(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームに上体部と下体部が結合されてなる本体と、溶湯保温炉と、溶湯を金型部に移送する溶湯移送手段と、制御部とを含む溶湯鍛造装置において、
前記本体の上体部が、上部中心部に設けられたメインシリンダ（８）と、前記メインシリンダ（８）の左右側に設けられた補助シリンダ（１１）と、前記メインシリンダ（８）と前記補助シリンダ（１１）の下部に装着されたスライドテーブル（３）と、前記スライドテーブル（３）の中心部のメインシリンダ（８）に結合された上部ノックアウトシリンダ（１０）と、前記スライドテーブル（３）の下部に結合される上部プレート（１６）と、前記上部プレート（１６）に締結され、脱型手段を有し、前記メインシリンダ（８）により下降し、前記補助シリンダ（１１）により上昇する上部金型部（Ａ）とを含み、
前記本体の下体部が、下部支持部（５）の中心部に装着された下部ノックアウトシリンダ（９）と、その外周縁部の下部支持部（５）に結合される下部プレート（１）と、前記下部プレート（１）に結合され、保温用加熱装置（５５）を有するサイドホルダ（３２）と、前記下部ノックアウトシリンダ（９）の上部に締結され、前記下部ノックアウトシリンダ（９）により溶湯を加圧及び上昇する下部金型部（Ｂ）とを含むことを特徴とする直接加圧式溶湯鍛造装置。
【請求項２】
前記上部金型部（Ａ）が、前記上部プレート（１６）に結合される連結部材（３１）と、前記連結部材（３１）に結合される上部スペーサ（４４）と、前記上部スペーサ（４４）に結合される上部金型（４７）と、脱型手段とからなり、前記脱型手段が、前記上部ノックアウトシリンダ（１０）に装着されるイジェクトプレート（５２、５３）と、前記イジェクトプレート（５２、５３）に設けられるイジェクトピン（５４）と、前記上部ノックアウトシリンダ（１０）の下部に締結されるイジェクトリング（５０）とからなることを特徴とする請求項１記載の直接加圧式溶湯鍛造装置。
【請求項３】
前記下部金型部（Ｂ）が、前記下部ノックアウトシリンダ（９）の上部に結合される第１組立部材（３４）と、前記第１組立部材（３４）に結合される下部金型（４８）と、前記下部金型（４８）に結合される第２組立部材（３３）と、前記第２組立部材（３３）に一側が回転可能に締結されるサイド金型（４６）とからなり、前記サイド金型（４６）の他側は回転可能な第１リンク部材（４３）に締結され、前記第１リンク部材（４３）は第２リンク部材（４０）にリンクされ、前記第２リンク部材（４０）は前記下部プレート（１）に結合されたサイドホルダ（３２）に回転可能に結合され、下部金型部（Ｂ）が下部プレート（１）から分離して昇降し、下部金型部（Ｂ）の上昇時、サイド金型（４６）が拡張され、下部金型部（Ｂ）の下降時、サイド金型（４６）が収縮するように構成されることを特徴とする請求項１記載の直接加圧式溶湯鍛造装置。
【請求項４】
前記サイドホルダ（３２）が、前記下部プレート（１）に固定され、溶湯鍛造時、前記サイド金型（４６）に及ぶ圧力に対抗するように、前記サイド金型（４６）に密着し支持することを特徴とする請求項１記載の直接加圧式溶湯鍛造装置。
【請求項５】
本体中央部の一側部に上下移動及び回転運動可能に設けられる移送手段により前記前記下部金型（４８）上に装着されてから復帰する溶湯注入用ライザチューブ（１９）をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の直接加圧式溶湯鍛造装置。
【請求項６】
前記溶湯注入用ライザチューブ（１９）の内部には、溶湯に含有される酸化物の濾過のためのセラミック濾過膜（１８）が設けられることを特徴とする請求項５記載の直接加圧式溶湯鍛造装置。
【請求項７】
前記上部金型（４７）及び下部金型（４８）が自動車用アルミニウムアロイホイール製造用であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか記載の直接加圧式溶湯鍛造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は上部金型が垂直下方に移動して溶湯を加圧する直接加圧式の非鉄金属類の溶湯鍛造装置に関し、より詳しくは上部金型が下方に移動して直接１次予備成形及び２次高圧成形し、下部シリンダの作動により直接３次加圧する方式の直接加圧式溶湯鍛造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、既存の非鉄金属の鋳造法の代表的なものとしては、重力鋳造法、低圧鋳造法、真空鋳造法などがあり、最近、鍛造方式の研究開発が活発に行われている。このような研究開発の活性化は、本質的に高品質化による企業の高付加価値の創出だけでなく、環境的及び経済的側面での軽量化に繋がっている。
【０００３】
既存の鋳造法のうち、重力鋳造と低圧鋳造は凝固速度が遅くて収縮及びガス欠陥により密度が低下し、部位別に機械的性質が低いし、機械的性質の差が大きい。ダイキャスティングは注入速度が速いため、酸化物及びガスが混入される。このため、ダイキャスティングは機械的性質の要求規格が低いケース類などの製造に用いられている。高圧鋳造法（squeeze casting）も、低い金型温度及び速い注入速度のため、製品の形状及び厚さに制約を受けている。既存に開発された溶湯鍛造法は殆どが間接加圧方式で、金型及び機械の制作費が高くて、価格競争力が低いし、開発及び量産に困っている。
【０００４】
前記のように、従来の重力鋳造及び低圧鋳造は基本的に製品の形状、大きさ及び厚さに制約を受けないとはいえ、相対的に金型温度及び溶湯温度が高く凝固時間が長くなるため、製品の収縮とピンホールのような製品内欠陥により、密度及び機械的性質が低下し、よって軽量化による製品重量の減少などが実現できていない。特に、自動車用アルミニウムホイールのように、比較的大型でありながら形状の複雑な自動車部品の場合は、自動車の軽量化趨勢に応じられなくて部品の後進性を脱皮していないことが実状である。したがって、前記のような問題点を解決するためには、既存の工法によってはその限界が明らかで新たな工法の開発が切実に要求されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、上部金型が上部から垂直下方に移動して金型内に注入された溶湯を直接２次にわたって加圧する直接加圧式溶湯鍛造装置を提供することをその目的とする。
本発明のほかの目的は、下部金型部にノックアウトシリンダを設け、このシリンダの垂直上方への移動により溶湯を最終に加圧することにより、凝固過程で発生する局部的体積変化による変形又は密度差をなくすことができる直接加圧式溶湯鍛造装置を提供することである。
【０００６】
本発明のさらにほかの目的は、下部金型部を下部金型、サイド金型及びサイドホルダから構成し、これらを一体的にリンクさせることにより、構成が単純で部品間の密着性の優れた直接加圧式溶湯鍛造装置を提供することである。
【０００７】
本発明のさらにほかの目的は、サイド金型に回動可能な連結部材により連結されたサイドホルダを下部プレートに固定させることにより、溶湯鍛造圧力に対抗するためのサイドシリンダのような従来の必須の付属装置が不要である直接加圧式溶湯鍛造装置を提供することである。
【０００８】
本発明のさらにほかの目的は、下部金型部が、成形後の脱型のため、下部ノックアウトシリンダにより上昇され、下部金型が上昇すると、下部プレートに固定されたサイドホルダ及びサイド金型のリンク部材の回動により、サイド金型が自動に拡張され、下部金型の下降時、サイド金型が収縮される直接加圧式溶湯鍛造装置を提供することである。
【０００９】
本発明のさらにほかの目的は、溶湯注入時の溶落現象による酸化物の発生及び溶湯内への混入を防止するため、内部にセラミックフィルタが設けられた溶湯注入用ライザチューブを含む直接加圧式溶湯鍛造装置を提供することである。
【００１０】
本発明のさらにほかの目的は、上部金型の中心部の脱型手段を環状のイジェクトリングで構成した直接加圧式溶湯鍛造装置を提供することである。
【００１１】
本発明のさらにほかの目的は、組織が微細で緻密であり、機械的性質に優れ、軽量化ができるだけでなく、生産性に優れた直接加圧式溶湯鍛造装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、上部金型が下方に移動して直接１次予備成形及び２次高圧成形し、下部シリンダの作動により直接３次加圧する方式の直接加圧式溶湯鍛造装置を提供する。
前記溶湯鍛造装置は、上部金型部と下部金型部とを含む。前記下部金型部は、下部金型、サイド金型及びサイドホルダからなり、これら下部金型、サイド金型及びサイドホルダは一体的にリンクされる。サイドホルダはサイド金型の支持部として作用する。
【００１３】
本発明の直接加圧式溶湯鍛造装置は、溶湯の注入時、溶落現象により発生する酸化物の製品内への混入を防止するため、上部及び下部フィルタが内部に設けられた溶湯注入用ライザチューブを含み、そのほかに、溶湯保温炉、制御部及び付属構成品を含む。
【００１４】
本発明は、既存のほかの鋳造法による鋳造製品に比べ、生産サイクルタイム、引張強さ、密度、伸び率などに格段に優れる。本発明の溶湯鍛造は、上下方から直接溶湯を加圧する方式で、従来の間接加圧方式に比べて設備が簡単であり、機械本体の製作費用と金型費用を画期的に節減することができるので、製品コスト及び品質の競争力を高めることができるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の直接加圧式溶湯鍛造装置を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の直接加圧式溶湯鍛造装置の概略構成図、図２は本発明による溶湯注入を示す例示図、図３は本発明による合型及び溶湯鍛造を示す例示図、図４は本発明による金型の拡張状態を示す例示図、図５は本発明による製品の下部金型からの離脱状態を示す例示図、図６は本発明による製品受けによる製品取り出し状態を示す例示図、図７は本発明による保温炉の構成を示す例示図、図８は本発明による上下部金型部の合型状態及び下部金型部のサイド金型の拡張状態を示す例示図である。
【００１６】
本発明の直接加圧式溶湯鍛造装置は、本体フレーム、及び前記フレームに結合される上体部及び下体部からなる本体と、溶湯保温炉と、定量の溶湯を金型部に移送するレードルを含む移送手段と、鍛造工程の作動制御部とを含む。
前記本体の上体部は、上部中央のクラウン部２の中心に、油圧メインシリンダ８が設けられ、前記メインシリンダの左右側に補助シリンダ１１が設けられる。
前記メインシリンダ８及び前記補助シリンダ１１の下部にはスライドテーブル３が装着される。前記スライドテーブル３の中心部のメインシリンダ８には上部ノックアウトシリンダ１０が結合される。前記スライドテーブル３の下部には上部プレート１６が結合される。前記上部プレート１６には脱型手段を含む上部金型部Ａが締結される。前記上部金型部Ａは前記メインシリンダ８により下降され、前記補助シリンダ１１により上昇される。
【００１７】
前記上部金型部Ａは、前記上部プレート１６に固着される連結部材３１と、前記連結部材３１に固定される上部スペーサ４４と、前記上部スペーサ４４に固定される上部金型４７と、製品脱型手段とからなる。
【００１８】
前記製品脱型手段は、前記上部ノックアウトシリンダ１０に装着されるイジェクトプレート５２、５３と、前記イジェクトプレート５２、５３に設けられるイジェクトピン５４と、前記上部ノックアウトシリンダ１０の下部に締結されるセンター部の製品脱型手段である、環状のイジェクトリング５０とから構成される。製品の成形時の排気のため、前記イジェクトピン５４に隣接してベントピン（図示せず）が設けられる。
【００１９】
前記本体の下体部は、下部支持部５の中心部に下部ノックアウトシリンダ９が装着され、その外周縁に下部プレート１が固定される。前記下部プレート１には固定部材３０がボルトのような通常の固定手段５６により結合される。前記固定部材３０には、保温用電気加熱装置５５を含むサイドホルダ３２が固定される。前記下部ノックアウトシリンダ９の上部には下部金型部Ｂが締結される。
【００２０】
前記下部金型部Ｂは、前記下部ノックアウトシリンダ９の上部に固定される第１組立部材３４と、前記第１組立部材３４に固定される下部金型４８と、前記下部金型４８に固定される第２組立部材３３と、前記第２組立部材３３に一側が回転可能に連結されるサイド金型４６とからなる。
【００２１】
前記サイド金型４６の他側は回転可能な第１リンク部材４３に締結され、前記第１リンク部材４３は第２リンク部材４０にリンクされ、前記第２リンク部材４０は前記下部プレート１に固定されたサイドホルダ３２にリンクされる。
【００２２】
このように構成される本発明の下部金型部Ｂは、下部ノックアウトシリンダ９の上部に固定される反面、下部プレート１には固定されていないので、下部プレート１から分離されてから上昇するか下降することができ、下部金型部Ｂの上昇時、サイド金型４６が自動に拡張され、下部金型部Ｂの下降時、サイド金型４６が自動に収縮される。前記下部プレート１に固定されたサイドホルダ３２はサイド金型４６を密着し支持して、溶湯鍛造の際、サイド金型４６に及ぶ圧力に対抗して作用するので、従来のサイドシリンダのような付属部品が不要である。
【００２３】
本体中央部の一側には前記溶湯注入用ライザチューブ１９の移送手段が、他側には溶湯定量移送用レードル２２の移送手段が、制御システムにより上下移動及び回転運動可能に設けられ、製品受け２３の運搬手段がさらに設けられる。
【００２４】
本発明による前記溶湯注入用ライザチューブ１９の内部には、溶湯の注入時、溶落現象による酸化物の発生を防止するとともに、溶湯に含有できる酸化物を濾過して、酸化物の金型内への混入を防止するため、使い捨てセラミック濾過膜１８が設けられ、好ましくは使い捨てセラミック濾過膜１８がその内部に上下２箇所に設けられる。
【００２５】
上部プレート１６と、これに固定される連結部材３１との間と、下部プレート１とこれに固定される固定部材３０との間には、断熱用パッド５７が介在される。上部及び下部金型部には空冷管を連結することにより、成形後の金型の迅速な冷却に役立ち、特に下部金型部のノックアウトパンチ３５の冷却のため、冷却水噴霧システムがさらに設けられる。
【００２６】
溶湯定量移送用レードル２２の直下方には通常の溶湯保温炉５１が設けられる。前記溶湯保温炉５１には、溶湯の長時間露出によるガスの混入と沈殿酸化物を除去するガス処理装置２８を設けるとともに、溶湯保温炉５１には、溶湯の補充時に発生する渦流及び沈殿物の浮上などを防止するための緩衝空間を設けるため、上下にジグザグに進行する溶湯流通路を形成する１次、２次及び３次隔壁２５、２６、２７が設けられる。
【００２７】
以下、自動車用アルミニウムアロイホイール成形用金型を例として示す添付図面に基づいて本発明による直接加圧式溶湯鍛造装置の作用を詳細に説明する。
まず、本体の上部プレート１６に上部金型部Ａを締結し、下部ノックアウトシリンダ９の上部に固定された組立部材３３、３４に下部金型４８及びサイド金型４６を締結し、下部支持部５に固定された下部プレート１にボルト５６により固定された固定部材３０にサイドホルダ３２を固定し、サイド金型４６とサイドホルダ３２をリンク部材４０、４３で連結する。その後、メインシリンダ８と補助シリンダ１１と上下部ノックアウトシリンダ１０、９を作動させると、上部金型部Ａが拡張状態、下部金型部Ｂが収縮状態になり、金型のための開始準備状態になる。
【００２８】
この状態で、図７に示す保温炉５１の直上方に位置する溶湯移送用レードル２２（図２参照）が溶湯を感知するまで下降して、前もって制御部（図示せず）にセットされた一定量の溶湯を満たしてから上昇することになる。この際、加熱装置（図示せず）により加熱された溶湯注入用ライザチューブ１９がノックアウトパンチ３５を含む下部金型部Ｂ上の注入位置に位置し、図２に示すように、前記溶湯移送用レードル２２が回転して、溶湯を溶湯注入用ライザチューブ１９を通じて下部金型４８に注入することになる。
下部金型４８への溶湯の注入が完了すると、前記溶湯移送用レードル２２と溶湯注入用ライザチューブ１９は元の位置に復帰する。上部プレート１６に締結された上部金型部Ａが位置制御、速度制御及び圧力制御が組合セットされている制御部の制御システムにより制御されるので、イジェクトリング５０を含む上部金型部Ａが下降して（０．４〜４０ｍｍ／秒）、下部金型４８に充填された溶湯を直接加圧することで１次予備成形し、高圧（３５ｋｇ／ｍｍ２）で２次に加圧することで、溶湯鍛造の効果を極大化する。
【００２９】
ついで、図３に示すように、凝固による局部的な体積変化を防止するため、下部ノックアウトシリンダ９により３次に溶湯を加圧する。この状態で、成形及び凝固が完了するまで、上下方からの圧力が維持されるとともに、上下部金型部に連結された管を通じて供給される空気により金型を冷却させる。その後、制御部の設定タイマーの設定値によってメイン圧力が解除され、下部金型部Ｂのノックアウトシリンダ９と上部金型部の補助シリンダ１１により、上部金型部Ａと下部金型部Ｂが同時に上昇される。
下部金型部が上昇するにつれて、互いにリンクで連結されているサイド金型４６が、下部プレート１に固定されたサイドホルダ３２に回動可能に連結されたリンク部材４０、４３により引き寄せられ、図４に示すように、拡張される。
【００３０】
その後、図５に示すように、上部金型部Ａが上昇するにつれて、製品が下部金型４８から分離され、製品受け２３が上部金型部の下部に移動する。ついで、スライドテーブル３に結合された上部ノックアウトシリンダ１０とイジェクトプレート５２、５３の作動と同時に、イジェクトリング５０とイジェクトピン５４が作動することで、上部金型４７に付着された製品を分離させる。上部金型４７は上昇して上死点で止まり、上部ノックアウトシリンダ１０が後退して、本体が停止状態となり、製品受け２３が後退して１サイクルの成形工程を完了する。
【００３１】
以上のような本発明の直接加圧式溶湯鍛造装置による成形工程は、上部金型が下降して、下部金型に満たされた溶湯を直接加圧して溶湯を１次予備成形及び２次高圧鍛造し、下部金型により高圧で３次に加圧するものである。前記自動車用アルミニウムアロイホイールは一実施例に過ぎないもので、上下部金型を多様に組合適用することにより、どんな形状、サイズ及び厚さの非鉄金属溶湯鍛造品であっても高い生産性及び品質で成形することができる。
【００３２】
本発明による直接加圧式溶湯鍛造と既存の低圧鋳造によるアルミニウムアロイ（Ａ３５６．２）ホイールを比較するとつぎの表１のようである。
【００３３】
【表１】
0003833161.tif 000002
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の直接加圧式溶湯鍛造装置によると、上部金型が下部金型に注入された溶湯の全体表面にわたって直接加圧して予備成形及び高圧鍛造し、ついで下部金型により高圧で加圧する。したがって、単に金型の温度に主に依存する従来の間接加圧方式に比べ、鍛造効果が格段に優れるだけでなく、凝固による局部的な体積変化に対応するノックアウトシリンダが下部に装着され高圧で作動することにより、その鍛造効果を一層高める。
また、下部金型部は、下部金型、サイド金型及びサイドホルダが一体的にリンクで互いに連結されているので、簡潔であり、加圧による相互間の緊密な密着性に優れる。
【００３５】
特に、サイドホルダが下部プレートにボルトで固定され、上下方からの鍛造圧力に対する反作用をするので、装置本体に従来のサイドシリンダが不要であるだけでなく、それによる付属装置が不要である。よって、装置及び金型の制作費が低廉であり、性能に優れ、生産に必要なサイクルタイムが短縮され（従来の低圧鋳造法に比べ生産性が３倍）、伸び率が向上し、高強度の製品を生産することができる。また、製品の形状の複雑さ、厚さ及び大きさに制約を受けないので、高付加価値を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の直接加圧式溶湯鍛造装置の概略構成図である。
【図２】本発明による溶湯注入を示す例示図である。
【図３】本発明による合型及び溶湯鍛造を示す例示図である。
【図４】本発明による金型の拡張状態を示す例示図である。
【図５】本発明による製品の下部金型からの離脱状態を示す例示図である。
【図６】本発明による製品受けによる製品取り出し状態を示す例示図である。
【図７】本発明による保温炉の構成を示す例示図である。
【図８】本発明による上下部金型部の合型状態及び下部金型部のサイド金型の拡張状態を示す例示図である。
【符号の説明】
Ａ    上部金型部
Ｂ    下部金型部
１    下部プレート
２    クラウン部
３    スライドテーブル
５    下部支持部
８    メインシリンダ
９    下部ノックアウトシリンダ
１０    上部ノックアウトシリンダ
１１    補助シリンダ
１６    上部プレート
１８    濾過膜
１９    ライザチューブ
２２    溶湯注入用レードル
２３    製品受け
２５、２６、２７    隔壁
２８    ガス処理装置
３０    サイドホルダ固定部材
３１    上部金型部連結部材
３２    サイドホルダ
３３    下部金型部連結部材
３４    下部金型組立部材
３５    ノックアウトパンチ
４０、４３    リンク部材
４４    上部スペーサ
４６    サイド金型
４７    上部金型
４８    下部金型
５０    イジェクトリング
５１    保温炉
５２、５３    イジェクトプレート
５４    イジェクトピン
５５    保温用加熱装置
５６    固定手段
５７    断熱用パッド
【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】
0003833161.tif 000008
【図７】
0003833161.tif 000009
【図８】
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