(57)【要約】  インゴット（１００）に刻み目を付けると共にインゴット（１００）を破断してチャージ（１５０）にする装置は、刻みステーション（１２）及び破断ステーション（１４）を備える。刻みステーション（１２）は、所望のチャージ長さでインゴットに浅い円周方向の溝（１０２、１０４）を作る旋盤を含む。破断ステーション（１６）は、インゴットのチャージ部分（１１０）に衝撃を加えて刻み目線（１０６）でインゴットからチャージ（１５０）を破断する液圧プレス（６４）を含む。当該装置は、当該方法を自動化すると共に、インゴットの長さに沿った異なる点でインゴットを秤量してインゴットの密度を計算し、この情報を使用して所与の重量の材料に必要な所望のチャージ長さを求める制御システムをさらに含み得る。
2009527361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超合金材料のインゴット（１００）からチャージ（１５０）を形成する方法であって、
前記インゴット（１００）の外周に溝（１０２、１０４）を付けるステップと、
前記溝（１０２、１０４）に隣接して上部反力板（５８）及び下部反力板（６０）間で前記インゴット（１００）を保持するステップと、
前記溝（１０２、１０４）における応力破壊が、該溝（１０２、１０４）で前記インゴット（１００）から前記チャージ（１５０）を破断させるまで、前記インゴット（１００）のチャージ部分（１１０）を前記溝（１０２、１０４）から離れて押圧するステップと、
を特徴とする、方法。
【請求項２】
前記溝（１０２）は、前肩部（１０８）及び後肩部（１１２）間の刻み目線（１０６）によって画定され、前記下部反力板（６０）は前方縁（１１６）を有し、前記方法は、該前方縁（１１６）が、前記保持するステップにおいて、前記前肩部（１０８）及び前記後肩部（１１２）間に位置決めされて、荷重点（１３０）を画定することをさらに特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記溝（１０２）は、前肩部（１０８）及び後肩部（１１２）間の刻み目線（１０６）によって画定され、前記下部反力板（６０）は前方縁（１１６）を有し、前記方法は、該前方縁（１１６）が、前記保持するステップにおいて、前記下部反力板（６０）に隣接して位置付けられて、荷重点（１４０）を画定することをさらに特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記上部反力板（５８）は前方隅部（１２２）及び前方縁（１２４）間に延びる緩衝セクション（１２０）を有し、前記方法は、前記前方隅部（１２２）が前記溝（１０２、１０４）から離れて位置付けられることをさらに特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
破断面（１５２）の尖った点（１５４）を少なくするように前記チャージ（１５０）の該破断面（１５２）を仕上げるステップをさらに特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記仕上げるステップは、前記破断面（１５２）をニードルピーニングすることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記インゴット（１００）の前記チャージ部分（１１０）は、前記押圧するステップ中に遠位端（７）が押圧される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記チャージ部分（１１０）の長さを求めるステップをさらに特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記チャージ部分（１１０）の長さを求めるステップは、所望の前記チャージ（１５０）の所定重量を入力すること、２つ以上の点において前記インゴット（１００）を秤量して、該インゴット（１００）の長さにわたる密度を確定すること、及び前記所定重量の前記チャージ（１５０）となるのに必要な前記チャージ部分（１１０）の長さを計算することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
超合金材料の円柱状インゴット（１００）からチャージ（１５０）を形成する装置であって、
前記インゴット（１００）に円周方向の切り溝（１０２、１０４）を作る刻みステーション（１４）と、
前記インゴット（１００）のチャージ部分（１１０）を前記切り溝（１０２、１０４）で破断して前記チャージ（１５０）を形成する、破断ステーション（１６）と、
を特徴とする、装置。
【請求項１１】
前記チャージ部分（１１０）の長さを計算する秤量アセンブリ（２４）をさらに特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記刻みステーション（１４）は旋盤である、請求項１０又は１１に記載の装置。
【請求項１３】
３５度〜９０度の角度を有する切り溝（１０２、１０４）を形成することができる切断工具（４２、４８）をさらに特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記破断ステーション（１６）は、上部反力板（５８）及び下部反力板（６０）であって、前記インゴット（１００）が妨げられずに該支持アセンブリ（５７）を通って移動できる開位置から、前記インゴットが該上部反力板（５８）及び該下部反力板（６０）間で保持される閉位置まで互いに対して移動可能である上部反力板（５８）及び下部反力板（６０）を含む、支持アセンブリ（５７）を備える、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記上部反力板（５８）は、前方隅部（１２２）及び前方縁（１２４）間に延びる緩衝セクション（１２０）を有し、それによって、前記前方隅部（１２２）は前記閉位置において前記溝（１０２、１０４）から離れて位置付けられる、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記溝（１０２）は、前肩部（１０８）及び後肩部（１１２）間の刻み目線（１０６）によって画定され、前記下部反力板（６０）は前方縁（１１６）を有し、それによって、該前方縁（１１６）は、前記閉位置において前記前肩部（１０８）及び前記後肩部（１１２）間に位置し、荷重点（１３０）を画定する、請求項１４又は１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記溝（１０２）は、前肩部（１０８）及び後肩部（１１２）間の刻み目線（１０６）によって画定され、前記下部反力板（６０）は前方縁（１１６）を有し、それによって、前記前肩部（１０８）は、前記閉位置において、前記下部反力板（６０）に隣接して位置し、荷重点（１４０）を画定する、請求項１４又は１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記上部反力板（５８）及び前記下部反力板（６０）のうちの少なくとも一方は湾曲している、請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記湾曲の半径は前記インゴット（１００）の半径よりも大きい、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記破断ステーション（１６）は、前記チャージ部分（１１０）を押圧するラム破断パッド（６８）を備える、請求項１０〜１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
前記ラム破断パッド（６８）は、前記インゴット（１００）の前記遠位端（７０）と接触するように該インゴット（１００）に対して所定の角度に設置される広角溝面（１４０）を有する、請求項２０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、後の処理のために、インゴットを破断して個々のチャージにする方法に関する。別の態様では、本発明は、インゴットに刻み目と付けると共にプレスを用いてインゴットを破断することによってインゴットを別個のチャージに破断する装置に関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本願は、２００６年２月２０日に出願された米国仮特許出願第６０／７４３，３２２号（その全体が本明細書に援用される）の利益を主張する。
【背景技術】
【０００３】
チタン、ニッケル及びコバルトの超合金を含む金属は一般的に、保管又は輸送のためにインゴットとして形成され、後に、通常はインゴット又はインゴットの一部を溶融及び鋳造することによって所望の部品を形成するのに使用される。インゴットは、材料の溶融質量を直立の円筒形金型（ここで材料が冷却される）に流し込むことを含む真空融解プロセス又は空気融解プロセスを用いて形成され得る。材料が金型内で冷却すると、重力によって密度勾配が形成され、この場合、インゴットは金型の底面付近でより密度が高く、上部付近では密度が低い。さらに、金型内で材料が不均一に冷却されることによって、一般的に「パイプ」と呼ばれる窪みが金型の上部に形成される。したがって、インゴットは多くの場合、組成又は構造が均一ではなく、また、複数のインゴットは互いに関して均一ではない。
【０００４】
超合金は通常、例えばタービンブレード及び外科的インプラント等の、航空宇宙産業及び医療産業における精密部品を形成することに使用される。通常の例示的な超合金は、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、Ｍａｒ（登録商標）及びＲｅｎｅ（登録商標）等の登録商標を有する。インゴットは通常、工場から、直径が２インチ〜２０インチ（約５．０８ｃｍ〜約５０．８ｃｍ）の範囲、長さが最高４フィート（約１．２１９ｍ）又はそれ以上のインゴットとして提供される。所望の部品に特定量の材料が必要である場合、一般的にはチャージと呼ばれるインゴットの一部分を、その後の処理のためにインゴットから分離する。チャージの長さは、必要な材料の重量によって決まる。超合金は非常に密度が高く、多くの場合１立方インチ当たり約０．３ポンド（約８．３０ｇ／ｃｍ３）の密度を有する。
【０００５】
研磨ブレード又は鋸を使用してインゴットからチャージを切り出すことによってインゴットからチャージを形成することが知られている。この方法の変形形態では、研磨ブレードが所望のチャージ長さでインゴットの片側に切り欠きを入れ、次いでインゴットにプレスを加えてその切り欠き部においてインゴットを破断する。しかし、研磨ブレードの使用は２つの理由から望ましくないことが分かっている。第１に、ブレードが、ブレードの厚さと等しい切り溝をインゴットに形成し、切り溝から出た材料は失われる。超合金材料のインゴットは非常に高価であり、切り溝に対する材料損失の累積コストは高い。第２に、特にチャージがパイプを有するインゴットの端から形成される場合に、切断又は切り欠き中の研磨ブレードからの汚染物がチャージ内にとどまる可能性がある。これらの汚染物はチャージの品質、したがって、このチャージから形成される最終部品の品質に悪影響を及ぼす可能性がある。インゴットの片側に切り欠きを入れることから生じる別の問題は、結果として生じる破断がインゴットの不確かな経路を辿ることである。したがって、チャージのサイズが、その後の処理に所望されるよりも大きいか又は小さくなる可能性がある。サイズが大きい場合、材料を除去しなければならず、さらなる廃棄につながる。サイズが小さい場合、補足のチャージを形成しなくてはならず、廃棄が多くならないとしても処理時間がよりかかることになる。
【０００６】
インゴットからチャージを形成する別の既知の方法は、アンビル上でインゴットを破断することを含み、この場合、インゴットは、所望のチャージ長さでアンビルの尖った点に接触するように位置付けられる。尖った点は、インゴットをプレスによって破断する支点として働く。インゴットからチャージを形成するさらに別の方法は、シェブロン（chevron）を使用して所望のチャージ長さでインゴットに切り欠きを入れ、次いでインゴットの端に衝撃を加えて切り欠き部においてチャージを破断することを含む。これらの両方の方法は、チャージの不確かな破断経路により、結果として所望の部品に必要とされるよりも多いか又は少ない材料を有するチャージをもたらすという問題を有する。材料が多すぎる場合、余分な材料は通常、切削作業を用いて破断縁から除去されなければならず、結果として材料の損失及び汚染の危険性の増加につながる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
インゴットあたりの使用可能な材料の量を最大限にし、且つ材料の汚染の可能性を低減する、チャージを形成する効果的な装置及び方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
インゴットに刻み目を付けると共にインゴットを破断してチャージにする装置が提供される。本発明によると、装置は、刻みステーション及び破断ステーションを備える。刻みステーションは、所望のチャージ長さでインゴットに円周方向の切り溝を作る刻みアセンブリを有する。破断ステーションは、インゴットを切り溝で破断してチャージを形成する液圧プレスを有する。装置は、当該装置を自動的に制御する制御システムをさらに含み得る。インゴットは、上部反力板及び下部反力板間のプレスに配置され、この場合、下部反力板上に部分的又は完全に切り溝がある。
【０００９】
本発明の別の態様によると、インゴットに刻み目を付けると共にインゴットを破断してチャージにする方法が提供される。インゴットは、インゴットの長さに沿って少なくとも２つの点で秤量される。インゴットの密度が計算され、材料の所与の重量に必要な所望のチャージ長さを求めるために使用される。次いで、所望のチャージ長さでインゴットに円周方向に刻み目が付けられる。最後に、刻み目でインゴットからチャージが破断される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明による、インゴット１００に刻み目を付けると共にインゴット１００を破断してチャージ１０２にする装置１０を示す。装置１０は、好ましくは適切なコンピュータ化された制御システム（図示せず）を用いて同期して動作する、刻みステーション１２及び破断ステーション１４を備える。装置１０は、インゴット１００を刻みステーション１２に供給する装填ステーション１６、及び破断ステーション１４から出るチャージを搬送する移送ステーション１８も含み得る。移送ステーション１８は、以下で説明するように任意の仕上げステーション（図示せず）までチャージを搬送することができる。
【００１１】
装填ステーション１６は、インゴット１００の供給品（supply）を保持すると共にインゴットを刻みステーション１２に送るラック２２を支持するベース２０を備える。装填ステーション１６は、秤量アセンブリ２４をさらに備える。秤量アセンブリ２４は、インゴットの両端を秤量するように位置付けられる１対の秤を有する。（好ましくはデジタル形態の）秤量情報が、インゴットの密度を計算するために制御システムに送信され、この計算値を用いて、所与の材料重量に必要なチャージの長さを求める。チャージあたり必要な材料重量を、制御システムに入力することができる。密度及び必要重量が与えられれば、制御システムは、必要重量を満たすのに必要なチャージの長さを計算することができる。秤量アセンブリ２４は、装填ステーション１６の一部として図示されているが、代替的には刻みステーション１２の一部であってもよく、又は別個のステーションの一部であってもよい。
【００１２】
加えて図２を参照すると、刻みステーション１２は主に、インゴット及びインゴットに刻み目を付ける刻みアセンブリ２８をしっかりと保持する保持アセンブリ２６を含む旋盤である。コンベヤ３０が、秤量アセンブリ２４から保持アセンブリ２６を通って、さらに刻みアセンブリ２８を通ってインゴットを移送する。コンベヤ３０は、保持アセンブリ２６及び／又は刻みアセンブリ２８も支持することができるベース３２上に支持されている。コンベヤ３０は好ましくは、インゴットをローラ３４にわたって前進させる移動可能な押しアーム３６を有する一連のリニアローラ３４である。コンベヤ３０は、異なる直径のインゴットに対応するように垂直方向に移動可能であり得る。装置１０と共に用いるインゴット直径の好ましい範囲は、２インチ（約５．０８ｃｍ）から任意の実用上限である。
【００１３】
保持アセンブリ２６はチャック３８を備え、このチャック３８は、インゴット１００が妨げられずに刻みステーション１２を移動することができる開位置と、インゴットが当該チャック３８内でクランプされる閉位置との間で移動可能である。チャック３８は、３６０度移動にわたって十分に回転可能であり、給電されて、クランプしているインゴットを回転させる。刻みアセンブリ２８は、切断工具４２を有する工具ホルダ及びドライバ４０を備える。工具ホルダ及びドライバ４０は、切断工具４２がインゴットと接触していない係脱位置と、切断工具４２がインゴットの表面と接触している係合位置との間で移動可能である。工具ホルダ及びドライバ４０が、インゴット１００がチャック３８と共に回転するにつれ係合位置へ移動すると、切断工具４２は、所定の溝深さになるまでインゴットに溝１０２を付ける。溝深さは、溝を切るときにインゴットからの材料損失を低減するように最適化される。溝深さの好ましい範囲は、インゴットの直径に拘わらず０．０６インチ〜０．５００インチ（約１．５２４ｍｍ〜約１．２７ｃｍ）である。溝深さは、装置１０の制御システムに予めプログラミングすることができる。チャック３８が回転するにつれ、インゴットから除去された材料が高温となり酸化し、直後の再利用には不適当なものとなる。例えば作業空間内の酸素を排除するように不活性ガスを流出させ続けることにより切断領域に酸素がなくなる場合、除去された材料は、汚染されていないチップの形態で剥がれ落ち、そのため、後の使用のために回収されて容易に再利用することができる。
【００１４】
工具ホルダ及びドライバ４０と共に用いるのに適切な切断工具４２が図３Ａ及び図３Ｂに示されている。切断工具４２は、４つの直線の辺４４と、インゴットに刻み目を付けるための４つの切断用頂点４６とを有するダイアモンド型であることが好ましい。角度αは、同じ角度の溝が生じるように好ましくは５５度であるが、他の切断角度を使用することも本発明の範囲内である。切断角度αは、好ましくは３５度〜９０度の範囲である。例示的な切断工具４２は、Greenleaf Corp.（Saegertown, PA）から市販されており、炭化ケイ素、繊維強化セラミックス材料から作製される。切断工具４２によって作られた切り溝１０２は、図３Ｃにおいて見ることができる。
【００１５】
別の適切な切断工具４８が、図４Ａ及び図４Ｂに示されており、この工具は、４つの凹状辺５０及び４つの切断用頂点５２を有するダイアモンド型である。辺５０の凹状形状が、インゴットに湾曲しているか又は面取りされた溝を形成する。切断工具４８によって作られた切り溝１０４は、図４Ｃにおいて見ることができる。切断工具４８によって刻み目を付けられたインゴットを破断すると、結果として生じるチャージは、それに従って形成されるチャージを溶融するのに使用される特定の方法に望ましいフィレット縁（filleted edge）を有する破断端を有する。切断工具４２、４８の各縁４６、５２は、切れが鈍くなる前に約１０〜１２回切断することができ、各切断工具を使用して最大４０個〜４８個の刻み目を付けることができることが確認されている。チャックの回転速度並びに工具ホルダ及びドライバ４０の移動速度は、インゴットに完全に刻み目を付けることを短時間で完了することができるようなものである。
【００１６】
制御システムは通常、所望のチャージ長さで切り溝１０２、１０４を作るように工具ホルダ及びドライバ４０の下の適正な位置へインゴット１００を前進させる。位置検出器（図示せず）を、刻みステーション１２上に、インゴット１００が適正に位置付けられたときを検出するように制御システムと連絡して設けることもできる。インゴット１００が工具ホルダ及びドライバ４０の下の適正な位置にある場合、チャック３８が閉位置へ移動し、刻みアセンブリ２８が係合位置へ移動して、切り溝１０２、１０４を作る。切り溝が作られると、インゴットは、（別のチャージが作製される）所望のチャージ長さで次の切り溝を作るために工具ホルダ及びドライバ４０の下の適正な位置へ前進する。このサイクルは、インゴット全体が複数のチャージのための刻み目が付けられるまで続く。
【００１７】
刻み作業が完了すると、インゴット１００は破断ステーション１４へ前進する。ここで図５を参照すると、破断ステーション１４は、インゴット１００を破断してチャージにする液圧プレス５６を支持するフレーム構造５４と、チャージが破断されている間、インゴットを保持する支持アセンブリ５７とを備える。支持アセンブリ５７は、上部反力板５８及び下部反力板６０を備え、これらは、インゴット１００が妨げられずに支持アセンブリを移動することができる開位置から、インゴットが当該上部反力板５８及び当該下部反力板６０間で保持される閉位置まで互いに対して移動可能である。上部反力板５８及び下部反力板６０は、フレーム構造５４上に支持される液圧アセンブリ６２によって移動する。上部反力板５８及び下部反力板６０は制御システムによって制御され、インゴット１００は、後述するように、インゴットからチャージを破断する液圧プレス５６の下の適正な位置へ制御システムによって前進される。これは、制御システムは、形成されるチャージの必要な長さを既に計算しているためである。同様に、制御システムは、切り溝１０２、１０４が適正な位置へ到達するときを判断する、フレーム構造５４上の刻み目検出器（図示せず）と連絡することができる。刻み目検出器は、インゴット１００の切り溝１０２、１０４がレーザビームを通過するときを検出するセンサであり得る。
【００１８】
液圧プレス５６は、ラム６６を垂直移動させるように動作させる液圧アセンブリ６４を備える。好ましくは、ラム６６は、最大直径のインゴットを破壊するのに十分な力で動作する。垂直方向下方へ移動すると、ラム６６の端の破断パッド６８が、切り溝１０２、１０４から離れた、インゴット１００の遠位端７０に接触するように位置付けられる。チャージになるように破断されるインゴット１００の遠位端７０（すなわちインゴットのクランプされていない端）は、移動可能なチャージ支持体７８上に位置付けられる。チャージ支持体７８はインゴットから破断された後のチャージを受け取り、次いで破断ステーション１４からチャージを排出するように液圧シリンダ８０によって移動される。チャージは、切り欠きステーション１２のコンベヤ３０と同様のコンベヤ、又は破断ステーション１４を出るチャージを搬送する他の適切な手段を備え得る、搬送ステーション１８に排出され得る。
【００１９】
ここで図６〜図９を参照すると、破断作業中のインゴットの１つの可能な位置付けについての詳細が示される。ここでは、インゴット１００は、溝の基部（base）の刻み目線１０６と、インゴットのチャージ部分１１０（すなわち、チャージになるインゴットのその部分）の前肩部１０８と、前肩部から刻み目線の反対側にある後肩部１１２とを有する。下部反力板６０は、インゴット１００の半径よりも大きな半径で湾曲している（図７を参照）。下部反力板６０は、前方縁１１６で終端する上面１１４を有する。上部反力板５８も、インゴット１００の半径よりも大きな半径で湾曲している。上部反力板５８は、接触表面１１８と、接触表面の前方隅部１２２から上部反力板の前方縁１２４まで面取りされている緩衝セクション１２０を有する。インゴット１００は、適正に配置されると、上部反力板５８及び下部反力板６０間の、当該両板の凹状の湾曲内に位置付けられ、反力板５８及び６０間の接触点１２６、１２８とインゴット１００が互いに直接対向するように反力板５８及び６０間に固定して保持される。反力板５８、６０の湾曲は、接触点１２６、１２８の対向する位置を確実にするのを助ける。同様に、反力板５８、６０の半径が大きいほど、インゴット１００が反力板の半径よりも小さいのであれば、任意の半径のインゴット１００に対して使用できる。一方又は両方の反力板が湾曲していてもよい。同様に、接触点１２６、１２８が互いに対向するように反力板を正確に位置付けることができる限り、いずれも湾曲していなくてもよい。
【００２０】
図６を再び参照すると、本実施形態のインゴット１００は、下部反力板６０の前方縁１１６が切り溝１０２の前肩部１０８及び後肩部１１２間に位置するように位置付けられる。下部反力板６０の上面１１４は、下部接触点１２６においてインゴット１００と当接する（bears against）。後肩部１１２は、荷重点１３０となる上面１１４上に位置付けられることは明らかであろう。上部反力板５８は、緩衝セクション１２０が後肩部１１２上に延びるように位置付けられ、接触表面１１８の前方隅部１２２が荷重点１３０よりも後ろ、すなわち荷重点１３０よりも後肩部１１２からさらに遠ざかるように配置される。ラム破断パッド６８は、インゴット１００の遠位端７０に荷重Ｌを加えるように位置付けられる。荷重点１３０は、荷重力Ｌがモーメントを生成する支点となる。荷重Ｌが加えられると、緩衝セクション１２０における反力が、切り溝１０２の後肩部１１２における歪をさらに低減する。この位置付けは、より延性のないインゴット１００にとって好ましいようであることが分かった。
【００２１】
ここで図８及び図９をより詳しく見ると、破断パッド６８は、インゴット１００に対して角度βに設置される広角溝付き面１４０を有することが分かる。この広角溝付き面１４０は、インゴット１００の直径に拘わらずインゴット１００の上部と接触するような寸法である。角度βは、破断パッド６８がインゴット１００と遠位端７０でのみ接触できるように選択される。チャージ支持体７８は、インゴット１００の下に、インゴットを形成する材料のタイプに応じて変わる距離Ｄだけインゴットからわずかに離間して配置される。距離Ｄは、より延性のある材料の場合は大きく、より延性のない材料の場合は小さい。ここで図１０も参照すると、インゴット１００の遠位端７０に対するラム破断パッド６８の持続的な下向きの移動によって荷重Ｌが増し、荷重点１３０を中心にモーメントを迅速に増加させる。このモーメントがインゴット１００の強度を上回ると、応力破壊が生じて多かれ少なかれ刻み目線１０６に沿って伝搬し、破断面１５２においてチャージ１５０をインゴット１００の残りから分離する。チャージは、その後の処理のために重力によってチャージ支持体７８へ落下する。
【００２２】
破断が生じると、大きい反力荷重によって荷重点１３０から下部反力板６０へ大きい衝撃が伝わる。したがって、反力板５８、６０、特に下部反力板６０は、脆性ではない圧力耐性、衝撃耐性の頑丈な材料から作製されることが好ましい。例示的な材料は、少なくとも５４〜５６のロックウェルＣ硬さを有するＳ−７鋼である。
【００２３】
多くの場合、チャージ１５０の破断面１５２は、尖った点１５４を有する粗いものである。破断面１５２上の尖った点１５４に関連する潜在的な問題は、チャージが後にるつぼに落下すると、尖った点がるつぼの表面と相互作用して、チャージを汚染し、最終製品の純度を落とす可能性があるという点である。したがって、チャージ１５０が破断ステーション１４から出た後に仕上げ作業を任意選択的に行なって、破断面１５２から尖った点を除去することができる。移送ステーション１８は、チャージ１５０を仕上げステーションへ搬送することができる。仕上げステーションは、チャージの破断面１５２からいかなる尖った点も除去するか又はそうでなければ鈍くする、任意所望の仕上げプロセス用の装置を備え得る。１つの適切な仕上げプロセスは、ニードルガンからのニードルピーニングであり、この場合、一群の鋼又はステンレス鋼のニードルがチャージ１５０の破断面１５２に繰り返し衝撃を加え、いかなる尖った点も鈍らせる。適切な仕上げプロセスは、破断面の汚染の可能性を回避するのが好ましい。
【００２４】
ここで図１２〜図１４を参照すると、インゴット１００を本発明に従って破断するように位置付ける別の実施形態を見ることができる。本実施形態は、延性がより高いインゴットに好ましいようであることが分かっている。同様の構成要素は、図６〜図１１に示す実施形態と同様の符号を有する。ここで、本実施形態のインゴット１００は、下部反力板６０の前方縁１１６が、切り溝１０２の前肩部１０８及び後肩部１２２の両方を越えて位置するように位置付けられる。換言すると、切り溝１０２は、完全に下部反力板６０上に位置付けられる。下部反力板６０の上面１１４は、下部接触点１２６においてインゴット１００と当接する。下部反力板６０の前方縁１１６は、荷重点１４０となるチャージ部分１１０に隣接して位置付けられることは明らかであろう。荷重点１４０及び前肩部１０８間の通常の距離ｄは約７／８インチ（約２．２２ｃｍ）であるが、許容可能な範囲はゼロをわずかに上回り、約１インチ（約２．５４ｃｍ）までのどこかであり得る。上部反力板５８は、緩衝セクション１２０が後肩部１１２を越えて延びるように位置付けられ、接触表面１１８の前方隅部１２２が荷重点１４０よりも後ろに、好ましくは切り溝１０２の他方の側に配置される。荷重Ｌが加わると、緩衝セクション１２０における反力が荷重点１４０における歪をさらに低減する。ラム破断パッド６８は、インゴット１００の遠位端７０に荷重Ｌを加えるように位置付けられる。
【００２５】
荷重点１４０は、荷重Ｌがモーメントを生成する支点となる。図１３は、荷重Ｌを生成するラム破断パッド６８とチャージ支持体７８の位置付けとを示し、図１４は破断後の種々の構成要素の位置を示す。この位置付けは、延性がより高いインゴット１００にとって好ましいようであることが分かっている。
【００２６】
インゴット１００を形成する材料の延性は、チャージ部分１１０のどこに荷重力Ｌが加えられるかも決める。延性がより低いことは、荷重力Ｌがこれまでに示したように加えられること、すなわちインゴット１００の遠位端７０に加えられることを示唆する。しかし、延性の高い材料は、荷重力Ｌが遠位端７０の内側に加えられることを必要とし得る。図１５は、荷重力Ｌの位置決めの調整を可能にする一実施形態を示す。移動可能なラム破断パッド１６０が、横方向、インゴット１００の長手方向軸に対して平行に移動するように、すなわち線Ａ−Ａに沿って移動するように液圧プレス５６に配置される。このように、制御システムは、ラム破断パッド１６０を、チャージ部分の上面と接触するようにどこにでも配置することができる。
【００２７】
本発明に従ってインゴットに刻み目を付けると共にインゴットを個々のチャージに破断する方法は、インゴットの外周に浅い溝を付け、次いでインゴットをこの刻み目線で破断することを含むことが分かる。この方法は装置１０を用いて達成することができる。１つ又は複数のインゴット１００がラック２２上に配置される。最前方のインゴットが秤量ステーション２４へ前進される。所望重量の材料の適当なチャージ長さが、秤量ステーション２４によって提供される情報から制御システムによって計算される。秤量ステーション２４はインゴットの長さに沿って２つ以上の点に位置付けられる秤を有するため、異なる点における材料の密度を考慮することができる。したがって、単一のインゴット１００を、不均一な長さであるがそれぞれ同じ重量を有するチャージに分割することができる。次いで、インゴット１００をコンベヤ３０へ移送し、このコンベヤ３０がインゴットを刻みステーション１２へ前進させる。インゴット１００が、最初のチャージ用に刻み目を作るように刻みアセンブリ２８内に正しく位置付けられると、チャック３８が閉位置へ移動する。刻みアセンブリ２８は次いで、切断工具４２がインゴットの表面と接触して所定の溝深さで最初の切り溝１０２を作る係合位置へ移動する。次に、チャック３８が３６０度回転して、切り溝をインゴットの周りに円周方向に延ばす。次いで、切断工具４２がインゴットから離れて係脱位置へ移動し、チャック３８が開く。インゴット１００は次に、所望のチャージ長さと等しい長さを前進し、その時点でチャック３８が閉じ、第２の切り溝１０２が作られる。これは、インゴット１００全体に刻み目が付けられてインゴットから破断されるチャージを画定するまで続く。次いで、インゴット１００はコンベヤ３０によって破断アセンブリ１４へ前進される。検出器が、インゴットの刻み目線１０６がインゴットから第１のチャージを破断する液圧プレス５６の下の適正な位置へ到達するときを確定する。インゴット１００が液圧プレス５６に対して適正な位置にある場合、クランプ５８、６０が閉位置に移動する。次いで、液圧プレス５６が作動されることによって、ラム破断パッド６８がインゴット１００の遠位端７０に当接してチャージ１５０を破断する。チャージ１５０はチャージ支持体７８によって受け取られ、このチャージ支持体７８が移動して、チャージを破断ステーション１４から排出させる。インゴット１００はクランプ５８、６０から解放され、次の刻み目線１０６が液圧プレス５６の下に正しく位置付けられるように前進される。このサイクルは、インゴット１００全体がチャージ１５０になるように破断されるまで続く。チャージ１５０は任意選択的に、破断アセンブリ１４を出ると、チャージ１５０の破断面１５２のいかなる尖った点も滑らかにするように仕上げステーションに移送され得る。
【００２８】
本発明による方法及び装置は従来技術の方法及び装置に勝るいくつかの利点を提供する。まず、インゴットからチャージを形成する間の材料損失が最小限にされる。溝深さが最適化されて、切り溝を切るときにインゴットから切り出される材料の量を最小限にする。さらに、インゴットに刻み目を付けるために旋盤が使用されるため、インゴットから切り出される材料がチップとして剥がれ落ち、そのため、後の使用のために回収されて再利用されることができる。同様に、チャージの汚染の危険性が低減する。浅い溝を作るために、炭化ケイ素、繊維強化セラミックス等の硬質材料から作製される切断工具を使用することによって、切断工具からの粒子がほとんどインゴットに移らない。さらに、本装置は極めて効率的である。装置は完全に自動化されており、したがって時間及び作業コストを節減する。装置は、異なる直径のインゴットに対処するように調整可能である。
【００２９】
本発明を、本発明の或る特定の実施形態に関連して具体的に説明したが、これは例示であり限定するものではなく、添付の特許請求の範囲は従来技術が許す限り広範に構成されるべきであることを理解されたい。例えば、ラム破断パッド６８は溝付きであること又は角度付きであることは必要ではないが、チャージ部分１１０のどこかと接触するように位置付けることができる。しかし、ラム破断パッドが、切り溝１２０、１０４からさらに離れてチャージ部分１１０と接触するほど、荷重点１３０を中心とするモーメントは大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による装置の斜視図である。
【図２】図１による装置の刻みステーションの上面図である。
【図３ａ】図２による刻みステーションと共に用いる切断工具インサートの第１の実施形態の上面図である。
【図３ｂ】図３ａに示す切断工具インサートの側面図である。
【図３ｃ】図３ａ及び図３ｂの工具によって形成される切り溝を有するインゴットの側面図である。
【図４ａ】図２による刻みステーションと共に用いる切断工具インサートの第２の実施形態の上面図である。
【図４ｂ】図４ａに示す切断工具インサートの側面図である。
【図４ｃ】図４ａ及び図４ｂの工具によって形成される切り溝を有するインゴットの側面図である。
【図５】図１による装置の破断ステーションの正面図である。
【図６】インゴットを破断するためのインゴットの位置付けを示す、図１の装置の破断ステーションの一部の断面図である。
【図７】図６の線７−７に沿った端面図である。
【図８】さらなる構成要素を有する図６の一部の断面図である。
【図９】図８の線９−９に沿った端面図である。
【図１０】チャージがインゴットから破断された直後の図８の図である。
【図１１】仕上げ前のチャージの側面図である。
【図１２】インゴットを破断するためのインゴットの代替的な位置付けを示す、図１の装置の破断ステーションの一部の断面図である。
【図１３】さらなる構成要素を有する図１２の一部の断面図である。
【図１４】チャージがインゴットから破断された直後の図１３の図である。
【図１５】代替的なラム構造を示す図１の装置の破断ステーションの一部の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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