JP2004106055A - 半溶融金属用鍛造金型およびその金型を用いた成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半溶融金属をキャビティ部に載置した際に生じる凝固層を捕獲して製品中への混入を防止しつつ、安定して半溶融金属を成形するようにした半溶融金属用鍛造金型およびその金型を用いた成形方法を提供する。
【解決手段】融点直上または融点直下の温度で固相と液相が共存する溶融状態とした半溶融金属を金型キャビティ内に供給して型鍛造成形を行うための半溶融金属用鍛造金型であって、該鍛造金型は接離可能な一対の金型で構成するとともに、該鍛造金型の一方の金型キャビティの一部に該半溶融金属を載置するための凹部を設け、該鍛造金型の他方を型締め方向に移動させて型鍛造成形を行うに際し、該該半溶融金属の供給量のバラツキを吸収するために油圧シリンダ付ピストンを該凹部に臨むように設けた。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半溶融金属を金型キャビティ内に挿入して型鍛造を行うに際し、凝固層の捕獲と半溶融金属の転倒を防止するようにした半溶融金属用鍛造金型およびその金型を用いた成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種機械部品や自動車部品において軽量化や一体化の要求は強くなってきている。更に、従来は鋼の鍛造品であったものを軽金属の鋳造品にシフトしつつある。これら要求に対して、半溶融金属成形法の採用が種々検討されている。この半溶融金属成形は液相部分と固相部分とが共存する半溶融状態のまま金型キャビティ内に射出充填するものであり、半溶融金属の粘度が高いため層流に近い状態で充填される。従って、ガスの巻き込みに起因するガス欠陥等の発生もなく、且つ、金属組織も非樹枝状の微細な結晶粒が均一に分布しており機械的強度も優れているので、前述した要求にマッチする成形法である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−３２５６５２号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述の半溶融金属をキャビティ内に射出充填して成形する従来の金型を半溶融金属の鍛造成形に使用すると以下の問題が発生する。即ち、上下一対で構成される鍛造下型のキャビティ部に載置された半溶融金属は、半溶融金属が持つ潜熱量が少ないために、下型キャビティ部と接触した半溶融金属の表層部分は急激に冷却され、いわゆる凝固層が形成されやすく、このような凝固層が製品中に混入することになる。この凝固層が製品中に混入すると、周囲の健全な半溶融金属部分と完全に溶融できず、湯境と同様の欠陥を生じることになるといった問題があった。この問題を解決するために、半溶融金属の下部と下型キャビティ部との接触面積を少なくしようとして、上下に細長い状態で半溶融金属を下型キャビティ部内に起立させることが考えられるが、この場合上下鍛造金型で鍛造成形する前に時折半溶融金属が傾転してしまい、安定性に欠けるため、所望の製品ができないといった問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は半溶融金属をキャビティ部に載置した際に生じる凝固層を捕獲して製品中への混入を防止しつつ、安定して半溶融金属を成形するようにした半溶融金属用鍛造金型およびその金型を用いた成形方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明における第１の発明では、融点直上または融点直下の温度で固相と液相が共存する溶融状態とした半溶融金属を金型キャビティ内に供給して型鍛造成形を行うための半溶融金属用鍛造金型であって、該鍛造金型は接離可能な一対の金型で構成するとともに、該鍛造金型の一方の金型キャビティの一部に該半溶融金属を載置するための凹部を設け、該鍛造金型の他方を型締め方向に移動させて型鍛造成形を行うに際し、該半溶融金属の供給量のバラツキを吸収するために油圧シリンダ付ピストンを該凹部に臨むように設けた。
【０００７】
第１の発明を主体とする第２の発明では、該半溶融金属の傾転を防止するための突起部を該凹部に位置する円形状のシリンダの周辺部に複数個配設した。さらに、第３の発明では、融点直上または融点直下の温度で固相と液相が共存する溶融状態とした半溶融金属を、一方の該鍛造金型の凹部に載置した後、他方の該鍛造金型を型締め方向に移動させて型鍛造成形を行うとともに、該凹部で半溶融金属の凝固層を捕獲するようにした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明に係わる半溶融金属用鍛造金型およびその金型を用いた成形方法について詳細に説明する。図１は本発明の該半溶融金属スラリを載置するための凹部を有する半溶融金属用鍛造金型の断面図、図２は半溶融金属用鍛造金型の型締状態の断面図、図３は鍛造上型の拡大断面図、図４は鍛造下型の拡大断面図、図５は凹部に傾転防止用突起部を設けた場合の正面断面図、図６は図５のＡ−Ａから見た場合の平面図を示す。
【０００９】
本発明の半溶融金属用鍛造金型１０は、半溶融金属Ｍの専用の成形用金型であり、主として上部金型１２、下部金型１４ならびに油圧シリンダ付ピストン４１で構成され、両金型１２、１４間に金型キャビティ２０を形成している。この金型キャビティ２０は、凸状部２２を有する上部金型１２と凹状部２４を有する下部金型１４との間に形成されている。
【００１０】
まず、上部金型１２について説明する。図１に示すように上部金型１２は凸状部２２を有しており、図３に示すように直線部２６と、直線部２６から凸状部２２の先端部に向かって伸びる截頭円錐状のテーパー部２８と先端が平面部２９を有した構成になっている。
【００１１】
また、上部金型１２の内部には、空間部５４が刻設されている。この空間部５４内部には、製品を上部金型１２の表面から離型するための押出しピン５０を取り付ける基部５２が上下自在に収納されている。この基部５２は、２枚の基部５２ａ、５２ｂで重畳構成されている。
【００１２】
基部５２ｂの上部端面側にナット５６が固着してあり、このナット５６に端部にネジの刻設された押出しピン５０が螺合されている。押出しピン５０は上部金型１２の内部に竪方向に刻設された摺動孔５８内を上下移動自在とされ、製品の成形後、押出しピン５０の先端部が平面部２９から金型キャビティ２０側に突設するように構成され、上部金型１２に取られた製品を上部金型１２から離型するようになっている。
【００１３】
次に、他方の下部金型１４について説明する。図１に示すように下部金型１４は凹状部２４を有しており、図４に示すように上部金型１２の凸状部２２に対して挿抜自在となるように凹状部２４を形成している。凹状部２４は、直線部２６と上部金型１２の凸状部２２の間で小さい隙間を構成する直線部３０と、両金型１２、１４を型合わせした際に、截頭円錐状の上型テーパー部２８との間で製品を鍛造成形するために下型テーパー部３２と、底部３４とで形成されている。
【００１４】
この両テーパー部２８、３２は、上部に向かってお互いに異なった拡径されたテーパーを有するとともに、両者の角度に差異があるようになっており、上部テーパー部２８の好ましい角度は１度となっている。一方の下部テーパー部３２の好ましい角度は、上部テーパー部２８の角度より若干大き目の１．５度となっている。このようにすることにより、成形後に下金型１４に製品が取られてしまうことがない。
【００１５】
さらに下部金型１４の底部３４にはこの底部３４よりさらに下方に向かって深く刻設された皿状の凹部３６が設けられている。この凹部３６の側面は、上方に向かって拡径されたテーパー部３７を形成している。このテーパー角度は、３〜１０度程度にすることが望ましく、３度以下になると、半溶融金属Ｍと凹部３６の底部３５との間で冷却により生成した凝固層が製品中に混入し難くなるものの、成形後、上部金型１２が上昇するときに製品も上部金型１２と一緒になって上昇せずに下部金型１４に取られ易くなる。
【００１６】
逆に、１０度以上になると、成形後、上部金型１２が上昇するときに下部金型１４に取られることなく製品も上部金型１２と一緒になって上昇し易くなるものの、半溶融金属Ｍと底部３５との間で冷却により生成した凝固層が製品中に混入し易くなる。
【００１７】
金型キャビティ２０の背面部に位置する下部金型１４の外周部には、凹部状に刻設された部位に副下型４２がはめ込められて下部金型１４の一部を構成している。副下型４２の内部に空間部４４が形成されている。一方、主シリンダ４６を成す空間部４４の上部中心位置には、空間部４４と連接された円形状のシリンダ３８が開口されている。
【００１８】
この円形状のシリンダ３８は、下部金型１４の底部３４に刻設された凹部３６の中央部に位置する底部３５に開口するように縦軸線方向に沿って刻設されている。空間部４４とシリンダ３８に跨る空間部位には、図１に示すようにシリンダ３８内を上下する小径の竪型ピストン４０と、空間部４４内を上下移動する大径の横型ピストン４８とが連結された油圧シリンダ付ピストン４１が設けられている。また、半溶融金属Ｍを下部金型１４の凹部３６に載置する際に、竪型ピストン４０の先端部は金型キャビティ２０に臨んで凹部３６の底部３５と面一となるように構成されている。
【００１９】
また、上下部の両金型１２、１４間で型鍛造成形された製品は、製品取り出しのために上部金型１２を下部金型１４から離型を開始する際に、製品が上部金型１２に確実に取られて製品と一緒に上昇するように、竪型ピストン４０の先端部が凹部３６の底部３５と同一平面より金型キャビティ２０内に突き出すようになっている。この突き出し動作による竪型ピストン４０の支援を受けて製品は確実に下部金型１４から離型されるのである。
【００２０】
空間部４４内に配設された横型ピストン４８を上下に移動し、油圧シリンダ付ピストン４１を制御するための油圧配管６０（ａ、ｂ）が配設されている。
【００２１】
以上のように構成された半溶融金属用鍛造金型の動作を説明する。
【００２２】
図１に示すように、上下部の両金型１２、１４間は離間した状態にあり、この状態で油圧配管６０ａ側を開放しておくとともに、油圧配管６０ｂ側から油圧を送給して油圧シリンダ付ピストン４１の一部を構成する竪型ピストン４０の先端部を凹部３６の底部３４と同一面を有するように移動させておく。
【００２３】
次いで、ロボット（図示略）の先端部に截頭円錐形状を有する半溶融金属Ｍを把持して、該半溶融金属Ｍの大径部分が下部に位置するようにして、下部金型１４の凹部３６の底部３４に載置する。
【００２４】
引続き型締め装置（図示略）を作動させて上部金型１４をゆっくり下降させて型締めを行い、半溶融金属Ｍを圧縮成形して所望の製品に賦形する。この状態を図２に示す。この時に半溶融金属Ｍの供給量に応じて竪型ピストン４０の位置が決まる。圧縮成形時に上部金型１２に付加した型締力で成形される過剰分の半溶融金属Ｍは、竪型ピストン４０を下降に押し下げることにより、図２に示すような過剰の突起部６２が形成される。この突起部２１は非製品部分となり成形材料の歩留率を決めることになる。
【００２５】
鍛造成形の際、製品（成形品）の投影面積と型締力でキャビティ内圧（メタル圧力）が決まるので、投影面積の小さい製品の場合はには、メタル圧力が５０００ｋｇｆ／ｃｍ２以上になることがある。
【００２６】
このようにメタル圧力が異常に高くなると、金型割面よりのバリ吹きの可能性が高くなる。さらに、金型のへたり（寿命）も早くなる。したがって、金型キャビティ２０の圧力は適切な値（１０００〜３０００ｋｇｆ／ｃｍ２）に保つ必要がある。以上述べた理由により、半溶融金属用鍛造金型１０にはメタル圧力の調整機能が必要となる。
【００２７】
半溶融金属Ｍの大きさのバラツキ（供給量のバラツキ）を吸収するために油圧シリンダ付ピストン４１の一部を構成する竪型ピストン４０に作用する油圧をリリーフ弁等により適正値に保つことにより、金型キャビティ２０内のメタル圧力を制御することができる。
【００２８】
このように、凹部３６の部位で成形し固化した半溶融金属Ｍは、成形時に金型キャビティ２０内に押し込まれることがなく、逆に凝固層を含む非製品の過剰の突起部６２となる。このため、凝固層が入り込むことがない。また、両金型１２、１４の型開放時に上部金型１２に取られた製品は、図示を省略したロボットで過剰の突起部６２を先に把持した後、押出しピン５０を下降させて上部金型１２の凸状部の先端に位置する平面部２９から突設するようにして製品を上部金型１２から離型するのである。
【００２９】
図５と図６を用いて本発明の他の実施例について述べる。図５は凹部に傾転防止用突起部を設けた場合の正面断面図、図６は図５のＡ−Ａから見た場合の平面図を示す。
【００３０】
金型キャビティ２０の背面部になる下部金型１４の外周部には、凹部状に刻設された部位に副下型４２がはめ込められて下部金型１４の一部を構成している。副下型４２の内部に空間部４４が形成されている。一方、主シリンダ４６を成す空間部４４の上部中心位置には、空間部４４と連接された円形状のシリンダ３８が開口されている。
【００３１】
この円形状のシリンダ３８は下部金型１４の底部３４に刻設された凹部３６の中央部に開口するように縦軸線方向に沿って刻設されている。半溶融金属Ｍを下部金型１４の凹部３６に載置する際に、竪型ピストン４０の先端部は金型キャビティ２０に臨んで低部３５と面一となるように構成されている。
【００３２】
図６に示すように、円形状のシリンダ３８の周辺部の底部３４には、等間隔に配設された４つの傾転防止用突起部６４が固着されている。この傾転防止用突起部６４は側面が三角形状を成し、その先端部は下部金型１４の底部３４と同一の水平位置より低くなるように構成されている。なお、傾転防止用突起部６４の形状は、三角形状に固執するもではなく、例えば截頭円錐形状であってもよい。
【００３３】
なお、傾転防止用突起部６４をシリンダ３８の周辺部の底部３４に配設することにより、半溶融金属Ｍを入れた保持容器（カップとも言う）の外側をロボットが把持して下部金型１４の底部３４上に載置した場合、半溶融金属Ｍの下面部側が傾転防止用突起部６４の中に入り込ん（図５）で、アンカー効果によって半溶融金属Ｍが傾転せずに安定して起立するため、上下両金型１２、１４間の金型キヤビティ２０で確実に成形される。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、下部金型に凝固層捕獲用の凹部を設けたことにより、凝固層が確実に捕獲できるため、製品中に凝固層が混入しなくなり、製品の品質が格段に向上する。また、凹部に傾転防止用の突起部を複数個配設することにより、半溶融金属が成形前に傾転することがなくなり、凝固層が確実に捕獲できるため、製品中に凝固層が混入しなくなり、製品の品質の向上と成形性が格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の該半溶融金属を載置するための凹部を有する半溶融金属用鍛造金型の断面である。
【図２】半溶融金属用鍛造金型の型締状態の断面図である。
【図３】鍛造上型の拡大断面図である。
【図４】鍛造下型の拡大断面図である。
【図５】本発明の他の実施例を示し、凹部に傾転防止用突起部を設けた場合の正面断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａから見た場合の平面図を示す。
【符号の説明】
１０　　半溶融金属用鍛造金型
１２　　上部金型
１４　　下部金型
２０　　金型キャビティ
２２　　凸状部
２４　　凹状部
２６　　直線部
２８　　テーパー部
２９　　平面部
３０　　直線部
３２　　テーパー部
３４　　底部
３５　　底部
３６　　凹部
３７　　テーパー部
３８　　円形状のシリンダ
４０　　竪型ピストン
４１　　油圧シリンダ付ピストン
４２　　副下型
４４　　空間部
４６　　主シリンダ
４８　　横型ピストン
５０　　押出しピン
５２（ａ、ｂ）　　基部
５４　　空間部
５６　　ナット
５８　　摺動孔
６０（ａ、ｂ）　　油圧配管
６２　　過剰の突起部
６４　　傾転防止用突起部

Claims (3)

1. 融点直上または融点直下の温度で固相と液相が共存する溶融状態とした半溶融金属を金型キャビティ内に供給して型鍛造成形を行うための半溶融金属用鍛造金型であって、該鍛造金型は接離可能な一対の金型で構成するとともに、該鍛造金型の一方の金型キャビティの一部に該半溶融金属を載置するための凹部を設け、該鍛造金型の他方を型締め方向に移動させて型鍛造成形を行うに際し、該半溶融金属の供給量のバラツキを吸収するために油圧シリンダ付ピストンを該凹部に臨むように設けたことを特徴とする半溶融金属用鍛造金型。
2. 該半溶融金属の傾転を防止するための突起部を該凹部に位置する円形状のシリンダの周辺部に複数個配設したことを特徴とする請求項１記載の半溶融金属用鍛造金型。
3. 融点直上または融点直下の温度で固相と液相が共存する溶融状態とした半溶融金属を、一方の該鍛造金型の凹部に載置した後、他方の該鍛造金型を型締め方向に移動させて型鍛造成形を行うとともに、該凹部で半溶融金属の凝固層を捕獲するようにしたことを特徴とする半溶融金属用鍛造金型を用いた成形方法。

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