JPH08112641A - リング形状品の鍛造成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】内径側への肉移動成形性を改善するとともに、
歩留まりの向上と外周バリならびに内周部や外周底部に
おける疵や欠肉発生の抑制を実現するリング形状品の回
転鍛造成形方法の提供。 【構成】回転鍛造によりリング形状品の主として内径側
へ肉を移動させて形成を行うに際して、上型回転軸と下
型中心軸との位置関係を示す上型回転軸偏心比δ／ｄの
値が 0.01 〜0.3 となるように成形型をセッティングし
成形することを特徴とするリング形状品の鍛造成形方
法。但し、δ：材料上面と上型回転軸との交点の、下型
中心軸からの「上型圧下面と反対方向」へのずれ量（m
m）、ｄ：リング形状品の内径（mm）である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リング形状品、例えば
配管用フランジなどの回転鍛造成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、加工力が小さく機械や型構造の小
型化が図れ、振動や騒音が少なく、更に型面摩擦が小さ
くて加工限界が向上するなどの長所により、ディスク形
状品の生産に対して回転鍛造法が用いられる例が増えて
きた。この回転鍛造法には上型の転動形式から図１に示
すような揺動ダイ形式（図１（ａ））と下型回転形式
（図１（ｂ））の２通りの方式が用いられており、上型
４と下型３の位置関係については、揺動ダイ形式の回転
鍛造プレスでは上型回転軸２と上型の公転軸１（これは
下型中心軸に一致する）が被成形材料（以下、単に材料
という）５の上面で交わるようにセッティングされ、ま
た下型回転形式の回転鍛造プレスでは、上型回転軸２と
下型中心軸１（これは下型回転軸となる）が材料５の上
面で交わるようにセッティングされる。

【０００３】上型４の転動形式こそ異なるが、いずれの
形式の回転鍛造プレスにおいても材料５と上型４および
下型３の相対運動は同じであり、上記のようにセッティ
ングする目的は上型４と材料５のすべりを最小にするこ
とにある。

【０００４】ところで、最近、ディスク形状品の成形に
用いられていた回転鍛造法をリング形状品の成形に用い
る試みがなされているが、リング形状品を回転鍛造成形
する場合の上型と下型の位置関係についても、図２に示
すように前記のディスク形状品を回転鍛造成形する場合
と同様であるため、種々の問題が生じていた。

【０００５】すなわち、リング形状品の成形において、
内径側へ肉を移動させて形状成形を行う場合、材料が
下型に十分充満していない鍛造の初期に、下型中心軸に
対して上型が材料を圧下するのと反対側で材料が下型か
ら浮き上がり、内周部をはじめ外周部の底部にも疵や欠
肉などの鍛造欠陥を生じる原因となり、更に、甚だしい
場合には下型から材料がはみ出して鍛造不能となるこ
と、通常のプレスを用いた鍛造法に比べ、回転鍛造法
では材料が周方向へ、それも外径方向へ拡がり易いため
外径側では外周バリが発生し易く、一方内径側では、リ
ング内径方向への材料の移動が難しいため、特に内径部
の形状を成形する場合において欠肉が発生し易いこと、
というような問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、回転
鍛造法によりリング形状品を成形する場合に、材料の下
型からの浮き上がりを低減して内周部や外周底部におけ
る疵や欠肉の発生を抑制しつつ、リングの径方向への材
料の流れを制御して内径側への肉移動成形性を改善する
とともに外周バリの発生を抑制することができる、リン
グ形状品の回転鍛造成形方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、下記の知見を得
た。なお回転鍛造プレスには揺動ダイ形式のものと下型
回転形式のものがあるが、既に記したようにいずれの形
式の回転鍛造プレスでも材料と下型および上型の相対運
動は同じであるので、以下の説明は下型回転形式で代表
させて行うこととする。

【０００８】リング形状品を回転鍛造法で成形する場
合、従来法では、既に図２で示したように上型回転軸２
は上型４と材料５とのすべりが最も小さくなる位置に、
すなわち上型回転軸２と下型中心軸１が材料５の上面で
交わるようにセッティングされる。この場合の材料５の
接線方向速度と上型４の接線方向速度を比較して図３に
示すが、圧下による材料の伸びを無視すると、上型と材
料の相対速度はほとんどない。従って、材料には外向き
の力が作用することはほとんどない。

【０００９】これに対し、上型回転軸と材料上面の交点
を後で詳しく説明する下型中心軸から「上型圧下面と反
対方向」へずらすことにより、下記の効果が得られるこ
とを確認した。

【００１０】すなわち、上型回転軸と材料上面の交点
を下型中心軸から「上型圧下面と反対方向」へずらすこ
とにより、材料と上型の間に径方向の相対速度が発生し
材料には内径方向への力が作用して外径方向への拡がり
が抑制されるため、内向きのメタルフローが促進され
る。

【００１１】これにより内径側の成形性が向上し内径
部の欠肉は大幅に改善され、また逆に外径方向のメタル
フローが抑制されるので、外周バリの発生が抑制でき
る。

【００１２】更に、材料の浮き上がりの原因である外
径方向へのメタルフローが抑制されることで、材料の下
型からの浮き上がりが低減し、そのため内周部や外周底
部における疵や欠肉の発生が大幅に減少する。

【００１３】上記知見に基づく本発明は下記に示すリン
グ形状品の鍛造成形方法を要旨とする。

【００１４】回転鍛造によりリング形状品の主として内
径側へ肉を移動させて形成を行うに際して、上型回転軸
と下型中心軸との位置関係を示す上型回転軸偏心比δ／
ｄの値が0.01〜0.3 となるように成形型をセッティング
し成形することを特徴とするリング形状品の鍛造成形方
法。

【００１５】但し、δ：材料上面と上型回転軸との交点
の、下型中心軸からの「上型圧下面と反対方向」へのず
れ量(mm) ｄ：リング形状品の内径(mm)

【００１６】

【作用】以下、本発明について、下型回転形式で代表さ
せて、その作用効果とともに詳細に説明する。

【００１７】先ず、図４に示すように（上型は図示せ
ず）、『上型回転軸２と材料上面Ｐ２との交点Ｂを下型
中心軸１から「上型圧下面と反対方向」へずらす』と言
うことを、『交点Ｂを下型中心軸１と上型回転軸２を含
む平面である面Ｐ１上を下型中心軸１に直角で、かつ下
型中心軸１に対して上型回転軸２が傾いている方向と反
対の方向であるＤ１の方向へずらす』ということと定義
する。

【００１８】上記の定義に従って上型回転軸と材料上面
との交点を下型中心軸から「上型圧下面と反対方向」に
移動させると、図５に示すように材料の接線方向速度と
上型の接線方向速度に差があるため径方向の相対的な速
度を生じ、このため材料に内向きの力が作用して外径方
向への拡がりが抑制される。このため材料の内向きのメ
タルフローが促進されるので、内径側の成形性が向上
し、内径部の欠肉は大幅に改善される。一方、材料の浮
き上がりの原因となる外径方向のメタルフローは逆に抑
制されるので、材料の下型からの浮き上がりが低減して
内周部や外周底部における疵や欠肉の発生が大幅に減少
するとともに、外周バリの発生が抑制されることとな
る。

【００１９】但し、この場合、上型回転軸と下型中心軸
との位置関係を示す上型回転軸偏心比δ／ｄ（ここで、
δ：材料上面と上型回転軸との交点の、下型中心軸から
の「上型圧下面と反対方向」へのずれ量(mm)、ｄ：リン
グ形状品の内径(mm)）の値が0.01を下回る場合には、上
型の回転中心を移動した効果はほとんど生じず、また0.
3より大きい場合には材料と上型との速度不一致が大き
くなりすぎるため、材料が圧下初期に下型から移動して
浮き上がり正常な加工が不可能となる。従って、上型回
転軸偏心比δ／ｄの値は、0.01〜0.3 の範囲に制限し
た。

【００２０】

【実施例】Ｓ４５Ｃ（JIS G 4051(1979)）の外径がφ４
２０ｍｍ、内径がφ２６０ｍｍの鋼片を１２００℃に加
熱後スケール除去し、その後種々の条件で、図６に示す
ような内径側にフランジを有する形状の鋼製リング形状
品を回転鍛造成形し、成形の状況を調査した。なおこの
成形は、図６に破線で示すリング状の素材の外周部の肉
を圧下してそれを内径側へ移動させ、ハッチングで示し
た仕上げ形状に加工するものである。回転鍛造法の成形
試験条件と結果を表１に示す。

【００２１】表１に示される結果からも、上型回転軸偏
心比δ／ｄが本発明で規定する範囲内であれば、内径側
の盛り上げ成形性は良好で外周バリの発生も殆どなく、
更に、材料の浮き上がりが殆どないので内周部や外周底
部における疵や欠肉も殆ど発生しておらず、良好な成形
性を示すことが明らかである。

【００２２】一方、上型回転軸偏心比δ／ｄが本発明の
範囲を下回る場合には、回転鍛造の初期に材料が下型か
ら浮き上がり内周部や外周底部に疵や欠肉が発生するし
（試験番号２）、また上型回転軸偏心比δ／ｄが本発明
の範囲を上回る場合には、回転鍛造の初期に材料が型か
らはみ出して鍛造不可の状態となった（試験番号６）。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【発明の効果】本発明方法によれば、内径部の欠肉を抑
えて内径側への肉移動を促進し、成形性（例えば盛り上
げ成形性）を改善するとともに外周バリの発生を抑え、
更に、材料の下型からの浮き上がりを低減して内周部や
外周底部における疵や欠肉の発生も抑えた健全な形状の
リング形状品を歩留まり良く安定成形できるので、リン
グ形状品成形法として産業上の効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】回転鍛造法における上型と下型の位置関係を示
す図である。上型の転動形式が、（ａ）は揺動ダイ形
式、（ｂ）は下型回転形式の場合である。

【図２】リング形状品の従来の回転鍛造法における上型
と下型の位置関係を示す図である。

【図３】上型回転軸と下型中心軸が材料上面で交わるよ
うにセッティングした場合の、材料の接線方向速度と上
型の接線方向速度を比較して示す図である。

【図４】上型回転軸と材料上面との交点を下型中心軸か
ら「上型圧下面と反対方向」へずらすことの説明図であ
る。

【図５】上型回転軸と材料上面との交点を下型中心軸か
ら「上型圧下面と反対方向」へずらしてセッティングし
た場合の、材料の接線方向速度と上型の接線方向速度を
比較して示す図である。

【図６】実施例において製造が試みられたリング形状品
の説明図である。

【符号の説明】

１：下型中心軸、２：上型回転軸、３：下型、４：上
型、５：材料、Ｂ：上型回転軸と材料上面との交点 Ｐ１：下型中心軸および上型回転軸を含む平面、Ｐ２：
材料上面、Ｐ３：上型の材料圧下面、Ｄ１：上型回転軸
と材料上面との交点を下型中心軸からずらす方向、δ：
材料上面と上型回転軸との交点の、下型中心軸からのず
れ量（ｍｍ）、ｄ：リング形状品の内径（ｍｍ）、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転鍛造によりリング形状品の主として内
   径側へ肉を移動させて形成を行うに際して、上型回転軸
   と下型中心軸との位置関係を示す上型回転軸偏心比δ／
   ｄの値が0.01〜0.3 となるように成形型をセッティング
   し成形することを特徴とするリング形状品の鍛造成形方
   法。 但し、δ：材料上面と上型回転軸との交点の、下型中心
   軸からの「上型圧下面と反対方向」へのずれ量(mm) ｄ：リング形状品の内径(mm)