JP3757324B2

JP3757324B2 - 鍛造用の金型装置

Info

Publication number: JP3757324B2
Application number: JP21341899A
Authority: JP
Inventors: 悟岩瀬; 幹治吉坂; 昭雄堀田
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-07-28
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: JP2001038445A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、素材を金型外で加熱した後、金型内に投入し、熱間鍛造或は温間鍛造により金属部品を成形する鍛造用の金型装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、エンジンバルブ等の金属部品を成形する場合、熱間鍛造或は温間鍛造用の金型装置を使用し、ビレット（素材）を金型外で加熱した後、金型内へ投入し、ポンチにより金型内からダイの狭窄部（型部）を通してビレットを押圧し、所定形状の部品を成形することが行なわれている。この種の押し出し成形用の金型装置においては、金型内のビレットの温度低下を抑制するために、高周波誘導加熱を使用する傾向にあり、従来、図５に示すような金型装置が使用されている。
【０００３】
この金型装置は、図５に示す如く、基本的には、ビレットＢが収容される略円筒状の金型２１を、同様な略円筒形状の金型ホルダー２２内に収容し、金型ホルダー２２の周囲に高周波誘導加熱用の加熱コイルを巻装して構成される。金型２１は内側下部に型部を有した略円筒状にセラミック材料により形成され、金型ホルダー２２は、上部に金型を収容する収容保持部を設けると共に、下部には細い円筒状のピンガイド２３を嵌挿して略円筒状に鋼材料により形成される。金型ホルダー２２の上部には蓋板２４を固定ボルト２６により固定して、金型２１をホルダー内に取り付け、その金型ホルダー２２の外周部に、高周波誘導加熱用の加熱コイル２５が巻装される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来の金型装置では、高周波誘導加熱を用いてビレットＢを加熱した場合、必ずしも効率良くビレットの加熱が行なわれないことが判明した。即ち、実験を行なって、高周波誘導加熱時の金型及び金型ホルダーの温度分布を測定したところ、図６の温度分布図に示すように、高周波の誘導電流は加熱コイル２５内に位置する金属の表面に流れ易いため、金型ホルダー２２の外周面付近に熱が発生し温度が高くなるが、その熱が金型ホルダー２２と金型２１の当接面を通して金型２１内に伝導する際、この熱が分散するため、金型ホルダー２２の熱が金型内のビレットＢ近傍に伝導しにくく、金型の加熱が効率よく行なわれないことが判明した。
【０００５】
更に、図６のように、加熱コイル２５に近い金型ホルダー２２の上角周縁部が異常に温度上昇し、この異常高温の発生により、金型ホルダーの寿命が短くなる恐れがあった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、金型内の素材を効率よく加熱することができ、金型ホルダーの寿命を伸ばすことができる鍛造用の金型装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の鍛造用の金型装置は、上部を開口した内部に鍛造用の素材を収容する金型と、上部に金型を収容するための収容保持部を設けた金型ホルダーと、金型ホルダーの外周に巻装された高周波誘導加熱用の加熱コイルと、を備えてなる鍛造用の金型装置において、金型ホルダーの収容保持部の周壁部には、前記金型内に収容された素材が位置する箇所の中間部外側に環状外側膨出部が設けられると共に、中間部の内側に環状内側膨出部が形成され、環状内側膨出部が金型の外周面に接触し、環状内側膨出部の上下に隙間として上環状空間と下環状空間が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
ここで、金型の外周部には、内側保持リングと外側保持リングが重ねて嵌着され、外側保持リングの熱膨張係数を内側保持リングの熱膨張係数より低く設定するとよい。
【０００９】
【作用】
このような構成の金型装置では、加熱コイルに高周波電流を供給して、金型内を加熱しておき、予め加熱した素材を金型内に投入し、金型内にポンチを押し込み、金型内の素材を押し出し成形する。この加熱時、加熱コイルの高周波電流により、金型ホルダー及び素材に誘導電流（渦電流）が発生し、そのジュール熱により金型ホルダーが昇温するが、誘導された高周波電流は導体の表面を流れ易い性質があるため、金型ホルダーの環状外側膨出部付近に最大電流が流れ、その部分が大きく加熱される。
【００１０】
環状外側膨出部で発生した熱は、環状内側膨出部を介して金型に伝導され、環状内側膨出部が金型内の素材の位置に対応し、また、環状内側膨出部の近傍に環状空間が形成されているから、熱の不要な箇所への分散を押え、必要な金型内の素材近傍に効率よく熱を伝えることができ、金型の必要部分を効率よく昇温させることができる。つまり、環状内側膨出部とその近傍に設けられた環状空間により温度分布を自在にコントロールすることができる。
【００１１】
また、加熱コイルの直ぐ内側に環状外側膨出部が位置し、金型ホルダーの周壁部の上角周縁部は加熱コイルから離れることになるため、この部分に誘導電流が集中することはなく、従来の周壁部の上角周縁部における異常高温の発生を防止することができる。
【００１２】
また、金型の外周部に、内側保持リングと外側保持リングを重ねて嵌着する構造とし、外側保持リングの熱膨張係数を内側保持リングの熱膨張係数より低く設定すれば、金型の加熱時に、熱膨張係数の高い内側保持リングが昇温・膨張して金型の締付けを緩めるが、外側に嵌着された熱膨張係数の低い外側保持リングによって、内側保持リングの緩みが抑制され、成形時の金型の締付を適正に行なうことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、高周波誘導加熱を用いて加熱する熱間鍛造用の金型装置の断面図を示し、図２はその横断面図を示している。１は略円筒状に形成された金型で、内部にビレットＢを入れるための収容室を有し、上部は開口し、その収容室の下部には狭窄部（型部）１ａが形成され、その下に細い貫通孔が形成される。金型１は、サイアロン、窒化珪素等のセラミック材料により形成される。
【００１４】
この金型１は、金型ホルダー２の上部に設けた収容保持部２Ａ内に挿入され、上から円形の開口部を有する蓋板４を被せ、固定ボルト６で締め付けることにより、金型ホルダー２内に取り付けられる。金型ホルダー２は、鋼材料により略円筒状に形成され、上部に金型１を収容するための収容保持部２Ａが形成され、その下部の同軸上に細い貫通孔が形成され、その貫通孔に、細い筒状のピンガイド（ノックピン用のガイド部材）３が収容保持部側から嵌着される。ピンガイド３の貫通孔と金型１の収容室下部の貫通孔は連通する。
【００１５】
さらに、金型ホルダー２の収容保持部２Ａの周壁を形成する周壁部には、その中間部内側に、環状に膨出する環状内側膨出部２ｃが形成され、その環状内側膨出部２ｃの上下に、隙間として上環状空間２ａと下環状空間２ｂが形成される。また、周壁部の中間部外側にも、環状に膨出する環状外側膨出部２ｄが形成される。この環状内側膨出部２ｃと環状外側膨出部２ｄが形成された部分は、その内側に配設される金型１内のビレットＢが位置する箇所の外側に対応している。
【００１６】
このような金型ホルダー２の収容保持部２Ａ内に、金型１が収容・保持されるが、このとき、図１に示すように、金型１の中間部外周面が金型ホルダー２の環状内側膨出部２ｃに接触して保持され、金型１の上部外周部と下部外周部は、上環状空間２ａと下環状空間２ｂにより囲まれ、金型ホルダー２とは直接接触しない箇所となる。
【００１７】
この金型ホルダー２の外周部には、高周波誘導加熱用の加熱コイル５が巻装されるが、この加熱コイル５は、金型ホルダー２内の金型１内のビレットＢの位置を中心にして巻装される。加熱コイル５は図示しない高周波電源装置に接続される。
【００１８】
このように構成された金型装置は、図示しないプレス装置のボルスタ上に設けられた取付台上に金型ホルダー２が固定され、ノックピンが取付台からピンガイド３内に昇降可能に挿入され、プレス装置上部のスライダにパンチが下向きに固定され、パンチは金型ホルダー２上の開口部から金型１内に挿入可能に配置される。
【００１９】
この金型装置を用いて、熱間鍛造を行なう場合、先ず、高周波電源装置から高周波電流を加熱コイル５に供給し、金型１を例えば約５００℃まで加熱する。加熱コイル５内を流れる高周波電流により、金型ホルダー２に誘導電流（渦電流）が流れ、そのジュール熱により金型ホルダー２が昇温するが、誘導された高周波電流は導体の表面を流れ易い性質があるため、金型ホルダー２にあっては、上部の環状外側膨出部２ｄ付近に最大電流が流れ、金型ホルダー２内の温度分布は、図３に示すように生じる。
【００２０】
このため、金型ホルダー２の上部における収容保持部２Ａの周壁部の環状外側膨出部２ｄで主に発生した熱は、その内側の環状内側膨出部２ｃを通して接触する金型１に伝導し、金型１が昇温する。
【００２１】
次に、金型外で予め１２００℃に加熱されたビレットを金型内へ投入する。この時、金型１内のビレットＢの位置に対応して環状外側膨出部２ｄと環状内側膨出部２ｃが位置し、ビレットＢが位置しない金型１の上部と下部の外周部には、上環状空間２ａと下環状空間２ｂがあって、金型ホルダー２からの熱伝導率は低いため、ビレットＢが位置しない金型１の上部と下部への熱の分散が防止され、ビレットＢ近傍の金型１の昇温を促進させることができる。
【００２２】
このように、図３の温度分布図に示すごとく、金型ホルダー２の環状外側膨出部２ｄで主に発生した熱は、環状内側膨出部２ｃを通して金型１におけるビレットＢの収容部分に効率よく伝導され、金型１内の材料成形過程で材料と金型が接触する箇所の温度を所定の温度（例えば４００℃〜５５０℃）まで効率良く昇温・保持させることができる。また、金型ホルダー２の上部の加熱コイル５を巻装した部分には環状外側膨出部２ｄが位置し、金型ホルダー２の周壁部の上角周縁部は加熱コイル５から離れているため、この部分に誘導電流が集中することはなく、従来のような周壁部の上角周縁部における異常高温の発生を防止し、金型ホルダー２の耐久性を向上させることができる。
【００２３】
この状態で、プレス機のスライドが下降し、そこに固定されたポンチが金型１内に進入して、ビレットＢを下方に押し出し、成形が行なわれる。
【００２４】
図４は他の実施例の金型装置を示している。この金型装置の金型ホルダー１２、ピンガイド１３、蓋板４、及び加熱コイル１５の構成及び配置は、上記実施例と同様である。図４に示すように、金型ホルダー１２の上部に収容保持部１２Ａが設けられ、この収容保持部１２Ａ内に、２つの保持リング１７、１８を有した金型１１が収容され、上から円形の開口部を有する蓋板１４を被せ、固定ボルト１６で締め付けることにより、金型ホルダー１２内に取り付けられる。
【００２５】
金型ホルダー２の収容保持部１２Ａの周壁を形成する周壁部には、上記と同様、その中間部内側に、環状に膨出する環状内側膨出部１２ｃが形成され、その環状内側膨出部１２ｃの上下に、隙間として上環状空間１２ａと下環状空間１２ｂが形成される。また、周壁部の中間部外側にも、環状に膨出する環状外側膨出部１２ｄが形成される。この環状内側膨出部１２ｃと環状外側膨出部１２ｄが形成された部分は、その内側に配設される金型１１内のビレットＢが位置する箇所の外側に対応している。
【００２６】
更に、この例の金型装置では、成形時における金型１１の耐圧強度を高めるために、図４に示すごとく、上記の金型１に代えて保持リング付きの金型１１が使用され、その金型１１の外側に２個の円筒状の内側保持リング１７と外側保持リング１８が重ねて嵌着される。金型１１は、サイアロン、窒化珪素等のセラミック材料により円筒状に形成され、内側下部に型部が設けられる。
【００２７】
金型１１の外側に円筒状の内側保持リング１７が嵌着されるが、この内側保持リング１７は通常の鋼材のように比較的熱膨張係数の高い材料により円筒状に形成され、その外側に嵌着される外側保持リング１８はこの内側保持リング１７より熱膨張係数の低い材料により形成される。例えば、内側保持リング１７としてＳＫＤ６１（４００℃の熱膨張係数が１３．２×１０^-6／℃）を使用した場合、外側保持リング１８には、例えばＨＲＡ９０４（４００℃における熱膨張係数が６．０×１０^-6／℃）を使用する。
【００２８】
このような、内側保持リング１７と外側保持リング１８を重ねて嵌着した金型１１では、加熱コイル１５による金型の加熱時に、比較的熱膨張係数の高い素材の内側保持リング１７も昇温・膨張して金型１１の締付けを緩めるが、その外側の熱膨張係数の低い素材の外側保持リング１８により、内側保持リング１７の緩みが抑制されるため、成形時の金型１１の締付を適正に行なうことができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の鍛造用の金型装置によれば、加熱コイルによる加熱時に、金型ホルダーの環状外側膨出部で主に発生した熱が、環状内側膨出部を通して金型内の素材収容部分に効率よく伝導され、金型を効率良く昇温させることができる。また、加熱コイルの内側に環状外側膨出部が位置して、金型ホルダーの周壁部の上角周縁部は加熱コイルから離れることになるため、この部分に誘導電流が集中することはなく、従来の周壁部の上角周縁部における異常高温の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す鍛造用金型装置の縦断面図である。
【図２】図１のII-II 断面図である。
【図３】図１の金型装置の加熱時の温度分布を示す説明図である。
【図４】他の実施例の金型装置の縦断面図である。
【図５】従来の金型装置の縦断面図である。
【図６】従来の金型装置の加熱時の温度分布を示す説明図である。
【符号の説明】
１−金型
２−金型ホルダー
２Ａ−収容保持部
２ａ−上環状空間
２ｂ−下環状空間
２ｃ−環状内側膨出部
２ｄ−環状外側膨出部
５−加熱コイル

Claims

上部を開口した内部に鍛造用の素材を収容する金型と、上部に該金型を収容するための収容保持部を設けた金型ホルダーと、該金型ホルダーの外周に巻装された高周波誘導加熱用の加熱コイルと、を備えてなる鍛造用の金型装置において、
該金型ホルダーの該収容保持部の周壁部には、前記金型内に収容された素材が位置する箇所の中間部外側に環状外側膨出部が設けられると共に、該中間部の内側に環状内側膨出部が形成され、該環状内側膨出部が該金型の外周面に接触し、該環状内側膨出部の上下に隙間として上環状空間と下環状空間が形成されていることを特徴とする鍛造用の金型装置。
前記金型の外周部に内側保持リングと外側保持リングが重ねて嵌着され、該外側保持リングの熱膨張係数が該内側保持リングの熱膨張係数より低く設定されたことを特徴とする請求項１記載の鍛造用の金型装置。