JP5936648B2 - 半凝固金属材料のプレス成形方法及びプレス成形装置 - Google Patents
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Description
金属材料の溶湯から軸対称形状に製造された半凝固金属材料を、プレス成形製品の形状に対応した凹部を有する下金型の凹部の上に搬入する半凝固金属材料搬入ステップと、
搬入された半凝固金属材料のX、Y、Z方向の寸法のうちのプレス方向に相当するZ方向の寸法変化を上金型に当接させて規制したZ方向規制状態において、半凝固金属材料のX、Y方向の一方の寸法を横パンチによりプレス成形製品と同等の寸法まで圧縮しその位置で横パンチを停止して前記一方の寸法変化を規制するプレス成形第1ステップと、
プレス成形第1ステップによる前記一方の寸法変化が規制された状態において、上金型をプレス方向に移動させ、半凝固金属材料のZ方向寸法をプレス成形製品と同等の寸法まで圧縮するプレス成形第2ステップと、
を含むことを特徴とする。
搬入された半凝固金属材料のX、Y、Z方向の寸法のうちのプレス方向に相当するZ方向寸法を上金型により所定寸法まで圧縮しその位置で上金型を停止してZ方向の寸法変化を規制する状態であることを特徴とすることができる。
上金型をその位置で停止させた状態で半凝固金属材料に向けて移動するパンチにより加工を行うことを特徴とすることができる。
金属材料の溶湯から製造される軸対称形状の半凝固金属材料をプレス成形する半凝固金属材料のプレス成形装置であって、
前記半凝固金属材料を、プレス成形製品の形状に対応した凹部を有する下金型の凹部の上に搬入し、
搬入された半凝固金属材料のX、Y、Z方向の寸法のうちのプレス方向に相当するZ方向の寸法変化を上金型に当接させて規制したZ方向規制状態において、半凝固金属材料のX、Y方向の一方の寸法を横パンチによりプレス成形製品と同等の寸法まで圧縮しその位置で横パンチを停止して前記一方の寸法変化を規制し、
前記一方の寸法変化が規制された状態において、上金型をプレス方向に移動させ、半凝固金属材料のZ方向寸法をプレス成形製品と同等の寸法まで圧縮すると共に、半凝固金属材料のX、Y方向の他方の寸法をプレス成形製品と同等の寸法とする
ことを特徴とする。
前記一方の寸法変化が規制された状態において、上金型をプレス方向に移動させ、半凝固金属材料のZ方向寸法をプレス成形製品と同等の寸法まで圧縮すると共に、半凝固金属材料のX、Y方向の他方の寸法をプレス成形製品と同等の寸法まで成長させることを特徴とすることができる。
搬入された半凝固金属材料のX、Y、Z方向の寸法のうちのプレス方向に相当するZ方向寸法を上金型により所定寸法まで圧縮しその位置で上金型を停止してZ方向の寸法変化を規制する状態であることを特徴とすることができる。
前記一方の寸法変化が規制された状態において、上金型をプレス方向に移動させ、半凝固金属材料のZ方向寸法をプレス成形製品と同等の寸法まで圧縮すると共に、半凝固金属材料のX、Y方向の他方の寸法をプレス成形製品と同等の寸法とした後、
上金型をその位置で停止させた状態で半凝固金属材料に向けて移動するパンチにより加工を行うことを特徴とすることができる。
以下に、具体的な実施例を用い、その方法を説明する。
直径(開口部側上端部の直径)φ70mm、長さ(高さ)70mmで、抜き勾配3°の容器3を、電磁撹拌装置5に搬入した後、溶解炉(図示せず)から給湯・注湯機(ラドル)4によって汲み上げた溶湯(例えば、アルミニウム合金など)1を、図1に示すように、給湯・注湯機4を傾け、金属製(例えば非磁性のSUS304等)の容器3にロート5aを介して注ぎ、この容器3が置かれた電磁撹拌装置5によって容器3内の溶湯を電磁撹拌しながら冷却することで、固相率30〜90%の半凝固金属材料(半凝固材料;半凝固スラリー)2を製造(作成、取得)する(この注湯開始時点から電磁撹拌は行われている)。半凝固金属材料としては、例えば、アルミニウム合金などとすることができるが、他の金属或いは合金とすることができる。
かかる工程は、半凝固金属材料製造工程(ステップ)である。
図4(A)〜(C)に示すように、直径(開口部側上端部の直径)φ70mm、長さ(高さ)70mmを有し抜き勾配3°で底部に所定のRを有する形状の半凝固金属材料2の長軸Yが、下金型20の長軸Yと一致するように半凝固金属材料2を下金型20のキャビティ21に投入(搬入)する。
かかるステップが、本発明に係る半凝固金属材料搬入ステップに相当している。
なお、下金型20には、プレス成形製品(例えば図3のリンク部品100)の形状に対応した凹部20Aが形成されている。
素材(半凝固金属材料2)のキャビティ21への投入(搬入)後、図5(A)、(B)に示すように、直ちに上金型7(スライド6)が下降し、上パンチ10により半凝固金属材料2をZ方向に圧縮し(当該ステップでは4mm程度圧縮する)、決められた位置にて上金型7(スライド6)を停止する。なお、上金型7には上パンチ10の他、素材(半凝固金属材料2)のZ方向の移動を抑制するためのパッド11も設けられており、このパッド11は上金型7の上パンチ10と素材(半凝固金属材料2)が接触する前に下金型20と接触して、上金型7内、若しくは、スライド6内のクッション12にて一定の力を付与しながら、その位置で保持される機構となっている。
その後、図6(A)、(B)に示すように、上金型7(スライド6)の位置は固定したまま、上金型7内、若しくは、スライド6内に内蔵してあるサーボ駆動のアクチュエータ14(油圧)により可動されるピン13をZ方向に押し下げることで、下金型20内の縦カム22をZ方向に押し下げ、この縦カム22に伝達された力を対面配置されている一対の横カム23(横パンチ23A)に伝達させ、X方向両側から、素材(半凝固金属材料2)を圧縮してX方向に圧縮変形させる。このとき、素材(半凝固金属材料2)は、図6(B)に示すように、Y方向には膨張(成長)される。なお、素材(半凝固金属材料2)はワレ防止のため、X方向、Y方向にしか流動しないよう、Z方向の流動が拘束されている。
かかるステップが、本発明に係るプレス成形第1ステップに相当する。
次に、図7(A)、(B)に示すように、ステップ3において停止していた上金型7を下降させて、半凝固金属材料2の中心位置でZ方向寸法が24mmになるまで圧縮する。この際、横カム23(横パンチ23A)はX方向に関して移動せず(固定され)、従って、Z方向につぶされた分の材料(半凝固金属材料2)はY方向へと移動する(図7(B)参照)。
かかるステップが、本発明に係るプレス成形第2ステップに相当する。
続いて、図8(A)、(B)に示すように、上金型7による成形の終了後もプレス機(スライド6)は下死点にて停留しており、下金型20のメガネ形状部24の中央部に設置されているパンチ30を下金型20内、若しくは、ボルスタ内に設置されたアクチュエータ31(油圧)にてZ方向上方に向けて押し込み、プレス成型品(プレス成形された半凝固金属材料2)であるリンク部品100のリング形状部101、102の中央穴101A,102A(図3参照)を形成する。この際、中央パンチ部はパンチ30の先端に薄肉を残し、余肉は上パンチ10の穴部10A(余肉Q)や下金型20の上部の余肉部Pに流れ込む。
ステップ5の成形終了後、スライド6は上昇し上死点に戻り、成形品(リンク部品100)をボルスタ内に設けられているノックアウト機構40(図8(B)参照)により押し上げて下金型20から取り出す(排出する)。
取り出した成形品(リンク部品100)のリング形状部101、102(メガネ形状部)の中央穴101A,102A付近の前記薄肉及び余肉Q、余肉部Pなどのオバーフロー、型バリなどを、成形品(リンク部品100)を冷却後、室温にて、例えば、次工程のプレス型でトリム、ピアス加工などして除去する(図9参照)。
なお、この製品は強度、伸び等の機械的性質が通常のダイキャストでは満足できないため熱間鍛造にて製作されているが、上記の方法で製作しても、機械的性質は熱間鍛造品と同程度の品質とすることができた。
2 半凝固金属材料
3 容器(上側開口の容器)
4 給湯・注湯機(ラドル)
5 電磁撹拌装置
6 スライド
7 上金型
20 下金型
20A 凹部(プレス成形製品の形状に対応した凹部)
21 キャビティ
22 一対の縦カム
23 一対の横カム
23A 横パンチ
24 メガネ形状部
10 上パンチ
11 パッド
100 リンク部品(プレス成形製品)
101、102 リング形状部(メガネ形状部)
P 余肉部
Q 余肉
Claims (4)
- 金属材料の溶湯から軸対称形状に製造された半凝固金属材料を、プレス成形製品の形状に対応した凹部を有する下金型の凹部の上に搬入する半凝固金属材料搬入ステップと、
搬入された半凝固金属材料のX、Y、Z方向の寸法のうちのプレス方向に相当するZ方向の寸法変化を上金型に当接させて規制したZ方向規制状態において、半凝固金属材料のX、Y方向の一方の寸法を横パンチによりプレス成形製品と同等の寸法まで圧縮しその位置で横パンチを停止して前記一方の寸法変化を規制するプレス成形第1ステップと、
プレス成形第1ステップによる前記一方の寸法変化が規制された状態において、上金型をプレス方向に移動させ、半凝固金属材料のZ方向寸法をプレス成形製品と同等の寸法まで圧縮するプレス成形第2ステップと、
を含むことを特徴とする半凝固金属材料のプレス成形方法。 - 前記プレス成形第2ステップは、更に、半凝固金属材料のX、Y方向の他方の寸法をプレス成形製品と同等の寸法まで成長させることを特徴とする請求項1に記載の半凝固金属材料のプレス成形方法。
- 前記プレス成形第1ステップにおけるZ方向規制状態は、
搬入された半凝固金属材料のX、Y、Z方向の寸法のうちのプレス方向に相当するZ方向寸法を上金型により所定寸法まで圧縮しその位置で上金型を停止してZ方向の寸法変化を規制する状態であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半凝固金属材料のプレス成形方法。 - 前記プレス成形第2ステップの後、
上金型をその位置で停止させた状態で半凝固金属材料に向けて移動するパンチにより加工を行うことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1つに記載の半凝固金属材料のプレス成形方法。
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