JPH06262331A - 半固形金属プレフォーム用成形装置及び成形方法 - Google Patents
半固形金属プレフォーム用成形装置及び成形方法Info
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- JPH06262331A JPH06262331A JP3316768A JP31676891A JPH06262331A JP H06262331 A JPH06262331 A JP H06262331A JP 3316768 A JP3316768 A JP 3316768A JP 31676891 A JP31676891 A JP 31676891A JP H06262331 A JPH06262331 A JP H06262331A
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
- B22D17/007—Semi-solid pressure die casting
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B22D17/20—Accessories: Details
- B22D17/32—Controlling equipment
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S164/00—Metal founding
- Y10S164/90—Rheo-casting
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Forging (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】半固形の金属プレフォームから連続的に金属造
形品を形成する装置及び形成方法であって、ラム６６を
用いてプレフォーム２０を隣接する金型のキャビティの
中に打ち込み、これにより製品を付形する成形操作に先
き立ち、ラムをまずプレフォーム２０と軽く係合するま
で前進させ、次に予め設定した離間距離７８だけ引き戻
して行程の始点を定める第一の位置に配し、そして、ラ
ム６６をプレフォーム２０に対する第一の位置から金型
に接する第二の位置へと急激に前進させ、それにより行
程の終点を定める。 【効果】プレフォームとラムの間に予め設定した離間距
離を設けることで、プレフォームの熱伝導による冷却を
防止して半固形材の特性を損なうことなく成形でき、ま
た、プレフォームの飛び散り等を防止でき目的とする成
形品を得ることができる。
形品を形成する装置及び形成方法であって、ラム６６を
用いてプレフォーム２０を隣接する金型のキャビティの
中に打ち込み、これにより製品を付形する成形操作に先
き立ち、ラムをまずプレフォーム２０と軽く係合するま
で前進させ、次に予め設定した離間距離７８だけ引き戻
して行程の始点を定める第一の位置に配し、そして、ラ
ム６６をプレフォーム２０に対する第一の位置から金型
に接する第二の位置へと急激に前進させ、それにより行
程の終点を定める。 【効果】プレフォームとラムの間に予め設定した離間距
離を設けることで、プレフォームの熱伝導による冷却を
防止して半固形材の特性を損なうことなく成形でき、ま
た、プレフォームの飛び散り等を防止でき目的とする成
形品を得ることができる。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、半固形の金属プレフォーム（予
備的成形品）から金属造形部品を製造する装置および方
法に関する。
備的成形品）から金属造形部品を製造する装置および方
法に関する。
【０００２】
【背景技術】金属が凝固する際にそれを激しく撹拌して
樹枝状構造を除き、チキソトロープ性を有する半固形
「スラリー構造」物質を製造することが公知である。ま
た、そのような物質の粘度は、それを軟質の固体として
取り扱うことができるほど高くなることもあるというこ
とも公知である。M. P.Kenneyらによる「Semisolid Met
al Casting and Forging」（Metals Handbook, Vol. 1
5, 9th Ed., pp.327-338,Casting, ASM INTERNATIONAL,
Metals Park, OH, 1988）を参照するとよい。この概念
を広く記載した先駆的な特許は、1974年10月22日に発行
された、Mehrabianらへの米国特許第 3,842,895号であ
る。
樹枝状構造を除き、チキソトロープ性を有する半固形
「スラリー構造」物質を製造することが公知である。ま
た、そのような物質の粘度は、それを軟質の固体として
取り扱うことができるほど高くなることもあるというこ
とも公知である。M. P.Kenneyらによる「Semisolid Met
al Casting and Forging」（Metals Handbook, Vol. 1
5, 9th Ed., pp.327-338,Casting, ASM INTERNATIONAL,
Metals Park, OH, 1988）を参照するとよい。この概念
を広く記載した先駆的な特許は、1974年10月22日に発行
された、Mehrabianらへの米国特許第 3,842,895号であ
る。
【０００３】半固形金属は有意義な利点を数多く提供す
る。融点が高めの合金の場合にとりわけ有意義なこと
に、半固形での金属工作は、操作温度の低下および金属
熱含量の減少（融解エンタルピーの低減）をもたらす。
また、粘性の流動挙動が、液状合金の場合に一般に得る
ことができるものよりも層状のキャビティ充填を支援す
る。これは、気体の巻き込みを減少させることにつなが
る。さらには、半固形の金属工作合金中の凝固分の割合
に正比例しながら凝固収縮が減少し、これが一方では収
縮による間隙の発生および熱間割れの傾向を軽減する。
また、この概念から得られるさらなる利点は、半固形合
金の粘性が、微粒強化された金属／地複合材料を製造す
る際に第三相粒子を組み入れるための都合のよい環境を
提供するということである。この場合は、半固形金属工
作合金の高い粘性は、強化物質を物理的に捕らえ、強化
体と地合金との間に良好な結合が生じる時間を与える。
る。融点が高めの合金の場合にとりわけ有意義なこと
に、半固形での金属工作は、操作温度の低下および金属
熱含量の減少（融解エンタルピーの低減）をもたらす。
また、粘性の流動挙動が、液状合金の場合に一般に得る
ことができるものよりも層状のキャビティ充填を支援す
る。これは、気体の巻き込みを減少させることにつなが
る。さらには、半固形の金属工作合金中の凝固分の割合
に正比例しながら凝固収縮が減少し、これが一方では収
縮による間隙の発生および熱間割れの傾向を軽減する。
また、この概念から得られるさらなる利点は、半固形合
金の粘性が、微粒強化された金属／地複合材料を製造す
る際に第三相粒子を組み入れるための都合のよい環境を
提供するということである。この場合は、半固形金属工
作合金の高い粘性は、強化物質を物理的に捕らえ、強化
体と地合金との間に良好な結合が生じる時間を与える。
【０００４】しかし、そのようなスラリー構造物質か
ら、とりわけ連続的に、造形部品を製造する方法は、数
多くの問題を呈する。これらの方法は、スラリー構造の
プレフォーム材料を再び加熱して適当な割合で固体に
し、その後、それが半固形状態にあるうちに成形する第
一の段階を必要とする。初期には、材料を収容し、その
材料を加熱から成形のサイクルを通じて取り扱う手段と
してるつぼが不可欠であると考えられていた。しかし、
そのようなるつぼの使用は、費用がかかり面倒なもので
あるとされ、さらには、方法上の不都合、例えば、るつ
ぼへの付着による材料の損失、るつぼの劣化による汚
染、およびるつぼの側壁とのランダムな接触による好ま
しくない冷却を生じさせるものであった。半固形状態に
あるプレフォームを加熱、移動および搬送する際に同様
に伴う他の問題もある。したがって、製造時に相当な経
済性を提供する方法、とりわけ、るつぼまたは他の収容
手段を必要とせず、連続的に作動することができる方法
が求められていた。
ら、とりわけ連続的に、造形部品を製造する方法は、数
多くの問題を呈する。これらの方法は、スラリー構造の
プレフォーム材料を再び加熱して適当な割合で固体に
し、その後、それが半固形状態にあるうちに成形する第
一の段階を必要とする。初期には、材料を収容し、その
材料を加熱から成形のサイクルを通じて取り扱う手段と
してるつぼが不可欠であると考えられていた。しかし、
そのようなるつぼの使用は、費用がかかり面倒なもので
あるとされ、さらには、方法上の不都合、例えば、るつ
ぼへの付着による材料の損失、るつぼの劣化による汚
染、およびるつぼの側壁とのランダムな接触による好ま
しくない冷却を生じさせるものであった。半固形状態に
あるプレフォームを加熱、移動および搬送する際に同様
に伴う他の問題もある。したがって、製造時に相当な経
済性を提供する方法、とりわけ、るつぼまたは他の収容
手段を必要とせず、連続的に作動することができる方法
が求められていた。
【０００５】そのような方法は、1986年２月11日に Bak
erらに発行された米国特許第 4,569,218号に開示されて
いる。この特許の開示をすべて本願に引用例として含め
る。該特許に説明されているように、プレフォームを複
数の誘導加熱部に通すときにプレフォーム中の熱含量を
逐次的に高めることにより、スラリー構造の自立性金属
プレフォーム（自重等により形状が崩れることのない予
備的成形品）から金属造形品を連続的に製造することが
可能であることがわかった。加熱の手段は、プレフォー
ムを半固形温度に加熱する際にそれをある部位から次の
部位に移動させるとき、融解およびそれによる流動を避
け、熱平衡を可能にするようなものであった。該発明
は、全体を通じてほぼ均一に半固形のプレフォームを提
供するものであった。そして、機械的移動手段により、
自立性の半固形プレフォームをプレスまたは他の付形ス
テーションに移していた。この機械的移動手段は、プレ
フォームを非常に小さな力で把持するものであった。こ
の構造は、半固形プレフォームの実質的な物理的変形を
防ぎ、熱損失を減少させるように働いた。所望により、
移動手段をも加熱し、移動の間のプレフォームの熱損失
をさらに少なくした。
erらに発行された米国特許第 4,569,218号に開示されて
いる。この特許の開示をすべて本願に引用例として含め
る。該特許に説明されているように、プレフォームを複
数の誘導加熱部に通すときにプレフォーム中の熱含量を
逐次的に高めることにより、スラリー構造の自立性金属
プレフォーム（自重等により形状が崩れることのない予
備的成形品）から金属造形品を連続的に製造することが
可能であることがわかった。加熱の手段は、プレフォー
ムを半固形温度に加熱する際にそれをある部位から次の
部位に移動させるとき、融解およびそれによる流動を避
け、熱平衡を可能にするようなものであった。該発明
は、全体を通じてほぼ均一に半固形のプレフォームを提
供するものであった。そして、機械的移動手段により、
自立性の半固形プレフォームをプレスまたは他の付形ス
テーションに移していた。この機械的移動手段は、プレ
フォームを非常に小さな力で把持するものであった。こ
の構造は、半固形プレフォームの実質的な物理的変形を
防ぎ、熱損失を減少させるように働いた。所望により、
移動手段をも加熱し、移動の間のプレフォームの熱損失
をさらに少なくした。
【０００６】Bakerらへの特許において示された大きな
進歩にもかかわらず、当時公知であったような方法につ
いていくつかの問題が執拗に存在していた。例えば、成
形操作に備えて金属プレフォームをプレスに置き、この
ときラムをプレフォームに接するように配置すると、こ
のラムは不都合にもプレフォームの温度を相当に低下さ
せるヒートシンクとして作用した。そのようなプレフォ
ームの温度低下は、得られる製品の性質を変化させ、そ
れにより、半固形プレフォームの使用によって得られる
べき、求める利点を損なうものであった。この状況を回
避するためには、成形操作の直前に、ラムをプレフォー
ムから相当な距離だけ引き戻すことが当然の傾向であっ
た。この場合、成形段階に備えてラムを起動する前に、
製品から比較的大きな距離をおいてラムの端部をあらか
じめ設定していた。この作業は、準備作業員が手作業に
よって行うものであり、作業員自身がプレスの内部や周
辺に物理的に位置し、リミットスイッチをラムの位置に
組み合せてセットしなければならなかった。この準備手
順は危険で非常に時間がかかるものであり、あまり正確
に実施することはできない。それに加え、前述した状況
を解消するためのこの手作業による方法は、他にも重大
な欠点を有している。具体的には、ラムの前の空気がラ
ムによって捕えられ、ラムが最終製品を成形するために
使用される金型のキャビティに入るとき、その空気が金
属プレフォームの隙間に押し込まれる。これは、得られ
る製品がその構造中に空隙を有するという有害な影響を
もたらすおそれがある。その結果、そのような製品は、
同じ構成を有する中実の製品よりも弱いものとなるであ
ろう。
進歩にもかかわらず、当時公知であったような方法につ
いていくつかの問題が執拗に存在していた。例えば、成
形操作に備えて金属プレフォームをプレスに置き、この
ときラムをプレフォームに接するように配置すると、こ
のラムは不都合にもプレフォームの温度を相当に低下さ
せるヒートシンクとして作用した。そのようなプレフォ
ームの温度低下は、得られる製品の性質を変化させ、そ
れにより、半固形プレフォームの使用によって得られる
べき、求める利点を損なうものであった。この状況を回
避するためには、成形操作の直前に、ラムをプレフォー
ムから相当な距離だけ引き戻すことが当然の傾向であっ
た。この場合、成形段階に備えてラムを起動する前に、
製品から比較的大きな距離をおいてラムの端部をあらか
じめ設定していた。この作業は、準備作業員が手作業に
よって行うものであり、作業員自身がプレスの内部や周
辺に物理的に位置し、リミットスイッチをラムの位置に
組み合せてセットしなければならなかった。この準備手
順は危険で非常に時間がかかるものであり、あまり正確
に実施することはできない。それに加え、前述した状況
を解消するためのこの手作業による方法は、他にも重大
な欠点を有している。具体的には、ラムの前の空気がラ
ムによって捕えられ、ラムが最終製品を成形するために
使用される金型のキャビティに入るとき、その空気が金
属プレフォームの隙間に押し込まれる。これは、得られ
る製品がその構造中に空隙を有するという有害な影響を
もたらすおそれがある。その結果、そのような製品は、
同じ構成を有する中実の製品よりも弱いものとなるであ
ろう。
【０００７】予備成形操作を開始する直前にラムをプレ
フォームから相当な距離だけ引き戻したとき、もう一つ
の望ましくない作用が生じるおそれがある。この場合
は、ラムが急速に前進してプレフォームと係合すると、
プレフォーム中に含有された液体の一部がキャビティの
外に飛散するほどプレフォームが大きく変形し、それに
より、成形品の容量が減少することが多くある。プレフ
ォームの容量は、中実かつすべての点で完全な成形品が
得られるように正確に決定されている。したがって、プ
レフォーム中に存在する物質が金型のキャビティに入り
込むことができないならば、完成品は、その中に空洞を
有することになるか、不完全なものとなるかのいずれか
である。いずれの場合においても、得られる製品はその
意図した目的にとって満足しうるものとはならない。
フォームから相当な距離だけ引き戻したとき、もう一つ
の望ましくない作用が生じるおそれがある。この場合
は、ラムが急速に前進してプレフォームと係合すると、
プレフォーム中に含有された液体の一部がキャビティの
外に飛散するほどプレフォームが大きく変形し、それに
より、成形品の容量が減少することが多くある。プレフ
ォームの容量は、中実かつすべての点で完全な成形品が
得られるように正確に決定されている。したがって、プ
レフォーム中に存在する物質が金型のキャビティに入り
込むことができないならば、完成品は、その中に空洞を
有することになるか、不完全なものとなるかのいずれか
である。いずれの場合においても、得られる製品はその
意図した目的にとって満足しうるものとはならない。
【０００８】
【発明の概要】本発明は、前記の知見をもって考案さ
れ、具現化されたものである。本発明によると、半固形
の金属プレフォームから金属造形品が連続的に製造され
る。金属プレフォームは、次々に加熱された後、変形や
熱損失を実質的に生じることなくプレスに移され、そこ
で半固形状態で付形されて造形品となる。プレスの中で
は、ラムを用いてプレフォームを隣接する金型のキャビ
ティの中に打ち込み、それにより、製品を付形する。成
形操作に先立ち、ラムをまず、プレフォームと軽く接触
するまで前進させ、次に、プレフォームから比較的小さ
な離間距離、すなわち間隔をおくように引き戻して、行
程の始点を定める第一の位置に動かす。これは本質的に
は特定のプレフォームに備える準備手順であり、このと
きに、ラムの端部とプレフォームとの間隔は、正確で迅
速かつプレフォームに関して安全に設定される。そし
て、その後のラムの作動行程すべてについて、ラムを第
一の位置から急速にプレフォームに対して前進させて金
型に接する第二の位置に動かし、それにより、行程の終
点を定める。離間距離は、プレフォームから相当な熱が
放出されることおよび／または空気がキャビティに押し
込まれることおよび／または半固形金属がキャビティの
外に飛散することを防ぐように選択する。第二の位置に
到達する直前に、ラムを加速して完成品の中に空洞が形
成されることを防いでもよい。
れ、具現化されたものである。本発明によると、半固形
の金属プレフォームから金属造形品が連続的に製造され
る。金属プレフォームは、次々に加熱された後、変形や
熱損失を実質的に生じることなくプレスに移され、そこ
で半固形状態で付形されて造形品となる。プレスの中で
は、ラムを用いてプレフォームを隣接する金型のキャビ
ティの中に打ち込み、それにより、製品を付形する。成
形操作に先立ち、ラムをまず、プレフォームと軽く接触
するまで前進させ、次に、プレフォームから比較的小さ
な離間距離、すなわち間隔をおくように引き戻して、行
程の始点を定める第一の位置に動かす。これは本質的に
は特定のプレフォームに備える準備手順であり、このと
きに、ラムの端部とプレフォームとの間隔は、正確で迅
速かつプレフォームに関して安全に設定される。そし
て、その後のラムの作動行程すべてについて、ラムを第
一の位置から急速にプレフォームに対して前進させて金
型に接する第二の位置に動かし、それにより、行程の終
点を定める。離間距離は、プレフォームから相当な熱が
放出されることおよび／または空気がキャビティに押し
込まれることおよび／または半固形金属がキャビティの
外に飛散することを防ぐように選択する。第二の位置に
到達する直前に、ラムを加速して完成品の中に空洞が形
成されることを防いでもよい。
【０００９】本発明は、完成品に至る、機械装置の半自
動操作および自動操作の両方を想定している。半自動モ
ードでは、金属プレフォームをプレスの中に配置し、そ
こでラムを、プレフォームの頂部に接するか、軽く係合
するまで降ろす。そして、上記の離間距離、例えば約１
／１６インチだけラムをプレフォームから持ち上げる。
すると、この位置は、ラムと連係して作動する符号器に
よって確定される。このようにして、中央制御パネルか
らのコンピュータ制御のもと、後続の金属プレフォーム
に対するその後の同一の動作についてラムの作動行程を
引き続き実施することができる。
動操作および自動操作の両方を想定している。半自動モ
ードでは、金属プレフォームをプレスの中に配置し、そ
こでラムを、プレフォームの頂部に接するか、軽く係合
するまで降ろす。そして、上記の離間距離、例えば約１
／１６インチだけラムをプレフォームから持ち上げる。
すると、この位置は、ラムと連係して作動する符号器に
よって確定される。このようにして、中央制御パネルか
らのコンピュータ制御のもと、後続の金属プレフォーム
に対するその後の同一の動作についてラムの作動行程を
引き続き実施することができる。
【００１０】自動モードにおいても同様に操作すること
ができる。しかし、この場合は、成形される所定の製品
に用いる所定のプレフォームにとっての所定の距離を考
慮するように、コンピュータソフトウェアをプログラム
することになる。ラムの端部とプレフォームの頂部との
所望の間隔は、いつでも望むときに周知の方法によって
アクセスしうるようにコンピュータのメモリに入力され
た特定の部品番号およびそれに関する情報をもとに、上
記のように決定することができる。コンピュータをプロ
グラムして、その部品番号を成形することを望むときは
いつでも、ラム位置を制御する情報がメモリ内で検索さ
れ、ラムが必要とされる位置に、すなわち第一の位置
に、自動的に設定されるようにすることができる。この
ような構成を用いると、操作者は、新たな部品番号を成
形するときはいつも、制御盤のキーボードを介して例え
ば部品番号を入力することにより、どの製品を成形する
かを簡単にコンピュータに知らせることができるであろ
う。すると、ラムは適切な位置に自動的に設定され、離
間距離、すなわち間隔を、プレフォームの加熱から始ま
り、プレフォームをプレスの中に前進させ、成形品をプ
レスから取り出す作動シーケンス全体の一部として設け
ることになる。
ができる。しかし、この場合は、成形される所定の製品
に用いる所定のプレフォームにとっての所定の距離を考
慮するように、コンピュータソフトウェアをプログラム
することになる。ラムの端部とプレフォームの頂部との
所望の間隔は、いつでも望むときに周知の方法によって
アクセスしうるようにコンピュータのメモリに入力され
た特定の部品番号およびそれに関する情報をもとに、上
記のように決定することができる。コンピュータをプロ
グラムして、その部品番号を成形することを望むときは
いつでも、ラム位置を制御する情報がメモリ内で検索さ
れ、ラムが必要とされる位置に、すなわち第一の位置
に、自動的に設定されるようにすることができる。この
ような構成を用いると、操作者は、新たな部品番号を成
形するときはいつも、制御盤のキーボードを介して例え
ば部品番号を入力することにより、どの製品を成形する
かを簡単にコンピュータに知らせることができるであろ
う。すると、ラムは適切な位置に自動的に設定され、離
間距離、すなわち間隔を、プレフォームの加熱から始ま
り、プレフォームをプレスの中に前進させ、成形品をプ
レスから取り出す作動シーケンス全体の一部として設け
ることになる。
【００１１】プレフォームからのラムの離間距離が、プ
レスから離れた制御盤の前にいる操作者によって設定さ
れるという理由から、安全性が本発明のさらなる利点で
ある。それに加え、操作はより迅速であり、間隔距離を
公知の場合よりも正確に制御することができる。本発明
のその他およびさらなる特徴、利点および便宜は、以下
の図面と関連させて理解される以下の説明において明ら
かになるであろう。なお、前述の概説および以下の詳細
な説明は、例示的かつ説明的なものであり、本発明に対
して限定的なものではないことを理解すべきである。ま
た、本発明に含まれ、その一部を構成する添付の図面
は、本発明の実施態様の一例を示し、その説明ととも
に、本発明の原理を概括的に説明するものである。本開
示を通じては同じ符号が同様な部品を指すものとする。
レスから離れた制御盤の前にいる操作者によって設定さ
れるという理由から、安全性が本発明のさらなる利点で
ある。それに加え、操作はより迅速であり、間隔距離を
公知の場合よりも正確に制御することができる。本発明
のその他およびさらなる特徴、利点および便宜は、以下
の図面と関連させて理解される以下の説明において明ら
かになるであろう。なお、前述の概説および以下の詳細
な説明は、例示的かつ説明的なものであり、本発明に対
して限定的なものではないことを理解すべきである。ま
た、本発明に含まれ、その一部を構成する添付の図面
は、本発明の実施態様の一例を示し、その説明ととも
に、本発明の原理を概括的に説明するものである。本開
示を通じては同じ符号が同様な部品を指すものとする。
【００１２】
【実施例】本発明を実施するために使用される出発プレ
フォームは、「スラリー構造」が得られるような方法で
製造された、アルミニウム、銅、マグネシウムまたは鉄
をはじめとする合金であるが、これらに限定されるもの
ではない。この製造は、合金が液体／固体混合物の形態
にある間にそれを激しく撹拌して、その合金のうち相当
な割合、好ましくは３０〜５５容量％を非樹枝状形態に
転換することによって行なうことができる。そして、こ
の液体／固体混合物を冷却して凝固させる。凝固して得
られた合金は、スラリー構造を有している。ここで、
「スラリー構造」物質とは、再び加熱されて半固形状態
になると、融点がより低い地の中に主要な球形の固形粒
子を含む、微細構造を有する金属を意味する。そのよう
なスラリー構造物質は、撹拌しなくとも、金属の棒材ま
たは他の付形物を例えば熱間加工により製造することを
伴う固体法によって製造してもよい。これらの材料は、
指向性の粒子構造を有し、熱間加工の間またはその後で
必要なレベルのひずみを誘発する。そのような棒材もま
た、再び加熱されると、融点がより低い地の中に主要な
球形の固形粒子を含むようになる。撹拌によってスラリ
ー構造物質を形成するある方法は、回転磁界を利用する
ものである。しかし、プレフォーム製造する好ましい方
法は、1983年１１月１５日に発行された米国特許第4,41
5,374号にさらに詳しく開示されている固体法である。
フォームは、「スラリー構造」が得られるような方法で
製造された、アルミニウム、銅、マグネシウムまたは鉄
をはじめとする合金であるが、これらに限定されるもの
ではない。この製造は、合金が液体／固体混合物の形態
にある間にそれを激しく撹拌して、その合金のうち相当
な割合、好ましくは３０〜５５容量％を非樹枝状形態に
転換することによって行なうことができる。そして、こ
の液体／固体混合物を冷却して凝固させる。凝固して得
られた合金は、スラリー構造を有している。ここで、
「スラリー構造」物質とは、再び加熱されて半固形状態
になると、融点がより低い地の中に主要な球形の固形粒
子を含む、微細構造を有する金属を意味する。そのよう
なスラリー構造物質は、撹拌しなくとも、金属の棒材ま
たは他の付形物を例えば熱間加工により製造することを
伴う固体法によって製造してもよい。これらの材料は、
指向性の粒子構造を有し、熱間加工の間またはその後で
必要なレベルのひずみを誘発する。そのような棒材もま
た、再び加熱されると、融点がより低い地の中に主要な
球形の固形粒子を含むようになる。撹拌によってスラリ
ー構造物質を形成するある方法は、回転磁界を利用する
ものである。しかし、プレフォーム製造する好ましい方
法は、1983年１１月１５日に発行された米国特許第4,41
5,374号にさらに詳しく開示されている固体法である。
【００１３】本発明は、比較的小さな造形品、すなわち
最大の寸法が６インチ未満である部品の製造に特に有用
である。この大きさを超えると、自立性のプレフォーム
を半固形状態で取り扱うことはますます困難になる。し
たがって、出発プレフォームは、鋳物または押出しした
スラリー構造の棒材を適当な長さに切断することによっ
て製造される円筒形スラグの形態であることが好都合で
ある。本発明は、そのようなスラグの使用に関連させて
説明する。そのようなスラグから製品を成形する方法
は、半固形金属鋳造、半固形金属押出し、半固形金属成
形などをはじめとする数多くの名称により、これまで意
味の違いなく呼ばれてきた。
最大の寸法が６インチ未満である部品の製造に特に有用
である。この大きさを超えると、自立性のプレフォーム
を半固形状態で取り扱うことはますます困難になる。し
たがって、出発プレフォームは、鋳物または押出しした
スラリー構造の棒材を適当な長さに切断することによっ
て製造される円筒形スラグの形態であることが好都合で
ある。本発明は、そのようなスラグの使用に関連させて
説明する。そのようなスラグから製品を成形する方法
は、半固形金属鋳造、半固形金属押出し、半固形金属成
形などをはじめとする数多くの名称により、これまで意
味の違いなく呼ばれてきた。
【００１４】ここで各図面のうち、まず、従来の技術を
説明する図１，図２および図３を参照する。図１に示す
ように、かかる金属プレフォーム２０は、例えば市販の
振動型ボウルフィーダ（図示せず）から一列になってス
タッカ２２に供給される。金属プレフォームは、スタッ
カ２２からローディングダイヤル２４によって持ち上げ
られ、回転テーブル２８の上の、それぞれが断熱キャッ
プを有する断熱受け台２６に配置される。テーブル２８
は、矢印３０の向きに回転可能であり、その円周部に該
断熱受け台２６を連続的に有している。各断熱受け台２
６は、自立性の金属プレフォーム２０を支持、配置する
ものである。回転テーブル２８の、スタッカ２２および
ローディングダイヤル２４から反対側の側方には、誘導
加熱装置３２が取り付けられている。この誘導加熱装置
はフード３４を含み、このフードには、一連の誘導加熱
部を形成する一連のコイルが含まれている。誘導加熱装
置は、テーブル２８を次に続く受け台／プレフォーム位
置に合わせる過程にあるとき、図１に示す第一の高位置
から、誘導加熱部が隣接する一連の（図示する実施態様
では５個）プレフォームを囲い込み、それらの熱含量を
増大させる第二の低位置へと垂直方向に動くことができ
る。
説明する図１，図２および図３を参照する。図１に示す
ように、かかる金属プレフォーム２０は、例えば市販の
振動型ボウルフィーダ（図示せず）から一列になってス
タッカ２２に供給される。金属プレフォームは、スタッ
カ２２からローディングダイヤル２４によって持ち上げ
られ、回転テーブル２８の上の、それぞれが断熱キャッ
プを有する断熱受け台２６に配置される。テーブル２８
は、矢印３０の向きに回転可能であり、その円周部に該
断熱受け台２６を連続的に有している。各断熱受け台２
６は、自立性の金属プレフォーム２０を支持、配置する
ものである。回転テーブル２８の、スタッカ２２および
ローディングダイヤル２４から反対側の側方には、誘導
加熱装置３２が取り付けられている。この誘導加熱装置
はフード３４を含み、このフードには、一連の誘導加熱
部を形成する一連のコイルが含まれている。誘導加熱装
置は、テーブル２８を次に続く受け台／プレフォーム位
置に合わせる過程にあるとき、図１に示す第一の高位置
から、誘導加熱部が隣接する一連の（図示する実施態様
では５個）プレフォームを囲い込み、それらの熱含量を
増大させる第二の低位置へと垂直方向に動くことができ
る。
【００１５】このとき、プレフォームの浮揚を避けるた
め、プレフォームの水平方向の中心線は、誘導加熱装置
のコイルの中心線の下に位置させるべきである。各誘導
加熱部は、テーブル２８の移動方向において隣接するプ
レフォームを次々により高いレベルに加熱し、その結
果、誘導加熱装置から出る直前のプレフォーム、すなわ
ち加熱器中その最終位置にあるプレフォームは、均一な
半固形状態、好ましくは７０〜９０容量％が固形であ
り、残りが液状であるものとなる。加熱速度を増大する
ことを望むならば、プレフォームの熱容量を、加熱サイ
クルの一部または全体にわたって、好ましくは少なくと
もプレフォームの融解の始りから最終的な半固型レベル
になる時点にわたって、間欠的または脈動的な速度をも
って高めるべきである。プレフォーム中に液体が形成す
る前の、最初の２個または３個のコイルにおいては、温
度上昇を速めてもよい。最後の２個または３個のコイル
においては、低めの入力電力をもって温度上昇の速度を
遅めてもよい。これは、合金流れといった問題を生じる
ことなく、最終的な温度に至るまでの総時間を短縮す
る。そのためには、５個のコイルを巻く際に、それぞれ
の巻き数を変えながら巻くことができる。プレフォーム
が最初に進入する最初の２個または３個のコイルは密に
巻いて高い磁束をもたらすものとし、残りのコイルはそ
れほど密には巻かず、低めの磁束またはソーキング束を
もたらすものとしてもよい。
め、プレフォームの水平方向の中心線は、誘導加熱装置
のコイルの中心線の下に位置させるべきである。各誘導
加熱部は、テーブル２８の移動方向において隣接するプ
レフォームを次々により高いレベルに加熱し、その結
果、誘導加熱装置から出る直前のプレフォーム、すなわ
ち加熱器中その最終位置にあるプレフォームは、均一な
半固形状態、好ましくは７０〜９０容量％が固形であ
り、残りが液状であるものとなる。加熱速度を増大する
ことを望むならば、プレフォームの熱容量を、加熱サイ
クルの一部または全体にわたって、好ましくは少なくと
もプレフォームの融解の始りから最終的な半固型レベル
になる時点にわたって、間欠的または脈動的な速度をも
って高めるべきである。プレフォーム中に液体が形成す
る前の、最初の２個または３個のコイルにおいては、温
度上昇を速めてもよい。最後の２個または３個のコイル
においては、低めの入力電力をもって温度上昇の速度を
遅めてもよい。これは、合金流れといった問題を生じる
ことなく、最終的な温度に至るまでの総時間を短縮す
る。そのためには、５個のコイルを巻く際に、それぞれ
の巻き数を変えながら巻くことができる。プレフォーム
が最初に進入する最初の２個または３個のコイルは密に
巻いて高い磁束をもたらすものとし、残りのコイルはそ
れほど密には巻かず、低めの磁束またはソーキング束を
もたらすものとしてもよい。
【００１６】テーブルが回転してプレフォーム２０をそ
の加熱装置中の最終位置から加熱装置の外の最初の位置
に合わせた後、一対のグリッパ３６がプレフォームを機
械的に把持してその受け台から取り外し、プレス３８の
ダイと整合した位置にまで旋回し、プレスのプレート４
０の上にプレフォームを配置し、このプレートの上で半
固形状態のプレフォームが付形されて金属製品となる。
この移動は、半固形のプレフォームの変形を最少限に抑
える状況のもとで実施しなければならない。この移動は
また、プレフォーム中の半固形分に局所的な振動（また
は局所的な伝熱）をほとんどあるいは全く生じさせては
ならない。したがって、グリッパ３６は、プレフォーム
から移動手段に伝わる熱を最小限にするように設計され
ている。
の加熱装置中の最終位置から加熱装置の外の最初の位置
に合わせた後、一対のグリッパ３６がプレフォームを機
械的に把持してその受け台から取り外し、プレス３８の
ダイと整合した位置にまで旋回し、プレスのプレート４
０の上にプレフォームを配置し、このプレートの上で半
固形状態のプレフォームが付形されて金属製品となる。
この移動は、半固形のプレフォームの変形を最少限に抑
える状況のもとで実施しなければならない。この移動は
また、プレフォーム中の半固形分に局所的な振動（また
は局所的な伝熱）をほとんどあるいは全く生じさせては
ならない。したがって、グリッパ３６は、プレフォーム
から移動手段に伝わる熱を最小限にするように設計され
ている。
【００１７】グリッパ３６は、一対のグリップあご４
２、好ましくは電気加熱手段がその中に埋設されている
ものを含む。図２にさらに詳細に示すように、グリップ
あごはグリッパアーム４４に取り付けられ、これらのグ
リッパアームは、互いの間の距離を調整することに備え
て、空気圧シリンダーであることができるグリッパアク
チュエータ４６に旋回自在に取り付けられている。一
方、このアクチュエータは、プレフォームをテーブル２
８からプレス３８に移すために、アクチュエータアーム
４８を介して適当な支持体４７に旋回自在に取り付けら
れている。グリップあごの表面５０は、耐火ブロック５
２を機械加工し、半固形の金属プレフォーム２０の輪郭
にぴったりと合う輪郭を有するようにしたものである。
ブロック５２とグリップあご４２との間には熱障壁５４
を挾み込んでいる。各耐火ブロック５２には、電熱ヒー
ターロッド（図示せず）が埋設されている。このヒータ
ロッドは電源に接続することが適当である。グリップあ
ごを加熱し、グリッパの材料が半固形プレフォームに及
ぼす冷却効果を最小限にする。アルミニウム合金のプレ
フォームの場合、グリッパのあごの表面を、例えば酸化
アルミニウムまたは酸化マグネシウムでプラズマ溶射し
てもよい。銅合金の場合、その表面は、鋼耐火塗膜また
は高密度グラファイトでめっきされた型であってもよ
い。グリッパ３６の表面は、室温を相当に上回る温度で
あって、プレフォームの液体の温度を下回る温度にまで
加熱されることがある。あご表面のグリップ面は、プレ
フォームの変形を最小限に留めるためにできる限り大き
くすべきであり、このとき、グリッパのあごの円周およ
び曲率半径をプレフォームのそれに近いものとする。
２、好ましくは電気加熱手段がその中に埋設されている
ものを含む。図２にさらに詳細に示すように、グリップ
あごはグリッパアーム４４に取り付けられ、これらのグ
リッパアームは、互いの間の距離を調整することに備え
て、空気圧シリンダーであることができるグリッパアク
チュエータ４６に旋回自在に取り付けられている。一
方、このアクチュエータは、プレフォームをテーブル２
８からプレス３８に移すために、アクチュエータアーム
４８を介して適当な支持体４７に旋回自在に取り付けら
れている。グリップあごの表面５０は、耐火ブロック５
２を機械加工し、半固形の金属プレフォーム２０の輪郭
にぴったりと合う輪郭を有するようにしたものである。
ブロック５２とグリップあご４２との間には熱障壁５４
を挾み込んでいる。各耐火ブロック５２には、電熱ヒー
ターロッド（図示せず）が埋設されている。このヒータ
ロッドは電源に接続することが適当である。グリップあ
ごを加熱し、グリッパの材料が半固形プレフォームに及
ぼす冷却効果を最小限にする。アルミニウム合金のプレ
フォームの場合、グリッパのあごの表面を、例えば酸化
アルミニウムまたは酸化マグネシウムでプラズマ溶射し
てもよい。銅合金の場合、その表面は、鋼耐火塗膜また
は高密度グラファイトでめっきされた型であってもよ
い。グリッパ３６の表面は、室温を相当に上回る温度で
あって、プレフォームの液体の温度を下回る温度にまで
加熱されることがある。あご表面のグリップ面は、プレ
フォームの変形を最小限に留めるためにできる限り大き
くすべきであり、このとき、グリッパのあごの円周およ
び曲率半径をプレフォームのそれに近いものとする。
【００１８】プレス３８は、付形される部品に適当なダ
イを備えた４〜250トンの油圧プレスであることができ
る。プレスは、システムが必要とする積量を満たす大き
さの市販の油圧ポンプによって作動させることができ
る。スラリー構造の金属から部品を付形することに適当
な時間、温度および加圧力は、1982年８月17日発行のカ
ナダ国特許第1,129,624号に開示されている。
イを備えた４〜250トンの油圧プレスであることができ
る。プレスは、システムが必要とする積量を満たす大き
さの市販の油圧ポンプによって作動させることができ
る。スラリー構造の金属から部品を付形することに適当
な時間、温度および加圧力は、1982年８月17日発行のカ
ナダ国特許第1,129,624号に開示されている。
【００１９】このシステムに用いる誘導加熱供給電力
は、５〜550KWの大きさであり、６０〜400,000ヘルツの
周波数で作動することができる。正確な電力および周波
数は、必要なプレフォーム直径および加熱速度にしたが
って選択する。通常、例えば電力要求基準は、１時間あ
たり１ポンドの生産性につき、１／４〜１KWの範囲であ
る。
は、５〜550KWの大きさであり、６０〜400,000ヘルツの
周波数で作動することができる。正確な電力および周波
数は、必要なプレフォーム直径および加熱速度にしたが
って選択する。通常、例えば電力要求基準は、１時間あ
たり１ポンドの生産性につき、１／４〜１KWの範囲であ
る。
【００２０】このように、アクチュエータアーム４８
は、図１に示す実線位置から点線位置に旋回し、半固形
の金属プレフォーム２０を運んでプレス３８の支持板４
０の、適当に窪みを設けた中央部分５６に配置する。窪
み（キャビティ）６０を中に有し、目的とする成形品に
会わせて正確に付形された適当な金型５８は、支持板の
真下に配置されている。金属プレフォーム２０が支持板
４０の上に配置されると、中央部に孔６４を貫通させた
クランプリング６２が下降し、金属プレフォーム２０を
ぴったりと取り囲む。例えば、クランプリング６２と金
属プレフォーム２０との間の隙間は、ほぼ 0.005インチ
である。金属プレフォーム２０が支持板４０に載ってい
るとき、これは、金属プレフォームの直径とほぼ同じ直
径を有し、したがって、孔６４に対して最小限の隙間し
か有しないラム６６と整合する。ラム６６および金属プ
レフォーム２０とはまた、支持板４０を貫通して延びる
送り通路６８が整合している。送り通路６８は、金型５
８の入口７０を介してキャビティ６０と連絡している。
は、図１に示す実線位置から点線位置に旋回し、半固形
の金属プレフォーム２０を運んでプレス３８の支持板４
０の、適当に窪みを設けた中央部分５６に配置する。窪
み（キャビティ）６０を中に有し、目的とする成形品に
会わせて正確に付形された適当な金型５８は、支持板の
真下に配置されている。金属プレフォーム２０が支持板
４０の上に配置されると、中央部に孔６４を貫通させた
クランプリング６２が下降し、金属プレフォーム２０を
ぴったりと取り囲む。例えば、クランプリング６２と金
属プレフォーム２０との間の隙間は、ほぼ 0.005インチ
である。金属プレフォーム２０が支持板４０に載ってい
るとき、これは、金属プレフォームの直径とほぼ同じ直
径を有し、したがって、孔６４に対して最小限の隙間し
か有しないラム６６と整合する。ラム６６および金属プ
レフォーム２０とはまた、支持板４０を貫通して延びる
送り通路６８が整合している。送り通路６８は、金型５
８の入口７０を介してキャビティ６０と連絡している。
【００２１】プレス３８が作動すると、ラム６６は矢印
７２の向きに急速に前進し、それにより、金属プレフォ
ーム中の物質を送り通路６８および入口７０に通して付
形したキャビティ６０に入れる。先に説明したとおり、
この公知の方法は一般に、以前に公知であった、実質的
に固形のプレフォームを用いての鋳造操作または鍛造操
作によるものよりも優れた品質の完成品をもたらすが、
この方法にもいくつかの問題が生じており、本発明はそ
れらを解消しようとするものである。そのような問題の
一つによると、ラム６６は、成形操作が始まる直前、金
属プレフォーム２０と実質的に接するように配置されて
いた。この場合、金属プレフォームの温度を維持するた
めに支持板４０を加熱したとしても、ラム６６がヒート
シンクとして作用してプレフォームから熱を奪い、それ
を、半固形金属成形の利点を引き出すことができる温度
よりも低く冷却してしまうことがわかった。
７２の向きに急速に前進し、それにより、金属プレフォ
ーム中の物質を送り通路６８および入口７０に通して付
形したキャビティ６０に入れる。先に説明したとおり、
この公知の方法は一般に、以前に公知であった、実質的
に固形のプレフォームを用いての鋳造操作または鍛造操
作によるものよりも優れた品質の完成品をもたらすが、
この方法にもいくつかの問題が生じており、本発明はそ
れらを解消しようとするものである。そのような問題の
一つによると、ラム６６は、成形操作が始まる直前、金
属プレフォーム２０と実質的に接するように配置されて
いた。この場合、金属プレフォームの温度を維持するた
めに支持板４０を加熱したとしても、ラム６６がヒート
シンクとして作用してプレフォームから熱を奪い、それ
を、半固形金属成形の利点を引き出すことができる温度
よりも低く冷却してしまうことがわかった。
【００２２】反対に、成形操作を開始する直前にラム６
６の面が金属プレフォーム２０の上面から離れすぎてい
ると、他の問題に遭遇するということもわかった。その
ような問題の一つは、クランプリング６２の孔６４の
中、金属プレフォーム２０の周囲に押し込まれる空気
が、半固形金属が金型５８のキャビティ６０の中に流れ
込む前に、矢印７４によって示すように金属プレフォー
ムの中に気泡７６を発生させるおそれがあることであ
る。望ましくないことに、この気泡は半固形金属の構造
中に留まり、完成品の一部となる。
６の面が金属プレフォーム２０の上面から離れすぎてい
ると、他の問題に遭遇するということもわかった。その
ような問題の一つは、クランプリング６２の孔６４の
中、金属プレフォーム２０の周囲に押し込まれる空気
が、半固形金属が金型５８のキャビティ６０の中に流れ
込む前に、矢印７４によって示すように金属プレフォー
ムの中に気泡７６を発生させるおそれがあることであ
る。望ましくないことに、この気泡は半固形金属の構造
中に留まり、完成品の一部となる。
【００２３】別の場合には、ラム６６が金属プレフォー
ム２０の上面にあまりにも激しく衝突すると、プレフォ
ーム２０が液状分を飛び散らせ、すなわち金属プレフォ
ームの画定部分からそれを放出し、それにより、キャビ
ティ６０の中に移動するはずである半固形金属の容量を
減少させる。この結果、金属の体積が減少し、ひいては
最終製品の品質が低下することになる。先に説明したと
おり、金属量の損失はきわめて望ましくないことである
ため、金属プレフォーム２０の体積および／または重量
は、成形される特定の製品に応じてあらかじめ正確に測
定する。
ム２０の上面にあまりにも激しく衝突すると、プレフォ
ーム２０が液状分を飛び散らせ、すなわち金属プレフォ
ームの画定部分からそれを放出し、それにより、キャビ
ティ６０の中に移動するはずである半固形金属の容量を
減少させる。この結果、金属の体積が減少し、ひいては
最終製品の品質が低下することになる。先に説明したと
おり、金属量の損失はきわめて望ましくないことである
ため、金属プレフォーム２０の体積および／または重量
は、成形される特定の製品に応じてあらかじめ正確に測
定する。
【００２４】最適間隔７８を用いるならば、上述した方
法の欠点をすべて回避しうることがわかった。代表的な
タイプのプレフォームにおいては、そのような最適間隔
は、約１／４インチを超えないことが好ましく、約１／
１６インチであることがいっそう好ましい。本発明にし
たがって最適間隔７８を設けると、上述した各問題が除
かれる。すなわち、成形操作を開始する前にはラム６６
と金属プレフォーム２０との間に十分な間隔が設けられ
るため、金属プレフォームからの熱放出が許容しうる限
界内に収まることができる。また、その間隔は、気泡７
６が形成されるおそを実質的に除くことができるほど小
さなものでもある。最後に、間隔７８は非常に小さなも
のであるため、金属プレフォーム２０の上面に対するラ
ム６６の衝撃は、プレフォームの液状分を事実上飛び散
らせることがない程度のものでしかない。このように、
金属プレフォーム２０のほぼ全容量がキャビティ６０に
移される。図３に示す金型５８およびそのキャビティ６
０の形状は図示するためのみのものであり、本発明の金
属成形操作により得られる最終製品８０（図４Ｂ）を表
わすべきものではないことが理解されるであろう。
法の欠点をすべて回避しうることがわかった。代表的な
タイプのプレフォームにおいては、そのような最適間隔
は、約１／４インチを超えないことが好ましく、約１／
１６インチであることがいっそう好ましい。本発明にし
たがって最適間隔７８を設けると、上述した各問題が除
かれる。すなわち、成形操作を開始する前にはラム６６
と金属プレフォーム２０との間に十分な間隔が設けられ
るため、金属プレフォームからの熱放出が許容しうる限
界内に収まることができる。また、その間隔は、気泡７
６が形成されるおそを実質的に除くことができるほど小
さなものでもある。最後に、間隔７８は非常に小さなも
のであるため、金属プレフォーム２０の上面に対するラ
ム６６の衝撃は、プレフォームの液状分を事実上飛び散
らせることがない程度のものでしかない。このように、
金属プレフォーム２０のほぼ全容量がキャビティ６０に
移される。図３に示す金型５８およびそのキャビティ６
０の形状は図示するためのみのものであり、本発明の金
属成形操作により得られる最終製品８０（図４Ｂ）を表
わすべきものではないことが理解されるであろう。
【００２５】次に図４Ａ，図５および図６を参照しなが
ら本発明の方法を説明する。まず図４Ａを見ると、半固
形の金属プレフォーム２０が支持板４０の窪んだ中央部
分５６に配置されている。本方法のこの段階では、クラ
ンプリング６２は持ち上げた位置にあり、金属プレフォ
ームを配置することができる。その後、図３に示す位置
までクランプリング６２を下げる。
ら本発明の方法を説明する。まず図４Ａを見ると、半固
形の金属プレフォーム２０が支持板４０の窪んだ中央部
分５６に配置されている。本方法のこの段階では、クラ
ンプリング６２は持ち上げた位置にあり、金属プレフォ
ームを配置することができる。その後、図３に示す位置
までクランプリング６２を下げる。
【００２６】図５に見られるように、本発明は、制御盤
８４を有する制御システム８２を含む。この制御盤は、
コンピュータ８６と組み合わさって、図１に概略するシ
ステムを作動させるように働く。このコンピュータ８６
の一部であっても、別個のコンピュータ、例えばコンピ
ュータ８６およびプレスに作動接続されたパーソナルコ
ンピュータの一部であってもよいキーボード８８によ
り、操作者はまず、ラム６６を、金属プレフォーム２０
と軽く係合するまで前進させる。次に、ラムを金属プレ
フォームから先に説明した離間距離７８だけ引き戻す。
コンピュータと操作者は、ラム６６がプレフォームと軽
く係合する地点を何らかの適当な方法で決定することが
できる。例えば、ラムがプレフォームと軽く係合した後
でラムを下方に駆動するために必要なラムにかかる力
は、そのような係合がなされる直前と比較して劇的に増
大する。これを感知してコンピュータ８６にフィードバ
ックすればよいのである。当然、金属プレフォーム自体
にも同様な高さの代用品を用いてもよく、その代用品か
ら離間距離７８を決定することもできる。これは、ラム
が行なう作動行程の始点を定める第一の位置を確定す
る。キーボード８８により、操作者は符号器９０を利用
してこの離間距離７８を決定することができる。使用す
る符号器がアナログ出力型であるならば、それをＡＤ変
換器に接続することにより、ラムに関するデータ、例え
ばラムの位置、ラムの変位または他の適当なラム情報を
符号器からコンピュータによって読み出すことができ
る。この用途に適した符号器は、カリフォルニア州サン
タバーバラのBEI Electronics社が販売するMT40E-XHSB2
56N16XDYCREC22X5型である。この符号器９０はラムに隣
接して配置され、ラムの絶対位置、増分移動または他の
適当な特性を測定する働きをする。ラムはその上にラッ
クを取り付けることができ、このラックが、ラックに隣
接して位置するピニオンと係合してそれを回転させ、そ
の結果、ラックおよびラムが上下に動くとき、ラックに
対して動かない支持軸を有するピニオンが回転する。符
号器のホイールは、ピニオンと同じこの軸に取り付けら
れ、ピニオンとともに回転することができる。このよう
に、ラムの正確な位置、すなわちプレフォームに隣接す
るラムの端部をモニタすることができる。符号器はコン
ピュータ８６に電気接続する。コンピュータは、プログ
ラム式線形コントローラ、例えばウィスコンシン州ミル
ウォーキーの Allen Bradley社が販売するPLC5/25型で
あってもよい。
８４を有する制御システム８２を含む。この制御盤は、
コンピュータ８６と組み合わさって、図１に概略するシ
ステムを作動させるように働く。このコンピュータ８６
の一部であっても、別個のコンピュータ、例えばコンピ
ュータ８６およびプレスに作動接続されたパーソナルコ
ンピュータの一部であってもよいキーボード８８によ
り、操作者はまず、ラム６６を、金属プレフォーム２０
と軽く係合するまで前進させる。次に、ラムを金属プレ
フォームから先に説明した離間距離７８だけ引き戻す。
コンピュータと操作者は、ラム６６がプレフォームと軽
く係合する地点を何らかの適当な方法で決定することが
できる。例えば、ラムがプレフォームと軽く係合した後
でラムを下方に駆動するために必要なラムにかかる力
は、そのような係合がなされる直前と比較して劇的に増
大する。これを感知してコンピュータ８６にフィードバ
ックすればよいのである。当然、金属プレフォーム自体
にも同様な高さの代用品を用いてもよく、その代用品か
ら離間距離７８を決定することもできる。これは、ラム
が行なう作動行程の始点を定める第一の位置を確定す
る。キーボード８８により、操作者は符号器９０を利用
してこの離間距離７８を決定することができる。使用す
る符号器がアナログ出力型であるならば、それをＡＤ変
換器に接続することにより、ラムに関するデータ、例え
ばラムの位置、ラムの変位または他の適当なラム情報を
符号器からコンピュータによって読み出すことができ
る。この用途に適した符号器は、カリフォルニア州サン
タバーバラのBEI Electronics社が販売するMT40E-XHSB2
56N16XDYCREC22X5型である。この符号器９０はラムに隣
接して配置され、ラムの絶対位置、増分移動または他の
適当な特性を測定する働きをする。ラムはその上にラッ
クを取り付けることができ、このラックが、ラックに隣
接して位置するピニオンと係合してそれを回転させ、そ
の結果、ラックおよびラムが上下に動くとき、ラックに
対して動かない支持軸を有するピニオンが回転する。符
号器のホイールは、ピニオンと同じこの軸に取り付けら
れ、ピニオンとともに回転することができる。このよう
に、ラムの正確な位置、すなわちプレフォームに隣接す
るラムの端部をモニタすることができる。符号器はコン
ピュータ８６に電気接続する。コンピュータは、プログ
ラム式線形コントローラ、例えばウィスコンシン州ミル
ウォーキーの Allen Bradley社が販売するPLC5/25型で
あってもよい。
【００２７】金属成形操作の手順全体をプログラムする
ことができるコンピュータ８６は、ラム６６を正しく動
かして製品８０を成形することに有効である。そこで図
６を参照すると、製品８０が金型５８のキャビティ６０
の中に成形されると、ラム６６は矢印９２の向きに後退
または後戻りする。その後、クランプリング６２が図４
Ａの位置まで後退または後戻りし、製品８０が金型５８
から公知の方法で取り出される。材料の過剰分が金型５
８の入口７０で凝固した結果得られるビスケット９４
は、機械加工などによって適当に除去する。その後、続
いて所望の処理を実施するため製品８０を適宜別の場所
に移す。
ことができるコンピュータ８６は、ラム６６を正しく動
かして製品８０を成形することに有効である。そこで図
６を参照すると、製品８０が金型５８のキャビティ６０
の中に成形されると、ラム６６は矢印９２の向きに後退
または後戻りする。その後、クランプリング６２が図４
Ａの位置まで後退または後戻りし、製品８０が金型５８
から公知の方法で取り出される。材料の過剰分が金型５
８の入口７０で凝固した結果得られるビスケット９４
は、機械加工などによって適当に除去する。その後、続
いて所望の処理を実施するため製品８０を適宜別の場所
に移す。
【００２８】本発明の装置および方法は、特定の金属プ
レフォームについて第一の位置を設定するために半自動
モードで用いることができる。この場合、プレフォーム
をプレスに配置し、次に、コンピュータの作動のもと、
ラムを、プレフォームの頂部に接するか軽く係合するま
で下げる。その後、光学符号器９０を援用して決定した
その特定のプレフォームについての所望の離間距離７８
だけプレフォームの上からラムを引き戻す。所望の離間
距離に到達すると、符号器によって決定されたラムの位
置をコンピュータのメモリに入れ、ラムの端部を作業行
程の始点に、すなわちその特定のプレフォームについて
の第一の位置に、配置するように制御する。この準備手
順は、プレス３８の支持板４０に特定のプレフォームを
新たに配置するごとに用いることができる。
レフォームについて第一の位置を設定するために半自動
モードで用いることができる。この場合、プレフォーム
をプレスに配置し、次に、コンピュータの作動のもと、
ラムを、プレフォームの頂部に接するか軽く係合するま
で下げる。その後、光学符号器９０を援用して決定した
その特定のプレフォームについての所望の離間距離７８
だけプレフォームの上からラムを引き戻す。所望の離間
距離に到達すると、符号器によって決定されたラムの位
置をコンピュータのメモリに入れ、ラムの端部を作業行
程の始点に、すなわちその特定のプレフォームについて
の第一の位置に、配置するように制御する。この準備手
順は、プレス３８の支持板４０に特定のプレフォームを
新たに配置するごとに用いることができる。
【００２９】ラム６６の位置関係を図８に概略的に示
す。図８に示す例において、基準線はラム位置の末端を
指す。ラム６６には、通常は強固な止め具によってそれ
以上は引き込むことができない「完全引き戻し位置」が
ある。これにはまた、完全引き戻し位置のすぐ下に「基
準位置」がある。この基準位置では、符号器９０は、
「ゼロ」または絶対位置、例えば符号器がラムの位置ま
たは動程を測定または計測し始める位置にある。この準
備手順の間、ラムは、特定のプレフォームの頂部と軽く
係合するまで下げられ、それから「鍛造前位置」、すな
わち第一の位置に引き戻される。そして、この位置がコ
ンピュータのメモリに入れられ、特定のプレフォームに
ついてラムの作業行程が常にこの位置で始まるようにな
る。この準備手順が完了すると、装置は作業行程の用意
ができたことになる。作業行程は、二つの行程、作業前
行程と作業行程からなる。作業行程は、ラムがその「戻
り位置」を離れ、その鍛造前位置に向って低い速度およ
び低いラム圧のもとに移動または下降することから始ま
る。準備手順の間に特定のプレフォームからあらかじめ
決定したその鍛造前位置に到達するとき、加圧されてク
ランプリング６２はプレフォームの周囲の位置に配置さ
れ、また、高圧かつ高速の状況がラムに加えられる。こ
れらの条件が満たされると、ラムは作業行程を移動して
「行程終了」位置に至る。そして、ラムはその戻り位置
まで引き戻され、そこで停止し、必要ならば、支持板４
０に配置される次のプレフォームを待つことになる。ク
ランプリングもこの間に引き戻される。次のプレフォー
ムが配置された後、次の作動行程が始まる。
す。図８に示す例において、基準線はラム位置の末端を
指す。ラム６６には、通常は強固な止め具によってそれ
以上は引き込むことができない「完全引き戻し位置」が
ある。これにはまた、完全引き戻し位置のすぐ下に「基
準位置」がある。この基準位置では、符号器９０は、
「ゼロ」または絶対位置、例えば符号器がラムの位置ま
たは動程を測定または計測し始める位置にある。この準
備手順の間、ラムは、特定のプレフォームの頂部と軽く
係合するまで下げられ、それから「鍛造前位置」、すな
わち第一の位置に引き戻される。そして、この位置がコ
ンピュータのメモリに入れられ、特定のプレフォームに
ついてラムの作業行程が常にこの位置で始まるようにな
る。この準備手順が完了すると、装置は作業行程の用意
ができたことになる。作業行程は、二つの行程、作業前
行程と作業行程からなる。作業行程は、ラムがその「戻
り位置」を離れ、その鍛造前位置に向って低い速度およ
び低いラム圧のもとに移動または下降することから始ま
る。準備手順の間に特定のプレフォームからあらかじめ
決定したその鍛造前位置に到達するとき、加圧されてク
ランプリング６２はプレフォームの周囲の位置に配置さ
れ、また、高圧かつ高速の状況がラムに加えられる。こ
れらの条件が満たされると、ラムは作業行程を移動して
「行程終了」位置に至る。そして、ラムはその戻り位置
まで引き戻され、そこで停止し、必要ならば、支持板４
０に配置される次のプレフォームを待つことになる。ク
ランプリングもこの間に引き戻される。次のプレフォー
ムが配置された後、次の作動行程が始まる。
【００３０】本発明の装置は自動モードでも作動するこ
とができると想定される。この実施態様では、コンピュ
ータソフトウェアを、成形される特定の製品に関連する
正しい手順によってプログラムする。この場合、操作者
は、制御盤８４のキーボード８８を介して、成形するこ
とを望む特定の製品を、例えばそのプレフォームまたは
それから成形される最終製品の部品番号により、コンピ
ュータに知らせることになる。その部品番号に用いる離
間距離７８に関するラム位置の情報は、コンピュータの
メモリにあらかじめロードしておく。操作者によって部
品番号が入力されると、ソフトウェアプログラムは、ラ
ム位置を求めてメモリ内を検索し、ラム位置、すなわち
第一の位置を、自動的に設定するであろう。すると、ラ
ムはプレフォームから適切な離間距離７８だけ自動的に
引き離され、他の動作もすべて所望の手順にしたがって
起ることになる。そのような所望の手順は、プレフォー
ムを初めに加熱し、プレフォームをプレスの中に前進さ
せ、成形操作そのものを実行し、その後、プレスから成
形品を取り出して次の操作に備えることを含むことがで
きる。
とができると想定される。この実施態様では、コンピュ
ータソフトウェアを、成形される特定の製品に関連する
正しい手順によってプログラムする。この場合、操作者
は、制御盤８４のキーボード８８を介して、成形するこ
とを望む特定の製品を、例えばそのプレフォームまたは
それから成形される最終製品の部品番号により、コンピ
ュータに知らせることになる。その部品番号に用いる離
間距離７８に関するラム位置の情報は、コンピュータの
メモリにあらかじめロードしておく。操作者によって部
品番号が入力されると、ソフトウェアプログラムは、ラ
ム位置を求めてメモリ内を検索し、ラム位置、すなわち
第一の位置を、自動的に設定するであろう。すると、ラ
ムはプレフォームから適切な離間距離７８だけ自動的に
引き離され、他の動作もすべて所望の手順にしたがって
起ることになる。そのような所望の手順は、プレフォー
ムを初めに加熱し、プレフォームをプレスの中に前進さ
せ、成形操作そのものを実行し、その後、プレスから成
形品を取り出して次の操作に備えることを含むことがで
きる。
【００３１】図１に戻ると、取り扱いロッド９６によっ
て作動する、離間した一対の支持板４０をプレス３８に
設けることが望ましいことがわかる。このロッド９６
は、ラムと整合した作動位置から、またラムから離れた
それぞれの引き戻り位置から、支持板４０を次々に動か
すことに有効である。したがって、図１に見られるよう
に、実線で表わす支持板４０はラムから離れた引き戻り
位置にあり、点線で表わす支持板４０はラムと整合した
作動位置にある。一点鎖線で表わす支持板４０は、実
は、点線の支持板がその引き戻り位置にあるときのもの
である。支持板４０がこれらいくつかの位置をとるため
に、取り扱いロッド９６は、矢印９８によって示すよう
に、往復しながら動くことができる。成形操作の後、ア
クチュエータアーム４８または他の適当な手段を用いて
完成品を支持板４０から取り出してもよい。これは、支
持板が引き戻り位置にあるときに行なうことが好ましい
であろう。
て作動する、離間した一対の支持板４０をプレス３８に
設けることが望ましいことがわかる。このロッド９６
は、ラムと整合した作動位置から、またラムから離れた
それぞれの引き戻り位置から、支持板４０を次々に動か
すことに有効である。したがって、図１に見られるよう
に、実線で表わす支持板４０はラムから離れた引き戻り
位置にあり、点線で表わす支持板４０はラムと整合した
作動位置にある。一点鎖線で表わす支持板４０は、実
は、点線の支持板がその引き戻り位置にあるときのもの
である。支持板４０がこれらいくつかの位置をとるため
に、取り扱いロッド９６は、矢印９８によって示すよう
に、往復しながら動くことができる。成形操作の後、ア
クチュエータアーム４８または他の適当な手段を用いて
完成品を支持板４０から取り出してもよい。これは、支
持板が引き戻り位置にあるときに行なうことが好ましい
であろう。
【００３２】次に、本発明の目的のためのもう一つの手
段を図７を参照しながら説明する。曲線100は、ラムの
作動期間にわたってそのラムにかかる力を表わすもので
ある。先に述べたように、製品８０を成形するとき、金
属プレフォーム２０は、約７５％が固形であり、約２５
％が液状である。液状分は金型５８中で冷却されると収
縮する。図７に示すような方法、すなわち102に示すよ
うにラム行程の最後に激しい加速、すなわち急加速を加
える方法でラム６６を作動させることにより、液体の凝
固によって生じる収縮は固形材料によって埋められ、最
終製品中に空洞が生じないことを確保することができ
る。すなわち、曲線102の変形によって表わされるラム
の加速は、送り通路６８中の金属にさらなる圧をかけ、
キャビティ６０内の材料をさらに凝縮する。
段を図７を参照しながら説明する。曲線100は、ラムの
作動期間にわたってそのラムにかかる力を表わすもので
ある。先に述べたように、製品８０を成形するとき、金
属プレフォーム２０は、約７５％が固形であり、約２５
％が液状である。液状分は金型５８中で冷却されると収
縮する。図７に示すような方法、すなわち102に示すよ
うにラム行程の最後に激しい加速、すなわち急加速を加
える方法でラム６６を作動させることにより、液体の凝
固によって生じる収縮は固形材料によって埋められ、最
終製品中に空洞が生じないことを確保することができ
る。すなわち、曲線102の変形によって表わされるラム
の加速は、送り通路６８中の金属にさらなる圧をかけ、
キャビティ６０内の材料をさらに凝縮する。
【００３３】本発明の好ましい実施態様を詳細に説明し
てきたが、本明細書に記載し、請求項に定める本発明の
範囲から逸脱することなく、記載の実施態様に様々な変
更を加えうることが当業者に理解されるであろう。
てきたが、本明細書に記載し、請求項に定める本発明の
範囲から逸脱することなく、記載の実施態様に様々な変
更を加えうることが当業者に理解されるであろう。
【図１】本発明の実施に有用である装置の一実施態様を
示す部分略平面図である。
示す部分略平面図である。
【図２】図１の装置とともに用いられる機械的グリッパ
を示す拡大平面図である。
を示す拡大平面図である。
【図３】本発明によって用いられるプレスを示す部分断
面立面図である。
面立面図である。
【図４】Ａは本発明の実施を示す図３と同様な側面図で
あり、Ｂは本発明の方法によって成形される製品を示す
側面図である。
あり、Ｂは本発明の方法によって成形される製品を示す
側面図である。
【図５】本発明に用いられる制御システムを示す図であ
る。
る。
【図６】図４と同様な図であって、本発明の方法を実施
する際の次の段階を示すものである。
する際の次の段階を示すものである。
【図７】本発明の動作モードを示すグラフである。
【図８】ラムが各工程で取る位置を示すものである。
２０ 金属プレフォーム ２２ スタッカ ２４ ローディングダイヤル ２６ 断熱受台 ３２ 誘導加熱装置 ３４ フード ３６ グリッパ ３８ プレス ４０ 支持板 ４２ グリップあご ４４ グリップアーム ４６ グリッパアクチュエータ ４８ アクチュエータアーム ５２ 耐火ブロック ５８ 金型 ６０ キャビティ ６２ クランプリング ６６ ラム
Claims (19)
- 【請求項１】半固型の金属プレフォームから製品を成形
する装置であって、 目的とする製品の形状を成すキャビティを有する金型手
段の中に急速に金属プレフォームを押し込む手段であっ
て、該金属プレフォームから離間しその行程の始点を定
める第一の位置と、該金型に接しその行程の終点を定め
る第二の位置との間で動くことができるラム手段と、 プレフォームから熱が放出されることおよび／または空
気がキャビティの中に押し込まれることおよび／または
半固形の金属がキャビティの外に飛散することを防ぎ得
る距離だけ金属プレフォームから離間した位置に、該第
一の位置を確定する符号器手段とを含むことを特徴とす
る半固形金属プレフォーム用成形装置。 - 【請求項２】該符号器手段に応答して、後続するプレフ
ォームから製品を同様に成形するために該装置を作動さ
せるコンピュータ手段を有することを特徴とする請求項
１記載の半固形金属プレフォーム用成形装置。 - 【請求項３】目的とする製品の形状を成すキャビティを
中に有し、加工を受ける金属プレフォームを該キャビテ
ィに隣接した位置で選択的に受け入れる金型手段と、 前記ラム手段が動く前に金属プレフォームを該金型手段
のキャビティに隣接した位置に前進させ、前記ラム手段
が動いた後に該金型手段から成形品を取りだす取り扱い
手段とを有することを特徴とする請求項１記載の半固形
金属プレフォーム用成形装置。 - 【請求項４】それぞれが目的とする製品の形状を有する
キャビティを中に有し、加工を受ける金属プレフォーム
をキャビティに隣接した位置で選択的に受け入れる第一
および第二の金型手段と、 該第一の金型手段を第一の引き戻り位置から前記ラム手
段と整合した作動位置に動かし、同時に、該第二の金型
手段を該作動位置から第二の引き戻り位置に動かす搬送
手段と、 前記ラム手段が動く前に金属プレフォームを該第一およ
び第二の金型手段のキャビティに隣接した位置に配し、
前記ラム手段が動いた後に該第一および第二の金型手段
から成形品を取り出す取り扱い手段とを有することを特
徴とする請求項１記載の半固形金属プレフォーム用成形
装置。 - 【請求項５】前記ラム手段が前記第二の位置に到達する
直前に前記ラム手段を加速する駆動手段を有することを
特徴とする請求項１記載の半固形金属プレフォーム用成
形装置。 - 【請求項６】金属プレフォームが部分的に液状かつ部分
的に固形になるレベルにまで金属プレフォームを加熱す
る加熱手段を有することを特徴とする請求項１記載の半
固形金属プレフォーム用成形装置。 - 【請求項７】前記第一の位置におけるラム手段の端部と
金属プレフォーム上端との離間距離が１／４インチ以下
であることを特徴とする請求項１記載の半固形金属プレ
フォーム用形成装置。 - 【請求項８】前記第一の位置におけるラム手段の端部と
金属プレフォーム上端との離間距離が１／１６インチで
あることを特徴とする請求項１記載の半固形金属プレフ
ォーム用成形装置。 - 【請求項９】前記符号器手段に電気的に結合され、目的
とする特定の製品に応じて前記ラム手段を作動させるコ
ンピュータ手段を有することを特徴とする請求項１記載
の半固形金属プレフォーム用成形装置。 - 【請求項10】各金属プレフォームから特定の製品が成形
されるように選択した離間距離に関する情報によって前
記コンピュータ手段をプログラムすることを特徴とする
請求項９記載の半固形金属プレフォーム用成形装置。 - 【請求項11】半固形の金属プレフォームから製品を成形
する方法であって、 金属プレフォームを、目的とする製品の形状を有する金
型手段のキャビティに隣接した位置に配し、 ラムを、金属プレフォームに軽く係合するまで前進さ
せ、このとき金属プレフォームに対するラムの位置を符
号器手段によってモニタし、 符号器手段によって決定された離間距離だけ金属プレフ
ォームからラムを引き戻して、行程の始点を定める第一
の位置に配し、 プレフォームから熱が放出されることおよび／または空
気がキャビティの中に押し込まれることおよび／または
半固形の金属がキャビティの外に飛散することを防ぎ得
る距離をもって、金属プレフォームまたは後続の金属プ
レフォームに対する第一の位置から金型に接する第二の
位置へと再びラムを急速に前進させ、それにより、プレ
フォームを金型のキャビティの中に押し込むための行程
の終点を定める工程から成ることを特徴とする半固形金
属プレフォームの成形方法。 - 【請求項12】第一の位置を、後続の金属プレフォームに
対して連続的な操作を行うために繰り返し用いる基準と
して確立する工程を有することを特徴とする請求項１１
記載の半固形金属プレフォームの成形方法。 - 【請求項13】第一および第二の金型手段を設け、 第一の金型手段を第一の引き戻り位置からラム手段と整
合した作動位置に動かし、同時に、第二の金型手段を作
動位置から第二の引き戻り位置に動かし、 ラム手段が動く前に金属プレフォームを第一の金型手段
のキャビティに隣接した位置に配し、 該ラム手段が動いた後に第一の金型手段から成形品を取
りだす工程を有することを特徴とする請求項１１記載の
半固形金属プレフォームの成形方法。 - 【請求項14】第二の金型手段を第二の引き戻り位置から
ラム手段と整合した作動位置に動かし、同時に、第一の
金型手段を作動位置から第一の引き戻り位置に動かし、 ラム手段が動く前に金属プレフォームを第二の金型手段
のキャビティに隣接した位置に配し、 該ラム手段が動いた後に第二の金型手段から成形品を取
りだす工程を有することを特徴とする請求項１１記載の
半固形金属プレフォームの成形方法。 - 【請求項15】前記工程をすべて自動的かつ連続的に繰返
す工程を有することを特徴とする請求項１４記載の半固
形金属プレフォームの成形方法。 - 【請求項16】ラムが第二の位置に到達する直前にラムを
加速する工程を有することを特徴とする請求項１１記載
の半固形金属プレフォームの成形方法。 - 【請求項17】金属プレフォームが部分的に液状かつ部分
的に固形になるレベルにまで金属プレフォームを加熱す
る工程を有することを特徴とする請求項１１記載の半固
形金属プレフォームの成形方法。 - 【請求項18】前記第一の位置におけるラム手段の端部と
金属プレフォーム上端との離間距離を１／４インチ以下
とすることを特徴とする請求項１１記載の半固形金属プ
レフォームの成形方法。 - 【請求項19】前記第一の位置におけるラム手段の端部と
金属プレフォーム上端との離間距離を１／１６インチと
することを特徴とする請求項１１記載の半固形金属プレ
フォームの成形方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62123590A | 1990-11-30 | 1990-11-30 | |
| US07/621235 | 1990-11-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06262331A true JPH06262331A (ja) | 1994-09-20 |
Family
ID=24489325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3316768A Pending JPH06262331A (ja) | 1990-11-30 | 1991-11-29 | 半固形金属プレフォーム用成形装置及び成形方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5375645A (ja) |
| EP (1) | EP0489503A1 (ja) |
| JP (1) | JPH06262331A (ja) |
| CA (1) | CA2053990A1 (ja) |
| IE (1) | IE914158A1 (ja) |
| MX (1) | MX9102272A (ja) |
Families Citing this family (23)
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| IT1274094B (it) * | 1994-11-07 | 1997-07-15 | Reynolds Wheels Int Ltd | Procedimento di formatura tixotropica di cerchi per pneumatici in lega metallica reocolata. |
| CH689448A5 (de) * | 1995-03-21 | 1999-04-30 | Alusuisse Lonza Services Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus Metall. |
| US5730198A (en) * | 1995-06-06 | 1998-03-24 | Reynolds Metals Company | Method of forming product having globular microstructure |
| JP3817786B2 (ja) | 1995-09-01 | 2006-09-06 | Ｔｋｊ株式会社 | 合金製品の製造方法及び装置 |
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