JP2003136223A - 半凝固金属成形体の成形方法と成形金型 - Google Patents
半凝固金属成形体の成形方法と成形金型Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半凝固金属を加圧成形する方法と成形金型を
提供する。 【解決手段】 保持容器にて保持冷却した固相率３０〜
９９．９％の半凝固金属を、凹部を有する下型に反転し
て載置し、上型の下型への接近に伴い圧縮変形させて上
型と下型で構成される空間部に充填するに際し、半凝固
金属を圧縮変形中は、型締め速度を０．０１〜１．０ｍ
／ｓとする。上記圧縮変形する過程において、変形率が
最大５０％未満までは０．５ｍ／ｓ未満の型締め速度で
圧縮変形させて基本形状を設定する第１工程と、該変形
率以上では該型締め速度以上で半凝固金属を圧縮変形さ
せて最終製品形状を形成する第２工程を行なってもよ
い。また、上記過程において、上記第１工程の終了後１
０秒未満保持して、一旦、型締め速度を０．０１ｍ／ｓ
未満とし、引き続き第２工程を行なってもよい。
提供する。 【解決手段】 保持容器にて保持冷却した固相率３０〜
９９．９％の半凝固金属を、凹部を有する下型に反転し
て載置し、上型の下型への接近に伴い圧縮変形させて上
型と下型で構成される空間部に充填するに際し、半凝固
金属を圧縮変形中は、型締め速度を０．０１〜１．０ｍ
／ｓとする。上記圧縮変形する過程において、変形率が
最大５０％未満までは０．５ｍ／ｓ未満の型締め速度で
圧縮変形させて基本形状を設定する第１工程と、該変形
率以上では該型締め速度以上で半凝固金属を圧縮変形さ
せて最終製品形状を形成する第２工程を行なってもよ
い。また、上記過程において、上記第１工程の終了後１
０秒未満保持して、一旦、型締め速度を０．０１ｍ／ｓ
未満とし、引き続き第２工程を行なってもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半凝固金属成形体
の成形方法と成形金型に関するもので、特に金型に半凝
固金属を載置して、直接、上型や加圧ピンにより加圧す
ることにより、高品質の成形品を成形することができる
半凝固金属成形体の成形方法と成形金型に関するもので
ある。
の成形方法と成形金型に関するもので、特に金型に半凝
固金属を載置して、直接、上型や加圧ピンにより加圧す
ることにより、高品質の成形品を成形することができる
半凝固金属成形体の成形方法と成形金型に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】地球環境保護や省エネルギーの観点から
自動車の軽量化を進める中で、健全な鋳造品を得るた
め、各種の高圧鋳造法が適用されているが、なかでも、
固液共存状態の金属（半凝固金属）を成形する方法が注
目されている。半凝固金属の成形においては、一般的に
は、液体から温度を低下させて製造した半凝固金属ある
いは固体状態の金属を加熱して製造した半溶融金属を一
旦スリーブに移し、しかる後スリーブ内のチップを移動
し、半凝固金属または半溶融金属を成形金型内に押圧充
填して成形する。
自動車の軽量化を進める中で、健全な鋳造品を得るた
め、各種の高圧鋳造法が適用されているが、なかでも、
固液共存状態の金属（半凝固金属）を成形する方法が注
目されている。半凝固金属の成形においては、一般的に
は、液体から温度を低下させて製造した半凝固金属ある
いは固体状態の金属を加熱して製造した半溶融金属を一
旦スリーブに移し、しかる後スリーブ内のチップを移動
し、半凝固金属または半溶融金属を成形金型内に押圧充
填して成形する。
【０００３】しかしながら、上記成形方法には幾つかの
課題がある。第１に、半凝固金属をスリーブに挿入した
段階で、固液共存状態の金属はスリーブに接触して熱を
奪われるので、凝固層が生成しやすい。このため、凝固
層が製品へ混入するのを防ぐ工夫が必要となる。第２
に、半凝固金属の充填中にスリーブ内に残されたビスケ
ット部分と製品までのランナーを加えた製品以外の部分
の全鋳込み重量に対する割合が高い。特に、小型製品を
製造する場合に、その割合が高くなる。その結果、製品
価格が高くなる。
課題がある。第１に、半凝固金属をスリーブに挿入した
段階で、固液共存状態の金属はスリーブに接触して熱を
奪われるので、凝固層が生成しやすい。このため、凝固
層が製品へ混入するのを防ぐ工夫が必要となる。第２
に、半凝固金属の充填中にスリーブ内に残されたビスケ
ット部分と製品までのランナーを加えた製品以外の部分
の全鋳込み重量に対する割合が高い。特に、小型製品を
製造する場合に、その割合が高くなる。その結果、製品
価格が高くなる。
【０００４】このため、金型の中に、直接、半凝固金属
を入れて成形する方法が開発されている。しかし、この
方法においては、下型に載置した半凝固金属を、上型の
下型への接近に伴い圧縮変形させて上型と下型で構成さ
れる空間部に半凝固金属を充填する際に、成形品内部に
成分偏析が発生したり、半凝固金属が金型外に飛散した
り、または、保持容器上部に発生していた半凝固金属の
酸化物が製品部内に混入したりするという課題がある。
を入れて成形する方法が開発されている。しかし、この
方法においては、下型に載置した半凝固金属を、上型の
下型への接近に伴い圧縮変形させて上型と下型で構成さ
れる空間部に半凝固金属を充填する際に、成形品内部に
成分偏析が発生したり、半凝固金属が金型外に飛散した
り、または、保持容器上部に発生していた半凝固金属の
酸化物が製品部内に混入したりするという課題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題に
着目し、煩雑な方法を採ることなく、半凝固金属を加圧
成形する方法と同方法に使用する成形金型を提供するこ
とを目的とするものである。
着目し、煩雑な方法を採ることなく、半凝固金属を加圧
成形する方法と同方法に使用する成形金型を提供するこ
とを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明において、第１の発明では、保持容器
にて保持冷却した固相率３０〜９９．９％の半凝固金属
を、凹部を有する下型に反転して載置し、上型の下型へ
の接近に伴い圧縮変形させて上型と下型で構成される空
間部に充填するに際し、半凝固金属を圧縮変形中は、型
締め速度を０．０１〜１．０ｍ／ｓとすることとした。
るために、本発明において、第１の発明では、保持容器
にて保持冷却した固相率３０〜９９．９％の半凝固金属
を、凹部を有する下型に反転して載置し、上型の下型へ
の接近に伴い圧縮変形させて上型と下型で構成される空
間部に充填するに際し、半凝固金属を圧縮変形中は、型
締め速度を０．０１〜１．０ｍ／ｓとすることとした。
【０００７】また、第１の発明を主体とする第２の発明
では、型締め力により半凝固金属を圧縮変形する過程に
おいて、変形率が最大５０％未満までは０．５ｍ／ｓ未
満の型締め速度で変形させて基本形状を設定する第１工
程と、該変形率以上では該変形速度以上で変形させて最
終製品形状を形成する第２工程を行なうこととした。
では、型締め力により半凝固金属を圧縮変形する過程に
おいて、変形率が最大５０％未満までは０．５ｍ／ｓ未
満の型締め速度で変形させて基本形状を設定する第１工
程と、該変形率以上では該変形速度以上で変形させて最
終製品形状を形成する第２工程を行なうこととした。
【０００８】第２の発明を主体とする第３の発明では、
型締め力により半凝固金属を圧縮変形する過程におい
て、前記第１工程の終了後１０秒未満保持して、一旦、
型締め速度を０．０１ｍ／ｓ未満とし、引き続き前記第
２工程を行なうこととした。
型締め力により半凝固金属を圧縮変形する過程におい
て、前記第１工程の終了後１０秒未満保持して、一旦、
型締め速度を０．０１ｍ／ｓ未満とし、引き続き前記第
２工程を行なうこととした。
【０００９】第１ないし第３のいずれか１つの発明を主
体とする第４の発明では、型締め力により半凝固金属を
圧縮変形する過程または圧縮変形した後において、加圧
方向と異なる方向にスライド機構を有する鋳抜きピンに
より、半凝固金属に対し、加圧または穴あけを行なうこ
ととした。
体とする第４の発明では、型締め力により半凝固金属を
圧縮変形する過程または圧縮変形した後において、加圧
方向と異なる方向にスライド機構を有する鋳抜きピンに
より、半凝固金属に対し、加圧または穴あけを行なうこ
ととした。
【００１０】第１ないし第４のいずれか１つの発明を主
体とする第５の発明では、型締め力により半凝固金属を
圧縮変形し、型が閉じた段階で、上型に対して摺動可能
な加圧ピンにより、半凝固金属を加圧することとした。
体とする第５の発明では、型締め力により半凝固金属を
圧縮変形し、型が閉じた段階で、上型に対して摺動可能
な加圧ピンにより、半凝固金属を加圧することとした。
【００１１】第１ないし第５のいずれか１つの発明を主
体とする第６の発明では、型締め力により半凝固金属を
圧縮変形するに際し、上型と下型の合わせ面に半凝固金
属成形体を取り囲む１個所以上のメタル集積部および下
型凹部とそれに対面する上型の凹部から構成されるメタ
ル集積部に、半凝固金属の余剰メタルを集めることとし
た。
体とする第６の発明では、型締め力により半凝固金属を
圧縮変形するに際し、上型と下型の合わせ面に半凝固金
属成形体を取り囲む１個所以上のメタル集積部および下
型凹部とそれに対面する上型の凹部から構成されるメタ
ル集積部に、半凝固金属の余剰メタルを集めることとし
た。
【００１２】第１ないし第６のいずれか１つの発明を主
体とする第７の発明では、型締め力により半凝固金属を
圧縮成形するに際し、上、下の型が閉じた段階で、下型
中央部に接触する半凝固金属成形体を、下型に対して摺
動可能な突き出しシリンダーに連結する治具により加圧
し、必要に応じて、型開き後は、該治具を用いて製品を
取り出すこととした。
体とする第７の発明では、型締め力により半凝固金属を
圧縮成形するに際し、上、下の型が閉じた段階で、下型
中央部に接触する半凝固金属成形体を、下型に対して摺
動可能な突き出しシリンダーに連結する治具により加圧
し、必要に応じて、型開き後は、該治具を用いて製品を
取り出すこととした。
【００１３】第８の発明では、半凝固金属を載置できる
大きさの凹部を有する下型と上型で構成される空間部に
該半凝固金属を充填して鋳物製品を成形する金型であっ
て、型合わせ面に、半凝固金属成形体を取り囲む１個所
以上の半凝固金属余剰メタルの集積部を設けるととも
に、下型凹部とそれに対面する上型の凹部で構成される
部位に、半凝固金属余剰メタルの集積部を設け、必要に
応じ、加圧方向と異なる方向にスライド機構を有する鋳
抜きピンを設け、また、必要に応じ、上型に対して摺動
可能で、局部加圧が可能な治具、および／または、下型
に対して摺動可能で、局部加圧または成形体の取り出し
が可能な治具を設けた構造の半凝固金属成形体の成形金
型とする。
大きさの凹部を有する下型と上型で構成される空間部に
該半凝固金属を充填して鋳物製品を成形する金型であっ
て、型合わせ面に、半凝固金属成形体を取り囲む１個所
以上の半凝固金属余剰メタルの集積部を設けるととも
に、下型凹部とそれに対面する上型の凹部で構成される
部位に、半凝固金属余剰メタルの集積部を設け、必要に
応じ、加圧方向と異なる方向にスライド機構を有する鋳
抜きピンを設け、また、必要に応じ、上型に対して摺動
可能で、局部加圧が可能な治具、および／または、下型
に対して摺動可能で、局部加圧または成形体の取り出し
が可能な治具を設けた構造の半凝固金属成形体の成形金
型とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の半凝固金属成形
体の成形方法と成形金型に係る具体的な実施の形態を、
図面を参照して詳細に説明する。
体の成形方法と成形金型に係る具体的な実施の形態を、
図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】図１は、溶湯から、直接、半凝固金属を製
造するまでのプロセスの説明図、図２は、下型凹部の半
凝固金属を上型が下降して圧縮して成形することを示す
説明図、図３は、半凝固金属の型締め速度と変形率との
関係を示す説明図、図４は、半凝固金属を加圧方向と異
なる方向にスライド機構を有する鋳抜きピンにより、加
圧または穴あけを行なうことを示す説明図、図５は、上
型と下型の合わせ面および下型凹部のメタル集積部に半
凝固金属の余剰メタルを集めることを示す説明図、図６
は、下型に対して摺動可能な治具により局部加圧をし、
成形後の半凝固金属成形体を取り出すことを示す説明図
である。
造するまでのプロセスの説明図、図２は、下型凹部の半
凝固金属を上型が下降して圧縮して成形することを示す
説明図、図３は、半凝固金属の型締め速度と変形率との
関係を示す説明図、図４は、半凝固金属を加圧方向と異
なる方向にスライド機構を有する鋳抜きピンにより、加
圧または穴あけを行なうことを示す説明図、図５は、上
型と下型の合わせ面および下型凹部のメタル集積部に半
凝固金属の余剰メタルを集めることを示す説明図、図６
は、下型に対して摺動可能な治具により局部加圧をし、
成形後の半凝固金属成形体を取り出すことを示す説明図
である。
【００１６】まず、図１の（１）、（２）、（３）、お
よび、（４）に基づいて、半凝固金属を製造する時の概
要を説明する。図において、１はラドル、２は金属容器
（保持容器）、３は溶湯、４は断熱材、５はエアー、６
は半凝固金属、６Ｂは高周波誘導コイルである。工程
（１）において、融点直上の溶湯３を金属容器２に注い
で、多数の結晶核を溶湯内に発生させ、工程(２)におい
て、溶湯温度を下げながら結晶核を起点にして球状結晶
を成長させ、目標の固相率を有する半凝固金属６を製造
する。
よび、（４）に基づいて、半凝固金属を製造する時の概
要を説明する。図において、１はラドル、２は金属容器
（保持容器）、３は溶湯、４は断熱材、５はエアー、６
は半凝固金属、６Ｂは高周波誘導コイルである。工程
（１）において、融点直上の溶湯３を金属容器２に注い
で、多数の結晶核を溶湯内に発生させ、工程(２)におい
て、溶湯温度を下げながら結晶核を起点にして球状結晶
を成長させ、目標の固相率を有する半凝固金属６を製造
する。
【００１７】この間、温度が低下しやすい上部および下
部の溶湯を断熱材４により保温し、断熱材４で覆われて
いない部分をエアー５で冷却して、容器内の半凝固金属
６の温度を均一にする。工程（３）においては、高周波
誘導コイル６Ｂで半凝固金属６を加熱して、更に半凝固
金属の温度を均一化し、半凝固金属を容器から排出しや
すいようにする。そして、工程（４）において、半凝固
金属を排出する。
部の溶湯を断熱材４により保温し、断熱材４で覆われて
いない部分をエアー５で冷却して、容器内の半凝固金属
６の温度を均一にする。工程（３）においては、高周波
誘導コイル６Ｂで半凝固金属６を加熱して、更に半凝固
金属の温度を均一化し、半凝固金属を容器から排出しや
すいようにする。そして、工程（４）において、半凝固
金属を排出する。
【００１８】半凝固金属の固相率は３０〜９９．９％と
する。固相率が３０％未満であると、軟いために、成形
に際して型の外にメタルが飛散したり、半凝固金属に引
け巣が発生しやすく、一方、固相率が９９．９％を越え
ると、固体状態になり、成形が難しくなって、半凝固金
属成形体の外観が良くないので、半凝固金属の固相率
は、３０〜９９．９％とする。
する。固相率が３０％未満であると、軟いために、成形
に際して型の外にメタルが飛散したり、半凝固金属に引
け巣が発生しやすく、一方、固相率が９９．９％を越え
ると、固体状態になり、成形が難しくなって、半凝固金
属成形体の外観が良くないので、半凝固金属の固相率
は、３０〜９９．９％とする。
【００１９】次に、図２の（１）、（２）、および、
（３）に基づいて、半凝固金属成形体を製造する時の概
要を説明する。図において、７は上型、８は下型、９は
半凝固金属成形体である。工程（１）では、図１に示す
製法で得た半凝固金属６を、凹部を有する下型に反転し
て載置し、工程（２）では、上型を下型へ接近させて半
凝固金属６を静かに変形させ、工程（３）では、上型と
下型で構成される空間部に半凝固金属を完全に充填し、
最終形状の半凝固金属成形体９を成形する。即ち、工程
（２）においては、半凝固金属６を静かに圧縮変形して
基本形状を整え、工程（３）において、最終形状の製品
に成形する。
（３）に基づいて、半凝固金属成形体を製造する時の概
要を説明する。図において、７は上型、８は下型、９は
半凝固金属成形体である。工程（１）では、図１に示す
製法で得た半凝固金属６を、凹部を有する下型に反転し
て載置し、工程（２）では、上型を下型へ接近させて半
凝固金属６を静かに変形させ、工程（３）では、上型と
下型で構成される空間部に半凝固金属を完全に充填し、
最終形状の半凝固金属成形体９を成形する。即ち、工程
（２）においては、半凝固金属６を静かに圧縮変形して
基本形状を整え、工程（３）において、最終形状の製品
に成形する。
【００２０】上型を下型へ接近させて半凝固金属を圧縮
変形する際、圧縮変形中は、型締め速度を０．０１〜
１．０ｍ／ｓとする。型締め速度が０．０１ｍ／ｓ未満
であると、半凝固金属を適確に圧縮変形することが難し
くなるとともに、半凝固金属成形体の凝固組織に成分偏
析が生じ、表面性状や特性の不均一の原因となるので、
型締め速度の下限を０．０１ｍ／ｓとする。一方、型締
め速度が１．０ｍ／ｓを越えると、圧縮変形が速すぎ
て、半凝固金属が上型と下型の隙間から飛散することが
あるので、型締め速度の上限を１．０ｍ／ｓとする。型
締め速度は、０．０１〜１．０ｍ／ｓの範囲内で適宜選
択できるが、好ましくは、０．０１〜０．６ｍ／ｓ、よ
り好ましくは、０．０２〜０．２ｍ／ｓである。また、
型締め速度は、半凝固金属の圧縮変形途中においても、
０．０１〜１．０ｍ／ｓの範囲内で適宜選択して変える
ことができる。
変形する際、圧縮変形中は、型締め速度を０．０１〜
１．０ｍ／ｓとする。型締め速度が０．０１ｍ／ｓ未満
であると、半凝固金属を適確に圧縮変形することが難し
くなるとともに、半凝固金属成形体の凝固組織に成分偏
析が生じ、表面性状や特性の不均一の原因となるので、
型締め速度の下限を０．０１ｍ／ｓとする。一方、型締
め速度が１．０ｍ／ｓを越えると、圧縮変形が速すぎ
て、半凝固金属が上型と下型の隙間から飛散することが
あるので、型締め速度の上限を１．０ｍ／ｓとする。型
締め速度は、０．０１〜１．０ｍ／ｓの範囲内で適宜選
択できるが、好ましくは、０．０１〜０．６ｍ／ｓ、よ
り好ましくは、０．０２〜０．２ｍ／ｓである。また、
型締め速度は、半凝固金属の圧縮変形途中においても、
０．０１〜１．０ｍ／ｓの範囲内で適宜選択して変える
ことができる。
【００２１】第１工程として、変形率が最大５０％未満
までは０．５ｍ／ｓ未満の型締め速度で半凝固金属を圧
縮変形させて基本形状を設定し、次いで、第２工程とし
て、該変形率以上では該型締め速度以上で圧縮変形させ
て最終製品形状を形成することができる。変形率５０％
を境にして、型締め速度を変える理由は、変形率が５０
％未満までの範囲では基本形状を整え易いからである。
変形率が５０％を越えるまで、基本形状の設定を行なう
と、圧縮変形中、溶融金属が滲み出したり、半凝固金属
成形体が硬くなりすぎたりする。
までは０．５ｍ／ｓ未満の型締め速度で半凝固金属を圧
縮変形させて基本形状を設定し、次いで、第２工程とし
て、該変形率以上では該型締め速度以上で圧縮変形させ
て最終製品形状を形成することができる。変形率５０％
を境にして、型締め速度を変える理由は、変形率が５０
％未満までの範囲では基本形状を整え易いからである。
変形率が５０％を越えるまで、基本形状の設定を行なう
と、圧縮変形中、溶融金属が滲み出したり、半凝固金属
成形体が硬くなりすぎたりする。
【００２２】また、半凝固金属の圧縮変形中、第１工程
の終了後１０秒未満保持して、一旦、型締め速度を０．
０１ｍ／ｓ未満とし、引き続き第２工程を行なってもよ
い。具体的には、工程（２）と工程（３）の間におい
て、一旦、型締め速度（変形速度）を０．０１ｍ／ｓ未
満にして製品の固相率を低下させて、収縮巣の発生を抑
えるようにし、工程（３）における加工において、塑性
加工を含む鍛造効果を一部期待する方法を採用すること
もできる。なお、半凝固金属の圧縮変形中、成形体の内
部品質向上のために振動することもできる。
の終了後１０秒未満保持して、一旦、型締め速度を０．
０１ｍ／ｓ未満とし、引き続き第２工程を行なってもよ
い。具体的には、工程（２）と工程（３）の間におい
て、一旦、型締め速度（変形速度）を０．０１ｍ／ｓ未
満にして製品の固相率を低下させて、収縮巣の発生を抑
えるようにし、工程（３）における加工において、塑性
加工を含む鍛造効果を一部期待する方法を採用すること
もできる。なお、半凝固金属の圧縮変形中、成形体の内
部品質向上のために振動することもできる。
【００２３】図３に、半凝固金属の型締め速度と変形率
の関係の一例を示す。タイプ（イ）の場合、第１工程に
おいては型締め速度が０．４５ｍ／ｓの等速で変形率５
０％近くまで変形させ、その後、型締め速度を０．９５
ｍ／ｓまで上げて、変形率が９０％になるまで成形して
いる。タイプ（ロ）場合、第１工程においては、型締め
速度が０．０５ｍ／ｓの等速で変形率３０％近くになる
まで変形させ、その後、型締め速度を０．４５ｍ／ｓま
で上げて、変形率が８０％になるまで成形している。
の関係の一例を示す。タイプ（イ）の場合、第１工程に
おいては型締め速度が０．４５ｍ／ｓの等速で変形率５
０％近くまで変形させ、その後、型締め速度を０．９５
ｍ／ｓまで上げて、変形率が９０％になるまで成形して
いる。タイプ（ロ）場合、第１工程においては、型締め
速度が０．０５ｍ／ｓの等速で変形率３０％近くになる
まで変形させ、その後、型締め速度を０．４５ｍ／ｓま
で上げて、変形率が８０％になるまで成形している。
【００２４】実際の成形においては、それぞれの工程の
中で、図３に示すような変形率に対して一定の型締め速
度とは異なるパターンも選択できる。なお、変形率
（％）とは、半凝固金属の初期高さＨ０から変形後の高
さＨ１を差し引いたものを、初期高さＨ０で割った値を
意味している。即ち、下記式で計算される値である。 変形率（％）＝１００×（Ｈ０−Ｈ１）÷Ｈ０
中で、図３に示すような変形率に対して一定の型締め速
度とは異なるパターンも選択できる。なお、変形率
（％）とは、半凝固金属の初期高さＨ０から変形後の高
さＨ１を差し引いたものを、初期高さＨ０で割った値を
意味している。即ち、下記式で計算される値である。 変形率（％）＝１００×（Ｈ０−Ｈ１）÷Ｈ０
【００２５】図４は、半凝固金属の加圧方向と異なる横
方向にスライド機構を有する鋳抜きピンにより、半凝固
金属に対し加圧したりまたは穴あけを行なうことを示す
説明図である。図において、６は半凝固金属、８は下
型、１０は鋳抜きピン、１１はスライド機構を有する鋳
抜きピンである。半凝固金属６を圧縮変形している過
程、または、半凝固金属を圧縮変形した後において、ス
ライド機構付きのピンを移動させることにより、半凝固
金属に対して加圧または穴あけを行ない、半凝固金属成
形体を成形する。
方向にスライド機構を有する鋳抜きピンにより、半凝固
金属に対し加圧したりまたは穴あけを行なうことを示す
説明図である。図において、６は半凝固金属、８は下
型、１０は鋳抜きピン、１１はスライド機構を有する鋳
抜きピンである。半凝固金属６を圧縮変形している過
程、または、半凝固金属を圧縮変形した後において、ス
ライド機構付きのピンを移動させることにより、半凝固
金属に対して加圧または穴あけを行ない、半凝固金属成
形体を成形する。
【００２６】図５は、上型と下型の合わせ面および下型
凹部のメタル集積部に半凝固金属６の余剰メタル６Ａを
集めることを示す説明図である。図において、７は上
型、８は下型、８Ａは下型凹部、９は半凝固金属成形
体、１２は型合わせ面の半凝固金属集積部外、１３は型
合わせ面の半凝固金属集積部内、１４は下型凹部８Ａの
半凝固金属集積部である。上型７の下型８への接近に伴
い半凝固金属６は圧縮変形されるが、それに伴い、下型
凹部８Ａに載置した半凝固金属６の余剰メタル６Ａを半
凝固金属集積部１４に集め、また、上型７と下型８の合
わせ面における余剰メタル６Ａを半凝固金属集積外１２
と半凝固金属集積内１３に集める。
凹部のメタル集積部に半凝固金属６の余剰メタル６Ａを
集めることを示す説明図である。図において、７は上
型、８は下型、８Ａは下型凹部、９は半凝固金属成形
体、１２は型合わせ面の半凝固金属集積部外、１３は型
合わせ面の半凝固金属集積部内、１４は下型凹部８Ａの
半凝固金属集積部である。上型７の下型８への接近に伴
い半凝固金属６は圧縮変形されるが、それに伴い、下型
凹部８Ａに載置した半凝固金属６の余剰メタル６Ａを半
凝固金属集積部１４に集め、また、上型７と下型８の合
わせ面における余剰メタル６Ａを半凝固金属集積外１２
と半凝固金属集積内１３に集める。
【００２７】図６は、下型に対して摺動可能な治具によ
り局部加圧をし、また、成形後の半凝固金属成形体９を
取り出すことを示す図である。図において、７は上型、
８は下型、１５は突き出し治具である。上型７と下型８
で構成される空間部に、図２に示す工程を経て製造され
た半凝固金属成形体９を、突き出し治具１５を用いて加
圧し、必要に応じて、上型７の上昇による型開き後、突
き出し治具１５を用いて、半凝固金属成形体９を上へ突
き出す。
り局部加圧をし、また、成形後の半凝固金属成形体９を
取り出すことを示す図である。図において、７は上型、
８は下型、１５は突き出し治具である。上型７と下型８
で構成される空間部に、図２に示す工程を経て製造され
た半凝固金属成形体９を、突き出し治具１５を用いて加
圧し、必要に応じて、上型７の上昇による型開き後、突
き出し治具１５を用いて、半凝固金属成形体９を上へ突
き出す。
【００２８】
【実施例】（実施例）以下、図面および表１に基づい
て、本発明の実施例について詳細に説明する。下型８に
載置した半凝固金属６を加圧した場合、下型８に接触し
て半凝固金属６の温度が低下して凝固層が発生し、該凝
固層が製品の内部に混在したり、また、金属容器２の中
で生成し半凝固金属６の上部に集積した酸化物が、同様
に、製品の内部に混在したりして、品質上問題になるこ
とがある。また、半凝固金属６の圧縮変形に際しては、
製品重量以上の余剰メタルを、型外に飛散させないよう
に型内の所定の場所に集める必要がある。また、上記圧
縮変形に際し、加圧成形条件が不適切な場合、成形した
製品中に成分偏析が発生したり、成形過程で半凝固金属
６が飛散したりすることがある。本実施例においては、
これらのことを評価した。半凝固金属成形体の成形条件
と品質（評価結果）を表１に示す。
て、本発明の実施例について詳細に説明する。下型８に
載置した半凝固金属６を加圧した場合、下型８に接触し
て半凝固金属６の温度が低下して凝固層が発生し、該凝
固層が製品の内部に混在したり、また、金属容器２の中
で生成し半凝固金属６の上部に集積した酸化物が、同様
に、製品の内部に混在したりして、品質上問題になるこ
とがある。また、半凝固金属６の圧縮変形に際しては、
製品重量以上の余剰メタルを、型外に飛散させないよう
に型内の所定の場所に集める必要がある。また、上記圧
縮変形に際し、加圧成形条件が不適切な場合、成形した
製品中に成分偏析が発生したり、成形過程で半凝固金属
６が飛散したりすることがある。本実施例においては、
これらのことを評価した。半凝固金属成形体の成形条件
と品質（評価結果）を表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】用いた合金はＡＣ４ＣＨ合金である。合金
組成はＡｌ−７％、Ｓｉ−０．３５％、Ｍｇ−０．１５
Ｔｉである。半凝固金属６は、図１に示す製法で製造し
た。金型は２００℃に加熱し、黒鉛系の水溶性離型剤を
塗布して、試験に用いた。型締め力３１５ｔのマシンを
使用し、約１．０ｋｇの半凝固金属を圧縮変形した。
組成はＡｌ−７％、Ｓｉ−０．３５％、Ｍｇ−０．１５
Ｔｉである。半凝固金属６は、図１に示す製法で製造し
た。金型は２００℃に加熱し、黒鉛系の水溶性離型剤を
塗布して、試験に用いた。型締め力３１５ｔのマシンを
使用し、約１．０ｋｇの半凝固金属を圧縮変形した。
【００３１】なお、半凝固金属の製造方法は、図１に示
す方法に限定されるものではなく、種々の方法を適用で
きる。図１に示す方法は、半凝固金属を、治具を使用せ
ずに、直接得る方法であって、液相線温度に対して過熱
度を５０℃未満に保持された結晶微細化剤を含むアルミ
ニウム合金溶湯、または、マグネシウム合金溶湯を冷却
治具を使用することなく、直接、金属容器２に注湯し、
溶湯内に結晶核を発生させ、該結晶核を成長させて、所
定の液相率を示す成形温度まで冷却しつつ３０秒〜３０
分間保持することにより、球状結晶を有する半凝固金属
を得ることを特徴としている。
す方法に限定されるものではなく、種々の方法を適用で
きる。図１に示す方法は、半凝固金属を、治具を使用せ
ずに、直接得る方法であって、液相線温度に対して過熱
度を５０℃未満に保持された結晶微細化剤を含むアルミ
ニウム合金溶湯、または、マグネシウム合金溶湯を冷却
治具を使用することなく、直接、金属容器２に注湯し、
溶湯内に結晶核を発生させ、該結晶核を成長させて、所
定の液相率を示す成形温度まで冷却しつつ３０秒〜３０
分間保持することにより、球状結晶を有する半凝固金属
を得ることを特徴としている。
【００３２】半凝固金属６を金属容器２より反転して排
出した後、下型８内に載置する。なお、半凝固金属６
は、ＡＣ４ＣＨ合金に限定されるものでなく、半凝固金
属６あるいは半溶融金属として準備できる金属または合
金は、すべて本発明に適用できる。
出した後、下型８内に載置する。なお、半凝固金属６
は、ＡＣ４ＣＨ合金に限定されるものでなく、半凝固金
属６あるいは半溶融金属として準備できる金属または合
金は、すべて本発明に適用できる。
【００３３】また、本発明においては、冷却板に溶湯を
接触させて、あるいは、冷却振動棒を、注湯する溶湯あ
るいは注湯後も継続して溶湯中に浸漬して、上記方法と
同様に、保持容器内で冷却保持する方法も適用できる。
さらに、一旦固化したビレットを加熱して製造した半溶
融金属も本発明に適用できる。
接触させて、あるいは、冷却振動棒を、注湯する溶湯あ
るいは注湯後も継続して溶湯中に浸漬して、上記方法と
同様に、保持容器内で冷却保持する方法も適用できる。
さらに、一旦固化したビレットを加熱して製造した半溶
融金属も本発明に適用できる。
【００３４】比較例１０では、下型８に凹部がないた
め、半凝固金属６を載置して加圧した場合、下型８に接
触して温度が低下し、発生した凝固層が半凝固金属成形
体９の内部に混入するとともに、金属容器２内で生成し
た半凝固金属６の酸化物を固定できないために、該酸化
物が、同様に、金属成形体６の内部に混入して、品質上
問題があった。
め、半凝固金属６を載置して加圧した場合、下型８に接
触して温度が低下し、発生した凝固層が半凝固金属成形
体９の内部に混入するとともに、金属容器２内で生成し
た半凝固金属６の酸化物を固定できないために、該酸化
物が、同様に、金属成形体６の内部に混入して、品質上
問題があった。
【００３５】比較例１１では、第１工程における型締め
速度が遅いために、圧縮変形中にＳｉが濃縮されて成分
偏析が発生し、また、変形速度が遅いために、圧縮成形
の途中で、固相率が高まり成形し難くなり、収縮巣が発
生した。比較例１２では、第２工程における型締め速度
が速いために、メタル集積部を設けていても、型外にメ
タルが飛散した。
速度が遅いために、圧縮変形中にＳｉが濃縮されて成分
偏析が発生し、また、変形速度が遅いために、圧縮成形
の途中で、固相率が高まり成形し難くなり、収縮巣が発
生した。比較例１２では、第２工程における型締め速度
が速いために、メタル集積部を設けていても、型外にメ
タルが飛散した。
【００３６】比較例１３では、第１工程における型締め
速度が速いために、メタル集積部を設けていても、型外
にメタルが飛散した。比較例１４では、固相率が低いた
めに、メタル集積部を設けていても、型外にメタルが飛
散した。また、収縮巣が発生しやすく、成分偏析も発生
した。比較例１５では、固体であるために、成形が容易
でなく外観が悪化した。また、成形体中に収縮巣が発生
した。比較例１６では、第１工程の後の変形停止時間が
長すぎるために、半凝固金属成形体の表面が固化して成
形が容易でなくなり、外観が悪化した。
速度が速いために、メタル集積部を設けていても、型外
にメタルが飛散した。比較例１４では、固相率が低いた
めに、メタル集積部を設けていても、型外にメタルが飛
散した。また、収縮巣が発生しやすく、成分偏析も発生
した。比較例１５では、固体であるために、成形が容易
でなく外観が悪化した。また、成形体中に収縮巣が発生
した。比較例１６では、第１工程の後の変形停止時間が
長すぎるために、半凝固金属成形体の表面が固化して成
形が容易でなくなり、外観が悪化した。
【００３７】一方、実施例１〜９では、半凝固金属成形
体の内部組織に成分偏析は認められないし、また、凝固
層、酸化物の混入も非常に少ない。また、加圧効果も十
分に高いために、収縮巣もほとんど認められない。特
に、加圧ピン、スライドピンを用いたものについては、
さらに、収縮巣は観察されなかった。また、メタル集積
部を設けたものについては、第２工程の型締め速度が速
くても、型外へのメタルの飛散はなかった。
体の内部組織に成分偏析は認められないし、また、凝固
層、酸化物の混入も非常に少ない。また、加圧効果も十
分に高いために、収縮巣もほとんど認められない。特
に、加圧ピン、スライドピンを用いたものについては、
さらに、収縮巣は観察されなかった。また、メタル集積
部を設けたものについては、第２工程の型締め速度が速
くても、型外へのメタルの飛散はなかった。
【００３８】
【発明の効果】以上、説明したことから明らかなよう
に、本発明の半凝固金属成形体の成形方法においては、
（１）保持容器にて保持冷却した固相率３０〜９９．９
％の半凝固金属を、凹部を有する下型に反転して載置
し、上型の下型への接近に伴い半凝固金属を圧縮変形さ
せて上型と下型で構成される空間部に充填するに際し、
半凝固金属を圧縮変形中は、型締め速度を０．０１〜
１．０ｍ／ｓとすること、また、（２）型締め力により
半凝固金属を圧縮変形する過程において、必要に応じ、
変形率が最大５０％未満までは０．５ｍ／ｓ未満の型締
め速度で圧縮変形させて基本形状を設定する第１工程
と、該変形率以上では該変形速度以上で変形させて最終
製品形状を形成する第２工程を組み合わること、さら
に、（３）型締め力により半凝固金属を圧縮成形するに
際し、上型と下型の合わせ面に半凝固金属成形体を取り
囲む１個所以上のメタル集積部および下型凹部とそれに
対面する上型の凹部で構成されるメタル集積部に半凝固
金属の余剰メタルを集めることにより、製品内部に成分
偏析、凝固層、酸化物層の混入がなく、かつ、収縮巣が
ない高品質の半凝固金属成形体を得ることができる。
に、本発明の半凝固金属成形体の成形方法においては、
（１）保持容器にて保持冷却した固相率３０〜９９．９
％の半凝固金属を、凹部を有する下型に反転して載置
し、上型の下型への接近に伴い半凝固金属を圧縮変形さ
せて上型と下型で構成される空間部に充填するに際し、
半凝固金属を圧縮変形中は、型締め速度を０．０１〜
１．０ｍ／ｓとすること、また、（２）型締め力により
半凝固金属を圧縮変形する過程において、必要に応じ、
変形率が最大５０％未満までは０．５ｍ／ｓ未満の型締
め速度で圧縮変形させて基本形状を設定する第１工程
と、該変形率以上では該変形速度以上で変形させて最終
製品形状を形成する第２工程を組み合わること、さら
に、（３）型締め力により半凝固金属を圧縮成形するに
際し、上型と下型の合わせ面に半凝固金属成形体を取り
囲む１個所以上のメタル集積部および下型凹部とそれに
対面する上型の凹部で構成されるメタル集積部に半凝固
金属の余剰メタルを集めることにより、製品内部に成分
偏析、凝固層、酸化物層の混入がなく、かつ、収縮巣が
ない高品質の半凝固金属成形体を得ることができる。
【図１】溶湯から直接半凝固金属を製造するまでのプロ
セスを示す説明図である。
セスを示す説明図である。
【図２】下型凹部の半凝固金属を上型が下降して圧縮し
て成形することを示す説明図である。
て成形することを示す説明図である。
【図３】半凝固金属の型締め速度と変形率との関係を示
す説明図である。
す説明図である。
【図４】半凝固金属を加圧方向と異なる方向にスライド
機構を有する鋳抜きピンにより、加圧または穴あけを行
なうことを示す説明図である。
機構を有する鋳抜きピンにより、加圧または穴あけを行
なうことを示す説明図である。
【図５】上型と下型の合わせ面および下型凹部のメタル
集積部に半凝固金属の余剰メタルを集めることを示す説
明図である。
集積部に半凝固金属の余剰メタルを集めることを示す説
明図である。
【図６】下型に対して摺動可能な治具により局部加圧を
し、成形後の半凝固金属成形体を取り出すことを示す説
明図である。
し、成形後の半凝固金属成形体を取り出すことを示す説
明図である。
１…ラドル
２…金属容器
３…溶湯
４…断熱材
５…エアー
６…半凝固金属
６Ａ…余剰メタル
６Ｂ…高周波誘導コイル
７…上型
８…下型
８Ａ…下型凹部
９…半凝固金属成形体
１０…鋳抜きピン
１１…スライド機構を有する鋳抜きピン
１２…半凝固金属集積部外
１３…半凝固金属集積部内
１４…下型凹部８Ａの半凝固金属集積部
１５…突き出し治具
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｂ２２Ｄ 18/02 Ｂ２２Ｄ 18/02 Ｒ
Ｗ
(72)発明者 伊藤 道寛
三重県亀山市和田町1012 柳河精機株式会
社亀山工場内
(72)発明者 原野 英信
三重県亀山市和田町1012 柳河精機株式会
社亀山工場内
(72)発明者 比嘉 正一
三重県亀山市和田町1012 柳河精機株式会
社亀山工場内
(72)発明者 岡田 光弘
三重県亀山市和田町1012 柳河精機株式会
社亀山工場内
(72)発明者 安達 充
山口県宇部市大字小串沖の山1980番地 宇
部興産機械株式会社宇部機械製作所内
(72)発明者 佐藤 智
山口県宇部市大字小串沖の山1980番地 宇
部興産機械株式会社宇部機械製作所内
Ｆターム(参考） 4E093 NA01 NA10 NB01 NB07
Claims (8)
- 【請求項１】 保持容器にて保持冷却した固相率３０〜
９９．９％の半凝固金属を、凹部を有する下型に反転し
て載置し、上型の下型への接近に伴い圧縮変形させて上
型と下型で構成される空間部に充填するに際し、半凝固
金属を圧縮変形中は、型締め速度を０．０１〜１．０ｍ
／ｓとすることを特徴とする半凝固金属成形体の成形方
法。 - 【請求項２】 型締めにより半凝固金属を圧縮変形する
過程において、変形率が最大５０％未満までは０．５ｍ
／ｓ未満の型締め速度で半凝固金属を圧縮変形させて基
本形状を設定する第１工程と、該変形率以上では該型締
め速度以上で半凝固金属を圧縮変形させて最終製品形状
を形成する第２工程を行なうことを特徴とする請求項１
記載の半凝固金属成形体の成形方法。 - 【請求項３】 型締め力により半凝固金属を圧縮変形す
る過程において、前記第１工程の終了後１０秒未満保持
して、一旦、型締め速度を０．０１ｍ／ｓ未満とし、引
き続き前記第２工程を行なうことを特徴とする請求項２
に記載の半凝固金属成形体の成形方法。 - 【請求項４】 型締め力により半凝固金属を圧縮変形す
る過程または圧縮変形した後において、加圧方向と異な
る方向にスライド機構を有する鋳抜きピンにより、半凝
固金属に対し、加圧または穴あけを行なうことを特徴と
する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半凝固金
属成形体の成形方法。 - 【請求項５】 型締め力により半凝固金属を圧縮変形
し、型が閉じた段階で、上型に対して摺動可能な加圧ピ
ンにより、半凝固金属を加圧することを特徴とする請求
項１ないし４のいずれか１項に記載の半凝固金属成形体
の成形方法。 - 【請求項６】 型締め力により前記半凝固金属を圧縮変
形するに際し、上型と下型の合わせ面に半凝固金属成形
体を取り囲む１個所以上のメタル集積部および下型凹部
とそれに対面する上型の凹部から構成されるメタル集積
部に、半凝固金属の余剰メタルを集めることを特徴とす
る請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半凝固金属
成形体の成形方法。 - 【請求項７】 型締め力により半凝固金属を圧縮成形す
るに際し、上、下の型が閉じた段階で、下型中央部に接
触する半凝固金属成形体を、下型に対して摺動可能な突
き出しシリンダーに連結する治具により加圧し、必要に
応じて、型開き後は、該治具を用いて製品を取り出すこ
とを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載
の半凝固金属成形体の成形方法。 - 【請求項８】 半凝固金属を載置できる大きさの凹部を
有する下型と上型で構成される空間部に該半凝固金属を
充填して鋳物成品を成形する金型であって、型合わせ面
に、半凝固金属成形体を取り囲む１個所以上の半凝固金
属余剰メタルの集積部を設けるとともに、下型凹部とそ
れに対面する上型の凹部で構成される部位に、半凝固金
属余剰メタルの集積部を設け、必要に応じ、加圧方向と
異なる方向にスライド機構を有する鋳抜きピンを設け、
また、必要に応じ、上型に対して摺動可能で、局部加圧
が可能な治具、および／または、下型に対して摺動可能
で、局部加圧または成形体の取り出しが可能な治具を設
けたことを特徴とする半凝固金属成形体の成形金型。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001336834A JP3635258B2 (ja) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | 半凝固アルミニウム成形体の成形方法と成形金型 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001336834A JP3635258B2 (ja) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | 半凝固アルミニウム成形体の成形方法と成形金型 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003136223A true JP2003136223A (ja) | 2003-05-14 |
| JP3635258B2 JP3635258B2 (ja) | 2005-04-06 |
Family
ID=19151590
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001336834A Expired - Fee Related JP3635258B2 (ja) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | 半凝固アルミニウム成形体の成形方法と成形金型 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3635258B2 (ja) |
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| JP2008132512A (ja) * | 2006-11-28 | 2008-06-12 | Sintokogio Ltd | 鋳物製品の鋳造方法および該方法に用いられる下鋳型収納機構、ならびに鋳造用プレス装置 |
| JP2009235498A (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Tama Tlo Ltd | 窒化アルミニウムとアルミニウムの塊状混合物の製造方法 |
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| CN105855797A (zh) * | 2015-01-21 | 2016-08-17 | 辽宁美托科技有限公司 | 异型件整体成型技术 |
| DE102016110679A1 (de) | 2015-06-12 | 2016-12-15 | Aida Engineering, Ltd. | Verfahren und Gerät zur Herstellung eines halbfesten Metallmaterials |
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-
2001
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| TWI665035B (zh) * | 2013-10-09 | 2019-07-11 | 國立大學法人東北大學 | 半凝固鑄鍛造裝置及方法以及鑄鍛造品 |
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