JP2009131884A - Metal working apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属体に回転による剪断応力を加えて金属組織を微細化する金属加工装置に関する。 The present invention relates to a metal processing apparatus that applies a shear stress due to rotation to a metal body to refine the metal structure.
本発明の発明者の一人は、従来にない新たな金属の加工方法として、金属体を局部的に加熱して軟化させ、この軟化した部分を挟む一方の非軟化部分を他方の非軟化部分に対して回転または振動させることにより、軟化した部分に剪断応力を作用させ、この剪断応力を利用して金属体における結晶を微細化する加工方法を発明した(例えば、特許文献1参照。)。 One of the inventors of the present invention, as a new metal processing method that has not been used in the past, is to locally heat and soften a metal body and replace one non-softened portion sandwiching the softened portion with the other non-softened portion. In contrast, the inventors have invented a processing method in which shearing stress is applied to a softened portion by rotating or vibrating, and the crystal in the metal body is refined using the shearing stress (see, for example, Patent Document 1).
特に、一方の非軟化部分を他方の非軟化部分に対して回転させることにより軟化した部分に剪断応力を作用させる加工方法をSTSP(Severe Torsion Straining Process)法と呼んでおり、このSTSP法により金属体を加工する金属加工装置をSTSP装置と呼んでいる。 In particular, a processing method in which shear stress is applied to a softened portion by rotating one non-softened portion with respect to the other non-softened portion is called a STSP (Severe Torsion Straining Process) method. A metal processing apparatus for processing a body is called an STSP apparatus.
STSP装置では、円柱状の柱状体とした金属体を加工しており、金属体の長手方向に沿って金属体を冷却する第1冷却部と、金属体を加熱する加熱部と、金属体を冷却する第2冷却部とを設けて、加熱部で金属体を加熱する一方で、第1冷却部及び第2冷却部で金属体を冷却することにより、金属体を軟化させた軟化領域を局部的に形成している。 In the STSP device, a metal body that is a cylindrical columnar body is processed, a first cooling unit that cools the metal body along the longitudinal direction of the metal body, a heating unit that heats the metal body, and a metal body A second cooling unit for cooling, and heating the metal body with the heating unit, while locally cooling the softened region in which the metal body is softened by cooling the metal body with the first cooling unit and the second cooling unit. Is formed.
加熱部では、高周波加熱コイル等を用いて金属体を加熱しており、第1冷却部及び第2冷却部では、水などの冷却用液体を金属体に接触させて冷却している。 In the heating unit, the metal body is heated using a high-frequency heating coil or the like, and in the first cooling unit and the second cooling unit, a cooling liquid such as water is brought into contact with the metal body and cooled.
さらに、STSP装置には、軟化領域を挟む一方の非軟化部分の金属体を他方の非軟化部分の金属体に対して回転させる回転装置を設けており、回転装置で金属体を回転させることにより軟化領域の金属体に剪断応力を加えている。 Further, the STSP apparatus is provided with a rotating device that rotates the metal body of one non-softened portion sandwiching the softened region with respect to the metal body of the other non-softened portion, and by rotating the metal body with the rotating device, Shear stress is applied to the metal body in the softened region.
特に、軟化領域はできるだけ小さく形成することにより、軟化領域に作用する剪断応力を大きくして、金属体の結晶をより微細化可能としており、加熱部を挟んで設ける第1冷却部と第2冷却部をできるだけ近接させて配置することにより、軟化領域をできるだけ小さくしている。 In particular, by forming the softened region as small as possible, the shear stress acting on the softened region can be increased so that the crystal of the metal body can be made finer. The first cooling unit and the second cooling unit provided with the heating unit interposed therebetween. By arranging the parts as close as possible, the softened region is made as small as possible.
また、第1冷却部及び第2冷却部では、効果的に金属体を冷却するために、金属体に向けて水を噴射している。
しかしながら、生産効率を向上させるために、円柱状となっている金属体の径寸法を大きくした場合には、金属体の周囲から水を噴射して冷却した際に、金属体の周方向において水が接触している領域と、水が接触していない領域とが生じやすく、冷却効率が悪くなっていた。 However, when the diameter of the cylindrical metal body is increased in order to improve the production efficiency, water is sprayed from the periphery of the metal body to cool the water in the circumferential direction of the metal body. The area where the water is in contact and the area where the water is not in contact are likely to occur, resulting in poor cooling efficiency.
そこで、水を噴射する噴射口を増やすことにより、より均一な冷却を可能とするようにしてみたが、冷却の不均一性を完全には解消できてはいなかった。 Thus, an attempt has been made to enable more uniform cooling by increasing the number of injection ports through which water is injected, but the cooling non-uniformity has not been completely eliminated.
しかも、水を噴射口から噴射して冷却した際には、飛散した水が加熱部に達して金属体の加熱を阻害するおそれがあり、第1冷却部と第2冷却部とを近接させて配置することが困難となって、金属体に軟化領域を局所的に形成することが困難となっていた。 Moreover, when water is sprayed from the injection port and cooled, the scattered water may reach the heating part and hinder the heating of the metal body, and the first cooling part and the second cooling part are brought close to each other. It has become difficult to arrange, and it has been difficult to locally form a softened region in the metal body.
本発明者らは、このような現状に鑑み、より太径の金属体に対しても均一で効果的に冷却可能として、軟化領域を局所的に形成可能とするために研究開発を行って本発明を成すに至ったものである。 In view of the current situation, the present inventors have conducted research and development to make it possible to form a softened region locally so that even a metal body having a larger diameter can be uniformly and effectively cooled. It came to make invention.
本発明の金属加工装置では、柱状とした金属体の所定位置を加熱する加熱部と、この加熱部に隣接させて設けて金属体を冷却する冷却部を備えるとともに、金属体の長手方向と平行とした回転軸周りに金属体を回転させる回転操作部を備えて、加熱部と冷却部とによって金属体に局部的に形成した軟化領域に、回転操作部による金属体の回転によって剪断応力を作用させて金属体の金属結晶を微細化する金属加工装置において、冷却部には、金属体に同軸状に環装した筒状のガイド管を設け、このガイド管の内部に、ガイド管の一方端側から他方端側に向けて、金属体を冷却する冷却用液体を金属体に沿って流通させることとした。 The metal processing apparatus of the present invention includes a heating unit that heats a predetermined position of the columnar metal body and a cooling unit that is provided adjacent to the heating unit to cool the metal body and is parallel to the longitudinal direction of the metal body. A rotating operation part that rotates the metal body around the rotation axis is applied, and shearing stress is applied to the softened area locally formed on the metal body by the heating part and the cooling part by the rotation of the metal body by the rotating operation part. In the metal processing apparatus for miniaturizing the metal crystal of the metal body, the cooling unit is provided with a cylindrical guide tube that is coaxially mounted on the metal body, and one end of the guide tube is provided inside the guide tube. From the side toward the other end side, the cooling liquid for cooling the metal body was circulated along the metal body.
さらに、本発明の金属加工装置では、以下の点にも特徴を有するものである。すなわち、
(1)加熱部と冷却部を金属体の長手方向に沿って移動させる移動手段を備え、冷却部を加熱部の移動方向側と反対側に設けたこと。
(2)ガイド管の加熱部側の端部には、金属体が挿通される挿通孔を有する第1支持体を設け、ガイド管の他方の端部には、金属体が挿通される挿通孔を有する第2支持体を設け、第2支持体に、ガイド管内の冷却用液体を吸引する吸引器に連通連結させる排出配管を接続して、第1支持体側からガイド管内に送給した冷却用液体を吸引すること。
(3)回転操作部で金属体を回転させて軟化領域に剪断応力を作用させる際に、金属体全体を回転させていること。
(4)金属体に形成した軟化領域を挟む一方側の金属体を回転させる第1回転機構部と、軟化領域を挟む他方側の金属体を回転させる第2回転機構部とで回転操作部を構成し、第1回転機構部と第2回転機構部でそれぞれ回転速度を異ならせて、金属体を同一方向または反対方向に回転させていること。
(5)第1支持体と第2支持体の間には、ガイド管に環装した筒状の外周管を設け、この外周管には、ガイド管と外周管との間に冷却用液体を供給する供給配管を接続し、ガイド管の第1支持体側の端部からガイド管内に冷却用液体を流入させること。
(6)ガイド管及び外周管を透明材料で構成可能としたこと。
Furthermore, the metal processing apparatus of the present invention is also characterized by the following points. That is,
(1) A moving means for moving the heating part and the cooling part along the longitudinal direction of the metal body is provided, and the cooling part is provided on the side opposite to the moving direction side of the heating part.
(2) A first support body having an insertion hole through which a metal body is inserted is provided at the end of the guide tube on the heating unit side, and an insertion hole through which the metal body is inserted at the other end of the guide tube And a second support body connected to a suction pipe that communicates with a suction device that sucks the cooling liquid in the guide tube, and the second support body is connected to the guide tube from the first support side. Aspirate liquid.
(3) The entire metal body is rotated when the shearing stress is applied to the softened region by rotating the metal body with the rotation operation unit.
(4) A rotation operation unit is composed of a first rotation mechanism unit that rotates a metal body on one side sandwiching the softened region formed on the metal body and a second rotation mechanism unit that rotates the metal member on the other side sandwiching the softened region. It is configured that the metal body is rotated in the same direction or in the opposite direction by changing the rotation speeds of the first rotation mechanism section and the second rotation mechanism section.
(5) Between the first support body and the second support body, a cylindrical outer pipe is provided around the guide pipe, and a cooling liquid is provided between the guide pipe and the outer pipe in the outer pipe. Supply supply piping is connected, and the cooling liquid is allowed to flow into the guide tube from the end of the guide tube on the first support side.
(6) The guide tube and the outer tube can be made of a transparent material.
本発明の金属加工装置では、柱状とした金属体の所定位置を加熱する加熱部と、この加熱部に隣接させて設けて金属体を冷却する冷却部を備えるとともに、金属体の長手方向と平行とした回転軸周りに金属体を回転させる回転操作部を備えて、加熱部と冷却部とによって金属体に局部的に形成した軟化領域に、回転操作部による金属体の回転によって剪断応力を作用させて金属体の金属結晶を微細化する金属加工装置において、冷却部に、金属体に同軸状に環装した筒状のガイド管を設けて、このガイド管の内部に、ガイド管の一方端側から他方端側に向けて、金属体を冷却する冷却用液体を金属体に沿って流通させたことにより、冷却用液体を金属体の周方向に沿って均一に接触させることができ、金属体を周方向に均一に冷却することができる。 The metal processing apparatus of the present invention includes a heating unit that heats a predetermined position of the columnar metal body and a cooling unit that is provided adjacent to the heating unit to cool the metal body and is parallel to the longitudinal direction of the metal body. A rotating operation part that rotates the metal body around the rotation axis is applied, and shearing stress is applied to the softened area locally formed on the metal body by the heating part and the cooling part by the rotation of the metal body by the rotating operation part. In the metal processing apparatus for miniaturizing the metal crystal of the metal body, the cooling section is provided with a cylindrical guide tube that is coaxially mounted on the metal body, and one end of the guide tube is provided inside the guide tube. By allowing the cooling liquid for cooling the metal body to flow along the metal body from the side to the other end side, the cooling liquid can be uniformly contacted along the circumferential direction of the metal body. To cool the body evenly in the circumferential direction Kill.
本発明の金属加工装置は、所定長さの柱状とした金属体の所定位置を加熱する加熱部と、この加熱部に隣接させて設けて金属体を冷却する冷却部を備え、金属体に加熱部によって加熱されて軟化した軟化領域を局部的に形成し、金属体の長手方向と平行とした回転軸周りに金属体を回転させる回転操作部で金属体を回転させて、軟化領域部分の金属体に回転による剪断応力を作用させることにより金属結晶を微細化しており、本発明者らがSTSP装置と呼んでいるものである。 The metal processing apparatus according to the present invention includes a heating unit that heats a predetermined position of a columnar metal body having a predetermined length, and a cooling unit that is provided adjacent to the heating unit to cool the metal body, and heats the metal body. The softened region softened by heating by the part is locally formed, and the metal body is rotated by the rotation operation unit that rotates the metal body around the rotation axis parallel to the longitudinal direction of the metal body, so that the metal in the softened region portion Metallic crystals are refined by applying shear stress due to rotation to the body, and the present inventors have called an STSP device.
特に、冷却部には、金属体に同軸状に環装した筒状のガイド管を設け、このガイド管の内部には、ガイド管の一方端側から他方端側に向けて、金属体を冷却する冷却用液体を金属体に沿って流通させているものである。 In particular, the cooling section is provided with a cylindrical guide tube coaxially mounted on the metal body, and the metal body is cooled inside the guide tube from one end side to the other end side of the guide tube. The cooling liquid is circulated along the metal body.
したがって、冷却部では、ガイド管によって冷却用液体を金属体の周方向に沿って均一に接触させることができるので、金属体を周方向に均一に冷却することができ、冷却効果を向上させることができる。 Therefore, in the cooling unit, the cooling liquid can be uniformly contacted along the circumferential direction of the metal body by the guide tube, so that the metal body can be uniformly cooled in the circumferential direction and the cooling effect can be improved. Can do.
しかも、冷却用液体はガイド管によって案内されているので、加熱部の金属体に冷却用液体が飛散するおそれがなく、第1の冷却部または第2の冷却部を加熱部に近接させて配設することができ、軟化領域をより局所的に形成可能として、剪断応力による金属結晶の微細化効果を向上させることができる。なお、金属体に同軸状に環装する冷却部のガイド管は、金属体に環装状態となっていればよく、金属体の外周面からガイド管の内周面の距離が金属体の周面方向において必ずしも一様となっている必要はなく、冷却用液体をスムーズに送給可能となっていればよい。 In addition, since the cooling liquid is guided by the guide tube, there is no possibility that the cooling liquid will be scattered on the metal body of the heating unit, and the first cooling unit or the second cooling unit is arranged close to the heating unit. The softened region can be formed more locally, and the effect of refining the metal crystal due to the shear stress can be improved. Note that the guide tube of the cooling section that is coaxially mounted on the metal body is only required to be in the state of being mounted on the metal body, and the distance from the outer peripheral surface of the metal body to the inner peripheral surface of the guide tube is It does not necessarily have to be uniform in the surface direction as long as the cooling liquid can be smoothly fed.
ガイド管の加熱部側の端部には、金属体が挿通される挿通孔を有する第1支持体を設け、ガイド管の他方の端部には、金属体が挿通される挿通孔を有する第2支持体を設けている。そして、第2支持体には、ガイド管内の冷却用液体を吸引する吸引器に連通連結する排出配管を接続して、第1支持体側からガイド管内に送給した冷却用液体を強制的に吸引することによって、冷却用液体に停留を生じさせることなく流通させて、冷却用液体による冷却効率を向上させている。 A first support body having an insertion hole through which the metal body is inserted is provided at an end portion on the heating section side of the guide tube, and a first support body having an insertion hole through which the metal body is inserted is provided at the other end portion of the guide tube. Two supports are provided. The second support is connected to a discharge pipe that is connected to a suction device for sucking the cooling liquid in the guide tube, and the cooling liquid fed into the guide tube from the first support side is forcibly sucked. By doing so, the cooling liquid is circulated without causing retention, and the cooling efficiency by the cooling liquid is improved.
図1は、本実施形態の金属加工装置の概略説明図である。金属加工装置は、所定長さとした円柱状の金属体Mの一方の端部を固定支持する第1チャック11と、金属体Mの他方の端部を固定支持する第2チャック12と、この第1チャック11と第2チャック12とで略水平状態に固定支持された金属体Mの中途部を加熱する加熱部となるヒータ20と、このヒータ20を挟んで設けてそれぞれ金属体を冷却する第1冷却器21と第2冷却器22とを備えている。本実施形態の金属加工装置では、第2チャック12を回転させる回転用モータ13を備え、第2チャック12側の金属体Mを第1チャック11側の金属体Mに対して回転可能としている。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a metal processing apparatus according to the present embodiment. The metal processing apparatus includes a
図1中、14は第1チャック11が装着された第1チャック用支持台、15は第2チャック12が回転自在に装着されるとともに回転用モータ13が装着された第2チャック用支持台である。
In FIG. 1, 14 is a first chuck support base on which the
ヒータ20と、第1冷却器21と、第2冷却器22は、上方位置に設けた所定形状の支持板23に吊り下げ状に装着している。図1中、23aは第1冷却器21を支持板23に吊り下げ状に装着するための連結アーム、23bは第2冷却器22を支持板23に吊り下げ状に装着するための連結アームである。
The
支持板23は、金属体Mと略平行に配置した梁部24に設けたガイドレール25に沿って、金属体Mの長手方向に進退自在としている。図1中、26は支持板23をガイドレール25に装着するために設けたアームである。また、図1中、27は梁部24の一方の端部を支持する第1支持基体、28は梁部24の他方の端部を支持する第2支持基体である。ガイドレール25に沿った支持板23の移動は、例えばガイドレール25の長手方向に沿ってラックを長手状に配設し、アーム26の基端部分にラックと歯合するピニオンを設けて、このピニオンを駆動モータなどによって回転操作することによりガイドレール25に移動自在に装着した支持板23を移動可能としてもよい。あるいはガイドレール25の長手方向に沿ってスクリューロッドを設けるとともに、このスクリューロッドをアーム26の基端部分に螺入させて、スクリューロッドを回転操作することによりガイドレール25に移動自在に装着した支持板23を移動可能としてもよい。
The
支持板23は、金属体Mの長手方向と平行に設けたガイドレール25に沿って進退移動することにより、金属体Mの長手方向に支持板23を進退移動させることができ、この支持板23に装着されたヒータ20を金属体Mの長手方向に進退移動可能としている。したがって、支持板23を進退移動させてヒータ20を金属体Mの所定位置に位置させることにより、金属体Mの所定位置に軟化領域を形成できるとともに、そのまま支持板23を進退移動させることによって軟化領域の位置を移動可能としている。
The
すなわち、金属加工装置では、ヒータ20によって金属体Mに軟化領域を形成して回転用モータ13で金属体Mを回転させることにより、軟化領域部分の金属体に剪断応力を作用させて金属結晶を微細化するとともに、支持板23を移動させることによって軟化領域の位置を移動させることにより剪断応力が作用する部分を移動させて、長手方向に沿って連続的に金属結晶を微細化可能としている。
That is, in the metal processing apparatus, a softened region is formed in the metal body M by the
図1中、29はヒータ20によって加熱された金属体Mの温度を計測するための温度検出器であって、支持板23に吊り下げ状に装着してヒータ20とともに移動可能としている。
In FIG. 1,
また、本実施形態のヒータ20は、金属体Mに巻き回して配置した高周波加熱コイルであって、高周波加熱コイルに通電する通電制御部(図示せず)と高周波加熱コイルとは所要の配線(図示せず)を介して接続している。
Further, the
図2に示すように、冷却部となる第1冷却器21及び第2冷却器22はそれぞれ同一構造とした冷却器であって、冷却用液体として水を用い、水を金属体Mに接触させて冷却している。なお、本実施形態では、第1冷却器21と第2冷却器22とを同一構造とした冷却器としているが、例えば、ヒータ20の移動方向の反対側に位置する冷却部の方だけ本発明に係る冷却器とし、他方は、従来の冷却方法を用いてもよい。
As shown in FIG. 2, the
このように、ヒータ20を挟んで第1冷却器21及び第2冷却器22を設けることにより、ヒータ20による加熱によって金属体Mに軟化領域を局部的に形成することができるが、軟化領域を局部的に形成するのは、回転用モータ13で金属体Mを回転させることによって生じさせた剪断応力を軟化領域に集中させて作用させるためであり、この目的に適うならば必ずしもヒータ20を挟んで第1冷却器21及び第2冷却器22を設ける必要はなく、いずれか一方だけであってもよい。具体的には、上述したようにヒータ20を金属体Mの長手方向に移動させる場合であって、金属M体の熱伝導の速度がヒータ20の移動速度と比較して大きくない場合には、ヒータ20の移動方向側には必ずしも冷却部を設ける必要はなく、ヒータ20の移動方向側と反対側に冷却部を設けるだけでよい。
As described above, by providing the
冷却器は、図3に示すように、金属体Mに環装した筒状のガイド管30と、このガイド管30のヒータ20側の端部に設けた第1支持体31と、ガイド管30の他方の端部に設けた第2支持体32と、第1支持体31と第2支持体32の間においてガイド管30に環装した筒状の外周管33とで構成している。ガイド管30と、第1支持体31と、第2支持体32と、外周管33は、図2に示すように、ガイド管30と外周管33とを第1支持体31と第2支持体32とで挟持して、連結ロッド34を介して第1支持体31と第2支持体32を連結することにより強固に挟持固定して一体化している。図2及び図3中、35は固定用のナットである。
As shown in FIG. 3, the cooler includes a
ガイド管30は、本実施形態では円筒体としており、第1支持体31側の端縁には、図4に示すように、ガイド管30の内側に冷却用液体の水を流入させる切り欠き状の流入口hを複数設けている。なお、ガイド管30は円筒形状に限定するものではないが、水と金属体Mとの接触効率を考慮した場合、円筒形状が望ましい。なお、図4では、ガイド管30に流入口hを設けた形態を示しているが、第1支持体31におけるガイド管30の当接部分に切り欠き状に溝を形成して水をガイド管30の外側から内側に導く流水路としてもよい。
The
第1支持体31は、金属体Mが挿通される挿通孔31aを中央部に設けた金属製の平板体としている。特に、第1支持体31には、図3に示すように、第2支持体32側の面にガイド管30及び外周管33が挿入される凹部31eを設け、この凹部31eの底面部分をガイド管支持壁31fとして、ガイド管30及び外周管33の端縁を当接させている。なお、第1支持体31は、ヒータ20に近接させて配設されるため、第1支持体31の内部に通水路31bを設けており、図2に示すように、この通水路31bに給水管31c及び排水管31dを連通連結して冷却水を通水させて、冷却可能としている。第1支持体31は金属製に限定するものではなく、例えばセラミックス製など、耐熱性の高い材料で形成してよい。
The
第2支持体32も、金属体Mが挿通される挿通孔32aを中央部に設けた金属製の平板体であって、第2支持体32の側面には、挿通孔32aと連通する連通孔32bを設けている。第2支持体32も、第1支持体31と同様に金属製に限定するものではなく、適宜の材料で形成してよい。
The
外周管33は、本実施形態では円筒体としており、周面の所定位置に冷却用液体である水をガイド管30と外周管33との間に供給する供給配管36が接続される給水口33aを設けている。図3中、36aは供給配管36を給水口33aに装着するための補助具である。本実施形態では、外周管33には給水口33aを1つだけ設けているが複数の給水口33aを設けてもよい。また、外周管33も円筒形状に限定するものではなく、適宜の形状としてよい。
The outer
給水口33aに供給配管36を接続してガイド管30と外周管33の間に供給された水は、ガイド管30の第1支持体31側に設けている流入口hからガイド管30内に流入し、金属体Mと接触して冷却可能としている。
The water supplied between the
特に、第1支持体31では、ガイド管支持壁31fの厚みをできるだけ薄くすることによりガイド管30の第1支持体31の端部をヒータ20に近接させており、ガイド管30の流入口hをヒータ20に近接させながら第1支持体31から水をガイド管30内に流入させることにより、ヒータ20により近い部分から金属体Mを冷却することができるので、軟化領域をより局部的に形成して、剪断応力を効果的に作用させることができる。
In particular, in the
また、金属体Mを冷却するために用いている水で第1支持体31自体も冷却でき、金属体Mからの輻射熱による第1支持体31の熱変形あるいは破損を防止しやすくすることができる。
In addition, the
第2支持体32の連通孔32bには、ガイド管30内に流入した水を吸引する吸引器(図示せず)に連通連結する排出配管37を接続して、ガイド管30内の水を吸引している。図3中、37aは排出配管37を連通孔32bに装着するための補助具である。本実施形態では、吸引器には真空ポンプを用い、排出配管37の中途部で気液分離器(図示せず)を介して、水を分離している。
The
このように、吸引器でガイド管30内に流入した水を吸引することにより、ガイド管30に金属体Mの熱で高温となった水が停留することを防止して、水を円滑に循環させて冷却効果を向上させることができる。
Thus, by sucking the water flowing into the
特に、ガイド管30は金属体Mに環装しているので、冷却用液体である水を金属体Mの周方向に沿って均一に接触させることができ、金属体Mを周方向に均一に冷却することができる。
In particular, since the
しかも、ガイド管30の一方端側から他方端側に向けて水を流通させているので、水が金属体Mと接触しない非接触領域が生じることを防止して、金属体Mを効果的に冷却できる。
Moreover, since the water is circulated from the one end side to the other end side of the
さらに、ガイド管30内への水の送給は、第1支持体31の凹部31eに差し入れたガイド管30の流入口hからガイド管30内へ流入させることにより、第1支持体31においてスムーズにガイド管30内に水を供給できるので、十分な量の水をガイド管30内に供給して金属体Mを確実に冷却できる。
Furthermore, water is smoothly fed into the
特に、ガイド管30と外周管33との間の空間が、吸水タンクとして利用できるので、ガイド管30内に十分な量の水を供給しやすくすることができる。
Particularly, since the space between the
また、吸引器でガイド管30内に流入した水を吸引することにより、第1支持体31の挿通孔31aにおける金属体Mとの隙間や、第2支持体32の挿通孔32aにおける金属体Mとの隙間から、ガイド管30内に流入した水が漏れ出ることを防止できる。
Further, by sucking the water flowing into the
このように、第1支持体31の挿通孔31aから水が漏れ出すことを防止できるので、ヒータ30側に水が飛散することを確実に防止して、ヒータ30による金属体Mの加熱が阻害されることを防止でき、第1支持体31及び第2支持体32を可能な限りヒータ20に近接させて配置できる。したがって、ヒータ20と第1冷却器21及び第2冷却器22とで金属体Mに軟化領域を極めて局部的に形成でき、この軟化領域に局部的に剪断応力を作用させて、金属体の結晶の微細化効果を向上させることができる。
Thus, since it is possible to prevent water from leaking out from the
本実施形態では、ガイド管30と外周管33は、それぞれ透明な材料で形成している。具体的には、ガラスや耐熱性プラスチックなどを用いることができる。ガイド管30と外周管33を透明材料で構成した場合には、冷却器内部の水の移動状態を目視確認することができるので、何らかの異常によって水の供給が停止した場合に、速やかに異常を検出して対処することができる。
In the present embodiment, the
他の実施形態として、図5に示すように、金属体Mの一方の端部を固定支持する第1チャック11にも回転用モータ13aを連動連結して第1チャック11を回転自在とし、回転用モータ13bにより回転自在とした第2チャック12とにより、第1チャック11と第2チャック12とで略水平状態に固定支持された金属体Mを回転可能としている。ここで、本実施形態では、第1チャック11と回転用モータ13aとで第1回転機構部を構成し、第2チャック12と回転用モータ13bとにより第2回転機構部を構成しているが、金属体Mを回転させる回転機構はこれらに限定するものではなく、金属体Mを回転可能となっていればどのように構成してもよい。
As another embodiment, as shown in FIG. 5, the
第1チャック11を回転させる回転用モータ13aと、第2チャック12を回転させる回転用モータ13bは、金属体Mを同一方向または反対方向に回転させるとともに、それぞれの回転速度を異ならせることにより生じる差速によって金属体Mの軟化領域部分に剪断変形を生じさせている。
The
例えば、第1チャック11を回転させる回転用モータ13aの出力が金属体Mを30rpmで回転させる回転出力としている場合に、第2チャック12を回転させる回転用モータ13bの出力を、金属体Mを20rpmで回転させる回転出力としている。したがって、金属体Mの軟化領域部分は、10rpmで剪断変形されており、この剪断変形による剪断応力によって金属結晶が微細化されている。また、このとき、金属体M自体は、少なくとも20rpmで回転していることとなっている。
For example, when the output of the
このように、金属体Mの軟化領域部分に剪断応力を作用させて金属結晶を微細化している際に、金属体M全体を回転させていることにより、第1冷却器21及び第2冷却器22による金属体Mの冷却によって生じる金属体Mの温度分布を、回転する金属体Mの回転軸を中心として同心円状の温度分布に近づけることができる。特に、この場合、ヒータ20による金属体Mの加熱も、金属体Mが回転していることによって均一化されるので、金属体Mの温度分布を、回転する金属体Mの回転軸を中心として同心円状の温度分布にさらに近づけることができる。
As described above, when the metal crystal is refined by applying a shear stress to the softened region portion of the metal body M, the
したがって、金属体Mに作用する剪断応力の大きさの分布も、回転する金属体Mの回転軸を中心として同心円状の分布とすることができ、剪断応力を金属体Mの回転方向に安定的に作用させることができるので、金属体Mに余計な変形が生じることを抑制して、剪断変形後の形状を安定化させることができる。 Therefore, the distribution of the magnitude of the shear stress acting on the metal body M can also be a concentric distribution around the rotation axis of the rotating metal body M, and the shear stress is stable in the rotation direction of the metal body M. Therefore, it is possible to suppress the excessive deformation of the metal body M and stabilize the shape after the shear deformation.
また、第1チャック11を介して回転させられる金属体と、第2チャック12を介して回転させられる金属体の回転方向を互いに逆方向とした場合には、金属体を低速回転の駆動機構を用いて回転させても最大で2倍の回転数で金属体に剪断変形を生じさせることができる。
When the metal body rotated through the
第1回転機構部及び第2回転機構部による金属体Mの回転速度の差の大きさは、金属体Mの材質及び径寸法に応じて適宜とすることができる。 The magnitude of the difference in rotational speed of the metal body M between the first rotation mechanism section and the second rotation mechanism section can be appropriately determined according to the material and the diameter of the metal body M.
第1回転機構部及び第2回転機構部を設けた金属加工装置では、第1チャック11及び第2チャック12に金属体Mを装着し、ヒータ20による金属体Mの加熱の開始とともに、第1回転機構部と第2回転機構部により金属体Mを回転させている。このとき、第1回転機構部と第2回転機構部は、それぞれ金属体Mを同じ回転速度で回転させており、ヒータ20による加熱によって金属体Mに回転軸を中心として同心円状の均一な温度分布を生じさせるようにしている。なお、このとき、第1冷却器21と第2冷却器22は金属体の冷却を開始しており、ヒータ20による加熱を局部的としている。
In the metal processing apparatus provided with the first rotation mechanism portion and the second rotation mechanism portion, the metal body M is mounted on the
温度検出器29により金属体Mがヒータ20によって所定の温度まで加熱されたことを検出すると、金属加工装置は、金属体Mに沿った支持板23の移動を開始するとともに、第1回転機構部と第2回転機構部の少なくとも何れか一方による金属体Mの回転速度を変更して、第1回転機構部と第2回転機構部とでそれぞれが金属体Mを回転させる速度を異ならせ、金属体Mの軟化領域部分の剪断変形を開始する。
When the
支持板23の移動方向側と反対側における金属体は、第1冷却器21または第2冷却器22によってほぼ常温にまで冷却している。
The metal body on the side opposite to the moving direction side of the
金属加工装置は、支持板23を所定の距離だけ移動させた後、ヒータ20による加熱を停止して、支持板23をさらに所定の距離だけ移動させて、ヒータ20によって加熱された金属体Mを第1冷却器21及び第2冷却器22によって完全に冷却している。
The metal processing apparatus moves the
金属加工装置は、金属体Mの冷却後、第1冷却器21及び第2冷却器22を停止させて、金属体Mを取り出し可能としている。
After cooling the metal body M, the metal processing apparatus stops the
M 金属体
20 ヒータ
21 第1冷却器
22 第2冷却器
23 支持板
29 温度検出器
30 ガイド管
31 第1支持体
31a 挿通孔
32 第2支持体
32a 挿通孔
32b 連通孔
33 外周管
33a 給水口
34 連結ロッド
36 供給配管
37 排出配管
h 流入口
M metal body
20 Heater
21 First cooler
22 Second cooler
23 Support plate
29 Temperature detector
30 guide tube
31 First support
31a Insertion hole
32 Second support
32a insertion hole
32b communication hole
33 Outer tube
33a Water inlet
34 Connecting rod
36 Supply piping
37 Discharge piping h Inlet
Claims (7)
前記冷却部は、前記金属体に同軸状に環装した筒状のガイド管を備え、このガイド管の内部に、前記ガイド管の一方端側から他方端側に向けて、前記金属体を冷却する冷却用液体を前記金属体に沿って流通させていることを特徴とする金属加工装置。 A heating unit that heats a predetermined position of the columnar metal body, and a cooling unit that is provided adjacent to the heating unit to cool the metal body, and around a rotation axis that is parallel to the longitudinal direction of the metal body A rotation operation unit for rotating the metal body is provided, and a shearing stress is applied to the softened region locally formed on the metal body by the heating unit and the cooling unit by rotation of the metal body by the rotation operation unit. In the metal processing apparatus for refining the metal crystal of the metal body,
The cooling unit includes a cylindrical guide tube that is coaxially mounted on the metal body, and cools the metal body inside the guide tube from one end side to the other end side of the guide tube. A metal processing apparatus, wherein a cooling liquid to be circulated is circulated along the metal body.
前記ガイド管の他方の端部には、前記金属体が挿通される挿通孔を有する第2支持体を設け、
この第2支持体に、前記ガイド管内の冷却用液体を吸引する吸引器に連通連結させる排出配管を接続して、前記第1支持体側から前記ガイド管内に送給した冷却用液体を吸引していることを特徴とする請求項2に記載の金属加工装置。 A first support body having an insertion hole through which the metal body is inserted is provided at the end of the guide tube on the heating unit side,
The other end of the guide tube is provided with a second support having an insertion hole through which the metal body is inserted,
The second support is connected to a discharge pipe communicating with and connected to a suction device for sucking the cooling liquid in the guide tube, and the cooling liquid fed into the guide tube is sucked from the first support side. The metal processing apparatus according to claim 2, wherein:
前記第1回転機構部と前記第2回転機構部は、それぞれ回転速度を異ならせて前記金属体を同一方向または反対方向に回転させていることを特徴とする請求項4に記載の金属加工装置。 The rotation operation section includes a first rotation mechanism section that rotates a metal body on one side sandwiching the softened region formed on the metal body, and a second rotation mechanism section that rotates a metal body on the other side sandwiching the softening region. And
5. The metal processing apparatus according to claim 4, wherein the first rotation mechanism unit and the second rotation mechanism unit rotate the metal body in the same direction or in the opposite direction at different rotation speeds. .
この外周管には、前記ガイド管と前記外周管との間に冷却用液体を供給する供給配管を接続し、
前記ガイド管の前記第1支持体側の端部から前記ガイド管内に前記冷却用液体を流入させていることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の金属加工装置。 Between the first support body and the second support body, a cylindrical outer tube provided around the guide pipe is provided,
The outer pipe is connected to a supply pipe for supplying a cooling liquid between the guide pipe and the outer pipe,
5. The metal processing apparatus according to claim 3, wherein the cooling liquid is caused to flow into the guide tube from an end portion of the guide tube on the first support body side.
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