JP5324899B2

JP5324899B2 - 圧縮ねじり加工装置

Info

Publication number: JP5324899B2
Application number: JP2008310207A
Authority: JP
Inventors: 美治上坂; 明倫小島; 善成沖
Original assignee: SAN-ETSU METALS Co.,Ltd.
Current assignee: SAN-ETSU METALS Co.,Ltd.
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2028-12-04
Also published as: JP2010132973A

Description

金属素材に圧縮力のみならずねじり力を負荷する金属の加工装置に関する。

金属材料の圧縮ねじり成形方法は公知であり、油圧式圧縮回転試験機に図１０に示したようなコンテナ１１１を装着し、金属の切削屑を圧縮予備成型した塊を金型の内部に投入し、上パンチ１１３と下パンチ１１４にて上下方向から圧縮力と回転ねじり負荷を加えた。
このようにすると、切削屑に圧縮方向の力のみならず回転方向の大きなせん断力が加わるためにせん断変形を起こし、その結果発生する新生面間が固相接合により金属塊になる。

しかし、この方法では円柱状の金属塊の上面と下面とから加わるねじり力が金属塊と金型の内周面との接触による摩擦拘束を受け、金属塊の上面及び下面から内部に向かって塑性流動できる深さが少なく、内部組織に欠陥が生じやすい問題が明らかになった。

圧粉成型する際にパンチを回転させる技術としては特開平９−１４３５０７号公報が公知であるが、この公報に開示する技術は、はすば歯車を圧粉成型するためのものであり、粉末を塑性流動させるものではない。

特開平９−１４３５０７号公報

本発明は上記技術的課題に鑑みて、粉状、チップ状等の分断された金属材料から内部品質に優れた金属塊を得るのに好適な圧縮ねじり加工装置の提供を目的とする。

素材に圧縮力及びねじり力を加える圧縮ねじり加工装置であって、素材投入型と、投入された素材に圧縮力を加える圧縮機構と、投入された素材にねじり力を加えるねじり機構とを備え、素材投入型は相互に摺動回転可能な複数の分割金型から構成されていることを特徴とする。

円柱等の中実材を成型する場合には、素材投入型を構成する分割金型は、それぞれリング状の内筒型になっているとよい。
また、中空材を成型する場合には、素材投入型は、外側リングと当該外側リングの内側に配設した内側リングとで構成され、素材を内側リングと外側リングとの間に投入する構造がよい。

本発明は、素材投入型に投入した被加工材に充分なねじりせん断力が加わるように相互に回転摺動可能に複数の分割金型に分割した点に特徴がある。
これにより、投入された素材（被加工材）にねじり力を加える際に分割金型が相互に摺動回転可能になっているのでねじり力が素材と金型の接触面での摩擦力により低減されるのを少なくする。

ここで、分割金型の数は成型される材料の外径と厚みにより設定され、４つ以上が好ましい。

ここで、圧縮機構は素材投入型に投入された素材を上下の両方から加圧する加圧パンチであることを特徴とする。
また、ねじり機構は、加圧パンチに回転機構を付与する方法のみならず、加圧パンチの先端部に回転可能な回転型を設けて、この回転型を外部から回転駆動してもよい。
さらには、分割金型に回転機構を付加してねじり機構としてもよい。
この場合に素材投入型に投入された素材の上部から加えるねじり方向と下部から加えるねじり方向とが相互に逆回転方向になっている。

本発明に用いる金属材料は、黄銅、青銅、アルミ、亜鉛、マグネシウム等材質になんら限定がなく、原材料の形状もいわゆるダライ粉のような切削屑、粉状、チップ状、片状等の金属片のみならず金属塊でもよい。
さらに、金属片の場合には酸化物等、金属以外の粒子を混合して複合化することもできる。

本発明においては、素材に圧縮力とねじり力を加える素材投入金型を分割した加工装置にしたことにより、被加工材が金型内周面からの摩擦拘束力を受けるのを抑え、この被加工材の内部深くまで、また、充分に、塑性流動させることができ、内部品質に優れた金属塊を得ることができる。
また、金属塊に圧縮力とねじり力を加え、改質できる。

本発明に係る圧縮ねじり加工装置の構造例を以下図面に基づいて順次説明する。
図１に示した実施例は、円柱状の中実材を成型するための圧縮ねじり加工装置１０（以下、単に加工装置と称する。）の模式断面図である。
円筒状の外金型１１の底部にベースプレート１２をボルト等の締結部材１２ａにて固定し、その内側にリング状の分割金型１ａ，１ｂ，１ｃ，・・・１ｆを重ねて挿入してある。
各分割金型１ａ，１ｂ，・・・は相互の当接面にて摺動可能になっている。
図１に示した例では分割金型の間に潤滑溝２を形成して、相互の分割金型及び、分割金型の外周面と外金型１１の内周面の間に潤滑油が廻り込むようになっている。
また、図１に示した例では分割金型の数は６つであるが、その数は成型する金属材の円柱の高さ及び外径に応じて選定される。
１つの分割金型の図１で高さ方向の厚みは成型する金属柱の半径以下がよい。
外金型１１の内側に組み込んだ分割金型が相互に摺動回転可能な状態で上プレート１３をボルト１３ａで当該外金型１１に締結固定する。

金型の下側からは分割金型の内周部に下パンチ３１を臨ませ、粉末材料やチップ材料等の金属素材Ｍを分割金型で構成された素材投入型内に投入する。
次に金型の上方側から上パンチ２１を臨ませる。
上パンチ２１は、ロッド等を介して上側駆動部２０に連結されていて、同様に下パンチ３１は下側駆動部３０に連結されている。
図１に示した実施例では上側駆動部２０，下側駆動部３０の両方に、ｆ_１，ｆ_２の圧縮機構と、Ｗ_１，Ｗ_２の相互回転方向のねじり機構を備えている。
これにより、金属素材Ｍには圧縮力ｆ_１，ｆ_２とねじり力Ｗ_１，Ｗ_２とが加えられる。
このときに上方の金属素材はＷ_１の回転力を受けてねじりが発生するが、その回転力は金属素材と分割金型１ａの内周面との摩擦力により分割金型１ａにも伝達される。
この場合に最も下側の分割金型１ｆには上方のＷ_１の回転方向とは逆方向の回転力Ｗ_２が伝達されていることになる。
従来の圧縮ねじり加工装置では図１０に示したように、コンテナ１１１の内周面の摩擦拘束力により金属内部にねじり力が伝達されなかったが図１に示すように、素材投入型をリング状の分割金型１ａ，１ｂ，・・・にしたことにより、上部と下部とでは逆方向にリングの回転が可能であるために金属素材Ｍには圧縮力とともにねじり力が充分に伝達される。

図２に示した実施例は、分割金型１ａ，１ｂ，・・・の摩擦力をより小さくした構造例を示し、分割金型の摺接部と外金型１１との間にベアリングボール３を組み込んだ例である。
この場合には金型を組み立てる際に外金型１１の底面にベースプレート１２を固定し、分割金型とベアリングボール３とを交互に配置することになる。

図３に示した実施例は、中空材を成型するための加工装置の例である。
この場合には、素材投入型を外側リング４１ａ，４１ｂ，・・・と、その内側に配設した内側リング５１ａ，５１ｂ，・・・とで構成し、外側リングと内側リングとの間に金属素材Ｍを投入する。
外側リング４１ａ，４１ｂ，・・・は外金型１１の内周面に拘束されながら摺動し、内側リング５１ａ，５１ｂ，・・・は芯棒１１ａの外周を摺動する。
上パンチ２１ａと下パンチ３１ａとは、金属素材Ｍの加圧面をドーナツ円盤状にしたおわん形状になっている。
これにより、粉末を圧縮ねじり成型したり中空材の改質加工に適用できる。

図４に示した実施例は、上パンチ２１には圧縮機構２２のみを備え、金型の下部にねじり機構を備える例である。
金属素材の底面は、回転型３４に拘束される。
回転型３４は、駆動軸３２の駆動ギヤ３２ａと歯合した従動ギヤ３３にて回転することで下側から金属素材Ｍにねじり力を加える例である。

図５に示した実施例は、金属素材Ｍの下側は固定型３５にし、上パンチに回転摺動自在の回転型２４を設けた構造例である。
上パンチにはｆ_１の圧縮力のみの機構を与え、回転型２４が駆動ギヤ２３ａと歯合した従動ギヤ部２４ａにて回転するとともに下方向にスライドする構造になっている。
図６は、図５の構造を中空材用の加工装置に適用した実施例を示し、この場合に固定型３６はドーナツ状に形成され、パンチ２５は円筒状であり、円筒状のパンチに沿って回転型２６が回転するようになっている。

図７に示した実施例は、外金型を省いた例である。
ベースプレート１２に回転摺動可能に回転型３７をベアリングボール３７ａを介して取り付けてある。
内側リング１５１ａ，１５１ｂ，・・・はシャフト１１ａに組み込み、外側リング１４１ａ，１４１ｂ・・・はボール４を介して積み重ね、ベースプレート１２と上プレート１３とで摺動連結してある。

図８には、図７に示した外側リングのように外金型がなくても、外側リングを積み重ねるだけで素材投入型を形成できるようにした例である。
図８（ａ）は、下側の外側リング６２の上面にボール溝を形成する際に金属素材側の隙間ｄ_１を小さくし、外側の隙間ｄ_２を大きくした例であり、図８（ｂ）は内側の隙間ｄ_３を段差状にして、金属素材Ｍが隙間ｄ_３に廻り込むのを防止した例である。
図８（ｃ）は、下側の外側リング６２の上面を凹部断面６２ａにし、上側の外側リング６１の下面に凸部６１ａを設けることで、素材投入型を容易に組み込みやすくした例である。

図９に示した実施例は、分割金型に外部から回転力を加える例であり、分割金型にねじり機構を備えている。
ベース部１２と上プレート１３の間に相互に回転自在になるように分割金型１ａ〜１ｇ，１ｈ〜１ｎがベアリングボール３を介して積み重ねられている。
各分割金型は外周部に歯部を有するギヤ歯車状になっていて、駆動機構側と歯合している。
図９（ｂ）に図９（ａ）のＡ視図を示すように、駆動部２０ａの駆動ギヤ７０と伝達ギヤ８０，９０の一方に歯合し、伝達ギヤ８０と９０は歯合している。
図９（ａ）では紙面手前の伝達ギヤ９０の連結軸９２に固定した各ギア９１ａ〜９１ｇと分割金型１ａ〜１ｇとギヤ連結し、紙面奥側の伝達ギヤ８０の連結軸８２に固定した各ギヤ８１ｈ〜８１ｎと分割金型１ｈ〜１ｎとギヤ連結している。
これにより、上側半分の分割金型１ａ〜１ｇと下割半分の分割金型１ｈ〜１ｎの回転方向が逆になり、金属素材Ｍにねじり力が働く。
また、分割金型の外径を除変することで各分割金型の回転速度も除変可能になる。
なお、本実施例では圧縮力は上パンチ２１と下パンチ３１とにて加える例になっている。

円柱状の中実材を成型するための圧縮ねじり加工装置の模式断面図を示す。分割金型の摩擦力をより小さくした構造例を示し、分割金型の摺接部と外金型との間にベアリングボールを組み込んだ例を示す。中空材を成型するための加工装置の例を示す。上パンチには圧縮機構のみを備え、金型の下部にねじり機構を備える例を示す。金属素材の下側は固定型にし、上パンチに回転摺動自在の回転型を設けた構造例を示す。中空材用の加工装置に適用した実施例を示す。外金型を省いた例を示す。外側リングのように外金型がなくても、外側リングを積み重ねるだけで素材投入型を形成できるようにした例を示す。分割金型に回転機構を設けた例を示す。従来の加工技術の例を示す。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ分割金型
２潤滑溝
１０圧縮ねじり加工装置
１１外金型
１２ベースプレート
１３上プレート
２０上側駆動部
２１上パンチ
２２圧縮機構
３０下側駆動部
３１下パンチ
３２駆動軸
４１ａ，４１ｂ外側リング
５１ａ，５１ｂ内側リング

Claims

素材に圧縮力及びねじり力を加える圧縮ねじり加工装置であって、
素材投入型と、投入された素材に圧縮力を加える圧縮機構と、投入された素材にねじり力を加えるねじり機構とを備え、
素材投入型は４つ以上のリング状分割金型を相互に摺動回転可能に重ねてあり、
圧縮機構は素材投入型に投入された素材を上下の両方から加圧する加圧パンチであり、
ねじり機構は加圧パンチに回転機構を有するもの、加圧パンチの先端部に回転可能な回転型を有するもの、及び分割金型に回転機構を有するもののうちいずれかであり、
素材投入型に投入された素材の上部から加えるねじり方向と下部から加えるねじり方向とが相互に逆回転方向であることを特徴とする圧縮ねじり加工装置。
前記素材投入型は外側リングからなる分割金型と、当該外側リングの内側に配設した内側リングとからなる分割金型とで構成され、素材を内側リングと外側リングとの間に投入するものであり、
前記外側リング及び内側リングが４つ以上からなり、
外側リング同士及び内側リング同士がそれぞれ相互に摺動回転可能に重ねてあることを特徴とする請求項１記載の圧縮ねじり加工装置。