WO2013146844A1 - 鍛造用金型装置 - Google Patents

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forging
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heater
die holder
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卓 長田
恭英 本田
重臣 荒木
昌吾 村上
小島　壮一郎
悠介 百田
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株式会社神戸製鋼所
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21K29/00—Arrangements for heating or cooling during processing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21J1/06—Heating or cooling methods or arrangements specially adapted for performing forging or pressing operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21J13/08—Accessories for handling work or tools
    • B21J13/085—Accessories for handling work or tools handling of tools

Definitions

  • the present invention relates to a forging die apparatus used for high-temperature forging (hot die forging) of difficult-to-work metal materials such as titanium alloys and Ni-based alloys.
  • a forging die device conventionally provided in a forging press device that performs high-temperature forging, for example, a plurality of heater insertion holes are formed in each of an upper die and a lower die.
  • the upper mold and the lower mold are heated by rod-shaped sheathed heaters (also referred to as “cartridge heaters”) inserted into the heater insertion holes.
  • rod-shaped sheathed heaters also referred to as “cartridge heaters”
  • Patent Documents 1 and 2 show this type of forging die apparatus.
  • the object of the present invention is to achieve a high-temperature forging of a forging material that can reduce the size of a mold and can share a die holder for a plurality of types of forging products having different sizes. It is providing the die apparatus for forging used for.
  • the present invention includes the following technical means.
  • the present invention is a forging die device used for high-temperature forging of a forging material, comprising an upper die and a lower die, wherein at least one of the upper die and the lower die is the die
  • a forging die apparatus comprising a die holder that surrounds an outer periphery of a die and holds the die.
  • the forging die apparatus includes a die heating unit provided separately from at least one of the upper die and the lower die, and the die heating unit is held by the die holder. It is preferable to heat at least one of the upper mold and the lower mold.
  • the die heating part is a heater plate in which a plurality of sheathed heaters are incorporated, and the heater plate is a product of at least one of the upper die and the lower die It is preferable to be disposed so as to contact the surface opposite to the molding surface.
  • a die holder heating means for heating the die holder.
  • the die holder heating means is preferably an infrared heater.
  • the forging die apparatus of the present invention includes a die holder that surrounds the outer periphery of the die and holds the die for at least one of the upper and lower dies, and the diameter received by the die during forging.
  • Directional tensile stress tensile force
  • die can be achieved.
  • it is possible to reduce the price of an expensive material for example, a mold made of a Ni-base heat-resistant alloy.
  • the die holder surrounds the outer periphery of the mold, by sharing the die holder, you can simply replace the mold for multiple types of forged products with different sizes and thicknesses. Mu Thereby, productivity can be improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a forging die device according to an embodiment of the present invention.
  • the mold 1 includes an upper mold 10 and a lower mold 20.
  • the upper mold 10 side of this forging die apparatus is assembled with an upper die 10, a die plate 14 supporting the upper die 10, a die holder 12, and a plurality of sheathed heaters 11a.
  • the heater plate 11 and the heat insulating plate 13 are provided.
  • the die holder 12 surrounds the outer periphery of the upper mold 10 and holds the upper mold 10.
  • the heater plate 11 functions as a mold heating unit that heats the upper mold 10 held by the die holder 12 and is disposed so as to contact the surface of the upper mold 10 opposite to the product molding surface. Yes.
  • the heat insulating plate 13 is disposed between the heater plate 11 and the die plate 14.
  • the infrared heater 15 functions as a die holder heating unit that heats (radiates) the die holder 12.
  • the upper mold 10 preheated in a heating furnace is fitted inside the die holder 12 and fixed to the die holder 12 using, for example, a pin (not shown).
  • the upper die side of the forging die apparatus has a so-called “nested structure”.
  • the base plate 50 is fixed to a lift side member (slider) of a press machine (not shown). Prior to mounting the pre-heated upper mold 10, the tie rod 16a, the nut 16b, the washer 16c and the disc spring 16d are used as the base plate 50, and the die plate 14, the heat insulating plate 13, the heater plate 11 and the die holder 12 are used. Are integrally attached.
  • the infrared heater 15 is supported on a base plate 50.
  • the lower die side of the forging die device includes a lower die 20, a die plate 24 that supports the lower die 20, a die holder 22, and a plurality of sheathed heaters 21a.
  • the heater plate 21, the heat insulating plate 23, and the infrared heater 25 are provided.
  • the die holder 22 surrounds the outer periphery of the lower mold 20 and holds the lower mold 20.
  • the heater plate 21 functions as a mold heating means for heating the lower mold 20 held by the die holder 22 and is disposed so as to contact the surface of the lower mold 20 opposite to the product molding surface. .
  • the heat insulating plate 23 is disposed between the heater plate 21 and the die plate 24.
  • the infrared heater 25 functions as a die holder heating unit that heats (radiates) the die holder 22.
  • the lower die 20 preheated in a heating furnace is fitted inside the die holder 22 and fixed to the die holder 22 using, for example, a pin (not shown). In this way, the lower die side of the forging die device has a so-called “nested structure”.
  • the base plate 60 is fixed to a fixed side member (bolster) of the press machine. Prior to mounting the pre-heated lower mold 20, the base plate 60 uses a tie rod 26 a, a nut 26 b, a washer 26 c, and a disc spring 26 d to form the die plate 24, the heat insulating plate 23, the heater plate 21, and the die holder. 22 is integrally attached.
  • the infrared heater 25 is supported by a base plate 60.
  • the knockout mechanism for taking out a forging product etc. is abbreviate
  • the upper and lower molds 10 and 20 have a product molding surface and have a disk shape, and the material thereof is made of, for example, a Ni-base heat-resistant alloy.
  • the heater plates 11 and 21 have a disk shape, and the material thereof is made of, for example, a Ni-base heat resistant alloy.
  • the die holders 12 and 22 have an annular shape, and the material thereof is, for example, hot tool steel.
  • the heat insulating plates 13 and 23 have a disk shape and are made of, for example, refractory bricks.
  • the die plates 14 and 24 have a disc shape and are made of, for example, carbon steel.
  • the upper mold 10 is preheated to a predetermined temperature in a heating furnace and then guided to a press machine (not shown).
  • the upper mold 10 is fitted inside the die holder 12 so that the surface opposite to the product molding surface (the mold back surface) is in contact with the heater plate 11, for example, using a pin not shown.
  • the heater plate 11 heated by the sheathed heater 11 a and the die holder 12 heated by the infrared heater 15 have a predetermined temperature (for example, the final target of the upper mold 10).
  • the temperature is about several hundred degrees lower than the temperature.
  • the lower mold 20 is preheated to a predetermined temperature in a heating furnace, it is guided to a press machine (not shown).
  • the lower mold 20 is fitted inside the die holder 22 such that the surface opposite to the product molding surface (the mold back surface) is in contact with the heater plate 21, for example, using a pin not shown.
  • the heater plate 21 heated by the sheathed heater 21 a and the die holder 22 heated by the infrared heater 25 Prior to mounting the lower mold 20, the heater plate 21 heated by the sheathed heater 21 a and the die holder 22 heated by the infrared heater 25 have a predetermined temperature (for example, the final target temperature of the lower mold 20). The temperature is several hundred degrees lower than that).
  • the temperature of the upper mold 10 (the product molding surface temperature of the upper mold 10) is adjusted to be maintained at the final target temperature.
  • the temperature of the lower mold 20 (the product molding surface temperature of the lower mold 20) is adjusted to be maintained at the final target temperature.
  • the molds 10 and 20 are thermally expanded within the elastic deformation range by heating, and are in contact with the die holders 12 and 22 with a clearance of zero. By using the infrared heaters 15 and 25, the temperature of the die holders 12 and 22 can be accurately adjusted without contact.
  • a forging material made of titanium alloy, Ni-based alloy, or the like, which is a difficult-to-work metal material is heated to a predetermined temperature in a heating furnace and then placed on the product molding surface of the lower mold 20. Then, high-temperature forging of the forging material is performed.
  • the heat insulation plate 13 prevents heat transfer from the high temperature side such as the heater plate 11 to the die plate 14 and the base plate 50 side.
  • the heat insulation plate 23 prevents the die plate 24 from the high temperature side such as the heater plate 21. And heat transfer to the base plate 60 side is prevented.
  • the forging die apparatus includes the heater plates 11 and 21 separately from the dies 10 and 20 for the upper and lower dies 10 and 20, respectively. Therefore, there is no need to provide a mold having a heater insertion hole.
  • the forging die apparatus according to the present embodiment includes die holders 12 and 22 that surround the outer peripheral portions of the dies 10 and 20 and hold the dies 10 and 20. Therefore, the die holders 12 and 22 can handle the radial tensile stress (tensile force) received by the molds 10 and 20 during forging.
  • the heating time of the molds 10 and 20 by the heater plates 11 and 21 can be shortened.
  • the die holders 12 and 22 surround the outer peripheries of the molds 10 and 20, the die holders 12 and 22 can be used in common for a plurality of types of forged products having different sizes and thicknesses. It is only necessary to replace the molds 10 and 20. With these configurations, productivity can be improved.
  • the upper and lower molds 10 and 20 are illustrated as having the same shape and size as an example. Accordingly, the die holders 12 and 22, the infrared heaters 15 and 25, the heater plates 11 and 21, etc. are illustrated as having the same shape and size.
  • the present invention is not limited to this, and forging die apparatuses having upper and lower dies having different shapes and sizes are naturally applicable.
  • the forging die device of the embodiment includes a die holder 12 that surrounds the outer periphery of the upper die 10 and holds the upper die 10, and surrounds the outer periphery of the lower die 20.
  • a die holder 22 for holding the mold 20 is provided.
  • the forging die apparatus according to the present invention may include a die holder that surrounds the outer periphery of the upper die 10 or the lower die 20 and holds the die.

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Abstract

　鍛造用金型装置は、上金型１０と下金型２０とを備える。前記上金型１０および下金型２０の少なくとも一方の金型１０（２０）は、金型１０（２０）の外周部を囲繞し、該金型１０（２０）を保持するダイホルダー１２（２２）を備える。前記ダイホルダー１２（２２）は、鍛造時に金型１０（２０）が受ける径方向の引張り応力（引張り力）を受け持つように構成されている。これにより、金型１０（２０）の小形化を図ることができる。

Description

鍛造用金型装置
　本発明は、チタン合金やＮｉ基合金などの難加工性金属材料の高温鍛造（熱間型鍛造）に用いられる鍛造用金型装置に関する。
　近年、金型を用いて、チタン合金やＮｉ基合金などの難加工性金属材料の高温鍛造が行われるようになってきている。高温鍛造を行う鍛造プレス装置に従来備えられている鍛造用金型装置では、例えば、上金型及び下金型のそれぞれに、複数個のヒータ挿入穴が形成される。これらの各ヒータ挿入穴に挿入された棒状のシーズヒータ（「カートリッジヒータ」とも呼ばれる）によって上金型及び下金型が加熱される。例えば特許文献１，２には、この種の鍛造用金型装置が示されている。
日本国特開２００４－３３７９３５号公報（段落［００３２］、図３） 日本国特開平１１－７７２１４号公報（段落［００１０］、図２）
　しかし、前述した従来の鍛造用金型装置では、複数のヒータ挿入穴を設けた構造でも金型自体の強度を確保する必要があるため、金型自体の小形化が難しかった。また、大きさ等の異なる種々の鍛造品に対して、それぞれ、シーズヒータが組み込まれた金型を用意することが必要であった。さらに、金型は、材料費が高価である耐熱合金等からなるため、鍛造用金型装置の低価格化を図ることがむずかしかった。
　そこで、本発明の課題は、金型の小形化を図ることができ、また、大きさ等の異なる複数種の鍛造製品に対してダイホルダーの共用を図ることができる、鍛造用素材の高温鍛造に使用される鍛造用金型装置を提供することである。
　前記の課題を解決するため、本願発明は、次の技術的手段を備える。
　本願発明は、鍛造用素材の高温鍛造に用いられる鍛造用金型装置であって、上金型および下金型を備え、前記上金型および下金型の少なくとも一方の金型は、該金型の外周部を囲繞し、且つ該金型を保持するダイホルダーを有することを特徴とする鍛造用金型装置である。
　この鍛造用金型装置は、前記上金型および下金型の少なくとも一方の金型とは別に設けられた金型加熱部を備え、前記金型加熱部が、前記ダイホルダーに保持された前記上金型および下金型の少なくとも一方の金型を加熱することが好ましい。
　この鍛造用金型装置において、前記金型加熱部が、複数のシーズヒータが組み込まれたヒータプレートであり、前記ヒータプレートが、前記上金型および下金型の少なくとも一方の金型の、製品成形面とは反対側の面と当接するように配置されることが好ましい。
　この鍛造用金型装置において、前記ダイホルダーを加熱するダイホルダー加熱手段を備えることが好ましい。
　この鍛造用金型装置において、前記ダイホルダー加熱手段が、赤外線ヒータであることが好ましい。
　本発明の鍛造用金型装置は、上下の金型のうち少なくとも一方の金型について、金型の外周部を囲繞し、該金型を保持するダイホルダーを備え、鍛造時に金型が受ける径方向の引張り応力（引張り力）を前記ダイホルダーによって受け持つようにしている。これにより、金型の小形化を図ることができる。これにより、高価な材料、例えばＮｉ基耐熱合金からなる金型の低価格化を図ることができる。また、前記ダイホルダーが金型の外周部を囲繞する構造であるので、前記ダイホルダーを共用することで、大きさ、厚み等の異なる複数種の鍛造製品に対して金型を交換するだけですむ。これにより、生産性の向上を図ることができる。
本発明の一実施形態による鍛造用金型装置の構成を概略的に示す断面図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態による鍛造用金型装置の構成を概略的に示す断面図である。
　図１に示すように、金型１は、上金型１０と下金型２０とにより構成されている。
　まず、上金型１０側について説明する。この鍛造用金型装置の上金型側は、図１に示すように、上金型１０と、上金型１０を支持するダイプレート１４と、ダイホルダー１２と、複数のシーズヒータ１１ａが組み込まれたヒータプレート１１と、断熱プレート１３と、を備えている。ダイホルダー１２は、上金型１０の外周部を囲繞し、上金型１０を保持する。ヒータプレート１１は、ダイホルダー１２に保持された上金型１０を加熱する金型加熱手段として機能し、上金型１０の、製品成形面とは反対側の面と当接するように配置されている。断熱プレート１３は、ヒータプレート１１とダイプレート１４との間に配置されている。赤外線ヒータ１５は、ダイホルダー１２を加熱（輻射加熱）するダイホルダー加熱手段として機能する。鍛造に際しては、熱炉で予熱された上金型１０が、前記ダイホルダー１２の内側に嵌め入れられ、例えば図示しないピンなどを用いてダイホルダー１２に固定される。このように、鍛造用金型装置の上金型側は、いわゆる「入れ子構造」になっている。
　ベースプレート５０は、図示しないプレス機の昇降側部材（スライダ）に固定されている。予熱が施された上金型１０の装着に先立ち、ベースプレート５０には、タイロッド１６ａ、ナット１６ｂ、座金１６ｃ及び皿ばね１６ｄを用いて、ダイプレート１４、断熱プレート１３、ヒータプレート１１及びダイホルダー１２が一体に取り付けられている。また、前記赤外線ヒータ１５はベースプレート５０に支持されている。
　つぎに、下金型２０側について説明する。この鍛造用金型装置の下金型側は、図１に示すように、下金型２０と、下金型２０を支持するダイプレート２４と、ダイホルダー２２と、複数のシーズヒータ２１ａが組み込まれたヒータプレート２１と、断熱プレート２３と、赤外線ヒータ２５と、を備えている。ダイホルダー２２は、下金型２０の外周部を囲繞し、下金型２０を保持する。ヒータプレート２１は、ダイホルダー２２に保持された下金型２０を加熱する金型加熱手段として機能し、下金型２０の、製品成形面とは反対側の面と当接するように配置される。断熱プレート２３は、ヒータプレート２１とダイプレート２４との間に配置される。赤外線ヒータ２５は、ダイホルダー２２を加熱（輻射加熱）するダイホルダー加熱手段として機能する。鍛造に際しては、加熱炉で予熱された下金型２０が、前記ダイホルダー２２の内側に嵌め入れられ、例えば図示しないピンなどを用いてダイホルダー２２に固定される。このように、鍛造用金型装置の下金型側は、いわゆる「入れ子構造」になっている。
　ベースプレート６０は、前記プレス機の固定側部材（ボルスタ）に固定されている。予熱が施された下金型２０の装着に先立ち、このベースプレート６０には、タイロッド２６ａ、ナット２６ｂ、座金２６ｃ及び皿ばね２６ｄを用いて、ダイプレート２４、断熱プレート２３、ヒータプレート２１及びダイホルダー２２が一体に取り付けられている。また、前記赤外線ヒータ２５はベースプレート６０に支持されている。なお、図１では、鍛造製品を取り出すためのノックアウト機構などは図示を省略している。
　この実施形態では、前記の上下の金型１０，２０は、製品成形面を有して円盤状をなしており、その材質は、例えばＮｉ基耐熱合金からなる。また、前記ヒータプレート１１，２１は、円盤状をなしており、その材質が、例えばＮｉ基耐熱合金からなる。前記ダイホルダー１２，２２は、円環状をなし、その材質が、例えば熱間工具鋼からなる。前記断熱プレート１３，２３は、円盤状をなし、例えば耐火れんがからなる。また、前記ダイプレート１４，２４は、円盤状をなし、その材質は、例えば炭素鋼からなる。
　前記のように構成される鍛造用金型装置において、上金型１０は、加熱炉で所定温度に予熱されてから図示しないプレス機まで導かれる。そして、上金型１０は、その製品成形面と反対側の面（金型裏面）がヒータプレート１１に当接するようにしてダイホルダー１２の内側に嵌め入れられ、例えば図示しないピンなどを用いてダイホルダー１２に固定される。なお、この上金型１０の装着に先立ち、シーズヒータ１１ａによって加熱されるヒータプレート１１、及び、赤外線ヒータ１５によって加熱されるダイホルダー１２は、所定の温度（例えば、上金型１０の最終目標温度よりも数百度程度低い温度）に加熱されている。
　同様に、下金型２０は、加熱炉で所定温度に予熱されてから、図示しないプレス機まで導かれる。そして、下金型２０は、その製品成形面と反対側の面（金型裏面）がヒータプレート２１に当接するようにしてダイホルダー２２の内側に嵌め入れられ、例えば図示しないピンなどを用いてダイホルダー２２に固定される。なお、この下金型２０の装着に先立ち、シーズヒータ２１ａによって加熱されるヒータプレート２１、及び赤外線ヒータ２５によって加熱されるダイホルダー２２は、所定の温度（例えば、下金型２０の最終目標温度よりも数百度程度低い温度）に加熱されている。
　そして、シーズヒータ１１ａ及び赤外線ヒータ１５の出力を調整することにより、上金型１０の温度（上金型１０の製品成形面温度）が最終目標温度に保持されるように温度調整される。また、シーズヒータ２１ａ及び赤外線ヒータ２５の出力を調整することにより、下金型２０の温度（下金型２０の製品成形面温度）が最終目標温度に保持されるように温度調整される。金型１０，２０は、加熱により弾性変形範囲内で熱膨張し、ダイホルダー１２，２２とクリアランスがゼロの状態で接している。なお、赤外線ヒータ１５，２５を用いることで、ダイホルダー１２，２２を非接触にて精度良く温度調整することができる。
　そして、難加工性金属材料であるチタン合金、Ｎｉ基合金などからなる鍛造用素材が、加熱炉で所定温度に加熱されてから、下金型２０の製品成形面に載置される。そして、この鍛造用素材の高温鍛造が行なわれる。なお、断熱プレート１３により、ヒータプレート１１などの高温側からダイプレート１４及びベースプレート５０側への熱移動が防がれ、同様に、断熱プレート２３により、ヒータプレート２１などの高温側からダイプレート２４及びベースプレート６０側への熱移動が防がれる。
　このように、本実施形態による鍛造用金型装置は、上下の金型１０，２０の各々について、金型１０，２０とは別にヒータプレート１１，２１を備えている。そのため、ヒータ挿入穴を有する構造の金型を備える必要がない。また、本実施形態による鍛造用金型装置は、金型１０，２０の外周部を囲繞して該金型１０，２０を保持するダイホルダー１２，２２を備える。そのため、鍛造時に金型１０，２０が受ける径方向の引張り応力（引張り力）を前記ダイホルダー１２，２２によって受け持つことができる。本実施形態による鍛造用金型装置によれば、これらの構成により、金型１０，２０の小形化を図ることができる。これにより、高価な材料、例えばＮｉ基耐熱合金からなる金型１０，２０の低価格化を図ることができる。
　また、金型１０，２０の小形化によって、ヒータプレート１１，２１による金型１０，２０の昇温時間を短縮できる。また、ダイホルダー１２，２２が金型１０，２０の外周部を囲繞する構造により、前記ダイホルダー１２，２２を共用することで、大きさ、厚み等の異なる複数種の鍛造製品に対して金型１０，２０を交換するだけで済む。これらの構成により生産性の向上を図ることができる。
　なお、前記の実施形態では、図１，図２に示すように、上下の金型１０，２０をその一例として同一の形状、大きさのものとして図示した。また、これに伴い、ダイホルダー１２，２２、赤外線ヒータ１５，２５、ヒータプレート１１，２１などについても、それぞれ、同一の形状、大きさのものとして図示した。しかしながら、本発明は、これに限定されるものでなく、形状、大きさが互いに異なる上下の金型を備えた鍛造用金型装置も、当然ながら、適用可能である。
　また、前記の実施形態の鍛造用金型装置は、上金型１０の外周部を囲繞し、上金型１０を保持するダイホルダー１２を備えるとともに、下金型２０の外周部を囲繞し、した金型２０を保持するダイホルダー２２を備えている。しかしながら、本発明による鍛造用金型装置は、上金型１０又は下金型２０について、該金型の外周部を囲繞し、該金型を保持するダイホルダーを備えるようにしてもよい。
　以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能である。本出願は２０１２年３月２８日出願の日本特許出願（特願２０１２－０７３８５０）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　１…金型
　１０…上金型
　２０…下金型
　１１，２１…ヒータプレート
　１１ａ，２１ａ…シーズヒータ
　１２，２２…ダイホルダー
　１３，２３…断熱プレート
　１４，２４…ダイプレート
　１５，２５…赤外線ヒータ
　５０，６０…ベースプレート

Claims (5)

  1. 　鍛造用素材の高温鍛造に用いられる鍛造用金型装置であって、
    　上金型および下金型を備え、
    　前記上金型および下金型の少なくとも一方の金型は、該金型の外周部を囲繞し、且つ該金型を保持するダイホルダーを有することを特徴とする鍛造用金型装置。
  2. 　前記上金型および下金型の少なくとも一方の金型とは別に設けられた金型加熱部を備え、
    　前記金型加熱部が、前記ダイホルダーに保持された前記上金型および下金型の少なくとも一方の金型を加熱することを特徴とする請求項１記載の鍛造用金型装置。
  3. 　前記金型加熱部が、複数のシーズヒータが組み込まれたヒータプレートであり、
    　前記ヒータプレートが、前記上金型および下金型の少なくとも一方の金型の、製品成形面とは反対側の面と当接するように配置されることを特徴とする請求項２記載の鍛造用金型装置。
  4. 　前記ダイホルダーを加熱するダイホルダー加熱部を備えることを特徴とする請求項２又は３記載の鍛造用金型装置。
  5. 　前記ダイホルダー加熱部が、赤外線ヒータであることを特徴とする請求項４記載の鍛造用金型装置。
PCT/JP2013/058920 2012-03-28 2013-03-27 鍛造用金型装置 WO2013146844A1 (ja)

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