锻造用坯料、锻造件、锻造用坯料的成形装置以及锻造用坯料的成形方法

技术领域

本发明涉及锻造用坯料、锻造件、锻造用坯料的成形装置以及锻造用坯料的成形方法。

背景技术

目前，作为锻造用坯料使用简单形状的坯料。作为锻造内燃机活塞(piscon)时的锻造用坯料，例如在专利文献1中公开了一种圆柱状的坯料。另外，专利文献2中也公开了一种简单形状的锻造用坯料。另外，作为热锻造的曲轴(crank shaft)的坯料，在非专利文献1的图6中公开了一种切断棒钢后的坯料。而且，介绍了一种在预锻成形该棒钢后，进行精加工成形，再打磨(trimming)毛刺(butr)，最后进行模压(coining)的成形事例。

专利文献1：特开2003-53468号公报(图5)

专利文献2：特开2000-179400号公报(图15)

非专利文献1：朱内雅彦等、制造汽车的锻造部件J、塑性和加工(日本塑性加工学会誌)、第39卷、第455号、p、29-34

一直以来，若为简单形状的锻造用坯料，则可较廉价地得到锻造用坯料。但是，当作为锻造用坯料使用圆柱状的简单形状的坯料时，存在如下问题：在锻造工序中毛刺量增多、成品率不良。

发明内容

于是，本发明是鉴于上述问题点而开发的，其目的在于提供一种锻造用坯料，其抑制制造成本(cost)，且能够提高锻造工序的成品率。

为了实现所述的目的，本发明以锻造用的坯料为前提，通过挤压成形而成形，并且相对于挤压方向垂直的截面在挤压方向形成有不同的形状。

附图说明

图1是本发明实施方式1的坯料的立体图；

图2是由所述坯料分开的部分材料的立体图；

图3是所述部分材料的正视图；

图4是概念地表示所述坯料的成形装置的主要部件以及成形时的状态的图，(a)是固定锻模(dies)的立体图，(b)表示挤压第二平行部时的状态，(c)表示挤压倾斜部时的状态，(d)表示挤压第一平行部时的状态；

图5是表示挤压所述坯料时的挤压经过时间和各部分长度关系的特性图；

图6是锻造件的正视图、俯视图以及侧视图；

图7是本发明的另外实施方式的坯料相当图1的图；

图8是本发明的另外实施方式的坯料的正视图；

图9是表示用于挤压该坯料的可动锻模的图；

图10是本发明的又一另外实施方式的坯料相当图1的图；

图11是概念地表示该坯料的成形装置的主要部件以及成形时的状态的图，(a)是固定锻模的立体图，(b)表示挤压第二平行部时的状态，(c)表示挤压倾斜部时的状态，(d)表示挤压第一平行部时的状态；

图12是本发明的实施方式2的坯料的立体图；

图13是由该坯料分开的部分材料的立体图；

图14是表示设于该坯料的成形装置上的固定锻模以及可动锻模(dies)的立体图；

图15是用于说明该坯料的成形顺序的图，(a)表示挤压第一平行部时的状态，(b)表示挤压倾斜部时的状态，(c)表示挤压第二平行部时的状态，(d)表示挤压向相反方向倾斜的倾斜部时的状态，(e)表示再次挤压第一平行部时的状态；

图16是本发明的另外实施方式的坯料相当图13的图；

图17是表示设于该坯料的成形装置上的固定锻模以及可动锻模的立体图；

图18是本发明的又一另外实施方式的坯料相当图13的图；

图19是表示设于该坯料的成形装置的固定锻模以及可动锻模的立体图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明用于实施本发明的最佳实施方式。

(实施方式1)

图1是表示本发明的锻造用坯料的一实施方式的立体图。该锻造用坯料(以下简称坯料)10通过挤压成形而成形，图1中的箭头A的方向为挤压方向。

坯料10切断分成多个部分，被用于每个该分成的各部分材料11、…、11。换言之，该坯料10为连续一体地形成有用于锻造的多个坯料11、…、11的坯料。图2表示其被分开的一个部分材料11，利用锻造锻模(pcess)对该图2所示的坯料进行锻造。

部分材料11具有一对第一平行部13、13和厚度与第一平行部13、13不同的第二平行部15和一对倾斜部17、17。这些第一平行部13、13和第二平行部15和倾斜部17、17按照在挤压方向并排的方式配置。具体而言，第一平行部13、13配置在挤压方向的两端部，第二平行部15配置在两个第一平行部13、13之间。而且，倾斜部17、17配置在第一平行部13、13和第二平行部15之间。

第一平行部13、13和第二平行部15在挤压方向具有均匀的厚度。另一方面，倾斜部17、17为在挤压方向厚度不同的倾斜状的部位。而且，倾斜部17、17的第一平行部侧的端部形成为与第一平行部13相同的厚度，另一方面，倾斜部17、17的第二平行部侧的端部形成为与第二平行部15相同的厚度。

本实施方式中，形成第二平行部15厚度比第一平行部13厚。而且，从宽度方向看到的倾斜部17、17以及第二平行部15的截面形成为六角形状。在此所说的厚度是指图3的上下方向的厚度。以下，在与挤压方向正交的截面内，将图3的左右方向的厚度称为宽度。

部分材料11形成为在挤压方向具有一定的宽度的形状。而且，在该状态下，如上所述，厚度在挤压方向不同。即，通过在与挤压方向垂直的截面内的一方向(图3的上下方向)断续地改变截面，由此形成截面在挤压方向不同的形状。而且，在图3的上面与形成的与挤压方向垂直延伸的稜角线的形状在挤压方向上是一定的，同样，在图3的下面沿形成的在挤压方向延伸的垂直的方向的稜角线的形状在挤压方向是一定的。而且，部分材料11为将上述稜角线维持上述一定的形状同时随着朝向挤压方向而上下动作的形状。之所以上述截面为这样只在一个方向(上下方向)变化的形状，是因为要适应如后所述挤压成形的方法。

另一方面，各部分材料11在与挤压方向垂直的任意截面内，具有厚壁部21、21和比厚壁部21、21壁薄的薄壁部23和在宽度方向壁厚不同的壁厚变化部25、25。厚壁部21、21配置在宽度方向的两端部，在该两个厚壁部21、21之间配置有上述壁薄部23。壁厚变化部25、25为壁厚在宽度方向变化的倾斜状形成的部位，并配置在厚壁部21、21和壁薄部23之间。因此，就与挤压方向垂直的任意截面而言，两端部形成厚壁，同时在中间部形成薄壁。而且，部分材料11为上下对称的形状。

上述坯料10由轻金属构成。具体地说，作为该坯料10的原材料使用JIS4000系的铝(aluminum)合金。作为4000系的铝合金，例如，相当于合金序号4032等。该铝合金为含有高Si的铝延伸合金，表示比相同原材料的铸造材高的延展性。因此，该铝合金具有优良的变形加工性。

下面，参照图4(a)～图4(d)说明坯料10的成形装置30。同图概略地表示成形装置30的主要部分。如图所示，成形装置30具有固定锻模32和一对可动锻模34、34。

固定锻模32固定在装填钢坯(billet)的容器(container)(图中省略)的端部，在该固定锻模32上设有在挤压方向贯通的成形孔36。该成形孔36形成为在与挤压方向垂直的截面内的一个方向(图4(a)的Y方向)的宽度沿挤压方向形成一定，另一方面，在与上述截面内的Y方向正交的方向(图4(a)的X方向)的宽度沿挤压方向逐渐扩大。

在成形孔36中设有用于引导可动锻模34、34的导向(guide)槽38、38。该导向槽38、38设于成形孔36的Y方向的端部，与各可动锻模34、34对应形成有二个。而且，两个导向槽38、38其间隔沿挤压方向扩大而倾斜。各导向槽38、38分别相对挤压方向倾斜相同的倾斜角度α。

可动锻模34、34如图4(b)～图4(d)所示设有二个，它们形成为彼此对称的形状。各可动锻模34平板状形成，分别具有滑接面40和成形面42。而且，各可动锻模34、34以与坯料10的挤压方向正交的姿势配设在固定锻模32的成形孔36内，并分别嵌入到固定锻模32的导向槽38、38内。另外，两个可动锻模34、34配置成在与挤压方向正交的方向彼此对置。因此，能够笔直地挤压坯料10。在这种状态下，可动锻模34的滑接面40在成形孔36的导向(guide)面44上滑动，可动锻模34能够沿导向槽38向相对于挤压方向倾斜的方向移动。滑接面40相对于成形面42倾斜与相对于挤压方向的导向面44的倾斜角相同的角度。两个可动锻模34、34的成形面42、42在挤压方向平行配置并且彼此对置，在该两个成形面42、42间通过钢坯而挤压坯料10。

可动锻模34、34通过图中省略的驱动机构驱动。该驱动机构构成为：维持两个可动锻模34、34在与挤压方向正交的方向对置的状态，同时使两个可动锻模34、34同时移动。

为了通过该成形装置30成形坯料10，首先在容器内装填铝合金构成的钢坯，并将该钢坯通过图外的套筒(stem)从容器内挤压到成形孔36内。此时，将钢坯从图4(a)的上侧向成形孔36内供给，向图4(b)等所示的白色箭头方向挤压。

在进行挤压时，如图4(b)所示，两个可动锻模34、34位于导向槽38、38的下游端位置，如果在彼此远离的状态下固定，则厚壁的第二平行部15被成形孔36挤压。另外，如图4(c)所示，在挤压中，当通过驱动机构使两个可动锻模34、34向上游侧移动时，可动锻模34、34间的间隔逐渐变窄，因此，随之被挤压的坯料10的厚度逐渐变薄。这样使倾斜部17成形。

其后，如图4(d)所示，当可动锻模34、34固定在导向槽38、38的上游端位置时，以一定的厚度挤压坯料10。此时，挤压薄壁的第一平行部13。通过如此反复，能够挤压成形图1所示的坯料10。

在进行挤压成形时，维持一定速度移动套筒。因此，在两个可动锻模34、34间的间隔为一定的情况下，如图5所示，坯料10的挤压速度就为一定。因此，能够根据挤压时间运算坯料10的挤压长度，因此能够根据该挤压时间控制可动锻模34、34开始移动的时机(timing)。另外，在慢慢移动可动锻模34、34的情况下，按照其移动量确定挤压量，因此，能够运算与倾斜部17、17的倾斜对应的可动锻模34、34的移动速度。因此，能够通过控制可动锻模34、34的移动速度而得到需要的挤压长度。另外，图5中的La相当于第二平行部15的挤压方向的长度；Lb相当于倾斜部17、17的挤压方向的长度；Lc相当于第一平行部13、13的挤压方向的长度。

当锻造这样得到的坯料10时，就成为例如图6所示的锻造件50。该锻造件50，其两端部形成于圆盘状的厚壁部，且之间的部位薄壁状形成，在该薄壁状的部位形成有凸(rib)状的部位52。该锻造件50的长度方向为与挤压方向正交的方向。在该锻造件50的锻造工序中，如同图所示，只形成毛刺54。

如上所述，本实施方式1的坯料10通过挤压成形而成形。因此，能够抑制制造成本且高效地制造相对于挤压方向垂直的截面在挤压方向不同的坯料。而且，通过其垂直截面作成在挤压方向不同的形状，能够近似锻造件50的形态，因此，即使锻造该坯料10也能够降低毛刺量，能够提高成品率。其结果是，在坯料10制造时以及锻造时，能够提高制造效率。另外，也能够在锻造时形成薄壁部23。

另外，本实施方式1在通过切断分成多个部分材料11的状态下使用每个该各部分材料11。因此，能够连续地挤压用于锻造的多个坯料10，由此能够提高挤压效率。而且，在锻造各部分材料11时，能够降低各自毛刺量并提高成品率。

此外，在本实施方式1中，锻造件50成形为沿相对于挤压方向垂直的截面的方向为长度方向，因此，能够成形在该方向厚度不同的锻造件50。而且，能够在相对于锻造件50的长度方向垂直的方向挤压坯料10，因此，能够提高用于细长形状的锻造件50的坯料10的挤压效率。

本实施方式1的成形装置30中，通过在坯料10挤压成形时使可动锻模34、34移动，从而能够形成为相对于挤压方向垂直的截面在挤压方向不同。而且，该成形装置30能够使可动锻模34、34在相对于挤压方向倾斜的方向移动，因此，如在与挤压方向正交的方向使可动锻模移动的构成所示，不需要在可动锻模上作用密封(sealing)的力。因此，能够降低固定锻模32以及可动锻模34、34间的滑动面的磨耗。还有，两个可动锻模34、34能够在与挤压方向正交的方向对置而配置的状态下进行挤压成形，故能够笔直地挤压坯料10，并能够提高坯料10的成形精度。

另外，本实施方式1中，为连续地挤压分成多个部分材料11、…、11而使用的坯料10的构成，但代之也可以为只挤压成形一个坯料的构成。

另外，本实施方式1为厚壁部21、21和薄壁部23的台阶上下相同的构成，但代之如图7以及图8所示，也可以为厚壁部21、21和薄壁部23的台阶上下不同的构成。具体地说，上述实施方式做成通过使用彼此对称形状的一对可动锻模34、34而使台阶上下相同的构成，但在该变形例中，如图9所示，通过使用非对称的一对可动锻模34、34而能够挤压成形具有台阶上下不同的截面形状的坯料10。这种情况下，形成于这些可动锻模34、34的成形面42、42上的台阶不同的形状地形成。即使在这种情况下，固定锻模32也能够使用与图4(a)所示的锻模相同的锻模。

另外，坯料10如图10所示，也可以形成为厚度方向的一端面(图10的上面)与上述实施方式一样在挤压方向具有凹凸，另一方面，厚度方向的另一端面(图10的下面)在挤压方向没有凹凸。具体而言，坯料10具有一对第一平行部13、13和厚度与第一平行部13、13不同的第二平行部15和一对倾斜部17、17。使第一平行部13、13、第二平行部15以及倾斜部17、17的下面彼此一致而平面状形成有坯料10的下面19。坯料10的上面形成为与上述实施方式相同的形状。

为了挤压成形这样形状的坯料10，使用图11(a)～图11(d)所示的固定锻模32以及可动锻模34、34。该固定锻模32设于成形孔36中的二个导向槽38、38中的一方具有与上述实施方式相同的构成，另一方面，另一个导向槽38在挤压方向平行地形成。另外，一对可动锻模34、34中，一方的可动锻模形成与上述实施方式相同的形状，与此相反，另一方的可动锻模34与滑接面40和成形面42平行地形成。而且，在被导向槽38(set)置位的状态下，这些滑接面40以及成形面42与挤压方向平行。该另一方的可动锻模34的成形面42对应由平面形成的坯料10的下面，平面状形成。在该情况下，也可以替代在挤压方向嵌入与挤压方向平行的导向槽38的可动锻模34，做成利用在挤压方向具有与固定锻模32长度相同的锻模、且该锻模不在挤压方向移动的构成。

另外，另一方的可动锻模34与上述实施方式一样台阶状形成成形面42，由此，如图10中的虚线所示，也可能构成在下面的宽度方向的中央形成有凹部46的坯料10。该凹部46在挤压方向以一定的深度连续形成。

(实施方式2)

图12表示本发明的实施方式2。该实施方式2的坯料10与实施方式1不同，锻造件50的长度方向为挤压方向的方式挤压。下面具体进行说明，但在此与实施方式1相同的构成要素使用相同的符号，省略其详细的说明。

本实施方式2的坯料10通过切断分成多个部分材料11、…、11，使用每个该各部分材料11。图3表示该分开的一个部分材料11。该被分开的部分材料11具有一对第一平行部13、13和厚度与第一平行部13、13不同的第二平行部15和一对倾斜部17、17。第一平行部13、13配置在挤压方向的两端部，第二平行部15配置在两个第一平行部13、13间。另外，倾斜部17、17配置在第一平行部13、13和第二平行部15之间。

第一平行部13、13和第二平行部15在挤压方向具有均匀的厚度，第二平行部15比第一平行部13、13更薄地形成。而且，无论第一平行部13、13和第二平行部15以及倾斜部17、17在与挤压方向垂直的截面均形成八角形状。

该坯料10由轻金属构成。具体而言，作为该坯料10的原材料，使用JIS4000系的铝合金。作为4000系的铝合金，例如，相当于合金序号4032等。该铝合金为含有高Si的铝延伸合金，表示比相同原材料的铸造材高的延展性。因此，该铝合金具有优良的变形加工性。

图14表示用于挤压成形本实施方式2的坯料10的成形装置30。成形装置30具有固定锻模32和一对可动锻模34、34。固定锻模32上设有宽度沿挤压方向逐渐扩大形状的成形孔36。成形孔36上设有一对导向槽38、38，两个导向槽38、38分别相对于挤压方向只倾斜相同的角度β。在该各导向槽38内分别嵌入可动锻模34，两个可动锻模34、34由导向槽38、38引导移动。此时，可动锻模34、34的滑接面40、40与成形孔36的导向面44、44滑接，钢坯通过成形面42、42挤压坯料10。两个可动锻模34、34形成为彼此对称的形状。

在进行挤压时，例如图15(a)～(e)所示，在可动锻模34、34位于成形孔36的挤压方向的下游侧位置时(图15(a))，为壁厚的部位，即，第一平行部13均匀壁厚地进行成形。而且，可动锻模34、34在从该位置移动到上游侧并对坯料10进行挤压时(图15(b))，倾斜部17进行成形。此时两个导向槽38、38有相同的倾斜角β，因此，坯料10形成相对于轴线对称的形状。而且，可动锻模34、34在固定于上游位置进行挤压时(图15(c))，为薄壁的部位，即，第二平行部15均匀壁厚地进行成形。另外，可动锻模34、34在从该位置移动到下游侧并挤压坯料10进行时(图15(d))，进行倾斜部17的成形。而且，当可动锻模34、34固定于下游位置时，第一平行部13、13再次成形(图15(e))。如此反复之，对坯料10进行挤压成形。

当对这样得到的坯料10进行锻造时，例如成为图6所示的锻造件50。在进行该锻造件50的锻造时，与上述实施方式1不同，锻造成坯料10的长度方向与锻造件50的长度方向一致。

本实施方式2中，由于挤压方向与锻造件50的长度方向一致，所以，在锻造件50的长度方向的特性方面能够利用坯料的方向性。

另外，在本实施方式2中，作成了相对于轴销对称的形状的坯料10，但不限于此。例如，如图16所示，也可以形成在厚度方向(图16的上下方向)倾斜部17、17的倾斜不同的形状。为了使该坯料10成形，如图17所示，使用形成有导向槽38、38的倾斜角度不同的成形孔36的固定锻模32，另外，与此对应还使用滑接面40、40的倾斜不同的一对可动锻模34、34。同图中，图示了使用导向槽38、38的倾斜角为β和γ的固定锻模的情况。另外，可动锻模34、34的驱动方法与本实施方式2相同。

另外，倾斜部17、17的形状，例如如图18所示，也可以是仅一方侧相对于轴线倾斜，而另一方侧不倾斜的形状。为了使该坯料10成形，如图19所示，使用固定锻模32，该固定锻模32相对于另一方的导向槽38、38的挤压方向的倾斜角度例如为β。而且，也可以使用形成与此对应的滑接面40的可动锻模34、34。在这种情况下，替代嵌入与挤压方向平行的导向槽38内的可动锻模34，也可以做成使用在挤压方向与固定锻模32具有相同长度的锻模、且该锻模在挤压方向不移动的构成。该构成中，导向槽38只为右侧的一个。省略了对其他的构成、作用以及效果的说明，与上述实施方式1相同。

[本发明的梗概]

在此，对本发明的梗概进行说明。

(1)本发明的锻造用坯料通过挤压成形而成形。因此，能够抑制制造成本且高效率地制造相对于挤压方向垂直的截面在挤压方向不同的坯料。而且，通过做成其垂直截面与挤压方向不同的形状，能够近似锻造件的形状，因此，即使对该坯料进行锻造也能够降低毛刺量并提高成品率。其结果是，在坯料的制造时以及锻造时，能够提高制造效率。因此，据本发明，能够提供一种抑制制造成本且能够提高锻造工序的成品率的锻造用坯料。

(2)上述锻造用坯料优选通过切断在上述挤压方向被分成多个的状态下使用每个其被分开的部分材料。该情况下，上述各部分材料优选在挤压方向上述截面形成不同的形状。

在该状态下，能够连续挤压用于锻造的多个坯料，因此，能够提高挤压效率。而且，在锻造各部分材料时能够降低各自的毛刺量，并能够提高成品率。

(3)上述各部分材料也可以形成有一对第一平行部，其配置在挤压方向的两端部；第二平行部，其配置在两个第一平行部间，厚度与第一平行部不同；倾斜部，其形成于上述各第一平行部和上述第二平行部之间。

(4)上述锻造用坯料也可以在上述挤压方向形成一定的宽度，同时，在相对于上述挤压方向垂直的截面内形成有厚壁部、薄壁部、上述厚壁部以及薄壁部间的壁厚变化部。

在该状态下，如果使锻造件按照沿上述截面的方向为长度方向的方式成形，则能够成形在长度方向厚度不同的锻造件。如果在这样的方向锻造，则在相对于锻造件的长度方向垂直的方向挤压原材料，因此，能够提高用于细长形状的锻造件的坯料的挤压效率。

(5)上述锻造用坯料也可以是由轻金属构成的坯料。

(6)本发明为锻造上述锻造用坯料而成的锻造件。

(7)本发明将上述锻造用坯料的成形装置作为前提，具有固定锻模，其设有成形孔，该成形孔具有在相对于挤压方向倾斜的方向延伸的导向槽；可动锻模，其具有成形面且配设在上述成形孔内；驱动机构，其使上述可动锻模沿上述导向槽移动。

本发明的成形装置中，在锻造用坯料挤压成形时使可动锻模移动，由此，能够形成为相对于挤压方向垂直的截面在挤压方向不同。而且，由于将可动锻模向相对于挤压方向倾斜的方向移动，所以如在与挤压方向正交的方向将可动锻模移动的构成所示，不需要在可动锻模上施加密封的力。因此，能够降低固定锻模以及可动锻模间的滑动面的磨耗。

(8)本发明以上述锻造用坯料的成形方法为前提，使用固定锻模和可动锻模，其中，固定锻模，设有成形孔，该成形孔具有在相对于挤压方向倾斜的方向延伸的导向槽；可动锻模，具有成形面并配设在上述成形孔内。通过使上述可动锻模沿上述导向槽移动而形成为相对于挤压方向垂直的上述锻造用坯料的截面在挤压方向不同。

产业上的可利用性

本发明能够用于锻造用坯料。