JP2009262233A - 鍛造用金型への潤滑剤塗布用の噴出ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】鍛造用金型に潤滑剤を液体状で噴出して塗布すると同時にミスト状で噴霧して塗布する、ＣＶＪなどのカップ部とステム部からなる複雑な形状のワークの全体に均一に適切量の潤滑剤を安定して塗布する噴出ノズルを提供する。
【解決手段】鍛造用金型への潤滑剤の噴出ノズル１において、噴出ノズル１のノズル面２の中央に黒鉛を含有する潤滑剤を液体状で噴出するストレート用ノズル３を配置し、このストレートノズル３の周囲に複数個の潤滑剤をミスト状で噴霧するミストノズル４もしくはミストノズルチップを分散して配置して一体型のノズル面２とした、鍛造用金型の金型面の上金型面および下金型面に黒鉛潤滑剤を塗布するための潤滑剤塗布用の噴出ノズル１。
【選択図】図１

Description

この発明は、鍛造用の金型へ潤滑剤を塗布する装置、特に黒鉛潤滑剤の液体状の噴出による塗布に加えてミスト状に噴霧して塗布する潤滑剤塗布用の噴出ノズルに関し、さらに成形形状における外径寸法の最大部と最小部の直径比が１．１〜４．０程度の複雑な形状をした機械部材を鍛造により製造する際に使用する鍛造用金型の成形形状の輪郭面にずれることなく均一に吹付け塗布することのできる潤滑剤、例えば黒鉛潤滑剤をミスト状で吹付ける潤滑剤塗布用の噴出ノズルに関する。

鍛造用の金型に潤滑用の潤滑剤を塗布する装置では、潤滑剤を金型へ吹き付けた際に、潤滑剤は乾燥皮膜で均一に金型の表面に付着することが望ましい。すなわち、従来、機械部品を鍛造により成形する際に、鍛造用の金型の成形形状の輪郭面に黒鉛潤滑剤を吹付けて鍛造する。この場合、上記のように金型への吹付けにより得られた黒鉛潤滑剤は均一で乾燥した皮膜となることが望まれている。均一に付着させるためには、吹付ける時に黒鉛潤滑剤をミスト状にして金型の表面に付着させることが最適である。

ところで、自動車部材のＣＶＪ外輪の粗地の成形工程は、減面率の大きな過酷な前方押し出しによる鍛造からなっている。ところで、ＣＶＪ外輪用として予備工程で加工されたワークの形状部は大きく分類するとカップ部とステム部に分けることができ、このＣＶＪ外輪の素形は鍛造方向である高さ方向の手前にカップ部を配し、先方にステム部を配し、それらからなる高さ方向の長さが大きい。このために、この高さ方向の長さの大きいワークに潤滑剤をミスト状にして吹きつけると、ステムの最先端部にまで潤滑剤が十分に届かない。そこでミスト状に替えて、ステムの先端を狙って潤滑剤を液体状のままで吹きつける方法を採用すると、ストレートな液体状の吹付けとなり、ステム部の手前のカップ部の型孔の内面には、潤滑剤が付着しない。このためにストレートな液体状の吹きつけだけでは、幅の広いカップ部に潤滑剤が付着しない問題が生じる。

そこでステムの最先端部に加えて幅の広いカップ部まで潤滑剤を付着させようとして潤滑剤の吐出量を増加すると、液体状の潤滑剤がカップ部やステム部の成形形状の輪郭面に溜まってしまい、鍛造時に溜まった液体状の潤滑剤がガス化してＣＶＪ外輪の素形であるワークの飛び跳ねの原因となる問題がある。

ところで、鍛造プレスの金型の成形形状の輪郭面に潤滑剤を噴射するノズルを回動するものとし、その回動角度を無段回で設定できるものとした鍛造プレス用ノズルが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、このものは軸回りに回動可能でかつ進退可能としたノズルとするために、サーボモータやインバータモータまたはアクチュエータのいずれかの駆動手段を介してその回動を制御できるものとしているので、ＣＶＪ外輪用のワークのカップ部とステム部からなる形状のものに適用するものと異なるものであって機構が複雑であり高価となる問題がある。

さらに、従来技術として、アルミニウム合金の鍛造において、噴霧状態で潤滑剤を塗布する噴霧用の塗布ノズルを、噴霧用の圧縮空気の吐出口と潤滑剤の吐出口を同心的に配置して吹き付け範囲を一致させ、金型の成形形状の輪郭面への潤滑剤の塗布範囲とその乾燥用圧縮空気の吹付け範囲とのズレによる、未乾燥部や皮膜未形成部や潤滑剤溜まり部などの潤滑不具合を防止した潤滑剤塗布用ノズルが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、このものは潤滑剤の塗出口と乾燥用空気の出口を同心円としたしたものであり、塗布した潤滑剤から乾燥用空気をズレなくしたものであり、潤滑剤のみをステム部およびカップ部の型孔の形状表面にズレなく均一に塗布しようとするものではなかった。

特開２００６−６８７５３号公報 特開２００２−３２１０３３号公報

本発明が解決しようとする課題は、鍛造用の金型に潤滑剤例えば黒鉛潤滑剤を液体状で噴出して塗布できると同時にミスト状に噴出して塗布でき、かつ、金型の手前側の成形形状の輪郭面の部分から奥行きの深い先端側の成形形状の輪郭面の部分まで、すなわちＣＶＪ外輪の金型の手前側のカップ部の形状の輪郭面から先端側のステム部の形状の輪郭面まで安定して潤滑剤を均一に吹付け塗布することができる鍛造用金型への潤滑剤塗布用の噴出ノズルを提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、鍛造用金型への潤滑剤の噴出ノズルにおいて、噴出ノズルのノズル面の中央に潤滑剤を液体状で噴出するストレートノズルを配置し、該ストレートノズルの周囲に潤滑剤をミスト状で噴霧する複数個のミストノズルを配置して一体型ノズルとしたことを特徴とする鍛造用金型への潤滑剤塗布用の噴出ノズルである。

請求項２の発明では、複数個のミストノズルは、ストレートノズルの周囲に環状に分散して配置されていることを特徴とする請求項１の手段の鍛造用金型への潤滑剤塗布用の噴出ノズルである。

請求項３の発明では、ストレートノズルの周囲に環状に分散して配置されている複数個のミストノズルは、吹付け対象のカップ部およびステム部を有する鍛造用金型の金型中心線に対して傾斜した複数個のミストノズルチップからなることを特徴とする請求項２の手段の鍛造用金型への潤滑剤塗布用の噴出ノズルである。

さらに、上記手段において、請求項４の発明では、潤滑剤塗布用の噴出ノズルのノズル面におけるミストノズルチップの配列は、前方押出し鍛造における鍛造用金型、例えばＣＶＪ外輪のカップ部およびステム部の鍛造用の金型中心線に対する傾斜を一定の大きさの角度を満足するものとした潤滑剤塗布用の噴出ノズルである。

請求項４の発明では、ストレートノズルの周囲に環状に分散配置され、かつ、金型中心線に対して傾斜した複数個のミストノズルチップは、鍛造用金型の金型中心線に対するチップ中心線の傾斜角度をθ₁とし、かつ、該鍛造用金型の金型中心線に対するミストノズルチップの噴霧口部の中心と鍛造用金型のカップ部内径上端間の直線との間の角度をθ₂とするとき、θ₁は０°＜θ₁＜θ₂を満足することを特徴とする請求項３の手段の鍛造用金型への潤滑剤塗布用の噴出ノズルである。

請求項５の発明では、ミストノズルチップは、噴霧口部がラッパ状に拡大していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項の手段の鍛造用金型への潤滑剤塗布用の噴出ノズルである。

本発明は上記の手段のように、この前方押出し鍛造用金型への潤滑剤、例えば黒鉛潤滑剤を吹付けて塗布する塗布用の噴出ノズルは、潤滑剤を液体状でストレートに噴射する中央の一個のストレートノズルとその周囲において潤滑剤をミスト状で噴霧する複数個のミストノズルあるいはミストノズルチップからなる一体型の潤滑剤塗布用の噴出ノズルであるので、その中のストレートノズルはＣＶＪなどの高さ方向の奥行きの長いステム部の鍛造用金型の型孔の最先端まで分散することなく潤滑剤を噴射でき、一方、その中のミストノズルあるいはミストノズルチップは例えば３〜８個などからなる複数個のミストノズルあるいはミストノズルチップがストレートノズルの周囲に環状に配列されているので、幅の広いカップ部の外径部まで潤滑剤をミスト状に拡径分散して噴霧できる。この結果、ＣＶＪ等の幅広の拡径部を有すると共に奥行きの長いステムを有する製品用の鍛造用金型の型孔内に、その大小にかかわらず一箇の潤滑剤塗布用の噴出ノズルで噴霧により均一な乾燥した潤滑剤皮膜を必要箇所に形成できる。さらにミストノズルチップを鍛造用金型の型孔の中心線に対する周方向に平行な方向に対して傾斜させ、しかも、そのミストノズルチップの傾斜の角度をＣＶＪなどのカップ部の外径部の大きさに合わせて調整したことで、ＣＶＪ外輪などのカップ部の外径部の大きさが種々異なるものに対しても、一本の潤滑剤塗布用の噴出ノズルでＣＶＪ外輪用の鍛造用金型の型孔の部分まで均一な潤滑剤皮膜を噴霧して形成できる。これらにおいて、ストレートノズルとミストノズルあるいはミストノズルチップが一体型で潤滑剤塗布用の噴出ノズルとして鍛造用金型の型孔に向けられているので、鍛造装置の機械的な改造を一切必要とすることなく、黒鉛潤滑剤の吹付けの改善を図ることができる。さらにこのミストノズルチップの噴出口はラッパ状に拡大して形成されて噴出口の部分に角部が無いので、ミストが噴出口部で阻害されること無く、効率よく拡散できる。この結果、従来の鍛造品と比較して非常に欠陥の少ない鍛造品が得られ、鍛造における成形性が向上できる。

本発明の一体型の潤滑剤塗布用の噴出ノズルにおいて、（ａ）はノズル面側から見た正面図で、（ｂ）は側面図である。 本発明の他の実施の形態の一体型の潤滑剤塗布用の噴出ノズルで、（ａ）はノズル面側から見た正面図で、（ｂ）は正面図の矢視Ａ−Ａ方向に見た断面で示す側面図である。 潤滑剤塗布用の噴出ノズルのミストノズルチップをＣＶＪ外輪の鍛造用下金型の型孔のカップ部の形状面に配向した際のミストノズルチップの傾斜角度を示す図である。 ＣＶＪ外輪の鍛造用金型の上金型および下金型による鍛造工程の一部を（ａ）および（ｂ）で示す断面図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。先ず、図１は請求項１に係る発明の実施の形態の潤滑剤塗布用の噴出ノズル１で、図４の（ｂ）に示すＣＶＪ外輪１０のカップ部１０ａおよびステム部１０ｂの形状の輪郭面を有する鍛造用金型７に黒鉛潤滑剤を塗布するための噴出ノズルである。

この潤滑剤塗布用の噴出ノズル１は、図１に示すように、黒鉛潤滑剤を液体状で噴出するストレートノズル３と黒鉛潤滑剤をミスト状で噴霧するミストノズル４を一体型としてノズル面２に有する。この噴出ノズル１は、図１の（ａ）の正面図および（ｂ）の側面図に示すように、φ４０ｍｍの円筒体からなり、円筒体の長さは３５ｍｍである。この噴出ノズル１の円筒体の先端側の側部には、例えば上下の横方向に幅３２ｍｍのスパナ掛け１ａおよび左右の縦方向に幅３６ｍｍのスパナ掛け１ｂとが設けられている。さらに図１の（ａ）の正面図に示すように、ノズル面２の中心に１個のストレートノズル３が形成されている。このストレートノズル３の周囲には、例えばφ１９ｍｍの円形上に等間隔に６個のミストノズル４が配置されている。この場合、図１の（ｂ）の側面図に示すように、ストレートノズル３の出口は直線状に形成されているが、ミストノズル４の出口は前方側が拡径されてラッパ状の噴霧口部４ｂに形成されている。従って、加圧されて噴出される黒鉛潤滑剤は、噴出ノズル１の黒鉛潤滑剤の供給口６からノズル内部５に供給され、ノズル内部５でストレートノズル３およびミストノズル４に分配され、ストレートノズル３では液体状のまま直進状に噴出される。一方、ミストノズル４では出口のラッパ状の噴霧口部４ｂで拡げられてミスト状になって噴霧される。

本発明の請求項２の手段の実施の形態では、図１の（ａ）の正面図に見られるように、この噴出ノズル１のストレートノズルはノズル面２の中心に存在する１個のストレートノズル３を有し、複数個のミストノズル４はこのストレートノズル３の周囲に環状に分散して配置され、上記したように、６個のミストノズル４からなっている。これらの請求項１あるいは請求項２の手段の実施の形態の噴出ノズル１は、それぞれ環状に分散してノズル面２に配置された複数個の各ミストノズル４の向きがノズル面２に対して垂直な一定方向にある。従って、これらの実施の形態の噴出ノズル１において、各ミストノズル４から噴霧される黒鉛潤滑剤はストレートノズル３では液体状のまま直進状に噴出される。一方、ミストノズル４では出口のラッパ状の噴霧口部４ｂで拡げられてミスト状になって噴霧されるが、その噴霧方向は一定の方向である。

これらに対して、本発明の請求項３の手段の実施の形態では、潤滑剤塗布用の噴出ノズル１は、図２に示すように、黒鉛潤滑剤を液体状で直線的に噴出するストレートノズル３と黒鉛潤滑剤をミスト状で噴霧するミストノズルチップ４ａを一体型としてノズル面２に有する。この潤滑剤塗布用の噴出ノズル１は、上記の請求項１および請求項２の実施の形態の噴出ノズル１と同様に、図２の（ａ）の正面図および（ｂ）の側面図に示すように、例えば、φ４０ｍｍの円筒体からなり、円筒体の長さは３５ｍｍである。この潤滑剤塗布用の噴出ノズル１の円筒体の先端側の側部には、例えば上下の横方向に幅３２ｍｍのスパナ掛け１ａおよび左右の縦方向に幅３６ｍｍのスパナ掛け１ｂが設けられている。

さらに図２の（ａ）の正面図に示すように、ノズル面２の中心に１個のストレートノズル３が形成されている。このストレートノズル３の周囲には、例えばφ１９ｍｍの円形上に等間隔に６個のミストノズルチップ４ａが配置されている。この場合、ストレートノズル３は噴出ノズル１の中心にノズル内部５からノズル面２の出口部分まで直線状に形成されている。一方、ストレートノズル３の周囲に環状に周方向と平行に傾斜して配設された６個のミストノズルチップ４ａの出口は前方面が拡径されて噴霧口部４ｂとなっている。従って、加圧されて噴出される黒鉛潤滑剤は、図２の（ｂ）に見られるように、噴出ノズル１の黒鉛潤滑剤の供給口６からノズル内部５に供給され、ノズル内部５でストレートノズル３およびその周囲のミストノズルチップ４ａに分配され、ストレートノズル３では液体状のまま直進状に噴出される。一方、ミストノズルチップ４ａでは、黒鉛潤滑剤がミストノズルチップ４ａの噴霧口部４ｂでミスト状に拡げられて噴霧される。

ところで、本発明の噴出ノズル１によりＣＶＪ外輪１０のカップ部１０ａおよびステム部１０ｂを一体に前方押出しで成形する場合は、図３に示すように、カップ面１０ａおよびステム面１０ｂの成形用の鍛造用金型７の金型中心線１１に対してチップ中心線１２の傾斜角度をθ₁とし、この鍛造用の金型中心線１１に対するミストノズルチップ４ａの周壁から鍛造用金型７の金型面８のカップ部１０ａの形状の輪郭面の内径入口コーナー部への直線、すなわちミストノズルチップ４ａの噴霧口部４ｂの中心とカップ部内径上端１３間の直線１４の傾斜角度をθ₂とするとき、θ₁は０°＜θ₁＜θ₂を満足する範囲になるもの、すなわち周方向と平行に傾斜した範囲になるものとする。その上で、成形しようとするＣＶＪ外輪１０のカップ部１０ａおよびステム部１０ｂの形状およびその大きさに合わせてθ₂の角度調整をして一定とした後、同一形状のＣＶＪ外輪１０を成形する間、その角度が一定に保持されるように、ミストノズルチップ４ａを噴出ノズル１内で接着剤により固着する。この接着剤は成形しようとするＣＶＪ外輪１０のカップ部１０ａおよびステム部１０ｂの形状およびその大きさが変わった際には、容易に固着が解かれる合成樹脂製の接着剤とする。

自動車部品であるＣＶＪ外輪１０を鍛造により成形するための複数段階からなる鍛造工程の複数個の鍛造用金型７において、その一段階の鍛造方法を１例として、図４に示す。この場合、鍛造用金型７に黒鉛潤滑剤を塗布するために、図１に示す噴出ノズル１を使用して、図４（ａ）のＣＶＪ外輪１０用の鍛造金型７の上金型面８ａおよび下金型面８ｂに、黒鉛潤滑剤をそれぞれ塗布した。次いで、予成形された鋼素材９を熱間鍛造用温度に加熱して鍛造用金型７の下金型面８ｂに載置し、鋼素材９を上金型面８ａにより前方押出しにより熱間鍛造により成形した。さらに、図４の（ｂ）に示すカップ部１０ａおよびステム部１０ｂに形状化された上金型面８ｃおよび下金型面８ｄに、黒鉛潤滑剤をそれぞれ塗布し、図４の（ａ）工程で成形した鋼素材９を金型７ｄに載置し、上金型面８ｃにより前方押出しにより熱間鍛造によりＣＶＪ外輪１０に成形した。この成形の結果、鍛造されたＣＶＪ外輪１０には、鍛造疵などの欠陥は認められなかった。このことから黒鉛潤滑剤がＣＶＪ外輪１０の高さ方向の長さの長いステム部１０ｂの最先端部からカップ部１０ａの幅の拡径された外径部までの金型面８の全面に狙いどおり略均一に塗布されているものと判断された。

１ 潤滑剤塗布用の噴出ノズル
１ａ 幅３２ｍｍのスパナ掛け
１ｂ 幅３６ｍｍのスパナ掛け
２ ノズル面
３ ストレートノズル
４ ミストノズル
４ａ ミストノズルチップ
４ｂ 噴霧口部
５ ノズル内部
６ 潤滑剤供給口
７ 鍛造用金型
７ａ 上金型
７ｂ 下金型
７ｃ 上金型
７ｄ 下金型
８ 金型面
８ａ 上金型面
８ｂ 下金型面
８ｃ 上金型面
８ｄ 下金型面
９ 鋼素材
１０ ＣＶＪ外輪
１０ａ カップ部
１０ｂ ステム部
１１ 金型中心線
１２ チップ中心線
１３ カップ部内径上端
１４ 直線

Claims (5)

1. 鍛造用金型への潤滑剤の噴出ノズルにおいて、噴出ノズルのノズル面の中央に潤滑剤を液体状で噴出するストレートノズルを配置し、該ストレートノズルの周囲に潤滑剤をミスト状で噴霧する複数個のミストノズルを配置して一体型ノズルとしたことを特徴とする鍛造用金型への潤滑剤塗布用の噴出ノズル。
2. 複数個のミストノズルは、ストレートノズルの周囲に環状に分散して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の鍛造用金型への潤滑剤塗布用の噴出ノズル。
3. ストレートノズルの周囲に環状に分散して配置されている複数個のミストノズルは、吹付け対象のカップ部およびステム部を有する鍛造用金型の金型中心線に対して傾斜した複数個のミストノズルチップからなることを特徴とする請求項２に記載の鍛造用金型への潤滑剤塗布用の噴出ノズル。
4. ストレートノズルの周囲に環状に分散配置され、かつ、金型中心線に対して傾斜した複数個のミストノズルチップは、鍛造用金型の金型中心線に対するチップ中心線の傾斜角度をθ₁とし、かつ、該鍛造用金型の金型中心線に対するミストノズルチップの噴霧口部の中心と鍛造用金型のカップ部内径上端間の直線との間の角度をθ₂とするとき、θ₁は０°＜θ₁＜θ₂を満足することを特徴とする請求項３に記載の鍛造用金型への潤滑剤塗布用の噴出ノズル。
5. ミストノズルは、噴霧口部がラッパ状に拡大していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の鍛造用金型への潤滑剤塗布用の噴出ノズル。

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