型であっても効率よく加熱で
きる。

【０００６】また、鍛造型の一部あるいは全体を鍛造温
度域に加熱した液体中に埋没させ鍛造する鍛造装置にお
いて、前記鍛造型は分割可能であり、鍛造型の一部が液
体外に待機した際に前記加熱した液体を噴霧する手段を
設けたことを特徴とする鍛造装置とした。

【０００７】鍛造成形後、鍛造型を分割し、成形品を脱
型する際に、一次的に加熱した液体から開放された状態
になるが、この際、放熱により金型が冷却され易くなる
ので、加熱された液体を待機時に噴霧することで、金型
の冷却が防止され、成形効率が向上するものである。

【０００８】また、前記パンチと鍛造型の間には、液体
の漏れ防止手段を設け、液体の漏れを防止する。

【０００９】更に、前記液体を液体潤滑剤とすること
で、鍛造時の素材は、キャビティ内全域に渡り充填され
る。

【００１０】前記液体の少なくともキャビティ内に存在
する液体は、鍛造時に排出される手段を有していること
を特徴とする鍛造装置した。

【００１１】鍛造時、キャビティ内の液体は、素材の延
伸により合わせ型の間から、排出されることになるが、
成形速度が早かったり、液体が比較的粘性のあるものを
用いる際には、鍛造直前にキャビティ内の液体を吸引排
出するようにすることで、欠肉のない成形を行えるもの
である。

【００１２】また、前記液体を所望の温度に加熱あるい
は冷却する手段と、液体を循環し撹拌させる手段を備え
ることで、液体を所望の温度に制御するとともに、液体
を循環および撹拌することで、金型全体を均一に温度制
御することが可能である。

【００１３】また、鍛造域に加熱された液体に少なくと
も一部が埋設した鍛造型のキャビティに素材を載置する
準備工程、キャビティ内にパンチを押圧し、キャビティ
内の液体を排出しながら素材をキャビティ内に充填する
成形工程を有することを特徴とする鍛造方法とした。

【００１４】また、加工温度を３００〜５５０℃とし、
金型へのダメージを極力押え、比較的安価な液体を利用
できるものである。

【００１５】また、前記素材は、見かけ上のＺｎ含有量
を以下に示す意味で用いた場合、見かけ上のＺｎ含有量
を３７〜５０ｗｔ％、Ｓｎを０．５〜７ｗｔ％含むもの
であることを特徴とする鍛造方法とした。 {（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・Ｑ）}×１００ Ａ：Ｃｕ含有量（ｗｔ％）、Ｂ：Ｚｎ含有量（ｗｔ
％）、ｔ：ＳｎのＺｎ当量、Ｑ：Ｓｎ含有量（ｗｔ％）

【００１６】また、前記素材は、以下の結晶組織のうち
少なくとも１つを満たすものであることを特徴とする鍛
造方法とした。 結晶組織は、少なくともγ相を含み、その面積比率
が、１〜５０％ 結晶組織は、少なくともβ相、γ相を含み、β相の面
積比率が２５〜４５％、γ相の面積比率が２５〜４５％ 結晶組織は、α相の面積比率が３０〜７５％、β相の
面積比率が０〜５５％、γ相の面積比率が１〜５０％ 結晶組織は、γ相の短軸の平均結晶粒径が５μｍ以下

【００１７】また、前記素材は、見かけ上のＺｎ含有量
を以下に示す意味で用いた場合、見かけ上のＺｎ含有量
を３７〜５０ｗｔ％、Ｓｎを０．５〜７ｗｔ％含み、 {（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・Ｑ）}×１００ Ａ：Ｃｕ含有量（ｗｔ％）、Ｂ：Ｚｎ含有量（ｗｔ
％）、ｔ：ＳｎのＺｎ当量、Ｑ：Ｓｎ含有量（ｗｔ％） 以下の結晶組織のうち少なくとも１つを満たすことを特
徴とする鍛造方法とした。 結晶組織は、少なくともγ相を含み、その面積比率
が、１〜５０％ 結晶組織は、少なくともβ相、γ相を含み、β相の面
積比率が２５〜４５％、γ相の面積比率が２５〜４５％ 結晶組織は、α相の面積比率が３０〜７５％、β相の
面積比率が０〜５５％、γ相の面積比率が１〜５０％ 結晶組織は、γ相の短軸の平均結晶粒径が５μｍ以下

【００１８】上記の素材は、低温度域での延性に優れた
素材であり、液体の加熱温度即ち鍛造温度を低く設定で
きるものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例を示した図
であり図中１は上ダイ、２は下ダイで、それぞれ上敷５
および下敷６によりバックアップされ、上プレート７お
よび下プレート８により保持されている。上プレート７
と上敷５および上ダイ１を貫通して、後進自在なパンチ
３が設けてある。また、下プレート８と下敷６および下
ダイ２を貫通して、エジェクトピン４が設けてある。下
敷６上には隔壁１０により液体潤滑剤１１が蓄えられ、
液体潤滑剤１１は吸入口１４よりポンプ１２によって吸
引され加熱・冷却器１３を経て、一部はリターン口１５
よりリターンされ、一部はノズル１６より上ダイ１に噴
射される。液体潤滑剤１１を循環および撹拌すること
で、金型全体を均一に温度制御することが可能である。
またエジェクトピン４と下敷６の間にはシール部材２０
が設けられ、液体潤滑剤１１の漏れを防止している。図
３はシール部の一実施例を示した図であり、ピストンロ
ッド２２とエジェクトピン４の間にベローズ２１を介す
ることにより液体潤滑剤１１の漏れの防止とエジェクト
ピン４のストロークを確保する。

【００２０】金型の加熱・冷却は液体潤滑剤１１との熱
伝導により行われ、液体潤滑剤１１は金型が所望の温度
になるように加熱・冷却器１３により温度管理される。
図示しないが適宜設けられた温度センサにより、金型温
度および液体潤滑剤の温度管理され、金型、パンチ、素
材の均一に設定される。温度差が殆どないことで、加工
の初期段階と後工程の段階での素材の延性が、低下する
ことがなく成形ができる。図示しないが、素材も液体潤
滑剤１１により加熱することが可能で、この場合は素材
加熱装置が不要となり、また金型、パンチ、素材の温度
をほぼ等しくすることが可能である。

【００２１】次に、鍛造方法について説明する。図１の
鍛造型が開放した状態で、素材Ｍを下ダイ２の凹部に載
置する。その後、上ダイ１を上プレートに連設している
図示しない油圧シリンダーにより下ダイと当接させ型締
めを行う。この際、上ダイ１、下ダイ２によって囲まれ
る成形体の外観に近似するキャビティを形成することに
なる。次に、パンチ３を素材Ｍへ向けて押圧前進させ、
キャビティ内に素材を充填させる。素材Ｍが延伸する際
には、キャビティ内に存在する液体は、上ダイ１と下ダ
イ２の合わせ面やパンチ３と上ダイ１の微小な間隙よ
り、素材Ｍと入れ替わるようにキャビティ外へ排出され
る。キャビティの一部あるいは全体をキャビティの内外
を連通する微細な穴を備えた多孔体により構成すること
で、キャビティ内の液体をキャビティ外へ排出する事も
可能である。更に、少なくともキャビティ内の液体は、
例えば、パンチ３先端に鍛造時には閉塞し、吸引時は、
開口するポンプ１２に連動する吸引部を設け、鍛造直前
にキャビティ内の液体を吸引排出するようにしてもよ
い。また、一時的に、隔壁内にある液体を排出すること
で、キャビティ内の液体を排出するようにしても良い。
この際、鍛造時の金型の温度が低下しないように再び隔
壁内に液体を戻すようにする。

【００２２】次に、成形終了後、パンチ３を初期の位置
に戻し、その後上ダイ１を下ダイ２から離間させ型を開
放させる。開放した上ダイ１は、成形時に加熱したダイ
を冷却するとともに冷却しすぎないように鍛造時の温度
域に加熱された潤滑液を噴霧するようにしている。成形
品は、エジェクトピン４を成形品方向に移動させ、成形
品を脱型し、成形工程が終了する。

【００２３】図２は他の実施例であり、前述の金型構造
に加え横方向からのパンチ３０により複雑形状を成形す
る際の金型構造である。パンチ３０と隔壁１０の間に設
けられたシール部材３１により液体潤滑剤１１の漏れを
防止でき、パンチ３０は後進自在に駆動することが可能
である。前記実施例と異なる点は、パンチを複数配置
し、より複雑な形状を成形できるようにした以外鍛造方
法については、同様に動作される。

【００２４】素材は、延伸性に優れたものであれば適宜
選択して利用できるが、本出願人が、先に提案している
下記の素材が、好適に利用できる。

【００２５】すなわち、見掛け上のＺｎ含有量が３７〜
５０ｗｔ％、Ｓｎ含有量が０．５〜７ｗｔ％である組成
を用いることができる。

【００２６】ここで、「見掛け上のＺｎ含有量」という
用語は、ＡをＣｕ含有量〔ｗｔ％〕、ＢをＺｎ含有量
〔ｗｔ％〕、ｔを添加した第３元素（例えばＳｎ）のＺ
ｎ当量、Ｑをその第３元素の含有量〔ｗｔ％〕としたと
き、「｛（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・Ｑ）｝×１０
０」の意味で用いる。

【００２７】また、素材は、以下の結晶構造の少なくと
も一つをを有する。 結晶組織は、少なくともγ相を含み、その面積比率
が、１〜５０％ 結晶組織は、少なくともβ相、γ相を含み、β相の面
積比率が２５〜４５％、γ相の面積比率が２５〜４５％ 結晶組織は、α相の面積比率が３０〜７５％、β相の
面積比率が０〜５５％、γ相の面積比率が１〜５０％ 結晶組織は、γ相の短軸の平均結晶粒径が５μｍ以下

【００２８】このような結晶構造とすることにより、鍛
造温度３００〜５５０℃の低温においても低温度域で再
結晶を起こさせながら塑性変形させても、十分な延性を
確保することができ、水栓金具などの複雑な形状のもの
も成形できるようになる。すなわち、最終形状に近い成
形が可能となるので、加工の少ない成形体を提供でき
る。このことは、切削性の向上の為に一般に添加してい
たＰｂをなくすことができることになり、環境に配慮し
た部品を提供できる。

【００２９】この鍛造温度３００〜５５０℃という温度
は、上述した金型の劣化も防止でき、加熱に要するエネ
ルギーも小さくて済むので、非常に経済的である。

【００３０】また、前記液体は、鍛造温度域で液状のも
のであれば、適宜利用可能であり、素材の加工温度、反
応性などを考慮して選択すれば良い。例えば、常温で
は、固体で前記温度域で液体のものも利用可能である。
この場合には、前記実施例で液体を噴霧する際には、液
化温度より高めの温度に設定し、噴霧するようにするこ
とで、固化を防止できるようにする。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、鍛造型の加熱、保温を
温度制御された液体に鍛造型を埋設するとで行うため、
鍛造型、素材を常時均一な温度状態にできるため、複雑
形状の成形も連続成形可能とすることができ、また、鍛
造型の強度を低下することもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の代表的な実施の形態を示す図

【図２】 他の実施例を示す図

【図３】 シール部の構造例を示す図

【図４】 従来例を示す図

【符号の説明】

１ 上ダイ ２ 下ダイ ３、３０ パンチ ４ エジェクトピン ５ 上敷 ６ 下敷 ７ 上プレート ８ 下プレート ９ ヒーター １０ 隔壁 １１ 液体潤滑剤 １２ ポンプ １３ 加熱・冷却器 １４ 吸入口 １５ リターン口 １６ ノズル ２０、３１ シール部材 ２１ ベローズ ２２ ピストンロッド Ｍ 素材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｃ２２Ｆ 1/00 ６０４ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６０４ ６３０ ６３０Ｋ ６８３ ６８３ ６９４ ６９４Ｂ 1/08 1/08 Ｋ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鍛造型の一部あるいは全体を鍛造温度域
   に加熱した液体中に埋没させ鍛造する鍛造装置におい
   て、前記鍛造型は、分割可能であり、且つ、鍛造型のキ
   ャビティに向かって前後動可能なパンチを少なくとも一
   つ設けていることを特徴とする鍛造装置。
2. 【請求項２】 鍛造型の一部あるいは全体を鍛造温度域
   に加熱した液体中に埋没させ鍛造する鍛造装置におい
   て、前記鍛造型は分割可能であり、鍛造型の一部が液体
   外に待機した際に前記加熱した液体を噴霧する手段を設
   けたことを特徴とする鍛造装置。
3. 【請求項３】 前記パンチと鍛造型の間には、液体の漏
   れ防止手段を設けていることを特徴とする請求項１記載
   の鍛造装置。
4. 【請求項４】 前記液体を液体潤滑剤としたことを特徴
   とする請求項１、２記載の鍛造装置。
5. 【請求項５】 前記液体の少なくともキャビティ内に存
   在する液体を鍛造時に排出する手段を有していることを
   特徴とする請求項１乃至３記載の鍛造装置。
6. 【請求項６】 前記液体を所望の温度に加熱あるいは冷
   却する手段と、液体を循環し撹拌させる手段を備えたこ
   とを特徴とする請求項１乃至４記載の鍛造装置。
7. 【請求項７】 鍛造域に加熱された液体に少なくとも一
   部が埋設した鍛造型のキャビティに素材を載置する準備
   工程、キャビティ内にパンチを押圧し、キャビティ内の
   液体を排出しながら素材をキャビティ内に充填する成形
   工程を有することを特徴とする鍛造方法。
8. 【請求項８】 前記成形時の加工温度を３００〜５５０
   ℃としたことを特徴とする鍛造方法。
9. 【請求項９】 前記素材は、見かけ上のＺｎ含有量を以
   下に示す意味で用いた場合、見かけ上のＺｎ含有量を３
   ７〜５０ｗｔ％、Ｓｎを０．５〜７ｗｔ％含むものであ
   ることを特徴とする請求項６、７記載の鍛造方法。 {（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・Ｑ）}×１００ Ａ：Ｃｕ含有量（ｗｔ％）、Ｂ：Ｚｎ含有量（ｗｔ
   ％）、ｔ：ＳｎのＺｎ当量、Ｑ：Ｓｎ含有量（ｗｔ％）
10. 【請求項１０】 前記素材は、以下の結晶組織のうち少
    なくとも１つを満たすものであることを特徴とす請求項
    ６、７記載の鍛造方法。 結晶組織は、少なくともγ相を含み、その面積比率
    が、１〜５０％ 結晶組織は、少なくともβ相、γ相を含み、β相の面
    積比率が２５〜４５％、γ相の面積比率が２５〜４５％ 結晶組織は、α相の面積比率が３０〜７５％、β相の
    面積比率が０〜５５％、γ相の面積比率が１〜５０％ 結晶組織は、γ相の短軸の平均結晶粒径が５μｍ以下
11. 【請求項１１】 前記素材は、見かけ上のＺｎ含有量を
    以下に示す意味で用いた場合、見かけ上のＺｎ含有量を
    ３７〜５０ｗｔ％、Ｓｎを０．５〜７ｗｔ％含み、 {（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・Ｑ）}×１００ Ａ：Ｃｕ含有量（ｗｔ％）、Ｂ：Ｚｎ含有量（ｗｔ
    ％）、ｔ：ＳｎのＺｎ当量、Ｑ：Ｓｎ含有量（ｗｔ％） 以下の結晶組織のうち少なくとも１つを満たすことを特
    徴とする請求項６、７記載の鍛造方法。 結晶組織は、少なくともγ相を含み、その面積比率
    が、１〜５０％ 結晶組織は、少なくともβ相、γ相を含み、β相の面
    積比率が２５〜４５％、γ相の面積比率が２５〜４５％ 結晶組織は、α相の面積比率が３０〜７５％、β相の
    面積比率が０〜５５％、γ相の面積比率が１〜５０％ 結晶組織は、γ相の短軸の平均結晶粒径が５μｍ以下