熱鐓鍛造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠獲得較高的形狀精度的熱鐓鍛造方法。一種熱鐓鍛造方法，將在將底面的直徑設為d、高度設為h時滿足h/d超過3的被加工件(1)插入到設于模具(2)且以高度(H)貫穿該模具(2)的插入孔內，在縮短所述被加工件(1)的高度的同時使直徑擴大而獲得鍛件，該模具(2)設置于鐵砧(4)上，其特征在于，使用滿足以下(1)～(3)的關系的模具：(1)插入孔的形狀與被加工件的橫截面形狀為大致相似的形狀；(2)被加工件(1)的高度(h)≤模具(2)的高度(H)；(3)被加工件(1)的最大直徑(dl)與插入孔的處于被加工件(1)的高度范圍內的部分的最大內徑(D)滿足dl＜D≤dl×1.5。
【專利說明】熱鐓鍛造方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種熱鐓鍛造方法。

【背景技術】
[0002] 在蒸汽輪機的構件、飛機的構件等中多使用鍛造品。近年來，這些產品逐漸變得大 型化。作為應用于這些產品的鍛造品，需要施加較高的塑性變形量，為此需要對較長的坯料 進行鐓鍛。例如，日本特開平7-171650號公報（參照專利文獻1)所公開的熱鐓鍛造方法 通過針對軸長（在鐓鍛中相當于高度）/底面的直徑超過3這樣的、通常會擔心縱向彎曲的 較長的坯料局部使用規(guī)定的模具來解決了該問題。
[0003] 具體而言，公開了一種熱鐓鍛造方法，其特征在于，
[0004] (1)利用模具阻止軸狀坯料的軸向的一部分朝徑向外側方向變形，以使自由變形 部分的軸長/直徑之比成為3以下。
[0005] (2)在所述（1)的狀態(tài)下開始鍛造，使除阻止坯料變形的部分以外的自由變形部 分朝徑向外側方向呈鼓出狀塑性變形。
[0006] 現(xiàn)有摶術f獻 [0007] 專利f獻
[0008] 專利文獻1 :日本特開平7-171650號公報


【發(fā)明內容】

[0009] 發(fā)明要解決的問是頁
[0010] 在上述專利文獻1所示的方法中，使用高度比被加工件的高度低的模具將模具的 高度以上的范圍作為自由變形部分進行鍛造，對于擔心縱向彎曲的坯料是有效的。另一方 面，在熱鐓鍛造中，要求使鍛造時的形狀精度更高。
[0011] 鑒于上述要求，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠獲得較高的形狀精度的熱鐓鍛造 方法。
[0012] 用于解決問題的方案
[0013] 本發(fā)明提供一種熱鐓鍛造方法，將被加工件插入到設于模具且以高度Η貫穿模具 的插入孔內，在縮短所述被加工件的高度的同時使直徑擴大而獲得鍛件，該被加工件在將 底面的直徑設為d、高度設為h時，h/d超過3,該模具設置于鐵砧，其中，
[0014] 使用滿足以下（1)?（3)的關系的模具：
[0015] (1)插入孔的形狀與被加工件的橫截面形狀為大致相似的形狀；
[0016] ⑵被加工件的高度h彡模具的高度Η ;
[0017] (3)被加工件的最大直徑dl與插入孔的處于被加工件的高度范圍內的部分的最 大內徑D滿足dl < D彡dlXl. 5。
[0018] 另外，本發(fā)明提供一種熱鐓鍛造方法，其中，在將通過上述熱鐓鍛造方法獲得的鍛 件作為新的被加工件來獲得在將底面直徑設為df·、高度設為hf時滿足hf/df < 3的最終鍛 件時，更換為滿足所述（1)?（3)的其他模具而進一步進行η次熱鐓鍛造，其中，η為1以 上的整數(shù)。
[0019] 在本發(fā)明中，優(yōu)選的是使用在設于所述模具的插入孔形成有相對于錐形部的軸線 的角度為3°以下的錐形部，且該錐形部在高度方向上擴徑的模具。
[0020] 而且，在熱鐓鍛造方法中，更優(yōu)選的是，在所述被加工件底面的端部形成有5mm? 30mm的倒角部。
[0021] 發(fā)明的效果
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的熱鐓鍛造方法，能夠利用設于模具的規(guī)定的插入孔來防止被加工件 的全長的異常變形，因此能夠獲得較高的形狀精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是表示將被加工件插入到模具內時的一例的示意圖。
[0024] 圖2是表示將被加工件插入到模具內時的另一例的示意圖。
[0025] 圖3是表示將被加工件插入到模具內時的另一例的示意圖。
[0026] 圖4是表示將被加工件插入到模具內時的另一例的示意圖。
[0027] 圖5是表示將半加工件插入到模具內時的一例的示意圖。
[0028] 圖6是表不最終述料形狀的一例的不意圖。
[0029] 圖7是表示被加工件的倒角部的一例的示意圖。

【具體實施方式】
[0030] 本發(fā)明是針對在將底面的直徑設為d、高度設為h時滿足h/d超過3的被加工件， 利用特定的模具對被加工件的全長進行熱鐓鍛造的技術。
[0031] 以下，使用附圖對本發(fā)明進行說明。
[0032] 在本發(fā)明中，在圖1至圖4中例示了將被加工件插入到設于模具的插入孔內的狀 態(tài)。
[0033] 在各個附圖中，將上述被加工件1插入到設于模具2且以高度Η貫穿該模具2的 插入孔內，該模具2設置于在鐵砧4。在各圖中，被加工件1被進行了如下熱鐓鍛造：在被 預先加熱到熱加工溫度區(qū)域之后插入到插入孔內，利用未圖示的上鐵砧在縮短高度h的同 時使直徑擴大。
[0034] 另外，上鐵砧的與被加工件相接觸的接觸面形成得大于被加工件的上表面面積且 小于模具的插入孔徑，以能夠進行鐓鍛。
[0035] 在本發(fā)明中，對最重要的、模具與被加工件之間的關系進行說明。本發(fā)明中所使用 的模具具有3個特征。
[0036] (1)插入孔的形狀與被加工件的橫截面形狀為大致相似的形狀
[0037] 將設于本發(fā)明中所使用的模具的插入孔的形狀設為與被加工件的橫截面形狀大 致相似的形狀，即與被加工件的橫截面形狀相類似的形狀。通過設為大致相似的形狀，從而 在伴隨著由熱鐓鍛造引起的被加工件的橫截面形狀的擴張而導致被加工件接觸到模具的 插入孔時，能夠調整為與熱鐓鍛造前的形狀大致相似形狀的形狀。
[0038] 另外，本發(fā)明中所說的被加工件的橫截面形狀例如是指圖1中所示的A-A'方向的 截面形狀，如果被加工件例如為圓柱，則插入孔的形狀也準備形成為圓形的孔的形狀。而 且，如果被加工件的形狀例如為四棱柱，則插入孔的形狀只要為形成有與該形狀相應的四 邊形的孔的形狀即可。此時，所形成的插入孔的角也可以形成為圓角。
[0039] 另外，例如，如果是具有五邊形以上的多邊形形狀的棱柱，則插入孔的形狀也可以 為圓形的孔。大致而言，例如，只要四棱柱的被加工件使用形成有四邊形的孔的模具，而除 此之外的形狀使用形成有圓形的孔的模具即可。如此，能夠將與被加工件的形狀類似的形 狀視為大致相似的形狀。
[0040] (2)被加工件的高度h <模具的高度Η
[0041] 在本發(fā)明中，通過將被加工件1的高度h設為模具2的高度Η以下，能夠在插入孔 內鐓鍛被加工件。由此，能夠抑制被壓縮的被加工件在插入孔內的受限的空間內變形，因此 熱鐓鍛造后的形狀控制變容易。而且，如果被鍛件的形狀、重量相同，則熱鐓鍛造后的鍛件 的形狀的再現(xiàn)性較好，能夠獲得大致相同的形狀。
[0042] (3)被加工件的最大直徑dl與插入孔的處于被加工件的高度范圍內的部分的最 大內徑D滿足dl < D彡dlXl. 5
[0043] 在本發(fā)明中，通過設為dl < D彡dlXl. 5的關系，從而防止了被加工件1在 插入孔內縱向彎曲。為了更可靠地防止縱向彎曲，優(yōu)選dl < dlX1.3,更優(yōu)選dl < D 彡 dlXl. 1。
[0044] 而且，被加工件配置在設于模具的插入孔的中央較好。這是因為，如果被加工件的 設置位置處于在插入孔內從中央偏離較大的位置，則形狀精度有時會變差。
[0045] 另外，在本發(fā)明中，將被加工件的最大直徑dl與插入孔的處于被加工件的高度范 圍內的部分的最大內徑D作為指定尺寸的基準。其理由在于，被加工件的最大直徑dl能夠 作為確定模具的插入孔的大小的典型的基準進行使用，插入孔的處于被加工件的高度范圍 內的部分的內徑能夠通過在應抑制被加工件的縱向彎曲的范圍內將其最大內徑限定在規(guī) 定值以下來抑制縱向彎曲。
[0046] 接著，對例示的圖1至圖4進行說明。
[0047] 圖1是作為被加工件應用了從與鐵砧4相接觸的最下表面到最上表面都是相同的 直徑的被加工件的例子。作為這樣的被加工件典型地有如下被加工件：將使用了水冷式模 具的真空電弧重熔鑄塊、電渣重熔鑄塊進行車削后的被加工件，鍛造拉伸為圓柱狀的被加 工件、根據(jù)需要進行車削而成的被加工件等。另外，在圖1中，在模具2的插入孔形成有錐 形部，且該錐形部在高度方向上擴徑。該錐形部的形成在易于從模具中拔出熱鐓鍛造后的 鍛件這一方面是有效的。另外，圖1中的被加工件的直徑d成為被加工件的最大直徑dl，插 入孔的與被加工件的最上部對應的位置的直徑成為插入孔的處于被加工件的高度范圍內 的部分的最大內徑D。
[0048] 圖2是作為被加工件應用了直徑從與鐵砧4相接觸的最下表面朝向最上表面變小 的、所謂錐形狀的被加工件的例子，模具2的插入孔形狀與圖1相同。另外，圖2中的被加 工件的最下表面的位置的直徑成為被加工件的最大直徑dl，插入孔的與被加工件的最上部 對應的位置的直徑成為插入孔的處于被加工件的高度范圍內的部分的最大內徑D。
[0049] 圖3是作為被加工件應用了與圖1相同的被加工件，且將模具的插入孔形成為直 筒形狀即從最下表面到最上表面都是相同的直徑的例子。如果不考慮被鍛件的拔出容易 度，則能夠獲得最近似于圓柱形狀的鍛件。另外，圖3中的被加工件的直徑d成為被加工件 的最大直徑dl，模具的插入孔徑成為插入孔的處于被加工件的高度范圍內的部分的最大內 徑D。
[0050] 圖4是作為被加工件應用了與圖1相同的被加工件，且將模具的插入孔形成為從 最下表面至規(guī)定位置設置擴徑的錐形部，且該錐形部的上部為直筒即相同直徑的例子。若 在整個區(qū)域設置錐形部，則模具的插入孔的直徑變得過大，上述圖4的插入孔的形狀在該 情況下是有效的。另外，圖4中的被加工件的直徑d成為被加工件的最大直徑dl，直筒部的 插入孔徑成為插入孔的處于被加工件的高度范圍內的部分的最大內徑D。
[0051] 通過將上述熱鐓鍛造獲得的鍛件作為新的被加工件，能夠獲得在將底面直徑設為 df、高度設為hf時滿足hf/df < 3的最終鍛件。此時，更換為滿足所述（1)?（3)的其他 模具并進一步進行η次（η為1以上的整數(shù)）熱鐓鍛造即可。
[0052] 通過熱鐓鍛造獲得的鍛件由于與加工前相比，形狀、尺寸不同，因此要更換模具來 進行熱鐓鍛造，直到滿足hf/df < 3。此時，在由于被加工件的溫度降低而導致熱鍛的加工 性存在問題的情況下，進行再加熱即可。
[0053] 在進行該第2次以后的熱鐓鍛造時，尤其應該留意的方面是，用于指定被加工件 的最大直徑dim的位置。例如，若在圖1所示的狀態(tài)下進行熱鐓鍛造，則成為大致沿著模具 2的形狀的上部擴徑的半加工件5。因此，能夠使用圖5所示的形態(tài)的半加工件鐓鍛用模具 6對該底面的直徑dm、高度hm的半加工件5進一步進行鍛造。
[0054] 此時，被加工件1的最大直徑dim位于擴徑部的位置，當將半加工件鐓鍛用模具6 的最大內徑設為Dm時，需要滿足dim < Dm彡dlmXl. 5的關系。另一方面，在圖2中，與被 加工件的最下部對應的位置的直徑成為最大內徑d。
[0055] 通過進行1次以上的在本發(fā)明中規(guī)定的第2次以后的熱鐓鍛造，能夠在更可靠地 抑制縱向彎曲的同時獲得最終鍛件。
[0056] 而且，在本發(fā)明中，當如上所述地在模具的插入孔形成錐形時，期望的是相對于錐 形部的軸線的角度為3°以下。這是因為，若錐形的相對于錐形部的軸線的角度超過3°， 則插入孔內的變形量變大。
[0057] 而且，在本發(fā)明中，例如，如圖7(被加工件的截面示意圖）所示，優(yōu)選的是在被加 工件1底面的端部8形成有5mm?30mm的倒角部9。另外，如圖7所示，在本發(fā)明中形成倒 角部9時的底面的直徑d不包括倒角部9。而且，半加工件的底面的直徑也不包括倒角部。
[0058] 本發(fā)明中所說的距被加工件1底面的端部8有5mm?30mm是指，從端部8朝向被 加工件的中心的5mm?30mm以及從端部8朝向高度方向的5mm?30mm的區(qū)域（圖7中的 向右下方的傾斜線）。而且，倒角部9既可以如圖7所示被進行曲線倒角，也可以被進行直 線倒角。倒角的方法利用車床、磨床等來進行即可。
[0059] 另外，對于所述的倒角部的形成而言，優(yōu)選的是，被加工件1底面的倒角部形成后 的表面積不小于被加工件1底面的倒角前的表面積的1/2。如果過度進行倒角，則存在被加 工件在鐵砧上變得不穩(wěn)定的危險。
[0060] 而且，之所以在底面?zhèn)刃纬傻菇遣?是因為，由于被加工件1的底面與鐵砧4接 觸，因此擔心被加工件1的溫度降低。尤其是對于端部8而言，由于被加工件的溫度易于降 低，因此在未形成倒角部9時，在熱鐓鍛造中存在從被加工件的端部8產生裂紋的危險，需 要對其進行防止。若倒角部小于5_，則所述倒角的效果欠佳，而且，即使進行超過30mm的 倒角，也只會使成品率變差。該倒角部9的形成更優(yōu)選的是也形成于被加工件的上表面。另 夕卜，作為形成倒角部的材質，尤其是優(yōu)選Alloy718等Ni基超耐熱合金、Ti合金。
[0061 ] 接著，對本發(fā)明中所使用的模具的成分的一例進行說明。
[0062] 本發(fā)明中所使用的用于熱鐓鍛造的模具優(yōu)選同時具有強度與韌性的材質，能夠使 用以下成分的合金鋼。
[0063] 另外，成分用質量％進行表示。
[0064] C :0.3%?0.6%
[0065] C具有如下作用：在淬火加熱時固溶于基底而付與所需的淬火硬度，而且在回火 時形成并析出碳化物，付與回火中的耐軟化性與耐高溫強度，而且形成殘存碳化物而付與 高溫中的耐磨損性，防止淬火加熱時的晶粒粗大化。因此，優(yōu)選0. 3%?0. 6%。
[0066] Si :1.2% 以下
[0067] Si被作為熔化時的脫氧劑進行添加。但是，若添加量較多，則韌性降低。因此，優(yōu) 選1. 2%以下。
[0068] Mn :1.0% 以下
[0069] Μη被作為熔化時的脫氧劑及脫硫劑進行添加。但是，若添加量較多，則韌性降低。 因此，優(yōu)選1. 0%以下。
[0070] Ni :2.0% 以下
[0071] Ni用于提高淬透性，改善韌性。但是，若含量較多，則使相變點降低而使耐高溫強 度降低。因此，Ni優(yōu)選2.0%以下。
[0072] Cr :1.0%?5. 5%
[0073] Cr用于提高淬透性，改善韌性。但是，若含量過多時，則反而韌性降低。因此，優(yōu)選 1. 0%?5. 5%。
[0074] Mo :0.2%?1.6%
[0075] Mo用于提高淬透性。而且，通過回火形成細微的碳化物，使高溫抗拉強度增大。因 此，優(yōu)選0. 2%?1. 6%的范圍。
[0076] V :0.1 %?1.1%
[0077] V用于使晶粒變細，提高韌性。而且，通過回火形成高硬度的碳氮化物，增大抗拉強 度。但是，若含量較多，則使韌性降低。因此，優(yōu)選0.1%?1.1%。
[0078] 以上，除說明以外的剩余部分優(yōu)選為Fe和雜質。
[0079] 實施例
[0080] (實施例1)
[0081] 通過從四個方向對相當于Alloy718的合金進行熱鍛來制作被加工件的坯料。將 被加工件的坯料切削而獲得直徑（d)100mm、高度（h)420mm的圓柱狀的熱鐓鍛用的被加工 件1。倒角部9設為半徑20mm的曲面，并形成于被加工件1的上表面和底面。
[0082] 作為對被加工件1進行鐓鍛的模具，使用了如圖1所示的熱鐓鍛造用的模具2,該 熱鐓鍛造用的模具2形成有形狀為圓形的插入孔，并在插入孔形成有錐形部3,且插入孔的 高度（H)為440_。錐形部3的角度設為Γ，形成于模具2的圓形的插入孔的最大內徑（D) 為110mm。而且，模具2的成分如表1所示。另外，被加工件的橫截面形狀（圖1中A-A'） 為圓形。
[0083] [表 1]
[0084] (mass% )
[0085]

【權利要求】
1. 一種熱鐓鍛造方法，將被加工件插入到設于模具且以高度Η貫穿模具的插入孔內， 在縮短所述被加工件的高度的同時使直徑擴大而獲得鍛件，該被加工件在將底面的直徑設 為d、高度設為h時，h/d超過3,該模具設置于鐵砧，其特征在于， 使用滿足以下（1)?（3)的關系的模具： (1) 插入孔的形狀與被加工件的橫截面形狀為大致相似的形狀； (2) 被加工件的高度h <模具的高度Η ; (3) 被加工件的最大直徑dl與插入孔的處于被加工件的高度范圍內的部分的最大內 徑D滿足dl < D彡dlXL 5。
2. 根據(jù)權利要求1所述的熱鐓鍛造方法，其特征在于， 在將通過權利要求1獲得的鍛件作為新的被加工件來獲得在將底面直徑設為df、高度 設為hf時滿足hf/df < 3的最終鍛件時，更換為滿足所述（1)?（3)的其他模具而進一步 進行η次熱鐓鍛造，其中，η為1以上的整數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的熱鐓鍛造方法，其特征在于， 在設于所述模具的插入孔形成有相對于錐形部的軸線的角度為3°以下的錐形部，且 該錐形部在高度方向上擴徑。
4. 根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的熱鐓鍛造方法，其特征在于， 在所述被加工件底面的端部形成有5mm?30mm的倒角部。
【文檔編號】B21J1/04GK104066530SQ201380006157
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年1月23日 優(yōu)先權日:2012年1月23日
【發(fā)明者】栂貴志, 松本英樹, 鴫原祐介 申請人:日立金屬株式會社