JP5869934B2

JP5869934B2 - 鍛造用金型装置

Info

Publication number: JP5869934B2
Application number: JP2012073851A
Authority: JP
Inventors: 卓長田; 恭英本田; 重臣荒木; 昌吾村上; 小島　壮一郎; 壮一郎小島; 悠介百田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: JP2013202652A

Description

本発明は、チタン合金やＮｉ基合金などの難加工性金属材料の高温鍛造（熱間型鍛造）に用いられる鍛造用金型装置に関するものである。

近年、金型を用いてチタン合金やＮｉ基合金などの難加工性金属材料の高温鍛造が行われるようになってきている。高温鍛造を行う鍛造プレス装置には、金型を加熱するために、従来は、例えば、上金型及び下金型のそれぞれに、複数個のヒータ挿入穴が形成され、これらの各ヒータ挿入穴に挿入された棒状のシーズヒータ（「カートリッジヒータ」とも呼ばれる）によって上金型及び下金型を加熱するようにした鍛造用金型装置が備えられている。例えば特許文献１，２には、この種の鍛造用金型装置が示されている。

特開２００４−３３７９３５号公報（段落［００３２］、図３）特開平１１−７７２１４号公報（段落［００１０］、図２）

しかし、前述した従来の鍛造用金型装置では、鍛造用素材の温度と同程度に金型を加熱して高温鍛造を行うに際し、シーズヒータが組み込まれた金型（以下、「シーズヒータ内蔵金型」ともいう）の場合、電気配線が付属しているので予熱のために加熱炉を使用することができず、予めシーズヒータ内蔵金型を加熱炉で予熱しておくことができなかった。このため、金型交換時には金型を所定温度にまで昇温させるのに時間がかかり、鍛造製品の生産性の向上を図る必要があった。また、大きさ等の異なる種々の鍛造品に対して、それぞれ、シーズヒータ内蔵金型を用意する必要があり、この点からも生産性の向上を図る必要があった。

本発明の課題は、鍛造用素材の高温鍛造に使用される鍛造用金型装置において、鍛造製品の生産性に優れた鍛造用金型装置を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、鍛造用素材の高温鍛造に用いられる鍛造用金型装置において、上金型と下金型とを備え、前記上下の少なくとも一方の金型について、金型の外周部に当接して該金型を、該金型を支持するダイプレートに対して着脱可能に固定し保持するダイクランプ装置を備え、前記ダイプレートに対して固定された前記金型の外周部側から前記金型を加熱する金型外周部側ヒータを備え、前記金型は、前記金型外周部側ヒータと前記ダイプレートとの間に位置して外方に突出する部位を有し、前記ダイクランプ装置は、前記部位に対して前記金型外周部ヒータ側から当接し、前記金型を押圧することを特徴とする鍛造用金型装置である。

請求項２の発明は、請求項１記載の鍛造用金型装置において、金型内に設けられていない金型加熱手段であって、前記ダイプレートに対して固定された金型を加熱する金型加熱手段を備えたことを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項２記載の鍛造用金型装置において、前記金型加熱手段として、金型の製品成形面と反対側の面が当接するように配置され、複数のシーズヒータが組み込まれたヒータプレートを備えたことを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項３記載の鍛造用金型装置において、前記ヒータプレートと前記ダイプレートとの間に配置された断熱プレートを備えたことを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の鍛造用金型装置において、前記金型外周部側ヒータが赤外線ヒータであることを特徴とするものである。

本発明の鍛造用金型装置は、上下の少なくとも一方の金型について、金型の外周部に当接して該金型を、該金型を支持するダイプレートに対して着脱可能に固定し保持するダイクランプ装置を備えているので、高温の金型の着脱を短時間で、かつ容易に行うことができ、鍛造製品の生産性の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態による鍛造用金型装置の構成を概略的に示す断面図である。図１に示す鍛造用金型装置の図１と直交する方向における断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による鍛造用金型装置の構成を概略的に示す断面図、図２は図１に示す鍛造用金型装置の図１と直交する方向における断面図である。

図１，図２において、１０は上金型、２０は下金型であり、この上金型１０と下金型２０とにより金型１が構成されている。上金型１０は、製品成形面を有するとともに、その外周部（外周面部）に上下垂直面と傾斜面とで形成される形状の係合部１０ａを有している。同様に、下金型２０は、製品成形面を有するとともに、その外周部に上下垂直面と傾斜面とで形成される形状の係合部２０ａを有している。

まず、図１を参照して、下金型２０側について説明する。この鍛造用金型装置の下金型側は、下金型２０と、下金型２０を支持するダイプレート２３と、下金型２０の外周部の前記係合部２０ａに当接して該下金型２０をダイプレート２３に対して着脱可能に固定し保持する金型固定手段としてのダイクランプ装置２６と、ダイプレート２３に対して固定された下金型２０を加熱する金型加熱手段としての、下金型２０の製品成形面と反対側の面が当接するように配置され、複数のシーズヒータ２１ａが組み込まれたヒータプレート２１と、ヒータプレート２１とダイプレート２３との間に配置された断熱プレート２２と、ダイプレート２３に対して固定された下金型２０の外周部側から該下金型２０を加熱する金型外周部側ヒータとしての赤外線ヒータ２５と、を備えている。

本実施形態では、タイロッド２４ａ、ナット２４ｂなどを用いて、前記のヒータプレート２１、断熱プレート２２及びダイプレート２３が一体に締結されており、ダイプレート２３は、プレス本体（プレス機）の固定側部材６０に例えばボルトなどによって固定されている。また、前記赤外線ヒータ２５は、例えば、ダイプレート２３に固定された図示しない支持部材によって下金型２０に対して接近離反可能に支持されている。

前記ダイクランプ装置２６は、本実施形態では、ダイプレート２３上に一対をなして対向配置されており、油圧シリンダ２７と、油圧シリンダ２７のピストンロッド２７ａの先端部に固定されたクランプヘッド２８と、を備えている。前記油圧シリンダ２７は、ダイプレート２３にベースブロックを介して固定されている。前記クランプヘッド２８は、先端部に下金型２０の前記係合部２０ａに対応する形状を有し、前記係合部２０ａに当接し、ダイプレート２３に対して下金型２０を押圧するためのものである。

つぎに、図２を参照して、上金型１０側について説明する。この鍛造用金型装置の上金型側は、上金型１０と、上金型１０を支持するダイプレート１３と、上金型１０の外周部の前記係合部１０ａに当接して該上金型１０をダイプレート１３に対して着脱可能に固定し保持する金型固定手段としてのダイクランプ装置１６と、ダイプレート１３に対して固定された上金型１０を加熱する金型加熱手段としての、上金型１０の製品成形面と反対側の面が当接するように配置され、複数のシーズヒータ１１ａが組み込まれたヒータプレート１１と、ヒータプレート１１とダイプレート１３との間に配置された断熱プレート１２と、ダイプレート１３に対して固定された上金型１０の外周部側から該上金型１０を加熱する金型外周部側ヒータとしての赤外線ヒータ１５と、を備えている。

本実施形態では、タイロッド１４ａ、ナット１４ｂなどを用いて、前記のヒータプレート１１、断熱プレート１２及びダイプレート１３が一体に締結されており、ダイプレート１３は、プレス本体の可動側部材５０に例えばボルトなどによって固定されている。また、前記赤外線ヒータ１５は、例えば、ダイプレート１３に固定された図示しない支持部材によって上金型１０に対して接近離反可能に支持されている。

前記ダイクランプ装置１６は、本実施形態では、一対をなし、ダイプレート１３に対向配置して取り付けられており、油圧シリンダ１７と、油圧シリンダ１７のピストンロッド１７ａの先端部に固定されたクランプヘッド１８と、を備えている。前記油圧シリンダ１７は、ダイプレート１３にベースブロックを介して固定されている。前記クランプヘッド１８は、先端部に上金型１０の前記係合部１０ａに対応する形状を有し、前記係合部１０ａに当接し、ダイプレート１３に対して上金型１０を押圧するためのものである。なお、図１，図２では、鍛造製品を取り出すためのノックアウト機構などは図示省略している。

前記の上下の金型１０，２０は、製品成形面を有して円盤状をなしており、その材質が、例えば、Ｎｉ基耐熱合金からなるものである。また、前記ヒータプレート１１，２１は、その材質が、例えばＮｉ基耐熱合金からなるものである。前記ダイプレート１３，２３は、その材質が、例えば炭素鋼からなるものである。また、前記断熱プレート１２，２２は、例えば耐火れんがからなるものである。

前記のように構成される鍛造用金型装置において、上下の金型１０，２０は、加熱炉で所定温度に予熱してからプレス機まで導かれる。そして、所定の温度（例えば、下金型２０の最終目標温度よりも数百度程度低い温度）に加熱されたヒータプレート２１上に高温の下金型２０が載置されると、一対をなすダイクランプ装置２６の油圧シリンダ２７のピストンロッド２７ａが、該下金型２０の両側から下金型２０に向って前進する。この前進によってクランプヘッド２８は、下金型２０の前記係合部２０ａに当接して、ダイプレート２３に対して下金型２０を押圧する。これにより、図１に示すように、ダイプレート２３に対して前記予熱が施された下金型２０を固定し保持することができる。

一方、高温の上金型１０がその裏面を、所定の温度（例えば、上金型１０の最終目標温度よりも数百度程度低い温度）に加熱されたヒータプレート１１に当接させた状態で位置されると、一対をなすダイクランプ装置１６の油圧シリンダ１７のピストンロッド１７ａが、該上金型１０の両側から上金型１０に向って前進する。この前進によってクランプヘッド１８は、上金型１０の前記係合部１０ａに当接して、ダイプレート１３に対して上金型１０を押圧する。これにより、図２に示すように、ダイプレート１３に対して前記予熱が施された上金型１０を固定し保持することができる。

このようにして上下の金型１０，２０が装着されると、シーズヒータ１１ａ及び赤外線ヒータ１５の出力を調整することにより、上金型１０の温度（上金型１０の製品成形面温度）が最終目標温度に保持されるように温度調整するとともに、シーズヒータ２１ａ及び赤外線ヒータ２５の出力を調整することにより、下金型２０の温度（下金型２０の製品成形面温度）が最終目標温度に保持されるように温度調整を行う。なお、赤外線ヒータ１５,２５は、ガスバーナーによるガス加熱の場合とは違って、金型１０,２０に酸化による損傷を生じることなく、金型１０，２０の加熱を行なうことができる。また、断熱プレート１２により、ヒータプレート１１側からダイプレート１３側への熱移動が防がれ、同様に、断熱プレート２２により、ヒータプレート２１側からダイプレート２３側への熱移動が防がれる。そして、難加工性金属材料であるチタン合金、Ｎｉ基合金などからなる鍛造用素材が、加熱炉で所定温度に加熱されてから、下金型２０上に載置され、この鍛造用素材の高温鍛造が行なわれる。

このように、本実施形態による鍛造用金型装置は、上下の金型１０，２０の各々について、金型１０（２０）とは別にヒータプレート１１（２１）を備え、シーズヒータが組み込まれていない構造の金型（金型内に金型加熱手段が設けられていない金型）でよく、高温鍛造を行うに際し、予め金型１０（２０）を加熱炉で予熱することができるので、金型交換時には金型１０（２０）を所定温度にまで短時間で昇温させることができる。また、前記ヒータプレート１１（２１）や金型外周部側ヒータである赤外線ヒータ１５（２５）を共用することで、大きさ、厚み等の異なる複数種の鍛造製品に対して金型１０（２０）を交換するだけですむ。そして、金型１０（２０）の外周部に当接して該金型１０（２０）をダイプレート１３（２３）に対して着脱可能に固定し保持する金型固定手段１６（２６）を備えているので、高温の金型１０，２０の着脱を短時間で、かつ容易に行うことができる。よって、これらのことにより、鍛造製品の生産性の向上を図ることができる。

なお、前記の実施形態では、図１，図２に示すように、上下の金型１０，２０をその一例として同一の形状、大きさのものとして図示し、これに伴い、金型固定手段であるダイクランプ装置１６，２６のクランプヘッド１８，２８についても、それぞれ、同一の形状、大きさのものとして図示したが、本発明は、これに限定されるものでなく、形状、大きさが互いに異なる上下の金型を備えたものについても、当然ながら、適用可能である。

また、前記の実施形態では、上金型１０について、該金型１０の外周部に当接して該金型１０を、該金型１０を支持するダイプレート１３に対して着脱可能に固定し保持する金型固定手段であるダイクランプ装置１６を備えるともに、下金型２０について、該金型２０の外周部に当接して該金型２０を、該金型２０を支持するダイプレート２３に対して着脱可能に固定し保持する金型固定手段であるダイクランプ装置２６を備えた構成の鍛造用金型装置について説明したが、本発明による鍛造用金型装置は、上金型１０又は下金型２０について、該金型の外周部に当接して該金型を、該金型を支持するダイプレートに対して着脱可能に固定し保持する金型固定手段を備えるようにしてもよい。

１…金型１０…上金型２０…下金型
１１，２１…ヒータプレート１１ａ，２１ａ…シーズヒータ
１２，２２…断熱プレート
１３，２３…ダイプレート
１５，２５…赤外線ヒータ
１６，２６…ダイクランプ装置
１７，２７…油圧シリンダ１７ａ，２７ａ…ピストンロッド
１８，２８…クランプヘッド

Claims

鍛造用素材の高温鍛造に用いられる鍛造用金型装置において、上金型と下金型とを備え、
前記上下の少なくとも一方の金型について、金型の外周部に当接して該金型を、該金型を支持するダイプレートに対して着脱可能に固定し保持するダイクランプ装置を備え、
前記ダイプレートに対して固定された前記金型の外周部側から前記金型を加熱する金型外周部側ヒータを備え、
前記金型は、前記金型外周部側ヒータと前記ダイプレートとの間に位置して外方に突出する部位を有し、
前記ダイクランプ装置は、前記部位に対して前記金型外周部ヒータ側から当接し、前記金型を押圧することを特徴とする鍛造用金型装置。
金型内に設けられていない金型加熱手段であって、前記ダイプレートに対して固定された金型を加熱する金型加熱手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の鍛造用金型装置。
前記金型加熱手段として、金型の製品成形面と反対側の面が当接するように配置され、複数のシーズヒータが組み込まれたヒータプレートを備えたことを特徴とする請求項２記載の鍛造用金型装置。
前記ヒータプレートと前記ダイプレートとの間に配置された断熱プレートを備えたことを特徴とする請求項３記載の鍛造用金型装置。
前記金型外周部側ヒータが赤外線ヒータであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の鍛造用金型装置。