JP2000042722A - 鋳造品の矯正方法および鋳造品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳造品に生じる残留応力やそれに伴う歪み
を、簡単かつ良好に除去して、形状精度の高い鋳造品を
生産性良く得る。 【解決手段】 成形型から取り出された鋳造品１０の歪
みを矯正する方法であって、鋳造品１０を２００〜５０
０℃に加熱して維持する工程(a) 、前工程(a)で加熱さ
れた鋳造品１０を、型面が加熱された矯正型３０、３２
を用い、１００〜５００℃の範囲内で、前工程(a) にお
ける加熱温度と同等の温度に維持するか前記加熱温度よ
り低い温度まで降温させながら、矯正型３０、３２で加
圧塑性加工して歪みを矯正する工程(b) 、前工程(b) で
矯正された鋳造品１０を冷却する工程(c) を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳造品の矯正方法
および鋳造品の製造方法に関し、詳しくは、鋳造品を成
形型から取り出した後の冷却過程で、残留応力等の作用
で生じる鋳造品の歪みを矯正する方法と、このような矯
正方法を適用して鋳造品を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋳造品は、成形型の設計をいくら正確に
しておいても、成形型から取り出した後で歪みが発生し
て形状や寸法精度が悪くなる場合があることは、良く知
られている事実である。このような現象が生じるのは、
鋳造品が冷却する過程で場所による冷却の進行状態の違
いや金属組織の偏りなどで残留応力が発生し、この残留
応力で鋳造品が変形して歪みが生じるものと考えられて
いる。

【０００３】鋳造品の歪みを少なくする方法として、成
形後の鋳造品に焼鈍処理（アニール処理）が行われる。
具体的には、鋳造品を溶融点以下の温度に加熱した状態
で一定の時間維持しておき、その後でゆっくりと冷却す
ることで、鋳造品の内部に存在する残留応力を分散させ
たり無くしたりして、歪みを少なくする。加熱炉内で焼
鈍処理を行いながら、鋳造品を上下一対の加圧治具の自
重で加圧して、鋳造品を矯正する技術も知られている。
加熱されて変形し易くなった鋳造品を加圧するので、矯
正が容易になると考えられている。

【０００４】また、加熱炉から取り出した鋳造品を、前
記加圧治具の自重で加圧した状態のままで徐冷すること
で、冷却過程における歪みの発生を出来るだけ抑えるこ
とも提案されている。鋳造品の製造方法には、金属溶湯
を鋳型に流し込んで固める通常の鋳造方法のほか、溶湯
を高圧で成形型に注入するダイカスト法がある。ダイカ
スト法は、薄肉製品が得られることや形状精度が高いこ
と、大量生産に適していることなどの利点を備えてい
る。

【０００５】さらに、近年、チクソモールド法と呼ばれ
る技術が提案されている。この方法は、従来プラスチッ
クスの成形に利用されていた射出成形装置と類似の装置
を用い、マグネシウム合金などの金属材料を、射出成形
装置のスクリューシリンダ内で、液体の中に微細な固体
が分散している固相と液相との混在状態あるいは半溶融
状態にしてから、射出成形型に高速かつ高圧で注入す
る。この方法では、ダイカスト法に比べてさらに薄肉の
製品が得られ、形状精度も高いものとなる。このような
利点を生かして、小型電子機器類の筐体の製造などに利
用されている。チクソモールド法に関する先行技術文献
として、特公平１−３３５４１号公報、特公平２−１５
６２０号公報が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来における
鋳造品の歪み除去技術は何れも、歪みの除去が十分に出
来なかったり、処理時間が長くかかったり、処理コスト
が高くついたりする問題があり、改善が望まれている。
例えば、加熱炉における焼鈍処理だけでは、残留応力は
除去できても、変形を矯正することはできない。一旦発
生した歪みや変形は残ったままになるのである。加熱炉
内で焼鈍と同時に加圧矯正を行う方法では、加熱炉内に
鋳造品とともに大掛かりな加圧治具を持ち込む必要があ
るため、大型の加熱炉を必要とする。鋳造品とともに加
圧治具も所定温度まで加熱しなければならないため、必
要な加熱エネルギーが増大し、加熱時間も長くかかる。
加熱炉内で加熱された鋳造品と加圧治具の両方を、加熱
炉から出したあと長い時間をかけて放冷しなければなら
ないため、放冷時間も長くかかってしまう。鋼材の塊で
あって熱容量の大きな加圧治具は、加熱に時間がかかる
とともに、放冷にも長い時間が必要である。通常は、加
熱から放冷が完了するまでに数時間もかかっていた。

【０００７】本発明の課題は、鋳造品に生じる前記残留
応力やそれに伴う歪みを、簡単かつ良好に除去して、形
状精度の高い鋳造品を生産性良く得ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る鋳造品の矯
正方法は、成形型から取り出された鋳造品の歪みを矯正
する方法であって、下記(a) 〜(c) 工程を含む。 (a) 前記鋳造品を２００〜５００℃に加熱して維持する
工程。 (b) 前工程(a) で加熱された鋳造品を、型面が加熱され
た矯正型を用い、１００〜５００℃の範囲内で、前工程
(a) における加熱温度と同等の温度に維持するか前記加
熱温度より低い温度まで降温させながら、前記矯正型で
加圧塑性加工して歪みを矯正する工程。

【０００９】(c) 前工程(b) で矯正された鋳造品を冷却
する工程。各構成要件について具体的に説明する。 〔鋳造品〕通常の各種鋳造方法で製造された鋳造品が使
用できる。鋳造方法には、金属溶湯を鋳型に流し込んで
固めるだけの通常の鋳造方法のほか、溶湯を高圧で成形
型に注入するダイカスト法、流動状態の金属材料を高圧
かつ高速に成形型に注入する射出成形法など、金属材料
を型に流し込んで成形する広義の鋳造技術あるいは金属
成形技術も含まれる。

【００１０】鋳造品の材料、形状も特に限定されない。
鋳造品の材質として、Ａｌ、Ｍｇなどの金属およびその
合金が用いられる。本発明の方法は、薄肉面状の形状部
分を備えた鋳造品に好適に使用される。薄肉の鋳造品を
高精度で成形できる鋳造方法として、チクソモールド法
が適用できる。チクソモールド法は、液相と液相に分散
された微細な固相とが混在する固液混在金属材料を射出
成形型で射出成形して鋳造品を得る。チクソモールド法
に用いる金属材料として、Ｍｇ−Ａｌ合金が好ましく用
いられる。 〔加熱工程(a) 〕鋳造品は、鋳造後に時間をおいて冷却
してから加熱工程を行っても良いし、鋳造後に直ちに加
熱工程を行うこともできる。

【００１１】加熱工程は、従来の焼鈍作業と同様の通常
の各種構造を備えた加熱炉が使用できる。加熱炉による
加熱は、耐火材料で囲まれた空間に鋳造品を収容し、加
熱炉内の雰囲気全体を加熱することで鋳造品を加熱す
る。加熱工程を、加熱型を用いて行うこともできる。加
熱型は、鋳造品の少なくとも一部の外形に対応する型面
を有し、この型面を加熱型に内蔵されたヒータ等の加熱
手段で加熱できるようになっている。鋳造品は加熱型の
型面からの接触加熱によって加熱される。加熱型は、鋳
造品の片面のみに配置してもよいし、鋳造品の両面など
複数の面に配置することもできる。

【００１２】加熱工程を、高周波加熱や電磁誘導加熱な
どで行うことも可能である。加熱温度は、鋳造品の材質
および形状や処理目的によっても異なるが、２００〜５
００℃の範囲に加熱する。加熱時間は、鋳造品の全体が
上記加熱温度になったあと、前記した目的の作用が十分
に発揮されるだけの時間を維持する。加熱工程における
鋳造品の加熱は、鋳造品の残留応力を開放したり分散さ
せたりするとともに、金属組織を調整したり、鋳造品を
軟らかくしたりする作用がある。 〔熱間矯正工程(b) 〕矯正型は、基本的には前記した加
熱型と共通する構造を備えているものが用いられる。鋳
造品のうち、歪みの矯正を行う必要がある外形部分に当
接する型面を有し、この型面を鋳造品の矯正個所に押し
付けて加圧塑性加工することで、鋳造品を加熱された矯
正型の型面に沿った形状に矯正する。したがって、型面
の形状は、鋳造品として好ましい形状あるいは設計形状
に対応する形状を有している。型面は、矯正型に内蔵さ
れたヒータ等の加熱手段で加熱することができる。ま
た、加熱手段を内蔵しない矯正型を、内部の雰囲気が加
熱された加熱炉内に設置して、加熱雰囲気を介して加熱
することもできる。前記内蔵の加熱手段と雰囲気加熱と
の両方で加熱することもできる。

【００１３】鋳造品の矯正個所に対して両面にそれぞれ
加熱された矯正型の型面を当接させ、一対の矯正型で鋳
造品を挟み付けるようにして矯正することができる。矯
正型の加熱温度は、１００〜５００℃の範囲に設定す
る。また、前記した加熱工程における加熱温度に比べ
て、同等の温度に維持しておいてもよいし、前記加熱温
度より低い温度まで降温させてもよい。具体的には、加
熱温度が２００℃であれば、矯正型での加熱温度は２０
０℃か２００℃よりも低い温度に設定される。鋳造品の
残留応力を開放させる加熱工程の温度よりも高い温度で
は、矯正された鋳造品の形状が固定されず、熱間矯正工
程の後で鋳造品に変形が生じてしまうことがある。

【００１４】前記加熱工程において、残留応力が開放さ
れたり軟らかくなったりした鋳造品は、加熱された矯正
型が押し付けられることで、鋳造品の歪みが矯正され
る。熱間矯正工程は、加熱工程と同等の温度かより低い
温度まで鋳造品を降温させながら実行されるので、鋳造
品の歪みが容易に矯正されるとともに、矯正された形状
が新たな残留応力を生じることなくそのまま固定化され
易い。 〔冷却工程(c) 〕矯正型による熱間矯正工程を終えた鋳
造品は、矯正型から取り外されて冷却される。通常は、
自然に放冷する。送風などで強制的に冷却することもで
きる。熱間矯正工程で歪みが除去された鋳造品は、残留
応力を開放するための加熱工程から、ある程度低い温度
まで降温されていて、もはや残留応力による歪みが新た
に発生したり、外力によって変形させられたりし難い状
態になっているので、冷却工程において新たな歪みが発
生することはない。矯正型から取り外された鋳造品だけ
を冷却すれば良いので、熱容量の小さな鋳造品は迅速に
冷却される。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、鋳造品の矯正工程を模式
的かつ段階的に示しており、加熱工程(A) と熱間矯正工
程(B) と冷却工程(C) とを順次実行する。 〔加熱工程(A) 〕浅い皿状の外形をなす薄肉の鋳造品１
０を、ヒータ２２等の加熱手段を備えた加熱炉２０に収
容して加熱昇温させる。ヒータ２２は、加熱炉２０内の
雰囲気を加熱し、加熱雰囲気を介して鋳造品１０を加熱
する。ヒータ２２の放射熱による直接の加熱によっても
鋳造品１０を加熱することができる。

【００１６】鋳造品１０の温度が、所定の加熱温度まで
昇温された状態で、一定の時間を維持する。鋳造品１０
の残留応力が開放され、金属組織の調整が行われ、軟化
して変形し易くなる。加熱工程を終えた鋳造品１０は、
加熱炉２０から取り出されて、次の工程に進む。 〔熱間矯正工程(B) 〕一対の矯正型３０、３２で鋳造品
１０を矯正する。鋳造品１０の内面側に挿入されて内底
面および内側面に当接する凸形をなす下側の矯正型３２
と、鋳造品１０の外面に当接する平坦な上側の矯正型３
０とを備えている。矯正型３０、３２の内部にはそれぞ
れヒータ３４が内蔵されている。上側の矯正型３０、３
２は昇降自在に取り付けられており、下側の矯正型３２
との間に挟んだ鋳造品１０を加圧する。

【００１７】矯正型３０、３２の間で所定の温度まで降
温された鋳造品１０は、矯正型３０、３２で挟み付けら
れることで、矯正型３０、３２の型面形状にしたがって
矯正される。矯正された状態で一定時間保持されること
で、鋳造品１０の矯正形状が固定化される。 〔冷却工程(C) 〕鋳造品１０を矯正型３０、３２から取
り出し、載置台４０の上に載せた状態で自然に放冷させ
る。鋳造品１０が常温程度まで冷却すれば、もはや外力
が加わっても容易に変形することはなくなり、矯正作業
は完了する。 〔別の実施形態〕図２に示す実施形態は、基本的には前
記実施形態と共通するが、加熱工程(A)が異なってい
る。

【００１８】加熱工程(A) で、一対の加熱型２４、２６
を用いる。加熱型２４、２６は前記矯正型３０、３２と
ほぼ同じ構造を備えており、鋳造品１０の上下面に当接
する型面形状を有するとともに、ヒータ２８、２８が内
蔵されている。加熱型２４、２６の型面からの接触加熱
で鋳造品１０が加熱される。なお、加熱型２４、２６を
鋳造品１０に加圧することで接触性を高めて伝熱効果を
向上させることができる。但し、加熱工程(A) では、鋳
造品１０の歪みを矯正する作用を積極的に果たす必要は
ない。したがって、加熱型２４、２６による鋳造品１０
への加圧力は、伝熱性を良好にできる程度でよく、それ
ほど大きな圧力を加える必要はない。

【００１９】加熱型２４、２６で所定の加熱温度まで加
熱され、その状態を一定時間維持した鋳造品１０は、加
熱型２４、２６から取り出されて、次の工程に進む。熱
間矯正工程(B) および冷却工程(C) については、前記し
た実施形態と同様に行われる。上記実施形態では、加熱
工程(A) で広い設備スペースを必要とする加熱炉を使用
しないので、設備が簡略化される。加熱型２４、２６に
よる接触加熱で迅速かつ効率的に鋳造品１０を加熱する
ことができる。 〔鋳造工程〕図３は、前記した各実施形態の矯正方法を
適用する鋳造品を、射出成形装置を用いてチクソモール
ド法で製造する方法を示す。

【００２０】射出機１００は、金属材料を投入するホッ
パ１１６、ホッパ１１６からの金属材料が供給される中
空状のシリンダ１１２、シリンダ１１２の外周に配置さ
れシリンダ１１２を介して金属材料を加熱するヒータ１
１８、シリンダ１１２の内部で回転および進退作動して
金属材料を混練し加熱溶融させるスクリュー１１４、ス
クリュー１１４の前進によってシリンダ１１２の先端か
ら流動状態の金属材料１３０を射出するノズル１１３を
備えている。

【００２１】射出機１００のノズル１１３と対向する位
置に、成形型１２０が配置されている。成形型１２０と
射出機１００は互いに連結および連結解除が自在に設け
られている。射出機１００のノズル１１３は、一対の開
閉自在な金型１２２、１２４を備えた成形型１２０に連
結されて、成形型１２０に金属材料１３０を送り込む。
金型１２２、１２４の中間には型窩１２６となる空間が
設けられ、前記ノズル１１３が型窩１２６に連結する注
入口１２８に接続される。型窩１２６は、鋳造品１０の
形状に対応する浅い皿状をなしている。

【００２２】上記のような構造の射出機１０および成形
型２０を備えた射出成形装置を用いて、Ｍｇ−Ａｌ合金
の射出成形を行う。Ｍｇ−Ａｌ合金からなり、外径２〜
５mm程度のチップ状をなす原料を、射出成形装置のホッ
パ１１６に投入する。チップ状原料は、シリンダ１１２
の内部に供給され、ヒータ１１８で加熱溶融されるとと
もにスクリュー１１４で混練され、前方へと送られる。
Ｍｇ−Ａｌ合金は、完全に溶融した状態の液相と、液相
の中に分散された微細な粒状の固体である固相とが混在
した固液混在金属材料となる。Ｍｇ−Ａｌ合金を、液相
と固相とが共存できる温度域に維持するとともに、液相
から凝固した樹枝状の固体がスクリュー１１４で剪断さ
れることで、前記した微細な粒状の固相が形成される。
具体的には５７０〜５９０℃程度の温度域において、前
記した固液混在金属材料が存在できる。

【００２３】上記のような固液混合金属材料からなる金
属材料１３０は、射出機１００のノズル１１３から成形
型１２０の注入口１２８に、高速かつ高圧で注入され
る。射出速度は１〜４m/s 程度に設定され、射出圧力は
６００〜１２００kg/cm²程度に設定される。成形型１２
０に供給された金属材料１３０は、注入口１２８から型
窩１２６に充填される。型窩１２６の全体に金属材料１
３０が充填され、射出機１００からの金属材料１３０の
注入が止まる。型窩１２６の金属材料１３０すなわち鋳
造品１０が冷却固化すれば、金型１２２、１２４を開い
て鋳造品１０を取り出す。

【００２４】得られた鋳造品１０を、前記した矯正工程
に送る。

【００２５】

【発明の効果】本発明にかかる鋳造品の矯正方法および
鋳造品の製造方法は、加熱工程で鋳造品の残留応力を開
放し軟化させた後、熱間矯正工程で矯正型によって適切
な温度まで降温させた状態で加圧して歪みを矯正する。
加熱と矯正を同じ工程および装置で行うのに比べて、そ
れぞれの装置を簡略化できるとともにそれぞれの工程を
効率的に行える。

【００２６】特に、加熱炉内に鋳造品を装着した加圧治
具を運び入れる方法に比べて、加熱炉が小型化かつ簡略
化でき、加圧治具の全体を高温に加熱しその後で冷却す
るエネルギーの無駄も少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を表す、矯正工程を段階的に
示す模式的断面図

【図２】別の実施形態について矯正工程を段階的に示す
模式的断面図

【図３】鋳造装置を示す一部断面構造図

【符号の説明】

１０ 鋳造品 ２０ 加熱炉 ２２、２８ ヒータ ２４、２６ 加熱型 ３０、３２ 矯正型 ３４ ヒータ １００ 射出機 １２０ 成形型 １３０ 金属材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 幸一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4K034 AA02 AA10 AA17 BA10 DA01 DA06 DB03 GA07

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形型から取り出された鋳造品の歪みを
   矯正する方法であって、下記(a) 〜(c) 工程を含む鋳造
   品の矯正方法。 (a) 前記鋳造品を２００〜５００℃に加熱して維持する
   工程。 (b) 前工程(a) で加熱された鋳造品を、型面が加熱され
   た矯正型を用い、１００〜５００℃の範囲内で、前工程
   (a) における加熱温度と同等の温度に維持するか前記加
   熱温度より低い温度まで降温させながら、前記矯正型で
   加圧塑性加工して歪みを矯正する工程。 (c) 前工程(b) で矯正された鋳造品を冷却する工程。
2. 【請求項２】 前記加熱工程(a) が、前記鋳造品を、内
   蔵する加熱手段で型面が加熱された加熱型に接触させて
   加熱する請求項１に記載の鋳造品の矯正方法。
3. 【請求項３】 前記加熱工程(a) が、前記鋳造品を、内
   部の雰囲気が加熱された加熱炉に収容して加熱する請求
   項１に記載の鋳造品の矯正方法。
4. 【請求項４】 前記加熱工程(a) が、電磁誘導加熱法に
   より加熱する請求項１に記載の鋳造品の矯正方法。
5. 【請求項５】 前記熱間矯正工程(b) が、内蔵する加熱
   手段で型面が加熱された矯正型で前記鋳造品を挟み付け
   て加圧塑性加工する請求項１〜４の何れかに記載の鋳造
   品の矯正方法。
6. 【請求項６】 前記熱間矯正工程(b) が、内部の雰囲気
   が加熱された加熱炉内に設置された矯正型で前記鋳造品
   を挟み付けて加圧塑性加工する請求項１〜４の何れかに
   記載の鋳造品の矯正方法。
7. 【請求項７】 液相と液相に分散された微細な固相とが
   混在する固液混在金属材料を射出成形型で射出成形して
   鋳造品を得る工程と、 前記射出成形型から取り出された鋳造品に有する歪み
   を、前記請求項１〜６の何れかに記載の矯正方法で矯正
   する工程と、を含む鋳造品の製造方法。