JP2013233560A - 鍛造用金型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鍛造用金型装置において、鍛造用素材の金型へのセットに先立ち、金型成形面加熱手段により、上下の金型の各金型成形面を加熱することができるようにすること。
【解決手段】上金型１０及び下金型２０を備えるとともに、前記上下の金型１０，２０を加熱する金型加熱手段１１，２１を備え、鍛造用素材の高温鍛造に用いられる鍛造用金型装置において、上下の金型１０，２０の間に挿入退避が可能で、該金型１０，２０への鍛造用素材のセットに先立ち、上下の金型１０，２０の各金型成形面１０ａ，２０ａを加熱する金型成形面加熱手段３１を備える。
【選択図】図１

Description

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ものである。

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。高温鍛造に用いられる鍛造用金型装置として、金型を加熱するために、従来、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、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を加熱するようにした鍛造用金型装置が知られている。例えば、特許文献１，２には、この種の鍛造用金型装置が開示されている。

特開２００４−３３７９３５号公報（段落［００３２］、図３） 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、上下の金型を加熱する金型加熱手段として、各金型内部に組み込まれたシーズヒータ（発熱体）を備えているものの、鍛造用素材の金型へのセットに先立ち、金型成形面の形状によっては金型成形面の温度を金型成形面全体にわたってほぼ均一にすることがむずかしいという問題があった。また、各金型内部に組み込まれたシーズヒータによる加熱では、金型成形面の温度を所要の温度まで昇温するには長時間を要することや、複数個の製品を連続的に鍛造する際に、金型成形面に温度分布が生じることが生産性を阻害していた。

そこで、本発明の課題は、上下の金型と、これらを加熱する金型加熱手段とを備え、鍛造用素材の高温鍛造に用いられる鍛造用金型装置において、鍛造用素材の金型へのセットに先立ち、金型成形面加熱手段により、上下の金型の各金型成形面を加熱することができるようにした、鍛造用金型装置を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、上金型及び下金型を備えるとともに、前記上下の金型を加熱する金型加熱手段を備え、鍛造用素材の高温鍛造に用いられる鍛造用金型装置において、前記上下の金型の間に挿入退避が可能で、該金型への鍛造用素材のセットに先立ち、前記上下の金型の各金型成形面を加熱する金型成形面加熱手段を備えたことを特徴とする鍛造用金型装置である。

請求項２の発明は、請求項１記載の鍛造用金型装置において、前記金型成形面加熱手段が放射加熱方式の加熱手段であることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項２記載の鍛造用金型装置において、前記放射加熱方式の加熱手段が赤外線ヒータであり、この赤外線ヒータが、上下の金型の各金型成形面の部位に対応してヒータ単位面積当たりの赤外線放射量が異なるように構成されたものであることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項２記載の鍛造用金型装置において、前記放射加熱方式の加熱手段が赤外線ヒータであり、この赤外線ヒータからの輻射熱による金型成形面の所要部位の温度上昇を抑制するためのマスキング部材を備えたことを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項２記載の鍛造用金型装置において、前記放射加熱方式の加熱手段が赤外線ヒータであり、この赤外線ヒータが、凹凸部を有する金型成形面の形状に対応したヒータ表面形状を有し、ヒータ表面から対向する金型成形面までの距離が金型成形面全体にわたって所定範囲に維持されるように構成されたものであることを特徴とするものである。

請求項１の鍛造用金型装置によれば、金型加熱手段とは別に、上下の金型の間に挿入退避が可能で、温度低下しやすい金型成形面を加熱するための金型成形面加熱手段を備えているので、鍛造用素材の金型へのセットに先立ち、金型成形面加熱手段を上下の金型の間に位置させ、加熱後に退避させることにより、上下の金型の各金型成形面を、例えば、金型成形面全体にわたって所要の温度となるように加熱することができる。その結果、上下の金型の金型成形面の形状を忠実に反映した鍛造製品が得られ、鍛造製品の寸法や形状の精度向上を図ることができる。

請求項２の鍛造用金型装置によれば、金型成形面加熱手段として放射加熱方式の加熱手段を備えているので、金型成形面に加熱による肌荒れ損傷などを引き起こすことなく非接触にて金型成形面の加熱を行うことができる。

請求項３の鍛造用金型装置によれば、金型成形面を加熱するに際し、例えば、赤外線ヒータにおいて対向する金型成形面までの間隔距離が大きい部位や、金型成形面の周辺部に対向する部位の赤外線放射量（ヒータ単位面積当たり）が、金型成形面までの間隔距離が小さい部位や、金型成形面の中心部に対向する部位の赤外線放射量よりも大きくなるように赤外線ヒータを構成することにより、上下の金型の各金型成形面を該金型成形面全体にわたって温度がほぼ均一になるように加熱することができる。

請求項４の鍛造用金型装置によれば、例えば、金型成形面において周辺部に比べて放熱による温度低下が起こり難い中心部を覆うようにマスキング部材を配置することにより、赤外線ヒータからの輻射熱による金型成形面の前記中心部の温度上昇を抑制し、前記中心部が過加熱状態になることを防止して、上下の金型の各金型成形面を該金型成形面全体にわたって温度がほぼ均一になるように加熱することができる。

請求項５の鍛造用金型装置によれば、凹凸部を有する金型成形面を加熱するに際し、赤外線ヒータが前記金型成形面の形状に対応したヒータ表面形状を有し、ヒータ表面から対向する金型成形面までの間隔距離が金型成形面全体にわたって所定範囲、例えばほぼ一定となるように構成されているので、前記金型成形面を該金型成形面全体にわたって温度がほぼ均一になるように加熱することができる。ここで、前記所定範囲は、所望の加熱の均一性を達成できる範囲であれば、ヒータ表面から対向する金型成形面までの間隔距離が変動する場合も含む。

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。 本発明の別の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。 本発明のさらに別の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において、１０は円盤状の上金型、２０は円盤状の下金型である。本実施形態では、上下の金型１０，２０は、凹凸部を有する円盤状の鍛造製品を型鍛造するためのものである。本実施形態では、上金型１０の製品成形面１０ａと下金型２０の製品成形面２０ａとは、両方とも同形状をなし、平面視円形形状で凹凸部を有している。製品成形面１０ａ，２０ａは、半径方向における中心部が凸部で、その周辺部が凹部となっている。

まず、上金型１０側について説明する。この鍛造用金型装置１の上金型側は、図１に示すように、上金型１０と、上金型１０を支持する円盤状のダイプレート１４と、上金型１０の外周部を囲繞し、該上金型１０を保持する円環状のダイホルダー１２と、上金型１０の製品成形面１０ａと反対側の面が当接するように配置され、ダイホルダー１２に保持された上金型１０を加熱するための円盤状のヒータプレート１１と、このヒータプレート１１とダイプレート１４との間に配置された円盤状の断熱プレート１３と、を備えている。鍛造に際して、加熱炉で予熱された上金型１０が前記ダイホルダー１２の内側に収容され、例えば図示しないピンなどを用いてダイホルダー１２に固定されるという「入れ子構造」になっている。

前記ヒータプレート１１には、上金型１０の底面（製品成形面１０ａと反対側の面）に当接する側の表面に、複数、図示例では２つの円環状溝が所定の間隔をあけて同心円状に設けられている。ヒータプレート１１のこれらの円環状溝内には、抵抗加熱によって発熱する抵抗加熱体であるシーズヒータ１１ａ_１，１１ａ_２が溝壁に密接する状態で配置されている。なお、シーズヒータ１１ａ_１，１１ａ_２のリード線は、ヒータプレート１１の図示しないリード線用溝内を通ってヒータプレート１１の外部に引き出されるようになっている。

６０は、図示しないプレス機の昇降側部材（ラムあるいはスライダと呼ばれる）に固定されたベースプレートである。ベースプレート６０には、タイロッドやナット等からなる締結具１５を用いて、ダイプレート１２、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。

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１の下金型側は、図１に示すように、下金型２０と、下金型２０を支持する円盤状のダイプレート２４と、下金型２０の外周部を囲繞し、該下金型２０を保持する円環状のダイホルダー２２と、下金型２０の製品成形面２０ａと反対側の面が当接するように配置され、ダイホルダー２２に保持された下金型２０を加熱するための円盤状のヒータプレート２１と、ヒータプレート２１とダイプレート２４との間に配置された円盤状の断熱プレート２３と、を備えている。鍛造に際して、加熱炉で予熱された下金型２０が前記ダイホルダー２２の内側に収容され、例えば図示しないピンなどを用いてダイホルダー２２に固定されるという「入れ子構造」になっている。

前記ヒータプレート２１は、上金型用の前記ヒータプレート１１と同構成であり、シーズヒータ２１ａ_１，２１ａ_２が同心円状に配置されて組み込まれてなるものである。前記のヒータプレート１１,２１は、上下の金型１０，２０を加熱する金型加熱手段を構成している。

７０は、プレス機の固定側部材（ボルスタ）に固定されたベースプレートである。ベースプレート７０には、タイロッドやナット等からなる締結具２５を用いて、ダイプレート２２、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。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省略している。

前記上下の金型１０，２０は、その材質が例えばＮｉ基耐熱合金からなるものである。また、前記ヒータプレート１１，２１は、その材質が例えばＮｉ基耐熱合金からなるものである。前記ダイホルダー１２，２２は、その材質が例えば熱間工具鋼からなるものである。前記断熱プレート１３，２３は、例えば耐火れんがからなるものである。また、前記ダイプレート１４，２４は、その材質が例えば炭素鋼からなるものである。

本実施形態の鍛造用金型装置１は、図１に示すように、上下の金型１０，２０の間に挿入退避が可能で、該金型１０，２０への鍛造用素材のセットに先立ち、上下の金型１０，２０の各金型成形面１０ａ，２０ａを加熱する金型成形面加熱手段として、非接触にて各金型成形面１０ａ，２０ａの加熱を行うことができる放射加熱方式の加熱手段を備えており、その一例である赤外線ヒータ３１を備えている。赤外線ヒータ３１は、この実施形態では、遠赤外線を放射する遠赤外線ヒータである。

赤外線ヒータ３１は、細長い棒状の支持部材４０を介して図示しない駆動装置に結合されている。この駆動装置は、プレス機で上金型２０を下降させて下金型２０に接近させる前に、赤外線ヒータ３１を下金型２０の金型成形面２０ａ上方の所定位置に挿入し、図１に示す状態での赤外線ヒータ３１による金型成形面１０ａ，２０ａの加熱後、鍛造用素材を下金型２０の金型成形面２０ａ上にセットするためにプレス機で上金型２０を上昇させてから、赤外線ヒータ３１を金型１０，２０の外方へ退避させる装置である。この駆動装置は、赤外線ヒータ３１を前進・後退移動、上昇・下降移動させる機能を備えており、例えば、プレス機のボルスタ上に取り付けられている。

赤外線ヒータ３１は、全体として円形薄板状をなしており、円形形状のヒータ中心部３１ａと、ヒータ中心部３１ａに連なる円環形薄板状のヒータ周辺部３１ｂとを有している。前記中心部３１ａとヒータ周辺部３１ｂとは、ヒータ単位面積当たりの赤外線放射量（放射発散度量）が異なるように構成されており、本実施形態では、赤外線放射量が異なる発熱体（セラミック、金属酸化面など）で構成されている。金型成形面１０ａ，２０ａにおける周辺部に位置する凹部に対向して位置させるヒータ周辺部３１ｂは、金型成形面１０ａ，２０ａにおける中心部に位置する凸部に対向して位置させるヒータ中心部３１ａよりも、ヒータ単位面積当たりの赤外線放射量が大きい発熱体で構成されている。

このように構成される鍛造用金型装置１において、上下の金型１０，２０は、加熱炉で所要温度に予熱されてから、型開き状態にあるプレス機へ導かれ、金型裏面がヒータプレート１１，２１に当接する状態でダイホルダー１２，２２内に嵌め入れられ、例えば図示しないピン等を用いてダイホルダー１２，２２に固定される。なお、この金型１０，２０の装着に先立ち、前記ヒータプレート１１，２１は所要の温度に加熱されている。また、退避位置にある赤外線ヒータ３１は、照射開始から短時間で通常出力が出せるように、予め電力を供給してオン状態としておくことが望ましい。

次いで、前記駆動装置により前記赤外線ヒータ３１を下金型２０の金型成形面２０ａ上方の所定位置に挿入し、図１に示すように、上金型２０を下降させて下金型２０に接近させた状態で、赤外線ヒータ３１による金型成形面１０ａ，２０ａの加熱を行う。

上下の金型１０，２０は、金型周辺部が金型中心部に比べて放熱によって温度が下がりやすい。このため、この鍛造用金型装置１では、前記赤外線ヒータ３１により、金型成形面１０ａ，２０ａにおける中心部に位置する凸部に比べて周辺部に位置する凹部に対して赤外線放射量が大きくなるように金型成形面１０ａ，２０ａの加熱を行う。これにより、金型裏面側からのヒータプレート１１，２１による金型１０，２０の加熱と相俟って、金型成形面１０ａ，２０ａを所要温度（例えば、加熱炉で加熱される鍛造素材の加熱温度に近い温度）でもって金型成形面全体にわたって温度がほぼ均一となるように加熱することができる。

赤外線ヒータ３１による金型成形面１０ａ，２０ａの加熱後、加熱炉で所要温度に加熱された鍛造用素材を下金型２０の金型成形面２０ａ上にセットするために上金型２０を上昇させてから、前記駆動装置により赤外線ヒータ３１を金型１０，２０の外へ退避させる。次いで、前記鍛造用素材を下金型２０の金型成形面２０ａ上にセットし、上金型２０を下降させて金型１０，２０による鍛造用素材の高温鍛造が行われる。

このように、上下の金型１０，２０を加熱するヒータプレート１１,２１（主加熱手段である金型加熱手段）とは別に、金型成形面１０ａ，２０ａを加熱する赤外線ヒータ３１（補助的加熱手段である金型成形面加熱手段）を備えているので、本実施形態では、各金型成形面１０ａ，２０ａを所要温度にて金型成形面全体にわたって温度がほぼ均一となるように加熱することができ、これにより、金型成形面１０ａ，２０ａの形状を忠実に反映した鍛造製品が得られ、鍛造製品の寸法や形状の精度向上を図ることができる。

図２は本発明の別の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。ここで、この実施形態による鍛造用金型装置２において、前記図１の鍛造用金型装置１と共通する部分には図１と同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。

図２において、３２は円形薄板状の赤外線ヒータである。この赤外線ヒータ３２は、前記赤外線ヒータ３１とは違って、全体にわたって同一の発熱体で構成されている。赤外線ヒータ３２は、この実施形態では、遠赤外線を放射する遠赤外線ヒータである。５０は、赤外線ヒータ３２よりも小径で円形薄板状のマスキング部材である。マスキング部材５０は、赤外線ヒータ３２と金型成形面１０ａ，２０ａとの間に位置して金型成形面１０ａ，２０ａの所要部位の覆い、赤外線ヒータ３２からの輻射熱による該所要部位の温度上昇を抑制するためのものである。マスキング部材５０の材質には、耐火レンガが挙げられる。この鍛造用金型装置２では、金型成形面１０ａ，２０ａにおける中心部に位置する凸部の温度上昇を抑制するため、上金型用と下金型用の２枚のマスキング部材５０が、赤外線ヒータ３２の両面の中心部に、それぞれ取り付けられている。

マスキング部材５０が取り付けられた赤外線ヒータ３２は、前記鍛造用金型装置１の場合と同様の手順にて、図２に示すように金型成形面１０ａ，２０ａの間に位置して、金型成形面１０ａ，２０ａの加熱を行う。この鍛造用金型装置２では、金型成形面１０ａ，２０ａにおいて周辺部に比べて放熱による温度低下が起こり難く、かつ、赤外線ヒータ３２との間隔距離が小さい中心部を覆うようにマスキング部材を配置しているので、赤外線ヒータ３２からの輻射熱による金型成形面１０ａ，２０ａの中心部の温度上昇を抑制して中心部が過加熱状態になることを防止し、ヒータプレート１１，２１による加熱と相俟って、金型成形面１０ａ，２０ａを所要温度にて金型成形面全体にわたって温度がほぼ均一になるように加熱することができる。

図３は本発明の別の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。ここで、この実施形態による鍛造用金型装置３において、前記図１の鍛造用金型装置１と共通する部分には図１と同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。

図３において、３３は円盤状の赤外線ヒータである。この赤外線ヒータ３３は、鍛造成形すべき鍛造製品を模した形状の形状保持部材３３ｂと、可撓性を持ち、形状保持部材３３ｂ全体にほぼ密着するように被せられ、この実施形態では遠赤外線を放射するヒータ本体３３ａと、ヒータ本体３３ａの上半分と下半分とを接続する円形のフレーム３３ｃとから構成されている。フレーム３３ｃは前記支持部材４０に固定されるようになっている。前記形状保持部材３３ｂの材質には、耐火レンガが挙げられる。このように、赤外線ヒータ３３は、金型成形面全体において温度差が生じないようにするために、金型成形面１０ａ，２０ａの形状に対応したヒータ表面形状を有し、ヒータ表面から対向する金型成形面１０ａ，２０ａまでの間隔距離が金型成形面全体にわたってほぼ一定となるように構成されている。

そして、赤外線ヒータ３３は、前記鍛造用金型装置１の場合と同様の手順にて、図３に示すように金型成形面１０ａ，２０ａの間に位置し、金型成形面１０ａ，２０ａの加熱を行う。この鍛造用金型装置３では、赤外線ヒータ３３がヒータ表面から対向する金型成形面１０ａ，２０ａまでの間隔距離が金型成形面全体にわたってほぼ一定となるように構成されているので、ヒータプレート１１，２１による金型１０，２０の加熱と相俟って、金型成形面１０ａ，２０ａを所要温度にて金型成形面全体にわたって温度がほぼ均一になるよう加熱することができる。なお、この鍛造用金型装置３において、必要に応じて、金型成形面１０ａ，２０ａの中心部（凸部）とこの中心部に対向させる赤外線ヒータ３３の中心部との間に、マスキング部材を設けるようにしてよい。

なお、前記の実施形態による鍛造用金型装置１〜３では、赤外線ヒータ３１〜３３により、金型成形面１０ａ，２０ａを金型成形面全体にわたって温度がほぼ均一になるよう加熱する場合について説明したが、本発明は、これに限定されず、金型成形面に各部位間において所要の温度差を付与する場合にも適用することができる。

１０…上金型 １０ａ…金型成形面
１１…ヒータプレート １１ａ_１，１１ａ_２…シーズヒータ
１２…ダイホルダー
１３…断熱プレート
１４…ダイプレート
１５…締結具
２０…下金型 ２０ａ…金型成形面
２１…ヒータプレート ２１ａ_１，２１ａ_２…シーズヒータ
２２…ダイホルダー
２３…断熱プレート
２４…ダイプレート
２５…締結具
３１，３２，３３…赤外線ヒータ
４０…支持部材
５０…マスキング部材
６０，７０…ベースプレート

Claims (5)

1. 上金型及び下金型を備えるとともに、前記上下の金型を加熱する金型加熱手段を備え、鍛造用素材の高温鍛造に用いられる鍛造用金型装置において、前記上下の金型の間に挿入退避が可能で、該金型への鍛造用素材のセットに先立ち、前記上下の金型の各金型成形面を加熱する金型成形面加熱手段を備えたことを特徴とする鍛造用金型装置。
2. 前記金型成形面加熱手段が放射加熱方式の加熱手段であることを特徴とする請求項１記載の鍛造用金型装置。
3. 前記放射加熱方式の加熱手段が赤外線ヒータであり、この赤外線ヒータが、上下の金型の各金型成形面の部位に対応してヒータ単位面積当たりの赤外線放射量が異なるように構成されたものであることを特徴とする請求項２記載の鍛造用金型装置。
4. 前記放射加熱方式の加熱手段が赤外線ヒータであり、この赤外線ヒータからの輻射熱による金型成形面の所要部位の温度上昇を抑制するためのマスキング部材を備えたことを特徴とする請求項２記載の鍛造用金型装置。
5. 前記放射加熱方式の加熱手段が赤外線ヒータであり、この赤外線ヒータが、凹凸部を有する金型成形面の形状に対応したヒータ表面形状を有し、ヒータ表面から対向する金型成形面までの距離が金型成形面全体にわたって所定範囲に維持されるように構成されたものであることを特徴とする請求項２記載の鍛造用金型装置。

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