JP2832625B2 - Injection molding equipment for metal moldings - Google Patents
Injection molding equipment for metal moldingsInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 A.発明の目的 （１） 産業上の利用分野 本発明は金属成形体用射出成形装置、特に、金型と、
一端を金型内に連通させた加熱シリンダと、加熱シリン
ダの他端に設けられて、その加熱シリンダ内に金属材料
を供給する供給機構と、加熱シリンダ内で金属材料を攪
拌してその金属材料に剪断力を与えることにより半凝固
スラリを形成すると共にその半凝固スラリを金型内に射
出するスクリュとを備えた装置の改良に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Object of the Invention (1) Industrial Field of the Invention The present invention relates to an injection molding apparatus for metal molded articles, in particular, a mold,
A heating cylinder having one end communicating with the mold, a supply mechanism provided at the other end of the heating cylinder to supply a metal material into the heating cylinder, and a metal material agitating the metal material in the heating cylinder To form a semi-solid slurry by applying a shearing force to the mold and to inject the semi-solid slurry into a mold.
（２） 従来の技術 従来、この種装置としては、アメリカ特許明細書第4,
694,881号およびアドバンスド マテリアルズ アンド
プロセシーズ社（ADVANCED MATERIALS ＆ PROCESSES
inc.）発行、雑誌メタルプログレス（METAL PROGRES
S）,1988年10月号第53頁〜第56頁に開示されたものが公
知である。(2) Conventional technology Conventionally, as this type of device, US Pat.
694,881 and Advanced Materials and Processes (ADVANCED MATERIALS & PROCESSES)
inc.) published, Magazine Metal Progress (METAL PROGRES)
S), page 53 to page 56, October 1988, is known.
前記射出成形装置による金属成形体の成形法は半凝固
成形法と称され、その成形法とは、金属材料の固相と液
相とが共存できる温度領域において、その金属材料に機
械的または電磁的攪拌作用による剪断力を与えて固相デ
ンドライト組織を破壊し、これにより液相に粒状の固相
が分散した半凝固スラリを形成し、この半凝固スラリを
用いて射出成形を行うことにより金属成形体を得る方法
である。The method of molding a metal molded body by the injection molding apparatus is called a semi-solid molding method. The solid-state dendrite structure is destroyed by applying a shearing force by a mechanical stirring action, thereby forming a semi-solid slurry in which a granular solid phase is dispersed in a liquid phase, and performing injection molding using the semi-solid slurry, thereby forming a metal. This is a method for obtaining a molded body.
この半凝固成形法は、従来の鋳造法に比べて、内部欠
陥が極めて少なく、また寸法精度の良い金属成形体を能
率良く製造することができる、といった利点を有する。This semi-solid molding method has the advantage that, compared to the conventional casting method, there are very few internal defects and a metal molded body having high dimensional accuracy can be efficiently produced.
（３） 発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来装置においては、供給機構の予熱
ホッパより粒状または小片状をなす固相金属材料を加熱
シリンダ内に供給し、その加熱シリンダ内で固相金属材
料を加熱すると共にスクリュにより攪拌してその固相金
属材料より半凝固スラリを形成しているので、粒状また
は小片状金属材料調製のために、射出成形装置の外に別
の設備が必要となり、また成形作業の外に別の作業も必
要となって不経済であり、その上、金属材料における表
面積の増加に伴い材料表面の汚れ、酸化膜等の不純物の
持込みが多くなって金属成形体に内部欠陥を発生し易
く、さらに固相金属材料を用いるために、その加熱攪拌
経路を長くしなければならないことから加熱シリンダお
よびスクリュの長大化を招き、装置が大型となる、とい
った問題がある。(3) Problems to be Solved by the Invention However, in the conventional apparatus, a granular or small solid metal material is supplied into a heating cylinder from a preheating hopper of a supply mechanism, and the solid metal is supplied into the heating cylinder. Since the material is heated and agitated with a screw to form a semi-solid slurry from the solid-phase metal material, separate equipment is required outside the injection molding equipment to prepare granular or small metal materials. In addition, other operations are required besides the molding operation, which is uneconomical. In addition, as the surface area of the metal material increases, contamination of the material surface, impurities such as oxide films, etc. increase, and the metal molded body increases. Internal defects easily occur, and the heating and stirring path must be lengthened in order to use a solid-phase metal material. To become, there is a problem.
一方、予熱された程度の固相金属材料をスクリュによ
り攪拌するので、スクリュと固相金属材料との当たりが
激しく、そのスクリュの摩耗、損傷等が発生し易くなっ
てスクリュの耐久性が乏しい、といった問題もある。On the other hand, since the preheated solid phase metal material is stirred by the screw, the screw and the solid phase metal material are intensely hit, and the screw is likely to be worn, damaged, etc., and the durability of the screw is poor. There is also a problem.
本発明は、前記に鑑み、インゴット形金属材料を使用
し、またその金属材料より半溶融状態の破片を形成しつ
ゝその破片を加熱シリンダ内に供給し得るようにして、
前記従来装置の問題点を解決することができるようにし
た前記装置を提供することを目的とする。In view of the above, the present invention uses an ingot-shaped metal material, and forms a semi-molten shard from the metal material so that the shard can be supplied into a heating cylinder.
It is an object of the present invention to provide the device capable of solving the problems of the conventional device.
B.発明の構成 （１） 課題を解決するための手段 本発明は、金型と、一端を前記金型内に連通させた加
熱シリンダと、前記加熱シリンダの他端に設けられて、
その加熱シリンダ内に金属材料を供給する供給機構と、
前記加熱シリンダ内で前記金属材料を攪拌してその金属
材料に剪断力を与えることにより半凝固スラリを形成す
ると共にその半凝固スラリを前記金型内に射出するスク
リュとを備えた金属成形体用射出成形装置において、前
記供給機構を、前記加熱シリンダに取付けられて、供給
口をその加熱シリンダ内に臨ませた供給筒と、前記供給
筒に設けられて、その供給筒内に装入されたインゴット
形をなす前記金属材料を半溶融状態まで加熱する加熱源
と、前記供給筒内の前記供給口近傍に配設されて、前記
半溶融状態の金属材料を粉砕する粉砕機とより構成した
ことを特徴とする。B. Configuration of the Invention (1) Means for Solving the Problems The present invention provides a mold, a heating cylinder having one end communicating with the mold, and a heating cylinder provided at the other end of the heating cylinder.
A supply mechanism for supplying a metal material into the heating cylinder,
A metal forming body comprising: a screw that agitates the metal material in the heating cylinder to apply a shearing force to the metal material to form a semi-solid slurry and injects the semi-solid slurry into the mold. In the injection molding apparatus, the supply mechanism is attached to the heating cylinder, and a supply cylinder having a supply port facing the heating cylinder, and provided in the supply cylinder and inserted into the supply cylinder. A heating source configured to heat the metal material in the form of an ingot to a semi-molten state, and a crusher disposed near the supply port in the supply cylinder to crush the metal material in the semi-molten state. It is characterized by.
（２） 作用 前記のように構成すると、粒状または小片状金属材料
調製のための特別な設備および作業が不要となる。また
材料表面における不純物の持込みが減少するので、金属
成形体における内部欠陥の発生が抑制される。(2) Function With the above-described configuration, special equipment and work for preparing a granular or small metal material are not required. In addition, since the introduction of impurities on the surface of the material is reduced, the occurrence of internal defects in the metal molded body is suppressed.
さらにインゴット形金属材料から得られる半溶融状態
の破片を加熱シリンダ内に供給するので、金属材料の加
熱攪拌経路が短くてよく、その上、破片への攪拌による
剪断力の付与に際し、破片とスクリュとの当たりを和ら
げることができる。Furthermore, since the semi-molten fragments obtained from the ingot-type metal material are supplied into the heating cylinder, the heating and stirring path of the metal material may be short, and the shear and the screw may be applied when the shear force is applied to the fragments by stirring. Can be softened.
（３） 実施例 第１図において、金属成形体用射出成形装置１は合成
樹脂成形体用射出成形装置と略同一の構造を有するもの
で、金型ブロック２と、その金型ブロック２の一側部に
連結された射出ブロック３とより構成される。(3) Example In FIG. 1, an injection molding apparatus 1 for a metal molded body has substantially the same structure as an injection molding apparatus for a synthetic resin molded body, and includes a mold block 2 and one of the mold blocks 2. It comprises an injection block 3 connected to the side.
金型ブロック２において、相対向する鉛直な固定およ
び可動ホルダ41,42に保持された金型５は公知の合せ型
であり、金属成形体を成形するためのキャビティ６と、
そのキャビティ６に連通する水平な湯口７とを有する。In mold blocks 2, 4 vertical fixed and movable holder opposing 1, 4 2 mold 5 held in are known combined type, a cavity 6 for molding the metal molded body,
And a horizontal gate 7 communicating with the cavity 6.
射出ブロック３において、水平な加熱シリンダ８は、
その一端に射出ノズル９を有する。加熱シリンダ８の他
端に金属材料用供給機構10が設けられ、さらに外周面に
はバンドヒータｈが巻装されている。射出ノズル９は金
型ブロック２の固定ホルダ41に取付けられて湯口７を介
してキャビティ６に連通する。In the injection block 3, the horizontal heating cylinder 8
It has an injection nozzle 9 at one end. A metal material supply mechanism 10 is provided at the other end of the heating cylinder 8, and a band heater h is wound around the outer peripheral surface. Injection nozzle 9 is attached to the stationary holder 4 1 of the mold block 2 through the sprue 7 communicates with the cavity 6.
加熱シリンダ８内にスクリュ11が配設されており、そ
のスクリュ11は射出ノズル９側の先端部に逆止弁12を有
し、また基端部側は加熱シリンダ８より突出している。
逆止弁12は、金属材料より形成された半凝固スラリの射
出ノズル９側への流れは許容するが、供給機構10側への
流れは阻止する、といった機能を有する。A screw 11 is provided in the heating cylinder 8, and the screw 11 has a check valve 12 at a distal end on the injection nozzle 9 side, and a base end side protrudes from the heating cylinder 8.
The check valve 12 has a function of permitting the flow of the semi-solid slurry formed of a metal material to the injection nozzle 9 side, but preventing the flow to the supply mechanism 10 side.
スクリュ11の基端部に、カップリング13を介して回転
駆動機構14に存する水平な回転軸15の一端部が連結さ
れ、また回転軸15の他端部は高速射出機構16の押動部17
に対向する。One end of a horizontal rotary shaft 15 existing in a rotary drive mechanism 14 is connected to the base end of the screw 11 via a coupling 13, and the other end of the rotary shaft 15 is connected to a pushing portion 17 of a high-speed injection mechanism 16.
Oppose.
スクリュ11は回転駆動機構14によって加熱シリンダ８
の軸線回りに回転し、またその軸線方向において射出ノ
ズル９に向かって前進すると共に射出ノズル９から遠去
かるように後退することができる。その前進および後退
に伴い回転駆動機構14がスクリュ11と共に移動するよう
になっている。The screw 11 is heated by the rotary drive mechanism 14 to the heating cylinder 8.
, And can move forward in the axial direction toward the injection nozzle 9 and retreat away from the injection nozzle 9. With the advance and retreat, the rotation drive mechanism 14 moves together with the screw 11.
金属材料用供給機構10は次のように構成される。即
ち、加熱シリンダ８に供給筒18が立設され、その供給筒
18は加熱シリンダ８に取付けられる筒状本体19と、筒状
本体19の上端部に存する装入口20を開閉する蓋体21とよ
りなり、下端部に存する供給口22は加熱シリンダ８内に
臨んでいる。The metal material supply mechanism 10 is configured as follows. That is, the supply cylinder 18 is provided upright on the heating cylinder 8, and the supply cylinder 18 is provided.
Reference numeral 18 denotes a cylindrical main body 19 attached to the heating cylinder 8 and a lid 21 for opening and closing a charging port 20 at the upper end of the cylindrical main body 19, and a supply port 22 at the lower end faces the inside of the heating cylinder 8. In.
筒状本体19の外周側に、加熱源である誘導加熱コイル
23が巻装され、この誘導加熱コイル23により筒状本体19
内に装入された金属材料を急速に加熱することができ
る。An induction heating coil as a heating source is provided on the outer peripheral side of the cylindrical main body 19.
23, and the induction heating coil 23 causes the cylindrical main body 19 to be wound.
The metal material charged therein can be rapidly heated.
また筒状本体19内において、その供給口22の近傍に粉
砕機24が配設される。その粉砕機24は、第２図に明示す
るように、水平面内で互に平行に、且つ接近して配設さ
れた一対の回転軸251,252と、それら回転軸251,252に取
付けられた粉砕歯車261,262とを有する。両回転軸251,2
52は前記回転駆動機構14により駆動されるようになって
おり、これにより両粉砕歯車261,262が互に接近した状
態で、且つ逆方向に回転する。即ち、第２図において、
一方の粉砕歯車261が時計方向に、また他方の粉砕歯車2
62が反時計方向にそれぞれ回転する。両回転軸251,252
と両粉砕歯車261,262との取付構造は、回転駆動機構14
の加熱シリンダ８軸線方向への移動に伴い両回転軸251,
252が同方向に移動し得るように構成される。Further, a crusher 24 is provided in the vicinity of the supply port 22 in the cylindrical main body 19. As grinder 24, as best shown in Figure 2, parallel to one another in a horizontal plane, a pair of rotary shafts 25 1, 25 2 which is disposed and close, their rotational axes 25 1, 25 2 and a grinding wheel 26 1, 26 2 attached to. Both rotating shafts 25 1 , 2
5 2 is adapted to be driven by the rotary drive mechanism 14, thereby in a state in which both grinding gears 26 1, 26 2 are mutually approached, and rotates in the opposite direction. That is, in FIG.
One of the grinding gears 26 1 moves clockwise and the other grinding gear 2
6 2 rotates counterclockwise. Both rotating shafts 25 1 , 25 2
The mounting structure between the crushing gears 26 1 and 26 2 is
Of the rotating shaft 25 1 ,
Configured so 25 2 can move in the same direction.
次に、金属成形体の射出成形作業について説明する。 Next, the injection molding operation of the metal molded body will be described.
（ａ） 供給機構10の供給筒18内に、例えばMg合金より
なるインゴット形金属材料27を装入し、誘導加熱コイル
23に通電して金属材料27を短時間で半溶融状態まで加熱
する。この加熱に際し、供給筒18内にアルゴンガスを流
通させて供給筒18内を不活性雰囲気に保持し、これによ
り金属材料27の酸化を防止する。(A) An ingot-shaped metal material 27 made of, for example, an Mg alloy is charged into the supply cylinder 18 of the supply mechanism 10 and an induction heating coil is provided.
Electric current is applied to 23 to heat the metal material 27 to a semi-molten state in a short time. At the time of this heating, an argon gas is passed through the supply tube 18 to maintain the inside of the supply tube 18 in an inert atmosphere, thereby preventing the metal material 27 from being oxidized.
前記半溶融状態とは、金属材料27の温度が固相線以
上、液相線以下であり、且つ射出時の温度よりも低い状
態にあることを意味し、したがって、この半溶融状態下
では金属材料27はインゴットの形態を維持している。The semi-molten state means that the temperature of the metal material 27 is equal to or higher than the solidus line, equal to or lower than the liquidus line, and is lower than the temperature at the time of injection. Material 27 maintains the form of the ingot.
（ｂ） 粉砕機24を作動させて両粉砕歯車261,262によ
り半溶融状態の金属材料27を粉砕して無数の破片ｔを形
成しつゝ加熱シリンダ８内に供給する。(B) supplied to the pulverizer 24 both grinding wheel 261 is actuated, and 26 2 by a semi-metallic material 27 in the molten state pulverized form numerous pieces t matterゝthe heating cylinder 8.
破片ｔの温度は加熱シリンダ８内で所定の温度に正確
に調節され、また破片ｔはスクリュ11の回転により攪拌
されてそのスクリュ11と加熱シリンダ８内壁との間で強
い剪断力を与えられるので、破片ｔに存する固相デンド
ライト組織が破壊される。Since the temperature of the fragments t is accurately adjusted to a predetermined temperature in the heating cylinder 8, and the fragments t are stirred by the rotation of the screw 11, a strong shearing force is applied between the screw 11 and the inner wall of the heating cylinder 8. The solid-phase dendrite structure existing in the fragment t is destroyed.
この作用によって、破片ｔより第３図に示す半凝固ス
ラリＳが形成される。その半凝固スラリＳは、液相Liに
粒状の固相Soが分散した構成を有し、剪断力を与えられ
ると、粘度が低下して流動性を示すといったチキソトロ
ピーを呈する。By this action, a semi-solid slurry S shown in FIG. 3 is formed from the fragments t. The semi-solidified slurry S has a configuration in which a granular solid phase So is dispersed in a liquid phase Li, and when subjected to a shearing force, exhibits a thixotropy such that the viscosity is reduced and the fluidity is exhibited.
半凝固スラリＳはスクリュ11の回転により流動性を付
与されながら逆止弁12を経て射出ノズル９側へ送られ
る。The semi-solidified slurry S is sent to the injection nozzle 9 through the check valve 12 while being given fluidity by the rotation of the screw 11.
前記送りに伴い射出ノズル９側に溜められた半凝固ス
ラリＳの圧力がスクリュ11に使用すると、そのスクリュ
11が後退を始め、その後退限は回転駆動機構14の回転軸
15が高速射出機構16の押動部17に当接することによって
規制される。When the pressure of the semi-solidified slurry S stored on the injection nozzle 9 side during the feed is used for the screw 11, the screw
11 starts retreating, and the retreat limit is the rotation axis of the rotary drive mechanism 14.
15 is regulated by abutting on the pressing portion 17 of the high-speed injection mechanism 16.
この当接によってスクリュ11は回転を停止し、したが
って半凝固スラリＳの送りも停止される。このようにス
クリュ11の後退長さにより半凝固スラリＳの１ショット
量が正確に計量される。By this contact, the screw 11 stops rotating, and therefore the feeding of the semi-solid slurry S is also stopped. In this manner, the amount of one shot of the semi-solid slurry S is accurately measured by the retreat length of the screw 11.
高速射出機構16が作動してその押動部17によりスクリ
ュ11が急速に前進し、これにより半凝固スラリＳが射出
ノズル９から金型５のキャビティ６に射出されて金属成
形体28の成形が行われる。The high-speed injection mechanism 16 is operated, and the screw 11 is rapidly advanced by the pressing portion 17, whereby the semi-solid slurry S is injected from the injection nozzle 9 into the cavity 6 of the mold 5, and the molding of the metal molded body 28 is performed. Done.
成形後、スクリュ11は再び回転し、前記同様に半凝固
スラリＳの送りおよび計量が行われ、その間に冷却され
た金属成形体28の離型が行われる。供給機構10は前記射
出作業中も作動を継続して破片ｔを加熱シリンダ８内に
供給している。After the molding, the screw 11 rotates again, and the semi-solid slurry S is fed and measured in the same manner as described above, during which the cooled metal compact 28 is released. The supply mechanism 10 continues to operate even during the injection operation to supply the debris t into the heating cylinder 8.
前記半凝固成形法によれば、高品質な金属成形体28を
能率良く製造することができる。According to the semi-solid molding method, a high-quality metal molded body 28 can be efficiently manufactured.
なお、前記供給筒18内を不活性雰囲気に保持するため
の別な手段としては、供給筒18内に窒素ガスを流通させ
る、供給筒18内を真空に保持するといった手段が採用さ
れる。また供給筒18内を減圧する、といった手段も採用
される。加熱源としては、電気ヒータ、バーナ等を用い
ることも可能である。As another means for maintaining the inside of the supply cylinder 18 in an inert atmosphere, means for flowing a nitrogen gas through the supply cylinder 18 or maintaining the inside of the supply cylinder 18 at a vacuum is employed. Means for reducing the pressure in the supply cylinder 18 may also be employed. As a heating source, an electric heater, a burner, or the like can be used.
C.発明の効果 本発明によれば、加熱シリンダおよびスクリュの長さ
を従来のものよりも短縮して装置の小型化を図り、また
スクリュの耐久性を向上させることができる。その上、
金属材料調製のための特別な設備および作業が不要とな
り、金属成形体の製造能率を向上させ、またその製造コ
ストを低減することができる。さらに材料表面における
不純物の持込みを減少させ得るので、金属成形体の内部
品質を向上させることができる。C. Effects of the Invention According to the present invention, the lengths of the heating cylinder and the screw can be shortened as compared with those of the related art, so that the device can be downsized and the durability of the screw can be improved. Moreover,
This eliminates the need for special equipment and work for preparing the metal material, thereby improving the production efficiency of the metal molded body and reducing the production cost. Furthermore, since the incorporation of impurities on the material surface can be reduced, the internal quality of the metal molded body can be improved.
第1,第２図は本発明の一実施例を示し、第１図は要部破
断全体側面図、第２図は第１図II−II線断面図、第３図
は半凝固スラリの構成説明図である。 Ｓ……半凝固スラリ、５……金型、８……加熱シリン
ダ、10……供給機構、18……供給筒、22……供給口、23
……誘導加熱コイル（加熱源）、24……粉砕機、27……
金属材料、28……金属成形体1 and 2 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is an overall side view of a broken main part, FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG. 1, and FIG. FIG. S: Semi-solid slurry, 5: Mold, 8: Heating cylinder, 10: Supply mechanism, 18: Supply cylinder, 22: Supply port, 23
…… Induction heating coil (heating source), 24 …… Pulverizer, 27 ……
Metal material, 28: Metal molded body
Claims (1)
連通させた加熱シリンダ（８）と、前記加熱シリンダ
（８）の他端に設けられて、その加熱シリンダ（８）内
に金属材料（27）を供給する供給機構（10）と、前記加
熱シリンダ（８）内で前記金属材料（27）を攪拌してそ
の金属材料（27）に剪断力を与えることにより半凝固ス
ラリ（Ｓ）を形成すると共にその半凝固スラリ（Ｓ）を
前記金型（５）内に射出するスクリュ（11）とを備えた
金属成形体用射出成形装置において、前記供給機構（1
0）を、前記加熱シリンダ（８）に取付けられて、供給
口（22）をその加熱シリンダ（８）内に臨ませた供給筒
（18）と、前記供給筒（18）に設けられて、その供給筒
（18）内に装入されたインゴット形をなす前記金属材料
（27）を半溶融状態まで加熱する加熱源（23）と、前記
供給筒（18）内の前記供給口（22）近傍に配設されて、
前記半溶融状態の金属材料（27）を粉砕する粉砕機（2
4）とより構成したことを特徴とする金属成形体用射出
成形装置。1. A mold (5), a heating cylinder (8) having one end communicating with the mold (5), and a heating cylinder (8) provided at the other end of the heating cylinder (8). 8) a supply mechanism (10) for supplying a metal material (27) into the heating cylinder (8), and stirring the metal material (27) in the heating cylinder (8) to apply a shearing force to the metal material (27). A screw (11) for forming a semi-solid slurry (S) and injecting the semi-solid slurry (S) into the mold (5).
0) is attached to the heating cylinder (8), the supply cylinder (18) having a supply port (22) facing the heating cylinder (8), and the supply cylinder (18) is provided, A heating source (23) for heating the ingot-shaped metal material (27) charged in the supply tube (18) to a semi-molten state; and a supply port (22) in the supply tube (18). It is arranged near,
A crusher (2) for crushing the semi-molten metal material (27)
4) An injection molding apparatus for a metal molded body, comprising:
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1990
- 1990-03-09 JP JP5914290A patent/JP2832625B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7163046B2 (en) | 1999-04-21 | 2007-01-16 | Kobe Steel, Ltd. | Method and apparatus for injection molding light metal alloy |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03258452A (en) | 1991-11-18 |
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