JP6842646B2 - 加熱装置および鍛造製品の製造方法 - Google Patents
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しかしながら、加熱装置は速やかに所定の位置に配置し、加熱終了後は速やかに退避させる必要があるのに対して、特許文献1に記載された加熱方法では、加熱前には鍛造面の形状に沿った表面形状を有する加熱治具を下金型上に精度よく配置し、加熱後には加熱治具を鍛造面から離間させ、取り外す必要がある。したがって、加熱装置の着脱が煩雑になり、加熱工程全体の効率化の障害となる。
また、硬質金属の中央部に埋め込まれたヒータで上金型および下金型を加熱するため加熱装置自体の加熱効率は低く、ヒータには大きな電力負荷をかける必要がある。さらに、大きな電力負荷がかかるヒータ近傍は高温になるため、加熱装置の配置等のための支持・変位機構には多くの熱的負荷や強度上の制約がかかる。かかる負荷や制約は、熱間鍛造を行う鍛造素材が大きくなり、それを加熱するためのヒータが大きくなればなるほど顕著になる。特許文献1には、加熱治具の配置および取り外しをするための機構は明らかにされていないが、加熱装置全体の構造および加熱方法は、複雑、煩雑になることが予想される。
また、前記加熱装置において、前記第1加熱ユニットおよび前記第2加熱ユニットを保持するそれぞれの枠体を支持する支持部が側方から連結された構成とするか、或いは、前記枠体の側面は、前記空間が外部に通じるための開口部が設けられているとともに、前記開口部以外の部分で前記第1加熱ユニットを保持する部分と前記第2加熱ユニットを保持する部分とが連結されている構成とするか、或いは、前記第1加熱ユニットおよび前記第2加熱ユニットが前記枠体の側面の内側に保持されている構成とするのがさらに好ましい。
また、前記加熱装置において、前記第1加熱体および第2加熱体の配置領域が環状であることが好ましい。さらに、前記第1断熱体および第2断熱体が、それぞれ、前記環状の配置領域の内側を覆っていることが好ましく、さらに、前記環状の配置領域を有する加熱装置には、中央部に凹部が形成されていることが好ましい。
図1および2を参照しつつ本発明に係る加熱装置の実施形態を説明する。図2は加熱装置、金型(上金型、下金型)およびプレス機を有する鍛造装置の、加圧方向(z方向)に垂直な方向から見た断面模式図であり、加熱装置で金型を加熱している状態を示している。加熱装置は、対向配置された上金型および下金型の間に配置され、上金型および下金型を加熱する。加熱装置の、上金型および下金型の間に配置されている部分は、加圧方向を厚さ方向とする板状を呈しており、図1はかかる加熱装置を、プレス機の加圧方向(z方向)に垂直な方向(x−y方向)から見た断面図である。
第1断熱体2および第2断熱体5の種類もこれを特に限定するものではない。例えば、セラミックス繊維、セラミックスブロック等を用いることができる。第1断熱体2および第2断熱体5は、それぞれ単体で構成してもよいし、複数の固体を組み合わせて構成してもよい。なお、図1に示す実施形態では、第1加熱体1および第2加熱体の外周側に断熱体11を配置して、側方への熱の放出を抑制しているが、断熱体11は必須ではなく、側方への熱の放出が許容できる場合は、その配置を省略することもできる。
第1加熱ユニット等の加熱機構を枠体で保持することにより、加熱機構、特に大型の加熱機構の確実な支持が可能になり、枠体を介した加熱装置の容易かつ迅速な変位操作も可能になる。
ここで、枠体を用いる場合、第1断熱体および第2断熱体を保持するために、枠体の一部(底部材8、9)は第1断熱体の下金型側および第2断熱体の上金型側に配置する必要がある。第1加熱体1および第2加熱体4が発生する熱の一部は断熱体を通って加熱装置内部に伝わる。そのため、図5に示す加熱装置の場合、加熱装置内部に熱がこもり、枠体34が変形してしまう。また、図6に示す加熱装置のように、空間36を設けることで上記変形が緩和される可能性はあるが、空間36が閉じた空間であれば、熱がこもりやすいことにかわりはなく、この場合も枠体35の底部材8、9が変形してしまう。
これに対して、図1に示すように空間10が枠体7の外部と通じることで熱放出が可能になり、枠体を用いて加熱機構を保持および支持する場合でも、枠体の変形を防止することができる。そのため加熱装置の支持・変位機構の熱的負荷や強度上の制約が低減される。
枠体7の側面(外周面)には空間10が外部に通じるための開口部が設けられており、開口部以外の部分で第1加熱ユニット3を保持する部分と第2加熱ユニットを保持する部分とが連結されている。空間10の一部に底部材8と底部材9とを連結する連結部を設けることもできる。空間10が外部に通じるための開口部の割合、個数はこれを特に限定するものではないが、空気の出入りを円滑にするためには開口部は複数であることが好ましく、中心を挟むように対称的に配置することがより好ましい。なお、空間10が外部に通じるための開口部は、枠体の形状設計等によって構成されるものであり、作製上不可避的な寸法誤差やクリアランスによるものは含まない。
一方、図3に示す実施形態のように、第1加熱体21および第2加熱体24の配置領域が環状である場合には、第1断熱体22および第2断熱体25並びに枠体27も円環状である加熱装置300を構成することもできる。図3に示す実施形態では、中央部32に凹部が形成されるため、上金型および下金型の少なくとも一方の中央部に凸部がある場合、かかる凸部と加熱装置との干渉を緩和して、金型と加熱装置とをより接近させて加熱することが可能である。但し、中央部32から空間30への熱の流入が多くなるため、加熱装置内部の過熱抑制を優先する場合には、図1に示す実施形態のように円板状の断熱体を用いることが好ましい。
金型、それを備え付けるプレス機および加熱装置を用いて鍛造装置が構成される。図2には金型およびプレス機の一部が図示されている。鍛造面を有する上金型13は上母型14に保持され、上ハードプレート15を介して、プレス機の上ボルスタ16に固定されている。同様に、鍛造面を有する下金型17は下母型18に保持され、下ハードプレート19を介して、プレス機の下ボルスタ20に固定されている。
図2では、上金型13および下金型17の鍛造面は平面であるが、熱間鍛造によって得る鍛造製品の形状に応じた型彫り面として形成することができる。また、金型の鍛造面側から加熱する加熱装置に加えて、金型側に加熱部を設けてもよい。例えば、上ハードプレート15(下ハードプレート19)と上母型14(下母型18)との間、上ハードプレート15(下ハードプレート19)の内部等に加熱部を設けることができる。
上述の鍛造装置を用いて鍛造製品を製造する方法について図1および図2を参照しつつ以下説明する。鍛造製品の製造方法は、下金型17と下金型17に対向して配置された上金型13とを加熱装置100により加熱する第1工程と、下金型17に加熱された鍛造素材を載置する第2工程と、鍛造素材を熱間鍛造する第3工程とを有する。
加熱装置100は、上金型13を加熱するための第1加熱体1と、第1加熱体1の下金型側を覆う第1断熱体2とを有する第1加熱ユニット3と、下金型17を加熱するための第2加熱体4と、第2加熱体4の上金型側を覆う第2断熱体5とを有する第2加熱ユニット6と、第1加熱ユニット3および第2加熱ユニット6を保持する枠体7とを備える。さらに、第1断熱体2と第2断熱体5との間に、枠体の外部に通じる空間10を有する。かかる加熱装置100については上述のとおりであるため、説明は省略する。
また、上述の通風機構を用いて、第1工程において、空間10に気流を通すことにより、加熱装置内部の過熱をより確実に防止できる。
また、本発明に係る加熱装置は強度上の制約が低減されるため、例えば、最大径が1m以上の大型の鍛造製品の製造に好適である。
5:第2断熱体 6:第2加熱ユニット 7:枠体 8:底部材 9:底部材
10:空間 11:断熱体 12:支持部 13:上金型 14:上母型
15:上ハードプレート 16:上ボルスタ 17:下金型 18:下母型
19:下ハードプレート 20:下ボルスタ 21:第1加熱体
22:第1断熱体 23:第1加熱ユニット 24:第2加熱体 25:第2断熱体
26:第2加熱ユニット 27:枠体 28:底部材 29:底部材 30:空間
31:断熱体 32:中央部 33:ガイド 34:枠体 35:枠体 38:空間
100:加熱装置 200:駆動機構 300:加熱装置 400:加熱装置
Claims (7)
- Ni基超耐熱合金またはTi合金の熱間鍛造に用いられる上金型および下金型を加熱するための加熱装置であって、
上金型を加熱するための第1加熱体と、前記第1加熱体の下金型側を覆う第1断熱体とを有する第1加熱ユニットと、
下金型を加熱するための第2加熱体と、前記第2加熱体の上金型側を覆う第2断熱体とを有する第2加熱ユニットと、
前記第1加熱ユニットおよび前記第2加熱ユニットを保持する枠体とを備え、
前記第1断熱体と第2断熱体とを保持する枠体の底部材同士の間に、枠体の外部に通じる空間を有し、
前記枠体の側面は、前記空間が外部に通じるための複数の開口部が設けられているとともに、前記開口部以外の部分で前記第1加熱ユニットを保持する部分と前記第2加熱ユニットを保持する部分とが連結されており、
前記第1加熱ユニットおよび前記第2加熱ユニットを保持するそれぞれの枠体を支持する支持部が側方から連結されていることを特徴とする加熱装置。 - 前記第1加熱体が上金型側に、前記第2加熱体が下金型側に、それぞれ露出していることを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。
- 前記第1加熱ユニットおよび前記第2加熱ユニットが前記枠体の側面の内側に保持されていることを特徴とする請求項1または2に記載の加熱装置。
- 前記第1加熱体および第2加熱体の配置領域が環状であることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の加熱装置。
- 前記第1断熱体および第2断熱体が、それぞれ、前記環状の配置領域の内側を覆っていることを特徴とする請求項4に記載の加熱装置。
- 前記環状の配置領域を有する加熱装置には、中央部に凹部が形成されていることを特徴とする請求項5に記載の加熱装置。
- 下金型と前記下金型に対向して配置された上金型とを加熱装置により加熱する第1工程と、前記下金型に加熱されたNi基超耐熱合金またはTi合金の鍛造素材を載置する第2工程と、前記鍛造素材を熱間鍛造する第3工程とを有し、
前記加熱装置は、請求項1乃至6の何れかに記載の構造を有し、
前記第1工程において、駆動機構によって前記枠体を前記下金型と上金型との間に挿入して、前記下金型および上金型を加熱し、前記駆動機構によって前記第2工程の前に前記枠体を前記下金型と上金型との間から退避させる鍛造製品の製造方法。
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