JP2009512558A - ダイカスト方法及びダイカスト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム、マグネシウム若しくは亜鉛又は融点が高い銅、鋼等の金属の加工にかかるサイクル時間を大きく削減することが可能なダイカスト方法を提供する。
【解決手段】射出室４に溶融金属１０を充填又は配量するステップと、プランジャ５によって溶融金属１０を鋳型空隙３へ押し込むステップと、溶融金属１０が凝固した後に鋳造品を取り出すステップとを行う横型コールドチャンバダイカストマシンによるダイカスト方法において、前記射出室４内への溶融金属１０の充填又は配量を他のプロセスと同時に行う。

Description

本発明は、特にアルミニウム、マグネシウム又は亜鉛の合金から成る部材のダイカスト方法及びこれら部材用のダイカスト装置に関するものである。

軽金属を溶融させたものからダイカスト部品を製造することはよく知られている。これは、所定量の溶融物が射出室内へ充填され、プランジャによって鋳型空隙へ押し出されるものである。また、射出室と鋳型空隙への湯口の間の移行部は、射出中には確実にシールされなければならない。そのため、種々の摺動部材又は弁若しくは逆止弁が用いられている。

特許文献１には、鋳型の湯道を、これがノズル内に形成された除去されるべき材料による栓（プラグ）のための収容部を備えるように形成することが開示されている。また、この湯道は２つの流路に分岐されており、この流路は、それぞれ部分的に前記栓の収容部として形成されている。

特許文献２には、粉末冶金による容器を選択的に空にする方法が開示されている。この容器はその底部に排出支持台を備えており、この排出支持台内には一部凝固させる内容物が入っているため栓が形成されるようになっている。このように閉鎖された排出支持台は、栓を溶融させることによって開放されるようになっている。そのため、この排出支持台には誘導加熱装置が設けられている。

特許文献３には特に鋳型空隙の排気装置及び射出室を備えた真空ダイカスト用の鋳型が開示されており、射出室の鋳型へ向いた開口部は弁によって閉鎖できるようになっている。また、この弁は絞り通路を備えているため、溶融金属を開口部方向へ移動させながら射出室のエア抜きが行われるようになっている。

特許文献４には、射出室を備えたダイカストマシンが開示されており、この射出室内には２つのプランジャが設けられていて、これら２つのプランジャは、溶融金属を圧縮するため、あるいは射出室内の所定箇所で他の処理を施すために互いに逆方向に移動可能に設定されている。
独国特許第１００６４３００号明細書 独国特許出願公開第４３２６３２５号明細書 欧州特許第１１６５２７４号明細書 欧州特許出願公開第１４０７８４１号明細書 独国特許出願公開第１００１５２９号明細書

本発明の目的とするところは、アルミニウム、マグネシウム若しくは亜鉛又は融点が高い銅、鋼等の金属の加工にかかるサイクル時間を大きく削減することが可能なダイカスト方法を提供することにある。

上記目的は、請求項１及び２記載の発明によって達成される。

鋳型の閉鎖と射出室の充填を平行して行う（充填又は配量を他のプロセスと同時に行う）ことによって、時間短縮及び品質向上が図られることになる。すなわち、ダイカストマシンの動作サイクルを中断させることなく射出室は部分的に溶融金属で満たされる。なお、射出室を横型コールドチャンバダイカストマシンの部材とするのが好ましい。このように満たされた射出室及びエア抜きされた鋳型には空気が入っていないため、射出室の充填度を１００％とすることが可能である。

また、他の好ましい実施形態は、各従属請求項に記載されている。

本発明の一実施形態においては、鋳型の閉鎖は互いに独立して動作する機械的な要素によって行われる。

本発明の他の実施形態によれば、射出室における鋳型あるいは湯口へ向いた開口部には少なくとも一部が凝固した溶融金属の栓（例えばディスク状）が形成されており、この際、栓は融点以下の温度に冷却されている。また、次回の射出の前にこの栓は少なくとも部分的に溶融させる必要があるが、これには充填されてくる溶融金属による熱及び／又はヒータの熱が利用される。なお、プランジャは、実際の射出時には、形成されるべき栓の手前の位置に保持される必要がある。

したがって、この場合、更なる機械的に動作する閉鎖部材が不要となり、材料の損失も生じない。

そして、本発明による方法は以下のステップを含んでいる。すなわち、
・鋳型の閉鎖（場合によってはリンク機構の伸張）及び射出室の充填
・射出
・凝固
・製品の取出し
・噴霧
である。

ところで、本発明の目的とするところは、射出のサイクル時間を大幅に削減することが可能なダイカスト装置を提供することにもある。この目的は、請求項１１記載の発明によって達成される。すなわち、このダイカスト装置は、射出室の開口部に該開口部を少なくとも部分的に閉鎖する可動の閉鎖部材を設けたことを特徴としている。なお、好ましい実施形態については各従属請求項に記載されている。

本発明の一実施形態は、前記閉鎖部材を水平方向及び／又は垂直方向へ摺動する摺動部材としたことを特徴としている。また、この閉鎖部材は、上述の溶融金属から成る「栓」であってもよい。さらに、閉鎖を磁場によって行うことも可能である。

この閉鎖部材は、好ましくは固定型に配置されて開口部を少なくとも部分的に閉鎖するものであり、射出時にもこの位置を保持する。これにより時間削減も図られることになる。

さらに、特許文献５に記載されているような流頭センサ（Fliessfrontsensor）を射出室の充填度を検出するために用いることも可能である。また、機械制御によって射出の最適な開始時点を算出することが可能であり、さらに、鋳型の閉鎖信号の応答を用いることも可能である。なお、閉鎖部材をコーティングするとともに、その内部にヒータ又は冷却装置を設けてもよい。

従来技術においては、配量の準備及び配量（充填）自体の検出は付加的なステップとして鋳型の閉鎖につづいて行われていたが、本発明による「平行動作時間」（図３）は所定動作のサイクル時間から除外された経過時間であり、本発明によれば、プロセスの変更をすることなく他の動作を平行して行うことが可能となっている。

ダイカストにおけるサイクル時間を大きく削減することが可能である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図示のダイカストマシンは、溶融金属の流入口６及びプランジャ５を有する射出室４を備えて構成されている。この射出室４は一方で固定型１に結合されており、この固定型１は、可動型２に対応したものとなっている。そして、可動型２が図中の矢印７の方向に移動すると鋳型空隙３が形成されるようになっている。

また、射出室４における開口部９の外部には、垂直方向に摺動する摺動部材８が設けられている。開口部９は湯口の一部を形成しており、摺動部材８の上部が湯口の入口を形成するようになっている。なお、摺動部材８は、開口部９を完全に閉鎖することもできる。

そして、射出室４が軽金属である溶融金属１０によって満たされると、これと同時に可動型２が矢印７方向へ移動し、鋳型が閉じられる。なお、摺動部材８は射出室４への溶融金属１０の流入が開始される少し前、あるいは遅くとも流入の開始と同時に上方へ移動し、開口部９が少なくとも部分的に閉鎖されるようになっている。

その後、鋳型が閉じられ、射出室４内に溶融金属１０が完全に満たされると、プランジャ５が開口部９方向へ移動し、溶融金属１０が鋳型空隙３内へ押し出される。ここで、射出室４内への溶融金属１０の充填は上側又は下側から行うことができ、上側にある流入口を射出室４のエア抜き孔として用いることが可能である（圧力波の軽減）。また、プランジャ５の移動の前にエア抜きを行うことも可能である。なお、プランジャ５と反対側の湯口への開口部９を完全に密封することも可能である。

この開口部９の密封は、被成形材料から成る栓によってなされる。すなわち、射出室４内に満たされている溶融金属１０をプランジャ５が開口部９方向へ押し出し、鋳型空隙３が溶融金属１０で完全に満たされた後に残る“過剰な”溶融金属１０が開口部９の手前の射出室４内にとどまる。この過剰な溶融金属１０が少なくとも部分的に凝固し栓として機能することになる。そして、プランジャ５が元の位置（図１に示す位置）へ戻り、次の射出用の溶融金属１０で射出室４が満たされると、栓は、プランジャ５の開口部９方向への移動の前にヒータにより少なくとも部分的に再び溶融される。なお、このとき、射出室４内の溶融金属１０の熱を併せて利用することも可能である。

そして、鋳型によって成形された後には、鋳型が開放されると同時に摺動部材８が下方へ摺動し、プランジャ５が残った金属を押し出し、鋳型には噴霧が施される。

ところで、摺動部材８を絶縁及び冷却に適した材料又は溶融に対して強い材料などの様々な材料で形成することができる。また、摺動部材８は、溶融金属１０の流入時に完全に開口部９を必要に応じて完全に閉鎖することが可能である。この開口部９は、溶融金属１０の押出時には完全に開放されるか、又は射出室４の充填度に応じて部分的に開放されるようになっている。

なお、摺動部材８を水平方向へ摺動するように設けてもよく、さらに、この摺動部材８を弁状に形成することも考えられる。いずれにしても、摺動部材８は開口部９に対して平行に摺動し、その際、この摺動部材８にこれに対して直角に動作するガイドレバーを設けてもよい。

さらに、摺動部材８に、溶融金属１０を通過させるための開口部あるいはエア抜き用の孔を設けてもよい。このような開口部又は孔が設けられた摺動部材８によれば、この摺動部材８が開口部９を閉鎖したままでプランジャ５の移動前にエア抜きがなされ、溶融金属１０が摺動部材８を通過して鋳型空隙３内へ流入することが可能となる。なお、固定型１をはじき出し装置又はこれに類するものとすることも可能である。

また、閉鎖された射出室４に、射出工程中に必要な溶融金属１０を既に充填することも可能である。この際、空気の含有量をできるだけ少なく抑えるために、射出室４に溶融金属１０を充填した後、所定時間待機するのが望ましい。

そして、この所定時間の間にプランジャ５が開口部９方向へ移動し、射出室４の充填度がほぼ１００％にされる。また、射出室４を閉鎖することにより、上記所定時間内に鋳型空隙３を形成することができ、サイクル時間を非常に短縮させることが可能である。なお、鋳物部品と残留物を分けるために、鋳型を開放する際に、摺動部材８は、開口部９が閉鎖される位置に保持される。また、残留物の凝固時間を前記所定時間に含めることが可能である。

さらに、射出室４が断熱されていれば、この射出室４の熱損失を低減することが可能である。一方、この射出室４を冷却することも可能である。このように、射出室４の熱損失を抑えることで、溶融金属１０の事前の凝固を防ぎ、鋳物部品の品質を高めることができる。

そして、射出室４は、鋼で形成され、更にセラミックス系の材料でコーティングされるとともにセラミックス製のスリーブを備えている。また、この射出室４を完全にセラミックス、金属基複合材料（ＭＭＣ）又は粉末冶金によって形成され完全にニトロ化（硝酸処理）された材料によって形成することも可能である。

射出室への溶融金属の充填及び鋳型の閉鎖工程を示す図である。 摺動部材によって開口部を閉鎖した状態での射出を示す図である。 本発明による方法の概要を示す図である。

符号の説明

１ 固定型
２ 可動型
３ 鋳型空隙
４ 射出室
５ プランジャ
６ 流入口
７ 可動型移動方向
８ 摺動部材
９ 開口部
１０ 溶融金属

Claims (18)

1. 射出室（４）に溶融金属を充填又は配量するステップと、プランジャ等によって溶融金属を鋳型空隙へ押し込むステップと、溶融金属が凝固した後に鋳造品を取り出すステップとを行う横型コールドチャンバダイカストマシンによるダイカスト方法において、
   前記射出室（４）内への溶融金属の充填又は配量を他のプロセスと同時に行うことを特徴とするダイカスト方法。
2. 射出室（４）に溶融金属を充填又は配量するステップと、溶融金属を鋳型空隙へ押し込むステップとを行う横型コールドチャンバダイカストマシンによるダイカスト方法において、
   前記鋳型空隙の閉鎖と前記射出室（４）内への溶融金属の充填を同時に行うか、又は前記射出室（４）内への溶融金属の充填を前記鋳型空隙の開放時若しくは該鋳型空隙の閉鎖工程中に行うことを特徴とするダイカスト方法。
3. 遅くとも前記射出室（４）内への溶融金属（１０）の充填時には、少なくとも前記鋳型空隙の開口部（９）を少なくとも部分的に閉鎖することを特徴とする請求項１又は２記載のダイカスト方法。
4. 前記閉鎖を磁気的、熱的又は機械的に行うことを特徴とする請求項３記載のダイカスト方法。
5. 前記射出室（４）のエア抜きを前記プランジャ（５）の移動により行うことを特徴とする請求項２又は３記載のダイカスト方法。
6. 溶融金属の凝固時間を前記他のプロセスとすることを特徴とする請求項１又は２記載のダイカスト方法。
7. 少なくとも前記鋳型空隙（３）の湯口へ至る前記開口部（９）を各射出工程後に再び密閉することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のダイカスト方法。
8. 前記プランジャ（５）と前記開口部（９）の間に溶融金属の余剰分を残留させ、この余剰分を凝固させて栓とし、該栓により前記開口部（９）を閉鎖することを特徴とする請求項７記載のダイカスト方法。
9. 前記プランジャ（５）を前記栓の形成時点で前記開口部（９）近傍にあるよう移動させることを特徴とする請求項８記載のダイカスト方法。
10. 前記栓を、射出室（４）内への次回の充填時に少なくとも部分的に溶融させることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載のダイカスト方法。
11. 横型コールドチャンバダイカストマシンであるダイカスト装置であって、溶融金属（１０）充填用の流入口（６）を有する射出室（４）と、該射出室（４）内に設けられたプランジャ（５）とを備えて成り、可動型（２）に対応した固定型（１）に前記射出室（４）が結合されているとともに、前記射出室（４）における鋳型空隙の湯口へ向けて開口部（９）が設けられた前記ダイカスト装置において、
    前記鋳型空隙から見た前記開口部（９）の手前に該開口部を少なくとも部分的に閉鎖する可動の閉鎖部材を設けたことを特徴とするダイカスト装置。
12. 前記閉鎖部材を水平方向及び／又は垂直方向へ摺動する摺動部材（８）としたことを特徴とする請求項１１記載のダイカスト装置。
13. 前記閉鎖部材及び／又は前記開口部（９）を湯口の一部として形成したことを特徴とする請求項１１又は１２記載のダイカスト装置。
14. 前記射出室（４）及び／又は前記摺動部材（８）を金属及び／又はセラミックス若しくは複合合成樹脂で形成したことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のダイカスト装置。
15. 前記射出室（４）及び／又は閉鎖部材を粉末冶金によって形成され完全にニトロ化された材料によって形成したことを特徴とする請求項１４記載のダイカスト装置。
16. 前記摺動部材（８）を前記開口部（９）に対して平行に設けたことを特徴とする請求項１２記載のダイカスト装置。
17. 前記摺動部材（８）にＰＶＤコーティング層を設けたことを特徴とする請求項１２記載のダイカスト装置。
18. 前記摺動部材（８）内にヒータ又は冷却装置を設けたことを特徴とする請求項１２〜１７のいずれか１項に記載のダイカスト装置。

Images