JPH05329610A - 溶湯鍛造用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶湯鍛造の成形サイクルを早める。また、薄
肉製品の成形を容易化する。 【構成】 開閉可能な可動型(１Ａ＋２Ａ)および固定型
(１Ｂ＋２Ｂ)の間に、キャビティ４、ゲート部６、湯口
部８が形成されている。固定型および可動型の内部に
は、ブロック収容空間１８Ａ,１８Ｂが形成され、冷却
ブロック１６Ａ,１６Ｂが型開閉方向に摺動可能に収め
られている。入子２Ａ,２Ｂおよび冷却ブロックは耐熱
銅合金で形成され、冷却ブロック内には冷却水路が設け
られている。主型１Ａ,１Ｂの内部には、冷却ブロック
を駆動する駆動手段２２Ａ,２２Ｂが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種金属の溶湯鍛造に
使用される溶湯鍛造用金型に係わり、特に、成形サイク
ルを高速化するための改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の溶湯鍛造用金型は、互いに開閉
可能な可動型と固定型の間に、製品形状をなすキャビテ
ィと、このキャビティにゲート部を介して連通する湯口
部とを形成したものである。より詳細に説明すると、可
動型および固定型のそれぞれは、主型と、この主型の内
部にはめ込まれた入子により構成され、可動側入子と固
定側入子の間に、キャビティ、ゲート部、湯口部が形成
されている。

【０００３】そして、前記可動型と固定型を型閉めした
うえ、前記湯口部に、溶湯注入装置の鋳込みスリーブを
挿入し、この鋳込みスリーブ内に保持された金属溶湯を
プランジャで押し出すことにより、前記キャビティ内に
金属溶湯を注入して固化させ、製品を成形する。

【０００４】このような溶湯鍛造用金型を用いれば、溶
湯が凝固する過程で溶湯をプランジャにより加圧し続け
ることが可能であり、溶湯の凝固収縮に伴って発生する
製品の厚肉部の収縮巣を防止し得るという利点を有す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の溶湯
鍛造用金型では、耐熱性および強度の点から、固定型お
よび可動型の入子のいずれもがＳＫＤ６１鋼等の耐熱鋼
によって形成されていた。しかし、この種の耐熱鋼は熱
伝導度が比較的小さいため、特に容積の大きい湯口部に
満たされた溶湯の冷却速度が小さく、凝固に時間がかか
って成形サイクルが律速され、生産性が低いという欠点
を有していた。

【０００６】そこで、本発明者らは金型の入子を熱伝導
度の高い材質で形成することにより容量の冷却速度を高
める試験を試みたところ、溶湯注入過程においてキャビ
ティ内を流れる溶湯の温度が低下しすぎて注入完了前に
凝固してしまい、キャビティへの溶湯の注入が不十分に
なる場合のあることが判明し、実施は困難であった。

【０００７】また、通常の耐熱鋼製金型においても、製
品形状が著しく肉薄であると、上記同様に溶湯がキャビ
ティ内で注入完了前に凝固してしまい、キャビティへの
溶湯注入が不十分になる場合もあった。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、成形サイクルを早めることができ、薄肉製品の成形
も容易に行なえる溶湯鍛造用金型を提供することを課題
としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、可動型または固定型の少な
くとも一方の内部には、キャビティの内壁面を構成する
隔壁部を隔ててキャビティと対向するブロック収容空間
を形成するとともに、これらブロック収容空間には、隔
壁部に対し離接可能に金属製の冷却ブロックを配置し、
さらにこれら冷却ブロックを隔壁部に離接させるための
駆動手段をそれぞれ設けたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の溶湯鍛造用金型によれば、キャビティ
の内壁面を構成する隔壁部から冷却ブロックを離した状
態でキャビティに溶湯を注入する一方、注入が完了した
ら駆動手段を作動して冷却ブロックを前記隔壁部に当接
させる。これにより、溶湯注入時には隔壁部の熱容量を
小さくし、キャビティに流入した溶湯の冷却速度を抑え
て、急速凝固による注入不良が生じるのを防ぐととも
に、注入完了後には隔壁部を冷却ブロックで冷やして、
キャビティ内の溶湯の冷却を促進する。

【００１１】

【実施例】図１は本発明に係る溶湯鍛造用金型の一実施
例を示す。図中符号１は主型であり、この主型１は可動
側主型１Ａと固定側主型１Ｂとから構成されている。そ
して可動側主型１Ａは、図示しない型開閉装置により固
定側主型１Ｂに対し離接可能とされている。

【００１２】符号２は主型１内に収容された入子であ
り、この入子２は可動側主型１Ａに固定された可動側入
子２Ａと、固定側主型１Ｂに固定された固定側入子２Ｂ
から構成されている。可動側主型１Ａと可動側入子２Ａ
が可動型を構成し、固定側主型１Ｂと固定側入子２Ｂが
固定型を構成している。図示していないが、可動側主型
１Ａと固定側主型１Ｂの内部には冷却水路が形成され、
冷却水が循環されるようになっている。

【００１３】可動側入子２Ａと固定側入子２Ｂとの間に
は、任意の製品形状をなすキャビティ４が形成されると
ともに、このキャビティ４からゲート部６を経て、外部
に開口する湯口部８が形成されている。キャビティ４、
ゲート部６、湯口部８の形状は図示のものに限定される
ことはなく、任意に変更してよい。また、この金型の内
部には、図示していないがキャビティ４内の成形品を突
き出すための突き出しピンが設けられている。

【００１４】湯口部８の開口部には、可動型と固定型の
それぞれに割りリング１０Ａ,１０Ｂが固定され、これ
ら割りリング１０Ａ,１０Ｂが合わさった状態で、溶湯
注入装置(図示略)の鋳込みスリーブ１２が気密的に挿入
可能となっている。この鋳込みスリーブ１２の内部に
は、進退可能にプランジャ１４が内蔵されている。

【００１５】溶湯注入装置は、鋳込みスリーブ１２を割
りリング１０Ａ,１０Ｂから引き抜いた状態で、溶湯供
給手段Ａにより鋳込みスリーブ１２内に金属溶湯を流し
込んだ後、鋳込みスリーブ１２を割りリング１０Ａ,１
０Ｂに挿入し、さらにプランジャ１４を上昇させること
により、湯口部８、ゲート部６を介してキャビティ４内
に溶湯Ｙを注入するようになっている。

【００１６】固定型および可動型の内部には、キャビテ
ィ４の型開閉方向両側の内壁面から一定深さの位置に、
直方体状のブロック収容空間１８Ａ,１８Ｂがそれぞれ
形成されている。前記キャビティ４の各内壁面と、各ブ
ロック収容空間１８Ａ,１８Ｂとを隔てる部分を、隔壁
部４Ａ,４Ｂと称する。これら隔壁部４Ａ,４Ｂはそれぞ
れ全面に亙って一定の厚さであるとは限らず、製品形状
に合わせて多少の肉厚の不均一があっても構わない。

【００１７】そして、各ブロック収容空間１８Ａ,１８
Ｂの内部には、直方体状の冷却ブロック１６Ａ,１６Ｂ
がそれぞれ型開閉方向に摺動可能に収められている。こ
れら冷却ブロック１６Ａ,１６Ｂは、型開閉方向に対し
直交する断面の形状がブロック収容空間の同断面の形状
とほぼ等しい。また、各主型１Ａ,１Ｂの内部には、ロ
ッド２０Ａ,２０Ｂを介して、冷却ブロック１６Ａ,１６
Ｂを型開閉方向に向けて駆動する駆動手段２２Ａ,２２
Ｂがそれぞれ設けられている。

【００１８】駆動手段２２Ａ,２２Ｂとしては、油圧シ
リンダが一般的であるが、その他にも電磁石を使用した
もの、モータで進退させる構成など周知のいかなる駆動
機構を使用してもよい。

【００１９】冷却ブロック１６Ａ,１６Ｂの材質は限定
されないが、熱伝導度の高い銅または銅合金、特にＯＭ
Ｃ合金（三菱マテリアル株式会社製商品名／組成Ｃｕ−
０．０２〜０．２５Ｚｒ−０．１〜１．０Ｃｒ）、ＯＭ
Ｃ−Ｘ（三菱マテリアル株式会社製商品名）、Ｋ３０−
ＲＴ等の耐熱銅合金が強度も高く好適である。図示して
いないが、冷却ブロックの内部には冷却水路が形成さ
れ、冷却水が循環供給されるようになっている。

【００２０】隔壁部４Ａ,４Ｂの厚さは、これらにかか
る圧力に耐えられる範囲内で極力薄いことが望ましい。
また、冷却ブロック１６Ａ,１６Ｂを隔壁部４Ａ,４Ｂか
ら後退させた状態での、隔壁部４Ａ,４Ｂと冷却ブロッ
ク１６Ａ,１６Ｂとの間隙部Ｓの厚さは０．１〜１０mm
程度が好ましい。０．１mmより小さいと冷却ブロック１
６Ａ,１６Ｂへ常に熱が逃げるおそれがあり、逆に１０m
mより大では冷却ブロック１６Ａ,１６Ｂの駆動力を要
し、隔壁部４Ａ,４Ｂへ与える衝突衝撃が大きくなって
好ましくない。

【００２１】一方、各入子２Ａ,２Ｂの材質も限定され
ないが、成形サイクルを向上する観点からは、前記ＯＭ
Ｃ合金、ＯＭＣ−Ｘ、Ｋ３０−ＲＴ等の耐熱銅合金で形
成されることが望ましい。これら耐熱銅合金はいずれも
純銅と同程度の熱伝導度を有し、しかも高温時の強度に
優れている。参考までに前記ＯＭＣ、ＳＫＤ６１および
純銅の特性を表１に示しておく。

【００２２】

【表１】

【００２３】上記構成からなる溶湯鍛造用金型を使用す
るには、予め冷却ブロック１６Ａ,１６Ｂを隔壁部４Ａ,
４Ｂから離した状態で、溶湯注入装置の鋳込みスリーブ
１２を溶湯鍛造用金型から抜き出し、溶湯注入手段Ａに
よって鋳込みスリーブ１２に溶湯Ｙを満たす。次に、型
閉めした状態の溶湯鍛造用金型の割りリング１０Ａ,１
０Ｂ内に鋳込みスリーブ１２を挿入し、プランジャ１４
を上昇させてキャビティ４内に溶湯Ｙを注入する。プラ
ンジャ１４はそのまま一定圧力で溶湯Ｙを加圧しつづけ
る。冷却ブロック１６Ａ,１６Ｂは連続的に冷却しつづ
ける。

【００２４】注入完了後、直ちに駆動手段２２Ａ,２２
Ｂを作動し、冷却されていた冷却ブロック１６Ａ,１６
Ｂを隔壁部１８Ａ,１８Ｂに当接させる。すると、隔壁
部１８Ａ,１８Ｂが冷やされてキャビティ４内の溶湯が
急冷却される。そして全部位の溶湯Ｙが十分固化した
ら、金型を開いて、製品とランナーおよびビスケット
(湯口部分)のつながった成形品を金型の突き出し機構に
より突き出す。

【００２５】上記のように、本実施例の溶湯鍛造用金型
では、隔壁部１８Ａ,１８Ｂから冷却ブロック１６Ａ,１
６Ｂを離した状態でキャビティ４に溶湯を注入するか
ら、溶湯注入時には隔壁部４Ａ,４Ｂの実質的な熱容量
を小さくし、キャビティ４に流入した溶湯の冷却速度を
抑えて、急速凝固による注入不良が生じるのを防ぐこと
ができる。

【００２６】一方、注入が完了したら冷却ブロック１６
Ａ,１６Ｂを隔壁部４Ａ,４Ｂに当接させ、隔壁部４Ａ,
４Ｂを冷やすことにより、キャビティ４内の溶湯の冷却
を促進するから、入子２Ａ,２Ｂの材質として耐熱銅合
金など熱伝導度の高い金属を採用した場合にも、注入不
良等の支障を生じることがなく、全ての溶湯が完全に凝
固するまでの時間を短縮し、成形サイクルを短縮して生
産性向上が図れる。また、従来の金型では溶湯注入不良
の生じやすい薄肉製品の成形も容易に行なえる利点を有
する。

【００２７】図２は、本発明の効果を示す溶湯温度経時
変化のグラフである。従来金型では注入開始直後から溶
湯がほぼ一定に冷えていくのに比べ、本発明金型では冷
却ブロック１６Ａ,１６Ｂを隔壁部４Ａ,４Ｂに当接させ
るまで従来金型よりも冷却速度が小さく、当接後は逆に
従来金型よりも高速で冷却する。

【００２８】また、図３は溶湯注入直後の金型内溶湯の
温度分布を示すグラフである。従来金型では注入過程に
おいて既に冷却が進行するため、キャビティの最奥部で
は大きく温度低下してしまうのに対し、本発明金型では
温度低下の幅が小さく抑えられる。

【００２９】次に、図４は本発明の他の実施例を示す縦
断面図（固定側のみ図示）であり、先の実施例と同一部
分には同符号を伏して説明を省略する。この実施例の特
徴は、各主型１Ａ,１Ｂの冷却ブロック１６Ａ,１６Ｂと
の対向面に複数の凹部３０を形成し、これら凹部３０内
に形状記憶合金製のスプリング３２を収容したことを特
徴とする。

【００３０】これらスプリング３２は、高温時に延びた
形状を記憶し、低温時に縮んだ形状を記憶しており、常
温では縮む一方、変態温度以上に加熱されると伸び、冷
却ブロック１６Ａ,１６Ｂをキャビティ４に向けて押圧
するようになっている。前記変態温度は、通常の作動常
態での金型温度よりも高く設定されている。各主型１
Ａ,１Ｂ内にはまた、凹部３０に連通する熱風路（図示
略）が形成されている。そして、図示しない熱風源から
これら熱風路を通じて前記変態温度より高い熱風を導入
すると各スプリング３２が延び、送風を止めるとスプリ
ング３２が縮むようになっている。

【００３１】この実施例に使用可能な形状記憶合金とし
ては、Ｎｉ−Ｔｉ系形状記憶合金（例えば「古河ＮＴ合
金」／古河電工株式会社製商品名）、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ
系形状記憶合金（例えば「メモリアン１００」／三菱マ
テリアル株式会社製商品名）等が挙げられる。これらは
変態温度が−１００〜１００℃程度の範囲で任意に設定
できるが、もちろんこの温度範囲に限定されることはな
い。

【００３２】一方、入子２Ａ,２Ｂの冷却ブロック１６
Ａ,１６Ｂとの対向面には、凹部３４が形成され、これ
ら凹部３４内にはリターンスプリング３６が収容されて
いる。このリターンスプリング３６は通常の材質からな
り、その弾性力は、スプリング３２が伸びると縮んで冷
却ブロック１６Ａ，１６Ｂのキャビティ４への接近を許
し、他方、スプリング３２が縮むと伸びて冷却ブロック
１６Ａ，１６Ｂをキャビティ４から遠ざけるように設定
されている。

【００３３】この実施例によれば、熱風の供給をＯＮ−
ＯＦＦするだけで冷却ブロック１６Ａ，１６Ｂの位置を
制御できるので、装置構成が簡略化できる利点を有す
る。また、金型が過熱した場合には、冷却ブロック１６
Ａ，１６Ｂが隔壁４Ａ，４Ｂに当接したままの状態にな
るから、過熱を緩和する効果が得られる。

【００３４】なお、本発明は上記各実施例に限定される
ものではなく、金型各部の形状は成形品形状に合わせて
任意に変更可能である。例えば、上記実施例では一対の
冷却ブロックを設けていたが、キャビティ４の形状によ
ってはそれを１個または３個以上としてもよい。また、
各部の形状は図示のものに限定されず、製品形状に合わ
せて適宜変更してよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の溶湯鍛造
用金型によれば、キャビティの内壁面を構成する隔壁部
から冷却ブロックを離した状態でキャビティに溶湯を注
入する一方、注入が完了したら駆動手段を作動して冷却
ブロックを前記隔壁部に当接させる。これにより、溶湯
注入時には隔壁部の熱容量を小さくし、キャビティに流
入した溶湯の冷却速度を抑えて、急速凝固による注入不
良が生じるのを防ぐとともに、注入完了後には隔壁部を
冷却ブロックで冷やして、キャビティ内の溶湯の冷却を
促進する。したがって、この溶湯鍛造用金型では、型の
材質として熱伝導度の高い金属を採用した場合にも、注
入不良等の支障を生じることがなく、溶湯注入から凝固
までの時間を短縮し、成形サイクルを早めて生産性が向
上できる。また、従来の金型では溶湯注入不良の生じや
すい薄肉製品の成形も容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る溶湯鍛造用金型の一実施例を示す
縦断面図である。

【図２】本発明の効果を示す溶湯温度の経時変化のグラ
フである。

【図３】本発明の効果を示す注入直後の溶湯温度分布の
グラフである。

【図４】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 主型 ２ 入子 １Ａ＋２Ａ 可動型 １Ｂ＋２Ｂ 固定型 ４ キャビティ ６ ゲート部 ８ 湯口部 １２ 鋳込みスリーブ １４ プランジャ １６Ａ,１６Ｂ 冷却ブロック １８Ａ,１８Ｂ ブロック収容空間 ２２Ａ,２２Ｂ 駆動手段 Ｓ 間隙部 ３２ 形状記憶合金製スプリング（駆動手段） ３６ リターンスプリング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに開閉可能な可動型と固定型とを具備
   し、これら可動型と固定型の間に、製品形状をなすキャ
   ビティと、このキャビティにゲート部を介して連通する
   湯口部とが形成されている溶湯鍛造用金型において、 前記可動型または固定型の少なくとも一方の内部には、
   前記キャビティの内壁面を構成する隔壁部を隔てて前記
   キャビティと対向するブロック収容空間を形成するとと
   もに、これらブロック収容空間には、前記隔壁部に対し
   離接可能に金属製の冷却ブロックを配置し、さらにこれ
   ら冷却ブロックを隔壁部に離接させるための駆動手段を
   それぞれ設けたことを特徴とする溶湯鍛造用金型。