JP2006035268A

JP2006035268A - 鋳造用金型

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Publication number: JP2006035268A
Application number: JP2004218838A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Karasawa; 均唐澤; Yoshito Miyasaka; 好人宮坂; Masao Hondo; 昌雄本藤; Fumitake Nishiyama; 文毅西山; Masayuki Ishikawa; 政幸石川; Takayuki Fujimori; 隆幸藤森
Original assignee: Suwa Netsu Kogyo Co Ltd
Current assignee: Suwa Netsu Kogyo Co Ltd
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】肉厚が不均一な鋳造製品の成型に使用する鋳造用金型において、製品キャビティに溶湯（溶融金属）を鋳込んだ際に、凝固が均一となり、高品質の鋳造製品を得ることのできる鋳造用金型を提供することを目的とする。
【解決手段】肉厚が不均一な鋳造製品の鋳込みに使用する鋳造用金型であって、少なくとも固定金型側１Ａのキャビティ２背面に複数の流路３が設けられており、前記流路３のうち、肉厚の薄い製品キャビティ背面側の流路に、肉厚の厚い製品キャビティ背面側の流路よりも高い温度の流体が循環せしめられていると共に、肉厚の薄い製品キャビティと肉厚の厚い製品キャビティとの間のキャビティ背面に、又は、肉厚の薄い製品キャビティと肉厚の厚い製品キャビティとの間のキャビティ背面から前記複数の流路の間にかけて、熱遮蔽部６が配置されていることを特徴とする鋳造用金型を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳造用金型に関し、詳しくは鉄、非鉄金属類製品などの、肉厚が不均一な鋳造製品の鋳型として使用する鋳造用金型に関する。

従来、射出成形その他、各種鋳造に用いられる金型鋳造方法など、一部の金型において、鋳型内に鋳込んだ溶融金属（鋳込製品）を冷却するため、金型に冷却用流路を設け、該流路に冷却水などを流す手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この手法は、肉厚が比較的均一な射出成形（ダイカスト方法）品の鋳込みに使用する金型の場合には適当であるものの、特に肉厚が不均一な鋳造製品の鋳込みに用いる、鋳造用金型の場合には、製品キャビティに溶湯（溶融金属）を鋳込んだ際に、肉厚の薄い製品キャビティ背面側と肉厚の厚い製品キャビティ背面側との金型の温度が大きく異なることから、凝固が均一にならず、結晶粒界や結晶間収縮による収縮窩等の欠陥や、ブローホール、ピンホール等の発生により、高品質の鋳造品を得ることが容易ではなかった。
また、同時に金型のキャビティ面にヒートチェックが発生し、初期段階には極微細な割れが次第に大きなクラックへと発展していくことになる。このヒートチェックによる金型の損傷がそのまま鋳込品の鋳肌を傷め、ひいては金型からの離型を悪くし、生産性を阻害する要因となり、金型寿命を短くし、コスト高に追いやる、等の問題点となっていた。

特開平４−８６２１２号公報

本発明は、このような従来の問題点を解消し、肉厚が不均一な鋳造製品の鋳込みに使用する鋳造用金型において、製品キャビティに溶湯（溶融金属）を鋳込んだ際に、凝固が均一となり、高品質の鋳造製品を得ることのできる鋳造用金型を提供することを目的とするものである。

即ち、請求項１に係る本発明は、肉厚が不均一な鋳造製品の鋳込みに使用する鋳造用金型であって、少なくとも固定金型側のキャビティ背面に複数の流路が設けられており、前記流路のうち、肉厚の薄い製品キャビティ背面側の流路に、肉厚の厚い製品キャビティ背面側の流路よりも高い温度の流体が循環せしめられていると共に、肉厚の薄い製品キャビティと肉厚の厚い製品キャビティとの間のキャビティ背面に、又は、肉厚の薄い製品キャビティと肉厚の厚い製品キャビティとの間のキャビティ背面から前記複数の流路の間にかけて、熱遮蔽部が配置されていることを特徴とする鋳造用金型を提供するものである。
次に、請求項２記載の本発明は、前記流路内に温度センサーを内蔵せしめて金型の温度を検知し、この検知信号に基づき、これに応じた温度の流体を循環させることを特徴とする請求項１記載の鋳造用金型を提供するものである。
さらに、請求項３記載の本発明は、前記金型を２以上の分割片とし、当該各分割片の所定位置には組立て接合時に流路となる部分溝を形成し、これら各分割片をパルス通電による接合処理により接合して、前記金型の内部に複数の流路を内蔵せしめてなる、請求項１記載の鋳造用金型を提供するものである。

本発明によれば、肉厚が不均一な鋳造製品の鋳込みに使用する鋳造用金型において、製品キャビティに溶湯（溶融金属）を鋳込んだ際に、凝固が均一となり、高品質の鋳造製品を得ることのできる鋳造用金型が提供される。
即ち、本発明の鋳造用金型によれば、熱遮蔽部が配置されており、しかも場所に応じた温度の流体を循環させることができ、冷却性能が著しく向上しているため、肉厚が不均一な鋳造製品の鋳型として使用する場合、製品キャビティに溶湯（溶融金属）を鋳込んだ際に、凝固が均一化し、高品質となり、しかも鋳型から鋳造製品を早く離型（脱型）することができる。
本発明の鋳造用金型は、従来技術ではできかねた、肉厚偏差のある鋳造製品に適し、併せて生産性向上とコスト低下、更には鋳造方法も容易となり、歩留まりがよく、鋳込みショット回数を増やすことができ、生産性を向上させる、最適な鋳造用金型といえる。
従来の鋳造用金型では、溶湯が凝固するとき、肉の厚い部分では収縮欠陥が起き易く、押し湯を大きくし収縮する部分を溶湯の供給を良くし、欠陥を防止するための方策が難しかった。
本発明は、製品キャビティ内や、肉厚の製品キャビティの部分に、熱遮蔽部を適切に配置させ、凝固の均一化を図り、収縮欠陥を防止する押し湯等を小さく歩留まりを良くすることを可能とした。

また、本発明は、冷却用液体循環や、押出ピン類等を用いた、この鋳造金型は、グラビティ（重力）・低圧・コールド、ホットチャンバー等の各ダイカスト法や、その他、多くの金型鋳造方法にも適している。その他に、プラスチック成形型としても用いることができる。
さらに、本発明によれば、部位の昇温状態に応じた温度の液体を循環させることができ、冷却能も著しく向上し、金型の熱による損傷や溶損を防止することができ、金型の材質も現時点で使用されているものよりも、１ランク下げることも可能である。

以下、本発明の実施の形態を示す。
請求項１に係る本発明は、鋳造用金型に関し、肉厚が不均一な鋳造製品の鋳込みに使用する鋳造用金型であって、少なくとも固定金型側のキャビティ背面に複数の流路が設けられており、前記流路のうち、肉厚の薄い製品キャビティ背面側の流路に、肉厚の厚い製品キャビティ背面側の流路よりも高い温度の流体が循環せしめられていると共に、肉厚の薄い製品キャビティと肉厚の厚い製品キャビティとの間のキャビティ背面に、又は、肉厚の薄い製品キャビティと肉厚の厚い製品キャビティとの間のキャビティ背面と前記複数の流路との間にかけて、熱遮蔽部が配置されていることを特徴とするものである。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、請求項１に係る本発明の鋳造用金型の一態様を示す断面図である。
請求項１に係る本発明は、肉厚が不均一な鋳造製品の鋳込みに使用する鋳造用金型１であって、少なくとも固定金型１Ａ側のキャビティ２背面に複数の流路３が設けられている。
キャビティ２は、図１に示すような左側の肉厚の薄い部分２Ａと、右側の肉厚の厚い部分２Ｂとを有している。
鋳造製品の形状は、キャビティ２の形状に相当することから、鋳造製品は、肉厚が薄い部分と厚い部分を有する肉厚が不均一なものとなっている。

請求項１に係る本発明は、このような肉厚が不均一な鋳造製品の鋳込みに使用する鋳造用金型１であって、少なくとも固定金型（固定型）１Ａ側のキャビティ２背面に複数の流路３（３Ａ、３Ｂ・・・）が設けられている。図１では、２つの流路３Ａと３Ｂが示されているが、これに限定されるものではない。
なお、可動金型１Ｂにも、１以上の流路４が設けられている。

請求項１に係る本発明においては、前記流路３（３Ａ、３Ｂ・・・）のうち、肉厚の薄い製品キャビティ背面側の流路３Ａに、肉厚の厚い製品キャビティ背面側の流路３Ｂよりも高い温度の流体が循環せしめられている。
ここで肉厚の薄い製品キャビティ背面側の流路３Ａに、肉厚の厚い製品キャビティ背面側の流路３Ｂよりも高い温度の流体を循環させるために、流路３内には、請求項２に記載したように、流路内の温度を測る温度センサー（図示していない）を内蔵せしめて金型の温度を検知し、この検知信号に基づき、これに応じた温度の流体（温度差のある流体）を循環させるとよい。この流路３は一般に金型の冷却用のためであるので、通常は冷却用流体が流されるが、場所や必要に応じて、加温流体が流される。例えば、溶湯１０を鋳込み口（スプルー）９より金型１のキャビティ２内に射出させるに際しては、予め流路３（３Ａ、３Ｂ・・・）に加温流体が流され、金型が予備加熱される。
各流路の内面には、防錆処理を施しておくとよい。さらに、各流路内に液体を循環させる際に、流体が循環しにくい場合には、間欠的に圧力（１０〜２５ｋｇ／ｃｍ^２）をかけて強制的に循環させるため、流体の強制循環手段として、プランジャーなどの方式による１５〜８０℃の範囲の流体を循環させるとよい。なお、流体は、金型の温度センサーにより温度調整されたものを循環させる。

なお、図１中、符号５は押出ピン（鋳抜きピンともいう）用孔である。この押出ピン用孔５に押出ピン（図示していない）が配置せしめられている。押出ピンとしては通常使用されるものを用いることができるが、必要に応じて、この押出ピンの内部にも流路を内蔵せしめておくと、この流路に所定温度（６０〜８０℃）の液体を流すことにより、押出ピンの摺動磨耗、カジリを防止することができる。
金型１の一方は固定金型（固定型）１Ａであり、他方は可動金型（可動型）１Ｂである。通常は、固定金型１Ａに押出ピン５が備えられるが、可動金型１Ｂに備えられていてもよい。押出ピン用孔５は、通常、図１に示すように４本備えられているが、これに限定されるものではない。金型１としては、通常用いられるものを使用することができる。

請求項１に係る本発明においては、さらに肉厚の薄い製品キャビティと肉厚の厚い製品キャビティとの間のキャビティ背面に、又は、肉厚の薄い製品キャビティと肉厚の厚い製品キャビティとの間のキャビティ背面から前記複数の流路３の間にかけて、熱遮蔽部６が配置されている。
即ち、熱遮蔽部６は、少なくとも肉厚の薄い製品キャビティと肉厚の厚い製品キャビティとの間のキャビティ背面に配置されていればよく、さらには図１に示すように、肉厚の薄い製品キャビティと肉厚の厚い製品キャビティとの間のキャビティ背面から前記複数の流路３の間にかけて配置されていればより好適である。熱遮蔽部６は、適宜、適切な位置を選択して配置すればよい。
この熱遮蔽部６は、内部に耐熱レンガ、カーボン、セラミックス材料などからなる断熱性材料６Ａを埋め込み、その外層を耐熱金属などからなる耐熱遮断層６Ｂで覆ったものである。
なお、図１中、符号７は射出装置を指し、符号８はそのうちのスリーブである。符号９は鋳込み口（スプルー）であり、符号１０は溶湯である。また、符号１１はベントホール（ガス抜き）であり、符号１２は湯道（ランナー）である。

金型１内に前記したような流路３（３Ａ、３Ｂ・・・）を内蔵させるには、例えば金型１を２以上の分割片とし、当該各分割片の所定位置には組立て接合時に流路となる部分溝を形成し、これら各分割片をパルス通電による接合処理により接合して、金型１の内部に複数の流路を内蔵せしめることができる。鋳込み製品の形状に応じて、２以上の分割片に分割したものをパルス通電による接合処理により接合し、一つの金型とする。

図２〜４は、固定金型（固定型）１Ａを複数（３つ）の分割片としたときの各分割片の一態様を示す説明図であり、上部が平面図を、下部が断面図をそれぞれ示している。図２が最も上部の分割片１Ａ−１であり、図３が中間の分割片１Ａ−２であり、図４が最も下部の分割片１Ａ−３である。
図２〜４中、符号１３は射出装置７の設置用空洞である。また、符号１４は熱遮蔽部６の設置用空洞である。さらに、符号１５はキャビティ設置用空洞である。
また、図５〜６は、可動金型（可動型）１Ｂを複数（２つ）の分割片としたときの各分割片の一態様を示す説明図であり、上部が平面図を、下部が断面図をそれぞれ示している。図５が上部の分割片１Ｂ−１であり、図６が下部の分割片１Ｂ−２である。
このような各分割片をパルス通電による接合処理により接合して、内部に複数の流路を内蔵せしめた金型を容易に得ることができる。

このとき、肉厚の薄い製品キャビティと肉厚の厚い製品キャビティとの間のキャビティ背面に、又は、肉厚の薄い製品キャビティと肉厚の厚い製品キャビティとの間のキャビティ背面と前記複数の流路３との間にかけて、熱遮蔽部６を配置しておけば、これら各分割片をパルス通電による接合処理により接合して、金型１の内部に複数の流路と共に熱遮蔽部６を内蔵せしめることができる。
図７は、そのような熱遮蔽部６の一態様を示す平面図、図８はその側面図、図９はその断面図である。

また、ダイカスト法の場合には、ベントホール（ガス抜き）１１の近傍が昇温するため、損傷することから、冷却流路を設け損傷対策とされている（流路４参照）。また、上記したように、可動金型（可動型）１Ｂは複数（２つ）の分割片（１Ｂ−１と１Ｂ−２）とされていて、このベントホール（ガス抜き）１１の近傍部分の入れ替えができるようになっている。

なお、パルス通電による接合処理は常法により行えばよい。パルス通電による接合処理の条件は特に限定されないが、３段階に分け、第１段階で２００℃以上６５０℃以下の温度と１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、次いで、第２段階で７００℃以上１０００℃以下の温度と０．０１ＭＰａ以上０．９ＭＰａ以下の加圧力にてパルス通電による接合を行い、さらに、第３段階で８００℃以上１０００℃以下の温度で０．５〜３時間熱処理することが好ましい。第１段階と第２段階では、パルス通電による接合（それぞれ仮接合と本接合）を行うが、第３段階では、パルス通電を止め、所定の熱処理（相互拡散接合処理）を行う。
パルス電流としては通常、直流が用いられ、本発明においては、デューティー比、つまりパルスのＯＮとＯＦＦの比（ＯＮ／ＯＮ＋ＯＦＦ）が８６〜９９．９％、好ましくは９０〜９９．９％のパルス電流を流すことが好ましい。
このようなパルスのＯＮ時間の比率の高いパルス電流を流し、自己発熱により全体を緩やかに昇温させて、なるべく部材全体を均一に昇温させることが好ましい。
また、パルス電流としては、１００〜５００００Ａ、好ましくは３００〜３００００Ａの範囲のものが用いられ、電圧は１００Ｖ以下である。
電流密度に換算すると、パルス電流としては、５０Ａ／ｃｍ^２〜５００Ａ／ｃｍ^２、好ましくは８０Ａ／ｃｍ^２〜１５０Ａ／ｃｍ^２の電流供給が可能なものが用いられ、電圧は１００Ｖ以下である。

鋳造品を製造する際には、まず溶融させたマグネシウム合金やアルミニウム合金類等からなる溶湯１０を供給装置（図示していない）から射出装置７に供給し、射出装置７に供給された溶湯１０は、次いでプランジャー（図示していない）によって鋳込み口（スプルー）９より金型１のキャビティ２内に射出される。
さらに、金型１のキャビティ２内に射出された溶湯５が固化した後、金型１を開き、押出ピン５を用いて鋳造品を取り出す。図１０は、本発明の鋳造金型から得られる鋳造品（鋳込み製品）の一態様を示す斜視図である。
なお、本発明の鋳造金型を用いる場合、溶湯１０を鋳込み口（スプルー）９より金型１のキャビティ２内に射出させるに際し、予め流路３（３Ａ、３Ｂ・・・）に所定温度の流体を流し、金型を予備加熱しておくことが好ましい。さらに、溶湯１０を鋳込み口（スプルー）９より金型１のキャビティ２内に射出させた後は、流路３（３Ａ、３Ｂ・・・）のうち、肉厚の薄い製品キャビティ背面側の流路３Ａに、肉厚の厚い製品キャビティ背面側の流路３Ｂよりも高い温度の流体を循環せしめておく。
このとき、前記したように、流路３内には、流路内の温度を測る温度センサー（図示していない）を内蔵せしめて金型の温度を検知し、この検知信号に基づき、これに応じた温度の流体（温度差のある流体）を循環させるとよい。

このようにして本発明の鋳造金型により鋳造品が製造されるが、本発明においては、熱遮蔽部が配置されており、しかも場所に応じた温度の流体を循環させることができ、冷却性能が著しく向上しているため、肉厚が不均一な鋳造製品の成型に使用する場合、製品キャビティに溶湯（溶融金属）を鋳込んだ際に、凝固が均一となり、高品質の鋳造製品を得ることができる。
このように本発明の鋳造用金型によれば、凝固を均一化させることができるため、様々な肉厚偏差のある鋳造製品を製造することが可能である。
また、このため本発明の鋳造用金型は歩留まりがよく、さらに鋳込み回数を増やすことができるため、生産性を向上させることができる。
さらに、本発明によれば、鋳込みを開始するにあたり、金型を予備加熱し、さらに金型部位の昇温状態に応じた温度の流体を循環させることができ、冷却性能等が著しく向上していることから、金型の熱による損傷や溶損を防止することができ、金型寿命を長くすることができる。

請求項１に係る本発明の鋳造用金型の一態様を示す断面図である。固定金型（固定型）１Ａを複数（３つ）の分割片としたときの最も上部の分割片１Ａ−１の一態様を示す説明図である。固定金型（固定型）１Ａを複数（３つ）の分割片としたときの中間の分割片１Ａ−２の一態様を示す説明図である。固定金型（固定型）１Ａを複数（３つ）の分割片としたときの最も下部の分割片１Ａ−３の一態様を示す説明図である。可動金型（可動型）１Ｂを複数（２つ）の分割片としたときの上部の分割片１Ｂ−１の一態様を示す説明図である。可動金型（可動型）１Ｂを複数（２つ）の分割片としたときの下部の分割片１Ｂ−２の一態様を示す説明図である。熱遮蔽部６の一態様を示す平面図である。熱遮蔽部６の一態様を示す側面図である。熱遮蔽部６の一態様を示す断面図である。本発明の鋳造金型から得られる鋳造品（鋳込み製品）の一態様を示す斜視図である。

符号の説明

１金型
１Ａ固定金型
１Ａ−１固定金型１Ａを３つの分割片としたときの最も上部の分割片
１Ａ−２固定金型１Ａを３つの分割片としたときの中間の分割片
１Ａ−３固定金型１Ａを３つの分割片としたときの最も下部の分割片
１Ｂ可動金型
１Ｂ−１可動型１Ｂを２つの分割片としたときの上部の分割片
１Ｂ−２可動型１Ｂを２つの分割片としたときの下部の分割片
２キャビティ
２Ａキャビティの肉厚の薄い部分
２Ｂキャビティの肉厚の厚い部分
３流路
４流路
５押出ピン用孔
６熱遮蔽部
６Ａ断熱性材料
６Ｂ耐熱遮断層
７射出装置
８スリーブ
９鋳込み口（スプルー）
１０溶湯
１１ベントホール（ガス抜き）
１２湯道（ランナー）
１３射出装置７の設置用空洞
１４熱遮蔽部６の設置用空洞
１５キャビティ設置用空洞

Claims

肉厚が不均一な鋳造製品の鋳込みに使用する鋳造用金型であって、少なくとも固定金型側のキャビティ背面に複数の流路が設けられており、前記流路のうち、肉厚の薄い製品キャビティ背面側の流路に、肉厚の厚い製品キャビティ背面側の流路よりも高い温度の流体が循環せしめられていると共に、肉厚の薄い製品キャビティと肉厚の厚い製品キャビティとの間のキャビティ背面に、又は、肉厚の薄い製品キャビティと肉厚の厚い製品キャビティとの間のキャビティ背面から前記複数の流路の間にかけて、熱遮蔽部が配置されていることを特徴とする鋳造用金型。
前記流路内に温度センサーを内蔵せしめて金型の温度を検知し、この検知信号に基づき、これに応じた温度の流体を循環させることを特徴とする請求項１記載の鋳造用金型。
前記金型を２以上の分割片とし、当該各分割片の所定位置には組立て接合時に流路となる部分溝を形成し、これら各分割片をパルス通電による接合処理により接合して、前記金型の内部に複数の流路を内蔵せしめてなる、請求項１記載の鋳造用金型。