JPH0377736A - 恒温鍛造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、恒温鍛造方法及び装置に係り、舶用ブレード
等の長尺材の鍛造に利用される。

（従来の技術） ＴｉおよびＮｉ基合金等の難加工性材料を、その鍛造金
型温度と鍛造素材温度とを略同程度に維持しながら鍛造
する技術として、超塑性鍛造法あるいは恒温鍛造法があ
る。

上記技術にあっては、鍛造金型を加熱する必要があり、
このため、第５図および第６図に示した誘導加熱方式が
採用されている。

第５図、第６図において、上部支持金型１０７に断熱盤
１０４を介して鍛造用上金型１０２が設けられるととも
に、下部支持金型１０６に断熱盤１０５を介して鍛造用
下金型１０１が設けられ、また開側では下金型１０１内
には製品取出用ノックアウト棒１０９を介してインサー
ト金型１０３が設けられることによって、鍛造品１１０
を成形するようにしである。

この装置において、金型加熱のための誘導加熱装置にお
ける加熱コイル１１１は、図示のように金型外周をめぐ
って包囲状に配置され、金型温度を鍛造素材温度と略同
程度に加熱維持しながら、その鍛造成形動作が進行する
のであり、このさい加熱コイルＨ１の有効加熱帯の幅と
位置とを、独立して動的に可調整とし、金型温度分布の
均一を期するのである。

（発明が解決しようとする課題） 上記した誘導加熱方式については、次の点において問題
点がある。即ち、誘導加熱方式においては、その加熱原
理の制約から、対象とする金型は軸対称形状の金型にし
か使用できない。従って例えば矩形、長尺製品鍛造のた
めの、矩形形状を呈する金型の加熱には適用不可能であ
る。

またこの加熱方式では、構造上、金型外周にのみ加熱が
集中し、その金型内部へは、金型材料の熱伝導性により
昇温する方法をとるので、熱伝導率の小さなＮｉ基合金
等を金型材として使用する場合、内外周部の温度差が大
きくなり、熱応力の発生や、甚だしい場合には金型破損
にもつながる。

上記した欠陥を回避するために、金型を体熱する手段を
とると、所期温度、例えば９００°Ｃ等の温度にまで到
達させるためには長時間の加熱が必要とされる。更にま
たこの方式では、熱の供給が常に外周部に限定されるの
で、金型温度を実質的に均一制御することは困難であり
、このような誘導加熱方式における均熱制御の困難に対
処するには、複数の加熱ゾーンを有する加熱構造の開発
が必要となる。

前記した誘導加熱による金型加熱が円形金型に限定され
、かつその均一加熱制御が困難である原因は、同方式の
加熱原理に由来するものであり、かかる制約と困難とを
克服するためには、誘導加熱原理と異なる加熱原理を用
い、また複数の加熱源を用いて、個々の加熱源を独立し
て個別に、あるいはゾーン毎に温度制御可能である金型
加熱方式が必要である。

そこで、本出願人は、先に、第４図に示す恒温鍛造技術
（公知技術ではない〉を提案している。

第４図において、Ｎｉ合金製の矩形下金型２および矩形
上金型３を用い、両金型２，３を約９００″Ｃに加熱保
持するものとして、両金型２．３の各底面部に下金型底
面用ヒータプレート８、上金型底面用ヒータプレート９
を配設するとともに、各側面にもそれぞれ下金型側面用
ヒータプレート１１および上金型側面用ヒータプレート
１２を配設しである。

この際、各ヒータプレート８，９．１１．１２はそれぞ
れ分離、独立したものとされ、また、底面用ヒータプレ
ート８．９においてはシース型抵抗線ヒータ１０を用い
、また側面用ヒータブレー目１，１２においてはパッド
型抵抗線ヒータ１３を用い、何れもヒータ１０，１３を
プレート側に内蔵状に設けている。

更に底面用のヒータプレート８．９においては鍛造負荷
が作用するため、そのプレート材質は９００’Ｃの温度
下においても強度を有する部材とされ、例えばＮｉ基合
金製の耐熱材料を用いている。

また全体構造としては、底面用ヒータプレート８．９の
各下部には、加熱効率を高めるとともにプレス側への伝
熱を抑えるために、セラミック製等の断面盤（体）４．
５を付設し、更に全体を支承する下部支持金型６、上部
支持金型７が設けられることにより、金型全体が構成さ
れたものであり、各ヒータプレート８，９およびＩＩ、
１２は各プレート毎に分離、独立したものであって、個
別あるいは複数のプレート毎のゾーン制御によって温度
調整可能とされたものである。

この第４図に示した技術では、金型２，３、延いては被
鍛造材１を均一温度に加熱できる点で、前述した従来技
術（第５．６図）の問題点を解消できる。

しかしながら、被鍛造材ｌが長尺材であるときには、そ
の変形抵抗が作用して金型２，３やプレスフレームの弾
性変形に波及し、これが寸法不良となる問題点が残存し
ている。

すなわち、長尺材の鍛造では一般に金型２，３やプレス
フレームのたわみ変形により中央部が厚肉となり、これ
は、鍛造後において、機械加工により製品寸法に仕上げ
なければならず、加工の手間は勿論、歩留りの点でも問
題となる。

また、金型２，３、ヒータプレート８，９，１１，１２
、断熱板４．５が面接触しているため、三者間の熱伝達
が容易となり、断熱板４，５の温度が金型２，３と同程
度まで上昇する。この断熱板４．５としてセラミックを
用いたとしても高温で耐荷重性には限界があり、破損の
おそれがあるし、これをなくすためには、極力低い温度
で使用しなければならないという制約がある。

本発明は前述した問題点に鑑み案出されたもので、長尺
の被鍛造材を恒温鍛造するとき、核材の変形抵抗の作用
にてたわみ変形しようとする金型等のたわみ変形を打ち
消し、製品のネットシャープ化を可能とするとともに、
断熱板の温度上昇を抑えてその破損を防止したことを第
１の目的とする。

更に、本発明は、前述の第１の目的を達成しつつ併せて
均一加熱を保証できるようにしたことを第２の目的とす
る。

（課題を解決するための手段） 本発明は、恒温鍛造用の上下金型２．３の上下底面に、
抵抗線加熱体１０．１０を内蔵する板状のヒータプレー
ト８．９が配置され、各ヒータプレート８９と上下金型
支持盤６．７との間に断熱板４．５を備え、前記上下金
型２，３に装入した被鍛造物ｌを、前記ヒータプレート
８．９を加熱源として加熱しながら鍛造する方法におい
て、前述の第１の目的を達成するために、次の技術的手
段を講じている。

すなわち、本発明は、少なくとも、上金型３用のヒータ
プレート９と断熱板５との間に、中央部がヒータプレー
ト９に向って突隆されて厚肉部１６Ａとされかつ金型と
同種材料よりなる中間板１６を挿入して鍛造することを
第１の特徴とする。

更に、本発明は、少なくとも、上金型３用のヒータプレ
ート９と断熱板５との間に、金型と同種材料よりなる中
間板１６が挿入され、該中間板１６はこの中央部がヒー
タプレート９に向って突隆されている厚肉部１６Ａを有
することを第２の特徴とする。

更に、本発明は前述した第２の目的を達成するために、
上下金型２，３が矩形等の非軸対称形状とされ、該金型
２，３の各側面にも板状のヒータプレート１１．１２が
配置され、上下底面および各側面のヒータプレート８．
９，１１．１２をそれぞれ独立し、た加熱源としかつそ
の加熱温度を、個別あるいはゾーン毎に制御して鍛造す
ることを第３の特徴とする。

（実施例と作用） 以下、本発明の実施例と作用を説明するが、恒温鍛造金
型装置としての基本構成は、第４図を参照して説明した
ものと基本的に同じであり、従って、共通部分は共通符
号で示し、以下、改良部分を主に説明する。

第１図で示す如く、下部のヒータプレート８と断熱板４
との間には、金型２，３と同種材料、すなわち、Ｎｉ合
金製の中間板１４が挿入されており、この中間板１４に
はヒータプレート８に向って中央部が突隆する厚肉部１
４Ａを有し、ここに、厚肉部１４＾の外側に、空気１１
１５が形威しである。

更に、上部のヒータプレート９と断熱板５との間には、
Ｎｉ合金製の中間板１６が挿入されており、この中間板
１６にはヒータプレート９に向って中央部が突隆する厚
肉部１６Ａを有し、ここに、厚肉部１６Ａの外側に、空
気層１７が形成しである。

なお、被鍛造材１は翼表約５００−をもつＴｉ合金（Ｔ
ｉ−１０Ｖ　−２Ｆｅ　−３ＡＺ）製ブレードのような
長尺材であり、金型２．３は幅３５０ｎｗ＊、長さ８０
０ｍｍ、厚さ２４０ｎｎａのＮｉ合金製とされている。

第２図を参照すると、鍛造荷重１０００屯で前述した被
鍛造材１を、前述した金型２，３によって鍛造したとき
の鍛造中心からの長手方向の距離と中心部と端部との肉
厚差を有限要素法による弾性解析したもので、図示の曲
線Ａとなった。

この曲線Ａはとりもなおさず、突隆すなわち厚肉部１４
Ａ、１６＾の形状を決定するもので、これに基づいて製
作した第３図に中間板１４．１６を例示している。

これによれば、ブレード（被鍛造材１）の翼長よりも外
側では鍛造中も空気層１５．１７を保持し、ヒータプレ
ート８，９および金型２，３への曲げモーメントを軽減
するとともに、ヒータプレート８．９から断熱板４．５
までの熱量の移動を極力低減することが明らかとなった
。

具体例には第４図の技術では、中央部の鍛造材肉厚が両
端より０．２ｍｍ厚くなったのに対し、本発明の実施例
では０．２＋ｍａが０．０２ｍｍ以下となり、ネットシ
ャープとして十分な精度のものが鍛造でき、歩留りも向
上した。

なお、ヒータプレート８．９．１１．１２による温度調
整に当っては、図示省略しであるが、金型内部の各点の
温度をモニターしながら、その個別、ゾーン毎の制御を
行い、例えば１０００トン程度の鍛造負荷中においても
、９００’Ｃの均一温度を維持しながら、目的ブレード
の恒温鍛造を支障なく完了させることができたものであ
る。

また、側面用ヒータプレート１１．１２に用いるヒータ
として、パッド型抵抗線ヒータ１３の代わりに、シース
型抵抗線ヒータを用いることもできる。

また、中間板１４．１６は上下に設けることが望ましい
が、上金型あるいは下金型のみに設けることもできる。

（発明の効果） 本発明は以上の通りであり、本発明の第１．２の特徴に
よれば、中央部が肉厚の中間板を用いているので、金型
等のたわみ変形を打消し、長尺難加工材であっても、ネ
ットシャープ化が可能となり、歩留りも向上する。

また、ヒータプレートと断熱板との間に、厚内部を中央
に有する中間板を挿入することは、ヒータプレートと断
熱板間に空気層が形成されることを意味し、これにより
、断熱板の温度上昇が抑えられ、破を員のおそれがない
。

更に、本発明の第３の特徴によれば、前述の利点に加え
て、金型、延いては被鍛造材を均等加熱することができ
、非軸対称形状の金型であってもその内外部の均一な温
度分布を保証する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例の立面断面図、第２図は中
間板の形状設定のためのグラフ、第３図は中間板の斜視
図、第４図は提案技術（比較例）の立面断面図、第５図
は従来例の立面断面図、第６図は同じく平面断面図であ
る。 ２・・・下金型、３・・・上金型、４．５・・・断熱板
（盤）、８．９．１１．１２・・・ヒータプレート、１
４．１６・・・中間板、１４Ａ、１６Ａ・・・厚肉部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）恒温鍛造用の上下金型（２）（３）の上下底面に
   、抵抗線加熱体（１０）（１０）を内蔵する板状のヒー
   タプレート（８）（９）が配置され、各ヒータプレート
   （８）（９）と上下金型支持盤（６）（７）との間に断
   熱板（４）（５）を備え、前記上下金型（２）（３）に
   装入した被鍛造物（１）を、前記ヒータプレート（８）
   （９）を加熱源として加熱しながら鍛造する方法におい
   て、 少なくとも、上金型（３）用のヒータプレート（９）と
   断熱板（５）との間に、中央部がヒータプレート（９）
   に向って突隆されて厚肉部（１６Ａ）とされかつ金型と
   同種材料よりなる中間板（１６）を挿入して鍛造するこ
   とを特徴とする恒温鍛造方法。
2. （２）恒温鍛造用の上下金型（２）（３）の上下底面に
   、抵抗線加熱体（１０）（１０）を内蔵する板状のヒー
   タプレート（８）（９）が配置され、各ヒータプレート
   （８）（９）と上下金型支持盤（６）（７）との間に断
   熱板（４）（５）を備えた恒温鍛造装置において、少な
   くとも、上金型（３）用のヒータプレート（９）と断熱
   板（５）との間に、金型と同種材料よりなる中間板（１
   ６）が挿入され、該中間板（１６）はこの中央部がヒー
   タプレート（９）に向って突隆されている厚肉部（１６
   Ａ）を有することを特徴とする恒温鍛造装置。
3. （３）上下金型（２）（３）が矩形等の非軸対称形状と
   され、該金型（２）（３）の各側面にも板状のヒータプ
   レート（１１）（１２）が配置され、上下底面および各
   側面のヒータプレート（８）（９）（１１）（１２）を
   それぞれ独立した加熱源としかつその加熱温度を、個別
   あるいはゾーン毎に制御して鍛造することを特徴とする
   請求項（１）記載の恒温鍛造方法。