JP3370439B2 - 金属材料の成形装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、加圧による塑性変形
を利用した金属材料の成形方法および成形装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】金属は、固相（結晶）のみの状態よりも
融けた部分が混在している状態のほうが塑性変形を起こ
す際の変形抵抗が小さいので、半溶融状態の金属の方が
成形加工しやすい。

【０００３】この点に着目して、ビレットにした金属材
料を再結晶温度以上に加熱し、加熱されたビレットを成
形型に臨む位置まで移送し、ビレットにパンチや上型な
どによって圧力を加えて成形する成形方法がある。

【０００４】しかし、ビレットは高温となっているた
め、その表面に酸化物などが発生しやすい。そのような
不純物を含んだままのビレットを成形すると、成形品に
偏析や結晶粒の粗大化（混入した不純物が結晶の核とな
る）などの金属組織の不良が起こりやすい。

【０００５】そのため、この種の成形方法では、不純物
がキャビティ内に混入しにくいように成形型を工夫して
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、成形型の工夫
だけでは不純物を完全に除去することがむずかしく、キ
ャビティ内に不純物が混入してしまうという不具合があ
った。

【０００７】この発明は、このような実情を背景として
創作されたもので、生産効率の低下を抑えながらビレッ
トの表面の不純物の混入をさらに少なくすることのでき
る金属材料の成形方法および成形装置を提供することを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、半溶融状態のビレットを
成形型に臨む位置まで移送する移送手段と、前記ビレッ
トに圧力を加えて前記ビレットを前記成形型内に押圧す
る押圧手段とを備え、前記移送手段によって移送される
前記ビレットの移送経路内に、前記ビレットの表層部を
除去する除去手段を配置した金属材料の成形装置であっ
て、前記移送手段をマニピュレータとし、このマニピュ
レータのビレット把持部の表面を前記除去手段としたこ
とを特徴としている。

【０００９】請求項２に記載の発明は、前記マニピュレ
ータの前記ビレット把持部の表面に、酸化珪素を配置し
たことを特徴としている。

【００１０】請求項３に記載の発明は、半溶融状態のビ
レットを成形型に臨む位置まで移送する移送手段と、前
記ビレットに圧力を加えて前記ビレットを前記成形型内
に押圧する押圧手段とを備え、前記移送手段によって移
送される前記ビレットの移送経路内に、前記ビレットの
表層部を除去する除去手段を配置した金属材料の成形装
置であって、前記除去手段を、少なくとも前記ビレット
との接触面に酸化珪素を位置させたブロック体としたこ
とを特徴としている。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【作用】 請求項１に記載の金属材料の成形装置では、移
送手段によって移送されるビレットの移送経路内に、前
記ビレットの表層部を除去する除去手段を配置したの
で、除去手段を配置するスペースをさほど必要とせず
に、不純物の除去を迅速におこなうことができる。

【００１５】そして、前記移送手段をマニピュレータと
し、このマニピュレータのビレット把持部の表面を前記
除去手段としたので、マニピュレータが除去手段として
も機能することとなり、専用の除去装置などを設ける必
要がなく、その分コストの低減を図ることができる。

【００１６】請求項２に記載の金属材料の成形装置で
は、前記マニピュレータの前記ビレット把持部の表面に
酸化珪素を配置したので、前記ビレット把持部の表面に
酸化物などが付着しにくく、またその表面の耐久性を向
上させることができる。

【００１７】請求項３に記載の金属材料の成形装置で
は、移送手段によって移送されるビレットの移送経路内
に、前記ビレットの表層部を除去する除去手段を配置
し、前記除去手段を、少なくとも前記ビレットとの接触
面に酸化珪素を位置させたブロック体としたので、駆動
力を必要とするマニピュレータなどの装置を設けなくて
も簡単な構成で表層部の除去をおこなうことができる。

【００１８】

【実施例】以下、この発明を、図面に示す実施例にもと
づいて説明する。

【００１９】（第一実施例）まず、この発明の金属材料
の成形装置について説明する。

【００２０】図３において、１は金属材料から金属成形
品を成形する成形装置で、この成形装置１は、半溶融状
態のビレットＭを成形する型装置２と、ビレットＭをこ
の型装置２に加圧しながら充填する押圧手段としての充
填装置３と、加熱されたビレットＭを型装置２の所定位
置（後述する圧入室６に臨む位置）まで移送する移送手
段としてのマニピュレータ１４とを備えている。

【００２１】型装置２は、ビレットＭを所要の形状に形
成するためのキャビティ４を備えた成形型５と、そのキ
ャビティ４内にビレットＭを圧入するための圧入室６を
備えた圧入型７とから構成されている。

【００２２】成形型５に設けられているキャビティ４は
上開き状とされ、圧入型７の下面直下に位置することで
所要の形状の成形用空間を形成するようになっている。

【００２３】また、圧入型７に設けられている圧入室６
は上下方向に向いた円筒状とされ、やはり上開き状とさ
れている。そして、圧入室６の底部には、圧入室６の軸
心Ｏ−Ｏを軸心とする小径の素材供給口８が形成されて
いる。したがって、この素材供給口８は、圧入型７の下
面真下に成形型５を位置させた状態で、圧入室６とキャ
ビティ４とを連通するものである。

【００２４】型装置２の圧入室６の上方には、充填装置
３の一部を構成する油圧シリンダ１１が上下方向に向け
て設けられている。この油圧シリンダ１１のピストンロ
ッド１２の先端には、水平断面において圧入室６の内径
よりも若干小さい外径のパンチ１３が装着されている。
そして、このパンチ１３は、油圧シリンダ１１の伸縮に
よって前記軸心Ｏ−Ｏ上を上下方向に進退して、圧入室
６へ出入りできるようになっている。

【００２５】マニピュレータ１４は、図示省略の搬送ロ
ボットに設けられているもので、図１および図２に示す
ように、アクチュエータ部１５とマニピュレータ部１６
とから構成されている。アクチュエータ部１５は、図示
省略の油圧駆動源によって揺動、伸縮されるアーム１７
を備え、このアーム１７の先端部には、マニピュレータ
部１６のシャンク１８を把持するチャック１９が取り付
けられている。

【００２６】マニピュレータ部１６は、空圧シリンダブ
ロック２０を備えており、この空圧シリンダブロック２
０には、シャンク１８と直交して水平方向に進退する一
対のロッド２１、２２が、シャンク１８の軸方向両側に
設けられている。そして、ロッド２１、２２のそれぞれ
には、ビレットＭを把持するためのクランプ２３が取り
付けられている。

【００２７】クランプ２３には、ビレットＭを胴回りか
ら把持するように湾曲して成形されたステンレス鋼板か
らなる把持プレート２４がビレット把持部として取り付
けられている。

【００２８】この把持プレート２４は、ビレットＭがマ
ニピュレータ１４によって移送される移送経路内に配置
されているもので、その表面には、酸化珪素としてセラ
ミック繊維が織り込まれて約６００℃の高温に耐えるこ
とのできる耐熱テープ２６（図４参照）が巻き付けられ
ている。

【００２９】なお、空圧シリンダブロック２０における
圧縮空気の吸、排気は、図示省略のコンプレッサに接続
された吸、排気ポート２５にておこなわれるようになっ
ており、この構成により、把持プレート２４は、図１中
矢印で示す方向に動いてビレットＭを把持できるもので
ある。

【００３０】このような構成からなる成形装置１の動作
は、後述する成形方法において説明する。

【００３１】つぎに、上記の構成からなる金属材料の成
形装置１によって成形される金属材料（ビレットＭ）に
ついて説明する。

【００３２】ビレットＭは、アルミニウム合金ＡＣ４Ｃ
（Ａｌ−７ｍａｓｓ％Ｓｉ−０．４ｍａｓｓ％Ｍｇ合
金）を、そのα相の結晶粒径をあらかじめ微細化したも
のからできており、キャビティ４の形状や素材供給口８
の寸法などの条件に合わせて適宜温度に加熱されて凝固
したα相と未凝固で液状の共晶部分とが並存した、いわ
ゆる半溶融状態のビレットで、その水平断面の寸法はパ
ンチ１３よりも大きく、圧入室６よりもやや小さいもの
である。

【００３３】そして、このビレットＭの表層部の表面に
は、半溶融状態とするための加熱によって酸化物３１が
浮遊状態で発生している。

【００３４】このようなビレットＭは、前記成形装置１
を用いてつぎの成形方法によって成形される。

【００３５】ビレットＭは、マニピュレータ１４の把持
プレート２４に把持されて圧入室６の真上（圧入室６に
臨む位置）まで移送されて停止する。この状態では、ビ
レットＭの表面と把持プレート２４の耐熱テープ２６と
は図４（Ａ）に示すように圧着状態となっている。

【００３６】そして、マニピュレータ１４の空圧シリン
ダブロック２０の作動によって、クランプ２３の把持力
が低下して前記圧着状態が弛緩される。この状態では、
把持プレート２４の閉じ具合いはほとんど変化しておら
ず、ビレットＭは把持プレート２４の耐熱テープ２６に
接触しながら落下をはじめる。この落下をする結果、図
４中（Ｂ）に示すように、酸化物３１を含んだビレット
Ｍの表層部が、耐熱テープ２６の粗い表面に擦り取られ
るようにして剥離される。このようにして表層部を剥離
されたビレットＭは、圧入室６内に落とし込まれる。

【００３７】マニピュレータ１４は、圧入室６内にビレ
ットＭを落とし込むと後退し、上方からパンチ１３が降
下して、ビレットＭは圧入室６内に押圧され、さらに圧
入室６からキャビティ４内に充填されて成形される。

【００３８】このようにしておこなわれる金属材料の成
形方法においては、ビレットＭを成形型５に移送するま
での間で、ビレットＭの落下方向側面の表層部の除去が
おこなわれるので、その表層部の除去によって酸化物３
１などの不純物の混入の度合いが低減されるとともに、
成形に入るまでの前工程にかかる処理時間を短縮するこ
とができ、生産効率の低下を小さく抑えることができ
る。さらに、前記前工程にかかる処理時間の短縮によっ
て、ビレットＭの加熱温度を比較的低温に維持すること
ができる。

【００３９】そして、マニピュレータ１４によって移送
されるビレットＭの移送経路内に、そのビレットＭの表
層部を除去する把持プレート２４を配置したので、把持
プレートを配置するスペースを移送経路外に設けずに、
不純物の除去を迅速におこなうことができる。

【００４０】さらに、前記移送をおこなうマニピュレー
タ１４のビレット把持部の表面によって前記表層部の除
去をもおこなうので、専用の除去装置などを設ける必要
がなく、その分コストの低減を図ることができる。

【００４１】しかも、マニピュレータ１４の把持プレー
ト２４の表面に酸化珪素としての耐熱テープ２６を配置
したので、把持プレート２４の表面に酸化物などが付着
しにくく、またその表面の耐久性を向上させることがで
きる。また、この耐熱テープ２６の交換も容易におこな
うことができる。

【００４２】なお、把持プレート２４の表面にセラミッ
クコーティングを施して耐熱テープ２６の代用とするこ
ともできる。

【００４３】（第二実施例）図５は、複数の半溶融状態
のビレットＭを直線あるいは曲線上に配列して、それら
のビレットＭを所定の位置で順次落下させて成形型に供
給する成形装置の一部を示すものである。

【００４４】成形型４５の上方には、ビレットＭを円周
上に配置したターンテーブル４６あるいはコンベヤなど
が設けられており、ターンテーブル４６の所定位置の下
方には、重力によるビレットＭの落下経路４１が位置し
ている。この落下経路４１は、ターンテーブル４６の前
記所定位置に対してただ一つ定まるものなので、前記重
力を移送手段として利用するこの実施例において、移送
経路として扱うことができる。

【００４５】落下経路４１の途中には、水平断面におい
てビレットＭよりもやや大きい貫通孔４４を備えた、セ
ラミック製のブロック体４３が配設されている。

【００４６】このブロック体４３の貫通孔４４の上方の
所定位置に移送されてくるビレットＭは、一つずつ落下
経路４１を落下していき、貫通孔４４を通過したのち成
形型４５に落し込まれるようになっている。

【００４７】このとき、ビレットＭの落下方向側面の表
層部が貫通孔４４のセラミック地肌（内周面）４２と接
触して、その表層部が擦り取られるようにして剥離され
る。

【００４８】このような簡単な構造の装置であっても、
剥離された表層部に存在する酸化物などの不純物の除去
を迅速におこなうことができる。しかも、不純物除去の
ための駆動源を設ける必要がなく、その分コストの低減
を図ることができる。さらに、マニピュレータなどを設
けなくても表層部の前記除去をおこなうことができる。

【００４９】なお、ブロック体としては、鋼製のベース
に貫通孔を形成し、この貫通孔の内周面に、第一実施例
で示したセラミックコーティングを施したものも考えら
れる。

【００５０】

【００５１】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１に記載
の発明によれば、移送手段によって移送されるビレット
の移送経路内に、前記ビレットの表層部を除去する除去
手段を配置したので、除去手段を配置するスペースをさ
ほど必要とせずに、不純物の除去を迅速におこなうこと
ができるという効果がある。

【００５２】そして、前記移送をマニピュレータによっ
ておこない、そのマニピュレータのビレット把持部の表
面によって前記表層部の除去をおこなうので、専用の除
去装置などを設ける必要がなく、その分コストの低減を
図ることができるという効果がある。

【００５３】請求項２に記載の金属材料の成形装置で
は、前記マニピュレータの前記ビレット把持部の表面に
酸化珪素を配置したので、前記ビレット把持部の表面に
酸化物などが付着しにくく、またその表面の耐久性を向
上させることができるという効果がある。

【００５４】請求項３に記載の金属材料の成形装置で
は、移送手段によって移送されるビレットの移送経路内
に、前記ビレットの表層部を除去する除去手段を配置
し、前記除去手段を、少なくとも前記ビレットとの接触
面に酸化珪素を位置させたブロック体としたので、マニ
ピュレータなどの駆動力を必要とする装置を設けなくて
も簡単な構成で表層部の除去をおこなうことができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第一実施例における移送をおこなう
マニピュレータの平面図である。

【図２】同側面図である。

【図３】この発明の第一実施例に用いた金属材料の成形
装置の概略断面図である。

【図４】この発明の第一実施例におけるビレットの酸化
部分の除去を示す説明図である。

【図５】この発明の第二実施例におけるブロック体を示
す概略断面図である。

【符号の説明】

Ｍ ビレット（半溶融状態の金属材料） ３ 充填装置（押圧手段） ５、４５ 成形型 １４ マニピュレータ（移送手段） ２４ 把持プレート（除去手段） ２６ 耐熱テープ（セラミック材料） ３１ 酸化物 ４１ 落下経路（移送経路） ４３ ブロック体（除去手段）

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半溶融状態のビレットを成形型に臨む位置
   まで移送する移送手段と、前記ビレットに圧力を加えて
   前記ビレットを前記成形型内に押圧する押圧手段とを備
   え、前記移送手段によって移送される前記ビレットの移
   送経路内に、前記ビレットの表層部を除去する除去手段
   を配置した金属材料の成形装置であって、 前記移送手段をマニピュレータとし、このマニピュレー
   タのビレット把持部の表面を前記除去手段としたことを
   特徴とする金属材料の成形装置。
2. 【請求項２】前記マニピュレータの前記ビレット把持部
   の表面に、酸化珪素を配置したことを特徴とする請求項
   １に記載の金属材料の成形装置。
3. 【請求項３】半溶融状態のビレットを成形型に臨む位置
   まで移送する移送手段と、前記ビレットに圧力を加えて
   前記ビレットを前記成形型内に押圧する押圧手段とを備
   え、前記移送手段によって移送される前記ビレットの移
   送経路内に、前記ビレットの表層部を除去する除去手段
   を配置した金属材料の成形装置であって、 前記除去手段を、少なくとも前記ビレットとの接触面に
   酸化珪素を位置させたブロック体としたことを特徴とす
   る金 属材料の成形装置。