鍛造用金型ユニット及び鍛造成形方法
【課題】金型７，１１の材料コストの低減を図りつつ、金型７，１１の焼付きを長期間に亘って防止して、金型寿命を十分に延ばすこと。
【解決手段】鍛造プレス３に上下に対向して着脱可能な上金型７と下金型１１とを備え、上金型７及び／又は下金型１１の成形面における少なくとも一部に放電エネルギーによってステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるポーラスな硬質皮膜１３が形成され、硬質皮膜１３は、鍛造成形中に酸化物セラミックスが生成されるように構成されたこと。
【解決手段】鍛造プレス３に上下に対向して着脱可能な上金型７と下金型１１とを備え、上金型７及び／又は下金型１１の成形面における少なくとも一部に放電エネルギーによってステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるポーラスな硬質皮膜１３が形成され、硬質皮膜１３は、鍛造成形中に酸化物セラミックスが生成されるように構成されたこと。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造プレスの運転によって金属製ワークを塑性流動させて鍛造成形する際に用いられる鍛造用金型ユニット、及び鍛造プレスの運転によって金属製ワークを塑性流動させて鍛造成形する鍛造成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、金属製ワークから機械的強度の高い成形品を得るために、鍛造プレスの運転によって金属製ワークを塑性流動させて鍛造成形することがよく行われている。
【０００３】
即ち、鍛造プレスに上下に対向して装着された上金型と下金型とを備えた鍛造成形用金型ユニットを用い、金属製ワークを下金型にセットする。そして、鍛造プレスの運転によって上金型を下金型に対して相対的に下方向へ移動させることにより、金属製ワークを上金型及び／又は下金型の成形面に沿って塑性流動させて鍛造成形する。これにより、金属製ワークから機械的強度の高い成形品を得ることができる。
【０００４】
なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１、特許文献２、及び特許文献３に示すものがある。
【特許文献１】特開２００３−３９１３２号公報
【特許文献２】特開２０００−２５４７０２号公報
【特許文献３】特開平６−７１３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、金型（上金型、下金型）の焼付きを防止するために、金型自体を耐摩耗性に優れかつ高硬度のサーメットからなるようにしたり、金型の成形面における少なくとも一部にＰＶＤ又はＣＶＤによって耐摩耗性に優れた硬質皮膜を形成したりすることが行われている。
【０００６】
しかしながら、金型自体をサーメットからなるようにした場合には、サーメット自体が高速度工具鋼に比べてかなり高価な材料で、金型の材料コストが高くなる。一方、金型の成形面の一部にＰＶＤ又はＣＶＤによって耐摩耗性に優れた硬質皮膜を形成した場合には、金属製ワークの鍛造成形中に硬質皮膜の剥離が生じ易く、金型の焼付きを長期に亘って防止できず、金型寿命を十分に延ばすことができない。つまり、金型の材料コストの低減を図りつつ、金型の焼付きを長期に亘って防止し、金型寿命を十分に延ばすことは極めて困難であるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の鍛造用金型セット及び鍛造成形方法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】
【０００８】
本発明の発明者は、種々の実験を繰り返した結果、上金型及び／又は下金型の成形面の成形面（金型の成形面）の少なくとも一部（例えば、金属製ワークの流動方向に沿って収縮する部位）に放電エネルギーによってステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるポーラスな硬質皮膜を形成しておくことにより、硬質皮膜と金型の母材との間に生成された傾斜合金層によって、硬質皮膜と金型の母材との密着強度を十分の確保した上で、鍛造成形中に硬質皮膜に生成された酸化物セラミックスによる潤滑作用及び硬質皮膜のポーラスな組織による潤滑剤の保持作用を発揮させて、鍛造成形中における金属製ワークの流動性を高めることができるという、新規な知見（後述の実施例参照）を得ることができ、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明の第１の特徴は、鍛造プレスの運転によって金属製ワークを塑性流動させて鍛造成形する際に用いられる鍛造用金型ユニットにおいて、前記鍛造プレスに上下に対向して着脱可能な上金型と下金型とを備え、前記上金型及び／又は前記下金型の成形面（金型の成形面）の少なくとも一部に放電エネルギーによってポーラスな硬質皮膜が形成され、前記硬質皮膜は、鍛造成形中に酸化物セラミックスが生成されるように構成されたことを要旨とする。
【００１０】
ここで、「鍛造成形中」とは、金属製ワークを塑性流動させる間の他に、鍛造用金型ユニットを加熱したり又は下金型に金属製ワークをセットしたりする等、金属製ワークを塑性流動させる前の準備段階も含む意であって、「鍛造成形」とは、熱間鍛造成形、温間鍛造成形、冷間鍛造成形を含む意である。
【００１１】
第１の特徴によると、前記鍛造プレスに上下に対向して装着された前記上金型と前記下金型を備えた前記鍛造用金型ユニットを用い、前記下金型に金属製ワークをセットする。そして、前記鍛造プレスの運転によって前記上金型を前記下金型に対して相対的に下方向へ移動させる。これにより、前記硬質皮膜に生成された酸化物セラミックスによる潤滑作用及び硬質皮膜のポーラスな組織による潤滑剤の保持作用も相まって、金属製ワークを前記金型の成形面に沿って流動塑性させて、所定形状に成形品を鍛造成形することができる。
【００１２】
ここで、前記金型の成形面における少なくとも一部に放電エネルギーによってポーラスな硬質皮膜が形成され、前記硬質皮膜は、鍛造成形中に酸化物セラミックスが生成されるように構成されているため、前述の新規な知見を考慮すると、前記硬質皮膜と前記金型の母材との密着強度を十分の確保した上で、前記金型をサーメットのような高価な材料からなるようにしなくても、鍛造成形中における金属製ワークの流動性を高めることができる。
【００１３】
本発明の第２の特徴は、鍛造プレスの運転によって金属製ワークを塑性流動させて鍛造成形する鍛造成形方法において、第１の特徴からなる鍛造用金型ユニットを用い、金属製ワークを前記下金型にセットする第１工程と、前記第１工程の終了後に、前記鍛造プレスの運転によって前記上金型を前記下金型に対して相対的に下方向へ移動させることにより、前記硬質皮膜に生成された酸化物セラミックスによる潤滑作用及び前記硬質皮膜のポーラスな組織による潤滑剤の保持作用も相まって、金属製ワークを前記上金型及び／又は前記下金型の成形面に沿って流動塑性させて鍛造成形する第２工程と、を具備したことことを要旨とする。
【００１４】
第２の特徴によると、第１の特徴からなる鍛造用金型ユニットを用いて、金属製ワークを鍛造成形しているため、前述の新規な知見を考慮すると、前記硬質皮膜と前記金型の母材との密着強度を十分の確保した上で、前記金型をサーメットのような高価な材料からなるようにしなくても、鍛造成形中における金属製ワークの流動性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、前記硬質皮膜と前記金型の母材との密着強度を十分の確保した上で、前記金型をサーメットのような高価な材料からなるようにしなくても、鍛造成形中における金属製ワークの流動性を高めることができるため、前記金型の材料コストの低減を図りつつ、前記金型の焼付きを長期間に亘って防止することができ、金型寿命を十分に延ばすことができる。また、同じ理由により、鍛造成形に必要なプレス荷重を低減して、前記鍛造プレスの大型化を十分に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１から図４を参照して説明する。
【００１７】
ここで、図１は、第１実施形態に係る鍛造用金型ユニットの正面図、図２は、放電電極を用いて硬質皮膜を形成する状態を説明する図、図３は、第１実施形態に係る鍛造成形方法を説明する図、図４（ａ）は、絞り鍛造成形前の金属製ワークを示す図、図４（ｂ）は、絞り鍛造成形後の成形品を示す図である。
【００１８】
図１に示すように、第１実施形態に係る鍛造用金型ユニット１は、鍛造プレス３の運転によって円柱状の金属製ワークＷＡ（図４（ａ）参照）を塑性流動させて、所定形状の成形品ＷＡ’（図４（ｂ）参照）に押し出し鍛造成形する際に用いられるものである。そして、第１実施形態に係る鍛造用金型ユニット１の具体的な構成は、以下のようになる。
【００１９】
鍛造プレス３におけるラム５には、上金型７が着脱可能に設けられており、この上金型７は、例えば高速度工具鋼等の安価な工具鋼からなるものであって、上金型７の成形面７ｆは、成形品ＷＡ’の頂面に対応した形状を呈している。また、鍛造プレス３におけるテーブル９は、上金型７に上下に対向した下金型１１が着脱可能に設けられており、この下金型１１は、例えば高速度工具鋼等の安価な工具鋼からなるものであって、下金型１１の成形面１１ｆは、成形品ＷＡ’の外周面に対応した形状を呈している。
【００２０】
なお、上金型７がラム５に着脱可能に設けられる代わりに、下金型１１にガイドピン（図示省略）を介して上下方向へ移動可能に設けられるようにしても構わなく、この場合には、上金型７は、ラム５によって上方向から打圧されるものである。
【００２１】
前述の新規な知見（後述の実施例参照）に基づいて、下金型１１は、次のように構成されている。
【００２２】
下金型１１の成形面１１ｆにおける、金属製ワークＷＡの流動方向（下方向）に沿って収縮する部位及びこの近傍（収縮する部位等）には、ポーラスな硬質皮膜１３が放電エネルギーによって形成されており、この硬質皮膜１３は、ステライト金属，ＴｉＣ（チタンカーバイド），Ｗ（タングステン），ＷＣ（タングステンカーバイド），Ｔｉ（チタン），ＴｉＮ（チタンナイトライド），Ｃｒ（クロム），Ｃｒ3Ｃ2（クロムカーバイド），Ｎｂ（ニオブ），ＮｂＣ（ニオブカーバイド），Ｖ（バナジウム），ＶＣ（バナジウムカーバイド），Ｍｏ（モリブデン），Ｍｏ2Ｃ（モリブデンカーバイド），Ｔａ（タンタル），ＴａＣ（タンタルカーバイド）のいずれか１つ又は複数の組み合わせからなる。
【００２３】
より具体的には、図２に示すように、ポーラスな硬質皮膜１３は、棒状の放電電極Ｅを下金型１１の成形面１１ｆにおける収縮する部位等に沿って相対的に移動させつつ、油のような電気絶縁性のある液Ｌ中において、下金型１１の成形面１１ｆの収縮する部位等と放電電極Ｅとの間にパルス状の放電を発生させて、その放電エネルギーにより、下金型１１の成形面１１ｆにおける収縮する部位等に放電電極Ｅの材料等（該材料の反応物質を含む）を溶着させることによって形成されものである。ここで、棒状の放電電極Ｅは、ステライト金属の粉末，ＴｉＣの粉末，Ｗの粉末，ＷＣの粉末，Ｔｉの粉末，ＴｉＮの粉末，Ｃｒの粉末，Ｃｒ3Ｃ2の粉末，Ｎｂの粉末，ＮｂＣの粉末，Ｖの粉末，ＶＣの粉末，Ｍｏの粉末，Ｍｏ2Ｃの粉末，Ｔａの粉末，ＴａＣの粉末のいずれか１つ又は複数の組み合わせを圧縮成形又は射出成形してなるものである。
【００２４】
硬質皮膜１３は、押し出し鍛造成形中に酸化物セラミックスが生成されるように構成されている。具体的には、硬質皮膜１３は、ステライト金属からなる場合にあっては、押し出し鍛造成形中にＣｒ2Ｏ3（酸化クロム）が生成されるように構成され、ＴｉＣからなる場合にあっては、押し出し鍛造成形中にＴｉＯ2（酸化チタン）が生成されるように構成されている。ここで、「押し出し鍛造成形中」とは、金属製ワークＷＡを塑性流動させる間の他に、鍛造用金型ユニット１を２００℃以上に加熱したり、再結晶温度付近（本発明の実施形態にあっては、９００〜１０００℃）まで加熱した金属製ワークＷＡを下金型１１の所定位置にセットしたりする等、金属製ワークＷＡを塑性流動させる前の準備段階も含む意である。
【００２５】
なお、下金型１１の成形面１１ｆの一部ではなく、下金型１１の成形面１１ｆの全面にポーラスな硬質皮膜１３が放電エネルギーによって形成されるようにしても構わない。また、下金型１１の成形面１１ｆだけでなく、上金型７の成形面７ｆにポーラスな硬質皮膜（図示省略）が放電エネルギーによって形成されるようにしても構わない。更に、鍛造用金型ユニット１の加熱温度は、塗布する潤滑剤の種類によって適切な温度を設定すればよく、２００℃以上に限定されるものではない。
【００２６】
続いて、第１実施形態に係る鍛造成形方法について作用を含めて説明する。
【００２７】
第１実施形態に係る鍛造成形方法は、鍛造プレス３の運転によって円柱状の金属製ワークＷＡを塑性流動させて押し出し鍛造成形する方法であって、後記の(1-1)第１工程と、(1-2)第２工程とを備えている。
【００２８】
(1-1)第１工程
図３（ａ）に示すように、鍛造プレス３に上下に対向して装着された上金型７と下金型１１を備えた前述の鍛造用金型ユニット１を用い、上金型７の成形面７ｆ及び下金型１１の成形面１１ｆにＭｏＳ2を主成分とする固体潤滑を塗布する。また。熱処理炉（図示省略）によって円柱状の金属製ワークＷＡを再結晶温度付近まで加熱すると共に、ヒータ（図示省略）によって鍛造用金型ユニット１を２００℃以上に加熱する。そして、金属製ワークＷＡを下金型１１の所定位置にセットする。
【００２９】
(1-2)第２工程
前記(1-1)第１工程の終了後に、図３（ｂ）に示すように、油圧シリンダ（図示省略）又はクランク（図示省略）の駆動によりラム５を下方向へ移動させて、上金型７を下金型１１に対して相対的に下方向へ移動させる。これにより、ポーラスな硬質皮膜１３に生成された酸化物セラミックスによる潤滑作用及び硬質皮膜１３のポーラスな組織による潤滑剤の保持作用も相まって、金属製ワークＷＡを下金型１１の成形面１１ｆ及び上金型７の成形面７ｆに沿って流動塑性させて、所定形状に成形品ＷＡ’を鍛造成形することができる。
【００３０】
ここで、下金型１１の成形面１１ｆにおける収縮する部位等に放電エネルギーによってステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるポーラスな硬質皮膜１３が形成され、硬質皮膜１３は、鍛造成形中に酸化物セラミックスが生成されるように構成されているため（換言すれば、下金型１１の成形面１１ｆにおける収縮する部位等に放電エネルギーによってステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるポーラスな硬質皮膜１３が形成された鍛造用金型ユニット１を用いて、金属製ワークＷＡを押し出し鍛造成形しているため）、前述の新規な知見を考慮すると、硬質皮膜１３と下金型１１の母材との密着強度を十分の確保した上で、金型（上金型７及び下金型１１）をサーメットのような高価な材料からなるようにしなくても、押し出し鍛造成形中における金属製ワークＷＡの流動性を高めることができる。
【００３１】
従って、第１実施形態に係る鍛造用金型ユニット１又は第１実施形態に係る鍛造成形方法によれば、金型７，１１の材料コストの低減を図りつつ、金型７，１１の焼付きを長期間に亘って防止することができ、金型寿命を十分に延ばすことができる。また、押し出し鍛造成形に必要なプレス荷重を低減して、鍛造プレス３の大型化を十分に抑制することができる。
【００３２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について図５から図７を参照して説明する。
【００３３】
ここで、図５は、第２実施形態に係る鍛造用金型ユニットの正面図、図６は、第２実施形態に係る鍛造成形方法を説明する図、図７（ａ）は、据え込み鍛造成形前の金属製ワークを示す図、図７（ｂ）は、据え込み鍛造成形後の成形品を示す図である。
【００３４】
図５に示すように、第２実施形態に係る鍛造用金型ユニット１５は、鍛造プレス１７の運転によって円柱状の金属製ワークＷＢ（図７（ａ）参照）を塑性流動させて、所定形状の成形品ＷＢ’（図７（ｂ）参照）に据え込み鍛造成形する際に用いられるものである。そして、第２実施形態に係る鍛造用金型ユニット１５の具体的な構成は、以下のようになる。
【００３５】
鍛造プレス１７におけるラム１９には、上金型２１が着脱可能に設けられており、この上金型２１は、例えば高速度工具鋼等の安価な工具鋼からなるものであって、上金型２１の成形面２１ｆは、成形品ＷＢ’の上側面に対応した形状を呈している。また、鍛造プレス１７におけるテーブル２３は、上金型２１に上下に対向した下金型２５が着脱可能に設けられており、この下金型２５は、例えば高速度工具鋼等の安価な工具鋼からなるものであって、下金型２５の成形面２５ｆは、成形品ＷＢ’の下側面に対応して形状を呈している。
【００３６】
なお、上金型２１がラム１９に着脱可能に設けられる代わりに、下金型２５にガイドピン（図示省略）を介して上下方向へ移動可能に設けられるようにしても構わなく、この場合は、上金型２１は、ラム１９によって上方向から打圧されるものである。
【００３７】
前述の新規な知見（後述の実施例参照）に基づいて、下金型２５は、次のように構成されている。
【００３８】
即ち、上金型２１の成形面２１ｆの全面及び上金型２１の成形面２１ｆの全面には、ポーラスな硬質皮膜２７が放電エネルギーによって形成されており、この硬質皮膜２７は、ステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるものである。また、硬質皮膜２７は、据え込み鍛造成形中に酸化物セラミックスが生成されるように構成されている。ここで、「据え込み鍛造成形中」とは、金属製ワークＷＢを塑性流動させる間の他に、鍛造用金型ユニット１５を２００℃以上に加熱したり、再結晶温度付近（本発明の実施形態にあっては、９００〜１０００℃）まで加熱した金属製ワークＷＢを下金型２５の所定位置にセットしたりする等、金属製ワークＷＢを塑性流動させる前の準備段階も含む意である。
【００３９】
なお、上金型２１の成形面２１ｆの全面及び上金型２１の成形面２１ｆの全面でなく、上金型２１の成形面２１ｆの一部及び上金型２１の成形面２１ｆの一部にポーラスな硬質皮膜２７が放電エネルギーによって形成されるようにしても構わない。また、鍛造用金型ユニット１５の加熱温度は、塗布する潤滑剤の種類によって適切な温度を設定すればよく、２００℃以上に限定されるものではない。
【００４０】
続いて、第２実施形態に係る鍛造成形方法について作用を含めて説明する。
【００４１】
第２実施形態に係る鍛造成形方法は、鍛造プレス１７の運転によって円柱状の金属製ワークＷＢを塑性流動させて据え込み鍛造成形する方法であって、後記の(2-1)第１工程と、(2-2)第２工程とを備えている。
【００４２】
(2-1)第１工程
図６（ａ）に示すように、鍛造プレス１７に上下に対向して装着された上金型２１と下金型２５を備えた前述の鍛造用金型ユニット１５を用い、上金型２１の成形面２１ｆ及び下金型２５の成形面２５ｆにＭｏＳ2を主成分とする固体潤滑を塗布する。また。熱処理炉（図示省略）によって円柱状の金属製ワークＷＢを再結晶温度付近まで加熱すると共に、ヒータ（図示省略）によって鍛造用金型ユニット１５を２００℃以上に加熱する。そして、金属製ワークＷＢを下金型２５の所定位置にセットする。
【００４３】
(2-2)第２工程
前記(2-1)第１工程の終了後に、図６（ｂ）に示すように、油圧シリンダ（図示省略）又はクランク（図示省略）の駆動によりラム１９を下方向へ移動させて、上金型２１を下金型２５に対して相対的に下方向へ移動させる。これにより、ポーラスな硬質皮膜２７に生成された酸化物セラミックスによる潤滑作用及び硬質皮膜２７のポーラスな組織による潤滑剤の保持作用も相まって、金属製ワークＷＢを上金型２１の成形面２１ｆ及び下金型１１の成形面１１ｆに沿って流動塑性させて、所定形状に成形品ＷＢ’を鍛造成形することができる。
【００４４】
ここで、上金型２１の成形面２１ｆの全面及び下金型２５の成形面２５ｆの全面に放電エネルギーによってステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるポーラスな硬質皮膜２７が形成され、硬質皮膜２７は、鍛造成形中に酸化物セラミックスが生成されるように構成されているため（換言すれば、上金型２１の成形面２１ｆの全面及び下金型２５の成形面２５ｆの全面に放電エネルギーによってステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるポーラスな硬質皮膜２７が形成された鍛造用金型ユニット１５を用いて、金属製ワークＷＢを据え込み鍛造成形しているため）、前述の新規な知見を考慮すると、硬質皮膜２７と金型（上金型２１、下金型２５）の母材との密着強度を十分の確保した上で、金型２１，２５をサーメットのような高価な材料からなるようにしなくても、据え込み鍛造成形中における金属製ワークＷＢの流動性を高めることができる。
【００４５】
従って、第２実施形態に係る鍛造用金型ユニット１５又は第２実施形態に係る鍛造成形方法によれば、金型２１，２５の材料コストの低減を図りつつ、金型２１，２５の焼付きを長期間に亘って防止することができ、金型寿命を十分に延ばすことができる。また、据え込み鍛造成形に必要なプレス荷重を低減して、鍛造プレス１７の大型化を十分に抑制することができる。
【００４６】
本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【実施例】
【００４７】
実施例について比較例１及び比較例２を含めて説明する。
【００４８】
実施例として、高速度工具鋼製上金型と高速度工具鋼製下金型を備えかつ高速度工具製下金型の成形面の一部（例えば、金属製ワークの流動方向に沿って収縮する部位）に放電エネルギーによってステライト金属からなるポーラスな硬質皮膜が形成された鍛造用金型ユニットを用い、鍛造プレスの運転によって金属製ワークを塑性流動させて押し出し鍛造成形を行った。また、比較例１として、サーメット製上金型とサーメット製下金型を備えた鍛造用金型ユニットを用い、比較例２として、高速度工具鋼製上金型と高速度工具鋼製下金型を備えかつ高速度工具製下金型の成形面の一部（例えば、金属製ワークの流動方向に沿って収縮する部位）にＣＶＤによってステライト金属からなる硬質皮膜が形成された鍛造用金型ユニットを用い、それぞれ押し出し鍛造成形を行った。
【００４９】
そして、押し出し鍛造成形の回数（成形回数）と押し出し鍛造成形に必要なプレス荷重（必要プレス荷重）との関係をまとめると、図８に示すようになる。即ち、実施例の場合には、比較例１の場合と同じレベルまで必要プレス荷重を低減できることが分かった。また、比較例２の場合には、成形回数が６回になると、硬質皮膜が剥離して、金型の焼付きが発生したのに対して、実施例の場合には、成形回数が１５回に達しても、硬質皮膜が剥離することなく、金型の焼付きが生じないことが分かった。
【００５０】
実施例の場合には、１回目の押し出し鍛造成形中に硬質皮膜に酸化物セラミックスが生成されたことが確認された。なお、実施例に用いた鍛造用金型ユニットにあっては、硬質皮膜を形成する際に放電エネルギーによって硬質皮膜と下金型の母材との間に傾斜合金層が生成されていることが確認された。
【００５１】
ここで、図示は省略するが、別の実施例として、ステライト金属からなるポーラスな硬質皮膜に代えて、ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるポーラスな硬質皮膜が形成された鍛造用金型ユニットを用いても、実施例と同様の結果になることが分かった。また、押し出し鍛造成形以外の鍛造成形（例えば据え込み鍛造成形）を行っても、同様の現象が生じるが分かった。
【００５２】
よって、前述の鍛造成形の結果等に基づいて、本発明者は、上金型及び／又は下金型（金型）の成形面の成形面の少なくとも一部に放電エネルギーによってステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるポーラスな硬質皮膜を形成しておくことにより、硬質皮膜と金型の母材との間に生成された傾斜合金層によって、硬質皮膜と金型の母材との密着強度を十分の確保した上で、鍛造成形中に硬質皮膜に生成された酸化物セラミックスによる潤滑作用及び硬質皮膜のポーラスな組織による潤滑剤の保持作用を発揮させて、鍛造成形中における金属製ワークの流動性を高めることができるという、新規な知見を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１実施形態に係る鍛造用金型ユニットの正面図である。
【図２】放電電極を用いて硬質皮膜を形成する状態を説明する図である。
【図３】第１実施形態に係る鍛造成形方法を説明する図である。
【図４】図４（ａ）は、絞り鍛造成形前の金属製ワークを示す図、図４（ｂ）は、絞り鍛造成形後の成形品を示す図である。
【図５】第２実施形態に係る鍛造用金型ユニットの正面図である。
【図６】第２実施形態に係る鍛造成形方法を説明する図である。
【図７】図７（ａ）は、据え込み鍛造成形前の金属製ワークを示す図、図７（ｂ）は、据え込み鍛造成形後の成形品を示す図である。
【図８】実施例、比較例１、及び比較例２について、鍛造成形の回数と必要プレス荷重との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
Ｅ 放電電極
ＷＡ 金属製ワーク
ＷＡ’ 成形品
ＷＢ 金属製ワーク
ＷＢ 成形品
１ 鍛造用金型ユニット
３ 鍛造プレス
５ ラム
７ 上金型
７ｆ 成形面
９ テーブル
１１ 下金型
１１ｆ 成形面
１３ 硬質皮膜
１５ 鍛造用金型ユニット
１７ 鍛造プレス
１９ ラム
２１ 上金型
２１ｆ 成形面
２３ テーブル
２５ 下金型
２５ｆ 成形面
２７ 硬質皮膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造プレスの運転によって金属製ワークを塑性流動させて鍛造成形する際に用いられる鍛造用金型ユニット、及び鍛造プレスの運転によって金属製ワークを塑性流動させて鍛造成形する鍛造成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、金属製ワークから機械的強度の高い成形品を得るために、鍛造プレスの運転によって金属製ワークを塑性流動させて鍛造成形することがよく行われている。
【０００３】
即ち、鍛造プレスに上下に対向して装着された上金型と下金型とを備えた鍛造成形用金型ユニットを用い、金属製ワークを下金型にセットする。そして、鍛造プレスの運転によって上金型を下金型に対して相対的に下方向へ移動させることにより、金属製ワークを上金型及び／又は下金型の成形面に沿って塑性流動させて鍛造成形する。これにより、金属製ワークから機械的強度の高い成形品を得ることができる。
【０００４】
なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１、特許文献２、及び特許文献３に示すものがある。
【特許文献１】特開２００３−３９１３２号公報
【特許文献２】特開２０００−２５４７０２号公報
【特許文献３】特開平６−７１３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、金型（上金型、下金型）の焼付きを防止するために、金型自体を耐摩耗性に優れかつ高硬度のサーメットからなるようにしたり、金型の成形面における少なくとも一部にＰＶＤ又はＣＶＤによって耐摩耗性に優れた硬質皮膜を形成したりすることが行われている。
【０００６】
しかしながら、金型自体をサーメットからなるようにした場合には、サーメット自体が高速度工具鋼に比べてかなり高価な材料で、金型の材料コストが高くなる。一方、金型の成形面の一部にＰＶＤ又はＣＶＤによって耐摩耗性に優れた硬質皮膜を形成した場合には、金属製ワークの鍛造成形中に硬質皮膜の剥離が生じ易く、金型の焼付きを長期に亘って防止できず、金型寿命を十分に延ばすことができない。つまり、金型の材料コストの低減を図りつつ、金型の焼付きを長期に亘って防止し、金型寿命を十分に延ばすことは極めて困難であるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の鍛造用金型セット及び鍛造成形方法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】
【０００８】
本発明の発明者は、種々の実験を繰り返した結果、上金型及び／又は下金型の成形面の成形面（金型の成形面）の少なくとも一部（例えば、金属製ワークの流動方向に沿って収縮する部位）に放電エネルギーによってステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるポーラスな硬質皮膜を形成しておくことにより、硬質皮膜と金型の母材との間に生成された傾斜合金層によって、硬質皮膜と金型の母材との密着強度を十分の確保した上で、鍛造成形中に硬質皮膜に生成された酸化物セラミックスによる潤滑作用及び硬質皮膜のポーラスな組織による潤滑剤の保持作用を発揮させて、鍛造成形中における金属製ワークの流動性を高めることができるという、新規な知見（後述の実施例参照）を得ることができ、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明の第１の特徴は、鍛造プレスの運転によって金属製ワークを塑性流動させて鍛造成形する際に用いられる鍛造用金型ユニットにおいて、前記鍛造プレスに上下に対向して着脱可能な上金型と下金型とを備え、前記上金型及び／又は前記下金型の成形面（金型の成形面）の少なくとも一部に放電エネルギーによってポーラスな硬質皮膜が形成され、前記硬質皮膜は、鍛造成形中に酸化物セラミックスが生成されるように構成されたことを要旨とする。
【００１０】
ここで、「鍛造成形中」とは、金属製ワークを塑性流動させる間の他に、鍛造用金型ユニットを加熱したり又は下金型に金属製ワークをセットしたりする等、金属製ワークを塑性流動させる前の準備段階も含む意であって、「鍛造成形」とは、熱間鍛造成形、温間鍛造成形、冷間鍛造成形を含む意である。
【００１１】
第１の特徴によると、前記鍛造プレスに上下に対向して装着された前記上金型と前記下金型を備えた前記鍛造用金型ユニットを用い、前記下金型に金属製ワークをセットする。そして、前記鍛造プレスの運転によって前記上金型を前記下金型に対して相対的に下方向へ移動させる。これにより、前記硬質皮膜に生成された酸化物セラミックスによる潤滑作用及び硬質皮膜のポーラスな組織による潤滑剤の保持作用も相まって、金属製ワークを前記金型の成形面に沿って流動塑性させて、所定形状に成形品を鍛造成形することができる。
【００１２】
ここで、前記金型の成形面における少なくとも一部に放電エネルギーによってポーラスな硬質皮膜が形成され、前記硬質皮膜は、鍛造成形中に酸化物セラミックスが生成されるように構成されているため、前述の新規な知見を考慮すると、前記硬質皮膜と前記金型の母材との密着強度を十分の確保した上で、前記金型をサーメットのような高価な材料からなるようにしなくても、鍛造成形中における金属製ワークの流動性を高めることができる。
【００１３】
本発明の第２の特徴は、鍛造プレスの運転によって金属製ワークを塑性流動させて鍛造成形する鍛造成形方法において、第１の特徴からなる鍛造用金型ユニットを用い、金属製ワークを前記下金型にセットする第１工程と、前記第１工程の終了後に、前記鍛造プレスの運転によって前記上金型を前記下金型に対して相対的に下方向へ移動させることにより、前記硬質皮膜に生成された酸化物セラミックスによる潤滑作用及び前記硬質皮膜のポーラスな組織による潤滑剤の保持作用も相まって、金属製ワークを前記上金型及び／又は前記下金型の成形面に沿って流動塑性させて鍛造成形する第２工程と、を具備したことことを要旨とする。
【００１４】
第２の特徴によると、第１の特徴からなる鍛造用金型ユニットを用いて、金属製ワークを鍛造成形しているため、前述の新規な知見を考慮すると、前記硬質皮膜と前記金型の母材との密着強度を十分の確保した上で、前記金型をサーメットのような高価な材料からなるようにしなくても、鍛造成形中における金属製ワークの流動性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、前記硬質皮膜と前記金型の母材との密着強度を十分の確保した上で、前記金型をサーメットのような高価な材料からなるようにしなくても、鍛造成形中における金属製ワークの流動性を高めることができるため、前記金型の材料コストの低減を図りつつ、前記金型の焼付きを長期間に亘って防止することができ、金型寿命を十分に延ばすことができる。また、同じ理由により、鍛造成形に必要なプレス荷重を低減して、前記鍛造プレスの大型化を十分に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１から図４を参照して説明する。
【００１７】
ここで、図１は、第１実施形態に係る鍛造用金型ユニットの正面図、図２は、放電電極を用いて硬質皮膜を形成する状態を説明する図、図３は、第１実施形態に係る鍛造成形方法を説明する図、図４（ａ）は、絞り鍛造成形前の金属製ワークを示す図、図４（ｂ）は、絞り鍛造成形後の成形品を示す図である。
【００１８】
図１に示すように、第１実施形態に係る鍛造用金型ユニット１は、鍛造プレス３の運転によって円柱状の金属製ワークＷＡ（図４（ａ）参照）を塑性流動させて、所定形状の成形品ＷＡ’（図４（ｂ）参照）に押し出し鍛造成形する際に用いられるものである。そして、第１実施形態に係る鍛造用金型ユニット１の具体的な構成は、以下のようになる。
【００１９】
鍛造プレス３におけるラム５には、上金型７が着脱可能に設けられており、この上金型７は、例えば高速度工具鋼等の安価な工具鋼からなるものであって、上金型７の成形面７ｆは、成形品ＷＡ’の頂面に対応した形状を呈している。また、鍛造プレス３におけるテーブル９は、上金型７に上下に対向した下金型１１が着脱可能に設けられており、この下金型１１は、例えば高速度工具鋼等の安価な工具鋼からなるものであって、下金型１１の成形面１１ｆは、成形品ＷＡ’の外周面に対応した形状を呈している。
【００２０】
なお、上金型７がラム５に着脱可能に設けられる代わりに、下金型１１にガイドピン（図示省略）を介して上下方向へ移動可能に設けられるようにしても構わなく、この場合には、上金型７は、ラム５によって上方向から打圧されるものである。
【００２１】
前述の新規な知見（後述の実施例参照）に基づいて、下金型１１は、次のように構成されている。
【００２２】
下金型１１の成形面１１ｆにおける、金属製ワークＷＡの流動方向（下方向）に沿って収縮する部位及びこの近傍（収縮する部位等）には、ポーラスな硬質皮膜１３が放電エネルギーによって形成されており、この硬質皮膜１３は、ステライト金属，ＴｉＣ（チタンカーバイド），Ｗ（タングステン），ＷＣ（タングステンカーバイド），Ｔｉ（チタン），ＴｉＮ（チタンナイトライド），Ｃｒ（クロム），Ｃｒ3Ｃ2（クロムカーバイド），Ｎｂ（ニオブ），ＮｂＣ（ニオブカーバイド），Ｖ（バナジウム），ＶＣ（バナジウムカーバイド），Ｍｏ（モリブデン），Ｍｏ2Ｃ（モリブデンカーバイド），Ｔａ（タンタル），ＴａＣ（タンタルカーバイド）のいずれか１つ又は複数の組み合わせからなる。
【００２３】
より具体的には、図２に示すように、ポーラスな硬質皮膜１３は、棒状の放電電極Ｅを下金型１１の成形面１１ｆにおける収縮する部位等に沿って相対的に移動させつつ、油のような電気絶縁性のある液Ｌ中において、下金型１１の成形面１１ｆの収縮する部位等と放電電極Ｅとの間にパルス状の放電を発生させて、その放電エネルギーにより、下金型１１の成形面１１ｆにおける収縮する部位等に放電電極Ｅの材料等（該材料の反応物質を含む）を溶着させることによって形成されものである。ここで、棒状の放電電極Ｅは、ステライト金属の粉末，ＴｉＣの粉末，Ｗの粉末，ＷＣの粉末，Ｔｉの粉末，ＴｉＮの粉末，Ｃｒの粉末，Ｃｒ3Ｃ2の粉末，Ｎｂの粉末，ＮｂＣの粉末，Ｖの粉末，ＶＣの粉末，Ｍｏの粉末，Ｍｏ2Ｃの粉末，Ｔａの粉末，ＴａＣの粉末のいずれか１つ又は複数の組み合わせを圧縮成形又は射出成形してなるものである。
【００２４】
硬質皮膜１３は、押し出し鍛造成形中に酸化物セラミックスが生成されるように構成されている。具体的には、硬質皮膜１３は、ステライト金属からなる場合にあっては、押し出し鍛造成形中にＣｒ2Ｏ3（酸化クロム）が生成されるように構成され、ＴｉＣからなる場合にあっては、押し出し鍛造成形中にＴｉＯ2（酸化チタン）が生成されるように構成されている。ここで、「押し出し鍛造成形中」とは、金属製ワークＷＡを塑性流動させる間の他に、鍛造用金型ユニット１を２００℃以上に加熱したり、再結晶温度付近（本発明の実施形態にあっては、９００〜１０００℃）まで加熱した金属製ワークＷＡを下金型１１の所定位置にセットしたりする等、金属製ワークＷＡを塑性流動させる前の準備段階も含む意である。
【００２５】
なお、下金型１１の成形面１１ｆの一部ではなく、下金型１１の成形面１１ｆの全面にポーラスな硬質皮膜１３が放電エネルギーによって形成されるようにしても構わない。また、下金型１１の成形面１１ｆだけでなく、上金型７の成形面７ｆにポーラスな硬質皮膜（図示省略）が放電エネルギーによって形成されるようにしても構わない。更に、鍛造用金型ユニット１の加熱温度は、塗布する潤滑剤の種類によって適切な温度を設定すればよく、２００℃以上に限定されるものではない。
【００２６】
続いて、第１実施形態に係る鍛造成形方法について作用を含めて説明する。
【００２７】
第１実施形態に係る鍛造成形方法は、鍛造プレス３の運転によって円柱状の金属製ワークＷＡを塑性流動させて押し出し鍛造成形する方法であって、後記の(1-1)第１工程と、(1-2)第２工程とを備えている。
【００２８】
(1-1)第１工程
図３（ａ）に示すように、鍛造プレス３に上下に対向して装着された上金型７と下金型１１を備えた前述の鍛造用金型ユニット１を用い、上金型７の成形面７ｆ及び下金型１１の成形面１１ｆにＭｏＳ2を主成分とする固体潤滑を塗布する。また。熱処理炉（図示省略）によって円柱状の金属製ワークＷＡを再結晶温度付近まで加熱すると共に、ヒータ（図示省略）によって鍛造用金型ユニット１を２００℃以上に加熱する。そして、金属製ワークＷＡを下金型１１の所定位置にセットする。
【００２９】
(1-2)第２工程
前記(1-1)第１工程の終了後に、図３（ｂ）に示すように、油圧シリンダ（図示省略）又はクランク（図示省略）の駆動によりラム５を下方向へ移動させて、上金型７を下金型１１に対して相対的に下方向へ移動させる。これにより、ポーラスな硬質皮膜１３に生成された酸化物セラミックスによる潤滑作用及び硬質皮膜１３のポーラスな組織による潤滑剤の保持作用も相まって、金属製ワークＷＡを下金型１１の成形面１１ｆ及び上金型７の成形面７ｆに沿って流動塑性させて、所定形状に成形品ＷＡ’を鍛造成形することができる。
【００３０】
ここで、下金型１１の成形面１１ｆにおける収縮する部位等に放電エネルギーによってステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるポーラスな硬質皮膜１３が形成され、硬質皮膜１３は、鍛造成形中に酸化物セラミックスが生成されるように構成されているため（換言すれば、下金型１１の成形面１１ｆにおける収縮する部位等に放電エネルギーによってステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるポーラスな硬質皮膜１３が形成された鍛造用金型ユニット１を用いて、金属製ワークＷＡを押し出し鍛造成形しているため）、前述の新規な知見を考慮すると、硬質皮膜１３と下金型１１の母材との密着強度を十分の確保した上で、金型（上金型７及び下金型１１）をサーメットのような高価な材料からなるようにしなくても、押し出し鍛造成形中における金属製ワークＷＡの流動性を高めることができる。
【００３１】
従って、第１実施形態に係る鍛造用金型ユニット１又は第１実施形態に係る鍛造成形方法によれば、金型７，１１の材料コストの低減を図りつつ、金型７，１１の焼付きを長期間に亘って防止することができ、金型寿命を十分に延ばすことができる。また、押し出し鍛造成形に必要なプレス荷重を低減して、鍛造プレス３の大型化を十分に抑制することができる。
【００３２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について図５から図７を参照して説明する。
【００３３】
ここで、図５は、第２実施形態に係る鍛造用金型ユニットの正面図、図６は、第２実施形態に係る鍛造成形方法を説明する図、図７（ａ）は、据え込み鍛造成形前の金属製ワークを示す図、図７（ｂ）は、据え込み鍛造成形後の成形品を示す図である。
【００３４】
図５に示すように、第２実施形態に係る鍛造用金型ユニット１５は、鍛造プレス１７の運転によって円柱状の金属製ワークＷＢ（図７（ａ）参照）を塑性流動させて、所定形状の成形品ＷＢ’（図７（ｂ）参照）に据え込み鍛造成形する際に用いられるものである。そして、第２実施形態に係る鍛造用金型ユニット１５の具体的な構成は、以下のようになる。
【００３５】
鍛造プレス１７におけるラム１９には、上金型２１が着脱可能に設けられており、この上金型２１は、例えば高速度工具鋼等の安価な工具鋼からなるものであって、上金型２１の成形面２１ｆは、成形品ＷＢ’の上側面に対応した形状を呈している。また、鍛造プレス１７におけるテーブル２３は、上金型２１に上下に対向した下金型２５が着脱可能に設けられており、この下金型２５は、例えば高速度工具鋼等の安価な工具鋼からなるものであって、下金型２５の成形面２５ｆは、成形品ＷＢ’の下側面に対応して形状を呈している。
【００３６】
なお、上金型２１がラム１９に着脱可能に設けられる代わりに、下金型２５にガイドピン（図示省略）を介して上下方向へ移動可能に設けられるようにしても構わなく、この場合は、上金型２１は、ラム１９によって上方向から打圧されるものである。
【００３７】
前述の新規な知見（後述の実施例参照）に基づいて、下金型２５は、次のように構成されている。
【００３８】
即ち、上金型２１の成形面２１ｆの全面及び上金型２１の成形面２１ｆの全面には、ポーラスな硬質皮膜２７が放電エネルギーによって形成されており、この硬質皮膜２７は、ステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるものである。また、硬質皮膜２７は、据え込み鍛造成形中に酸化物セラミックスが生成されるように構成されている。ここで、「据え込み鍛造成形中」とは、金属製ワークＷＢを塑性流動させる間の他に、鍛造用金型ユニット１５を２００℃以上に加熱したり、再結晶温度付近（本発明の実施形態にあっては、９００〜１０００℃）まで加熱した金属製ワークＷＢを下金型２５の所定位置にセットしたりする等、金属製ワークＷＢを塑性流動させる前の準備段階も含む意である。
【００３９】
なお、上金型２１の成形面２１ｆの全面及び上金型２１の成形面２１ｆの全面でなく、上金型２１の成形面２１ｆの一部及び上金型２１の成形面２１ｆの一部にポーラスな硬質皮膜２７が放電エネルギーによって形成されるようにしても構わない。また、鍛造用金型ユニット１５の加熱温度は、塗布する潤滑剤の種類によって適切な温度を設定すればよく、２００℃以上に限定されるものではない。
【００４０】
続いて、第２実施形態に係る鍛造成形方法について作用を含めて説明する。
【００４１】
第２実施形態に係る鍛造成形方法は、鍛造プレス１７の運転によって円柱状の金属製ワークＷＢを塑性流動させて据え込み鍛造成形する方法であって、後記の(2-1)第１工程と、(2-2)第２工程とを備えている。
【００４２】
(2-1)第１工程
図６（ａ）に示すように、鍛造プレス１７に上下に対向して装着された上金型２１と下金型２５を備えた前述の鍛造用金型ユニット１５を用い、上金型２１の成形面２１ｆ及び下金型２５の成形面２５ｆにＭｏＳ2を主成分とする固体潤滑を塗布する。また。熱処理炉（図示省略）によって円柱状の金属製ワークＷＢを再結晶温度付近まで加熱すると共に、ヒータ（図示省略）によって鍛造用金型ユニット１５を２００℃以上に加熱する。そして、金属製ワークＷＢを下金型２５の所定位置にセットする。
【００４３】
(2-2)第２工程
前記(2-1)第１工程の終了後に、図６（ｂ）に示すように、油圧シリンダ（図示省略）又はクランク（図示省略）の駆動によりラム１９を下方向へ移動させて、上金型２１を下金型２５に対して相対的に下方向へ移動させる。これにより、ポーラスな硬質皮膜２７に生成された酸化物セラミックスによる潤滑作用及び硬質皮膜２７のポーラスな組織による潤滑剤の保持作用も相まって、金属製ワークＷＢを上金型２１の成形面２１ｆ及び下金型１１の成形面１１ｆに沿って流動塑性させて、所定形状に成形品ＷＢ’を鍛造成形することができる。
【００４４】
ここで、上金型２１の成形面２１ｆの全面及び下金型２５の成形面２５ｆの全面に放電エネルギーによってステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるポーラスな硬質皮膜２７が形成され、硬質皮膜２７は、鍛造成形中に酸化物セラミックスが生成されるように構成されているため（換言すれば、上金型２１の成形面２１ｆの全面及び下金型２５の成形面２５ｆの全面に放電エネルギーによってステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるポーラスな硬質皮膜２７が形成された鍛造用金型ユニット１５を用いて、金属製ワークＷＢを据え込み鍛造成形しているため）、前述の新規な知見を考慮すると、硬質皮膜２７と金型（上金型２１、下金型２５）の母材との密着強度を十分の確保した上で、金型２１，２５をサーメットのような高価な材料からなるようにしなくても、据え込み鍛造成形中における金属製ワークＷＢの流動性を高めることができる。
【００４５】
従って、第２実施形態に係る鍛造用金型ユニット１５又は第２実施形態に係る鍛造成形方法によれば、金型２１，２５の材料コストの低減を図りつつ、金型２１，２５の焼付きを長期間に亘って防止することができ、金型寿命を十分に延ばすことができる。また、据え込み鍛造成形に必要なプレス荷重を低減して、鍛造プレス１７の大型化を十分に抑制することができる。
【００４６】
本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【実施例】
【００４７】
実施例について比較例１及び比較例２を含めて説明する。
【００４８】
実施例として、高速度工具鋼製上金型と高速度工具鋼製下金型を備えかつ高速度工具製下金型の成形面の一部（例えば、金属製ワークの流動方向に沿って収縮する部位）に放電エネルギーによってステライト金属からなるポーラスな硬質皮膜が形成された鍛造用金型ユニットを用い、鍛造プレスの運転によって金属製ワークを塑性流動させて押し出し鍛造成形を行った。また、比較例１として、サーメット製上金型とサーメット製下金型を備えた鍛造用金型ユニットを用い、比較例２として、高速度工具鋼製上金型と高速度工具鋼製下金型を備えかつ高速度工具製下金型の成形面の一部（例えば、金属製ワークの流動方向に沿って収縮する部位）にＣＶＤによってステライト金属からなる硬質皮膜が形成された鍛造用金型ユニットを用い、それぞれ押し出し鍛造成形を行った。
【００４９】
そして、押し出し鍛造成形の回数（成形回数）と押し出し鍛造成形に必要なプレス荷重（必要プレス荷重）との関係をまとめると、図８に示すようになる。即ち、実施例の場合には、比較例１の場合と同じレベルまで必要プレス荷重を低減できることが分かった。また、比較例２の場合には、成形回数が６回になると、硬質皮膜が剥離して、金型の焼付きが発生したのに対して、実施例の場合には、成形回数が１５回に達しても、硬質皮膜が剥離することなく、金型の焼付きが生じないことが分かった。
【００５０】
実施例の場合には、１回目の押し出し鍛造成形中に硬質皮膜に酸化物セラミックスが生成されたことが確認された。なお、実施例に用いた鍛造用金型ユニットにあっては、硬質皮膜を形成する際に放電エネルギーによって硬質皮膜と下金型の母材との間に傾斜合金層が生成されていることが確認された。
【００５１】
ここで、図示は省略するが、別の実施例として、ステライト金属からなるポーラスな硬質皮膜に代えて、ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるポーラスな硬質皮膜が形成された鍛造用金型ユニットを用いても、実施例と同様の結果になることが分かった。また、押し出し鍛造成形以外の鍛造成形（例えば据え込み鍛造成形）を行っても、同様の現象が生じるが分かった。
【００５２】
よって、前述の鍛造成形の結果等に基づいて、本発明者は、上金型及び／又は下金型（金型）の成形面の成形面の少なくとも一部に放電エネルギーによってステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなるポーラスな硬質皮膜を形成しておくことにより、硬質皮膜と金型の母材との間に生成された傾斜合金層によって、硬質皮膜と金型の母材との密着強度を十分の確保した上で、鍛造成形中に硬質皮膜に生成された酸化物セラミックスによる潤滑作用及び硬質皮膜のポーラスな組織による潤滑剤の保持作用を発揮させて、鍛造成形中における金属製ワークの流動性を高めることができるという、新規な知見を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１実施形態に係る鍛造用金型ユニットの正面図である。
【図２】放電電極を用いて硬質皮膜を形成する状態を説明する図である。
【図３】第１実施形態に係る鍛造成形方法を説明する図である。
【図４】図４（ａ）は、絞り鍛造成形前の金属製ワークを示す図、図４（ｂ）は、絞り鍛造成形後の成形品を示す図である。
【図５】第２実施形態に係る鍛造用金型ユニットの正面図である。
【図６】第２実施形態に係る鍛造成形方法を説明する図である。
【図７】図７（ａ）は、据え込み鍛造成形前の金属製ワークを示す図、図７（ｂ）は、据え込み鍛造成形後の成形品を示す図である。
【図８】実施例、比較例１、及び比較例２について、鍛造成形の回数と必要プレス荷重との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
Ｅ 放電電極
ＷＡ 金属製ワーク
ＷＡ’ 成形品
ＷＢ 金属製ワーク
ＷＢ 成形品
１ 鍛造用金型ユニット
３ 鍛造プレス
５ ラム
７ 上金型
７ｆ 成形面
９ テーブル
１１ 下金型
１１ｆ 成形面
１３ 硬質皮膜
１５ 鍛造用金型ユニット
１７ 鍛造プレス
１９ ラム
２１ 上金型
２１ｆ 成形面
２３ テーブル
２５ 下金型
２５ｆ 成形面
２７ 硬質皮膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛造プレスの運転によって金属製ワークを塑性流動させて鍛造成形する際に用いられる鍛造用金型ユニットにおいて、
前記鍛造プレスに上下に対向して着脱可能な上金型と下金型とを備え、
前記上金型及び／又は前記下金型の成形面の少なくとも一部に放電エネルギーによってポーラスな硬質皮膜が形成され、前記硬質皮膜は、鍛造成形中に酸化物セラミックスが生成されるように構成されたことを特徴とする鍛造用金型ユニット。
【請求項２】
前記硬質皮膜は、ステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなることを特徴とする請求項１に記載の鍛造用金型ユニット。
【請求項３】
鍛造プレスの運転によって金属製ワークを塑性流動させて鍛造成形する鍛造成形方法において、
請求項１又は請求項２に記載の発明特定事項からなる鍛造用金型ユニットを用い、金属製ワークを前記下金型にセットする第１工程と、
前記第１工程の終了後に、前記鍛造プレスの運転によって前記上金型を前記下金型に対して相対的に下方向へ移動させることにより、前記硬質皮膜に生成された酸化物セラミックスによる潤滑作用及び前記硬質皮膜のポーラスな組織による潤滑剤の保持作用も相まって、金属製ワークを前記上金型及び／又は前記下金型の成形面に沿って流動塑性させて鍛造成形する第２工程と、を具備したことことを特徴とする鍛造成形方法。
【請求項４】
前記第１工程は、加熱した金属製ワークを前記下金型にセットするようになってあって、
前記第２工程は、前記金型ユニットを加熱した状態で、前記鍛造プレスの運転によって前記上金型を前記下金型に対して相対的に下方向へ移動させることを特徴とする請求項３に記載の鍛造成形方法。
【請求項５】
前記上金型及び／又は前記下金型の成形面の一部は、金属製ワークの流動方向に沿って収縮する部位であることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の鍛造成形方法。
【請求項１】
鍛造プレスの運転によって金属製ワークを塑性流動させて鍛造成形する際に用いられる鍛造用金型ユニットにおいて、
前記鍛造プレスに上下に対向して着脱可能な上金型と下金型とを備え、
前記上金型及び／又は前記下金型の成形面の少なくとも一部に放電エネルギーによってポーラスな硬質皮膜が形成され、前記硬質皮膜は、鍛造成形中に酸化物セラミックスが生成されるように構成されたことを特徴とする鍛造用金型ユニット。
【請求項２】
前記硬質皮膜は、ステライト金属，ＴｉＣ，Ｗ，ＷＣ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｃｒ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｎｂ，ＮｂＣ，Ｖ，ＶＣ，Ｍｏ，Ｍｏ2Ｃ，Ｔａ，ＴａＣのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなることを特徴とする請求項１に記載の鍛造用金型ユニット。
【請求項３】
鍛造プレスの運転によって金属製ワークを塑性流動させて鍛造成形する鍛造成形方法において、
請求項１又は請求項２に記載の発明特定事項からなる鍛造用金型ユニットを用い、金属製ワークを前記下金型にセットする第１工程と、
前記第１工程の終了後に、前記鍛造プレスの運転によって前記上金型を前記下金型に対して相対的に下方向へ移動させることにより、前記硬質皮膜に生成された酸化物セラミックスによる潤滑作用及び前記硬質皮膜のポーラスな組織による潤滑剤の保持作用も相まって、金属製ワークを前記上金型及び／又は前記下金型の成形面に沿って流動塑性させて鍛造成形する第２工程と、を具備したことことを特徴とする鍛造成形方法。
【請求項４】
前記第１工程は、加熱した金属製ワークを前記下金型にセットするようになってあって、
前記第２工程は、前記金型ユニットを加熱した状態で、前記鍛造プレスの運転によって前記上金型を前記下金型に対して相対的に下方向へ移動させることを特徴とする請求項３に記載の鍛造成形方法。
【請求項５】
前記上金型及び／又は前記下金型の成形面の一部は、金属製ワークの流動方向に沿って収縮する部位であることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の鍛造成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２２６４３９（Ｐ２００９−２２６４３９Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７４６２３（Ｐ２００８−７４６２３）
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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