JP2011031258A

JP2011031258A - 金型冷却装置

Info

Publication number: JP2011031258A
Application number: JP2009177803A
Authority: JP
Inventors: Hisao Fukami; 尚男深見
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-07-30
Also published as: JP5423211B2

Abstract

【課題】
金型の熱応力による割れの発生を抑えながら、金型冷却性能を維持できる金型冷却装置を提供すること。
【解決手段】
金型１００に形成された冷却孔１２０に冷媒を供給する冷却管２５１と、冷却孔１２０に挿入される冶具２１０と、冷却孔１２０の応力集中部１２１に押圧され圧接する断熱層２２０と、から金型冷却装置を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金型の内部に形成される冷却孔に冷媒を流動させて金型の冷却を行う金型冷却装置に関する。

従来の金型冷却方法として、鋳型から製品取り出し後に冷却水を金型キャビティー面に塗布し、金型外部から冷却する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、金型に冷却孔を設け、その冷却孔内部、先端部分以外に直接冷却水が触れないように断熱機構を形成するスリーブを配置し、金型の凸部が小さい場合であっても粗材のヒケ割れを防止し、局部的な冷却を可能にする技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００３−２０５３４６号公報特開２０００−５８４５号公報

しかしながら、上記特許文献１では、高温の金型表面に冷却水を吹き付けると、金型キャビティー面は急激に冷却される。そのため、熱衝撃により金型表面にヒートクラックが発生する問題がある。また、冷媒を金型キャビティー面に塗布する時間や水分除去のためのエアブローを行う時間が必要であり、サイクルタイムの短縮に限界がある。

また、上記文献２では、金型冷却孔内の応力集中部に冷却水が接触すると、金型冷却は促進されるものの、接触部と金型内部の温度差により応力集中部に割れが生じる虞がある。また、金型の冷却能力向上のため、金型キャビティー面と冷却孔先端部の距離を近づけると、応力集中部に割れが生じる問題はより堅著となる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、金型の熱応力による割れの発生を抑えながら、金型冷却性能を維持できる金型冷却装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために講じた第１の手段は、金型に形成された冷却孔に冷媒を供給する冷却管と、前記冷却孔に挿入される冶具と、前記冶具に取り付けられ、前記冷却孔の応力集中部に押圧され圧接する断熱層と、を備えた金型冷却装置である。

また、第２の課題解決手段は、前記断熱層は、環状に形成される。

また、第３の課題解決手段は、前記断熱層は、樹脂材により構成される。

また、第４の課題解決手段は、前記治具は、該治具の両端部に配設されるリングと、該リングを支持する複数の支柱と、を備える構成である。

また、第５の課題解決手段は、前記支柱は、前記冷却孔の内壁に対向する少なくとも１つの平面を有し、前記支柱が前記冷却孔内で弾性変形することにより前記平面が前記冷却孔の内壁と接触し、前記断熱層を前記冷却孔で固定させる構成である。

本発明によれば、断熱層を取り付けた冶具を冷却孔に挿入して、応力集中部に押圧して圧接することで、応力集中部に冷媒が当ることによる応力集中部の急激な温度低下を抑制し温度勾配を変化させることができる。そのため、金型の熱応力による割れの発生を抑えることができる。また、冷却孔と金型キャビティー面の間隔を狭めることが可能になり、金型冷却能力の向上が図れる。

また、断熱層は環状に形成されているので、断熱層を押圧した際に環状に均一な圧接が得られ、冷却孔内周面と断熱層との間に隙間が発生するのを抑制できる。

また、断熱層としては樹脂材を使用したため、冶具に押圧されると、断熱層は冷却孔内壁に沿うように変形するためシール性が向上する。

また、治具を構成する複数の支柱は、治具の両端部に配設されるリングにより、断熱層を均一な押圧力で圧接する。よって、冷却孔の内部で安定した断熱層の固定が可能となる。つまり、冷却孔の形状に対応したリングを備えることで冷却孔の内部で安定した断熱層の固定が可能となる。

また、冶具の支柱は、押圧されると冷却孔の内壁側に弾性変形して断熱層を一定の押圧力で押圧する。したがって断熱層への過度な押圧力が作用することを防止でき、断熱層の長寿命化が図れる。また、支柱は冷却孔の内壁側に平面を有するため、押圧力の調整及び弾性変形量が大きくなるため調整範囲が広がる。

金型の冷却構造の断面図である。断熱層を取り付けた冶具の正面図である。冶具のＡ−Ａ断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施例における金型１００の冷却構造の断面図である。金型１００は、鋳物を作成する金型キャビティー面１１０と、金型１００を内部から冷却するための冷却孔１２０を備える。冷却孔１２０はドリル加工により形成され、スクリュープラグ２４０を固定するストレートネジ部１３０、冷却パイプ２５０を固定するテーパネジ部１３１を備える。冷却孔１２０内に挿入される金型冷却装置２００は、４本の支柱２１１と支柱２１１の両端部に固定した２つの径の異なるリング２１２ａ、２１２ｂとを有する冶具２１０と、冶具２１０の一端側に取り付けられ冷却水を通すための孔２２１を備えた断熱層２２０と、冶具２１０を押圧する円筒形のパイプ２３０（冷却管）と、ストレートネジ部１３０に螺合してパイプ２３０と冶具２１０を介して断熱層２２０を押圧し調整するスクリュープラグ２４０と、冷却水を供給する冷却管２５１および冷却水を排水する排水口２５２を有し、テーパネジ部１３１に螺合する冷却プラグ２５０と、から構成される。

図２は、断熱層２２０を取り付けた冶具２１０の正面図である。冶具２１０は、４本の支柱２１１と、支柱２１１の長手方向の端部に固定したリング２１２ａとリング２１２ｂから構成される。４本の支柱２１１の先端部は、内側に曲がる形状である。そして断熱層２２０は、支柱２１１の先端部との着脱を容易にするため、支柱２１１の外観に合わせた形状である。

ここで、本実施例では、均一な冷却効果を得るために冷却孔１２０を断面円形としている。このとき、この断面円形の冷却孔１２０に対応したリング２１２ａ、リング２１２ｂを設けることで、断熱層２２０を均一な押圧力で冷却孔１２０の内壁に圧接することができる。よって、冷却孔１２０の内部で安定した断熱層２２０の固定が可能となる。つまり、冷却孔１２０の形状に対応したリングを備えることで冷却孔１２０の内部で安定した断熱層２２０の固定が可能となる。

また、４本の支柱２１１は、リング２１２ｂからリング２１２ａ方向に向かうにつれて、円錐形状を呈する。円錐形状を呈することで、治具２１０の底面部から押圧力を付した場合に先端部の拘束と底面部からの押圧により支柱２１１が冷却孔１２０の内壁に向って広がりやすく確実な治具２１０の固定が可能となる。また円錐形状とすることで、治道２１０の先端部において、冷却孔１２０と治具２１０との間の空間が確保できる。これによって、仕様に合わせて樹脂材料の厚みを選択することができ温度勾配の設定自由度が高まる。

冶具２１０及びパイプ２３０は、腐食し難いＳＵＳ材を使用する。断熱層２２０の先端部には、金型冷却時に発生する熱応力が集中する応力集中部１２１を断熱する断熱層２２０が取り付けられる。断熱層２２０は、環状に形成され、中央部分には冷却水を通して冷却孔１２０の先端を冷却するための孔２２１が設けられている。断熱層２２０の材料は、弾性を有し、断熱性、耐熱性に優れるフッ素系樹脂（樹脂材料）を使用する。

このように断熱層２２０を樹脂材料とすることで、セラミックスや金属等々に比べて形状変形が容易となり、冷却孔１２０の形状に対応して密着させることができ、断熱性を高めることができる。更に、樹脂材料を使用することで、セラミックスや金属等々に比べて柔軟性が高く、形状変形が容易なので組付時の押圧力を抑制できる。これにより、金型冷却装置２００の組付を簡便に行なうことができる。また、簡素な構造で押圧力を低減でき、治具２１０の長寿命化が図れる。尚、本発明における断熱層２２０の冷却孔１２０への密着の程度は、完全に冷媒の進入を防ぐものに限定する主旨ではなく、積極的に冷媒を通水させない程度でも金型材質、冷媒の通水量等によっては本発明の効果を得ることはできるものである。

図３は、図２の冶具２１０のＡ−Ａ断面図である。４本の支柱２１１は、それぞれ冷却孔１２０の内壁側に１つの平面２１３を有し、平面２１３はリング２１２ｂが押圧され支柱２１１が弾性変形した場合に冷却孔１２０の内壁と接触する構成である。本実施例では支柱２１１の断面形状は平面を有する半円であるが、半円に限定されるものではなく、四角形状、その他の多角形状でもよい。

以下に金型１００に金型冷却装置２００を取り付ける手順について説明する。

断熱層２２０を取り付けた冶具２１０を断熱層２２０側から冷却孔１２０に挿入する。金型によって冷却孔は複数あり、深さが異なる。そのため、冷却孔の深さに応じて長さの異なるパイプを用いることで、異なる深さの冷却孔へも対応可能になる。

次に、断熱層２２０を取り付けた冶具２１０とパイプ２３０を介して密着するため、ストレートネジ部１３０と螺合するスクリュープラグ２４０によりパイプ２３０を押圧する。その後、テーパネジ部１３１に冷却プラグ２５０を取り付けて、冷却孔１２０に栓をする。

冷却プラグ２５０側の冷却管２５１は、供給パイプ３０１を介して冷却水供給源３００に接続される。排水口２５２は排水パイプ４０１を介して、冷却水排水源４００に接続される。冷却供給源３００としては、例えば、工場等に配管される工業用水を使用したユーティリティ配管の吐出口が利用される。冷却水排出源４００としては、例えば、工場等に配管される工業用水を使用したユーティリティ配管の排出口が利用される。一般的に、ユーティリティ配管の排出口から排出された冷却水は、クーリングタワー等により冷却・浄化され、ユーティリティ配管の吐出口に戻る循環系を構成している。

上記の構成において、冷却水供給源３００から供給された冷却水は、供給パイプ３０１、冷却管２５１を経由し、冷却管先端２５１ａから冷却孔１２０内に噴出される。冷却水は、断熱層２２０の孔２２１を通過して冷却孔１２０の先端部を冷却する。その際、応力集中部１２１は、断熱層２２０に覆われてシールされるため、冷却水は応力集中部１２１に接触しない。冷却孔１２０から排水口２５２に向かった冷却水は、排水パイプ４０１を経由して冷却水排出源４００に至り、排出される。

本発明の金型冷却装置２００では、スクリュープラグ２４０がパイプ２３０と冶具２１０とを介して断熱層２２０を押圧して、断熱層２２０を冷却孔１２０の応力集中部１２１に密着するため、応力集中部１２１を冷却水からシールすることができる。冷却水からシールすることで応力集中部１２１の熱応力を緩和できる。そのため、金型１００の熱応力による割れの発生を抑えることができる。また、冷却孔１２０と金型キャビティー面１１０の間隔を狭めることが可能になり、金型冷却能力の向上が図れる。

また、断熱層２２０は環状に形成されるので、断熱層２２０を押圧した際に環状に均一な密着が得られ、冷却孔１２０の内周面と断熱層２２０との間に隙間が発生するのを防止し、シール性が向上する。

また、断熱層２２０としてはフッ素系樹脂を使用したため、冶具２１０に押圧されると、断熱層２２０は冷却孔１２０の内壁に沿うように変形して密着するため、シール性が向上する。

また、断面円形の冷却孔１２０に対応したリング２１２ａ、リング２１２ｂと、リング２１２ａ、リング２１２ｂを支持する４本の支柱２１１を設けることで、断熱層２２０を均一な押圧力で冷却孔１２０の内壁に圧接することができ、冷却孔１２０の内部で安定した断熱層２２０の固定が可能となる。

また、冶具２１０の支柱２１１は、押圧されると冷却孔１２０の内壁側に弾性変形して断熱層２２０を一定の押圧力で押圧する。したがって断熱層２２０への過度な押圧力が作用することを防止でき、断熱層２２０の長寿命化が図れる。また、支柱２１１は冷却孔１２０の内壁側に平面２１３を有するため、押圧力の調整及び弾性変形量が大きくなり調整範囲が広がる。

従来の金型では、金型の熱応力による割れの発生を抑えるためには、冷却孔１２０（冷却孔径のφ１１．５ｍｍ）と金型キャビティー面１１０の距離は３０ｍｍ必要であったが、本実施例では、応力集中部１２１の応力値を緩和したため、冷却孔１２０と金型キャビティー面１１０の距離５ｍｍ程度まで近づけることが可能になった。このときの冷却能力指数は、従来の金型の約６倍（冷却水温度２０℃、流量７Ｌ／ｍｉｎ）向上する結果となった。

１００金型
１２０冷却孔
１２１応力集中部
２００金型冷却装置
２１０冶具
２２０断熱層
２３０パイプ（冷却管）

Claims

金型に形成された冷却孔に冷媒を供給する冷却管と、
前記冷却孔に挿入される冶具と、
前記冶具に取り付けられ前記冷却孔の応力集中部に押圧され圧接する断熱層と
を備えた金型冷却装置。
前記断熱層は、環状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の金型冷却装置。
前記断熱層は、樹脂材により構成されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の金型冷却装置。
前記治具は、該治具の両端部に配設されるリングと、該リングを支持する複数の支柱と、を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の金型冷却装置。
前記支柱は、前記冷却孔の内壁に対向する少なくとも１つの平面を有し、前記支柱が前記冷却孔内で弾性変形することにより前記平面が前記冷却孔の内壁と接触し、前記断熱層を前記冷却孔で固定させることを特徴とする請求項４に記載の金型冷却装置。