(57)【要約】【課題】屈曲部を有するトンネル状通路に被加工金属材料を押出して通過させ、被加工金属材料の結晶粒を微細化するための金型の耐久性の向上を図る。【解決する手段】トンネル状押出し通路１１の屈曲部２４から入口２５までの間は、超硬合金上に形成されている。被加工金属材料を押出し通路１１に突き込んだ際に、該通路の屈曲部２４で大きな抵抗を受けて押出し通路の入口２５側で膨らみ、通路壁面と大きな摩擦抵抗を生じても、該通路は、超硬合金上に形成されているため、通路壁面が肌荒れすることはなく、被加工金属材料６の突き込みをスムーズに行なうことができ、又、金型の耐久性を向上できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口側真直通路と出口側真直通路とが屈曲部で連続しているトンネル状押出し通路を有す金型の該通路に被加工金属材料を押し出して通過させ、該金属材料に強剪断ひずみを課すことによって該金属材料の結晶粒を微細化するための金型において、トンネル状押出し通路の屈曲部を含み、該屈曲部から入口までの間は、超硬部材上に形成されている結晶粒微細化用金型。
【請求項２】
金型（１）は２つ割り構造であって、両型半体（２）（２ａ）の突合せ面には、押出し通路（１１）の軸心を含む面で該通路（１１）を２分する溝（２１）（２１ａ）が形成されている請求項１に記載の結晶粒微細化用金型。
【請求項３】
夫々型半体（２）（２ａ）の対向面に埋設された超硬ブロックに、溝（２１）（２１ａ）の屈曲部（２４）（２４ａ）を含み、該屈曲部（２４）（２４ａ）から被加工金属材料の押出し入口側までが開設されている請求項２に記載の結晶微細化用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、型内の屈曲通路に被加工金属材料を押出して通過させ、強い剪断ひずみを課すことにより該被加工金属材料の結晶粒を微細化するための金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超塑性出現の重要な条件の一つとして結晶粒微細化が挙げられる。結晶粒微細化には、いくつかの方法があるがその１つに、ＥＣＡＰ（Ｅｑｕａｌ−Ｃｈａｎｎｅｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法と呼ばれる方法がある。これは、入口と出口との間が１カ所で屈曲したトンネル状押出し通路に、被加工金属材料を圧入して繰り返し通過させ、該金属材料に大量の剪断ひずみを課すものである。
【０００３】
出願人は以前、図９に示す、上記屈曲部（２４）を有するトンネル状押し通路（１１）を形成した金型（１）を提案した（特許文献１）。
これは、２つ割構造の金型（１）の、両型半体（２）（２ａ）の突合せ面に、押出し通路（１１）の軸心を含む面で該通路を２分する溝（２１）（２１ａ）を形成したものである。大きな負荷が掛かる溝の屈曲部（２４）（２４ａ）は、型半体（２）（２ａ）に埋設した短い円柱状の超硬合金ブロック（４０）上に形成されている。
押出し通路（１１）の屈曲部（２４）から入口（２５）側は、被加工金属材料の経よりも僅か大きく、押出し通路（１１）の屈曲部（２４）の終端側は、被加工金属材料の経よりも僅か小さく、該終端から出口（２５）の間は、該金属材料の経よりも僅か大である。
【０００４】
図８に示す円柱体の被加工金属材料（６）を複数個準備しておき、１つの被加工金属材料（６）を押出し通路（１１）の入口（２５）から挿入する。プレス機によって、該金属材料（６）を順次押出し通路（１１）に突き込む。
被加工金属材料（６）は押出し通路（１１）の屈曲部（２４）で無理に曲げられると共に、屈曲部（２４）の小径側終端側を通過することにより絞られ、出口（２６）から排出される。
排出された被加工金属材料（６）を、再び押出し通路（１１）の入口（２５）から突き込む。
【０００５】
上記の如く、被加工金属材料（６）は、金型（１）の屈曲した押出し通路（１１）を通過して押し出されることによる、無理な曲げ力と絞り力が加わえられる。これによって、被加工金属材料（６）に大きな剪断ひずみが課せられ、結晶粒が微細化される。
１つの被加工金属材料（６）について８回程度押出し通路（１１）を通過させると、所望の程度まで結晶粒を微細化できた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
押出し通路（１１）の入口（２５）から屈曲部（２４）に至るまでの真直部は、被加工金属材料（６）の直径よりも大きいため、通路壁面に大きな負荷は掛からないと考えたが、実際は、短時間で該通路壁面に肌荒れが生じて、該金属材料（６）のスムーズな突込みが出来なくなることが分かった。これは、被加工金属材料（６）が、押出し通路（１１）の屈曲部（２４）で大きな抵抗を受けて、該屈曲部（２４）から入口側で膨らみ、通路壁面と大きな摩擦抵抗を生じるためである。
又、押出し通路（１１）の屈曲部（２４）は、短い円柱状の超硬合金ブロック（４０）に開設されているため、該超硬合金ブロック（４０）を型半体（２）（２ａ）の穴（２０ｂ）に圧入する際、超硬ブロック（４０）が回転して、超硬ブロック（４０）上の溝と、型半体（２）（２ａ）上の溝の位置がずれる虞れがある。
本発明は、上記問題を解決できる被加工金属材料の結晶粒を微細化するための金型を明らかにするものである。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３０３２７６２号公報
【０００８】
【課題を解決する手段】
本発明の金型は、入口側真直通路と出口側真直通路とが屈曲部で連続しているトンネル状押出し通路（１１）を有す金型（１）の該通路に被加工金属材料を押し出して通過させ、該金属材料に強剪断ひずみを課すことによって該金属材料の結晶粒を微細化するための金型において、トンネル状押出し通路（１１）の屈曲部（２４）を含み、該屈曲部から入口（２５）までの間は、超硬部材上に形成されている。
【０００９】
【作用及び効果】
被加工金属材料（６）を押出し通路（１１）に突き込んだ際に、該通路の屈曲部（２４）で大きな抵抗を受けて軸方向に圧縮力が作用する。これによって該屈曲部（２４）から入口（２５）側で被加工金属材料（６）が膨らんで、通路壁面と大きな摩擦抵抗が生じても、該通路は、超硬部材上に形成されているため、通路壁面が肌荒れすることはなく、被加工金属材料（６）の突き込みをスムーズに行なうことでき、又、金型の耐久性を向上できる。
金型を２つ割構造とし、両型半体（２）（２ａ）に、屈曲部（２４）を含む押出し通路の一部を形成した四角形の超硬ブロック（４）（４ａ）を圧入し、該型半体に押出し通路の他の部分を形成しておけば、超硬ブロックの圧入時に、該ブロックが回転することはなく、ブロック上の溝と型半体の溝がずれることを防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に示す如く、金型（１）は、一対の型半体（２）（２ａ）をボルト締めして構成され、内部に、両端が開口しＬ字状に屈曲したトンネル状押出し通路（１１）を有している。
型半体（２）（２ａ）は、ダイス鋼等、硬質金属で形成されている。
【００１１】
図８は、上記金型（１）の押出し通路（１１）に押し出して通過させる被加工金属材料（６）であり、実施例の被加工金属材料（６）の材質は純銅であり、直径１４ｍｍ、長さ約８０ｍｍの円柱体である。
【００１２】
金型（１）の両型半体（２）（２ａ）の突合せ面には、上記押出し通路（１１）を形成するために対称的にＬ字状に屈曲した溝（２１）（２１ａ）を開設している。
【００１３】
以下の説明では、一方の型半体（２）について説明するが、他方の型半体の共通する部分については、図５、図６に示す如く、数字符号にａを付加して説明に代える。
【００１４】
型半体（２）のＬ字状溝（２１）の両端は、型半体（２）の直交する側面に開口しており、一方が入口（２５）、他方が出口（２６）となっている。
【００１５】
図２、図４に示す如く、Ｌ字状溝（２１）は、入口側真直溝（２２）と出口側真直溝（２３）が直角をなし、型半体（２）の略中央部で両溝（２２）（２３）が屈曲して交差している。
両真直溝（２２）（２３）は、１／２円弧の丸底溝であり、両溝に連続する屈曲部（２４）は、超硬部材上に形成されている。
実施例の超硬部材は直方体のブロック体であり、型半体（２）（２ａ）よりも硬質の材料、具体的には超硬合金にて形成されている。超硬ブロック（４）は型半体（２）に開設した溝状切欠（２０）に圧入されている。
屈曲部（２４）のコーナは、角張らず丸く形成されている。
【００１６】
Ｌ字状溝（２１）の入口（２５）から屈曲部（２４）の始端までの長さは被加工金属材料（６）の長さの２倍程度、溝開口幅Ｘは該金属材料（６）の直径よりも０．１ｍｍ大である。
屈曲部（２４）は屈曲始端から屈曲終端側へ徐々に狭まっており、屈曲終端の溝開口幅Ｙは、被加工金属材料（６）の直径よりも０．０５ｍｍ小さい。
屈曲部（２４）の終端から出口（２６）までの長さは、被加工金属材料（６）の長さとほぼ同じ約８０ｍｍ、溝開口幅Ｚは、該金属材料（６）の直径より０．０５ｍｍ大である。
【００１７】
上記型半体（２）の相手型半体（２ａ）のＬ字状溝（２１ａ）の寸法も同様である。
Ｌ字状溝（２１）（２１ａ）の壁面は、超精密加工により可及的に平滑に仕上げられている。
実施例では、押出し通路（１１）の壁面に、化学蒸着（ＣＶＤ）によるＴｉＣ又はＴｉＣＮの耐焼き付け性の改質層或いは物理蒸着（ＰＶＤ）によるＴｉＮの耐焼き付け性の改質層が形成されている。］
【００１８】
型半体（２）の突合せ面は、入口側直通溝（２２）の全長と超硬ブロック（４）上の溝屈曲部（２４）及び出口側真直溝（２３）の中間部とを包囲する矩形の当り面（２００）と、該当り面（２００）の外側の締め代面（２０１）が形成され、締め代面（２０１）は当り面（２００）より０．０３ｍｍ程度低くなっている。
【００１９】
型半体（２）の突合せ面の外周縁は、入口（２５）と出口（２６）を囲んで設けた面取り不可領域（２０２）以外の部分が面取りされている。
面取り不可領域（２０２）を設けたのは、型半体（２）（２ａ）を突き合わせて締め付けたとき、入口（２５）と出口（２６）に突き合わせ面上の直径線に面取りによる切り込みが生じることを避けるためである。
【００２０】
型半体（２）には、Ｌ字状溝（２１）の屈曲部の幅中心を半径中心とする仮想円上及び、前記当たり面（２００）の入口（２５）の両側に複数の締付用ネジ穴（２７）が開設される。
図５、図６に示す如く、相手型半体（２ａ）には、該ネジ穴（２７）に螺合するボルトを挿通するためのボルト孔（２９）が開設されている。締付ネジ穴（２７）は、前記型半体（２）の締め代面（２０１）上に開設されている。
【００２１】
両型半体（２）（２ａ）には、Ｌ字状溝（２１）（２１ａ）の位置合わせ用ノックピン（図示せず）を打ち込むためのノック穴（２８）（２８ａ）が開設されている。
【００２２】
型半体（２）の４隅には、型半体（２）（２ａ）を分離するためのネジ孔（２０３）が開設されている。該ネジ孔（２０３）にネジを締め込んでネジ先端で相手型半体（２ａ）を押圧して、ノックピンの圧入に抗して型半体（２）（２ａ）を分離できる。
【００２３】
然して、型半体（２）（２ａ）をボルト締めし、対向するＬ字状溝（２１）（２１ａ）によってＬ字状の押出し通路（１１）を形成する。
型半体（２）（２ａ）は、押出し通路（１１）の入口（２５）から屈曲部（２４）を越えて出口（２６）の途中までの間は、当り面（２００）（２００ａ）となり、他の部分は僅か低い締め代面（２０１）（２０１ａ）となっているため、ボルト締めにより、締め代面（２０１）（２０１ａ）間の隙間が縮み、この縮み分だけ当り面（２００）（２００ａ）の密着押圧度は高まり、後記の如く被加工金属材料（６）が押出し通路（１１）を無理に通過する際に押出し通路（１１）が拡がることを効果的に防止できる。
【００２４】
複数の被加工金属材料（６）を準備しておき、１つの被加工金属材料（６）を押出し通路（１１）の入口（２５）から挿入する。
被加工金属材料（６）は、押出し通路（１１）の入口側真直部よりも僅か小さく、該真直部よりも短いため、押出し通路（１１）の屈曲部（２４）に達するまで、真直部に沈み込む。
プレス機に取り付けたパンチ（図示せず）を押出し通路（１１）の入口（２５）から突き込んで、押出し通路（１１）内の被加工金属材料（６）を加圧して押し込む。実施例では３５トン程度の加圧力で加圧した。
【００２５】
被加工金属材料（６）は押出し通路（１１）の屈曲部（２４）で無理に曲げられると共に、屈曲部（２４）の小径側終端を通過することにより絞られる。
屈曲部（２４）の終端から、該終端より０．１ｍｍ大径の出口側真直溝（２３）に移行するとき、直径で０．０２〜０．０３ｍｍ程度膨らむ。
【００２６】
パンチの下死点は、屈曲部（２４）に達する手前に設定されており、パンチが下死点に達すれば、パンチを後退させて、次の被加工金属材料（６）を押出し通路（１１）に挿入し、再びパンチを押出し通路（１１）に突き込む。
押出し通路（１１）に最初に押し込んだ被加工金属材料（６）は、次の被加工金属材料に押されて出口（２６）から臨出する。
【００２７】
このようにして、被加工金属材料（６）をパンチで順次突き込んで、出口（２６）かから被加工金属材料（６）を排出させる。
排出された被加工金属材料（６）を、再び押出し通路（１１）の入口（２５）から投入する。
排出された被加工金属材料は直径が１３．９８ｍｍ程度であり、入口（２５）よりも僅か小径であるため、入口（２５）からの投入に問題はない。
【００２８】
上記の如く、被加工金属材料（６）は、金型（１）の屈曲した押出し通路（１１）を通過して押し出されることによる、無理な曲げ力と絞り力が加わることにより、大きな剪断ひずみが課せられ、結晶粒が微細化される。
１つの被加工金属材料（６）について８回程度押出し通路（１１）を通過させると、所望の程度まで結晶粒を微細化できた。
【００２９】
金型（１）は、押出し通路（１１）の一番力が作用する屈曲部（２４）を含む押出し通路の入口側が、全長に亘って超硬ブロック（４）（４ａ）上に形成されているため、被加工金属材料を押出し通路（１１）に突き込んだ際に、該通路の屈曲部（２４）で大きな抵抗を受けて押出し通路の入口側で膨らみ、通路壁面と大きな摩擦抵抗を生じても、該通路は、超硬ブロック上に形成されているため、通路壁面が肌荒れしたり焼付くことは抑えられ、被加工金属材料（６）の突き込みをスムーズに行なうことでき、又、金型の耐久性を向上できる。
実施例では、押出し通路（１１）に、耐焼付き性の改質層が形成されているため、通路壁面の肌荒れや焼付き防止の効果は一層高まる。
【００３０】
実施例の様に、一対の型半体（２）（２ａ）の突合せ面に、押出し通路（１１）の軸心を含む面で該通路（１１）をその軸心を含む面内で２分した溝（２１）（２１ａ）を開設しておき、両型半体（２）（２ａ）を突き合わせて金型（１）を形成すれば、１つのブロックに途中で屈曲したトンネル状押出し通路を開設することに較べて遙かに容易であり、高い精度で加工できる。
【００３１】
又、型半体（２）（２ａ）は、押出し通路（１１）の押し出し方向に直交する方向で分離するため、被加工金属材料（６）に対する押出し圧力が直接には型半体（２）（２ａ）を分離する方向には作用せず、従って型半体（２）（２ａ）をボルトで締め付けてもボルトを破損することを防止できる。
【００３２】
尚、本発明の実施において、押出し通路（１１）の入口側真直通路（２２）と出口側真直通路（２３）の成す角度は、９０°に限定されることはない。該角度が小さいほど、被加工金属材料（６）に課する剪断ひずみ量は多くなるが、９０°よりも小さくすることは押出し抵抗が大き過ぎて金型（１）の破壊を招来することがある。
【００３３】
又、実施例では、被加工金属材料（６）は円柱体であり、押出し通路（１１）の断面形状も円形としたが、被加工金属材料（６）の角柱体とし、押出し通路（１１）の断面も被加工金属材料（６）の断面に対応させることができる。
【００３４】
又、型半体（２）（２ａ）は、押出し通路（１１）の押出し方向に直交する方向で分離するため、被加工金属材料（６）に対する押出し圧力が直接には型半体（２）（２ａ）を分離する方向には作用せず、従って型半体（２）（２ａ）をボルトで締め付けてもボルトを破損することを防止できる。
又、押出し通路（１１）の一番力が作用する屈曲部は超硬ブロック上に形成されているため、屈曲部の型面の荒れを防止して金型の耐久性を向上できる。
【００３５】
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】金型の分解状態の斜面図である。
【図２】一方の型半体の正面図である。
【図３】同上の断面図である。
【図４】超硬ブロックの斜面図である。
【図５】他方の型半体の正面図である。
【図６】同上の断面図である。
【図７】図２Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
【図８】被加工金属材料の斜面図である。
【図９】出願人が提案した金型の分解斜面図である。
【符号の説明】
（１）    金型
（１１）  押出し通路
（２）    型半体
（２１）  Ｌ字状溝
（２４）  屈曲部
（２５）  入口
（２６）  出口
（４）    超硬ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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