JP2012121041A - 半凝固金属用鋳造金型 - Google Patents

Abstract

【課題】半凝固金属が射出スリーブに供給されて射出スリーブ内に形成された凝固物が、金型のキャビティに混入することを防止できる半凝固金属用鋳造金型を提供する。
【解決手段】半凝固金属用鋳造金型１は、プランジャチップ７が内挿された射出スリーブ３が係合される鋳込口５と、ランナ６を介して鋳込口５に連通したキャビティ４とを備える。プランジャチップ７と対向する鋳込口５の面には、鉛直方向に延びる稜線９ａ及びこの稜線９ａから傾斜する２つの傾斜面９ｂ、９ｂを有する分流子９と、分流子９を挟んで水平方向に延びるように設けられた凝固物捕捉部１０，１０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半凝固金属用鋳造金型に関する。

従来より、アルミニウムやマグネシウム、またはそれぞれの合金等の溶融状態の金属を冷却して、固液共存状態の半凝固金属、すなわち、スラリーを製造し、半凝固金属を用いて金属成形品の鋳造が行われている。半凝固金属を用いて金属成形品の鋳造を行う場合、特に成形品の表面精度及び内部品質に優れる等の利点があることが知られている。

半凝固金属を用いた金属成形品の鋳造は、プランジャチップが内挿された射出スリーブが係合される鋳込口を有すると共に、ランナを介して鋳込口に連通されたキャビティを有する半凝固金属用鋳造金型が用いられ、まず、半凝固金属が射出スリーブ内に供給される。次に、プランジャチップにより、射出スリーブに供給された半凝固金属が金型の鋳込口に押し出され、ランナを介して鋳込口に連通された金型のキャビティに射出される。次に、金型内に射出された半凝固金属を冷却して凝固させる。以上により、金型内部の形状に応じた金属成形品を製造する。

半凝固金属は固相と液相とが混ざった状態であり、通常の溶湯を用いたダイカスト鋳造より温度が低いので、半凝固金属が射出スリーブ内に供給されると、射出スリーブに接触した部分が急冷されて凝固物となり、射出スリーブ内の接触面に応じた形状の凝固層として形成される。また、半凝固金属は、通常のダイカスト鋳造より、凝固層の厚さが厚くなる傾向もある。そのため、半凝固金属を金型内に射出する際に破壊された凝固物が製品内に混入し、湯境等により製品品質が悪化するという問題がある。

凝固物を捕捉するため、金型のキャビティと射出スリーブとの間で水平方向に開閉し、射出スリーブの内径よりも小径で半凝固金属をキャビティに流通させる開口部を有する一対のスライドコアと、開口部より下方位置でスライドコアに刻設された凝固物トラップ溝とを備える半凝固金属用鋳造金型が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００４−２０９４８４号公報

しかしながら、特許文献１記載の半凝固金属用鋳造金型は、半凝固金属とその凝固物をスライドコアに押し当てて、半凝固金属と凝固物とを開口部により選別するので、スライドコアの前面に凝固物が溜まる。そのため、プランジャチップにより半凝固金属を押し出す力に対する反力が発生し、キャビティ内に十分な圧力を伝えることができないという不都合を生じる。

また、半凝固金属と凝固物とを選別するためには、射出スリーブの内径よりも開口部が小径であり、凝固物トラップ溝が開口部より下方位置に設けられているので、凝固層下部の凝固物しか除去できず、さらに、一定量の半凝固金属とその凝固物とを必要とするので、方案歩留りが低下するという不都合を生じる。

そこで、本発明は、かかる不都合を解消し、半凝固金属が射出スリーブに供給されて射出スリーブとの接触面に形成された凝固物が金型のキャビティに混入することを防止することができる半凝固金属用鋳造金型を提供することを目的とする。

本発明は、プランジャチップが内挿された射出スリーブが係合される鋳込口と、ランナを介して該鋳込口に連通したキャビティとを有する半凝固金属用鋳造金型であって、該プランジャチップと対向する該鋳込口の面に、鉛直方向に延びる稜線及び該稜線を挟んで該稜線から該鋳込口の面に傾斜する２つの傾斜面を有する分流子と、該分流子の周囲に、半凝固金属が凝固した凝固物を捕捉するように該分流子を挟んで水平方向に形成された捕捉部とを備えることを特徴とする。

本発明の半凝固金属用鋳造金型の射出スリーブ内に供給される半凝固金属は、射出スリーブの内面に接触して冷却されるので、半凝固金属の一部は射出スリーブ内の接触面に応じた形状の凝固物の凝固層として形成される。従って、射出スリーブ内は、形成された凝固層に上に、流動性を有する半凝固金属が堆積した状態となる。

本発明の半凝固金属用鋳造金型によれば、まず、射出スリーブ内のプランジャチップを金型側に押し出すことにより、凝固層と共に凝固層上に堆積した半凝固金属が射出スリーブから鋳込口に供給される。

さらに、射出スリーブ内のプランジャチップを金型側に押し出すことにより、凝固層と共に凝固層上に堆積した半凝固金属を、プランジャチップと対向する鋳込口の面に設けられた分流子の位置にまで到達させる。ここで、分流子は、鉛直方向に延びる稜線と稜線を挟んで稜線から鋳込口の面に傾斜する２つの傾斜面とを有する。従って、分流子に到達した凝固層は、プランジャチップの押し出す力により、分流子の稜線と接触した部分から凝固層の形状が破壊され、破片状の凝固物に形成される。

そして、さらに、射出スリーブ内のプランジャチップを金型側に押し出すことにより、鉛直方向に延びる稜線と稜線から鋳込口の面に傾斜する２つの傾斜面とを有する分流子と、分流子の周囲に分流子を挟んで水平方向に形成された捕捉部とにより、破壊されて破片状となった凝固物は、捕捉部に流れるように指向され、捕捉部により捕捉される。

一方、半凝固金属は、キャビティに流れるようにランナの方向に指向される。従って、半凝固金属と凝固層を形成する凝固物とを選別できるだけでなく、同時に半凝固金属をキャビティに射出充填することもできる。

また、破壊された凝固物の破片が捕捉部に捕捉されるので、プランジャチップの端面と、プランジャチップの端面に対向する鋳込口の面との間に、凝固物の破片が残存しない。従って、プランジャチップの射出スリーブ内の進行及びプランジャチップによる半凝固金属に対する加圧を妨げることを防止できる。

従って、本発明の半凝固金属用鋳造金型によれば、半凝固金属が射出スリーブに供給されて射出スリーブとの接触面に形成された凝固物が、金型のキャビティに混入することを防止することができる。この結果、キャビティ内に凝固物が混入し、その周囲の半凝固金属との溶け込みが不十分なために発生する湯境、複数の半凝固金属の湯先がキャビティ内で合流する際に射出圧力不足による圧着力不足で湯境を生じる圧漏れ、そして、強度低下を防止することができる。

また、凝固物がキャビティに混入しないので、キャビティの形状による凝固物の詰まりを生じず、ランナが閉塞することも低減できる。この結果、閉塞により生じていた、キャビティへの半凝固金属の充填不良、射出圧力の減衰が大きくなる増圧伝播不良、圧漏れ、湯境を防止することができる。

本発明の半凝固金属用鋳造装置において、前記捕捉部が、前記プランジャチップの端面と、該プランジャチップの端面に対向する前記鋳込口の面内の領域との間に形成されるプランジャチップ延長領域よりも外方に設けられることが好ましい。

本発明の半凝固金属用鋳造装置によれば、捕捉部がプランジャチップ延長領域よりも外方に設けられるので、捕捉部により凝固物を捕捉することにより、プランジャチップ延長領域に凝固物が残存しない。従って、プランジャチップにより半凝固金属を押し出す力を、ランナを介してキャビティに効率的に伝えることができる。この結果、キャビティへの半凝固金属の充填不足を起き難くすることができる。

本発明の半凝固金属用鋳造装置において、６面割の金型であることが好ましい。本発明の半凝固金属用鋳造装置によれば、型開きの際、捕捉部により捕捉された凝固物が金型の摺動を妨げないので、６面割の金型とすることにより、複雑な形状のキャビティに応じた成形品を鋳造することができる。

本実施形態に係る半凝固金属用鋳造金型の一構成例を示す図。 図１の射出スリーブから分流子までの概略拡大断面図。 図２のIII−III線断面図。 図２のIV−IV線断面図。 半凝固金属用鋳造金型を用いてキャビティ内に充填する過程を説明する図。 第１変形例の射出スリーブから分流子までの概略拡大断面図。 図６のVII−VII線断面図。 図６のVIII−VIII線断面図。 第２変形例の射出スリーブから分流子までの概略拡大断面図。 図９のX−X線断面図。 図９のXI−XI線断面図。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図１は、本実施形態に係る半凝固金属用鋳造金型１の一構成例を示している。鋳造金型１は、固定金型２ａと、５つの可動金型２ｂ〜２ｆと、固定金型２ａに設けられた射出スリーブ３とを備える。

可動金型２ｂ〜２ｆは、図示しない駆動手段により移動可能な金型で、固定金型２ａに対して対向し、移動可能な可動金型２ｂと、固定金型２ａと可動金型２ｂとに対して鉛直方向に移動可能な可動金型２ｃ及び可動金型２ｄと、可動金型２ｃ〜２ｄの移動方向と垂直な水平方向に移動可能で、図示しない可動金型２ｅ及び可動金型２ｆとから構成されている。

型閉時には、固定金型２ａと５つの可動金型２ｂ〜２ｆとの間にキャビティ４が形成され、また、固定金型２ａと可動金型２ｄ〜２ｆとの間に鋳込口５がキャビティ４よりも下方位置に形成されるように構成されている。そして、半凝固金属が鋳込口５からキャビティ４に流れるようにランナ６が形成され、ランナ６を介してキャビティ４と鋳込口５とは連通されている。

射出スリーブ３は、一端が鋳込口５と係合して固定金型２ａに接続され、他端にはプランジャチップ７が内挿される円筒状の部材である。プランジャチップ７は、射出スリーブ３内で移動自在に設けられている。プランジャチップ７がキャビティ４方向、すなわち射出方向に移動することにより、射出スリーブ３内の半凝固金属が鋳込口５に供給され、さらに鋳込口５から上方に延びるランナ６を介してキャビティ４内に射出されるように構成されている。

射出スリーブ３の上面部には、射出スリーブ３内に半凝固金属を供給するための開口８が設けられている。開口８は、図１に示すように射出スリーブ３の長手方向に延びるように形成されている。

鋳込口５は、プランジャチップ７と対向する鋳込口５を構成する可動金型２ｄの面に設けられた分流子９と、凝固物を捕捉するために分流子９を挟んで水平方向に延びるように固定金型２ａ内に設けられた２つの捕捉部１０，１０とを備える。捕捉部１０，１０は、プランジャチップ７の端面と、プランジャチップ７の進行方向に存在するその端面に対向する鋳込口５の円形領域との間に形成される領域（本発明のプランジャチップ延長領域に相当する）よりも水平外方向に延びるように設けられている。

図２〜図４に示すように、分流子９は、プランジャチップ７と対向する鋳込口５を構成する可動金型２ｄの面からプランジャチップ７側に突出する凸型形状に形成されている。そして、分流子９の表面には、鉛直方向に延びる稜線９ａと、稜線９ａを挟んで稜線９ａから鋳込口５の可動金型２ｄの面に傾斜する２つの傾斜面９ｂ，９ｂとを有する。

分流子９の上方には、パーティングライン１１に沿ってランナ６が形成されている。また、ランナ６は、ランナ６の鋳込口５側開口と捕捉部１０，１０とが近接するように形成されている。

従って、射出スリーブ３から押し出された凝固層と共に凝固層上に堆積した半凝固金属が分流子９に到達すると、分流子９に到達した凝固層がプランジャチップ７の押し出す力により、分流子９の稜線９ａと接触した部分から凝固層の形状が破壊され、破片状の凝固物に形成される。

そして、破壊されて破片状となった凝固物が捕捉部１０，１０に流れるように指向され、捕捉部１０，１０により凝固物が捕捉される。一方、半凝固金属は、ランナ６の鋳込口５側開口と捕捉部１０，１０とが近接しているので、キャビティ４に流れるようにランナ６の方向に指向される。

捕捉部１０，１０の形状は、矩形状で、底面を射出スリーブ３の底部と合わせるように設けられている。また、捕捉部１０，１０の形状の鉛直方向の高さを、半凝固金属が捕捉部１０，１０に混入することを防止するため、プランジャチップ７の径の３〜７割の長さになるように形成した。捕捉部１０，１０の高さがプランジャチップ７の径の７割の長さを超えると、凝固層の先端部の凝固物をほぼ捕捉することができるが、半凝固金属も捕捉してしまうので捕捉効率が悪くなる。また、捕捉部１０，１０の高さがプランジャチップ７の径の３割の長さより小さいと、捕捉効率は向上するが、凝固層の先端部の凝固物を捕捉しない場合がある。

次に、本実施形態に係る半凝固金属用鋳造金型１による半凝固金属の射出充填方法について、図５を用いて説明する。

半凝固金属用鋳造金型１の射出スリーブ３内に供給された半凝固金属１２は、射出スリーブ３の内面に接触して冷却され、半凝固金属１２の一部が射出スリーブ３内の接触面に応じた形状の凝固物の凝固層１３として形成される。

まず、図５（ａ）に示すように、射出スリーブ３内の図示しないプランジャチップ７をキャビティ４側に押し出すことにより、凝固層１３と共に凝固層１３上に堆積した半凝固金属１２を、分流子９の位置にまで到達させる。半凝固金属１２は、凝固層１３の上に堆積した状態を維持したまま、凝固層１３と共に分流子９の位置にまで到達する。

次に、図５（ｂ）に示すように、さらにプランジャチップ７をキャビティ４側に押し出す。プランジャチップ７をキャビティ４側に押し出すことにより、ランナ６内に半凝固金属１２は流入しないが、凝固層１３と共に凝固層１３上に堆積した半凝固金属１２を、鋳込口５内で円筒状に変形させる。変形により、凝固層１３は半凝固金属１２の下部で圧縮され、半凝固金属１２も分流子９の前面で圧縮される。

次に、図５（ｃ）に示すように、さらにプランジャチップ７をキャビティ４側に押し出す。プランジャチップ７をキャビティ４側に押し出すことにより、凝固層１３が分流子９の稜線９ａと接触した部分から凝固層１３の形状が破壊され、破片状の凝固物が形成される。そして、鉛直方向に延びる稜線９ａを挟む２つの傾斜面９ｂ，９ｂにより、はじめに、凝固層１３上に堆積した半凝固金属１２の先端部及び凝固層１３の外部が捕捉部１０，１０に捕捉される。

続いて、プランジャチップ７をキャビティ４側に押し出すことにより、半凝固金属１２部分上部の健全な半凝固金属１２がランナ６を介してキャビティ４内に射出充填される。一方、凝固層１３と一部の半凝固金属１２とが捕捉部１０，１０に捕捉される。

さらに、図５（ｄ）に示すように、プランジャチップ７をキャビティ４側に押し出すことにより、健全な半凝固金属１２がランナ６を介してキャビティ４内に十分かつ確実に射出充填させる。捕捉部１０，１０は凝固層１３と一部の半凝固金属１２とにより満たされ、凝固層１３の一部が捕捉部１０，１０からあふれた場合でも、鋳込口５内やランナ６内に残留させるので、キャビティ４内に凝固物が混入しない。

従って、本実施形態に係る半凝固金属用鋳造金型１によれば、新たな機構を設けることなく、プランジャチップ７と対向する鋳込口５の面に分流子９を設け、分流子９を挟んで水平方向に凝固層１３を捕捉する捕捉部１０，１０を設けるという簡易な構成の変更により、半凝固金属とその凝固物とを選別することができる。従って、金型の製造費用を抑制することができる。

尚、本実施形態に係る半凝固金属用鋳造金型１の捕捉部は、プランジャチップ７と対向する鋳込口５を構成する固定金型２ａに設けられる必要は必ずしもない。第1変形例として図６〜図８に示すように、捕捉部はプランジャチップ７と対向する鋳込口５を構成する可動金型２ｄに設けてもよい。

また、捕捉部は、プランジャチップ７の端面と、プランジャチップ７の進行方向に存在するその端面に対向する鋳込口５の円形領域との間に形成される領域よりも外方向に設けられる必要は必ずしもない。

第２変形例として図９〜図１１に示すように、プランジャチップ７の端面と、その端面に対向する鋳込口５の円形領域との間に形成される領域において、鉛直方向に延びる稜線９ａ’と稜線９ａ’を挟む２つの傾斜面９ｂ’，９ｂ’とを備える分流子９’の水平方向両縁部を切り欠くことにより、鋳込口５と分流子９’との間に捕捉部１０’，１０’を設けてもよい。その際、捕捉部１０’，１０’に捕捉された凝固物がランナ６に押し出されてキャビティ４内に流入することを防止するため、捕捉部１０’，１０’はランナ６の鋳込口５側開口と接続しないように設ける。

１…鋳造金型、２ａ…固定金型、２ｂ〜２ｆ…可動金型、３…射出スリーブ、４…キャビティ、５…鋳込口、６…ランナ、７…プランジャチップ、８…開口、９，９’…分流子、１０，１０’…捕捉部、１１…パーティングライン、１２…半凝固金属、１３…凝固層。

Claims (3)

1. プランジャチップが内挿された射出スリーブが係合される鋳込口と、ランナを介して該鋳込口に連通したキャビティとを有する半凝固金属用鋳造金型であって、
   該プランジャチップと対向する該鋳込口の面に、鉛直方向に延びる稜線及び該稜線を挟んで該稜線から該鋳込口の面に傾斜する２つの傾斜面を有する分流子と、
   該分流子の周囲に、半凝固金属が凝固した凝固物を捕捉するように該分流子を挟んで水平方向に形成された捕捉部とを備えることを特徴とする半凝固金属用鋳造金型。
2. 請求項１記載の半凝固金属用鋳造金型であって、
   前記捕捉部が、前記プランジャチップの端面と、該プランジャチップの端面に対向する前記鋳込口の面内の領域との間に形成されるプランジャチップ延長領域よりも外方に設けられることを特徴とする半凝固金属用鋳造金型。
3. 請求項１又は２記載の半凝固金属用鋳造金型であって、
   ６面割の金型であることを特徴とする半凝固金属用鋳造金型。
   

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