CN1220925A - 冷却排气口 - Google Patents

Abstract

考虑到冷却排气口用冷却性能好的铜或铜合金时,能有效地防止合模时附加的合模力作用下冷却排气口的塑性变形所致液漏或溢料等。对于铜或铜合金制的冷却排气口的各凹模和凸模,削除它们两侧面平坦的配合部,遍布冷却排气口宽度方向整个区域形成排气通路。

Description

冷却排气口

在一种以压铸方式铸造铝合金或锌合金、镁合金等轻金属的金属模型中，将金属溶液压入模腔之际，不生成称为飞边的溶液喷出，并将存在模腔内的空气或气体有效地排出模腔外的装置，使用了冷却排气口。

本发明就涉及一种在压铸这样的轻金属之际作为排气装置使用的冷却排气口，特别是一种通过提高进入该冷却排气口内未凝固溶液的冷却效率、以更有效地促进凝固的冷却排气口。

在压铸时，铸型的模型内残留空气或气体的话，溶液中会夹砂，使制品产生气孔等缺陷，导致制品质量降低。

为此，通常如图1所示，设置着冷却排气口3，它预置有与压铸制品用的模腔1连通的排气通路2，以排出模腔内的气体。另外，图中序号4是压铸金属模，5是推出溶液用的柱塞。

在此，对于排气通路2，在将气体向冷却排气口外排出后，溶液在朝铸模外喷出(产生飞边)前要在通路内急冷凝固(冷淬)，所以通常排气通路做成图示的Z字形的蛇行状。

但是，由于溶液在高压下流动，即使通路为蛇行状使流动通路变长，也很难完全防止飞边的产生。

为有效地防止飞边，希望蛇行状排气通路的间隙d变窄，则必须使蛇行(波形状)的角度θ过陡。

但是，间隙d小则排气通路的截面积就小，并且角度越陡则排气阻力就越大，都会使排出效率降低，不能防止制品中气孔缺陷。

另外，如要使冷却排气口的长度L变长，特别是使蛇行状排气通路的间隙d变窄，即使蛇行角度θ不过陡，也能够防止飞边的产生，但是，这种情况冷却排气口必定大型化，不能满足最近要求更小型化的目标。

这样，以往提出了各种不大型化、并且在高效率地排出内部残留气体的同时要防止飞边的冷却排气口。

但是，以往技术分别具有构造复杂，必须有大规模附带装置的问题。

即，前者的基本结构正如图2所示，将冷却排气口嵌套复合式组合的结构等需要工夫，结果冷却排气口的形状或构造变得复杂。

另外，代表后者的结构如图3所示，在冷却排气口的周边配置吸气装置等，必须有补充排气效率的时间，即使这种冷却排气口不大，兼备这样的附带装置最终结局是大型化，而且具有制作复杂、价格高的缺点。

再者，以往的冷却排气口材料使用了与压铸金属模相同种类的SKD61等，由于这种钢材的热传导率低，存留有粘着铝凝固屑、易发生不能脱模这样的问题。

为解决上述问题，本发明人先前在特愿平9-57572号说明书中提出了一种冷却排气口，它是用热传导率高的铜合金制作，还在蛇行状排气通路的外周设置冷却管(如图4所示)。

按照上述，侵入冷却排气口内未凝固溶液的冷却性能得以提高，在与以往具有相同尺寸、形状下，不会使结构复杂或装置大型化，能有效地防止飞边的产生。

但是，由于冷却排气口的材料使用了铜或铜合金，会产生下述的新问题。

即，组配压铸模时，分型面设定为，与模腔部分的配合部相比，冷却排气口的配合部高度要高出1/100-5/100mm。

另外，压铸模合模之际，由于压铸模机的大小不同，通常要附加数吨至2500吨的合模力。

以往即使用上述条件进行合模，而且模腔部和冷却排气口也由弹性率高的SKD61等制作，不会生成特别的问题，但由于铜或铜合金的弹性率低，用这样低弹性率的材料制作冷却排气口时，因附加合模力会生成塑性变形。另外，在冷却排气口连续添加合模力状态下的模腔部，因弹性率高，处于弹性变形范围内。

结果，压铸后解除合模力之际，仅仅是冷却排气口的分型面略比其周边下沉，由此，会发生液漏或溢料。

本发明的目的在于有利地解决上述问题，提供一种即使在冷却排气口材料选用冷却性能高的铜或铜合金时，不会因合模之际施加的合模力使冷却排气口发生变形，从而不会发生液漏或溢料等的冷却排气口。

本发明人要解决上述问题，对合模力施加时的冷却排气口变形状况研究结果得出：

(1)所施加的合模力仅在冷却排气口两侧面的平坦配合部，

(2)为此若取消该平坦的配合部，合模力不作用于冷却排气口上，由其两侧钢制模腔部承受，就避免了冷却排气口的塑性变形，

(3)进而，在冷却排气口的外周部，即使嵌入与模腔部同程度的硬质钢制的导架，也同样地消除了冷却排气口主体的塑性变形。

本发明基于上述的见解。

即，本发明是一种在凹模和凸模的分型面，形成与压铸用金属模的模腔连通的、蛇行状排气通路的冷却排气口，其特征在于，对于该冷却排气口的各凹模和凸模、在遍布其宽度方向整个区域形成排气通路的同时，用铜或铜合金制作各凹模和凸模(第1发明)。

另外，本发明是一种在凹模和凸模的分型面，形成与压铸用金属模的模腔连通的，蛇行状排气通路的冷却排气口，其特征在于，该冷却排气口的各凹模和凸模，由遍布其宽度方向整个区域所形成排气通路的通路部和包住该通路部两侧面和背面的U字形导架形成，该通路部用铜或铜合金制作的同时，U字形导架用与压铸用金属模相同的硬质材料制作(第2发明)。

在上述的第1发明和第2发明中，构成通路部主体的铜合金最好的成分是含有Be:0.15-2.0％(质量)，Ni:1.0-6.0％(质量)，和Co:0.1-0.6％(质量)内选定的至少一种，而其余实质上由Cu组成。

另外，铜合金中也还能含有Al:0.2-2.0％(质量)和Mg:0.2-0.7％(质量)中选定的一种或两种。

此外，第2发明中，U字形的导架材料最好是SKD61。

图1示出与压模结构一起的、一般的冷却排气口构造视图，

图2示出成为复杂的分割嵌套结构的、以往冷却排气口构造视图，

图3示出备有多个附带装置的，以往冷却排气口构造视图，

图4示出本发明的设有冷却管的冷却排气口构造视图，

图5示出以往冷却排气口凹模形状视图，

图6示出以往冷却排气口凸模形状视图，

图7示出第1发明的冷却排气口凹模形状视图，

图8示出第1发明的冷却排气口凸模形状视图，

图9示出第2发明的冷却排气口凹模形状视图，

图10示出第2发明的冷却排气口凸模形状视图，

下面，根据附图详细地说明本发明。

图5和图6分别示出以往铜合金制冷却排气口的凹模3a和凸模3b的形状。在各图中，(a)为俯视图，(b)为剖视图，(c)为仰视图。

图中，网格部分为合模力作用下塑性变形的部分。

如图所示，因合模力产生塑性变形的部分仅仅是冷却排气口两侧表面平坦的配合部。

在此发明者将附加有这样的合模力的冷却排气口两侧面平坦的配合部削去，如图7及图8所示，由于将以往由该区域承受的合模力由成为冷却排气口两侧的钢制模腔部承受，冷却排气口的塑性变形完全不产生，消除了溶液漏出或溢料的产生。

另外，如图9及图10所示，用包住冷却排气口的凹模及凸模的排气通路部7a,7b两侧面和背面的形状，嵌配与模腔部同样硬的U字形导架8a,8b时，由于U字形导架8a,8b承受合模力，同样能够消除冷却排气口的塑性变形，进而消除液漏或溢料的产生。

在这样的构造中，由于模腔部与导架是同一种材料，与图6场合相比，具有易控制两者配合公差的优点。

在上述复合型的冷却排气口中，从相对高的合模力而保护通路部的观点出发，U字形导架的厚度最好是5-30mm。

对于铜合金制的冷却排气口和钢制导架，考虑使用时温度上升所致的适当余量，最好用螺栓等固定。另外，铜合金制冷却排气口和模腔部或导架和模腔部的配合公差控制属于本领域技术人员的普通技术，不具有任何障碍。

在本发明中，作为构成通路部的材料，所适用的是纯铜和Cu-Be合金，铬铜，黄铜，青铜，磷青铜，铝青铜，镍硅系合金等的各种铜合金，最好的材料是含有Be:0.15-2.0％(质量)，Ni:1.0-6.0％(质量)，和Co:0.1-0.6％(质量)中至少一种，同时还含有Al:0.2-2.0％(质量)及Mg:0.2-0.7％(质量)中选定的一种或两种，其余实质上由Cu组成的Cu-Be合金。

采用上述的合金成分的话，作为冷却排气口最好是得到硬度为洛氏硬度HRB90以上，热传导率为80W/M.K以上，而且不侵蚀轻合金的材料。

在上述的铜合金中，成分限于上述范围的理由如下。

Be:0.15-2.0％(质量)。

Be不仅是一种在与Ni或Co结合形成NiBe或CoBe化合物时有效提高强度及硬度的元素，而且也是形成氧化膜的有用元素，当其含量不足0.15％(质量)时，其添加效果不足，而添加量超过2.0％(质量)时提高强度无望，而且价格方面也不佳。因此Be含量在0.15-2.0％(质量)范围内最佳。

Ni:1.0-6.0％(质量)。

Ni是一种形成NiBe或Ni₃Al化合物时有效提高强度及硬度的元素，同时也是形成氧化膜有用的元素，含量不足0.1％(质量)时，其添加效果不足，而超过6.0％(质量)则合金融点上升，焊接修补作业变得困难，所以Ni含量在Ni:1.0-6.0％(质量)范围内最佳。

Co:0.1-0.6％(质量)。

Co与Ni相同，是与Be反应形成CoBe化合物时，使强度提高的有用元素，含量不足0.1％(质量)时添加效果不足，而超过0.6％(质量)时，妨碍制作铜合金时的制造性能(热加工性能)所以Co含量在0.1-0.6％(质量)范围内最佳。

Al:0.2-2.0％(质量)。

Al在形成Ni₃Al化合物时除了提高强度外，还能有效地形成氧化膜和调整热传导率，含量不足0.2％(质量)时，添加效果不足，而超过2.0％(质量)，热传导率过低，所以Al含量在0.2-2.0％(质量)范围最佳。

Mg:0.2-0.7％(质量)。

Mg除了提高硬度还能有效地形成氧化膜，含量不足0.2％(质量)时，添加效果不足，而超过0.7％(质量)，妨碍制作铜合金时的制造性能(铸造性能)，所以Mg在0.2-0.7％(质量)范围内最佳。

这样，作为冷却排气口材料，适量添加Be,Ni和Co以及Al,Mg这样氧化性强的元素，硬度可在HRB90以上，而且通过使用满足热传导率为80W/m.K以上的铜合金，不会侵蚀轻合金，能够有效地将空气或气体排出模外，而且在产生飞边前有效地急冷凝未冷凝溶液，能得到压铸用的冷却排气口。

另外，作为U字形的导架，可以是与模腔部同硬度的材料，特别适用的材料是SKD61。

上述图5和图6所示以往形状的冷却排气口的凹模和凸模分别用硬度HRC:20(HRB约98)，热传导率：200W/M.K的铜合金和SKD61(HRB约45，热传导率：35W/m.K)制作，使用这些冷却排气口，在2500吨的压铸机中对铝合金(相当于ADC12)进行铸造。

另外，与模腔部相比，冷却排气口部仅设定为2/100mm高的分型面。

同样，分别制作图7，图8尺寸的凹模及凸模的，第1发明的冷却排气口以及图9，图10尺寸形状的凹模及凸模的、第2发明的冷却排气口用同一机器进行铸造。

同例中，通路部使用与上述相同的铜合金(Be:0.2％(质量)，Ni:1.5％(质量)，Co:0.5％(质量)，Mg0.5％(质量)，其它：Cu。硬度HRC:20，热传导率：200W/m.K)，而U字形的导架用相同的SKD61(HRC：约45，热传导率：35W/m.K)，架厚10mm。

将这些冷却口装入3个金属模内，各自以同一条件铸造之际，并能同时比较结果。

所得结果由表1示出。

No.	冷却排气口材料	热传导率(W/m.K)	硬度(HRC)	加工次数	冷却化高度(mm)	发生粘砂状况	配合部变形	溢料发生	备注
										1	SKD61(比较例1)	35	45	27	约150	多发	无	无	因粘砂发生多，中途停止评价
2	仅铜合金(比较例2)	200	20	16	约90	无	变形	发生	因变形中途中断评价
										3	仅铜合金(第1发明)	200	20	774	约90	无	--	无	无任何问题
4	铜合金(通路部)：SKD61导架(第2发明)	200(通路部)	20/45	774	约90	无	无	无	同上

。用2500吨压铸机进行。

。用相当ADC12的铝合金3个金属模同时评价。

。冷却化高度表示冷却排气口内铝液冷却凝固止时的平均高度。

。粘砂发生状况指用肉眼确认开模之际在冷却排气口内存留的凝固屑。

。配合部变形确认考虑液漏原因生产溢料并确认有无变形。

从表中可知，使用本发明的冷却排气口时，与以往铜材相比，能使冷却高度减半，另外除了具有不产生粘凝固屑的冷却排气口功能外，即使用2500吨级合模力，也不会发生因配合部塑性变形所致的液漏或溢料等。

这样，采用本发明，能有效地防止以往作为冷却排气口材料的、弹性率低的铜或铜合金使用时所耽心冷却排气口塑性变形所致液漏或溢料等。

Claims (5)

1、一种在凹模和凸模的分型面，形成与压铸用金属模的模腔连通的、蛇行状排气通路的冷却排气口，其特征在于，对于该冷却排气口的各凹模和凸模，在遍布其宽度方向整个区域形成排气通路的同时，用铜或铜合金制作各凹模和凸模。

2、一种在凹模和凸模的分型面，形成与压铸用金属模的模腔连通的、蛇行状排气通路的冷却排气口，其特征在于，该冷却排气口的各凹模和凸模，由遍布其宽度方向整个区域所形成排气通路的通路部和包住该通路部两侧面和背面的U字形导架形成，该通路部用铜或铜合金制作的同时，U字形导架用与压铸用金属模相同的硬质材料制作。

3、按照权利要求1或2所述的冷却排气口，其特征在于，通路部由包含Be:0.15-2.0％(质量)，Ni:1.0-6.0％(质量)，和Co:0.1-0.6％(质量)内选定的至少一种，而其余实质上由Cu组成的铜合金制成。

4、按照权利要求3所述的冷却排气口，其特征在于，构成通路部的铜合金还含有Al:0.2-2.0％(质量)和Mg:0.2-0.7％(质量)内选定的一种或两种组成。

5、按照权利要求2,3或4所述的冷却排气口，其特征在于，U字形的导架由SKD61制作。

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