(57)【要約】【課題】カートリッジヒータによって加熱される上金型及び下金型を備えた鍛造用金型において、ヒータ取付け穴へのカートリッジヒータの取り付け・取り外しが容易で、かつ、カートリッジヒータによる良好な金型加熱を行うことができる鍛造用金型を提供すること。【解決手段】カートリッジヒータによって加熱される上金型及び下金型を備えた鍛造用金型において、前記上金型１１及び下金型１２に、それぞれ、断面円形の金属管内に発熱線を収容した棒状のカートリッジヒータ１３が挿入される断面中空円形をなす複数個のヒータ取付け穴１１ａ，１２ａが、その穴径が前記カートリッジヒータ１３の外径に対して１．５ｍｍ未満のクリアランスΔＳとなるように形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カートリッジヒータによって加熱される上金型及び下金型を備えた鍛造用金型において、前記上金型及び下金型に、それぞれ、断面円形の金属管内に発熱線を収容した棒状のカートリッジヒータが挿入される断面中空円形をなす複数個のヒータ取付け穴が、その穴径が前記カートリッジヒータの外径に対して１．５ｍｍ未満のクリアランスとなるように形成されていることを特徴とする鍛造用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カートリッジヒータによって加熱される上金型及び下金型を備え、鍛造素材の型鍛造に用いられる鍛造用金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、チタン合金やＮｉ基合金などの難加工性金属材料の鍛造に際しては、金型温度を鍛造素材の加熱温度と略同程度に保持し、歪速度を一定範囲内に制御して鍛造を行う恒温鍛造法や、金型温度を鍛造素材の加熱温度に近づけるとともに歪速度を制御して鍛造を行うホットダイフォージング法が、難加工性金属材料を型鍛造する方法として適用されるようになった。
【０００３】
そして、前記の恒温鍛造法やホットダイフォージング法の実施に用いられる鍛造プレス装置には、上金型及び下金型のそれぞれに、水平に延びる複数個のヒータ取付け穴が形成され、これらの各ヒータ取付け穴に挿入された棒状のカートリッジヒータ（「シーズヒータ」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が備えられている。例えば特許文献１，２には、このような鍛造用金型が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３７９３５号公報（段落［００３２］、図３）
【特許文献２】特開平１１−７７２１４号公報（段落［００１０］、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
カートリッジヒータを有してこのカートリッジヒータによって金型加熱を行う鍛造用金型では、熱伝達の観点から、上金型及び下金型のヒータ取付け穴を、これに挿入されるカートリッジヒータとのクリアランス（隙間）ができるだけ小さくなるように形成することが望ましい。しかしながら、このクリアランスが小さいヒータ取付け穴とする場合には、高い穴加工寸法精度を要求され、また、ヒータ取付け穴へのカートリッジヒータの取り付け・取り外し（カートリッジヒータの挿入・引き抜き）が困難となる。一方、クリアランスが大きいヒータ取付け穴とする場合には、カートリッジヒータによる熱伝達が悪くなる。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、カートリッジヒータを有し、このカートリッジヒータによって加熱される上金型及び下金型を備えた鍛造用金型において、ヒータ取付け穴へのカートリッジヒータの取り付け・取り外しが容易で、かつ、カートリッジヒータによる良好な金型加熱を行うことができる鍛造用金型を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
請求項１の発明は、カートリッジヒータによって加熱される上金型及び下金型を備えた鍛造用金型において、前記上金型及び下金型に、それぞれ、断面円形の金属管内に発熱線を収容した棒状のカートリッジヒータが挿入される断面中空円形をなす複数個のヒータ取付け穴が、その穴径が前記カートリッジヒータの外径に対して１．５ｍｍ未満のクリアランスとなるように形成されていることを特徴とする鍛造用金型である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の鍛造用金型は、上金型及び下金型のそれぞれに、複数個のヒータ取付け穴を、該ヒータ取付け穴の穴径がこれに挿入されたカートリッジヒータの外径に対して１．５ｍｍ未満のクリアランスとなるように形成しているので、ヒータ取付け穴へのカートリッジヒータの取り付け・取り外しが容易で、かつ、熱伝達率の低下を招くことなくカートリッジヒータによる良好な金型加熱を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の鍛造用金型を備えた鍛造プレス装置の一例の要部を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の鍛造用金型の要部を示す断面図である。
【図３】図２におけるカートリッジヒータの構成の一例を示す模式的断面図である。
【図４】熱伝達率測定試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、さらに詳しく本発明について説明する。図１は、本発明の鍛造用金型を備えた鍛造プレス装置の一例の要部を概略的に示す断面図である。
【００１２】
鍛造プレス装置１は、図１に示すように、ボルスタ２、このボルスタ２の上方に配置されたスライド３、スライド３に締結されている上金型支持台（ダイセット）４、及び前記ボルスタ２に締結されている下金型支持台（ダイセット）５を備えている。そして、前記上金型支持台４には、断熱構造部材６を介して上金型１１が設置されている。また、前記下金型支持台５には、断熱構造部材７を介して下金型１２が設置されている。
【００１３】
Ｎｉ基合金などからなる前記上下の金型１１，１２には、それぞれ、水平に延びる複数個のヒータ取付け穴１１ａ，１２ａが形成されており、これらのヒータ取付け穴１１ａ，１２ａそれぞれに、棒状をなすカートリッジヒータ（「シーズヒータ」とも呼ばれている）１３が、挿入されることで取り付けられている。これらの金型加熱用のカートリッジヒータ１３への供給電流を制御することで、金型１１，１２は所定温度に制御されるようになっている。このカートリッジヒータ１３を有する上金型１１と、カートリッジヒータ１３を有する下金型１２とにより、鍛造用金型１０が構成されている。なお、前記の断熱構造部材６，７は、金型１１，１２から金型支持台４，５及びプレス装置本体側への熱移動を防ぐためのものである。
【００１４】
そして、図示しない油圧シリンダのピストンロッドが前記スライド３に連結されており、前記ピストンロッドを前進させて、下金型１２上に載置された鍛造素材に向けて上金型１１を下降させることで、上金型１１のパンチ部と下金型１２とによって形成されるキャビティと同形状の成形品が成形されるようになっている。このとき、鍛造素材は、例えば電気式加熱炉で所定温度に加熱されてから、下金型１２上に載置される。また、金型１１，１２は、鍛造素材と例えば同一温度になるように、カートリッジヒータ１３によって加熱される。
【００１５】
図２は、本発明の鍛造用金型の要部を示す断面図、図３は、図２におけるカートリッジヒータの構成の一例を示す模式的断面図である。
【００１６】
図２に示すように、本発明による鍛造用金型１０の上金型１１及び下金型１２には、それぞれ、断面中空円形をなし水平に延びる複数個のヒータ取付け穴１１ａ，１２ａが形成されるとともに、これらのヒータ取付け穴１１ａ，１２ａのそれぞれに、断面円形の金属管内に発熱線を収容したカートリッジヒータ１３が挿入されており、各ヒータ取付け穴１１ａ，１２ａが、その穴径がカートリッジヒータ１３の外径に対して所定のクリアランスΔＳとなるように形成されている。すなわち、ヒータ取付け穴１１ａ，１２ａのそれぞれに、カートリッジヒータ１３が、カートリッジヒータ１３の外周面の一部とヒータ取付け穴１１ａ，１２ａの内周面の一部とがカートリッジヒータ全長にわたって接触し、かつ、カートリッジヒータ１３の外周面頂部と取付け穴１１ａ，１２ａの内周面頂部とが前記クリアランスΔＳを有した状態で挿入されている。
【００１７】
前記カートリッジヒータ１３は、公知のものであり、図３に示すように、断面円形の金属管１３ａ内に発熱線としてニクロム線１３ｂを収容するとともに、その隙間を熱伝導性の良好な無機絶縁物粉末１３ｃで密に充填してなるものである。前記金属管１３ａは、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）、Ｎｉ合金などからなる。また、無機絶縁物粉末１３ｃには、例えば酸化Ｍｇ粉末が用いられる。
【００１８】
そして、本発明による鍛造用金型１０は、前記クリアランスΔＳが１．５ｍｍ未満となるようにヒータ取付け穴１１ａ，１２ａを設けている。前記クリアランスΔＳが１．５ｍｍ以上ではカートリッジヒータ１３による熱伝達率が低下し過ぎることとなる。良好な熱伝達率を確保する観点から、より好ましくは、前記クリアランスΔＳが１．０ｍｍ以下であることがよい。なお、前記クリアランスΔＳが０．５ｍｍを下回ると、ヒータ取付け穴１１ａ，１２ａへのカートリッジヒータ１３の挿入・引き抜きが容易でない。よって、より好ましくは、前記クリアランスΔＳが０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下となるようにヒータ取付け穴１１ａ，１２ａを形成することがよい。
【００１９】
以下、本発明を確かめるための熱伝達率測定試験について説明する。
【００２０】
ヒータ取付け穴を形成した被加熱試験片を、異なるクリアランスΔＳとするためにヒータ取付け穴の穴径を変えて３組製作し、各被加熱試験片のヒータ取付け穴に同一外径のカートリッジヒータを挿入し、所定温度に発熱させたカートリッジヒータによって被加熱試験片を加熱し、測定した被加熱試験片の温度などから、クリアランスΔＳを変化させたときの被加熱試験片での熱伝達率（熱伝達係数）を求めた。
【００２１】
被加熱試験片は、外径１００ｍｍ、長さ１３０ｍｍの円柱体に、その軸心線に沿って貫通する穴径（直径）ｄのヒータ取付け穴Ａを形成したものである。被加熱試験片は、この試験ではその材質がＳＵＳ３０４からなるものである。また、被加熱試験片には、ヒータ取付け穴Ａに挿入されたカートリッジヒータの表面温度を熱電対で測定するための１つの測定穴Ｂ１、ヒータ取付け穴Ａから半径方向に３ｍｍ離れた位置における被加熱試験片の温度を熱電対で測定するための１つの測定穴Ｂ２、及び、試験片外周面から半径方向に１０ｍｍ離れた位置における被加熱試験片の温度を熱電対で測定するための１つの測定穴Ｂ３が設けられている。小径の前記測定穴Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、被加熱試験片の長手方向における互いに異なる位置に、試験片外周面から半径方向へ延びるように設けられている。また、カートリッジヒータは、その両端部分が被加熱試験片のヒータ取付け穴Ａからそれぞれ突出した状態でヒータ取付け穴Ａに挿入されており、突出した前記両端部分は断熱材で覆われている。
【００２２】
この熱伝達率測定試験の試験条件を下記に示す。
・カートリッジヒータの表面温度：５００〜１０００℃の温度範囲での４水準
・カートリッジヒータの外径：φ３０．５ｍｍ
・被加熱試験片のヒータ取付け穴Ａの穴径ｄ：φ３１．０ｍｍ、φ３１．５ｍｍ、φ３２．０ｍｍ
・クリアランスΔＳ：０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ
・被加熱試験片の温度測定位置：水平に延びるヒータ取付け穴Ａの内周面頂部から上方へ半径方向に３ｍｍ離れた位置（図２でいえば、ヒータ取付け穴１１ａの内周面頂部から上側へ半径方向に３ｍｍ離れた位置）、及び、水平に延びるヒータ取付け穴Ａの内周面頂部の上方であって試験片外周面から半径方向に１０ｍｍ離れた位置
【００２３】
そして、カートリッジヒータの表面温度（４水準）、４水準ごとのカートリッジヒータ表面温度での被加熱試験片温度測定値、伝熱面積などから、公知の算出方法によって、クリアランスΔＳ：０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍでのカートリッジヒータによる熱伝達率（各クリアランスΔＳについて４水準のカートリッジヒータ表面温度での算出値を平均した平均値）を求めた。
【００２４】
その結果、クリアランスΔＳ：０．５ｍｍでの熱伝達率は、２２５０ｋｃａｌ／（ｍ２・ｈ・℃）であり（ただし、１ｋｃａｌ／（ｍ２・ｈ・℃）≒１．１６２８Ｗ／（ｍ２・Ｋ））、クリアランスΔＳ：１．０ｍｍでの熱伝達率は、２１８５ｋｃａｌ／（ｍ２・ｈ・℃）であり、クリアランスΔＳ：１．５ｍｍでの熱伝達率は、６３５ｋｃａｌ／（ｍ２・ｈ・℃）であった（図４参照）。なお、クリアランスΔＳが０．５ｍｍの場合であっても、ヒータ取付け穴Ａへのカートリッジヒータの取り付け・取り外し（挿入・引き抜き）を支障なく行うことができた。
【００２５】
この熱伝達率測定試験の結果から、カートリッジヒータを有し、このカートリッジヒータによって加熱される上金型及び下金型を備えた鍛造用金型において、上金型及び下金型に、クリアランスΔＳが１．５ｍｍ未満となるようにヒータ取付け穴を形成することにより、ヒータ取付け穴へのカートリッジヒータの取り付け・取り外しが容易で、かつ、熱伝達率の低下を招くことなくカートリッジヒータによる良好な金型加熱を行えることが確認できた。
【符号の説明】
【００２６】
１…鍛造プレス装置
１０…鍛造用金型
１１…上金型  １１ａ…ヒータ取付け穴
１２…下金型  １２ａ…ヒータ取付け穴
１３…カートリッジヒータ
ΔＳ…クリアランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2013141690.tif 000006