JP6924376B2 - 熱間鍛造用金型および鍛造製品の製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、荷重が1万トンを超える規模の大型熱間鍛造装置に用いられる熱間鍛造用金型を一体物で製造すると、金型は、その素材重量が50トンを超えるような大型のものになる。かかる場合には、金型の一部に割れ等の修復不能な欠陥が生じると、金型全体を廃棄する必要があり、非常に不経済であった。
これに対し、特開2014−208379号公報(特許文献1)には、長尺材用の熱間鍛造用金型であって、複数個の熱間鍛造用金型片が長尺材の長手方向に一列に並べられた一体の組立て体である熱間鍛造用金型の提案がある。かかる提案によれば、個々の金型片を小さくすることができるため、廃棄する部分を削減し、鍛造製品の製造コストを低減できる利点がある。
上記課題に鑑み、本発明は、熱間鍛造用金型の交換にかかる作業を簡略化すること、および製造コストを低減することが可能な熱間鍛造用金型およびそれを用いた鍛造製品の製造方法を提供することを目的とする。
また、前記型彫り面の輪郭が長方形状であり、前記輪郭の角の少なくとも一つに前記補強部材が配置されていることが好ましい。
以下、本発明に係る熱間鍛造用金型の実施形態を、図を用いて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、各実施形態において説明する構成は、他の実施形態の趣旨を損なわない限りにおいて、他の実施形態においても適用することおよび互いに組み合わせることが可能であり、その場合、重複する説明は適宜省略する。
図1(a)は、本発明に係る熱間鍛造用金型の一実施形態を示す斜視図であり、図1(b)は図1(a)のA−Aの位置における断面のうち左側の部分を拡大した部分断面図である。図1(a)に示す熱間鍛造用金型(以下、単に金型ともいう)は、例えば、棒状の鍛造用素材を熱間鍛造によってブレードのような長尺の製品形状に成形するものである。図1(a)に示す熱間鍛造用金型100(以下、単に金型100ともいう)の本体部分1の表面には製品形状に応じた凹状(掘り込み部分)の型彫り面2が形成されている。本発明では前記の掘り込み部分を「型彫り面」として説明する。なお、図1(a)に示す金型は、鍛造用素材を押圧するための上型および下型のうち、下型である。図示は省略するが、上型にも下型の型彫り面に対応する位置に型彫り面が形成されている。長尺の鍛造製品に対応して、図1(a)に示す金型100の型彫り面2の輪郭(加圧によって鍛造用素材が充満する凹部の縁3がなす形状)は、一方向に長い形状を有する。より具体的には、かかる輪郭は長方形状である。
なお、型彫り面の輪郭の形状は図1に示す実施形態の形状に限るものではない。例えば、図1に示す形状以外の長方形状であってもよい。ここで、長方形状とは、実質的に四つの角部を有し、相対的に一方向に長い形状を意味し、例えば、一般的な長方形の他、角にアールまたは面取り部を有する長方形、各辺に凹凸を有する長方形を含む。また、実質的に四つの角部を有し、相対的に一方向に長い形状であれば、根部と翼部を有するブレード素材用の場合のように長手方向に幅が変化している形状も長方形状に含まれる。さらに、型彫り面の輪郭の形状は長方形状に限らず、例えば、長手方向および短手方向を観念できるが長手方向の先端全体が曲線であるレーストラックのような形状や異形状でもよい。
型彫り面を補強する技術としては肉盛溶接があるが、肉盛溶接を施すためには金型自体を予熱する必要があるうえ、型彫り面が複雑な形状である場合には肉盛溶接をするためのトーチの配置自体が困難な場合もあり、金型の補強や手直しに係る工程が非常に煩雑になる。かかる問題を抱える肉盛溶接に比べて、図1に示す実施形態は、極めて優れた効果を発揮するものである。
補強部材4の上面の、ばり道を構成する部分から先には、型彫り面2から遠ざかるにしたがい下側に傾斜する傾斜部6、及びかかる傾斜部6の先に続く、ばり道を構成する面よりも下方に位置する面7で構成される、ばりだまり8が形成されている。図1(b)に示す実施形態では、上述のばりだまり8が形成される位置で、補強部材4が金型の本体部分1に上方からボルト9によって着脱可能に固定されている。なお、図1(a)では、図1(b)に示す補強部材のz方向上側の面の段差やボルトの図示は省略してある。ボルト固定の位置がばりだまりにあることによって、ボルト、ボルト穴等の固定構造が型鍛造中の鍛造用素材の肉流れを阻害することを回避できる。摩耗等によって補強部材4の交換が必要になった場合でも、交換対象が金型の本体部分に比べて極めて小さく、しかもボルト締めのような単純な作業で交換が済むため、交換作業は大幅に簡略化される。ボルト固定としては、所定の位置にネジ山を切った金型の本体部分にボルト固定してもよいし、ボルトとナットの対でボルト締めしてもよい。また、補強部材4の固定方法はこれを特に限定するものではない。例えば、押さえ治具で補強部材を拘束し、該押さえ治具をボルト等で固定することもできる。
図1に示す実施形態では、補強部材4は、縁に向かって立ち上がる型彫り面2の上側の一部を構成している。かかる構成では、型彫り面2の縁3に近い、ごく一部の部分を交換すればよいので、該構成はコスト低減の観点から好ましい。型彫り面2における補強部材4の下端の位置は、図1に示す構成に限らない。例えば、型彫り面2の、縁3に向かって立ち上がる部分の下端またはそれよりも型彫り面3の中心側に位置してもよい。かかる構成は、摩耗等の損傷がより広い範囲で想定される場合に好適である。
図1に示す実施形態では、着脱可能に構成する補強部材の全体が金型の本体部分よりも熱間強度が高い材料で構成されているが、型彫り面、ばり道等の、鍛造用素材が接触する金型の表面に、肉盛溶接等により相対的に熱間強度の高い材料を配置することもできる。すなわち、補強部材の一部が金型の本体部分よりも熱間強度が高い材料で構成されていてもよい。
図3を参照しつつ、本発明に係る熱間鍛造用金型の他の実施形態を説明する。図3に示す実施形態は、型彫り面の形態等については図1に示す実施形態と同様である。図3は図1(a)のA−Aの位置と同様の位置における金型の断面図である。図3に示す実施形態は、金型の本体部分と補強部材との接触形態が図1に示す実施形態と異なる。補強部材11は、その下部に、型彫り面12の彫り込み方向(z方向)に垂直な方向(型彫り面の縁に垂直な方向であって、図3ではy方向である。)に突出した、断面が矩形の凸部を有し、金型の本体部分13には、かかる凸部と嵌め合わせ可能な凹部が設けられている。かかる凸部および凹部によって、補強部材、金型の本体部分、それぞれに凹凸が形成されている。補強部材11の凹凸が金型の本体部分13の凹凸に嵌合することにより、補強部材11が型彫り面の彫り込み方向(z方向)で拘束される。従って、鍛造の際に補強部材に上方に向かう強い摩擦力が働いても、補強部材の固定状態を安定に維持することができる。ばりだまり部分の位置でのボルト固定に加えて、より型彫り面に近い位置で補強部材を型彫り面の彫り込み方向で拘束するため、図1に示す実施形態に比べてよりいっそう強固に補強部材を固定することができる。
図3に示す実施形態の補強部材では、凹凸は型彫り面側の反対側に設けられ、型彫り面の内側から外側に向かって補強部材が挿入されている。一方補強部材の型彫り面側に凹凸を設けることも可能である。例えば、図4に示す変形例のように、彫り込み方向(z方向)に長い補強部材14を用いて、補強部材の型彫り面15を構成する部分よりも下方で金型の本体部分16と嵌め合わせればよい。この場合、例えば、補強部材を型彫り面の外側から内側に向かう方向に挿入し、さらに押さえ治具17で補強部材を固定することが可能である。補強部材の型彫り面を構成する部分の下端(末端)が型彫り面の底面側に至る場合には、図3のように型彫り面の内側から外側に向かって補強部材を挿入することは困難であるため、上述の変形例の構成が有効である。
また、図3に示す実施形態のような、凹凸の嵌合で補強部材を拘束する構成を用いる場合、型彫り面の角の部分も含めて補強部材を一体で構成すると、凹凸の嵌め合わせが困難になる。かかる場合、型彫り面の縁に沿って隣接配置された複数の補強部材片を有する上述の構成を採用し、角の部分を分離することによって、上記凹凸の嵌め合わせが可能になる。従って、型彫り面の縁に沿って隣接配置された複数の補強部材片を有する実施形態は、凹凸の嵌合で補強部材を拘束する構成を用いる場合に特に有効である。
型彫り面の輪郭の概寸は長手方向が1500mm、短手方向が500mmである。長辺部分は分割配置された8個の補強部材片(a〜h)で構成した。金型の本体部分は500℃における引張強度が1000MPaである熱間金型用の合金工具鋼、補強部材片は500℃における引張強度が1230MPaであるNi基超耐熱合金とし、各補強部材片の金型の本体部分への固定構造は図3に示す実施形態と同様にした。鍛造用素材としてNi合金を用い、鍛造用素材の加熱温度を950℃、鍛造開始時の金型温度を400℃として鍛造した場合の、各補強部材片のばり道を構成する部分での応力(最大主応力)を評価した(評価A)。比較のために、補強部材片を用いない、すなわち型彫り面の輪郭の長辺部分も本体部分と一体である金型に対して、評価Aと同様の条件で応力(最大主応力)を評価した(評価B)。評価結果を表1に示す。評価Bの応力は、評価Aの補強部材片の位置に対応する位置での応力である。
2 型彫り面
3 縁
4 補強部材
5 ばり道
6 傾斜部
7 面
8 ばりだまり
9 ボルト
10 補強部材片
11 補強部材
12 型彫り面
13 本体部分
14 補強部材片
15 補強部材
16 型彫り面
17 本体部分
100 金型
200 金型
Claims (5)
- 凹状の型彫り面を有する熱間鍛造用金型であって、
前記熱間鍛造用金型は、本体部分と、前記本体部分より熱間強度が高く、かつ着脱可能な補強部材と、を備え、
前記型彫り面の縁部分の少なくとも一部が前記補強部材で構成されており、前記補強部材は、前記型彫り面の縁に沿って隣接配置された複数の補強部材片を有する熱間鍛造用金型。 - 前記型彫り面の輪郭が長方形状であり、
前記輪郭の角の少なくとも一つに前記補強部材が配置された請求項1に記載の熱間鍛造用金型。 - 前記型彫り面の輪郭が長方形状であり、
前記補強部材が、少なくとも前記長方形状の長辺側に配置された請求項1または2に記載の熱間鍛造用金型。 - 前記補強部材は、前記型彫り面の彫り込み方向に垂直な方向の凹凸を有し、
前記金型の本体部分は、前記凹凸に嵌合する凹凸を有し、
前記補強部材の凹凸が前記金型の本体部分の凹凸に嵌合することにより、前記補強部材が前記型彫り面の彫り込み方向で拘束される請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱間鍛造用金型。 - 加熱された鍛造用素材を請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱間鍛造用金型を用いて熱間鍛造し、鍛造製品を得る鍛造製品の製造方法。
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