JP2009195926A - 鋳造用積層金型 - Google Patents

Abstract

【課題】板状部材の分割位置に薄肉部が発生しない鋳造用積層金型を提供する。
【解決手段】金型を層状に分割した複数の板状部材７ａ〜７ｈ、９ａ〜９ｋ、７０ａ〜７０ｈ、９０ａ〜９０ｋを備え、これらの複数の板状部材を積層して一体に形成してなる鋳造用積層金型において、分割された部位６、８に薄肉部が発生しないように板状部材の厚さを異ならせる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の板状部材を積層して構成される鋳造用積層金型に関する。

図５は、従来の鋳造用積層金型４０の断面図を示す。
例えばエンジンのシリンダ等を鋳造によって試作する場合、金型を層状に分割した複数の板状部材４１ａ〜４１ｉを積層して構成される簡易な鋳造用積層金型４０が用いられる。それぞれの板状部材４１ａ〜４１ｉは、その厚みは全て均一なものが使用されており、板状部材の単体の状態で形状が加工され、複数の板状部材４１ａ〜４１ｉを分割面４２で積層したときに、その金型内部に成形空間４３（鋳湯を流し込む空間）が形作られることになる。このような鋳造用積層金型４０は、一体にして形成された金型（製品用の一体金型）と比較してコスト的に安く、かつ、製作が容易に行える点で優れている。（例えば、特許文献１参照）。
実開昭６３−５６９４４号公報

しかしながら、図５に示すように、この金型の分割面４２と鋳造品の鋳造面４４とが鋭角をなして交差する場合、一方の板状部材に薄肉部４５が発生してしまう。この薄肉部４５は、成形空間４３に鋳湯を流し込んだときに、鋳湯の熱によって反り（図５で二点鎖線で示す）が発生し、鋳造品の精度に影響を及ぼすことがある。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、板状部材の分割位置に薄肉部が発生しない鋳造用積層金型を提供することにある。

上述課題を解決するため、本発明は、金型を層状に分割した複数の板状部材を備え、これらの複数の板状部材を積層して一体に形成してなる鋳造用積層金型において、前記分割された部位に薄肉部が発生しないように前記板状部材の厚さを異ならせたことを特徴とする。
この構成によれば、分割位置を板状部材の厚さを変えることにより調整することができる。

また、前記板状部材のうち、鋳湯量が多い箇所に面する板状部材の厚さを大きくして、この厚さの大きい板状部材に冷却水路を形成してもよい。
この構成によれば、冷却水路を１つの板状部材に設けるようにすることができる。

さらに、前記板状部材のうち、鋳湯量が少ない箇所に面する板状部材の厚みを大きくして、この厚さの大きい板状部材に金型温度を上昇させる温度コントロール機構を設けることもできる。
この構成によれば、温度コントロール機構を１つの板状部材に設けるようにすることができる。

また、鋳湯量が少ない前記板状部材とは、鋳湯の流路が細いものであってもよい。
この構成によれば、細い流路の湯回り不良の発生を防止することができる。

本発明に係る鋳造用積層金型では、金型を層状に分割した複数の板状部材を備え、これらの複数の板状部材を積層して一体に形成してなる鋳造用積層金型において、前記分割された部位に薄肉部が発生しないように前記板状部材の厚さを異ならせているので、分割位置を板状部材の厚さを変えることにより調整することにより、分割位置で薄肉部が発生しないようにすることができる。これにより、鋳湯からの熱影響によって反りが生じる薄肉部がなくなり、鋳造品を精度よく成形することができる。

また、前記板状部材のうち、鋳湯量が多い箇所に面する板状部材の厚さを大きくして、この厚さの大きい板状部材に冷却水路を形成しているので、複数の板状部材に跨って冷却水路を形成せずに、この厚さの大きい板状部材にだけ冷却水路を形成すればよくなり、加工が容易になる。また、大きな冷却水路を設けることができる。さらに、分割面を介さずに冷却を行うことで、効率よく板状部材を冷却することができるので、鋳造品の凝固遅れによる鋳巣の発生を抑えることができる。

さらに、前記板状部材のうち、鋳湯量が少ない箇所に面する板状部材の厚みを大きくして、この厚さの大きい板状部材に金型温度を上昇させる温度コントロール機構を設けているので、複数の板状部材に跨って温度コントロール機構用の取付部を形成せずに、この厚さの大きい板状部材にだけ取付部を形成すればよくなり、加工が容易になる。また、大きな取付部を設けることができる。さらに、分割面を介さずに加熱を行うことで、効率よく板状部材を加熱することができるので、鋳湯が早く凝固して、湯回り不良が生じるのを防止することができる。

また、鋳湯量が少ない箇所に面する前記板状部材とは、鋳湯の流路が細いものであるので、細い流路の湯回り不良の発生を防止することができる。これにより、鋳造品を精度よく成形することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る鋳造用積層金型について図面を参照して説明する。
この積層金型は、例えば、鋳造用に用いられ、エンジンのシリンダヘッドを試作する場合等に用いられる。鋳湯としては、マンガンを約１０％〜１５％含有する高マンガン鋼等の熱伝導率が低い材料を使用する場合を想定している。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る鋳造用積層金型の各板状部材を分離して示す概要図である。
積層金型１は、上型３と下型５とを備えている。
上型３は、複数の上型用板状部材７ａ〜７ｈを備えている。この上型用板状部材７ａ〜７ｈは、鋼板などの板材からなり、それぞれ単体の状態で加工されている。上型用板状部材７ａ〜７ｈは、その板材の両面が他の板材と重ね合わせられる分割面６を有しており、この分割面６で積層することによって上型３が構成されている。
下型５は、複数の下型用板状部材９ａ〜９ｋを備えている。この下型用板状部材９ａ〜９ｋは、上型用板状部材７ａ〜７ｈと同様に、鋼板などの板材からなり、それぞれ単体の状態で加工されている。下型用板状部材９ａ〜９ｋは、その板材の両面が他の板材と重ね合わせられる分割面８を有しており、この分割面８で積層することによって下型５が構成されている。

この上型３と下型５は、組み立てられた状態で型枠（図示せず）に納められ、この型枠内で後述する成形空間１１内に鋳湯が流し込まれるようになっている。そして、鋳造後に型枠から取り出され、それぞれの板状部材を取り外すことで、鋳造品が得られるようになっている。

上型３及び下型５には、図１に示すように、その内部に鋳造品の外形を象った成形空間１１が形成されており、上型３及び下型５を組み合わせた状態で、この成形空間１１に鋳湯が流し込まれる。また、上型３には、成形空間１１から積層金型１の外側まで連通するガス抜き用の空気穴１３が形成されている。また、上型３又は下型５には、鋳湯を流し込むための注入路（図示せず）が形成されている。
成形空間１１は、上型用板状部材７ａ〜７ｈ、下型用板状部材９ａ〜９ｋのそれぞれが単体の状態で加工が施され、組み合わされたときにその成形空間１１が構成されることになる。

図２（ａ）は、下型５を積層して組み立てた状態であって、下型５に形成された突起部２０を拡大して示す断面図である。
積層金型１の下型５には、成形空間１１又は鋳湯の注入路の形状によって、突起部２０を設けてある。この突起部２０の左右の側壁部２２は、鋳造品と金型とを分離させる方向（図２（ａ）における上下方向）に対して抜きテーパーが付けられている。より詳細には、突起部２０は、その先端部２０ａに向かって先細りする形状に加工されることにより、鋳造品と金型との離型を容易にしている。

この突起部２０は、図２（ａ）に示すように、積層される１つの板状部材９ｇに、この突起部２０の全体形状が含まれるように形成されており、側壁部２２の途中で分割面８が形成されないように、板状部材９ｇの板厚を調整している。
より詳細には、板状部材９ｇの板厚Ｌ１は、突起部２０の基端部２０ｂの幅方向の厚みＬ２と等しいものが選定されている。また、板状部材９ｇは、隣り合う板状部材９ｆ、９ｈとの分割位置（分割面８の位置）がこの基端部２０ｂの位置と一致するように形成されている。
なお、この突起部２０が形成されていない他の板状部材は、同じ板厚を使用してもよい。

また、図２（ｂ）に示すように、板厚Ｌ１が厚みＬ２よりも大きくなるように形成することもできる。図２（ｂ）に示す板状部材９ｘは、図２（ａ）の板状部材９ｅ、９ｆ、９ｇを１つの板材で構成したものである。このように構成することで、板状部材９ｆ（図２（ａ）参照）の加工精度によって側壁部２２が隣り合う板状部材に跨って形成されるおそれを解消することができる。

図３は、上型３と下型５とを組み合わせた状態であって、この金型内部にウォータージャケット１５、１６（冷却水路）を形成した断面図である。
上型３には、上述した下型５の突起部２０と成形空間１１を挟んで対向する位置に凹部２４が形成されている。この凹部２４は、突起部２０の側壁部２２と対応する位置に側壁部２６が形成されており、この側壁部２６にも、突起部２０のテーパーに合わせたテーパーが付けられている。

この凹部２４は、上型用板状部材７ｄ、７ｅ、７ｆに跨って形成されている。また、図３において左側の側壁部２６は、その全体が板状部材７ｄに含まれるように形成されており、右側の側壁部２６は、その全体が板状部材７ｆに含まれるように形成されている。すなわち、側壁部２６の途中で分割面６が形成されないように、板状部材７ｄ、７ｅ、７ｆの板厚を調整している。

一方、上型３と下型５とを組み合わせて形成される成形空間１１には、図３に示すように、その成形空間１１の空間が不均一に大きくなる大空間部１１ａが形成される場合がある。この大空間部１１ａは、図３に示すように、上型用板状部材７ｄ、７ｅ、下型用板状部材９ｄ、９ｅによって形成されている。

この大空間部１１ａには、他の成形空間１１よりも多くの鋳湯が供給されるため、この大空間部１１ａによって鋳造される鋳造品の肉厚は他の部位と比較して厚くなる。このように肉厚を厚くする部位としては、例えば、締結用のボス部や、振動による応力集中部分などが考えられる。このように、鋳造品の肉厚が厚くなる大空間部１１ａでは、流れ込んだ鋳湯の凝固遅れが発生したり、それに起因した鋳巣が発生するおそれがある。そのため、この大空間部１１ａの周囲には、冷却水を流して冷却を促進するためのウォータージャケット１５、１６を形成している。

このウォータージャケット１５、１６は、大空間部１１ａを効率よく冷却するために、分割面６、８を介して大空間部１１ａを冷却するのではなく、大空間部１１ａが含まれる１つの上型用板状部材７ｄ、下型用板状部材９ｄにウォータージャケット１５、１６の全部が含まれるように、板状部材７ｄ、９ｄの板厚を調整している。

本発明の第１実施形態に係る鋳造用積層金型１によれば、下型５の分割面８に薄肉部４５（図５参照）が発生しないように上型用板状部材９ｇ、９ｘの厚さを他の板状部材と異ならせているので、高温の鋳湯が成形空間１１内に注入されたとしても、薄肉部４５が反って鋳造品の精度に影響を及ぼさない。

すなわち、鋳湯の熱を突起部２０の全体を含む１つの板状部材９ｆ（９ｘ）によって受けることにより、この熱によって突起部２０の側壁部２２が熱変形するのを最小限に抑えることができる。これにより、隣り合う板状部材に跨って突起部２０の側壁部２２に薄肉部４５が生じないように板状部材の板厚を調整することで、従来のように全ての板状部材の板厚を均等にして金型を製作した場合と比較して、薄肉部４５で発生する熱変形の影響を受けずに、鋳造品を精度よく製作することができる。

また、板状部材９ｇの板厚Ｌ１を、突起部２０の基端部２０ｂの幅方向の厚みＬ２と等しく、又はそれ以上になるように形成しているので、突起部２０の全部が板状部材９ｇに含まれるようにすることができる。これにより、側壁部２２に薄肉部４５が発生しないようにすることができ、鋳造品を精度よく製作することができる。

さらに、板状部材のうち、鋳湯量が多い箇所に面する板状部材７ｄ、９ｄの厚さを大きくして、この厚さの大きい板状部材７ｄ、９ｄに大空間部１１ａを冷却するためのウォータージャケット１５、１６を形成しているので、ウォータージャケット１５、１６が板状部材の分割面６、８を介して大空間部１１ａを冷却する場合（分割面６、８で熱伝導によって冷却する場合）と比較して、冷却効率が向上する。これにより、大空間部１１ａでの鋳湯の凝固遅れや、それに起因した鋳巣の発生を抑制することができる。
また、複数の板状部材に跨ることなく、１つの板状部材７ｄ、９ｄにウォータージャケット１５、１６を形成することにより、板状部材の加工を容易に行うことができる。

以上、本発明の第１実施形態について述べたが、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
例えば、本第１実施形態では、突起部２０を下型５に形成し、これに対応する凹部２４を上型３に形成しているが、逆の対応であってもかまわない。

また、本実施の形態では、突起部２０の側壁部２２に離型用の抜きテーパーに薄肉部が発生しないようにしているが、抜きテーパーに限定されない。例えば、鋳造品の外形に沿って必要な傾斜面が構成されている場合であっても、この傾斜面に分割面６、８が位置しないように板状部材の厚みを変更することで、薄肉部４５が発生しないようにすることができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る鋳造用積層金型１０であって、下型５０の突起部２０及び上型３０の凹部２４を拡大して示す断面図である。
上型３０は、複数の上型用板状部材７０ａ〜７０ｈ（添字ａ〜ｈは図１に対応。図４では、７０ｃ〜７０ｉを示す）を備えている。この上型用板状部材７０ａ〜７０ｈは、鋼板などの板状部材からなり、それぞれ単体の状態で加工されている。上型用板状部材７０ａ〜７０ｈは、その板状部材の両面が他の板状部材と重ね合わせられる分割面６０を有しており、この分割面６０で積層することによって上型３０が構成されている。
下型５０は、複数の下型用板状部材９０ａ〜９０ｋ（添字ａ〜ｋは図１に対応。図４では、９０ｂ〜９０ｊを示す）を備えている。この下型用板状部材９０ａ〜９０ｋは、上型用板状部材７０ａ〜７０ｈと同様に、鋼板などの板材からなり、それぞれ単体の状態で加工されている。下型用板状部材９０ａ〜９０ｋは、その板状部材の両面が他の板状部材と重ね合わせられる分割面８０を有しており、この分割面８０で積層することによって下型５０が構成されている。

これらの突起部２０及び凹部２４の分割面６０、８０は、第１実施形態で説明したとおり、側壁部２２、２６に薄肉部４５（図５参照）が発生しないように、各板状部材の板厚を異ならせて構成されている。

上型３０及び下型５０で形成される成形空間１１には、突起部２０及び凹部２４によって、他の成形空間１１と比較して鋳湯の流路が細い狭隘路１１０ａが形成されている。この狭隘路１１０ａは、図４に示すように、上型用板状部材７０ｆ、７０ｇ、７０ｈ、下型用板状部材９０ｇによって形成されている。

この狭隘路１１０ａでは、他の成形空間１１よりも少ない鋳湯が供給されるため、この狭隘路１１０ａによって鋳造される鋳造品の肉厚は他の部位と比較して薄くなる。このように、鋳造品の肉厚が薄くなる部分では、流れ込んだ鋳湯が他の部分と比較して早く凝固してしまい、湯廻りが悪くなるおそれがある。そのため、この狭隘路１１０ａの周囲には、この部分の温度を上昇させる温度コントロール機構１１５が設けられている。

ここで、温度コントロール機構１１５は、例えば、電気、ガス等によって動作する周知のヒーターなどであり、板状部材９０ｇを加熱したいときにスイッチを入れて、これを加熱することができるものである。

温度コントロール機構１１５は、図４に示すように、突起部２０の内方に埋め込まれるように設けられ、成形空間１１と温度コントロール機構１１５とがほぼ等しい距離になるように配置されている。この温度コントロール機構１１５は、狭隘路１１０ａを効率よく暖めるために、分割面８０を介して狭隘路１１０ａを暖めるのではなく、狭隘路１１０ａが含まれる１つの下型用板状部材９０ｇに温度コントロール機構１１５の全部が含まれるようになっており、板状部材９０ｇの板厚が調整されている。

本発明の第２実施形態に係る鋳造用積層金型１０によれば、下型５０の分割面８０に薄肉部４５（図５参照）が発生しないように上型用板状部材９０ｇの厚さを他の板状部材と異ならせているので、第１実施形態と同様に、高温の鋳湯が成形空間１１内に注入されたとしても、薄肉部４５が反って鋳造品の精度に影響を及ぼさない。

また、板状部材のうち、鋳湯量が少ない狭隘路１１０ａを有する板状部材９０ｇ（鋳湯量が少ない箇所に面する板状部材９０ｇ）の厚みを大きくして、この厚さの大きい板状部材９０ｇに狭隘路１１０ａを暖めるための温度コントロール機構１１５を形成しているので、温度コントロール機構１１５が板状部材９０ｇの分割面８０を介して狭隘路１１０ａを暖める場合（分割面８０で熱伝導によって暖める場合）と比較して、加熱効率が向上する。これにより、狭隘路１１０ａで鋳湯が早期に凝固するのを抑制することができる。
また、１つの板状部材９０ｇに温度コントロール機構１１５を形成することにより、板状部材９０ｇの加工を容易に行うことができる。

以上、本発明の第２実施形態について述べたが、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
例えば、本実施の形態では、鋳湯量の少ない狭隘路１１０ａに鋳湯する場合について説明したが、狭隘路１１０ａに限定されず、例えば、成形空間１１が複雑な形状を有しており、鋳湯の流れが悪くなると想定される部分についても適用することができる。これによれば、この流れの悪くなる部分を温度コントロール機構１１５で効果的に暖めることができ、鋳湯が他の部分に比べて早く凝固してしまい、湯廻り不良が発生するおそれをなくすことができる。

また、本第２実施形態では、突起部２０及び温度コントロール機構１１５を下型８０に設けているが、当然に、上型５０に設けるものであっても構成することができる。これによっても、狭隘路１１０ａを効果的に加熱することができ、湯廻り不良が発生するおそれをなくすことができる。

本発明の実施の形態に係る鋳造用積層金型の概要図である。 下型を積層した状態であって、突起部を拡大して示す断面図である。 上型と下型を組み合わせた状態であって、金型内に設けたウォータージャケットを示す断面図である。 上型と下型を組み合わせた状態であって、金型内に設けたヒーター部を示す断面図である。 従来の鋳造用積層金型であって、下型に形成された突起部を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１、４０ 鋳造用積層金型
３、３０ 上型
５、５０ 下型
６、６０ 分割面
７ａ〜７ｈ、７０ａ〜７０ｈ 上型用板状部材
８、８０ 分割面
９ａ〜９ｋ、９０ａ〜９０ｋ 下型用板状部材
９ｘ 板状部材
１０ 鋳造用積層金型
１１ 成形空間
１１ａ 大空間部
１３ 空気穴
１５、１６ ウォータージャケット
２０ 突起部
２０ａ 先端部
２０ｂ 基端部
２２ 側壁部
２４ 凹部
２６ 側壁部
４５ 薄肉部
１１０ａ 狭隘路
１１５ 温度コントロール機構
Ｌ１ 板厚
Ｌ２ 厚み

Claims (4)

1. 金型を層状に分割した複数の板状部材を備え、これらの複数の板状部材を積層して一体に形成してなる鋳造用積層金型において、
   前記分割された部位に薄肉部が発生しないように前記板状部材の厚さを異ならせたことを特徴とする鋳造用積層金型。
2. 前記板状部材のうち、鋳湯量が多い箇所に面する板状部材の厚さを大きくして、この厚さの大きい板状部材に冷却水路を形成したことを特徴とする請求項１に記載の鋳造用積層金型。
3. 前記板状部材のうち、鋳湯量が少ない箇所に面する板状部材の厚みを大きくして、この厚さの大きい板状部材に金型温度を上昇させる温度コントロール機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の鋳造用積層金型。
4. 前記板状部材は、鋳湯の流路が細いことを特徴とする請求項３に記載の鋳造用積層金型。

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