JP2006035229A - 鋳造金型 - Google Patents

Abstract

【課題】キャビティ型の熱膨張による力が加圧ピンに作用した場合でも、加圧ピンにたわみが生じることを防止することができる鋳造金型を提供する。
【解決手段】加圧ピン３は、加圧ピン連結部材４ａと油圧シリンダ連結部材４ｂと連結リング部材４ｃとで構成された連結部材４を介して油圧シリンダ５のシリンダロッド５ａに連結されており、加圧ピン３の後端側に連結されている加圧ピン連結部材４ａの軸部４ｄが開口穴４ｈ内において加圧ピン３の軸線方向に対して垂直方向に微動自在に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、金型本体にキャビティ型が嵌め込まれている鋳造金型に関し、詳しくはキャビティ内の溶湯を一部又は全部を加圧する加圧ピンと該加圧ピンを移動させる加圧ピン移動手段とを備えた鋳造金型に関する。

金型本体に嵌め込まれているキャビティ型のキャビティ内に充填された溶湯（充填物）が半凝固状態にあるときに、得られる鋳造品の品質向上等の目的で、キャビティ内の溶湯を部分的に加圧するための部分加圧機構が設けられている。従来の部分加圧機構は、加圧ピンと、この加圧ピンを移動させる油圧シリンダ（加圧シリンダ）のシリンダロッドとが同軸線上にて直結されるように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

即ち、図４に示すように、従来では油圧シリンダ１００は金型本体１０１にボルト１０２によって固定され、加圧ピン１０３はキャビティ型１０４内に形成したガイド孔１０４ａ内を摺動自在に挿通されている。加圧ピン１０３の他端側（図の右端側）には雌ねじが螺刻されており、油圧シリンダ１００のシリンダロッド１０５の先端側に螺刻された雄ねじをねじ込むことにより、加圧ピン１０３と油圧シリンダ１００のシリンダロッド１０５が同軸上で直結されている。なお、キャビティ型１０４のキャビティ内の溶湯（不図示）がガイド孔１０４ａ側に侵入しないように、ガイド孔１０４ａと加圧ピン１０３との間の隙間は１００μｍ程度以下に設定されている。
特開平７−３０８７４８号公報（図１）

ところで、従来では、加圧ピン１０３の摺動方向は、通常型開き方向に平行であり、油圧シリンダ（加圧シリンダ）１００のシリンダロッド１０５と加圧ピン１０３とが同軸線上にて直結されるように構成され、ガイド孔１０４ａと加圧ピン１０３との隙間１００μｍ程度の公差が設けられている。

また、上記キャビティ型１０４の材質はある程度硬質な材料（例えば、工具鋼（ＳＫＤ６０）を使用し、金型本体１０１は上記工具鋼（ＳＫＤ６０）よりも廉価な材料（例えば鋳鋼（ＦＣＤ６０）を使用して、コストの低減を図っている。よって、上記工具鋼（ＳＫＤ６０）と鋳鋼（ＦＣＤ６０）は熱膨張係数が異なることから、熱膨張量に差が生じる。

即ち、鋳造時に高温になる金型本体１０１とキャビティ型１０４の熱膨張量がそれぞれ異なる（この場合には、キャビティ型１０４側の方が熱膨張量が大きい）ことによって、例えば図４の場合では、キャビティ型１０４が加圧ピン１０３に対して直角方向（図の矢印Ａ方向）に大きく熱膨張することにより、加圧ピン１０３を矢印Ａ方向に曲げようとする力が働くことになる。

このため、加圧ピン１０３の他端側（図の右端側）は、油圧シリンダ１００のシリンダロッド１０５に螺合によって直接結合されているので、キャビティ型１０４の矢印Ａ方向への熱膨張による力によって加圧ピン１０３にたわみが生じ、部分加圧時に加圧ピン１０３がガイド孔１０４ａ内に片当たりして移動不良が発生することがあった。

また、加圧ピン１０３の摺動方向は、上記したように通常型開き方向に平行であり、油圧シリンダ（加圧シリンダ）１００のシリンダロッド１０５と加圧ピン１０３とが同軸線上にて直結されるように構成されている。この場合、型の熱膨張量の差は、型開き方向即ち、金型本体１０１とキャビティ型１０４とが接する面から製品面たるキャビティの向きに生じ易く、通常の加圧ピン１０３の摺動方向、即ち型開き方向に平行の場合であると、この差からくるガイド孔１０４ａの位置変化の影響は少なく、ガイド孔１０４ａと加圧ピン１０３との隙間１００μｍ程度の公差にて、熱膨張量の差を吸収できることが多かった。

ところで、加圧ピンの移動不良の発生は、型開き方向に対して角度がつけばつくほど生じ易く、型開き方向に対し９０°即ち、垂直方向に摺動させるような構造のものに移動不良が発生し、特に型開き方向に垂直に摺動する加圧ピンを備えた鋳造金型を製造することはできなかった。

そこで本発明は、キャビティの熱膨張による力が加圧ピンに作用した場合でも、加圧ピンにたわみが生じることを防止することができ、特に加圧ピンの摺動方向が型開き方向に垂直であっても確実に摺動し、加圧ピンの配設自由度が高い鋳造金型を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、金型本体に嵌め込まれているキャビティ型に形成されたガイド孔に摺動自在に挿通され、先端側をキャビティの内部に入れて前記キャビティの内部に充填された溶湯の一部又は全部を加圧する加圧ピンと、前記加圧ピンを移動させて前記キャビティ内に出し入れさせる加圧ピン移動手段とを備えた鋳造金型であって、前記金型本体内にて前記加圧ピンの後端側と前記加圧ピン移動手段との間を連結手段を介して連結し、前記連結手段は、前記加圧ピンの後端側を該加圧ピンの軸線方向に垂直な面に対して微動自在に連結したことを特徴としている。

また、前記加圧ピンの摺動方向が、前記鋳造金型の型開き方向に対して垂直であることを特徴としている。

（作用）
本発明によれば、鍛造時に高温になるキャビティ型と金型本体との熱膨張係数が異なる場合に、キャビティ型と金型本体との熱膨張量の違いによって、加圧ピンと加圧ピン移動手段との間の連結部分に加圧ピンの軸線方向に対して垂直の力が作用する場合でも、連結手段によって加圧ピンの後端側を該加圧ピンの軸線方向に垂直な面に対して微動自在に連結しているので、加圧ピンの軸線方向に対して垂直に作用する力を吸収することができる。

請求項１に記載の発明によれば、金型本体内にて加圧ピンの後端側と加圧ピン移動手段との間を連結手段を介して連結し、連結手段は、加圧ピンの後端側を該加圧ピンの軸線方向に垂直な面に対して微動自在に連結しているので、キャビティ型と金型本体との熱膨張量の違いによって、加圧ピンと加圧ピン移動手段との間の連結部分に加圧ピンの軸線方向に対して垂直の力が作用する場合でも、加圧ピンの軸線方向に対して垂直に作用する力を吸収することができ、加圧ピンのたわみを防止することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、加圧ピンの摺動方向が、鋳造金型の型開き方向に対して垂直であっても、連結手段によって加圧ピンの後端側を該加圧ピンの軸線方向に垂直な面に対して微動自在に連結しているので、加圧ピンの軸線方向に対して垂直に作用する力を吸収して、加圧ピンにたわみが生じることが防止されることにより、加圧ピンを確実に摺動させることができ、加圧ピンの配設自由度を高めることができる。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る鍛造金型を示す概略断面図である。
〈実施形態１〉
図１に示すように、本実施形態における鍛造金型は、金型本体１にキャビティ型２を嵌め込むようにして構成されており、キャビティ型２に形成したガイド孔２ａには、加圧ピン３が図の左右方向に摺動自在に挿通されている。なお、キャビティ型２の材質はある程度硬質な材料（例えば、工具鋼（ＳＫＤ６０）であり、金型本体１は工具鋼（ＳＫＤ６０）よりも廉価な材料（例えば鋳鋼（ＦＣＤ６０）であることにより、金型本体１とキャビティ型２の熱膨張係数は異なっている。加圧ピン３の後端側（図の右側）は、連結部材４を介して油圧シリンダ５のシリンダロッド５ａに連結されている（連結部材４による連結構造については後述する）。油圧シリンダ５は金型本体１にボルト６によって固定されている。

加圧ピン３は、油圧シリンダ５の駆動によりキャビティ型２の内部（図では不図示）に対してその先端側（図の左側）が出し入れ自在に移動し、キャビティ型２のキャビティ内部（不図示）に充填された溶湯（不図示）が半凝固状態にあるときに、加圧ピン３の先端側（図の左側）をキャビティ型２のキャビティ内部（不図示）に入れて、この半凝固の溶湯（充填物）を部分的に加圧するものである。なお、キャビティ型２のキャビティ内部の溶湯がガイド孔２ａ側に侵入しないように、ガイド孔２ａと加圧ピン３との間の隙間は１００μｍ程度以下に設定されている。

連結部材４は、加圧ピン連結部材４ａと油圧シリンダ連結部材４ｂと連結リング部材４ｃとで構成されている。

加圧ピン連結部材４ａの一端側（加圧ピン３側）には、周囲に雄ねじが螺刻された小径の軸部４ｄが形成され、他端側（油圧シリンダ５側）には、加圧ピン３と同じ径の円頭部４ｅが形成されており、軸部４ｄは、加圧ピン３の後端面側に形成した雌ねじに螺合されて連結されている。また、円頭部４ｅの端面には、レンチ等によって軸部４ｄの雄ねじを加圧ピン３内の雌ねじにねじ込むための角穴４ｆが形成されている。

油圧シリンダ連結部材４ｂの一端面側（油圧シリンダ５側）内径には雌ねじが螺刻されており、この雌ねじに油圧シリンダ５のシリンダロッド５ａの先端側に螺刻された雄ねじが螺合されて連結されている。油圧シリンダ連結部材４ｂの他端面側には、加圧ピン連結部材４ａの円頭部４ｅの端面が摺動自在に接している。油圧シリンダ連結部材４ｂの軸部は、加圧ピン連結部材４ａの円頭部４ｅよりも数ｍｍ程度大径に形成されており、油圧シリンダ連結部材４ｂの、加圧ピン連結部材４ａの円頭部４ｅ側付近の外周には雄ねじが螺刻されている。

なお、この雄ねじが螺刻されている部分は、油圧シリンダ５側付近の外周よりも少し小径に形成されている。また、油圧シリンダ連結部材４ｂの外周面には偶数個の締め付け用面座（不図示）が形成されており、スパナ等によってシリンダロッド５ａに容易に締め付けることができる。

連結リング部材４ｃの一端側（油圧シリンダ５側）は大口径（油圧シリンダ連結部材４ｂの直径と同じ径）の筒状に形成されており、この内周面の端面から中央部には雌ねじが螺刻されており、この雌ねじに油圧シリンダ連結部材４ｂの周面に螺刻された雄ねじが螺合されて連結されている。また、連結リング部材４ｃの前記内周面の後方側には、１〜２ｍｍ程度の隙間を有するようにして加圧ピン連結部材４ａの円頭部４ｅが位置している。

連結リング部材４ｃの他端側（加圧ピン３側）には、内側方向に厚みを有する係止部４ｇが形成されており、係止部４ｇの中央部には、加圧ピン連結部材４ａの軸部４ｄの円頭部４ｅ側（この部分には雄ねじは形成されていない）が、１〜２ｍｍ程度の隙間を有するようにして挿通される円形状の開口穴４ｈが設けられている。連結リング部材４ｃの係止部４ｇの両面には、加圧ピン連結部材４ａの円頭部４ｅと加圧ピン３の端面がそれぞれ摺動自在に接している。また、連結リング部材４ｃの周面には偶数個の締め付け用面座（不図示）が形成されており、スパナ等によって容易に着脱することができる。

図１のように、加圧ピン３と加圧ピン連結部材４ａと油圧シリンダ連結部材４ｂと油圧シリンダ５のシリンダロッド５ａは、それぞれ同軸線上に位置している。よって、油圧シリンダ５のシリンダロッド５ａを駆動することにより、連結部材４を介して連結されている加圧ピン３は、キャビティ型２のガイド孔２ａ内を左右方向に摺動自在に移動することができる。

そして、キャビティ型２のキャビティ内部（不図示）に溶湯（充填物）を充填した初期時には、図２（ａ）に示すように、油圧シリンダ５のシリンダロッド５ａは駆動されておらず、加圧ピン３の先端側はキャビティ型２のキャビティ内部に押し出されていない。その後、キャビティ型２のキャビティ内部に充填された溶湯が半凝固状態にあるときに、得られる鋳造品の品質向上等の目的で、キャビティ型２のキャビティ内部の溶湯を部分的に加圧するために、図２（ｂ）に示すように、油圧シリンダ５のシリンダロッド５ａを駆動する。

シリンダロッド５ａが駆動されると、シリンダロッド５ａに連結されている油圧シリンダ連結部材４ｂの端面が加圧ピン連結部材４ａの円頭部４ｅを押すことにより（このとき、連結リング部材４ｃの係止部４ｇの加圧ピン３側の端面も加圧ピン３の後端面を押している）、シリンダロッド５ａと同軸上に加圧ピン３がガイド孔２ａ内を図の左方向に摺動自在に移動し、加圧ピン３の先端でキャビティ２の内部（不図示）の溶湯を部分加圧する。

ところで、この加圧ピン３による溶湯の部分加圧時、及びこの部分加圧時における鍛造動作中には、金型本体１とキャビティ型２は高温になっている。このため、材質の異なる金型本体１とキャビティ型２は、熱膨張係数がそれぞれ異なることによって熱膨張量に差が生じる（この場合には、キャビティ型２側の方が熱膨張量が大きい）。よって、図２（ｃ）に示すように、キャビティ型２が加圧ピン３に対して直角方向（図の矢印Ａ方向）に大きく熱膨張することにより、加圧ピン３を矢印Ａ方向に曲げようとする力が働くことになる。

なお、図２（ｃ）は、上記した溶湯の部分加圧を終えてキャビティ型２のキャビティ内部から加圧ピン３を引き戻して元の位置まで移動させた状態である。このとき、シリンダロッド５ａの駆動によって連結リング部材４ｃの係止部４ｇの円頭部４ｅ側の面が円頭部４ｅを押すことにより、加圧ピン３が元の位置（図２（ａ）の位置）に戻る。

この際、本発明においては、図２（ｃ）に示すように、キャビティ型２が熱膨張して加圧ピン３に対して矢印Ａ方向への力が作用すると、加圧ピン３の矢印Ａ方向への微動に応じて加圧ピン３の後端側に連結されている加圧ピン連結部材４ａの軸部４ｄが開口穴４ｈ内において矢印Ａ方向に微動することにより、加圧ピン３に対して矢印Ａ方向に曲げようとする力を吸収することができる。

よって、従来のように加圧ピン３がガイド孔２ａ内に片当たりして移動不良が発生することが防止されることにより、溶湯の部分加圧時において加圧ピン３を長期にわたって安定して円滑に移動させることができる。

また、上記した連結部材４を加圧ピン３及び油圧シリンダ５のシリンダロッド５ａとの連結状態を解除して取り外すときは、油圧シリンダ５のボルト６を外して、油圧シリンダ５のシリンダロッド５ａと一体に連結部材４と加圧ピン３を金型本体１の外側に露出するまで引っ張り出し、油圧シリンダ連結部材４ｂ、連結リング部材４ｃの周面に形成した面座（不図示）にスパナ等を当てて回すことによってシリンダロッド５ａとの連結状態を容易に解除することができ、更に、加圧ピン連結部材４ａの端面の角穴４ｆにレンチ等を入れて回すことによって、加圧ピン３との連結状態を容易に解除することができる。
〈実施形態２〉
本実施形態では、図３に示すように、金型本体としての固定金型１０と移動金型１１を有する鍛造金型において、固定金型１０に嵌め込まれているキャビティ型１２の両側に形成された各ガイド孔１２ａには上記した加圧ピン３が水平方向に摺動自在に挿通されており、加圧ピン３の先端側をキャビティ１３の内部に入れて、キャビティ１３の内部に充填された溶湯１４の一部（両側の縁部）を加圧するように構成されている。

加圧ピン３の後端側（図の右側）には、図１、図２に示した実施形態１と同様に、連結部材４を介して油圧シリンダ５が連結されている。連結部材４の構成は上記した実施形態１と同様であり、本実施形態では重複する説明は省略する。なお、図３に示した本実施形態の鍛造金型では、固定金型１０と移動金型１１の型開き方向は矢印Ａ１、Ａ２（図の上下方向）であり、加圧ピン３の摺動方向（図の左右方向）に対して垂直である。

このように、加圧ピン３の摺動方向が、鋳造金型（固定金型１０と移動金型１１）の型開き方向に対して垂直であっても、実施形態１で述べたように、連結部材４によって加圧ピン３の後端側を該加圧ピン３の軸線方向に垂直な面に対して微動自在に連結しているので、加圧ピン３の軸線方向に対して垂直に作用する力を吸収して、加圧ピン３にたわみが生じることが防止されることにより、加圧ピン３を確実に摺動させることができ、加圧ピン３の配設自由度を高めることができる。

よって、図３に示すような、型開き方向に垂直に摺動する加圧ピン３を備えた鋳造金型を製造することができるので、溶湯（薄物ワーク）の縁を良好に部分加圧することが可能となり、得られる鍛造品の内部品質を高めることができる。

本発明の実施形態１に係る鍛造金型を示す概略断面。 図２（ａ）は、本発明の実施形態１における連結部材を介して加圧ピンがシリンダロッドに連結されている状態を示す概略断面図、図２（ｂ）は、油圧シリンダの駆動により本発明の実施形態１における連結部材を介して加圧ピンを移動させた状態を示す概略断面図、図２（ｃ）は、キャビティに熱膨張が生じたときの本発明の実施形態１における連結部材の加圧ピン連結部材が微動した状態を示す概略断面図。 本発明の実施形態２に係る鍛造金型を示す概略断面。 従来例における加圧ピンの連結構造を示す概略断面。

符号の説明

１ 金型本体
２ キャビティ型
３ 加圧ピン
４ 連結部材（連結手段）
４ａ 加圧ピン連結部材
４ｂ 油圧シリンダ連結部材
４ｃ 連結リング部材
４ｄ 軸部
５ 油圧シリンダ（加圧ピン移動手段）
５ａ シリンダロッド（加圧ピン移動手段）

Claims (2)

1. 金型本体に嵌め込まれているキャビティ型に形成されたガイド孔に摺動自在に挿通され、先端側をキャビティの内部に入れて前記キャビティの内部に充填された溶湯の一部又は全部を加圧する加圧ピンと、前記加圧ピンを移動させて前記キャビティ内に出し入れさせる加圧ピン移動手段とを備えた鋳造金型であって、
   前記金型本体内にて前記加圧ピンの後端側と前記加圧ピン移動手段との間を連結手段を介して連結し、前記連結手段は、前記加圧ピンの後端側を該加圧ピンの軸線方向に垂直な面に対して微動自在に連結した、
   ことを特徴とする鋳造金型。
2. 前記加圧ピンの摺動方向が、前記鋳造金型の型開き方向に対して垂直である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の鋳造金型。
   
   

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