JP7782287B2 - Forging die and manufacturing method for aluminum alloy forgings - Google Patents
Forging die and manufacturing method for aluminum alloy forgingsInfo
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Description
本発明は、鍛造用金型及びアルミニウム合金鍛造品の製造方法に関する。 The present invention relates to a forging die and a method for manufacturing aluminum alloy forged products.
近年、アルミニウム合金は、軽量性を生かして各種製品の構造部材としての用途が拡大しつつある。例えば、自動車の足廻りやバンパー部品では、今まで高張力鋼が用いられてきた。一方、近年は高強度アルミニウム合金材が用いられるようになっている。 In recent years, aluminum alloys have been increasingly used as structural components for various products, taking advantage of their lightweight properties. For example, high-tensile steel has traditionally been used in automobile suspension and bumper parts. However, in recent years, high-strength aluminum alloy materials have come to be used.
また、自動車部品、その中でも、例えばサスペンション部品には、専ら鉄系材料が使用されていた。一方、近年は軽量化を主目的として、アルミニウム材料又はアルミニウム合金材料に置き換えられることが多くなってきた。 Furthermore, iron-based materials have traditionally been used exclusively for automobile parts, particularly suspension parts. However, in recent years, these have increasingly been replaced with aluminum or aluminum alloy materials, primarily for the purpose of reducing weight.
例えば、自動車用サスペンション部品として、端部にボールジョイント又はゴムブッシュを有する金属製のアーム部品が用いられている。金属製アーム部品には、軽量化と強度を両立させるため、アルミニウム合金鍛造品が用いられる。 For example, metal arm parts with ball joints or rubber bushings at the ends are used as suspension parts for automobiles. Aluminum alloy forgings are used for these metal arm parts to achieve both light weight and strength.
また、鍛造成形時に一対の金型の隙間から余った成形材料（いわゆるバリ）をはみ出させるバリ出し鍛造では、一対の金型のうち一方の金型の他方の金型と対向する面側に、鍛造品の形状を反映した型彫部と、型彫部の外側に位置して、型彫部からはみ出した成形材料のバリが流動するフラッシュランドとを有する鍛造用金型が用いられている（例えば、下記特許文献１，２を参照。）。 Furthermore, in flash removal forging, in which excess molding material (so-called burrs) is forced out from the gap between a pair of dies during forging, a forging die is used that has a die recess that reflects the shape of the forged product on the surface of one of the dies facing the other, and a flash land located outside the die recess where burrs of molding material that have protruded from the die recess flow (see, for example, Patent Documents 1 and 2 below).
ところで、上述したバリ出し鍛造に用いられる鍛造用金型では、鍛造成形時に金型に大きな応力が加わると、金型に割れが発生してしまうため、鍛造成形時に金型に加わる応力を低減し、金型の長寿命化を図ることが求められている。 However, when a large amount of stress is applied to the forging dies used in the above-mentioned flash removal forging, the dies can crack. Therefore, there is a need to reduce the stress applied to the dies during forging and extend the life of the dies.
しかしながら、従来の鍛造用金型では、荒成形後の仕上成形において、鍛造成形時に、一方の金型のフラッシュランドが型彫部の外側に向かって変形することで、型彫部のフラッシュランド側の隅部に高い応力が発生する。一方、フラッシュランドの幅を大きく確保した場合、成形材料との接触面積が増えることで、鍛造荷重が増加し、より高荷重の鍛造プレスが必要となる。 However, with conventional forging dies, during the finish forming process after rough forming, the flash land of one of the dies deforms toward the outside of the engraved portion during forging, generating high stress at the corner of the engraved portion on the flash land side. On the other hand, if the width of the flash land is made larger, the contact area with the forming material increases, increasing the forging load and requiring a heavier-load forging press.
上記特許文献１に記載の鍛造用金型では、フラッシュランドに微小な凹凸をつけることで、成形材料の流動を制御することが行われている。しかしながら、この場合、フラッシュランドの変形は低減されず、金型の寿命（耐久性）も向上しない。 In the forging die described in Patent Document 1, the flow of the molding material is controlled by creating minute irregularities in the flash land. However, this does not reduce deformation of the flash land, nor does it improve the life (durability) of the die.
一方、上記特許文献２に記載の鍛造用金型では、上型に溝を付与することで金型と成形材料との接触面積を減少させて鍛造荷重を低減し、金型の寿命（耐久性）を向上させることが行われている。しかしながら、この方法では、鍛造品に金型の溝に対応した形状が付与されることになり、鍛造品の重量増加又は後加工によるコスト増加につながってしまう。 On the other hand, in the forging die described in Patent Document 2, grooves are provided in the upper die to reduce the contact area between the die and the forming material, thereby reducing the forging load and improving the life (durability) of the die. However, this method imparts a shape to the forged product that corresponds to the grooves in the die, which leads to an increase in the weight of the forged product or increased costs due to post-processing.
本発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、耐久性の更なる向上を可能とした鍛造用金型、並びに、そのような鍛造用金型を用いることによって、アルミニウム合金鍛造品を精度良く製造することを可能としたアルミニウム合金鍛造品の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in light of this technical background, and aims to provide a forging die that enables further improvement in durability, as well as a method for manufacturing aluminum alloy forged products that uses such a forging die to enable the accurate production of aluminum alloy forged products.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
〔１〕 互いに突き合わされる一対の金型を有して、前記一対の金型の間で成形材料を加圧しながら、所定の形状の鍛造品を鍛造成形する際に用いられる鍛造用金型であって、
前記一対の金型は、互いに対向する面の間に、前記鍛造品の形状を反映した型彫部と、前記型彫部の外側に位置して、前記型彫部からはみ出した成形材料のバリが流動するフラッシュランドとを有し、
前記フラッシュランドは、前記一対の金型のうち一方の金型の他方の金型と対向する面側に位置して、前記型彫部側から順に、前記他方の金型と対向する面に対して平行となる第１の平面部と、前記他方の金型と対向する面とは離間する方向に向かって傾斜する第１の斜面部と、前記他方の金型と対向する面に対して平行となる第２の平面部と、前記他方の金型と対向する面とは離間する方向に向かって傾斜する第２の斜面部と、前記他方の金型の前記一方の金型と対向する面側に位置して、前記第１の平面部に対して平行となる第３の平面部を含み、
且つ、前記一対の金型が突き合わされる方向、且つ、前記一方の金型の前記バリが流動する方向に沿った断面において、
前記第１の平面部と前記第１の斜面部との境界を原点とし、前記バリが流動する方向をＸ軸とし、前記一方の金型に向かう方向をＹ軸としたＸＹ座標において、前記型彫部を挟んだ両側の前記第１の平面部間の長さをＷとし、前記フラッシュランドにおける前記バリの厚みをＨとしたときに、
下記式（１）で表される曲線と接触しない断面形状を有することを特徴とする鍛造用金型。
〔３〕 前記原点から前記第２の平面部と前記第２の斜面部との境界までの長さをｄとし、前記成形材料の成形前における前記型彫部を含む部分の断面積をＳ１とし、前記成形材料の成形時における前記型彫部及び前記第１の平面部を含む部分の断面積をＳ２としたときに、
下記式（２）の関係を満足することを特徴とする前記〔１〕又は〔２〕に記載の鍛造用金型。
前記一対の金型の間で前記成形材料であるアルミニウム合金材料を加圧しながら所定の形状のアルミニウム合金鍛造品を鍛造成形することを特徴とするアルミニウム合金鍛造品の製造方法。
〔５〕 前記鍛造用金型を荒成形後の仕上成形に用いることを特徴とする前記〔４〕に記載のアルミニウム合金鍛造品の製造方法。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following means.
[1] A forging die having a pair of dies that are butted against each other and used when forging a forged product of a predetermined shape while pressing a molding material between the pair of dies,
The pair of dies have, between their opposing surfaces, a die-engraved portion that reflects the shape of the forged product, and a flash land that is located outside the die-engraved portion and through which flash of molding material that has protruded from the die-engraved portion flows,
the flash land is located on a surface of one of the pair of dies facing the other die, and includes, in order from the die-engraving portion side, a first flat surface portion parallel to the surface facing the other die, a first inclined surface portion inclined in a direction away from the surface facing the other die, a second flat surface portion parallel to the surface facing the other die, a second inclined surface portion inclined in a direction away from the surface facing the other die, and a third flat surface portion located on the surface of the other die facing the one die, and parallel to the first flat surface portion,
And in a cross section along the direction in which the pair of dies are butted together and along the direction in which the burr of one of the dies flows,
In an XY coordinate system in which the boundary between the first flat surface portion and the first inclined surface portion is the origin, the direction in which the burr flows is the X axis, and the direction toward one of the dies is the Y axis, when the length between the first flat surface portions on both sides of the die-sinking portion is defined as W and the thickness of the burr at the flash land is defined as H,
A forging die having a cross-sectional shape that does not contact the curve expressed by the following formula (1) :
[ 3 ] When the length from the origin to the boundary between the second flat surface portion and the second inclined surface portion is d, the cross-sectional area of the portion including the engraved portion before molding of the molding material is S1, and the cross-sectional area of the portion including the engraved portion and the first flat surface portion during molding of the molding material is S2,
The forging die according to [1] or [2] above, characterized in that the relationship of the following formula (2) is satisfied:
A method for manufacturing an aluminum alloy forging, comprising forging the aluminum alloy material, which is the molding material, between the pair of dies while applying pressure to form an aluminum alloy forging of a predetermined shape.
[ 5 ] The method for producing an aluminum alloy forged product according to [ 4 ], characterized in that the forging die is used for finish forming after rough forming.
本発明によれば、耐久性の更なる向上を可能とした鍛造用金型、並びに、そのような鍛造用金型を用いることによって、アルミニウム合金鍛造品を精度良く製造することを可能としたアルミニウム合金鍛造品の製造方法を提供することが可能である。 The present invention provides a forging die that allows for further improvements in durability, as well as a method for manufacturing aluminum alloy forged products that uses such a forging die to enable the accurate production of aluminum alloy forged products.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the drawings used in the following description, characteristic portions may be enlarged for convenience in order to make the features easier to understand, and the dimensional ratios of each component may not be the same as in reality. Furthermore, the materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not necessarily limited to them, and can be implemented with appropriate changes within the scope of the present invention.
（鍛造用金型）
先ず、本発明の一実施形態として、図１～図３に示す鍛造用金型１Ａ，１Ｂについて説明する。
(Forging mold)
First, as an embodiment of the present invention, forging dies 1A and 1B shown in FIGS. 1 to 3 will be described.
なお、図１は、荒成形工程で用いられる鍛造用金型１Ａの構成を示す断面図である。図２は、仕上成形工程で用いられる鍛造用金型１Ｂの構成を示す断面図である。図３は、鍛造用金型１Ｂを構成する一方の金型６の要部を拡大した断面図である。 Note that Figure 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a forging die 1A used in the rough forming process. Figure 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a forging die 1B used in the finish forming process. Figure 3 is an enlarged cross-sectional view showing a main portion of one die 6 that constitutes the forging die 1B.
本実施形態では、図１に示す荒成形用の鍛造用金型１Ａと、図２及び図３に示す仕上成形用の鍛造用金型１Ｂとを用いて、成形材料Ｍであるアルミニウム合金材料を鍛造成形し、鍛造品であるサスペンション部品を製造する場合を例に挙げて説明する。 In this embodiment, an example will be described in which an aluminum alloy material, which is a forming material M, is forged using a rough forging die 1A shown in Figure 1 and a finish forging die 1B shown in Figures 2 and 3 to produce a forged suspension part.
鍛造用金型１Ａは、図１に示すように、互いに突き合わされる一対の金型２，３を有して、これら一対の金型２，３の間で成形材料Ｍを加圧しながら、バリ出し鍛造による荒成形を行う際に用いられる。 As shown in Figure 1, the forging die 1A has a pair of dies 2, 3 that are butted together, and is used to perform rough forming by flash removal forging while pressing the forming material M between the pair of dies 2, 3.
また、鍛造用金型１Ａは、一対の金型２，３のうち、一方の金型（本実施形態では上型）２が他方の金型（本実施形態では下型）３に対して接離自在な方向（本実施形態では上下方向）に移動可能となっている。 Furthermore, the forging die 1A is configured so that one die (the upper die in this embodiment) 2 of the pair of dies 2, 3 can move toward and away from the other die (the lower die in this embodiment) 3 in a direction (vertical in this embodiment).
一対の金型２，３は、互いに対向する面の間に、鍛造品の荒形状を反映した型彫部４と、型彫部４の外側に位置して、型彫部４からはみ出した成形材料ＭのバリＢが流動するフラッシュランド５とを有している。 Between their opposing surfaces, the pair of dies 2, 3 have a die-engraved portion 4 that reflects the rough shape of the forged product, and a flash land 5 located outside the die-engraved portion 4, through which flash B of the molding material M that protrudes from the die-engraved portion 4 flows.
型彫部４は、一対の金型２，３の互いに対向する面の間で鍛造品の荒形状を反映した空間を形成するため、一対の金型２，３の互いに対向する面側に、鍛造品の形状をそれぞれ反映した複数（本実施形態では２つ）の凹部４ａ，４ｂを有している。 The die-sinking portion 4 has multiple (two in this embodiment) recesses 4a, 4b on the opposing surfaces of the pair of dies 2, 3, each of which reflects the shape of the forged product, in order to form a space that reflects the rough shape of the forged product between the opposing surfaces of the pair of dies 2, 3.
フラッシュランド５は、型彫部４からはみ出したバリＢが流動する空間を形成するため、一方の金型２の他方の金型３と対向する面側に第１の平面部５ａと、他方の金型３の一方の金型２と対向する面側に第２の平面部５ｂとを有している。 The flash land 5 has a first flat surface 5a on the side of one die 2 facing the other die 3, and a second flat surface 5b on the side of the other die 3 facing the one die 2, in order to form a space through which burrs B that protrude from the die-engraved portion 4 can flow.
このうち、第１の平面部５ａは、凹部４ａ（型彫部４）との境界からバリＢが流動する方向に向かって水平な面を形成しながら、一方の金型２の端部まで延長して設けられている。一方、第２の平面部５ｂは、凹部４ｂ（型彫部４）との境界からバリＢが流動する方向に向かって水平な面を形成しながら、他方の金型３の端部まで延長して設けられている。これにより、第１の平面部５ａと第２の平面部５ｂとは、互いに平行となっている。 Of these, the first flat surface 5a extends from the boundary with the recessed portion 4a (embossed portion 4) to the end of one of the molds 2, forming a horizontal surface in the direction in which burrs B flow. On the other hand, the second flat surface 5b extends from the boundary with the recessed portion 4b (embossed portion 4) to the end of the other mold 3, forming a horizontal surface in the direction in which burrs B flow. As a result, the first flat surface 5a and the second flat surface 5b are parallel to each other.
鍛造用金型１Ｂは、図２及び図３に示すように、互いに突き合わされる一対の金型６，７を有して、これら一対の金型６，７の間で鍛造用金型１Ａにより荒成形された成形材料Ｍを加圧しながら、バリ出し鍛造による仕上成形を行う際に用いられる。 As shown in Figures 2 and 3, the forging die 1B has a pair of dies 6, 7 that are butted against each other, and is used to perform finish forming by flash removal forging while pressing the forming material M that has been roughly formed by the forging die 1A between these pair of dies 6, 7.
また、鍛造用金型１Ｂは、一対の金型６，７のうち、一方の金型（本実施形態では上型）６が他方の金型（本実施形態では下型）７に対して接離自在な方向（本実施形態では上下方向）に移動可能となっている。 Furthermore, the forging die 1B is configured so that one die (upper die in this embodiment) 6 of the pair of dies 6, 7 can move toward and away from the other die (lower die in this embodiment) 7 in a direction (up and down in this embodiment).
一対の金型６，７は、互いに対向する面の間に、鍛造品の仕上形状を反映した型彫部８と、型彫部８の外側に位置して、型彫部８からはみ出した成形材料ＭのバリＢが流動するフラッシュランド９とを有している。 Between their opposing surfaces, the pair of dies 6, 7 have a die-engraved portion 8 that reflects the finished shape of the forged product, and a flash land 9 located outside the die-engraved portion 8, through which flash B of the molding material M that protrudes from the die-engraved portion 8 flows.
型彫部８は、一対の金型６，７の互いに対向する面の間で鍛造品の仕上形状を反映した空間を形成するため、一対の金型６，７の互いに対向する面側に、鍛造品の形状をそれぞれ反映した複数（本実施形態では２つ）の凹部８ａ，８ｂを有している。凹部８ａ，８ｂは、フラッシュランド９側の隅部において湾曲した曲面部Ｒを有している。 The die-sinking portion 8 has multiple (two in this embodiment) recesses 8a, 8b that reflect the shape of the forged product on the opposing surfaces of the pair of dies 6, 7, to form a space that reflects the finished shape of the forged product. The recesses 8a, 8b have curved surfaces R at the corners on the flash land 9 side.
フラッシュランド９は、型彫部８からはみ出したバリＢが流動する空間を形成するため、一方の金型６の他方の金型７と対向する面側に第１の平面部９ａ、第１の斜面部９ｂ、第２の平面部９ｃ、第２の斜面部９ｄ及び第４の平面部９ｅと、他方の金型７の一方の金型６と対向する面側に第３の平面部９ｆとを有している。 The flash land 9 has a first flat surface 9a, a first inclined surface 9b, a second flat surface 9c, a second inclined surface 9d, and a fourth flat surface 9e on the side of one mold 6 facing the other mold 7, and a third flat surface 9f on the side of the other mold 7 facing the one mold 6, in order to form a space through which burrs B that protrude from the die-cutting portion 8 can flow.
このうち、第１の平面部９ａは、凹部８ａ（型彫部８）との境界からバリＢが流動する方向に向かって水平な面を形成している。一方、第１の斜面部９ｂは、第１の平面部９ａとの境界から他方の金型７と対向する面とは離間する方向に向かって傾斜した面を形成している。一方、第２の平面部９ｃは、第１の斜面部９ｂとの境界からバリＢが流動する方向に向かって水平な面を形成している。一方、第２の斜面部９ｄは、第２の平面部９ｃとの境界から他方の金型７と対向する面とは離間する方向に向かって傾斜した面を形成している。一方、第４の平面部９ｅは、第２の斜面部９ｄとの境界からバリＢが流動する方向に向かって水平な面を形成しながら、一方の金型６の端部まで延長して設けられている。一方、第３の平面部９ｆは、凹部８ｂ（型彫部８）との境界からバリＢが流動する方向に向かって水平な面を形成しながら、他方の金型７の端部まで延長して設けられている。これにより、第１の平面部９ａ、第２の平面部９ｃ及び第４の平面部９ｅと第３の平面部９ｆとは、互いに平行となっている。 Of these, the first flat portion 9a forms a horizontal surface from the boundary with the recess 8a (embossed portion 8) in the direction in which burrs B flow. Meanwhile, the first inclined surface 9b forms a surface that slopes from the boundary with the first flat portion 9a toward the surface facing the other mold 7. Meanwhile, the second flat portion 9c forms a horizontal surface from the boundary with the first inclined surface 9b toward the direction in which burrs B flow. Meanwhile, the second inclined surface 9d forms a surface that slopes from the boundary with the second flat portion 9c toward the surface facing the other mold 7. Meanwhile, the fourth flat portion 9e forms a horizontal surface from the boundary with the second inclined surface 9d toward the direction in which burrs B flow, extending to the end of one of the molds 6. On the other hand, the third flat surface 9f extends from the boundary with the recess 8b (embossed portion 8) to the end of the other mold 7, forming a horizontal surface in the direction in which the burr B flows. As a result, the first flat surface 9a, second flat surface 9c, fourth flat surface 9e, and third flat surface 9f are parallel to one another.
（アルミニウム合金鍛造品の製造方法）
次に、上記鍛造用金型１Ａ，１Ｂを用いたアルミニウム合金鍛造品の製造方法について、図４及び図５を参照しながら説明する。
(Method for manufacturing aluminum alloy forgings)
Next, a method for manufacturing an aluminum alloy forged product using the forging dies 1A and 1B will be described with reference to FIGS.
なお、図４は、鍛造用金型１Ａを用いた成形材料Ｍの鍛造成形時の状態を示す断面図である。図５は、鍛造用金型１Ｂを用いた成形材料Ｍの鍛造成形時の状態を示す断面図である。 Note that Figure 4 is a cross-sectional view showing the state of the molding material M during forging using forging die 1A. Figure 5 is a cross-sectional view showing the state of the molding material M during forging using forging die 1B.
上記鍛造用金型１Ａ，１Ｂを用いてアルミニウム合金鍛造品を製造する際は、先ず、図４に示すように、上記鍛造用金型１Ａを用いて、一対の金型２，３の間で成形材料Ｍを加圧しながら、バリ出し鍛造による荒成形を行う。 When manufacturing an aluminum alloy forged product using the forging dies 1A and 1B, first, as shown in Figure 4, the forging die 1A is used to perform rough forming by flash removal forging while pressing the molding material M between the pair of dies 2 and 3.
具体的には、他方の金型３の凹部４ｂ（型彫部４）に成形材料Ｍを入れ、一方の金型２を指定の高さまで下降させながら、一方の金型２と他方の金型３との間で成形材料Ｍを加圧する。このとき、成形材料Ｍが型彫部４に対応した形状に変形すると共に、型彫部４からはみ出した成形材料ＭのバリＢがフラッシュランド５へと流出される。これにより、成形材料Ｍは、上記鍛造用金型１Ａを用いたバリ出し鍛造により荒成形される。 Specifically, molding material M is placed in the recess 4b (die-receiving portion 4) of the other die 3, and while one die 2 is lowered to a specified height, molding material M is pressed between one die 2 and the other die 3. At this time, molding material M deforms into a shape corresponding to die-receiving portion 4, and flash B of molding material M that protrudes from die-receiving portion 4 flows out into flash land 5. In this way, molding material M is roughly formed by flash-removal forging using the forging die 1A.
次に、図５に示すように、上記鍛造用金型１Ｂを用いて、一対の金型６，７の間で鍛造用金型１Ａにより荒成形された成形材料Ｍを加圧しながら、バリ出し鍛造による仕上成形を行う。 Next, as shown in Figure 5, the forging die 1B is used to perform finish forming by flash removal forging while applying pressure to the molding material M roughly formed by the forging die 1A between the pair of dies 6 and 7.
具体的には、他方の金型７の凹部８ｂ（型彫部８）に荒成形後の成形材料Ｍを入れ、一方の金型６を指定の高さまで下降させながら、一方の金型６と他方の金型７との間で成形材料Ｍを加圧する。このとき、成形材料Ｍが型彫部８に対応した形状に変形すると共に、型彫部８からはみ出した成形材料ＭのバリＢがフラッシュランド９へと流出される。これにより、成形材料Ｍは、上記鍛造用金型１Ｂを用いたバリ出し鍛造により仕上成形される。 Specifically, the molding material M after rough forming is placed in the recess 8b (die-receiving portion 8) of the other die 7, and while one die 6 is lowered to a specified height, the molding material M is pressed between the one die 6 and the other die 7. At this time, the molding material M is deformed into a shape corresponding to the die-receiving portion 8, and flash B of the molding material M that protrudes from the die-receiving portion 8 flows out into the flash land 9. In this way, the molding material M is finish-formed by flash-removal forging using the forging die 1B.
本実施形態のアルミニウム合金鍛造品の製造方法では、上述した鍛造工程の後に、鍛造工程で得られた鍛造品を加熱して溶体化させることにより、鋳造品に導入された歪みを緩和し、溶質元素の固溶を行う溶体化処理工程や、溶体化処理工程によって得られた固溶状態の鍛造品を急速に冷却せしめて、過飽和固溶体を形成する焼き入れ処理工程、焼き入れ処理工程によって得られた鍛造品を比較的低温で加熱保持し過飽和に固溶した元素を析出させて、適度な硬さを付与する時効処理工程などを行う。以上の工程を経ることによって、上述したサスペンション部品となるアルミニウム合金鍛造品を製造することが可能である。 In the manufacturing method for aluminum alloy forgings of this embodiment, after the forging process described above, other processes are carried out, such as a solution treatment process in which the forged product obtained in the forging process is heated and solutionized to relieve the strain introduced into the cast product and dissolve the solute elements; a quenching process in which the forged product in a solid solution state obtained in the solution treatment process is rapidly cooled to form a supersaturated solid solution; and an aging process in which the forged product obtained in the quenching process is heated and held at a relatively low temperature to precipitate the supersaturated dissolved elements and impart appropriate hardness. By going through these processes, it is possible to manufacture aluminum alloy forgings that will become the suspension parts described above.
なお、成形材料Ｍについては、例えばアルミニウム合金材料を鋳造又は押出加工したものを用いることができる。また、成形材料Ｍの形状については、特に限定されるものではなく、例えば円柱状、曲げ棒状、立方体状、異形状などを適宜選択することができる。 The molding material M can be, for example, an aluminum alloy material that has been cast or extruded. The shape of the molding material M is not particularly limited, and can be selected as appropriate, for example, a cylindrical shape, a bent rod shape, a cubic shape, or an irregular shape.
成形材料Ｍの鍛造条件については、特に限定されないものの、成形性に優れた熱間鍛造に適用することが好ましい。この場合、成形材料Ｍの加熱方法については、特に限定されないものの、例えば燃焼式加熱や電気式加熱などが好適に用いられる。 The forging conditions for the molding material M are not particularly limited, but it is preferable to use hot forging, which provides excellent formability. In this case, the heating method for the molding material M is not particularly limited, but suitable methods include combustion heating and electric heating.
また、熱間鍛造では、鍛造用金型１Ａ，１Ｂを予め加熱しておくことが好ましい。鍛造用金型１Ａ，１Ｂの加熱方法については、特に限定されるものではなく、例えば、カートリッジヒータや誘導加熱装置、バーナなどの周知手段が用いられる。 In addition, for hot forging, it is preferable to preheat the forging dies 1A and 1B. There are no particular limitations on the method for heating the forging dies 1A and 1B, and well-known means such as a cartridge heater, induction heating device, or burner can be used.
また、鍛造用金型１Ａ，１Ｂには、潤滑剤を塗布しておく。潤滑剤については、特に限定されないものの、例えば、黒鉛系潤滑剤や、非黒鉛系潤滑剤、水溶性潤滑剤、油性潤滑剤などが用いられる。 In addition, a lubricant is applied to the forging dies 1A and 1B. There are no particular limitations on the lubricant, but examples of the lubricant that can be used include graphite-based lubricants, non-graphite-based lubricants, water-soluble lubricants, and oil-based lubricants.
また、鍛造用金型１Ａ，１Ｂによる加圧手段については、メカニカルプレスであっても、油圧プレスであってもよい。 Furthermore, the pressurizing means used by the forging dies 1A and 1B may be a mechanical press or a hydraulic press.
ところで、本実施形態のアルミニウム合金鍛造品の製造方法では、上述した仕上成形用の鍛造用金型１Ｂを構成する一方の金型６において、フラッシュランド９を形成する第１の平面部９ａ及び第１の斜面部９ｂの外側に、補強構造となる第２の平面部９ｃ及び第２の斜面部９ｄが設けられている。 In the manufacturing method for aluminum alloy forged products of this embodiment, one of the dies 6 constituting the above-mentioned finish forging die 1B has a second flat surface 9c and a second sloped surface 9d that serve as a reinforcing structure on the outside of the first flat surface 9a and the first sloped surface 9b that form the flash land 9.
この場合、鍛造成形時にフラッシュランド９が型彫部８の外側に向かって変形することを抑制することが可能である。これにより、本実施形態の鍛造用金型１Ｂでは、型彫部８のフラッシュランド９側の隅部（曲面部Ｒ）に発生する応力を低減することが可能である。 In this case, it is possible to prevent the flash land 9 from deforming toward the outside of the die-cutting portion 8 during forging. As a result, the forging die 1B of this embodiment makes it possible to reduce stress generated in the corner (curved surface portion R) of the die-cutting portion 8 on the flash land 9 side.
また、上記一方の金型６に形成されるフラッシュランド９は、図６に示すように、一対の金型６，７が突き合わされる方向、且つ、一方の金型６のバリＢが流動する方向に沿った断面において、第１の平面部９ａと第１の斜面部９ｂとの境界を原点Ｏとし、バリＢが流動する方向をＸ軸とし、一方の金型６に向かう方向をＹ軸としたＸＹ座標において、型彫部８を挟んだ両側の第１の平面部９ａ間の長さをＷとし、フラッシュランド９におけるバリＢの厚みをＨとしたときに、下記式（１）で表される曲線Ｌと接触しない断面形状を有することが好ましい。
この場合、フラッシュランド９へと流出されるバリＢが第２の平面部９ｃ及び第２の斜面部９ｄと接触することがないため、バリＢとの接触による鍛造荷重の増加を防ぐことが可能である。 In this case, the burr B flowing into the flash land 9 does not come into contact with the second flat surface portion 9c and the second inclined surface portion 9d, preventing an increase in the forging load due to contact with the burr B.
また、原点Ｏから第２の平面部９ｃと第２の斜面部９ｄとの境界までの長さをｄとし、成形材料Ｍの成形前における型彫部８を含む部分の断面積をＳ１とし、成形材料Ｍの成形時における型彫部８及び第１の平面部９ａを含む部分の断面積をＳ２としたときに、下記式（２）の関係を満足することが好ましい。
この場合、荒成形後に成形材料Ｍに形成されたバリＢが第２の平面部９ｃよりも外側に流出されるため、この第２の平面部９ｃとの接触を防ぐことができ、バリＢとの接触による鍛造荷重の増加を防ぐことが可能である。 In this case, the burrs B formed in the molding material M after rough forming flow outward beyond the second flat surface 9c, preventing contact with the second flat surface 9c and preventing an increase in the forging load due to contact with the burrs B.
以上のようにして、実施形態の鍛造用金型１Ｂでは、一方の金型６の寿命（耐久性）を向上させることが可能である。したがって、この鍛造用金型１Ｂを用いたアルミニウム合金鍛造品の製造方法では、上述したアルミニウム合金鍛造品を精度良く製造することが可能である。 As described above, the forging die 1B of this embodiment can improve the life (durability) of one die 6. Therefore, the method for manufacturing an aluminum alloy forged product using this forging die 1B can accurately manufacture the aluminum alloy forged product described above.
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明を適用して製造される鍛造品については、上述したサスペンション部品に限定されるものではなく、本発明の鍛造用金型を用いて鍛造成形が可能なものであればよい。
The present invention is not necessarily limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, forged products manufactured by applying the present invention are not limited to the suspension parts described above, but may be any product that can be forged using the forging die of the present invention.
また、本発明の鍛造用金型は、上述した仕上成形用として好適に用いられるものの、仕上成形用以外の鍛造用金型にも本発明を適用することが可能である。 In addition, although the forging die of the present invention is suitable for use in the above-mentioned finish forming, the present invention can also be applied to forging dies other than those used for finish forming.
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。 The following examples will make the effects of the present invention clearer. Note that the present invention is not limited to the following examples, and can be modified as appropriate within the scope of its gist.
（実施例１）
実施例１では、アルミニウム合金鍛造品として４輪車用ダンパフォークを作製するため、上記鍛造用金型１Ａ，１Ｂを用いたバリ出し鍛造を行った。
Example 1
In Example 1, flash-removing forging was carried out using the forging dies 1A and 1B to produce a damper fork for a four-wheeled vehicle as an aluminum alloy forged product.
また、本実施例では、図７に示す寸法を有する一方の金型６を用いた。成形材料Ｍには、直径８０ｍｍ、長さ２７４ｍｍの円柱体からなる６０００系アルミニウム合金材料を用いた。 In this example, one mold 6 having the dimensions shown in Figure 7 was used. The molding material M was a 6000 series aluminum alloy material in the form of a cylindrical body with a diameter of 80 mm and a length of 274 mm.
先ず、上記鍛造用金型１Ａを用いて、一対の金型２，３の間で成形材料Ｍを加圧しながら、バリ出し鍛造による荒成形を行った。具体的には、一対の金型２，３を１５０℃以上に加熱し、他方の金型３の凹部４ｂ（型彫部４）に５００℃以上に加熱した成形材料Ｍを入れ、一方の金型２を指定の高さまで下降させながら、一方の金型２と他方の金型３との間で成形材料Ｍを加圧することで、成形材料Ｍの荒成形を行った。 First, using the forging die 1A, rough forming was performed by flash removal forging while pressurizing the molding material M between the pair of dies 2 and 3. Specifically, the pair of dies 2 and 3 were heated to 150°C or higher, and molding material M heated to 500°C or higher was placed in the recess 4b (die-sinking portion 4) of the other die 3. One die 2 was then lowered to a specified height, and the molding material M was pressurized between the one die 2 and the other die 3, thereby rough forming the molding material M.
次に、上記鍛造用金型１Ｂを用いて、一対の金型６，７の間で鍛造用金型１Ａにより荒成形された成形材料Ｍを加圧しながら、バリ出し鍛造による仕上成形を行った。具体的には、一対の金型６，７を１５０℃以上に加熱し、他方の金型７の凹部８ｂ（型彫部８）に５００℃以上に加熱した荒成形後の成形材料Ｍを入れ、一方の金型６を指定の高さまで下降させながら、一方の金型６と他方の金型７との間で成形材料Ｍを加圧することで、成形材料Ｍの仕上成形を行った。 Next, using the forging die 1B, the molding material M that had been roughly formed using the forging die 1A was pressurized between the pair of dies 6 and 7, while being finish-formed by flash-removal forging. Specifically, the pair of dies 6 and 7 were heated to 150°C or higher, and the molding material M that had been roughly formed and heated to 500°C or higher was placed into the recess 8b (die-cut portion 8) of the other die 7. One die 6 was then lowered to a specified height, while pressurizing the molding material M between the one die 6 and the other die 7, thereby finish-forming the molding material M.
このとき、仕上成形の成形材料Ｍには、第２の平面部９ｃと接触した痕跡は見られなかった。 At this time, no traces of contact with the second flat surface portion 9c were found on the molding material M used for finish molding.
（比較例１）
比較例１では、上記鍛造用金型１Ｂを構成する一方の金型６の代わりに、上述した補強構造となる第２の平面部９ｃ及び第２の斜面部９ｄが省略された図８に示す一方の金型６Ａを用いる以外は、実施例１と同じ条件でバリ出し鍛造を行った。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, flash removal forging was performed under the same conditions as in Example 1, except that one of the dies 6 constituting the forging die 1B was replaced with one of the dies 6A shown in FIG. 8, in which the second flat surface portion 9c and the second inclined surface portion 9d that form the reinforcing structure described above were omitted.
実施例１及び比較例１について、型彫部８のフラッシュランド９側の隅部（曲面部Ｒ）に発生する応力をコンピュータシミュレーションにより解析した。その解析結果を図９に示す。 For Example 1 and Comparative Example 1, the stress generated at the corner (curved surface R) of the die-engraved portion 8 on the flash land 9 side was analyzed using computer simulation. The analysis results are shown in Figure 9.
図９に示すように、実施例１では、比較例１に対して型彫部８のフラッシュランド９側の隅部（曲面部Ｒ）に発生する応力が８３％となった。これは、金型寿命に換算した場合、１０倍以上の差となる。 As shown in Figure 9, in Example 1, the stress generated at the corner (curved surface R) of the die-engraved portion 8 on the flash land 9 side was 83% of that in Comparative Example 1. This translates into a difference of more than 10 times the die life.
以上のことから、上記鍛造用金型１Ｂを構成する一方の金型６に、上述した補強構造を適用することで、金型の寿命（耐久性）を大幅に向上させることが可能である。 For these reasons, by applying the above-described reinforcing structure to one of the dies 6 that make up the forging die 1B, it is possible to significantly improve the life (durability) of the die.
１Ａ…荒成形用の鍛造用金型 １Ｂ…仕上成形用の鍛造用金型 ２…一方の金型 ３…他方の金型 ４…型彫部 ４ａ，４ｂ…凹部 ５…フラッシュランド ５ａ…第１の平面部 ５ｂ…第２の平面部 ６…一方の金型 ７…他方の金型 ８…型彫部 ８ａ，８ｂ…凹部 ９…フラッシュランド ９ａ…第１の平面部 ９ｂ…第１の斜面部 ９ｃ…第２の平面部 ９ｄ…第２の斜面部 ９ｅ…第４の平面部 ９ｆ…第３の平面部 Ｍ…成形材料 Ｂ…バリ 1A... Forging die for rough forming 1B... Forging die for finish forming 2... One die 3... Other die 4... Die-recessed portion 4a, 4b... Recessed portion 5... Flash land 5a... First flat portion 5b... Second flat portion 6... One die 7... Other die 8... Die-recessed portion 8a, 8b... Recessed portion 9... Flash land 9a... First flat portion 9b... First sloped portion 9c... Second flat portion 9d... Second sloped portion 9e... Fourth flat portion 9f... Third flat portion M... Forming material B... Burr
Claims (5)
前記一対の金型は、互いに対向する面の間に、前記鍛造品の形状を反映した型彫部と、前記型彫部の外側に位置して、前記型彫部からはみ出した成形材料のバリが流動するフラッシュランドとを有し、
前記フラッシュランドは、前記一対の金型のうち一方の金型の他方の金型と対向する面側に位置して、前記型彫部側から順に、前記他方の金型と対向する面に対して平行となる第１の平面部と、前記他方の金型と対向する面とは離間する方向に向かって傾斜する第１の斜面部と、前記他方の金型と対向する面に対して平行となる第２の平面部と、前記他方の金型と対向する面とは離間する方向に向かって傾斜する第２の斜面部と、前記他方の金型の前記一方の金型と対向する面側に位置して、前記第１の平面部に対して平行となる第３の平面部を含み、
且つ、前記一対の金型が突き合わされる方向、且つ、前記一方の金型の前記バリが流動する方向に沿った断面において、
前記第１の平面部と前記第１の斜面部との境界を原点とし、前記バリが流動する方向をＸ軸とし、前記一方の金型に向かう方向をＹ軸としたＸＹ座標において、前記型彫部を挟んだ両側の前記第１の平面部間の長さをＷとし、前記フラッシュランドにおける前記バリの厚みをＨとしたときに、
下記式（１）で表される曲線と接触しない断面形状を有することを特徴とする鍛造用金型。
The pair of dies have, between their opposing surfaces, a die-engraved portion that reflects the shape of the forged product, and a flash land that is located outside the die-engraved portion and through which flash of molding material that has protruded from the die-engraved portion flows,
the flash land is located on a surface of one of the pair of dies facing the other die, and includes, in order from the die-engraving portion side, a first flat surface portion parallel to the surface facing the other die, a first inclined surface portion inclined in a direction away from the surface facing the other die, a second flat surface portion parallel to the surface facing the other die, a second inclined surface portion inclined in a direction away from the surface facing the other die, and a third flat surface portion located on the surface of the other die facing the one die, and parallel to the first flat surface portion,
And in a cross section along the direction in which the pair of dies are butted together and along the direction in which the burr of one of the dies flows,
In an XY coordinate system in which the boundary between the first flat surface portion and the first inclined surface portion is the origin, the direction in which the burr flows is the X axis, and the direction toward one of the dies is the Y axis, when the length between the first flat surface portions on both sides of the die-sinking portion is defined as W and the thickness of the burr at the flash land is defined as H,
A forging die having a cross-sectional shape that does not contact the curve expressed by the following formula (1) :
下記式（２）の関係を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の鍛造用金型。
3. The forging die according to claim 1 , wherein the following formula (2) is satisfied:
前記一対の金型の間で前記成形材料であるアルミニウム合金材料を加圧しながら所定の形状のアルミニウム合金鍛造品を鍛造成形することを特徴とするアルミニウム合金鍛造品の製造方法。 Using the forging die according to any one of claims 1 to 3 ,
A method for manufacturing an aluminum alloy forging, comprising forging the aluminum alloy material, which is the molding material, between the pair of dies while applying pressure to form an aluminum alloy forging of a predetermined shape.
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