JP2634842B2

JP2634842B2 - 低圧鋳造法および鋳造用金型

Info

Publication number: JP2634842B2
Application number: JP6505388A
Authority: JP
Inventors: 弘奥西; 勝彦安藤; 武井村; 盛男黒木
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1988-03-18
Publication date: 1997-07-30
Anticipated expiration: 2012-07-30
Also published as: JPH01237065A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は低圧鋳造法および鋳造用金型に関し、一層詳
細には、銅合金系材質からなる金型内部のキャビテイ面
を画成する内面にFe系のメッキ層を介して塗型層を形成
し、当該金型において溶湯を各部位毎に時間をずらして
冷却水を供給し、銅合金の熱伝導性の高さを好適に活用
して当該キャビテイ内の溶湯の指向性凝固を促進させ、
鋳造欠陥を防止し高品質の製品を鋳造可能とすると共
に、鋳造効率を向上させる低圧鋳造法および鋳造用金型
に関する。

［発明の背景］低圧鋳造法においては、金型温度を適宜調整し、一定
の方向を指向し溶湯の凝固が進行していくよう、所謂、
指向性凝固を行わせることが重要とされている。これ
は、溶湯の指向性凝固を積極的に促進することにより、
鋳物組織に発生する引巣等の鋳造欠陥を防止出来ると共
に、稠密且つ均一な組織を有する製品が鋳造可能となる
からである。

従来、金型には特殊鋼等がその材質に用いられるが、
この特殊鋼には加熱冷却の繰り返しに伴う熱疲労に対す
る耐久性があるが、熱の伝導性が悪いという難点があ
る。従って、指向性凝固を進行させるべく金型温度を調
整することが非常に難しいとされている。

一般に、鋳造現場にあっては鋳造サイクルの変動を考
慮しながら個々の鋳造サイクルにおいて金型温度が所定
の設定範囲になるように溶湯の加圧を長く行い、この
後、溶湯の凝固を比較的長い時間で自然に進行させるこ
とにより鋳造欠陥の発生を防止している。

然しながら、この方法によると鋳造サイクルが長くな
り、従って、作業効率の向上を望むことが出来ない。

そこで、熱伝導性の高い、例えば、銅合金系の材質か
らなる金型を用い、強制的に当該金型を冷却して溶湯の
指向性凝固を促進させる試みが低圧鋳造法においてなさ
れている。然しながら、硬度、耐摩耗性等の機械的材
質、また、耐熱性、耐蝕性等において銅合金系の材質は
特殊鋼に比べて劣るため、キャビテイを画成する金型内
面が加熱冷却の繰り返しによる熱疲労により劣化する。
また、通常、金型内面に塗布される塗型材が銅合金とよ
く馴染まず、このため、鋳造サイクルの連続実施につれ
キャビテイ内面の損耗が激しくなり、金型の耐用寿命が
短時間でその限界に達してしまう。従って、熱伝導性の
高さという利点を十分に生かしきれず、こうした低圧鋳
造法において溶湯を指向性に凝固させ品質を向上させる
と共に、鋳造サイクルを短縮化して生産効率を向上させ
るという本来の実質的効果が得られてはいない。

［発明の目的］本発明は前記の不都合を克服するためになされたもの
であって、熱伝導性の良好な銅合金系の材質からなる金
型を用い、当該金型の内面に銅合金と密着性のあるFe系
メッキ層を介して塗型層を形成し、金型の部分毎に早く
冷却すべき冷却部位と遅く冷却すべき冷却部位とで時間
をずらせて冷却水を供給することで、金型の熱伝導性の
高い性質を好適に活用した金型の温度調節を行い、これ
により、溶湯の指向性凝固を促進させ、高品質の鋳造品
を製造すると共にその生産性を向上させることを可能と
する低圧鋳造法および鋳造用金型を提供することを目的
とする。

［目的を達成するための手段］前記の目的を達成するために、本発明は、金型内に画
成されたキャビテイに溶湯を低圧の圧力気体の加圧下に
充填して鋳造品を得る低圧鋳造法であって、前記キャビ
テイの冷却部位に対応して複数の冷却槽が設けられた熱
伝導性の良好な銅合金系材質よりなる金型を用い、溶湯
を前記キャビテイに加圧充填後、当該キャビテイの形状
に応じて溶湯が早く凝固すべき部位に対面する金型の部
材と溶湯が遅れて凝固すべき部位に対面する金型の部材
とで時間差を設けて前記複数の冷却槽に順次冷却媒体を
供給し、溶湯を一定の方向に指向性凝固を促進させなが
ら鋳造することを特徴とする。

また、本発明は溶湯が早く凝固すべき部位と対面する
金型の部材重量を大にし、一方、溶湯が遅れて凝固すべ
き部位と対面する金型の部材重量を小にしてなる同合金
系材質の金型を用いることを特徴とする。

また、本発明は、熱伝導性の良好な銅合金系材質より
なる鋳造用金型において、キャビテイの冷却部位に対応
して複数の冷却槽が設けられ、前記複数の冷却槽に順次
冷却媒体を供給可能な手段を有すると共に、前記キャビ
テイが画成される当該金型の内面に当該金型の地金に被
覆したFe系のメッキ層と、前記メッキ層を介して塗型材
を塗布して形成した塗型層からなる保護被膜層を備える
ことを特徴とする。

さらに、本発明はFe系のメッキ層の表層にイオン窒化
処理を施し、前記イオン窒化処理により形成された窒化
層の層上に塗型層を形成することを特徴とする。

［実施態様］次に、本発明に係る低圧鋳造法および鋳造用金型につ
いて好適な実施態様を挙げ、添付の図面を参照しながら
以下詳細に説明する。

先ず、第１図において、参照符号10は本発明に係る低
圧鋳造法に用いられる鋳造用金型を示す。すなわち、こ
の鋳造用金型10は下型12と、この下型12に対向して配置
される上型14と、これら下型12、上型14の間に嵌合する
摺動型16、18とを含み、これら下型12、上型14、摺動型
16、18により溶湯が充填されるキャビテイ20が画成され
る。

ここで、前記キャビテイ20を画成する上型14、摺動型
16、18は熱伝導性の良好な銅合金をその材質とし、その
内面には、第２図に示すように、所定の表面処理がなさ
れ金型母材を保護するための保護被膜層22が形成され
る。

すなわち、同図において、上型14、摺動型16、18の地
金23の表面に、先ず、Fe系のメッキ層24が被覆される。
このメッキ層24にはイオン窒化処理がなされ、当該メッ
キ層24の表層には窒化層25が形成される。そして、前記
窒化層25の層上にα−Al₂O₃、TiO₂にコロイダルシリカ
を加えた塗型材を塗布することにより塗型層26が形成さ
れる。この場合、Fe系のメッキ層24と塗型材との親和性
が良好であることは勿論、メッキ層24と地金23との密着
性も良好であるため、塗型材は当該メッキ層24を介し銅
合金をその材質とする地金23の表面を覆って強度的に優
れ且つ安定した塗型層26を形成する。鋳造条件によって
は、前記メッキ層24に対するイオン窒化処理は省いて当
該メッキ層24に直接塗型材を塗布し塗型層26を形成して
もよい。また、塗型材の材質を熱に対する耐性があるこ
と、断熱性があること、金型表面を平滑にし、従って、
鋳造品取り出しの離型性がよいこと、酸化し難いこと等
の性質を備えることを条件に、特に、アルミニウム合金
溶湯の特性に応じて適宜選択する。

次いで、第１図において、前記下型12は下型ベース27
上に配設され、これら下型12と下型ベース27を貫通する
ようにその中央部に段付孔部28が穿設される。この段付
孔部28には湯口入子30が装着される。前記湯口入子30に
は同軸的に湯口32が形成され、この湯口32は前記キャビ
テイ20と連通する。前記湯口入子30はストーク34内を介
して図示しない溶湯保持炉と連通し、この溶湯保持炉内
に貯留される溶湯はストーク34を上昇して湯口32を経て
キャビテイ20に充填される。また、当該下型12には冷却
水が導入される通路35、36が画成される。

一方、上型14は図示しないアクチュエータの駆動作用
下に昇降自在な可動ダイベース37の下面に固定され、こ
の場合、上型14は熱伝導性の良好な銅合金系の材質によ
り一体的に形成される。そして、前記上型14の中央部に
は可動ダイベース37を貫通して（図示しない供給源から
供給される）冷却媒体を導入、導出するための通路38、
40が形成され、この通路38、40は当該上型14内に画成さ
れた冷却槽42と連通する。同様に、当該上型14の側方に
は冷却槽44、46が形成され、これら冷却槽44、46の夫々
に対し冷却水を循環するための通路48、50および通路5
2、54が穿設される。

前記上型14、下型12に摺動自在に嵌合する摺動型16、
18は当該上型14と同様に熱伝導性の良好な銅合金をその
材質として形成されるものであり、キャビテイ20の形状
に対応させて金型ブロック56a、56bと金型ブロック58
a、58bとの一体的な組み合わせから構成される。この場
合、前記摺動型16を構成する金型ブロック56a、56bの夫
々には冷却槽60a、60bが画成されると共に、当該冷却槽
60a、60bに連通し冷却水を循環するための通路62、64が
夫々複数形成される。同様に、摺動型18を構成する金型
ブロック58a、58bには夫々その内部に画成される冷却槽
66a、66bに連通する通路68、70が夫々複数形成される。

前記下型12、摺動型16、18はタイマ駆動の切換弁を介
して夫々冷却水が供給される。すなわち、図示しない冷
却水供給源から延在する管路はソレノイドバルブ80、8
2、84を介して夫々管路86a、86b、88a、88b、90a、90b
として分岐する。前記ソレノイドバルブ80、82、84は夫
々タイマ92、94、96により所定の設定時間が経過した時
に開閉駆動される。そして、前記管路86a、86bは下型12
に形成した通路35、36に接続され、前記管路88a、88bは
夫々摺動型16、18の金型ブロック56b、58bに形成した通
路64、70に接続され、前記管路90a、90bは摺動型16、18
の金型ブロック56a、58bに形成した通路62、68と接続さ
れる。

なお、当該上型14、摺動型16、18、下型12は夫々重量
を異ならせ、換言すれば、熱容量に差を持たせている。
本実施態様では上型14は60kg、摺動型16、18にあって
は、金型ブロック56a、58aの合計が30kg、金型ブロック
56b、58bの合計が20kg、下型12は10kgである。この場
合、後述する溶湯の指向性凝固を促進させるべく湯口32
に向けて重量を大から小に設定しているのである。

当該鋳造用金型は基本的には以上のように構成される
ものであり、次に本実施態様に係る低圧鋳造法について
説明する。

先ず、下型12の下方に設置される図示しない溶湯保持
炉内に貯留されるJIS AC2B相当のアルミニウム合金溶
湯の温度を680℃、その加圧圧力を0.28kg/cm²としてこ
の溶湯保持炉内に前記0.28kg/cm²の圧力の圧縮空気を送
り、その表面を加圧してアルミニウム合金溶湯をストー
ク34を介して湯口入子30からキャビテイ20に充填する。

そして、アルミニウム合金溶湯の前記キャビテイ20へ
の充填が完了したら、第３図に示すタイムチャートに従
って下型12、上型14、摺動型16および18に冷却水を時間
差を設けて供給し、当該キャビテイ20に充填されるアル
ミニウム合金溶湯を凝固させる。

すなわち、第３図において、アルミニウム合金溶湯の
充填が完了した時刻t₁以降、上型14に形成した冷却槽4
2、44、46内に通路38、48、52を介して冷却水を導入す
る。そして、この冷却水を通路40、50、54を介して図示
しない冷却水排出系に導出させ、当該冷却槽42、44、46
における冷却水の循環を継続させる。この結果、上型14
は当該冷却水の冷却作用下に冷却され、キャビテイ20内
のアルミニウム合金溶湯の中、上型14に対面する部分は
熱の交換作用を受けてその温度が低下し凝固が促進され
ることになる。

次いで、時刻t₁から所定時間経過した時刻t₂におい
て、タイマ96を介してソレノイドバルブ84を開成させ
る。この結果、冷却水は管路90a、90bを通って夫々摺動
型16、18の金型ブロック56a、58a内に画成される冷却槽
60a、66a内に通路62、68を介して供給される。

同様にして、時刻t₂から所定時間経過した時刻t₃に達
したら、タイマ94を介してソレノイドバルブ82を開成さ
せ、冷却水を管路88a、88bを介して当該摺動型16、18を
構成する金型ブロック56b、58bの冷却槽60b、66bに導入
する。この後、摺動型16、18は冷却水の冷却作用下にキ
ャビテイ20のアルミニウム合金溶湯の冷却進行を促進さ
せることになる。

さらに、時刻T₃から所定時間経過した時刻t₄におい
て、タイマ92によりソレノイドバルブ80を開成させ、下
型12に形成した通路35、36に管路86a、86bを介して冷却
水を供給する。最終的に、キャビテイ20内のアルミニウ
ム合金溶湯への加圧を解除する時刻t₅に達したら上型14
に対する冷却水の供給を停止すると共に、タイマ92、9
4、96を介して夫々ソレノイドバルブ80、82、84を閉成
させ、摺動型16、18および下型12への冷却水の供給を停
止する。

その後、所定時間経過したら型開きを行い、すなわ
ち、上型14、摺動型16、18を下型12に対して離間変位さ
せ当該キャビテイ20内に鋳込まれた製品を取り出して鋳
造サイクルを終了する。

本実施態様に係る鋳造用金型10によれば、上型14、摺
動型16、18には夫々熱伝導性の良好な銅合金系の材質が
用いられ、これら上型14、摺動型16、18の内面は、第２
図に示すように、アルミニウム合金溶湯と保護被膜層22
の最上層の塗型層26を介して接触している。そして、前
記塗型層26は互いに親和性のあるFe系のメッキ層24を介
して当該上型14、摺動型16、18の地金23と密着している
ため、アルミニウム合金溶湯の熱作用を受けて当該塗型
層26が剥離する等の不都合を防止することが出来る。従
って、当該上型14、摺動型16、18の内面が劣化すること
なく、長時間にわたって耐久性が確保される。そして、
キャビテイ20にアルミニウム合金溶湯を充填していく過
程では、その当初において比較的断熱性に優れた塗型層
26を介して間接的に金型と接触しているため、湯回り不
良に至ることなく当該アルミニウム合金溶湯の充填を行
うことが出来る。

また、実際の鋳造にあたっては、本実施態様に係る低
圧鋳造法を実行することにより、前述した保護被膜層22
を前提として金型材質としての銅合金の熱伝導性の良さ
を活用出来る。すなわち、キャビテイ20に充填されたア
ルミニウム合金溶湯において、その溶湯量も多く、従っ
て、早く凝固させるべき部分は上型14内に設けた冷却槽
42、44、46に当該キャビテイ20への溶湯の充填と共に冷
却水を供給することにより最先に凝固させ、次いで、摺
動型16、18の金型ブロック56a、58a、56b、58bに設けた
冷却槽60a、66a、60b、66bへと湯口32側へ向かって時間
をずらせて冷却水を供給し、前記湯口32に最も近く、溶
湯の凝固が最も遅れて進行すべき部分に当接している下
型12には最後に冷却水を供給している。このため、第１
図に示すように、キャビテイ20のアルミニウム合金溶湯
には上型14、摺動型16、18の材質が熱伝導性の良好な銅
合金であることから時間をずらせた冷却作用が効果的に
働き、第１図に示すように、矢印方向を指向して指向性
凝固が進行していくことが諒解されよう。そして、これ
ら上型14、摺動型16、18、下型12の順に熱容量が大から
小へ指向性凝固の方向と対応させていることから冷却水
の循環による熱交換作用がより効率的に行われるため、
凝固時間が短縮化し、その鋳造サイクルを短くすること
が出来る。

［発明の効果］以上のように、本発明によれば、鋳造用金型を熱伝導
性の良好な銅合金系材質を用いて構成し、キャビテイを
画成するその内面にFe系のメッキ層を介して塗型層を被
覆し、銅合金と塗型層の密着性を向上させているため、
金型の耐用寿命を大幅に向上させることが出来る。さら
に、実際の鋳造にあたっては当該キャビテイ内の溶湯を
凝固させるにあたりキャビテイの部位に対応させて早く
凝固すべき部位の当該金型の部材には冷却水を早く供給
し、遅れて凝固すべき部位に対面する金型の部材には時
間をずらして冷却水を供給しているため、当該金型の熱
伝導性の高さを活用してキャビテイ内の溶湯の指向性凝
固を効率的に進行させることが出来る利点がある。従っ
て、鋳造品の組織に発生する鋳造欠陥を防止することが
可能となると共に、全体としてその鋳造サイクルを短縮
化することが出来、効率的な鋳造作業を実施することが
可能となる効果を奏するものである。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明し
たが、本発明はこの実施態様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において種々の改良
並びに設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る鋳造用金型の構成を示す縦断面
図、第２図は本発明に係る鋳造用金型のキャビテイを構成す
る内壁面に形成される保護被膜層を説明する図、第３図は本発明に係る低圧鋳造法におけるその手順を示
すタイムチャートである。 10……鋳造用金型、12……下型 14……上型、16、18……摺動型 20……キャビテイ、22……保護被膜層 23……地金、24……メッキ層 26……塗型層、30……湯口入子 34……ストーク、42、44、46……冷却槽 56a、56b、58a、58b……金型ブロック 60a、60b、66a、66b……冷却槽 80、82、84……ソレノイドバルブ 92、94、96……タイマ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金型内に画成されたキャビテイに溶湯を低
圧の圧力気体の加圧下に充填して鋳造品を得る低圧鋳造
法であって、前記キャビテイの冷却部位に対応して複数
の冷却槽が設けられた熱伝導性の良好な銅合金系材質よ
りなる金型を用い、溶湯を前記キャビテイに加圧充填
後、当該キャビテイの形状に応じて溶湯が早く凝固すべ
き部位に対面する金型の部材と溶湯が遅れて凝固すべき
部位に対面する金型の部材とで時間差を設けて前記複数
の冷却槽に順次冷却媒体を供給し、溶湯を一定の方向に
指向性凝固を促進させながら鋳造することを特徴とする
低圧鋳造法。
【請求項２】請求項１記載の鋳造法において、溶湯が早
く凝固すべき部位と対面する金型の部材重量を大にし、
一方、溶湯が遅れて凝固すべき部位と対面する金型の部
材重量を小にしてなる銅合金系材質の金型を用いること
を特徴とする低圧鋳造法。
【請求項３】熱伝導性の良好な銅合金系材質よりなる鋳
造用金型において、キャビテイ冷却部位に対応して複数
の冷却槽が設けられ、前記複数の冷却槽に順次冷却媒体
を供給可能な手段を有すると共に、前記キャビテイが画
成される当該金型の内面に当該金型の地金に被覆したFe
系のメッキ層と、前記メッキ層を介し塗型材を塗布して
形成した塗型層からなる保護被膜層を備えることを特徴
とする鋳造用金型。
【請求項４】請求項３記載の金型において、Fe系のメッ
キ層の表層にイオン窒化処理を施し、前記イオン窒化処
理により形成された窒化層の層上に塗型層を形成するこ
とを特徴とする鋳造用金型。