JP2006110606A - 鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
比較的細く長い穴を有する製品を鋳造により成形する場合に、該穴を形成するための切削加工が必要なく、さらに穴形状の精度を確保するための加工も必要ない鋳造方法を提供する。
【解決手段】
金型６のキャビティ９内に配置される鋳抜きピン１０として、該鋳抜きピン１０の中子部３の外周面３ｂに、変形可能なシリコンゴム被膜１１が形成されているものを使用する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、鋳造方法に関する。特に細く長い穴を有する製品を、後加工を必要とせず鋳造のみで成形する鋳造方法に関する。

例えば、車両用部品のデリバリーパイプ等の細くて長い穴を有する製品を、ダイカスト鋳造を用いて成形する場合、ダイカスト鋳造により得られた鋳造品に対して、ガンドリル等の特殊工具を用いて切削加工することが行われている。しかし、切削加工によりこのような細くて長い穴を形成しようとすると、加工時間が長くなり、製品のコストアップにつながるという問題があった。また、ダイカスト鋳造工程において、鋳抜きピンを用いて細くて長い穴を鋳抜く方法もあるが、鋳抜きを実施した場合、鋳抜きピンには抜け勾配が必要であり、そのため、鋳抜きピンの先端の径が極度に小さくなり、型の耐久性の問題からも必要な深さまで鋳抜けない場合がある。一方、鋳抜きピンに形成される抜け勾配を犠牲にすると、鋳抜きピンを抜くときに穴の内周面にかじり傷などが生じて不良品となる問題がある。

このような問題を解決するために、例えば、下記特許文献１に開示されている技術がある。下記特許文献１に開示されている技術は、鋳抜きピンを中心部域に位置する第１鋳抜きピンと該第一鋳抜きピンの外周部に位置する第２鋳抜きピンとに分割しておき、まず第１鋳抜きピンを鋳抜く方向に移動させてから、第２鋳抜きピンを抜くようにした鋳抜き方法である。このような方法によれば、第１鋳抜きピンを移動させることで、第２鋳抜きピンと鋳造品との間にわずかに隙間が形成され、そのため、抜き勾配を鋳抜きピンに形成しなくても穴の内周面にかじり傷等の不良を発生させずに、鋳抜きピンを鋳抜くことができる。
特開２００２−３４６７２３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術においては、例えば穴の直径が数ｍｍ程度のような場合には、分割される鋳抜きピンのうち一つの鋳抜きピンの厚さが２ｍｍ以下程度となり、鋳抜きピンとして耐久性を確保することができない。また、鋳抜きピンの分割面におけるバリの発生は避けることができず、鋳造品に対して改めてバリ取りの工程と検査の工程とが必要となる。

このような問題は、ダイカスト鋳造により製品を成形する場合に限らず他の鋳造方法においても同様に生じうる問題である。

本発明は、以上のような現状を鑑みてなされたものであって、比較的細く長い穴を有する製品を鋳造により成形する場合に、該穴を形成するための切削加工が必要なく、さらに穴形状の精度を確保するための加工も必要ない鋳造方法を提供することを課題とする。

上記本発明の課題を解決するために、本発明の鋳造方法は、金型に形成されるキャビティの内部に鋳抜きピンを配置しておき、該キャビティに前記鋳抜きピンが配置された状態で前記キャビティに金属溶湯を充填し、その後前記鋳抜きピンを鋳抜くことで、前記鋳抜きピンの外形形状に対応する形状の穴を鋳造品に形成する鋳造方法において、前記鋳抜きピンとして、表面に変形可能な緩衝被膜が形成されているものを使用することを特徴とする。

さらに、本発明の鋳造方法においては、前記緩衝被膜は、シリコンゴム被膜とすることができる。

さらに、本発明の鋳造方法は、ダイカスト鋳造方法であるとすることができる。

上記のような本発明の鋳造方法においては、キャビティ内に鋳抜きピンを配置しておき、その状態でキャビティ内に金属溶湯を充填することで、該鋳抜きピンを金属溶湯で鋳ぐるむようにして鋳造品を成形する。そして、金属溶湯が凝固した後に、鋳抜きピンを鋳造品から引き抜くことで、該鋳抜きピンの外周形状に対応する内周形状を有する穴を鋳造品に形成することができる。さらに、本発明においては、鋳抜きピンの外周表面に変形可能な緩衝被膜が形成されているので、この緩衝被膜が緩衝材として働き、鋳抜きピンを鋳造品から引き抜くのが容易となる。つまり、鋳抜きピンを鋳ぐるむようにして鋳造品を成形すると、凝固の際に金属溶湯が全体として収縮する結果、鋳造品が鋳抜きピンを押圧するために、鋳抜きピンに抜き勾配が形成されていないと鋳抜きピンを鋳抜くことが困難であるが、鋳抜きピンに緩衝被膜を形成することで、金属溶湯の収縮により生じる押圧力を緩衝被膜の変形により吸収することができる。したがって、鋳抜きピンに抜き勾配が形成されている場合は当然のことながら、鋳抜きピンに抜き勾配が形成されていない場合でも、容易に鋳抜きピンを鋳抜くことができる。また、鋳抜きピンに抜き勾配を形成する必要がないので、太さが小さい鋳抜きピンを使用しなければならないような場合であっても、鋳抜きピンの剛性を高めることができ、鋳抜きピンの耐久性を劣化させることがない。したがって、より一層細く長い穴を有する鋳造品でも、該穴の寸法精度を高めるための後加工をせずに、鋳造のみで成形することができる。

なお、このように鋳抜きピンを鋳造品から取り外したときに、鋳抜きピンと一緒に緩衝被膜も鋳造品から取り外される場合もあるが、鋳抜きピンから緩衝被膜が分離して、該緩衝被膜が鋳造品に付着する場合もありえる。しかし、このような場合も、鋳造品に付着する緩衝被膜を洗浄等により容易に除去することができるので、特別な後工程も必要ない。また、上記のように鋳抜きピンから緩衝被膜が分離しても、再度鋳抜きピンに緩衝被膜を形成すれば、再度鋳造工程に使用することができる。また、鋳抜きピンを崩壊性とすることで、抜け勾配を形成せずに鋳抜きを行う方法もあるが、上記のように鋳抜きピンに緩衝被膜を形成する本発明は、緩衝被膜を損傷しても鋳抜きピン全体を取り替える必要がなく、生産コストを低減することができる。

さらに、鋳抜きピンに形成されている緩衝被膜として、シリコンゴム被膜を採用すると、該シリコンゴム被膜は弾力性に富むために、鋳造品の収縮による押圧力により弾性変形する結果、鋳造品の収縮による押圧力をより一層吸収することができる。そのため、容易に鋳抜きピンを鋳造品から鋳抜くことができる。また、シリコンゴム被膜は耐熱性も良好であることから、鋳造時に金属溶湯が該シリコンゴム被膜に触れても、該シリコン被膜は該金属溶湯と反応したり、該金属溶湯により溶解したりすることがない。そのため、該シリコン被膜が鋳造品に固着することがなく、鋳抜きピンの引き抜き時におけるかじり傷を、より一層防止することができる。ひいては、鋳抜きピンに抜け勾配を形成しなくても、鋳造工程により平滑な内周面を持つ穴を鋳造品に形成することができる。したがって、比較的細く長い穴を有する製品を、後加工することなく、鋳造工程のみで成形することができる。

さらに、鋳造方法のなかでもダイカスト鋳造方法により鋳造品を成形する場合には、金型に形成されるキャビティに高圧で金属溶湯が射出されることもあいまって、鋳抜きピンの鋳抜きが一層困難であるという現状があり、本発明の効果がより一層顕著に現れる。また、ダイカスト鋳造方法では、使用される金属溶湯の温度は、一般的に重力鋳造法よりも低く、また金属溶湯の冷却時間も重力鋳造法に比べて早いため、前述の緩衝被膜を鋳抜きピンに形成しても、金属溶湯により該緩衝被膜が溶解されにくく、本発明をより効果的に採用することができる。特に、一般的に融点の低い、アルミニウム合金（アルミニウムを含む）やマグネシウム合金（マグネシウムを含む）をダイカスト鋳造により鋳造する際には、前述したシリコンゴム被膜を緩衝被膜として採用しても、シリコンゴム被膜が溶解することがなく、本発明を好適に採用することができる。

以下、添付の図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の鋳造方法により成形される鋳造品の一例を示したものである。図１は、具体的には、車両に使用されるデリバリーパイプ１である。特に、該デリバリーパイプ１は、アルミニウム合金により構成されるものを例示することができる。以下、この鋳造されたデリバリーパイプ１を鋳造品１として記載する場合もある。デリバリーパイプ１は、筒形状を有する本体１ａと、該本体１ａの一端側に形成されるつば部１ｂとを有する。本体１ａには、細く長い穴２ａが形成されている。この穴２ａは、本体１ａの一端１ｃ側における径の大きさと、本体１ａの多端１ｄ側における径の大きさとが略同一とされている。さらに具体的には、該穴２ａの軸方向において径の大きさが略同一で、勾配のないストレート形状とされている。本体１ａの軸方向の長さＬは、例えば、２００ｍｍ以下とされており、穴２ａの径φｄは、１０ｍｍ以下とされている。また、本体１ａには、本体１ａの外周面から穴２ａに連通するように、複数の横穴２ｂが形成されている。このようなデリバリーパイプ１は、本体１ａに形成される穴２ａから横穴２ｂに流体を分割して供給する目的で使用される。以下に説明する本発明の実施形態は、図１に示すような細く長い穴２ａが形成された鋳造品１を成形する場合について説明するものである。

以下、本発明の鋳造方法に係る実施形態について詳細に説明する。図２は、本発明に係る鋳造方法を行うための鋳造装置の一例を示すものである。特に、図２はダイカスト鋳造装置について示すものであるが、ダイカストマシン本体については図示を省略している。図２に示すダイカスト鋳造装置は、上型７と下型８とにより構成される金型６と、該金型に形成されるキャビティ９と、該キャビティ９内に配置されるとともに、図１に示す鋳造品１に細く長い穴を形成するための鋳抜きピン１０とを有するものである。より具体的には、上型７には、キャビティ９の上半分を構成する凹部が形成されており、下型８には、キャビティ９の下半分を構成する凹部が形成されており、これら凹部を有する上型７と下型８とがこれら金型６のパーティング面６ａで重ねあわされることで、キャビティ９が形成されるようになっている。また、上型７と下型８とのパーティング面６ａのそれぞれには、鋳抜きピン１０のつば部４が配置される凹部７ａ、８ａが形成されている。

キャビティ９内に配置される鋳抜きピン１０の詳細を図３に示す。図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。図３に示すように、鋳抜きピン１０は、鋳造品１の穴１ａの形状を成形する製品形状部となる中子部３と、該鋳抜きピン１０を金型６に配置するためのつば部４とが一体となって形成されているものである。また、図３、図４に示すように、鋳抜きピン１０の中子部３は、中心部に心金となる中子部本体３ａがあり、その外周面３ｂを、該鋳抜きピン１０の中子部３を鋳造品１から引き抜く際に緩衝材となる緩衝被膜としてのシリコンゴム被膜１１が覆っている、図に示すように、このシリコンゴム被膜１１は、中子部３の中子部本体３ａ全体を覆い、かつその厚さを略均一とするように形成されている。また、中子部本体３ａの径の大きさも、中子部３の先端側３ｃからつば部側３ｄに向かう軸方向において略一定とされているため、中子部３の径は、その先端側３ｃからつば部側３ｄまで略一定とされている。つまり、中子部３には抜き勾配が形成されていない。より具体的には、中子部３の径は、図１に示す鋳造品１の穴２ａの内径φｄと略同一とされている。ここで、中子部本体３ａの径は、例えば５〜１０ｍｍを例示することができ、シリコンゴム被膜１１の厚さは、１〜２ｍｍとすることができる。また、中子部３の軸方向における長さは、図１に示す鋳造品１の穴２ａの軸方向における長さと略同一とされている。

鋳抜きピン１０のつば部４には、該鋳抜きピン１０を金型６のキャビティ９内に位置決めするための位置決め部が形成されている。図３に示す本実施形態の場合にあっては、この位置決め部は、つば部４に形成される貫通穴１２とされている。一方、図２に示す金型６には、上型７と下型８とのうちいずれか一方に、位置決め部として、上記貫通孔１２に挿通される挿通部１３が形成されている。これらつば部４に形成される貫通孔１２と金型６に形成される挿通部１３とにより、鋳抜きピン１０を金型６のキャビティ９内に位置固定させることができるようになっている。なお。位置決め部としては、図３に示す本実施形態のように、貫通孔１２とすることもできるが、単に凹部とすることもできるし、あるいは凸部とすることもできる。このように、つば部４に形成される位置決め部の形状を変更する場合は、金型に形成される位置決め部の形状も対応する形状に変更する必要がある。

また、鋳抜きピン１０のつば部４は、該鋳抜きピン１０が金型６のキャビティ９に配置される際には、鋳造品１の外周面の一部を成形する製品形状部としても機能する。

鋳抜きピン１０の中子部３に形成される緩衝被膜は、本実施形態においてはシリコンゴム被膜１１を採用しているが、本発明はこれに限られるものではない。キャビティ９に充填される金属溶湯と反応せず、耐熱性があり、かつ、例えば弾性を有するなど変形可能なものであれば、他の材質のものを採用することもできる。

次に、図面を参照しつつ本発明の鋳造方法について具体的に説明する。まず、図３に示す形状と略同様の形状の鋳抜きピンを用意し、この鋳抜きピンに、図３に示すようなシリコンゴム被膜１１を形成する。シリコンゴム被膜１１の形成方法としては、数々想定することができるが、具体的にはＲＩＭ成形等により形成することができる。シリコンゴム被膜１１の厚さは、キャビティ９に金属溶湯が充填され凝固したときの鋳造品の収縮を吸収できる程度に厚くしておく必要がある。また、シリコンゴム被膜１１の厚さが厚すぎると、相対的に中子部本体３ａの径が小さくなってしまい、鋳抜きピンの剛性が低下して鋳抜きピンの耐久性が低下してしまう。そのため、シリコンゴム皮膜１１の厚さは、鋳抜きピンの剛性を確保できる程度に薄くしておく必要がある。具体的には、前述した通り、シリコンゴム被膜１１の厚さを１〜２ｍｍとすることができる。

以上のように、鋳抜きピン１０にシリコンゴム被膜１１を形成すれば、次に図２に示すダイカスト鋳造装置の金型６のキャビティ９内にシリコンゴム皮膜１１が形成された鋳抜きピン１０を配置する。具体的には、上型７と下型８とがパーティング面６ａで分離している状態で、上型７及び下型８のキャビティ９を構成する壁面に離型剤を塗布し、エアーを噴きつけたあとに、シリコンゴム被膜１１が形成された鋳抜きピン１０を、下型８に形成されている凹部８ａにつば部４をはめ込むことで配置する。そして、上型７及び下型８を互いに接近させて型閉めを行い、鋳抜きピン１０のつば部４を上型７の凹部７ａと下型８の凹部８ａとにより挟み込むことで鋳抜きピン１０をキャビティ９内に固定する。この際、上型７あるいは下型８に形成されている位置決め部としての挿通部１３をつば部４の貫通孔１２に挿通することにより、鋳抜きピン１０を精度よく位置決め・固定することができる。

上記のように、キャビティ９内に鋳抜きピン１０を配置した状態で、該キャビティ９内に金属溶湯を充填する。本実施形態においては、鋳造品１としてアルミニウム合金にて形成されるものを想定していうるので、アルミニウム合金の溶湯をキャビティ９内に充填する。具体的には、図２に示す鋳造装置はダイカスト鋳造装置であり、図示しないダイカストマシンの、キャビティ９に連通する射出スリーブにアルミニウム合金溶湯を注入し、その後プランジャーロッドによりアルミニウム合金溶湯をキャビティ９内に高圧・高速で射出することで、キャビティ９へのアルミニウム合金溶湯の充填を行う。

キャビティ９内にアルミニウム合金溶湯が充填されてから所定時間が経過すると、キャビティ９内に充填されたアルミニウム合金溶湯が金型６により冷却されて凝固する。このとき、キャビティ９内には鋳抜きピン１０が配置されており、この鋳抜きピン１０を鋳ぐるむようにアルミニウム合金溶湯が凝固する。さらに、アルミニウム合金溶湯が凝固する際に、該アルミニウム合金溶湯は全体として収縮するので、鋳抜きピン１０には、アルミニウム合金溶湯が凝固した鋳造品１からの押圧力が働く。

このように、アルミニウム合金溶湯が凝固すれば、図５に示すように鋳抜きピン１０を鋳ぐるむようにして成形された鋳造品１を金型６から取り出して冷却する。鋳造品１の冷却が完了した後は、図６に示すように、鋳抜きピン１０のつば部４を把持して鋳抜きピン１０を鋳造品１から引き抜く。このとき、鋳抜きピン２０には鋳造品１から押圧力が働いているが、当該実施形態に係る鋳抜きピン１０にあっては、中子部本体３ａの外周面３ｂに緩衝材としてシリコンゴム被膜１１が形成されているので、鋳造品１からの押圧力がシリコンゴム被膜１１の変形により吸収される。そのため、鋳造品１からの押圧力は中子部本体３ａにはそれほど作用せず、鋳造品１から鋳抜きピン１０を容易に引き抜くことができる。また、シリコンゴム１１は、鋳造品１を構成しているアルミニウム合金等の金属系の材料に比べて弾性的であるので、鋳抜きピン１０を引き抜くときに、シリコンゴム被膜１１自体が変形するため、容易に鋳抜きピン１０を引き抜くことができる。

上記のように、鋳造品１から鋳抜きピン１０を引き抜いた際に、シリコンゴム被膜１１が中子部本体３ａから分離せず、シリコンゴム被膜１１も共に鋳造品１から引き抜かれるのが好ましいが、場合によっては、鋳造品１に形成される穴２ａ内にシリコンゴム被膜１１が残留する場合もありえる。このような場合には、図７に示すように、鋳造品１の穴２ａに残留するシリコンゴム被膜１１を鋳造品１から引き抜くように除去する。このとき、本実施形態のように、緩衝被膜としてシリコンゴム被膜１１を採用している場合には、金属溶湯であるアルミニウム合金とシリコンゴムが反応しないので、鋳造品１の穴２ａから容易にシリコンゴム被膜１１を除去することができる。または、シリコンゴム被膜１１は、穴２ａ内を洗浄することにより除去することもできる。

鋳造品１からシリコンゴム被膜１１を含む鋳抜きピン１０を取り除いけば、鋳造品１に勾配のない細く長い穴２ａが形成される。さらに、鋳造品１から鋳抜きピン１０を容易に引き抜くことができることから、穴２ａの内壁面はかじり傷のない平坦な鋳肌面となる。したがって、穴２ａの寸法精度を確保したり、バリ等を除去したりする切削加工を別途行う必要はない。

鋳造品１から引き抜いた鋳抜きピン１０は、たとえシリコンゴム被膜１１が分離されていたとしても、中子部本体３ａの外周面３ｂに再びシリコンゴム被膜１１を形成すれば、繰り返し使用することが可能である。そのため、鋳抜きピン自体を破壊して、鋳造品１に細く長い穴を形成する方法とくらべて、生産コストを低減することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、本実施形態においては、鋳造方法としてダイカスト鋳造方法について主に説明したが、重力鋳造等のその他の鋳造方法であっても、本発明の効果を得ることができる。

本発明の鋳造方法により得られる鋳造品の一例を示す図。 本発明の鋳造方法を実施するための鋳造装置の概要を示す図。 本発明に係る鋳抜きピンの一例を示す図。 図３のＡ−Ａ断面図。 本発明の鋳造方法の一工程を示す図。 本発明の鋳造方法の一工程を示す図。 本発明の鋳造方法の一工程を示す図。

符号の説明

１ デリバリーパイプ（鋳造品）
２ａ 穴
６ 金型
７ 上型（金型）
８ 下型（金型）
９ キャビティ
１０ 鋳抜きピン
１１ シリコンゴム被膜（緩衝被膜）

Claims (3)

1. 金型に形成されるキャビティの内部に鋳抜きピンを配置しておき、該キャビティに前記鋳抜きピンが配置された状態で前記キャビティに金属溶湯を充填し、その後前記鋳抜きピンを鋳抜くことで、前記鋳抜きピンの外形形状に対応する形状の穴を鋳造品に形成する鋳造方法において、
   前記鋳抜きピンとして、表面に変形可能な緩衝被膜が形成されているものを使用することを特徴とする鋳造方法。
2. 前記緩衝被膜は、シリコンゴム被膜であることを特徴とする請求項１に記載の鋳造方法。
3. ダイカスト鋳造方法であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳造方法。

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