锻造方法及锻造用模具的制作方法
【专利摘要】本发明的锻造方法的特征在于，包括：载置工序，将矩形六面体的第1形状的工件W载置到锻造用模具20的用于装入工件的工件空间45，所述工件空间45由矩形的平面即壁部所形成并具有矩形的开口部；以及，加工工序，通过将载置的工件W变形为矩形六面体的第2形状来对工件施加塑性应变，并且，进行2次以上载置工序和加工工序。由于例如在锻造用模具的工件空间内对工件进行加压变形，因此可以更加确保形状稳定性。此外，锻造用模具20具有多个模部件嵌入到外模的内周的结构，因此例如对工件W加压时内模50承受的应力可以更均等地通过多个模部件向外周侧分散，可以进一步抑制模具的破坏等。
【专利说明】锻造方法及锻造用模具
【技术领域】
[0001] 本发明涉及锻造方法及锻造用模具。
【背景技术】
[0002] 以往，作为锻造方法，提出了对由铜铍合金构成的长方体的块体（bulk body)从相 互正交的X、Y、Z轴进行加压变形来施加塑性应变（例如，参照专利文献1)。基于该方法， 通过施加塑性应变，可以提供从表面至内部保持均匀硬度的、难以产生加工形变的块体。
[0003] 先行技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献I :W02009/119237号公报
【发明内容】
[0006] 发明要解决的课题
[0007] 但是，在该专利文献1记载的锻造方法中有如下的问题：由于要反复实施从X、Y、 Z轴进行加压变形的工序，因此例如考虑到生产效率而进行提高加工速度等时，在该反复期 间，块体的长方体形状会发生变形。这样，需要效率更高地实施工件的锻造处理。
[0008] 本发明是鉴于这样的问题而完成的，本发明的主要目的是提供能够效率更高地实 施工件的锻造处理的锻造方法及锻造用模具。
[0009] 用于解决课题的方法
[0010] 即，本发明的锻造方法的特征在于，包括载置工序和加工工序：所述载置工序中， 将矩形六面体的第1形状的工件载置到锻造用模具的用于装入工件的工件空间，所述工件 空间由矩形的平面即壁部所形成并具有矩形的开口部；所述加工工序中，通过使所述载置 的工件变形为矩形六面体的第2形状来对该工件施加塑性应变，进行2次以上所述载置工 序和所述加工工序。
[0011] 此外，本发明的锻造用模具是通过从矩形六面体的第1形状的工件变形为矩形六 面体的第2形状的工件而对该工件施加塑性应变的锻造方法中所使用的锻造用模具，其具 有外模和内模，所述外模具备圆形的开口部并形成有该圆的内周面；所述内模在将组合的 多个模部件嵌入到所述外模的内周的状态下形成用于装入所述工件的工件空间，该工件空 间具有矩形的开口部，并通过矩形的平面即壁部形成所述工件空间。
[0012] 发明效果
[0013] 本发明中，可以效率更高地实施工件的锻造处理。其理由是，例如，由于在锻造用 模具的工件空间中对工件进行加压变形，可以进一步确保形状稳定性。此外，由于锻造用模 具具有多个模部件嵌入到外模的内周的结构，因此，例如在对工件加压时内模所承受的应 力可以被多个模部件更均等地向外周侧分散，可以进一步抑制模具的破坏等。因此，可以进 一步抑制例如模具的交换等，进而可以效率更高地实施工件的锻造处理。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为显示锻造用模具20的一例的分解立体图。
[0015] 图2为锻造用模具20的平面图和断面图。
[0016] 图3为锻造用模具20的立体图及模具单元40的分解立体图。
[0017] 图4为显示锻造方法的一例的说明图。
[0018] 图5为工件空间45与工件W的体积比的说明图。
[0019] 图6为基于锻造方法的工件组织的变化的说明图。
[0020] 图7为锻造用模具20B的平面图和断面图。
[0021] 图8为锻造用模具20B的立体图。
[0022] 图9为锻造用模具20C的平面图和断面图。
[0023] 图10为锻造用模具20C的立体图。
[0024] 图11为锻造用模具20D的平面图和断面图。
[0025] 图12为具有上浮机构60的锻造用模具20E的说明图。
[0026] 图13为具有上浮机构70的锻造用模具20F的说明图。
[0027] 图14为铜合金块体的组织的放大照片。
[0028] 图15为铜合金块体的超声波探伤试验的测定结果。
[0029] 图16为进行了自由锻造的样品的外观照片。
[0030] 图17使用了锻造用模具的样品的外观照片。
【具体实施方式】
[0031] 以下，参照附图来说明本发明的实施方式。需说明的是，以下附图的记载中对相同 或类似部分赋予相同或类似的符号。此外，以下所示的实施方式例示的是用于使本发明的 技术思想具体化的装置、方法，本发明的技术思想中的构成部件的结构、配置等不限于以下 所示。首先，从本发明的锻造方法中利用的锻造用模具20开始进行说明。图1是显示锻造 用模具20的一例的分解立体图，图2是锻造用模具20的平面图和断面图，图3是锻造用模 具20的立体图及模具单元40的分解立体图。锻造用模具20用于通过从矩形六面体的第1 形状的工件变形为矩形六面体的第2形状的工件来对该工件施加塑性应变的锻造方法。如 图1、2所示，该锻造用模具20具有从上方对工件W进行加压变形的上模21和在长方体空 间的工件空间45中容纳工件W的下模30。
[0032] 上模21是下述部件：固定在未图示的冷锻用冲压装置的滑动顶料横杆（Slide Knockout Beam)上，在上下方向上移动，从而利用上模压头22对载置于下模30的工件W进 行挤压。该上模21在圆盘状的部件的底面设有对工件W进行加压变形的上模压头22。该 上模压头22被形成为前端具有矩形平面的棱柱状。
[0033] 定位夹具28是用于上模压头22与工件空间45的定位的夹具。该定位夹具28载 置在模具单元40的上部来使用。
[0034] 下模30是圆盘状的部件，是固定在未图示的冷锻用冲压装置的底部顶料横杆上 的部件。该下模30具有作为台座的第1下模31、固定在第1下模31的上方的第2下模36、 形成工件空间45的底面且能滑动的滑动台座35、形成有工件空间45且夹在第1下模31和 第2下模36之间并被固定在下模30内的模具单元40。
[0035] 第1下模31是圆盘状的部件，在其上表面上，从圆盘的中央部直至外周形成有滑 动槽32,板状的滑动台座35能够滑动地插入滑动槽32。此外，在圆盘的中央形成有与模具 单元40中形成的工件空间45连通的连通空间33。即，构成为：在该下模30中，在使滑动 台座35滑动时，工件空间45与连通空间33连通，工件空间45与外部连通。因此，在下模 30中，使滑动台座35滑动，就能够使工件W从工件空间45向该连通空间33移动。滑动台 座35是形成工件空间45的底面且载置工件W的部件。该滑动台座35具有能够耐受对工 件W进行锻造处理时的挤压力的强度。第2下模36是具有与第1下模31相同直径的圆盘 状的部件，在其中央具有圆形开口，并形成有安装模具单元40的安装空间37。第1下模31 和第2下模36由未图示的螺栓牢固地固定。另外，第1下模31中形成有连通连通空间33 与外部的贯通孔34 (参照图2)。
[0036] 如图3所示，模具单元40具有外模41和内模50,所述外模41具备圆形的开口部 且形成有该圆的内周面42,所述内模50在将组合的多个模部件嵌入到外模41的内周的状 态下形成有工件空间45。该模具单元40中，将内模50设置在加热了的外模41的内周，通 过冷却将内模50热装到外模41的内侧。外模41是形成有内周面42的环状部件，在其内 部嵌入内模50。外模41在其外周设有台阶，该台阶卡在第2下模36的内周，从而固定在 安装空间37中。内模50是下述部件：外形是具有台阶的圆盘状的外形，且具有在由工件 空间45的2个面形成的角部46各自分离的多个部件，在其中心形成有具有矩形开口部的 工件空间45。该内模50由2个第1模部件51和2个第2模部件55构成。第1模部件51 在内模50的中心侧具有矩形平面即壁部54,在其两端形成有凸部52,以作为侧面的连接面 53与第2模部件55连接。第2模部件55在其中央侧形成有2个凹部56,由凹部56划分 的外侧是与第1模部件51接触的连接面57,内侧为矩形平面即壁部58。该内模50中，通 过凸部52和凹部56相嵌合而成为圆盘状的部件，并限定第1模部件51和第2模部件55 的移动。此外，在内模50中，通过与连接面53正交的作为矩形平面的第1模部件51的壁 部54和与连接面57平行的作为矩形平面的第2模部件55的壁部58形成有工件空间45。 此外，该内模50的结构为，通过将多个第1模部件51及第2模部件55在连接面53与连接 面57组合，形成工件空间45的角部46。
[0037] 工件W例如可以是铜合金。除了含有Be和Cu的合金外，工件W还可以采用与之 同样的加工硬化性高的高强度的含Ni、Sn和Cu的铜合金、含Ti、Fe和Cu的铜合金、含Ni、 Si和Cu的铜合金等。S卩，作为铜合金列举例如CuBeCo、CuBeNi、CuNiSn、CuTiFe等，其中更 优选CuBeCo、CuBeNi等。这些合金在后文中详述，根据元素、组成的选择范围的不同，均质 化处理工序、固溶化处理工序以及时效硬化处理工序的温度、时间等有时会各不相同，但可 以实施本发明的锻造处理工序。或者，还可以以高纯铜（例如4N-Cu)作为工件W。而且， 除了铜合金以外，工件W还可以使用例如镁合金（AZ31、Mg-Al-Zn-Mn系合金等）、钢铁材料 (Fe-20Cr、SUS304 等）、铝合金（7475A1、Al-Zn-Mg-Cu 系合金等）等。
[0038] 如此构成的锻造用模具20中，由于具有将多个模部件嵌入到外模41的内周的结 构，因此，例如可以将在对工件W加压时对内模50施加的应力通过多个模部件更均等地向 外周侧分散，能够进一步抑制模具的破坏等。此外，由于内模50由在角部46各自分离的多 个模部件形成，因此，可以防止模具在承受应力的工件空间45的角部46产生开裂，其中角 部46由工件空间45的2个面形成。而且，由于使滑动台座35滑动会形成从工件空间45 连通到外部的空间，因此易于将加工后的工件W从连通空间33取出。
[0039] 接着，对本发明的锻造方法进行说明。本发明的锻造方法例如能够适用于铜铍系 合金的制造处理。以下，以铜铍系合金的制造方法作为具体例来进行说明。本实施方式的 制造方法中，可以包括（1)均质化处理工序、（2)固溶化处理工序、（3)冷却处理工序、（4) 本发明的锻造方法的锻造处理工序、（5)时效硬化处理工序。
[0040] (1)均质化处理工序
[0041] 该工序中进行下述处理：使Be(或Be化合物）固溶在Cu基质中，生成在晶粒中不 产生位错的铜合金。具体而言，由高频熔炉将以Cu 1Q(l_(a+b)BeaC〇b(0· 4%兰a兰2. 0%，0· 15% 兰 b 兰 2.8%，a+b 兰 3.5% )的质量比或者以 Culcl(l_(c+d)BecNid(0.05% 兰 c 兰 0·6%，1·0% 兰d兰2. 4*%，c+d兰3. 0 *% )的质星比构成的铜合金溶融，制作铸块。此时，作为杂质的 Fe、S、P以质量比优选限制在不足0.01%。通过将所得的铸块在固溶温度区间（700°C? 1000°C的范围内）经过规定的保持时间（1小时?24小时）加热保持，将铸造时非平衡性 地生成的偏析等对后续工序有不利影响的不均匀组织除去而均质化。然后，将所得的铸块 加工成所希望大小的长方体形状的铜合金（块体）。还可以通过切削来除去在铜合金表 面形成的氧化膜。块体可以是具有沿着相互正交的3个轴（X、Y、Z轴）方向延伸的边的 长方体。该块体优选是各边（X边、Y边、Z边）的长度比为 X:y:z(其中，满足x<y<z、 I. 03x兰y兰I. 49χ、1· 06x兰z兰2. 22x、z = (y/x)2x)的长方体形状（参照后述图5)。此 夕卜，更优选此时是满足I. IOx兰y兰1. 20χ、1· 21x兰z兰I. 44x的长方体形状。
[0042] (2)固溶化处理工序
[0043] 在该工序中进行下述处理：将由均质化处理所得到的块体在固溶温度区间 (700°C?KKKTC的范围内）经过规定的固溶保持时间（1小时?24小时）加热保持，使 Be (或Be化合物）固溶在Cu基质中。固溶化处理工序后，对于该块体，还可以进行在过时 效温度区间（550?650°C的范围）保持规定的时间（2?6时间）的过时效处理。这样，可 认为能够使铜合金的析出粒子成长到对之后的各制造工序不产生不良影响的程度的大小 (例如平均粒径1 μ m左右）。此外，固溶化处理和过时效处理可以各自独立（不连续）地 处理，也可以连续处理。通过该过时效处理，适度析出的粒子发挥良好的作用，连内部都能 效率高地得到均匀地变形的效果。通过该处理抑制了横穿多个晶粒那样的剪切带组织的生 成，因而没有开裂、破坏等的产生，因此能够得到由表面至内部能够保持均匀的硬度、疲劳 寿命优良、难以产生加工应变的铜铍块体。
[0044] (3)冷却处理工序
[0045] 在该工序中，将进行了固溶化处理的块体经过水冷、空气冷却或放置冷却来冷 却，使得铜合金的表面温度达到例如20°C以下。冷却速度根据块体的大小而不同，但优选 为-100°C /s以上（优选-200°C /s以上）。
[0046] (4)锻造处理工序
[0047] 在该工序中，将冷却后的块体作为工件W，冷却散热的同时从长方体的相互正交的 X轴、Y轴、Z轴方向进行锻造处理。在该锻造处理工序中包括例如将矩形六面体（长方体） 的第1形状的工件W载置在锻造用模具20的工件空间45中的载置工序和通过使载置的工 件变形为矩形六面体的第2形状而对工件W施加塑性应变的加工工序，并将载置工序和加 工工序进行2次以上。图4是显示本发明的锻造方法的一例的说明图，图4(a)是载置工 序、图4(b)是加工工序、图4(c)是顶出工序、图4(d)是取出工序的说明图。图5是基于本 发明的锻造方法的工件组织的变化的说明图。在该锻造处理工序中，反复进行将工件W装 入工件空间45、加压变形、顶出、取出的处理。此外，在使用锻造用模具20时，优选在工件W 的表面、形成工件空间45的壁部54、58等使用润滑剂。即，可以在工件W与锻造用模具20 之间存在润滑剂的状态下进行锻造处理。作为润滑剂，可以使用例如凝胶体（金属皂等）、 粉末（MoS 2、石墨等）、液体（矿物油等）。
[0048] 载置工序（图4(a))中，使用体积比符合规定关系的工件W，所述体积比为工件 空间45的体积相对于工件W的体积之比。例如，优选该体积比为1. 20以上3. 50以下的 范围的工件W和工件空间45,更优选1.22以上2. 20以下的范围。此外，在将工件W的各 边（X边、Y边、Z边）的长度比设为x:y: z时，该工件空间45与工件W的体积比优选满足 (7八）\(2/>)\2(1+〇)/2(其中，1<7< 2、0<〇兰0.5)，以上模压头22从工件1的 上表面压入（z-x)的量为加压量。即，在将工件W的各边（X边、Y边、Z边）的长度比设为 x:y:z (其中，X < y < z)的长方体形状时,工件空间45优选为y:z:z (l+α )的长方体形 状。此时，工件W优选为各边（X边、Y边、Z边）的长度比x:y: ζ满足I. IOx兰y兰I. 20χ、 1·21χ兰ζ兰L44x、z = (y/x)2x的长方体形状。此外，α也称为顶面系数。这里，"压入 (z-x)的量"包括压入对（z-x)加上了规定的差量（margin)的量。例如，由于材料的热膨 胀、装置整体的刚性、模具的尺寸公差等，实际的压入量有时会比设定值小。这里，包括将上 模压头22从工件W的上表面压入（ζ-χ·β)的量。该修正系数β是机械公差的修正系数， 包括基于热膨胀部分的压入量的变动值、装置整体的刚性（弹性变形）部分的变动值、模具 等的尺寸公差，例如可以为l.〇±〇. 05。该修正系数β为0.05的值，是由钢材的热膨胀系 数为约12X10_6/°C、上升KKTC时线膨胀0. 12%而求出的作为50倍膨胀率的经验值。此 夕卜，基于工件W的弹性变形部分的反弹（回弹），实际的压入量有时也会比设定值小。例如， 作为弹簧材而使用的工件W等的上述修正系数有时会比I. 0±0. 05大，因此，可以基于所用 的材料来适当设定该修正系数。图5是工件空间45与工件W的体积比的说明图，图5(a) 是在工件空间45中放入工件W的俯视图，图5 (b)是A-A断面图，图5 (c)是工件W的立体 图。通过采用该体积比和加压量，可以自动确定1次的处理量，由于在处理后再现了与处理 前相同的各边的长度比，可以提高用于反复处理的效率。通过对该体积比和加压量的范围 进行组合，可以对工件W效率更高地施加塑性应变。此外，在载置工序中，优选在与工件空 间45的任意侧壁部的2面相接触的状态下来载置工件W。这里，优选沿着装载工件W的滑 动台座35的上表面、壁部54和壁部58这3个面来载置工件W。这样，能够抑制加工工序中 工件W的位置偏移，因而能效率更高地对工件W施加塑性应变。
[0049] 加工工序（图4(b))中，以充分的挤压力使工件W在工件空间45内变形。加工工 序中，从长方体的相互正交的X轴、Y轴、Z轴方向分别锻造。锻造的顺序优选从工件W所 具有的边中的最长边所对应的轴方向开始依次施加压力。例如，如图6所示，对以工件W的 X轴、Y轴、Z轴的顺序实施加工工序的情形进行说明。该加工工序中，加压时的工件W的表 面温度优选保持在120°C以下（更优选20?100°C的范围内）。表面温度如果超过120°C， 易于产生横穿多个晶粒那样的剪切带组织，从而产生开裂、破坏等，不再能维持加工前的形 状，因而不优选。加压压力优选为1200MPa以下。加压压力为1200MPa以下时，能够进一 步抑制在铜合金中产生横穿多个晶粒那样的剪切带组织。1次加工处理中的压下量（加工 率％ )优选为18%以上不足33%的范围内。此外，施加到工件W上的塑性应变的量（形变 量，ε)优选为0.2以上0.36以下的范围内。此外，"压下量"是加工变形量除以原始高度 而得的比例（加工率），由形变量ε = ln(l-加工率）来表示。此外，施加到工件W上的 塑性应变的形变速度优选为IXlOU)以上IXlO+1K 1)以下的范围，更优选IXlOU) 以上IXlO+1 (f)以下的范围。在该加工工序中，例如优选对工件W实施下述变形：变形前 的第1形状的工件W与变形后的第2形状的工件的X、Y、Z轴的长度不同，但第1形状与第 2形状为相同形状。即，优选工件W的各边的比在变形前和变形后都保持为l:e:f。这样， 可以对于各轴方向施加均等的塑性应变。
[0050] 顶出工序（图4(c))中，进行如下处理：使滑动台座35沿滑动槽32滑动，形成连 通空间33后，由上模压头22从上方加压，将工件空间45内的工件W顶出到连通空间33中。
[0051] 取出工序（图4(d))中，进行将顶出的工件W从连通空间33取出的处理。例如， 从拆除了滑动台座35的空间，通过挤出棒等将工件W挤出到贯通孔34(参照图2)并取出。 此时，优选对取出的工件W进行冷却。冷却方法可以是空气冷却、水冷、放置冷却等任意方 法，但考虑到反复作业的效率性和能耗，更希望通过水冷来冷却。冷却优选使通过加压而从 铜合金产生的热铜合金的表面温度为20°C以下来进行。
[0052] 该锻造处理工序中，将载置工序、加工工序、顶出工序及取出工序进行至规定的加 压次数。这里，"加压次数"是指以从各轴（X轴、Y轴、Z轴）方向的任一方向对工件W施加 压力时记为1次而统计出的次数。此外，"规定的加压次数"是指对铜合金施加的塑性应变 量的累积值（累积形变量，ε total)达到例如1. 8以上，更优选4. 0以上时的次数。
[0053] (5)时效硬化处理工序
[0054] 该工序中，进行如下处理：将锻造处理后的工件W(铜合金）在析出温度区间 (200°C?550°C的范围内）保持矩形铜合金的规定的时效硬化时间（1小时?24小时），从 而使铜合金中所含的Be (或Be化合物）析出硬化。这样，可以制造进一步提高了硬度等特 性的铜铍合金。
[0055] 根据以上说明的实施方式的锻造方法，由于在锻造用模具20的工件空间45对工 件W进行加压变形，可以进一步确保形状稳定性。此外，由于锻造用模具20具有多个模部 件嵌入到外模50的内周的结构，因此，例如可以通过多个模部件将在对工件W加压时施加 到内模50的应力更加均等地分散向外周侧，能够进一步抑制模具的破坏等。因此，可以进 一步抑制例如模具的交换等，进而可以效率更高地实施工件的锻造处理。此外，内模50由 在角部46各自分离的多个模部件形成，因而能够防止模具在承受应力的工件空间45的 角部46产生开裂，进而可以效率更高地实施工件的锻造处理。而且，使滑动台座35滑动， 则会形成从工件空间45连通到外部的空间，因此，易于将加工后的工件W从连通空间33 取出，因此可以效率更高地实施工件的锻造处理。进而，在载置工序中，优选使用下述工 件：工件空间45与工件W的体积比为（y/x) X (z/y) Χζ(1+α )/z (其中，满足X < y < z、 I. IOx 兰 y 兰 I. 20χ、1· 21x 兰 z 兰 I. 44x、z = (y/x)2x、0 < α 兰 〇· 5)的范围，以上模压头 22从工件W的上表面压入（ζ-χ)的量为加压量。通过采用该体积比和加压量，可以自动地 确定1次的处理量，处理后再现与处理前相同的各边的长度比，因而用于反复处理的效率 高。通过该体积比和加压量的组合，可以效率更高地实施工件的锻造处理。而且，在加工工 序中，对工件W进行第1形状的工件W和第2形状的工件W的X、Y、Z轴的长度不同但第1 形状和第2形状为相同形状的变形，因而可以对各轴施加均等的塑性应变。而且，此外，力口 工工序中，由于使工件W在加工率为18%以上不足33%的范围内变形，可以效率更高地实 施工件的锻造处理。且进一步，工件W是含有Be和Cu的合金，因此适用本发明的意义高。 进而，由于具有在第2下模36上安装模具单元40的结构，因此易于进行模具单元40的交 换，对各种形状的工件W可以效率更高地实施锻造处理。
[0056] 此外，本发明不受上述实施方式的任何限定，应该理解，只要属于本发明的技术范 围，能够以各种方式实施。例如，可以在块体的工件的各面、与之相接的各模具的表面涂布 润滑剂。此时的润滑剂可以根据需要选择为凝胶状、粉末状、液状等。此时，更优选选择导 热性高、不妨碍将从工件W产生的加工热热传导至内模的润滑剂。
[0057] 例如，在上述实施方式中，使用了具有形成有凸部52、凹部56的多个模部件的锻 造用模具20,但不特别限定于此，也可以使用图7、8所示的锻造用模具20B。图7是锻造用 模具20B的平面图和断面图，图8是锻造用模具20B的立体图。锻造用模具20B具有由形 成为相同形状的4个模部件51B组合而成的内模50B。此外，该锻造用模具20B中，省略了 外模41，是第2下模36相当于本发明的外模的结构。即使如此，可以将在对工件W加压时 施加到内模50B的应力通过多个模部件51B更均等地分散向外周侧，可以进一步抑制模具 的破坏等，进而可以效率更高地实施工件的锻造处理。此外，可以在模部件51B的任意位置 形成凸部52、凹部56。
[0058] 或者，在上述实施方式中，使用具有由多个模部件构成的内模50的锻造用模具 20,但不特别地限定于此，也可以使用图9、10所示的锻造用模具20C。图9是锻造用模具 20C的平面图和断面图，图10是锻造用模具20C的立体图。锻造用模具20C省略了外模41， 具有没有被分割的内模50C。即使如此，由于使用锻造用模具20C在长方体形状的工件空 间45对工件W进行加压变形，可以进一步确保形状稳定性，进而可以效率更高地实施工件 的锻造处理。
[0059] 上述实施方式中，具有以多个模部件嵌入到外模41的内周的状态形成工件空间 45的内模50,但不特别限定于此，也可以为组装到不是圆周的外模的内部。此外，上述实施 方式中具有在角部46各自分离的多个模部件，但可以在角部46各自分离，也可以在角部46 以外的部分各自分离。
[0060] 上述实施方式中，由第1下模31、模具单元40、滑动台座35及第2下模36形成下 模30，但不特别限定于此，还可以添加其他部件，也可以省略这些中的任1个以上。例如，上 述实施方式中具有滑动台座35,但也可以不具备滑动台座35。
[0061] 上述实施方式中，在锻造处理工序中，在取出工件W后进行冷却，但不特别限定于 此，也可以采用图11所示的锻造用模具20D，在锻造处理中实现工件W的冷却。图11是锻 造用模具20D的平面图和断面图。该锻造用模具20D具有形成工件空间45的底面的第1 下模31 (基部），在该第1下模31中，在工件空间45的附近形成流通冷却介质的流通通路 34D。在工件W的加工变形时有时会发生温度上升，但这样可以冷却工件W而进一步抑制其 破坏等，进而可以效率更高地实施工件的锻造处理。
[0062] 虽然在上述实施方式中没有特别说明，但如图12、13所示，还可以是具有形成工 件空间的底面的基部、形成于基部部分并对工件空间中夹着的工件的底面进行挤压而使工 件上浮的上浮机构的锻造用模具。此时，上浮机构还可以形成在作为基部的滑动台座35 上。图12是具有上浮机构60的锻造用模具20E的说明图，图12(a)是在图4(b)的加工工 序后的说明图，图12(b)是使工件W上浮的说明图，图12(c)是顶出工件W的说明图。该上 浮机构60形成在滑动台座35上，具有挤压工件W的底面的上浮部件61和操作上浮部件61 的移动的操作棒62,在滑动台座35中形成有插入操作棒62的操作空间63。在滑动台座35 中，在形成工件空间45的区域内，形成有上表面侧的开口面积较大的擂钵状开口部，操作 空间63与该开口部连通并形成在滑动台座35的滑动方向上。该操作空间63形成为从滑 动台座35的外部连通至上浮部件61的下方。上浮部件61形成为在嵌在上述擂钵状的开 口部的状态下，其上表面构成滑动台座35的上表面的一部分。在该上浮部件61的下方配 置有齿轨64。操作棒62插入到操作空间63并形成为达到上浮部件61的下方的长度，在其 前端配置有齿轮65。上浮机构60中，在该齿轮65与齿轨64咬合的状态下，如果旋转齿轮 65则上浮部件61上下移动（参照图12(a)的局部示意图）。操作者使用该锻造用模具20E 在进行对工件W进行加压变形的加工工序之后（图12 (a))，操作操作棒62使上浮部件61 上下移动（图12(b))。例如，如果进行图4(b)的加工工序，工件W与滑动台座35压接在一 起，有时工件W不能顺利地取出。这里，通过具有上浮机构60,并通过上浮部件61的上下 移动可以将工件W向上方稍微上推。由此，与滑动台座35压接的工件W脱离，能够顺利地 进行拆除滑动台座35并将工件W从连通空间33取出的顶出工序（图12(c))。此外，上浮 机构60只要构成为上浮部件61上下移动，就不限于上述齿轨与齿轮的结构，可以通过例如 锥齿轮、涡轮等动作方向转变装置，进而通过借由油压的上下移动机构来上推上浮部件61。 此外，图12中，还可以采用在操作棒62的前端、上浮部件61的下部附近设置支点，使用操 作棒利用杠杆原理来上推上浮部件61的结构。即使如此，与滑动台座35压接的工件W脱 离，也能顺利地进行拆除滑动台座35并将工件W从连通空间33取出的顶出工序。
[0063] 或者，如图13所示，还可以在工件W下表面排出压缩空气、压缩气体来使工件W从 滑动台座35上浮。图13是具有上浮机构70的锻造用模具20F的说明图，图13(a)是图 4(b)的加工工序后的说明图，图13(b)是使工件W上浮的说明图，图13(c)是顶出工件W的 说明图。
[0064] 该上浮机构70形成在滑动台座35中，具有形成有多个喷射口 76并通过流体（例 如，气体、液体）来挤压工件W的底面的上浮部件71、以及与上浮部件71连接并形成有将 流体输送至喷射口 76的流通孔75的流通管72。此外，滑动台座35中形成有插入流通管 72的操作空间73。在形成工件空间45的滑动台座35的上表面，形成有圆柱形的开口部， 操作空间73与该开口部连通并形成在滑动台座35的滑动方向上。该操作空间73形成为 从滑动台座35的外部连通至上浮部件71的下方。上浮部件71形成为在插入到上述开口 部的状态下，其上表面构成滑动台座35的上表面的一部分。此外，在滑动台座35的开口部 与上浮部件71之间，形成有使由流通孔75供给的流体排出的排出空间74。流通管72插 入到操作空间73中并连接到上浮部件71的下方。在上浮机构70中，从流通孔75连通到 喷射口 76,如果从流通孔75供给作为流体的压缩气体，则该压缩气体从上浮部件71的喷 射口 76挤压工件W的底面。操作者使用该锻造用模具20F进行对工件W进行加压变形的 加工工序后（图13 (a))，由流通管72供给压缩气体，从上浮部件71的喷射口 76排出压缩 气体（图13(b))。这样，通过来自上浮部件71的压缩气体可以将工件W向上方稍微上推。 此外，从喷射口 76排出的气体经过排出空间74由操作空间73排出至外部。这样，与滑动 台座35压接的工件W脱离，可以顺利地进行拆除滑动台座35并将工件W从连通空间33取 出的顶出工序（图13(c))。此外，上浮机构60、70只要能够挤压工件W的底面，也可以形成 在第1下模31 (基部）。此外，上浮机构60、70只要是能够使滑动台座35与工件W分离的 机构，也可以采用上述以外的结构。
[0065] 上述实施方式中，作为含有Be和Cu的合金来说明工件W，但还可以将与含有Be 和Cu的合金同样的加工硬化性高且高强度的含有Ni、Sn和Cu的铜合金、含有Ti、Fe和 Cu的铜合金、含有Ni、Si和Cu的铜合金等作为工件W来实施上述的工序。在使用该合金 时，根据元素、组成的选择范围的不同，均质化处理工序、固溶化处理工序以及时效硬化处 理工序的温度和时间有时会与含有Be和Cu的合金不同，但仍可以实施上述的锻造处理工 序。或者，还可以以高纯度铜（例如4N-Cu)作为工件W来实施上述的工序。此外，在想 要适用于铜合金以外时，在上述锻造处理工序中，对于镁合金（AZ31、Mg-Al-Zn-Mn系合金 等）、钢铁材料（Fe-20Cr、SUS304等），可以是工件空间45与工件W的体积比为（y/x) X (z/ y) Χζ(1+α)/ζ(其中，满足 x < y < z、I. 22x 兰 y 兰 I. 49x、I. 49x 兰 z 兰 2· 22x、z = (y/ x)2x、〇< α兰〇. 5)的范围。进而，在铝合金（7475A1、A1-Zn-Mg-Cu系合金等）中，还可 以是工件空间45与工件W的体积比为（y/x) X (z/y) Xz (1+α )/z (其中，满足X < y < z、 1. 〇3x 兰 y 兰 I. 06x、I. 06x 兰 z 兰 I. 12x、z = (y/x)2x、0 < α 兰 〇· 5)的范围。此夕卜，使用 该合金时，在加工工序中，可以在加工率为6%以上不足55%的范围内使所述工件变形。
[0066] 实施例
[0067] 以下说明使用锻造用模具20具体研究锻造处理工序的例子。需要说明的是，实验 例1?13、23?32相当于本发明的实施例，实验例14?22相当于比较例。
[0068] 作为块体，制作以Cu1QQ_(a+b)BeaCo b(a =1.8%，b = 0.2%)的质量比构成的铜合 金以及以Cu1QQ_(e+d)BeeNi d(c = 0. 2%, d = 1. 8% )的质量比构成的铜合金。均质化处理工 序中，以840°C、4h进行处理,加工成6CtamX 66謹X 73謹（1:1. 1:1. 21)的形状。固溶化处理 中，以800°C、lh进行处理，以约50°C /s急冷所得的块体作为工件W。锻造处理工序中，工 件空间 45 和工件 W 的体积比设为（66/60) X (73/66) X {(73/66)+0. 5mm} = L 1X1. 1X1. 6 =1.936,以加工率为18% (1次形变量0.2)、形变速度为约1X10°(?Γ1)、全形变量Σ ε为 2. 4、规定的加压次数为12的条件进行。这里，首先对于基于锻造的硬化进行研究。以由锻 造用模具20对Cu-Be-Co系铜合金进行锻造处理的工件W为实施例1，以未进行锻造的工件 为比较例1。此外，以由锻造用模具20对Cu-Be-Ni系铜合金进行锻造处理的工件W为实施 例2,以未进行锻造的工件为比较例2。作为润滑剂，涂布NOK Klueber公司制造的SEALUB 制品。
[0069] 图14是实施例1的组织的放大照片。图14(a)中显示电子显微镜（SEM)照片，可 知如果增加全形变量Σ ε，则铜合金的组织变得更细微。此外，图14(b)显示光学显微镜 (比较例1)及SEM (实施例1)的组织观察照片，可知使用锻造用模具20锻造的实施例1的 铜合金的组织与未进行锻造处理的比较例1相比更细微。此外，对于实施例2及比较例2 也是同样的结果。
[0070] 图15是铜合金块体的超声波探伤试验的测定结果，图15 (a)是锻造前的块体的测 定结果（比较例1)、图15(b)是锻造后的块体的测定结果（实施例1)。该测定中，对于一 边为IOOmm的立方体形状的块体的表面层进行切削，加工成一边为70mm的立方体后，对该 块体发送超声波。如图15(a)所示，未进行锻造处理的块体中，显示了厚度70mm的底面回 声的峰，但在厚度140mm附近，没有出现因多重反射而产生的回声的峰（峰消失）。这表明 该块体的内部组织粗大且不均匀。此外，如图15(a)所示，由于波形中噪音多，因而也推测 块体的内部组织粗大且不均匀。另一方面，如图15(b)所示可知，在试验实施例的块体时， 显示了厚度70mm的底面回声的峰的同时，在140mm附近也显示了由双重反射而产生的回声 的峰。这表明，超声波没有因铍铜锻造块体的内部组织而紊乱、衰减。与图15(a)所示的情 形相比，整体波形中也没有出现噪音，由此推测内部组织更加致密、均匀。
[0071] 实验例1?22
[0072] 接着，研究使用锻造用模具20的锻造处理。使工件的形状、体积比、加工率等如 表1、2所示般改变，由其外形来评价锻造前后的形状、直线性、最大尺寸差等。以与上述同 样的工序，制造以Cu 1QQ_(a+b)BeaCob(a = I. 8%, b = 0. 2% )的质量比构成的铜合金以及以 Cu1(l(l-(e+d)BeeNid(c = 0. 2%, d = 1. 8% )的质量比构成的铜合金。此夕卜，表1中，对于短边 X、中边y、长边z，表示为以短边X标准化为1时的各边的长度。
[0073] 实验例23?32
[0074] 此外，制作以Cu9U5Bea35Ni h8的质量比构成的铜合金、以Cu78Ni15Sn7的质量比构成 的铜合金、以Cu 9a9Ti3Feai的质量比构成的铜合金、以Cu89Ni 9Si2的质量比构成的铜合金、镁 合金（AZ31)、以Fe8tlCr 2tl的质量比构成的钢铁、SUS304、铝合金（7475A1)等来进行研究。
[0075] 形状评价
[0076] 形状评价是用目测来判断是否有裂纹、角部是否为圆角等，形状良好的评价为〇、 有裂纹、角为圆角的评价为X。此外，直线性是指6个面是否各面都保持为平面，通过目视 尺子与平面接触时有无间隙来判断，没有间隙的评价为〇、有间隙的评价为X。此外，最大 尺寸差是测量锻造前后的各边的尺寸（长度）的差异的最大值，锻造前后最大尺寸差为2% 以下的评价为〇，超过2%的评价为X。此外，表1、2中显示的是Cu-Be-Co合金的结果，但 对于Cu-Be-Ni合金也是同样的结果。
[0077] 表2中显示各工件的锻造处理结果。如表2所示，长边z、中边y相对于短边X不 太长的实验例14、15,长边z、中边y相对于短边X比较长的实验例16、17中，形状稳定性 差。此外，累积形变的循环数少的实验例18、循环数多的实验例19中，形状稳定性差。此 夕卜，表示顶面间隔（gap)的顶面系数α大的实验例20中，结果良好，但直至锻造开始，上 模压头的下降花费时间，不能说生产效率良好。此外，没有顶面系数α的实验例21中，会 有因上模压头插入时的晃动而引起摇晃的可能，未进行锻造。此外，不使用锻造用模具20 而进行自由锻造的实验例22中，形状稳定性极为不好。图16是进行自由锻造的样品（实 验例22)的外观照片，图17是实验例1?13的外观照片。可知，在自由锻造中，如果进行 反复加压变形，则长方体形状的平面会变成曲面，而与此相对，经过锻造用模具20来进行 锻造的实验例1?13的样品中，即使进行反复加压变形，也能维持长方体形状。如表1、 2所示，Cu-Be合金中，顶面系数α为〇. 01?〇. 5、短边X:中边y:长边ζ (X < y < ζ)中 I. IOx兰y兰L 20χ、1· 21x兰z兰I. 44x、体积比为L 22?2. 16的样品，显示出了良好的 形状维持性。此外，对于上述实验例1?22进行锻造处理后实施时效硬化处理，结果为， 对于实验例1?13,与实验例14?22相比，基于JISZ2244的方法测定的维氏硬度、基于 JISZ2241的方法测定的拉伸强度等提高。
[0078] 此外，如表1、2所示，镁合金（AZ31)、钢铁材料（Fe-20Cr、SUS304)中，顶面 系数 α为〇· 01?〇· 5，短边X:中边y:长边z (X < y < z)中I. 22x兰y兰I. 49x、 I. 49x兰z兰2· 22x，体积比为L 505?3. 330,显示出良好的形状维持性。此外，铝合 金（7475A1)中，顶面系数α为〇. 01?〇. 5、短边X:中边y:长边z(x < y < z)中 I. 03x兰y兰L 06χ、1· 06x兰z兰I. 12x，体积比为L 07?L 68,显示出良好的形状维持 性。
[0079] 表 1
[0080]
【权利要求】
1. 一种锻造方法，包括载置工序和加工工序， 所述载置工序中，将矩形六面体的第1形状的工件载置到锻造用模具的用于装入工件 的工件空间，所述工件空间由矩形的平面即壁部所形成并具有矩形的开口部； 所述加工工序中，通过使所述载置的工件变形为矩形六面体的第2形状来对该工件施 加塑性应变， 进行2次以上所述载置工序和所述加工工序。
2. 如权利要求1所述的锻造方法，所述锻造用模具具有外模和内模，所述外模具备圆 形的开口部并形成有该圆的内周面，所述内模在将组合的多个模部件嵌入到所述外模的内 周的状态下形成所述工件空间。
3. 如权利要求1或2所述的锻造方法，所述锻造用模具的所述内模由通过所述工件空 间的2个面所形成的角部各自分离的所述多个模部件形成。
4. 如权利要求1?3任一项所述的锻造方法，所述锻造用模具具有形成所述工件空间 的底面且可滑动的台座部，当使所述台座部滑动时，形成从所述工件空间连通到外部的空 间。
5. 如权利要求1?4任一项所述的锻造方法，所述锻造用模具具有形成所述工件空间 的底面的基部，在所述基部形成有流通冷却介质的流通通路。
6. 如权利要求1?5任一项所述的锻造方法，所述载置工序中，所述工件及所述工件空 间为，所述工件空间的体积相对于所述工件的体积之比的体积比为1. 20以上3. 50以下的 范围。
7. 如权利要求1?6任一项所述的锻造方法，所述载置工序中，在将工件各边即X 边、Y边、Z边的长度比设为x:y:z时，所述工件空间与所述工件的体积比为（y/x) X (z/ y)Xz(l+a)的范围，其中，满足 χ < y < z、1· 03x 兰 y 兰 1· 49x、1· 06x 兰 z 兰 2· 22x、z = (y/x)2x、0 < a 兰 〇· 5， 所述加工工序中，从工件的上表面进行压入（z-x)的量的加压。
8. 如权利要求7所述的锻造方法，所述载置工序中，满足1. 10x = y = 1.20x、 1. 21x兰z兰1. 44x的范围。
9. 如权利要求1?7任一项所述的锻造方法，所述加工工序中，在加工率为6 %以上不 足55 %的范围，使所述工件变形。
10. 如权利要求1?6及8任一项所述的锻造方法，所述加工工序中，在加工率为18 % 以上不足33 %的范围，使所述工件变形。
11. 如权利要求1?6、8及10任一项所述的锻造方法，所述工件为含有Be和Cu的合 金。
12. 如权利要求1?11任一项所述的锻造方法，所述加工工序中，所述第1形状的工件 与所述第2形状的工件的X、Y、Z轴的长度不同，但对所述工件进行变形使得该第1形状与 第2形状变为相同形状。
13. -种锻造用模具，其为通过从矩形六面体的第1形状的工件变形为矩形六面体的 第2形状的工件而对该工件施加塑性应变的锻造方法中所使用的锻造用模具， 所述锻造用模具具有外模和内模， 所述外模具备圆形的开口部并形成有该圆的内周面， 所述内模在将组合的多个模部件嵌入到所述外模的内周的状态下形成用于装入所述 工件的工件空间，该工件空间具有矩形的开口部，并通过矩形的平面即壁部形成所述工件 空间。
14. 如权利要求13所述的锻造用模具，所述内模由通过在所述工件空间的2个面所形 成的角部各自分离的所述多个模部件形成。
15. 如权利要求13或14所述的锻造用模具，所述锻造用模具具有形成所述工件空间的 底面且可滑动的台座部， 当使所述台座部滑动时，形成从所述工件空间连通到外部的空间。
16. 如权利要求13?15任一项所述的锻造用模具，所述锻造用模具具有形成所述工件 空间的底面的基部， 在所述基部形成有流通冷却介质的流通通路。
17. 如权利要求13?16任一项所述的锻造用模具，所述锻造用模具具有： 形成所述工件空间的底面基部，和 形成于所述基部，并对在所述工件空间中夹着的所述工件的底面进行挤压而使该工件 上浮的上浮机构。
【文档编号】C22C9/00GK104245180SQ201380016353
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年3月14日 优先权日:2012年3月27日
【发明者】三浦博已, 村松尚国 申请人:日本碍子株式会社, 国立大学法人电气通信大学