(57)【要約】【課題】煩雑な方法をとることなく、半凝固金属を加圧成形した後、引続き固相率１００％の状態で加圧成形することにより半凝固鋳造法あるいは半凝固鍛造法（半凝固状態で成形するが固体状態での成形ではない）のみでは得られなかった優れた機械的性質ならびに引け巣のない緻密な金属組織を提供することを目的とするものである。【解決手段】金型キャビティ部内に供給された半凝固金属を加圧成形する上下一対の加圧成形用金型であって、成形品の上面もしくは下面の投影面積と略同一の面積を有するとともに、該上金型か下金型の少なくとも一つに縦軸方向に穿設された挿通孔内を上下動する第２金型を備えた。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型キャビティ部内に供給された半凝固金属を加圧成形する上下一対の加圧成形用金型であって、成形品の上面もしくは下面の投影面積と略同一の面積を有するとともに、該上金型か下金型の少なくとも一つに縦軸方向に穿設された挿通孔内を上下動する第２金型を備えたことを特徴とする加圧成形用金型。
【請求項２】
固定配設された該下金型と、該下金型に対して上下動自在な該上金型とを備えた加圧成形用金型であって、該下金型に該第２金型を配設したことを特徴とする請求項１記載の加圧成形用金型。
【請求項３】
固定配設された該下金型と、該下金型に対して上下動自在な該上金型とを備えた加圧成形用金型であって、該上金型に該第２金型を配設したことを特徴とする請求項１記載の加圧成形用金型。
【請求項４】
固定配設された該上金型と、該上金型に対して上下動自在な該下金型とを備えた加圧成形用金型であって、該下金型に該第２金型を配設したことを特徴とする請求項１記載の加圧成形用金型。
【請求項５】
固定配設された該上金型と、該下金型に対して上下動自在な該下金型とを備えた加圧成形用金型であって、該上金型に該第２金型を配設したことを特徴とする請求項１記載の加圧成形用金型。
【請求項６】
該第２金型の略中央部域の縦軸方向に穿設された挿通孔内に上下動可能な局部ピンを配設したことを特徴とする請求項２または請求項４記載の加圧成形用金型。
【請求項７】
該第２金型の略中央部域の縦軸方向に穿設された挿通孔内に上下動可能な局部ピンを配設したことを特徴とする請求項３または請求項５記載の加圧成形用金型。
【請求項８】
該上下金型の金型パーティング面に位置する金型キャビティ部周辺に加熱手段を埋設したことを特徴とする請求項１ないし請求項７記載の鍛造成形用金型。
【請求項９】
該第２金型の凹部表面または該第２金型と同一面を共有する局部ピンの両先端部にセラミック板またはセラミック複合金属板を固着したことを特徴とする請求項１ないし請求項３記載の鍛造成形用金型。
【請求項１０】
接離可能な一対の加圧成形用金型を用いて半凝固金属を成形する半凝固金属の成形方法であって、固相率３０〜７０％の半凝固金属を下金型上に載置した後、該上金型と該下金型を閉じることにより一旦型開閉方向に最終製品よりも厚い肉厚の中間製品に加圧成形し、その後、上金型または下金型を上下方向に移動して予め決められた隙間分だけ両金型間を開き、該上金型、該下金型、該上下金型のいずれか一方に付随した該第２金型、該局部ピンの少なくとも一つ以上を用いて３００℃以上の凝固点未満の温度を呈する該中間製品を加圧圧縮して該上下金型の該隙間に余剰部分を張り出して最終製品を得るようにしたことを特徴とする半凝固金属の成形方法。
【請求項１１】
該上下金型間を開いた後、該中間製品を加圧成形する際に、該上下金型のいずれか一方の金型に付随した該第２金型または該局部ピンの圧縮速度を０．１ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓとしたことを特徴とする請求項１０に記載の半凝固金属の成形方法。
【請求項１２】
該上下金型間を開いた後、該中間製品に引き続き該最終製品を加圧成形する際に、該中間製品の肉厚（Ｈ０）から該最終製品の肉厚（Ｈ１）を差し引いた値を、該中間製品の肉厚（Ｈ０）で除した値の加圧圧縮率を５〜５０％とすることを特徴とする請求項１０に記載の半凝固金属の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧成形用金型とその金型を用いた半凝固金属の成形方法に係わり、特に一方の下金型上に半凝固金属を載置した後、上下金型のいずれか一方を前進移動して両金型を閉じし半凝固金属を加圧圧縮して中間製品とし、次いで前進してきた前記金型を一旦後退移動させて両金型間に隙間を設けた状態とし、次いで両金型の少なくとも一方に設けられた第２金型または局部ピンのみか、または局部ピンあるいは第２金型の配設された側の上下金型のいずれかと一緒に上下動させるか、または上下金型のいずれかが上下動することで、凝固した固相率１００％の該中間製品に対して前記隙間にバリに類似した非製品部分の余剰部分を得るまで加圧成形して最終製品を得るようにした加圧成形用金型とその金型を用いた半凝固金属の成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半凝固金属成形においては、一般的には固液共存状態の半凝固金属を一旦スリーブに移し、しかる後スリーブ内のチップを前進移動させて加圧成形する半溶融・半凝固鋳造法、あるいは下金型に半凝固金属を載置して上金型が下降して加圧成形する半溶融・半凝固鍛造法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した方法のいずれも金属組織は球状の初晶を有するものの鋳造組織であり、固体状態で金属が塑性流動した鍛造組織ではない。このため、鋳造欠陥も少なく、高い機械的性質を示すものの、鍛造材に匹敵する機械的性質を示すものではなかった。特に、鍛造効果が付加されれば再結晶組織の発生により鍛造効果が期待できる７０００系の合金やマグネシウム合金においても、鋳造材の性質しか示さなかったし、さらに半凝固成形では製品厚肉部において、一部に欠陥を残すことがあった。
【０００４】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、煩雑な方法をとることなく、半凝固金属を加圧成形した後、引続き固相率１００％の状態で加圧成形することにより半凝固鋳造法あるいは半凝固鍛造法（半凝固状態で成形するが固体状態での成形ではない）のみでは得られなかった優れた機械的性質ならびに引け巣のない緻密な金属組織を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明に係る第１の発明では、金型キャビティ部内に供給された半凝固金属を加圧成形する上下動可能な一対の加圧成形用金型であって、成形品の上面もしくは下面の投影面積と略同一の面積を有するとともに、該上金型か下金型の少なくとも一つに縦軸方向に穿設された挿通孔内を上下動する第２金型を備えた。
【０００６】
第１の発明を主体とする第２の発明では、固定配設された該下金型と、該下金型に対して上下動自在な該上金型とを備えた加圧成形用金型であって、該下金型に該第２金型を配設した。第１の発明を主体とする第３の発明では、固定配設された該下金型と、該下金型に対して上下動自在な該上金型とを備えた加圧成形用金型であって、該上金型に該第２金型を配設した。
【０００７】
第１の発明を主体とする第４の発明では、固定配設された該上金型と、該上金型に対して上下動自在な該下金型とを備えた加圧成形用金型であって、該下金型に該第２金型を配設した。また、第１の発明を主体とする第５の発明では、固定配設された該上金型と、該下金型に対して上下動自在な該下金型とを備えた加圧成形用金型であって、該上金型に該第２金型を配設した。さらに、第２または第４の発明を主体とする第６の発明では、該第２金型の略中央部域の縦軸方向に穿設された挿通孔内に上下動可能な局部ピンを配設した。
【０００８】
第３または第５の発明を主体とする第７の発明では、該第２金型の略中央部域の縦軸方向に穿設された挿通孔内に上下動可能な局部ピンを配設した。また、第１ないし第７の発明を主体とする第８の発明では、該上下金型の金型パーティング面に位置する金型キャビティ部周辺に加熱手段を埋設した。さらに、第１ないし第３の発明を主体とする第９の発明では、該第２金型の凹部表面または該第２金型と同一面を共有する局部ピンの両先端部にセラミック板またはセラミック複合金属板を固着した。
【０００９】
第１０の発明では、接離可能な一対の加圧成形用金型を用いて半凝固金属を成形する半凝固金属の成形方法であって、固相率３０〜７０％の半凝固金属を下金型上に載置した後、該上金型と該下金型を閉じることにより一旦型開閉方向に最終製品よりも厚い肉厚の中間製品に加圧成形し、その後、上金型または下金型を上下方向に移動して予め決められた隙間分だけ両金型間を開き、該上金型、該下金型、該上下金型のいずれか一方に付随した該第２金型、該局部ピンの少なくとも一つ以上を用いて３００℃以上の凝固点未満の温度を呈する該中間製品を加圧圧縮して該上下金型の該隙間に余剰部分を張り出して最終製品を得るようにした。
【００１０】
第１０の発明を主体とする第１１の発明では、該上下金型間を開いた後、該中間製品を加圧成形する際に、該上下金型のいずれか一方の金型に付随した該第２金型または該局部ピンの圧縮速度を０．１ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓとした。また、第１０の発明を主体とする第１２の発明では、該上下金型間を開いた後、該中間該最終製品の肉厚（Ｈ１）を差し引いた値を、該中間製品の肉厚（Ｈ０）で除した値の加圧圧縮率を５〜５０％とする。
【００１１】
【発明実施の形態】
以下に本発明に係わる鍛造成形用金型とその金型を用いた半溶融金属の成形方法の具体的な実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は溶湯から半凝固金属を製造するまでのプロセスの説明図、図２は２分割下金型を用いるとともに上金型に同伴した中間製品を再圧縮成形するための説明図、図３は２分割上金型を用いるとともに下金型に残った中間製品を再圧縮成形するための説明図、図４は３分割下金型を用いるとともに上金型に同伴した中間製品に引き続き該最終製品を加圧成形する際に、該中間製品の肉厚（Ｈ０）から製品を再圧縮成形するための説明図、図５は上下動可能な２分割下金型を用いるとともに固定配設された上金型に残った中間製品を再圧縮成形するための説明図、図６は固定配設された２分割上金型を用いるとともに下金型に残った中間製品を再圧縮成形するための説明図、図７は固定配設された３分割上金型を用いるとともに上下動自在な下金型に残った中間製品を再圧縮成形するための説明図、図８は第２金型を有する下金型の拡大図、図９は第２金型と局部ピンを有する下金型の拡大図である。
【００１３】
まず、図１における半凝固金属６の製造プロセスを説明した後、次工程の鍛造成形用金型８で所望の最終製品に鍛造成形することについて図２、図３、図４、図５、図６および図７を用いて説明する。
【００１４】
まず、図１を用いて半凝固金属６の製造プロセスについて説明する。
【００１５】
図１の工程（１）において融点直上  （例えば、過熱度を５０℃未満に保持された結晶微細化剤を含むアルミニウム合金溶湯、またはマグネシウム合金溶湯）の溶湯を冷却治具を使用することなく直接、金属容器２に注ぐことで多数の結晶核を溶湯内に発生させる。
【００１６】
また、工程（２）において結晶核を成長させて３０〜７０％の液相率を示す成形温度まで金属容器２の外周部にエアー５を吹き付けながら冷却しつつ３０秒〜３０分間保持することにより結晶核を起点にして球状結晶を成長させる。工程（２）では、この間、金属容器２の上部と下部は溶湯の温度が低下しやすいので断熱材４を配設して充分保温するようにするとともに、断熱材４で覆われていない部分を冷却することで金属容器２内の半凝固金属６の温度を均一にする。
【００１７】
さらに、工程（３）において半凝固金属６を内部に有した金属容器２の周辺部に金属容器２内の半凝固金属６の加熱を目的とした高周波誘導コイル７を螺旋状に巻着することで、半凝固金属６の温度の均一化と、金属容器２から半凝固金属６が排出しやすいようにする。最後の工程（４）では金属容器２を反転して金属容器２から半凝固金属６を排出するのである。
【００１８】
まず、図２の加圧成形用金型８の構造について説明する。
【００１９】
図２は半凝固鍛造成形を成すための加圧成形用金型１０であり、１０は上金型、１１は下金型、１２は第１金型、１３は第２金型、１６は金型キャビティ部、１８は底部、２０は凹部、２２はテーパー部、２６はセラミック板、２８は余剰部分、３４は中間製品、３６は最終製品、４０は金型パーティング面を示す。
【００２０】
加圧成形用金型８は、固定配設された下金型１１と下金型１１に対して上下動自在な上金型１０で構成され、下金型１１に対して上金型１０を上方部側から下方部側に下降させ下金型１１と当接することにより、密閉された空間の金型キャビティ部１６を形成する。下金型１１は第１金型１２と第２金型１３とで構成されている。上金型１０に対向して上金型１０の下方部に固設された第１金型１２と、第１金型１２の略中央部域に縦軸線方向に穿設された挿通孔２７内を上下動可能な第２金型１３を設けたものである。
【００２１】
さらに、下金型１１について説明する。図８は第２金型を有する下金型の拡大図であり、図８に示すように、第２金型１３の底部１８には、この底部１８よりさらに下方に向かって深く刻設された皿状の凹部２０が設けられている。この凹部２０の側面は、上方に向かって拡径されたテーパー部２２を形成している。
【００２２】
金型キャビティ部１６に面した第２金型１３の先端部は、金型キャビティ部１６の全表面積のうち、最終製品（成形品）３６の下面側の投影面積と略同一の面積を備えており、該第１金型１２の略中央部域の縦軸方向に穿設された挿通孔２７内を上下動可能に配設されている。
【００２３】
また、上下金型１０、１１のそれぞれの金型パーティング面４０にはヒータ（図示略）などの過熱手段が埋設してある。これは、半凝固金属６を上下金型１０、１１間で加圧圧縮成形する際に、図２の（４）に示すように半凝固金属６を上下金型１０、１１間の金型キャビティ部１６に押し込んで肉厚を最終製品３６より厚くした中間製品３４に一旦成形した後、再度上金型１０を上方に引き揚げ（この時中間製品３４も上金型１０に同伴して引き上げられる）て上下金型１０、１１間に隙間Ｓを設けた位置に固定するのである。最後に第２金型１３を上昇させ中間製品３４を加圧圧縮すると隙間Ｓに余剰部分２８が押出されバリに類似した非製品を有する最終製品３６に成形される。この余剰部分２８を押出しながら成形している最中に金型パーティング面４０にヒータのような過熱手段が埋設してあると、余剰部分２８はヒータにて再加熱されるため鍛造成形を主体とする加圧成形中での温度低下に伴う硬化が防止できる。
【００２４】
また、第２金型１３の凹部２０の表面に、図６に示すようなセラミック板２６またはセラミック複合金属板２６が固着されている。半凝固金属６をロボットで把持して凹部２０の表面に載置した場合、第２金型１３の凹部２０に半凝固金属６の保有熱が奪われる結果、第２金型１３の凹部２０と接する半凝固金属６の表面部に凝固層が生成される。しかしながらセラミック板２６またはセラミック複合金属板（マトリックスが金属であってセラミック物質が複合されたものであり、以下セラミック複合金属板と呼ぶ）２６を固着することにより、半凝固金属６を鍛造成形する前に第２金型１３の凹部２０に載置しても、熱伝導率の低いセラミック板２６またはセラミック複合金属板２６が固着されているために、半凝固金属６から凹部２０側への熱移動が制限され、半凝固金属６の保有熱を持続できることから、半凝固金属６の下面部（第２金型１３の凹部２０と接する側の表面）の凝固層の生成が抑制できる。
【００２５】
以上のように構成された鍛造成形用金型の動作を説明する。
【００２６】
図２に示すように、固定配設された下金型１１に対して上金型１０は下金型１１より上方の離間した位置にある。キャビティ部１６の大きさによっても異なるが、ここでは第２金型１３の底部１８の位置を第１金型１２の金型パーティング面４０より低くなるように位置させておく。また、第２金型１３の下金型１１に対する相対位置は、半凝固金属６を金型キャビティ部１６内で加圧成形して中間製品３４ができる高さに見合う位置に一時的に固定されている。
【００２７】
次いで、ロボット（図示略）の先端部に略截頭円錐形状を有する半凝固金属６を把持し、半凝固金属６の大径部分を下側に位置させた状態で、第２金型１３の凹部２０に載置する（図２（１））。引続き型締め装置（図示略）を作動させて上金型１０をゆっくり下降させながら型締めを行い、半凝固金属６を圧縮して最終製品よりも厚い肉厚の中間製品３４になるまで一旦加圧成形する。この時型締めに伴う加圧圧縮により中間製品の肉厚Ｈ０のものができる（図２（２））。
【００２８】
その後、上金型１０と下金型１１間の隙間がＳの長さになるまで上金型１０を上方に移動した後、その位置で一時固定する（図２（３））。この時中間製品３４は上金型１０の移動に伴って一緒に移動するのである。上金型１０を上方に距離（隙間）Ｓだけ型開きした後、第２金型１３を用いて加圧圧縮する。この時の加圧圧縮速度は０．１ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓとする。因みに、加圧圧縮速度が０．１ｍ／ｓ以下の場合は、半凝固金属６の中間製品３４の保有熱が中間製品３４を囲繞する上下金型１０、１１側に熱が移動してしまい、中間製品３４の硬化が早く進んでしまうため、鍛造成形用の加圧成形を行うことにより最終製品３６になるまでの押圧力が大きくなり、最終の寸法、精度を得ることができない。逆に、２．０ｍ／ｓ以上の場合は、機械的性質の改善はほとんど認められず、また金型の寿命の低下を招くことになる。
【００２９】
このような第２金型１３を用いて所望の加圧圧縮することで上金型１０と下金型１１間の隙間Ｓから余剰部分２８が押出されて最終製品３６が得られる（図２（４））。なお、上金型１０と下金型１１間の隙間Ｓを有した位置まで一旦上金型１０を移動した時に得られる中間製品３４の肉厚（高さ方向の厚み）をＨ０とし、最終製品３６の肉厚（高さ方向の厚み）をＨ１とした場合（Ｈ０＞Ｈ１）、（Ｈ０−Ｈ１）／Ｈ０の比率（加圧圧縮率）は５〜５０％が望ましい。この理由は、（Ｈ０−Ｈ１）／Ｈ０が５％以下になると、肉厚部の引け巣が残る。逆に、（Ｈ０−Ｈ１）／Ｈ０が５０％以上になると、製品歩留まりが悪くコストが高くなる。
【００３０】
まず、図３の加圧成形用金型８の構造について説明する。
【００３１】
図３は鍛造成形を成すための加圧成形用金型１０であり、１０は上金型、１１は下金型、１２は第１金型、１３は第２金型、１６は金型キャビティ部、１８は底部、２０は凹部、２２はテーパー部、２６はセラミック板、２８は余剰部分、３４は中間製品、３６は最終製品、４０は金型パーティング面を示す。
【００３２】
加圧成形用金型８は、固定配設された下金型１１と下金型１１に対して上下動自在な上金型１０で構成され、下金型１１に対して上金型１０を上方部側から下方部側に下降させ下金型１１と当接することにより、密閉された空間の金型キャビティ部１６を形成する。上金型１０は第１金型１２と第２金型１３とで構成されている。固定配設された下金型１１に対向して下金型１１の上方部に上下動自在に配設された第１金型１２と、第１金型１２の略中央部域に縦軸線方向に穿設された挿通孔２７内を上下動可能な第２金型１３を設けたものである。
【００３３】
さらに、下金型１１について説明する。図８は第２金型を有する下金型の拡大図であり、図８に示すように、第２金型１３の底部１８には、この底部１８よりさらに下方に向かって深く刻設された皿状の凹部２０が設けられている。この凹部２０の側面は、上方に向かって拡径されたテーパー部２２を形成している。
【００３４】
金型キャビティ部１６に面した第２金型１３の先端部は、金型キャビティ部１６の全表面積のうち、最終製品（成形品）３６の下面側の投影面積と略同一の面積を備えており、該第１金型１２の略中央部域の縦軸方向に穿設された挿通孔２７内を上下動可能に配設されている。
【００３５】
また、上下金型１０、１１のそれぞれの金型パーティング面４０にはヒータ（図示略）などの加熱手段が埋設してある。これは、半凝固金属６を上下金型１０、１１間で加圧圧縮成形する際に、図３の（２）に示すように半凝固金属６を上下金型１０、１１間の金型キャビティ部１６に押し込んで肉厚を最終製品３６より厚くした中間製品３４に一旦成形した後、再度上金型１０を上方に引き揚げ（この時中間製品３４を下金型１１上に残したままとなる）て上下金型１０、１１間に隙間Ｓを設けた位置に一時固定するのである。この余剰部分２８を押出しながら成形している最中に金型パーティング面４０にヒータのような加熱手段が埋設してあると、余剰部分２８はヒータにて再加熱されるため隙間Ｓ１に余剰部分２８がスムースに押出されるため、途中で硬化などにより余剰部分２８の押出しができなくなることが防止できる。
【００３６】
また、下金型１１の凹部２０の表面に、図８に示すようなセラミック板２６またはセラミック複合金属板２６が固着されている。半凝固金属６をロボットで把持して凹部２０の表面に載置した場合、下金型１１の凹部２０に半凝固金属６の保有熱が奪われる結果、下金型１１の凹部２０と接する半凝固金属６の表面部に凝固層が生成される。しかしながらセラミック板２６またはセラミック複合金属板２６を固着することにより、半凝固金属６を鍛造成形する前に下金型１１の凹部２０に載置しても、熱伝導率の低いセラミック板２６またはセラミック複合金属板２６が固着されているために、半凝固金属６から凹部２０側への熱移動が制限され、半凝固金属６の保有熱を持続できることから、半凝固金属６の下面部（下金型１１の凹部２０と接する側の表面）の凝固層の生成が抑制できる。
【００３７】
以上のように構成された加圧成形用金型の動作を説明する。
【００３８】
図３に示すように、固定配設された下金型１１に対して上金型１０は下金型１１より上方の離間した位置にある。キャビティ部１６の大きさによっても異なるが、ここでは第２金型１３の先端位置を第１金型１２の金型パーティング面４０より低くなるように位置させておく。また、第２金型１３の上金型１０に対する相対位置は、半凝固金属６を金型キャビティ部１６内で加圧成形して中間製品３４ができる高さに見合う位置に一時的に固定されている。
【００３９】
次いで、ロボット（図示略）の先端部に略截頭円錐形状を有する半凝固金属６を把持し、半凝固金属６の大径部分を下側に位置させた状態で、下金型１１の凹部２０に載置する（図３（１））。引続き型締め装置（図示略）を作動させて上金型１０をゆっくり下降させながら型締めを行い、半凝固金属６を圧縮して最終製品よりも厚い肉厚の中間製品３４になるまで一旦加圧成形する。この時型締めに伴う加圧圧縮により中間製品の肉厚Ｈ０のものができる（図３（２））。
【００４０】
その後、上金型１０と下金型１１間の隙間がＳの長さになるまで上金型１０を上方に移動した後、その位置で一時固定する（図３（３））。この時中間製品３４を下金型１１の上に残したまま上金型１０のみを上方に移動するのである。次に第２金型１３のみを中間製品３４の上面に当接する位置まで下降させた後固定し（図３（４））、最後に上金型１０と第２金型を一体にして中間製品３４を所定の寸法、すなわち隙間ＳをＳ１（Ｓ＞Ｓ１）に変化する位置まで加圧圧縮して余剰部分２８を押出して（図３（５））最終製品３６を得る。
【００４１】
なお、中間製品３４を加圧圧縮する時の加圧圧縮速度は０．１ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓとする。因みに、加圧圧縮速度が０．１ｍ／ｓ以下の場合は、半凝固金属６の中間製品３４の保有熱が中間製品３４を囲繞する上下金型１０、１１側に熱移動してしまい、中間製品３４の固化が早く進んでしまうため、鍛造成形用の加圧成形を行うことにより最終製品３６になるまでの押圧力が大きくなり、最終の寸法、精度を得ることができない。逆に、加圧圧縮速度が２．０ｍ／ｓ以上とすると、機械的性質の改善はほとんど認められず、また金型寿命の低下を招くことになる。
【００４２】
このような第２金型１３を用いて所望の加圧圧縮することで上金型１０と下金型１１間の隙間Ｓから余剰部分２８が押出されて最終製品３６が得られる（図３（４））。なお、上金型１０と下金型１１間の隙間Ｓを有した位置まで一旦上金型１０を移動した時に得られる中間製品３４の肉厚（高さ方向の厚み）をＨ０とし、最終製品３６の肉厚（高さ方向の厚み）をＨ１とした場合（Ｈ０＞Ｈ１）、（Ｈ０−Ｈ１）／Ｈ０の比率（加圧圧縮率）は５〜５０％が望ましい。この理由は、（Ｈ０−Ｈ１）／Ｈ０が５％以下になると、肉厚部に引け巣が残る。逆に（Ｈ０−Ｈ１）／Ｈ０が５０％以上になると、製品歩留まりが高く、またコストも高くなる。
【００４３】
次に、図４の加圧成形用金型８の構造について説明する。
【００４４】
図４において、１０は上金型、１１は下金型、１２は第１金型、１３は第２金型、１５は局部ピン、１６は金型キャビティ部、１８は底部、２０は凹部、２２はテーパー部、２６はセラミック板、２８は余剰部分、３０は共有面、３４は中間製品、３６は最終製品、４０は金型パーティング面を示す。
【００４５】
加圧成形用金型８は上下動自在な上金型１０と固定配設された下金型１１とで構成され、下金型１１に対して上金型１０上方部側から下方部側に下降させ上下金型１０、１１を当接することにより、密閉された空間の金型キャビティ部１６を形成する。下金型１１は上金型１０に対向して上金型１０の下方部に固設された第１金型１２と、第１金型１２の略中央部域に縦軸線方向に穿設された挿通孔内に前後移動可能な第２金型１３を設けたものである。さらに、第２金型１３の略中央部域に縦軸線方向に穿設された挿通孔内を前後移動可能な局部ピン１５が配設されている。
【００４６】
次に、下金型１１について説明する。図９に示すように、第２金型１３ならびに局部ピン１５はそれぞれ単独で上下動移動自在な構成となっている。また、第２金型１３の底部１８と局部ピン１５の頂部を同一面として共有したり、局部ピン１５を第２金型１３の底部１８より低い位置になるように段差状に位置したりすることが可能な構造をなす。底部１８と局部ピン１５が同一面を形成する共有面３０には、この共有面３０よりさらに下方に向かって深く刻設された皿状の凹部２０が設けられている。この凹部２０の側面は、上方に向かって拡径されたテーパー部２２を形成している。
【００４７】
金型キャビティ部１６に面した第２金型１３の先端部は、金型キャビティ部１６の全表面積のうち、最終製品（成形品）３６の下面側の投影面積と略同一の面積を備えており、該第１金型１２の略中央部域の縦軸方向に穿設された挿通孔２７内を上下動可能に配設されている。さらに、局部ピン１５を第２金型１３の略中央部域の縦軸方向に穿設された挿通孔２９内を上下動可能に配設されている。
【００４８】
また、上下金型１０、１１のそれぞれの金型パーティング面４０にはヒータ（図示略）などの過熱手段が埋設してある。これは、半凝固金属６を上下金型１０、１１間で圧縮成形する際に、図４の（４）に示すように半凝固金属６を上下金型１０、１１間の金型キャビティ部１６に押し込んで肉厚を最終製品３６より厚くした中間製品３４に成形した後、その後一旦上金型１０を引き揚げ（この時中間製品３４も上金型１０に同伴して引き上げられる）て上下金型１０、１１間に隙間Ｓを設けた位置に固定するのである。最後に第２金型１３を上昇させた時中間製品３４に対して加圧圧縮すると隙間Ｓに余剰部分２８が押出されバリに類似した非製品を有する最終製品３６に成形される。この余剰部分２８を押出しながら成形している最中に金型パーティング面４０にヒータのような過熱手段が配設してあると、余剰部分２８はヒータにて再加熱されるため鍛造成形中の硬化が防止できるのである。
【００４９】
さらに、第２金型１３の底部１８と局部ピン１５の頂部を同一面として共有する共有面３０の表面に、図９に示すようなセラミック板２６またはセラミック複合金属板２６が固着されている。半凝固金属６をロボットで把持して共有面３０の表面に貼着した場合、共有面３０を有する第２金型１３に半凝固金属６の保有熱が奪われる結果、第２金型１３の共有面３０と接する半凝固金属６の表面部に凝固層が生成される。しかしながら、第２金型１３の底部１８と局部ピン１５の頂部の共有面３０に熱伝導率の低いセラミック板２６またはセラミック複合金属板２６が固着されてあるため、半凝固金属６を鍛造成形する前に共有面３０の表面に載置したとしても、半凝固金属６の保有熱が凹部２０側に移動する熱移動が制限され、半凝固金属６の保有熱を持続できることから、半凝固金属６の下面側（第２金型１３の共有面３０表面側）の凝固層の生成が抑止できる。
【００５０】
以上のように構成された鍛造成形用金型の動作を説明する。
【００５１】
図４に示すように、固定配設された下金型１１に対して上金型１０は下金型１１より上方に離間した位置にある。金型キャビティ部１６の大きさによっても異なるが、ここでは第２金型１３の底部１８と局部ピン１５の頂部を同一面として共有面３０に位置させておく。次いで、ロボット（図示略）の先端部に略截頭円錐形状を有する半凝固金属６を把持して、半凝固金属６の大径部分が下部に位置するようにして、共有面３０上に載置する（図４（１））。引続き型締め装置（図示略）を作動させて上金型１０をゆっくり下降させながら型締めを行い、半凝固金属６を圧縮して一旦最終製品３６よりも厚い肉厚の中間製品３４になるまで加圧成形する。この時半凝固金属６は上下金型１０、１１の型締めにより加圧形成される金型キャビティ部１６内に充満された状態となるとともに、局部ピン１５は下方側に押し下げられる（図４（２））。因みに、型締めに伴う加圧圧縮により肉厚Ｈ０の中間製品３４ができる。
【００５２】
その後、上金型１０と下金型１１間の隙間がＳの長さになるまで上金型１０を上方に移動した後、その位置で一旦固定する（図４（３））。この時中間製品３４は上金型１０の移動に伴って一緒に移動するのである。次に第２金型１３の下面を中間製品３４の上面まで下降させた後固定し、最後に上金型１０と第２金型を一体にして中間製品３４を所定の寸法に加圧圧縮して余剰部分２８を押出して隙間ＳはＳ１（Ｓ＞Ｓ１）に変化することで最終製品３６を得る。この時の加圧圧縮速度は０．１ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓとする。因みに、加圧圧縮速度が０．１ｍ／ｓ以下の場合は、半凝固金属６の中間製品３４の保有熱が中間製品３４を囲繞する上下金型１０、１１側に熱移動してしまい、中間製品３４が早く固化が進んでしまうため、鍛造成形により最終製品にするまでの押圧力が大きくなり、最終の寸法、精度を得ることができる。逆に、２．０ｍ／ｓ以上の場合は、機械的性質の改善はほとんど認められず、また金型の寿命の低下を招く。
【００５３】
このような局部ピン１５を用いて所望の加圧圧縮することで上金型１０と下金型１１間の隙間Ｓから余剰部分２８が押出されて最終製品３６が得られる（図４（４））。なお、上金型１０と下金型１１間の隙間Ｓを有した位置まで一旦上金型１０を移動した時に得られる中間製品３４の肉厚（高さ方向の厚み）をＨ０とし、最後に上金型１０と下金型１１間の隙間Ｓ１を残して得られた最終製品３６の肉厚（高さ方向の厚み）をＨ１とした場合（Ｈ０＞Ｈ１）、（Ｈ０−Ｈ１）／Ｈ０の比率は５〜５０％が望ましい。この理由は、（Ｈ０−Ｈ１）／Ｈ０が５％以下になると、肉厚部に引け巣が残る。逆に（Ｈ０−Ｈ１）／Ｈ０が５０％以上になると、製品歩留まりが悪く、またコストも高くなる。
【００５４】
半凝固金属６をロボットで把持して第２金型１３の凹部２０表面と局部ピン１５の表面の両方が同一平面となるような状態に揃っている時に載置した場合、第２金型１３の凹部２０と局部ピン１５の両方に半凝固金属６の保有熱が奪われる結果、第２金型１３の凹部２０と局部ピン１５の両方に接する半凝固金属６の表面部に凝固層が生成する。
【００５５】
しかしながら、半凝固金属６の表面部に凝固層が生成されることを防止するために、第２金型１３の凹部２０表面と局部ピン１５の表面にセラミック板２６またはセラミック複合金属板２６を固着するとよい。すなわち、半凝固金属６を鍛造成形する前に第２金型１３の凹部２０と局部ピン１５の表面の両方が同一平面（図４（１））の状態を呈している時に載置すると、熱伝導率の低いセラミック板２６またはセラミック複合金属板２６が固着されているために、半凝固金属６の保有熱が凹部２０と局部ピン１５側に移動することもなく、半凝固金属６の保有熱を持続できることから、半凝固金属６の下部側表面に生成する凝固層が抑止できるのである。
【００５６】
次に図５の加圧成形用金型８の構造について説明する。
【００５７】
図５は鍛造成形を成すための加圧成形用金型１０であり、１０は上金型、１１は下金型、１２は第１金型、１３は第２金型、１６は金型キャビティ部、１８は底部、２０は凹部、２２はテーパー部、２６はセラミック板、２８は余剰部分、３４は中間製品、３６は最終製品、４０は金型パーティング面を示す。
【００５８】
図２と異なる構造についてのみ説明する。加圧成形用金型８は、固定配設された上金型１０と、この上金型１０に対して上下動自在な下金型１１で構成され、上金型１０に対して下金型１１を上下動させ上金型１０と当接することにより、密閉された空間の金型キャビティ部１６を形成する。下金型１１は第１金型１２と第２金型１３とで構成されている。固定配設された上金型１０に対向して上下動自在に配設された第１金型１２と、第１金型１２の略中央部域に縦軸線方向に穿設された挿通孔２７内を上下動可能な第２金型１３を設けたものである。なお、図５の加圧成形用金型１０を用いた作用は、図２と図５の構造に基づいた違いはあるものの、基本的には図２と同一なので作用の説明は割愛する。
【００５９】
次に図６の加圧成形用金型８の構造について説明する。
【００６０】
図６は鍛造成形を成すための加圧成形用金型１０であり、１０は上金型、１１は下金型、１２は第１金型、１３は第２金型、１６は金型キャビティ部、１８は底部、２０は凹部、２２はテーパー部、２６はセラミック板、２８は余剰部分、３４は中間製品、３６は最終製品、４０は金型パーティング面を示す。
【００６１】
図３と異なる構造についてのみ説明する。加圧成形用金型８は、固定配設された上金型１０と、この上金型１０に対して上下動自在な下金型１１で構成され、上金型１０に対して下金型１１を上下動させ上金型１０と当接することにより、密閉された空間の金型キャビティ部１６を形成する。上金型１０は第１金型１２と第２金型１３とで構成されている。上下動可能な下金型１１に対向して固定配設された上金型１０の略中央部域に縦軸線方向に穿設された挿通孔２７内を上下動可能な第２金型１３が設けられている。なお、図６の加圧成形用金型１０を用いた作用は、図３と図６の構造に基づいた違いはあるものの、基本的には図３と同一なので作用の説明は割愛する。
【００６２】
次に、図７の加圧成形用金型８の構造について説明する。
【００６３】
図７において、１０は上金型、１１は下金型、１２は第１金型、１３は第２金型、１５は局部ピン、１６は金型キャビティ部、１８は底部、２０は凹部、２２はテーパー部、２６はセラミック板、２８は余剰部分、３０は共有面、３４は中間製品、３６は最終製品、４０は金型パーティング面を示す。
【００６４】
加圧成形用金型８は上下動自在な下金型１１と固定配設された上金型１０とで構成され、上金型１０に対して下金型１１を上下動させ下金型１１を上金型１０に当接することにより、密閉された空間の金型キャビティ部１６を形成する。上金型１０は下金型１１に対向して下方部に固設され、上金型１０は第１金型１２と、第１金型１２の略中央部域に縦軸線方向に穿設された挿通孔内に前後移動可能な第２金型１３を設けたものである。さらに、第２金型１３の略中央部域に縦軸線方向に穿設された挿通孔内を前後移動可能な局部ピン１５が配設されている。なお、図７の加圧成形用金型１０では、図４と図７の構造に基づいた違いはあるものの、基本的には図４と同一なので作用の説明は割愛する。
【００６５】
（実施例）
以下表１に基づいて、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００６６】
【表１】
2005040813.tif 000003
【００６７】
表１は、ＡＣ４ＣＨ合金、７０７５合金、ＡＣ１Ｂ合金およびＡＺ９１合金の半凝固金属６を用いて鍛造成形実験を行った実験結果を示す。因みに、ＡＣ４ＣＨ合金は、Ａｌ−７％Ｓｉ−０．３５％Ｍｇ−０．１５％Ｔｉ系合金である。また７０７５合金は、Ａｌ−１．５％Ｃｕ−５．５％Ｚｎ−２．５％Ｍｇ−０．１０％Ｔｉ−０．２０％Ｃｒ系合金である。ＡＣ１Ｂ合金は、Ａｌ−４．５％Ｃｕ−０．３％Ｍｇ系合金である。さらに、ＡＺ９１合金は、Ｍｇ−９％Ａｌ−０．７％Ｚｎ−０．４％Ｍｎ系合金である。なお、鋳込み製品としてはナックル製品を選択した。半凝固金属６は、図１に示すプロセスにて製造されたものである。試験に用いた金型の温度は２５０℃であり、成形前に上下金型１０、１１のキャビティ部１６の表面に黒鉛系の水溶性離型剤を塗布した。使用した加圧成形マシンは、型締め力８００ｔのものである。なお、最終成形品の形状は、標準肉厚部２０ｍｍ、最大肉厚部４０ｍｍ、１５０ｍｍ×１５０ｍｍの凹凸状のある板状物である。
【００６８】
次に、表１中に記載の比較例について述べる。比較例１１、１２では、半凝固金属６の固相率が適正でないため、鍛造成形が困難である。また比較例１３〜１５では、半凝固金属６の製造まで行ったものであり、鍛造成形までは行っていないので、実施例２、８、１０に比べて伸びが低い。比較例１６では鍛造成形時の圧縮率が小さいため、肉厚部に引け巣が残っている。比較例１７では型開き後の素材温度が低すぎるため、最終の寸法精度を得ることができない。比較例１８と比較例１９では加圧圧縮速度が遅すぎるため、最終の寸法精度を得ることができない。比較例２０では加圧圧縮速度を速くしてもその機械的性質は実施例に比較してほとんど同じであり、しかも金型寿命の低下を招く。さらに比較例２１では、加圧圧縮率が大きいために製品歩留まりが悪く、高コストを招くことになる。
【００６９】
一方、実施例１〜１０では、機械的性質が比較例１３〜１９よりも良好な機械的性質を示している。具体的には、実施例２は実施例１３に対して、実施例５は比較例１６に対して、実施例８は比較例１５に対して、実施例１０は比較例１４に対してそれぞれ高い伸びを示している。また肉厚部にも引け巣が認められず製品となるべき試料の全てにわたり適正であった。
【００７０】
本実施例においては、半凝固金属６の合金材料として、ＡＣ４ＣＨ合金、７０７５合金、ＡＣ１Ｂ合金およびＡＺ９１合金を用いたが、他の合金を用いても類似の結果が得られた。
【００７１】
また、半凝固金属６の製造については、実施例に用いられたように、合金の溶湯を冷却治具を使用せずに直接金属容器２に注湯したが、これらに限定されるものではなく、例えば、（１）冷却板に溶湯を接触させるか、あるいは（２）冷却振動棒を注湯する溶湯に接触させるか、あるいは（３）溶湯中に冷却治具を移動、振動させるなどして、溶湯中に核を発生させて冷却保持させることで製造された球状結晶を有する半凝固金属も本発明に適用できる。
【００７２】
また、表１に示す最終製品３６の素材温度とは、標準肉厚部の２６ｍｍの温度を意味しており、肉厚部４０ｍｍの温度は、肉厚が厚いぶんだけ冷えにくいため標準肉厚部の２６ｍｍよりも高くなるが、凝固点よりも低い。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明では、製品内部に高い機械的性質と収縮巣のない高品質の製品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶湯から半凝固金属を製造するまでのプロセスの説明である。
【図２】２分割下金型を用いるとともに上金型に同伴した中間製品を再圧縮成形するための説明図である。
【図３】２分割上金型を用いるとともに下金型に残った中間製品を再圧縮成形するための説明図である。
【図４】３分割下金型を用いるとともに上金型に同伴した中間製品を再圧縮成形するための説明図である。
【図５】上下動可能な２分割下金型を用いるとともに固定配設された上金型に残った中間製品を再圧縮成形するための説明図である。
【図６】図６は固定配設された２分割上金型を用いるとともに下金型に残った中間製品を再圧縮成形するための説明図である。
【図７】図７は固定配設された３分割上金型を用いるとともに上下動自在な下金型に残った中間製品を再圧縮成形するための説明図である。
【図８】第２金型を有する下金型の拡大図である。
【図９】図７は第２金型と局部ピンを有する下金型の拡大図である。
【符号の説明】
１      ラドル
２      金属容器
３      溶湯
４      断熱材
５      エアー
６      半凝固金属
７      高周波誘導コイル
８      鍛造成形用金型
９      下金型のキャビティ表面
１０    上金型
１１    下金型
１２    第１金型
１３    第２金型
１５    局部ピン
１６    金型ャビティ部
１８    底部
２０    凹部
２２    テーパー部
２４    凹部の底部
２６    セラミック板またはセラミック複合金属板
２８    余剰部材
３０    共有面
３４    中間製品
３６    最終製品
４０    金型パーティング面
【図１】
2005040813.tif 000004
【図２】
2005040813.tif 000005
【図３】
2005040813.tif 000006
【図４】
2005040813.tif 000007
【図５】
2005040813.tif 000008
【図６】
2005040813.tif 000009
【図７】
2005040813.tif 000010
【図８】
2005040813.tif 000011
【図９】
2005040813.tif 000012