JP3200216U - 鋳造鍛造成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生産コストを引き下げられる鋳造鍛造成形装置を提供する。【解決手段】鋳造鍛造成形装置は、少なくとも溶融室１、鋳造室２、押し上げシステム４及び真空システム５を有する。溶融室１には炉蓋１１、るつぼ１２、第一加熱ユニット１３を設置する。第一加熱ユニット１３はるつぼ１２に対して加熱を行う。炉蓋１１は溶融室１上方に蓋をし、鋳造室２は溶融室１の片側に設置される。鋳造室２には金属モールド６を収容する収容空間２１、るつぼ１２及び収容空間２１に連通する導管２２を設置する。押し上げシステム４は鋳造室２片側に設置し、コントロールユニット４１、第二パイプルート４２、動力ユニット４３及び押し上げエジェクタピン４４を設置する。動力ユニット４３により押し上げエジェクタピン４４に収容空間２１へと移動する動力を提供する。真空システム５は溶融室１及び鋳造室２に対してそれぞれ真空操作を行う。真空システム５には少なくとも１個の真空ポンプを設置する。【選択図】図１

Description

本考案は鋳造鍛造成形装置に関し、特に金属の鋳造方法と鍛造方法とを相互に結合し、金属の成形を一度で実現し、成形プロセスを大幅に短縮し、生産コストを引き下げられる鋳造鍛造成形装置に関する。

運動器材（ゴルフクラブヘッド、打撃面）、ケース状構造（電子部品ケース、時計ケース）、小型金属パーツ、自動車パーツ等の小型金属パーツは、従来は、精密鋳造或いは精密鍛造の技術を用いて生産される。

その内、精密鋳造では先ず、モールドを準備する。
モールドにはキャビティを設置し、キャビティは予定完成品の規格を備える。
続いて、モールドのキャビティに蝋を流し入れ、蝋型を形成する。
キャビティから蝋型を取り出し、蝋型をモルタルに浸し、高分子モルタルケースモールドを形成する。
続いて、蝋型を加熱して溶かし流出させ、セラミックケース外モールドを形成する。
さらに、融熔金属液をセラミックケース外モールドに注入し、エンブリオを形成する。
最後に、エンブリオはさらに数工程の表面加工を経て、予定規格の完成品が出来上がる。

精密鋳造において、ケースモールドは生産サイクルが長く、技術が複雑で、鋳造後の金属表面には、ゆるく且つ厚い生成物（α-Ｔｉ）が形成される。
それは、機械強度が劣り、且つケースモールドは一度しか使用できない。
また、精密鍛造の製造工程では先ず鍛造用カーボンスチール或いは合金鋼により製成された金属塊を選び、次に金属塊に数個の鍛造モールドによる数回の鍛造処理を施す。
鍛造過程では、各鍛造モールドのキャビティは、順番に形状変化を形成するため、金属塊の外形輪郭は、対応形状のエンブリオに徐々に成形されていく。
最後に、エンブリオに、いくつかの工程の表面加工を施し、予定規格の完成品とする。

鋳造鍛造成形の完成品は、均一で構造強度が高い等の長所を備えるが、鍛造過程に使用する鍛造モールドの数が多過ぎるため、モールド製作及び製造コストが高騰し、大量生産に適さず、複雑な形状の製造が困難で、鍛造モールドが施圧により変形し易くしばしば交換しなければならない等の欠点が存在する。

前記先行技術の説明で分かるとおり、鍛造過程に使用する鍛造モールドの数が多過ぎるため、モールド製作及び製造コストが高騰し、大量生産に適さず、複雑な形状の製造が困難で、鍛造モールドが施圧により変形し易くしばしば交換しなければならない欠点がある。

本考案は金属の鋳造方法と鍛造方法とを相互に結合し、金属の成形を一度で実現し、成形プロセスを大幅に短縮し、生産コストを引き下げられる鋳造鍛造成形装置に関する。

本考案による鋳造鍛造成形装置は、溶融室、鋳造室、押し上げシステム及び真空システムを有する。
該溶融室には、炉蓋、るつぼ及び第一加熱ユニットを設置する。
該第一加熱ユニットは、該るつぼに対して加熱を行う。
該炉蓋は該溶融室上方に蓋をする。
該鋳造室は該溶融室の片側に設置される。
該鋳造室には、金属モールドを収容する収容空間、該るつぼ及び該収容空間に連通する導管を設置する。
該押し上げシステムは該鋳造室片側に設置し、コントロールユニット、第二パイプルート、動力ユニット及び押し上げエジェクタピンを有する。
該第二パイプルートは、該コントロールユニット及び該動力ユニットとそれぞれ連接する。
該押し上げエジェクタピンは該動力ユニットと連接し、該動力ユニットにより、該押し上げエジェクタピンに、該収容空間へと移動する動力を提供する。
該真空システムは、該溶融室及び該鋳造室に対してそれぞれ真空操作を行う。
該真空システムには少なくとも１個の真空ポンプを設置する。

本考案による鋳造鍛造成形装置は、気体提供システムをさらに有する。
該気体提供システムは該溶融室の片側に設置され、ストレージバレル及び第一パイプルートを設置する。
該第一パイプルートは、該ストレージバレル及び該溶融室を連通し、嫌気性気体を該るつぼ内に提供する。

本考案による鋳造鍛造成形装置において、該真空システムには、第一、第二真空ポンプを設置する。
該第一真空ポンプは、機械ポンプで、該溶融室及び該鋳造室に対して低真空を形成する。
該第二真空ポンプは、ルーツポンプで、該溶融室及び該鋳造室に対して高真空を形成する。

本考案による鋳造鍛造成形装置において、該動力ユニットは油圧加圧シリンダーである。

本考案による鋳造鍛造成形装置において、該鋳造室には第二加熱ユニットをさらに有する。

本考案による鋳造鍛造成形装置において、該第一加熱ユニットは加熱コイルで、且つ該第一加熱ユニットは該るつぼ外に巻いて設置する。
該第二加熱ユニットは加熱コイル或いは熱抵抗である。

本考案の実施形態を応用する特徴の一つは、金属の鋳造方法と鍛造方法とを相互に結合し、金属の成形を一度で実現し、成形プロセスを大幅に短縮し、生産コストを引き下げることができる。

本考案の第一実施形態による鋳造鍛造成形装置の構造模式図である。 本考案の第二実施形態による鋳造鍛造成形装置の構造模式図である。

（一実施形態）
図１は、本考案鋳造鍛造成形装置の第一実施形態の構造模式図である。
本考案の鋳造鍛造成形装置は、少なくとも溶融室１、鋳造室２、押し上げシステム４及び真空システム５を有する。

溶融室１には、炉蓋１１、るつぼ１２及び第一加熱ユニット１３を設置する。
第一加熱ユニット１３は、るつぼ１２に対して加熱を行う。
炉蓋１１は、溶融室１上方に蓋をし、るつぼ１２を封鎖する。
第一加熱ユニット１３は加熱コイルで、且つ第一加熱ユニット１３はるつぼ１２外に巻いて設置する。

鋳造室２は、溶融室１の片側に設置される。
図に示す実施形態では、鋳造室２は溶融室１の下方に位置する。
鋳造室２には、金属モールド６を収容する収容空間２１、るつぼ１２及び収容空間２１に連通する導管２２を設置する。
鋳造室２には、第二加熱ユニット（図示なし）をさらに有し、鋳造室２に対して加熱を行う。
第二加熱ユニットは加熱コイル或いは熱抵抗である。

押し上げシステム４は、鋳造室２片側に設置し、コントロールユニット４１、第二パイプルート４２、動力ユニット４３及び押し上げエジェクタピン４４を設置する。
第二パイプルート４２は、コントロールユニット４１及び動力ユニット４３とそれぞれ連接し、押し上げエジェクタピン４４は動力ユニット４３と連接し、動力ユニット４３により、押し上げエジェクタピン４４に、収容空間２１へと移動する動力を提供する。
押し上げシステム４は油圧システムで、動力ユニット４３は油圧加圧シリンダーで、且つ図に示す実施形態では、押し上げエジェクタピン４４は収容空間２１の下に位置する。
当然、押し上げエジェクタピンは収容空間の横側に位置させることもできる。

真空システム５は、溶融室１及び鋳造室２に対して、それぞれ真空操作を行い真空にする。
真空システム５には少なくとも１個の真空ポンプを設置する。
図に示す実施形態では、真空システム５には、第一、第二真空ポンプ５１、５２を設置する。
第一真空ポンプ５１は、機械ポンプで、溶融室１及び鋳造室２に対して低真空を形成する。
第二真空ポンプ５２は、ルーツポンプで、溶融室１及び鋳造室２に対して高真空を形成する。
第一、第二真空ポンプ５１、５２を相互に直列接続して使用することで、大排気量で且つ高真空度のシステムを構築することができる。

図２に示す第二実施形態では、本考案の鋳造鍛造成形装置は、可気体提供システム３をさらに有し、それは溶融室１の片側に設置される。
気体提供システム３には、ストレージバレル３１及び第一パイプルート３２を設置する。
第一パイプルート３２は、ストレージバレル３１及び溶融室１を連通し、嫌気性気体をるつぼ１２内に提供する。
嫌気性気体はアルゴン或いは窒素である。

本考案の鋳造鍛造成形装置の使用時には、先ず、金属モールド６を提供し、金属モールド６を鋳造室２の収容空間２１内に組み付ける。
次に、るつぼ１２を提供し、るつぼ１２を溶融室１に組み付け、且つ金属素材（図示なし）をるつぼ１２内に充填する。
さらに、炉蓋１１で溶融室１上方を蓋し、るつぼ１２を封鎖し、真空システム５を利用して、るつぼ１２内に対して真空操作を行う。
その真空度は ０．３×１０^-１Ｐａ〜１．０×１０^-１Ｐａである。
本考案では、少なくとも１個の真空ポンプ（機械ポンプ或いはルーツポンプなど）を利用し、それぞれの真空ポンプの真空操作能力を相互に組み合わせ、高真空或いは低真空のニーズに応える。
るつぼ内に充填する金属素材は、チタン、チタン合金（６４チタンなど）、アルミ合金或いはステンレスである。

さらに、第二加熱ユニットを利用し、金属モールド６を加熱する。
その温度は、４０℃〜５００℃である。
るつぼ内の真空度が０．３×１０^−１Ｐａ〜１．０×１０^−１Ｐａに達すると、真空システム５のるつぼ１２に対する真空操作を停止する。
気体提供システム３により、嫌気性気体を、るつぼ１２内に提供する。
この時、るつぼ１２の真空度が０．３×１０^−１Ｐａ〜１．０×１０^−１Ｐａに達すると、るつぼ１２内には嫌気性気体（アルゴン或いは窒素など）が充満し、るつぼ内は無酸素環境を形成する。
こうして、後続の加熱ステップ時に、るつぼ１２内の金属素材の酸化を防止することができる。

この後、第一加熱ユニット１３を利用しるつぼ１２を加熱する。
加熱温度は金属素材の融点に達し、金属素材は熔融状を形成する。
例えば、るつぼ内に充填する金属素材がチタン合金であれば、加熱温度を１６００℃〜１８００℃にしなければ、金属素材を完全に熔融状にすることはできない。
真空システム５を利用して、鋳造室の金属モールド６に対して、真空操作を行う。
その真空度は０．３×１０^-１Ｐａ〜１．０×１０^-１Ｐａに達し、こうして金属モールド６は、無酸素環境を形成される。

最後に、るつぼ１２内の熔融状の金属素材を、導管２２を経由して、金属モールド６に充填する。
この時、熔融状の金属素材の温度は高い（チタン合金なら、その温度は１６００℃〜１８００℃に達する）が、金属モールド６に充填後、金属モールド６の温度は４０℃〜５００℃であるため、温度低下作用を備え、こうして金属素材は半固態を形成し、鋳造工程を完成する。

その後、押し上げシステム４を起動し、金属モールド６に対して鋳造鍛造成形を行う。
コントロールユニット４１を利用し、動力ユニット４３をコントロールすることで、押し上げエジェクタピン４４は、金属モールド６へと移動し圧力を提供し、半固態完成品を完成する。
コントロールユニット４１は、動力ユニット４３の加圧の圧力及び時間の設定及び調整をコントロールできる。
冷卻を待ち、完成品ができあがる。

本考案は、運動器材（ゴルフクラブヘッド、打撃面）、ケース状構造（電子部品ケース、時計ケース）、小型金属パーツ、自動車パーツ等に応用することができる。
本考案の成形装置により、鋳造工程中の金属素材の熔融及び冷卻時に、無酸素環境を提供することで、鋳造鍛造成形に無酸素環境を提供でき、金属素材は鋳造及び鍛造成形過程において酸化が生じない。
こうして、完成品には酸化によるゆるい生成物の形成が起こらず、完成品の機械強度及び延伸性を強化することができる。

前述した本考案の実施形態は本考案を限定するものではなく、よって、本考案により保護される範囲は後述される実用新案登録請求の範囲を基準とする。

１ 溶融室
１１ 炉蓋
１２ るつぼ
１３ 第一加熱ユニット
２ 鋳造室
２１ 収容空間
２２ 導管
３ 気体提供システム
３１ ストレージバレル
３２ 第一パイプルート
４ 押し上げシステム
４１ コントロールユニット
４２ 第二パイプルート
４３ 動力ユニット
４４ 押し上げエジェクタピン
５ 真空システム
５１ 第一真空ポンプ
５２ 第二真空ポンプ
６ 金属モールド

Claims (11)

1. 鋳造鍛造成形装置であって、少なくとも溶融室、鋳造室、押し上げシステム及び真空システムを有し、
   前記溶融室には、炉蓋、るつぼ及び第一加熱ユニットを設置し、
   前記第一加熱ユニットは前記るつぼに対して加熱を行い、
   前記炉蓋は前記溶融室上方に蓋をし、
   前記鋳造室は前記溶融室の片側に設置され、前記鋳造室には、金属モールドを収容する収容空間、前記るつぼ及び前記収容空間に連通する導管を設置し、
   前記押し上げシステムは、前記鋳造室片側に設置し、コントロールユニット、第二パイプルート、動力ユニット及び押し上げエジェクタピンを有し、前記第二パイプルートは、前記コントロールユニット及び前記動力ユニットとそれぞれ連接し、前記押し上げエジェクタピンは、前記動力ユニットと連接し、前記動力ユニットにより、前記押し上げエジェクタピンに、前記収容空間へと移動する動力を提供し、
   前記真空システムは、前記溶融室及び前記鋳造室に対して、それぞれ真空操作を行い真空にし、前記真空システムには、少なくとも１個の真空ポンプを設置することを特徴とする鋳造鍛造成形装置。
2. 前記鋳造鍛造成形装置は、気体提供システムをさらに有し、
   前記気体提システムは、前記溶融室の片側に設置され、ストレージバレル及び第一パイプルートを有し、
   前記第一パイプルートは、前記ストレージバレル及び前記溶融室を連通し、嫌気性気体を前記るつぼ内に提供することを特徴とする請求項１に記載の鋳造鍛造成形装置。
3. 前記真空システムには、第一、第二真空ポンプを設置することを特徴とする請求項１に記載の鋳造鍛造成形装置。
4. 前記第一真空ポンプは、機械ポンプで、前記溶融室及び前記鋳造室に対して低真空を形成することを特徴とする請求項３に記載の鋳造鍛造成形装置。
5. 前記第二真空ポンプは、ルーツポンプで、前記溶融室及び前記鋳造室に対して高真空を形成することを特徴とする請求項３に記載の鋳造鍛造成形装置。
6. 前記押し上げシステムは油圧システムであることを特徴とする請求項１〜５の任意の一項に記載の鋳造鍛造成形装置。
7. 前記動力ユニットは油圧加圧シリンダーであることを特徴とする請求項１〜５の任意の一項に記載の鋳造鍛造成形装置。
8. 前記鋳造室には第二加熱ユニットをさらに有することを特徴とする請求項１〜５の任意の一項に記載の鋳造鍛造成形装置。
9. 前記第二加熱ユニットは加熱コイル或いは熱抵抗であることを特徴とする請求項８に記載の鋳造鍛造成形装置。
10. 前記第一加熱ユニットは加熱コイルで、且つ前記第一加熱ユニットは前記るつぼ外に巻いて設置することを特徴とする請求項１〜５の任意の一項に記載の鋳造鍛造成形装置。
11. 前記押し上げエジェクタピンは前記収容空間の下に位置し、
    或いは、前記押し上げエジェクタピンは前記収容空間の横側に位置することを特徴とする請求項１〜５の任意の一項に記載の鋳造鍛造成形装置。