JP2004306119A - サイジングプレス用金型 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表面にスリットを有するサイジングプレス用金型であって、スリットのアスペクト比が3以上であり、前記サイジングプレス用金型内部で前記スリットの端部に空洞部を有することを特徴とするサイジングプレス用金型。ここで、アスペクト比は、スリットの深さと幅の比である。複数のスリットを一定の間隔で設け、スラブの送り方向との角度を0〜90°としても良い。スリットを格子状に配置することが好ましい。スリットの間隔は、5〜200mmであることが好ましい。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は熱間スラブ等を幅方向にプレスするサイジングプレス装置に使用されるサイジングプレス用金型に関する。
【0002】
【従来の技術】
図1は、熱延スラブを幅方向にプレスするサイジングプレス装置におけるプレス動作を模式的に示したものである。まず、サイジングプレス用金型1(プレス金型1という)を外側に移動させて開き、熱延スラブ2が矢印の方向に送り出される。次に、熱延スラブ2の送り出しを停止して、プレス金型1を内側に移動させて圧下すると、熱延スラブ2の幅サイズが小さくなる。これを繰り返すことにより、熱延スラブ2の全体が幅方向にプレスされる。
【0003】
プレス金型1が熱延スラブ2に接触する際、熱延スラブ2は約1000℃という高温であるため、プレス金型1の表面の温度が急激に上昇する。その後、プレス金型1を開き、熱延スラブ2から離すと、プレス金型1の表面は放冷されて温度が低下する。これを繰り返すと、プレス金型1の表面は、加熱による熱膨張と放冷による熱収縮を繰り返し受ける。
【0004】
この熱膨張と熱収縮は、プレス金型1の熱延スラブ2との接触部の近傍で生じ、その周囲は拘束されている。そのため、プレス金型1の熱延スラブ2との接触部の近傍には、熱応力が繰り返し発生し、熱疲労を受けることになる。この熱疲労により、図2に示すように、プレス金型1の熱延スラブ2と接触する部分の近傍にはヒートクラック3が発生し、進展して欠け落ち4が発生する。この欠け落ち4が発生すると、熱延スラブ2に欠け落ち4が転写されて疵になるため、使用期間が制限されてしまう。
【0005】
このような問題に対して、サイジングプレス用金型のヒートクラックを抑制し、寿命を延長するために材質の改善が進められており、特許文献1には、黒鉛の面積率と粒径を定めた鋳鉄材料からなるサイジングプレス用金型が開示されている。しかし、材質のヒートクラックに対する耐性(耐ヒートクラック性という)を改善するだけでは、工業的に有益なレベルの寿命の延長は達成できていない。
【0006】
一方、サイジングプレス用金型の構造による耐ヒートクラック性の改善も進められており、特許文献2には、内部に断熱部材を設けたサイジングプレス用金型を加熱し、温度分布を一様にして、ヒートクラックを抑制する技術が開示されている。また、特許文献3には、端部の表面に凹部を設けたサイジングプレス用金型が開示されている。
【0007】
しかし、このような構造の改善によっても、サイジングプレス用金型のヒートクラックの発生、進展による欠け落ちを防止することはできず、寿命を、工業的に有益なほど充分に延長することができていない。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−194478号
【特許文献2】
特開2000−202561号
【特許文献3】
特開平7−108338号
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、スラブを幅方向に熱間加工するサイジングプレス装置において、スラブと接触する部分のヒートクラックの生成、進展を長期間に渡り抑制し、長寿命化が可能なサイジングプレス用金型を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は以下のとおりである。
【0011】
(1) 表面にスリットを有するサイジングプレス用金型であって、スリットのアスペクト比が3以上であり、前記スリットの前記サイジングプレス用金型内部側の端部に空洞部を有することを特徴とするサイジングプレス用金型。
【0012】
ここで、アスペクト比は、スリットの深さと幅の比である。
【0013】
(2) 表面に複数のスリットを有し、前記スリットの間隔が一定であり、前記スリットとスラブの送り方向との角度が0〜90°であることを特徴とする(1)記載のサイジングプレス用金型。
【0014】
(3) スリットを格子状に配置したことを特徴とする(1)又は(2)の何れか1項に記載のサイジングプレス用金型。
【0015】
(4) スリットの間隔が5〜200mmであることを特徴とする(1)〜(3)の何れか1項に記載のサイジングプレス用金型。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明のサイジングプレス用金型は、図3に示すように、表面にスリットを設け、サイジングプレス用金型内部においてスリットの端部に空洞を設けたものである。スリット5の深さ8の幅7に対する比、即ちアスペクト比を大きくすることが必要である。このような、間口の細いスリット5を設けることにより、プレス金型1に生じる熱応力を緩和して、熱疲労によるクラックの発生を防止することができる。
【0017】
また、スリット5は金型内の端部に、応力集中の発生を防止するため、スリット5の幅7より大きい空洞部6を設ける。この空洞部6は、如何なる形状でも良いが、矩形である場合は、角部の曲率が1R以上であることが好ましく、断面が円形又は楕円であることが好ましい。空洞部の形状が円形の場合、曲率は応力集中を防止する観点から、スリット5の幅より大きいことが好ましい。
【0018】
スリット5のアスペクト比は、大きいほど熱応力の抑制に効果的であり、最低でも、3以上であることが好ましい。一方、スリット5のアスペクト比は1000以下が好ましい。これはアスペクト比が1000超になると、深さに対する幅が狭いため、スリット5を挟んで相対する壁同士が金型の表面近傍で接触し、応力を生じ易くなるためである。
【0019】
また、スリット5の幅7が、プレス金型1の温度上昇による熱膨張量よりも狭いと、熱応力が発生して効果が小さくなる。そのため、スリット5の幅7を0.1〜5mmの範囲とすることが好ましい。また、スリット5の深さ8は、プレス金型1の厚みから、3〜300mm程度である。
【0020】
図3は、スリット5を送り方向に平行に配置した態様を示しているが、図4に示したように送り方向に垂直に配置しても良い。また、図5に示したように、スリット5の送り方向に対する角度9は、0〜90°の任意の角度で良い。図3〜5に示したように、スリット5は複数設けることが好ましく、スリット5が互いに平行であることが好ましい。なお、平行とは、加工時の誤差を許容するものである。更に間隔を一定とすることが一層好ましい。
【0021】
また、図6に示したように、スリット5を格子状に配置すると、プレス金型1の熱応力をより低減することができるため好ましい。この格子状の形状は、図7に示したように平行四辺形状でも良く、長方形状、正方形状、菱形状であることが好ましい。
【0022】
スリット5の間隔は、小さいほど熱応力低減効果は大きいが、必要以上に小さいと加工費用が増加したり、熱延スラブ圧下の際にかかる面圧に耐えられず変形する。そのため、スリット5の間隔は、5mm以上であることが望ましい。一方、スリット5の間隔が大きく過ぎると、熱応力緩和の効果が少なくなるため、200mm以下とすることが好ましい。スリット5の間隔は、一定であることが好ましいが、5〜200mmの範囲内でプレス金型1の形状に応じて適宜変更しても構わない。
【0023】
なお、プレス金型1の材質は、合金ダクタイル鋳鉄、ハイクロム鋳鉄等の鋳鉄、鋳鋼、耐熱鋳鋼、鍛鋼でも良く、鋳鉄の表面にステンレス溶接肉盛を行っても良い。スリット5の加工、スリットの先端の空洞部の加工は、機械加工、電解加工で行っても良い。ワイヤー放電加工は、スリット加工と同時にスリットの先端の空洞部を加工することができるため、好ましい加工方法である。
【0024】
【実施例】
図6に模式的に示したサイジングプレス用金型を、球状黒鉛可鍛鋳鉄を用いて製造した。サイジングプレス用金型のスラブの送り方向の長さは、500〜2000mmとし、中央にテーパーを設けた。サイジングプレス用金型のスラブと接触する面において、スラブの送り方向と直交する方向の長さは100〜800mmとした。
【0025】
サイジングプレス用金型のスラブと接触する面には、スリットをスラブの送り方向と平行及び垂直に20mm間隔で設け、格子状とした。このスリットの幅は1mmであり、スリット先端の空洞部を含む深さは20mmであり、アスペクト比は20である。先端部の空洞は円形であり、曲率半径は3mmとした。スリットの加工、スリットの先端の空洞部の加工は、ワイヤー放電加工によって行った。
【0026】
このスリットを設けたサイジングプレス用金型(本発明金型という)をサイジングプレス装置に組み込み、圧下率20〜30%、開閉間隔30〜50sとして、100日間操業した。操業開始から、5日後、10日後、20日後、40日後、60日後、100日後の亀裂の発生有無を目視で調査した。表1に示すように、本発明金型は操業後100日を経過しても、亀裂が発生せず、継続して使用可能であった。
【0027】
これに対し、本発明金型と同じ材質、サイズでスリットを設けないサイジングプレス金型(比較金型という)も本発明金型と同条件で操業した。結果を表1に示すが、比較金型では、操業開始から5日後に亀裂が確認され、20日後には欠け落ちが発生したため、操業を中止した。
【0028】
【発明の効果】
本発明により、サイジングプレス用金型の交換の回数を減らすことができるため、大幅にメンテナンスコストを抑制でき、交換時の熱延ラインの休止時間を短縮することができるなど、産業上の貢献が極めて大きい。
【0029】
【表1】
【図面の簡単な説明】
【図1】サイジングプレス用金型の動作を説明する斜視図である。
【図2】サイジングプレス用金型のヒートクラックを説明する図であり、(a)は斜視図、(b)は(a)のA−A断面図である。
【図3】本発明によるサイジングプレス用金型の一例を説明する図であり、(a)は側面図、(b)は、一部拡大図を含む(a)のB−B断面図、(c)は(a)のC−C断面図である。
【図4】本発明によるサイジングプレス用金型の他の例を説明する図であり、(a)は側面図、(b)は(a)のD−D断面図であり、(c)は一部拡大図を含む(a)のE−E断面図である。
【図5】本発明によるサイジングプレス用金型の他の例を説明する図であり、(a)は側面図、(b)は(a)のF−F断面図、(c)は(a)のG−G断面図である。
【図6】本発明によるサイジングプレス用金型の他の例を説明する図であり、(a)は側面図、(b)は(a)のH−H断面図、(c)は(a)のI−I断面図である。
【図7】本発明によるサイジングプレス用金型の他の例を説明する図であり、(a)は側面図、(b)は(a)のJ−J断面図、(c)は(a)のK−K断面図である。
【符号の説明】
1…サイジングプレス用金型
2…熱延スラブ
3…ヒートクラック
4…欠け落ち
5…スリット
6…空洞部
7…スリットの幅
8…スリットの深さ
9…スリットと送り方向との角度(θ)
Claims (4)
- 表面にスリットを有するサイジングプレス用金型において、スリットのアスペクト比が3以上であり、前記スリットの前記サイジングプレス用金型内部側の端部に空洞部を有することを特徴とするサイジングプレス用金型。
ここで、アスペクト比は、スリットの深さと幅の比である。 - 表面に互いに平行な複数のスリットを有し、前記スリットとスラブの送り方向との角度が0〜90°であることを特徴とする請求項1記載のサイジングプレス用金型。
- スリットを格子状に配置したことを特徴とする請求項1又は2の何れか1項に記載のサイジングプレス用金型。
- スリットの間隔が5〜200mmであることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のサイジングプレス用金型。
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