JP2004058115A - 金型鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造でありながら、精密な温度制御あるいは保温制御が可能である金型鋳造装置を提供する。
【解決手段】湯道１３に設けた押湯部１９の形成面両側にそれぞれ、湯口１１側から堰２３側に延びるように、深さ１０ｍｍの温度調整用凹部２５、２７を形成し、この温度調整用凹部２５、２７の開口をそれぞれ、厚さ５ｍｍの閉塞プレート２９、３１を溶接により接合することで閉塞して、温度調整用凹部２５、２７と閉塞プレート２９、３１との間に、幅５ｍｍの空気室３３、３５を形成する。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、金型の鋳造空間内に注入された金属溶湯の冷却速度を制御できる金型鋳造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属溶湯の冷却速度を制御する金型鋳造装置としては、特開昭６２−６４４５１号公報に記載されたものが知られている。この金型鋳造装置は、金型の内部、すなわち肉厚部を冷却室、平温室及び保温室に区画し、これらの各室の２室以上を組み合わせて使用することにより金型に冷却速度の速い部分と遅い部分とを形成して、注入された金属溶湯の各部分の温度を適切に制御するものである。このような金型鋳造装置を用いることにより、装置を大型かつ複雑にすることなく、注入された金属溶湯の温度が低下するのを避けたい位置の金型の保温性を確保して鋳造製品の品質を向上させることが可能となる。また、金属溶湯の冷却速度を部分的に遅らせる金型鋳造装置としては、特開平７−１８５７３８号公報に記載されているような、下型に保温部としての空気層を備えているものや、特開平９−２７７０１５号公報に記載されているような、上金型の内筒と外筒との間に断熱機能を有する隙間を設けたものも提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような金型鋳造装置は、金属溶融に直接接触してこの金属溶湯の温度変化に最も密接な関係を有する金型の鋳造空間側面（内面）の局部的な温度特性を正確に設定するものではなく、金型の内面自体は全体的に、あるいは温度調整部分と比較して広い範囲又は長い範囲に亘って同材質で一体的に形成されているので、温度制御あるいは保温制御が大雑把とならざるを得ず、スポット的温度制御、すなわち所定の金型位置に正確に限定された局部的な温度制御あるいは保温制御を確保することが困難であって、精密な、あるいは良質の鋳造製品を得ることのできる態様の指向性凝固を達成できないおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は簡単な構造でありながら、精密な温度制御あるいは保温制御が可能である金型鋳造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明の金型鋳造装置は、金型の所要位置に温度調整部を設け、前記金型内に形成された鋳造空間に注入される金属溶湯を前記温度調整部で保温制御しながら冷却凝固させる金型鋳造装置であって、前記温度調整部は、前記鋳造空間に開口するように前記金型に設けられた温度調整用凹部の開口を、前記金型の内面を形成することとなる閉塞部材で閉塞して構成されているものである。本発明の金型鋳造装置はこのような構造の温度調整部（保温機能又は断熱機能を有する）のみを有するように、あるいは他の構造の、例えば金型の外面側から形成された温度調整部あるいは保温部をも有するように構成される。鋳造空間は例えば、製品鋳造空間（キャビティ）と湯道系（湯構造）とから構成される。本発明の温度調整部は多くの場合、金型を造型した後に鋳造方案にしたがって、あるいは鋳造方案の変更にしたがって形成される。形成方法は、温度調整位置あるいは保温位置の金型内面部分に適当な深さの温度調整用凹部あるいは保温用凹部を形成し、この温度調整用凹部を密封して閉塞するように金属製の閉塞部材（多くの場合、閉塞プレート）を金型内面に接合する。接合は例えば溶接によって行われるが、閉塞部材の熱は周囲の金型部分に逃げにくい。したがって、閉塞部材位置で金属溶湯は適切に保温され、冷却速度が遅くなる。閉塞部材には、例えば周囲の金型材よりも熱伝導率の小さい材質が用いられるが、周囲の金型材と同じ材質を用いてもよい。温度調整用凹部の大きさあるいは広さは適切に設定され、例えば温度調整すべき部分と正確に一致させる。鋳造方案の変更時に温度調整部を形成する場合にも、金型内面には外面側に取り付けられた金型支持部材などの加工阻害物がないので簡単に形成することができるし、内面に直接温度調整用凹部を形成するので形成位置が正確となる。閉塞部材の接合は、金属溶湯注入時の高温状態で確実な密封性を確保できれば、溶接以外の他の接合手段を用いてもよい。なお、本発明の金型鋳造装置は重力鋳造、加圧鋳造あるいは差圧鋳造などに用いられるものを対象としていて、特に特定の鋳造方法に用いられるものに限定されるものではない。
【０００６】
十分な保温機能又は適切な保温状態を確保するためには、温度調整部が、鋳造空間に開口するように金型に設けられた温度調整用凹部の開口を、金型の内面を形成することとなる閉塞部材で閉塞して空室を形成したものであることが好ましい。空室には断熱機能を有する気体が封入されるが、熱伝導率がきわめて小さく、したがって金型外面側への金属溶融からの熱伝達を有効に遮断する空気を封入して空室を空気室として構成すれば、効果的な保温制御を簡単な構造で達成することができる。温度調整部に空室を設ける場合には、例えば、閉塞部材に金型材より熱伝導率の大きな材質を用い、この閉塞部材を金型内面に要求される強度を備える範囲内でできるだけ薄く形成して、保温位置の金属溶融から閉塞部材、そして閉塞部材の周囲の金型部分を通って金型外面側に熱が大量に伝達されるのを防止できるように構成することも可能である。
【０００７】
温度調整部は湯道系の押湯形成部（押湯部）に構成されることが多く、通常は押湯をスポット的にあるいは所定部分のみ保温する。特に、折りやすくするために堰をかなり狭く又は小さく形成した場合には、この堰部分又は堰近傍部分に温度調整部を構成すると効果的である。押湯は温度調整部の保温機能により流動性を維持するので、流動性を確保するための大熱量を得るために押湯ボリュームを大きくする必要はなく、したがって製品歩留まりを向上させることができる。また、押湯ボリュームが小さければ押湯効果を喪失した後の押湯の凝固速度は速く、したがって早期の型開きによるサイクルタイムの短縮が可能となる。ところで、温度調整部を湯道系の堰まで延びるように形成すると、押湯の遅い初期冷却速度によって生じるざく巣が製品部分まで達してしまうおそれもあるので、このようなおそれのある場合には、温度調整部を堰直前で終了させ、温度調整部の先端位置と堰との間にざく巣成長部を構成するのが効果的である。
【０００８】
温度調整部は製品鋳造空間に形成されることも多く、通常は、冷却速度を遅らせる必要のある製品薄肉部をスポット的にあるいは所定部分のみ保温するが、全体的な指向性凝固を確保するために金属溶融の流路に沿って長く延びるように形成される場合がある。金属溶湯の流路は金型の各所に熱電対などの温度センサを配置して金属溶湯注入時の温度変化を計測することにより簡単に判明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１０】
図１はアルミニウム合金製品を鋳造するための本発明の金型鋳造装置であって、湯道系に温度調整部を構成したものの要部を示す図、図２は温度調整部の構造を示すための概略的な断面図である。
【００１１】
金型鋳造装置１は、昇降動可能な上型３、基台（図示せず）上に固定された下型５及び横方向（径方向）に移動可能な横型７を有し、この上型３、下型５及び横型７との間に鋳造空間であるアルミニウム合金製品キャビティ９を構成している。下型５、そして下型５と横型７との間には、キャビティ９に連なるように、鋳造空間である湯道系が形成されていて、アルミニウム合金溶湯（金属溶湯）はこの湯道系の湯口１１から供給されて湯道１３を通過し、キャビティ９内に充填される。上型３の上側部は上下又は昇降駆動装置１５に取り付けられ、横型７の側面部は側方駆動装置１７に固定されている。
【００１２】
湯道１３に設けられた押湯部１９の形成面２１両側にはそれぞれ、湯口１１側から堰２３側に延びるように、深さ１０ｍｍの温度調整用凹部２５、２７が、形成面２１又は押湯部１９に開口して、押湯部１９側あるいは形成面２１側から形成されていて、この温度調整用凹部２５、２７の開口はそれぞれ、厚さ５ｍｍの閉塞プレート２９、３１（閉塞部材）を溶接により接合することで閉塞され、温度調整用凹部２５、２７と閉塞プレート２９、３１との間に、幅５ｍｍの空気室３３、３５が形成されて、スポット的保温機能を有する温度調整部が構成されている。閉塞プレート２９、３１は押湯部１９内面又は形成面を形成する。閉塞プレート２９、３１には、本体３７（閉塞プレート２９、３１の周囲の部分）と同一の材質を用いることができ、例えばダクタイル材、ＳＫＤ材あるいはＦＣ材などを使用することが可能であるが、閉塞プレート２９、３１の周囲の本体３７にアルミニウム合金を用い、閉塞プレート２９、３１にＳＫＤ材を用いるといったように、閉塞プレート２９、３１と周囲の本体３７との材質を異なるものとすることができる。あるいは、閉塞プレート２９、３１に、本体３７よりも熱伝導性が低い材質を用いることができる。通常、このような形状の湯道１３の押湯部１９の空間幅は押湯ボリュームを大きくするために４０ｍｍ程度に設計されているが、ここでは閉塞プレート２９、３１の間隔、すなわち押湯部１９の空間幅は２０ｍｍに設計されていて、アルミニウム合金溶湯の鋳込み重量は１Ｋｇも減少した。このような大幅な押湯ボリュームの減少にもかかわらず、湯道１３の押湯部１９（堰２３を含む）内のアルミニウム合金溶湯はキャビティ９内のアルミニウム合金溶湯が十分に凝固するまで押湯に要求される流動性を失わなかった。すなわち、閉塞プレート２９、３１は、周囲の本体３７とは別体のものであるため、図３に示すように、溶接Ａにより本体３７に接合されても、本体３７との間に縁切れ部分Ｂ（非接合部分）が形成され、閉塞プレート２９、３１から本体３７に熱が逃げにくく、閉塞プレート２９、３１位置でアルミニウム合金溶湯の保温性が確保されることとなる。なお、空気室あるいは温度調整部を押湯部１９の形成面２１の両側ではなく、一方側にのみ形成してもよい。
【００１３】
温度調整用凹部２５、２７の先端は堰２３から１５ｍｍ手前まで延びていて、堰２３と空気室３３、３５との間の１５ｍｍの長さの区間はざく巣をキャビティ９内のアルミニウム合金に伝達させない成長部３９として機能する。このざく巣成長部３９の機能を十分なものとするためには、ざく巣成長部３９の容積を大きなものとする必要があり、したがって、図４に示すようにざく巣成長部３９に膨出部分４１を形成してもよい。
【００１４】
図５はキャビティ９位置にも温度調整部を構成した場合を示す図である。
【００１５】
例えば横型７のキャビティ形成面４３には、キャビティ９の環状の薄肉部鋳造空間４５を囲み、かつ、キャビティ形成面４３又はキャビティ９に開口するように、キャビティ９側あるいはキャビティ形成面４３側から温度調整用凹部４７が周方向に等間隔で複数形成されていて、それぞれの温度調整用凹部４７は、開口が閉塞プレート４９で閉塞されて空気室５１を構成することにより、スポット的保温機能を有する温度調整部として機能する。閉塞プレート４９はキャビティ９内面又は形成面を形成する。閉塞プレート４９には、本体３７（閉塞プレート４９の周囲の部分）と同一の材質を用いることができ、例えばダクタイル材、ＳＫＤ材あるいはＦＣ材などを使用することが可能であるが、閉塞プレート４７の周囲の本体３７にアルミニウム合金を用い、閉塞プレート４９にＳＫＤ材を用いるといったように、閉塞プレート４９と周囲の本体３７との材質を異なるものとすることができる。あるいは、閉塞プレート４９に、本体３７よりも熱伝導性が低い材質を用いることができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の金型鋳造装置を用いれば、注入された金属溶湯の冷却速度を、必要な位置に正確に限定し制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アルミニウム合金製品を鋳造するための本発明の金型鋳造装置であって、湯道系に温度調整部を構成したものの要部を示す図である。
【図２】温度調整部の構造を示すための概略的な断面図である。
【図３】閉塞部材の溶接状態を示す図である。
【図４】湯道系の別の構造を示すための概略的な断面図である。
【図５】キャビティ位置にも温度調整部を構成した場合を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　金型鋳造装置
２５、２７、４７　　　　温度調整用凹部
２９、３１、４９　　　　閉塞プレート（閉塞部材）
３３、３５、５１　　　　空気室（空室）

Claims (5)

1. 金型の所要位置に温度調整部を設け、前記金型内に形成された鋳造空間に注入される金属溶湯を前記温度調整部で保温制御しながら冷却凝固させる金型鋳造装置であって、
   前記温度調整部は、前記鋳造空間に開口するように前記金型に設けられた温度調整用凹部の開口を、前記金型の内面を形成することとなる閉塞部材で閉塞して構成されている、ことを特徴とする金型鋳造装置。
2. 金型の所要位置に温度調整部を設け、前記金型内に形成された鋳造空間に注入される金属溶湯を前記温度調整部で保温制御しながら冷却凝固させる金型鋳造装置であって、
   前記温度調整部は、前記鋳造空間に開口するように前記金型に設けられた温度調整用凹部の開口を、前記金型の内面を形成することとなる閉塞部材で閉塞して空室を形成したものである、ことを特徴とする金型鋳造装置。
3. 前記空室は空気室である、ことを特徴とする請求項１又は２記載の金型鋳造装置。
4. 前記温度調整部は、湯道系の押湯部の鋳造空間に位置して設けられている、ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の金型鋳造装置。
5. 前記温度調整部は、製品鋳造空間に位置して設けられている、ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の金型鋳造装置。

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