(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024092466
(43)【公開日】2024-07-08
(54)【発明の名称】金属成形物の製造方法
(51)【国際特許分類】
B22D 18/02 20060101AFI20240701BHJP
B21J 5/06 20060101ALI20240701BHJP
B21J 5/02 20060101ALI20240701BHJP
【ＦＩ】
B22D18/02 C
B21J5/06 C
B21J5/02 A
B22D18/02 G
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022208403
(22)【出願日】2022-12-26
(71)【出願人】
【識別番号】391002498
【氏名又は名称】フタバ産業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000578
【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】中尾 拡
【テーマコード（参考）】
4E087
【Ｆターム（参考）】
4E087AA04
4E087AA08
4E087BA04
4E087CA07
4E087CA15
4E087CA24
4E087CB01
4E087CB13
4E087EC17
4E087HA76
4E087HB06
(57)【要約】
【課題】プレスによる金型の変形を抑制する技術を提供する。
【解決手段】第１金型及び第２金型によって半凝固金属材料をプレス成形することで成形される金属成形物の製造方法である。製造方法は、下方に位置する第１金型又は第２金型に、半凝固金属材料を配置することを備える。また、製造方法は、上方に位置する第１金型又は第２金型が下死点へ変位するまで第１金型及び第２金型を接近させて、半凝固金属材料をプレスすることを備える。また、製造方法は、下死点まで変位した第１金型又は第２金型が、下死点に到達後に、第１金型及び第２金型を下死点より離れた保持点へ変位させて、当該第１金型及び当該第２金型を保持することを備える。
【選択図】図３
【解決手段】第１金型及び第２金型によって半凝固金属材料をプレス成形することで成形される金属成形物の製造方法である。製造方法は、下方に位置する第１金型又は第２金型に、半凝固金属材料を配置することを備える。また、製造方法は、上方に位置する第１金型又は第２金型が下死点へ変位するまで第１金型及び第２金型を接近させて、半凝固金属材料をプレスすることを備える。また、製造方法は、下死点まで変位した第１金型又は第２金型が、下死点に到達後に、第１金型及び第２金型を下死点より離れた保持点へ変位させて、当該第１金型及び当該第２金型を保持することを備える。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
上下方向に互いに対向するように配置される第１金型及び第２金型によって半凝固金属材料をプレス成形することで成形される金属成形物の製造方法であって、
前記第１金型は、前記半凝固金属材料を押圧可能な突出部を有し、
前記第２金型は、基部及び当該基部から前記第１金型が配置される方向に延びる側壁部を有し、前記第１金型と組み合わされたときに前記基部及び前記側壁部が前記突出部と隙間を空けて位置するように当該突出部を覆い、
前記金属成形物の製造方法は、
下方に位置する前記第１金型又は前記第２金型に、前記半凝固金属材料を配置することと、
上方に位置する前記第１金型又は前記第２金型が下死点へ変位するまで前記第１金型及び前記第２金型を接近させて、前記半凝固金属材料をプレスすることと、
前記下死点まで変位した前記第１金型又は前記第２金型が、前記下死点に到達後に、前記第１金型及び前記第２金型を前記下死点より離れた保持点へ変位させて、当該第１金型及び当該第２金型を保持することと、
を備える、金属成形物の製造方法。
前記第１金型は、前記半凝固金属材料を押圧可能な突出部を有し、
前記第２金型は、基部及び当該基部から前記第１金型が配置される方向に延びる側壁部を有し、前記第１金型と組み合わされたときに前記基部及び前記側壁部が前記突出部と隙間を空けて位置するように当該突出部を覆い、
前記金属成形物の製造方法は、
下方に位置する前記第１金型又は前記第２金型に、前記半凝固金属材料を配置することと、
上方に位置する前記第１金型又は前記第２金型が下死点へ変位するまで前記第１金型及び前記第２金型を接近させて、前記半凝固金属材料をプレスすることと、
前記下死点まで変位した前記第１金型又は前記第２金型が、前記下死点に到達後に、前記第１金型及び前記第２金型を前記下死点より離れた保持点へ変位させて、当該第１金型及び当該第２金型を保持することと、
を備える、金属成形物の製造方法。
【請求項2】
請求項１に記載の金属成形物の製造方法であって、
前記第１金型及び前記第２金型の少なくとも一方は、サーボモータを用いた制御により変位する、金属成形物の製造方法。
前記第１金型及び前記第２金型の少なくとも一方は、サーボモータを用いた制御により変位する、金属成形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、半凝固金属材料をプレス成形する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
金型の中に半凝固金属材料を配置して、プレス成形することで成形物を製造する方法が知られている。特許文献１では、上型、上型スライダ及び下型を有する金型によって、当該金型の中に配置されたアルミニウム合金の半凝固金属をプレスして製品を成形するプレス成形方法が開示されている。このプレス成形方法では、上型及び上型スライダを下降させて、アルミニウム合金の温度が凝固終了温度に達する時点までアルミニウム合金に圧力を加え続けて一次成形品を成形する。その後、上型スライダのみを下降させて、一次成形品に更に圧力を加えることでアルミニウム合金の鍛造を行い、機械的性質の優れた製品を成形する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００７－１１８０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、半凝固金属材料のプレス成形では、プレスする工程において成形物の端部まで材料を行き渡らせたり、成形物の表面剥がれの抑制のために材料を馴染ませたり、材料内部に生じた気泡を除去したり等をするために、プレスの圧力は大きい方が好ましい。
【0005】
しかし、底面及び底面から延び出す側壁を有する下型に配置された半凝固金属材料が、上型によるプレスにより上型及び下型の側壁の間に流れ込むようなプレス成形の場合、上型から半凝固金属材料に加わる圧力が下型の側壁に伝達される。このため、プレスの圧力が大きくなると、下型の側壁に大きな圧力が加わり、下型の変形が生じやすくなり、成形物の成形精度に影響が出やすくなるという問題があった。
【0006】
本開示の一局面は、プレスによる金型の変形を抑制する技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一態様は、上下方向に互いに対向するように配置される第１金型及び第２金型によって半凝固金属材料をプレス成形することで成形される金属成形物の製造方法である。第１金型は、半凝固金属材料を押圧可能な突出部を有する。第２金型は、基部及び当該基部から第１金型が配置される方向に延びる側壁部を有する。第２金型は、第１金型と組み合わされたときに、基部及び側壁部が突出部と隙間を空けて位置するように当該突出部を覆う。金属成形物の製造方法は、下方に位置する第１金型又は第２金型に、半凝固金属材料を配置することを備える。また、金属成形物の製造方法は、上方に位置する第１金型又は第２金型が下死点へ変位するまで第１金型及び第２金型を接近させて、半凝固金属材料をプレスすることを備える。また、金属成形物の製造方法は、下死点まで変位した第１金型又は第２金型が、下死点に到達後に、第１金型及び第２金型を下死点より離れた保持点へ変位させて、当該第１金型及び当該第２金型を保持することを備える。
【0008】
このような構成では、上方に位置する第１金型又は第２金型が下死点から変位した位置である保持点にある状態で第１金型及び第２金型の位置が保持される。このため、上方に位置する第１金型又は第２金型が下死点にある状態で第１金型及び第２金型が保持される場合と比較して、プレス時に半凝固金属材料に加わる圧力によって半凝固金属材料を介して第２金型の側壁部に伝達する圧力が軽減される。したがって、プレスによる金型の変形を抑制することができる。
【0009】
本開示の一態様では、第１金型及び第２金型の少なくとも一方は、サーボモータを用いた制御により変位してもよい。このような構成によれば、上方に位置する第１金型又は第２金型が下死点から保持点へ変位するタイミング及び変位度合いを精度よく制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．プレス成形装置の構成］
図１に示すプレス成形装置１００は、後述する第１金型１及び第２金型２によって半凝固金属材料をプレス成形して金属成形物を製造するための装置である。金属成形物とは、例えば、鍋である。以下の説明では、半凝固金属材料の一例として、半凝固アルミニウム材料を例示する。なお、半凝固金属材料の金属種は、アルミニウムに限定されるものではなく、他の様々な金属を用いることができる。また、以下の説明における上下、左右、前後の方向は、説明の便宜上用いるものであり、プレス成形装置１００の使用態様を限定するものではない。
［１．プレス成形装置の構成］
図１に示すプレス成形装置１００は、後述する第１金型１及び第２金型２によって半凝固金属材料をプレス成形して金属成形物を製造するための装置である。金属成形物とは、例えば、鍋である。以下の説明では、半凝固金属材料の一例として、半凝固アルミニウム材料を例示する。なお、半凝固金属材料の金属種は、アルミニウムに限定されるものではなく、他の様々な金属を用いることができる。また、以下の説明における上下、左右、前後の方向は、説明の便宜上用いるものであり、プレス成形装置１００の使用態様を限定するものではない。
【0012】
プレス成形装置１００は、第１金型１と、第２金型２と、スライド３と、ボルスタ４と、を備える。
第１金型１及び第２金型２は、上下方向に互いに対向するように配置される。本実施形態では、第１金型１が上方に位置し、第２金型２が下方に位置する。具体的には、モータ等により上下方向に動くスライド３の下面に第１金型１が固定され、スライド３の下方に配置されるボルスタ４の上面に第２金型２が固定される。本実施形態では、図１に示すサーボモータ２００を用いた制御により第１金型１を上下方向に移動させることによって、第１金型１と第２金型２とによるプレス加工が行われる。
第１金型１及び第２金型２は、上下方向に互いに対向するように配置される。本実施形態では、第１金型１が上方に位置し、第２金型２が下方に位置する。具体的には、モータ等により上下方向に動くスライド３の下面に第１金型１が固定され、スライド３の下方に配置されるボルスタ４の上面に第２金型２が固定される。本実施形態では、図１に示すサーボモータ２００を用いた制御により第１金型１を上下方向に移動させることによって、第１金型１と第２金型２とによるプレス加工が行われる。
【0013】
第１金型１は、本体部１１及び突出部１２を有する。突出部１２は、本体部１１から下方に突出する円柱状の部分であり、半凝固金属材料を押圧可能である。なお、突出部の形状は、円柱状に限定されるものではなく、金属成形物の形状に対応する様々な形状を取り得る。
第２金型２は、上方が開口する箱状であり、第１金型１の突出部１２の直径よりも直径の大きい円柱状の内部空間を有する。なお、第２金型の内部空間の形状は、円柱状に限定されるものではなく、金属成形物の形状に対応する様々な形状を取り得る。第２金型２は、基部２１及び側壁部２２を有する。基部２１は、突出部１２の先端部分と対向する。側壁部２２は、基部２１の縁から第１金型１が配置される方向、すなわち上方に延びる。側壁部２２は、基部２１の縁を周回するように設けられる。
第２金型２は、上方が開口する箱状であり、第１金型１の突出部１２の直径よりも直径の大きい円柱状の内部空間を有する。なお、第２金型の内部空間の形状は、円柱状に限定されるものではなく、金属成形物の形状に対応する様々な形状を取り得る。第２金型２は、基部２１及び側壁部２２を有する。基部２１は、突出部１２の先端部分と対向する。側壁部２２は、基部２１の縁から第１金型１が配置される方向、すなわち上方に延びる。側壁部２２は、基部２１の縁を周回するように設けられる。
【0014】
第２金型２の内部空間は、基部２１及び側壁部２２によって囲われた空間であり、当該内部空間には、第１金型１の突出部１２が挿入可能である。第２金型２は、第１金型１と組み合わされたときに、基部２１及び側壁部２２の全内周面が第１金型１の突出部１２と隙間を空けて位置するように、当該突出部１２を覆う。第１金型１と第２金型２とが組み合わされたときに、基部２１及び側壁部２２と、突出部１２と、の間に形成される隙間は、半凝固アルミニウム材料の成形を行うための空間（以下、成形空間５とする）である。
【0015】
［２．プレス成形装置による金属成形物の製造方法］
次に、図２Ａ～図２Ｄを用いて、上述したプレス成形装置１００によって、半凝固アルミニウム材料（以下、材料６とする）をプレス成形による金属成形物（以下、成形物６０とする）の製造方法を説明する。本実施形態の成形物６０の製造方法には、配置工程と、プレス工程と、保持工程と、離脱工程と、が含まれる。なお、図４Ａ～図４Ｄを用いて、図２Ａ～図２Ｄに示す各工程において上面視した第２金型２の形状の変化を示す。
次に、図２Ａ～図２Ｄを用いて、上述したプレス成形装置１００によって、半凝固アルミニウム材料（以下、材料６とする）をプレス成形による金属成形物（以下、成形物６０とする）の製造方法を説明する。本実施形態の成形物６０の製造方法には、配置工程と、プレス工程と、保持工程と、離脱工程と、が含まれる。なお、図４Ａ～図４Ｄを用いて、図２Ａ～図２Ｄに示す各工程において上面視した第２金型２の形状の変化を示す。
【0016】
【0017】
＜プレス工程＞
続いて、図２Ｂに示すように、第１金型１が下死点Ｐ１へ変位するまで第１金型１及び第２金型２を接近させて、材料６をプレスする。具体的には、図１に示すサーボモータ２００を用いた制御によって、第１金型１を下死点Ｐ１まで下降させて、材料６を突出部１２により押圧する。材料６は、プレスされることによって圧縮変形し、成形空間５内に充填される。
続いて、図２Ｂに示すように、第１金型１が下死点Ｐ１へ変位するまで第１金型１及び第２金型２を接近させて、材料６をプレスする。具体的には、図１に示すサーボモータ２００を用いた制御によって、第１金型１を下死点Ｐ１まで下降させて、材料６を突出部１２により押圧する。材料６は、プレスされることによって圧縮変形し、成形空間５内に充填される。
【0018】
第１金型１が下死点Ｐ１にあるときには、大きな圧力（例えば、数百トンの圧力）が材料６に加わる。なお、第１金型１が下死点Ｐ１にあるときに材料６に加わる大きな圧力は、第１金型１及び第２金型２の大きさや剛性等によって変わる。これにより、成形空間５内の端部まで材料６が行き渡りやすく、材料６が固まるときに発生する界面が生じにくく、材料６内部に生じた気泡が除去されやすい等の効果が得られる。一方、第１金型１から材料６に加わる大きな圧力は、材料６を介して第２金型２の側壁部２２に伝達される。これにより、第２金型２の側壁部２２に大きな圧力が加わり、第２金型２に変形が生じる。具体的には、図４Ｂに示すように、第２金型２が膨張し、第２金型２の側壁部２２のうち前後の側壁と比較して薄肉な部分である左右の側壁が外側に向かって突出するように湾曲する。
【0019】
＜保持工程＞
続いて、図２Ｃ及び図３に示すように、第１金型１を下死点Ｐ１に到達した直後に保持点Ｐ２へ変位させるために、第１金型１及び第２金型２をわずかに引き離した後、その引き離された位置にて当該第１金型１及び当該第２金型２を保持する。具体的には、サーボモータ２００を用いた制御によって、第１金型１を下死点Ｐ１に到達した直後に保持点Ｐ２まで微上昇させた後、第１金型１を保持点Ｐ２にて保持する。下死点Ｐ１に到達した直後とは、例えば、下死点Ｐ１に到達してから０．５秒未満であることが好ましい。なお、第１金型１が変位するタイミングは、材料６が冷却される速さによって変わる。換言すると、材料６が冷却される速さは第１金型１及び第２金型２の材質等により変わるため、第１金型１が変位するタイミングは、第１金型１及び第２金型２の材質等によって変わる。また、下死点Ｐ１から保持点Ｐ２までの距離は、例えば、１ｍｍ未満であることが好ましい。なお、下死点Ｐ１から保持点Ｐ２までの距離は、第１金型１及び第２金型２の大きさや剛性等によって変わる。
続いて、図２Ｃ及び図３に示すように、第１金型１を下死点Ｐ１に到達した直後に保持点Ｐ２へ変位させるために、第１金型１及び第２金型２をわずかに引き離した後、その引き離された位置にて当該第１金型１及び当該第２金型２を保持する。具体的には、サーボモータ２００を用いた制御によって、第１金型１を下死点Ｐ１に到達した直後に保持点Ｐ２まで微上昇させた後、第１金型１を保持点Ｐ２にて保持する。下死点Ｐ１に到達した直後とは、例えば、下死点Ｐ１に到達してから０．５秒未満であることが好ましい。なお、第１金型１が変位するタイミングは、材料６が冷却される速さによって変わる。換言すると、材料６が冷却される速さは第１金型１及び第２金型２の材質等により変わるため、第１金型１が変位するタイミングは、第１金型１及び第２金型２の材質等によって変わる。また、下死点Ｐ１から保持点Ｐ２までの距離は、例えば、１ｍｍ未満であることが好ましい。なお、下死点Ｐ１から保持点Ｐ２までの距離は、第１金型１及び第２金型２の大きさや剛性等によって変わる。
【0020】
上述したように、第１金型１を下死点Ｐ１から保持点Ｐ２へ変位させる、すなわち第１金型１を１ｍｍ未満の範囲で微上昇させると、第１金型１から材料６に加わる圧力が、例えば、第１金型１が下死点Ｐ１にあるときに加わった圧力の約半分に軽減される。これにより、上述したプレス工程で生じた図４Ｂに示す第２金型２の変形が解消又は軽減され、図４Ｃで示すように、第２金型２の形状は、図４Ａに示す初期状態に近い変形がほぼない状態に戻る。そして、第２金型２の変形がほぼない状態において、第１金型１及び第２金型２の相対的な距離が保持され、圧縮変形された材料６の冷却が行われる。
【0021】
＜離脱工程＞
続いて、図２Ｄに示すように、第１金型１がプレス前の初期状態の位置へ戻るまで第１金型１及び第２金型２を引き離して、第２金型２から成形物６０を離脱させる。具体的には、サーボモータ２００を用いた制御によって、第１金型１を上方に移動させて、第２金型２から成形物６０を離脱させる。その後、第１金型１から成形物６０を取り外すことで、成形物６０の製造が完了する。上述したように、図４Ｃに示す第２金型２の変形がほぼない状態において、圧縮変形された材料６が冷却されるため、精度の高い形状の成形物６０が得られる。
続いて、図２Ｄに示すように、第１金型１がプレス前の初期状態の位置へ戻るまで第１金型１及び第２金型２を引き離して、第２金型２から成形物６０を離脱させる。具体的には、サーボモータ２００を用いた制御によって、第１金型１を上方に移動させて、第２金型２から成形物６０を離脱させる。その後、第１金型１から成形物６０を取り外すことで、成形物６０の製造が完了する。上述したように、図４Ｃに示す第２金型２の変形がほぼない状態において、圧縮変形された材料６が冷却されるため、精度の高い形状の成形物６０が得られる。
【0022】
［３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（３ａ）本実施形態では、材料６のプレス後、第１金型１が下死点Ｐ１から微上昇した位置である保持点Ｐ２で保持される。このため、第１金型１が下死点Ｐ１で保持されるような金属成形物の製造方法と比較して、プレス時に材料６に加わる圧力によって材料６を介して第２金型２の側壁部２２に伝達する圧力が軽減される。すなわち、保持工程を有することによって、プレス工程において生じた第２金型２の変形が解消又は軽減される。したがって、プレスによる第２金型２の変形を抑制することができる。
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（３ａ）本実施形態では、材料６のプレス後、第１金型１が下死点Ｐ１から微上昇した位置である保持点Ｐ２で保持される。このため、第１金型１が下死点Ｐ１で保持されるような金属成形物の製造方法と比較して、プレス時に材料６に加わる圧力によって材料６を介して第２金型２の側壁部２２に伝達する圧力が軽減される。すなわち、保持工程を有することによって、プレス工程において生じた第２金型２の変形が解消又は軽減される。したがって、プレスによる第２金型２の変形を抑制することができる。
【0023】
その結果、プレス工程における材料６に加わる圧力が大きい場合でも、第２金型２にほぼ変形がない状態において圧縮変形された材料６が冷却されるため、金型の形状に影響を受けやすい材料６により成形される成形物６０の成形精度を向上させることができる。なお、保持工程を有しないような金属成形物の製造方法では、プレス工程において材料６に大きな圧力が加わることで変形した第２金型の状態のまま、圧縮変形された材料６が冷却される。このため、歪んだ形状の成形物６１が成形されやすい。
【0024】
（３ｂ）本実施形態では、プレス工程において材料６に大きな圧力が加わるため、成形空間５内の端部まで材料６が行き渡りやすい。このため、成形物６０の端部が欠けた状態の不良品が発生することを抑制したり、必要重量よりも多い量で配置された材料６の余剰を第１金型１及び第２金型２のクリアランスからバリとして出しやすくしたりすることができる。
【0025】
また、プレス工程において材料６に大きな圧力が加わるため、材料６が固まるときに発生する界面が成形物６０に生じにくい。その結果、界面による材料剥がれが抑制されるため、成形物６０の表面状態を向上させることができる。
【0026】
また、プレス工程において材料６に大きな圧力が加わるため、材料６の内部に生じた気泡が除去されやすい。このため、成形物６０内に気泡が含まれることを抑制することができる。
【0027】
（３ｃ）本実施形態では、第１金型１がサーボモータ２００を用いた制御により移動する。このため、第１金型１が下死点Ｐ１から保持点Ｐ２へ微上昇するタイミング及び上昇度合いを精度よく制御することができる。
【0028】
［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【0029】
（４ａ）上記実施形態では、第１金型１が上下方向に移動する構成を例示したが、移動する金型は、第１金型１に限定されるものではない。例えば、第２金型２が上下方向に移動してもよいし、第１金型１及び第２金型２の両方が上下方向に移動してもよい。
【0030】
（４ｂ）上記実施形態では、プレス成形装置１００において、第１金型１が上方に位置し、第２金型２が下方に位置する構成を例示したが、プレス成形装置の構成はこれに限定されるものではない。例えば、プレス成形装置は、第２金型２が上方に位置し、第１金型１が下方に位置する構成であってもよい。
【0031】
このような構成では、下方に位置する第１金型１の突出部１２上に材料６が配置される。そして、サーボモータ２００の制御によって、第１金型１及び第２金型２の少なくとも一方を変位させて、プレス加工を行う。例えば、下方に位置する第１金型１が上下方向に移動してもよいし、上方に位置する第２金型２が上下方向に移動してもよいし、第１金型１及び第２金型２の両方が上下方向に移動してもよい。
【0032】
（４ｃ）上記実施形態では、第１金型１がサーボモータ２００を用いた制御により上下方向に移動する構成を例示したが、第１金型１及び第２金型２の少なくとも一方を移動させる方法はこれに限定されるものではない。例えば、第１金型１及び第２金型２の少なくとも一方の移動は、油圧やクレンクプレスを用いた制御により行われてもよい。
【0033】
（４ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。
【符号の説明】
【0034】
１…第１金型、２…第２金型、３…スライド、４…ボルスタ、５…成形空間、６…材料、１１…本体部、１２…突出部、２１…基部、２２…側壁部、６０…成形物、１００…プレス成形装置、２００…サーボモータ、Ｐ１…下死点、Ｐ２…保持点。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】