JP6253730B1

JP6253730B1 - 半凝固スラリの鍛造システム

Info

Publication number: JP6253730B1
Application number: JP2016153284A
Authority: JP
Inventors: 池田　孝史; 孝史池田
Original assignee: 有限会社ティミス; ロボテック株式会社
Priority date: 2016-08-04
Filing date: 2016-08-04
Publication date: 2017-12-27
Anticipated expiration: 2036-08-04
Also published as: JP2018020355A

Abstract

【課題】半凝固スラリを素材とした鍛造による成形処理が短時間で連続的に行えると同時に、歩留まりの向上により半凝固スラリの鍛造成形品の量産化も可能となり、簡易な構成で且つ安価に提供できる半凝固スラリの鍛造システムを提供する。【解決手段】半凝固スラリＰを所定温度となるように加熱する加熱炉１１と、加熱炉１１によって加熱した半凝固スラリＰを１個ずつ供給するよう円周方向に沿って等角度間隔毎にプレス下型２を配置してなるターンテーブル１と、ターンテーブル１を所定のピッチ間隔で間欠的に回転駆動する駆動部Ｑとを備える。また、等角度間隔毎に配置したプレス下型２に対応すべくターンテーブル１の周回域には、半凝固スラリＰの投入機構４を配置した投入エリアＳ１、プレス鋳造機５を配置したプレス鋳造成形エリアＳ３、取出ロボット９を配置した取出エリアＳ５を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は例えば球状等の所定形状に成形された半凝固スラリを素材として、これの加熱後で投入した金型内で鍛造によって成形品を連続的に成形処理できるようにした半凝固スラリの鍛造システムに関する。

従来から、プレス上型とプレス下型とを用いて、アルミニウム合金などの金属素材を当該プレス上型とプレス下型とで形成されるキャビティ内で圧縮変形し、上下両型のキャビティ内形と同一形状の製品を加工する型鍛造が行われている。近年では、例えば、自動車部品などの製造において、部品の軽量化を図るため、金属素材としてアルミニウム合金などが多用され、その製造には例えばこの型鍛造が利用されている。

近年においては、この型鍛造として、例えばチクソキャスティング法、レオキャスティング法等の半凝固スラリによる成形法がある。これらの成形法によると、従来の鍛造法に比べて収縮巣や偏析が少なく、半凝固スラリ内の金属組織が均一であるために、成形された製品の機械的性質が優れており、しかも、金型の寿命が長いことや、成形サイクルが短いこと等によるコスト低減の利点もある。

また、例えば、特許文献１に開示されているように、半凝固スラリによるプレス下型とプレス上型とを備えた鍛造成形部において、最終加圧力が確保され、しかも、製品の体積が一定に維持されるように、前記プレス下型に形成されたキャビティの内面の一部となる先端面を有する可動ロッドを位置決め制御し、半凝固スラリを鍛造成形して得た製品の品質を向上できるものとした鍛造装置が提案されている。

特開２００５−３４８５１号公報

しかしながら、特許文献１による鍛造装置は、鍛造成形部におけるキャビティの内面の一部となる可動ロッドの位置決め制御は可能であっても、搬送用ロボットによる半凝固スラリの投入および取出の各プロセスが、前記鍛造成形部とは個別に設定されていて、投入処理・鍛造成形処理・取出処理が複数の半凝固スラリに対して個別に実施されることから、時間的なロスが生じ、歩留まりも向上しないものとなる。

そこで本発明は上述したような従来存した諸事情に鑑み創出されたもので、半凝固スラリを素材とした鍛造による成形処理が短時間で連続的に行えると同時に、歩留まりの向上により半凝固スラリの鍛造成形品の量産化も可能となり、簡易な構成で且つ安価に提供できる半凝固スラリの鍛造システムを提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明にあっては、後述する発明を実施するための形態における使用符号を付記して説明すると、全体が均一で微細な初晶組織を含む金属組織の元となる核によって球状に成形凝固された半凝固スラリＰを所定温度となるように加熱する加熱炉１１と、この加熱炉１１によって加熱された半凝固スラリＰが供給されるよう円周方向に沿って等角度間隔毎にプレス下型２が配置されてなるターンテーブル１と、このターンテーブル１を所定のピッチ間隔で間欠的に回転駆動させる駆動部Ｑとを備え、等角度間隔毎に配置されたプレス下型２に対応すべくターンテーブル１の周回域には、半凝固スラリＰの投入機構４を配置した投入エリアＳ１、プレス鍛造機５を配置したプレス鍛造成形エリアＳ３、取出ロボット９を配置した取出エリアＳ５を設けてなることを特徴とする。
前記プレス鍛造機５は、加熱された球状の半凝固スラリＰを所定の圧力によるプレス鍛造でプレス下型２によって成形されるよう昇降機構６に連動して上下動可能としてなる可動ダイプレート７にプレス上型８を備えたものとすることができる。

以上のように構成された本発明に係る半凝固スラリの鍛造システムにあって、駆動部Ｑは、ターンテーブル１を間欠的に所定の等角度間隔でピッチ回転する毎に投入エリアＳ１・プレス鍛造成形エリアＳ３・取出エリアＳ５と順次移行させる。
駆動部Ｑによりターンテーブル１が回転してプレス鍛造成形エリアＳ３に移動すると、プレス鍛造機５の昇降機構６によって可動ダイプレート７を下降させ、プレス上型８によるプレス鍛造で、加熱炉１１により加熱した半凝固スラリＰをプレス下型２の内面形状に対応した形態となして成形させる。

本発明は以上説明したように構成されているため、半凝固スラリＰを素材とした鍛造による成形処理が短時間で連続的に行えると同時に、歩留まりの向上により半凝固スラリＰの鍛造成形品の量産化も可能となり、簡易な構成で且つ安価に提供できるものとなる。

すなわち、これは本発明が、半凝固スラリＰを所定温度となるように加熱する加熱炉１１と、この加熱炉１１によって加熱された半凝固スラリＰを１個ずつ供給されるよう円周方向に沿って等角度間隔毎にプレス下型２が配置されてなるターンテーブル１と、このターンテーブル１を所定のピッチ間隔で間欠的に回転駆動させる駆動部Ｑとを備え、等角度間隔毎に配置された前記プレス下型２に対応すべくターンテーブル１の周回域には、半凝固スラリＰの投入機構４を配置した投入エリアＳ１、プレス鍛造機５を配置したプレス鍛造成形エリアＳ３、取出ロボット９を配置した取出エリアＳ５を設けてなるからであり、これにより、半凝固スラリＰの鍛造成形品の連続した量産化が可能となる安価な半凝固スラリＰの鍛造システムを容易に構築することができる。

前記プレス鍛造機５は、半凝固スラリＰを所定の圧力によるプレス鍛造でプレス下型２によって成形されるよう昇降機構６に連動して上下動可能としてなる可動ダイプレート７にプレス上型８を備えたので、半凝固スラリＰを素材とした鍛造による成形処理がターンテーブル１の周回域において短時間で連続的に行える。

尚、上記の課題を解決するための手段、発明の効果の項それぞれにおいて付記した符号は、図面中に記載した構成各部を示す部分との参照を容易にするために付した。本発明は、これらの記載、図面中の符号等によって示された構造・形状等に限定されない。

本発明を実施するための一形態における半凝固スラリの鍛造システムの概略を示す斜視図である。鍛造システムにおける加熱炉の他の例を示し、（ａ）は投入機構により半凝固スラリを加熱炉からプレス下型のプレス成形用キャビティ位置まで搬送させた状態の断面図、（ｂ）は昇降機構によって可動ダイプレートを降下させる直前の状態の断面図、（ｃ）はプレス上型とプレス下型との接合によって半凝固スラリをプレス鍛造した状態の断面図である。本発明に係る半凝固スラリの鍛造システムの他の実施形態の概略を示す断面図である。本発明の他の実施形態の概略を示すもので、（ａ）および（ｂ）は、スリーブ内で半凝固スラリをプレス下型のプレス成形用キャビティに向けてプレスする前後の状態を示す断面図、（ｃ）はプレス後のプレス上型とプレス下型とを離間した状態の断面図である。本発明の更に他の実施形態の概略を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための一形態を説明すると、図において示される符号１は、本発明に係る半凝固スラリの鍛造システムを構成する扁平円板状のターンテーブルである。該ターンテーブル１は、図１に示すように、そのテーブル回転中心軸Ｃが駆動部Ｑに連繋されており、半凝固スラリＰを成形するための順次時計方向に間欠的に水平回転可能となし、ターンテーブル１が間欠的に１ピッチとしての例えば角度６０°回転する毎に投入エリアＳ１、インサートエリアＳ２、プレス鍛造成形エリアＳ３、冷却エリアＳ４、取出エリアＳ５、離型剤スプレーエリアＳ６と順次移行するものとしてある。

すなわち、ターンテーブル１は、その円周方向に沿って半凝固スラリＰを例えば１個ずつ供給されるよう例えば角度６０°間隔毎に、合計６個のプレス下型２が配置されている。このプレス下型２は、全体的には略矩形状のブロック上面にプレス成形用キャビティ３が形成されてなる。また、ターンテーブル１の周回域の前記投入エリアＳ１の上方には、１つのプレス下型２のプレス成形用キャビティ３内に半凝固スラリＰを落とし込むための後述する複数軸関節構造のロボットアーム４ｂによる投入機構４が配置されている。

さらにターンテーブル１の周回域において、投入機構４の位置から下流側へ向けて角度１２０°位置である前記プレス鍛造成形エリアＳ３には、プレス成形用キャビティ３内にある半凝固スラリＰを所定の圧力でのプレス鍛造により成形されるよう昇降機構６に連動して上下動可能としてなる可動ダイプレート７にプレス上型８を備えたプレス鍛造機５が配置されている。さらにターンテーブル１の周回域において、プレス鍛造機５の位置から下流側へ向けて角度１２０°位置である前記取出エリアＳ５には、鍛造成形された半凝固スラリＰを取り出すための取出ロボット９が配置されている。

このように投入機構４によってプレス下型２のプレス成形用キャビティ３に投入された半凝固スラリＰをプレス鍛造機５の例えば平坦な下面を有するプレス上型８によって所定の圧力で圧縮することでプレス成形用キャビティ３の内面形状に合わせた鍛造成形品が形成される。例えば１秒間に６０°回転する動作を１ピッチとすれば、２ピッチ（２秒間）で１個の割合で前記半凝固スラリＰの鍛造成形品が連続成形される。

半凝固スラリＰは所謂チクソボールと称する鋳塊である。すなわち、半凝固スラリＰは、例えばアルミニウム合金・マグネシウム合金・亜鉛合金のいずれかの溶解可能な合金を電磁攪拌して微細化半凝固組織となし、例えば所望の径・重量の球状に成形凝固（固化）してなるものである。半凝固スラリＰは平均の球径が３６〜５８ｍｍの球状で全体が均一で微細な初晶組織（デンドライト）を含む金属組織の元となる核によって形成されている。また、球径が３６ｍｍ（最小値）以下であっても酸化しない程度の大きさであれば良いが、球径が５８ｍｍ以上となってあまり大きすぎると核がばらつく。よって、半凝固スラリＰの平均の球径Ｒは３６〜５８ｍｍであることが好適である。なお、半凝固スラリＰを球状にする他に、例えば中心から各面までの距離が略同じ多面体構造、あるいは円柱状でも良い。

半凝固スラリＰをプレス圧力によって鍛造成形するときには、これに先立ち、当該半凝固スラリＰを所定温度となるように加熱炉１１で加熱する。加熱炉１１は、図例にあっては前後が開放された角筒状のトンネル構造となって形成されており、その先端開口側には上下スライド式もしくは起伏式等の開閉扉１２が設けられ、また内部上方には半凝固スラリＰを加熱するための電気ヒータ等の熱源１３が付設され、さらに内部下方には、半凝固スラリＰを載せて先端開口部から突き出される可動ステージ１４が設けられている。このように、半凝固スラリＰは加熱炉１１内にて前記熱源１３で所定の時間加熱され、加熱後には可動ステージ１４を前方に移動させて半凝固スラリＰが加熱炉１１の外側に送り出されるものとしてある。

投入機構４は、例えばロボットアーム４ｂの各先端にエアシリンダで開閉駆動される一対の挟持片から構成されたチャック部４ａが取付けられ、ロボットアーム４ｂの後端には昇降・回転機構（図示省略）がそれぞれ設けられている。これによって、チャック部４ａで把持された半凝固スラリＰを一旦持ち上げてからプレス成形用キャビティ３の上方位置まで回転させ、プレス成形用キャビティ３上に移載するものとなっている。このため、投入機構４は、複数軸関節構造のロボットアーム４ｂを備えており、その連結部分の軸関節によってアーム夫々が折曲・回転等の各作動を行うことで、手首部を所定の範囲内で三次元的な動きをさせるように制御できるようにしている。

プレス鍛造機５は、前記したように昇降機構６に連動して上下動可能としてなる可動ダイプレート７にプレス上型８を備え、プレス下型２のプレス成形用キャビティ３内に搬入された半凝固スラリＰに対し、プレス上型８が下降されて鍛造による成形が行われる。プレス上型８は、昇降機構６を構成する例えば油圧シリンダ６ａ等によって上昇または下降され、そのストロークが制御される。

取出ロボット９は、例えばロボットアーム９ｂの各先端にエアシリンダで開閉駆動される一対の挟持片から構成されたチャック部９ａが取付けられ、ロボットアーム９ｂの後端には昇降・回転機構（図示省略）がそれぞれ設けられている。これによって、チャック部９ａで把持された半凝固スラリＰを一旦持ち上げてからプレス成形用キャビティ３の上方位置から回転させ、不図示の製品コンベアに移載するものとなっている。このため、取出ロボット９は、前記投入機構４と同様にロボットアーム９ｂを備えており、その連結部分の軸関節によってアーム夫々が折曲・回転等の各作動を行うことで、手首部を所定の範囲内で三次元的な動きをさせるように制御できるようにしている。

次に、以上のように構成された形態についてのプレス鍛造による半凝固スラリＰの成形工程の一例について説明すると、先ず、半凝固スラリＰをプレス鍛造するのに先立って半凝固スラリＰを所定温度となるように加熱炉１１の熱源１３によって加熱する。前記複数軸関節構造のロボットアーム４ｂによる投入機構４のチャック部４ａで半凝固スラリＰを把持し一旦持ち上げてからプレス成形用キャビティ３の上方位置（プレス下型２への投入エリアＳ１）まで回転させ、プレス成形用キャビティ３上に移載する。移載後には、投入機構４のチャック部４ａは前記プレス成形用キャビティ３の上方位置から回転させ、退避させる。

駆動部Ｑによりターンテーブル１は１ピッチ（角度６０°）だけ回転してインサートエリアＳ２に移動する。

さらに、駆動部Ｑによりターンテーブル１は更に１ピッチ（角度６０°）だけ回転してプレス鍛造成形エリアＳ３に移動する。ここで、プレス鍛造機５の昇降機構６（油圧シリンダ６ａ）によって可動ダイプレート７を下降させ、プレス成形用キャビティ３内にある半凝固スラリＰをプレス上型８によるプレス鍛造で成形する。成形後には、可動ダイプレート７をプレス成形用キャビティ３の上方位置に上昇退避させる。

可動ダイプレート７の上昇退避後、駆動部Ｑによりターンテーブル１は更に１ピッチ（角度６０°）だけ回転して冷却エリアＳ４に移動する。

冷却エリアＳ４に移動後、駆動部Ｑによりターンテーブル１は更に１ピッチ（角度６０°）だけ回転して取出エリアＳ５に移動する。ここで、取出ロボット９はチャック部で半凝固スラリＰを把持し一旦持ち上げてからプレス成形用キャビティ３の上方位置から回転させ、不図示の製品コンベアに移載する。

取出ロボット９によるは半凝固スラリＰの製品コンベアへの移載後、駆動部Ｑによりターンテーブル１は更に１ピッチ（角度６０°）だけ回転して離型剤スプレーエリアＳ６に移動する。ここで、空になっているプレス成形用キャビティ３内に離型剤を塗布する。その後、駆動部Ｑによりターンテーブル１は更に１ピッチ（角度６０°）だけ回転して元の投入エリアＳ１に移動し、以後は上記した工程が繰り返される。

図２には、加熱炉１１の他の例が示されており、この図２に示された加熱炉１１は、前記複数軸関節構造のロボットアーム４ｂに替わり、その内部下方から前記プレス下型２のプレス成形用キャビティ３の位置まで前進可能とした多数のローラが隣接状に設けられてなる搬送ローラあるいは搬送コンベア等の搬送装置１５による投入機構４を備えている。図２（ａ）に示すように、搬送装置１５により半凝固スラリＰを加熱炉１１の先端開口部から外へ送り出した後に、さらにプレス下型２のプレス成形用キャビティ３の位置まで搬送させる。その後、図２（ｂ）に示すように、プレス成形用キャビティ３の位置から後方へ退避させると同時に昇降機構６によって可動ダイプレート７を降下させる。図２（ｃ）に示すように、昇降機構６によって可動ダイプレート７を更に降下させてプレス上型８とプレス下型２との接合により、半凝固スラリＰを前記プレス成形用キャビティ３内に押し込み、これによって半凝固スラリＰの鍛造による成形がなされるものとしてある。

図３および図４は、本発明に係る半凝固スラリの鍛造システムの他の実施形態を示しており、前記プレス鍛造機５は、可動ダイプレート７のプレス上型８とターンテーブル１のプレス下型２とが互いに接合されるよう可動ダイプレート７が昇降機構６に連動して上下動可能としてなる。また、半凝固スラリＰは、可動ダイプレート７の上方からプレス上型８下方に向けて移送され、プレス下型２の上面中央に形成されているプレス成形用キャビティ３上に移載するものとなっている。

すなわち、可動ダイプレート７の中央にはスリーブ２１が嵌挿され、スリーブ２１の下端開口側はノズル２２を介してプレス上型８の下面に露出している。またスリーブ２１内には、先端にプランジャーチップ２３を備えたプランジャーロッド２４が挿入され、可動ダイプレート７の上方に露出しているスリーブ２１上端の一側面には挿入用開口部２５が形成され、挿入用開口部２５からスリーブ２１内に移送され落下した半凝固スラリＰを、プランジャーチップ２３によるプレス下型２のプレス成形用キャビティ３に向けてのプレスによって鍛造成形するものとなっている。

加熱炉１１は、内部上方に半凝固スラリＰを加熱するための電気ヒータ等の熱源１３が付設され、また内部下方から可動ダイプレート７の外側位置まで多数のローラが隣接状に設けられてなる搬送装置１５を備えている。

前記挿入用開口部２５と搬送装置１５の先端との間には、中央回転軸Ｄを中心に回転可能とした扁平円板状の移載用回転板２６が設けられ、移載用回転板２６の上方中央には、半凝固スラリＰを挿入用開口部２５からスリーブ２１内に移送するための押込プランジャー２７が設けられている。なお、これら搬送装置１５および移載用回転板２６が本実施形態の投入機構４として機能する。

図３に示すように、プレス鍛造機５の可動ダイプレート７のプレス上型８とターンテーブル１のプレス下型２とが互いに接合されている状態において、半凝固スラリＰは、搬送装置１５から移載用回転板２６の片隅に移載されると、移載用回転板２６が中央回転軸Ｄを中心に角度１８０°回転し、半凝固スラリＰは前記挿入用開口部２５の手前に位置決めされる。そして、押込プランジャー２７によって半凝固スラリＰを挿入用開口部２５からスリーブ２１内に移送され、スリーブ２１下端のノズル２２位置、すなわちターンテーブル１のプレス下型２の直上位置まで半凝固スラリＰが落下する。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、スリーブ２１内でプランジャーロッド２４を下降させ、ノズル２２内のプレス下型２の直上位置まで落下している半凝固スラリＰを、プランジャーチップ２３によりプレス下型２のプレス成形用キャビティ３に向けてプレスすることで鍛造成形する。

プレス後には、図４（ｃ）に示すように、プレス鍛造機５の可動ダイプレート７を上昇させてプレス上型８とプレス下型２とを離間する。そして、プレス下型２のプレス成形用キャビティ３から前記した取出ロボット９によって、鍛造成形後の半凝固スラリＰを取り出し、不図示の製品コンベアに移載する。

図５は、本発明に係る半凝固スラリの鍛造システムの更に他の実施形態を示しており、この実施形態においては、ターンテーブル１の下面にプレス成形用キャビティ３を有するプレス下型２が設けられ、半凝固スラリＰは、プレス鍛造機５によってターンテーブル１の下方からプレス上型８のプレス成形用キャビティ３に向けて射出されるものとなっている。すなわち、本実施形態では、前記した図３に示すプレス下型２を有するターンテーブル１と、プレス上型８を有する可動ダイプレート７とを互いに上下反転させた構成となっている。なお、加熱炉１１および移載用回転板２６等は、可動ダイプレート７の下側に配されている他は、前記した構成と同じであるのでその詳細な説明は省略する。

Ｐ…半凝固スラリＱ…駆動部
Ｃ…テーブル回転中心軸Ｄ…中央回転軸
Ｓ１…投入エリアＳ２…インサートエリア
Ｓ３…プレス鍛造成形エリアＳ４…冷却エリア
Ｓ５…取出エリアＳ６…離型剤スプレーエリア
１…ターンテーブル２…プレス下型
３…プレス成形用キャビティ４…投入機構
４ａ…チャック部４ｂ…ロボットアーム
５…プレス鍛造機６…昇降機構
６ａ…油圧シリンダ７…可動ダイプレート
８…プレス上型９…取出ロボット
９ａ…チャック部９ｂ…ロボットアーム
１１…加熱炉１２…開閉扉
１３…熱源１４…可動ステージ
１５…搬送装置２１…スリーブ
２２…ノズル２３…プランジャーチップ
２４…プランジャーロッド２５…挿入用開口部
２６…移載用回転板２７…押込プランジャー

Claims

全体が均一で微細な初晶組織を含む金属組織の元となる核によって球状に成形凝固された半凝固スラリを所定温度となるように加熱する加熱炉と、加熱炉によって加熱された半凝固スラリが供給されるよう円周方向に沿って等角度間隔毎にプレス下型が配置されてなるターンテーブルと、このターンテーブルを所定のピッチ間隔で間欠的に回転駆動させる駆動部とを備え、等角度間隔毎に配置された前記プレス下型に対応すべく前記ターンテーブルの周回域には、半凝固スラリの投入機構を配置した投入エリア、プレス鍛造機を配置したプレス鍛造成形エリア、取出ロボットを配置した取出エリアを設けてなることを特徴とする半凝固スラリの鍛造システム。
前記プレス鍛造機は、加熱された球状の半凝固スラリを所定の圧力によるプレス鍛造でプレス下型によって成形されるよう昇降機構に連動して上下動可能としてなる可動ダイプレートにプレス上型を備えた請求項１記載の半凝固スラリの鍛造システム。