JP4076305B2 - スラブ連続鋳造用鋳型の広面素材の鍛造成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属を連続鋳造して例えば３０ｍｍ〜１００ｍｍといった厚さのスラブとする連続鋳造プロセスにおいて用いられる鋳型用銅板の素材の鍛造成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スラブを溶融金属の連続鋳造によって得るプロセスに用いられる鋳型が、例えば特表平９−５１２４８４号公報によって知られている。このようなスラブ連続鋳造用鋳型は、鋳造金属の注入側端部の幅方向中央部が外側に湾曲膨出し漏斗状部が形成されている。
【０００３】
この漏斗状部は、溶融金属の流下方向に向かって漸次絞り込まれ所定長で平坦部となり、溶融金属はこのような鋳型内を流下、凝固し幅方向に一様な厚さをもつスラブとして鋳型下部から取り出される。
【０００４】
前記鋳型は、溶融金属に接する部分が銅板で形成され、鋼板等で裏打ち支持される構造となっており、銅板とバックプレートである鋼板とは、通常、銅板に埋め込まれた例えばタップボルトによってスプリングワッシャ等を介して弾機支持され、銅板が面に平行方向に変位し得るよう構成され、銅板内での熱応力の生成、蓄積を防止する構造とされている。また、銅板裏面には、冷却水が流通する溝が刻設されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような、上部漏斗状部を有する鋳型用銅板を成形する手段として、銅板を火薬等の爆発力で型に押しつけ漏斗状部の片方を形成する方法もあるが、装置が大掛かりとなるのみならず、本発明において対象とする厚さ５０ｍｍ以上１００ｍｍ未満といった厚い銅板を高い精度で成形し難く適用し難い問題がある。
他の方法として、広面中央部の膨出部に、銅板の厚みと加工代を加えた素材厚約１１０ｍｍ以上の素材から削り出す方法も一般的に行われているが、削り取る部分が約５０％以上となり、加工時間、素材費用共にコストアップとなっている。また特開平６−３１５７４１号公報に見られる方法は、冷却水の溝と表面を加工した後、プレス成形するとしているが、モールド銅板の仕上げ精度の許容値は小さく（例えば０．２ｍｍ以下）、銅板のスプリンブバックが広面の各部で複雑に異なるため、プレス加工でこの精度を得るのは難しい。更に機械加工後に加圧成形すると冷却水溝の変形を伴い精度が得られないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記従来技術における問題を解決するために、製品厚よりも厚い素材を予めプレスで製品に近い形状に成形した後に機械仕上げするものであり、厚さ５０ｍｍ以上１００ｍｍ未満といった厚い銅板をコンパクトな装置で所要の精度に鍛造成形することが出来るスラブ連続鋳造用鋳型の広面素材の鍛造成形方法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】
前記目的に沿う本発明に係るスラブ連続鋳造用鋳型の広面素材の鍛造成形方法は、スラブ連続鋳造用鋳型を形成する銅板を、一対の銅板で上部幅方向中央部に漏斗状部を形成すべく、銅板素材の広面の一端辺中央部を湾曲して湾曲膨出部を形成し、長さ方向に漸次絞り部を形成し他端辺側を平坦部とする銅板の鍛造成形方法であって、銅板の一端辺幅方向中央部の湾曲膨出部領域の幅寸法Ｄよりも狭い幅方向寸法Ｗｕの凹部を有する受け治具と、受け治具の凹部の幅方向寸法Ｗｕと等しいか又は小さい幅寸法Ｗｐをもつポンチの組合せで、ポンチにより銅板素材の平面に垂直な方向の力を作用せしめて成形することによって漏斗状部の片方となる湾曲膨出部を銅板に形成せしめるようにしている。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
本発明は上記の構成であるから、簡潔な装置構成にして所要の精度下に鋳型用銅板素材を鍛造成形することができる。なお、本発明において、銅板とは、銅或いは銅合金からなる板状体をいう。
【００１４】
本発明によって得られた銅板素材は、機械加工され裏打ち用鋼板と組み合わされて鋳型枠内に装着される。この実施形態にあっては、鍛造成形は常温下に遂行される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面を参照しながらその好ましい一実施の形態に則して詳細に説明する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係るスラブ連続鋳造用鋳型の広面素材の鍛造成形装置の装置構成を示す分解斜視図、図２は同鍛造成形装置において銅板を装着した状態を示す部分正面図、図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれポンチの正面図、側面図、平面図、図４は銅板、受け治具、ポンチ、受け治具の凹部両側上端角隅部のコーナーＲｕ及びポンチの下端両側の面取り部Ｃｐの関係を示す正面図、図５は鍛造成型後の銅板のプロフィルを示す斜視図である。
【００１６】
本発明の一実施の形態に係るスラブ連続鋳造用鋳型の広面素材の鍛造成形装置によって鍛造成形し、機械加工して得られたスラブ連続鋳造用鋳型を形成する銅板は、図５に示すように、上端部幅方向中央部が湾曲して湾曲膨出部が形成され、長さ方向（上端部から下端部方向）に漸次絞り込まれて絞り部が形成され、所定長さＣの部位から他端（下端）までは平坦部となるプロフィルを有する。この銅板が一対となって、上部幅方向中央部にスラブ連続鋳造用鋳型用銅板の漏斗状部が形成される。
【００１７】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るスラブ連続鋳造用鋳型の広面素材の鍛造成形装置において、１は外郭治具であって、幅方向両端部に刻設されている奥行き方向に伸びる条溝に、ガイド治具２の両端部に付設されている奥行き方向に延びる突条が嵌装されてガイド治具２が装着されるよう構成されている。
【００１８】
ガイド治具２内腔下端部には奥行き方向に延びる条溝が刻設され、受け治具３の下方両端に付設されている奥行き方向に延びる突条が嵌装されて受け治具３がガイド治具２内に装着されるよう構成されている。
【００１９】
外郭治具１には、銅板周縁部の複数箇所を押圧して拘束する銅板押圧拘束手段の一例である油圧ジャッキ（流体圧機構）１２が押圧装置としてその先端にキャップ１１を有して装着される。６は吊りピン、７は位置決めピンである。
【００２０】
５はガイド板であって、被成形材である銅板（銅板素材）の幅寸法に応じた位置に固定用ボルト８によって固定される。９はアイボルト用孔であり、ガイド治具２をハンドリングするときにアイボルトを螺入し、ガイド治具２の吊り上げ、移動等を行う。１０もアイボルト用孔であり、受け治具３をハンドリングするときにアイボルトを螺入し、受け治具３の吊り上げ、移動等を行う。
【００２１】
４はポンチであって、図１及び図３（ａ）に示すように、幅寸法がＷｐで、銅板と接する下端部は銅板幅方向に、銅板の湾曲膨出部に対応する台形状を呈し、この台形部の中央には幅寸法Ｈの平坦部を有する。
【００２２】
ポンチ４は、図３（ｂ）側面図に示すように、銅板幅方向中央部の湾曲膨出部が銅板長さ方向に漸次浅くなるように鍛造成形すべく勾配（銅板絞り部に対応する傾斜面）を有し、ポンチを圧下させて銅板を湾曲膨出させるとき、台形部が漸次浅くなり、図３（ｂ）でみて右端部で銅板平坦部の表面位置と一致するように構成されている。図３（ｃ）は、ポンチ４の平面図である。
【００２３】
図２に、前記鍛造成形装置に銅板を装着し、銅板幅方向中央部の湾曲膨出量の最も大きな一端辺側から見た正面の左半分を示す。
例えば厚さ５０〜９９ｍｍの銅板はガイド板５によって幅方向位置を規定され、外郭治具１とガイド治具２の両端部及び奥行き方向端部において両治具間で狭持され、図１に示すように、この実施の形態においては、５箇所で先端にキャップ１１を有する油圧ジャッキ１２によって押圧拘束されている。
【００２４】
図２に示すように、ガイド治具２の下部には受け治具３が装着され、この受け治具３の幅方向中央部には幅方向寸法Ｗｕをもつ凹部が形成されている。而して、上部からポンチ４の圧下によって銅板の幅方向中央部に湾曲膨出部を形成すべく、銅板下面側における拘束なしに鍛造成形される。ポンチ４は、流体圧機構又はモータによって回転駆動されるスクリュー式圧下機構によって圧下せしめられる。
【００２５】
図４に、本実施の形態に係るスラブ連続鋳造用鋳型の広面素材の鍛造成形装置における、受け治具３の凹部、ポンチ４及び銅板の幅方向中央部の湾曲膨出部のディメンジョンの関係を示す。
【００２６】
図４において、Ｄは、銅板幅方向中央部の湾曲膨出部領域の幅寸法である。Ｅは、銅板を鍛造成形した素材を機械加工して仕上げた、図４に２点鎖線で示すプロフィルのときの、最大膨出量（膨らみ）である。Ｅ’はポンチの台形部の高さで、銅板のスプリングバックを考慮してＥの１０〜４０％大きくしたものである。Ｗｐは、ポンチ４の幅寸法、Ｗｕは、受け治具３における凹部の幅寸法である。Ｈは、ポンチ４の下端面の台形部中央平坦部の幅寸法である。Ｃｐは、ポンチ４の下端両側角隅の面取り部である。
【００２７】
本発明においては、受け治具３における凹部両側上端にコーナーＲ（丸み、半径）Ｒｕが設けられ、このＲｕのディメンジョンが重要な意味を持つ。発明者らの知見によれば、銅又は銅合金の板状体に、図５に示す湾曲膨出部を形成すべく、銅板を鍛造成形するに際しては、受け治具３における凹部両側上端のコーナーＲ（半径）は、銅板厚さの１０％以上３５％未満でなければならない。
【００２８】
受け治具３における凹部両側上端のコーナーＲが銅板厚さの１０％未満であると、銅板裏面に圧痕を生じ始める。また、コーナーＲが銅板厚さの３５％以上になると、ポンチ４の圧下による銅板の曲げ開始点が幅方向においてずれ、銅板幅方向中央部の湾曲膨出部領域の幅寸法Ｄを高精度下に確保することが困難となる。
【００２９】
次に、受け治具３における凹部の幅寸法Ｗｕと、銅板幅方向中央部の湾曲膨出部領域の幅寸法Ｄの関係は、ＷｕがＤの７５％以上１００％未満でなければならない。ＷｕがＤの７５％未満では、銅板幅方向中央部を湾曲膨出部とすべく鍛造成形すると、成形銅板裏面の余肉が過小となる部分を生じ、機械加工代が不足する問題を惹起する。また、ＷｕがＤの１００％以上になると、成形銅板表面の余肉が過小となる部分を生じ、機械加工代が不足する問題を生じる。
【００３０】
また、ポンチ４の幅方向寸法Ｗｐと受け治具３における凹部の幅寸法Ｗｕの関係は、両者が相等しいかＷｐが若干小さい寸法であることが好ましい。こうすることによって、図４に２点鎖線で示す、機械加工後の銅板幅方向中央部の湾曲膨出部と鍛造成形した銅板の湾曲膨出部における銅板厚さの差即ち余肉の幅方向における分布を好ましいものにすることができる。
【００３１】
ポンチ４の下端両側の面取り部Ｃｐは、銅板の鍛造成形過程におけるメタルの流動を円滑ならしめる点で重要である。面取り部ＣｐをコーナーＲとしても勿論よい。その場合、コーナーＲは、銅板厚さの２０％以上、４０％以下の半径Ｒであることが好ましい。
【００３２】
次に、ポンチ４の下端面幅方向中央部平坦部の幅寸法Ｈは、銅板幅方向中央部の湾曲膨出部領域の幅寸法Ｄから受け治具３における凹部の幅寸法Ｗｕを差し引いた寸法即ちＤ−Ｗｕと等しいか又はその近傍の値が好ましい。こうすることによって、鍛造成形後の銅板の幅方向中央部と端縁部における余肉のバランスを良好なものとすることができる。
【００３３】
また、本実施の形態においては、銅板の鍛造成形過程における銅板周縁部の押圧拘束を油圧ジャッキ１２によって行うようにしている。銅板幅方向中央部に湾曲膨出部を形成する鍛造成形を行った後、銅板は外郭治具１とガイド治具２間でスプリングバックを生じ、銅板を引き出すことが困難になるが、スプリングバック量を予め把握しておき、その量に見合う間隔を外郭治具１とガイド治具２間に設け、銅板の鍛造成形後、油圧ジャッキ１２を迅速に上昇させることによって成形後短時間内に成形銅板を引き出すことができる。
本発明の一実施の形態に係るスラブ連続鋳造用鋳型の広面素材の鍛造成形方法は、前記した構成からなる鍛造成形装置に銅板を装着し、ガイド板５によって幅方向位置を規定し、外郭治具１とガイド治具２の両端部及び奥行き方向端部において両治具間で狭持して、油圧ジャッキ１２によって押圧拘束する。そして、受け治具３とポンチ４の組合せで、銅板素材の平面に垂直な方向の力を作用させることによって、一対の銅板で上部幅方向中央部に漏斗状部を形成すべく、湾曲膨出部を形成し、長さ方向に漸次絞り部を形成し、他端辺側に平坦部を形成する。
【００３４】
【実施例】
厚さ５５ｍｍのＣｕ、Ｃｒ、Ｚｒからなる銅合金板を、受け治具３における凹部の幅寸法Ｗｕ：８００ｍｍ、凹部両側上端角隅部のコーナーＲｕ：１０ｍｍ、ポンチ４の幅寸法Ｗｐ：８００ｍｍ、ポンチ４の下端面両側の面取り部（コーナー）Ｃｐ：２０ｍｍとしたスラブ連続鋳造用鋳型の幅広側壁素材の鍛造成形装置によって、銅板周縁部５箇所の油圧ジャッキ１２による押圧拘束下に、ポンチ４の圧下量を７０ｍｍとして冷間鍛造成形した。なお、湾曲膨出部領域の幅寸法Ｄを９５０ｍｍとなるように、Ｗｐ、Ｗｕ、Ｈ（＝１５０ｍｍ）を決めている。
【００３５】
得られた銅板は、一端辺幅方向中央における湾曲膨出量が６０ｍｍで、長さ方向７５０ｍｍの間で漸次浅くなり、７５０ｍｍの部位から平坦部となる機械加工用素材とした。幅方向における余肉分布はバランスのとれた良好なものであった。この後、面と冷却水溝を機械仕上げによって誤差０．１ｍｍの高精度で４０ｍｍ厚の広面銅板が得られた。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、以上述べたように構成しかつ作用せしめるようにしたから、寸法精度に優れたスラブ連続鋳造用鋳型の広面素材、例えば厚さ５０ｍｍ以上１００ｍｍ未満といった厚い銅板を簡潔な構成の装置で小さなポンチ圧下力で高い作業性下に鍛造成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るスラブ連続鋳造用鋳型の広面素材の鍛造成形装置の装置構成を示す分解斜視図である。
【図２】同鍛造成形装置において銅板を装着した状態を示す部分正面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれポンチの正面図、側面図、平面図である。
【図４】銅板、受け治具、ポンチ、受け治具の凹部両側上端角隅部のコーナーＲｕ及びポンチの下端両側の面取り部Ｃｐの関係を示す正面図である。
【図５】鍛造成型後の銅板のプロフィルを示す斜視図である。
【符号の説明】
１：外郭治具：２：ガイド治具、３：受け治具、４：ポンチ、５：ガイド板、６：吊りピン、７：位置決めピン、８：ガイド板固定用ボルト、９：アイボルト用孔、１０：アイボルト用孔、１１：キャップ、１２：油圧ジャッキ

Claims (4)

1. スラブ連続鋳造用鋳型を形成する銅板を、一対の該銅板で上部幅方向中央部に漏斗状部を形成すべく、銅板素材の広面の一端辺中央部を湾曲して湾曲膨出部を形成し、長さ方向に漸次絞り部を形成し他端辺側を平坦部とする銅板の鍛造成形方法であって、
   前記銅板の一端辺幅方向中央部の湾曲膨出部領域の幅寸法Ｄよりも狭い幅方向寸法Ｗｕの凹部を有する受け治具と、該受け治具の凹部の幅方向寸法Ｗｕと等しいか又は小さい幅寸法Ｗｐをもつポンチの組合せで、前記銅板素材の平面に垂直な方向の力を作用せしめることによって前記湾曲膨出部を形成せしめるようにしたことを特徴とするスラブ連続鋳造用鋳型の広面素材の鍛造成形方法。
2. 請求項１記載のスラブ連続鋳造用鋳型の広面素材の鍛造成形方法において、前記受け治具の凹部の幅方向寸法Ｗｕを、前記湾曲膨出部領域の幅寸法Ｄの７５％以上１００％未満とし、前記受け治具の凹部両側上端に、前記銅板素材の厚さの１０％以上３５％未満の半径のコーナーＲを形成することを特徴とするスラブ連続鋳造用鋳型の広面素材の鍛造成形方法。
3. 請求項１又は２記載のスラブ連続鋳造用鋳型の広面素材の鍛造成形方法において、前記ポンチの前記銅板素材に接する側の中央平坦部の幅方向寸法Ｈが、前記湾曲膨出部領域の幅寸法Ｄと、前記受け治具の凹部の幅方向寸法Ｗｕの差（Ｄ−Ｗｕ）に等しいことを特徴とするスラブ連続鋳造用鋳型の広面素材の鍛造成形方法。
4. 請求項３記載のスラブ連続鋳造用鋳型の広面素材の鍛造成形方法において、前記ポンチの下端の台形部の高さＥ’は鍛造成形した前記銅板素材を機械加工して仕上げた前記銅板の最大膨出量Ｅに対し１０〜４０％大きくしたことを特徴とするスラブ連続鋳造用鋳型の広面素材の鍛造成形方法。

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