CN102159341B

CN102159341B - 铸造用模具的型腔面的加工方法

Info

Publication number: CN102159341B
Application number: CN201080002662.2A
Authority: CN
Inventors: 平野雅雄; 堀部喜学
Original assignee: Sintokogio Ltd
Current assignee: Sintokogio Ltd
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2030-03-08
Also published as: JP4655169B2; WO2010104032A1; KR101146774B1; US9364894B2; US20120052194A1; CN102159341A; JPWO2010104032A1; KR20110136801A

Abstract

本发明的铸造用模具的型腔面的加工方法，即使型腔面(铸造制品)的形状复杂，也能够实现流动性良好、脱模性优越并且可再加工、能够延长模具寿命。具备：在型腔面(11)上形成半球面状的第一凹部(12)的喷射加工工序(A)，和形成小于上述第一凹部(12)的微小的第二凹部(13)的喷射加工工序(B)，具备将上述喷射加工工序(A)和喷射加工工序(B)中的任一方优先进行喷射加工的加工方法(a)和加工方法(b)，以及只实施喷射加工工序(A)从而只形成第一凹部(12)的加工方法(c)。

Description

铸造用模具的型腔面的加工方法

技术领域

本发明涉及用于压铸铸造等的铸造用模具的型腔面的加工方法。

背景技术

以往，在由铝等非铁金属制造构成汽缸盖或分油器等汽车的发动机部件时，使用压铸铸造等模具铸造法。在模具铸造法中，当铸造时在模具内的熔融金属的流动(流动性)变差时，铸造品易产生微小的瑕疵、不平整等缺陷，因此为了提高流动性而采取了各种对策。作为提高流动性的对策，可列举出通过在模具表面(型腔面)形成凹凸部，以减少熔融金属与型腔面之间的接触面积，由此降低熔融金属的流动阻力的处理。作为通过在型腔面形成凹凸部来提高熔融金属的流动性的方法，例如，在专利文献1中公开了以下方法，即：以使四边形的型凹部和型凸部在模具的型腔面上相互邻接而扩展的方式连续地形成，从而将流动阻力大的部分和流动阻力小的部分交替地构成，并通过使四边形状的型凹部和型凸部的一条边的方向相对于上述熔融金属的浇入方向倾斜，由此使浇入的熔融金属均匀地填充于上述型腔内的各部的压铸成形方法。

专利文献1：日本特开平7-246450号公报

在此，在如上所述的技术中，凹凸部是通过利用硝酸类腐蚀液等腐蚀型腔面，并通过形成凹凸部的皱褶加工或放电加工而形成的。但是在这些加工方法中存在以下问题，即：能够对型腔面加工的范围受到限制，在具有复杂的型腔形状的模具中不能得到充分的流动性。并且，由于在皱褶加工中，形成高度地控制大小、深度、形状等的凹凸部是非常困难的，因此存在无法获得充分的流动性的问题。

并且，所形成的凹凸部的形状有棱角，因而存在以下问题：在从铸造品的模具脱膜时容易产生卡挂等，因此从模具中脱模的容易程度(脱模性)会降低。在凹凸部在一个方向上具有方向性的情况下，涂敷在型腔面上用于提高脱模性的脱模剂难以均匀地留在型腔面上，因此存在降低脱模性的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于实现流动性良好，并且脱模性优越的铸造用模具的型腔面的加工方法。

本发明为了实现上述目的，提供一种铸造用模具的型腔面的加工方法，在技术方案1所述的发明中采用以下技术手段，具备喷射加工工序A，该喷射加工工序A将硬度为铸造用模具的硬度以上的球形的第一喷射材料喷射到型腔面，从而在上述型腔面上形成第一凹部，形成上述第一凹部与未形成上述第一凹部的区域混合存在的型腔面，其中上述第一凹部的形状形成为半球面状。在此，“球形”无需是正圆球状，而是包括大致球形的概念。

根据技术方案1所述的发明，能够通过喷射加工工序A形成第一凹部，并形成将未形成第一凹部的区域与第一凹部混和的型腔面。由此第一凹部在型腔面上无方向性地均匀地分散，能够降低熔融金属与型腔面的接触面积，因此能够提高流动性。另外，第一凹部如技术方案7所述，形成为半球面状的凹部，因此能够容易地留住铸造时涂敷于型腔面的脱模剂。并且，与利用皱褶加工等形成的凹部不同，通过形成为没有角的半球面状，由此在铸造品脱模时不会发生卡挂等，能够容易地进行铸造品的脱模，不会对铸造品造成损伤。另外，由于第一凹部通过喷射加工而形成，因此即使在具有复杂的型腔形状的模具的型腔面上也能够形成。

技术方案2所述的发明是在技术方案1所述的铸造用模具的型腔面的加工方法的基础上，技术方案6所述的发明是在技术方案5所述的铸造用模具的型腔面的加工方法的基础上，采用上述第一喷射材料的粒径是100～1000μm这样的技术手段。

根据技术方案8的发明，优选地，通过喷射加工工序A形成的第一凹部能够形成为：开口部的直径相对于深度为10倍以上的浅半球面状的凹部，或者形成为那样的形状。如技术方案2所述的发明，优选地，第一喷射材料的粒径为100～1000μm左右。

技术方案3所述的发明是在技术方案1所述的铸造用模具的型腔面的加工方法的基础上，采用上述第一凹部相对于上述型腔面的面积率是50～90％这样的技术手段。

第一凹部相对于型腔面的面积率如技术方案3所述的发明那样，优选为50～90％。在该面积率小于50％时，由于无法充分地降低熔融金属与型腔面接触的面积，因此无法充分地提高流动性。另外，在该面积率超过90％时，由于第一凹部相互重叠而使第一凹部的形状不能形成为半球面状，从而难以保持脱模剂，因此使脱模性变差。另外第一凹部的端部成为有棱角的状态，因此在铸造品的脱模时会发生卡挂等问题。

技术方案4所述的发明是在技术方案1所述的铸造用模具的型腔面的加工方法的基础上采用以下技术手段，即：还具备喷射加工工序B，该喷射加工工序B向型腔面喷射粒径小于上述第一喷射材料且硬度为铸造用模具的硬度以上的第二喷射材料，在型腔面上形成第二凹部，并形成上述第一凹部与上述第二凹部混合存在的型腔面。

根据技术方案4所述的发明，通过喷射加工工序B能够成为消除型腔面的加工痕迹且无方向性的表面性状，并且能够形成提高流动性的微小的第二凹部。而且能够形成第一凹部与第二凹部混合存在的型腔面。由此第一凹部和第二凹部无方向性且均匀地分散在型腔面上，能够降低熔融金属与型腔面接触的面积，因此能够提高流动性。并且，第二凹部通过喷射加工而形成，因此即使在具有复杂形状的模具的型腔面上也能够形成。

技术方案10所述的发明是在技术方案4或5所述的铸造用模具的型腔面的加工方法的基础上，采用上述第二喷射材料是球形这样的技术手段。在此，“球形”无需是正圆球状，而是包括大致球形的概念。

如技术方案10所述的发明那样，当使用球形的喷射材料作为第二喷射材料时，该喷射材料主要通过塑性变形作用能够容易地形成第二凹部，而减少对型腔面的研磨作用，因此不会降低在前工序中加工形成的模具的尺寸精度，能够适宜使用。另外，当使用球形喷射材料时，能够发挥残余应力赋予的撞击效果。

技术方案11所述的发明是在技术方案4或5所述的铸造用模具的型腔面的加工方法的基础上，采用上述第二喷射材料的粒径是10～100μm这样的技术手段。

通过使用上述第二喷射材料的喷射加工工序B形成了第二凹部的型腔面的表面粗糙度优选为Ra是1.0μm以下(Rz≈数μm)，因此第二喷射材料的粒径如技术方案6所述的发明那样，优选为10～100μm的范围。

技术方案12所述的发明是在技术方案4或5所述的铸造用模具的型腔面的加工方法的基础上，采用上述第一凹部和第二凹部的凸部间的距离以及凹部的深度相互不同的技术手段。

由于用于形成第二凹部的喷射材料的直径比用于形成第一凹部的喷射材料的直径小(技术方案2、6、11)，因此第二凹部与第一凹部相比凸部间的距离和凹部的深度减小。利用凹部较浅的凹部，能够消除通过放电加工或切削加工而在型腔面上形成的加工痕迹等并成为无方向性的表面性状，利用凹部较深的凹部，能够降低与熔融金属接触的型腔面的面积提高流动性。通过使具有这样较大差异的凹部混合，能够提高铸造时的流动性。(参照图1(2)和图2(2))

附图说明

图1是示意地表示本实施方式涉及的喷射加工工序，通过在实施了本发明的喷射加工工序B后实施喷射加工工序A的加工方法(a)所形成的型腔面的截面的说明图。

图2是示意地表示本实施方式涉及的喷射加工工序，在实施了本发明的喷射加工工序A后利用实施喷射加工工序B的加工方法(b)形成的型腔面的截面的说明图。

图3是示意地表示本实施方式涉及的喷射加工工序，利用只实施本发明的喷射加工工序A的加工方法(c)形成的型腔面的截面的说明图。

图4是表示采用本实施方式的加工方法(a)的实施例1的(1)：喷射加工前、(2)：实施了喷射加工工序B之后、(3)：在喷射加工工序B后接着实施了喷射加工工序A后的试验片的表面性状的说明图。

具体实施方式

参照附图说明本发明的模具的型腔面的喷射加工方法。

图1是说明通过加工方法(a)形成凹部的加工工序的图，其中(1)是表示使用由硬度为模具10的构成材料的硬度以上的材料构成的喷射材料(相当于技术方案4所述的第二喷射材料)，对型腔面11进行喷丸加工，而形成具有细小的第二凹部13的型腔面11的喷射加工工序B。

喷射加工工序B的目的在于消除由放电加工或磨削加工形成的型腔面 11的加工痕迹等且成为无方向性的表面性状，并且形成用于提高流动性的第二凹部13，因此优选为粗糙度不大于所需粗糙度。例如，在喷射加工工序B中，表面粗糙度Rz(十个平均粗糙度)可以形成数μm左右的型腔面11。凹部13的形状不做特殊限定，然而优选为半球面状。在此所谓的半球面状也包括开口部的直径相对于深度为数倍的较浅的半球面状。

为了形成这样的型腔面11，喷射材料要求具有以下特性。首先，硬度必须为模具10的构成材料的硬度以上。作为模具材料，例如，可列举出铝合金等压铸铸造所使用的热模具用合金工具钢SKD61(JIS G 4404)等。上述材料是维氏硬度HV为500左右的高硬度的材料，优选采用维氏硬度HV为500以上，更优选采用700以上的高硬度的喷射材料。

另外，为了表面形成粗糙度Rz为数μm左右的型腔面11，喷射材料的粒径优选为10～100μm左右。

喷射材料的形状可以使用不定形、球形或其他形状，但使用不定形的喷射材料时会产生研磨作用，因而有可能研磨型腔面11降低模具10的尺寸精度，因此形成凹部时，优选使用主要具有塑性变形作用的球形的喷射材料。另外，当使用球形的喷射材料时，能够发挥残余应力赋予的撞击效果，能够提高模具10的寿命。

作为满足如上所述特性的喷射材料，例如，能够适合使用本发明的申请人之前开发的日本特开2002-4015号公报、日本特开2005-76083号公报所记载的铁类非结晶球形粒子等。

图1的(2)是表示使用比在上述喷射加工工序B中所使用的喷射材料的粒径大的球形的喷射材料(相当于技术方案1所述的第一喷射材料)对型腔面11进行喷射加工，并在由上述喷射加工工序B形成的第二凹部13上混合形成比第二凹部13大的半球面状的第一凹部12的喷射加工工序A的图。

喷射加工工序A的目的在于，降低型腔面11中与熔融金属接触的面积来提高流动性。在此，第一凹部12相对于型腔面11的面积率优选为50～90％，更优选为70％左右。当该面积率小于50％时，无法充分地降低熔融金属与型腔面11的接触面积，因此无法充分地提高流动性。另外，当该面积率超过90％时，由于第一凹部12相互重叠因此第一凹部12的形状不能成为半球面状，变得难以保持脱模剂，因此使脱模性变差。另外，由于第一凹部12的端部成为有棱角的状态，因此在铸造品脱模时会发生卡挂等问题。

因此，第一凹部12为了使铸造品易从模具10脱模，因此需要形成为深度较浅的半球面状的凹部，通过将该第一凹部12的形状作成半球面状且均匀地分散形成于型腔面，由此能够使铸造时涂敷于型腔面11的脱模剂易留在凹部内。另外由于与利用皱褶加工等形成的凹部不同，通过将上述第一凹部12形成为较浅的没有角的半球面状，由此在铸造品脱模时不会发生卡挂等，能够容易地进行铸造品的脱模且不对铸造品造成损伤。

这样的第一凹部1优选形成为开口部的直径相对于深度为10倍以上的浅半球面状的凹部，因此喷射材料的粒径优选为100μm～1000μm左右。另外，喷射材料的硬度使用具有与在前工序的上述喷射加工工序B所使用的喷射材料相同硬度的粒径500μm左右的喷射材料，对型腔面11进行喷射加工，由此能够形成为深度20μm左右、开口部的直径200μm左右的浅半球面状的凹部。

如上所述，使用型腔面11被喷射加工的模具10进行压铸铸造时，首先在模具10的型腔面11上涂敷氮化硼等脱模剂。接着向型腔内浇注铝合金等熔融金属。然后，利用推出销等将熔融金属凝固成形的成型品从模具中推出进行脱模。

在此，由于型腔面11形成为第二凹部13与第一凹部12混合存在的面因此流动性良好，并且第一凹部12的脱模剂的保持力良好且脱模性能优越，因此能够制造不产生微小瑕疵、熔融金属不平整等缺陷的良好的铸造品。并且第二凹部13和第一凹部12通过喷射加工而形成，因此即使在具有复杂的型腔形状的模具的型腔面上也能够容易地形成。

根据技术方案5所述的铸造用模具的型腔面的加工方法，在通过将粒径小于第一喷射材料且硬度为铸造用模具的硬度以上的第二喷射材料喷射到型腔面，从而在型腔面上形成第二凹部的喷射加工工序B，形成了上述第二凹部与未形成上述第二凹部的区域混合存在的型腔面之后，进一步进行将硬度为铸造用模具的硬度以上的球形的第一喷射材料喷射到型腔面，从而在上述型腔面上形成第一凹部的喷射加工工序A，形成上述第二凹部与上述第一凹部混合存在的型腔面。

实施本发明的喷射加工工序A和喷射加工工序B的顺序是任意的，与图1表示的进行喷射加工工序B之后进行喷射加工工序A的加工方法(a)不同，还具有图2表示的进行喷射加工工序A之后进行喷射加工工序B的加工方法(b)，关于实施上述加工方法(a)或者加工方法(b)中的哪一种方法，由于铸造的产品的形状，即型腔面11的形状不同则熔融金属的流动状态也会发生变化，因此选择适合它们的方法即可。

另外，在喷射加工前的型腔面上没有阻碍流动性的大的加工痕迹等的情况下，可以实施不进行喷射加工工序B只进行喷射加工工序A的图3表示的加工方法(c)即可。

另外，关于本发明的喷射加工工序A所使用的第一喷射材料、或喷射加工工序B所使用的第二喷射材料的材质，可以根据模具10的材质，只要能够形成上述那样的第一凹部12、第二凹部13则不做限定。

另外，形成本发明的凹部的模具10的型腔面11，也可以是在前工序中进行热处理对表面进行了改性的型腔面，或者可以是通过氮化处理等形成了被膜的型腔面。特别是，在加工形成有被膜的型腔面11的情况下，为了不使被膜剥离等，而在喷射加工工序B中使用球形的喷射材料。

(实施例1)

实施例是利用加工方法(a)实施的例子，图4(1)～(3)表示作为模具材料使用的试验片的加工前和各喷射加工工序后的表面(型腔面11)的表面性状的形态。以下，使用上述附图详细说明本实施例。其中，本发明不限定于以下的实施方式。

图4(1)表示作为在本实施例中使用的模具材料所使用的合金工具钢SKD61的试验片的表面性状，该试验片的尺寸、形状是φ25mm的圆板状，其表面残留有在前工序中形成的加工痕迹。试验片的硬度为Hv470～500、表面粗糙度为Ra0.07(≈Rz0.6μm)。

图4(2)表示将硬度为Hv900、粒径为50μm的球形状的非结晶粒子“无定形amorphous”^TM(新东工业株式会社制AM-50)作为喷射加工工序B的第二喷射材料使用，对上述试验片的表面进行了喷射加工后的表面性状。在喷丸装置中使用重力式喷丸装置“旋风铣刀”^TM(新东工业株式会社制MY-30A)，以喷射压0.3Mpa、喷射距离100mm、喷嘴角度90°实施10秒钟的喷射加工。

如图4(2)所示，在上述试验片的表面(型腔面11)，经过喷射加工工序B的加工，能够消除上述图4(1)所示的加工痕迹等且能够以无方向性的状态形成微小的第二凹部13。此时的试验片的表面粗糙度为Ra0.49μm(≈Rz2.8μm)。

图4(3)表示将硬度为Hv700、粒径为600μm的球形状的钢丸(新东工业株式会社制SB-6PH)作为喷射加工工序A的第一喷射材料使用，对结束了上述喷射加工工序B的加工后的试验片的表面进行了喷射加工后的表面性状。在喷丸装置中使用直压式喷丸装置(新东工业株式会社制MY-30AP)，以喷射0.5Mpa、喷射距离100mm、喷嘴角度90°实施7秒钟的喷射加工。

如图4(3)所示，能够在上述试验片的表面(型腔面11)上，通过喷射加工工序A的加工，在由前工序的喷射加工工序B形成的微小的第二凹部13上形成比该第二凹部13大的第一凹部12。该喷射加工工序A加工后的试验片的表面粗糙度是Ra2.97μm(≈Rz12.6μm)，通过喷射加工工序A形成的第一凹部12的深度大约为13μm，开口部的直径大约为240μm左右的浅半球面状，该面积率(凹部13的开口部相对于试验片全部表面面积所占的比例)为大约70％。

如上所述，根据加工方法(a)，能够形成第二凹部13与深度较浅的半球面状的第一凹部12均匀地分散混合的型腔面11。

(实施例2)

在本实施例中，利用压铸模具铸造薄板材料，并与利用以往的皱褶加工方法制造的型腔面进行了流动性的比较。为了排除铸造条件偏差的影响，准备了型腔形状左右对称的模具，对左半部分的型腔面实施以往的皱褶加工，对右半部分的型腔面实施本发明的喷射加工，并比较了流动性。流动性的评价是通过对铸造品的左半部分的密度和右半部分的密度进行比较来进行的。在流动性差的情况下，由于会发生填充不良或卷入气泡等现象，因此密度降低。

浇注熔融金属，是使用铝合金(ADC12：密度2.72g/cm³)在熔融温度700℃、模具温度300℃的条件下浇注到型腔内。将铸造品脱模后进行了密度测量，其结果是对型腔面实施了皱褶加工的部分的铸造品的密度为2.70g/cm³，实施本发明的加工的部分的铸造品的密度为2.72g/cm³。由此，确认了实施本发明的加工的型腔面与采用以往的加工的型腔面相比，流动性良好。

(最佳实施方式的效果)

根据本发明的型腔面的加工方法，通过喷射加工工序B能够消除型腔面11的加工痕迹等，且成为无方向性的表面性状，并且能够形成用于提高流动性的微小的第二凹部13。并且，通过喷射加工工序A形成比第二凹部13大且形成为半球面状的第一凹部12，从而能够形成第二凹部13与第一凹部12混合存在的型腔面11。由此，第二凹部13和第一凹部12能够在型腔面11上无方向性地均匀地分散，从而降低熔融金属与型腔面11的接触面积，因此能够提高流动性。另外，由于第一凹部12形成为半球面状的凹部，因此能够易保留在铸造时涂敷于型腔面11的脱模剂。另外由于与通过皱褶加工等形成的凹部不同，由于形成为没有角的半球面状，由此能够消除在铸造品脱模时产生卡挂等，能够容易地进行铸造品的脱模因此不会对铸造品造成损伤。并且，由于第二凹部13和第一凹部12通过喷射加工而形成，因此即使是具有复杂的型腔形状的模具的型腔面也能够形成。

(其他实施方式)

在上述实施方式中，主要对压铸铸造使用的模具进行了说明，然而本发明不限定于此，而且也能够适用于低压铸造、吸引差压铸造等各种铸造方法所使用的模具。

本申请是基于2009年3月11日在日本国申请的专利2009-058435号，其内容形成为本申请的内容的一部分。

并且，本发明通过本说明书的详细说明能够进一步完全地理解。但是，详细的说明以及特定的实施例只是本发明的优选实施方式，只是用于说明的目的进行的记载。不言而喻本领域技术人员可以根据该详细的说明，进行各种变更、改变。

申请人无意将所记载的任一实施方式贡献给公众，虽然在所公开的改变、代替案中，有可能语言上未包含在权利要求的范围内，但属于等同原则下的发明的一部分。

在本说明书或权利要求的记载中，对于名词以及同样的指示语的使用，只要没有特殊指示或根据上下文的逻辑没有明确地否定，则可以解释为其包含单数和复数两者。在本说明书中所提供的任一例示或例示的用语(例如：“等”)的使用，只是易于简单地说明本发明的意图，特别是只要在权利要求的范围内未记载，就无需对本发明的范围增加限制。

图中符号说明：10...模具；11...型腔面；12...第一凹部；13...第二凹部。

Claims

1.一种铸造用模具的型腔面的加工方法，其特征在于，

具备喷射加工工序A，该喷射加工工序A将硬度为铸造用模具的硬度以上的球形的第一喷射材料喷射到型腔面，从而在上述型腔面上形成第一凹部，

形成上述第一凹部与未形成上述第一凹部的区域混合存在的型腔面，

其中上述第一凹部的形状形成为半球面状，

还具备喷射加工工序B，该喷射加工工序B将粒径小于上述第一喷射材料且硬度为铸造用模具的硬度以上的第二喷射材料喷射到型腔面，从而在型腔面上形成第二凹部，

形成上述第一凹部与上述第二凹部混合存在的型腔面。

2.根据权利要求1所述的铸造用模具的型腔面的加工方法，其特征在于，上述第一喷射材料的粒径是100～1000μm。

3.根据权利要求1所述的铸造用模具的型腔面的加工方法，其特征在于，上述第一凹部相对于上述型腔面的面积率是50～90％。

4.一种铸造用模具的型腔面的加工方法，其特征在于，

在通过将粒径小于第一喷射材料且硬度为铸造用模具的硬度以上的第二喷射材料喷射到型腔面，从而在型腔面上形成第二凹部的喷射加工工序B，形成了上述第二凹部与未形成上述第二凹部的区域混合存在的型腔面之后，进一步进行将硬度为铸造用模具的硬度以上的球形的第一喷射材料喷射到型腔面，从而在上述型腔面上形成第一凹部的喷射加工工序A，形成上述第二凹部与上述第一凹部混合存在的型腔面，其中上述第一凹部的形状形成为半球面状。

5.根据权利要求4所述的铸造用模具的型腔面的加工方法，其特征在于，上述第一喷射材料的粒径是权利要求2所述的粒径。

6.根据权利要求5所述的铸造用模具的型腔面的加工方法，其特征在于，形成为上述半球面状的第一凹部的形状是，开口部的直径相对于深度为10倍以上的浅半球面状。

7.根据权利要求1或4所述的铸造用模具的型腔面的加工方法，其特征在于，第二凹部的形状形成为半球面状。

8.根据权利要求1或4所述的铸造用模具的型腔面的加工方法，其特征在于，上述第二喷射材料是球形。

9.根据权利要求1或4所述的铸造用模具的型腔面的加工方法，其特征在于，上述第二喷射材料的粒径是10～100μm。

10.根据权利要求1或4所述的铸造用模具的型腔面的加工方法，其特征在于，在由重叠的上述第一凹部和第二凹部产生的凹凸中，凸部间的距离以及凹部的深度相互不同。