鍛造プレスの選択：最適な結果を得るためのトン数の計算方法

概要

型鍛造ハンマー、スクリュープレス、熱間型鍛造プレスは、鍛造業界における3大鍛造設備である。

それぞれの技術は長年にわたって開発されてきたが、独自の性能特性により、その能力は異なっている。

鍛造トン数計算

鍛造トン数とは、鍛造機械が耐えられる最大力（通常トン単位で測定）を指す。この力は、金属を塑性変形させるのに十分であり、それによって必要な鍛造品を製造することができる。

中国鍛造協会の定義によると、大型鍛造品とは、1000トン以上の油圧機械と5トン以上の自由鍛造ハンマーで生産される自由鍛造品、および6000トン以上の熱間型鍛造設備と10トン以上の型鍛造ハンマーで生産される鍛造品を指す。

実際の用途では、適切な鍛造トン数を選択するには、鍛造品のサイズ、形状、必要な変形度など、さまざまな要因を考慮する必要があります。

ここで、Pはスクリュープレスのトン数（KN）、pは型鍛造に必要な変形力（KN）、Fはフラッシュに沿った鍛造の投影面積（cm）である。²).

さらに、機器のトン数を決定するために、理論的な計算方法や経験式も使用される。

鍛造設備の性能特性と選択

1.金型鍛造ハンマー

1.1 パフォーマンス特性

金型鍛造用ハンマーは、各種金型鍛造品を中・大ロット生産するための鍛造装置です。

汎用性が高く、複数の用途に使用できる。 金型の種類 鍛造。

シンプルな構造、高い生産性、低コスト、金型鍛造プロセスへの適応性により、鍛造設備として広く使用されている。

現代の鍛造産業における鍛造ハンマーの役割は、以下の要因に依存する：

• シンプルな構造でメンテナンスコストが低い；
• 操作が簡単でフレキシブル；
• 金型鍛造用ハンマーは、予備鍛造設備が不要で、汎用性の高いマルチダイ鍛造に使用できます；
• 成形速度が速く、さまざまなタイプの鍛造品に適応できる；
• 設備投資が少ない（熱間鍛造プレスの1/4程度）。

鍛造ハンマーの主な利点は、打撃速度が速いことです。その結果、金型との接触時間が短くなり、金型に充填するために高速変形が必要な状況に最適です。

これには、薄いリブ板を持つ鍛造品も含まれる、 複雑な形状また、厳しい重量公差が要求される。

その高速かつ柔軟な操作特性により、強力な適応性を持ち、「ユニバーサル」機器と呼ばれることもある。

そのため、特に多品種少量生産に適している。

費用対効果の面では、鍛造ハンマーが最も有利である。 成形装置.

1.2 鍛造ハンマーの選び方

鍛造ハンマーの最大衝撃エネルギーは、その作業能力を決定するための最も重要なパラメータです。

必要な打撃衝撃エネルギーを選択する際には、以下の式を参考にすることができる：

e=25（3.5～6.3）kf_合計

式の中で：

• 鍛造品に必要なEストライクエネルギー（J）；鍛造品に必要なEストライクエネルギー（J）；鍛造品に必要なEストライクエネルギー（J
• K鋼タイプ係数（低炭素鋼は0.9、中炭素鋼および低炭素鋼は1 合金鋼中炭素低合金鋼は1.1、高合金構造用鋼は1.25）。
• F_合計-鍛造計画の全変形面積（スキン、フラッシュを含む）（㎝）。²)

バッチ生産で高い生産性が必要な場合、計算式では上限値の6.3が使用される。最終鍛造工程が可能で、生産性に懸念がない場合は、下限値3.5を使用する。

2.スクリュープレス

2.1 性能特性

スクリュープレスは、金型鍛造、アプセット、精密プレス、修正、トリミング、曲げ加工に適しています。

しかし、その平均的な偏心荷重の許容量は、以下のものに比べて著しく小さい。 熱間金型鍛造 プレス機と鍛造ハンマー。

そのため、多工程の加熱作業（デスケーリング、予備鍛造、トリミングなど）には適さない。

したがって、スクリュープレスを最終鍛造に使用する場合は、補助工程を行うための追加設備が必要となる。

スクリュープレスの型鍛造特性は、装置の性能によって決まる。

スクリュープレスは、型鍛造ハンマーと熱間型鍛造プレスの両方の作業特性を持つため、次のような特徴があります：

• 仕事の過程で一定のインパクトを与える；
• スライダーのストロークは固定されておらず、装置は排出装置を備えている；
• 鍛造品の成形時にスライダーとテーブルの間で受ける力は、プレスのフレーム構造で受ける。

そのため、スクリュープレスの型鍛造には次のような特徴がある：

1. スクリュープレスのスライダーは、ストローク速度が遅く、衝撃が少ないため、1つの溝で複数の変形が可能です。その結果、大きな変形加工（アプセットや押し出しなど）には十分な変形エネルギーを供給でき、小さな変形加工（精密プレスやエンボス加工など）には大きな変形力を発生させることができます。
2. スライダーのストロークが固定されておらず、突き出し装置が付いているため、フラッシュレス型鍛造や長尺棒鍛造のアプセットに適しています。押出し、トリミング工程では、金型にリミットストローク装置を付加する必要があります。
3. スクリュープレスは偏心荷重に対応する能力に限界があり、一般に単スロットの金型鍛造に使用される。ブランクは通常、他の補助装置で生産される。偏心力が小さい場合は、2つの溝を設けることも可能である。 プレス曲げ を行い、次いで最終鍛造を行うか、またはアプセット加工を行い、次いで最終鍛造を行う。

型鍛造のためのスクリュープレスの使用は、設備トン数、低い運転速度、ブランキングのための補助設備の必要性などの不利な要因によって制限される。スクリュープレスは通常、小～中型の鍛造品の小～中ロット生産に使用される。

2.2 他の金型鍛造への適応性 pレズ

スクリュープレスは打撃エネルギーで作動し、金型鍛造用ハンマーに似た作業特性を持つ。プレススライダーのストロークは調整可能で、最下点に達する前に任意の位置に戻すことができます。打撃エネルギーの量と打撃回数は、鍛造に必要な変形作業に基づいて制御することができます。

しかし、鍛造時には、鍛造の変形抵抗とベッド閉鎖システムの弾性変形が釣り合う。スクリュープレスは、熱間鍛造プレスに近い構造を持ち、ある程度の過負荷能力を持つ型鍛造装置である。

スクリュープレスの平均偏心荷重は、熱間鍛造プレスやCNC型鍛造ハンマーに比べて小さいため、単スロットの型鍛造にのみ適している。最終鍛造にスクリュープレスを使用する場合、補助工程を完了させるために追加設備が必要となる場合がある。

スクリュープレスのスライダーはストローク速度が遅く、動作頻度も低いため、1つの溝で単打ち変形を行うことしかできない。単打変形では、ブランクの中間部が大きく変形して水平方向に流れ、大きなフラッシングエッジが形成されるため、深い溝への金属充填が難しく、ハンマー鍛造に比べて折れが発生しやすくなる。特に複雑な断面形状の鍛造品では顕著である。

さらに、スクリュープレスは柔軟性に欠け、金型の寿命が短い。 a CNC 金型鍛造用ハンマー。比較的単純な形状で、要求精度が低く、変形エネルギーが大きい部品の鍛造に適している。打撃エネルギーと打撃回数は、通常、鍛造に必要な変形作業に基づいてオペレータが決定する。

しかし、スクリュープレスはCNC型鍛造ハンマーに比べ制御性能が悪く、鍛造品質が不安定で自動化が難しい。通常、小～中ロットの鍛造部品生産に使用される。

2.3 選び方 スクリュープレス

スクリュープレスのトン数を選択する計算式は以下の通りである：

1）P= p/q=（64～73）F/q

式の中で：

• P-スクリュープレス荷重（KN）
• p-型鍛造に必要な変形力（KN）。
• F鍛造品とフラッシュの投影面積（㎝）を合わせたもの。²⁾；
• (複雑鍛造品の係数は73、単純鍛造品の係数は64である。
• q-qは変形係数で、スクリュープレスの型鍛造ではストロークと変形量に分けられる。

金型鍛造のための大きな変形ストローク、変形及び変形加工を必要とする鍛造品につい ては、qの値は0.9～1.1とする。

型鍛造の変形ストロークと変形加工が小さい鍛造品では、qの値は1.3である。

変形ストロークが小さくてすむが、精密プレスのために大きな変形力を必要とする鍛造品の場合、qの値は1.6である。

2） P=（17.5～28）K-F_合計(KN）

式の中で：

• F_合計-フラッシュを含む鍛造品の総投影面積（㎝）。²)；
• K鋼タイプ係数（低炭素鋼は0.9、中炭素鋼および低炭素鋼は1 炭素合金鋼中炭素低合金鋼は1.1、高合金構造用鋼は1.25）。
• (17.5～28)-係数28は、変形が困難（押し出し変形、フラッシュエッジ変形など）で生産性が高い場合に使用する。それ以外は17.5とする。

上記の式は、二重から三重の鍛造ストロークに必要な設備トン数の計算に適用される。シングル鍛造ストロークが必要な場合は、2倍して計算する。

3.熱間金型鍛造プレス

3.1 性能特性

熱間鍛造プレスでの型鍛造の特徴は、プレスの構造設計によって決まる。次のような特長がある：

熱間鍛造プレスのフレームとクランクリンク機構の剛性が高く、運転中の弾性変形が少ないため、生産される鍛造品の精度が高い。

スライダーにはノーズ状の構造が追加され、ガイド長さが長くなり、ガイド精度が向上します。正確なガイドとガイド装置付き複合金型の使用により、熱間鍛造プレスはより高精度の鍛造品を生産することができます。各ステップの溝は、便利なインサート上に作られ、締め付けねじを使ってユニバーサル型枠に固定されるため、作業中の反動がなくなります。

プレスの作業ストロークは固定されており、1回のストロークで1つのステップが完了し、自動排出装置が付属している。

3.2 他の金型鍛造設備への適応性：

熱間金型鍛造プレスは、ストロークが一定であり、低速で動作するため、ブランクは1ストロークで所定の変形をする。しかし、このためビレット中央部の変形が大きく、水平方向に流れやすく、大きなバリが形成され、深い溝のメタルが効果的に充填されない。

さらに、鍛造品の折れ曲がりは、特に複雑な断面形状を持つ鍛造品では、ハンマリングよりも起こりやすい。

これらの課題を克服するためには、ブランキングステップを使用してブランクを所望の鍛造形状に近づける必要があり、型鍛造ステップを慎重に設計する必要がある。一方、型鍛造用ハンマーは毎分ストローク数が多く、ブランクの変形要件に合わせてハンマーの重量を制御できる。このため、長尺化や圧延などの鍛造品の操作や鍛造が容易になります。

しかし、熱間鍛造プレスでは長尺圧延や圧延加工は難しい。断面差の大きい長尺棒状ブランクの場合は、エアハンマーなど他の設備が必要となる、 ロール鍛造 ブランキングや延伸・圧延には、機械や平型鍛造機を使用しなければならない。

熱間鍛造プレスはまた、ブランクの表面、特にその端部の酸化スケールを除去するのに困難に直面し、これは鍛造品の表面に容易に押し込まれる。

これを避けるために、電気加熱や他の酸化しない加熱方法を使用しなければならない。熱間鍛造プレスはガイド装置付き複合ダイを採用し、各ステップの溝は便利なインサートで作られる。

この設計により、インサート金型のサイズはハンマーのサイズよりもはるかに小さくなり、金型材料が効果的に節約され、インサート金型の製造、使用、修理がより便利になる。

3.3 熱間金型鍛造プレスの選び方

熱間鍛造プレスのトン数は、鍛造工程終了時の最大変形抵抗に基づいて決定される。鍛造圧力(P)は、次の経験式を用いて計算することができる：

P=（64～73）KF

式の中で：

• F-フラッシュブリッジを含む鍛造品の投影面積(cm)²)；
• K-鋼タイプ係数（低炭素鋼は0.9、中炭素鋼および低炭素合金鋼は1、中炭素低合金鋼は1.1、高合金構造用鋼は1.25）。

単純な形状、大きな円形表面、低くて厚いリブ、厚い肉厚を持つ鍛造品では、複雑さ係数は小さな値を持ち、その逆は真である。

三型鍛造プレス性能比較表

三型鍛造装置の等価関係

同程度の能力を持つ鍛造設備を選定する場合、鍛造設備能力の換算関係は、25KJ型鍛造ハンマー（1トン複動ハンマー）が10,000KNの熱間鍛造プレスに相当し、これが3,500～4,000KNのスクリュープレスに相当する。

鍛造品の種類に応じて適切な鍛造プレストン数を選択するには？

適切な鍛造トン数を選択するには、まず鍛造部品のサイズと変形を考慮する必要があります。鍛造品の種類によって、必要な鍛造設備、燃料消費量、金型消費量などが異なるため、鍛造品の状況に応じてトン数を選択する必要があります。

例えば、チタン合金は鍛造工程での変形に対する抵抗が大きいため、鍛造トン数の設備を選択する際には、部品のサイズと変形に特に注意を払う必要がある。

さらに、鍛造品の等級も重要な考慮事項である。

一般に、強度と硬度の高い鍛造品は、より大きな荷重と圧力に耐えることができるので、鍛造トン数を選択する際には、鍛造品の等級も考慮に入れる必要がある。例えば、3級鋼は2級鋼よりも強度と硬度が高いため、鍛造トン数を選択すると、その加工ニーズに対応するために、より大きな設備が必要になる場合があります。

適切な鍛造トン数を選択するには、鍛造品のサイズと変形、材料等級、生産コストを総合的に考慮する必要があります。

実際には、鍛造圧力のトン数を計算し、作業スペースや設備の構造と連動して金型キャビティ位置を配置し、鍛造金型部品の全体設計を可能にすることで達成できます。これにより、鍛造品の品質が保証されるだけでなく、生産コストも効果的に管理されます。