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1. 发明专利

TWI320004B 熱鍛造零件之冷卻方法及其裝置，暨熱鍛造零件之製造方法失效
简体标题：热锻造零件之冷却方法及其设备，暨热锻造零件之制造方法
公开(公告)号：TWI320004B
公开(公告)日：2010-02-01
申请号：TW096150705
申请日：2007-12-28
申请人：杰富意鋼鐵股份有限公司
发明人：長谷和邦 , 木村秀途 , 豊岡高明
IPC分类号： B21K , C21D
CPC分类号： B21K29/00 , B21K1/12 , B21K1/40 , C21D1/667 , C21D9/30 , F16C3/08 , F16C2220/46
摘要：本發明在藉由熱鍛造而以鋼材製造具有凸緣部的軸零件時，提供一種熱鍛造零件，可賦予凸緣部良好的冷加工性，且賦予凸緣部與軸部之邊界部高疲勞強度。冷卻具有凸緣部與軸部的熱鍛造零件時，在熱鍛造該熱鍛造零件之中或熱鍛造之後，支撐該熱鍛造零件使上述軸部的軸方向朝向上下方向，從上述凸緣部的下側，朝凸緣部與軸部的邊界部，局部性地噴以冷媒。【創作特點】有鑑於上述實情，期待疲勞強度及冷加工性均優異的熱鍛造零件，相較於依習知法所獲得鍛造物，可因應隨鍛造物的輕量化與小型化而增大之應力而提高疲勞強度，且於熱鍛造後施行切削加工之際，對不需要疲勞強度的部分，當然亦包括就該部分以外的其他部分處在內，能具有良好的切削性，而可輕易施行精切削加工。此為上述專利文獻1或2所記載的設備所難以實現。
尤其以汽車輪轂所代表之具有凸緣的軸零件，因為其使用狀態下的反覆負荷於凸緣的頸根部(即凸緣與軸部的邊界區域)為最大，因而提高該邊界區域之疲勞強度最為有效。另一方面，此種零件亦以熱鍛造、亞熱鍛造或溫鍛造等方式大致成形為零件形狀之後，再以切削等冷加工而獲得最終產品，因而要求熱鍛造後的冷加工性。當然，對凸緣部亦施行冷加工。針對並不要求疲勞強度的凸緣部，與其使其高強度化，提高其冷加工性將更有助益。尤其上述汽車的輪載，通常對零件的幾乎整面均施行車削加工，對凸緣部更以切削鑽穿螺栓孔，因而提升凸緣部的冷加工性，對延長切削刀具壽命特別有效。
緣是，本發明之目的在於提供熱鍛造零件之冷卻方法及其裝置、以及熱鍛造零件之製造方法，於藉熱鍛造而以鋼材製造具有凸緣部的軸零件之際，可提升凸緣部與軸部之邊界部的疲勞強度，且可對凸緣部賦予良好的冷加工性。
發明者等發現當利用熱鍛造製造具有凸緣部的軸零件之時，於形成具有凸緣部與軸部的形狀之後，局部冷卻凸緣部與軸部的邊界部，便可獲得邊界部疲勞特性優異、且冷加工性優異之具有凸緣部的熱鍛造零件。例如若局部冷卻凸緣部與軸部的邊界部後淬火，在淬火後，利用來自凸緣部等非局部冷卻區域的回熱而產生自行回火之作用，可獲得疲勞強度優異的邊界部、與冷加工性優異的凸緣部。
再者，在大致形成具有凸緣部與軸部之形狀後，局部冷卻凸緣部與軸部的邊界部，降低邊界部的溫度至較低於凸緣部，再施以鍛造，可使邊界部的鋼組織形成為較其他部分的鋼組織更細微化且高強度化，結果亦可獲得疲勞強度優異的邊界部、與冷加工性優異的凸緣部。
此處，在冷卻上述邊界部之際，將凸緣部保持於高溫狀態，此為保持凸緣部之冷加工性的重點。而，就在保持凸緣部為高溫之狀態下有效冷卻邊界部的方法，發現若在將軸部的軸方向保持為朝上下方向之狀態，而從凸緣部下側朝邊界部噴出冷媒，則冷媒在碰抵邊界部之後朝下側流落，冷媒便不會流至凸緣部，遂完成本發明。
即，本發明主要構成如下所述：(1)一種熱鍛造零件之冷卻方法，於冷卻具有凸緣部與軸部的熱鍛造零件之際，在熱鍛造該熱鍛造零件之中或熱鍛造之後，使上述軸部的軸方向朝向上下方向而支撐熱鍛造零件，從上述凸緣部的下側朝凸緣部與軸部的邊界部局部噴冷媒。
(2)一種熱鍛造零件之冷卻裝置，係用以冷卻具有凸緣部與軸部之熱鍛造零件的裝置，具備有：將該熱鍛造零件的軸部朝上下方向支撐的支撐部；以及配置於由該支撐部所支撐的熱鍛造零件之上述凸緣部下側，並對該凸緣部與軸部之邊界部噴冷媒的冷卻噴嘴。
(3)如上述(2)所記載之熱鍛造零件之冷卻裝置，其中，上述冷卻噴嘴可從熱鍛造零件周緣方向的複數部位進行上述噴冷媒之作業。
(4)如上述(3)所記載之熱鍛造零件之冷卻裝置，其中，上述冷卻噴嘴以上述軸部為中心軸而呈環狀排列。
(5)如上述(2)所記載之熱鍛造零件之冷卻裝置，其中，上述冷卻噴嘴以上述熱鍛造零件的軸部為中心軸形成環狀之1或2以上狹縫，作為上述冷媒的噴射口。
(6)如上述(2)至(5)項中任一項所記載之熱鍛造零件之冷卻裝置，其中，上述支撐部可以上述軸部為中心軸而旋轉支撐上述熱鍛造零件。
(7)一種熱鍛造零件之製造方法，對鋼材施行熱鍛造使其成形為具有凸緣部與軸部的零件，再將該成形後的零件，支撐為上述軸部的軸方向朝向上下方向，並從上述凸緣部下側對凸緣部與軸部的邊界部噴冷媒，而局部冷卻該邊界部。
另外，本發明所謂「熱鍛造」指加熱達800℃以上而鍛造的步驟。
根據本發明，當以熱鍛造製造具有凸緣部與軸部之零件時，可使凸緣部與軸部的邊界部具有高疲勞強度，且可使凸緣部具有良好的冷加工性。
简体摘要：本发明在借由热锻造而以钢材制造具有凸缘部的轴零件时，提供一种热锻造零件，可赋予凸缘部良好的冷加工性，且赋予凸缘部与轴部之边界部高疲劳强度。冷却具有凸缘部与轴部的热锻造零件时，在热锻造该热锻造零件之中或热锻造之后，支撑该热锻造零件使上述轴部的轴方向朝向上下方向，从上述凸缘部的下侧，朝凸缘部与轴部的边界部，局部性地喷以冷媒。【创作特点】有鉴于上述实情，期待疲劳强度及冷加工性均优异的热锻造零件，相较于依习知法所获得锻造物，可因应随锻造物的轻量化与小型化而增大之应力而提高疲劳强度，且于热锻造后施行切削加工之际，对不需要疲劳强度的部分，当然亦包括就该部分以外的其他部分处在内，能具有良好的切削性，而可轻易施行精切削加工。此为上述专利文献1或2所记载的设备所难以实现。尤其以汽车轮毂所代表之具有凸缘的轴零件，因为其使用状态下的反复负荷于凸缘的颈根部(即凸缘与轴部的边界区域)为最大，因而提高该边界区域之疲劳强度最为有效。另一方面，此种零件亦以热锻造、亚热锻造或温锻造等方式大致成形为零件形状之后，再以切削等冷加工而获得最终产品，因而要求热锻造后的冷加工性。当然，对凸缘部亦施行冷加工。针对并不要求疲劳强度的凸缘部，与其使其高强度化，提高其冷加工性将更有助益。尤其上述汽车的轮载，通常对零件的几乎整面均施行车削加工，对凸缘部更以切削钻穿螺栓孔，因而提升凸缘部的冷加工性，对延长切削刀具寿命特别有效。缘是，本发明之目的在于提供热锻造零件之冷却方法及其设备、以及热锻造零件之制造方法，于藉热锻造而以钢材制造具有凸缘部的轴零件之际，可提升凸缘部与轴部之边界部的疲劳强度，且可对凸缘部赋予良好的冷加工性。发明者等发现当利用热锻造制造具有凸缘部的轴零件之时，于形成具有凸缘部与轴部的形状之后，局部冷却凸缘部与轴部的边界部，便可获得边界部疲劳特性优异、且冷加工性优异之具有凸缘部的热锻造零件。例如若局部冷却凸缘部与轴部的边界部后淬火，在淬火后，利用来自凸缘部等非局部冷却区域的回热而产生自行回火之作用，可获得疲劳强度优异的边界部、与冷加工性优异的凸缘部。再者，在大致形成具有凸缘部与轴部之形状后，局部冷却凸缘部与轴部的边界部，降低边界部的温度至较低于凸缘部，再施以锻造，可使边界部的钢组织形成为较其他部分的钢组织更细微化且高强度化，结果亦可获得疲劳强度优异的边界部、与冷加工性优异的凸缘部。此处，在冷却上述边界部之际，将凸缘部保持于高温状态，此为保持凸缘部之冷加工性的重点。而，就在保持凸缘部为高温之状态下有效冷却边界部的方法，发现若在将轴部的轴方向保持为朝上下方向之状态，而从凸缘部下侧朝边界部喷出冷媒，则冷媒在碰抵边界部之后朝下侧流落，冷媒便不会流至凸缘部，遂完成本发明。即，本发明主要构成如下所述：(1)一种热锻造零件之冷却方法，于冷却具有凸缘部与轴部的热锻造零件之际，在热锻造该热锻造零件之中或热锻造之后，使上述轴部的轴方向朝向上下方向而支撑热锻造零件，从上述凸缘部的下侧朝凸缘部与轴部的边界部局部喷冷媒。 (2)一种热锻造零件之冷却设备，系用以冷却具有凸缘部与轴部之热锻造零件的设备，具备有：将该热锻造零件的轴部朝上下方向支撑的支撑部；以及配置于由该支撑部所支撑的热锻造零件之上述凸缘部下侧，并对该凸缘部与轴部之边界部喷冷媒的冷却喷嘴。 (3)如上述(2)所记载之热锻造零件之冷却设备，其中，上述冷却喷嘴可从热锻造零件周缘方向的复数部位进行上述喷冷媒之作业。 (4)如上述(3)所记载之热锻造零件之冷却设备，其中，上述冷却喷嘴以上述轴部为中心轴而呈环状排列。 (5)如上述(2)所记载之热锻造零件之冷却设备，其中，上述冷却喷嘴以上述热锻造零件的轴部为中心轴形成环状之1或2以上狭缝，作为上述冷媒的喷射口。 (6)如上述(2)至(5)项中任一项所记载之热锻造零件之冷却设备，其中，上述支撑部可以上述轴部为中心轴而旋转支撑上述热锻造零件。 (7)一种热锻造零件之制造方法，对钢材施行热锻造使其成形为具有凸缘部与轴部的零件，再将该成形后的零件，支撑为上述轴部的轴方向朝向上下方向，并从上述凸缘部下侧对凸缘部与轴部的边界部喷冷媒，而局部冷却该边界部。另外，本发明所谓“热锻造”指加热达800℃以上而锻造的步骤。根据本发明，当以热锻造制造具有凸缘部与轴部之零件时，可使凸缘部与轴部的边界部具有高疲劳强度，且可使凸缘部具有良好的冷加工性。

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