JP3558165B2 - 金属合金射出成形用金型 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム合金等の金属合金の射出成形に用いられる金属合金射出成形用金型に関し、特に、成形稼動中連続してノズルタッチした状態で成形しても、安定した固体栓(コールドプラグ)の生成が可能で、低圧力で固体栓を抜くことができる金属合金射出成形用金型に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図3に従来のマグネシウム合金射出成形用金型を使用した射出成形機の一部の側断面図を示す。
【0003】
かかる射出成形機は、内部に図示しないスクリュが設けられた図示しない加熱シリンダの外周部に、加熱シリンダを加熱するための図示しないシリンダヒータと、シリンダヒータを制御するための図示しないシリンダ温度制御用熱電対とがそれぞれ設けられている。加熱シリンダの先端にはノズル17が設けられており、ノズル17の外周部にはノズル17を加熱するためのノズルヒータ19と、ノズルヒータ19を制御するための熱電対20とがそれぞれ設けられている。スクリュは、これが回転することにより加熱された溶融又は半溶融の金属材料(以下溶湯という)を加熱シリンダ先端に輸送し、計量する。また、ノズル17内には、溶融マグネシウム合金を射出するためのノズル穴18が開口形成されている。21は、溶融マグネシウム合金が冷却されることにより、ノズル17内の先端に生成される固体栓である。
【0004】
コールドランナ金型は、固定側金型1と可動側金型2とにより構成される。固定側金型1内の可動側金型2側に、キャビ入れ子3が組み込まれている。また、固定側金型1には、ノズル17と接触して、スプルーブッシュ5が組み込まれている。スプルーブッシュ5は、溶融金属の流路であるスプルー13を内部に開口形成している。また、スプルーブッシュ5は、冷却機能を有している。具体的には、スプルーブッシュ5を冷却するスプルーブッシュ冷却溝6が形成されており、冷却溝6に連通するように冷却媒体(例えば、100℃の低温油、圧縮空気など)の導入管7が設けられている。
【0005】
なお、8は、固定側金型1の取付板で、固定側金型1に図示しないキャップボルトで締め付けてスプルーブッシュ5をサンドイッチ状に挟んで固定する。取付板8のノズル17に対応する位置には、ロケートリング9が取り付けられている。射出成形機に金型1、2を取り付ける際に、ロケートリング9を射出成形機の図示しない固定盤の案内穴に案内させて、取付板8を射出成形機にボルトで締め付けて取り付けるようにする。10は、ノズル17がスプルーブッシュ5に当接するノズルタッチ部である。
【0006】
可動側金型2は、固定側金型1に接触及び離隔するように移動可能に構成されており、分割面で固定側金型1と可動側金型2が開閉する。可動側金型2内部には、固定側金型1側にコア−入れ子4、スプルーブッシュ5に隣接してブッシュコア11が組み込まれている。固定側金型1と可動側金型2とが接合することにより空間部13,14,15が形成される。具体的には、13は、スプルー、14は、ランナー、15は、キャビティである。なお、12は、マグネシウム固体栓を捕捉するプラグキャッチャーである。両金型1、2は、図示されていない電熱、加熱油媒体等からなる金型温度調整回路により、150〜230℃程度に加熱温度制御される。
【0007】
可動側金型2には、複数本のエジェクタピン16の一端が軸方向に移動可能に貫通しており、各エジェクタピン16の一端が可動側金型2から突出することにより成形品を押し出すことが可能である。各エジェクタピン16の他端はこれらを軸方向へ移動可能な図示してないエジェクタプレートに固定されている。
【0008】
次に、動作について説明する。
図示しない油圧装置に駆動されることにより、ノズル17がノズルタッチ部10に押し付けられる。そして、成形工程では、加熱シリンダとスクリュによって溶融された約570〜630℃の溶融マグネシウム合金がノズル17のノズル穴18から高速に射出される。射出された溶融マグネシウム合金は、スプルー13、ランナー14、キャビティ15からなる空間部に高速で射出され、冷却されることにより凝固した成形品を得る。
【0009】
スプルーブッシュ5の周辺に設けられたスプルーブッシュ冷却溝6には、導入管7から空気、油等の冷却媒体が導入されて、スプルー13が冷却される。ノズル17は、ヒータ19と熱電対20により温度制御される。射出完了で溶融したマグネシウム合金の流動が停止すると、マグネシウム合金は、金型温度まで、急速冷却される。
【0010】
マグネシウム合金の場合、熱伝動度が62〜72W/mkで、鋼の42W/mkに比較して、約2倍、ABS,PC等のプラスチックの0.2W/mkに比較して310から360倍もあるため、スプルー13、ノズルタッチ部10のマグネシウム合金は急速に冷却されることとなる。さらに、ノズル17の先端部は、ノズルタッチ部10から金型に伝熱して通常設定する510から530℃の温度よりさらに低下して、マグネシウム合金の固体栓21が形成される。
【0011】
成形品は、可動側金型2を型開きして取り出す。このとき、製品は、可動側に収縮して抱きついて型開きするように抜き勾配を調整してある。スプルー13部分のマグネシウム合金は体積が大きいため凝固の進行が遅いので、スプルーブッシュ5を冷却する必要がある。冷却する方法として、スプルーブッシュ5の周辺に設けた冷却溝6に導入管7から冷却媒体を導入してスプルーブッシュ5を冷却して急速にスプルー13の凝固収縮を促進させて、スプルー13がノズルタッチ部10で切断して固定型金型1に残るのを防止する。
【0012】
また、ノズル17の温度は、ヒータ19の発熱によって固体栓21が抜け易くなる温度まで回復させ、次の射出に備える。そのため、金型とノズル17は常時タッチした状態ではなく、成形サイクル毎に金型とノズルは離隔させたり、タッチさせたりの繰り返しを行う反復成形を採用している。射出圧力によって抜けた固体栓21は、スプルー13前方のプラグキャッチャー12に捕捉され、溶解した健全な流動性マグネシウム合金のみがランナー14を通って、キャビティ15側に流れる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のコールドランナ金型では、以下の問題がある。
スプルー13が固定側金型1に残るのを防止するためには、スプルーブッシュ5の温度が金型温度よりも更に10〜30℃低くなるように冷却する必要がある。成形されたマグネシウム合金は、スプルー13側の方が製品形状15側よりも冷却速度が速く、マグネシウム合金は熱伝動度が非常に大きいため、金型にノズル17がタッチしている間、大きくて強固な固体栓21が生成されることとなる。一旦、強固な固体栓21が形成されると、射出を行う際、固体栓21を加熱して柔らかくしないと、射出することが困難となる。このため、スクリュ、シリンダ装置の計量部、溶融部に逆流し易くなり、バリ、ショートショット、湯じわなどの成形品の品質低下や、加熱時間による成形サイクルが長くなりコストアップにつながるという問題がある。
【0014】
このため、成形サイクルを短縮するために、ノズル17のヒータワット密度を上げて固体栓21が柔らかくなるまでの温度の回復時間を短縮化することが考えられる。しかしながら、ノズルのヒータワット密度を上げるとノズルヒータの寿命が短くなり、ノズル17が熱変形する等の問題がある。
【0015】
仮に、ノズル17の設定温度を前記通常温度より、10〜30℃程度高めに設定し、ノズルタッチしたままの状態で運転すると、ノズル17の先端が異常に加熱されることとなるため、ノズル17の先端であるノズルタッチ面の変形が大きくなったり、低粘度マグネシウムのはな垂れ現象でノズルタッチ面に隙間ができて、マグネシウム合金が漏れる危険性がある。このように、マグネシウム合金の固体栓21の排出条件がノズル17温度、金型温度に影響されることは明らかであり、固体栓21の抜け圧の変動が製品品質のばらつきに大いに影響するという問題がある。
本発明は、このような課題を解決するためのものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような従来のものの課題を解決するためのものであり、固体栓の大きさを最適に制御し、射出時の固体栓を低圧力で抜くことが可能とすることにより、溶湯の逆流を防止し、成形品の品質精度を向上することができる金属合金射出成形用金型を提供することを目的とする。
【0017】
本発明のうちで請求項1記載の発明では、射出成形機から射出された溶融された金属合金をスプルーブッシュを通してキャビティ(15)内に注入する金属合金射出成形用金型において、スプルーブッシュをノズルタッチ部(10)側とキャビティ(15)側とに分割し、ノズルタッチ部側スプルーブッシュ(30)は加熱温度制御可能とし、キャビティ側スプルーブッシュ(5)は冷却機能を備え、
前記ノズルタッチ部側スプルーブッシュ(30)の加熱温度制御は、射出開始時は、ノズルタッチ部側スプルーブッシュ(30)の温度が、所定の射出開始温度となるように制御し、射出後は、金属合金の溶融温度以下のベース温度となるように制御するようにしたことを特徴とするものである。
【0018】
本発明のうちで請求項2記載の発明では、前記金属合金は、マグネシウム合金であり、前記射出開始温度は約400〜450℃であることを特徴とするものである。
【0019】
本発明のうちで請求項3記載の発明では、前記金属合金は、マグネシウム合金であり、前記ベース温度は、約370〜420℃であることを特徴とするものである。
【0020】
また、本発明のうちで請求項4記載の発明では、前記ノズルタッチ部側スプルーブッシュ(30)の加熱温度制御は電磁誘導加熱手段により行うようにしたことを特徴とするものである。
【0021】
なお、上記かっこ内の符号は、後述する実施の形態の対応する部材を示す。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図により説明する。
図1に、本発明の1実施の形態を示す部分構成図、図2は、本発明の分割ブッシュの温度線図を成形の工程に合わせて表示した図を、それぞれ示す。なお、従来技術で説明した構成と重複する部分に関しては同一符号を付し、その説明を省略する。
【0023】
本発明の金属合金射出成形用金型は、射出成形機から射出された溶湯をスプルーブッシュを通してキャビティ内に注入する金属合金射出成形用金型において、スプルーブッシュをノズルタッチ部10側とキャビティ15側とに分割し、ノズルタッチ部側スプルーブッシュ30は加熱温度制御可能とし、他方のキャビティ側スプルーブッシュ5は冷却機能を備えるようにしたことを特徴とするものである。本実施の形態の金属合金は、チクソモールデイングに適したマグネシウム合金である。
【0024】
ノズルタッチ部側スプルーブッシュ30の加熱は電磁誘導加熱するようにしたものであり、外側にスプルーブッシュ30の体積、温度調整範囲に応じた誘導加熱コイル31を巻回し、温度検知用の熱電対32を設けている。なお、ノズルタッチ部側スプルーブッシュ30は、前面の取付板8とキャビティ側スプルーブッシュ5とでサンドイッチ状に挟んで固定されている。
【0025】
ノズルタッチ部側スプルーブッシュ30の加熱温度制御は、図示しない電磁誘導加熱装置により行う。図2に示すように、加熱装置により、射出時に、ノズルタッチ部側スプルーブッシュ30が、射出開始温度となるように設定する。通常、射出開始温度は、マグネシウム合金の固体相の範囲である400〜450℃の範囲である。かかる温度とすることにより、ノズル17の温度低下があっても、固体栓21を柔らかくすることが可能としておくことができる。射出後は、成形機からの信号を受信して、加熱装置の温度設定を自動的にベース温度加熱(通常、370〜420℃)に切り替えるようにする。
【0026】
キャビティ側スプルーブッシュ5は、外周に設けられたスプルーブッシュの冷却溝6に冷却媒体(例えば、100℃の低温油、圧縮空気など)をタイマーで制御した時間だけ連通させてスプルー13を冷却する。タイマーで制御した時間とは、射出後、型開きを行い、ベース温度以下となるようにするものである。具体的には、キャビティ側スプルーブッシュ5の温度が約350℃程度に下がるまで冷却する。なお、キャビティ側スプルーブッシュ5には、冷却媒体を流したとき、冷却媒体がキャビティ側スプルーブッシュ5と固定側金型1の接合部分のクリアランスから漏れ出すのを防止するため、耐熱シールリング33をスプルーブッシュ冷却溝6の左右両側に装着している。
【0027】
次に、動作について説明する。
図2に示すように、金型1、2が型閉により成形工程サイクルを開始すると、型閉と同時に、ノズルタッチ部側スプルーブッシュ30を電磁誘導加熱装置により、射出開始温度に加熱する。これにより、ノズルタッチ部側スプルーブッシュ30の温度は、ベース温度から加熱されて射出時には、通常、400〜450℃の射出開始温度となるように、加熱制御される。射出終了後、ノズルタッチ部10側のスプルーブッシュ30は、電磁誘導加熱装置により、通常370〜420℃のベース温度となるように加熱制御される。
【0028】
このとき、射出後、キャビティ側スプルーブッシュ5側の外周に設けられたスプルーブッシュ冷却溝6に冷却媒体がタイマーで制御した時間だけ連通され、スプルー13が冷却される。製品取り出し後は、次の成形工程のサイクルスタートでは、ピーク加熱に自動的に切り替えられて、射出開始温度となるように、加熱される。実際の生産ラインにおいては、上述の工程の繰り返しとなる。射出は、設定した射出開始温度になったことを射出成形機にフィードバックしてから行うようにするのが、成形品質の均質化のため望ましい。
【0029】
なお、本実施の形態では、マグネシウム合金について説明しているが、チクソモールデイングで適用可能な軽金属であれば、適用は可能である。他の金属合金の場合には、射出開始温度及びベース温度、冷却温度を適宜選択するようにすると良い。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項1記載の発明は、スプルーブッシュをノズルタッチ部側とキャビティ側とに分割し、ノズルタッチ部側スプルーブッシュは加熱温度制御可能とし、他方のキャビティ側スプルーブッシュは冷却機能を備えるようにした構成としたことにより、ノズルタッチ部側のスプルーブッシュを任意の温度に加熱温度制御できるので、ノズル先端に生成される固体栓の大きさを任意に制御でき、固体栓を抜く圧力を低下させることができ、射出速度制御を容易に行うことができる。このため、従来のようなばり、ショートショット、湯じわなどの成形不良が生じることがなく、金型への転写性も向上し、精度の高い成形品を得ることができる。
【0031】
また、従来のように強固な固体栓を抜くために、ノズルの温度を異常に加熱する必要もないため、ノズルを金型にタッチしたままのタッチ成形を継続して行うことができるため、ノズルの変形寿命を延ばすことが可能となる。さらに、ノズル先端が異常加熱されてはな垂れ現象が生じることもない。
【0032】
また、固体栓の性状を左右するノズルタッチ部のみのスプルーブッシュのみを加熱するようにしているため、従来のようにスプルーブッシュ全体が冷却されて固体栓が大きく生成されてしまうことにより再度柔らかくなるまで加熱する必要がないため、成形サイクルを従来よりも短縮することができるので、製品のコストダウンが可能となる。
【0033】
さらに、射出後、キャビティ側スプルーブッシュを冷却して固体栓を形成する際も、従来のように、強固な固体栓を溶融させるために必要な高温度設定で高熱量を負荷する必要がないため、固体栓も、従来よりも速く生成することができ、成形サイクルの短縮化が可能となる。
【0034】
また、前記ノズルタッチ部側スプルーブッシュの加熱温度制御は、射出開始時は、ノズルタッチ部側スプルーブッシュの温度が、所定の射出開始温度となるように制御し、射出後は、金属合金の溶融温度以下のベース温度となるように制御するようにしたので、効果的に最適に固体栓の成長を行うことができる。また、前記冷却機能を有する側のスプルーブッシュは、射出後から型開きまでの所定の時間のみ冷却を行うようにしたことにより、効果的にスプルーを冷却して凝固収縮を速めて、スプルーの型残りを防止することができる。
【0035】
本発明のうち請求項2、3記載の発明は、前記加熱温度制御は、射出開始温度は400〜450℃の範囲で制御し、射出後は、再び370〜420℃の範囲となるようにしたことにより、すなわち、本発明では、ノズルが異常加熱しないようにノズルタッチ部側スプルーブッシュをマグネシウム合金の溶融温度596℃以下のベース温度(370〜420℃)となるように加熱制御するようにしているので、効果的に最適に固体栓の成長を行うことができる。また、前記金属合金は、マグネシウム合金であるので、チクソモールデイングに適した金属であり、固体栓の成長制御を適切に行うことができる。
【0036】
本発明のうち請求項4記載の発明は、前記ノズルタッチ部側のスプルーブッシュの加熱温度制御は電磁誘導加熱手段により行うようにしたことにより、効率良くノズルタッチ部側のスプルーブッシュの加熱制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施の形態を示す部分断面構成図である。
【図2】本発明の分割ブッシュの温度線図を成形の工程に合わせて表示した図である。
【図3】従来の金型の部分断面図である。
【符号の説明】
1 固定側金型、金型
2 可動側金型、金型
3 固定側キャビ入れ子
4 コアー入れ子
5 キャビティ側スプルーブッシュ
6 スプルーブッシュ冷却溝
7 冷却媒体導入管
8 取付板
9 ロケートリング
10 ノズルタッチ部
11 ブッシュコアー
12 プラグキャッチャー
13 スプルー
14 ランナー
15 キャビティ
16 エジェクタピン
17 ノズル
18 ノズル穴
19 ヒータ
20 熱電対
21 固体栓
30 ノズルタッチ部側スプルーブッシュ
31 誘導加熱コイル
32 (温度検出用の)熱電対33 耐熱シールリング

Claims (4)

  1. 射出成形機から射出された溶融された金属合金をスプルーブッシュを通してキャビティ(15)内に注入する金属合金射出成形用金型において、
    スプルーブッシュをノズルタッチ部(10)側とキャビティ(15)側とに分割し、ノズルタッチ部側スプルーブッシュ(30)は加熱温度制御可能とし、キャビティ側スプルーブッシュ(5)は冷却機能を備え、
    前記ノズルタッチ部側スプルーブッシュ(30)の加熱温度制御は、射出開始時は、ノズルタッチ部側スプルーブッシュ(30)の温度が、所定の射出開始温度となるように制御し、射出後は、金属合金の溶融温度以下のベース温度となるように制御するようにしたことを特徴とする金属合金射出成形用金型。
  2. 前記金属合金は、マグネシウム合金であり、前記射出開始温度は約400〜450℃であることを特徴とする請求項1に記載の金属合金射出成形用金型。
  3. 前記金属合金は、マグネシウム合金であり、前記ベース温度は、約370〜420℃であることを特徴とする請求項1に記載の金属合金射出成形用金型。
  4. 前記ノズルタッチ部側スプルーブッシュ(30)の加熱温度制御は電磁誘導加熱手段により行うようにしたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の金属合金射出成形用金型。
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