一般的な鍛造品の一般的なダイレス鍛造プロセス

現在の激しい市場競争の状況下で、鍛造技術の継続的な向上に伴い、企業はより高い材料利用率を追求しており、さまざまな実用的な新技術が登場しています。大型油圧プレスの鍛造プロセスでは、ブロックダイとリークプレートを適切に設計して使用することで、加工代を減らし、材料を節約し、生産コストを削減できます。ただし、これは金型費用の増加と生産サイクルの延長につながります。プロセス設計の観点からのみ考えると、巧妙な設計と金属流動パターンの十分な利用により、予期しない効果が得られる場合があります。実際の生産には、このような例が数多くあります。この記事では、大型球、吊りフック、および比較的複雑な形状の絞り開口パイプボックスシートの3種類の鍛造品のダイレス成形プロセスを紹介します。

1.大型球状鍛造品のダイレス成形プロセス

ある航空宇宙機械メーカーには、8 トンの鋼塊から鍛造された製品重量 5,908 kg、球形鍛造直径 Φ1,100 mm の 45# 鋼製の大型球形鍛造品が 2 つありました。以前は、多くの油圧プレスメーカーはこのような鍛造品の製造経験がなく、通常はまず半球形のブロック金型の製造を検討していました。しかし、これらの金型の製造と加工には長い時間がかかり、コストが高く、大きな困難も伴います。金属成形の原理とフローパターンに基づいて、表 1 に示すような新しいプロセスを開発し、生産にうまく導入しました。鍛造品の最終形状は、無数の小さな平面で構成された多面体球でした。鍛造後の熱処理後、超音波検査で Φ1 mm より大きい欠陥は検出されませんでした。

この工程は2段階に分けられます。第一段階では、効果的な圧縮鍛造法の原理に基づき、圧縮と徹底的な鍛造を優先し、第二段階では成形に重点を置きます。球体成形の最終段階では、油圧プレスの目盛りに刻まれた高さに従い、トングで回転させながらエッジを繰り返しプレスするだけで、無数の小さな面で構成される球体が自然に形成されます。成形の過程で、エッジやコーナーの一部は徐々に冷え、暗い赤色や黒色に変わることがあります。しかし、形状が球体に近づくにつれて表面温度は均一になり、エッジやコーナーの温度は再び上昇します。完成すると、無数の小さな面で構成される球体は、特に夜の闇の中で、きらきらと輝き、壮観に見えます。

2. フック鍛造の最適化プロセス

従来のフック鍛造工程は、一般的に、タングのプレス、据え込み、平らな四角形の引き抜き、ノッチ加工、シャンクの転造、そして熱間切削による形状形成という手順を踏んでいました。この方法は材料の無駄が多く、加工代が大きくなります。これは、フックシャンクの段差をノッチ加工する際に、大きな段差が生じるため、テーパー面しか鍛造されないことが多いためです。新工法では、メタルフローの原理に基づき、まずインゴットプレス時にフックシャンク材料の約85%をトングホールドに圧入します。次に、平らな四角形を形成するための据え込みおよび引き抜き工程において、各据え込み操作ごとに材料の一部がトングホールドに押し込まれます。最後に、トングホールドを転造することで、精密な形状に鍛造されます。その結果、重量約5トンのフック鍛造品の場合、新工法では従来の方法と比較して鍛造重量を1トン以上削減できることがよくあります。材料20Mn、重量10,330 kg、16トンのインゴットを使用したフック鍛造品の新しい鍛造プロセスを表に示します。

3. 絞り開口パイプボックスシートのダイレス鍛造プロセス

開口を狭めたパイプボックスシートは、片側の開口部が大きく、もう片側の開口部が小さく、内壁と外壁がテーパー状（上側が狭く、下側が広い）になっているなど、形状がやや複雑です。従来、このような部品を製造するには、それに応じたサイズの内型を製作する必要がありました。鍛造と予備成形の後、ビレットはこの型にセットされ、最終成形されます。2003年、ある企業は、異なる仕様のパイプボックスシート鍛造品3点の緊急注文を受けました。材質は20MnMoで、製品重量は12,567kg、インゴット重量は18トンでした。納期が短かったため、3種類の異なる型を製作することは現実的ではありませんでした。詳細な分析と計算を経て、表3に示すように、独創的な新しい鍛造プロセスが設計されました。金型を使用せずに成形操作を正確に制御することで、注文を無事に完了し、納期どおりに納品できました。パイプボックスシートの最終成形プロセスから、上部の平らなアンビルと下部の回転テーブルを使用し、シリンダーの上端を狭いアンビルで回転させると、材料が内孔と外径の両方に向かって流れることがわかります。その後、外輪転造中に、金属は内孔に向かってさらに押し込まれますが、シリンダーの下端面はほとんど変形しません（必要に応じて水冷を適用できます）。このプロセスを約3回繰り返すと、必要な鍛造形状が得られます。

パイプボックスシートの最終成形工程では、上部の平らなアンビルと下部の回転テーブルを用いてシリンダーの上端を加圧することで、材料が内径と外径の両方に向かって流れていく様子が観察されます。その後、外輪転造工程で金属はさらに内径に向かって押し込まれますが、シリンダーの下端面はほとんど変形しません（必要に応じて水冷）。この工程を約3回繰り返すことで、必要な鍛造形状が得られます。

4. 結論

（１）金属流動の原理を巧みに利用することで、自由鍛造法のみで複雑な鍛造品を製造できる場合が多くあります。

（２）鍛造工程の最適化により、生産コストを大幅に削減し、生産サイクルを短縮することができます。（本稿は鍛造技術サークル公開アカウントからの抜粋です。特記事項があります。）