JPH0311289A - 熱間静水圧下加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、熱間静水圧下加工装置に関し、耐熱性金属材
料、セラミックス等の難加工性の材料を高温静水圧下で
加工するのに利用される。

（従来の技術） Ｎｉ基合金など耐熱性金属材料については、−船釣に加
工性に乏しく、従って、鍛造不可能な高強度系材料につ
いては、従来、粉末冶金法で得られる微細結晶粒超塑性
を利用して加工することが行われている。

また、セラミックスについては、Ｎｉ基合金以上に延性
に乏しく加工困難であるが、これについても近年、超塑
性現象の利用により加工が行われるようになってきてい
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、超塑性加工においては、ボイドの発生に
伴う加工限界が大きな問題である。

また、低ひずみ速度での加工を必要とすることから、生
産性に劣ることも問題のひとつである。

更に、これまでの超塑性加工装置は、機械プレスを流用
して構成されていたため、被加工品の雰囲気制御、すな
わち、不活性雰囲気の確保が困難であり、又、加熱の均
質性の確保が面倒であった。

本発明は、被加工品の加工を、高温静水圧下で行うこと
により、ボイドの発生を抑制して加工限界を引きあげ得
る熱間静水圧下加工装置を提供することがｉｆの目的で
ある。

更に、本発明は、加工速度を早め得ることで生産性を向
上し、しかも、雰囲気制御が容易であるとともに均質力
ｕ熱を可能で、大形化に耐え得る熱間静水圧加工装置を
提供することが第２の目的である。

また、本発明は、高温静水圧環境を利用しての新たな加
工技術を提供することを第３の目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、容器軸方向の少なくとも一端に開口部１．　
Ａ　、　１．８を有する高圧容器１と前記開口部１Ａ）
（１Ｂ、ＩＢを開閉自在に閉塞する蓋部材２とで内部に
高圧室５が画成され、該高圧室５に、倒立コツプ形状の
断熱層１０と該断熱層１０の内側に配設されている加熱
要素１１とからなる加熱装置９が内蔵されて、該加熱装
置９の内側で被加工物へを熱間静水圧下で加工する処理
室１３を備えた熱間静水圧加工装置において、前述の目
的を達成するために、次の技術的手段を講じている。

すなわち、本発明は、前記蓋部材２に、容器軸方向に移
動可能な加圧ピストン１２が組込まれており、該加圧ピ
ストン１２の先端は、前記蓋部＋１２を容器軸方向に貫
通していて前記処理室１３に突出する加圧部材１５を備
えていることを特徴とするものである。

（実施例と作用） 以下、図面を参照して本発明の実施例とその作用を説明
する。

〈第１実施例〉 第１図において、■は高圧容器で、円筒形に形成されて
いて容器軸方向の両端がト・下開口部１Ａ）（１Ｂ１Ｂ
とされている。２は蓋部材であり、前記上開口部１Ａ）
（１Ｂを開閉自在に閉塞する上Ｍ３と前記下開口部ＩＢ
を開閉自在に閉塞する’ＦＭ４とを備えて、ここに、高
圧容器１と蓋部材２とで内部に高圧室５を画成している
。

なお、高圧容器１は少なくとも一端に開口部を有する有
底円筒形であってもよい。

この第１実施例では、上開口部１Ａ）（１Ｂに嵌合され
る上Ｍ３にはシール材６を有し、下蓋４は下開口部ＩＢ
に嵌合されてシール材７で密封可能なリング形状の上玉
１４Ａと該上玉蓋４Ａに嵌合されてシール材８で密封可
能な上下１４Ｂよりなっている。

なお、高圧容器１に嵌合された上・下蓋３．４には図示
省略したプレスフレームが係脱可能とされていて容器軸
方向に作用するプレス軸力を担持可能としている。

９は加熱装置（加熱炉）であり、倒立コツプ形状の断熱
層１０と該断熱層１０の内側に配置されている加熱要素
１１とからなり、高圧室５に内蔵されていてその内部で
被加工物へを熱間静水圧で加工する処理室１３を備えて
いる。

断熱層１０はガス不通性の内外金属筒１．ＯＡ、１０８
間に、繊維状の断熱材１０Ｃを充填して構成されている
。

１２は加圧ピストンであり、この第１実施例では、１１
１３にシリンダ室１２Ａを形成し、このシリンダ室１２
Ａにシール材１４で密封されて容器軸方向に移動可能と
して加圧ピストン１２は嵌合されており、該ピストン１
２は上蓋３を容器軸方向に貫通していて、前記処理室１
３に突出する加圧部材１５を有している。

なお、１６はシリンダ室１２４の閉じ蓋でシール部材１
６Ａを存し、また、１７Ａ、１７Ｂはピストン貫通部の
シール部材を示している。

加圧部材１５は連結具１８と上部金型１９とから構成さ
れていて、これらはボルト等で取付けられていて、断熱
材料からなる連結具１８が断熱１ｉ１０の頂部にガス密
に固定されて上部金型１９が容器軸心上にて処理室１３
に突出されている。

２０は炉床であり、下蓋４の上下蓋４Ｂに装備されて容
器軸心上に配置されており、この炉床２０は断熱材料よ
りなっており、Ｆ部金型１９と相対する下部金型２１を
有している。

２２は圧媒給排装置であり、本実施例では上１３に形成
された通路２３に、管路２４を介してガス集合装置２５
が接続されており、管路２４にはコンプレンサ２６、開
閉弁２７．２８および圧力計２９と安全弁３０を備えて
おり、開閉弁２７．２８間には回収管路３１を有し、該
回収管路３１には開閉弁３２と減圧弁３３を有している
。

更に、開閉弁２８と安全弁３０との間には真空引管路３
４が接続されていて、真空ポンプ３５を備えており、３
６．３７はその開閉弁を示している。

なお、３９は大気解放用の開閉弁を示している。

更に、４０は加圧ピストン駆動装置であり、液圧（油圧
）ポンプ４１と、リリーフ弁４２と、切換弁４３と加圧
及び後退用のパイロットチェンク弁４４．４５とを備え
てなり、シリンダ室１２Ａに連通ずる上蓋３のボート３
Ａ、３Ｂに接続されている。

４６はストロークセンサで、この実施例では断熱層ｌＯ
の下端で加圧ピストン１２のストロークを検出し、制御
２Ｓ４７に信号を送り、該制御器４７による制御信号を
リリーフ弁４２にフィードバックさせることにより、該
リリーフ弁４２の設定値を調整する等して加圧ピストン
１２の加圧速度を制御するようにしている。

なお、加圧ピストン１２のストローク検出は、該ピスト
ン１２の動きをダイレクトに検出してもよいが、実施例
の如く、ストロークセンサ４６を高圧室５の下部に設面
して行なうことが有利となる。すなわち、高圧室５の下
部が最も温度が低いからである。

その他、４８はリーク検出用管路を示しており、加圧ピ
ストン駆動用の油圧系統と圧媒ガスとのリークを検出し
、両者の混入を防止している。

４９は加熱要素１１のための通電部材で、本例では上玉
苫４Ａに備えられている。

なお、例えば処理温度が１０００°Ｃ〜１１００″Ｃ程
度であるＮｉ基超超合金被加工品Ａとした場合には、断
熱層１０としてはインコネル、ステンレス鋼などが用い
られ、加熱要素１１としてはＦｅ　−Ｃｒ　−ＡＩ等が
用いられ、又、上・ド金型１９．２１としてはＴＺＭの
ような特殊合金が用いられ、更に、連結具１８及び炉床
２０としてはセラミックス系断熱材料例えば、Ｎ２０．
、　ＺｒＯ２或いはそれらの複合材料を用いることが好
適である。

次に、前述した第１実施例の作用を概略説明する。

被加工品Ａは炉床２０、下金型２１を介して上下蓋４Ｂ
に載置されていて、高圧容器１の下方から処理室１３に
装入される。

この場合、加圧ピストン１２はその駆動装置４０によっ
て後退（上昇）位置に保持されている。

次に、開閉弁２８を閉にし、開閉弁３６を開にした状態
で真空ポンプ３５を駆動すると、通路２３及び管路２４
，３４を介して高圧室５及び処理室１３が真空引きされ
、真空引き後に、圧媒給排装置２２を作動して高圧室５
及び処理室１３に圧媒ガスを供給する。

なお、蓋部材２にはプレスフレームが保合してプレス軸
力を担持可能としている。

圧媒ガスの供給は開閉弁２７　、２８を開にしてコンプ
レンサ２６からの圧媒ガスを高圧室５及び処理室１３に
送気し、所定の圧力になると、開閉弁２８は閉とする。

次に、加熱要素１１に電力を供給して処理室１３の温度
を所定温度まで到達させる。この際、温度上昇に伴い高
圧室５の圧力も上昇する。

所定の温度圧力に到り平衡状態に達すると、その後、加
圧ピストン駆動装置４０の切換弁４３により加圧ピスト
ン１２が加圧方向となるべき切換えると、ポンプ４１か
らの液圧（油圧）によって加圧ピストン１２が隣下され
、被加工品Ａは上・下金型１９．２１によって熱間静水
圧下での超塑性加工がなされる。

すなわち、加圧ピストン１２の加圧がこの先端に備えら
れた加圧部材１５によって被加工品Ａに伝達されて、熱
間静水圧下の超塑性加工すなわち、鍛造加工がなされる
。

この際、加圧ピストン１２の加圧速度は、ストロークセ
ンサ４６によって検出され、制御器４７からの信号を、
駆動装置４０にフィードバックさせることにより制御さ
れる。

所定の加工操作が完了した後は、加熱要素１１に対する
電力供給の遮断、切換弁４３による加圧ピストン１２の
後退および高圧容器１内の温度の所定温度までの降温後
に、開閉弁３２、減圧弁３３等を介してガス集合装置２
５への圧媒ガスの回収、プレスフレームの後退等を経て
から、上下Ｍ４Ｂを降下させることで所定の処理がなさ
れた被加工品Ａを下方より取出す。

く第２実施例〉 第２図において、この第２実施例は、加圧ピストン１２
の加圧速度の制御を、ストロークセンサ４６からの信号
を制御器４７に送り、該制御信号を、回収回路３１に設
けた開閉弁３２及び減圧弁３３にフィードバンクさせて
行なうようにしたものである。

すなわち、シリンダ室１３への加圧（油圧）は−定に保
持しておき、高圧室５及び処理室１３への圧媒給排装置
２２における開閉弁２８および３２を開にしておいて減
圧弁３３の開度を調整することによって、ガス集合装置
２５へのガス回収による減圧制御によって行なうように
したものである。

その他の基本構成は第１実施例と共通し、共通部分は共
通符号で示している。

なお、上述した第１実施例および第２実施例において、
加圧ピストン１２の移動（加圧）に供する圧媒としては
、液圧ではなく、処理室Ｉ３と同じくガス圧媒を利用す
ることが可能で、このように、圧媒給排装置２２と加圧
ピストン駆動装置４０として共通のガス圧媒を利用する
方が処理室１３等の汚染を防止する見地からは有利であ
る。

この場合、次に述べる第３実施例に従うことができる。

〈第３実施例〉 第３図において、５０は加圧ピストン加圧用圧媒ガス系
統であり、シリンダ室１２Ａの加圧側ポート３Ａに接続
されている管路５１に、圧力計５２、安全弁５３、開閉
弁５４．５５を介してガスボンへ５６が備えられている
とともに、管路５１のバイパス管路５７には減圧弁５８
と開閉弁５９を備えており、加圧用管ｉ５１には加圧処
理用管路２４に開閉弁６０を介して接続されている。

６１は加圧ピストン後退用圧媒ガス系統であり、シリン
ダ室１２Ａの後退側ポート３Ｂに接続されている管路６
２に、圧力計６３、安全弁６４、開閉弁６５．６６を介
してガスボンベ６７が備えられているとともに、管路６
２のバイパス管路６８には減圧弁６９と開閉弁７０を備
えており、後退用管路６２には加圧処理用管路２４に開
閉弁７１を介して接続されている。

この第３実施例にあっては、制御器４７の制御信号が減
圧弁５８にフィードバックされることによって加圧ピス
トン１２の加圧速度が制御可能とされるとともに、コン
プレッサ２６が加圧処理用と加圧ピストン速度制御用の
圧力源として共用可能となる。

その他は第１実施例と共通するので、共通部分は共通符
号で示している。

く第４実施例〉 第４図において、蓋部材２における下Ｍ４にシリンダ室
１３が形成されていて、このシリンダ室１３に加圧ピス
トン１２が嵌合されていて、該ピストン１２の先端が下
蓋４を貫通して炉床２０および下金型２１よりなる加圧
部材１５を有して処理室１３に突出されている。

一方、上蓋３に連結具１８を介して上金型１９が取付け
られており、断熱層１０は上Ｍ３に懸垂状に取付けられ
ている。

すなわち、この第４実施例は第１実施例をいわば天地逆
配置として備えたものであり、この第４実施例にあって
は、処理室１３を含む高圧室５内の温度勾配が通常、高
圧室５の上部側が高く下部（底）が低いことから、加圧
ピストン１２におけるシリンダ室１３の温度上昇を可及
的に抑え、加工速度の制御がより正確にできる点で第１
実施例より有効である。

なお、第４実施例においても、第１〜３実施例で示した
圧媒給排装置及び加圧ピストン駆動装置が具備される。

また、この第４実施例にあっては、被加工品Ａの装入、
取出等は上蓋３側よりなされる上方取出方式とされる。

また、以上の各実施例において、加圧部材１５と相対す
る一方の金型をダイスにすることによって、熱間静水圧
下での押出にも利用できる。

また、本発明装置にあっては、被加工品の焼結及び／又
は熱間静水圧下の緻密化処理を行ない、引続いて熱間静
水圧下での加圧ピストン１２による加工を行なうことが
できる。さらに、熱間静水圧下での加圧ピストン１２に
よる加工後に、熱間静水圧下での緻密化処理工程を行な
うこともできる。

（発明の効果） 本発明は以上の通りであり、本発明によれば次の利点が
ある。

■　熱間静水圧下での加工を可能として、静水圧の作用
による延性増大に基づき難加工性材料の塑性加工範囲を
拡大するのみならず、Ｎｉ基合金、セラミフクスなど超
塑性現象を発現する材料に対して、ボイドの発生を抑制
してその加工限界を大幅に改善し、或いは、加工速度を
早め生産性を向上できる。

■　更に、本発明の熱間静水圧下加工装置は、同時に被
処理品の欠陥除去、緻密化、接合にも適用できるのは勿
論のこと、それらの加工と加圧部材による鍛造加工との
複合化により、すでに述べた加工限界のより一層の改善
を回り、或いは従来にない形の複合材料の製造を可能と
する。

従って、本発明は、今後増々増大する傾向にある難加工
性を有する先端材料分野の加工に対して極めて有益な技
術を提供できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の各実施例を示しており、第１図は第１実
施例の、第２図は第２実施例の、第３図は第３実施例の
、第４図は第４実施例の、各立面断面図である。 １・・・高圧容器、１．Ａ、１Ｂ・・・開口部、２・・
・蓋部材、５・・・高圧室、９・・・加熱装置、１０・
・・断熱層、１１・・・加熱要素、１２・・・加圧ピス
トン、１３・・・処理室、１５・・・加圧部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）容器軸方向の少なくとも一端に開口部（１Ａ）（
   １Ｂ）を有する高圧容器（１）と前記開口部（１Ａ）（
   １Ｂ）を開閉自在に閉塞する蓋部材（２）とで内部に高
   圧室（５）が画成され、該高圧室（５）に、倒立コップ
   形状の断熱層（１０）と該断熱層（１０）の内側に配設
   されている加熱要素（１１）とからなる加熱装置（９）
   が内蔵されて、該加熱装置（９）の内側で被加工物（Ａ
   ）を熱間静水圧下で加工する処理室（１３）を備えた熱
   間静水圧下加工装置において、 前記蓋部材（２）に、容器軸方向に移動可能な加圧ピス
   トン（１２）が組込まれており、該加圧ピストン（１２
   ）の先端は、前記蓋部材（２）を容器軸方向に貫通して
   いて前記処理室（１３）に突出する加圧部材（１５）を
   備えていることを特徴とする熱間静水圧下加工装置。