JP2015174095A - 中子の交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に中子の温度が高くなる熱間鍛造用金型に最適な、安全性と生産性を高めた中子の交換方法を提供する。【解決手段】 母型内に嵌め込まれた中子の交換方法であって、前記中子は、型彫り面と該型彫り面の周囲に形成された平坦部とを有し、前記平坦部に吸着する複数個の電磁石を有する吊り具を用いて、前記中子に形成された平坦部に、前記複数個の電磁石を吸着して、前記中子を吊り上げまたは吊り下げることにより、前記母型内の中子を交換する中子の交換方法である。【選択図】 図１

Description

本発明は、母型内に嵌め込まれた中子の交換方法に関するものである。

熱間鍛造用の金型には、一体物の金型、複数の金型片を組み併せた金型がある。このうち、中子（入子ともいう）を用いる金型としては、種々の提案がなされており、例えば、最近では特開２０１１−２１８４１９号公報（特許文献１）がある。
この特許文献１では、成形部を有するダイインサートと、該ダイインサートが圧入されて所定の締結力で保持する補強リングとを備え、前記ダイインサートを補強リングから抜き出して少なくとも一方を交換する成形用金型の交換方法として、前記成形部の温度以上、前記ダイインサートと補強リングの熱軟化温度以下で溶融または軟化する融点材料により構成されてなるインナーリングを前記ダイインサートと補強リングとの間に配置して成形用金型を予め構成し、前記ダイインサートと補強リングの少なくとも一方を交換するに際して、前記インナーリングが溶融または軟化する温度に加熱して、前記ダイインサートを補強リングから抜き出す成形用金型の交換方法の発明が提案されている。

特開２０１１−２１８４１９号公報

上述した特許文献１で示される発明は、冷間鍛造用の金型を想定したものであり、インナーリングが溶融または軟化する温度に加熱して、前記ダイインサートを補強リングから抜き出すものである。インナーリングには、融点が１５０〜５００℃の、錫やビスマスなどの金属、および、これらの金属の少なくとも一方を含む合金が用いられる。
一方、中子を備えた熱間鍛造用金型において、中子を容易に交換する提案は見当たらない。一般に、熱間鍛造用の金型において、中子を交換しようとすると、母型を熱間鍛造装置から取り外し、母型を転倒させたりして中子を交換していた。そのため、安全性、生産性にも問題があった。
本発明の目的は、特に中子の温度が高くなる熱間鍛造用金型に最適な、安全性と生産性を高めた中子の交換方法を提供する。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものである。
すなわち本発明は、
母型内に嵌め込まれた中子の交換方法であって、
前記中子は、型彫り面と該型彫り面の周囲に形成された平坦部とを有し、
前記平坦部に吸着する複数個の電磁石を有する吊り具を用いて、
前記中子に形成された平坦部に、前記複数個の電磁石を吸着して、前記中子を吊り上げまたは吊り下げることにより、前記母型内の中子を交換する中子の交換方法である。
好ましくは、前記中子の交換は、平坦部の温度が３５０℃以下の温度域で行う中子の交換方法である。

本発明によれば、特に中子の温度が高くなる熱間鍛造用金型に最適な、その中子の交換時に安全性と生産性を高めることができる。

中子の交換時の状態の一例を示す模式図である。 中子の一例を示す模式図である。 電磁石の一例を示す模式図である。 本発明で用いる吊り具の一例を示す模式図である。

本発明の最大の特徴は、中子に形成された平坦部に、前記複数個の電磁石を吸着して、前記中子を吊り上げまたは吊り下げることにより、前記母型内の中子を交換することにある。以下に、本発明を図面を用いて説明する。
本発明で用いる中子１は、例えば、図１や図２に示すように母型２内に嵌め込まれ、平坦部３と型彫面４を有するものを言う。中子を嵌め込む分割型では、その中子を別な中子に交換して熱間鍛造をすることで所定の形状とするものである。
前記の型彫面は被鍛造材を所望の形状に成形する面であり、平坦部は本願発明の場合では、吊り具５に設けられた電磁石６の吸着面となる。この中子に形成された平坦部３に、電磁石６を吸着して、前記中子を吊り上げまたは吊り下げることにより、前記母型内の中子を交換することができる。

また、本発明で用いる電磁石６は吊り具５に設けられている。図３に示すように、電磁石６は複数個のものを一体化してリング状とするのが好ましい。なお、電磁石６の高さは、図１に示すように、複数個の電磁石が吸着可能なように揃えておく。なお、本発明で用いる電磁石としては、例えば耐熱性を有する電磁石を用いるのが好ましい。これは、高温の中子を交換すること、着磁と脱磁が容易であり、任意のタイミングで着磁と脱磁を行うことができ、中子を吊り上げる位置合わせも容易であるからである。
本発明で、電磁石６を複数個とすることで、例えば、吸着力が劣化したり、電磁石が破損した場合に容易に交換が可能となる。また、図３（ｂ）に示すように、吊り具５に電磁石が放射状（半径が広がる方向）に移動可能なスライド機構を設けておけば、電磁石の位置を適宜移動することができる。このスライド機構を設けると、電磁石の位置が任意に変更できるため、中子のサイズの大型化にも対応することが可能となる。
なお、中子の重量は２００ｋｇ以上となる。安全性を考慮すると複数個の電磁石を一体化してリング状とし、そのリング状の電磁石の吸着面全面が平坦部に吸着するのが好ましい。平坦部に吸着する電磁石の吸着面積の割合が４０％未満となると、吊り上げや吊り下げ時に中子が落下する危険性がある。もし、前述のスライド機構１１を設けた吊り具を使用するのであれば、平坦部に吸着する電磁石の吸着面積の割合が４０％以上となるように配慮すると良い。好ましい吸着面積の割合は５０％以上であり、更に好ましくは７０％であり、最も好ましくは電磁石の吸着面全面が平坦部に吸着することである。
なお、電磁石自体の吸着力も考慮する必要があり、電磁石の吸着面全面が平坦部に吸着した時の最大吸着力が例えば、約８００Ｎであれば、３００ｋｇ程度の重さの中子を十分に吸着することができる。電磁石の吸着力は中子の荷重、スライド機構の使用の有無等を考慮して選択すると良い。

本発明では、前述した中子に形成された平坦部に、前記複数個の電磁石を吸着して、前記中子を吊り上げまたは吊り下げることにより、前記母型内の中子を交換する。
中子の交換とて代表的な例としては、例えば図４（ａ）（吊り具５の正面図及び側面図）に示すように、例えば、吊り具５にリフトやマニピュレータの爪（フォーク）が挿入可能なリフト治具７を設けた固定治具８と吊り具５とを固定ボルト９で固定しておき、中子１に電磁石６を吸着させてリフトやマニピュレータを用いて中子を交換する方法や、例えば図４（ｂ）に示すように、例えば、吊り具５自体にクレーンで吊り上げるためのクレーン用リング１０を設けておき、中子１に電磁石６を吸着させてクレーンを用いて中子を交換する方法を採用することができる。
何れの方法であっても、複数の電磁石を有する吊り具を交換対象の中子上に移動させ、電磁石と中子の位置を調整し磁力を掛け、例えば、リフトやクレーンを用いて母型より中子を引き抜くといったものである。母型に中子を嵌め込む場合も同様である。
また、電磁石と中子の脱着は整流器を介し、スイッチ操作で電磁石の脱着を行うことが良い。

なお、中子の交換は、中子の平坦部の温度が３５０℃以下の温度域で行うことが好ましい。熱間鍛造に用いる中子は、高温になる。過度に中子の温度が高くなると、電磁石の吸着力が低下するおそれがある。
特に温度が問題となるのは、電磁石を吸着させる平坦面である。そのため、３５０℃以下となっているかどうかは、例えば、サーモグラフィで簡易的に温度を測定すると良い。特に、電磁石が吸着する平坦部の温度が３５０℃を超える場合は電磁石の吸着力が低下して、中子の交換時に中子が電磁石から外れてしまうそれがある。そのため、本発明では、中子の交換は、中子の平坦部の温度が３５０℃以下の温度域で行うとする。

先ず、用いる電磁石の安全性を確認する予備試験を行った。
具体的には、電磁石を有する吊り具の性能試験として、母型から中子のみを吊り上げることができるのかを検証した。母型及び中子を３００℃に加熱した。そして、重さが約３００ｋｇの中子のみの吊り上げ可否および電磁石の吸着力を確認した。電磁石は３５０℃までの耐熱性を有し、複数個の電磁石が中子外径に沿い且つ、中子に形成された平坦部に沿った配列とし、そのリング状の電磁石の高さを揃えて電磁石の吸着面全面が平坦部に吸着させるようにした。
電磁石を有する吊り具は図４（ｂ）に示す構造とし、クレーンを用いて中子上に設置し、磁力をかけ、吊り上げることで中子のみの吊り上げが可能であることを確認した。また、中子を吊り上げた状態で１０分間観測したが中子の落下等の異常はみられず、耐熱性および電磁石の吸着力に問題のないことを確認した。

次に、本発明による中子交換方法を実施し、従来から実施していた、母型を熱間鍛造装置から取り外し、母型を転倒させて中子を交換する方法と比較した。使用した中子はＪＩＳ−ＳＫＴ４相当合金で、図２に示すように、型彫り面と該型彫り面の周囲に形成された平坦部とを有する、３００ｋｇのものであった。また、電磁石は３５０℃までの耐熱性を有する電磁石を用いて、２０個の電磁石が中子外径に沿い且つ、中子に形成された平坦部に沿った配列とし、そのリング状の電磁石の高さを揃えて電磁石の吸着面全面が平坦部に吸着させるよう電磁石と中子とを近距離で位置合わせを行い、電磁石と中子とを接触させた状態で整流器を介して水って操作により磁力かけて、中子を電磁石により吸着させた。なお、中子の平坦部の温度については、電磁石が吸着する平坦部の温度がいずれも２５０℃から３００℃の範囲内であり、その測定は放射温度計を用いて行った。
また、電磁石を有する吊り具は図４（ａ）に示す構造とし、フォークリフトを用いて中子上に設置し、磁力をかけ、中子のみを吊り上げと吊り下げを行って中子を除去した後、別な中子に交換を行い、母型に中子を嵌め込んだ。実施した作業実績の比較結果を表１に示す。

表１に示すように、従来の方法の中子の交換作業は、母型ごと鍛造機から取り外し、反転させることで中子の取り外しを行っている。その後、別な中子を再度母型に嵌め込む場合は、交換した中子と母型の位置決めにはコッターを差し込むことで行っており、異なる中子で鍛造を行うためにはコッターを用いた母型の位置決めが都度必要となっていた。また、クレーンを用いて母型を扱うため、高温の母型や中子と作業者との距離が近く、安全性が課題となる作業であった。
一方、本発明例の中子交換方法においては、母型を取り外さずに中子に形成された平坦部に、前記複数個の電磁石を吸着して、前記中子を吊り上げまたは吊り下げることにより、前記母型内の中子を交換することができ、母型取り外しおよびコッターによる位置決めを含む取り付け工程が不要となる。結果として、中子交換1回当たり５６％（１２分）の時間短縮が可能となり生産性の向上につながった。また、電磁石を有する吊り具はフォークリフトにて搬送しており、熱間鍛造機外の位置から中子の吊り上げと吊り下げができるため、安全性も向上した。

１ 中子
２ 母型
３ 平坦部
４ 型彫面
５ 吊り具
６ 電磁石
７ リフト治具
８ 固定治具
９ 固定ボルト
１０ クレーン用リング
１１ スライド機構

なお、中子の交換は、中子の平坦部の温度が３５０℃以下の温度域で行うことが好ましい。熱間鍛造に用いる中子は、高温になる。過度に中子の温度が高くなると、電磁石の吸着力が低下するおそれがある。
特に温度が問題となるのは、電磁石を吸着させる平坦面である。そのため、３５０℃以下となっているかどうかは、例えば、サーモグラフィで簡易的に温度を測定すると良い。特に、電磁石が吸着する平坦部の温度が３５０℃を超える場合は電磁石の吸着力が低下して、中子の交換時に中子が電磁石から外れてしまうおそれがある。そのため、本発明では、中子の交換は、中子の平坦部の温度が３５０℃以下の温度域で行うとする。

次に、本発明による中子交換方法を実施し、従来から実施していた、母型を熱間鍛造装置から取り外し、母型を転倒させて中子を交換する方法と比較した。使用した中子はＪＩＳ−ＳＫＴ４相当合金で、図２に示すように、型彫り面と該型彫り面の周囲に形成された平坦部とを有する、３００ｋｇのものであった。また、電磁石は３５０℃までの耐熱性を有する電磁石を用いて、２０個の電磁石が中子外径に沿い且つ、中子に形成された平坦部に沿った配列とし、そのリング状の電磁石の高さを揃えて電磁石の吸着面全面が平坦部に吸着させるよう電磁石と中子とを近距離で位置合わせを行い、電磁石と中子とを接触させた状態で整流器を介してスイッチ操作により磁力かけて、中子を電磁石により吸着させた。なお、中子の平坦部の温度については、電磁石が吸着する平坦部の温度がいずれも２５０℃から３００℃の範囲内であり、その測定は放射温度計を用いて行った。
また、電磁石を有する吊り具は図４（ａ）に示す構造とし、フォークリフトを用いて中子上に設置し、磁力をかけ、中子のみを吊り上げと吊り下げを行って中子を除去した後、別な中子に交換を行い、母型に中子を嵌め込んだ。実施した作業実績の比較結果を表１に示す。

Claims (2)

1. 母型内に嵌め込まれた中子の交換方法であって、
   前記中子は、型彫り面と該型彫り面の周囲に形成された平坦部とを有し、
   前記平坦部に吸着可能な複数個の電磁石を有する吊り具を用いて、
   前記平坦部に、前記複数個の電磁石を吸着させて、前記中子を吊り上げまたは吊り下げることにより、前記母型内の前記中子を交換する
   ことを特徴とする中子の交換方法。
2. 中子の交換は、前記平坦部の温度が３５０℃以下の温度域で行うことを特徴とする請求項１に記載の中子の交換方法。