JP2000052015A - アルミニウム合金のダイカスト法 - Google Patents
アルミニウム合金のダイカスト法Info
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Abstract
圧入するダイカスト法において、ゲート部での通過速度
を5m/sec〜15m/secの範囲に設定したこと
を特徴とする。 【効果】 鋳造品の耐力は、ゲート速度が7〜9m/s
ecのときにピークとなり、それよりゲート速度が小さ
い5m/secではガス量が少ないにもかかわらず耐力
は小さくなる。5m/sec未満では溶湯をキャビティ
内に充填する過程で冷却され、湯廻り不良となるからと
考えられる。すなわち、5m/sec未満では高圧・高
速注入と言うダイカスト本来の作用が薄弱となる。従っ
て、アルミニウム合金のダイカストにおいて、ゲート部
での通過速度を5m/sec〜15m/secの範囲に
保つ。
Description
造品を製造することのできるアルミニウム合金のダイカ
スト法に関する。
を重力のみで鋳込む鋳造法を、重力金型鋳造法又は単に
金型鋳造と言い、二輪車や軽車両の車体、エンジン部品
の製造に威力を発揮してきた。しかし、この重力金型鋳
造法は砂型鋳造法と同様に、鋳造のサイクルタイムが長
く生産性が低いこと、寸法精度が良くないこと、強度向
上のために熱処理を必要とするなどの課題がある。
がごく短いダイカスト法の採用を検討する必要がでてき
た。ダイカスト法は、高速、高圧で溶湯をキャビティに
圧入することを原理としたものであり、高速であるため
空気を巻込み、鋳物に気泡を含み、加熱すると鋳肌にブ
リスタ(ふくれ)を発生する。しかし、高圧で圧入する
ため緻密な組織と平坦な鋳肌が得られため高強度が得ら
れダイカスト品は、熱処理を要しないともいえる。
など三次元的な構造物を製造しようとすると、溶接によ
る接合が必須となる。上述した重力金型鋳造品は溶接可
能であり、ダイカスト品は溶接不可である。
々提案され、そのうちの一つが特開平4−172166
号公報「ろう付け用アルミニューム鋳物部品の製造方
法」である。この製造方法は、同公報の図面において、
前半を0.3m/s〜0.6m/sの低速、後半を10
m/s〜30m/sの高速に、溶湯のゲート速度を段階
的に切換えるというものである。
トンの速度を前進途中で切換えるには高価な制御機構と
高度の制御技術が必要となる。加えて、速度変更により
大きな加速力や減速力が発生し、それに耐えるように装
置の剛性を上げなければならない。または、速度を変更
するために2本のシリンダユニットを選択的に使用する
装置もあり、これであれば制御はやや容易になるが、や
はり装置は大型なものとなる。
駆使する必要が無く、高価な装置に変更すること無く、
既存のダイカストマシンで溶接可能なダイカスト品を製
造することのできる技術を提供することにある。
に請求項1は、アルミニウム合金を金型のキャビティに
圧入するダイカスト法において、ゲート部での通過速度
を5m/sec〜15m/secの範囲に設定したこと
を特徴とする。
度が増加するにしたがって鋳造品内部のガス量は徐々に
増加し、特に15m/secを超えると、ガス量は急激
に増加する。また、詳細は後述の図3で説明するが、鋳
造品の耐力は、ゲート速度が7〜9m/secのときに
ピークとなり、それよりゲート速度が小さい5m/se
cではガス量が少ないにもかかわらず耐力は小さくな
る。5m/sec未満では溶湯をキャビティ内に充填す
る過程で冷却され、湯廻り不良となるからと考えられ
る。すなわち、5m/sec未満では高圧・高速注入と
言うダイカスト本来の作用が薄弱となる。従って、アル
ミニウム合金のダイカストにおいて、ゲート部での通過
速度を5m/sec〜15m/secの範囲に保つ必要
がある。
間が大きくなり、溶湯の充填が完了せぬうちに最初に充
填した湯が凝固してしまうとか、鋳造品の肉が薄いとき
にはごく短い時間で凝固が完了する等、鋳造品の形状及
び大小は鋳造に影響する。上記請求項1ではそれらに無
関係にゲート部の通過速度を決定したものであるが、鋳
造品の形状及び大小を加味することはより実用的であ
る。そこで、溶湯の凝固が完了するまでの時間の70%
の時間で充填を完了させる、との思想に基づいたF.
C.Bennettの式を引用して、ゲート部の通過速
度、溶湯比熱、溶湯温度、鋳物肉厚などを加味した上
で、ゲート部の断面積の簡易式を導くことにした。
式に修正係数αを乗じたものであり、式の下に示した如
くcに0.23、Tmに650などを代入することによ
り、t=0.808T2を得ることができた。なお、溶
湯密度(2.35g/cm3)は熱膨張の関係で常温で
の値(2.7g/cm3)より小さい。
面積Sのゲート部を通じて、ゲート部速度v1又はv2
で充填時間tだけ、キャビティへ溶湯を充填すること
で、重量Wの鋳造品を得たときの計算式(W=γ・10
0vn・t・S)である。右辺の100はmをcmに換
算するための値である。
あり、この式のγに2.7、v1に5、v2に15の
値を代入して整理したものが式である。
S(cm2)、鋳造品の重量をW(g)、鋳造品の代表
厚さをT(cm)としたときに、ゲート部の断面積Sを
上記式で定める範囲にしたことを特徴とする。
溶湯温度、鋳物肉厚などを加味した上で、ゲート部の断
面積の簡易式を導いたものであって、式の左辺の断面積
はゲート速度5m/secに相当し、右辺は同15m/
secに相当する。従って、細かな計算をすること無
く、簡単にゲート部の断面積を決定することができ、設
計工数の削減及び試運転調整の工数短縮とが図れる。
し、30wt%を超えない揮発成分を含み、水分は含ま
ぬ離型剤を、金型に塗布することを特徴とする。鋳型か
ら鋳造品を円滑に分離するには離型剤の使用が有効であ
る。この離型剤には高分子系合成油などの揮発成分を添
加する必要がある。この揮発成分は粘着性に富離型剤を
鋳型に付着させる作用をなす。しかし、揮発成分は熱分
解して水素ガスを発生する。揮発成分が30wt%を超
えると溶接性に悪影響を及ぼすほどのガスが発生する。
また、揮発成分が15wt%未満では付着力が不足す
る。そこで、アルミニウム合金鋳造では、700℃以上
で揮発する揮発成分を30wt%以下とし、好ましくは
15〜30wt%の範囲とする。
合部に設置することを特徴とする。ゲート部は他の部分
に比較して、鋳造欠陥がでにくい。そこで、ゲート部で
溶接すれば、溶接欠陥がでにくく、良好な溶接構造物を
製造することができる。
づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見る
ものとする。図1は本発明に係るダイカスト設備の原理
図であり、ダイカスト設備10は、ベース11に立てた
固定盤12及び可動盤13とで挟持する金型14と、こ
の金型14内部のキャビティ15を真空にする真空装置
16と、キャビティ15のゲート部17に臨ませたスリ
ーブ18と、このスリーブ18へ溶湯を注入するレ−ド
ル(ひしゃく、柄杓)19と、溶湯を押出すプランジャ
21と、溶湯を保温しながら貯溜する保持炉22と、こ
の保持炉22を二室に仕切る仕切り壁23と、この仕切
り壁23の手前の(レ−ドル19に無関係の側の)室に
挿入した脱ガス装置24と、この脱ガス装置24にアル
ゴンガスなどの不活性ガスを送るガスボンベ25とから
なる。27は離型剤射出ノズル、28は局部加圧シリン
ダ、29は注湯口である。
9は熱伝導率がFeに比べて格段に小さいセラミックを
使用する。本発明は既存のダイカスト法に比較してゲー
ト速度を小さくしたので、湯温が低下しやすい。そこ
で、セラミックスリーブ及びセラミックレ−ドルを採用
することで、湯温の低下を最小限に留めるようにした。
に基づいて説明する。 1.溶湯の準備 保持炉22にアルミニウム合金の溶湯30を入れ、この
溶湯30を脱ガス等の処理を行う。 2.型締め 固定盤12に可動盤13を寄せることで、金型14を型
締めする。 3.離型剤の散布 スリーブ18に設けた注湯口29を塞ぐまでプランジャ
21を前進させ、次に真空装置16でキャビティ15を
排気し、同時に離型剤射出ノズル27から離型剤を噴射
する。この離型剤はキャビティ15内部が負圧であるた
め、キャビティ15内に拡散し、キャビティ15の面に
付着する。
湯口29にレ−ドル19にて保持炉22からすくった溶
湯を注入する。 5.射出 プランジャ21を前進させ、注湯口29が塞がったら、
真空装置16で再びキャビティ15内を真空引きし、プ
ランジャ21を所定の高速で前進させて、溶湯をキャビ
ティ15へ射出する。 6.鋳造品取出し 凝固が完了したら金型14を開いて、鋳造品を取出す。
ゴンガスを吹込むことで、溶解ガスを追い出す作用をな
す。仕切り壁23は、アルゴンガスを吹込みにより浮上
した不純物がレードル19側へ行かぬようにするための
障壁である。局部加圧シリンダ28は、キャビティ15
に充填した未凝固溶湯を直接的に押すことで充填圧を高
める作用をなす。これらは適宜実施すればよい。
れに限定するものではない。 ○第1実験例: 実験条件: 供試材の成分;アルミニウム合金ダイカスト6種(JIS
H 5302)
べたグラフであり、上記実験にてゲート速度を変化させ
て、素材(鋳造品)中のガス量を調べたものであり、横
軸はゲート速度、縦軸はアルミニウム100g当りのガ
ス量を示す。このグラフによれば、ゲート速度が15m
/sを超えると急激にガス量が増加することが分かる。
ラフであり、図4はゲート速度と抗張力の関係を示すグ
ラフである。図2で説明したとおりに、ゲート速度が1
5m/sを超えると急激にガス量が増加するため、ガス
が気泡となって残り、結果として、図3,図4において
ゲート速度が15m/sを超えると耐力、抗張力ともに
激減することが分かる。
トにおいて、ゲート速度を15m/sに抑えることによ
り、ガスの巻込みを大幅に改善することができることが
分かった。ガスの巻込みがなければ、従来のダイカスト
品に比べ鋳肌がきめ細かくなること、及び気泡が無いか
ら溶接可能となることの見通しを得た。なお、詳しいデ
ータは省略するが、ゲート速度が5m/sを下回ると、
溶湯がキャビティに充満する過程で冷却され、湯廻り不
良となる。そこで、ゲート速度を5〜15m/sとする
ことが望ましい。
4.5%Mg−1.2〜1.8%Mn−0.6〜0.9
%Ni−残部Al)
ラフであり、横軸は陽極酸化皮膜厚さ、縦軸は明度を示
す。第1実験例での供試材はアルミニウム合金ダイカス
ト6種(JIS H 5302)であり、1.0%以下のSiを含
み、膜厚増加と共に暗くなる。第2実験例での供試材は
上述した通りSiを含まない。この第2実験例の供試材
は第1実験例の供試材より、明るい。この理由は、製品
表面に陽極酸化皮膜処理を行った場合、SiがMgと結
び付いてMg2Siとなり、これが皮膜の表面に介在し
て光を乱反射させるため、明度が低下したものである。
従って、陽極酸化皮膜処理を行う場合には、Siはゼロ
にすることが望ましい。
は後述する。
ラフであり、横軸は基本元素であるMgの含有量、縦軸
は溶湯の流動性を示す。細線はAl−Mg合金、太線は
Al−Mg−Mn合金を示し、Mnを含む太線の方が流
動性が大きいことが分かる。このことは、Mgを増加さ
せると流動性が下がるが、これを補うにはMnを添加し
て凝固に伴なう固相量の増大を抑制し、溶湯の流動性を
向上させることが有効であることを意味する。ただし、
Mnが1.8%を超えると金属間化合物であるAl6M
nを晶出し、機械的性質が低下する。また、Mnが1.
2%未満では凝固に伴なう固相量の増大を抑制する作用
が小さい。従って、Mnは1.2〜1.8%の範囲とす
ることにする。
割れに融液を供給し、割れの進展を抑制する効果を発揮
する。ただし、Niが0.9%を超えるとマイナス要因
が無視できなくなり、また、0.6%未満では割れ抑制
効果が乏しくなる。従って、Niは0.6〜0.9%の
範囲とすることにする。
グラフであり、横軸はMg含有量、縦軸は0.2%耐力
又は抗張力を示す。Mgの増加とともに耐力及び抗張力
は増加する。図8はMgと衝撃値及び割れ性の関係を示
すグラフであり、横軸はMg含有量、縦軸は衝撃値を示
す。Mgが2.0〜3.0%の範囲にあると割れ性が増
加することが分かり、この範囲を避けるべく0.5%の
余裕を持たせるとMgは1.5%以下又は3.5%以上
にすべきである。1.5%以下は耐力及び抗張力の点で
採用できない。また、Mgの増加とともに衝撃値が減少
する。衝撃値の下限値を1.5kg−m/cm2とすれ
ば、Mgの含有量は4.5%に留めるべきである。従っ
て、Mgの含有量は3.5〜4.5%の範囲とすべきで
ある。
円滑に分離するには離型剤の使用が有効である。この離
型剤には高分子系合成油などの揮発成分を添加する必要
がある。この揮発成分は粘着性に富離型剤を鋳型に付着
させる作用をなす。しかし、揮発成分は熱分解して水素
ガスを発生する。
ラフであり、揮発成分が少ない離型剤では、ガスの発生
は100gAl当り2cm3に留った。これに対して、
揮発成分が多い離型剤では100gAl当り4cm3も
のガス量が検出された。揮発成分が30wt%を超える
と溶接性に悪影響を及ぼすほどのガスが発生する。ま
た、揮発成分が15wt%未満では付着力が不足する。
そこで、アルミニウム合金鋳造では、700℃以上で揮
発する揮発成分を30wt%以下とし、好ましくは15
〜30wt%の範囲とする。
の鋳造品を、溶接で繋ぎあわせることによって得られる
構造体を検討する。図10(a),(b)は本発明に係
るアルミニウム合金を採用した二輪車車体の分解図及び
組立図である。(a)において、二輪車車体50は、オ
ールアルミニウム合金製であって、例えば重力鋳造法で
製造したヘッドパイプ51と、引抜き加工又は押出し加
工で製造した長手パイプ52,52,53,53と、ダ
イカスト法で製造したピボットプレート54,54と、
引抜き加工又は押出し加工で製造したクロスパイプ55
とを組合わせた構造体である。
カストの際に、長手パイプ52,52に接続する側の端
部にダイカストのためのゲート部56,56を臨ませた
ことを特徴とする。ゲート部56は他の部分に比較し
て、エアの巻込みがなく、鋳造欠陥がでにくい。
ート54を突合せるなどして、溶接にて二輪車車体50
を構成したことを示す。57,57は溶接ビードであ
り、ゲート部56,56の付近はガスの巻込みが無く、
組織が緻密であるため、溶接熱によるガスの膨れを心配
する必要が無く、良好な溶接構造物を製造することがで
きる。なお、ゲート部56はピボットプレート54の長
手パイプ53側の端部又はピボットプレート54のクロ
スパイプ55との接点に臨ませてもよい。これら、ピボ
ットプレート54の長手パイプ52,53側の端部、ピ
ボットプレート54のクロスパイプ55との接点を「溶
接接合部」という。従って、ダイカストのためのゲート
部56を、鋳造品(ピボットプレート54)の溶接接合
部に設置することは、良質の溶接構造体を製造する上で
好ましいことである。
する。請求項1は、アルミニウム合金を金型のキャビテ
ィに圧入するダイカスト法において、ゲート部での通過
速度を5m/sec〜15m/secの範囲に設定した
ので、エアの巻込みがなく、溶接が可能な鋳造品を得る
ことができた。例えば車両用アルミニウム合金鋳物は重
力鋳造品であったが、これを本発明のダイカスト品に変
更することにより溶接可能で緻密な鋳造品を製造するこ
とが可能となり、大量生産と、製造コストダウンとが図
れるようになった。
2)、鋳造品の重量をW(g)、鋳造品の代表厚さをT
(cm)としたときに、ゲート部の断面積Sを次式で計
算できるようにした。
溶湯温度、鋳物肉厚などを加味した上で、ゲート部の断
面積の簡易式を導いたものであって、式の左辺の断面積
はゲート速度5m/secに相当し、右辺は同15m/
secに相当する。従って、細かな計算をすること無
く、簡単にゲート部の断面積を決定することができ、設
計工数の削減及び試運転調整の工数短縮とが図れる。
し、30wt%を超えない揮発成分を含み、水分は含ま
ぬ離型剤を、金型に塗布することを特徴とする。鋳型か
ら鋳造品を円滑に分離するには離型剤の使用が有効であ
る。この離型剤には高分子系合成油などの揮発成分を添
加する必要がある。この揮発成分は粘着性に富離型剤を
鋳型に付着させる作用をなす。しかし、揮発成分は熱分
解して水素ガスを発生する。揮発成分が30wt%を超
えると溶接性に悪影響を及ぼすほどのガスが発生する。
また、揮発成分が15wt%未満では付着力が不足す
る。そこで、アルミニウム合金鋳造では、700℃以上
で揮発する揮発成分を30wt%以下とし、好ましくは
15〜30wt%の範囲とする。
合部に設置することを特徴とする。ゲート部は他の部分
に比較して、鋳造欠陥がでにくい。そこで、ゲート部で
溶接すれば、溶接欠陥がでにくく、良好な溶接構造物を
製造することができる。
輪車車体の分解図及び組立図
ィ、17,56…ゲート部、27…離型剤射出ノズル、
30…溶湯、54・・・鋳造品(ピトットプレート)、5
7…溶接接合部(ピトットプレートの端部)。
Claims (4)
- 【請求項1】 アルミニウム合金を金型のキャビティに
圧入するダイカスト法において、ゲート部での通過速度
を5m/sec〜15m/secの範囲に設定したこと
を特徴とするアルミニウム合金のダイカスト法。 - 【請求項2】 前記ゲート部の断面積をS(cm2)、
鋳造品の重量をW(g)、鋳造品の代表厚さをT(c
m)としたときに、ゲート部の断面積Sを次式で定める
範囲にしたことを特徴とする請求項1記載のアルミニウ
ム合金のダイカスト法。 【数1】 - 【請求項3】 無機成分及び黒鉛を主成分とし、30w
t%を超えない揮発成分を含み、水分は含まぬ離型剤
を、前記金型に塗布することを特徴とした請求項1又は
請求項2記載のアルミニウム合金のダイカスト法。 - 【請求項4】 前記ゲート部を、鋳造品の溶接接合部に
設置することを特徴とした請求項1記載のアルミニウム
合金のダイカスト法。
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