JP2004122134A

JP2004122134A - Method for producing trial product for die-casting and method for trial-producing die cast product

Info

Publication number: JP2004122134A
Application number: JP2002285765A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Onishi; 大西　智; Takashi Sawazaki; 澤崎　孝志
Original assignee: Asahi Tec Corp
Current assignee: Asahi Tec Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP4271421B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a trial product for die-casting and a method for trial-producing a die cast product, by which thin and large cast products can be mass-produced. <P>SOLUTION: This producing method of the trial product for die-casting has the peculiarity, in which the trial product is cast by using the same material as the material at the mass-producing time with a sand mold low pressure casting method, in order to mass-produce the thin and large cast product with the die-casting method. When a die for mass-production from a drawing design for die cast product is manufactured, at least one kind of sand mold is manufactured and the product having the same material as the material at the mass-production with the low pressure casting method by using the sand mold, and it is judged whether this product is acceptable to this standard or not, and the trial production of the die cast product is performed by manufacturing the die for mass-production. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ダイカスト用試作品の製造方法及びダイカスト製品の試作方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、テレビジョンなどの電気製品をはじめ自動車などの各種部品はいずれもリサイクル率を高めることが必要となりつつある。ここで、これらの材料として、各種プラスチック製品が用いられているが、これらのプラスチック製品は繰り返して同じ製品に同一材料を使用するという完全なリサイクルが困難であるという課題が有る。
【０００３】
これに対して、アルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽金属材料は量産金型を用いたダイカスト成形が可能であり、このような軽金属材料を用いたダイカスト成形によれば、同一材料を同一部品に何回でも再使用が可能であるという特徴を備えている。それ故、プラスチック製品の一部はリサイクルの容易なアルミニウム合金やマグネシウム合金に転換されつつある。
【０００４】
このような状況下でアルミニウム合金やマグネシウム合金を用いたダイカスト成形が普及しつつあり、例えば、自動車用のナックルハウジング、アーム、デフケースなどの強度および靱性を必要とする鋳物部品にまで利用されている。
【０００５】
このようなダイカスト鋳造品では、高圧に耐えてかつ注入される軽金属と反応しない金属材料からなる金型が用いられるが、そのような金型は高価であるので大量生産（量産）に入る前には廉価にできる砂型を試作型として用いることが行われている（例えば、特許文献１参照）。そして、この試作段階では、数次の試作が行われ、各段階では、数個乃至は数十個の試作品が鋳造され、実製品として必要な各種試験が行われ、ダイカスト製品の設計図の修正が行われる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−５７９６５号公報（段落番号０００１、０００４参照。）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、薄物の大型鋳造品をダイカスト法（金型鋳造法）により量産された例は報告されていないか、又は広く普及していない。これは薄物の大型鋳造品を砂型を用いて製造する良い技術が開発されていないことに起因する。
【０００８】
即ち、薄物大型鋳造品でも金型を使用したダイカスト法を用いれば、軽金属溶湯を４０〜８０ＭＰａもの高い圧力で一気に金型内に注入することにより、比較的容易に良好な鋳造品を得ることができると考えられる。しかしながら、薄物大型鋳造品を製造するためのこのような高圧に耐えるダイカスト用の金型は極めて高価である。それ故、ダイカスト法に従えば、試作用金型が高価となるので量産化にはコスト面での大きなリスクを伴う。これが最大の課題となって薄物大型鋳造品のダイカスト法による量産化が普及していない。薄物大型鋳造品において、実際に販売されるものと実質的に同一性能を備えた試作品の提供が行える安価な金型の製造法が望まれる。
【０００９】
従来から、砂型を用いた鋳造法は種々提案され、特に砂型低圧鋳造法（砂型を用いた低圧鋳造法）はアルミニウムやマグネシウム合金などの軽金属材料から比較的良好な鋳造品を得られる一つの良い方法である。このような砂型低圧鋳造法は、ルツボ（溶解炉）に貯留された軽金属溶湯の湯面に対し０．０４９ＭＰａ（０．５ｋｇ／ｃｍ^２）程度の低い圧力をかけることにより軽金属溶湯を押上げ、ストーク（管路）を介して、砂型のキャビティへ注入する方法である。砂型を用いた重力鋳造法に比較すれば、薄物を鋳造しても内部欠陥の少ない鋳造品を得ることができる。
【００１０】
しかしながら、従来提案されている砂型低圧鋳造法によっても、例えば、薄物鋳造品が大型となる場合には良好な鋳造品を得ることができない。この原因は、注入した金属溶湯が低圧によってゆっくりと注入されることから、軽金属溶湯が砂型により冷えてしまい、キャビティ内の隅々まで溶湯が行き渡り難いことに大きく起因していると考えられる。また、アルミニウム合金やマグネシウム合金を金属材料として利用する場合には金属材料の表面が酸化しやすいこともこの技術を進展させていない一つの理由と考えられる。
【００１１】
それ故、薄物の大型鋳造品を砂型で作製するのが困難であるため、数次の試作段階を必要とし、かつ、各数次の各段階で数個乃至は数十個の試作から実製品として必要な各種の試験を行わなければ実製品としての大量生産のリスクが軽減されないような大型薄物鋳造品では、実質的に有効な試作品を廉価に入手することができないと考えて薄物大型鋳造品の研究が長い間進展していなかったと思われる。
【００１２】
近年、リサイクルが要求される家電製品の一つとして、例えば、大型のテレビジョンが急激に発達しつつある。また、自動車部品においてもリサイクルの要求が急激に増大している。
【００１３】
そこで本発明は、薄型の大型鋳造品の量産化を普及することのできるダイカスト用試作品の製造方法及びダイカスト製品の試作方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このような状況下で、本発明者らは、平成１４年６月２４日付け出願の特願２００２−１８２７４６号明細書において、薄物大型鋳造品を提供できる「薄物大型鋳造品の製造装置」に関する発明（以下、先願発明という。）を既に提案している。この先願発明によれば、ルツボに貯留された軽金属溶湯の湯面に圧力をかけ、ストークを介して、砂型のキャビティへ軽金属溶湯を押上げる薄物大型鋳造品の製造装置であって、前記砂型が薄物大型鋳造品を鋳造するためのキャビティを有すると共に、該キャビティには湯口が複数個設けられ、前記ストークが中途部に酸化防止ガスまたは燃焼防止用ガスを供給可能なチャンバーを有する薄物大型鋳造品の製造装置が提供される。そして、このような製造装置を用いれば、砂型低圧鋳造法であっても薄物大型鋳造品を得ることができるようになる。
【００１５】
また、本発明者らは、この先願発明で開示された製造装置乃至はその装置を改良することにより、また、この製造装置を用いた試作品の製造方法を研究することにより、得られた鋳造品が大量生産によるダイカスト製品と各種の特性、品質等が極めて近似した試作品を得ることができることを確認した。これにより、この製造装置により得られた鋳造品は試作試験に用いることが十分に可能であり、従って、薄物大型鋳造品の試作品が比較的廉価に製造できることを認め本発明に到達した。
【００１６】
即ち本発明は、薄物大型鋳造品をダイカスト法にて大量生産するために、砂型低圧鋳造法により量産時と同一材料又は異なる材料を用いて試作品を鋳造することを特徴とするダイカスト用試作品の製造方法である。
【００１７】
薄物大型鋳造品をダイカスト法にて大量生産するためにダイカスト製品の設計図から量産金型を製作するに当たって、砂型低圧鋳造法により量産時と同一材料又は異なる材料を用いて製品を鋳造試作し、該鋳造試作により得られた試作品の実製品としての評価結果を基にして、例えば、試作品の中で規格に合致したり、または最良の試験結果を得たものを選択するなどして、必要に応じて設計図に修正を加えるなどして量産金型を製作すれば、廉価でかつリスクを伴わずにダイカスト法により薄物大型鋳造品の量産金型を製作できることができる。
【００１８】
ここで、ダイカスト法とは、金型を用いた鋳造法であり、いわゆる加圧鋳造法が典型例であるが、金型を用いる鋳造法で有れば本発明に包含される。
【００１９】
また、本発明において薄物大型鋳造品とは、例えば、肉厚ｔが４ｍｍ以下であり、成形品としての平面方向の寸法が十分に大きいものをいう。
【００２０】
この肉厚ｔは、一般的には１ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲内にあり、典型的には１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲である。なお、ここで、肉厚とは、取付座などの特別に厚くなっている部分以外の平坦な一般部分を言う。
【００２１】
また、平面方向の寸法は、例えば一辺の長さが少なくとも２００ｍｍ以上であり、一般的には５００ｍｍ以上ある。縦と横との２辺の長さの和で表現すれば、例えば、その和が３００ｍｍ以上であり、一般的にはその和は、１０００ｍｍ以上である。ここで、長さの上限は無いが金型であるので極端に大きな物は実質的に製造困難であり、通常では２０００ｍｍ以下である。
【００２２】
好ましい薄物大型鋳造品を肉厚ｔと長さｌとの比により表現すると、長さ（ｌ）／肉厚（ｔ）の比が５０以上であり、通常１００以上であり、典型的には２００以上あるような扁平な材料でも、本発明においては有効に生産することができる。
【００２３】
また、本発明は、前記砂型は、粒径の小さな微粉末を適宜の割合で混合して造形された砂型にさらに塗型剤を塗布したものを用いることを特徴とする請求項１記載のダイカスト用試作品の製造方法である。
【００２４】
このように構成すれば、鋳肌の平滑性に選れば試作品を得ることができる。この形成する砂種として、シリカフラワ、ジルコンフラワなどの耐火物の微粉末（微粒子状の鋳物砂）が例示され、珪砂などの粒子の粗い鋳物砂に加えてこれらの耐火物の微粉末（微粒子状の鋳物砂）を適宜の量でブレンドすることにより鋳肌が向上される。
【００２５】
このような混合砂は、篩分けした場合１００メッシュ乃至２００メッシュの範囲内及び３００メッシュ以下にそれぞれ粒度分布の極大値を有し、３５０メッシュ以下の微粒子の占める割合が全鋳物砂の１０質量％以上６０質量％以下の範囲内で含有されているものが好ましいものとして例示できる。微粒子状の鋳物砂が適度の範囲に含有されていることにより、通気性を備えて鋳肌を向上させる。
【００２６】
このような混合砂より形成された砂型は塗型剤を塗布することにより鋳肌が更に向上される。
【００２７】
また、本発明は、前記低圧鋳造法により得られた鋳造品は、さらに熱処理に付されることを特徴とする。
【００２８】
このように構成すれば、低圧鋳造法により得られた鋳造品を適宜の条件で熱処理することにより、顧客の要望に応じた機械強度を備えた試作品を得ることができる。本発明において、試作品の機械的強度を顧客の要望に応じた規格に答えるためには、試作の段階で材料を適宜の材料を選別したり、材料組成を変化させることにより対応することができるが、この発明のように、試作品を更に熱処理を付すことによっても対応することができる。試作品の段階で顧客の要望に応えることができれば、量産品としてのダイキャスト用の金型を作製し、量産品にて顧客の要望に応えるために最適な素材を選別などすればよい。この場合、最終製品の素材と試作品と素材とは同一又は同一系統である場合が多いが必ずしも同一でなくて異なる材料であってもよい。ここで、同一系統とはアルミ系合金という観点からは同一であるが、詳細な組成割合のみ異なる場合などである。
【００２９】
以上の低圧鋳造法は、溶解炉に貯留された軽金属溶湯の湯面に圧力をかけ、ストークを介して前記軽金属溶湯の表面に圧力をかけて管中を上昇させ、上部に位置する砂型中へ押し上げて鋳造する方法が好ましい。
【００３０】
また、砂型は薄物大型鋳造品を鋳造するための狭くて長いキャビティを有している場合にも良好な試作品を得ることができる。
【００３１】
また、このキャビティに連通する複数の湯口を備えることにより、例えば、狭くて長いキャビティを備えた場合にも、そのキャビティ内の隅々にまで軽金属溶湯を行き渡らせることが可能となる。
【００３２】
また、本発明は、前記ストークは中途部に酸化防止ガスまたは燃焼防止用ガスを供給可能なチャンバーを有することを特徴とする。
【００３３】
このように構成すれば、ストーク（管路）の中途部に設けたチャンバーへ酸化防止ガスまたは燃焼防止用ガスを供給することにより、キャビティ内へ注入される軽金属溶湯の表面に酸化膜ができることが防止され、すなわち、溶湯の流れ先端部で酸化膜が発生しにくく、複数の湯口より注湯した際にも、湯じわ・湯境などの減少効果が期待できる。これにより、内部欠陥の少ない良好な鋳造品を得ることができる。
【００３４】
また、本発明は、前記砂型は、キャビティを形成する下型と上型とを少なくとも備え、該下型と前記ストークとの間には、前記キャビティへ溶湯を案内する湯口又は湯道が形成された砂型（湯口型）を備えることを特徴とする。
【００３５】
このように構成すれば、砂型をストークから切り離すのが容易となる。特に連続して多数の鋳造品を繰り返して製造する際には、試作品の品質を一定に保ちつつ、製造サイクルを短縮することができる。
【００３６】
また本発明は、前記軽金属溶湯が、アルミニウムまたはアルミニウム合金であり、前記酸化防止ガスまたは前記燃焼防止用ガスが、不活性ガスであることを特徴とする。
【００３７】
また、本発明は、前記軽金属溶湯が、マグネシウムまたはマグネシウム合金であり、前記燃焼防止用ガスまたは前記燃焼防止用ガスが、６フッ化イオウと二酸化炭素との混合ガスまたはこれと同等のガスであることを特徴とする。
【００３８】
また、本発明は、ダイカスト製品の設計図から量産金型を製作するに当たって、少なくとも一種の砂型を製作し、該砂型を用いて低圧鋳造法にて量産時と同一材料又は異なる材料で製品を鋳造し、該製品が規格に入るか否かを判断し、前記量産金型を製作することを特徴とするダイカスト製品の試作方法である。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図示例と共に説明する。
【００４０】
図１〜図４は、この発明の実施の形態で用いる薄物大型鋳造品を試作するための製造装置を示すものである。
【００４１】
まず、構成を説明すると、この製造装置では、炉本体１の内部に、軽金属溶湯２を貯留するルツボ３が設けられている。このルツボ３は、蓋部材４により上部を密閉されており、蓋部材４にはルツボ３の内部に加圧ガス５を低圧で供給する加圧ガス供給口６が形成されている。この加圧ガス供給口６には加圧ガス供給手段７が接続されている。また、炉本体１には、ルツボ３を加熱するガスバーナなどの加熱装置８が設けられている。
【００４２】
そして、この炉本体１の上方には砂型１１を載置する型置台１２が配設されている。この砂型１１は、例えば、上型１３と、下型１４と、湯口型１５とを有する三段型となっている。そして、上型１３と下型１４との間にはキャビティ１６が形成され、下型１４にはキャビティ１６へ通じるセキに接続する湯口１７が形成され、湯口型１５には湯口１７へ軽金属溶湯２を分配する湯道１８が形成されている。この湯道１８は、型置台１２に形成された開口部１９の位置で開口されている。
【００４３】
このキャビティ１６は、鋳造品の肉厚で４ｍｍ以下であり、成形品としての平面方向の寸法で一辺の長さが２００ｍｍ以上という狭くて長い形状を少なくとも備えている。
【００４４】
そして、ルツボ３と砂型１１との間にはストーク（管）２１が配設されている。このストーク２１は、下端がルツボ３に貯留された軽金属溶湯２の内部に没入され、上端が型置台１２の開口部１９に挿通された状態で湯道１８の下部開口２２に連通されている。
【００４５】
この実施の形態のものでは、砂型１１が、例えば、図３に示すような大型壁掛テレビ用の外枠２３や、図４に示すような自動車用のドアフレーム２４や、図示しない自動車用のシートフレームなどの薄物大型鋳造品２５を鋳造するためのキャビティ１６を有している。
【００４６】
また、キャビティ１６には湯口１７（又は堰）が複数個設けられている。この湯口１７の個数は、鋳造品の形状、大きさ、厚み等によって、また、用いる湯口１７の幅によって決められるものであり、例えば、１０個〜３０個程度である。
【００４７】
更に、ストーク２１の中途部に、酸化防止ガスまたは燃焼防止用ガス２８を供給可能なチャンバー２９が設けられている。このチャンバー２９は、所要の容積を有する御釜状をしており、このチャンバー２９の上下で、ストーク２１は、上部ストーク３０と下部ストーク３１とに分離される。そして、上部ストーク３０に接続されたチャンバー２９の上部開口部３２からは、チャンバー２９の略中央部にまで達する長さの筒壁３３が下方に向けて延設されている。そして、チャンバー２９の上部における筒壁３３よりも外周側の位置には湯面レベルセンサー３４および酸化防止ガス等供給口３５が設けられている。酸化防止ガス等供給口３５には酸化防止ガス等供給手段３６が接続されている。なお、ストーク２１には断熱材３７が内貼りされている。
【００４８】
そして、軽金属溶湯２が、アルミニウムまたはアルミニウム合金である場合には、酸化防止ガス２８として、窒素やアルゴンガスなどの不活性ガスを使用するようにする。なお、この場合には、加圧ガス５として、空気あるいは上記不活性ガスを使用する。
【００４９】
また、軽金属溶湯２が、マグネシウムまたはマグネシウム合金である場合には、酸化防止ガスに替えて燃焼防止用ガス２８を用いる。この燃焼防止用ガス２８としては、例えば、６フッ化イオウと二酸化炭素との混合ガス、またはこれと同等のガスを使用するようにする。なお、この場合には、加圧ガス５としても、上記燃焼防止用ガス２８と同じ混合ガスを使用するようにする。
【００５０】
次に、この製造装置の作用について説明する。
【００５１】
まず、図２（ａ）に示すように、チャンバー２９を介して酸化防止ガスまたは燃焼防止用ガス２８をストーク２１へ供給し、ストーク２１内の軽金属溶湯２の湯面の酸化防止または軽金属溶湯２の燃焼防止を行う。この状態で、型置台１２に砂型１１などの型装置をセットし、ストーク２１内の酸化防止ガスまたは燃焼防止用ガス２８を、キャビティ１６の容積によって異なるが例えば４２インチの大型壁掛けテレビ用外枠の場合には、３０秒程度砂型１１のキャビティ１６内へ送って、キャビティ１６内の空気を酸化防止ガスまたは燃焼防止用ガス２８で置換する。
【００５２】
次に、図２（ｂ）に示すように、チャンバー２９への酸化防止ガスまたは燃焼防止用ガス２８の供給を停止し、ルツボ３に貯留された軽金属溶湯２の湯面に加圧ガス５によって低圧で圧力をかけ、ストーク２１を介して、砂型１１のキャビティ１６へ軽金属溶湯２を押上げる。この際、軽金属溶湯２がチャンバー２９の酸化防止ガス等供給口３５に接触すると、酸化防止ガス等供給口３５の閉塞を引き起こすおそれがあるので、チャンバー２９の筒壁３３よりも外周側の軽金属溶湯２の湯面レベルを湯面レベルセンサー３４で検出し、上記湯面レベルが所定値に達した時に、チャンバー２９内へ酸化防止ガスまたは燃焼防止用ガス２８を断続的に噴射させて、上記湯面レベルが所定値以上にならないようにする。
【００５３】
４０秒程度経過して、キャビティ１６内に軽金属溶湯２が充填されたら、そのままの状態で１００秒程度置いてキャビティ１６内の軽金属溶湯２を凝固させ、その後、図２（ｃ）に示すように、チャンバー２９内へ酸化防止ガスまたは燃焼防止用ガス２８を供給して上記湯面レベルを筒壁３３下端まで押し下げ、更に、筒壁３３下端から上部ストーク３０内へ酸化防止ガスまたは燃焼防止用ガス２８をバブリングさせつつ供給し続ける。これによって、軽金属溶湯２の凝固部と未凝固部との境界部分に酸化防止ガスまたは燃焼防止用ガス２８が溜まり、両者が分離される。
【００５４】
その後、図２（ｄ）に示すように、ルツボ３に貯留された軽金属溶湯２の湯面への加圧ガス５による圧力を解除すると共に、チャンバー２９内へ酸化防止ガスまたは燃焼防止用ガス２８を供給してストーク２１内の軽金属溶湯２の湯面を下げると共にこの湯面の酸化防止または軽金属溶湯２の燃焼防止を行う。次に砂型１１を型置台１２から外した後、砂型１１を崩壊して薄物大型鋳造品２５を取り出す。
【００５５】
以後、上記を繰返すことにより薄物大型鋳造品２５を連続的に製造することができる。なお、砂型１１を載置台１２から取り外す場合には、砂型１１を除いた場合に生じるストーク１１の開口部から空気がチャンバー２９内に拡散しないように燃焼防止用ガス２８は連続的又は間欠的にチャンバー２９内に供給しつづける。
【００５６】
以上のように、湯口１７を複数個設けることにより、薄物大型鋳造品２５を鋳造するための狭くて長いキャビティ１６内の隅々にまで軽金属溶湯２を行き渡らせることが可能となる。また、ストーク２１の中途部に設けたチャンバー２９へ酸化防止ガスまたは燃焼防止用ガス２８を供給することにより、キャビティ１６内の空気を酸化防止ガスまたは燃焼防止用ガス２８で置換しチャンバー２９内及びキャビティ内を酸化防止ガスまたは燃焼防止用ガス２８で絶えず充満させる。これにより、軽金属溶湯２の表面に酸化膜ができることや軽金属溶湯２が燃焼することを防止できる。また、溶湯の流れ先端部で酸化膜が発生しにくく、複数の湯口（又はセキ）より注湯した際にも、湯じわ・湯境などの減少効果が期待できる。これにより、内部欠陥の少ない良好な鋳造品を得ることができる。また、これにより得られた鋳造品の強度は、ダイカスト製品の代わりとして実体強度を備えている。
【００５７】
また、この砂型を形成する砂種として、ジルコンフラワをブレンドすることにより鋳肌が向上される。
【００５８】
これにより、砂型１１を用いた低圧鋳造法であっても薄物大型鋳造品２５を得ることができるようになり、安価に薄物大型鋳造品２５の試作品を製造することができる。
【００５９】
また、酸化防止ガス２８として不活性ガスを用いることにより、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の薄物大型鋳造品２５を砂型１１を用いた低圧鋳造法で作製することができる。
【００６０】
更に、燃焼防止用ガス２８として６フッ化イオウと二酸化炭素との混合ガスまたはこれと同等のガスを用いることにより、マグネシウムまたはマグネシウム合金製の薄物大型鋳造品２５を砂型１１を用いた低圧鋳造法で作製することができる。
【００６１】
この製造装置を用いれば、例えば、肉厚１．５〜２．５ｍｍで４００×６００×５０（ｍｍ）程度以上、肉厚２．２〜４．０ｍｍで７００×１０００×３００（ｍｍ）程度以上の薄物大型鋳造品２５を鋳造することができる。また、サイズが１２００×１０００ｍｍ、肉厚１．５ｍｍの大物肉薄品を製造することもできた。
【００６２】
また、例えば、７００×１０５０×６５ｍｍ、肉厚２．５ｍｍの４２インチ大型壁掛テレビ用の外枠２３なども得ることができる。また、６１０×１１００、肉厚２．０ｍｍの自動車のドアインナーパネルなども製造することができる。
【００６３】
【実施例】
次に、上述の製造装置を用いた鋳造品を作製した実施例に基づき本発明の効果を詳細に説明する。
［実施例１］
この実施例１は、本発明で用いる砂型低圧鋳造法により得られた鋳造品が鋳肌の平滑性が要求される試作品としても有効に利用できることを実証するための実施例である。いずれの実施例でも砂型のキャビティとしてテストピース用のものを採用した以外は上述した図１に示される製造装置と実質的に同一の装置を用いて以下の実験を行った。
【００６４】
ダイカスト試作品としては、試作品の表面に塗料を塗布して利用する場合などを含めてダイカスト製品の鋳肌に近い鋳肌が要求される場合がある。一般に砂型を用い、圧力をかけて注湯する場合には、鋳肌が粗くなり、鋳肌の改善が求められる。そこで、以下の砂型の造形は、樹脂自硬性鋳型とした。本発明者らの鋳肌の研究により、一般的な重力鋳造品（砂型重力鋳造法による鋳造品）では鋳肌のＲｚ（表面粗さ）は６９μｍであるところ、本発明の製造装置に従う低圧鋳造品では、砂粒の隙間に溶湯が入り込んでしまうため、Ｒｚは２１２μｍとダイカスト製品に比べて表面粗さが大きくなることが確認されている。
【００６５】
この実験では、砂種としては、三河珪砂７号、三河珪砂８号およびジルコニアフラワの３種の粒子径が異なる砂を用意し、表面粗さの向上を目指した。ここで、粒径は三河珪砂７号＞三河珪砂８号＞ジルコニアフラワの順であり、砂型としては、三河珪砂７号（砂型１）、三河珪砂８号（砂型２）、三河珪砂８号＋ジルコンフラワ１：１（砂型３）の三種類を用意した。各砂の粒度分布は表１のとおりである。ここで篩はタイラー社製の標準ふるいを用いた。
【００６６】
【表１】

【００６７】
砂型表面の拡大写真から三河珪砂７号の砂型１では、粒径が大きく、砂と砂との間に大きな隙間が見られた。また、三河珪砂８号の砂型２では、砂型１よりも粒径が小さいため隙間は減少しているが、まだ砂と砂との間に隙間が見られた。これに対して、粒子径の細かいジルコンフラワをブレンドして混練して造形され砂型３では、隙間がジルコンフラワによって埋められ、鋳型表面は詰まりが良好であった。
【００６８】
つぎに、これらの砂型１〜３を用いて実際に鋳造して得られた鋳造品の表面粗さを測定した。実験は、各砂型１〜３をそのまま用いたり（塗型なし）、塗型剤を刷毛塗り又はスプレー塗りにより塗布して各実験を行った。なお、塗型剤を刷毛塗りした場合には、塗型剤を塗布乾燥した後に柔らかい布で表面をなぞることにより刷毛痕によりできる大きな凹凸を消した。
【００６９】
結果を図５に示した。図５より明らかなとおり、塗型剤を塗布することにより表面粗さは向上し、さらに塗型剤の塗布方法として刷毛塗りが優れていた。また、砂型の種類に関しては、砂型３＞砂型２＞砂型１の順で表面の平滑性が向上していた。
【００７０】
つぎに、ジルコンフラワの最適配合割合を確認するために三河珪砂８号にジルコンフラワの配合割合を種々変化させて砂型を製作し、同様にして鋳肌の表面粗さを測定し、結果を図６に示した。
【００７１】
この図６において、塗型剤ありは、塗型剤を厚さ２０μｍ〜１００μｍの範囲内となるように塗布している。この結果、鋳物砂として珪砂にジルコンフラワのような微粒子状の鋳物砂を配合することにより、鋳肌が改善されることが確認された。また、塗型剤の塗布により何れの場合も鋳肌が改善されていた。
【００７２】
なお、三河珪砂８号に配合されるジルコンフラワの量が６０質量％を超えて多く混合した砂型を製作したが、この表面は砂型３に比較して粗くなってしまった。この原因としては、用いた混練機の混練が十分にできなかったためと考えられるが、いずれにしても、過度に細かい砂だけでは十分に平滑な表面を生産効率よく作製することが困難であると思われた。
【００７３】
以上の結果から、鋳肌が平滑であることが必要なダイカスト法の試作品が要求される場合には、ジルコンフラワなどの微粉末を適宜の割合で混合して造形された砂型を用いることがよく、その砂型に塗型剤を塗布すると更に鋳肌が向上されることが確認された。
【００７４】
また、この場合、１００メッシュ乃至２００メッシュ（７号又は８号砂）、好ましくは１５０メッシュ乃至２００メッシュ（８号砂）の範囲内及び３００メッシュ以下（微粉末）にそれぞれ粒度分布の極大値を有し、３５０メッシュ以下の微粒子（微粉末）の占める割合が全鋳物砂の１０質量％以上６０質量％以下、特に好ましくは２０質量％以上５０質量％以下の範囲内で含有されている鋳物砂より造形された砂型を用いることにより、低圧鋳造法でも改善された鋳肌を備えた試作品を製造することができることが確認された。また、この場合の微粒子の配合割合に最適値があることが確認された。
［実施例２］
この実施例２は、本発明で用いる砂型低圧鋳造品が実体強度試験を伴うダイカスト製品の試作品としても有効に利用できることを確認するための実施例である。いずれの実施例でも砂型のキャビティとしてテストピース用のものを採用した以外は上述した図１に示される製造装置と実質的に同一の装置を用いて以下の実験を行った。
【００７５】
ダイカスト試作品としては、実体強度試験を行うことが多い。それ故、ダイカスト試作品としては実機による量産されるダイカスト製品と同程度の実体強度を備えていることが要求される。そこで、板厚２，４，６ｍｍのテストピースを上述した製造装置と実質的に同一の装置を用いて以下の実験を行った。
【００７６】
本実施例におけるダイカスト製品の試作品としての目標値は、引張強さ：２００ＭＰａ以上、０．２％耐力：１２０ＭＰａ以上、伸び：１０％以上であるので、試作品を製作する材料には流動性がよく、熱処理により特性値の向上が可能なＡＣ４ＣＨ合金を用いた。
【００７７】
実施例１に従う低圧鋳造品と実質的に同一の装置により鋳造品（Ｆ）を作製したところ、何れの厚みのテストピースも目標値を満足することはなかった。
【００７８】
そこで、溶体化処理５４０°Ｃ×６時間（水焼き入れ）、時効１５０°Ｃ×２時間の条件で熱処理を行ったところ厚みが４ｍｍ以下のテストピースでは熱処理により目標値を達成することが確認された。
【００７９】
以上の結果をまとめて図７に示した。ここで、この熱処理していないテストピースは符号Ｆで示し、溶体化処理のみのテストピースを符号Ｔ４で示し、溶体化処理と時効処理を行ったテストピースを符号Ｔ６で示した。
【００８０】
肉厚が６ｍｍの場合には溶体化処理時間が長いと伸びが目標値を下回ったが、溶体化処理時間を４時間に設定すれば目標値をクリアすることができる。これにより、熱処理条件を変更させることにより目標値を達成することができると考えられる。
【００８１】
以上の結果より、砂型低圧鋳造法において、得られた鋳造品を熱処理することにより、実体強度試験が必要なダイカスト製品が目標の場合にも、実体強度試験に耐える試作品を作製することができることが理解される。
［実施例３］
この実施例３は、本発明で用いる砂型低圧鋳造品が形状がダイカスト製品と略同一のものが得られることを実証するためのものである。この点、本発明においては、薄物大型鋳造品を得るための試作品の製造を目的としているので、本発明に従う試作品の製造方法において同一形状のものが得られるか否かを定量的に理解するには、簡易には流動長を把握することである。
【００８２】
そこで、この実施例では、図８に示すように、肉厚が１．５ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ及び６ｍｍからなる流動性試験用木型から造形した砂型を用いて流動長を測定する実験を行った。本発明に従う砂型低圧鋳造法が優れていることを実証するために対照例として砂型重力鋳造法でも実験を行った。
【００８３】
結果をまとめて図９に示した。この図９において、ＡＤＰ法と略されている結果は、図１に示される製造装置と実質的に同一の装置を用いて行った結果であり、砂型低圧鋳造法は図１に示される製造装置において、チャンバー２９内に燃焼防止ガス又は酸化防止ガスを供給せずに大気雰囲気で行った実施例である。
【００８４】
砂型低圧鋳造法では酸化膜防止の有無にかかわらず何れの場合にも、肉厚が１．５ｍｍでは流動長が略２５０ｍｍ、肉厚が２ｍｍでは流動長が４００ｍｍ以上と砂型重力鋳造法に対比して略２倍の長さの流動長が得れた。
【００８５】
これにより、砂型低圧鋳造法に従えば、砂型重力鋳造法に比較して長い流動長を確保することが可能であり、これにより、砂型低圧鋳造法に従えば、砂型重力鋳造法に対比してダイカスト製品と略同一形状の試作品を製造しやすいことが確認された。
【００８６】
また、砂型低圧鋳造法に従えば、厚み（ｔ）が４ｍｍ以下であり、一辺の長さが少なくとも２００ｍｍ以上であり、かつ、長さ（ｌ）／厚み（ｔ）が５０以上で定義されるような薄物大型鋳造品の試作品がキャビティへ通じるインゲート（セキ、湯口）の数を複数個（多数）配置すれば、実体強度を備えた鋳造品が得られることが確認された。
【００８７】
また、また、以上により得られた鋳造品は、電磁シールド性にも優れたアルミニウム合金又はマグネシウム合金より形成されているので、電化製品や自動車部品などの試作品としての普及が期待される。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、薄物大型鋳造品をダイカスト法にて大量生産するためにダイカスト製品の設計図から量産金型を製作するに当たって、砂型低圧鋳造法により量産時と同一材料を用いて製品を鋳造試作し、該鋳造試作により得られた試作品の実製品としての評価結果を基にして量産金型を製作すれば、廉価でかつリスクを伴わずにダイカスト法により薄物大型鋳造品の量産金型を製作できる、という実用上有益な効果を発揮し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の側方断面図である。
【図２】図１の作動図である。
【図３】図１によって得られる製品を示す図である。
【図４】図１によって得られる製品を示す他の図である。
【図５】実施例により得られる試作品の表面粗さを測定した結果を示す図である。
【図６】実施例により得られる試作品の表面粗さを測定した結果を示す図である。
【図７】実施例により得られる試作品の引張強さを測定した結果を示す図である。
【図８】実施例に用いられた流動長試験用木型を説明する平面図である。
【図９】流動長試験結果を示す図である。
【符号の説明】
２　　軽金属溶湯
３　　ルツボ
１１　砂型
１６　キャビティ
１７　湯口
２１　ストーク
２５　薄物大型鋳造品
２８　酸化防止ガスまたは燃焼防止用ガス
２９　チャンバー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a prototype for die casting and a method for trial production of a die cast product.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, it has become necessary to increase the recycling rate of various components such as automobiles, including electric products such as televisions. Here, various plastic products are used as these materials, but there is a problem that it is difficult to completely recycle these plastic products by repeatedly using the same material for the same product.
[0003]
On the other hand, light metal materials such as aluminum alloys and magnesium alloys can be die-casted using mass-produced dies. According to die-casting using such light metal materials, the same material can be used several times for the same part. However, it has the feature that it can be reused. Therefore, some plastic products are being converted to easily recyclable aluminum and magnesium alloys.
[0004]
Under such circumstances, die casting using an aluminum alloy or a magnesium alloy is becoming widespread, and is used, for example, for casting parts requiring strength and toughness such as knuckle housings, arms, and differential cases for automobiles. .
[0005]
In such a die casting, a mold made of a metal material that withstands high pressure and does not react with the light metal to be injected is used. However, such a mold is expensive, and therefore, before entering mass production (mass production). For example, a sand mold that can be manufactured at low cost is used as a prototype (see, for example, Patent Document 1). At this stage, several prototypes are produced.At each stage, several or dozens of prototypes are cast, and various tests necessary for actual products are performed. Modifications are made.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-11-57965 (see paragraphs 0001 and 0004)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, examples of mass production of thin large cast products by a die casting method (die casting method) have not been reported or are not widely used. This is due to the fact that no good technology has been developed to produce thin large castings using sand molds.
[0008]
That is, if the die casting method using a mold is used even for a thin large cast product, a good cast product can be obtained relatively easily by injecting the light metal molten metal into the mold at a stretch at a pressure as high as 40 to 80 MPa. It is considered possible. However, die-casting dies that can withstand such high pressure for producing thin large-sized castings are extremely expensive. Therefore, according to the die-casting method, the trial mold becomes expensive, and mass production involves a great risk in terms of cost. This is the biggest issue, and mass production of large thin cast products by the die casting method is not widespread. There is a demand for a method of manufacturing an inexpensive mold capable of providing a prototype of a thin large cast product having substantially the same performance as that actually sold.
[0009]
Conventionally, various casting methods using a sand mold have been proposed. In particular, a sand mold low-pressure casting method (a low-pressure casting method using a sand mold) is one good method that can obtain a relatively good casting from a light metal material such as aluminum or a magnesium alloy. Is the way. In such a sand type low pressure casting method, a low pressure of about 0.049 MPa (0.5 kg / cm ² ) is applied to the surface of the light metal melt stored in a crucible (melting furnace) to push up the light metal melt, This is a method of injecting into a sand mold cavity through a stalk (pipe). Compared to the gravity casting method using a sand mold, a cast product with less internal defects can be obtained even when a thin product is cast.
[0010]
However, even with the conventionally proposed sand mold low-pressure casting method, for example, when a thin cast product becomes large, a good cast product cannot be obtained. This is considered to be largely due to the fact that the injected molten metal is slowly injected by the low pressure, so that the light metal melt is cooled by the sand mold, and it is difficult for the molten metal to spread all over the cavity. In addition, when an aluminum alloy or a magnesium alloy is used as a metal material, the fact that the surface of the metal material is easily oxidized is also considered to be one reason that this technology has not been advanced.
[0011]
Therefore, it is difficult to produce a large thin cast product with a sand mold, so that several stages of prototypes are required, and several to several tens of prototypes are produced at each stage of each stage. In the case of large thin castings where the risk of mass production as an actual product cannot be reduced unless various necessary tests are carried out, it is considered that a practically effective prototype cannot be obtained at a low price. It seems that product research had not progressed for a long time.
[0012]
2. Description of the Related Art In recent years, for example, a large-sized television has been rapidly developing as one of home appliances requiring recycling. In addition, the demand for recycling of auto parts has been rapidly increasing.
[0013]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a prototype for die casting and a method of trial manufacturing of a die cast product that can spread mass production of a thin large-sized cast product.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
Under such circumstances, the present inventors have disclosed in Japanese Patent Application No. 2002-182746 filed on June 24, 2002, a "production apparatus for a thin large cast product" capable of providing a thin large cast product. An invention (hereinafter referred to as a prior invention) has already been proposed. According to the invention of the prior application, there is provided an apparatus for manufacturing a thin large-sized cast product in which a pressure is applied to a surface of a light metal melt stored in a crucible, and the light metal melt is pushed up to a cavity of a sand mold via stalk. A thin large casting having a cavity for casting a thin large casting, a cavity provided in the cavity with a plurality of gates, and the stalk having a chamber capable of supplying an antioxidant gas or a combustion preventing gas in the middle thereof. Is provided. If such a manufacturing apparatus is used, a thin large cast product can be obtained even by a sand type low pressure casting method.
[0015]
In addition, the present inventors have improved the manufacturing apparatus disclosed in the invention of the prior application or the apparatus thereof, and studied a method of manufacturing a prototype using the manufacturing apparatus, thereby obtaining a casting apparatus obtained by the method. It has been confirmed that a prototype can be obtained in which the characteristics, quality, etc. of the die-cast product obtained by mass production are very similar to those of various products. As a result, the present inventors have recognized that the cast product obtained by this manufacturing apparatus can be sufficiently used for a trial production test, and that a prototype of a thin large-sized cast product can be manufactured at a relatively low cost.
[0016]
That is, the present invention provides a die casting prototype characterized by casting a prototype using the same material or a different material from that used in mass production by a sand mold low-pressure casting method in order to mass-produce thin large castings by a die casting method. Is a manufacturing method.
[0017]
In order to mass-produce thin large cast products by die-casting method, in producing mass-production dies from the design drawings of die-casting products, sand-type low-pressure casting method was used to prototype products using the same material or different materials as in mass production, Based on the evaluation results as a real product of the prototype obtained by the casting prototype, for example, by selecting a prototype that conforms to the standard or that has obtained the best test result, If mass-production dies are manufactured by modifying the design drawings as needed, mass-production dies of thin large castings can be manufactured at low cost and without risk by die casting.
[0018]
Here, the die casting method is a casting method using a mold, and a so-called pressure casting method is a typical example. However, a casting method using a mold is included in the present invention.
[0019]
In the present invention, the large thin cast product refers to, for example, a product having a thickness t of 4 mm or less and a sufficiently large dimension in a plane direction as a molded product.
[0020]
This thickness t is generally in the range of 1 mm or more and 3 mm or less, and is typically in the range of 1.5 mm or more and 2.5 mm or less. Here, the thickness means a flat general portion other than a particularly thick portion such as a mounting seat.
[0021]
The dimension in the plane direction is, for example, at least 200 mm or more in one side, and generally 500 mm or more. In terms of the sum of the lengths of the two sides, vertical and horizontal, for example, the sum is 300 mm or more, and generally the sum is 1000 mm or more. Here, there is no upper limit of the length, but since it is a mold, an extremely large object is substantially difficult to manufacture, and is usually 2000 mm or less.
[0022]
When a preferred thin large-sized cast product is expressed by the ratio of the thickness t to the length l, the ratio of length (l) / thickness (t) is 50 or more, usually 100 or more, and typically 200 or more. Even the flat material as described above can be effectively produced in the present invention.
[0023]
Further, in the present invention, the sand mold is obtained by mixing a fine powder having a small particle diameter at an appropriate ratio and applying a mold wash to a sand mold which is formed. This is a method of manufacturing a prototype.
[0024]
With this configuration, a prototype can be obtained if the cast surface is selected for smoothness. Examples of the sand species to be formed include fine powders of refractories such as silica flower and zircon flower (fine-particle molding sand). In addition to molding sand having coarse particles such as silica sand, fine powders of these refractories (fine-particle The casting surface is improved by blending an appropriate amount of the foundry sand).
[0025]
Such mixed sand has a maximum value of the particle size distribution within a range of 100 mesh to 200 mesh and 300 mesh or less when sieved, and the proportion of fine particles of 350 mesh or less accounts for 10% by mass of the total molding sand. Those contained in the range of 60% by mass or less can be exemplified as preferable ones. When the fine molding sand is contained in an appropriate range, the casting surface is improved with air permeability.
[0026]
The casting surface of the sand mold formed from such mixed sand is further improved by applying a mold wash.
[0027]
Further, the present invention is characterized in that the cast product obtained by the low pressure casting method is further subjected to a heat treatment.
[0028]
According to this structure, a prototype having mechanical strength according to a customer's request can be obtained by subjecting a cast product obtained by the low pressure casting method to heat treatment under appropriate conditions. In the present invention, in order to respond to the standard according to the customer's request for the mechanical strength of the prototype, it is possible to respond by selecting an appropriate material or changing the material composition at the stage of the prototype. However, as in the present invention, it can be dealt with by further heat-treating the prototype. If the customer's request can be met at the stage of the prototype, a die-casting die as a mass-produced product may be manufactured, and the most suitable material for the mass-produced product may be selected. In this case, the material of the final product, the prototype, and the material are often the same or have the same system, but are not necessarily the same and may be different materials. Here, the same system is the same from the viewpoint of an aluminum-based alloy, but may be the case where only the detailed composition ratio is different.
[0029]
The low-pressure casting method described above applies pressure to the surface of the light metal melt stored in the melting furnace, applies pressure to the surface of the light metal melt via Stoke, raises the inside of the tube, and into the sand mold located at the top. The method of pushing and casting is preferable.
[0030]
Also, a good prototype can be obtained when the sand mold has a narrow and long cavity for casting a thin large casting.
[0031]
In addition, by providing a plurality of gates communicating with the cavity, for example, even when a narrow and long cavity is provided, it is possible to spread the light metal melt to every corner in the cavity.
[0032]
Further, the present invention is characterized in that the Stoke has a chamber capable of supplying an antioxidant gas or a combustion preventing gas at an intermediate portion.
[0033]
With this configuration, an oxide film can be formed on the surface of the light metal melt injected into the cavity by supplying the antioxidant gas or the combustion preventing gas to the chamber provided in the middle of the stalk (pipe). In other words, an oxide film is less likely to be generated at the leading end of the flow of the molten metal, and even when the molten metal is poured from a plurality of gates, an effect of reducing hot water lines and hot water boundaries can be expected. Thereby, a good cast product with few internal defects can be obtained.
[0034]
Further, according to the present invention, the sand mold includes at least a lower mold and an upper mold that form a cavity, and a gate or a runner for guiding the molten metal to the cavity is formed between the lower mold and the stalk. It is characterized by having a sand mold (gate type).
[0035]
With this configuration, it is easy to separate the sand mold from the stalk. In particular, when repeatedly producing a large number of cast products continuously, it is possible to shorten the production cycle while keeping the quality of the prototype constant.
[0036]
Further, the invention is characterized in that the molten light metal is aluminum or an aluminum alloy, and the antioxidant gas or the combustion preventing gas is an inert gas.
[0037]
Further, in the present invention, the molten light metal is magnesium or a magnesium alloy, and the combustion preventing gas or the combustion preventing gas is a mixed gas of sulfur hexafluoride and carbon dioxide or a gas equivalent thereto. It is characterized by the following.
[0038]
Further, in the present invention, in producing a mass-production mold from a design drawing of a die-cast product, at least one kind of sand mold is produced, and the product is cast using the sand mold with a low-pressure casting method using the same material or a different material as in mass production. Then, it is a method for trial production of a die-cast product, characterized by determining whether or not the product satisfies the standard, and manufacturing the mass-produced mold.
[0039]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to illustrated examples.
[0040]
FIGS. 1 to 4 show a manufacturing apparatus for trial production of a thin large-sized cast product used in an embodiment of the present invention.
[0041]
First, the configuration will be described. In this manufacturing apparatus, a crucible 3 for storing a light metal melt 2 is provided inside a furnace body 1. The upper part of the crucible 3 is sealed by a lid member 4, and a pressurized gas supply port 6 for supplying a pressurized gas 5 at a low pressure into the crucible 3 is formed in the lid member 4. A pressurized gas supply means 7 is connected to the pressurized gas supply port 6. Further, the furnace main body 1 is provided with a heating device 8 such as a gas burner for heating the crucible 3.
[0042]
A mold table 12 on which the sand mold 11 is placed is disposed above the furnace body 1. The sand mold 11 is, for example, a three-stage mold having an upper mold 13, a lower mold 14, and a gate 15. A cavity 16 is formed between the upper mold 13 and the lower mold 14, a sprue 17 is formed in the lower mold 14 to be connected to a sex connected to the cavity 16, and a sprue mold 15 is formed in the sprue mold 15. Is formed. The runner 18 is opened at a position of an opening 19 formed in the mold table 12.
[0043]
The cavity 16 has a thickness of 4 mm or less in the thickness of the cast product, and has at least a narrow and long shape with a side length of 200 mm or more in a planar direction as a molded product.
[0044]
A stalk (tube) 21 is provided between the crucible 3 and the sand mold 11. The lower end of the stalk 21 is immersed in the molten light metal 2 stored in the crucible 3, and the stalk 21 is communicated with the lower opening 22 of the runner 18 with the upper end inserted through the opening 19 of the mold table 12.
[0045]
In this embodiment, the sand mold 11 is, for example, an outer frame 23 for a large wall TV as shown in FIG. 3, a door frame 24 for an automobile as shown in FIG. It has a cavity 16 for casting a thin large-sized casting 25 such as a frame.
[0046]
The cavity 16 is provided with a plurality of gates 17 (or weirs). The number of the gates 17 is determined by the shape, size, thickness and the like of the cast product and the width of the gate 17 to be used, and is, for example, about 10 to 30.
[0047]
Further, a chamber 29 capable of supplying an antioxidant gas or a combustion preventing gas 28 is provided at an intermediate portion of the Stoke 21. The chamber 29 is in the shape of a pot having a required volume. Above and below the chamber 29, the stalk 21 is separated into an upper stalk 30 and a lower stalk 31. From the upper opening 32 of the chamber 29 connected to the upper stalk 30, a cylindrical wall 33 having a length reaching substantially the center of the chamber 29 extends downward. A level sensor 34 and a supply port 35 such as an antioxidant gas are provided at a position on the outer peripheral side of the cylindrical wall 33 in the upper part of the chamber 29. An antioxidant gas supply means 36 is connected to the antioxidant gas supply port 35. Note that a heat insulating material 37 is adhered to the stalk 21.
[0048]
When the light metal melt 2 is aluminum or an aluminum alloy, an inert gas such as nitrogen or argon gas is used as the antioxidant gas 28. In this case, air or the above-mentioned inert gas is used as the pressurized gas 5.
[0049]
When the light metal melt 2 is magnesium or a magnesium alloy, a combustion preventing gas 28 is used instead of the antioxidant gas. As the combustion preventing gas 28, for example, a mixed gas of sulfur hexafluoride and carbon dioxide or a gas equivalent thereto is used. In this case, the same mixed gas as the combustion preventing gas 28 is used as the pressurized gas 5.
[0050]
Next, the operation of the manufacturing apparatus will be described.
[0051]
First, as shown in FIG. 2A, an antioxidant gas or a combustion preventing gas 28 is supplied to the Stoke 21 through a chamber 29 to prevent the surface of the light metal melt 2 in the Stoke 21 from being oxidized or melted. Prevent combustion of In this state, a mold device such as a sand mold 11 is set on the mold table 12, and the antioxidant gas or the combustion preventing gas 28 in the stalk 21 is changed depending on the volume of the cavity 16, for example, a 42-inch outer frame for a large wall-mounted television. In this case, the air is sent into the cavity 16 of the sand mold 11 for about 30 seconds to replace the air in the cavity 16 with the antioxidant gas or the combustion preventing gas 28.
[0052]
Next, as shown in FIG. 2B, the supply of the antioxidant gas or the combustion preventing gas 28 to the chamber 29 is stopped, and the pressurized gas 5 is applied to the surface of the light metal melt 2 stored in the crucible 3. Pressure is applied at a low pressure, and the light metal melt 2 is pushed up to the cavity 16 of the sand mold 11 via the stalk 21. At this time, if the light metal melt 2 comes into contact with the antioxidant gas supply port 35 of the chamber 29, the light metal melt 2 may block the antioxidant gas supply port 35. 2 is detected by the level sensor 34, and when the level reaches a predetermined value, an antioxidant gas or a combustion preventing gas 28 is intermittently injected into the chamber 29, and Make sure that the surface level does not exceed a predetermined value.
[0053]
After about 40 seconds have elapsed and the light metal melt 2 has been filled in the cavity 16, the light metal melt 2 in the cavity 16 is solidified by leaving it as it is for about 100 seconds, and then as shown in FIG. 2 (c). Then, an antioxidant gas or an anti-combustion gas 28 is supplied into the chamber 29 to lower the level of the molten metal to the lower end of the cylindrical wall 33, and further, an antioxidant gas or an anti-combustion gas is introduced into the upper stalk 30 from the lower end of the cylindrical wall 33. 28 is continuously supplied while bubbling. As a result, the antioxidant gas or combustion preventing gas 28 accumulates at the boundary between the solidified portion and the non-solidified portion of the light metal melt 2, and both are separated.
[0054]
Thereafter, as shown in FIG. 2 (d), the pressure of the pressurized gas 5 on the molten metal surface of the light metal melt 2 stored in the crucible 3 is released and the antioxidant gas or the combustion preventing gas 28 is introduced into the chamber 29. Is supplied to lower the surface of the molten metal 2 in the stalk 21 and to prevent oxidation of the surface or combustion of the molten metal 2. Next, after removing the sand mold 11 from the mold table 12, the sand mold 11 is collapsed and the thin large cast product 25 is taken out.
[0055]
Thereafter, by repeating the above, a thin large cast product 25 can be manufactured continuously. When the sand mold 11 is removed from the mounting table 12, the combustion preventing gas 28 is continuously or intermittently supplied so that air does not diffuse into the chamber 29 from the opening of the stalk 11 generated when the sand mold 11 is removed. The supply is continued into the chamber 29.
[0056]
As described above, by providing a plurality of gates 17, it becomes possible to spread the light metal melt 2 to every corner in the narrow and long cavity 16 for casting the thin large casting 25. Further, by supplying an antioxidant gas or a combustion preventing gas 28 to a chamber 29 provided at an intermediate portion of the Stoke 21, the air in the cavity 16 is replaced with the antioxidant gas or the combustion preventing gas 28, and the inside of the chamber 29 and The inside of the cavity is constantly filled with an antioxidant gas or a combustion preventing gas 28. Accordingly, it is possible to prevent an oxide film from being formed on the surface of the light metal melt 2 and prevent the light metal melt 2 from burning. Further, an oxide film is less likely to be generated at the leading end of the flow of the molten metal, and even when the molten metal is poured from a plurality of gates (or seki), the effect of reducing hot water lines and hot water boundaries can be expected. Thereby, a good cast product with few internal defects can be obtained. Further, the strength of the cast product thus obtained has a substantial strength in place of the die-cast product.
[0057]
In addition, the casting surface is improved by blending zircon flower as a sand type forming the sand mold.
[0058]
This makes it possible to obtain a thin large casting 25 even with a low-pressure casting method using the sand mold 11, and it is possible to manufacture a prototype of the thin large casting 25 at low cost.
[0059]
In addition, by using an inert gas as the antioxidant gas 28, a thin large-sized casting 25 made of aluminum or an aluminum alloy can be manufactured by a low-pressure casting method using the sand mold 11.
[0060]
Further, by using a mixed gas of sulfur hexafluoride and carbon dioxide or a gas equivalent thereto as the combustion preventing gas 28, a thin large casting 25 made of magnesium or a magnesium alloy is formed by a low pressure casting method using a sand mold 11. Can be produced.
[0061]
If this manufacturing apparatus is used, for example, about 400 × 600 × 50 (mm) or more with a thickness of 1.5 to 2.5 mm, and about 700 × 1000 × 300 (mm) or more with a thickness of 2.2 to 4.0 mm Can be cast. In addition, a large and thin product having a size of 1200 × 1000 mm and a thickness of 1.5 mm was able to be produced.
[0062]
In addition, for example, an outer frame 23 for a 42-inch large-sized TV with a wall of 700 × 1050 × 65 mm and a thickness of 2.5 mm can be obtained. In addition, a door inner panel of an automobile having a thickness of 610 × 1100 and a thickness of 2.0 mm can be manufactured.
[0063]
【Example】
Next, the effect of the present invention will be described in detail based on an example in which a casting is manufactured using the above-described manufacturing apparatus.
[Example 1]
Example 1 is an example for verifying that a cast product obtained by the sand-type low-pressure casting method used in the present invention can be effectively used as a prototype requiring smoothness of a casting surface. In each of the examples, the following experiment was conducted using substantially the same apparatus as the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 except that a sand mold cavity for a test piece was employed.
[0064]
As the die casting prototype, there is a case where a casting surface close to the casting surface of the die casting product is required, including a case where a paint is applied to the surface of the prototype and used. In general, when using a sand mold and pouring under pressure, the casting surface becomes coarse and improvement of the casting surface is required. Therefore, the following sand mold was used as a resin self-hardening mold. According to the study of the casting surface of the present inventors, the Rz (surface roughness) of the casting surface is 69 μm in a general gravity casting product (a casting product by a sand type gravity casting method). In the product, the molten metal gets into the gaps between the sand grains, so that it has been confirmed that Rz is 212 μm and the surface roughness is larger than that of the die-cast product.
[0065]
In this experiment, three types of sand having different particle diameters, namely, Mikawa Silica Sand No. 7, Mikawa Silica Sand No. 8 and zirconia flower, were prepared as sand species, and the aim was to improve the surface roughness. Here, the particle size is in the order of Mikawa Silica Sand No.7> Mikawa Silica Sand No.8> Zirconia Flower. Three types of zircon flowers 1: 1 (sand mold 3) were prepared. The particle size distribution of each sand is as shown in Table 1. The sieve used here was a standard sieve manufactured by Tyler.
[0066]
[Table 1]

[0067]
From the enlarged photograph of the sand mold surface, the sand mold 1 of Mikawa Silica Sand No. 7 has a large particle size and a large gap is seen between the sands. Further, in the sand mold 2 of Mikawa Silica Sand No. 8, the gap is reduced because the grain size is smaller than that of the sand mold 1, but the gap is still seen between the sands. On the other hand, in the sand mold 3 formed by blending and kneading zircon flowers having a fine particle diameter, the gaps were filled with the zircon flowers, and the mold surface was well clogged.
[0068]
Next, the surface roughness of the casting obtained by actually casting using these sand molds 1 to 3 was measured. In the experiments, each of the sand molds 1 to 3 was used as it was (no coating), or a coating agent was applied by brush coating or spray coating to perform each experiment. When the coating agent was applied with a brush, the surface was traced with a soft cloth after the coating agent was applied and dried, so that large irregularities formed by brush marks were erased.
[0069]
The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 5, the surface roughness was improved by applying the coating agent, and the brush coating was excellent as a coating method of the coating agent. As for the type of sand mold, the surface smoothness was improved in the order of sand mold 3> sand mold 2> sand mold 1.
[0070]
Next, in order to confirm the optimum mixing ratio of zircon flower, sand molds were manufactured by changing the mixing ratio of zircon flower in Mikawa Silica Sand No. 8, and the surface roughness of the casting surface was measured in the same manner. The results are shown in FIG.
[0071]
In FIG. 6, when a mold wash is present, the mold wash is applied so as to have a thickness in the range of 20 μm to 100 μm. As a result, it was confirmed that the casting surface was improved by adding fine-particle molding sand such as zircon flower to silica sand as the molding sand. In each case, the casting surface was improved by applying the mold wash.
[0072]
In addition, a sand mold was manufactured in which the amount of zircon flower mixed with Mikawa Silica Sand No. 8 was more than 60% by mass, but the surface was rougher than the sand mold 3. It is considered that the reason for this is that the kneading machine used could not be sufficiently kneaded, but in any case, it is difficult to produce a sufficiently smooth surface with sufficient production efficiency only with excessively fine sand. I thought.
[0073]
From the above results, when a prototype of the die casting method that requires a smooth casting surface is required, it is possible to use a sand mold molded by mixing fine powder such as zircon flower at an appropriate ratio. It was well confirmed that when the mold was applied to the sand mold, the casting surface was further improved.
[0074]
In this case, the maximum value of the particle size distribution is set within the range of 100 mesh to 200 mesh (No. 7 or 8 sand), preferably 150 mesh to 200 mesh (No. 8 sand) and 300 mesh or less (fine powder). Molding sand having a proportion of fine particles (fine powder) having a size of 350 mesh or less in the range of 10 mass% to 60 mass%, particularly preferably 20 mass% to 50 mass% of the total molding sand. It was confirmed that a prototype having an improved casting surface can be manufactured even by low-pressure casting by using a more molded sand mold. Further, it was confirmed that the mixing ratio of the fine particles in this case had an optimum value.
[Example 2]
Example 2 Example 2 is an example for confirming that the sand-type low-pressure cast product used in the present invention can be effectively used as a prototype of a die-cast product accompanied by a substantial strength test. In each of the examples, the following experiment was conducted using substantially the same apparatus as the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 except that a sand mold cavity for a test piece was employed.
[0075]
As a die-cast prototype, a body strength test is often performed. Therefore, the die cast prototype is required to have the same physical strength as the die cast product mass-produced by the actual machine. Therefore, the following experiment was conducted using a test piece having a plate thickness of 2, 4, or 6 mm using substantially the same apparatus as the above-described manufacturing apparatus.
[0076]
The target values of the prototype of the die-cast product in the present embodiment are as follows: tensile strength: 200 MPa or more, 0.2% proof stress: 120 MPa or more, elongation: 10% or more. An AC4CH alloy whose characteristics can be improved by heat treatment is used.
[0077]
When a casting (F) was produced using substantially the same apparatus as the low-pressure casting according to Example 1, the test pieces of any thickness did not satisfy the target values.
[0078]
Therefore, heat treatment was performed under the conditions of solution treatment at 540 ° C. for 6 hours (water quenching) and aging at 150 ° C. for 2 hours. As a result, it was confirmed that the target value was attained by the heat treatment for test pieces having a thickness of 4 mm or less. Was done.
[0079]
The above results are summarized in FIG. Here, the test piece that has not been heat-treated is denoted by reference symbol F, the test piece that has been subjected to the solution treatment only is denoted by reference symbol T4, and the test piece that has been subjected to the solution treatment and the aging process is denoted by reference symbol T6.
[0080]
When the thickness was 6 mm, the elongation was lower than the target value if the solution heat treatment time was long, but the target value can be cleared by setting the solution heat treatment time to 4 hours. Thus, it is considered that the target value can be achieved by changing the heat treatment conditions.
[0081]
From the above results, it is possible to produce a prototype that can withstand the physical strength test by heat-treating the obtained cast product in the sand mold low-pressure casting method, even if the target is a die-cast product that requires a physical strength test. Is understood.
[Example 3]
Example 3 is intended to demonstrate that the sand-type low-pressure cast product used in the present invention can have a shape substantially the same as that of a die-cast product. In this regard, in the present invention, since the purpose of the present invention is to manufacture a prototype for obtaining a large thin cast product, it is quantitatively understood whether or not the same shape can be obtained in the method of manufacturing a prototype according to the present invention. The simple way is to grasp the flow length.
[0082]
Therefore, in this example, as shown in FIG. 8, an experiment was performed in which the flow length was measured using a sand mold formed from a wooden mold for fluidity test having a thickness of 1.5 mm, 2 mm, 4 mm, and 6 mm. . In order to demonstrate that the sand-type low-pressure casting method according to the present invention is excellent, an experiment was also performed using a sand-type gravity casting method as a control.
[0083]
The results are summarized in FIG. In FIG. 9, the result abbreviated as the ADP method is a result obtained by using substantially the same apparatus as the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, and the sand type low-pressure casting method uses the manufacturing apparatus shown in FIG. In this embodiment, an example is performed in an air atmosphere without supplying a combustion preventing gas or an oxidation preventing gas into the chamber 29.
[0084]
Regardless of the presence or absence of oxide film prevention in the sand-type low-pressure casting method, the flow length is approximately 250 mm when the thickness is 1.5 mm, and the flow length is 400 mm or more when the thickness is 2 mm. As a result, a flow length almost twice as long was obtained.
[0085]
Thereby, according to the sand mold low pressure casting method, it is possible to secure a longer flow length as compared with the sand mold gravity casting method, and thus, according to the sand mold low pressure casting method, compared to the sand mold gravity casting method. It has been confirmed that it is easy to manufacture prototypes with almost the same shape as die-cast products.
[0086]
According to the sand-type low-pressure casting method, the thickness (t) is defined to be 4 mm or less, the length of one side is at least 200 mm or more, and the length (l) / thickness (t) is defined to be 50 or more. It was confirmed that if a plurality of (many) ingates (seki, gate) through which the prototype of such a thin large-sized cast product leads to the cavity were arranged, a cast product having substantial strength could be obtained.
[0087]
Further, since the cast product obtained as described above is formed of an aluminum alloy or a magnesium alloy having excellent electromagnetic shielding properties, it is expected to be widely used as prototypes such as electric appliances and automobile parts.
[0088]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in order to mass-produce a thin large-sized cast product by a die casting method, a mass production mold is manufactured from a design drawing of a die-cast product by using a sand mold low-pressure casting method. If a product is prototyped using materials and mass-produced molds are manufactured based on the evaluation results of the prototype obtained as a result of the trial production as a real product, thin materials can be manufactured at low cost and without risk by die casting. It is possible to produce a practically useful effect that a mass-production mold for a large cast product can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an operation diagram of FIG.
FIG. 3 shows the product obtained according to FIG.
FIG. 4 is another view showing the product obtained according to FIG. 1;
FIG. 5 is a diagram showing the results of measuring the surface roughness of a prototype obtained by an example.
FIG. 6 is a diagram showing the results of measuring the surface roughness of a prototype obtained according to an example.
FIG. 7 is a diagram showing the results of measuring the tensile strength of a prototype obtained by an example.
FIG. 8 is a plan view illustrating a wooden mold for a flow length test used in Examples.
FIG. 9 is a diagram showing a flow length test result.
[Explanation of symbols]
2 Molten light metal 3 Crucible 11 Sand mold 16 Cavity 17 Gate 21 Stoke 25 Thin large casting 28 Antioxidant or combustion preventing gas 29 Chamber

Claims

A method for manufacturing a prototype for die casting, characterized by casting a prototype by sand-type low-pressure casting in order to mass-produce thin large cast products by die casting.

The method for manufacturing a prototype for die casting, wherein the prototype is the same material as or different from that used in mass production.

The method for producing a prototype for die casting according to claim 1, wherein the sand mold is a sand mold formed by mixing fine powder having a small particle diameter at an appropriate ratio and further applying a mold wash. .

When sieved, the sand mold has the maximum value of the particle size distribution within the range of 100 mesh to 200 mesh and 300 mesh or less, and the proportion of fine particles of 350 mesh or less accounts for 10% by mass or more of 60% by mass of the total molding sand. The method for producing a prototype for die casting according to claim 1, wherein a sand mold molded from molding sand contained in a range of not more than mass% is used.

The method for manufacturing a prototype for die casting according to claim 4, wherein the sand mold is formed by applying a mold wash within a range of 20 to 100 µm in thickness.

The method according to claim 1, wherein the cast product obtained by the low pressure casting method is further subjected to a heat treatment.

In the low-pressure casting method, pressure is applied to the surface of the light metal melt stored in the melting furnace, pressure is applied to the surface of the light metal melt via stalk, and the pressure rises in the pipe, and is pushed up into the sand mold located at the top. The method for producing a prototype for die casting according to claim 1, wherein the method is casting by casting.

2. The method according to claim 1, wherein the sand mold has a narrow and long cavity for casting a thin large-sized casting.

The method for manufacturing a prototype for die casting according to claim 1 or 7, wherein the sand mold has a cavity for casting a thin large-sized casting and has a plurality of gates communicating with the cavity.

The method for manufacturing a prototype for die casting according to claim 7, wherein the stalk has a chamber capable of supplying an antioxidant gas or a combustion preventing gas at an intermediate portion thereof.

The sand mold includes at least a lower mold and an upper mold that form a cavity, and a sand mold (sluice mold) between the lower mold and the stalk, in which a gate or a runner for guiding the molten metal to the cavity is formed. The method for producing a prototype for die casting according to claim 7, comprising:

The method according to claim 7, wherein the molten light metal is aluminum or an aluminum alloy, and the antioxidant gas or the combustion preventing gas is an inert gas.

The light metal melt is magnesium or a magnesium alloy, and the combustion preventing gas or the combustion preventing gas is a mixed gas of sulfur hexafluoride and carbon dioxide or a gas equivalent thereto. Item 7. The method for producing a prototype for die casting according to Item 7.

In producing a mass-production mold from a design drawing of a die-cast product, at least one kind of sand mold is manufactured, and a product is cast using the sand mold with a low-pressure casting method using the same material or a different material as that used in mass production. A method for producing a die-cast product, which comprises determining whether or not to enter the mass production die.