JP2014176853A - ダイカスト用金型及び鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本体部と入れ子との分割面に隙間を小さくし、鋳造品にバリが生じないダイカスト金型を提供することを課題とする。
【解決手段】入れ子２０は、収納部１８に嵌め込まれる嵌め込み部２３と、この嵌め込み部２３の周囲に形成される鍔部２４と、この鍔部２４に連続する表面部２１と、逃げ溝２５とからなる。入れ子支持部材１７の収納部１８に、嵌め込み部２３が嵌め込まれ、入れ子２０はボルト４２により着脱可能に取り付けられる。また、鍔部２４は、嵌め込み部２３の嵌め込み方向と交差する面２６で本体部１１と分割される。交差する面２６は鍔部２４の下面に位置し、支持面１９に接する。鍔部２４の内、交差する面２６（分割面２６）に接する以外の面は、キャビティ１３に臨んでいる。
【効果】本体部と入れ子との分割面における隙間が無くなる。結果、鋳造品にバリが生じず、精密な鋳造を行うことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、入れ子を有するダイカスト用金型を使用した鋳造技術に関する。

鋳型に金型を用い、この金型に高温の溶湯を注入して緻密な組成の鋳物を得るダイカスト（ｄｉｅ ｃａｓｔ）法が実用に供されている。更に、金型の一部を取り外し可能な入れ子とすることが提案されている（例えば、特許文献１（第４図、第５図）参照。）。

この特許文献１の技術を図面に基づいて以下に説明する。
図６（ａ）に示すように、ダイカスト用金型１００は、型枠１０１に複数の入れ子１０２が嵌め込まれている。入れ子１０２は分割面１０３で密着しており、（ｂ）に示すように、入れ子１０２はボルト１０４により型枠１０１に取り付けられる。

一般的に、ダイカスト用金型には、アルミニウム合金を溶かした溶湯が繰り返し流される。ダイカスト用金型の材質に、例えば合金工具鋼鋼材が採用されると、繰り返し高温の溶湯が流し込まれることで、ダイカスト用金型は熱膨張を繰り返す。ダイカスト用金型を使用しているうちに分割面に隙間が生じることがあり、鋳造品のバリ発生の要因となる。この対策として、特許文献１のダイカスト用金型１００には、入れ子１０２の材質に、タングステン合金を採用している。タングステン合金は、合金工具鋼鋼材よりも熱膨張率が小さく且つ融点が高いので、タングステン合金同士の分割面１０３に隙間が生じ難くなる。

ところで、内燃機関のシリンダヘッドも鋳造により得られる。シリンダヘッドを鋳造するためのダイカスト用金型が提案されている（例えば、特許文献２（図２）参照。）。

この特許文献２の技術を図面に基づいて以下に説明する。
図７（ａ）に示すように、ダイカスト用金型１１０は、本体部１１１と、この本体部１１１の材料よりも熱膨張率が大きい金型材料、例えば銅系で造られ、この本体部１１１
に設けられる入れ子１１２とからなる。入れ子１１２は、内燃機関の燃焼室を成形するためのものである。（ｂ）に示すように、入れ子１１２の嵌め込み部１１３が本体部１１１に嵌め込まれている。嵌め込み部１１３の周囲に鍔部１１４が形成され、この鍔部１１４の側壁１１５により、入れ子１１２は本体部１１１から分割される。なお、本体部１１１は耐熱工具鋼鋼材からなり、例えば銅系合金が耐熱工具鋼鋼材よりも熱膨張率が大きいことから、分割面付近（側壁１１５と本体部１１１との間）に隙間が生じない。

燃料室は形状が複雑であり且つ精度が求められる部分であるため、入れ子１１２に溶湯の影響を低減する対策が必要である。この対策として、特許文献１に示したタングステン合金を入れ子１１２の材質に採用することで、鋳造品の燃焼室部分の成形性が良好になる。しかし、本体部１１１は合金工具鋼鋼材からなり、タングステン合金が合金工具鋼鋼材よりも熱膨張率が小さいことから、分割面付近（側壁１１５と本体部１１１との間）に隙間が生じる。

実公昭６０−１８８０号公報 特表２００９−５１５７０８号公報

本発明は、本体部と入れ子との分割面にできる隙間を小さくし、鋳造品にバリが生じないダイカスト金型を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、金型用鋼材で構成される本体部と、この本体部に設けられ前記金型用鋼材よりも熱膨張率が小さく且つ融点が高い部材で構成されると共に鋳造品の精密部分を成形するための入れ子と、からなるダイカスト用金型であって、前記入れ子は、前記本体部に嵌め込まれる嵌め込み部と、この嵌め込み部の周囲に形成される鍔部と、この鍔部に連続しキャビティの一部を構成する表面部とからなり、前記鍔部は、前記嵌め込み部の嵌め込み方向と交差する面で前記本体部と分割され、前記鍔部の内、前記本体部との分割面に接する以外の面は、前記キャビティに臨んでいることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、本体部は、キャビティを形成する面に着脱可能に設けられ入れ子を嵌め込み支持する入れ子支持部材を有し、この入れ子支持部材は、金型用鋼材で構成されることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、入れ子は、タングステン合金により構成されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１記載のダイカスト用金型を使用して鋳造品を得る鋳造方法において、鋳造品の精密部分は内燃機関の燃焼室であって、精密部分を成形するための入れ子がコーティングされていないダイカスト用金型を準備する金型準備工程と、ダイカスト用金型に注湯する注湯工程と、ダイカスト用金型から鋳造品を取り出す取り出し工程とからなることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、入れ子は、本体部に嵌め込まれる嵌め込み部と、この嵌め込み部の周囲に形成される鍔部と、この鍔部に連続しキャビティの一部を構成する表面部とからなる。鍔部は、嵌め込み部の嵌め込み方向と交差する面で本体部と分割されるので、鍔部の下面が分割面になる。結果、鍔部の側方への膨張、収縮に影響されずに、鍔部の下面は常に本体部に接するので、本体部と入れ子との分割面における隙間が無くなる。結果、鋳造品にバリが生じず、精密な鋳造を行うことができる。

請求項２に係る発明では、本体部は、キャビティを形成する面に着脱可能に設けられ入れ子を嵌め込み支持する入れ子支持部材を有し、この入れ子支持部材は、金型用鋼材としての合金工具鋼鋼材で構成される。入れ子支持部材を介して、入れ子を着脱することができる。

請求項３に係る発明では、入れ子は、タングステン合金により構成されている。溶湯との接触によりタングステンが酸化物となり、粉末状態で析出するので、この粉末が離型剤の作用を発揮し、入れ子に鋳造品が焼き付くことを防止できる。加えて、入れ子に焼き付き防止のためのコーティングをする必要がなく、コーティングが剥がれることによる品質のバラツキがないので、鋳造品の品質を良好に保つことができる。

請求項４に係る発明では、鋳造品の精密部分は、内燃機関の燃焼室である。燃焼室は複雑な形状であり且つ精密さが要求されるが、本発明であれば良好な品質の燃焼室を提供することができる。

加えて、請求項１〜３のいずれか１記載のダイカスト用金型を使用して鋳造品を得る鋳造方法において、ダイカスト用金型を準備する金型準備工程と、ダイカスト用金型に注湯する注湯工程と、ダイカスト用金型から鋳造品を取り出す取り出し工程とからなる。本発明であれば、安定してバリのない鋳造品を提供することができる。

本発明に係るダイカスト用金型の断面図である。 図１の２−２線断面図である。 図２の３−３線断面図である。 ダイカスト用金型の作用説明図である。 図３の変更図である。 従来の技術に係るタングステン合金を採用したダイカスト用金型の説明図である。 従来の技術に係る内燃機関の燃焼室用のダイカスト用金型の断面図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

先ず、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ダイカスト用金型１０は、本体部としての下型１１と、この下型１１に合わせられる本体部としての上型１２と、下型１１に設けられる入れ子２０とからなる。下型１１、上型１２及び入れ子２０に囲まれることによりキャビティ１３が形成される。

下型１１は、金型用鋼材、例えば合金工具鋼鋼材（ＳＫＤ６１）（ＪＩＳ Ｇ ４４０４）で構成される。入れ子２０は、合金工具鋼鋼材（ＳＫＤ６１）よりも熱膨張率が小さく且つ融点が高い部材、例えばタングステン合金で構成される。なお、合金工具鋼鋼材（ＳＫＤ６１）の熱膨張率は、１１．６×１０^−６／Ｋである。タングステンの熱膨張率は、４．５×１０^−６／Ｋである。また、実施例では、金型用鋼材として合金工具鋼鋼材（ＳＫＤ６１）を採用したが、これに限定されず、ダイカストにより鋳物を得ることができれば、金型用鋼材は他の材質であっても差し支えない。

入れ子２０は、鋳造品３０の精密部分３１を成形するためのものである。鋳造品３０は、内燃機関のシリンダヘッド３０である。精密部分３１は、内燃機関の燃焼室３１である。なお、実施例では、鋳造品３０をシリンダヘッドとしたが、これに限定されず、シリンダブロック、コンプレッサのボディ等、他の一般的な工業部品であっても差し支えない。また、精密部分３１を内燃機関の燃焼室としたが、これに限定されず、精密さが要求される部分であれば他の一般的な工業部品の任意部分であっても差し支えない。

図２に示すように、入れ子２０は、内燃機関の燃焼室（図１、符号３１）を形成するためのものであり、キャビティの一部を構成する表面部２１に燃焼室３１の吸気弁及び排気弁を形成するための突起部２２が設けられ、複雑な形状を呈する。

入れ子２０は、平面図で略円形を呈する。下型１１のキャビティを形成する面１４に、入れ子２０の周囲を囲うように、環状溝１５が設けられる。

図３に示すように、下型１１は、キャビティを形成する面１４に凹部１６が設けられる。この凹部１６に、入れ子２０を嵌め込み支持する入れ子支持部材１７が、ボルト４１により着脱可能に取り付けられる。

入れ子支持部材１７は、入れ子２０が嵌め込まれる収納部１８と、入れ子２０を支持する支持面１９と、逃げ穴１９ａとを有する。支持面１９は、環状溝１５の表面に滑らかに繋がる。

入れ子２０は、収納部１８に嵌め込まれる嵌め込み部２３と、この嵌め込み部２３の周囲に形成される鍔部２４と、この鍔部２４に連続する表面部２１と、逃げ溝２５とからなる。入れ子支持部材１７の収納部１８に、嵌め込み部２３が嵌め込まれ、入れ子２０はボルト４２により着脱可能に取り付けられる。

また、鍔部２４は、嵌め込み部２３の嵌め込み方向と交差する面２６で本体部１１と分割される。交差する面２６は鍔部２４の下面に位置し、支持面１９に接する。すなわち、鍔部２４の面の内、交差する面２６（分割面２６）に接する以外の面は、キャビティ１３に臨んでいる。

収納部１８の底面１８ａと、嵌め込み部２３に形成された裏面２７との間には不可避的な隙間４３が生じるように、収納部１８の深さ及び嵌め込み部２３の嵩が設けられる。すなわち、入れ子支持部材１７の収納部１８における支持面１９乃至底面１８ａ付近の材料が、溶湯の熱により上下方向に膨張しつつ溶湯の熱により入れ子２０が上下方向に膨張し、入れ子２０における上下方向の膨張は、入れ子支持部材１７の収納部１８における支持面１９乃至底面１８ａ付近の材料上下方向の膨張により吸収される。溶湯の熱が作用したとしても嵌め込み部２３に形成された裏面２７と、収納部１８底面１８ａとは当接しないので、結果、常に鍔部２４の交差する面２６が支持面１９に接するので、入れ子２０と、入れ子支持部材１７及び環状溝１５との間に隙間が生じることはない。

以上に述べたダイカスト用金型の作用を次ぎに説明する。
図４（ａ）は比較例のダイカスト用金型１２０を示す図であり、本体部１２１の環状溝１２２に、入れ子１２３の鍔部１２４の上面１２５が繋がっている。鍔部１２４の側面１２６が、本体部１２１との分割面１２６となる。本体部１２１は、合金工具鋼鋼材（ＳＫＤ６１）で構成される。入れ子１２３は、タングステン合金で構成される。

図４（ｂ）は比較例のダイカスト用金型１２０において、繰り返し鋳造を行った状態の図であり、鍔部１２４及び本体部１２１との間（分割面１２６近傍）に隙間が生じる。

図４（ｃ）は実施例のダイカスト用金型１０を示す図であり、鍔部２４の下面が分割面２６である。鍔部２４は、支持面１９に接している。

図４（ｄ）は実施例のダイカスト用金型１０において、繰り返し鋳造を行った状態の図であり、鍔部２４が膨張、収縮を繰り返しても、鍔部の下面２６は常に支持面１９に接している。このため、分割面２６近傍に隙間は生じない。結果、鋳造品にバリが発生しない。加えて、入れ子２０は、タングステン合金であるので、コーティングをしなくても、鋳造品が入れ子に焼き付くことがなく、鋳造品の品質を良好に保つことができる。

なお、コーティングをしてしまうと、例えば金型コーティングを手作業等でした場合、該コーティング膜の厚みのバラツキにより、例えば、鋳造で出来上がった燃焼室の容量バラツキとなり、結果、機械加工を施す必要が生じる場合がある。
また、コーティングをしてしまうと、金型のコーティングの剥がれが生じる虞がある。コーティングの剥がれが生じてしまうと、例えば、燃焼室の容量が精密ではなくなる。
なお、製品を離型させる際、コーティングの摩耗は不可避的であり、コーティングが摩耗すると、燃焼室の容量が精密ではなくなる。
また、上記のとおり、コーティングの摩耗は不可避的であるので、一定の鋳造ショット回数のメンテナンス毎に該コーティングを、ショットブラスト等の研磨で除去しているが、その研磨材（鋼球、砥粒）で金型を削ってしまうこともあり、金型が削られてしまうと、燃焼室の容量が精密ではなくなる。
このため、内燃機関の燃焼室をダイカストで製造する際には、コーティングがない方が燃焼室の品質が良好である。

また、鋳造方法は、ダイカスト用金型１０を準備する金型準備工程と、ダイカスト用金型１０に注湯する注湯工程と、冷却した後に型を開き、ダイカスト用金型１０から鋳造品を取り出す取り出し工程とからなる。

次に図３の変形図について説明する。なお、図３に示した構成と同一構成については同一符号を付け、詳細説明は省略する。
図５に示すように、入れ子２０は、入れ子支持部材１７にノックピン４４により固定されている。ノックピン４４は、図横方向に打ち込まれているので、溶湯の熱により入れ子支持部材１７及び入れ子２０が上下方向に膨張しても、上下方向の膨張が入れ子支持部材１７の上下方向の膨張に吸収され、溶湯の熱が作用したとしても嵌め込み部２３に形成された裏面２７と、収納部１８の底面１８ａとは当接することはない。結果、鍔部２４の下面２６は、常に支持面１９に接するので、分割面２６近傍に隙間が生じず、鋳造品にバリが発生しない。

尚、本発明のダイカスト用金型１０は、実施の形態では入れ子２０を下型１１に設けたが、これに限定されず、入れ子２０を上型１２に設けても差し支えない。また、実施の形態では、本体部を合金工具鋼鋼材（ＳＫＤ６１）とし、入れ子をタングステン合金としたが、これに限定されず、入れ子が、合金工具鋼鋼材よりも熱膨張率が小さく且つ融点が高い部材であれば、他の部材であっても差し支えない。

本発明のダイカスト用金型は、内燃機関のシリンダヘッドに好適である。

１０…ダイカスト用金型、１１…本体部（下型）、１２…本体部（上型）、１３…キャビティ、１４…キャビティを形成する面、１７…入れ子支持部材、２０…入れ子、２１…表面部、２３…嵌め込み部、２４…鍔部、２６…交差する面（分割面、下面）、３０…鋳造品（シリンダヘッド）、３１…精密部分（内燃機関の燃焼室）。

Claims (4)

1. 金型用鋼材で構成される本体部と、この本体部に設けられ前記金型用鋼材よりも熱膨張率が小さく且つ融点が高い部材で構成されると共に鋳造品の精密部分を成形するための入れ子と、からなるダイカスト用金型であって、
   前記入れ子は、前記本体部に嵌め込まれる嵌め込み部と、この嵌め込み部の周囲に形成される鍔部と、この鍔部に連続しキャビティの一部を構成する表面部とからなり、
   前記鍔部は、前記嵌め込み部の嵌め込み方向と交差する面で前記本体部と分割され、
   前記鍔部の内、前記本体部との分割面に接する以外の面は、前記キャビティに臨んでいることを特徴とするダイカスト用金型。
2. 前記本体部は、前記キャビティを形成する面に着脱可能に設けられ前記入れ子を嵌め込み支持する入れ子支持部材を有し、
   この入れ子支持部材は、前記金型用鋼材で構成されることを特徴とする請求項１記載のダイカスト用金型。
3. 前記入れ子は、タングステン合金により構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のダイカスト用金型。
4. 請求項１〜３のいずれか１記載のダイカスト用金型を使用して前記鋳造品を得る鋳造方法において、
   前記鋳造品の精密部分は内燃機関の燃焼室であって、前記精密部分を成形するための入れ子がコーティングされていない前記ダイカスト用金型を準備する金型準備工程と、
   前記ダイカスト用金型に注湯する注湯工程と、
   前記ダイカスト用金型から前記鋳造品を取り出す取り出し工程とからなることを特徴とする鋳造方法。

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