成形品製造方法、鍛造用金型、成形品、および鍛造生産システム
【課題】 外観検査での不良品を低減し、生産上の歩留まりを向上させることができるようにする。
【解決手段】 この発明は、筒状または柱状の中央部９２と、その中央部９２から連続し平面視で中央部より径が大きい拡径部とを少なくとも備える成形品を素形材９０から製造する成形品製造方法において、素形材９０を、上金型２と下金型３とで囲まれる成形孔４内にセットしたときに、素形材９０のうち、成形後に中央部となる中央部位９２０が下金型３に当接し、成形後に拡径部となる拡径部位９１０と下金型３との間には押し出し方向で所定の隙間Ｌ１が形成されるようにし、そのセット状態から上金型で素形材９０を押し出して成形品を製造する工程が含まれる、ことを特徴としている。
【解決手段】 この発明は、筒状または柱状の中央部９２と、その中央部９２から連続し平面視で中央部より径が大きい拡径部とを少なくとも備える成形品を素形材９０から製造する成形品製造方法において、素形材９０を、上金型２と下金型３とで囲まれる成形孔４内にセットしたときに、素形材９０のうち、成形後に中央部となる中央部位９２０が下金型３に当接し、成形後に拡径部となる拡径部位９１０と下金型３との間には押し出し方向で所定の隙間Ｌ１が形成されるようにし、そのセット状態から上金型で素形材９０を押し出して成形品を製造する工程が含まれる、ことを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状または柱状の中央部と、その中央部から連続し平面視で中央部より径が大きい拡径部とを少なくとも備える成形品を素形材から製造する成形品製造方法、成形品を鍛造する際に用いる鍛造用金型、成形品、および鍛造生産システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、該金型内に素形材を配置し上金型を移動させ素形材に荷重を加えることにより素形材を成形し成形品を製造するものである。
【０００３】
鍛造による生産は、鍛造装置への素形材の投入から、鍛造装置からの成形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、図に示すように、成形に用いる金型内に素形材１０５を投入し（図１７（ａ））、加圧成形し（図１７（ｂ））、成形後上金型１０２を上昇させ、ダイス１３３内に残された、成形された成形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１７（ｃ））、搬出装置によって鍛造装置外に持ち出す工程となる。
【０００４】
成形品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。
【０００５】
そして、この鍛造による成形は、例えば図１８に示すような、筒状または柱状の中央部２０１と、その中央部２０１から連続し平面視で中央部より径が大きい拡径部２０２とを備える成形品２００を製造する場合にも、一般的に適用されている。
【０００６】
しかし、上記形状の成形品２００を製造する場合、従来工法では、拡径部（フランジ部）２０２に「寄りシワ」が発生していた。寄りシワとは、図１８に示すように、素材が流動した結果、表面層に凸凹が発生したものであり、例えば、成形過程でフランジ輪郭形状の側面とカドの稜線部位が重なってしまい、凸凹となってしまう。この寄りシワは、裸眼による外観検査で確認される。
【０００７】
寄りシワの発生メカニズムは以下のように推定される。従来の工法では、素形材１０５を成型孔にセットしたとき、素形材１０５の拡径部位と下金型とが接しており、成形を開始し素形材１０５がパンチで押し込まれると、図１９（ａ）に示すように、拡径部位の下部Ｇ１側が速く流動し、拡径部位が下金型の側壁に到達する頃には、図１９（ｂ）に示すように、拡径部位に「まくれＭ」部分が発生してしまう。その状態で成形が進行すると「寄りシワ」が発生することになる。
【０００８】
寄りシワは、成形表面が鍛造品内部に折れ込み状となっているので、フランジ部において発生すると、密閉性悪化や締め付けの強度不足、亀裂発生の起因となる。このため、不良品として扱われ、生産上の歩留まりを悪化させていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、外観検査での不良品を低減し、生産上の歩留まりを向上させることができる成形品製造方法、その成形品を鍛造する際に用いる鍛造用金型、成形品、および鍛造生産システム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】
【００１０】
１）上記目的を達成するために、第１の発明は、筒状または柱状の中央部と、その中央部から連続し平面視で中央部より径が大きい拡径部とを少なくとも備える成形品を素形材から製造する成形品製造方法において、上記素形材を、上金型と下金型とで囲まれる成形孔内にセットしたときに、素形材のうち、成形後に中央部となる中央部位が下金型に当接し、成形後に拡径部となる拡径部位と下金型との間には押し出し方向で所定の隙間が形成されるようにし、そのセット状態から上金型で素形材を押し出して成形品を製造する工程が含まれる、ことを特徴としている。
【００１１】
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、上記所定の隙間は２ｍｍ以上で６ｍｍ以下である、ことを特徴としている。
【００１２】
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、上記素形材は、拡径部位と中央部位とのコーナ部に曲面を有し、その曲面の半径が、上記所定の隙間と略同一である、ことを特徴としている。
【００１３】
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、上記素形材は、鋳物成形、鍛造成形、機械加工成形、押出し成形の何れか、またはそれらの組み合わせからなる前工程で予め成形される、ことを特徴としている。
【００１４】
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。
【００１５】
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、上記下金型の温度は１００〜３５０℃に、成形孔にセットする時の素形材の温度は３００〜５５０℃にそれぞれ保持される、ことを特徴としている。
【００１６】
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、上記素形材の材質は、Ｓｉが１０．０〜１１．５質量％、Ｆｅが０．５以下質量％、Ｃｕが２．０〜３．０質量％、Ｍｎが０．１０以下質量％、Ｍｇが０．２〜０．５質量％、Ｃｒが０．１０以下質量％、Ｚｎが０．１０以下質量％、Ｔｉが０．１０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。
【００１７】
８）第８の発明は、上記した１）項から７）項の何れかに記載の発明の構成に加えて、上記素形材はボンデ処理（リン酸塩皮膜処理）がされた後、成形孔にセットされる、ことを特徴としている。
【００１８】
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、上記成形品の中央部は複数段に形成され、上記下金型は、中央部の押し出し方向先端の段である前方先端部位を成形する成形孔の深さ方向に、上下移動可能な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、押し出されてくる前方先端部位の前方先端面を待機し、その前方先端面が到達した後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。
【００１９】
１０）第１０の発明は、上記した９）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、バネ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。
【００２０】
１１）第１１の発明は、上記した１０）項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。
【００２１】
１２）第１２の発明は、上記した１１）項に記載の発明の構成に加えて、上記上金型による素形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。
【００２２】
１３）第１３の発明は、成形品を製造する前工程として原素形材から鍛造により素形材を製造する前工程鍛造用金型と、上記素形材から、筒状または柱状の中央部と、その中央部から連続し平面視で中央部より径が大きい拡径部とを少なくとも備える成形品を鍛造製造する後工程鍛造用金型と、のセットからなる鍛造用金型において、上記前工程鍛造用金型および後工程鍛造用金型は、成形後に成形品の中央部となる中央部位を押し出し方向前方で受け止めるカウンターピンと、成形後に成形品の拡径部となる拡径部位を押し出し方向前方で受け止める拡径部対応下金型とをそれぞれ有し、前工程鍛造用金型のカウンターピンの上面は、後工程鍛造用金型のカウンターピンの上面より所定の隙間分だけ拡径部対応下金型の上面に対して下方に位置するように設定されている、ことを特徴としている。
【００２３】
１４）第１４の発明は、上記した１３）項に記載の発明の構成に加えて、上記前工程鍛造用金型は、拡径部位と中央部位とのコーナ部に対応する部位に上記所定の隙間分と略同一の半径の曲面を設けてある、ことを特徴としている。
【００２４】
１５）第１５の発明は、上記した１）項から１２）項の何れかに記載の成形品製造方法で製造された成形品である、ことを特徴としている。
【００２５】
１６）第１６の発明は、上記した１５）項に発明の構成に加えて、拡径部での断面の鍛流線が外郭輪郭線に沿っている、ことを特徴としている。
【００２６】
１７）第１７の発明は、上記した１３）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。
【発明の効果】
【００２７】
この発明では、素形材を、上金型と下金型とで囲まれる成形孔内にセットしたときに、素形材のうち、中央部位を下金型に当接させるとともに、拡径部位と下金型との間に押し出し方向で所定の隙間を形成し、そのセット状態から上金型で素形材を押し出して成形品を製造するようにしたので、素形材は横に張り出す前にまず前方に押出されることになり、その前方押出し部位が先に成形される（開始する）。その結果、成形の初期において素形材を前方に押して成形し、その後拡径部位の横方向と前方に分流して素材が流動する。このため、横方向に張り出した拡径部位において下部側が速く流動するのを抑えることができ、拡径部位の下部側と上部側における各横方向の流れがほぼ同速度となる。したがって、寄りシワの発生を抑えることができ、不良品を低減し、生産上の歩留まりを向上させることができる。
【００２８】
また、拡径部位と下金型との間に押し出し方向に形成する所定の隙間を２ｍｍ以上で６ｍｍ以下としたので、隙間が狭すぎて、拡径部位下部側の横方向への素材流動が速くなりすぎたり、逆に隙間が大きすぎて拡径部位上部側の横方向への素材流動が速くなり、その隙間から素材が横に広がり打込み（折り込み）が発生してしまうようなことを適切に防止することができる。
【００２９】
また、素形材の拡径部位と中央部位とのコーナ部に設けた曲面の半径Ｒを、押し出し方向に形成する所定の隙間と略同一となるようにしたので、コーナ部から前方向と横方向に分流する素材が、円滑にかつバランス良く流れるようになり、それによって、拡径部位の下部側と上部側における各横方向の流れもほぼ同速度で流れるようになり、より一層寄りシワの発生を抑えることができ、不良品を低減し、生産上の歩留まりを向上させることができる。
【００３０】
また、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ので、潤滑効果を高めることができ、また、金型温度の低下も防止することができる。
【００３１】
さらに、下金型の温度を１００〜３５０℃に、成形孔にセットする時の素形材の温度を３００〜５５０℃にそれぞれ保持するので、十分な塑性流動と、安定した潤滑剤塗布状態を維持することができる。
【００３２】
また、この発明では背圧付与用金型が、中央部の押し出し方向先端の段である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、押し出されてくる素形材を待機し、上金型による素形材の押し出しにより押し出されてくる前方先端部位の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素形材のフローが、前方先端部位のツノ状部分（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。
【００３３】
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素形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素形材の温度を適正に維持することができ、したがって、素形材の塑性流動性を維持することができる。
【００３４】
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、押し出されてくる素形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、その状態で素形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素形材との間の摩擦が緩和されて素形材の流れが改善され、その結果前方先端部位における素形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。
【００３５】
そして、上記のように、前方先端部位において、素形材のフローを均一化でき、また素形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、外観検査不良品を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
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。
【００３７】
図１および図２はこの発明方法で製造する成形品の一例を示す図である。図１、図２に示すように、この発明方法で製造する成形品９は、筒状または柱状の中央部９２と、その中央部９２から連続し平面視で中央部９２より径が大きい拡径部（フランジ部）９１とを少なくとも備えている。なお、中央部９２は、図示の例では、さらに上段９２ａと下段９２ｂの２段から構成されている。
【００３８】
図３、図４および図５はこの発明の成形品製造方法の説明図である。図３は図１の成形品を製造する場合を模式的に示している。図４は図２の成形品を製造する場合を模式的に示している。また、図５は図４の改良形で、素形材の中央部位の横方向張り出しを吸収する隙間Ｌ５を設けたものの例で、ここではさらに素材ずれが発生しないように底部に段Ｈを設けている。
【００３９】
これらの図において、素形材９０は、成形後に成形品９となる素材であり、成形後に中央部となる中央部位９２０と、成形後に拡径部となる拡径部位９１０とを備えている。そして、この発明の成形品製造方法は、この素形材９０を、上金型（図示省略）と下金型３とで囲まれる成形孔４内にセットしたときに、素形材９０のうち、中央部位９２０が下金型３に当接し、拡径部位９１０と下金型３との間には押し出し方向で所定の隙間Ｌ１が形成されるようにし、そのセット状態から上金型で素形材を押し出して成形品９を製造するようにしている。次に、図３のセット状態から本発明の成形品製造方法で製造したときの素材の流動を図６を用いて説明する。
【００４０】
図６は本発明方法で成形品を製造したときの素材の流動を模式的に順に示す図である。図６（ａ）は成形孔４内にセットされた素形材９０の位置までパンチ（上金型）２が下降して成形が開始するタイミングを示している。図６（ｂ）は、先ず前方に素形材９０がパンチ２で押し込まれたタイミングを示している。図６（ｃ）（ｄ）は、素形材９０が前方と横方向にパンチ２で押し込まれて分流している状態を示している。
【００４１】
このように、成形の初期において素形材９０を、所定の隙間分だけ前方に押し出し、その後横方向（拡径部方向）と前方とに分流して素材流動させることになる。分流させたときに、前方へのフローの量が多く、またフローの速度を速くするようなバランスをとることが好ましい。本発明では、素形材９０と下金型３との間に所定の隙間Ｌ１を設けたので、横方向に張り出した拡径部位９１０の下部９１０ａ側が速く流動することを抑えることができ、成形後の拡径部９１に寄りシワが発生するのを防止ことができる。
【００４２】
素形材９０と下金型３との間に所定の隙間Ｌ１を設けない従来手法では、図１９に示したように、素形材がパンチで押し込まれると、拡径部位の下部Ｇ１側が速く流動し、拡径部位が下金型の側壁に到達する頃には、拡径部位にまくれ部分Ｍが発生してしまう。
【００４３】
本発明方法では、素形材９０と下金型３との間に所定の隙間Ｌ１を設けるため、成形の初期において素形材９０を前方に押して成形し、その後拡径部位９１０の横方向と前方に分流して素材が流動する。このため、上記したように、横方向に張り出した拡径部位９１０において下部９１０ａ側が速く流動するのを抑えることができ、拡径部位９１０の下部９１０ａ側と上部９１０ｂ側における各横方向の流れがほぼ同速度となる。したがって、寄りシワの発生を抑えることができ、不良品を低減し、生産上の歩留まりを向上させることができる。
【００４４】
次に、図７〜図１５を用いてより具体的に説明する。
【００４５】
図７は本発明の実施に使用する鍛造用金型の一構成例を示す全体図、図８はこの鍛造用金型で製造する成形品の外観図、図９、図１０はこの発明の鍛造用金型を用いて、図８に示す形状を有する成形品を製造する際の製造工程を順に示す図であり、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）はその前半を、図１０（ｄ）（ｅ）（ｆ）はその後半を示している。
【００４６】
これらの図において、この発明の鍛造用金型１は、素形材９０を上金型下降方向に押し出しながら、フランジ状部位を主成形方向（押し出し方向前方）に対してほぼ垂直な方向に鍛造により成形する工程によって、図８に示すような成形品９を製造するための金型である。成形品９は、３段構成のもので、フランジ部（拡径部）９１と、筒状の中央部９２とからなり、中央部９２はツノ状に前方先端部９３を備えている。
【００４７】
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内に素形材９０をセットし、上金型２を下降させて素形材９０に荷重を加え、素形材９０を下降方向前方に押し出して成形することにより、成形品９を製造する。なお、上金型２の下降方向への移動により、素形材９０は、その前方に押し出されて成形された前方先端部９３を含む中央部９２と、横方向に広げられて成形されたフランジ部９１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。
【００４８】
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。
【００４９】
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（カウンターピン）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７の状態なった時点で、成形品９（素形材９０）にはフランジ部９１と筒状の中央部９２と前方先端部９３とが形成される。
【００５０】
入れ子型３１と凸型３２との間の成形孔４のうち、前方先端部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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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にセットする際の素形材９０の温度は３００〜５５０℃に保持されているのが好ましい。
【００５４】
入れ子型３１の素形材９０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。
【００５５】
素形材９０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。
【００５６】
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１０．０〜１１．５質量％、Ｆｅが０．５以下質量％、Ｃｕが２．０〜３．０質量％、Ｍｎが０．１０以下質量％、Ｍｇが０．２〜０．５質量％、Ｃｒが０．１０以下質量％、Ｚｎが０．１０以下質量％、Ｔｉが０．１０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。
【００５７】
本発明に用いる素形材９０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。
【００５８】
本発明の、素形材９０を上金型下降方向に押し出しながら、フランジ部を主成形方向と垂直な方向に鍛造により成形する工程について説明する。
【００５９】
（ａ）成形時に素形材９０側に潤滑材を塗布しないで、金型２，３のみに油潤滑材を塗布するのが好ましい。成形で形状・寸法が所望の範囲で、安定して生産できる場合は、金型の潤滑材処理に水溶性の潤滑材を用いることができる。表層部の素材流動を抑え、横方向への流動速度差を小さくする効果を得やすいからである。
【００６０】
（ｂ）所定の隙間Ｌ１（ここでは４ｍｍ）が確保されるように、素形材９０の形状と入れ子型（下金型）３１とが設計されているものを用いる（図９（ａ））。
【００６１】
（ｃ）フランジ部９１を形成する下金型３１の上面３１ａと、凸型３２の上面３２ａとが同じ位置になっている（図９（ａ））。投入した素形材９０のうち、凸型３２の上方に位置する素形材９０の厚みは、フランジ部位９１０の厚みより４ｍｍ厚くなっている。すなわち、素形材９０を投入し、中央部位９２０の孔底面９２０ｈが凸型３２の上面３２ａに当接したとき、フランジ部位９１０の下面９１０ｍと下金型３１の上面３１ａとの間に主成形方向に４ｍｍの隙間Ｌ１が確保できる（図９（ａ））。なお、このような素形材９０を鍛造で成形する場合の詳細は後述する。
【００６２】
（ｄ）その結果、成形の初期において素形材９０を、前方に４ｍｍ分押して成形し、その後は、図１１に示すように、横方向（フランジ部）と前方に分流して素材流動させることになる。すなわち、素形材９０は横に張り出す前にまず前方に押出されることになり、その後フランジ部位９１０の横方向と前方に分流して素材が流動する。このため、フランジ部位９１０において下部９１０ａ側が速く流動するのを抑えることができ、フランジ部位９１０の下部９１０ａ側と上部９１０ｂ側における各横方向の流れがほぼ同速度となる。したがって、寄りシワの発生を抑えることができ、不良品を低減し、生産上の歩留まりを向上させることができる。
【００６３】
（ｅ）上記の所定の隙間Ｌ１が大きすぎ、例えば６ｍｍを超えるとその隙間からメタルが横に広がり、フランジ部位９１０に打込み（折れ込み）が発生する場合がある。
【００６４】
図１２は所定の隙間Ｌ１を６ｍｍとした場合の打ち込み発生の説明図であり、（ａ）は上金型で４ｍｍ素形材を押し込んだ状態を示し、（ｂ）（ｃ）はさらに順に上金型で押し込んだ状態を示している。図１２に示すように、隙間を６ｍｍにしていると、上金型２で素形材９０を４ｍｍ押した時点で、なお２ｍｍの隙間が残っており（図１２（ａ））、このため横方向に流れる素材の速度のうち、下部９１０ａ側の素材の速度が速くなって横方向に部分Ｊが張り出してアンバランスが生じ（図１２（ｂ））、打ち込みＷが発生してしまう（図１２（ｃ））。
【００６５】
（ｆ）素形材９０の外径と、成形孔４の孔径との差は、０．３ｍｍ〜０．７ｍｍであるのが好ましい。
【００６６】
以上のようにして得られた成形品は、必要に応じて熱処理工程、機械加工工程を経て、成形品となる。
【００６７】
次に、図９、図１０を用いて、好ましい形態として前方先端部成形時の背圧付与手段の動作について説明する。
【００６８】
背圧をかけることにより、前方にフローするメタルを押えられ、横方向のフローが水平にフローし易くなり、よりシワが発生しにくくなるので好ましい。
【００６９】
さらに、ツノ状に前方先端部９３を有する形状を成形する場合には、前方先端部９３の側面で割れの発生を抑えることが出き、外観の不具合を低減出来るので好ましい。
【００７０】
先ず図９（ａ）では、所定の寸法に切断された素形材９０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、押し出されてくる素形材９０を待機している。この所定距離Ｄは、前方先端部９３の深さ方向全長の２５〜７０％に設定され、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。
【００７１】
次に、上金型２が下降し素形材９０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、素形材９０は、図９（ｂ）に示すように、成形孔４ａに流入し、続いて図９（ｃ）に示すように背圧ピン３４の上端面に到達する。
【００７２】
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。
【００７３】
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１０（ｄ）に示すように、素形材９０は成形孔４ａ内に充満してゆく。その後、背圧ピン３４は、図１０（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１０（ｆ）に示すように、成形孔４内にとどまった成形品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。
【００７４】
図１３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９（ａ）〜図１０（ｅ）の各時点に相当し、縦軸は背圧力を示している。
【００７５】
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、素形材９０に付与される。この背圧力Ｐは、図１３に示すように、素形材９０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を介して素形材９０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。
【００７６】
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、素形材９０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。
【００７７】
上記のように、この実施形態では、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、押し出されてくる素形材９０を待機するように組み込まれているとともに、上金型２による素形材９０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９３における素形材９０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。
【００７８】
また成形品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素形材９０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、素形材９０が前方先端部９３に留まることになるため、前方先端部９３に適度な蓄熱が行われて素形材９０の温度を適正に維持することができ、したがって、素形材９０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。
【００７９】
また、背圧ピン３４が、成形孔４ａの深さ方向であって前方先端部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、押し出されてくる素形材９０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、その状態で素形材９０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、素形材９０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９３の素形材９０との間の摩擦が大幅に緩和されて素形材９０の流れが改善され、その結果前方先端部９３における素形材９０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。
【００８０】
そして、上記のように、前方先端部９３において、素形材９０のフローを均一化でき、また素形材９０の塑性流動性を維持できるので、成形品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。
【００８１】
また、上記の鍛造用金型１を用いて製造した成形品９は、メタルフローが中央部９２から前方先端部９３にかけて連続したものになっているので、前方先端部９３の機械的強度が良好なものとなる。また、前方先端部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。
【００８２】
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、バネクッションを用いることができる。
【００８３】
次に、投入する素形材９０を原素形材から得るための前工程として、鍛造（１Ｆ工程）を用いる場合の例を図１４を用いて説明する。鍛造装置は、上記図８に示す装置と同じ装置を用いることができる。なお、上記した、素形材９０から成形品９を得る鍛造工程を、ここでは２Ｆ工程と称し、１Ｆ工程と区別することとする。
【００８４】
図１４は原素形材から素形材を鍛造で成形する場合の説明図である。この図に示すように、原素形材９００から素形材９０を成形する場合は、下金型３１の上面３１ａに対して、凸型（カウンターピン）３２の上面３２ａを水平位置でなく所定の隙間Ｌ１である４ｍｍ分だけ下げた状態とし、その凸型３２に原素形材９００を載せてセッティングする。
【００８５】
なお、この１Ｆ工程において、形状・寸法が所望の範囲で安定して生産できる場合は、金型の潤滑材処理に水溶性の潤滑材を用いることができる。原素形材にボンデ潤滑処理するのが好ましい。金型には油性潤滑を塗布する方が安定した成形を得られるので好ましい。
【００８６】
（ａ）１Ｆ工程における下金型の成形孔がφ４２．４ｍｍの場合、投入する素材（原素形材）の径をφ４１．８ｍｍに準備する。従来はφ４８ｍｍの素材径（フランジ形状内接円径）のものを用いているので素材は成形孔に入り込ませることができないが、本実施例では、図１４に示すように、素材が成形孔にすっぽり入った状態で成形が開始される。
【００８７】
（ｂ）成形開始位置（素材が金型に当たり、塑性流動が開始する位置）を金型の成形孔において直径寸法φ４２．４ｍｍ、深さ４ｍｍの位置に想定してある（図１４）。
【００８８】
（ｃ）それを実現する為に、例えば、１Ｆ工程における金型において、成形孔の中央部底を外側のフランジ部より４ｍｍ下げている。すなわち、上記したように、下金型３１の上面３１ａに対して、凸型（カウンターピン）３２の上面３２ａを所定の隙間Ｌ１である４ｍｍ分だけ下げた状態としている。
（ｄ）前記（ａ）、（ｂ）の結果、１Ｆ工程における鍛造成形による素材の塑性流動（メタルフロー）が、初めに前方押しだけなり（優先的にφ４２．４ｍｍの成形孔にメタルが充満される）、その後、横方向に素材（メタル）が押し出されることになり、横方向のメタル張り出し（フランジ部への広がり）が主成形方向（縦軸）に対してほぼ水平にフローし、張り出し状態が上面下面でほぼ平行になる。
【００８９】
以上より、横方向のメタルの張り出しが略均一状態となった１Ｆ成形品を得ることができるので、これを素形材９０として用いることにより、「寄りシワ」の発生をより抑えることができる。
【００９０】
（ｅ）このようにして得られた素形材９０は、中央部位９２０の厚みが４ｍｍ厚くなっているので、これを素形材９０として投入すると、所定の隙間Ｌ１を得ることができる。
【００９１】
（ｆ）また、１Ｆ工程において原素形材（素材）９００を投入する際に、素材直径を小さくし、かつ金型の中央部に落とし込んでいるので、素材の底の角部が直接横方向に張り出さない位置まで角部を成形孔内に落とし込んでいることになる。その結果、角部が側面に現れて「シワ」の発生を引き起こすこともない。
【００９２】
このとき、結果的に原素形材の長手方向側面の途中から横方向に張り出すことになるので、好ましくは、下金型のその部分Ｓに曲面（半径Ｒ）を付与することで、メタルフローが安定する。図１５にその様子を示す。
【００９３】
また、ここの曲面Ｓが素形材９０のコーナー部に相当するので、付与する半径Ｒは、下金型と投入された素形材９０との間に設けられる所定の隙間Ｌ１の距離に合わせることが、上記した図１２を用いて説明したように、打ち込みＷの発生を抑えることも可能となるので好ましい。この曲面Ｓの半径Ｒは２ｍｍを超えるのが好ましい。さらにＲ＝３ｍｍ〜６ｍｍであるのがより好ましい。
【００９４】
（ｇ）このようにして１Ｆ工程で製造した素形材９０は、従来工法では直径４８ｍｍ×長さ２６．６ｍｍ（据え込み率５０％）であるものが、本発明では直径４１．８ｍｍ×長さ３５．１ｍｍ（据え込み６０％）になるので、原素形材９００に対する素形材９０の据え込み率が高くなる。その結果、素材粒径が細かくなり、機械的強度が高くなるという効果も得られる。なお、ここで据え込み率は、（素材全長−１F成形品厚さ）/素材全長×１００である。
【００９５】
また、従来の１Ｆ工程では、初めからフランジ形状のサイズの素材を使用しているので、次ぎのような不具合の発生が起きやすくなっていた。成形過程はほとんど前方成形となることになり、成形品において成形方向の反対側であるパンチ（上金型）側の面に引き込みが発生するので外観不良となる。また、フランジ形状のサイズの素材を用いて成形すると、初期より加圧面積が大きくなる、また、前方方向だけにメタルをフローさせる為フランジ外周部のメタルはフローし難く、成形荷重が高くなり、型寿命が短くなる。
【００９６】
これに対し、この実施形態では、図１４に示すように、前工程で用いる金型の成形孔の内側に原素形材９００が投入されるとすることにより、これらの不具合の発生を抑えることが出来るので好ましい。
【００９７】
（ｈ）断面形状が多段で前方・横方向同時にフローさせる形状を有する原素形材の成形時は加工硬化が激しく起こり、冷間鍛造では割れが発生してしまうので、温・熱間鍛造（素材温度３００〜５５０℃、金型温度１１０℃〜３５０℃）が好ましい。
【００９８】
（ｉ）一方、φ４１．８ｍｍの素材を用いた場合、中央部の深さが３ｍｍ未満では、その深さ距離が浅い為に素材ズレが発生し、フローが前方と横方向の別々にならなくシワが発生するので十分な効果が得られない。
【００９９】
素形材９０を成形する前工程として鍛造成形を用いる場合を説明したが、その他の成形方法として次のような成形工程を挙げることができる。
【０１００】
（ａ）鋳物成形：隙間に所定の距離Ｌ１が得られるような素形材を鋳物として成形したものを素形材９０とする。
【０１０１】
（ｂ）鋳物成形して鍛造成形：複雑な形状の場合、大まかな形状を有した鋳物を１Ｆ工程の素材として投入して隙間が所定の距離Ｌ１となるような素形材を鍛造で成形し、それを素形材９０とする。
【０１０２】
（ｃ）鋳物成形して機械加工成形：複雑な形状の場合、大まかな形状を有した鋳物を、機械加工で隙間が所定の距離となるように成形したものを、素形材９０とする。
【０１０３】
（ｄ）機械加工：機械加工で隙間が所定の距離Ｌ１となるように成形したものを素形材９０とする。
【０１０４】
（ｅ）機械加工成形して鍛造成形：大まかな形状に機械加工で成形した物を１Ｆ工程の素材として投入して隙間が所定の距離Ｌ１となるような素形材を鍛造で成形し、それを素形材９０とする。
【０１０５】
（ｆ）鍛造成形して機械加工成形：複雑な形状の場合、大まかな形状を鍛造した後に、機械加工で隙間が所定の距離Ｌ１となるように成形したものを、素形材９０とする。
【０１０６】
（ｇ）押出し成形：隙間に所定の距離Ｌ１が得られるような素形材を押出し工法で成形したものを素形材９０とする。
【０１０７】
（ｈ）押出し成形して機械加工成形：複雑な形状の場合、大まかな形状を有した押出し品を、機械加工で隙間が所定の距離Ｌ１となるように成形したものを、素形材９０とする。
【０１０８】
次に、本発明の鍛造生産システムについて説明する。
【０１０９】
図１６は本発明の鍛造生産システムの一例を概略的に示す図である。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、ボンデ処理装置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。
【０１１０】
鍛造装置が１台の場合は１Ｆ工程／２Ｆ工程の金型を段取り換えする。または、１Ｆ工程、２Ｆ工程それぞれ専用の鍛造装置を設けておく。
【０１１１】
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。
【０１１２】
また、必要に応じて、２Ｆの鍛造装置の前に素材の予備加熱、さらに潤滑処理をする装置を設けることができる。
【０１１３】
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、成形品搬出装置（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。
【０１１４】
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。成形品搬出装置はノックアウトピン機構により成形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は取り出した成形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。
【０１１５】
なお、素材の前成形を１Ｆとした場合を例に説明したが、前工程として前述した他の成形方法を用いる場合は、２Ｆの前の工程が、鋳造装置、機械加工装置、それらの組み合わせに置き換えたものとなる。
【実施例】
【０１１６】
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。
【０１１７】
図１、図２の形状を有した成形品９を、この発明に係る鍛造用金型を用いて製造した。メイン荷重は、下死点で３０００ｋＮとした。隙間距離Ｌ１、金型の潤滑剤、金型温度、鍛造用素材の温度、背圧の有無等の各条件を表１に示した。鍛造用素材の潤滑剤は塗布しなかった。素形材は次ぎのように準備した。
【０１１８】
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１Ｆ用鍛造用素材とし、図７に示した金型を用いて製造した。
【０１１９】
成形状態を成形後の外観観察の結果で評価した結果を表１に併記した。
【０１２０】
【表１】
【０１２１】
この表１から分かるように、実施例１〜１０の場合は、何れの場合もフランジ部に寄りシワは発生しなかった。さらに素材形のフランジ部位とその下方の下金型上面との間に、４ｍｍの隙間Ｌ１を設けて成形品を製造した実施例１〜４、６，７，８の場合は、何れの場合もフランジ部に寄りシワは発生しなかったしまたフランジ部の底面に打ち込み（折れ込み）も発生しなかった。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】この発明方法で製造する成形品の一例を示す図である。
【図２】この発明方法で製造する成形品の一例を示す図である。
【図３】この発明の成形品製造方法の説明図である。
【図４】この発明の成形品製造方法の説明図である。
【図５】この発明の成形品製造方法の説明図である。
【図６】本発明方法で成形品を製造したときの素材の流動を模式的に順に示す図である。
【図７】本発明の実施に使用する鍛造用金型の一構成例を示す全体図である。
【図８】図７の鍛造用金型で製造する成形品の外観図である。
【図９】この発明の鍛造用金型を用いて、図８に示す形状を有する成形品を製造する際の製造工程の前半を順に示す図である。
【図１０】この発明の鍛造用金型を用いて、図８に示す形状を有する成形品を製造する際の製造工程の後半を順に示す図である。
【図１１】この発明方法における素材流動の説明図である。
【図１２】所定の隙間Ｌ１が６ｍｍのとき発生する打ち込みの説明図である。
【図１３】ガスクッションによる背圧力を示す図である。
【図１４】原素形材から素形材を鍛造で成形する場合の説明図である。
【図１５】曲面Ｓを付与した下金型でのメタルフローの説明図である。
【図１６】本発明の鍛造生産システムの一例の概略的を示す図である。
【図１７】従来の鍛造工程の説明図である。
【図１８】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。
【図１９】従来手法で製造した場合に成形品の拡径部に「まくれ」発生する場合の説明図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１ 鍛造用金型
２ 上金型（パンチ）
３ 下金型
４，４ａ 成形孔
８ ヒーター
９ 成形品
３１ 入れ子型（下金型）
３１ａ 下金型の上面
３２ 凸型
３２ａ 凸型の上面
３３ ダイス
３４ 背圧ピン
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
９０ 素形材
９１ 拡径部（フランジ部）
９２ 中央部
９２ａ 中央部の上段
９２ｂ 中央部の下段
９３ 前方先端部
９３ｂ 前方先端面
６０１ 連続鋳造装置
６０２ 均質処理装置
６０３ 矯正装置
６０４ ピーリング装置
６０５ 素材切断装置
６０７ ボンデ処理装置
６０８ 素材加熱処理装置
６０８ 素材加熱装置
６０９ 鍛造装置
６１０ 溶体化加熱装置
６１１ 焼き入れ装置
６１２ 時効処理装置
９００ 原素形材
９１０ フランジ部位
９１０ 拡径部位
９１０ａ 拡径部位の下部
９１０ｂ 拡径部位の上部
９２０ 中央部位
９２０ｈ 中央部の孔底面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状または柱状の中央部と、その中央部から連続し平面視で中央部より径が大きい拡径部とを少なくとも備える成形品を素形材から製造する成形品製造方法、成形品を鍛造する際に用いる鍛造用金型、成形品、および鍛造生産システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、該金型内に素形材を配置し上金型を移動させ素形材に荷重を加えることにより素形材を成形し成形品を製造するものである。
【０００３】
鍛造による生産は、鍛造装置への素形材の投入から、鍛造装置からの成形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、図に示すように、成形に用いる金型内に素形材１０５を投入し（図１７（ａ））、加圧成形し（図１７（ｂ））、成形後上金型１０２を上昇させ、ダイス１３３内に残された、成形された成形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１７（ｃ））、搬出装置によって鍛造装置外に持ち出す工程となる。
【０００４】
成形品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。
【０００５】
そして、この鍛造による成形は、例えば図１８に示すような、筒状または柱状の中央部２０１と、その中央部２０１から連続し平面視で中央部より径が大きい拡径部２０２とを備える成形品２００を製造する場合にも、一般的に適用されている。
【０００６】
しかし、上記形状の成形品２００を製造する場合、従来工法では、拡径部（フランジ部）２０２に「寄りシワ」が発生していた。寄りシワとは、図１８に示すように、素材が流動した結果、表面層に凸凹が発生したものであり、例えば、成形過程でフランジ輪郭形状の側面とカドの稜線部位が重なってしまい、凸凹となってしまう。この寄りシワは、裸眼による外観検査で確認される。
【０００７】
寄りシワの発生メカニズムは以下のように推定される。従来の工法では、素形材１０５を成型孔にセットしたとき、素形材１０５の拡径部位と下金型とが接しており、成形を開始し素形材１０５がパンチで押し込まれると、図１９（ａ）に示すように、拡径部位の下部Ｇ１側が速く流動し、拡径部位が下金型の側壁に到達する頃には、図１９（ｂ）に示すように、拡径部位に「まくれＭ」部分が発生してしまう。その状態で成形が進行すると「寄りシワ」が発生することになる。
【０００８】
寄りシワは、成形表面が鍛造品内部に折れ込み状となっているので、フランジ部において発生すると、密閉性悪化や締め付けの強度不足、亀裂発生の起因となる。このため、不良品として扱われ、生産上の歩留まりを悪化させていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、外観検査での不良品を低減し、生産上の歩留まりを向上させることができる成形品製造方法、その成形品を鍛造する際に用いる鍛造用金型、成形品、および鍛造生産システム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】
【００１０】
１）上記目的を達成するために、第１の発明は、筒状または柱状の中央部と、その中央部から連続し平面視で中央部より径が大きい拡径部とを少なくとも備える成形品を素形材から製造する成形品製造方法において、上記素形材を、上金型と下金型とで囲まれる成形孔内にセットしたときに、素形材のうち、成形後に中央部となる中央部位が下金型に当接し、成形後に拡径部となる拡径部位と下金型との間には押し出し方向で所定の隙間が形成されるようにし、そのセット状態から上金型で素形材を押し出して成形品を製造する工程が含まれる、ことを特徴としている。
【００１１】
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、上記所定の隙間は２ｍｍ以上で６ｍｍ以下である、ことを特徴としている。
【００１２】
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、上記素形材は、拡径部位と中央部位とのコーナ部に曲面を有し、その曲面の半径が、上記所定の隙間と略同一である、ことを特徴としている。
【００１３】
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、上記素形材は、鋳物成形、鍛造成形、機械加工成形、押出し成形の何れか、またはそれらの組み合わせからなる前工程で予め成形される、ことを特徴としている。
【００１４】
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。
【００１５】
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、上記下金型の温度は１００〜３５０℃に、成形孔にセットする時の素形材の温度は３００〜５５０℃にそれぞれ保持される、ことを特徴としている。
【００１６】
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、上記素形材の材質は、Ｓｉが１０．０〜１１．５質量％、Ｆｅが０．５以下質量％、Ｃｕが２．０〜３．０質量％、Ｍｎが０．１０以下質量％、Ｍｇが０．２〜０．５質量％、Ｃｒが０．１０以下質量％、Ｚｎが０．１０以下質量％、Ｔｉが０．１０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。
【００１７】
８）第８の発明は、上記した１）項から７）項の何れかに記載の発明の構成に加えて、上記素形材はボンデ処理（リン酸塩皮膜処理）がされた後、成形孔にセットされる、ことを特徴としている。
【００１８】
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、上記成形品の中央部は複数段に形成され、上記下金型は、中央部の押し出し方向先端の段である前方先端部位を成形する成形孔の深さ方向に、上下移動可能な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、押し出されてくる前方先端部位の前方先端面を待機し、その前方先端面が到達した後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。
【００１９】
１０）第１０の発明は、上記した９）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、バネ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。
【００２０】
１１）第１１の発明は、上記した１０）項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。
【００２１】
１２）第１２の発明は、上記した１１）項に記載の発明の構成に加えて、上記上金型による素形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。
【００２２】
１３）第１３の発明は、成形品を製造する前工程として原素形材から鍛造により素形材を製造する前工程鍛造用金型と、上記素形材から、筒状または柱状の中央部と、その中央部から連続し平面視で中央部より径が大きい拡径部とを少なくとも備える成形品を鍛造製造する後工程鍛造用金型と、のセットからなる鍛造用金型において、上記前工程鍛造用金型および後工程鍛造用金型は、成形後に成形品の中央部となる中央部位を押し出し方向前方で受け止めるカウンターピンと、成形後に成形品の拡径部となる拡径部位を押し出し方向前方で受け止める拡径部対応下金型とをそれぞれ有し、前工程鍛造用金型のカウンターピンの上面は、後工程鍛造用金型のカウンターピンの上面より所定の隙間分だけ拡径部対応下金型の上面に対して下方に位置するように設定されている、ことを特徴としている。
【００２３】
１４）第１４の発明は、上記した１３）項に記載の発明の構成に加えて、上記前工程鍛造用金型は、拡径部位と中央部位とのコーナ部に対応する部位に上記所定の隙間分と略同一の半径の曲面を設けてある、ことを特徴としている。
【００２４】
１５）第１５の発明は、上記した１）項から１２）項の何れかに記載の成形品製造方法で製造された成形品である、ことを特徴としている。
【００２５】
１６）第１６の発明は、上記した１５）項に発明の構成に加えて、拡径部での断面の鍛流線が外郭輪郭線に沿っている、ことを特徴としている。
【００２６】
１７）第１７の発明は、上記した１３）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。
【発明の効果】
【００２７】
この発明では、素形材を、上金型と下金型とで囲まれる成形孔内にセットしたときに、素形材のうち、中央部位を下金型に当接させるとともに、拡径部位と下金型との間に押し出し方向で所定の隙間を形成し、そのセット状態から上金型で素形材を押し出して成形品を製造するようにしたので、素形材は横に張り出す前にまず前方に押出されることになり、その前方押出し部位が先に成形される（開始する）。その結果、成形の初期において素形材を前方に押して成形し、その後拡径部位の横方向と前方に分流して素材が流動する。このため、横方向に張り出した拡径部位において下部側が速く流動するのを抑えることができ、拡径部位の下部側と上部側における各横方向の流れがほぼ同速度となる。したがって、寄りシワの発生を抑えることができ、不良品を低減し、生産上の歩留まりを向上させることができる。
【００２８】
また、拡径部位と下金型との間に押し出し方向に形成する所定の隙間を２ｍｍ以上で６ｍｍ以下としたので、隙間が狭すぎて、拡径部位下部側の横方向への素材流動が速くなりすぎたり、逆に隙間が大きすぎて拡径部位上部側の横方向への素材流動が速くなり、その隙間から素材が横に広がり打込み（折り込み）が発生してしまうようなことを適切に防止することができる。
【００２９】
また、素形材の拡径部位と中央部位とのコーナ部に設けた曲面の半径Ｒを、押し出し方向に形成する所定の隙間と略同一となるようにしたので、コーナ部から前方向と横方向に分流する素材が、円滑にかつバランス良く流れるようになり、それによって、拡径部位の下部側と上部側における各横方向の流れもほぼ同速度で流れるようになり、より一層寄りシワの発生を抑えることができ、不良品を低減し、生産上の歩留まりを向上させることができる。
【００３０】
また、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ので、潤滑効果を高めることができ、また、金型温度の低下も防止することができる。
【００３１】
さらに、下金型の温度を１００〜３５０℃に、成形孔にセットする時の素形材の温度を３００〜５５０℃にそれぞれ保持するので、十分な塑性流動と、安定した潤滑剤塗布状態を維持することができる。
【００３２】
また、この発明では背圧付与用金型が、中央部の押し出し方向先端の段である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、押し出されてくる素形材を待機し、上金型による素形材の押し出しにより押し出されてくる前方先端部位の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素形材のフローが、前方先端部位のツノ状部分（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。
【００３３】
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素形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素形材の温度を適正に維持することができ、したがって、素形材の塑性流動性を維持することができる。
【００３４】
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、押し出されてくる素形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、その状態で素形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素形材との間の摩擦が緩和されて素形材の流れが改善され、その結果前方先端部位における素形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。
【００３５】
そして、上記のように、前方先端部位において、素形材のフローを均一化でき、また素形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、外観検査不良品を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
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。
【００３７】
図１および図２はこの発明方法で製造する成形品の一例を示す図である。図１、図２に示すように、この発明方法で製造する成形品９は、筒状または柱状の中央部９２と、その中央部９２から連続し平面視で中央部９２より径が大きい拡径部（フランジ部）９１とを少なくとも備えている。なお、中央部９２は、図示の例では、さらに上段９２ａと下段９２ｂの２段から構成されている。
【００３８】
図３、図４および図５はこの発明の成形品製造方法の説明図である。図３は図１の成形品を製造する場合を模式的に示している。図４は図２の成形品を製造する場合を模式的に示している。また、図５は図４の改良形で、素形材の中央部位の横方向張り出しを吸収する隙間Ｌ５を設けたものの例で、ここではさらに素材ずれが発生しないように底部に段Ｈを設けている。
【００３９】
これらの図において、素形材９０は、成形後に成形品９となる素材であり、成形後に中央部となる中央部位９２０と、成形後に拡径部となる拡径部位９１０とを備えている。そして、この発明の成形品製造方法は、この素形材９０を、上金型（図示省略）と下金型３とで囲まれる成形孔４内にセットしたときに、素形材９０のうち、中央部位９２０が下金型３に当接し、拡径部位９１０と下金型３との間には押し出し方向で所定の隙間Ｌ１が形成されるようにし、そのセット状態から上金型で素形材を押し出して成形品９を製造するようにしている。次に、図３のセット状態から本発明の成形品製造方法で製造したときの素材の流動を図６を用いて説明する。
【００４０】
図６は本発明方法で成形品を製造したときの素材の流動を模式的に順に示す図である。図６（ａ）は成形孔４内にセットされた素形材９０の位置までパンチ（上金型）２が下降して成形が開始するタイミングを示している。図６（ｂ）は、先ず前方に素形材９０がパンチ２で押し込まれたタイミングを示している。図６（ｃ）（ｄ）は、素形材９０が前方と横方向にパンチ２で押し込まれて分流している状態を示している。
【００４１】
このように、成形の初期において素形材９０を、所定の隙間分だけ前方に押し出し、その後横方向（拡径部方向）と前方とに分流して素材流動させることになる。分流させたときに、前方へのフローの量が多く、またフローの速度を速くするようなバランスをとることが好ましい。本発明では、素形材９０と下金型３との間に所定の隙間Ｌ１を設けたので、横方向に張り出した拡径部位９１０の下部９１０ａ側が速く流動することを抑えることができ、成形後の拡径部９１に寄りシワが発生するのを防止ことができる。
【００４２】
素形材９０と下金型３との間に所定の隙間Ｌ１を設けない従来手法では、図１９に示したように、素形材がパンチで押し込まれると、拡径部位の下部Ｇ１側が速く流動し、拡径部位が下金型の側壁に到達する頃には、拡径部位にまくれ部分Ｍが発生してしまう。
【００４３】
本発明方法では、素形材９０と下金型３との間に所定の隙間Ｌ１を設けるため、成形の初期において素形材９０を前方に押して成形し、その後拡径部位９１０の横方向と前方に分流して素材が流動する。このため、上記したように、横方向に張り出した拡径部位９１０において下部９１０ａ側が速く流動するのを抑えることができ、拡径部位９１０の下部９１０ａ側と上部９１０ｂ側における各横方向の流れがほぼ同速度となる。したがって、寄りシワの発生を抑えることができ、不良品を低減し、生産上の歩留まりを向上させることができる。
【００４４】
次に、図７〜図１５を用いてより具体的に説明する。
【００４５】
図７は本発明の実施に使用する鍛造用金型の一構成例を示す全体図、図８はこの鍛造用金型で製造する成形品の外観図、図９、図１０はこの発明の鍛造用金型を用いて、図８に示す形状を有する成形品を製造する際の製造工程を順に示す図であり、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）はその前半を、図１０（ｄ）（ｅ）（ｆ）はその後半を示している。
【００４６】
これらの図において、この発明の鍛造用金型１は、素形材９０を上金型下降方向に押し出しながら、フランジ状部位を主成形方向（押し出し方向前方）に対してほぼ垂直な方向に鍛造により成形する工程によって、図８に示すような成形品９を製造するための金型である。成形品９は、３段構成のもので、フランジ部（拡径部）９１と、筒状の中央部９２とからなり、中央部９２はツノ状に前方先端部９３を備えている。
【００４７】
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内に素形材９０をセットし、上金型２を下降させて素形材９０に荷重を加え、素形材９０を下降方向前方に押し出して成形することにより、成形品９を製造する。なお、上金型２の下降方向への移動により、素形材９０は、その前方に押し出されて成形された前方先端部９３を含む中央部９２と、横方向に広げられて成形されたフランジ部９１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。
【００４８】
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。
【００４９】
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（カウンターピン）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７の状態なった時点で、成形品９（素形材９０）にはフランジ部９１と筒状の中央部９２と前方先端部９３とが形成される。
【００５０】
入れ子型３１と凸型３２との間の成形孔４のうち、前方先端部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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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にセットする際の素形材９０の温度は３００〜５５０℃に保持されているのが好ましい。
【００５４】
入れ子型３１の素形材９０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。
【００５５】
素形材９０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。
【００５６】
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１０．０〜１１．５質量％、Ｆｅが０．５以下質量％、Ｃｕが２．０〜３．０質量％、Ｍｎが０．１０以下質量％、Ｍｇが０．２〜０．５質量％、Ｃｒが０．１０以下質量％、Ｚｎが０．１０以下質量％、Ｔｉが０．１０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。
【００５７】
本発明に用いる素形材９０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。
【００５８】
本発明の、素形材９０を上金型下降方向に押し出しながら、フランジ部を主成形方向と垂直な方向に鍛造により成形する工程について説明する。
【００５９】
（ａ）成形時に素形材９０側に潤滑材を塗布しないで、金型２，３のみに油潤滑材を塗布するのが好ましい。成形で形状・寸法が所望の範囲で、安定して生産できる場合は、金型の潤滑材処理に水溶性の潤滑材を用いることができる。表層部の素材流動を抑え、横方向への流動速度差を小さくする効果を得やすいからである。
【００６０】
（ｂ）所定の隙間Ｌ１（ここでは４ｍｍ）が確保されるように、素形材９０の形状と入れ子型（下金型）３１とが設計されているものを用いる（図９（ａ））。
【００６１】
（ｃ）フランジ部９１を形成する下金型３１の上面３１ａと、凸型３２の上面３２ａとが同じ位置になっている（図９（ａ））。投入した素形材９０のうち、凸型３２の上方に位置する素形材９０の厚みは、フランジ部位９１０の厚みより４ｍｍ厚くなっている。すなわち、素形材９０を投入し、中央部位９２０の孔底面９２０ｈが凸型３２の上面３２ａに当接したとき、フランジ部位９１０の下面９１０ｍと下金型３１の上面３１ａとの間に主成形方向に４ｍｍの隙間Ｌ１が確保できる（図９（ａ））。なお、このような素形材９０を鍛造で成形する場合の詳細は後述する。
【００６２】
（ｄ）その結果、成形の初期において素形材９０を、前方に４ｍｍ分押して成形し、その後は、図１１に示すように、横方向（フランジ部）と前方に分流して素材流動させることになる。すなわち、素形材９０は横に張り出す前にまず前方に押出されることになり、その後フランジ部位９１０の横方向と前方に分流して素材が流動する。このため、フランジ部位９１０において下部９１０ａ側が速く流動するのを抑えることができ、フランジ部位９１０の下部９１０ａ側と上部９１０ｂ側における各横方向の流れがほぼ同速度となる。したがって、寄りシワの発生を抑えることができ、不良品を低減し、生産上の歩留まりを向上させることができる。
【００６３】
（ｅ）上記の所定の隙間Ｌ１が大きすぎ、例えば６ｍｍを超えるとその隙間からメタルが横に広がり、フランジ部位９１０に打込み（折れ込み）が発生する場合がある。
【００６４】
図１２は所定の隙間Ｌ１を６ｍｍとした場合の打ち込み発生の説明図であり、（ａ）は上金型で４ｍｍ素形材を押し込んだ状態を示し、（ｂ）（ｃ）はさらに順に上金型で押し込んだ状態を示している。図１２に示すように、隙間を６ｍｍにしていると、上金型２で素形材９０を４ｍｍ押した時点で、なお２ｍｍの隙間が残っており（図１２（ａ））、このため横方向に流れる素材の速度のうち、下部９１０ａ側の素材の速度が速くなって横方向に部分Ｊが張り出してアンバランスが生じ（図１２（ｂ））、打ち込みＷが発生してしまう（図１２（ｃ））。
【００６５】
（ｆ）素形材９０の外径と、成形孔４の孔径との差は、０．３ｍｍ〜０．７ｍｍであるのが好ましい。
【００６６】
以上のようにして得られた成形品は、必要に応じて熱処理工程、機械加工工程を経て、成形品となる。
【００６７】
次に、図９、図１０を用いて、好ましい形態として前方先端部成形時の背圧付与手段の動作について説明する。
【００６８】
背圧をかけることにより、前方にフローするメタルを押えられ、横方向のフローが水平にフローし易くなり、よりシワが発生しにくくなるので好ましい。
【００６９】
さらに、ツノ状に前方先端部９３を有する形状を成形する場合には、前方先端部９３の側面で割れの発生を抑えることが出き、外観の不具合を低減出来るので好ましい。
【００７０】
先ず図９（ａ）では、所定の寸法に切断された素形材９０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、押し出されてくる素形材９０を待機している。この所定距離Ｄは、前方先端部９３の深さ方向全長の２５〜７０％に設定され、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。
【００７１】
次に、上金型２が下降し素形材９０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、素形材９０は、図９（ｂ）に示すように、成形孔４ａに流入し、続いて図９（ｃ）に示すように背圧ピン３４の上端面に到達する。
【００７２】
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。
【００７３】
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１０（ｄ）に示すように、素形材９０は成形孔４ａ内に充満してゆく。その後、背圧ピン３４は、図１０（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１０（ｆ）に示すように、成形孔４内にとどまった成形品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。
【００７４】
図１３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９（ａ）〜図１０（ｅ）の各時点に相当し、縦軸は背圧力を示している。
【００７５】
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、素形材９０に付与される。この背圧力Ｐは、図１３に示すように、素形材９０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を介して素形材９０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。
【００７６】
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、素形材９０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。
【００７７】
上記のように、この実施形態では、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、押し出されてくる素形材９０を待機するように組み込まれているとともに、上金型２による素形材９０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９３における素形材９０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。
【００７８】
また成形品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素形材９０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、素形材９０が前方先端部９３に留まることになるため、前方先端部９３に適度な蓄熱が行われて素形材９０の温度を適正に維持することができ、したがって、素形材９０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。
【００７９】
また、背圧ピン３４が、成形孔４ａの深さ方向であって前方先端部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、押し出されてくる素形材９０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、その状態で素形材９０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、素形材９０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９３の素形材９０との間の摩擦が大幅に緩和されて素形材９０の流れが改善され、その結果前方先端部９３における素形材９０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。
【００８０】
そして、上記のように、前方先端部９３において、素形材９０のフローを均一化でき、また素形材９０の塑性流動性を維持できるので、成形品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。
【００８１】
また、上記の鍛造用金型１を用いて製造した成形品９は、メタルフローが中央部９２から前方先端部９３にかけて連続したものになっているので、前方先端部９３の機械的強度が良好なものとなる。また、前方先端部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。
【００８２】
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、バネクッションを用いることができる。
【００８３】
次に、投入する素形材９０を原素形材から得るための前工程として、鍛造（１Ｆ工程）を用いる場合の例を図１４を用いて説明する。鍛造装置は、上記図８に示す装置と同じ装置を用いることができる。なお、上記した、素形材９０から成形品９を得る鍛造工程を、ここでは２Ｆ工程と称し、１Ｆ工程と区別することとする。
【００８４】
図１４は原素形材から素形材を鍛造で成形する場合の説明図である。この図に示すように、原素形材９００から素形材９０を成形する場合は、下金型３１の上面３１ａに対して、凸型（カウンターピン）３２の上面３２ａを水平位置でなく所定の隙間Ｌ１である４ｍｍ分だけ下げた状態とし、その凸型３２に原素形材９００を載せてセッティングする。
【００８５】
なお、この１Ｆ工程において、形状・寸法が所望の範囲で安定して生産できる場合は、金型の潤滑材処理に水溶性の潤滑材を用いることができる。原素形材にボンデ潤滑処理するのが好ましい。金型には油性潤滑を塗布する方が安定した成形を得られるので好ましい。
【００８６】
（ａ）１Ｆ工程における下金型の成形孔がφ４２．４ｍｍの場合、投入する素材（原素形材）の径をφ４１．８ｍｍに準備する。従来はφ４８ｍｍの素材径（フランジ形状内接円径）のものを用いているので素材は成形孔に入り込ませることができないが、本実施例では、図１４に示すように、素材が成形孔にすっぽり入った状態で成形が開始される。
【００８７】
（ｂ）成形開始位置（素材が金型に当たり、塑性流動が開始する位置）を金型の成形孔において直径寸法φ４２．４ｍｍ、深さ４ｍｍの位置に想定してある（図１４）。
【００８８】
（ｃ）それを実現する為に、例えば、１Ｆ工程における金型において、成形孔の中央部底を外側のフランジ部より４ｍｍ下げている。すなわち、上記したように、下金型３１の上面３１ａに対して、凸型（カウンターピン）３２の上面３２ａを所定の隙間Ｌ１である４ｍｍ分だけ下げた状態としている。
（ｄ）前記（ａ）、（ｂ）の結果、１Ｆ工程における鍛造成形による素材の塑性流動（メタルフロー）が、初めに前方押しだけなり（優先的にφ４２．４ｍｍの成形孔にメタルが充満される）、その後、横方向に素材（メタル）が押し出されることになり、横方向のメタル張り出し（フランジ部への広がり）が主成形方向（縦軸）に対してほぼ水平にフローし、張り出し状態が上面下面でほぼ平行になる。
【００８９】
以上より、横方向のメタルの張り出しが略均一状態となった１Ｆ成形品を得ることができるので、これを素形材９０として用いることにより、「寄りシワ」の発生をより抑えることができる。
【００９０】
（ｅ）このようにして得られた素形材９０は、中央部位９２０の厚みが４ｍｍ厚くなっているので、これを素形材９０として投入すると、所定の隙間Ｌ１を得ることができる。
【００９１】
（ｆ）また、１Ｆ工程において原素形材（素材）９００を投入する際に、素材直径を小さくし、かつ金型の中央部に落とし込んでいるので、素材の底の角部が直接横方向に張り出さない位置まで角部を成形孔内に落とし込んでいることになる。その結果、角部が側面に現れて「シワ」の発生を引き起こすこともない。
【００９２】
このとき、結果的に原素形材の長手方向側面の途中から横方向に張り出すことになるので、好ましくは、下金型のその部分Ｓに曲面（半径Ｒ）を付与することで、メタルフローが安定する。図１５にその様子を示す。
【００９３】
また、ここの曲面Ｓが素形材９０のコーナー部に相当するので、付与する半径Ｒは、下金型と投入された素形材９０との間に設けられる所定の隙間Ｌ１の距離に合わせることが、上記した図１２を用いて説明したように、打ち込みＷの発生を抑えることも可能となるので好ましい。この曲面Ｓの半径Ｒは２ｍｍを超えるのが好ましい。さらにＲ＝３ｍｍ〜６ｍｍであるのがより好ましい。
【００９４】
（ｇ）このようにして１Ｆ工程で製造した素形材９０は、従来工法では直径４８ｍｍ×長さ２６．６ｍｍ（据え込み率５０％）であるものが、本発明では直径４１．８ｍｍ×長さ３５．１ｍｍ（据え込み６０％）になるので、原素形材９００に対する素形材９０の据え込み率が高くなる。その結果、素材粒径が細かくなり、機械的強度が高くなるという効果も得られる。なお、ここで据え込み率は、（素材全長−１F成形品厚さ）/素材全長×１００である。
【００９５】
また、従来の１Ｆ工程では、初めからフランジ形状のサイズの素材を使用しているので、次ぎのような不具合の発生が起きやすくなっていた。成形過程はほとんど前方成形となることになり、成形品において成形方向の反対側であるパンチ（上金型）側の面に引き込みが発生するので外観不良となる。また、フランジ形状のサイズの素材を用いて成形すると、初期より加圧面積が大きくなる、また、前方方向だけにメタルをフローさせる為フランジ外周部のメタルはフローし難く、成形荷重が高くなり、型寿命が短くなる。
【００９６】
これに対し、この実施形態では、図１４に示すように、前工程で用いる金型の成形孔の内側に原素形材９００が投入されるとすることにより、これらの不具合の発生を抑えることが出来るので好ましい。
【００９７】
（ｈ）断面形状が多段で前方・横方向同時にフローさせる形状を有する原素形材の成形時は加工硬化が激しく起こり、冷間鍛造では割れが発生してしまうので、温・熱間鍛造（素材温度３００〜５５０℃、金型温度１１０℃〜３５０℃）が好ましい。
【００９８】
（ｉ）一方、φ４１．８ｍｍの素材を用いた場合、中央部の深さが３ｍｍ未満では、その深さ距離が浅い為に素材ズレが発生し、フローが前方と横方向の別々にならなくシワが発生するので十分な効果が得られない。
【００９９】
素形材９０を成形する前工程として鍛造成形を用いる場合を説明したが、その他の成形方法として次のような成形工程を挙げることができる。
【０１００】
（ａ）鋳物成形：隙間に所定の距離Ｌ１が得られるような素形材を鋳物として成形したものを素形材９０とする。
【０１０１】
（ｂ）鋳物成形して鍛造成形：複雑な形状の場合、大まかな形状を有した鋳物を１Ｆ工程の素材として投入して隙間が所定の距離Ｌ１となるような素形材を鍛造で成形し、それを素形材９０とする。
【０１０２】
（ｃ）鋳物成形して機械加工成形：複雑な形状の場合、大まかな形状を有した鋳物を、機械加工で隙間が所定の距離となるように成形したものを、素形材９０とする。
【０１０３】
（ｄ）機械加工：機械加工で隙間が所定の距離Ｌ１となるように成形したものを素形材９０とする。
【０１０４】
（ｅ）機械加工成形して鍛造成形：大まかな形状に機械加工で成形した物を１Ｆ工程の素材として投入して隙間が所定の距離Ｌ１となるような素形材を鍛造で成形し、それを素形材９０とする。
【０１０５】
（ｆ）鍛造成形して機械加工成形：複雑な形状の場合、大まかな形状を鍛造した後に、機械加工で隙間が所定の距離Ｌ１となるように成形したものを、素形材９０とする。
【０１０６】
（ｇ）押出し成形：隙間に所定の距離Ｌ１が得られるような素形材を押出し工法で成形したものを素形材９０とする。
【０１０７】
（ｈ）押出し成形して機械加工成形：複雑な形状の場合、大まかな形状を有した押出し品を、機械加工で隙間が所定の距離Ｌ１となるように成形したものを、素形材９０とする。
【０１０８】
次に、本発明の鍛造生産システムについて説明する。
【０１０９】
図１６は本発明の鍛造生産システムの一例を概略的に示す図である。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、ボンデ処理装置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。
【０１１０】
鍛造装置が１台の場合は１Ｆ工程／２Ｆ工程の金型を段取り換えする。または、１Ｆ工程、２Ｆ工程それぞれ専用の鍛造装置を設けておく。
【０１１１】
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。
【０１１２】
また、必要に応じて、２Ｆの鍛造装置の前に素材の予備加熱、さらに潤滑処理をする装置を設けることができる。
【０１１３】
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、成形品搬出装置（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。
【０１１４】
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。成形品搬出装置はノックアウトピン機構により成形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は取り出した成形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。
【０１１５】
なお、素材の前成形を１Ｆとした場合を例に説明したが、前工程として前述した他の成形方法を用いる場合は、２Ｆの前の工程が、鋳造装置、機械加工装置、それらの組み合わせに置き換えたものとなる。
【実施例】
【０１１６】
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。
【０１１７】
図１、図２の形状を有した成形品９を、この発明に係る鍛造用金型を用いて製造した。メイン荷重は、下死点で３０００ｋＮとした。隙間距離Ｌ１、金型の潤滑剤、金型温度、鍛造用素材の温度、背圧の有無等の各条件を表１に示した。鍛造用素材の潤滑剤は塗布しなかった。素形材は次ぎのように準備した。
【０１１８】
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１Ｆ用鍛造用素材とし、図７に示した金型を用いて製造した。
【０１１９】
成形状態を成形後の外観観察の結果で評価した結果を表１に併記した。
【０１２０】
【表１】
【０１２１】
この表１から分かるように、実施例１〜１０の場合は、何れの場合もフランジ部に寄りシワは発生しなかった。さらに素材形のフランジ部位とその下方の下金型上面との間に、４ｍｍの隙間Ｌ１を設けて成形品を製造した実施例１〜４、６，７，８の場合は、何れの場合もフランジ部に寄りシワは発生しなかったしまたフランジ部の底面に打ち込み（折れ込み）も発生しなかった。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】この発明方法で製造する成形品の一例を示す図である。
【図２】この発明方法で製造する成形品の一例を示す図である。
【図３】この発明の成形品製造方法の説明図である。
【図４】この発明の成形品製造方法の説明図である。
【図５】この発明の成形品製造方法の説明図である。
【図６】本発明方法で成形品を製造したときの素材の流動を模式的に順に示す図である。
【図７】本発明の実施に使用する鍛造用金型の一構成例を示す全体図である。
【図８】図７の鍛造用金型で製造する成形品の外観図である。
【図９】この発明の鍛造用金型を用いて、図８に示す形状を有する成形品を製造する際の製造工程の前半を順に示す図である。
【図１０】この発明の鍛造用金型を用いて、図８に示す形状を有する成形品を製造する際の製造工程の後半を順に示す図である。
【図１１】この発明方法における素材流動の説明図である。
【図１２】所定の隙間Ｌ１が６ｍｍのとき発生する打ち込みの説明図である。
【図１３】ガスクッションによる背圧力を示す図である。
【図１４】原素形材から素形材を鍛造で成形する場合の説明図である。
【図１５】曲面Ｓを付与した下金型でのメタルフローの説明図である。
【図１６】本発明の鍛造生産システムの一例の概略的を示す図である。
【図１７】従来の鍛造工程の説明図である。
【図１８】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。
【図１９】従来手法で製造した場合に成形品の拡径部に「まくれ」発生する場合の説明図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１ 鍛造用金型
２ 上金型（パンチ）
３ 下金型
４，４ａ 成形孔
８ ヒーター
９ 成形品
３１ 入れ子型（下金型）
３１ａ 下金型の上面
３２ 凸型
３２ａ 凸型の上面
３３ ダイス
３４ 背圧ピン
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
９０ 素形材
９１ 拡径部（フランジ部）
９２ 中央部
９２ａ 中央部の上段
９２ｂ 中央部の下段
９３ 前方先端部
９３ｂ 前方先端面
６０１ 連続鋳造装置
６０２ 均質処理装置
６０３ 矯正装置
６０４ ピーリング装置
６０５ 素材切断装置
６０７ ボンデ処理装置
６０８ 素材加熱処理装置
６０８ 素材加熱装置
６０９ 鍛造装置
６１０ 溶体化加熱装置
６１１ 焼き入れ装置
６１２ 時効処理装置
９００ 原素形材
９１０ フランジ部位
９１０ 拡径部位
９１０ａ 拡径部位の下部
９１０ｂ 拡径部位の上部
９２０ 中央部位
９２０ｈ 中央部の孔底面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状または柱状の中央部と、その中央部から連続し平面視で中央部より径が大きい拡径部とを少なくとも備える成形品を素形材から製造する成形品製造方法において、
上記素形材を、上金型と下金型とで囲まれる成形孔内にセットしたときに、素形材のうち、成形後に中央部となる中央部位が下金型に当接し、成形後に拡径部となる拡径部位と下金型との間には押し出し方向で所定の隙間が形成されるようにし、
そのセット状態から上金型で素形材を押し出して成形品を製造する工程が含まれる、
ことを特徴とする成形品製造方法。
【請求項２】
上記所定の隙間は２ｍｍ以上で６ｍｍ以下である、請求項１に記載の成形品製造方法。
【請求項３】
上記素形材は、拡径部位と中央部位とのコーナ部に曲面を有し、その曲面の半径が、上記所定の隙間と略同一である、請求項１または２に記載の成形品製造方法。
【請求項４】
上記素形材は、鋳物成形、鍛造成形、機械加工成形、押出し成形の何れか、またはそれらの組み合わせからなる前工程で予め成形される、請求項１から３の何れか１項に記載の成形品製造方法。
【請求項５】
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４の何れか１項に記載の成形品製造方法。
【請求項６】
上記下金型の温度は１００〜３５０℃に、成形孔にセットする時の素形材の温度は３００〜５５０℃にそれぞれ保持される、請求項１から５の何れか１項に記載の成形品製造方法。
【請求項７】
上記素形材の材質は、Ｓｉが１０．０〜１１．５質量％、Ｆｅが０．５以下質量％、Ｃｕが２．０〜３．０質量％、Ｍｎが０．１０以下質量％、Ｍｇが０．２〜０．５質量％、Ｃｒが０．１０以下質量％、Ｚｎが０．１０以下質量％、Ｔｉが０．１０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６の何れか１項に記載の成形品製造方法。
【請求項８】
上記素形材はボンデ処理（リン酸塩皮膜処理）がされた後、成形孔にセットされる、請求項１から７の何れか１項に記載の成形品製造方法。
【請求項９】
上記成形品の中央部は複数段に形成され、
上記下金型は、中央部の押し出し方向先端の段である前方先端部位を成形する成形孔の深さ方向に、上下移動可能な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、押し出されてくる前方先端部位の前方先端面を待機し、その前方先端面が到達した後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、
請求項１から８の何れか１項に記載の成形品製造方法。
【請求項１０】
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、バネ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９に記載の成形品製造方法。
【請求項１１】
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１０に記載の成形品製造方法。
【請求項１２】
上記上金型による素形材の押し出し完了時点での荷重を、２４００〜３５００ｋＮとする、請求項１１に記載の成形品製造方法。
【請求項１３】
成形品を製造する前工程として原素形材から鍛造により素形材を製造する前工程鍛造用金型と、
上記素形材から、筒状または柱状の中央部と、その中央部から連続し平面視で中央部より径が大きい拡径部とを少なくとも備える成形品を鍛造製造する後工程鍛造用金型と、のセットからなる鍛造用金型において、
上記前工程鍛造用金型および後工程鍛造用金型は、成形後に成形品の中央部となる中央部位を押し出し方向前方で受け止めるカウンターピンと、成形後に成形品の拡径部となる拡径部位を押し出し方向前方で受け止める拡径部対応下金型とをそれぞれ有し、
前工程鍛造用金型のカウンターピンの上面は、後工程鍛造用金型のカウンターピンの上面より所定の隙間分だけ拡径部対応下金型の上面に対して下方に位置するように設定されている、
ことを特徴とする鍛造用金型。
【請求項１４】
上記前工程鍛造用金型は、拡径部位と中央部位とのコーナ部に対応する部位に上記所定の隙間分と略同一の半径の曲面を設けてある、請求項１３に記載の鍛造用金型。
【請求項１５】
請求項１から１２の何れか１項に記載の成形品製造方法で製造された、ことを特徴とする成形品。
【請求項１６】
拡径部での断面の鍛流線が外郭輪郭線に沿っている、請求項１５に記載の成形品。
【請求項１７】
請求項１３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。
【請求項１】
筒状または柱状の中央部と、その中央部から連続し平面視で中央部より径が大きい拡径部とを少なくとも備える成形品を素形材から製造する成形品製造方法において、
上記素形材を、上金型と下金型とで囲まれる成形孔内にセットしたときに、素形材のうち、成形後に中央部となる中央部位が下金型に当接し、成形後に拡径部となる拡径部位と下金型との間には押し出し方向で所定の隙間が形成されるようにし、
そのセット状態から上金型で素形材を押し出して成形品を製造する工程が含まれる、
ことを特徴とする成形品製造方法。
【請求項２】
上記所定の隙間は２ｍｍ以上で６ｍｍ以下である、請求項１に記載の成形品製造方法。
【請求項３】
上記素形材は、拡径部位と中央部位とのコーナ部に曲面を有し、その曲面の半径が、上記所定の隙間と略同一である、請求項１または２に記載の成形品製造方法。
【請求項４】
上記素形材は、鋳物成形、鍛造成形、機械加工成形、押出し成形の何れか、またはそれらの組み合わせからなる前工程で予め成形される、請求項１から３の何れか１項に記載の成形品製造方法。
【請求項５】
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４の何れか１項に記載の成形品製造方法。
【請求項６】
上記下金型の温度は１００〜３５０℃に、成形孔にセットする時の素形材の温度は３００〜５５０℃にそれぞれ保持される、請求項１から５の何れか１項に記載の成形品製造方法。
【請求項７】
上記素形材の材質は、Ｓｉが１０．０〜１１．５質量％、Ｆｅが０．５以下質量％、Ｃｕが２．０〜３．０質量％、Ｍｎが０．１０以下質量％、Ｍｇが０．２〜０．５質量％、Ｃｒが０．１０以下質量％、Ｚｎが０．１０以下質量％、Ｔｉが０．１０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６の何れか１項に記載の成形品製造方法。
【請求項８】
上記素形材はボンデ処理（リン酸塩皮膜処理）がされた後、成形孔にセットされる、請求項１から７の何れか１項に記載の成形品製造方法。
【請求項９】
上記成形品の中央部は複数段に形成され、
上記下金型は、中央部の押し出し方向先端の段である前方先端部位を成形する成形孔の深さ方向に、上下移動可能な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、押し出されてくる前方先端部位の前方先端面を待機し、その前方先端面が到達した後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、
請求項１から８の何れか１項に記載の成形品製造方法。
【請求項１０】
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、バネ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９に記載の成形品製造方法。
【請求項１１】
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１０に記載の成形品製造方法。
【請求項１２】
上記上金型による素形材の押し出し完了時点での荷重を、２４００〜３５００ｋＮとする、請求項１１に記載の成形品製造方法。
【請求項１３】
成形品を製造する前工程として原素形材から鍛造により素形材を製造する前工程鍛造用金型と、
上記素形材から、筒状または柱状の中央部と、その中央部から連続し平面視で中央部より径が大きい拡径部とを少なくとも備える成形品を鍛造製造する後工程鍛造用金型と、のセットからなる鍛造用金型において、
上記前工程鍛造用金型および後工程鍛造用金型は、成形後に成形品の中央部となる中央部位を押し出し方向前方で受け止めるカウンターピンと、成形後に成形品の拡径部となる拡径部位を押し出し方向前方で受け止める拡径部対応下金型とをそれぞれ有し、
前工程鍛造用金型のカウンターピンの上面は、後工程鍛造用金型のカウンターピンの上面より所定の隙間分だけ拡径部対応下金型の上面に対して下方に位置するように設定されている、
ことを特徴とする鍛造用金型。
【請求項１４】
上記前工程鍛造用金型は、拡径部位と中央部位とのコーナ部に対応する部位に上記所定の隙間分と略同一の半径の曲面を設けてある、請求項１３に記載の鍛造用金型。
【請求項１５】
請求項１から１２の何れか１項に記載の成形品製造方法で製造された、ことを特徴とする成形品。
【請求項１６】
拡径部での断面の鍛流線が外郭輪郭線に沿っている、請求項１５に記載の成形品。
【請求項１７】
請求項１３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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００６−４３７７０（Ｐ２００６−４３７７０Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９８２８３（Ｐ２００５−１９８２８３）
【出願日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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