JP2003145245A - 鍛造成形型装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鍛造成形型の上型外側面に、流下する離型剤を
型外方に逃がす案内溝を設けることにより、集中して流
下する離型剤により、焼結金属素材の鍛造成形品に脱炭
現象、欠肉、残留空孔が生じるのを抑制することができ
る鍛造成形型装置の提供を目的とする。 【解決手段】鍛造成形型３，１０に離型剤ａを塗布した
後、焼結金属素材を該鍛造成形型３，１０で熱間鍛造す
る鍛造成形型装置であって、上記鍛造成形型３，１０の
上型１０外側面に、流下する離型剤ａを型外方に逃がす
案内溝２１が設けられたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、鍛造成形型に離
型剤を塗布した後、焼結金属素材を該鍛造成形型で熱間
鍛造するような鍛造成形型装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上述例の鍛造成形型装置として
は、図１０、図１１に示すような構造の装置があった。
すなわち、図１０において、孔部８１，８２を有する下
型８３を設け、この下型８３の下部をベースプレート８
４で支持し、下型８３の側部には側部型８５を配置し、
上述のベースプレート８４をダイセットホルダ８６に取
付けると共に、側部型８５は上下方向に指向する別のダ
イセットホルダ８７を介して上述のダイセットホルダ８
６に取付けている。

【０００３】また、上述の孔部８１，８２と対応するコ
アロッド８８，８９を有する上型９０を設け、この上型
９０をベースプレート９１を介してダイセットホルダ９
２に取付ける一方、上述の側部型８５の上部には型開き
状態の上型９０に対して離型剤ａをスプレー状に塗布す
るノズル９３，９３を設けたものである。

【０００４】図１１に示す焼結金属素材９４を下型８３
と上型９０との鍛造成形型で熱間鍛造する前段階におい
て、鍛造品の離型性、上型９０および下型８３の寿命向
上つまり耐摩耗性向上、耐焼付き性向上(焼付き防止)を
図る目的で、図１０に示す型開き状態下において同図に
点線で示すように上述のノズル９３，９３から水溶性の
離型剤ａを上型９０にスプレー塗布する。この場合、焼
付きが発生すると鍛造ラインが停止するので、熱影響を
考慮して、上述の離型剤ａは余裕を見て多めにスプレー
塗布される。

【０００５】このため、図１０のスプレー塗布が終了し
て、図１１に示すように下型８３に焼結金属素材９４を
セットした所謂ワークセット時において、上型９０に多
量に付着した離型剤ａが流下して、鍛造前の焼結金属素
材９４に滴下する。この際、図１０で示した離型剤スプ
レーエリアがオーバラップする上型９０の中間部分から
の滴下量が多くなる。

【０００６】そして、上述の離型剤ａが鍛造前の焼結金
属素材９４に滴下すると、この焼結金属素材９４は焼結
品を熱間温度(１１００〜１２８０℃)に加熱したポーラ
ス(porous、多孔状)なものであるから、水溶性の離型剤
ａが孔部に浸入し、ポーラス部が早く冷えて、鍛造して
も該部が孔として残り、残留空孔が生じて鍛造成形品の
強度が低下する。

【０００７】また上述の離型剤ａの滴下により水溶性離
型剤中の水分(水(Ｈ_２Ｏ)の分解により生成される酸素
成分)と焼結金属素材９４中の炭素とが熱により反応(つ
まり素材中の炭素が反応により取られる)して、脱炭現
象が生じ、鍛造成形品の強度が低下する。このように、
鍛造後の鍛造品に残留空孔、脱炭、欠肉などの欠陥が生
ずる問題点があった。

【０００８】特に上述の鍛造成形型で焼結鍛造コネクテ
ィングロッド(内燃機関のピストンとクランクとを連結
するコンロッド)を鍛造する場合には、大径側のコアロ
ッド８８でコネクティングロッドの大端部(ラージエン
ド)が、また小径側のコアロッド８９で小端部(スモール
エンド)が、これら両者間でコンロッド本体(いわゆるＩ
幹部)が鍛造されるが、最も強度が要求されるコンロッ
ド本体の部分に離型剤が集中して滴下するので、製品品
質の劣化を招く問題点があった。

【０００９】このような問題点を解消するために、離型
剤のスプレー量を抑制すると、金型(上型９０、下型８
３参照)の耐摩耗性が低下する問題点があった。一方、
特開２００１−２１９２３６号公報には焼結合金素材を
熱間鍛造する金型に対して２種類の潤滑剤(つまり離型
剤)を塗布する方法が開示されているが、離型剤流下に
ともなう問題点を解消するための手段については何等示
唆されていない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、鍛造成形
型の上型外側面に、流下する離型剤を型外方に逃がす案
内溝を設けることにより、集中して流下する離型剤によ
り、焼結金属素材の鍛造成形品に脱炭現象、欠肉、残留
空孔が生じるのを抑制することができる鍛造成形型装置
の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明による鍛造成形
型装置は、鍛造成形型に離型剤を塗布した後、焼結金属
素材を該鍛造成形型で熱間鍛造する鍛造成形型装置であ
って、上記鍛造成形型の上型外側面に、流下する離型剤
を型外方に逃がす案内溝が設けられたものである。上記
鍛造成形型は、上型と下型とで構成してもよい。

【００１２】上記構成によれば、上述の案内溝により上
型外側面に付着して流下する離型剤を該上型の外方に逃
がすことができるので、集中して流下する離型剤により
焼結金属素材の鍛造成形品に脱炭現象、欠肉、残留空孔
が生じるのを抑制することができる。

【００１３】この発明の一実施態様においては、上記案
内溝は流下する離型剤を鍛造成形品への影響の少ない部
位へ案内流下させるように構成されたものである。上記
構成によれば、上述の案内溝により離型剤を鍛造成形品
への影響の少ない部位へ案内流下させるので、焼結金属
素材の鍛造成形品に脱炭現象、欠肉、残留空孔が生じる
のをより一層良好に抑制することができて、製品品質の
劣化を防止することができる。

【００１４】この発明の一実施態様においては、上記鍛
造成形型品はコネクティングロッドに設定され、上記案
内溝はコネクティングロッドの大端部成形部付近に離型
剤を流下させるように形成したものである。

【００１５】上記構成によれば、上述の案内溝によりコ
ネクティングロッドの大端部成形部付近に離型剤を流下
させることができるので、コネクティングロッドにおい
て最も強度が要求されるコンロッド本体(いわゆるＩ幹
部)への離型剤流下を阻止することができると共に、大
端部成形部付近の型温度上昇を抑制でき、成形型、特に
上型の寿命向上を図ることができる。

【００１６】

【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。図面は鍛造成形型装置を示し、図１において、
孔部１，２を有する下型３(固定型)を設け、この下型３
の下部をベースプレート４で支持し、下型３の側部には
側部型５を配置し、上述のベースプレート４をダイセッ
トホルダ６に取付けると共に、側部型５は上下方向に指
向する別のダイセットホルダ７を介して上述のダイセッ
トホルダ６に取付けている。

【００１７】また、上述の孔部１，２と対応するコアロ
ッド８，９を有する上型１０(可動型)を設け、この上型
１０をベースプレート１１を介してダイセットホルダ１
２に取付ける一方、上述の側部型５の上部には型開き状
態の上型１０に対して離型剤ａをスプレー状に塗布する
ノズル１３，１３を設けている。

【００１８】ここで、上述の離型剤ａとしては、水と黒
鉛とを含む水溶性のものが用いられる。また、この実施
例では焼結金属素材１４(図５参照)により図３に示す鍛
造成形品としてのコネクティングロッド１５を熱間鍛造
するものである。

【００１９】このコネクティングロッド１５は図３に示
すように、ピストン穴１６を有する小端部１７(いわゆ
るスモールエンド)と、クランクピン穴１８を有する大
端部１９(いわゆるラージエンド)と、上述の小端部１７
と大端部１９とを連結するコンロッド本体２０(いわゆ
るＩ幹部)とを備え、エンジンのピストンとクランクと
を連結するものである。

【００２０】このため、図１の孔部２およびコアロッド
９は小端部１７側のピストンピン穴１６に相当する孔
径、ロッド径に設定されており、孔部１およびコアロッ
ド８は大端部１９側のクランクピン穴１８に相当する孔
径、ロッド径に設定されている。

【００２１】しかも、図１、図２に示すように、上述の
上型１０の外側面には流下する離型剤ａを受け止めて型
外方に逃がす案内溝としての凹溝２１が形成されてい
る。この凹溝２１は上型１０の破損またはクラック形成
を防止する目的で、エッジ部を一切有さない断面形状に
構成されている。図２の実施例では上型１０の外側面１
０ａと断面略半円形状のランド部１０ｂとの間に断面が
略楕円形状の凹溝２１を段下げ形成している。

【００２２】また、上述凹溝２１は流下する離型剤ａを
鍛造成形品(図３に示すコネクティングロッド１５参照)
への影響の少ない部位へ案内流下させるように構成して
いる。すまわち、上述の凹溝２１はコネクティングロッ
ド１５の大端部１９を成形する大端部成形部付近に離型
剤ａを流下させるように形成している。

【００２３】図１に示すこの実施例ではクランクピン穴
１８(図３参照)を成形するコアロッド８と、ピンストン
穴１６(図３参照)を成形するコアロッド９との間におい
て、コアロツド９側に所定量オフセットした位置に対応
して凹溝２１の頂部２１Ｔを形成し、この頂部２１Ｔか
らコアロッド８側の上型一端部に向けて傾斜する下り勾
配の傾斜部２１Ｌと、上述の頂部２１Ｔからコアロッド
９側の上型他端部に向けて傾斜する下り勾配の傾斜部２
１Ｓとを形成して、凹溝２１で受け止めた離型剤ａの過
半部を一方の傾斜部２１Ｌから大端部成形部付近に流下
させ、残りの少量の離型剤ａを他方の傾斜部２１Ｓから
小端部成形部付近に流下させるように構成している。

【００２４】換言すれば、鍛造成形される成形品の製造
形状に対応して質量(mass、マス)または肉厚が大きい部
分の成形部付近に離型剤ａの過半部を流下させ、質量
(マス)または肉厚が小さい部分の成形部付近に残りの少
量の離型剤ａを流下させるように構成したものである。

【００２５】次に図４に示す工程図を参照して、原料粉
準備工程から熱間鍛造工程までの一連の製造工程につい
て説明する。まず、原料粉準工程Ｓ１で、鉄粉と、銅粉
と、少量のカーボン粉末とからなる原料粉を準備する。
ここで、鉄粉と銅粉との重量割合は、鉄粉約９８wt％に
対して銅粉約２wt％に設定される。

【００２６】次に圧粉工程Ｓ２で、原料粉を金型にて加
熱、加圧してプリフォーム成形する。次に焼結工程Ｓ３
で、プリフォーム成形終了後の素材を例えば焼結炉にて
１１００℃〜１２８０℃に加熱して焼結する。この焼結
処理により粉末粒子間に結合が生じ体積収縮を伴って緻
密化した焼結体としての焼結金属素材１４(図５参照)が
得られる。但し、焼結体のままであると充分な機械的強
度が確保できないので、後述する工程にて熱間鍛造を行
なう。

【００２７】次に、この焼結金属素材１４を鍛造成形型
(下型３、側部型５参照)にセット(図５参照)する前段階
において、図４の離型剤塗布工程Ｓ４にて図１に示すよ
うに型開き状態の上型１０に対して下方の側部型５のノ
ズル１３，１３から水溶性の離型剤ａを該上型１０にス
プレー塗布する。

【００２８】次に上述のスプレー塗布の終了後に、図４
のワークセット工程Ｓ５で、下型３の上部に焼結金属素
材１４をセットする(図５参照)。この場合、上型１０、
下型３および側部型５は２００〜３００℃に加熱され、
焼結金属素材１４は１１００℃〜１２８０℃に加熱され
た状態下である。

【００２９】また、この時点で上型１０の外側面に付着
した離型剤ａが下方に流下しようとするが、この離型剤
ａは図１、図２に示す凹溝２１で一旦受け止められた後
に、離型剤ａの過半部は一方の傾斜部２１Ｌで案内され
て大端部成形部付近に流下し、残りの少量の離型剤ａは
他方の傾斜部２１Ｓで案内されて小端部成形部付近に流
下する。

【００３０】次に図４に示す熱間鍛造工程Ｓ６で、図５
の状態から図６に示すように上下の両金型３，１０およ
び側部型５により焼結金属素材１４を再結晶温度以上の
高温(１１００℃〜１２８０℃参照)にて密閉鍛造する。

【００３１】この熱間鍛造処理により気孔率が小さくな
ると共に結晶粒が微細化されて、機械的強度の向上を図
ることができる。また下型３の孔部１，２と上型１０の
コアロッド８，９とで図３に示すクランクピン穴１８お
よびピストン穴１６が成形されると共に、上下の両型
３，１０および側部型５の形状面により図３に示す如き
コネクティングロッド１５が鍛造成形される。

【００３２】なお、上型１０の離型後において鍛造され
たコネクティングロッド１５はエジエクトされ、大端部
１９の所定部を脆性破断して大端部１９を分割し、クラ
ンクシャフトの取付け後に、分割された大端部１９は再
び図３の状態に組み合わされる。

【００３３】このように上記実施例の鍛造成形型装置
は、鍛造成形型(上型１０、下型３参照)に離型剤ａを塗
布した後、焼結金属素材１４を該鍛造成形型で熱間鍛造
する鍛造成形型装置であって、上記鍛造成形型の上型１
０外側面に、流下する離型剤ａを型外方に逃がす凹溝２
１が設けられたものである。

【００３４】この構成によれば、上述の凹溝２１により
上型１０外側面に付着して流下する離型剤ａを該上型１
０の外方に逃がすことができるので、集中して流下する
離型剤ａにより焼結金属素材１４の鍛造成形品(コネク
ティングロッド１５参照)に脱炭現象、欠肉、残留空孔
が生じるのを抑制することができる。

【００３５】また、上記凹溝２１は流下する離型剤ａを
鍛造成形品(コネクティングロッド１５参照)への影響の
少ない部位へ案内流下させるように構成されたものであ
る。この構成によれば、上述の凹溝２１により離型剤ａ
を鍛造成形品への影響の少ない部位へ案内流下させるの
で、焼結金属素材１４の鍛造成形品(コネクティングロ
ッド１５参照)に脱炭現象、欠肉、残留空孔が生じるの
をより一層良好に抑制することができて、製品品質の劣
化を防止することができる。

【００３６】さらに、上記鍛造成形型品はコネクティン
グロッド１５に設定され、上記凹溝２１はコネクティン
グロッド１５の大端部１９成形部付近に離型剤ａを流下
させるように形成したものである。

【００３７】この構成によれば、上述の凹溝２１により
コネクティングロッド１５の大端部１９成形部付近に離
型剤ａを流下させることができるので、コネクティング
ロッド１５において最も強度が要求されるコンロッド本
体２０(いわゆるＩ幹部)への離型剤ａ流下を阻止するこ
とができると共に、過熱しやすい大端部１９成形部付近
の型温度上昇を抑制でき、成形型、特に上型１０の寿命
向上を図ることができ、さらには質量が大きく、過熱し
やすい大端部１９に対する冷却効果と、該部材における
離型剤ａ中の水分の早期蒸発化を図ることができる。

【００３８】図７は凹溝２１の他の実施例を示し、上型
１０の外側面１０ａと断面略凸状のランド部１０ｂとの
間に断面が略半円形状の凹溝２１を段下げ形成して、エ
ッジ部を一切有さないように構成したものである。

【００３９】この図７に示す実施例においても、その他
の構成、作用、効果については図１〜図６で示した先の
実施例とほぼ同様であるから、図７において同一の部分
には同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。

【００４０】図８は凹溝２１のさらに他の実施例を示
し、上型１０の外側面１０ａと断面が矩形凸状のランド
部１０ｂとの間に断面が矩形凹状の凹溝２１を段下げ形
成して、エッジ部を一切有さないように構成したもので
ある。

【００４１】この図８に示す実施例においても、その他
の構成、作用、効果については先の各実施例とほぼ同様
であるから、図８において前図と同一の部分には同一符
号を付して、その詳しい説明を省略する。

【００４２】なお、図２、図７、図８の各凹溝２１はそ
れぞれ離型剤ａの流通断面積が異なるので、何れの凹溝
２１を採用するかは、離型剤ａの流下量に対応して任意
に選定することができる。

【００４３】図９は鍛造成形型装置の他の実施例を示
し、図１、図５、図６の実施例では凹溝２１の外観形状
を略山形状に形成して、離型剤ａの過半部を大端部成形
部付近に流下させ、残りの少量の離型剤ａを小端部成形
部付近に流下させるように構成したが、図９に示すこの
実施例では凹溝２１の頂部２１Ｔを上型１０のコアロッ
ド９側の他方の外側面端部に形成し、この頂部２１Ｔか
ら上型１０のコアロッド８側の一方の外側面端部に向け
て傾斜する下り勾配の傾斜部２１Ｌのみを形成し、先の
実施例の傾斜部２１Ｓを省略したものである。

【００４４】このように構成すると、凹溝２１で案内さ
れる離型剤ａはその全量がコネクティングロッ１５の大
端部１９を成形する大端部成形部付近に流下するので、
過熱しやすい大端部１９成形部付近の型温度上昇をさら
に抑制でき、成形型、特に上型１０の寿命をより一層向
上させることができると共に、質量が大きく、過熱しや
すい部分、つまり大端部１９に対する冷却効果の向上を
図ることができる。

【００４５】この図９に示す実施例においても、その他
の構成、作用、効果については先の実施例とほぼ同様で
あるから、図９において前図と同一の部分には同一符号
を付して、その詳しい説明を省略する。

【００４６】この発明の構成と、上述の実施例との対応
において、この発明の鍛造成形型は、実施例の上型１
０、下型３、側部型５に対応し、以下同様に、案内溝
は、エッジを有さない凹溝２１に対応し、鍛造成形品
は、コネクティングロッド１５に対応し、鍛造成形品は
への影響の少ない部位は、コンロッド本体２０いわゆる
Ｉ幹部以外の部位に対応するも、この発明は、上述の実
施例の構成のみに限定されるものではない。

【００４７】例えば、上記各実施例においては鍛造成形
品としてコネクティングロッド１５を例示し、凹溝２１
の外観形状を山形状または一方向に傾斜するスラント形
状に設定したのが、これは鍛造成形される各種ワークの
質量や肉厚の大小の差異に対応して任意の形状に設定し
てもよく、上型１０の寸法制約の範囲内において複数の
凹溝２１を設けてもよい。

【００４８】

【発明の効果】この発明によれば、鍛造成形型の上型外
側面に、流下する離型剤を型外方に逃がす案内溝を設け
たので、集中して流下する離型剤により、焼結金属素材
の鍛造成形品に脱炭現象、欠肉、残留空孔が生じるのを
抑制することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の鍛造成形型装置を示す型開き時の説
明図。

【図２】 案内溝の拡大断面図。

【図３】 鍛造成形品の一例を示す平面図。

【図４】 熱間鍛造までの一連の工程を示す工程図。

【図５】 ワークセット時の説明図。

【図６】 熱間鍛造時の説明図。

【図７】 案内溝の他の実施例を示す断面図。

【図８】 案内溝のさらに他の実施例を示す断面図。

【図９】 鍛造成形型装置の他の実施例を示す説明図。

【図１０】 従来の鍛造成形型装置の説明図。

【図１１】 離型剤の流下状態を示す説明図。

【符号の説明】

３…下型(鍛造成形型) ５…側部型(鍛造成形型) １０…上型(鍛造成形型) １４…焼結金属素材 １５…コネクティングロッド(鍛造成形型) １９…大端部 ２１…凹溝(案内溝) ａ…離型剤

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鍛造成形型に離型剤を塗布した後、焼結金
   属素材を該鍛造成形型で熱間鍛造する鍛造成形型装置で
   あって、上記鍛造成形型の上型外側面に、流下する離型
   剤を型外方に逃がす案内溝が設けられた鍛造成形型装
   置。
2. 【請求項２】上記案内溝は流下する離型剤を鍛造成形品
   への影響の少ない部位へ案内流下させるように構成され
   た請求項１記載の鍛造成形型装置。
3. 【請求項３】上記鍛造成形型品はコネクティングロッド
   に設定され、上記案内溝はコネクティングロッドの大端
   部成形部付近に離型剤を流下させるように形成した請求
   項２記載の鍛造成形型装置。