JPH04178201A - 鍛造荒地の熱間ロール成形法 - 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、例えば自動車用クランク軸等を鍛造法で製造
する場合の鍛造荒地の熱間ロール成形法に関する。

（従来の技術） 一般に、鍛造歩留りの向上、鍛造回数の削減等を目的と
して鍛造ロールによる熱間荒地成形が行われている（例
えば、特開昭６２−１３７１３５号公報参照）、この荒
地成形においては、第１図に示すように、素材（ｆｉ造
荒地）のボトム部（（ａ）図）では圧延によりフィッシ
ュテイルｌが発生しやすく（伽）図）、後工程の鍛造で
フィンシュテイルの部分が鍛造班２となる（（Ｃ）図）
。

従来は、このフィッシュテイルに起因する鍛造疵の発生
を想定し、疵が鍛造品３に残らないように予め圧延後の
荒地（ロール荒地）長さを最適荒地長さＬｌよりｌだけ
長＜シ（第２図（ａ））、鍛造後、ｌの部分に相当する
部分（ばり４）を切断除去することにより対処していた
。Ｌ２は鍛造品３の必要長さである（第２図ら））。

このため、鍛造品の歩留りは悪く、また、最終的に製品
にならない余分な材料を加熱したり、成形したりするた
めのエネルギー等が必要であって、素材コストおよび加
熱費などを含めた生産コストの増大が避けられない。

（発明が解決しようとする！Ｉｎ＞ 本発明は、このような鍛造荒地の熱間ロール成形時にお
けるフィッシュテイルの発生を防止し、鍛造品の歩留り
および品質を向上させることを目的とする。

（課題を解決するための手段） フィッシュテイルは、素材成形の際、ロールと接する素
材表層部の材料が圧延方向に移動し昌く、素材ボトム部
では、表面層部の材料が拘束のない素材の端面の方向に
流れることにより発生すると考えられる。従って、これ
を防止するためには、鍛造荒地の熱間ロール成形の直前
に素材ボトム部の表面を冷却して素材表面の変形抵抗を
素材中心部のそれに比較して高くし、これにより素材表
面のメタルフローを抑制すれば、ロール成形時の圧下刃
が素材中心部まで伝わり、フィッシュテイルを防止する
ことができると考えられる。

本発明はこのような考えのもとになされたものであって
、その要旨は下記■〜■の鍛造荒地の熱間ロール成形法
にある。

■　素材のボトム部を孔型ロールを用いて絞り加工する
際、素材中心部の変形抵抗に対する素材表面の変形抵抗
の比Ｋが下記（１）式を満足するように、加工前の素材
の絞り加工を付与すべきボトム部の全表面を冷却するこ
とを特徴とする鍛造荒地の熱間ロール成形法。

１．４＜　Ｋ　＜３．０　　　・・・（１）■　前記■
の発明において、加工前の素材の絞り加工を付与すべき
ボトム部の全表面のうち前記孔型ロールの溝底を含む溝
底周辺部に当接する素材表面部のみを冷却することを特
徴とする鍛造荒地の熱間ロール成形法。

■　前記■の発明において、加工前の素材のボトム部表
面のうち絞り加工後ボトム部の素材側基端に該当する部
位を中心として下記（２）式で求められる輻Ｘの周方向
全表面のみを冷却することを特徴とする鍛造荒地の熱間
ロール成形法。

Ｘ＝（０，１〜０．２）Ｄｅ　　・・・（２）但し、Ｄ
ｅは加工前の素材の直径 または仮想直径 前記の素材は、角材（四角材）に限らず、丸形あるいは
多角形の材料であってもよい、また、絞り加工後の断面
も、四角形に限定されず、円形あるいは多角形であって
もよい。

■および■の発明において、素材の一部のみを冷却する
には、例えば冷却しない部分をカバーし、水をスプレー
またはジェット噴射して冷却すればよい。

■の発明は、前記のように絞り加工を付与すべきボトム
部の全表面を冷却する方法である。

第３図は素材が角材の場合の冷却部位を示す図で、（ａ
）図は素材の側面図、（ロ）図はそのＡ−Ａ矢視図、（
Ｃ）図は素材に絞り加工を付与（９０°反転させて２パ
スの絞り加工を付与する。後述の第４図および第６図に
おいても同じ）した後の側面図、（ｄ）図はそのＢ−Ｂ
矢視図である。（ａ）図および（ロ）図において、斜線
で示した部分が冷却される部分で、絞り加工を付与すべ
きボトム部、すなわち絞り加工を加える部分の全表面を
加工前に冷却する。

丸形、すなわち断面形状が円形の素材の場合も、多角形
の素材の場合も、角材の場合と同様にボトム部の全表面
を冷却する。

■の発明は、前記のように絞り加工を付与すべきボトム
部の全表面を冷却するのではなく、孔型ロールで素材を
絞り加工する際ロールとロールの間に形成される溝の底
部、すなわち孔型ロールの溝底に相当する部分、を含む
溝底周辺部に当接する素材の表面部のみを加工前に冷却
する方法である。

第し図は角材の場合で、（ａ）図〜（ｄ）図はそれぞれ
第３図における（ａ）図〜（ｄ）図に対応する。同図に
示すように、孔型ロール５の溝底周辺部に当接する素材
表面部６（斜線部）が冷却される部分である。

冷却範囲ｌｃは素材の角隅点を中心に素材の全周長Ｌｃ
の０．１〜０．１６倍程度とするのが効果的である。

すなわち、冷却範囲１ｃが全周長Ｌｃの０．１６倍より
広いとフィッシュテイルの発生は防止されるものの輻拡
がりが大きくなり、Ｌｃの０゜１倍より狭いとフィッシ
ュテイル発生防止効果がほとんどなくなるからである。

第５図は丸形の素材の場合の冷却部位を示す正面図であ
るが、この場合も素材を９０°反転させながら絞り加工
を付与するので、角材の場合と同様に斜線で示す部分が
冷却部位となる。同図中、矢Ｅｌ１ｗｌは奇数回目のバ
スにおける荷重方向、矢印Ｗ、は偶数回目のパスにおけ
る荷重方向をあられす、ｐｃは冷却範囲（冷却円弧長）
、Ｌｃは全周長で、この場合もｌｃを角材の場合と同様
にＬｃの０．１〜０、１６倍とするのが効果的である。

■の発明は、加工前の素材のボトム部の表面のうち、絞
り加工後、ボトム部（所定の絞り加工を受けるボトム部
）の素材側ｌ５ｆａ、すなわち絞り加工により形成され
るテーパ部の付は祖の部分（テーパ付は根部）に該当す
る部位を中心とした一定の範囲を全周にわたって加工前
に冷却する方法である。

第６図は角材の場合で、（ａ）図〜Ｔｄ）図はそれぞれ
第３図における（ａ）図〜（ｄ）図に対応する。同図に
示すように、絞り加工後ボトム部の素材側基端７に該当
する部位を中心とする、前記（２）式で定まる輻Ｘの周
方向全表面（斜線部）が冷却される部分である。（２）
式において、仮想直径Ｄｅとは、加工前の角材または多
角形の素材をこの角材または多角形の素材の断面積と同
じ断面積を有する丸形の素材と想定した場合の直径であ
る。丸形の素材の場合はその直径がＤｅであって、角材
の場合と同様に、このＤｅを用いて（２）式から求めら
れる幅Ｘの周方向全表面が冷却される部位となる。

（作用） 本発明は、素材のボトム部表面を冷却した後ロール成形
する方法で、これにより表面のメタルフローを抑制し、
フィッシュテイルの発生を防止することができる。

素材のボトム部表面の冷却を、素材中心部の変形抵抗に
対する素材表面の変形抵抗の比（Ｋ）が前記（１）式を
満足するように行うのは、以下に述べる実験結果から明
らかなように、Ｋが１．４を超え３．０未満のとき、す
なわち、 素材中心部の変形抵抗 のとき、フィッシュテイルの発生を効果的に防止するこ
とができるからである。

中炭素ｆ！Ａ（米国自動車技術者協会規格ＳＡＥ　１０
３５）を用い、素材の中心部の温度を１２００°Ｃとし
、素材の表面を放水により冷却してその表面温度を８０
０〜１１５０°Ｃの範囲で変化させ、フィッシュテイル
の深さｄ（第１図（ｂ）参照）を測定した。

第１表に用いた素材の各温度における変形抵抗を、第２
表に素材の中心部の温度を１２００℃として第１表から
算出される変形抵抗比Ｋを示す、また、第７図にフィッ
シュテイルの深さｄの測定結果を示す、なお、第７図に
おいて、◎印は素材の冷却を行わなかった場合であり、
Ｏ印は第８図に示す部分に素材過冷却による疵８０発生
がなかったこと、Ｘ印は疵８が発生したことを表す、な
お、素材過冷却による疵８とは、素材表面の冷却が過剰
の場合、素材中心部近傍の材料が矢印（第８図）で示す
ように、素材の端面から外側に押し出され、この押し出
された部分と冷却された部分との境界がＴＨ８となった
ものである。

第１表 第２表 第７図から明らかなように、変形抵抗比Ｋが１．４以下
の場合、すなわち、素材の冷却が足りない場合には、フ
ィッシュテイルの改善が不十分であり、また、変形抵抗
比Ｋが３．０以上の場合、すなわち、素材の冷却が過剰
の場合には、疵８が発生する。

このように、フィンシュテイルに起因する鍛造疵、およ
び第８図に示した素材過冷却による疵のいずれも発生し
ない条件が前記（１）式によって表される。この関係は
、後の実施例にしめすように、鋼だけでなくＴｉ基合金
やＮｉ基合金でも同じであることも確認できた。

実操業においては、素材表面を冷却した後長時間放置し
ておくと素材の内部より復熱し、素材表面と中心部の温
度差が小さくなってしまうので、通常は冷却後３０秒以
内にロール成形することが望ましい、ただし、この時間
は素材の材質、寸法、温度等により異なるので、適宜定
めるべきである。

ところで、前記■の発明のように素材ボトム部全表面を
冷却した場合、フィッシュティルの発生は防止できるが
ボトム部の輻拡がりが大きくなり、圧延後に荒地長さが
不足する。

第９図は、この輻拡がりや圧延後に荒地長さの不足が生
ずる原因を説明するための模式図（（ａ）図は絞り加工
を付与した後の端部の正面図、（ｂ）図は側断面図）で
、実線は素材表面を冷却しなかった場合、破線は素材の
全表面を冷却した場合であるが、この図に示すように、
冷却により変形抵抗が高くなった表層部の材料は圧延方
向（素材の軸方向）に延びにくくなり、輻方向に拡がる
のである。

すなわち、表面を冷却することにより表面の変形抵抗が
高い冷却材料層が周方向に環状につながり、フィッシュ
テイルに相当する部分の材料（（ｂ）図の斜線部Ｓ）が
幅方向に移動して、圧延方向に伸びず菱形に変形する。

その結果、輻拡がりが生じ（（ａ）図の破線）、圧延後
に荒地長さが不足することになる（（ロ）図）、このた
め、素材としては、この不足分を考慮した、より長い素
材を準備する必要があり、歩留りが悪化する。

前記■および■の発明は、フィンシュテイルの発生を防
止すると共に、二〇輻拡がりの増大をも防止することが
できる鍛造荒地の熱間ロール成形法である。

■の発明は、前記のように孔型ロールの溝底周辺部に当
接する素材の表面部のみを冷却することにより、■の発
明のように変形抵抗の高い冷却材料層が環校につながる
ことがないようにするもので、これにより各片中央部に
形成される非冷却材料層部分における軸方向への伸びが
大きくなり、この伸びに相当する分だけ幅拡がりが抑制
されることとなるので、素材が角材であるか否かを問わ
ずフィッシュテイルの発生と幅拡がりの増大を同時に防
止することができる。

溝底周辺部に当接する素材表面部の冷却範囲ｊ！１が前
記の上限を超える場合は前記辺中央部における軸方向へ
の延びがほとんど生じず、フィッシュテイルの発生は防
止されるものの輻拡がりが大となり、下限よりも小さい
場合は辺中央部における軸方向への延びが大きくなって
フィッシュティル発生が大となる。

■の発明は、前記のようにボトム部の素材側基端（テー
パ付は根部）を中心とする幅Ｘの範囲で全周を冷却する
もので、これによりフィッシュテイル発生の主原因とな
る表層部材料の軸方向移動が最も大きい部位で材料の軸
方向移動のみを抑制することとなるので、フィッシュテ
ィルの防止と幅拡がりの防止を同時に達成することがで
きる。冷却範囲が輻Ｘより広いと材料の軸方向移動の抑
制が過度となってフィッシュティルは防止できるが幅拡
がりが大きくなり、輻Ｘより狭いと材料の軸方向移動の
抑制が十分ではなくフィンシュティル発生が大となる。

（実施例１） 第３表に示す化学成分および寸法を有する角材と丸形材
を熱間でロール成形し、ボトム部に絞り加工を加える成
形を行ってフィッシュティルに起因する疵ならびに素材
過冷却による疵（第８図の８の疵）の発生状況を調査し
た。なお、素材表面の冷却は、ボトム部端面から３０ｍ
ｍまでの部分の全表面に放水することにより行った。

各素材において、温度と変形抵抗は第１Ｏ図（ａ）およ
び（ｂ）に示す関係を有しており、水冷後の各素材の中
心部とボトム部表面の温度を測定し、変形抵抗比Ｋを求
めた。第４表に各素材の水冷後の表面温度と中心部温度
、変形抵抗比におよび水冷終了からロール成形開始まで
の時間を示す。

フィッシュテイルに起因する鍛造疵ならびに素材過冷却
による疵の発生状況と判定結果を第４表に併せ示す、Ｏ
印は良好（疵の発生なし）、Ｘ印は不良（疵の発生あり
）であることを表す、角材については、漱２、階５およ
びＮ［１６が本発明（■の発明）例、他は比較例である
。また、丸形材漱３は本発明（■の発明）例である。

第４表の結果から明らかなように、角材については、変
形抵抗比Ｋが１．２の場合（Ｎａｌ）フィッシュテイル
に起因する疵が発生したが、それ以外の条件ではフィッ
シュテイルに起因する疵の発生は認められなかった。ま
た、冷却を強くして変形抵抗比Ｋを３．２とした場合（
漱４）は、材料過冷却による疵が発生した。

Ｔｉ基合金、Ｎｉ基合金においても同様の結果が得られ
、変形抵抗比にの値が前記の範囲にあれば、フィッシュ
テイルに起因する疵や素材過冷却による疵の発生は認め
られなかった（Ｎａ５および患６）。

丸形材についても、本発明の範囲内ではフィンシュテイ
ルに起因する疵等は認められなかった（漱３）。

（実施例２） 実施例１で用いた角材（炭素鋼、Ｔｉ基合金およびＮｉ
基合金）を１２００°Ｃで加熱炉から取り出した後冷却
条件（冷却部位）を変えて１０００℃まで水冷し、２パ
スロール成形によりボトム部に減面率がそれぞれ５８％
、５２％および５４％の絞り加工を加える成形を行い、
フィッシュテイル深さならびに輻拡がり比を測定した。

冷却部位は下記（イ）〜（＝）の通りである（第１１図
（ａ）〜（Ｃ）参照、同図の斜線部が冷却部位をあられ
す）。

（イ）ボトム部全体 （■の発明例・・（ａ）図参照） （釘）ボトム部対辺のみ （比較例・・（ｂ）図参照、ｓ＋＝４０鴎−）（ハ）ボ
トム部対角のみ （■の発明例・・（Ｃ）図参照、ｓｚ−２４ｍｍ）（ニ
）冷却なしく比較例） フィッシュテイル深さとは、第１図０））に示したｄで
ある。また、幅拡がり比とは、第９図において、冷却し
たときの幅すから冷却しないときの幅す、を差し引いた
幅拡がり長さ（ｂ−ｂ、）のす、に対する比（ｂ　　ｂ
ｅ）／ｂｅである。

測定結果を炭素鋼を例にとって第１２図に示す。

第１２図から明らかなように、フィンシュテイル深さは
冷却した場合（（イ）〜（ハ））、冷却なしの（＝）の
場合に比べて大幅に減少し、特に（イ）（■の発明例）
において顕著であった。一方、輻拡がりに対する改善効
果は（１％）（■の発明例）において最も太き（、フィ
ッシュテイルの発生ならびに輻拡がりの両方を抑制する
ことができた。

なお、図示していないが、Ｔｉ基合金およびＮｉ基合金
についても同様の結果が得られた。

（実施例３） 実施例１で用いた角材（炭素鋼、Ｔｉ基合金およびＮｉ
基合金、Ｄｅはそれぞれ１０１．６＋ｕ＋、１１０．６
ａｍおよび１０１．６ｍｍ）を１２００°Ｃで加熱炉か
ら取り出した後ボトム部の素材側基端（絞り加工のテー
パ付は根部）を中心に冷却幅を変えて１０００℃まで水
冷し、２パスロール成形によりボトム部に液面率がそれ
ぞれ５８％、５２％および５４％の絞り加工を加える成
形を行い、フィッシュティル深さ比ならびに輻拡がり比
を測定した。

冷却部位は、前記（２）式のＸがＯｍｍ（冷却せず）、
９ｍｓ＋、２０■−および３０ｍｍである。

フィッシュテイル深さ比とはＤｅに対するフィッシュテ
イル深さのｄの比（ｄ　／Ｄｅ）であり、輻拡がり比と
は実施例２の場合と同じで（ｂ　　ｂｅ）／ｂｅである
。

測定結果を実施例２の場合と同様に炭素鋼を例にとって
第１３図に示す。

第１３図から明らかなように、本発明（■の発明）で規
定したＸ／Ｄｅ（％）がＩθ〜２０の範囲の幅Ｘの周方
向全表面を冷却した場合はフィッシュテイルの発仕およ
び輻拡がりの増大のいずれも抑制されている。

これに対して、Ｘ／Ｄｅ（％）が１０より小さい場合は
フィッシュテイルが大きく、かつ圧延縮径部の冷却部と
非冷却部との境界に疵が多数発生し、２０を超えると輻
拡がりが大きくなり、圧延後に荒地長さの不足するもの
が多数発生した。

なお、実施例２と同様図示はしないが、Ｔｉ基合金およ
びＸｉ基合金についても同様の結果が得られた。

（以下、余白） （発明の効果） 鍛造荒地の熱間ロール成形において、本発明方法を通用
することにより、ボトム部の絞り加工時におけるフィン
シュテイルの発生を防止し、鍛造品の品質ならびに材料
歩留りを向上させることができる。さらに、素材のボト
ム部の全表面のうち孔型ロールの溝底周辺部に当接する
表面のみを冷却する方法、あるいは素材のボトム部のテ
ーパ付根部に相当する部位を中心に所定幅を冷却する方
法をとれば、フィッシュテールの発生のみならずボトム
部の輻拡がりの増大を抑制することもでき、圧延後の荒
地長さ不足の発生を防止できるので、材料歩留りをより
一層向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鍛造荒地のボトム部におけるフィッシュテイ
ルおよびフィンシュテイルに起因する鍛造疵の発生を示
す説明図で、（ａ）図はボトム部の模式図、ら）図はフ
ィッシュテイルが発生したロール荒地の断面図、（Ｃ）
図は鍛造疵を有する鍛造品の断面図である。 第２図は、従来の鍛造疵の除去方法の説明図で、（ａ）
“図はロール荒地の断面図、（ロ）図は鍛造品の断面図
である。 第３図、第４図および第６図は、角材のボトム部を断面
四角形に絞り加工する場合の加工前素材の冷却部位を示
す図で、第３図はボトム部の全表面を冷却する場合、第
４図はボトム部の全表面のうち孔型ロールの溝底周辺部
に当接する表面のみを冷却する場合、第６図は絞り加工
のテーバ付は根を中心に所定幅を冷却する場合である。 第５図は、丸形材のボトム部を断面四角形に絞り加工す
る場合における加工前素材の全表面のうち孔型ロールの
溝底周辺部に当接する表面のみの冷却のさいの冷却部位
を示す図である。 第７図は、変形抵抗比にとフィッシュテイルの深さの関
係および素材過冷却による疵の発生の有無を示す図であ
る。 第８図は、素材過冷却による疵の発生位置を示す説明図
である。 第９図は、ボトム部の冷却による輻拡がりの増加を示す
図で、（ａ）図は正面図、（ロ）図は側断面図である。 第１θ図は、材料の温度と変形抵抗の関係を示す図で、
（ａ）図は中炭素鋼およびＴｉ基合金の場合、（ロ）図
はＮｉ基合金の場合である。 第１ｔ図は、実施例における加工前素材の冷却部位を示
す図で、（ａ）図はボトム部の全表面を冷却する場合、
（ロ）図はボトム部の全表面のうち対辺中央部のみを冷
却する場合、（Ｃ）図はボトム部の全表面のうち孔型ロ
ールの溝底周辺部に当接する表面のみを冷却する場合で
ある。 第１２図および第１３図は、炭素鋼についての実施例の
結果で、いずれも冷却条件と幅拡がり比およびフィッシ
ュテイル深さとの関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）素材のボトム部を孔型ロールを用いて絞り加工す
   る際、素材中心部の変形抵抗に対する素材表面の変形抵
   抗の比Ｋが下記（１）式を満足するように、加工前の素
   材の絞り加工を付与すべきボトム部の全表面を冷却する
   ことを特徴とする鍛造荒地の熱間ロール成形法。 １．４＜Ｋ＜３．０・・・（１） （２）素材のボトム部を孔型ロールを用いて絞り加工す
   る際、素材中心部の変形抵抗に対する素材表面の変形抵
   抗の比Ｋが下記（１）式を満足するように、加工前の素
   材の絞り加工を付与すべきボトム部の全表面のうち前記
   孔型ロールの溝底を含む溝底周辺部に当接する素材表面
   部のみを冷却することを特徴とする鍛造荒地の熱間ロー
   ル成形法。 １．４＜Ｋ＜３．０・・・（１） （３）素材のボトム部を孔型ロールを用いて絞り加工す
   る際、素材中心部の変形抵抗に対する素材表面の変形抵
   抗の比Ｋが下記（１）式を満足するように、加工前の素
   材のボトム部表面のうち絞り加工後ボトム部の素材側基
   端に該当する部位を中心として下記（２）式で求められ
   る幅Ｘの周方向全表面のみを冷却することを特徴とする
   鍛造荒地の熱間ロール成形法。 １．４＜Ｋ＜３．０・・・（１） Ｘ＝（０．１〜０．２）Ｄｅ・・・（２） 但し、Ｄｅは加工前の素材の直径 または仮想直径