JP2017047452A - Manufacturing method of foamed metal - Google Patents
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Description
本発明は発泡金属の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a foam metal.
金属あるいは合金の内部に多数の気泡を有する発泡金属は知られている。独立気泡体のものもあり連続気泡体のものもある。発泡金属は所要の強度を備えながらも軽量であることから、多くの分野で用いられている。発泡金属の製造は、主に、金属母材と発泡剤を混合したものを用意し、発泡剤の分解によって生じるガスを気泡として母材内に含ませることによって行われる。発泡剤は一般に高価であり製造コストが高くなることから、発泡剤を用いない発泡金属の製造方法が提案されており、その一例が特許文献1に記載されている。
A foam metal having a large number of bubbles inside a metal or alloy is known. Some are closed-celled and others are open-celled. Foamed metal is used in many fields because it has the required strength and is lightweight. The production of the foam metal is mainly performed by preparing a mixture of a metal base material and a foaming agent, and including gas generated by the decomposition of the foaming agent as bubbles in the base material. Since a foaming agent is generally expensive and its production cost is high, a method for producing a foam metal without using a foaming agent has been proposed, and an example thereof is described in
特許文献1に記載の方法は、溶融した金属母材を金型のキャビティ内に導入すると共に、該母材内へガスを混入させる工程と、その後、金型を開いて金型の内部の空間を広げることにより、母材内に前記ガスによる気泡を発生させる工程と、気泡が形成された母材を冷却する工程とを有している。
The method described in
前記特許文献1に記載される発泡金属の製造方法は、専用の発泡剤を使用しないことから、低コストで発泡金属を製造できる利点がある。しかし、キャビティ内に導入する金属母材(金属溶湯)に発泡の核となるガスを混入するようにしており、この工程において、混入したガスを金属母材中に均一に分散させることは困難であり、結果として、気泡が不均一に分布した発泡金属となる可能性が高い。また、金属溶湯に発泡の核となるガスを混入する工程も必要となる。
The method for producing a foam metal described in
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、金型を用いて金属母材内に気泡を有する発泡金属を製造する方法において、発泡剤を用いることなく、かつ形成される気泡の分布をより均一化することができ、それにより、均質性の高い発泡金属を低コストで得ることができるようにした、より改良された発泡金属の製造方法を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a method for producing a foam metal having bubbles in a metal base material using a mold, a foaming agent is formed without using a foaming agent. It is an object of the present invention to provide a more improved method for producing a foam metal, in which the distribution can be made more uniform, whereby a highly homogeneous foam metal can be obtained at low cost.
本発明による発泡金属の製造方法は、金型を用いて金属母材内に気泡を有する発泡金属を製造する方法であって、溶存ガスを含む金属溶湯を閉じた金型のキャビティ内に注入する工程と、前記金属溶湯の注入後に前記キャビティ内を密閉する工程と、前記キャビティ内の密閉を維持した状態で第1の型開きを行って前記キャビティ内を減圧し前記溶存ガスを気泡化する工程と、気泡化が進行した前記金属母材を冷却する工程と、前記金属母材の冷却後に第2の型開きを行い前記金型から発泡金属を脱型する工程と、を少なくとも有することを特徴とする。 The method for producing a foam metal according to the present invention is a method for producing a foam metal having bubbles in a metal base material using a mold, and injecting a molten metal containing dissolved gas into a closed mold cavity. A step of sealing the inside of the cavity after the injection of the molten metal, and a step of opening the first mold while maintaining the sealing of the cavity to depressurize the inside of the cavity to make the dissolved gas into a bubble And a step of cooling the metal base material that has been bubbled, and a step of opening the second mold after the metal base material is cooled and releasing the foam metal from the mold. And
本発明による発泡金属の製造方法では、金属溶湯に通常含まれる溶存ガスを気泡の形成に積極的に利用する。金属溶湯を収容しかつ密閉状態にあるキャビティを、密閉状態を保持したままで、第1の型開きを行う。それにより、キャビティの容積は大きくなり、キャビティ内圧力は減圧された状態となる。その減圧により、金属溶湯内の溶存ガスは気泡化する。溶存ガスは金属溶湯内にほぼ均一に存在しており、形成される気泡もキャビティ内で均一に分散した状態となる。その状態でキャビティ内を冷却することで、キャビティ内には気泡がほぼ均一に分散した発泡金属が形成される。冷却後に第2の型開きを行い、金型から成形された発泡金属を取り出す。 In the method for producing a foam metal according to the present invention, the dissolved gas normally contained in the molten metal is actively used for the formation of bubbles. The first mold opening is performed while keeping the sealed state of the cavity containing the molten metal and in the sealed state. As a result, the volume of the cavity is increased, and the pressure inside the cavity is reduced. Due to the reduced pressure, the dissolved gas in the molten metal is bubbled. The dissolved gas exists almost uniformly in the molten metal, and the formed bubbles are also uniformly dispersed in the cavity. By cooling the inside of the cavity in this state, a foam metal in which bubbles are almost uniformly dispersed is formed in the cavity. After cooling, a second mold opening is performed to take out the foam metal formed from the mold.
この製造方法によれば、金属溶湯内に発泡の核となるガスを外部から注入する工程が不要であり、工程数が少なくなって、製造コストが低下する。さらに、気泡が均一に分散した品質の高い発泡金属を製造することができる。 According to this manufacturing method, the step of injecting a gas that becomes the core of foaming into the molten metal from the outside is unnecessary, the number of steps is reduced, and the manufacturing cost is reduced. Furthermore, a high-quality foam metal in which air bubbles are uniformly dispersed can be produced.
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明による発泡金属の製造方法の製造工程を示す第1の図である。本方法を実施するための装置は、基本的に、通常のダイカスト鋳造などに用いられている装置であってよく、装置30は、対をなす2つの金型1、2と、型開きおよび型締め等のときにいずれか一方あるいは双方の金型を移動するための図示しない金型移動機構を備える。図示の装置30では、金型1は移動型であり、金型2は固定型である。また、金型1は窪み3を有し、金型2は該窪み3に入り込む凸部4を有する。図1は型を閉じた状態、すなわち、双方の金型1、2がそのパーティング面同士を衝接させた状態を示しており、その状態で、金型1の窪み3と金型2の凸部4との間には、成形空間となるキャビティ5が形成される。
FIG. 1 is a first view showing a manufacturing process of a method for manufacturing a foam metal according to the present invention. The apparatus for carrying out the method may basically be an apparatus used for ordinary die casting and the like, and the
金型2には、形成されるキャビティ5に連通するスリーブ6が付設されており、スリーブ6内には、開口7から溶融した金属、すなわち金属溶湯20が供給される。スリーブ6にはプランジャー8が備えられており、スリーブ6内に供給された金属溶湯20は、プランジャー8の移動によって、キャビティ5内に圧送される。
The mold 2 is provided with a
上記の構成は従来知られた鋳造装置と同じであってよい。本発明による発泡金属の製造装置30は、さらに、キャビティ5内に金属溶湯20を充填した状態で、キャビティ5内を外気から遮断された密閉状態に維持しておくことのできる密閉手段9を備える。密閉手段9に制限はないが、図示のものでは、金型1、2のパーティング面の外周縁を気密に覆うことのできる部材10で構成されている。そして、部材10は、金型1が開く方向に移動するときに、キャビティ5内の気密性を保持しながら、金型1と共に移動するようにされている。
The above configuration may be the same as a conventionally known casting apparatus. The foamed
発泡金属の製造に当たり、図示に示すように、型を閉めた状態として、開口7からスリーブ6内に溶存ガスを含む金属溶湯20を供給する。図1はその状態を示している。次に、プランジャー8を図で左方向に移動して、スリーブ6内の金属溶湯20をキャビティ5内に送り込む。図2はその状態を示している。なお、キャビティ5内への金属溶湯20の充填を容易にするために、キャビティ5内の空気を金属溶湯20の充填とともに、外部へ排気するようにしてもよい。ただし、金属溶湯20の充填後、適宜の手段で、その排気口と外気との連通を遮断できるようにする。
In producing the foam metal, as shown in the drawing, the
キャビティ5内への金属溶湯20の充填が完了した時点で、好ましくは、充填が終了した直後に、金型1を図で左方向にわずかに移動する第1の型開きを行う。その状態が図3に示される。第1の型開きにより、キャビティ5の容積が膨張する。移動距離に制限はないが、通常、数ミリ程度である。前記したように、この第1の型開きを行っても、キャビティ5内と外気との連通は遮断されており、外気がキャビティ5内に入り込むことはない。そのために、キャビティ5内の圧力は、その容積膨張量に比例して、減圧する。キャビティ5内の圧力が低下することで、金属溶湯20内の溶存ガスが気泡化し、金属溶湯20内に多くの気泡21が形成されるようになる。
When the filling of the
その状態で、従来法により金型の冷却を行い、冷却後に、第2の型開きを行って、金型から成形品の脱型を行う。脱型後の鋳造品(発泡金属よりなる鋳造品)40の断面図が図4に示される。図示のように、気泡21がほぼ均一に分散している鋳造品40が得られる。
In this state, the mold is cooled by a conventional method, and after cooling, the second mold is opened to remove the molded product from the mold. FIG. 4 shows a cross-sectional view of the cast product (cast product made of foam metal) 40 after demolding. As shown in the drawing, a
なお、本発明による発泡金属の製造方法において、前記した第1の型開きでの開き距離をどの程度とするかは、用いる金型でのキャビティの容積、用いる金属溶湯の溶存カスの量、および得ようとする発泡金属における気泡が占める割合等を考慮しながら、計算によりあるいは実験的に設定する。また、金属溶湯である金属母材としては、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、真鍮、およびその合金等を用いることができる。 In the method for producing a foam metal according to the present invention, the extent of the opening distance in the first mold opening described above depends on the volume of the cavity in the mold to be used, the amount of dissolved residue of the molten metal to be used, and It is set by calculation or experimentally while taking into consideration the proportion of bubbles in the metal foam to be obtained. Moreover, aluminum, magnesium, zinc, brass, its alloy, etc. can be used as a metal base material which is a molten metal.
本発明者らの実験では、溶存ガス量が5cc/100gAlのアルミニウムを金属母材として用い、容積670cm3のキャビティ5内に、溶融アルミニウムを充填し、充填直後にキャビティ5の容積増加率が0.65%となるように第1の型開きを行って、発泡アルミニウムを製造したときに、得られた鋳造品での気泡が占める割合は、0.5容積%であった。また、第1の型開きの開き距離を変えてキャビティ5の容積増加率を制御することで、気泡割合の異なる発泡アルミニウムを製造することができた。
In the experiments by the present inventors, aluminum having a dissolved gas amount of 5 cc / 100 g Al was used as a metal base material, and molten aluminum was filled into the
さらに、本発明者らの実験では、高品質の発泡アルミニウムを製造するには、キャビティ5の容積増加率が1.0%以下、より好ましくは、0.7%以下であった。キャビティ5の容積増加率が1.0%を超えると、欠肉のような不都合が生じ、高品質の発泡アルミニウムは製造できなかった。
Furthermore, in the experiments by the present inventors, in order to produce high quality foamed aluminum, the volume increase rate of the
30:鋳造装置、
40…発泡金属からなる鋳造品、
1、2…金型、
5…キャビティ、
6…スリーブ、
8…プランジャー、
9(10)…密閉手段、
20…金属溶湯、
21…気泡。
30: Casting device,
40. Cast product made of foam metal,
1, 2 ... mold,
5 ... cavity,
6 ... Sleeve,
8 ... Plunger,
9 (10): Sealing means,
20 ... molten metal,
21 ... Bubbles.
Claims (2)
溶存ガスを含む金属溶湯を閉じた金型のキャビティ内に注入する工程と、
前記金属溶湯の注入後に前記キャビティ内を密閉する工程と、
前記キャビティ内の密閉を維持した状態で第1の型開きを行って前記キャビティ内を減圧し前記溶存ガスを気泡化する工程と、
気泡化が進行した前記金属母材を冷却する工程と、
前記金属母材の冷却後に第2の型開きを行い前記金型から発泡金属を脱型する工程と、
を少なくとも有することを特徴とする発泡金属の製造方法。 A method for producing a foam metal having bubbles in a metal base material using a mold,
Injecting molten metal containing dissolved gas into a closed mold cavity;
Sealing the inside of the cavity after pouring the molten metal;
Performing a first mold opening in a state in which the inside of the cavity is maintained, depressurizing the inside of the cavity, and bubbling the dissolved gas; and
A step of cooling the metal base material in which aeration has progressed;
Performing a second mold opening after cooling the metal base material to demold the foam metal from the mold;
A method for producing a foam metal, comprising:
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