JP5755452B2 - 一体鋳造工具の複合鋳造の鋳型及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも、工具の加工部材を含み鋼鉄から製造される第１部分と、該工具の本体部材を含みねずみ鋳鉄から製造される第２部分と、を含み、鋳型は少なくとも、鋼鉄のための第１型空洞部と、鋳鉄のための第２型空洞部を有し、該鋼鉄と該鋳鉄の間に、少なくとも１つの結合領域（interconnection zone）がある、一体型鋳造工具の複合鋳造（composite casting）のための鋳型に関する。

また、本発明は、少なくとも、工具の加工部材を含み鋼鉄から製造される第１部分と、該工具の本体部材を含みねずみ鋳鉄から製造される第２部分と、を含み、該第１部分は少なくとも１つの鋳型の第１型空洞部に鋳造され、該第２部分は鋳型の第２型空洞部に鋳造される一体型鋳造工具、の複合鋳造の方法に関する。

薄板金属加工、例えばプレス、切断、及び類似の加工作業、のための工具の製造において、１つ以上の加工部材、すなわち実際の加工作業を行う部材(複数)の部材、が備えられる工具本体を単独で製造する手法が以前から行われていた。該工具本体の製造は、ねずみ鋳鉄の鋳造又は、適合する材料構成を有する適宜必要な大きさにされた薄板金属材料の出発材料とするものの溶接により行われ得る。

鋳物製の工具本体を含む選択肢において、多くの場合、熱処理が鋳造の後の工具本体に必要とされ、これに続いて、必要な着座部（seats）、ガイドシャフトのための穴及び加工部材（１つ以上）を取り付けるためのボルトのためだけでなく、機械に工具の取り付けることを可能にするためにも機械加工が行われる。

工具がもくろみ、かつ構成される加工作業を行う様に意図される加工部材（１つ以上）の製造において、出発点は多くの場合、棒状材料であり、加工部材は正確な形態に機械加工され、ボルトを固定するための穴、及びガイドシャフト等が備えられる。これに続いて熱処理及び、例えば研磨という追加の機械加工が行われる。

上述の概説の方法で工具を生産することは極めて時間がかかりかつ高価であり、そしてそれゆえ多くの場合、新しい製品の製造のために必要とされる時間消費の決定因子となる。

また、１つの連続したピースに工具を複合鋳造することは、従来から当該技術分野で公知であり、該工具は、鋼鉄から製造される少なくとも１つの加工部材と、ねずみ鋳鉄から製造される本体部分を有する。この製造のためのそのような工具及び方法は国際出願公報ＷＯ０３／０４１８９５において記載される。

ＷＯ０３／０４１８９５

この公報によれば、鋼鉄とねずみ鋳鉄の両方は、単一かつ同一の鋳型で鋳造され、これら２つの材料の間の境界面において結合領域が形成される。

国際出願公報０３／０４１８９５において記載されるような技術の使用によって、鋼鉄とねずみ鋳鉄の間に創出される結合領域を正確に配置することにおいて深刻な困難が生じていた。これは、例えば主要な表面積の相違が生じるような工具の部分に結合領域が位置することにより生じるものであり、機械的な強度においてかなりの問題を引き起こす。また、結合領域が、主要な温度の相違が生じるような部分に発生する場合にも問題が生じる。そのような相違が結合領域の品質に強く影響するからである。

本発明は、従来技術の課題を解決するように冒頭に示した鋳型及び方法を設計することを目的とする。従って、本発明は、正確な方法で、卓越した信頼性を有し、結合領域が正しい位置にあり、そして可能な限り、その表面部分のできるだけ大部分に渡って制御可能な温度を有するように、鋼鉄とねずみ鋳鉄の間に形成される結合領域を配置（局在）させることを可能にすることを目的とする。加えて、本発明は、使用される鋼鉄の量の最小化を目的とする。

鋳型については、第１型部及び第２型部の間の分割面が実質的に平面であり、鋳型の使用位置において、分割面が実質的に平面かつ実質的に水平であり、かつ結合領域のために意図される位置に存在すること、少なくとも１つのランナーないしダクトが、第１型空洞部から、少なくとも１つの、発生する可能性のある鋼鉄の余剰物のための収容スペースへと配され、かつ、第１型空洞部へのダクトの排出部での、このダクトの下側規定面が分割面と垂直方向に関し実質的に同じレベルに存在すること、が特徴付けられる場合には、本発明の基礎をなす目的は達成されるであろう。

方法については、第１型空洞部及び第２型空洞部の間の分割面が実質的に平面になるよう形成され、かつ実質的に水平に位置するが、しかし少なくとも１つの収容スペースが鋳型に備わること、かつ、発生する可能性のある鋼鉄の余剰物が、第１型空洞部の分割面のレベルから、収容スペースへ流れることが許容されることが特徴付けられる場合には、本発明の基礎をなす目的は達成されるであろう。

本発明は、以下に、添付の図面を参照しつつ更に詳細に記載される。添付の図面は、以下のとおりである。
図１は、本発明の一実施例に係る鋳型の断面の概略である。 図２は、生じる可能性がある鋼鉄の余剰物のための収容スペースの領域における鋳型の断面詳細である。 図３は、収容スペースの位置を図示する本発明の一実施例に係る鋳型の部分断面の概略である。 図４は、本発明の一実施例に係る工具において用いられる鋳型模型の部分断面である。 図５は、本発明の一実施例に係る製造に適した工具部材の（鋳造位置における）斜め下からの部分的な図（vies［sic. view］）であり、そして 図６は、本発明の一実施例に係る製造に適した他の工具部材の下側からの図である。

図１において、符号１は、概略的に例示される鋳型枠が置かれる基台に関連する。破線３は、当該鋳型における第１型空洞部（mould cavity section）４と[鋳型の]中の第２空洞部５の間の分割面を例示する。第１型空洞部４は、鋼鉄（steel）の鋳造のために意図され、鋳型において生産される工具における加工部材を構成することが予定される。第２型空洞部５は、ねずみ鋳鉄（grey iron）の鋳造のために意図され、鋳型において鋳造される工具のための本体部材を形成することが予定される。破線３は、２つの材料の間の分割面を例示し、そして、この分割面は基台と平行でなければならないことが強調されるべきであり、両方が水平であり、すくなくとも人為的に可能な限り水平に近くあるべきである。

この文脈において、用語「加工部材」（working component）は、工具がもくろむ実際の加工作業を行うように意図される工具の部材（１つ以上）を意味する。加工部材の数は、夫々の工具において互いに異なり得る。

この文脈において、用語「本体部材」（body component）は工具のために、加工部材（１つ以上）を支持し、機械における工具の取り付けのために役立つように意図される本体を意味する。

図１において、符号６は、例えば加工部材４上の切断刃を示し、一方符号７は、本体部材５における空洞を例示し得る。当該空洞は、鋳型内に鋳型中子を配設することによって従来の方法で実現される。

符号８は、鋼鉄のための湯口ないしスプルー（sprue）に関連し、一方符号９は、ねずみ鋳鉄のための湯口ないしスプルーを例示する。鋼鉄のための湯口（ないし湯道）システムは、第１型空洞部４の下方に延在する。そして下から排出され、第１型空洞部４中を上方向に鋳込むよう配設され、鋳造作業がいつもこの方向に行われることが強調されるべきである。

上の記載は、鋼鉄の鋳造の際に、[鋼鉄の]上側表面のレベルは、分割面３の方向に次第に上方に移動するであろうことを暗に意味する。分割面は鋼鉄とねずみ鋳鉄の間の結合領域の望まれる位置を表す。仮に鋼鉄が仮想の結合領域３を過ぎるならば、鋼鉄は、ねずみ鋳鉄のために意図された第２型空洞部５に最終的に入り込むであろうことはすぐに理解されるであろう。その結果は、過度に多量の鋼鉄の消費となるであろうが、また、２つの材料の間の結合領域における大きな品質問題となるであろう。工具の第１部分４における鋼鉄とその第２部分５におけるねずみ鋳鉄の間の結合領域３は、均一に厚くかつ垂直に配向される壁１０に存在することが図４から明白であろう。この様な方法により、予定された結合領域における又は予定された結合領域の近傍における、急激な断面積の差違（食い違い）は回避されるであろう。

本発明により正確に実施された場合、結合領域は、１−２．５ｍｍの厚さを有するであろう。

本発明に係る鋳造において、鋳型模型（casting model）の第１部分は第１型空洞部４を示し、従って、鋼鉄が鋳造される予定の部分は計量される。鋳型における材料の密度は公知であるので、第１型空洞部４を満たすのに必要な鋼鉄の量の比較的正確な値を計算することは可能である。しかしながら、両方の材料の品質、寸法の精度には不正確性があり、おそらくとりわけ、鋼鉄溶湯の重さを量るスケールの精度は不正確である。全体としてみると上記の措置は、結合領域が分割面３に関して意図された垂直方向の位置に到達するであろうことの保障として不十分であることを暗に意味する。

本発明によって、１つ以上の収容スペース１１（accommodation space）が使用され（図２参照）、収容スペース１１は、接続ダクト１２を有し、そのダクトの下側の端は、理論上の分割面３で合流（終端）する。仮に、過剰量の鋼鉄が、第１型空洞部４に鋳込まれるならば、その余剰物は、理論上の分割面３から、接続ダクト１２を経由し収容スペース１１に向かうであろうことをこのことは暗に意味する。収容スペース（複数）の体積は、必要な鋼鉄の量の計算において見られ得る誤差の原因（sources）を補うのに確実に十分であるように設定される。

接続ダクト１２は、最低限２０ｍｍの高さを有すべきであり、そしてこれは、鋼鉄が第１型空洞部４に供給されるのに経由する湯口システムの断面積の１．５倍の最低限の断面積を有すべきである。更には、接続ダクト１２の下側規定面は、収容スペース１１の方向に下方に傾斜しなければならない。

工具のねずみ鋳鉄部、すなわち第２型空洞部５に鋳造される部分、が、図２及び図４から明らかにされる外観を有するならば、予定される分割面３とねずみ鋳鉄部分の底面の間の距離は、少なくとも５０ｍｍであることが重要である。さもなければ収容スペース１１より上の鋳型が、過度に弱い力学的強度を有するだろうからである。この距離は、結合領域の最小限の適切な幅と一致する。

前述において、理論上の結合領域は、均一に厚くかつ垂直に配向された壁１０に位置するべきであると言及された。その厚さは、つまり図４の左から右への方向で、５０から１５０ｍｍ程度の範囲の厚さを有し得る。特により薄い壁の厚さでは、鋼鉄のとても小さな体積の狂いでさえ、実際の結合領域のレベルの結果として、大きな高さの相違を有することになるであろう。上記寸法（dimension）で許容され得るこれらトレランスは、上方向に関して約２０ｍｍ、つまり線１３で示す位置であり、下方向に関して約１０ｍｍ、つまり線１４の位置である。

加工部材、すなわち鋼鉄から製造される工具の部分、は細長い形状を有し得ることが図1から明白であろう。

図３は、細長い鋼鉄部材１７を通る部分的な断面を例示し、湯口ないしスプルー１５は、下から第１型空洞部４に入る。図３において、湯口１５（ないし湯道）との関係で、もっとも遠位に位置する鋼鉄部材の部分が破線１６で示される。接続ダクト１２を伴う収容スペースは、湯口１５及び破線１６のおよそ中心に位置すべきである。図において、そのような接続ダクト１２の適切でない位置が、×印により示されている。図３で示されていない工具の右側部分において、追加の接続ダクト１２及び関連する収容スペースがあり得る。

図５は、（鋳造時における工具部材の位置から見て）斜め下から工具部分を斜視によって表す。工具部材は、細長い、環状鋼鉄部材１７つまり加工部材及び、その工具のための本体部材として形成されるねずみ鋳鉄部材１８からなる。このように形成される鋼鉄部材17とともに、単一の共通の収容スペース１１は、鋼鉄部材１７の細長い両側部分（parts）の両方に対して配設し得る。この収容スペース１１は、２つの接続ダクト１２を有し、これらのダクトは鋼鉄部材１７の長手方向の側面の両方のおよそ中央（中間部）に位置する収容スペース１１に接続する。

図６は、（鋳造時における位置から見て）下からの工具部材を表す。この工具部材は、ねずみ鋳鉄部材１８及び８つの鋼鉄部材（加工部材）１７を有する。これら鋼鉄部材は、いくつかの接続ダクトを介してお互いに相互に接続され、それによって、鋼鉄部材１７の数よりも、より少ない数の湯口が実施され得るという特徴が実現されるであろう。また、図の右側部分において、３つの鋼鉄部材１７は、共通の収容スペース１１を有し得ることは明白である。工具部材の中央に並べられた、２つの鋼鉄部材１７が、接続ダクト（複数）１９を介して、図において、もっとも遠い上側ともっとも遠い下側に位置する収納スペース１１を利用することができることは、さらに明白である。図において、左のもっとも遠くに位置する鋼鉄部材１７のみが、自己の収容スペースに接続される。この方法において、複数の鋼鉄部材１７への接続ダクト（複数）１９の接続によって、より少ない数の収容スペース１１が採用され得、湯口システムが、更に簡略化されることができる。
以下に、本発明の好ましい実施の形態を示す。
（形態１）
すくなくとも、工具の加工部材を含みかつ鋼鉄から製造される第１部分（１７）と、該工具の本体部分を含みかつねずみ鋳鉄から製造される第２部分（１８）と、を含む、一体型鋳造工具の複合鋳造のための鋳型であって、
該鋳型はすくなくとも、鋼鉄のための第１型空洞部（４）とねずみ鋳鉄のための第２型空洞部（５）を有し、該鋼鉄と該ねずみ鋳鉄の間にすくなくとも１つの結合領域を備えること、
該第１型空洞部（４）と第２型空洞部（５）の間の分割面（３）は、平面であり、
該鋳型の使用時における位置において、平面かつ水平でありかつ該結合領域の意図される位置に存在し、すくなくとも１つのダクト（１２）が該第１型空洞部（４）から少なくとも１つの発生する可能性のある鋼鉄の余剰物のための収容スペース（１１）へと配され、該第１型空洞部への該ダクトの排出部での、該ダクトの下側規定面が、該分割面と垂直方向に関し同じレベルに存在すること、
を特徴とする一体型鋳造工具の複合鋳造のための鋳型。
（形態２）
該ダクト（１２）の該下側規定面が、該鋳型の使用位置において、該収容スペース（１１）に向って下方に傾斜すること
を特徴とする形態１に記載の鋳型。
（形態３）
該ダクト（１２）が、第１型空洞部（４）の、該第１型空洞部への湯口と該湯口からもっとも遠位に存在する該第１型空洞部の部分（１６）の間の中央領域に置かれること
を特徴とする形態１又は２に記載の鋳型。
（形態４）
該ダクト（１２）が、少なくとも、該第１型空洞部への湯口の断面積を上回る最小の断面積を有すること
を特徴とする形態１から３のいずれか１に記載の鋳型。
（形態５）
２つ以上のダクト（１２）が存在する場合、それらが、該湯口の断面積、該第１型空洞部（４）への２つ以上の湯口がある場合には該湯口の総計の断面積、を上回る最小総計の断面積を有すること
を特徴とする形態１から３のいずれか１に記載の鋳型。
（形態６）
収容スペース（１１）が、２つ以上のダクト（１２）を経由して、第１型空洞部に接続されること
を特徴とする形態１から５のいずれか１に記載の鋳型。
（形態７）
２つ以上の第１型空洞部（４）がそれぞれ、すくなくとも１つのダクトを通って１つの収容スペース（１１）へ接続されること
を特徴とする形態１から５のいずれか１に記載の鋳型。
（形態８）
すくなくとも、工具の加工部材を含みかつ鋼鉄から製造される第１部分（１７）と、該工具の本体部分を含みかつねずみ鋳鉄から製造される第２部分（１８）と、を含む、一体型鋳造工具、の複合鋳造の方法であって、
鋳型において、該第１部分は少なくとも１つの第１型空洞部（４）にて鋳造され、該第２部分は第２型空洞部（５）にて鋳造されること、
該第１型空洞部（４）と該第２型空洞部（５）の間の分割面（３）が、平面になるように形成されかつ、水平になるように位置し、少なくとも１つの収容スペース（１１）が該鋳型に備えられ、かつ発生する可能性のある鋼鉄の余剰物が該第１型空洞部の該分割面（３）のレベルから該収容スペースに流れることが許容されること、
を特徴とする一体型鋳造工具の複合鋳造の方法。
（形態９）
形態８に記載の方法によって製造される工具。

１ 基台
３ 分割面（ないしは結合領域）
４ 第１型空洞部（ないしは第１部分）
５ 第２型空洞部（ないしは第２部分）
６ 切断刃
７ 空洞
８ 鋼鉄のための湯口ないしスプルー
９ ねずみ鋳鉄のための湯口ないしスプルー
１０ 壁
１１ 収容スペース
１２ 接続ダクト
１３ 上方向トレランス位置
１４ 下方向トレランス位置
１５ 湯口ないしスプルー
１６ 第１型空洞部への湯口からもっとも遠位に存在する第１型空洞部の部分
１７ 鋼鉄部材（ないしは第１部分）
１８ ねずみ鋳鉄部材（ないしは第２部分）
１９ 接続ダクト

Claims (8)

1. すくなくとも、工具の加工部材を含みかつ鋼鉄から製造される第１部分（１７）と、該工具の本体部分を含みかつねずみ鋳鉄から製造される第２部分（１８）と、を含む、一体型鋳造工具の複合鋳造のための鋳型であって、
   該鋳型はすくなくとも、鋼鉄のための第１型空洞部（４）とねずみ鋳鉄のための第２型空洞部（５）を有し、該鋼鉄と該ねずみ鋳鉄の間にすくなくとも１つの結合領域を備えること、
   該第１型空洞部（４）と第２型空洞部（５）の間の分割面（３）は、平面であり、
   該鋳型の使用時における位置において、水平面でありかつ該結合領域の意図される位置に存在し、該分割面（３）は該鋼鉄と該ねずみ鋳鉄の接触面であり、および、すくなくとも１つのダクト（１２）が該第１型空洞部（４）から少なくとも１つの発生する可能性のある鋼鉄の余剰物のための収容スペース（１１）へと配され、該第１型空洞部への該ダクトの排出部での、該ダクトの下側規定面が、該分割面と垂直方向に関し同じレベルに存在すること、および、
   該ダクト（１２）の該下側規定面が、該鋳型の使用位置において、該収容スペース（１１）に向って下方に傾斜すること、
   を特徴とする一体型鋳造工具の複合鋳造のための鋳型。
2. 該ダクト（１２）が、第１型空洞部（４）の、該第１型空洞部への湯口と該湯口からもっとも遠位に存在する該第１型空洞部の部分（１６）の間の中央領域に置かれること
   を特徴とする請求項１に記載の鋳型。
3. 該ダクト（１２）が、少なくとも、該第１型空洞部への湯口の断面積を上回る断面積を有すること
   を特徴とする請求項１または２に記載の鋳型。
4. ２つ以上のダクト（１２）が存在する場合、それらが、少なくとも、該第１型空洞部への湯口の断面積、該第１型空洞部（４）への２つ以上の湯口がある場合にはこれら湯口の総計の断面積、を上回る総計の断面積を有すること
   を特徴とする請求項１または２に記載の鋳型。
5. 収容スペース（１１）が、２つ以上のダクト（１２）を経由して、第１型空洞部に接続されること
   を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の鋳型。
6. ２つ以上の第１型空洞部（４）がそれぞれ、すくなくとも１つのダクトを通って１つの収容スペース（１１）へ接続されること
   を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の鋳型。
7. すくなくとも、工具の加工部材を含みかつ鋼鉄から製造される第１部分（１７）と、該工具の本体部分を含みかつねずみ鋳鉄から製造される第２部分（１８）と、を含む、一体型鋳造工具、の複合鋳造の方法であって、
   鋳型において、該第１部分は少なくとも１つの第１型空洞部（４）にて鋳造され、該第２部分は第２型空洞部（５）にて鋳造されること、
   該第１型空洞部（４）と該第２型空洞部（５）の間の分割面（３）が、平面になるように形成されかつ、水平になるように位置し、該分割面（３）は該鋼鉄と該ねずみ鋳鉄の接触面であり、少なくとも１つの収容スペース（１１）が該鋳型に備えられ、および少なくとも１つのダクト（１２）が該第１型空洞部（４）から該収容スペース（１１）へと配され、該ダクト（１２）の下側規定面が、該鋳型の使用位置において、該収容スペース（１１）に向って下方に傾斜しており、かつ発生する可能性のある鋼鉄の余剰物が該第１型空洞部の該分割面（３）のレベルから、該ダクト（１２）を経由し、該収容スペースに流れることが許容されること、
   を特徴とする一体型鋳造工具の複合鋳造の方法。
8. 請求項７に記載の方法によって製造される工具。

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