JP5969642B2 - 複合鋳造工具 - Google Patents

Description

本発明は、鋼鉄からなりかつ工具の加工部材を含む、１以上の第１部分と、ねずみ鋳鉄からなりかつ工具の本体部材を含む、１つの第２部分とを有し、該鋼鉄と該ねずみ鋳鉄との間に少なくとも１つの結合領域がある、１つの連続体を構成するよう鋳造された複合鋳造工具に関する。

板状の金属を、例えば切断、穴あけ、曲げあるいは他の形状に加工するための工具を製造する場合、これまで長い間、工具の本体部材だけをねずみ鋳鉄で単独で鋳造することが行われてきた。そしてこの本体部材に、例えば鋼鉄製のカッターのような加工部材をいくつか取り付けていた。

鋳造により製造されるこの本体部材は、鋳造工程後にしばしば熱処理が必要となり、次いで、鋼鉄製カッターを取り付け、またその工具を別の装置に取り付けるために必要な台座、ガイドシャフト、ボルト穴等を機械加工する。

加工部材の製造にあたっては、例えば鋼鉄製カッターは、出発点は棒状の材料であり、これを正確な形状に加工し、固定ボルト、ガイドシャフト等の穴を開け、次いで熱処理をしてさらに研磨等の機械処理をする。

上記のような手順で工具を製造することは非常に時間がかかり、これはしばしば異なる製品を製造するために必要な時間の大部分を占めることになる。

ＷＯ０３／０４１８９５Ａ１には、複合鋳造工具とその製造方法が開示されている。この文献によれば、この工具は単一の鋳型による鋳造品であり、溶解した鋼鉄と溶解したねずみ鋳鉄とを流し込む（鋳込む）ものである。これらの材料を流し込むときに、境界面ないし結合領域が形成される。

ＷＯ０３／０４１８９５Ａ１

上記文献による技術では、上記境界面ないし結合領域の位置決めと形成に関して大きな問題が生じる。これは結合領域の内部と周囲の機械的強度に悪影響を与える。

さらに、上記技術では、結合領域全体にわたって温度を精度良くコントロールすることができない。そのため、大きな温度変化が生じ、それにより結合領域の機械的強度の問題が生じる。

本発明の目的は、上記技術分野の工具に関し、鋼鉄とねずみ鋳鉄との境界面ないし結合領域を精度よく位置決めできる工具を提供することである。本発明のさらなる目的は、結合領域の温度を良好に制御できる工具を提供することである。

本発明の目的は、上記技術分野の工具であって、次のような特徴を有する工具により達成される。即ち、上記第１部分は上記本体部材の方向に延在する１以上の突起ないし壁を含み、上記第２部分は上記加工部材の方向に延在する１以上の突起ないし壁を含み、上記第１部分の突起ないし壁と上記第２部分の対応する突起ないし壁とは、互いに上記結合領域で結合されており、上記結合領域は実質的に平面である。

本発明を以下の添付図面を参照しつつ、詳細に説明する。
本発明の一実施例に係る工具の製造鋳型の断面図である。 本発明の一実施例に係る工具の、製造時の方向の逆方向から見た斜視図である。 図２に示す工具のうち、鋼鉄で製造される加工部材をすべて省略した部材である。 本発明の一実施例に係る工具の、結合領域付近の断面図である。 本発明の他の実施例に係る工具の、結合領域付近の断面図である。 本発明のさらに別の実施例に係る工具の、結合領域付近の断面図である。

図１は、本発明の一実施例に係る工具の鋳造用鋳型の概略断面図である。この鋳型には、第１の型空洞部（キャビティセクション）１と第２の型空洞部２とがある。第１の型空洞部１は、鋼鉄を鋳造するための部分であり、第２の型空洞部２はねずみ鋳鉄を鋳造するための部分である。符号３は鋳型枠を示し、符号４は鋳型枠の中の鋳型砂を示す。鋳型には鋼鉄用の湯口５と、ねずみ鋳鉄用の湯口６とがある。鋼鉄用湯口システム（湯道）は、少なくとも一部が第１の型空洞部１の下部位置まで延在している（湯道の延在部分は図示省略）。したがって、鋼鉄は底部から上に向かって鋳込みされる。二つの型空洞部１と２との間には、鋼鉄とねずみ鋳鉄との結合領域の位置となるべき分割面７がある。分割面７は平面状であり、鋳型の鋳込み位置において水平に配置されている。本発明を正しく実施すれば、この結合領域は約１〜２．５ｍｍの厚さを有する。

第１の型空洞部１（単数又は複数）において鋼鉄で鋳造される工具の部材１０（単数又は複数）は、工具の加工部材（単数又は複数）を構成するものであり、第２の型空洞部２においてねずみ鋳鉄で鋳造される工具の部材１１は、工具の本体部材を構成するものである。工具の加工部材の数は、１つの場合もあるし、かなり多数にのぼる場合もある。

第１の型空洞部１で鋳造される鋼鉄部材１０は、（ねずみ鋳鉄で鋳造された）本体部材に向って上方に延在する１以上の突起ないし壁８を含む。それに対応するように、ねずみ鋳鉄で鋳造された第２の部材１１は、加工部材又はその加工部材（複数）に向かって下方に延在する１つの突起ないし壁９を有する。これらの突起ないし壁８，９の、分割面７の領域における幅ないし厚さは、突起ないし壁の全長にわたって同じである必要があり、その現実的な１例としては５０ｍｍから１５０ｍｍ程度の範囲である。壁８、９の厚さの大きな、あるいは急激な変化は、分割面７の近傍では避ける必要がある。もしも１つの工具において複数の突起ないし壁が用いられる場合は、すべての厚さを実質的に同じにする必要がある。壁８、９の高さは、幅ないし厚さと同程度又はそれより大きくする必要がある。しかし３０〜４０ｍｍ^２[sic, ｍｍ]以上でなければならない。

図２、３は図１と比べて上下逆である。即ち、図２、３における上面は図１では下を向いている。

図２は、鋼鉄製の８個の第１部分１０と、ねずみ鋳鉄製の１つの第２部分１１とからなる工具の斜視図である。図２では、鋼鉄製の第１部分１０は最下部に、即ち第２部分１１に向いた方向に突起ないし壁８を有することがわかる。それに対応して、第２部分１１には、第１部分１０と同じように、上方に向いた、即ち鋼鉄製の第１部分に向いた壁ないし突起９があることがわかる。２つの材料部材の間にある結合領域の仮想的な位置を分割面７で示している。

図３は図２に対応するものであるが、鋼鉄製の第１部分１０をすべて省略したものである。そのため、第２部分１１の、加工部材に向かって延在する壁ないし突起９の構成がより明確になっている。さらに、分割面７が平面状であること、及び壁９が基本的にその長さ全体にわたって同じ厚さであることもわかる。

図３から、第２部分１１の壁９が、工具の少なくとも一部である、よりずっと広い断面積を持つ、符号１２で示される領域に合流していることもわかるであろう。しかしこの移行領域１２の位置は、結合領域、即ち分割面７の想定位置から安全な距離（約４０ｍｍ^２[sic, ｍｍ]未満）を有している。

上述のとおり、鋼鉄は第１の型空洞部１の底部から鋳込まれる。この鋼鉄の鋳込みは、鋼鉄の上部表面が分割面７の位置に来たときに終了する。その後鋳込みプロセスは一時休止する。この休止期間中、第１部分１０の温度は、図１でのもっとも低い位置に示す部分が最も早く低下し、分割平面７の部分が最も遅く低下する。鋼鉄製の第１部分１０の温度が、分割平面７の位置において鋼鉄の液相線温度から凡そマイナス３０〜１５０℃の範囲である第１のレベル（最も典型的には１４４０〜１３３０℃である）に到達した時点ではじめて、ねずみ鋳鉄の鋳込みを、ねずみ鋳鉄の液相線温度よりプラス１００〜１５０℃である第２の温度レベル（例えば１３２０℃）で行う。

本発明によれば、鋼鉄製の第１部分１０の分割面での温度が、分割面の表面全体にわたってできるだけ均一であることが重要である。壁８、９の厚さを均一に構成する理由はこのためである。

図４は、分割面７の領域における工具の部分断面図である。鋼鉄製の第１部分１０は、図示の例では、図の下端部に切断刃１３を形成している。

鋼鉄製の第１部分１０の分割面７が時間的にもっとも遅く温度低下することを確実にするため、鋼鉄製の第１部分１０は、分割面７から離れるにしたがって少しずつ厚さが小さくなっている。このことは図において、下から上に行くほど大きさが大きくなる円を複数追記することで示されている。この形状は鋼鉄製部分の温度低下を制御するのに好ましいが、また分割面７が沈下する可能性もある。

図５は２つの切断刃１３を有する２連切断工具の変形実施例である。この実施例においても、鋼鉄製の第１部分１０の厚さは、追記した円で示すように、分割面７から離れるにしたがって小さくなり、切断刃１３の領域で最も小さくなっている。

図６は、鋼鉄製の第１部分１０は２つの切断刃１３と、ねずみ鋳鉄製の第２部分１１に向かう２つの壁８を持つ変形実施例である。この実施例においても、鋼鉄製の第１部分１０の厚さは、分割面７から離れるにしたがって小さくなり、最も遠いところで最も小さくなっている。この関係は鋼鉄製の第１部分１０に追記された円でわかるとおりである。

この鋼鉄製の第１部分１０が分割面（結合領域を意図したもの）より下方で有するこの下向きくさび形状は、図４〜６には明示されていないが、５〜３０°の範囲（のくさび角）である。

なお、本発明は、以下の好ましい実施形態も含む。
第１の視点において、鋼鉄からなりかつ工具の加工部材を含む、１以上の第１部分と、ねずみ鋳鉄からなりかつ工具の本体部材を含む、１つの第２部分とを有し、該鋼鉄と該ねずみ鋳鉄との間に少なくとも１つの結合領域がある、１つの連続体を構成する鋳造の複合鋳造工具であって、該第１部分は該本体部材の方向に延在する１以上の突起ないし壁を含み、該第２部分は該加工部材の方向に延在する１以上の突起ないし壁を含み、該第１部分の突起ないし壁と該第２部分の対応する突起ないし壁とは、互いに該結合領域で結合されており、該結合領域は実質的に平面であること、を特徴とする、複合鋳造工具が提供される。
上記の複合鋳造工具において、結合領域で結合するそれぞれの突起ないし壁は、該結合領域の範囲において、実質的に同じ断面形状及び断面面積を有することが好ましい。
また、上記の複合鋳造工具において、第１部分の前記突起ないし壁は、結合領域から離れるにつれて、次第に断面積が減少することが好ましい。
また、上記の複合鋳造工具において、結合領域は、突起ないし壁の全長にわたり、実質的に同じ幅を有することが好ましい。
また、上記の複合鋳造工具において、第１部分の前記突起ないし壁の最も低い高さが、結合領域の幅よりも大きいことが好ましい。
また、上記の複合鋳造工具において、第２部分の突起ないし壁の高さは、結合領域のおよその幅よりも大きいことが好ましい。
また、上記の複合鋳造工具において、２以上の第１部分と、２以上の結合領域を含み、すべての該結合領域が同一の平面上に配されていることが好ましい。

１ 第１の型空洞部
２ 第２の型空洞部
３ 鋳型枠
４ 鋳型砂
５ 鋼鉄用湯口
６ ねずみ鋳鉄用湯口
７ 分割面
８ 突起ないし壁
９ 突起ないし壁
１０ 第１部分
１１ 第２部分
１２ 移行領域
１３ 切断刃

Claims (6)

1. 鋼鉄からなりかつ工具の加工部材を含む２以上の第１部分（１０）と、ねずみ鋳鉄からなりかつ工具の基部をなす本体部材を含む１つの第２部分（１１）と、を有し、該鋼鉄第１部分と該ねずみ鋳鉄第２部分との間の２以上の結合領域を介して、１つの連続鋳造体を構成する複合鋳造工具であって、
   該第２部分（１１）は本体部材から該加工部材の方向に延在する２以上の第２の壁状突起部分（９）を含み、
   該第１部分（１０）は該本体部材の方向に延在する第１の壁状突起部分（８）を各々含み、
   該第２の壁状突起部分の各々はその上端面において、対応する第１の壁状突起部分と互いに平面状の結合領域（７）で結合されており、
   前記結合領域（７）は第２の壁状突起部分の上端面において各別に形成され、
   すべての該結合領域が同一の平面上に配されていることを特徴とする、複合鋳造工具。
2. 前記結合領域(７)を介して結合するそれぞれの前記第１、第２の壁状突起部分（８，９）は、該結合領域の範囲において、互いに同じ断面形状及び断面面積を有する、ことを特徴とする、請求項１に記載の複合鋳造工具。
3. 前記第１部分（１０）の前記第１の壁状突起部分（８）は、前記結合領域(７)から離れるにつれて、次第に断面積が減少することを特徴とする、請求項１又は２に記載の複合鋳造工具。
4. 前記第１、第２の壁状突起部分（８，９）は、前記結合領域（７）において、前記第１、第２の壁状突起部分（８，９）の全長にわたり、同じ厚さを有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の複合鋳造工具。
5. 前記第１の壁状突起部分（８）の高さが最も低い箇所であっても、その箇所の高さが前記結合領域(７)における前記第１の壁状突起部分（８）の厚さよりも大きいことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の複合鋳造工具。
6. 前記第２の壁状突起部分（９）の高さは、前記結合領域における前記第２の壁状突起部分（９）の厚さよりも大きいことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の複合鋳造工具。

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