JP2001001042A - 結晶粒微細化用金型 - Google Patents

結晶粒微細化用金型

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拓郎 御牧
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/001—Extruding metal; Impact extrusion to improve the material properties, e.g. lateral extrusion

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＥＣＡＰ法による被加工金属部材の結晶粒微
細化ために用いる金型において、製作容易で、被加工金
属部材の押出し加圧に耐える金型の提供。 【解決する手段】 入口側真直通路と出口側真直通路と
が屈曲部で連続しているトンネル状押出し通路を有す金
型の該通路に被加工金属部材を押出して通過させ、被加
工金属部材に強剪断ひずみ課すことによって被加工金属
部材の結晶粒を微細化するための金型において、金型１
は２つ割り構造であって、両型半体２、2aの突合せ面に
は、押出し通路11の軸心を含む面で該通路11を２分する
溝21、21aが形成され、各型半体２、2aの溝21、21aの屈
曲部24、24aは超硬合金上に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は、型内の屈曲通路に被加
工金属部材を押出して通過させ、強い剪断ひずみを課す
ことにより該被加工金属部材の結晶粒を微細化するため
の金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超塑性出現の重要な条件の一つとして結
晶粒微細化が挙げられる。結晶粒微細化には、いくつか
の方法があるがその１つに、ＥＣＡＰ(Equal-Channel A
ngularPressing)法と呼ばれる方法がある。これは、入
口と出口との間が１カ所で屈曲したトンネル状押出し通
路に、被加工金属部材を圧入して繰り返し通過させ、被
加工金属部材に大量の剪断ひずみを課すものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】１つのブロックに、途
中で屈曲したトンネル状押出し通路を開設することは難
しいので、出願人は、図８、図９に示す様に割型式の金
型(５)を案出した。これは一対の金型半体(51)(52)をボ
ルト(57)にて締め付け固定したものであり、一方の半体
(51)は、直交する２つの面に跨ってＬ字に延びた溝(53)
を有し、他方の半体(52)は、該Ｌ字状溝(53)に対向する
Ｌ字状溝(54)と該Ｌ字状溝(54)に連続した貫通孔(55)を
有している。両半体(51)(52)のＬ字状溝(53)(54)及び貫
通孔(55)によって、途中で屈曲した通路(56)が形成され
る。
【０００４】ところが、上記金型(５)に、通路(56)とほ
ぼ同じ太さの円柱状の被加工金属部材(６)を加圧して押
し込むと、通路(56)の屈曲部での押出し抵抗により、半
体(51)(52)が開く大きな力が作用して、ボルト(57)が破
損してしまうことが判った。本発明は、トンネル状通路
の軸心を含む面で金型を２分割することにより、上記問
題を解決したものである。
【０００５】
【課題を解決する手段】本発明の金型は、入口側真直通
路と出口側真直通路とが屈曲部で連続しているトンネル
状押出し通路を有す金型の該通路に被加工金属部材を押
し出して通過させ、被加工金属部材に強剪断ひずみを課
すことによって被加工金属部材の結晶粒を微細化するた
めの金型において、金型(１)は２つ割り構造であって、
両型半体(２)(2a)の突合せ面には、押出し通路(11)の軸
心を含む面で該通路(11)を２分する溝(21)(21a)が形成
され、各型半体(２)(2a)の溝(21)(21a)の屈曲部(24)(24
a)は超硬合金上に形成されている。
【０００６】
【作用及び効果】一対の型半体(２)(2a)の突合せ面に、
押出し通路(11)の軸心を含む面で該通路(11)をその軸心
を含む面内で２分した溝(21)(21a)を開設するのは、１
つのブロックに途中で屈曲したトンネル状押出し通路を
開設することに較べて遙かに容易であり、高い精度で加
工できる。
【０００７】又、型半体(２)(2a)は、押出し通路(11)の
押出し方向に直交する方向で分離するため、被加工金属
部材(６)に対する押出し圧力が直接には型半体(２)(2a)
を分離する方向には作用せず、従って型半体(２)(2a)を
ボルトで締め付けてもボルトを破損することを防止でき
る。又、押出し通路(11)の一番力が作用する屈曲部は超
硬合金上に形成されているため、屈曲部の型面の荒れを
防止して金型の耐久性を向上できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１に示す如く、金型(１)は、一
対の型半体(２)(2a)をボルト締めして構成され、内部に
両端が開口しＬ字状に屈曲したトンネル状押出し通路(1
1)を有している。
【０００９】図１０は、上記金型(１)の押出し通路(11)
に押し出して通過させる被加工金属部材(６)であり、実
施例の被加工金属部材(６)の材質は純銅であり、直径２
０mm、長さ１００mmの円柱体である。
【００１０】金型(１)の両型半体(２)(2a)の突合せ面に
は、上記押出し通路(11)を形成するために対称的にＬ字
状に屈曲した溝(21)(21a)を開設している。
【００１１】以下の説明では、一方の型半体(２)につい
て説明するが、他方の型半体の共通する部分について
は、数字符号にａを付加して説明に代える。
【００１２】型半体(２)のＬ字状溝(21)の両端は、型半
体(２)の直交する側面に開口しており、一方が入口(2
5)、他方が出口(26)となっている。
【００１３】図２に示す如く、Ｌ字状溝(21)は、入口側
直通溝(22)と出口側真直溝(23)が直角をなし、型半体
(２)の略中央部で両溝(22)(23)が屈曲して交差してい
る。両真直溝(22)(23)は、１／２円弧の丸底溝であり、
両溝に連続する屈曲部(24)は、型半体(２)に開設した穴
(20)に圧入した超硬合金ブロック(４)上に開設されてい
る。屈曲部(24)のコーナは、角張らず丸く形成されてい
る。
【００１４】図７に示す如く、Ｌ字状溝(21)の入口(25)
から屈曲部(24)の始端までの長さは被加工金属部材(６)
よりも約２０mm長く、溝開口幅Ｘは被加工金属部材(６)
の直径よりも０.１mm大である。屈曲部(24)の終端側の
溝開口幅Ｙは、被加工金属部材(６)の直径よりも０.０
５小さい。屈曲部(24)の終端から出口(26)までの長さ
は、被加工金属部材(６)の長さとほぼ同じ約１００mm、
溝開口幅Ｚは、被加工金属部材(６)の直径より０.０５
大である。
【００１５】上記型半体(２)の相手型半体(2a)のＬ字状
溝(21a)の寸法も同様である。Ｌ字状溝(21)(21a)の壁面
は、超精密加工により可及的に平滑に仕上げられてられ
ている。
【００１６】型半体(２)の突合せ面は、入口側直通溝(2
2)の全長と超硬合金ブロック(４)上の溝屈曲部(24)及び
出口側真直溝(23)の中間部とを包囲する矩形の当り面(2
00)と、該当り面(200)の外側の締め代面(201)が形成さ
れ、締め代面(201)は当り面(200)より０.０３mm程度低
くなっている。
【００１７】型半体(２)の突合せ面の外周縁は、入口(2
5)と出口(26)を囲んで設けた面取り不可領域(202)以外
の部分が面取りされている。面取り不可領域(202)を設
けたのは、型半体(２)(2a)を突き合わせて締め付けたと
き、入口(25)と出口(26)に突き合わせ面上の直径線に面
取りによる切り込みが生じることを避けるためである。
【００１８】型半体(２)には、超硬合金ブロック(４)の
中心を半径中心とする仮想円上に複数の締付用ネジ穴(2
7)が開設され、相手型半体(2a)には、該ネジ穴(27)に螺
合するボルトを挿通するためのボルト孔(29)が開設され
ている。大部分の締付ネジ穴(27)は、前記型半体(２)(2
a)の締め代面(201)上に開設されている。
【００１９】両型半体(２)(2a)には、Ｌ字状溝(21)(21
a)の位置合わせ用ノックピン(図示せず)を打ち込むため
のノック穴(28)(28a)が開設されている。
【００２０】型半体(２)の４隅には、型半体(２)(2a)を
分離するためのネジ孔(203)が開設されている。該ネジ
孔(203)にネジを締め込んでネジ先端で相手型半体(2a)
を押圧して、ノックピンの圧入に抗して型半体(２)(2a)
を分離できる。
【００２１】然して、型半体(２)(2a)をボルト締めし、
対向するＬ字状溝(21)(21a)によってＬ字状の押出し通
路(11)を形成する。型半体(２)(2a)は、押出し通路(11)
の入口(25)から屈曲部(24)を越えて出口(26)の途中まで
の間は当り面(200)(200a)となり、他の部分は僅か低い
締め代面(201)(201a)となっているため、ボルト締めに
より、締め代面(201)(201a)間の隙間が縮み、この縮み
分だけ当り面(200)(200a)の密着押圧度は高まり、後記
の如く被加工金属部材(６)が押出し通路(11)を無理に通
過する際に押出し通路(11)が拡がることを効果的に防止
できる。
【００２２】複数の被加工金属部材(６)を準備してお
き、１つの被加工金属部材(６)を押出し通路(11)の入口
(25)から挿入する。被加工金属部材(６)は、押出し通路
(11)の入口側真直部よりも僅か小さく、該真直部よりも
２０mm程度短いため、押出し通路(11)の屈曲部(24)に達
するまで、真直部に沈み込む。プレス機に取り付けたパ
ンチ(図示せず)を押出し通路(11)の入口(25)から突き込
んで、押出し通路(11)内の被加工金属部材(６)を加圧し
て押し込む。実施例では３５トン程度の加圧力で加圧し
た。
【００２３】被加工金属部材(６)は押出し通路(11)の屈
曲部(24)で無理に曲げられると共に、屈曲部(24)の小径
側終端側を通過することにより絞られる。屈曲部(24)の
小径側終端から、該終端部より０.１mm大径の真直溝(2
3)に移行するとき、直径で０.０３〜０.０４mm程度膨ら
む。
【００２４】パンチの下死点は、屈曲部(24)に達する手
前に設定されり、パンチが下死点に達すれば、パンチを
後退させて、次の被加工金属部材(６)を押出し通路(11)
に挿入し、再びパンチを押出し通路(11)に突き込む。押
出し通路(11)に最初に押し込んだ被加工金属部材(６)
は、次の被加工金属部材に押されて出口(26)から臨出す
る。
【００２５】このようにして、被加工金属部材(６)をパ
ンチで順次突き込んで、出口(26)かから被加工金属部材
(６)を排出させる。排出された被加工金属部材(６)を、
再び押出し通路(11)の入口(25)から投入する。排出され
た被加工金属部材は直径が２０.０４mm程度であり、入
口(25)よりも僅か小径であるため、入口(25)からの投入
に問題はない。
【００２６】上記の如く、被加工金属部材(６)は、金型
(１)の屈曲した押出し通路(11)を通過して押し出される
ことによる、無理な曲げ力と絞り力が加わることによ
り、大きな剪断ひずみが課せられ、結晶粒が微細化され
る。１つの被加工金属部材(６)について８回程度押出し
通路(11)を通過させると、所望の程度まで結晶粒を微細
化できた。
【００２７】本発明の金型(１)において、一対の型半体
(２)(2a)の突合せ面に、押出し通路(11)の軸心を含む面
で該通路(11)をその軸心を含む面内で２分した溝(21)(2
1a)を開設するのは、１つのブロックに途中で屈曲した
トンネル状押出し通路を開設することに較べて遙かに容
易であり、高い精度で加工できる。
【００２８】又、型半体(２)(2a)は、押出し通路(11)の
押し出し方向に直交する方向で分離するため、被加工金
属部材(６)に対する押出し圧力が直接には型半体(２)(2
a)を分離する方向には作用せず、従って型半体(２)(2a)
をボルトで締め付けてもボルトを破損することを防止で
きる。
【００２９】又、押出し通路(11)の一番力が作用する屈
曲部は超硬合金上に形成されているため、屈曲部の型面
の荒れを防止して金型の耐久性を向上できる。
【００３０】尚、本発明の実施において、押出し通路(1
1)の入口側真直通路と出口側真直通路の成す角度は、９
０°に限定されることはない。該角度が小さいほど、被
加工工金属部材(６)に課する剪断ひずみ量は多くなる
が、９０°よりも小さくすることは押出し抵抗が大き過
ぎて金型(１)の破壊を招来することがある。
【００３１】型半体(２)(2a)どうしを締付けボルトで組
付けしているが、ボルトの弾性変形や初期伸びにより、
型密着面に隙間が生じる虞れのあるときは、油圧による
型締め機構により、型半体(２)(2a)を互いに押圧してお
くことで解決できる。
【００３２】又、実施例では、被加工金属部材(６)は円
柱体であり、押出し通路(11)の断面形状も円形とした
が、被加工金属部材(６)の角柱体とし、押出し通路(11)
の断面も被加工金属部材(６)の断面に対応させることが
できる。
【００３３】押出し通路(11)の軸心に直交する断面が四
角の場合、型半体(２)(2a)に開設する溝(21)(21a)の断
面形状は、押出し通路(11)の軸心を含むどの面で切るか
によって、図１１Ａに示す如く、略Ｖ字状とすること
も、図１１Ｂに示す如く略Ｕ字状とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】金型の分解状態の斜面図である。
【図２】一方の型半体の正面図である。
【図３】同上の断面図である。
【図４】他方の型半体の正面図である。
【図５】同上の断面図である。
【図６】図２Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
【図７】押出し通路の溝幅寸法を示すための説明であ
る。
【図８】本発明に先だって出願人が案出した金型の分解
斜面図である。
【図９】同上の金型の断面図である。
【図１０】被加工金属部材の斜面図である。
【図１１】Ａ図は、四角断面の押出し通路を対角で切っ
た状態の型半体の断面図、Ｂ図は四角断面の押出し通路
を対辺で切った状態の型半体の断面図である。
【符号の説明】
(１) 金型 (11) 押出し通路 (２) 型半体 (21) Ｌ字状溝 (24) 屈曲部 (25) 入口 (26) 出口 (４) 超硬合金ブロック (５) 金型

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入口側真直通路と出口側真直通路とが屈
    曲部で連続しているトンネル状押出し通路を有す金型の
    該通路に被加工金属部材を押し出して通過させ、被加工
    金属部材に強剪断ひずみを課すことによって被加工金属
    部材の結晶粒を微細化するための金型において、金型
    (１)は２つ割り構造であって、両型半体(２)(2a)の突合
    せ面には、押出し通路(11)の軸心を含む面で該通路(11)
    を２分する溝(21)(21a)が形成され、各型半体(２)(2a)
    の溝(21)(21a)の屈曲部(24)(24a)は超硬合金上に形成さ
    れている結晶粒微細化用金型。
  2. 【請求項２】 押出し通路(11)の入口は被加工金属部材
    (６)の径よりも僅か大きく、出口が入口よりも僅か小さ
    く、押出し通路(11)の屈曲部を通過してから出口(26)ま
    での間は、該出口(26)及び被加工金属部材の径よりも僅
    か小さい請求項１に記載の結晶粒微細化用金型。
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