JP2004066240A - Cylinder for injection-molding machine for light alloy - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム、アルミニウムなどの軽合金を射出成形するため、材料を加熱攪拌溶融し、溶湯状態もしくは半溶融状態にして金型内に射出して製品を成形する射出成形機に用いられるシリンダに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
マグネシウム合金の射出成形機に用いられるシリンダは、使用中に約650℃の高温に達するため耐熱性が要求されるとともに、溶融マグネシウム合金に対する耐溶損性が要求される。この種のマグネシウムなどの軽合金を射出する射出成形機用シリンダとして、例えば特許第2862799号公報には、ニッケル基耐熱合金でシリンダ母材を構成すると共に、シリンダ母材の内面にコバルト基耐熱合金を被覆したシリンダが開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
シリンダ母材であるニッケル基耐熱合金は、溶解・鋳造などの製造プロセスが精巧に管理されているため品質上の信頼性が高く、耐熱性、高温強度に優れるものである。しかしながら、高価な元素であるニッケルを多量に用いているので材料費が高く、また難削材であるため機械加工に要するコストも高くなりやすい。したがって、特許第2862799号公報のように、シリンダ製品の全長に亘って、シリンダ母材をニッケル基耐熱合金で構成するとシリンダ製品の製造コストが高くなるという問題がある。
【0004】
したがって、本発明の目的は、シリンダ母材の耐熱性、高温強度を確保するとともに、従来に比べ製造コストを低減できる軽合金射出成形機用シリンダを提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
軽合金用射出成形機用シリンダでは、シリンダの射出出口側先端に近い前方の部分ほど、それよりも後方の部分に比べ高温領域となりしかも高い射出内圧がかかるので、十分な耐熱性、耐久性が必要である。そこで本発明者らは、シリンダの後方の部分がシリンダの前方の部分よりも耐熱性、耐久性が多少劣っても十分に耐用できるという知見を得て本発明を完成した。
【0006】
本発明の軽合金射出成形機用シリンダは、中空円筒状のシリンダ母材の内面に耐溶損性材料からなる被覆層を形成した軽合金射出成形機用シリンダにおいて、シリンダ母材は、射出出口側に配置した前部のシリンダ母材と、その後方に配置した後部のシリンダ母材とを長手方向に接合してなり、前部のシリンダ母材がニッケル基耐熱合金、後部のシリンダ母材が鉄基材料からなることを特徴とする。
【0007】
本発明において、前記後部のシリンダ母材を形成する鉄基材料が、オーステナイト系鋼材またはオーステナイト系耐熱鋼からなることを特徴とする。また、前部のシリンダ母材と後部のシリンダ母材との常温から650℃までの平均熱膨張係数の差が5×10−6/℃以内であることを特徴とする。
【0008】
また、シリンダ母材の内面に形成した被覆層が、コバルト基合金、鉄基合金、コバルト基合金にセラミックスを分散させたサーメット系材料、および鉄基合金にセラミックスを分散させたサーメット系材料のいずれかからなることを特徴とする。また、前部のシリンダ母材と後部のシリンダ母材とをHIP法により接合したことを特徴とする。さらに、被覆層をシリンダ母材の内面にHIP法により接合したことを特徴とする。
【0009】
本発明に係るシリンダは、シリンダ母材を長手方向に2個以上の領域に分けて構成し、すなわちシリンダの前方に設けられる射出用ノズルに隣接し、射出内圧が高い領域に配置される前部のシリンダ母材として、高温強度、耐クリープ性に優れたニッケル基耐熱合金を用いる。また、前部のシリンダ母材の後方に配置される後部のシリンダ母材として、ニッケル基耐熱合金と熱的特性が類似し、ニッケル基耐熱合金より材料費が安い鉄基材料を用いる。
【0010】
本発明のシリンダ母材の基本的な形態は、1個の前部のシリンダ母材と1個の後部のシリンダ母材からなる。ただし、例えば1個の前部のシリンダ母材と、2個の後部のシリンダ母材を接合してシリンダ母材全体を製作するように、前部および後部のシリンダ母材をそれぞれ長手方向に複数個に分けて構成してもよい。
【0011】
前部のシリンダ母材のニッケル基耐熱合金としては、例えばインコネル718、インコネル706、インコネルX−750などに代表される合金が望ましい。
【0012】
異なる材質のシリンダ母材を長手方向に接合する場合、接合後の固溶化熱処理及び時効処理、そして射出中に作用する熱サイクルを受ける際に、シリンダ母材の熱膨張係数の差が存在すると、その接合部及びシリンダ母材内面の被覆層に熱応力や残留応力が発生する。この応力は、薄い被覆層に割れなど起す原因となりやすい。
【0013】
ニッケル基耐熱合金は一般の鋼材に比べ熱膨張係数が大きい。例えばインコネル718では常温から650℃間の熱膨張係数は約15×10−6/℃である。上述のような熱応力、残留応力を緩和するには、これに近い熱膨張係数をもった材料を用いる必要がある。
【0014】
前部のシリンダ母材と後部のシリンダ母材との常温から650℃までの熱膨張係数の差が5×10−6/℃以内、より望ましくは3×10−6/℃以内であることが好ましい。後部のシリンダ母材として、例えばSUS304やSUS316などのオーステナイト系鋼、SUH309、SUH310などのオーステナイト系耐熱鋼が望ましい。これらは高温強度も高く、シリンダ先端部分の領域以外では十分に耐用できる。
【0015】
前部のシリンダ母材と後部のシリンダ母材とを長手方向に接合する場合、後述の実施例のように、前部のシリンダ母材と後部のシリンダ母材を長手方向に積み重ねて、両母材の端面同士を突き合わせて接合させる。また、前部のシリンダ母材に雄ねじ(あるいは雌ねじ)を刻設し、後部のシリンダ母材に雌ねじ(あるいは雄ねじ)を刻設し、予め両母材を長手方向にねじ締結した後、接合させてもよい。後者のほうがより強固に両母材を接合できるので望ましい。
【0016】
シリンダ母材の内面に被覆する合金は、コバルト基合金、鉄基合金、コバルト基合金にセラミックスを分散させたサーメット系材料、鉄基合金にセラミックスを分散させたサーメット系材料のいずれかが望ましい。これらの材料はマグネシウムなどの溶融金属に対する耐溶損性に優れ、耐摩耗性、高温強度などを兼ね備えたものであり、射出成形機用部材の寿命を延ばすことができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。図1は、本発明の軽合金射出成形機用シリンダの概略断面図を示す。図1において、シリンダ本体1は、前部のシリンダ母材2と後部のシリンダ母材3とを同心軸上に接合してなる中空円筒状のシリンダ母材4と、シリンダ母材4の溶融金属と接触する内周表面に耐溶損性材料からなる被覆層5を形成して構成される。
【0018】
まず、重量%でCr:19%、Mo:3%、Fe:19%、Nb:5%、Ti:0.8%、Al:0.5%、Ni:残部のニッケル基耐熱鋼を用いて、外径150mm、内径45mm、長さ300mmの中空円筒状の前部のシリンダ母材2を作製した。前部のシリンダ母材2は常温から650℃までの平均熱膨張係数が15.0×10−6/℃である。
【0019】
次に、重量%でSi:0.3%、Mn:1.5%、Ni:8%、Cr:18%、Fe:残部からなるオーステナイト系鋼材を用いて、外径150mm、内径45mm、長さ400mmの中空円筒状の後部のシリンダ母材3を作製した。後部のシリンダ母材3は常温から650℃までの平均熱膨張係数が19.0×10−6/℃である。
【0020】
次いで、HIP缶の中央に芯金を設置し、その芯金の外周に前部のシリンダ母材2と後部のシリンダ母材3を嵌挿し、長手方向に積み重ねた。そして、芯金の外面と、前部のシリンダ母材2および後部のシリンダ母材3の内面との間に形成された約3mm幅の空隙に、被覆層5として重量%でSi:1%、Mn:1%、Cr:20%、B:3%、Co:残部からなるコバルト基合金粉末を充填させた。
【0021】
このようにセットした状態でHIP処理を実施した。HIP処理後、芯金を除去して、前部のシリンダ母材2と後部のシリンダ母材3とが同心軸上に接合してなるシリンダ母材4の内面にコバルト基合金からなる被覆層5を形成したシリンダ本体1を取り出し、所定の機械加工を施すことにより、本発明の軽合金射出成形機用シリンダを得た。
【0022】
前部のシリンダ母材2と後部のシリンダ母材3の接合面、また、シリンダ母材4と被覆層5の接合面を浸透探傷にて検査した結果、クラックなどの欠陥は認められず健全に接合されていた。また、本発明の軽合金射出成形機用シリンダは、シリンダ母材の全長に亘って、材料費および加工費の高価なニッケル基耐熱合金で構成した従来のシリンダに比べて製造コストを大幅に低減できた。
【0023】
この本発明の軽合金射出成形機用シリンダを用いて、使用中の温度がシリンダの射出出口側先端面から約200mmの範囲では600〜650℃、それより後方の領域では600℃未満であるマグネシウム合金の射出成形を実機試験したところ、長期間使用において溶損、摩耗の発生などは認められず耐久性に優れることが確認できた。
【0024】
【発明の効果】
本発明の軽合金射出成形機用シリンダによれば、マグネシウムなどの溶融金属の射出成形機用部材として要求される耐熱性、高温強度、耐溶損性、耐摩耗性などの特性を具備するとともに、従来に比べ製造コストを低減できる軽合金射出成形機用シリンダを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の軽合金射出成形機用シリンダの概略断面図である。
【符号の説明】
1 シリンダ本体、 2 前部のシリンダ母材、 3 後部のシリンダ母材、
4 シリンダ母材、 5 被覆層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cylinder used in an injection molding machine that heats, stirs and melts a material to form a product by injecting it into a mold in a molten or semi-molten state for injection molding of a light alloy such as magnesium and aluminum. It is about.
[0002]
[Prior art]
Cylinders used in magnesium alloy injection molding machines reach a high temperature of about 650 ° C. during use, so that they are required to have heat resistance and are required to have erosion resistance to molten magnesium alloys. As a cylinder for an injection molding machine for injecting a light alloy such as magnesium of this kind, for example, Japanese Patent No. 2862799 discloses that a cylinder base material is formed of a nickel-base heat-resistant alloy, and a cobalt-base heat-resistant alloy is formed on the inner surface of the cylinder base material. Is disclosed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Nickel-base heat-resistant alloys, which are cylinder base materials, have high quality reliability and are excellent in heat resistance and high-temperature strength because their manufacturing processes such as melting and casting are precisely controlled. However, since a large amount of nickel, which is an expensive element, is used, the material cost is high, and since it is a difficult-to-cut material, the cost required for machining tends to be high. Therefore, when the cylinder base material is made of a nickel-base heat-resistant alloy over the entire length of the cylinder product as in Japanese Patent No. 2862799, there is a problem that the production cost of the cylinder product increases.
[0004]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a cylinder for a light alloy injection molding machine capable of securing the heat resistance and high-temperature strength of a cylinder base material and reducing the production cost as compared with the related art.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In a cylinder for a light alloy injection molding machine, the front part closer to the tip of the injection outlet side of the cylinder is in a higher temperature range than the part behind it and a high injection internal pressure is applied, so sufficient heat resistance and durability are achieved. is necessary. Therefore, the present inventors have found that the rear portion of the cylinder can be sufficiently used even if the heat resistance and the durability are somewhat inferior to the front portion of the cylinder, and have completed the present invention.
[0006]
The light alloy injection molding machine cylinder of the present invention is a light alloy injection molding machine cylinder in which a coating layer made of a erosion-resistant material is formed on the inner surface of a hollow cylindrical cylinder base material. The front cylinder base material placed in the front and the rear cylinder base material placed behind it are joined in the longitudinal direction, the front cylinder base material is a nickel-base heat-resistant alloy, and the rear cylinder base material is iron. It is characterized by being made of a base material.
[0007]
In the present invention, the iron-based material forming the rear cylinder base material is made of austenitic steel or heat-resistant austenitic steel. Further, the difference between the average thermal expansion coefficient of the front cylinder base material and the rear cylinder base material from room temperature to 650 ° C. is within 5 × 10 −6 / ° C.
[0008]
Further, the coating layer formed on the inner surface of the cylinder base material may be made of a cobalt-based alloy, an iron-based alloy, a cermet-based material in which ceramics are dispersed in a cobalt-based alloy, or a cermet-based material in which ceramics are dispersed in an iron-based alloy. It is characterized by comprising. Further, the front cylinder base material and the rear cylinder base material are joined by the HIP method. Further, the invention is characterized in that the coating layer is joined to the inner surface of the cylinder base material by the HIP method.
[0009]
The cylinder according to the present invention is configured such that the cylinder base material is divided into two or more regions in the longitudinal direction, that is, the front portion is disposed adjacent to the injection nozzle provided in front of the cylinder and disposed in the region where the injection internal pressure is high. A nickel-base heat-resistant alloy excellent in high-temperature strength and creep resistance is used as a cylinder base material. Further, as a rear cylinder base material disposed behind the front cylinder base material, an iron-based material having similar thermal characteristics to a nickel-based heat-resistant alloy and having a lower material cost than a nickel-based heat-resistant alloy is used.
[0010]
The basic form of the cylinder preform of the present invention comprises one front cylinder preform and one rear cylinder preform. However, for example, a plurality of front and rear cylinder preforms are respectively formed in the longitudinal direction so that one front cylinder preform and two rear cylinder preforms are joined to produce the entire cylinder preform. You may separate and comprise.
[0011]
As the nickel-base heat-resistant alloy of the front cylinder base material, for example, alloys represented by Inconel 718, Inconel 706, Inconel X-750 and the like are desirable.
[0012]
When joining cylinder base materials of different materials in the longitudinal direction, when subjected to a solution heat treatment and aging treatment after joining, and a thermal cycle acting during injection, if there is a difference in thermal expansion coefficient of the cylinder base material, Thermal stress and residual stress are generated in the joint and the coating layer on the inner surface of the cylinder base material. This stress is likely to cause a crack or the like in the thin coating layer.
[0013]
Nickel-base heat-resistant alloys have a larger coefficient of thermal expansion than ordinary steel materials. For example, for Inconel 718, the coefficient of thermal expansion between room temperature and 650 ° C. is about 15 × 10 −6 / ° C. In order to reduce the above-mentioned thermal stress and residual stress, it is necessary to use a material having a thermal expansion coefficient close to this.
[0014]
The difference in the coefficient of thermal expansion between the front cylinder base material and the rear cylinder base material from room temperature to 650 ° C. is within 5 × 10 −6 / ° C., more preferably within 3 × 10 −6 / ° C. preferable. As the rear cylinder base material, for example, an austenitic steel such as SUS304 or SUS316, or an austenitic heat-resistant steel such as SUH309 or SUH310 is desirable. These have high strength at high temperatures and can be sufficiently used except in the region of the tip of the cylinder.
[0015]
In the case where the front cylinder base material and the rear cylinder base material are joined in the longitudinal direction, the front cylinder base material and the rear cylinder base material are stacked in the longitudinal direction as in an example described later, and the two base materials are joined together. The end faces of the materials are joined to each other. Also, a male screw (or female screw) is engraved on the front cylinder base material, and a female screw (or male screw) is engraved on the rear cylinder base material. May be. The latter is preferable because the two base materials can be joined more firmly.
[0016]
The alloy coated on the inner surface of the cylinder base material is desirably one of a cobalt-based alloy, an iron-based alloy, a cermet-based material in which ceramics are dispersed in a cobalt-based alloy, and a cermet-based material in which ceramics are dispersed in an iron-based alloy. These materials are excellent in erosion resistance to molten metal such as magnesium, and have abrasion resistance, high-temperature strength, and the like, and can extend the life of members for injection molding machines.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view of a cylinder for a light alloy injection molding machine according to the present invention. In FIG. 1, a
[0018]
First, Cr: 19%, Mo: 3%, Fe: 19%, Nb: 5%, Ti: 0.8%, Al: 0.5%, and Ni: the remaining nickel-based heat-resistant steel were used in terms of% by weight. A hollow cylindrical front
[0019]
Next, using an austenitic steel material consisting of Si: 0.3%, Mn: 1.5%, Ni: 8%, Cr: 18%, Fe: balance by weight%, outer diameter 150 mm, inner diameter 45 mm, length A 400 mm-thick hollow cylindrical rear
[0020]
Next, a mandrel was placed at the center of the HIP can, and a front
[0021]
HIP processing was performed in the state set in this way. After the HIP treatment, the core metal is removed, and a
[0022]
Inspection of the joint surface between the front
[0023]
By using the cylinder for a light alloy injection molding machine of the present invention, magnesium whose temperature during use is 600 to 650 ° C. in a range of about 200 mm from the front end face of the injection outlet side of the cylinder, and less than 600 ° C. in a region behind it. Injection molding of the alloy was tested in an actual machine, and it was confirmed that there was no occurrence of erosion or abrasion in long-term use, and that the alloy was excellent in durability.
[0024]
【The invention's effect】
According to the cylinder for a light alloy injection molding machine of the present invention, while having properties such as heat resistance, high temperature strength, erosion resistance, and wear resistance required as a member for an injection molding machine of molten metal such as magnesium, It is possible to obtain a light alloy injection molding machine cylinder that can reduce the manufacturing cost as compared with the related art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a cylinder for a light alloy injection molding machine of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 cylinder body, 2 front cylinder base material, 3 rear cylinder base material,
4 cylinder base material, 5 coating layer
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002224307A JP2004066240A (en) | 2002-08-01 | 2002-08-01 | Cylinder for injection-molding machine for light alloy |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family
ID=32012302
Family Applications (1)
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JP2002224307A Pending JP2004066240A (en) | 2002-08-01 | 2002-08-01 | Cylinder for injection-molding machine for light alloy |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014046289A1 (en) | 2012-09-24 | 2014-03-27 | 株式会社日本製鋼所 | Coating structure material |
JP2014065042A (en) * | 2012-09-24 | 2014-04-17 | Japan Steel Works Ltd:The | Cylinder of metal injection molding machine and metal injection molding method |
-
2002
- 2002-08-01 JP JP2002224307A patent/JP2004066240A/en active Pending
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