(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面側に半凝固金属を載置させる固定下型と、
固定下型に向けて押圧下降動作する可動上型と、
固定下型の側部に配置されて固定下型と可動上型とともに製品キャビティを形成する側部型であって、該固定下型に対して上下摺動自在に設けられ可動上型の下降押圧力よりも小さな力で押圧上昇作動する側部型と、を含むことを特徴とする半凝固金属製品の成形金型構造。
【請求項２】
側部型の上昇押圧力に勝る可動上型の下降押圧力と同等の力で押し下げられる側部型の下降限位置より上方位置で、下降押圧する可動上型と上昇押圧する側部型と固定下型とによる半凝固金属の圧縮が行われることを特徴とする請求項１記載の半凝固金属製品の成形金型構造。
【請求項３】
固定下型上に載置した半凝固金属の圧縮開始時の側部型の高さ位置が、
環壁を含む製品の本体部から突設した部分の体積と製品キャビティを形成した状態での固定下型と側部型の内側部分との最短距離長さでの隙間の面積との相関を１つの要素として決まる高さ位置であって、下降限位置から側部型を上昇させて半凝固金属の流動路を形成する位置であることを特徴とする請求項１または２記載の半凝固金属製品の成形金型構造。
【請求項４】
側部型は、可動上型による半凝固金属の圧縮開始位置に向けて進退自在に横方向に移動する複数のスライド割型を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半凝固金属製品の成形金型構造。
【請求項５】
固定下型と、固定下型上の半凝固金属に向けて押圧下降動作する可動上型と、製品の側部を規定し、かつ、上下動自在に設けられた側部型と、を用意し、
可動上型の押圧下降時に固定下型上に載置した半凝固金属の流動路となる側部型と固定下型との間に十分な隙間を形成するように、側部型を押圧上昇させた位置で可動上型による半凝固金属の圧縮を開始し、その後の側部型の上昇押圧力に勝る可動上型の下降押圧により半凝固金属を成形することを特徴とする半凝固金属製品の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半凝固金属製品の成形金型構造および半凝固金属製品の成形方法ならびにそれらにより成形される半凝固金属製品に関し、特に金型に半凝固金属を載置して、直接にプレス成形することで高品質の金属成形品を得ることができる凝固金属製品の成形金型構造および半凝固金属製品の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、アルミニウム合金材料による金属ビレットの加熱あるいは溶湯の冷却による、粒状の固相と液相を共存させた例えば冷却曲線で５４０℃〜６５０℃程度の半凝固（半溶融）状態での加工が、溶融状態からの加工に比して保形性に優れ、同時に加工性にも優れる点で種々の製品に採用されつつある。これに対し、例えばアルミニウム合金材料による自動車用ホイールの半凝固（半溶融）成形については、成形する金型に液体から温度を低下させて製造した半凝固金属あるいは固体状態の材料を加熱させた半溶融金属を一旦スリーブに移し、しかる後、製品キャビティを形成する金型内に半溶融金属を充填し、加圧成形するダイカストマシンを用いた成形方法が知られている。しかしながら、この方法では、スリーブに挿入した段階で固液共存状態の金属はスリーブに接触して急速に熱を奪われるために凝固層が生成しやすい。また、流動性を維持するために急速に加圧充填するため、空気の巻き込みが発生し、このために、凝固層および空気層が混入しやすく機械的性質のばらつきの原因になりやすい。また、スリーブ内に残されたビスケット部分と製品までのランナを加えた製品以外の部分の全鋳込み重量に対する割合が高い。その結果、製品価格が高くなる、という問題がある。これに対して特許文献１の方法が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２６９５５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の方法では、図１８〜図２０に示すように、キャビティ部１１２に連通するランナ部１１４と圧縮部１１６を上下金型１１８、１１９に一体的に設けたもの（図１８（１）、（２））、ランナ部や圧縮部を設けずに金型内に半凝固金属１１７を載置し直接成形するもの（図１９（１）、（２））、上金型１１８に上下移動可能な第二金型１３２もしくはピストンを設置して、必要に応じて部分加圧をするもの（図２０（１）、（２））が示されている。しかしながら、図１８の方法では、まず圧縮部に半凝固金属が接触し、さらに、ビスケット部１３４、ランナ部１１４を経由してキャビティ１１２内に金属が流入するようになっているので金属は急速に熱を奪われることによる凝固層の混入、空気層の混入による機械的性質のバラツキ、及び全鋳込み重量に対する非製品部分の割合が高く、製品価格を高くさせる、等の問題は依然として解消されない。
【０００５】
また、図１９の方法によれば、上型の下降に伴い半凝固材は金型に熱を奪われて流動性が急激に低下し所定の製品形状を得る前に凝固する。また、キャビティ内に半凝固金属のビレットを置いて成形するから、安定させるため下型上面と密着性の良い部分に載置する結果、半凝固金属の底面は凝固層を早期に形成しやすい、等の問題がある。
【０００６】
一方、図２０の方法では、最終成形品の厚さが薄肉でしかも中央部で深く絞られた形状であり、さらに下端部に側方に向けた突設部Ｔを有するような複雑な製品形状であるが、この図２０の方法では加圧部から該突設部Ｔ部分までの半凝固金属の圧縮時の流動長が長くなり、抵抗も大きくなって十分な充填量を確保しにくい結果、微細な内部欠陥などによる成形不良を生じさせるおそれがあり、現実にはこのような半凝固金属の成形による複雑な形状の製品製造は実用化するのが困難であった。なお、図１８、図１９の場合においても、製品の成形時の上下方向の高低が大きい部分には上記の図２０におけると同様の問題が生じうるものであった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えば薄肉でフランジ部を有するような複雑な形状の製品を半凝固金属の成形により確実に成形することができ、高品質の成形品を得るとともに材料、製作コストの低減を図ることのできる半凝固金属製品の成形金型構造および半凝固金属製品の成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は、上面側に半凝固金属を載置させる固定下型１２と、固定下型に向けて押圧下降動作する可動上型１４と、固定下型１２の側部に配置されて固定下型１２と可動上型１４とともに製品キャビティ２２，６０を形成する側部型１６であって、該固定下型１２に対して上下摺動自在に設けられ可動上型１４の下降押圧力Ｐ１よりも小さな力Ｐ２で押圧上昇作動する側部型１６と、を含む半凝固金属製品の成形金型構造１０−１，１０−２から構成される。成型金型装置自体は、耐熱、耐摩耗性を有する金属から構成される。本発明による成型金型構造で成型する製品は、上下に外周形状が変化しない単なる柱状の物体の成型にはむしろ不向きであり、絞りの深い筒状製品、形状が複雑で特に薄肉で絞りが深い製品、フランジ部分がある製品、あるいは左右に背面を対向させたコ字状の凹部を有する製品などの成型について有効である。例えば、自動車用のホイール、ハブ、ミッションケースなどがあげられるが、そのほか任意の金属製品の成形についても適用可能である。可動上型は半凝固あるいは半溶融状態の金属の圧縮を行うものであり、能力的には通常のプレスマシンを用いることができる。側部型１６は、最終的には固定下型上の半凝固金属の周側部を規定するものであり、したがって、少なくとも固定下型の側部から上方について上下動するように駆動可能に設けられる。側部型１６は、単に固定下型の周側部から上方にかけて上下動するタイプのものとして構成できる。また、側部型１６は、製品の周側部を複数に分割して分割割形とし、それぞれの割型がスライド移動して圧縮開始位置に向けて進退駆動可能に設けたスライド割型５０タイプのものとしても構成できる。可動上型の第１駆動装置、側部型の上昇押圧駆動装置としての第２駆動装置、スライド割型のスライド進退駆動装置（シリンダ装置）の具体的な駆動力発生メカニズムは任意の構造のものを用いることができる。側部型の上昇押圧駆動装置としての第２駆動装置は、可動上型１４の下降押圧力Ｐ１よりも小さな上昇押圧力により上昇駆動させるもので、それによって、下型上の半凝固金属に圧縮力を加えながら可動上型１４と側部型を同期して下降移動させるものであり、したがって、ばね機構やその他制御により所定の上昇押圧力を維持しながら下降押圧に降伏して下降する圧力維持型の上昇押圧駆動装置が適用される。
【０００９】
その際、側部型１６の上昇押圧力Ｐ２に勝る可動上型１４の下降押圧力Ｐ１と同等の力で押し下げられる側部型１６の下降限位置Ｌ０より上方位置で、下降押圧する可動上型１４と上昇押圧する側部型１６と固定下型１２とによる半凝固金属１８の圧縮が行われるようにするとよい。
【００１０】
また、固定下型１２上に載置した半凝固金属１８の圧縮開始時の側部型１６の高さ位置が、環壁Ａｗを含む製品Ｍの本体部Ｙから突設した部分の体積Ｖと製品キャビティ２２，６０を形成した状態での固定下型１２と側部型１６の内側部分との最短距離長さＫでの隙間の面積Ｓとの相関を１つの要素として決まる高さ位置であって、下降限位置Ｌ０から側部型１６を上昇させて半凝固金属１８の流動路Ｐｆを形成する位置であるようにするとよい。可動上型１４による圧縮開始後、側部型１６が押し下げ下降され始めるタイミングは、具体的には半凝固金属１８が固定下型１２と側部型１６の内側部分との隙間から下方側に流入し始めると同時あるいはその後であるとよい。
【００１１】
また、側部型１６は、可動上型１４による半凝固金属１８の圧縮開始位置に向けて進退自在に横方向に移動する複数のスライド割型５０（５０Ａ、５０Ｂ）を含むこととするとよい。
【００１２】
また、本発明は、固定下型１２と、固定下型上の半凝固金属１８に向けて押圧下降動作する可動上型１４と、製品Ｍの側部を規定し、かつ、上下動自在に設けられた側部型１６と、を用意し、可動上型１４の押圧下降時に固定下型１２上に載置した半凝固金属１８の流動路Ｐｆとなる側部型１６と固定下型１２との間に十分な隙間Ｋを形成するように、側部型１６を押圧上昇させた位置Ｌ１で可動上型１４による半凝固金属１８の圧縮を開始し、その後の側部型１６の上昇押圧力Ｐ２に勝る可動上型の下降押圧Ｐ１により半凝固金属１８を成形する半凝固金属製品の成形方法から構成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半凝固金属製品の成形金型構造によれば、上面側に半凝固金属を載置させる固定下型と、固定下型に向けて押圧下降動作する可動上型と、固定下型の側部に配置されて固定下型と可動上型とともに製品キャビティを形成する側部型であって、該固定下型に対して上下摺動自在に設けられ可動上型の下降押圧力よりも小さな力で押圧上昇作動する側部型と、を含む構成であるから、薄肉で絞りが深い略円筒形状製品、それらの半径方向に突起部を有する製品、さらに左右に背面を対向させたコ字状の凹部を有する製品、その他形状が複雑で成形に複雑な機構、制御装置を必要とする製品を半凝固金属成形により良好な成形性を確保して具体的に成形することができ、同時に比較的に簡単な構成、低コストで製造することが可能である。また、半凝固金属の圧縮成形により比較的小型のプレスマシン等での成形が可能で装置構成を簡素化でき、さらに鋳込みに必要な材料の適正量管理を確実に行え、材料コスト節約、成形後の仕上げ処理の簡易化を実現することが可能である。
【００１４】
また、側部型の上昇押圧力に勝る可動上型の下降押圧力と同等の力で押し下げられる側部型の下降限位置より上方位置で、下降押圧する可動上型と上昇押圧する側部型と固定下型とによる半凝固金属の圧縮が行われる構成とすることにより、可動上型で圧縮成形しながら同時に側部型を下降させて、製品キャビティ形状にしだいに近づけていき、さらに製品キャビティを形成した状態で最終成形圧で成形完了させるから、半凝固金属の流動路確保と材料の充填量の偏位、あるいは成形圧の製品への偏りがなく良好な成形性を確保しうる。
【００１５】
また、固定下型上に載置した半凝固金属の圧縮開始時の側部型の高さ位置が、環壁を含む製品の本体部から突設した部分の体積と製品キャビティを形成した状態での固定下型と側部型の内側部分との最短距離長さでの隙間の面積との相関を１つの要素として決まる高さ位置であって、下降限位置から側部型を上昇させて半凝固金属の流動路を形成する位置である構成とすることにより、圧縮成形開始時に半凝固金属の充分な開口を有する流動路を形成して製品の環壁部分や、脚部分、あるいはそれらから伸びるフランジ部分等の製品の隅々まで満遍なく均等に材料の充填、充填圧の付加を行って、高品質の成形品製造を実現しうる。なお、環壁を含む製品の本体部から突設した部分の体積は重量とすることもできる。
【００１６】
また、側部型は、可動上型による半凝固金属の圧縮開始位置に向けて進退自在に横方向に移動する複数のスライド割型を含む構成であるから、上下方向の型の移動のみでは成形終了後の型抜きが困難な複雑な製品についても、横方向移動による型抜きを確実に行える。
【００１７】
また、本発明の半凝固金属製品の成形方法によれば、固定下型と、固定下型上の半凝固金属に向けて押圧下降動作する可動上型と、製品の側部を規定し、かつ、上下動自在に設けられた側部型と、を用意し、可動上型の押圧下降時に固定下型上に載置した半凝固金属の流動路となる側部型と固定下型との間に十分な隙間を形成するように、側部型を押圧上昇させた位置で可動上型による半凝固金属の圧縮を開始し、その後の側部型の上昇押圧力に勝る可動上型の下降押圧により半凝固金属を成形する構成であるから、薄肉で絞りが深い略円筒形状製品、それらの半径方向に突起部を有する製品、さらに左右に背面を対向させたコ字状の凹部を有する製品、その他形状が複雑で成形に複雑な機構、制御装置を必要とする製品について比較的に簡単な構成、低コストで高品質の成形品を製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１ないし図８は、本発明の第１の実施形態を示している。本実施形態の半凝固金属製品の成型金型構造は、例えば図３の二輪自動車用のハブを成形製品Ｍとする例を示す。図３のように製品Ｍは、表面側となる上部に平坦な凹凸を形成し外縁に薄肉つば部Ｒを有する本体部Ｙと、本体部Ｙの裏面側においてつば部Ｒの基部から直角方向に突設した環壁Ａｗと、中心部から直角状に突設した筒部Ｎと、を含む。環壁Ａｗは、本体部Ｙを底とするように深く絞った側壁を形成しており、いわゆる薄肉の深絞りタイプの製品形状である。
【００１９】
図１は、第１実施形態の半凝固金属製品の成型金型構造１０−１の圧縮開始直前位置での縦断面図である。図１において、本実施形態の半凝固金属製品の成型金型構造１０−１は、固定下型１２と、可動上型１４と、側部型１６と、を含む。固定下型１２上には半凝固金属１８が載置され、この載置された半凝固金属１８を圧縮するように可動上型１４が上方側から押圧下降移動する。側部型１６は圧縮成形する際の製品の周側部を規定するものであり、しかもこの側部型１６は、上下動自在に設けられて所定の押圧力で上昇駆動される。側部型１６の上昇押圧力は、可動上型１４の下降押圧力よりもはるかに小さく設定されている。この側部型１６を所定高さ位置に上昇させた状態で固定下型１２上に載置した半凝固金属１８を側部型１６の上昇押圧力に勝る可動上型１４の下降押圧力で圧縮し、そのまま可動上型１４の押し下げ力で側部型１６を押し下げて上型と下型間の成形空隙を圧縮方向に変化させながら上型で圧縮成形し、側部型１６の最終下降限位置で充分な圧縮成形を行って、成形を完了させる。
【００２０】
詳しくは、本実施形態の成形金型構造１０−１は、油圧プレス等の駆動装置２０により駆動されて上下直線状に移動可能な可動上型１４と、固定下型１２と、上型と下型の型閉め状態で形成される製品キャビティ２２（図５参照）の周側部を規定し第２の駆動装置２４に駆動されて上下直線状に移動可能な側部型１６と、を含む。第２の駆動装置２４の上昇押圧力は可動上型１４の下降押圧力より小さく、しかも、その下降押圧力を受けて上昇力を降伏させ、該側部型１６を下降させる降伏開放型の駆動装置であり、例えば押しばねやジャッキ装置あるいはそれらの組合せなどの弾発付勢装置を用いることができる。これらの駆動装置２０、２４は、図示しない作業手順のシーケンス制御あるいは記憶装置によるプログラム制御等を行う制御装置２６の制御に基づいてタイミングを合わせながら駆動される。なお、図４、図５については、駆動装置、制御装置の図示は省略して示している。
【００２１】
固定下型１２上に載置させる半凝固金属１８は、凝固開始温度と凝固終了温度の範囲の半凝固（半溶融）状態の特性の金属であり、それぞれの合金組成に対応する半凝固温度範囲を有している。半凝固金属は、温度の上昇（固相率の低下）に伴い結晶（固相成分）が球状化し、それが次第に分離する。アルミニウム合金では、固相率が３０％から７０％ではその内部組織は球状の固相粒が液相中に浮遊した状態となっており、適度の軟質性、流動性とともに、粒状の均一な組織を得ることができる。この性質から、半凝固金属による成形では、さらに、（イ）低温の半凝固状態で金型に鋳込むため凝固収縮量が減少し引け傾向が減少する。（ロ）冷却速度が速まり微細な組織が得られ内部欠陥を低減でき、機械的性質に優れた製品を製造できる。（ハ）半凝固状態で鋳こむため、粒状の均一な組織を得ることができる。本実施形態では、成形前の半凝固金属材料１８は図１に示すように、側部型１６の内向き凸部の先端を最大径とする例えば段付扁平円盤形状あるいは円筒状の半溶融金属が固定下型１２上に載置され、これを上方から可動上型１４が下方に向けて押圧圧縮する。
【００２２】
より詳細には、図１において、図示しない支持台に固定された下型ベース２８上に固定下型１２が固定され、成形する製品Ｍの筒部Ｎや環壁Ａｗに対応する切欠き３０，３２を形成した型形状を上方に向けて設置されている。一方、固定下型１２の下部側から上下動可能で降伏開放自在に駆動するジャッキ装置等からなる第２駆動装置２４が設けられており、このジャッキのピン３４に支持されて側部型１６が上下直線状に移動自在に設けられている。
【００２３】
側部型１６は、製品の周側部を規定するものであり、縦筒形で固定下型１２の外径より大きな内周輪郭大きさを有している。そして、その側部型１６の内側が固定下型１２と向き合うように配置されている。側部型１６は、上端側の外周がテーパ状に切り欠かれており、この切欠き３８に上型支持台４０側が当接して可動上型１４と同じ押し下げ力で側部型１６を下降押動させる。側部型１６の内側と固定下型１２とで挟まれる空隙は上下型の型閉め状態では製品キャビティ２２を構成するとともに、上型による圧縮途中では流動路Ｐｆとなり、上型の圧縮下降にしたがって形状を変化させる空隙である。したがって、側部型１６は、中央部の固定下型の外縁に近接して固定下型の側ぶと対向配置された固定下型の外縁部分に相当する製品形状を形成する型である。
【００２４】
第２駆動装置２４のジャッキのピン３４の上部には環状の側部型ベース３６が固定されており、該側部型ベース３６上に側部型１６が固定支持されている。側部型ベース３６は、第２駆動装置２４と側部型１６との中間に介設されて側部型１６を可動上型の下降押圧力より小さな上昇押圧力で上昇駆動させる際の支持を行うとともに、下降動作時に下型ベース２８に当たって側部型１６の下降限を決める。
【００２５】
固定下型１２に上下に対向配置される可動上型１４が上型支持台４０により固定支持されている。上型支持台４０は油圧プレス等の第１駆動装置２０に連結されて上下移動自在に駆動され、特に半凝固金属の圧縮成形時に下方に押圧駆動させるものであり、これに固定された可動上型１４が同期して上下動し、圧縮時に直接に半凝固金属を圧縮成形する。また、上型支持台４０には下降時に側部型１６の切欠き３８に当接する押さえ部材４２が固定されている。これによって、可動上型１４が下降して固定下型上の半凝固金属を圧縮し始め、それと同時あるいはその後に、同じ圧力で押さえ部材４２が側部型１６の上端側を押さえて側部型１６をその上昇押圧力に勝って下降させる。
【００２６】
固定下型１２上に載置した半凝固金属１８の圧縮開始時の側部型１６の高さ位置は、製品形状、製品の厚み、環壁の高さ、製品のサイズ等により異なりそれぞれについて流動抵抗も異なってくるので一概に決定するのは困難であり、数回の経験的な試行成形が必要である。そのうち、側部型１６の下降限位置からの成形開始位置高さを決める要素として、環壁Ａｗを含む製品Ｍの本体部Ｙから突設した部分の体積Ｖと製品キャビティを形成した状態での固定下型と側部型の内側部分との最短距離長さＫでの隙間の面積Ｓとの相関がある。この突設部体積Ｖに対しての長さＫでの隙間の面積Ｓとの関係で最も半凝固金属の隙間からの流動性が確保しやすい範囲をテスト成形により取得し、これらのデータより側部型１６の下降限位置Ｌ０からの成形開始位置高さを決めることができる。一方、圧縮開始時の側部型１６の上昇位置、すなわち上下高さ位置が高すぎて面積Ｓが大きすぎても成形時の製品上部側となる製品の本体部Ｙに充填量不足や充填圧の偏位を生じて適正な成形性が損なわれる。したがって、この点についても、上記のように、環壁Ａｗを含む製品Ｍの本体部Ｙから突設した部分の体積Ｖと製品キャビティを形成した状態での固定下型と側部型の内側部分との最短距離長さＫでの隙間の面積Ｓとの相関により、テスト成形により最適な範囲を求めて設定される。そして、図６に示すように、側部型１６は、第２駆動装置２４により固定下型と側部型の内側部分との最短距離長さＫでの隙間の面積Ｓを形成する上昇位置Ｌ１まで上昇駆動される。この状態で半溶融状態の半凝固金属の充分な流動路４２を形成させて、可動上型により圧縮開始する。さらに、第１駆動装置２０による可動上型１４の下降押圧力Ｐ１は第２駆動装置２４による側部型１６の上昇押圧力Ｐ２よりもはるかに大きい（Ｐ１＞＞Ｐ２）から（例えば２倍〜１０倍程度）、下降押圧力Ｐ１で側部型１６を下降押圧させて周側部を規定しながら上型１４で圧縮し、最終的に下降限位置Ｌ０で停止させ最終圧を加えて圧縮を完了させる。
【００２７】
次に、本実施形態の作用について説明する。半凝固金属の成形に際しては、まず側部型１６を第２駆動装置２４を駆動させて上昇させ、停止させる。この側部型１６の上昇位置は、数回の経験的な試行成形により、環壁Ａｗを含む製品Ｍの本体部Ｙから突設した部分の体積Ｖと製品キャビティを形成した状態での固定下型と側部型の内側部分との最短距離長さＫでの隙間の面積Ｓとの相関を要素として決定すると良い。この状態で、図１のような予め半溶融状態のプレフォームによる扁平円盤体の半凝固金属を固定下型１２上に載置する。このとき、該半凝固金属１８の周側部は側部型１６の内周壁面により規定されている。この状態では、隙間（Ｓ）が側部型１６と固定下型１２との間に形成されているから、これが半溶融金属の流動路として充分な開口となる。この状態から第１駆動装置２０を介して可動上型１４を押圧下降させ、半凝固金属を圧縮させると、固定下型１２と側部型１６の内側部分との開口から圧送されて円滑に環壁Ａｗ側に進入する。一方、第１、第２駆動装置２０、２４の駆動により、可動上型１４の下降押圧力Ｐ１は側部型１６の上昇押圧力Ｐ２よりもはるかに大きい（Ｐ１＞＞Ｐ２）から（例えば１０倍程度）、下降押圧力Ｐ１が上昇押圧力Ｐ２に勝って強制的に側部型１６を押し下げる。この押し下げ途中で半凝固金属１８は可動上型１４と固定下型１２との加圧面により圧接されて、例えば図４、図７の下降途中位置Ｌ２での状態のように、断面長さがＫに等しい流動路Ｐｆから固定下型１２と側部型１６の内面との間に円滑に進入する。この途中でも可動上型１４による圧縮は維持し続けられ経時的に可動上型１４の下端加圧面と固定下型１２の上端加圧面との距離は接近する。このように、成形空隙の変化と圧縮を同時に行わせる。そして、図５、図８のように最終的に側部型ベース３６が下型ベース２８に当着して停止し、その状態でさらに充分な加圧圧縮を行うことにより製品キャビティ２２内の成形品の隅々まで万遍のないかつ均等な金属の充填が行われ、良好な成形性を保持することができる。
【００２８】
次に、図９ないし図１６により、本発明の第２実施形態の半凝固金属製品の成型金型構造１０−２について説明するが、第１実施形態と同一部材には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
第２実施形態の金型構造１０−２が、第１実施形態と異なる点は、側部型１６は、横方向に水平移動する複数のスライド割型５０Ａ、５０Ｂを含み、それぞれのスライド割型は横方向駆動装置としてのシリンダ装置に連結されて可動上型１４による半凝固金属１８の圧縮開始位置に向けて進退自在に進出駆動され、成形終了後は側部型１６を横方向に移動させて型を開くことができることである。
【００３０】
詳細には、図１０に示すように側部型１６は、固定下型上の半凝固金属と対面する側に製品外形の半割れ凹部５１を形成した２個のスライド割型５０Ａ、５０Ｂを含み、これらのスライド割型５０Ａ、５０Ｂのそれぞれはシリンダ装置５６に連結支持されている。そして、第２駆動装置のジャッキの４本の上昇押圧ピン５２で上下駆動させ、該ピン５２の上端部に固定された側部型ベース５４はある程度の広さの面積を有する厚板部材から構成され、さらにその側部型ベース５４上を断面縦形の２個のスライド割型５０Ａ、５０Ｂがシリンダ装置５６を介して半凝固金属１８に向けて進退自在に進出駆動される。２個のスライド割型５０Ａ、５０Ｂは、側部型ベース５４上に水平方向に摺動自在に載置され、案内されて直線状に側部型ベース上を移動する。例えば、このシリンダ装置５６は第１、第２駆動装置２０，２４とともにタイミングを取りながら予め設定されたシーケンサやプログラムにより制御装置を介して駆動される。スライド割型５０Ａ、５０Ｂはシリンダ装置の駆動ロッド５８に固定されており、第２駆動装置の上下動に同期して同スライド割型ならびにシリンダ装置が上下動する。
【００３１】
この第２実施形態では、成形される製品は図１１に示すように、環壁Ａｗの下端からさらに外方に向けて突出するフランジＦを有している。このような複雑な製品形状の場合にはフランジ部分までの半凝固金属製品の流動長はさらに長くなり、また、抵抗も大幅に増加する。しかしながら、上記の第１実施形態と同様の側部型の圧縮開始位置設定と、下降時の圧縮と、最終圧縮により、良好な成形性を得ることができる。
【００３２】
第２実施形態では第１実施形態と同様に、例えば、環壁Ａｗを含む製品Ｍの本体部Ｙから突設した部分の体積Ｖと製品キャビティを形成した状態での固定下型と側部型の内側部分との最短距離長さＫでの隙間の面積Ｓとの相関を要素として決定された側部型の上昇高さ位置に上昇停止させ、プレフォームした半凝固金属製品を固定下型上に載置し、図１０矢示ａのように、スライド割型５０Ａ、５０Ｂを圧縮開始位置に向けて進出させ、図９のように開始準備状態とする。なお、このとき、側部型１６の最適な下降限位置からの上昇位置に設定される点も第１実施形態と同様である。適性でかつ充分に大きな開口の流動路Ｐｆを得て可動上型１４の下降圧縮が開始すると円滑に製品の環壁Ａｗ対応部分からフランジ部Ｆ対応部分に流動していく（図１２、図１５参照）。この途中でも可動上型１４の下降押圧力により固定下型１２側に向けて近接移動し続け、圧縮作用が維持される。このとき、可動上型１４の下降押圧力Ｐ１は側部型１６の上昇押圧力Ｐ２よりもはるかに大きい（Ｐ１＞＞Ｐ２）から（例えば２倍〜１０倍程度）、下降押圧力Ｐ１が上昇押圧力Ｐ２に勝って強制的に側部型１６を押し下げ、製品の周側部規定を維持させる。そして、図１３、図１６のように最終的に側部型ベース５４が下型ベース２８に当着して停止し、その状態でさらに充分な加圧圧縮を行うことにより製品キャビティ６０内の成形品の隅々まで万遍のないかつ均等な金属の充填が行われ、良好な成形性を保持することができる。そして、成形完了後、可動上型１４を上昇離開させ、シリンダ装置５６の駆動ロッド５８を退縮させることにより製品端部の側部側のコ字型の製品部分から側部型１６を離脱させることができる。図１７は、第２実施形態の成形構造における上下金型の位置と圧力の経時変化による変位状態を示した図である。
【００３３】
また、上記の実施形態の半凝固金属の成形金型構造を用いた成形方法としては、固定下型と、固定下型上の半凝固金属に向けて押圧下降動作する可動上型と、製品の側部を規定し、かつ、上下動自在に設けられた側部型と、を用意し、可動上型の押圧下降時に固定下型上に載置した半凝固金属の流動路となる側部型と固定下型との間に十分な隙間を形成するように、側部型を押圧上昇させた位置で可動上型による半凝固金属の圧縮を開始し、その後の側部型の上昇押圧力に勝る可動上型の下降押圧により半凝固金属を成形することで良好な成形品を得ることができる。
【実施例】
【００３４】
次に、本発明の半凝固金属製品の成形金型構造による成形の実施例を示す。前記した実施形態のうち、第２実施形態の複数のスライド割型を有するタイプの金型構造について、側部型の上昇位置をクリアランスＬとして変化させて、投入する半凝固金属材料が２ｋｇと４．５ｋｇそれぞれについて成形し、それらの成形状況を比較した。
【００３５】
表１は、ＡＣ４ＣＨ相当合金、ＡＣ２Ｂ相当合金の半凝固金属１８を用いて成形したものである。表１で用いた半凝固金属は電磁攪拌で作成した円柱状の材料をプリフォームした半凝固金属材を用いた。鋳込み製品としては二輪自動車のハブを想定して形状を簡略化したスライド型５０による鼓形状に成形した。テストに用いた金型の温度は２２０℃〜２９０℃であり、成形前に上下金型１４，１２と側部型１６で形成されるキャビティ表面に
断熱性を有する雲母系水溶性型離剤を塗布した。使用した加圧成形マシンは、ハブを想定した半凝固金属材２ｋｇの場合、可動上型１４の型締め力５００トン、第２駆動装置による側部型の上昇押圧力１２０トンを使用した。ホイールを想定した半凝固金属材４．５ｋｇの場合、可動上型１４の型締め力１２００トン、側部型の上昇押圧力１２０トンを使用した。
【表１】
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【００３６】
表１の成形例において、Ｎｏ．１，Ｎｏ．５の例では、クリアランスＬが０の状態のままで成形したため、側部型１６は最下降限位置の状態で側部型の内側と固定下型１２との間が狭く、半凝固金属１８の充分な流動断面積が形成されないから、成形途中で固定下型と側部型との隙間を抜けて形成される製品フランジＦ部分への流動性が確保されず、いずれも製品形状の成形不良が発生した。Ｎｏ．４，Ｎｏ．１０の成形例では、側部型の上昇押圧力により側部型１６は可動上型１４に近い高さ位置で成形され、半凝固金属１８の流動断面積が大きく、初期の材料の流れ性は良好であり、例えば図１２、図１５の下降成形途中での下側フランジ部Ｆまでの流動性が向上したがいずれも製品上部外周フランジ部に材料の流れるときに生じるエアーの巻き込みが発生し、内部欠陥となった。Ｎｏ．３，Ｎｏ．７、Ｎｏ．８の成形例では、側部型の上昇押圧力により側部型１６は適正な上下高さ位置に保持され、半凝固金属１８の流動断面積が大きく、初期の材料の流れ性及び成形途中の可動下型と側部型の隙間（成形品の肉厚部分）及び、下型フランジ部Ｆまでの流動性が確保され、さらにその間の可動上型１４と固定下型１２による圧縮が維持され、加えて側部型が最下降限位置に着底した状態での最終圧で内部に充分に圧力がかかり、外観及び内部品質ともに良好な製品が得られた。これによって、側部型の上型との同期下降動により良好な成形性確保と、成形空隙変形と、圧縮成形とを同時に行うことにより、複雑な形状の製品についても確実に半凝固金属による成形が可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半凝固金属製品の成形金型構造の半凝固金属を下型上に載置して上型を加圧作動させる圧縮開始直前の状態の縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢示図である。
【図３】図１の金型構造を用いて成型する製品の断面説明図である。
【図４】図１の成型金型構造による圧縮途中の状態の断面説明図である。
【図５】図１の成形金型構造において、側部型の下降限位置の状態の断面説明図である。
【図６】図１の成形金型構造の状態に対応した半截縦断面作用説明図である。
【図７】図４の成形金型構造の状態に対応した半截縦断面作用説明図である。
【図８】図５の成形金型構造の状態に対応した半截縦断面作用説明図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る半凝固金属製品の成形金型構造の側部型を圧縮開始位置まで前進させ半凝固金属を下型上に載置して上型を加圧作動させる圧縮開始直前の状態の縦断面図である。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線矢示図である。
【図１１】図９の金型構造を用いて成型する製品の断面説明図である。
【図１２】図９の成型金型構造による圧縮途中の状態の断面説明図である。
【図１３】図９の成形金型構造において、側部型の下降限位置の状態の断面説明図である。
【図１４】図９の成形金型構造の状態に対応した半截縦断面作用説明図である。
【図１５】図１２の成形金型構造の状態に対応した半截縦断面作用説明図である。
【図１６】図１３の成形金型構造の状態に対応した半截縦断面作用説明図である。
【図１７】図９の成形構造における上下金型の位置と圧力の経時変化による変位状態を示した図である。
【図１８】従来の半凝固金属の金型成形方法を示すである。
【図１９】従来の半凝固金属の他の金型成形方法を示すである。
【図２０】従来の半凝固金属の他の金型成形方法を示すである。
【符号の説明】
【００３８】
１０−１、１０−２  半凝固金属製品の成形金型構造
１２  固定下型
１４  可動上型
１６  側部型
１８  半凝固金属
２０  第１駆動装置
２２  製品キャビティ
２４  第２駆動装置
３６  側部型ベース
５０  スライド割型
５２  上昇押圧ピン
５４  側部型ベース
５６  シリンダ装置
６０  製品キャビティ
Ｍ  製品
Ｙ  本体部
Ｐ１  可動上型の下降押圧力
Ｐ２  側部型の上昇押圧力
Ｐｆ  金属の流動路
Ｋ  最短距離長さ
Ｌ１  圧縮開始位置対応の側部型上昇高さ位置
Ｌ２  圧縮途中高さ位置
Ｌ０  側部型の下降限位置
【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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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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