JP2000343198A - ダイカスト鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳込みスリーブへの給湯時における空気の溶
湯への巻き込みを最小限にして溶湯のガス含有量を低減
すると共に、金型キャビテイへ射出する際の空気の巻き
込み、湯回り不良等の問題を解消し、欠陥の少ない機械
的強度の高い鋳物を、効率的に鋳造することができるダ
イカスト鋳造方法を提供する。 【解決手段】 鋳込みスリーブで溶融金属の初晶を実質
的に粒状化して半溶融状態として金型キャビテイ内に加
圧充填して凝固させるダイカスト鋳造法において、コー
ルドクルーシブル構造の鋳込みスリーブの反金型側端部
近傍の側面から溶湯を鋳込みスリーブ内に給湯し、給湯
を行ないながら鋳込みスリーブ内の溶湯を流動させて冷
却し、晶出する初晶を粒状化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械的性質に優れ
た高品質の鋳物を製造するためのダイカスト鋳造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のようにダイカスト鋳造方法は、鋳
込みスリーブ内の溶融金属を金型キャビテイ内に加圧充
填して固化し、鋳物を製造する鋳造方法である。このダ
イカスト鋳造方法は、得られる鋳物の寸法精度が高く、
高速稼動できることから多量生産が可能であり、しかも
コンピュータを用いた完全自動化が可能であるという利
点があり、アルミニウム合金等の低融点金属鋳物の鋳造
に多用されている。しかし強度の高い部材を安定して鋳
造することが難しい、という問題がある。これは次のよ
うな理由による。通常、ダイカスト鋳造を行う場合に
は、鋳込みスリーブ内に注入された溶湯が鋳込みスリー
ブ内壁で急冷されて凝固片が発生し、この凝固片が溶湯
と同時に鋳込まれて得られる製品中に介在する結果、製
品の機械的強度が低下する。また、鋳込みスリーブから
金型への溶湯射出時に鋳込みスリーブ中の空気が溶湯中
に巻き込まれて鋳物中に混入し、熱処理するとブリスタ
と呼ばれる膨れが発生しこれが品質低下の原因となる。

【０００３】以上の問題を解決する手段として、従来か
ら各種特殊ダイカスト鋳造法が提案されている。その中
でホットスリーブ法は、鋳込みスリーブ内壁での凝固片
の発生を防止することを目的として、鋳込みスリーブを
加熱して行われるダイカスト鋳造法である。また、縦射
出式ダイカスト鋳造法は、鋳込みスリーブ中の空気の巻
き込みを低減することを目的として行われる。しかし、
上記の各種特殊ダイカスト鋳造法においても次のような
解決すべき問題がある。すなわち、生産性を向上するこ
とを目的として鋳込みスリーブから金型キャビティへの
射出速度を大きくすると、鋳込みスリーブ内の溶湯が乱
れて空気を巻き込む度合いが高くなり、しかも金型キャ
ビテイ内壁で溶湯が急冷凝固して生成される凝固片が製
品中に取り込まれ、これが得られる製品の機械的性質低
下の原因となる。一方、空気の巻き込みを防止すること
を目的として鋳込みスリーブから金型キャビティに溶湯
を低速で射出するようにすると、金型キャビティ内にお
ける湯流れ不良が発生し、これが不回り等の製品不良の
原因となる。

【０００４】そこで、従来の各種特殊ダイカスト鋳造法
に存する問題を解消することを試みたダイカスト鋳造法
が、特開平８−２５７７２２号公報に開示されている。
このダイカスト鋳造法は、鋳込みスリーブにおいて溶融
金属の初晶を粒状化させて半溶融状態として金型キャビ
テイ内に加圧充填し、凝固させることを特徴としてい
る。その鋳造過程を図６に示す。先ず、図６（ａ）に示
すように液相線近傍の温度に保持された溶融金属を鋳込
みスリーブ２に給湯する。次ぎに図６（ｂ）に示すよう
に、鋳込みスリーブ２内にて溶融金属の温度を液相線近
傍から液相線より低く固相線または共晶線より高い所定
の温度まで所定の冷却速度で低下させ、これにより溶融
金属の初晶を実質的に粒状化させて半溶融状態にする。
これにより、粒状の初晶と共晶温度以上の液体とによる
チキソトロピーを得る。その後、図６（ｃ）に示すよう
に鋳込みスリーブ２から金型１への半溶融溶湯の充填を
行う。この際、鋳込みスリーブ２から金型１へ充填され
る半溶融溶湯の流動状態は、半溶融溶湯が備えるチキソ
トロピー性によって層流となり、射出速度を大きくして
も空気の巻き込みが少なくなる。これは、組織が粒状化
して固相が存在すれば、力が加わった時に粒状化した固
相の移動と液相の移動が同時に起り、固液が共に移動す
る現象が生じるからであり、その結果空気の巻き込みが
少なくなるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した特開
平８−２５７７２２号公報に示されたダイカスト鋳造方
法については、鋳込みスリーブへの溶融金属の供給に関
して課題を有していた。図６に示すように、鋳込みスリ
ーブ２に溶融金属（以下、溶湯と略す）を給湯する際
に、鋳込みスリーブ２上部からラドル等を使用して落し
込んでいることに起因するものである。即ち、鋳込みス
リーブ２内に溶湯が落下する際に、スリーブ２内で乱流
が発生して空気を巻き込み、溶湯中の空気含有量が増加
すると共に溶湯表面に酸化膜が形成されという問題であ
り、鋳込みスリーブから金型への射出時には空気の巻き
込みは少ないにしても、その前に溶湯内へ空気が含有さ
れていた。従って本発明は、鋳込みスリーブへの給湯時
における空気の溶湯への巻き込みを最小限にして溶湯の
ガス含有量を低減すると共に、金型キャビテイへ射出す
る際の空気の巻き込み、湯回り不良等の問題を解消し、
欠陥の少ない機械的強度の高い鋳物を、効率的に鋳造す
ることができるダイカスト鋳造方法を提供することを目
的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋳込みスリー
ブで溶融金属の初晶を実質的に粒状化して半溶融状態と
して金型キャビテイ内に加圧充填して凝固させるダイカ
スト鋳造法において、コールドクルーシブル構造の鋳込
みスリーブの反金型側端部近傍の側面から溶湯を鋳込み
スリーブ内に給湯し、給湯を行ないながら鋳込みスリー
ブ内の溶湯を流動して冷却し、晶出する初晶を粒状化す
ることを特徴としている。溶湯流動のための操作は、溶
湯が供給されるとほぼ同時に行なうのが好ましく、少な
くとも鋳込みスリーブ内に半分程度の量が供給されるま
でに行なうのがよい。さらに本発明は、晶出した初晶を
さらに球状化して金型キャビティに射出するとよい。金
型キャビティ内に充填する過程で球状化されているよう
にすると、粒子も微細となり、湯流れもさらに良好とな
り望ましい。溶湯を粒状化さらには球状化するために
は、鋳込みスリーブの回りに設けた高周波コイルに通電
し、溶湯を電磁攪拌させる手段を用いることができる。

【０００７】さらに本発明は、鋳込みスリーブ内溶湯の
冷却速度が、１．７℃／秒より大きく１０℃／秒未満と
するとよい。鋳込みスリーブ中溶湯の冷却速度が１０℃
／秒未満程度になると、生成する初晶を粒状化すること
ができる。また、生成する初晶を粒状化することがで
き、かつ生産性を落とさないための冷却速度としては、
１．７℃／秒より大きい方が好ましい。上記のような冷
却速度で溶湯を冷却するには、鋳込みスリーブをコール
ドクルーシブルとし、鋳込みスリーブを冷却しつつ高周
波で溶湯表面を加熱して溶湯表面の冷却速度を制御し、
溶湯内部を冷却する方法を用いるとよい。その他にも以
下のような方法を採ることもできる。 （１）鋳込みスリーブをセラミック等の低熱伝導材と
し、スリーブの冷却速度を小さくすることで、接触する
溶湯内部の冷却速度を１０℃／ｓ未満とする。この場合
に内部の冷却速度が１．７℃／ｓよりも遅くなる場合に
は必要により外部から冷却する。 （２）金属製スリーブの場合は予め加熱して温度を高く
しておく。特に溶湯がＡ３５７材の場合はスリーブの初
期温度を２００℃以上とする。その際に溶湯の内部の冷
却速度が、１．７℃／秒〜１０℃／秒の範囲より小さく
なる場合は冷却を行う。また本発明においては、鋳込み
スリーブに給湯されるべく待機中の溶湯の表面は、不活
性ガス雰囲気中にあるようにすると、溶湯の酸化防止に
効果がある。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、鋳込みスリーブにおい
て溶融金属の初晶を粒状化させて半溶融状態として金型
キャビテイ内に加圧充填して凝固させる前述したダイキ
ャスト鋳造方法におけるものである。以下、図を参照し
ながら説明する。図１において、縦射出ダイカスト装置
の金型１は固定型１ａと可動型１ｂとで構成され、左右
に分割する構造となっている。図２に示すように、鋳込
みスリーブ２は、例えばＳＵＳやＢｅＣｕ等の非磁性導
電材の外筒に、例えばサイアロン等のセラミック製の内
筒２ａを嵌合して構成し、金型１の湯口部１ｃに上端を
嵌合できるようになっている。鋳込みスリーブ２の底部
には、内筒２ａ内を摺動するようにプランジャーチップ
５を配設し、側面下部にはプランジャーチップ５が下降
位置にあるとき内筒２ａ内部に連通するようなアルミ溶
湯の給湯口４を設ける。給湯口４の上方から鋳込みスリ
ーブ２の上部にかけての鋳込みスリーブ２の周囲に、高
周波コイル６を設置する。

【０００９】鋳込みスリーブ外筒の高周波コイル６に対
向するほぼ上下範囲は、半径方向に形成された複数のス
リットで周方向に連続しないようになっており、軸方向
に沿って複数の冷却用の流路２ｂを設け、水や空気等の
冷却媒体を流通し冷却可能ないわゆるコールドクルーシ
ブル構造とする。これにより、鋳込みスリーブ２内の溶
湯は、高周波で表面を加熱されながら、鋳込みスリーブ
２から冷却されることができる。なお、高周波電流が通
電されると、溶湯および外筒には電磁誘導による電流が
発生し、それらの誘導電流と磁場の相互作用による電磁
体積力は、溶湯を内筒壁面から遠ざける方向に作用し、
溶湯と鋳込スリーブ内筒２ａが引っ付くことを防止する
方向に働く。

【００１０】給湯口４には、給湯口４と同等の口径の流
路を有するマウスピース７を接続し、さらにマウスピー
ス７の他端接続口にアルミ溶湯の給湯管８を接続する。
マウスピース７の流路には垂直管部７ａを中央部に設け
ると共に、その上部にガス供給口７ｂを設けて配管を接
続し、アルゴンガスや窒素等の不活性ガスを供給するこ
とができる構造とする。マウスピース７を形成する溶湯
に接する材料としては炭化珪素やカーボンセラミック等
の耐火物を用いることができる。図１に示すように、給
湯管８はアルミ給湯機９及びアルミ保持炉１０に連通
し、アルミ溶湯２０を供給できるように構成する。アル
ミ溶湯２０の液面は、通常マウスピース７の垂直管部７
ａの任意の位置に保持する。アルミ給湯機９は、電磁ポ
ンプ方式やガス加圧方式など配管を通じて給湯でき定量
性があるものであれば特に給湯方式は限定されない。マ
ウスピース７及び給湯管８の外側にはシーズヒーター若
しくはカートリッジヒーター２２が設けられ、さらに断
熱材により放熱が防止される。これにより、給湯管８内
におけるアルミ溶湯の凝固が防止される。

【００１１】次ぎに図３〜５を参照しながら、本発明の
ダイカスト鋳造方法による鋳造過程を説明する。なお以
下の鋳造過程は、コンピューター等を用いた図示しない
制御装置により行わせるようにすることができる。図３
において、アルミ給湯機９により鋳込みスリーブ２に対
する溶湯２０の供給を開始する。供給される溶湯の温度
は、液相線近傍に管理されていることが望ましい。溶湯
２０は、マウスピース７から給湯口４へと滑らかな流路
を経ることにより、層流状態で鋳込みスリーブ２に流入
する。

【００１２】溶湯２０の流入とほぼ同時に高周波コイル
６に通電する。給湯開始後の溶湯が少ない時に高周波を
印加するので、高周波電源は小さな容量で良い。その後
溶湯が増えていっても、慣性力によりそのままの少ない
パワーで攪拌が継続される。これにより、鋳込みスリー
ブ２内の溶湯は、新たに供給される溶湯と電磁撹拌で刻
々と混じり合いながら、鋳込みスリーブ内筒２ａとほぼ
まんべんなく接触して冷却されて行く。鋳込みスリーブ
内筒２ａは、低熱伝導材のセラミック製でかつ外筒を介
して冷却されているので壁面の温度は安定して所定温度
に制御することができ、供給される溶湯の温度も所定範
囲に管理され、供給速度も決められるので、溶湯表面は
安定して冷却制御することができ、よって溶湯の内部を
所定冷却速度で冷却することができる。また溶湯表面は
高周波で加熱されるので、急速度で冷却されすぎること
がない。即ち、鋳込みスリーブ内に供給されて行く溶湯
は、刻々と粒状の初晶が晶出され、溶湯は半凝固状態と
なっていく。なお、給湯速度は生産性に問題のない範囲
で遅くすることができる。これにより、空気の巻き込み
の恐れが少なくなるとともに、溶湯がほぼ均一に冷却さ
れ、安定して粒状の初晶を晶出することができるうえ、
より小さな高周波電源を用いることができる。

【００１３】溶湯２０が所定のレベルに到達すると、図
４に示すように、プランジャーチップ５が鋳込みスリー
ブ２内を上昇し、プランジャーチップ５側面が給湯口４
を塞いだ位置で停止する。それと並行して溶湯をマウス
ピース７の垂直管部７ａまで戻すよう制御装置が給湯機
に指令する。また、プランジャーチップ５先端の停止位
置は、その移動距離を常に図示しないセンサで検知さ
れ、その検知結果が図示しない制御装置に入力されて認
識される。この時、給湯口４はプランジャーチップ５で
閉塞されているので、その状態でマウスピース７内溶湯
が下降する場合には、溶湯表面には負圧が働く。しか
し、マウスピース７上部に設けたガス供給口７ｂから不
活性ガスをマウスピース７内に供給することにより、マ
ウスピース７内の負圧を解消して溶湯の下降を促進し、
併せて溶湯の酸化を防止することができる。不活性ガス
は、後述するプランジャーチップ５の上昇時に遮断して
もよいが、次の鋳造のための鋳込みスリーブ内への溶湯
の給湯まで供給を継続しておくと、マウスピース７内だ
けでなく、鋳込みスリーブ２内、さらには金型キャビテ
ィ内も不活性ガス雰囲気とすることができ望ましい。

【００１４】この間、鋳込みスリーブ２内溶湯の温度
は、液相線より低く固相線または共晶線より高い所定の
温度になるまで冷却される。例えばＡ３５６，Ａ３５７
合金であれば、液相線以下１０℃付近から液相線４０℃
程度上までの温度が好ましく、図示しないセンサ等によ
り確認するとよい。前述したように、鋳込みスリーブ２
内の溶湯は安定して所定の冷却速度で冷却することがで
きるが、生成する初晶を粒状化することができるととも
に生産性を向上することができる冷却速度としては、
１．７℃／ｓを越え１０℃／ｓ未満とすることが望まし
い。図示しないコンピュータ等により、溶湯における固
相率が１０〜６０％の任意の値に達したと判定される
と、高周波コイル６の通電を停止するとともに、図５に
示すようにプランジャーチップ５を上昇させて半凝固状
態の溶湯を金型１のキャビテイに注入し鋳造する。溶湯
は前述したようにチキソトロピー性を有しているため、
射出速度が大きくても層流で流入し、ガスの巻き込みは
ほとんどない。またこの時、粒状化された初晶は攪拌作
用により流動状態にあり、球状化されているので、さら
に流動性がよくなっている。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は次の効果
を有する。 １）鋳込みスリーブへの給湯時における溶湯へのガスの
巻き込み、及び金型キャビテイへ射出する際の空気の巻
き込みがほとんどないので、欠陥の少ない機械的強度の
高い鋳物を得ることができる。 ２）鋳込みスリーブ内に給湯開始後から溶湯を攪拌開始
するので、供給されて行く溶湯は、まんべんなく冷却さ
れ、刻々と粒状の初晶が晶出され、溶湯は半凝固状態と
なっていく。 ３）鋳込みスリーブ内に給湯開始後から溶湯を高周波攪
拌するので、高周波電源は小さな容量で良く、省エネル
ギーとなる。 ４）鋳込みスリーブへの給湯速度は生産性に問題のない
範囲で遅くすることができるので、一層空気の巻き込み
の恐れが少なくなるとともに、溶湯がほぼ均一に冷却さ
れ安定して粒状の初晶を晶出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するためのダイカスト鋳造装置を
示す概念図。

【図２】ダイカスト鋳造装置の鋳込みスリーブ部を示す
図。

【図３】鋳込みスリーブへの給湯状態を示す図。

【図４】鋳込みスリーブへの給湯完了状態を示す図。

【図５】鋳込みスリーブから金型へ溶湯を射出する時の
状態を示す図。

【図６】従来例で示したダイカスト鋳造過程を示す図。

【符号の説明】 １ 金型 ２ 鋳込みスリーブ ４ 給湯口 ５ プランジャーチップ ６ 高周波コイル ７ マウスピース ８ 給湯管 １２ エアシリンダ １５ 温度検出器 ２０ 溶湯

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳込みスリーブで溶融金属の初晶を実質
   的に粒状化して半溶融状態として金型キャビテイ内に加
   圧充填して凝固させるダイカスト鋳造法において、コー
   ルドクルーシブル構造の鋳込みスリーブの反金型側端部
   近傍の側面から溶湯を鋳込みスリーブ内に給湯し、給湯
   を行ないながら鋳込みスリーブ内の溶湯を流動させて冷
   却し、晶出する初晶を粒状化することを特徴とするダイ
   カスト鋳造方法。
2. 【請求項２】 晶出した初晶を球状化して金型キャビテ
   ィに射出する請求項１記載のダイカスト鋳造方法。
3. 【請求項３】 鋳込みスリーブの回りに設けた高周波コ
   イルに通電し、溶湯を電磁攪拌して流動させる請求項１
   又は２に記載のダイカスト鋳造方法。
4. 【請求項４】 鋳込みスリーブ内溶湯の冷却速度が、
   １．７℃／秒より大きく１０℃／秒未満である請求項１
   乃至３のいずれか一に記載のダイカスト鋳造方法。
5. 【請求項５】 鋳込みスリーブに給湯されるべく待機中
   の溶湯の表面は、不活性ガス雰囲気中にある請求項１乃
   至４のいずれか一に記載のダイカスト鋳造方法。 【０００１】