JPH04100669A - 溶融金属の鍛造成形方法および鍛造成形装置 - Google Patents
溶融金属の鍛造成形方法および鍛造成形装置Info
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- JPH04100669A JPH04100669A JP21831790A JP21831790A JPH04100669A JP H04100669 A JPH04100669 A JP H04100669A JP 21831790 A JP21831790 A JP 21831790A JP 21831790 A JP21831790 A JP 21831790A JP H04100669 A JPH04100669 A JP H04100669A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
（産業上の利用分野）
本発明は、とくに高融点金属や活性金属の精密鋳造を行
う際に利用され、例えば、高融点金属や活性金属のニア
ネットシェイプ成形を容易に行うのに利用される溶融金
属の鍛造成形方法および鍛造成形装置に関するものであ
る。 （従来の技術） 高融点金属や、活性金属に分類されるものとしては、Ｔ
ｉ 、Ｍｏ 、Ｗ、Ｚｒ 、Ｌｉ等の単体ないし合金が
あり、例えば、ＴｉおよびＴｉ合金は活性でその融点も
高いために溶解および鋳造によって鋳物を得ようとした
場合に種々の問題点に直面する。 そして、通常の酸化物系あるいは非酸化物系の耐火物る
つぼを用いてＴｉおよびＴｉ合金を溶解することは、Ｔ
ｉの耐火物との反応による汚染があるため、金属の清浄
度を高く維持することはほとんど不可能である。 そのため、ＴｆおよびＴｉ合金の溶解は一般的には水冷
した銅るつぼ内でアーク、プラズマ、エレクトロンビー
ムなどの高密度エネルギ熱源を用いて行われている。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、これらの方法はいずれも溶融金属が水冷
銅るつぼに直接接触しているため、熱的な損失が多く溶
融金属の温度を高くすることが困難であるという問題点
を有し、また過熱度の低い溶融金属は鋳造時の湯流れが
悪いため、鋳造製品に湯回り不良が発生する可鋤性が大
きいという問題点を有し、さらには、ＴｉおよびＴｉ合
金と鋳型との反応による汚染を生ずることもありうると
いう問題点を有し、これらの問題点を解決することが課
題となっていた。 （発明の目的） 本発明は上述した従来の課題にかんがみてなされたもの
で、金属の溶解時における汚染が少ないと共に溶融金属
の熱的な損失が少なく、鋳造時の湯流れを良好なものに
して製品の湯回り不良を防止し、高品質の鋳造品（溶湯
鍛造品）を成形することが可能である溶融金属の鍛造成
形方法および鍛造成形装置を提供することを目的として
いる。
う際に利用され、例えば、高融点金属や活性金属のニア
ネットシェイプ成形を容易に行うのに利用される溶融金
属の鍛造成形方法および鍛造成形装置に関するものであ
る。 （従来の技術） 高融点金属や、活性金属に分類されるものとしては、Ｔ
ｉ 、Ｍｏ 、Ｗ、Ｚｒ 、Ｌｉ等の単体ないし合金が
あり、例えば、ＴｉおよびＴｉ合金は活性でその融点も
高いために溶解および鋳造によって鋳物を得ようとした
場合に種々の問題点に直面する。 そして、通常の酸化物系あるいは非酸化物系の耐火物る
つぼを用いてＴｉおよびＴｉ合金を溶解することは、Ｔ
ｉの耐火物との反応による汚染があるため、金属の清浄
度を高く維持することはほとんど不可能である。 そのため、ＴｆおよびＴｉ合金の溶解は一般的には水冷
した銅るつぼ内でアーク、プラズマ、エレクトロンビー
ムなどの高密度エネルギ熱源を用いて行われている。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、これらの方法はいずれも溶融金属が水冷
銅るつぼに直接接触しているため、熱的な損失が多く溶
融金属の温度を高くすることが困難であるという問題点
を有し、また過熱度の低い溶融金属は鋳造時の湯流れが
悪いため、鋳造製品に湯回り不良が発生する可鋤性が大
きいという問題点を有し、さらには、ＴｉおよびＴｉ合
金と鋳型との反応による汚染を生ずることもありうると
いう問題点を有し、これらの問題点を解決することが課
題となっていた。 （発明の目的） 本発明は上述した従来の課題にかんがみてなされたもの
で、金属の溶解時における汚染が少ないと共に溶融金属
の熱的な損失が少なく、鋳造時の湯流れを良好なものに
して製品の湯回り不良を防止し、高品質の鋳造品（溶湯
鍛造品）を成形することが可能である溶融金属の鍛造成
形方法および鍛造成形装置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）
本発明に係わる溶融金属の鍛造成形方法は、縦方向に電
気的絶縁スリットを有した水冷銅るつぼ内に金属材料を
装入し、前記金属材料を高周波誘導加熱によって溶解し
た後、前記水冷銅るつぼの上方から鋳型を押し込んで溶
融金属を前記鋳型の製品キャビティ内に入れて成形する
構成としたことを特徴としており、必要に応じて採用さ
れる実施態様においては、溶解および成形雰囲気を真空
ないしは不活性ガスとする構成としたことを特徴として
おり、上述した溶融金属の鍛造成形方法に係わる発明の
構成を前述した従来の課題を解決するための手段として
いる。 また、本発明に係わる溶融金属の鍛造成形装置は、縦方
向に電気的絶縁スリットを有した水冷銅るつぼと、前記
水冷銅るつぼに近接して配置した高周波誘導加熱用コイ
ルと、前記水冷銅るつぼ内に押し込み可能で且つ前記水
冷銅るつぼ内の溶融金属を受け入れる製品キャビティを
有する鋳型を具備してなる構成としたことを特徴として
おり、必要に応じて採用される実施態様においては、鋳
型の一部ないしは全部の材質を金属とし、他の実施態様
においては、鋳型の一部ないしは全部の材質を黒鉛、ボ
ロンナイトライド（Ｂ Ｎ）などの非酸化物系耐火物（
ないしはセラミックス）とし、同じ〈他の実施態様にお
いては、鋳型の一部ないしは全部の材質をアルミナ（Ａ
ｆｌｚ ０３ ） 、マグネシア （ＭｇＯ） 、
チタ−７（Ｔ ｉ ０２ ） 、 ジルコニア（Ｚ
ｒＯ２）などの酸化物系耐火物（ないしはセラミックス
）とし、同じ〈実施態様においては、鋳型にガス抜き孔
を有する構成としたことを特徴としており、上述した溶
融金属の鍛造成形装置に係わる発明の構成を前述した従
来の課題を解決するための手段としている。 （発明の作用） 本発明に係わる溶融金属の鍛造成形方法および鍛造成形
装置は、上述した構成を有しているものであり、 （１）金属材料の溶解時の汚染を防止しかつまた溶融金
属の過熱度を高めるために、縦方向に電気的絶縁スリッ
トを有した水冷銅るつぼと高周波誘導加熱用コイルとを
組み合わせたいわゆるコールドクルージプル内どチージ
ョン溶解（誘導加熱によるローレンツ斥力を利用した非
接触溶解）を適用すると共に、 （２）高融点金属や活性金属が反応を生じにくい鋳型を
用いて前記コールドクルージプル内に押し込んで迅速か
つ強制的な滞流れを与えることにより製品キャビティ内
での湯回り不良を防止するようにしたことから、 汚染がなくかつまた湯回り不良がない高品質の鋳造品（
溶湯鍛造品）が成形されるようになる。 （実施例） 第１図および第２図は本発明に係わる溶融金属の鍛造成
形方法に用いる鍛造成形装置の一実施例を示すものであ
って、図に示す溶融金属の鍛造成形製と１は、その中央
に水冷銅るつぼ２をそなえている。 この水冷銅るつぼ２は、第２図にも示すように、円弧状
をなしかつ縦方向に電気的絶縁スリット２１ａ・・・・
・・２１ｈを介して相互に絶縁状態で円環状に配置され
た複数の水冷銅製セグメント２２ａ・・・・・・２２ｈ
よりなり、それぞれに水冷ノくイブ２３ａ・・・・・・
２３ｈを設けて第１図の矢印Ａ１方向に冷却水を流し込
むと共に矢印Ａ２方向に冷却水を排出するようにした構
造を有するものである。 そして、上記水冷銅るつぼ２の底部に定盤（この実施例
ではボロンナイトライド（Ｂ Ｎ）製のもの）３が設け
であると共に、水冷銅るつぼ２の外側に高周波誘導加熱
用コイル４が配置してあって、これら水冷銅るつぼ２と
高周波誘導加熱用コイル４とによって、いわゆるコール
ドクルーシブルレビテーション溶解が行えるようになっ
ている。 すなわち、このような溶解を行う場合には、溶融金属５
に発生する表皮電流と水冷銅るつぼ２の内面に流れる表
皮電流とがローレンツ効果により反発作用を有するため
、溶融金属５は水冷銅るつぼ２の内面にほとんど接触す
ることがなく溶解できるものであり、水冷銅るつぼ２と
接触しない状態での溶解が可能であることから、溶融金
属５の汚染が防止されると共に、溶融金属５の熱的な損
失を著しく少ないものとすることが可能であり、溶融金
属５の過熱度を十分に高めることができるようになる。 さらに、前記水冷銅るつぼ２の上方には、鋳型ガイド６
が固定しであると共に、この鋳型カイドロ内に鋳型７が
昇降可能に配設しである。 この鋳型７には、この実施例においてエンジンバルブの
形状を有する製品キャビティ７ａが設けであると共に、
直径が１ｍｍのガス抜き孔７ｂが設けてあり、この実施
例においては鋳型７の材質として金属（低炭素鋼）より
なるものを用いた。 さらに、鋳型ガイド６には不活性ガス供給管８が接続し
てあり、この不活性ガス供給管８よりＡｒなとの不活性
ガスを矢印Ｂ方向に供給することによって、溶解および
成形雰囲気を不活性ガスとすることができるようにしで
ある。また、溶解および成形雰囲気を真空とすることも
可能である。 次に、このような構成をなす溶融金属の鍛造成形装置１
を用いて溶湯鍛造による鋳造品（エンジンバルブ）の成
形を行う要領について説明する。 この実施例では、金属材料としてＴｉ−６％ＡＭ−４％
ＶよりなるＴｉ合金を用い、定盤３上に金属材料を装入
したのち高周波誘導加熱用コイル４に通電してコールド
クルーシブルレビテーション溶解を行った。 この溶解による溶融金属５は、前述したように、水冷銅
るつぼ２にほとんど接触しないで溶融状態が維持される
ものとなっている。 この状態において、この実施例では前もって予熱を行わ
なかった鋳型７を降下させて溶融金属５の上面から押し
込み、溶融金属５を鋳型７の製品キャビティ７ａ内に圧
入して溶湯鍛造的な鋳造成形を行い、この間、製品キャ
ビティ７ａ内のガスはガス抜き孔７ｂより排出した。 この溶湯鍛造的な鋳造成形により得られたエンジンバル
ブの良品率は約９５％であり、従来のアークスカル溶解
と加熱セラミックシェルへの遠心力鋳造とを組み合わせ
た製造方法の良品率的３０％を大きく上回るものであっ
た。また、成形のサイクルタイムは約１ｍｉ ｎであり
、良品率を考慮した製造能率は従来法のおよそ８倍に達
した。
気的絶縁スリットを有した水冷銅るつぼ内に金属材料を
装入し、前記金属材料を高周波誘導加熱によって溶解し
た後、前記水冷銅るつぼの上方から鋳型を押し込んで溶
融金属を前記鋳型の製品キャビティ内に入れて成形する
構成としたことを特徴としており、必要に応じて採用さ
れる実施態様においては、溶解および成形雰囲気を真空
ないしは不活性ガスとする構成としたことを特徴として
おり、上述した溶融金属の鍛造成形方法に係わる発明の
構成を前述した従来の課題を解決するための手段として
いる。 また、本発明に係わる溶融金属の鍛造成形装置は、縦方
向に電気的絶縁スリットを有した水冷銅るつぼと、前記
水冷銅るつぼに近接して配置した高周波誘導加熱用コイ
ルと、前記水冷銅るつぼ内に押し込み可能で且つ前記水
冷銅るつぼ内の溶融金属を受け入れる製品キャビティを
有する鋳型を具備してなる構成としたことを特徴として
おり、必要に応じて採用される実施態様においては、鋳
型の一部ないしは全部の材質を金属とし、他の実施態様
においては、鋳型の一部ないしは全部の材質を黒鉛、ボ
ロンナイトライド（Ｂ Ｎ）などの非酸化物系耐火物（
ないしはセラミックス）とし、同じ〈他の実施態様にお
いては、鋳型の一部ないしは全部の材質をアルミナ（Ａ
ｆｌｚ ０３ ） 、マグネシア （ＭｇＯ） 、
チタ−７（Ｔ ｉ ０２ ） 、 ジルコニア（Ｚ
ｒＯ２）などの酸化物系耐火物（ないしはセラミックス
）とし、同じ〈実施態様においては、鋳型にガス抜き孔
を有する構成としたことを特徴としており、上述した溶
融金属の鍛造成形装置に係わる発明の構成を前述した従
来の課題を解決するための手段としている。 （発明の作用） 本発明に係わる溶融金属の鍛造成形方法および鍛造成形
装置は、上述した構成を有しているものであり、 （１）金属材料の溶解時の汚染を防止しかつまた溶融金
属の過熱度を高めるために、縦方向に電気的絶縁スリッ
トを有した水冷銅るつぼと高周波誘導加熱用コイルとを
組み合わせたいわゆるコールドクルージプル内どチージ
ョン溶解（誘導加熱によるローレンツ斥力を利用した非
接触溶解）を適用すると共に、 （２）高融点金属や活性金属が反応を生じにくい鋳型を
用いて前記コールドクルージプル内に押し込んで迅速か
つ強制的な滞流れを与えることにより製品キャビティ内
での湯回り不良を防止するようにしたことから、 汚染がなくかつまた湯回り不良がない高品質の鋳造品（
溶湯鍛造品）が成形されるようになる。 （実施例） 第１図および第２図は本発明に係わる溶融金属の鍛造成
形方法に用いる鍛造成形装置の一実施例を示すものであ
って、図に示す溶融金属の鍛造成形製と１は、その中央
に水冷銅るつぼ２をそなえている。 この水冷銅るつぼ２は、第２図にも示すように、円弧状
をなしかつ縦方向に電気的絶縁スリット２１ａ・・・・
・・２１ｈを介して相互に絶縁状態で円環状に配置され
た複数の水冷銅製セグメント２２ａ・・・・・・２２ｈ
よりなり、それぞれに水冷ノくイブ２３ａ・・・・・・
２３ｈを設けて第１図の矢印Ａ１方向に冷却水を流し込
むと共に矢印Ａ２方向に冷却水を排出するようにした構
造を有するものである。 そして、上記水冷銅るつぼ２の底部に定盤（この実施例
ではボロンナイトライド（Ｂ Ｎ）製のもの）３が設け
であると共に、水冷銅るつぼ２の外側に高周波誘導加熱
用コイル４が配置してあって、これら水冷銅るつぼ２と
高周波誘導加熱用コイル４とによって、いわゆるコール
ドクルーシブルレビテーション溶解が行えるようになっ
ている。 すなわち、このような溶解を行う場合には、溶融金属５
に発生する表皮電流と水冷銅るつぼ２の内面に流れる表
皮電流とがローレンツ効果により反発作用を有するため
、溶融金属５は水冷銅るつぼ２の内面にほとんど接触す
ることがなく溶解できるものであり、水冷銅るつぼ２と
接触しない状態での溶解が可能であることから、溶融金
属５の汚染が防止されると共に、溶融金属５の熱的な損
失を著しく少ないものとすることが可能であり、溶融金
属５の過熱度を十分に高めることができるようになる。 さらに、前記水冷銅るつぼ２の上方には、鋳型ガイド６
が固定しであると共に、この鋳型カイドロ内に鋳型７が
昇降可能に配設しである。 この鋳型７には、この実施例においてエンジンバルブの
形状を有する製品キャビティ７ａが設けであると共に、
直径が１ｍｍのガス抜き孔７ｂが設けてあり、この実施
例においては鋳型７の材質として金属（低炭素鋼）より
なるものを用いた。 さらに、鋳型ガイド６には不活性ガス供給管８が接続し
てあり、この不活性ガス供給管８よりＡｒなとの不活性
ガスを矢印Ｂ方向に供給することによって、溶解および
成形雰囲気を不活性ガスとすることができるようにしで
ある。また、溶解および成形雰囲気を真空とすることも
可能である。 次に、このような構成をなす溶融金属の鍛造成形装置１
を用いて溶湯鍛造による鋳造品（エンジンバルブ）の成
形を行う要領について説明する。 この実施例では、金属材料としてＴｉ−６％ＡＭ−４％
ＶよりなるＴｉ合金を用い、定盤３上に金属材料を装入
したのち高周波誘導加熱用コイル４に通電してコールド
クルーシブルレビテーション溶解を行った。 この溶解による溶融金属５は、前述したように、水冷銅
るつぼ２にほとんど接触しないで溶融状態が維持される
ものとなっている。 この状態において、この実施例では前もって予熱を行わ
なかった鋳型７を降下させて溶融金属５の上面から押し
込み、溶融金属５を鋳型７の製品キャビティ７ａ内に圧
入して溶湯鍛造的な鋳造成形を行い、この間、製品キャ
ビティ７ａ内のガスはガス抜き孔７ｂより排出した。 この溶湯鍛造的な鋳造成形により得られたエンジンバル
ブの良品率は約９５％であり、従来のアークスカル溶解
と加熱セラミックシェルへの遠心力鋳造とを組み合わせ
た製造方法の良品率的３０％を大きく上回るものであっ
た。また、成形のサイクルタイムは約１ｍｉ ｎであり
、良品率を考慮した製造能率は従来法のおよそ８倍に達
した。
本発明に係わる溶融金属の鍛造成形方法および鍛造成形
装置では、水冷銅るつぼと高周波誘導加熱用コイルとを
組み合わせたコールドクルーシブルレビテーション溶解
を適用していることから、金属材料の溶解時の汚染が防
止されると共に溶融金属の過熱度を高めることができる
ようになり、溶融金属の湯流れを良好なものとすること
が可能であり、また、溶融金属が反応しにくい材質の鋳
型を用いてコールドクルージプルに押し込むことにより
迅速でかつ強制的な湯流れを与えるようにしていること
から、製品キャビティ内での湯回り不良を防止すること
が可能であり、汚染がなくかつまた湯回り不良のない高
品質の鋳造品（溶湯鍛造品）が製造できるようになると
いう著しく優れた効果がもたらされる。
装置では、水冷銅るつぼと高周波誘導加熱用コイルとを
組み合わせたコールドクルーシブルレビテーション溶解
を適用していることから、金属材料の溶解時の汚染が防
止されると共に溶融金属の過熱度を高めることができる
ようになり、溶融金属の湯流れを良好なものとすること
が可能であり、また、溶融金属が反応しにくい材質の鋳
型を用いてコールドクルージプルに押し込むことにより
迅速でかつ強制的な湯流れを与えるようにしていること
から、製品キャビティ内での湯回り不良を防止すること
が可能であり、汚染がなくかつまた湯回り不良のない高
品質の鋳造品（溶湯鍛造品）が製造できるようになると
いう著しく優れた効果がもたらされる。
第１図は本発明に係わる溶融金属の鍛造成形方法の実施
に使用する鍛造成形装置の一実施例を示す断面説明図、
第２図は水冷銅るつぼの平面説明図である。 １・・・溶融金属の鍛造成形装置、 ２・・・水冷銅るつぼ、 ２１ａ・・・・・・２１ｈ・・・絶縁スリット、４・・
・高周波誘導加熱用コイル、 ５・・・溶融金属、 ７・・・鋳型、 ７ａ・・・製品キャビティ、 ７ｂ・・・ガス抜き孔。 特許出願人 大同特殊鋼株式会社
に使用する鍛造成形装置の一実施例を示す断面説明図、
第２図は水冷銅るつぼの平面説明図である。 １・・・溶融金属の鍛造成形装置、 ２・・・水冷銅るつぼ、 ２１ａ・・・・・・２１ｈ・・・絶縁スリット、４・・
・高周波誘導加熱用コイル、 ５・・・溶融金属、 ７・・・鋳型、 ７ａ・・・製品キャビティ、 ７ｂ・・・ガス抜き孔。 特許出願人 大同特殊鋼株式会社
Claims (7)
- （１）縦方向に電気的絶縁スリットを有した水冷銅るつ
ぼ内に金属材料を装入し、前記金属材料を高周波誘導加
熱によって溶解した後、前記水冷銅るつぼの上方から鋳
型を押し込んで溶融金属を前記鋳型の製品キャビティ内
に入れて成形することを特徴とする溶融金属の鍛造成形
方法。 - （２）溶解および成形雰囲気を真空ないしは不活性ガス
とする請求項第１項に記載の溶融金属の鍛造成形方法。 - （３）縦方向に電気的絶縁スリットを有した水冷銅るつ
ぼと、前記水冷銅るつぼに近接して配置した高周波誘導
加熱用コイルと、前記水冷銅るつぼ内に押し込み可能で
且つ前記水冷銅るつぼ内の溶融金属を受け入れる製品キ
ャビティを有する鋳型を具備してなることを特徴とする
溶融金属の鍛造成形装置。 - （４）鋳型の材質を金属とする請求項第３項に記載の溶
融金属の鍛造成形装置。 - （５）鋳型の材質を黒鉛、ボロンナイトライドなどの非
酸化物系耐火物とする請求項第３項または第４項に記載
の溶融金属の鍛造成形装置。 - （６）鋳型の材質をアルミナ、マグネシア、チタニア、
ジルコニアなどの酸化物系耐火物とする請求項第３項、
第４項または第５項に記載の溶融金属の鍛造成形装置。 - （７）鋳型にガス抜き孔を有する請求項第３項、第４項
、第５項または第６項に記載の溶融金属の鍛造成形装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21831790A JPH04100669A (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 溶融金属の鍛造成形方法および鍛造成形装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21831790A JPH04100669A (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 溶融金属の鍛造成形方法および鍛造成形装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04100669A true JPH04100669A (ja) | 1992-04-02 |
Family
ID=16717958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21831790A Pending JPH04100669A (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 溶融金属の鍛造成形方法および鍛造成形装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04100669A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120018112A1 (en) * | 2009-03-27 | 2012-01-26 | Beng Wah Chua | Method and apparatus for forming a liquid-forged article |
| CN111372705A (zh) * | 2017-10-25 | 2020-07-03 | 罗图公司 | 用于特别是金属玻璃的模制方法和装置 |
-
1990
- 1990-08-20 JP JP21831790A patent/JPH04100669A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120018112A1 (en) * | 2009-03-27 | 2012-01-26 | Beng Wah Chua | Method and apparatus for forming a liquid-forged article |
| TWI613018B (zh) * | 2009-03-27 | 2018-02-01 | 新加坡科技研究局 | 用以形成液態鍛造物品之方法與裝置 |
| CN111372705A (zh) * | 2017-10-25 | 2020-07-03 | 罗图公司 | 用于特别是金属玻璃的模制方法和装置 |
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