JP2018167304A - ダイカスト鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳巣の発生を効果的に抑制することのできるダイカスト鋳造方法を提供する。【解決手段】可動型１０と、固定型１１と、それらの間に形成されるキャビティ１３と、可動型１０に設けられ、キャビティ１３に面した押出面１２ａにより成型品を押し出す押出ピン１２と、押出ピン１２を駆動するサーボモータ１４とを備えたダイカスト鋳造装置１を用いた鋳造方法であって、押出ピン１２の押出面１２ａが、可動型１０の成形面１０ｂよりも、押出ピン１２の押出方向と反対方向に後退した状態で、キャビティ１３に溶湯を充填する充填工程と、溶湯が凝固中に、押出ピン１２が、押出面１２ａが成形面１０ｂと面一、あるいは、成形面１０ｂよりも押出方向と反対の方向に後退した位置まで移動することにより、凝固途中の溶湯を加圧する加圧工程と、溶湯が凝固して鋳造された成形品を、押出ピン１２が押し出して取り出す取出工程とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ダイカスト鋳造方法に関する。

成形型内のキャビティに溶湯を充填して鋳造するダイカスト鋳造法では、キャビティ内での溶湯の凝固途中に、凝固による溶湯の収縮によって、成形品の内部に鋳巣（引け巣）が発生するという成形不良がある。

このような鋳巣の発生を抑制する方法として、スクイズダイカスト法が一般的に知られている（例えば特許文献１）。スクイズダイカスト法では、溶湯を充填するキャビティ内に突出可能なスクイズピンを設ける。そして、溶湯の凝固途中に、スクイズピンをキャビティ内に突出させることで、キャビティ内の溶湯を加圧圧縮する。これにより、鋳巣の発生を抑制し、形成された鋳巣を圧縮微細化することができる。

特開平５−２３８２１号公報

特許文献１の方法では、鋳巣の発生を抑制するために、専用のスクイズピンを設ける必要があり、鋳造装置が大型化・複雑化するという課題があった。

そこで、本願発明者らは、上記スクイズピンに代えて、成形品を押し出すための押出ピンを凝固途中の溶湯を加圧する加圧機構として利用することを検討した。しかし、従来の押出ピンは、油圧シリンダで駆動されているため、溶湯の加圧機構として用いることが困難であった。つまり、鋳巣の発生を効果的に抑制するためには、溶湯の凝固の進行具合に応じて、適切な加圧力で溶湯を加圧することが必要になる。この点、従来の油圧式の押出ピンは、精度良く押出量を制御することが困難であるため、溶湯の加圧機構として用いることが困難であった。

以上のことから、本発明では、簡易な構成により、鋳巣の発生を効果的に抑制することのできるダイカスト鋳造方法を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明は、第一成形型と、第二成形型と、前記第一成形型と前記第二成形型との間に形成されるキャビティと、前記第一成形型に設けられた押出ピンと、前記押出ピンを駆動するサーボモータとを備えたダイカスト鋳造装置を用いたダイカスト鋳造方法であって、前記キャビティに溶湯を充填する充填工程と、前記溶湯が凝固中に、前記サーボモータにより前記押出ピンを押し出して、溶湯を加圧する加圧工程と、前記溶湯が凝固して鋳造された成形品を、型開き後、前記サーボモータにより前記押出ピンをさらに押し出して取り出す取出工程とを含むものである。

かかる構成によれば、押出ピンの駆動源をサーボモータとすることにより、押出ピンの押出量を精度良く調整することが可能になる。これにより、押出ピンが、溶湯の凝固の進行具合に応じて、適切な加圧力で溶湯を加圧することができるようになり、成形品を押し出すための押出ピンを凝固途中の溶湯の加圧機構として用いることができる。このため、溶湯を加圧するための専用の加圧機構を設ける必要がなく、鋳造装置を小型化・簡略化することができる。

上記のダイカスト鋳造方法として、充填工程において、押出ピンの押出面が、第一成形型の成形面よりも、押出ピンの押出方向と反対方向に後退した状態で溶湯が充填され、 加圧工程において、押出ピンは、押出面が成形面と面一、あるいは、成形面よりも押出方向と反対の方向に後退した位置までの移動に留まるようにすることができる。

従来のスクイズダイカスト法では、スクイズピンが、成形型の成形面を越えてキャビティ内に突出する構成のため、スクイズピンの押出後、溶湯の凝固が進行して収縮することにより、収縮した溶湯がスクイズピンの突出部分に密着してしまう場合があった。つまり、図６に示すように、従来の構成では、スクイズピン１００がキャビティ１０１内に突出した際に、凝固途中の溶湯１０２が、スクイズピン１００の三面１００ａ、１００ｂ、１００ｃに接触している。このように、溶湯１０２がスクイズピン１００の各面を囲うようにして接触した構成では、溶湯１０２が凝固して収縮する際に、スクイズピン１００に密着する方向へ収縮しやすく、離型不良が生じやすくなる。特に、本発明のように、押出ピンを溶湯の加圧機構として適用しようとした場合、押出ピンに凝固した成形品が密着することで、成形品の鋳造後、押出ピンをさらに押し出して成形品を取り出そうとした際に、成形品を押出ピンから離型させることが困難になる虞があった。

しかし本発明の上記構成のダイカスト鋳造方法では、溶湯の加圧後の押出ピンの押出面を、成形面と面一、あるいは、成形面よりも押出方向と反対の方向に後退した位置に留めることで、上記のような離型不良を防止することができる。つまり、図３に示すように、本発明の押出ピン１２は、キャビティ１３内へ突出しない構成のため、押出面１２ａでのみ溶湯１５と接触する。従って、溶湯１５の凝固が進行した際に、溶湯１５が押出ピン１２に密着する方向へ収縮しにくくなる。このため、従来のスクイズピン１００と比較して、凝固した溶湯１５が押出ピン１２に密着しにくくなり、上記の離型不良を改善することができる。

また、従来のスクイズダイカスト法のように、スクイズピンがキャビティ内に突出する構成では、スクイズピンが突出する部分には成形品の形状を形成することができない。従って、成形品の性能に影響を与えないようにスクイズピンの突出位置を設定する必要があり、溶湯の加圧位置に制約が大きくなってしまう。このことから、成形品の形状によっては、鋳巣の発生を効果的に抑制することができなかった。

この点、本発明の上記構成のダイカスト鋳造方法では、前述したように、溶湯の加圧後の押出面を、第一成形型の成形面と面一か、それよりも押出方向と反対の方向へ後退した位置に留めることができる。従って、成形品の形状の一部を欠損させることなく、溶湯を加圧することができ、溶湯の加圧位置に対して、従来のスクイズダイカスト法のように、成形品の形状への影響を考慮した制約を受けることがない。

上記のように、溶湯の加圧位置を適宜設定することができるため、成形品の被押出面全体を押し出すように設けられた複数の押出ピンのうち、適宜、必要な押出ピンを溶湯の加圧機構として用いることができる。従って、例えば、複数の押出ピンを加圧機構として用い、凝固途中の溶湯を被押出面全体にわたって加圧することで、成形品全体にわたって鋳巣の発生を効果的に抑制することができる。

本発明によれば、成形品の取り出しのための押出ピンを用いて、凝固途中の溶湯を加圧することができる。このため、鋳巣を抑制するための専用の加圧機構を必要とせず、鋳造装置を簡略化することができる。

本発明の実施形態に係るダイカスト鋳造装置の概略図である。 本実施形態のダイカスト鋳造装置による成形品の鋳造過程を示す断面図である。 本実施形態における成形品の鋳造過程を示す断面図である。 本実施形態における成形品の鋳造過程を示す断面図である。 本実施形態における成形品の鋳造過程を示す断面図である。 従来のスクイズピンにより、キャビティ内の溶湯を加圧する様子を説明した概略図である。

図１に示すように、ダイカスト鋳造装置１は、第一成形型としての可動型１０と、第二成形型としての固定型１１と、押出ピン１２と、図示しない射出プランジャ等を備える。また、可動型１０と固定型１１との間には、溶湯が充填されるキャビティ１３が形成される。なお、図１では、便宜的に押出ピン１２を一つのみ図示しているが、実際には、複数の押出ピン１２が可動型１０の成形面１０ｂの全面に設けられ、キャビティ１３に鋳造された成形品の面全体を押し出すことができる。

可動型１０には、キャビティ１３に連通する連通路１０ａが設けられる。連通路１０ａは、型開閉方向（図の左右方向）に延在する。

押出ピン１２は、連通路１０ａに設けられ、その一端側の面である押出面１２ａが、キャビティ１３に面している。また、押出ピン１２の他端側にはサーボモータ（駆動部材）１４が連結されている。押出ピン１２は、サーボモータ１４から駆動力を伝達されることにより、連通路１０ａ内を進退移動することができる。

サーボモータ１４は、ベルトやプーリ、ボールネジを介して押出ピン１２の他端側に接続されている。サーボモータ１４が回転すると、その駆動力が、ベルトやプーリ、そしてボールネジを介することで、直線運動する駆動力に変換されて押出ピン１２に伝達される。サーボモータ１４の回転量を調整することで、押出ピン１２の押出量を精度良く制御することができる。言い換えると、サーボモータ１４は、押出ピン１２の位置を精度良く制御することができる。

以下、図２〜図５を用いて、以上のダイカスト鋳造装置１により成形品を鋳造する方法について説明する。

まず、図２に示すように、図示しない射出プランジャにより、キャビティ１３内に高温の溶湯１５を射出（充填）する（以下、この工程を充填工程と呼ぶ）。この際、押出ピン１２の押出面１２ａは、可動型１０の成形面１０ｂよりも、押出方向と反対の方向に後退した位置（成形面１０ｂよりも図２の左方向の位置で、以下、単に、成形面１０ｂよりも後退した位置と呼ぶ）に配設されている。これにより、充填工程では、連通路１０ａを形成する側壁と押出面１２ａとによって形成される空間Ｘが、キャビティ１３の一部を構成し、この空間Ｘにも溶湯１５が充填される。

そして、キャビティ１３内に充填された溶湯１５は、時間経過と共に冷却されて凝固し、その体積が減少していく。この体積の減少により、溶湯１５の凝固後に、成形品内部に鋳巣が形成されてしまう。

そこで、本実施形態では、図３に示すように、溶湯１５の凝固中に押出ピン１２を押出方向（図３の矢印方向）に移動させ、凝固途中の溶湯１５を加圧する（以下、この工程を加圧工程と呼ぶ）。この際、押出ピン１２の移動量は、押出面１２ａが可動型１０の成形面１０ｂと面一になる位置か、あるいは、押出面１２ａが成形面１０ｂよりも後退した位置までに留められる。これにより、キャビティ１３内に充填された凝固途中の溶湯１５が加圧圧縮され、溶湯１５は、押出ピン１２の押出量の分だけその体積が減少する。このように、凝固途中の溶湯１５を加圧圧縮することで、鋳巣の発生を抑制し、形成された鋳巣を圧縮微細化することができる。なお、本実施形態では、押出ピン１２は、押出面１２ａが成形面１０ｂと面一になる位置まで移動し、押出ピン１２の押出量は、空間Ｘ（図２参照）の体積に等しくなる。

ところで、上記のように凝固中の溶湯１５を加圧して鋳巣の発生を抑制するためには、溶湯１５の凝固の進行具合に応じて、適切なタイミングで溶湯１５を押圧することが必要になる。つまり、溶湯１５は、凝固前の流動性が高い状態で加圧しても鋳巣の発生を抑制することはできず、また、完全に凝固して鋳巣が形成された後に加圧しても、鋳巣を十分に圧縮微細化することは難しく、いずれの場合にも十分な鋳巣の抑制効果を得ることはできない。このように、溶湯１５の凝固が進行して体積が減少していく最中に、溶湯１５を適切な力で加圧することにより、効果的に鋳巣の発生を抑制することができる。従って、溶湯１５の凝固の進行に合わせて、押出ピン１２の加圧力を調整することが必要になる。

そこで、本実施形態では、押出ピン１２に駆動力を伝達するサーボモータ１４（図１参照）の駆動負荷の増加に従って、押出ピン１２の押出量を調整することで、凝固途中の溶湯１５を適切なタイミングで加圧している。つまり、溶湯１５は、その凝固が進行するほど、押し出すためにより大きな力が必要となり、押出ピン１２を移動させるためのサーボモータ１４の駆動負荷が大きくなる。このため、押出ピン１２の所定の押出量に対するサーボモータ１４の駆動負荷から、溶湯１５の凝固の進行具合を判断することができる。従って、サーボモータ１４の駆動負荷に合わせて押出ピン１２の押出量を調整することで、溶湯１５の凝固の進行具合に応じて、溶湯１５を効果的に加圧することができ、鋳巣の発生を効果的に抑制することができる。

この点、従来のダイカスト鋳造装置では、成形品を押し出す押出ピンとして、油圧式の押出ピンが一般的に用いられていた。しかし、このような油圧式の押出ピンは、その押出量を細かく調整することが困難であり、上記のように、溶湯１５の凝固の進行具合に応じて、その押出量を調整することが困難であった。これに対して、サーボモータ１４は、その駆動負荷に関わらず、サーボモータ１４が発生させる駆動力を変化させ、押出ピン１２の押出量を精度良く調整することができる。このように、本実施形態では、押出ピン１２の駆動源としてサーボモータ１４を用いることにより、押出ピン１２を凝固途中の溶湯１５の加圧機構として用いることができる。

また、上記のように、凝固途中の溶湯１５を加圧する加圧機構として押出ピン１２を用いることにより、専用の加圧機構を設ける必要がなく、ダイカスト鋳造装置１が大型化・複雑化することを防止できる。

さらに、本実施形態では、溶湯１５の充填工程において、予め、押出面１２ａを成形面１０ｂよりも後退させて空間Ｘを形成することで（図２参照）、加圧工程において、押出ピン１２を固定型１１の側へ移動させて溶湯１５を加圧させても、加圧後の押出面１２ａの位置を、成形面１０ｂと面一か、それよりも後退した位置に留めることができる（図３参照）。

これにより、押出ピン１２が、押出面１２ａのみで溶湯１５に接触する構成とすることができる。このため、例えば、従来のスクイズピンの構成のように、スクイズピンが成形面を越えてキャビティ内へ突出する構成と比較すると、溶湯１５と接触する押出ピン１２の面積を減らすことができる。従って、凝固によって収縮した溶湯１５が、押出ピン１２に密着することを抑制し、成形品の取出工程において、成形品と押出ピン１２との間で離型不良が生じることを防止できる。

また、加圧後の押出面１２ａの位置を、成形面１０ｂと面一か、それよりも後退した位置に留めることで、成形品の形状の一部を欠損させることなく、凝固途中の溶湯１５を加圧することができる。従って、従来のスクイズピンのように、溶湯１５の加圧位置に対して、製品の形状への影響を考慮した制約がなく、鋳巣の抑制のために必要な加圧位置を設定することができる。

特に本実施形態では、加圧工程において、押出面１２ａが成形面１０ｂと面一になる位置まで押出ピン１２を移動させる。これにより、所望の製品形状に対して、過不足のない成形面を形成することができる。また、押出ピン１２の移動を、押出面１２ａが成形面１０ｂよりも後退した位置までの移動に留めることもできる。この場合、成形品の余分に形成された部分（図２の空間Ｘに相当する部分）は、後工程で切除する工程を設けてもよいし、あるいは、製品の性能上問題ない部分であれば、そのまま残すこともできる。

ところで、本実施形態のように、押出面１２ａを成形面１０ｂと面一の位置まで移動させようとした場合、押出ピン１２の押出量の誤差が大きいと、押出ピン１２が成形面１０ｂを越えて、キャビティ１３内へ突出してしまう虞がある。そして、押出ピン１２がキャビティ１３内へ進入すると、前述したように、成形品の形状の一部を欠損させたり、離型不良を生じてしまう。しかし、本実施形態では、押出ピン１２の駆動源としてサーボモータを用い、押出ピン１２の押出量を精度良く調整可能とすることにより、加圧工程において、押出動作後の押出面１２ａを精度良く位置決めすることができ、押出面１２ａが、成形面１０ｂを越えてキャビティ１３内へ大きく突出してしまうことを防止できる。

また本実施形態では、上記のように加圧位置の制約を受けないことから、成形品の被押出面（成形面１０ｂによって形成される面）全体を押圧するようにして設けられる押出ピン１２のうち、鋳巣の抑制のために必要な押出ピン１２を、適宜、溶湯１５の加圧のために利用することができる。特に、本実施形態では、複数の押出ピン１２を溶湯１５の加圧機構として用い、成形面１０ｂ全体にわたって溶湯１５を加圧するように設ける。これにより、凝固途中の溶湯１５を全体的に加圧圧縮することができ、成形品全体にわたって鋳巣の発生を効果的に抑制することができる。

次に、図４に示すように、溶湯が完全に凝固することにより、成形品１６が鋳造される。そして、図５に示すように、可動型１０を固定型１１から離間する方向へ移動させて型開きをする。型開き後（あるいは、型開きをしながた）、押出ピン１２によって成形品１６を押し出すことで、成形品１６を可動型１０から離間させ、成形品１６を取り出すことができる（以下、この工程を取出工程と呼ぶ）。

取出工程において成形品１６を取り出した後、可動型１０と固定型１１が再び閉じられて図１の状態になり、次の成形品を鋳造するための準備に移行する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

以上の実施形態では、可動型１０に押出ピン１２を設けるものとしたが、固定型１１の側に押出ピン１２が設けてあってもよい。

１ ダイカスト鋳造装置
１０ 可動型（第一成形型）
１０ａ 連通路
１０ｂ 成形面
１１ 固定型（第二成形型）
１２ 押出ピン
１２ａ 押出面
１３ キャビティ
１４ サーボモータ（駆動部材）
１５ 溶湯
１６ 成形品

Claims (1)

1. 第一成形型と、
   第二成形型と、
   前記第一成形型と前記第二成形型との間に形成されるキャビティと、
   前記第一成形型に設けられた押出ピンと、
   前記押出ピンを駆動する、位置制御可能な駆動部材とを備えたダイカスト鋳造装置を用いたダイカスト鋳造方法であって、
   前記キャビティに溶湯を充填する充填工程と、
   前記溶湯が凝固中に、前記駆動部材により前記押出ピンを押し出して、溶湯を加圧する加圧工程と、
   前記溶湯が凝固して鋳造された成形品を、前記駆動部材により前記押出ピンを押し出して取り出す取出工程とを含むダイカスト鋳造方法。

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