JP2003164957A - 鋳造用金型の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金型温度を温度センサーで検知せずとも簡
便且つ適正に金型を冷却して金型温度を制御することが
可能な鋳造用金型の冷却方法を提供すること。 【解決手段】 金型１に穿設された冷却穴２,２’内に
冷却水を流通させることにより金型を冷却するようにし
た鋳造用金型の冷却方法において、冷却穴２,２’に高
圧冷却水の通水を行ない、その後に低圧冷却水の通水を
開始するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイカスト鋳造や
樹脂成形等に用いられる金型の冷却方法に関し、更に詳
しくは、金型に穿設された冷却穴内に冷却水を流通させ
ることにより金型を冷却するようにした鋳造用金型の冷
却方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】健全な鋳造品を得るためには、金型キャ
ビティ内に供給された溶湯の熱を受けて高温になった金
型を鋳造品の形状等に応じて適正に冷却して金型温度を
常時適正に制御する必要があり、そのために従来からい
ろいろな金型温度の制御方法が提案されている。

【０００３】その中で、金型に穿設された多数の冷却穴
内に冷却水を流通させることにより金型温度を制御する
（冷却する）方法が一般的に行なわれている。金型の冷
却穴内に冷却水を流通させることにより金型を冷却し金
型温度を制御する場合、鋳造工程中ずっと冷却水を流通
させる常時通水が一般的であるが、常時通水冷却を行な
うと冷えすぎてしまう部位には冷却水を間欠的に通水す
る間欠通水が適用され、鋳造品のボリュームが大きくて
金型に与える熱量が多いため間欠通水では冷却が不十分
な部位には、冷却穴の内周面に生じる冷却水の蒸気膜を
打ち破る高圧の冷却水を間欠的に通水する高圧間欠通水
が適用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
金型の冷却方法では、冷却水の通水時間を調整すること
により金型の温度を制御するか、或いは金型温度を温度
センサーで検知して冷却水の流量を調整しながら金型温
度の制御を行なうため応答性が低く、実際問題として金
型の温度変化に追従しきれず、金型温度を適正に制御し
えてないのが現状である。特に、熱しやすく冷めやすい
部位や、金型の肉厚が厚い（熱容量が大きい）のに冷却
穴の径が細い部位、例えばエンジンブロックのウォータ
ジャケット部位のようにボリュームが大きくて金型に与
える熱量が多いにもかかわらず金型の奥行き方向に深く
板状になっていて板形状に沿って冷却穴を形成するのが
容易でないので板状の幅より細い冷却穴を数本しか形成
できないため結果として板状の長手方向に対する冷却穴
間の金型の厚さが厚くなってしまう部位や、湯口ゲート
に近い部位の中子ピンのように溶湯が通過する量が多い
ため金型に与える熱量が多く且つ射出された溶湯の圧力
を受けて大きな曲げ応力がかかるため結果的に囲りの肉
厚が厚い割りに冷却穴が細くなってしまうような部位等
では、金型温度の制御が非常に難しい。

【０００５】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
ものであり、金型温度を温度センサーで検知せずとも簡
便且つ適正に金型を冷却して金型温度を制御することが
可能な鋳造用金型の冷却方法を提供せんとするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の鋳造用金型の冷却方法は、金型に穿設された冷却
穴内に冷却水を流通させることにより金型を冷却するよ
うにした鋳造用金型の冷却方法において、例えば溶湯が
金型キャビティ内に進入し金型に熱を与える工程中に、
前記冷却穴内に、当該冷却穴の内周面に生じる冷却水の
蒸気膜を打ち破ることが可能な程度に高圧の高圧冷却水
の通水を行ない、その後に低圧冷却水の通水を開始する
ようにしたことを特徴としたものである。この時、金型
のキャビティ形状によって、低圧冷却水を流通させ続け
ると金型が冷えすぎるような場合には、冷却穴内に低圧
冷却水を流通させた後に、必要に応じて冷却穴内の冷却
水をエアパージする（冷却穴内に高圧のエアを吹き込ん
で内部の冷却水を冷却穴の外へ排除すること）ようにし
ても良い。上記高圧冷却水ならびに低圧冷却水の通水時
間は、金型のキャビティ形状に応じてそれぞれ任意に設
定される。

【０００７】

【作用】金型のキャビティ内に溶湯が供給充満される射
出工程中は、金型の温度が急激に且つ最も上昇するの
で、そのタイミングに合わせて金型に穿設された冷却穴
内に高圧冷却水の通水を開始することにより、冷却穴の
内周面に生じる冷却水の蒸気膜に邪魔されることなく高
圧の冷却水が冷却穴の内周面に接触するので金型が確実
に且つ迅速に冷却され、射出工程終了後は、新たな熱源
の供給がなくなりそのまま高圧冷却水を通水し続けると
金型が冷えすぎてしまうので、型開き工程や製品取出し
工程において金型温度が急激に下がるタイミングに合わ
せて低圧の冷却水の通水を開始することにより金型が適
正に冷却されるようになる。また、低圧冷却水を通水し
続けると金型が冷えすぎてしまうような場合には、冷却
穴内に低圧冷却水を流通させた後に冷却穴内の冷却水を
エアパージすることにより、金型の冷却が停止される。
また、金型キャビティ内に溶湯が供給充満される速度の
速い超高速射出（射出スピードは、３〜１０ｍ/sec）を
行うダイカストマシンでは、射出工程中より前のタイミ
ングから冷却をスタートさせ金型の温度が急激に且つ最
も上昇するタイミングに冷却穴内に高圧水を通水させる
ことにより、金型が冷却されるようになる。また、低圧
鋳造法などに見られる溶湯を層流でもって金型キャビテ
ィ内に充填する方法（射出スピードは、１ｍ/sec以下）
では、射出工程中に高圧水の通水を開始すると、金型に
穿設した冷却穴周辺部の凝固が早すぎて、鋳造製品に湯
廻り不良が出るため、金型キャビティ内に溶湯が充填完
了した後に通水を開始することにより、金型が適正に冷
却されるようになる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る鋳造用金型の
冷却方法について詳細に説明する。本発明に係る鋳造用
金型の冷却方法は、基本的には従来と同様に、金型に穿
設された冷却穴内に冷却水を流通させることにより金型
を冷却するものであり、特に、溶湯が金型キャビティ内
に進入し金型に熱を与える工程中など金型の温度が急激
に上昇するタイミング時に、上記冷却穴内に高圧冷却水
の通水を行ない、所定時間経過後（例えば射出工程終了
後）に、低圧冷却水の通水を開始するようにしたことを
特徴とする。

【０００９】本発明で高圧冷却水とは、金型に穿設され
た冷却穴の内周面に生じる冷却水の蒸気膜を打ち破るこ
とが可能な圧力を有する冷却水をいう。すなわち、金型
のキャビティ内に溶湯が供給され金型が高温になってい
る状態の時（アルミダイカスト鋳造では、射出工程中に
およそ４００℃〜５００℃位になる。）に金型に穿設さ
れた冷却穴内に冷却水を通水すると、冷却穴の内周面で
冷却水が急激に蒸発して冷却穴の内周面に蒸気膜が形成
され、その蒸気膜に阻まれて冷却水が冷却穴の内周面に
直接接触することが出来なくなって冷却効果が低下して
しまうので、その蒸気膜を打ち破って冷却穴の内周面に
直接接触することが可能な圧力（冷却水として工業用水
を使用した場合、０．７ＭＰａ以上の圧力）を有する冷
却水を高圧冷却水という。ちなみに、通常の工場内の冷
却水（工業用水）の圧力は０．１〜０．５ＭＰａであ
り、本発明ではこれを低圧冷却水という。

【００１０】而して、金型の冷却穴内への高圧冷却水の
通水を、溶湯が金型キャビティ内に進入し熱を与える工
程中に開始するようにする。溶湯が金型キャビティ内に
進入し熱を与える工程とは、ダイカスト鋳造工程におい
て一般的に射出工程を意味するが、超高速射出を行う鋳
造方法や低圧鋳造等ではその限りでなく、超高速射出を
行う鋳造方法は、射出スピードが３〜１０ｍ/secと通常
のダイカスト鋳造法より速いため、金型キャビティ内に
溶湯が進入するタイミングよりも金型に穿設された冷却
穴内に高圧冷却水の到達が遅れるため、射出工程中より
前のタイミングから冷却をスタートさせ金型の温度が急
激に且つ最も上昇するタイミングに冷却穴内に高圧水を
通水させることが望ましい。また低圧鋳造では、射出ス
ピードが１ｍ/sec以下と遅く金型キャビティ内に溶湯が
層流充填されるため、射出工程中に高圧水の通水を開始
すると、金型に穿設した冷却穴周辺部の凝固が早すぎ
て、鋳造製品に湯周り不良が出るため、金型キャビティ
内に溶湯が充填完了した後に通水を開始することが望ま
しい。そして、高圧冷却水の通水を所定時間（ダイカス
ト鋳造では少なくとも射出工程中）続けて金型を冷却
し、射出工程終了後、型開き工程ないしは製品取出し工
程中において金型温度が急激に下がるタイミングに合わ
せて、金型の冷却穴内への低圧冷却水の通水を開始する
ようにする(図１参照)。尚、高圧冷却水ならびに低圧冷
却水の通水時間は、金型のキャビティ形状に応じてそれ
ぞれ任意に設定される。

【００１１】更に、低圧冷却水を通水し続けると金型が
冷えすぎてしまうような場合には、金型の冷却穴内に低
圧冷却水を流通させた後に冷却穴内の冷却水をエアパー
ジして、冷却水による金型の冷却を停止させる(図１参
照)。

【００１２】次に、本発明を具体的な金型の部位に基づ
いて説明する。図２(ａ)に示した実施例は、細い中子ピ
ンのように金型１に形成された冷却穴２の内径が細く且
つ冷却穴２の周囲の肉厚も薄い部位の冷却方法を説明す
るものである。このような部位であって鋳造品から受け
る熱量が多いと、金型の熱容量が少ないため金型キャビ
ティ内に溶湯が入ってくると高温になりやすく溶湯との
間で焼き付を生じやすいので、金型キャビティ内に溶湯
が入ってくるタイミングに合わせて冷却穴２の内部に高
圧冷却水を通水して、冷却穴２の内周面に蒸気膜が発生
しない状態で冷却を行う。また、射出工程終了後、型開
き工程ないしは製品取出し工程中において溶湯からの熱
の供給がなくなると、当該部位の金型温度が急激に下が
り冷却水を通水し続けると冷えすぎるので、当該部位の
金型温度が急激に下がるタイミングに合わせて、冷却穴
２の内部に高圧のエアを吹き込んで内部の冷却水を冷却
穴２の外へ排除するエアパージを行うことにより、冷却
を停止し冷えすぎを防ぐようにする。

【００１３】図２(ｂ)に示した実施例は、エンジンブロ
ックのウォータジャケット部位のように金型１が板状に
なっていて板形状に沿って冷却穴を形成するのが容易で
ないので板状の幅より細い冷却穴２,２’を数本しか形
成できないため結果として板状の長手方向に対する冷却
穴間の金型の厚さが厚くなってしまう部位の冷却方法を
説明するものである。このような部位において製品のボ
リュームがあって金型に与える熱量が多い場合では、肉
厚が薄い金型部分１’の熱容量が少ないため金型キャビ
ティ内に溶湯が入ってくると高温になりやすく溶湯との
間で焼き付を生じやすいので、図２(ａ)に示した実施例
と同様に、金型キャビティ内に溶湯が入ってくるタイミ
ングに合わせて冷却穴２,２’の内部に高圧冷却水を通
水して、冷却穴２,２’の内周面に蒸気膜が発生しない
状態で冷却を行う。そして、射出工程終了後、型開き工
程ないしは製品取出し工程中において溶湯からの熱の供
給がなくなると、冷却穴２と冷却穴２’との間など長手
方向に肉厚が厚くなってしまう金型部分１”から肉厚が
薄い金型部分１’へ熱が移動して再び肉厚が薄い金型部
分１’が高温となるので、肉厚くなる金型部分１”から
肉薄い金型部分１’に供給される熱を奪う程度の冷却を
行なうべく冷却穴２,２’の内部に低圧冷却水の通水を
開始する。更に、低圧冷却水の通水を続けると肉薄い金
型部分１’が冷えすぎる場合には、冷却穴２,２’の内
部に高圧のエアを吹き込んで内部の冷却水を冷却穴２,
２’の外へ排除するエアパージを行うことにより、冷却
を停止し冷えすぎを防ぐようにする。

【００１４】また、図２(ｃ)に示した実施例は、湯口ゲ
ートに近い部位の中子ピンのように溶湯が通過する量が
多いため金型に与える熱量が多く且つ射出された溶湯の
圧力を受けて大きな曲げ応力がかかるため結果的に囲り
の肉厚が厚い割りに冷却穴が細くなってしまうような部
位の冷却方法を説明するものである。このような部位で
は、結果的に肉厚が厚くなり熱容量が多いため溶湯が金
型キャビティ内に進入し熱を与える工程の初期段階から
冷却穴２の内部に高圧冷却水の通水を開始させて、冷却
穴２の内周面に蒸気膜が発生しない状態で冷却を行い、
射出工程終了後、型開き工程ないしは製品取出し工程中
において冷却穴２の内部に低圧冷却水の通水を開始し
て、当該部位の金型を冷却する。

【００１５】

【発明の効果】本発明は斯様に、金型に穿設された冷却
穴内に冷却水を流通させることにより金型を冷却するよ
うにした鋳造用金型の冷却方法において、上記冷却穴内
に高圧冷却水の通水を行ない、その後に低圧冷却水の通
水を開始するようにしたので、金型温度を温度センサー
で検知せずとも簡便且つ適正に金型を冷却して金型温度
を制御することが可能となる。

【００１６】また、特に請求項２に記載の冷却方法によ
れば、冷却穴内に低圧冷却水を流通させた後に冷却穴内
の冷却水をエアパージするようにしたので、低圧冷却水
を通水し続けると金型が冷えすぎてしまうような場合
に、金型温度が下がり過ぎることを防ぎ、より適正に金
型温度の制御を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る冷却パターンの一例を説明する
チャート図。

【図２】 本発明が適用される金型部位の模式図。

【符号の説明】

１：金型 １’：肉薄い金型部
分 １”：肉厚い金型部分 ２,２’：冷却穴

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金型に穿設された冷却穴内に冷却水を
   流通させることにより金型を冷却するようにした鋳造用
   金型の冷却方法において、前記冷却穴内に高圧冷却水の
   通水を行ない、その後に低圧冷却水の通水を開始するよ
   うにしたことを特徴とする鋳造用金型の冷却方法。
2. 【請求項２】 前記冷却穴内に低圧冷却水を流通させ
   た後に、必要に応じて前記冷却穴内の冷却水をエアパー
   ジするようにしたことを特徴とする請求項１記載の鋳造
   用金型の冷却方法。