JP3125257U

JP3125257U - ダイカスト成形用金型

Info

Publication number: JP3125257U
Application number: JP2006005244U
Authority: JP
Inventors: 次義大澤
Original assignee: 株式会社シンセイ
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2016-06-30

Abstract

【課題】耐ヒートショック性のセラミックス材を金型内の適宜の部位に埋め込み，貼設などによって金型（キャビティ２）の一部をなすように配置することにより、その金型に溶損やヒートクラックが発生するのを防止し、従来金型の少なくとも２倍から数倍にも及ぶ耐久性を向上させたダイカスト成形用の金型を提供すること。
【解決手段】アルミニウム合金などのダイカスト成形品の鋳造に使用されるダイカスト成形用金型Ｍにおいて、その金型内部に溶解合金が圧入されて衝突的に当ると当該金型内面が凹状になる溶損をd1〜d3生じていた部位に、セラミックス材６〜８をその表面が金型内面の一部をなすように埋設することによって、前記の溶損d1〜d3が生じていた部位に溶損d1〜d3が発生しないか乃至発生し難くしたこと。
【選択図】図２

Description

本考案は、ダイカスト用真鍮合金，ダイカスト用アルミ合金，ダイカスト用マグネシウム合金、或は、ダイカスト用亜鉛合金などのダイカスト用合金をダイカスト成形するとき用いる金型に関する。

従来より、溶解温度の高いダイカスト用合金（以下、単に「合金」ともいう）を使用したダイカスト成形に用いる金型は、ショット数が増加するに連れて金型内面に溶損が生じたりヒートクラックが入って、最終的には成形不可能になることが知られている。

ダイカスト成形を行うダイカストマシンには、大別してホットチャンバーマシンとコールドチャンバーマシンとがあり、どちらのマシンでも溶解した合金を、ホットチャンバーマシンでは鋳込みピストンによって、またコールとチャンバーマシンではショットピストンによって、金型内に圧入している。

上記のダイカストマシンで使用する金型の破損には、高温，高圧下での溶融合金の注入と成形品取出しと離型剤吹付けにおける急速冷却の繰返しに起因した金属疲労を主因とするヒートクラックによる破損と、金属内面が溶ける溶損の２通りがある。

ヒートクラックは、複数種類の要因が相俟って発生するが、中でも急冷，急加温の繰返しによる金属疲労を原因とするものが最も多い。一方、溶損による金型破損は、成形合金が金型に流入する時、湯口より圧入される合金が衝突する型内壁面に生じる。ダイカスト成形では、成形材料の溶融合金を型内の全域に行き渡らせるため、圧力をかけてその溶融合金を流し込むが、高温，高圧で型内に流れ込む材料が最初に当る壁面が当該高圧，高温の湯の摩擦によって溶け出すのである。

因みに、ダイカストマシンでは金型内に圧入される溶融した成形用合金が勢いよく金型内部に入り込むといっても、金型を形成している金型用鋼材の溶解温度は約1450℃〜1540℃であるため、例えば成形温度が680℃〜720℃のダイカスト用アルミ合金が注入されても金型鋼材が簡単に溶けるわけでなない。しかも、金型鋼材で製造した金型の耐久性を上げるために熱処理（一例として窒化処理）等が施されているにも拘らず、溶損は発生している。なお、ダイカスト成形に多用されるマグネシウム合金の成形温度は約650℃〜680℃、同じく亜鉛合金の成形温度は約340℃〜360℃である。

ここで、上記例におけるアルミ合金の成形温度680℃〜720℃と金型鋼材の溶解温度1450℃〜1540℃との差は1450〜1540−720＝730℃〜820℃であるが、成形用湯の注入時には常に3000kg〜4000kgの高圧力で溶融合金が金型内部に注入されるため、成形材湯温と流入摩擦によって金型内面はかなりの高温になる。このような注入の繰返しによって溶融合金が衝突的に当る部位に小さな凹みが生じ、かつ、ショット数が増えるとその凹みが成長する（大きくなる）ことが知られている。これがダイカスト成形用金型に固有の溶損現象である。

特に、成形ショット数が多くなると一旦生じた溶損は徐々に成長するので、最終的にはダイカスト成形が不可能となる。つまり、成形品は不良品となり型抜けも困難になるのである。因みに、ダイカスト成形用金型の寿命は、成形形状や成形条件にもよるが、経験的には、成形形状を保持した製品が成形できるのは最長でも60,000ショット〜80,000ショット程度までといわれている。

上述した金型溶損の態様について、金型断面を模式的に示した図１により説明する。図１において、圧入されるダイカスト用のアルミ合金Almは、図１の注入口１から金型Ｍのキャビィティ２内に入り、金型Ｍのキャビィティ２の内奥部に入り込んで行き成形品形状となる。この圧入において、圧力が高く、かつ成形温度の上限にある溶融合金が最初に衝突する部位ａの金型内壁面に最初に溶損d1が生じる。図１のキャビィティ形状（成形品形状）にあっては、次に溶融合金が衝突する衝突部位ｂ，ｃの壁内にも溶損d2，d3が生じる。

溶損d1〜d3は、鋳造ショット数（成形数）が増えるに連れて成長する（大きくなる）が、最初の溶損d1の場所ａより離れたキャビティ２の内奥に位置した場所ｂ，ｃに生じた溶損d2，d3の成長は遅いが、確実に成長が進行する。また、鋳造ショット数と溶損面積の大きさ（成長）はある程度比例することも知られている。従って、溶損が生じないか、或は、仮に溶損が生じてもそれが進行（成長）しなければ、鋳造数（ショット数）が伸びることを意味する。

なお、図１において、Ffは固定主型、Mfは可動主型、Gpは両主型FfとMfを支持したガイドポールで、２つ割タイプの固定キャビティ３と可動キャビティ４はガイドポールGpに支持された２つの主型FfとMfとに挟持されている。対面した２つのキャビティ３，４の対向面に成形型形状がキャビティ２として彫られている。

一方、図３に例示したようなキャビティ２の内面形状であって、内壁面の一部に凸状などをなす短柱状などの突出部分５を有する金型Ｍでは、当該突出部分５が、高温，高圧の湯の流入と急速冷却して行う成形品取出しの繰返しによる急激かつ大きな温度差を伴って繰返される温度変化に曝されることにより、当該突出部分５が熱膨張と収縮を繰返す結果、その根元部分にクラックC1，C2が入ることが知られている。このクラックC1，C2も鋳造ショット数が増えるに連れて成長し、逐には突出部分５が破損欠落してしまうに至り、前述の溶損の場合と同様に金型として使用不能になる。図３において、図１と同一部材、同一部位には、同じ符号を用いている。

そこで本考案では、高温に溶融したマグネシウム合金やその他のダイカスト用合金が高圧で注入されるダイカスト成形用金型において、その金型の耐久性を向上させた金型を提供することを課題とする。
具体的には、耐ヒートショック性のセラミックス材を金型内の適宜の部位に埋め込み，貼設などによって金型（キャビティ２）の一部をなすように配置することにより、その金型に溶損やヒートクラックが発生するのを防止し、従来金型の少なくとも２倍から数倍にも及ぶ耐久性を向上させたダイカスト成形用の金型を提供することを課題とする。

上記課題を解決することを目的としてなされた本考案金型の一の構成は、アルミニウム合金などのダイカスト成形品の鋳造に使用されるダイカスト成形用金型において、その金型内部に溶解合金が圧入されて衝突的に当ると当該金型内面が凹状になる溶損を生じていた部位に、セラミックス材をその表面が金型内面の一部をなすように埋設することによって、前記の溶損が生じていた部位に溶損が発生しないか乃至発生し難くしたことを特徴とするものである。

また、上記課題を解決することができる本考案金型の他の構成は、アルミニウム合金などのダイカスト成形品の鋳造に使用されるダイカスト成形用金型において、ダイカスト用溶融合金を高圧注入すると共に、成形品の取出しと離型剤の塗布時に急速冷却しこの後にひき続く成形に金型が急速加温されるという鋳造行程を繰返すことによりヒートクラックを生じていた突出部分の部位に、その部位の突出部分に代えてセラミックス材を当該金型の突出部分として埋設することによって、ヒートクラックが発生しないか発生し難くしたことを特徴とするものである。

上述した本考案金型の構成を一般化すると、本考案金型の構成は、アルミニウム合金などのダイカスト成形品の鋳造に使用されるダイカスト成形用金型において、高温，高圧の成形用の溶融合金が接触して溶損やヒートクラックが生じる金型内面の全部又は一部を、セラミックス材で形成することにより、金型内面に生じていた溶損やヒートクラックの発生を防止するようにしたことを特徴とするものとなる。
ここで、金型の一部として埋設等により設けるセラミックス材は、耐熱衝撃性が高く熱膨張係数が小さい材料を用いることが望ましい。具体的には、ジルコニア系，炭化珪素系，窒化アルミ系，窒化珪素系のいずれかが好ましい。

本考案は、ダイカスト成形用金型において、金型内部の溶融合金が圧入されて衝突的に当ると凹状の溶損が生じていた部位、或は、当該金型の内面形状に起因してヒートクラックが生じていた部位に、セラミックス材を埋設して金型内面の一部を形成したから、これまで例えば15000〜20000ショット程度のショット数で生じていた溶損やヒートクラックが全く生じないか、殆んど生じないという効果が得られ、寿命ショット数が従来品の少なくとも２倍以上になった。

次に、本考案の実施の形態例について図を参照して説明する。
図１は鋳造時に溶損が生じる従来のダイカスト成形用金型を模式的に示した断面図、図２は図１の金型に本考案を適用した例を模式的に示す本考案の第一例の断面図、図３は従来のヒートクラックが生じる金型を模式的に示した断面図、図４は図３の金型に本考案を適用した例を模式的に示す本考案の第二例の断面図、図５は本考案金型の第三例を説明するため模式的に示した斜視図である。なお、図１〜図５において、同一部位，同一部材には同じ符号を用いている。

本考案では、図１に示した従来の金型Ｍのキャビィティ２において、溶損d1〜d3が生じていた３箇所の部位ａ〜ｃに、図２に示すようにセラミックス材５〜７を埋設して該セラミックス材５〜７の埋設部位の外表面を元の金型内面と揃えることにより、従来金型Ｍの３つの部位ａ〜ｃにおける溶損の発生を抑制乃至抑止できる本考案金型Ｍ´の一例を形成した。

図２の本考案金型Ｍ´では、埋設したセラミックス材５〜７（図２参照）の外面は、当該金型Ｍ´のキャビィティ２の内面（金型内壁面）と同面を形成、かつ、ダイカスト成形品に埋設マークが生じないようにしている。また、本考案金型Ｍ´で使用するセラミックス材５〜７は、鋭意実験，研究を重ねた結果、次の要件を満たすセラミックス材である必要があるとの結論に達した。

即ち、溶損する部位ａ〜ｃに埋設するセラミックス材５〜７としての要件は、
(1) 溶損する部位ａ〜ｃにかかる圧力に耐えられること。
(2) 高温に溶解したダイカスト合金湯によって溶解しないこと。
(3) 金型内面の他の部位の硬度以上の硬度を有すること。
(4) 熱伝導率が金型鋼材のそれに近いこと。
(5) 熱膨張率が金型鋼材のそれに近いこと。
(6) ヒートショック（熱衝撃）で破壊されないこと。
(7) 加工性が良好であること。
(8) 安価であること。
(9) 表面が製品面に転写されたとき転写マーク等が生じないこと。
(10)離型性があること。
の各点である。

上記の要件の大半、好ましくはすべてを満たしたものであれば足りると判断し、セラミックス材５〜７を究明した結果、一例として窒化珪素系（Si₃N₄）が好適であることを見出した。

本考案金型に用いるセラミックス材は、上記の窒化珪素系セラミックス材のほかに、その特性に近似した特性を有する炭化珪素系，窒化アルミ系、或は、ジルコニア系のセラミックス材を用いても同等の効果を得ることができる。

本考案では、図２の本考案金型Ｍ´において、図１の従来金型Ｍにおいて溶損d1〜d3が生じていた部位（場所）ａ〜ｃを適宜の深さと正面形状（一例として、従来溶損が生じていた深さと正面形状）に彫刻して断面略凹状に形成し、彫刻した凹状部に、その断面形状，正面形状（円形または多角形）と同じに形成した、ここでは窒化珪素系のセラミックス材５〜７を埋設して新たに本考案金型Ｍ´を形成した。この金型Ｍ´ではセラミックス材５〜７の埋設部位に、一例として40000ショット程度のダイカスト成形では溶損が全く乃至は殆んど生じないことを確認した。勿論、新たな金型Ｍ´の他の部位に溶損が生じない点は、図１の従来金型Ｍと同様である。

ここで、本考案金型Ｍ´の内面の各部位ａ〜ｃにセラミックス材５〜７を埋設するために形成する凹状部の彫刻は、そのキャビィティ２型内面の形成と同じ手法、例えば、機械彫りやレーザ加工，放電加工などにより形成すればよい。また、埋設するセラミックス材５〜７は、金型内面に露出する面が、キャビィティ２の内面において隣り合う部位と段差なく連続した面を形成するように加工したものを用いる。さらにセラミックス材５〜７の金型Ｍ´の内面への取付けは、耐熱接着，嵌合，ビス等による機械的結合などによって取付ければよい。

一方、図３に例示した従来金型Ｍにおけるキャビティ２の内面形状に、根元部にヒートクラックC1，C2が生じる原因となる突出部分５を有する金型Ｍの対策として、本考案では図４に例示するように、突出部分５を含んでその根元部から壁面の内部に入った部位までを、耐熱衝撃性が高く、熱膨張係数が小さいセラミックス材８により置き換えた。セラミックス材８のキャビティ２内に露出する部分は、上記突出部分５と同一形状に形成し、キャビティ２の内面形状の一部をなすようにした。

突出部分５に代えてセラミックス材８を植設したキャビティ２の内部形状を備えて金型Ｍ´を構成したことにより、高温，高圧の湯の注入，成形品の取出し冷却という温度差の大きな熱履歴を伴うダイカスト成形が繰返されても、セラミックス材８は熱膨張係数が小さいので、型内に凸出しているセラミックス材８の膨張，収縮の差は小さく、従って、従来金型ＭのようなヒートクラックC1，C2が生じることはない。

本考案では、従来金型Ｍにおける溶損やヒートクラックが生じる部位を、熱膨張係数が小さく耐熱衝撃性の高いセラミックス材５〜８に置き換える手法を拡張し、図５に例示するように、固定キャビティ３と可動キャビティ４の対向面に形成された成形品形状のキャビティ２の全域を、上記実施例のセラミックス材５〜８と同材質のセラミックス材による中子キャビティ９，10により形成し、この中子キャビティ９，10の対向面に新ためてキャビティ２´を形成する彫刻を施して本考案金型Ｍ´´の構成としてもよい。なお、図５において、図１〜図４と同一部材，同一部位は同じ符号を使用している。

上記金型Ｍ´´のようにキャビティ２の全域を、当初より中子キャビティ９，10によって形成すると、型の内部形状の如何に拘らず、本考案金型Ｍ´´は、従来金型Ｍに生じていた溶損とヒートクラックの双方の問題点に対する解決手段とすることができるので、ダイカスト成形用金型としての有用性、つまり、耐命ショット数を著しく増大することが可能になる。

本考案は以上の通りであって、アルミニウム合金などのダイカスト成形品の鋳造に使用されるダイカスト成形用金型において、溶損やヒートクラックが生じていた部位にセラミックス材を埋設するなどして金型内面の一部を形成したことにより、前記溶損やヒートクラックの発生を抑制乃至防止できるようにしたから、従来のダイカスト成形用金型の寿命が60000〜80000ショットであったものを、少なくともその２倍以上のショット数にも耐えるダイカスト成形用金型を低コストで提供することが可能になり、金型発注や金型取替えなどの手間を省く省力的効果、並びに、その経済的効果は絶大なものである。

溶損を生じる従来金型を模式的に示した断面図。本考案金型の一例を模式的に示した断面図。ヒートクラックを生じる従来金型を模式的に示した断面図。本考案金型の他の例を模式的に示した断面図。本考案金型の別の例を模式的に示した斜視図。

符号の説明

Ｍダイカスト成形用の従来金型
Ｍ´，Ｍ´´ 本考案金型
ａ，ｂ，ｃ溶損部位
d1〜d3 溶損
C1，C2 ヒートクラック
１注入口
２キャビィティ
３固定キャビティ
４可動キャビティ
５突出部分
６〜８セラミックス材
９，10 セラミックス材製の中子キャビティ

Claims

アルミニウム合金などのダイカスト成形品の鋳造に使用されるダイカスト成形用金型において、高温，高圧の成形用の溶融合金が接触して溶損やヒートクラックが生じる金型内面の全部又は一部を、セラミックス材で形成することにより、金型内面に生じていた溶損やヒートクラックの発生を防止するようにしたことを特徴とするダイカスト成形用金型。
アルミニウム合金などのダイカスト成形品の鋳造に使用されるダイカスト成形用金型において、その金型内部に溶解合金が圧入されて衝突的に当ると当該金型内面が凹状になる溶損を生じていた部位に、セラミックス材をその表面が金型内面の一部をなすように埋設することによって、前記の溶損が生じていた部位に溶損が発生しないか乃至発生し難くしたことを特徴とするダイカスト成形用金型。
アルミニウム合金などのダイカスト成形品の鋳造に使用されるダイカスト成形用金型において、ダイカスト用溶融合金を高圧注入すると共に、成形品の取出しと離型剤の塗布時に急速冷却しこの後にひき続く成形に金型が急速加温されるという鋳造行程を繰返すことによりヒートクラックを生じていた突出部分の部位に、その部位の突出部分に代えてセラミックス材を当該金型の突出部分として埋設することによって、ヒートクラックが発生しないか発生し難くしたことを特徴とするダイカスト成形用金型。
セラミックス材は、耐熱衝撃性の高いセラミックス材を用いた請求項１〜３のいずれかのダイカスト成形用金型。
セラミックス材は、窒化珪素系，炭化珪素系，窒化アルミ系，ジルコニア系のいずれかから選ばれたものである請求項１〜４のいずれかのダイカスト成形用金型。