JPH069723B2 - 恒温鍛造方法及び装置 - Google Patents

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
度と鍛造素材門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６図および第７図に示した誘導加熱方式が
採用されている。

第６図、第７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を介して鍛造用金型101が設け
られ、また図例では下金借101が設けられ、また図例で
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てある。

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111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、金型門土分布の均
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、対象とする金型は加圧方向から見て円形
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、金型を予熱する手段を
とると、所期温度、例えば900℃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独立し個々の加熱源を独立し
て個別に、あるいは個々の加熱源を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、同日付で第５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５図において、Ni合金製の下金型２および上金型３と
していずれも外側面形状を加圧方向から見て矩形にした
ものを用い、両金型2,3を約900℃に加熱保持するものと
して、両金型2,3の型合せ面と反対側の面に下金型底面
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、各外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
を配設してある。

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
においては棒状の抵抗線加熱体10を用い、また側面用ヒ
ータプレート11，12においては面状の抵抗線加熱体13を
用い、何れも抵抗線加熱体10，13をプレート内蔵状に設
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℃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、耐火煉瓦あるいはファインセラミック
ス製等の断熱板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11，12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５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６、７図）の問題点を解消できる。

しかしながら、被鍛造材１が長軸と短軸を有する長尺材
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としてセラミックスを用いたとしても
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、該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、鍛造加工後機械加工なしでそのまま製品となるよ
う鍛造で最終製品形状までの加工（ネットシェープ化）
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、恒温鍛造用の一対の金型2,3の型合せ面と反
対面に、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と一対金型
支持盤6,7との間に断熱板４，５を備え、前記一対の金
型２，３に挿入した長軸と短軸を有する被鍛造物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、前述の第１の目的を達成するため
に、次に技術的手段を講じている。

すなわち、本発明は、少なくとも、一方の金型３用のヒ
ータプレート９と断熱盤５との間に、前記被鍛造物１の
長軸方向に沿う左右方向の幅を有して中央部がヒータプ
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、一方の金型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は前記被鍛造物１の
長軸方向に沿う左右方向の幅を有してその中央部がヒー
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。

（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５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14Aを有
し、ここに、厚肉部14Aの左右両側に、空気層15が形成
してある。

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16
Aを有し、ここに、厚肉部16Aの左右両側に、空気層17が
形成してある。

すなわち、被鍛造材１およびその素材1Aは、一対の金型
2,3の型合せ面に装入され、第４図で素材1Aで示す如く
長軸と短軸を有する長尺材であり、型合せ面に素材1Aを
装入したとき、前記中間板14,16は被鍛造物１（素材1
A）の長軸方向に沿う左右方向の幅を有して中央部が突
隆されて厚肉部14A,16Aとされているのである。

なお、被鍛造材１およびその素材1Aは長軸となる翼長が
約500mmをもつTi合金(Ti−10Ｖ−2Fe−３Al)製ブレード
のような長尺材であり、金型2,3は素材1Aの短軸に相当
する幅が350mm、長軸に相当する長さが800mmの加圧方向
から見て矩形形状であるとともに厚さが240mm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（素材1A）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14A,
16Aの形状を決定するもので、これに基づいて製作した
中間板14,16を第３図に例示している。

第３図において、素材1Aの長尺方向に沿う左右幅が800m
m、短軸方向に沿う前後幅が350mmで厚肉部14A,16Aを含
む厚さ50mmで加圧方向から見て矩形形状の中間板14,16
は、突隆高さが1.0ｍｍで左右端縁からそれぞれ150mm間
のすなわち、素材1Aの長軸方向に沿う左右幅が500mmと
された中央部14A,16Aが0.15mmの高さを有して突隆され
ている。

この中間板14,16は一対の金型2,3のたわみ変形を補償す
るもので厚肉部14A,16Aは放物線あるいは余弦曲線で表
す。

ただし、被鍛造材の形状や材質、加工条件によって金型
に作用する圧力分布が異なるため金型のたわみ量も変化
する。従って、有限要素法による解析で圧力分布を求
め、金型のたわみ量を求めた上で厚肉部の形状を決定す
るのである。

第３図に示した中間板14,16を用いての鍛造によれば、
ブレード（被鍛造材１）の翼長よりも左右両側では鍛造
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。

具体的には第５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
は第５図の技術における前述した０．２mmがが0.02mm以
下となり、前述のネットシャープ化として十分な精度の
ものが鋳造でき、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、図示省略してあるが、金型内部の各点の温度をモ
ニターしながら、そのヒータプレート8,9,11,12をそれ
ぞれ個別にあるいは個別のヒータプレート8,9,11,12を
ゾーン毎の制御を行い、例えば1000屯程度の鍛造負荷中
においても、900℃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承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、面状の抵抗線加熱体13の代わりに、棒状の抵抗線加
熱体を用いることもできる。

また、中間板14,16は一対の金型2,3の双方に設けること
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、被鍛造材の長軸方向に沿う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。

また、ヒータプレートと断熱板との間に、厚肉部を中央
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、破損のおそれがな
い。

【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図は被鍛造材乃至その素材の斜視図、第５図は
提案技術（比較例）の立面断面図、第６図は従来例の立
面断面図、第７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、14,16…中間板、14A,16A…厚肉
部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】恒温鍛造用の一対の金型(2)(3)の型合せ面
   と反対面に、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)と一対の金型支持盤(6)(7)との間に装入した長軸と
   短軸を有する被鍛造物(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鋳造する方法におい
   て、 少なくとも、一方の金型(3)用のヒータプレート(9)と断
   熱板(5)との間に、前記被鍛造物(1)の長軸方向に沿う左
   右方向の幅を有して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. 【請求項２】恒温鍛造用の一対の金型(2)(3)の型合せ面
   と反対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)と一対の金型支持盤(6)(7)との間に断熱板(4)(5)を
   備え、前記一対の金型(2)(3)間に装入した長軸と短軸を
   有する被鍛造物(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鋳造する恒温鋳造装置におい
   て、 少なくとも、一方の金型(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)は前記被鍛造物(1)の長軸方
   向に沿う左右方向の幅を有してそ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
   とを特徴とする恒温鍛造装置。