JP2020001069A - ダイカスト鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】初期凝固片による鋳造欠陥を低減可能であると共に、金型の耐久性に優れたダイカスト鋳造装置を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係るダイカスト鋳造装置は、溶湯が供給されるスリーブ３０と、キャビティＣを形成する金型１０、２０と、を備え、スリーブ３０とキャビティＣとを連通するランナーＲを介して、スリーブ３０に供給された溶湯をキャビティＣに射出するものである。ランナーＲに、溶湯が流れる方向に沿って延設されると共に、ランナーＲの幅方向に櫛歯状に並設された複数の突起２２が形成されている。【選択図】図４

Description

本発明はダイカスト鋳造装置に関する。

例えば特許文献１に開示されているように、ダイカスト鋳造装置では、プランジャスリーブに溶湯を供給した後、プランジャチップがプランジャスリーブ内を前進することにより、当該溶湯を金型のキャビティ内に射出する。プランジャスリーブに溶湯を供給した際、プランジャスリーブに接触した溶湯は、冷却され、凝固する。そのため、溶湯とプランジャスリーブとの接触面には、初期凝固片が形成される。プランジャチップがプランジャスリーブ内を前進する際、この初期凝固片がプランジャスリーブから剥離し、溶湯と共に金型のキャビティ内に射出されると、鋳造欠陥となり得る。

特開２０１５−１９３０３１号公報

発明者らは、ダイカスト鋳造装置によって製造された鋳物における初期凝固片による鋳造欠陥を低減すべく鋭意検討した結果、以下の課題を見出した。
初期凝固片による鋳造欠陥を低減するために、発明者らが、プランジャスリーブと金型のキャビティとを連通するランナー（湯道）に円柱状の突起を設けたところ、一定の効果が得られた。初期凝固片が突起に衝突して粉砕されたり、突起による溶湯の流れの乱れによって初期凝固片が粉砕されたりするためであると推察される。
しかしながら、突起が円柱状であるため、高い圧力で溶湯に繰り返し押圧されることによって、突起が破損し易く、金型の耐久性に劣るという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、初期凝固片による鋳造欠陥を低減可能であると共に、金型の耐久性に優れたダイカスト鋳造装置を提供するものである。

本発明に係るダイカスト鋳造装置は、
溶湯が供給されるスリーブと、
キャビティを形成する金型と、を備え、
前記スリーブに供給された溶湯を、前記スリーブと前記キャビティとを連通するランナーを介して、前記キャビティに射出するダイカスト鋳造装置であって、
前記ランナーに、溶湯が流れる方向に沿って延設されると共に、前記ランナーの幅方向に櫛歯状に並設された複数の突起が形成されているものである。

本発明に係るダイカスト鋳造装置では、ランナーに、溶湯が流れる方向に沿って複数の突起が延設されている。そのため、高い圧力で溶湯に繰り返し押圧されても、突起が破損し難く、金型の耐久性に優れている。また、複数の突起がランナーの幅方向に櫛歯状に並設されている。そのため、溶湯に含まれる初期凝固片が、突起自体や突起により発生する流れの乱れによって粉砕され、初期凝固片による鋳造欠陥を低減することができる。すなわち、本発明に係るダイカスト鋳造装置は、初期凝固片による鋳造欠陥を低減可能であると共に、金型の耐久性に優れている。

前記複数の突起の高さが、前記ランナーの深さと等しくてもよい。このような構成によって、初期凝固片による鋳造欠陥をより低減することができる。

前記複数の突起の断面形状が、頂部よりも根元部の幅が大きい三角形状でもよい。突起の根元部が安定し、例えば断面矩形状の突起に比べて破損し難くなる。

前記複数の突起は、前記金型に嵌合された入子部に形成されていてもよい。突起が破損した場合に、突起を有する入子部のみを交換することができ、メンテナンス性に優れている。

本発明により、初期凝固片による鋳造欠陥を低減可能であると共に、金型の耐久性に優れたダイカスト鋳造装置を提供することができる。

ダイカスト鋳造装置の模式的断面図である。 ダイカスト鋳造装置の模式的断面図である。 ダイカスト鋳造装置の模式的断面図である。 固定型２０の部分正面図である。 図４のＶ−Ｖ切断線に沿った断面図である。 第１の実施形態の実施例に係るダイカスト鋳造装置における固定型２０の部分正面写真である。 突起形成による湯流れの変化のシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（第１の実施形態）
＜ダイカスト鋳造装置の全体構成＞
まず、図１〜図３を参照して、第１の実施形態に係るダイカスト鋳造装置の全体構成について説明する。図１〜図３は、ダイカスト鋳造装置の模式的断面図である。
なお、当然のことながら、図１及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ直交座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸正向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。

図１〜図３に示すように、第１の実施形態に係るダイカスト鋳造装置は、可動型１０、固定型２０、プランジャスリーブ３０、プランジャ４０を備えている。ここで、図１〜図３は、ダイカスト鋳造装置の動作を表している。図１は、ダイカスト鋳造装置において、プランジャスリーブ３０に溶湯Ｍが供給された様子を示している。図２は、ダイカスト鋳造装置において、キャビティＣへの溶湯Ｍの射出が完了した様子を示している。図３は、ダイカスト鋳造装置において、金型（可動型１０、固定型２０）から鋳物５０を取り出した様子を示す模式的断面図である。

可動型１０は、ｘ軸方向にスライド移動可能なダイスである。一方、固定型２０はダイカスト鋳造装置に固定されたダイスである。可動型１０がｘ軸正方向に移動し、固定型２０に当接することにより、図１に示すように、可動型１０と固定型２０との間に鋳造される製品形状に応じたキャビティＣが形成される。図２に示すように、このキャビティＣに溶湯Ｍが充填されることにより、図３に示した鋳物５０が鋳造される。そして、可動型１０がｘ軸負方向に移動し、固定型２０から離型することにより、図３に示すように、鋳物５０を取り出すことができる。
可動型１０、固定型２０は、例えば熱間金型用の合金工具鋼などからなる。なお、可動型１０及び固定型２０は、それぞれ入子であってもよい。

例えば図１に示すように、固定型２０にはｘ軸に平行な中心軸を有する断面円形状の貫通孔が形成されている。この貫通孔に円筒状のプランジャスリーブ３０が嵌合されている。プランジャスリーブ３０の内部をプランジャ４０がｘ軸方向に摺動する。
プランジャスリーブ３０の可動型１０側（ｘ軸負方向側）の端部上側には、固定型２０と可動型１０との間に、プランジャスリーブ３０とキャビティＣとを連通し、溶湯ＭをキャビティＣに導くランナー（湯道）Ｒが形成されている。

プランジャスリーブ３０は、ｘ軸に平行な中心軸を有する円筒状の部材である。上述のように、プランジャスリーブ３０は、固定型２０の貫通孔に嵌合されている。プランジャスリーブ３０に溶湯Ｍが注入される。プランジャスリーブ３０の後方（ｘ軸正方向側）の端部近傍の上面には、プランジャスリーブ３０に溶湯Ｍを注ぎ込むための給湯口３１が形成されている。例えばラドル（不図示）などを用いて、給湯口３１からプランジャスリーブ３０内に溶湯Ｍが注ぎ込まれる。
プランジャスリーブ３０は、例えば熱間金型用の合金工具鋼などからなる。

プランジャ４０は、プランジャチップ４１、プランジャロッド４２を備えている。
プランジャチップ４１は、プランジャスリーブ３０内の溶湯Ｍに直接接触する円柱状の部材である。プランジャチップ４１は、ｘ軸に平行な中心軸を有する棒状部材であるプランジャロッド４２によって、駆動源（不図示）に連結されており、プランジャスリーブ３０内をｘ軸方向に摺動することができる。図２に示すように、プランジャチップ４１が、プランジャスリーブ３０の後端部からｘ軸負方向に摺動することにより、プランジャスリーブ３０内に注入された溶湯ＭがキャビティＣに射出される。

＜ダイカスト鋳造装置の動作＞
次に、図１〜図３を参照して、第１の実施形態に係るダイカスト鋳造装置の動作について説明する。まず、図１に示すように、プランジャスリーブ３０内でプランジャチップ４１をｘ軸正方向に後退させた状態で、可動型１０を固定型２０に当接させ、キャビティＣを形成する。そして、プランジャスリーブ３０の給湯口３１から、例えばラドル（不図示）などを用いて、プランジャスリーブ３０内に溶湯Ｍを供給する。

次に、図２に示すように、プランジャスリーブ３０においてプランジャ４０を前進させ、ランナーＲを介して溶湯ＭをキャビティＣ内に射出する。ここで、プランジャ４０を前進させることにより、溶湯Ｍを押しながらキャビティＣ内に充填させることができる。

次に、図３に示すように、キャビティＣ内において溶湯Ｍが凝固した後、可動型１０を固定型２０から離型させ、鋳造された鋳物５０を取り出す。図３に示すように、鋳物５０は、製品部５１に加え、ランナー部５２及びビスケット部５３を有している。図３における鋳物５０内に示した一点鎖線は、製品部５１と、ランナー部５２及びビスケット部５３との便宜的な境界線である。

ランナー部５２は、ランナーＲにおいて溶湯Ｍが凝固した部位である。ビスケット部５３は、プランジャチップ４１の先端面と金型（可動型１０、固定型２０）によって囲まれた溶湯Ｍが凝固した部位である。なお、ランナー部５２及びビスケット部５３は最終的に除去され、製品部５１が製品として利用される。

ここで、上述の通り、プランジャスリーブ３０に溶湯Ｍを供給した際、プランジャスリーブ３０に接触した溶湯Ｍは、冷却され、凝固する。そのため、溶湯Ｍと接触したプランジャスリーブ３０の内面には、初期凝固片が形成される。プランジャチップ４１がプランジャスリーブ３０内を前進する際、この初期凝固片がプランジャスリーブ３０から剥離し、溶湯Ｍと共に金型（可動型１０、固定型２０）のキャビティＣ内に射出されると、鋳造欠陥となり得る。
以下に説明するように、第１の実施形態に係るダイカスト鋳造装置では、ランナーＲに初期凝固片による鋳造欠陥を低減するための突起が設けられている。

＜金型におけるランナーの構成＞
次に、図４、図５を参照して、第１の実施形態に係るダイカスト鋳造装置においてプランジャスリーブ３０と金型（可動型１０、固定型２０）のキャビティＣとを連通するランナーＲの構成について説明する。図４は、固定型２０の部分正面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ切断線に沿った断面図である。図５には、可動型１０も描かれている。図４、図５に示された例では、固定型２０及びプランジャスリーブ３０に溝状のランナーＲが形成されているが、可動型１０に形成されていてよく、可動型１０及び固定型２０の両方などに形成されていてもよい。

図４、図５に示すように、プランジャスリーブ３０の端面及び固定型２０の前面に、射出された溶湯をキャビティＣに導く溝状のランナーＲが形成されている。ランナーＲは、プランジャスリーブ３０の内周面からキャビティＣまで延設されている。そして、ランナーＲの長手方向すなわち溶湯が流れる方向（図４の例ではｚ軸正方向）に沿って複数の突起２２が延設されている。図の例では７本の突起２２が設けられている。

さらに、複数の突起２２は、ランナーＲの幅方向に櫛歯状に並設されている。図示した突起２２は断面三角形状すなわち楔形状（三角柱状）の形状を有しているが、これに限定されるものではない。例えば、突起２２は断面矩形状すなわち四角柱状の形状を有していてもよい。但し、突起２２は、断面形状が三角形状であるため、頂部よりも根元部の幅が大きく、例えば断面矩形状の突起に比べて突起２２の根元部が安定し、又は、離型時の抵抗を低減し、破損し難い。なお、図５の例では断面三角形状の突起２２の頂部は鋭角的な形状を有しているが、Ｒ形状や平坦であってもよい。

ランナーＲの幅方向に櫛歯状に並設された複数の突起２２を形成することによって、初期凝固片による鋳造欠陥を低減することができる。図４に矢印で示すように、溶湯は突起２２に衝突しながら、突起２２同士の間を通過する。そのため、溶湯に含まれる初期凝固片が突起２２に衝突して粉砕されたり、突起２２による溶湯の流れの乱れによって初期凝固片が粉砕されたりするものと推察される。

ここで、突起２２が、溶湯が流れる方向に沿って延設されている。すなわち、突起２２の長さ（ｚ軸方向の長さ）は、突起２２の幅（ｙ軸方向の長さ）よりも大きい。そのため、高い圧力で溶湯に繰り返し押圧されても、例えば円柱状の突起に比べて突起２２は破損し難く、金型（図４、図５の例では、固定型２０）の耐久性に優れている。例えば、突起２２の長さは、突起２２の幅の２倍以上であること、又は、高さの１／２倍以上であることが好ましい。

初期凝固片による鋳造欠陥を低減するためには、突起２２の高さは、高い程好ましい。例えば、突起２２の高さは、ランナーＲの深さの８０％以上、さらには９０以上であることが好ましい。そのため、図５に示すように、突起２２の高さは、ランナーＲの深さと等しいことが最も好ましいが、これに限定されるものではない。なお、突起２２の高さが、ランナーＲの深さと等しいとは、完全に等しい場合のみでなく、同程度であることも含む。

また、図４、図５に示すように、全ての突起２２は入子部２３に形成されている。換言すると、全ての突起２２は根元において入子部２３と一体に形成されている。そして、入子部２３は、固定型２０に嵌合され、固定されている。すなわち、突起２２は交換可能な入子部２３に設けられている。そのため、突起２２が破損した場合に、突起２２を有する入子部２３のみを交換することができ、メンテナンス性に優れている。もちろん、突起２２を固定型２０又は可動型１０と一体に形成してもよい。

以上の通り、第１の実施形態に係るダイカスト鋳造装置では、ランナーＲに、溶湯が流れる方向に延設された複数の突起２２が形成されている。そのため、高い圧力で溶湯に繰り返し押圧されても、突起２２が破損し難く、金型の耐久性に優れている。また、複数の突起２２がランナーＲの幅方向に櫛歯状に並設されている。そのため、溶湯に含まれる初期凝固片が、突起２２自体や突起２２により発生する流れの乱れによって粉砕され、初期凝固片による鋳造欠陥を低減することができる。すなわち、第１の実施形態に係るダイカスト鋳造装置は、初期凝固片による鋳造欠陥を低減可能であると共に、金型の耐久性に優れている。

＜実施例＞
以下に、第１の実施形態に係るダイカスト鋳造装置について、比較例及び実施例を挙げて詳細に説明する。しかしながら、第１の実施形態に係るダイカスト鋳造装置は、以下の実施例のみに限定されるものではない。
図６は、第１の実施形態の実施例に係るダイカスト鋳造装置における固定型２０の部分正面写真である。図６の実施例では、可動型１０と当接する固定型２０の前面に、２本のランナーＲ１、Ｒ２がプランジャスリーブ３０の内周面から互いに離れるようにキャビティＣに向かって形成されている。

ランナーＲ１は、３本のランナーＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３に分岐して互いに離れるようにキャビティＣに至る。ランナーＲ２は、３本のランナーＲ２１、Ｒ２２、Ｒ２３に分岐して互いに離れるようにキャビティＣに至る。すなわち、６本のランナーＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３及びランナーＲ２１、Ｒ２２、Ｒ２３は、プランジャスリーブ３０の内周面から略放射状に拡がるように形成されている。

ランナーＲ１１、Ｒ１２の分岐元には、溶湯が流れる方向に沿って７本の突起２２ａが延設されている。７本の突起２２ａは、ランナーＲ１１、Ｒ１２の幅方向に櫛歯状に並設されている。
ランナーＲ１３には、溶湯が流れる方向に沿って２本の突起２２ｂが延設されている。２本の突起２２ｂは、ランナーＲ１３の幅方向に櫛歯状に並設されている。

ランナーＲ２１には、溶湯が流れる方向に沿って１本の突起２２ｃが延設されている。
ランナーＲ２２、Ｒ２３の分岐元には、溶湯が流れる方向に沿って４本の突起２２ｄが延設され、さらに下流側に４本の突起２２ｅが延設されている。すなわち、ランナーＲ２２、Ｒ２３の幅方向に櫛歯状に並設され４本の突起２２ｄと４本の突起２２ｅとが２段階で設けられている。
実施例での突起の寸法は、いずれも根元部の長さ２１ｍｍ、根元部の幅５ｍｍ、高さ１４ｍｍとした。

図６に示した実施例では、ランナーに突起が設けられていない比較例に比べ、製造された鋳物における初期凝固片の面積率を５．８％から１．３％に劇的に低減させることができた。このように、ランナーの幅方向に櫛歯状に並設された複数の突起をランナーに設けることによって、初期凝固片による鋳造欠陥を低減することができた。また、溶湯が流れる方向に沿って突起が延設されているため、高い圧力で溶湯に繰り返し押圧されても、突起２２が破損し難く、金型の耐久性に優れている。

ここで、図７は、突起形成による湯流れの変化のシミュレーション結果を示す図である。図７に示すように、ランナーに突起が設けられていない比較例に比べ、実施例では突起２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅを通過した溶湯の流れに乱れが生じている。図７から、溶湯に含まれる初期凝固片は、突起に衝突して粉砕されたり、流れの乱れによって粉砕されたりするものと推察される。

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ 可動型
２０ 固定型
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ 突起
２３ 入子部
３０ プランジャスリーブ
３１ 給湯口
４０ プランジャ
４１ プランジャチップ
４２ プランジャロッド
５０ 鋳物
５１ 製品部
５２ ランナー部
５３ ビスケット部
Ｃ キャビティ
Ｍ 溶湯
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ１１〜Ｒ１３、Ｒ２１〜Ｒ２３ ランナー

Claims (4)

1. 溶湯が供給されるスリーブと、
   キャビティを形成する金型と、を備え、
   前記スリーブに供給された溶湯を、前記スリーブと前記キャビティとを連通するランナーを介して、前記キャビティに射出するダイカスト鋳造装置であって、
   前記ランナーに、溶湯が流れる方向に沿って延設されると共に、前記ランナーの幅方向に櫛歯状に並設された複数の突起が形成されている、
   ダイカスト鋳造装置。
2. 前記複数の突起の高さが、前記ランナーの深さと等しい、
   請求項１に記載のダイカスト鋳造装置。
3. 前記複数の突起の断面形状が、頂部よりも根元部の幅が大きい三角形状である、
   請求項１又は２に記載のダイカスト鋳造装置。
4. 前記複数の突起は、前記金型に嵌合された入子部に形成されている、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のダイカスト鋳造装置。