JP3707372B2 - アルミホイール鋳造金型用冷却媒体通路の形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、竪型ダイカストによって溶湯を金型の下方より充填させて、アルミホイールを鋳造するためのアルミホイール鋳造金型用冷却媒体通路の形成方法に関するものであり、特にスポークとリムの交叉部や意匠面スポーク部反意匠面等の厚肉部付近の冷却媒体通路の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミホイール鋳造金型においては金型の局部的な温度上昇を防止するため、一般的には金型内の温度が高くなる部分に近い所に冷却媒体を通す穴をあけるが、構造的に目的の場所近くに冷却媒体用の穴をあけることが困難な場合がある。すなわち、アルミホイール用金型の場合、溶湯をキャビテイに充填するゲート（溶湯鋳込口）が中央部にあり、更に、この近傍にアルミホイールを車軸に取付けるための締結用ナット穴を創生するための鋳抜部、スポークとリムの交叉部やスポーク部反意匠面等の厚肉部があり、これらの部位においては局部的に受熱量が多く、温度上昇が大きいにも拘らずこの部位に冷却媒体用の穴をあけることが難しい。
【０００３】
また、良好なダイカスト製品を得るために、湯流れ性の向上と離型性の確保を目的として鋳造サイクル毎に金型表面に離型剤を噴霧し、離型剤中の粉末成分を金型表面に均一に付着させている。ここで、離型剤の機能について説明する。
離型剤は無機質からなる粉末を水に希釈して、これを金型表面に噴霧して水分を金型の熱で蒸発させて粉末のみを金型表面に均一に付着させる。
また、高圧鋳造、特に射出速度の遅いスクイズ鋳造においては離型剤の塗布が必須であり、この離型剤は離型性の向上とともに、溶湯の射出・充填中（キャビティ内のメタル圧力が低い期間中）には断熱層としての機能も果たしており、湯流れを良好にしている。更に、保圧工程ではキャビティ内のメタル圧（溶湯にかかる圧力）が高くなり、前記断熱層は押し潰されて溶湯から金型冷却媒体への熱移動を促進できる状態となる。
【０００４】
一方、離型剤中の粉末が金型に均一に付着するためには、金型温度を一定の範囲にしておくことが必要である。金型温度が高すぎると離型剤中の粉末の金型表面への付着が悪くなる。逆に、金型温度が低すぎると水分が残り、アルミと反応するため鋳造できなくなる。このため、金型の表面温度を一定の範囲に、且つ、均一に保持する必要がある。
以上のように、金型を局部的に冷却するには離型剤だけによる冷却では困難なため、一般的には金型内部から冷却媒体により除熱を行なっている。
【０００５】
また、一般的に温度の高い部分に離型剤を噴霧すると、離型剤中の水の潜熱のために表面が急冷されるが、金型の熱伝導に時間遅れがあるので、金型の内部の温度は高いままで金型表面と内部との温度差が非常に大きくなり、金型表面に大きな引張の熱応力が発生し、更に給湯工程で金型表面は急速加熱を受ける。このようにして、鋳造工程において金型表面は繰り返しの引張応力と圧縮応力を受け、このために金型表面や冷却媒体通路穴のコーナ部等にクラックが発生し、金型寿命を短命化させている。
このような現象は離型剤の噴霧量が多い程顕著にあらわれる。従って、金型寿命の延命化を図るためには、離型剤の噴霧量を必要最小限して適正な金型温度を保持し、均一な離型剤付着を行なうことが重要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、強く冷却したい部分への冷却媒体通路を形成するにあたり、冷却媒体、特に水で冷却すると冷やしすぎになる所や冷却媒体通路用の穴に仕切板を設置するのが困難な所を冷却するのに最適で、且つ、構造の簡単な冷却媒体通路の形成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上のような課題を解決するために本発明では、竪鋳込アルミホイール鋳造用金型において、スポークとリムとの交差部のように局部的に肉厚形状となる部分で且つ、金型外面より直接に冷却媒体用の穴を穿設できない部分に冷却媒体通路を形成するに際し、まず、上金型反キャビティ側上面に環状の深溝を加工し、次に前記深溝から円周方向に複数分割した位置より上下方向に竪穴を穿設するとともに、前記竪穴と交差し、且つ、前記厚肉形状部位方向に上金型内周側面より斜穴を穿設し、次に、前記竪穴をまたぐように丸棒を前記斜穴に嵌着し、弾性部材を介して前記丸棒を前記斜穴先端に押圧するとともに、前記竪穴に冷却媒体が１折流となるように仕切板を配設し、前記深溝に入口と出口を残した全域に蓋をして冷却媒体通路を形成するようにした。
【０００８】
【作用】
金型キャビティの表面温度はアルミニウム等の溶湯の凝固熱および顯熱を吸収、蓄熱して上昇する。これらの熱を吸収して金型外へ排出して金型内をある一定の温度に保つために、離型剤の噴霧による除熱とともに金型の内部に冷却媒体通路を設けて冷却媒体を流すことによる除熱も行なっている。
本発明は局部的に高温となる個所を金型の内部に冷却媒体通路を設けることにより除熱を行なう方法に関するものである。
【０００９】
一般的に、冷却能力（除熱能力）が同じであれば，鋳造品の厚さの厚い部分は溶湯からの放出熱が多く、金型温度が高くなり、厚さの薄い部分は溶湯からの放出熱が少ないので金型温度はあまり高くならない。
一方、溶湯鋳込口付近にはホイール取付け部（ハブ取付け部）があり、更に、スポーク部やホイール外周コーナ部のスポークとリムとの交叉部等の厚肉部がある。これらの厚肉部は溶湯鋳込み時には大きな熱量を保有することになり、局部的に温度が高くなる。
【００１０】
また、リム部は薄肉であり、冷却が強いとリムフランジ末端までメタル圧が伝達できないため、引け巣の原因となる。従って、上金型上面よりスポークとリムとの交叉部に竪穴を穿設して前記交叉部を冷却するのはリム部をも強く冷却するので好ましくない。
そこで、リム部より内側に離れた所にキャビティ面に向かって竪穴を穿設した後、この竪穴を通り前述の交叉部に向かって上金型内周側面より斜穴を穿設する。このとき、金型キャビティ面と斜穴先端部との距離（間隔）は適正な値に保つ必要がある。この間隔が小さすぎると冷却過大になるとともに、温度勾配が大きくなり過大な熱応力の発生原因ともなる。逆に、この間隔が大きすぎると、冷却能力が不足することになる。
【００１１】
また、冷却媒体がショートパスすることなく確実に斜穴先端部に流れるようにするためには斜穴内に仕切板を挿入する必要がある。しかしながら、竪穴との関係や金型構造上からも斜穴内に仕切板を挿入するのは困難である。そこで、この斜穴に熱伝導率の大きな材料からなる丸棒を先端部及び内周部とも隙間のないように嵌合し、弾性部材で斜穴先端部に強く押圧した状態で装着する。
前記竪穴を貫通している丸棒の部位の手前で折り返す状態（１折流という）で冷却媒体を流すことによりスポークとリムとの交叉部等の肉厚部を適切に冷却することができる。
【００１２】
このようにして、薄肉のリム部の冷却を弱めながら、厚肉部である前記交叉部を適切に冷却することができる。これにより、上金型温度を所定の温度範囲に均一に保持するとともに、リム部を適切に冷却することが可能となり、溶湯の射出・充填時のメタル圧をリムフランジ末端部まで伝えることができる。従って、厚肉部の凝固収縮により発生する空隙部に溶湯を補給してひけ巣の発生を防止し、上金型の円周方向の温度差を少なくすることによる均一な湯流れと相俟って良好な品質の鋳造品を鋳造することができる。また、溶湯鋳込み時の上金型温度を均一化することができ、また、上金型温度の局部的な上昇を防止し、上金型内部とキャビティ面との温度差（温度勾配）を小さくすることにより、金型寿命の延命化を図ることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１及び図２によって本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に使用するアルミホイール金型の全体構成図であり、図示しない型締装置によって金型が型締めされた状態を示す。１は下金型ないしは固定金型、２は下金型１の上面側の意匠型、３は下金型１の下面側のバックアップ型、４は上金型ないしは可動金型、５は上金型４のスライド型、６は射出スリーブ、７は射出プランジャ、８はゲート部、９はゲート切断ピン、１０は下金型１と上金型４とスライド型５により形成されているキャビテイ（金型空間）である。このキャビティ１０はハブ部１０ａ、スポーク部１０ｂ、リム部１０ｃ、リムフランジ部１０ｄよりなっている。１３はホイールを車軸に締結するボルトを取付けるための鋳抜穴１４（図２（Ｃ）参照のこと）を創生するための凸部である。
【００１４】
バックアップ型３は中央部に円柱状の有底穴を有した凹部２２となっており，バックアップ型３の上に意匠型２が嵌合されて意匠型２とバックアップ型３相互の芯ずれを防止し得るようになっている。なお、符号２４は意匠型２とバックアップ型とを一体化するための締付ボルトである。
また、上金型４の反キャビティ側上面には環状の深溝４１が設けられている。図２（Ｃ）に示すように、この深溝４１には外部に設置した図示しない冷却媒体循環ユニットと接続するための冷却媒体出入口４２が形成されている。冷却媒体出入口４２は、入口通路４２ａと出口通路４２ｂより構成されており、また、冷却媒体のショートパスを防止するために入口通路と出口通路の間に深溝用仕切板４８が配設されている。
【００１５】
図２（Ｃ）に示すように、環状の深溝４１にはスポーク（ディスクともいう）部のほぼ中央に竪穴４３が穿設されている。上金型４の内周面よりこの竪穴４３を通りスポークの反意匠面肉厚部近傍まで斜穴４４を穿設する。この斜穴４４は深すぎると斜穴先端の厚みが薄くなるとともに溶湯鋳込時の金型キャビティ表面と斜穴先端部との温度差が大きくなり、大きな熱応力が発生するので好ましくない。
次に、この斜穴４４に熱伝導率の大きな材料からなる丸棒４５を適度のシメシロをつけて嵌めこむ。このとき、丸棒４５の先端が斜穴底部に隙間なく接するように押し込む必要がある。また、丸棒４５の材料としては銅が好ましい。
【００１６】
一方、鋳造サイクルの繰り返しにより丸棒４５の先端と斜穴底部との間に隙間が生じることがある。これは最初に丸棒（銅棒）４５を斜穴４４に装着した後、キャビティ１０に溶湯が鋳込まれた際に銅棒４５は加熱され、溶湯充填直後金型を冷却する際に銅棒４５が収縮する。このように鋳造サイクル毎に銅棒４５が膨張と圧縮を繰り返すことにより銅棒の表面にヘタリが発生して、棒４５の先端と斜穴底部との間に隙間が生じることになる。
このような隙間が発生するとこの部分での熱伝達率が低下し除熱能力が不足することになる。これを防ぐために、棒４５を斜穴底部に押付ける工夫が必要となる。本実施例においては、弾性部材４６としてコイルバネを使用し、閉止金物４７とコイルバネ４６により銅棒４５を付勢する構成とした。なお、閉止金物４７は斜穴にネジ方式で係止している。
【００１７】
このようにして、丸棒４５の加熱・冷却による拡縮によって丸棒４５と斜穴先端部との間に隙間が生じるのを防止している。こうすることにより、スポーク部１０ｂに到達した溶湯の熱は丸棒４５に伝わり、熱伝導率の高い丸棒４５中を伝わって冷却媒体に接する銅棒の部位が冷却されることによってスポーク部１０ｂの冷却が促進される。
【００１８】
このようにスポーク部１０ｂに蓄熱されている大量の熱を除熱することにより、金型キャビティの表面温度は均一になり、離型剤を上金型表面に均一に、効率良く付着させることができる。なお、丸棒４５の直径と竪穴４３の直径との関係は、冷却媒体通路の流れ抵抗を考慮して決定することができる。即ち、竪穴４３先端部を１折流で折り返して流れる冷却媒体に大きな流通抵抗が生じないようにすることが望ましい。また、冷却媒体としては、一般的には水が望ましいが、油などを用いることもできる。
【００１９】
以上のように構成されたアルミホイール鋳造用金型を用いて、アルミホイールを成形する場合の動作について述べる。
まず、型締を行うとともに、溶湯が注入された射出スリーブ６をバックアップ型３に接合している状態で射出シリンダにより射出プランジャ７を前進させると、溶湯は射出プランジャ７に押され、キャビティ１０内へ射出・充填される。
【００２０】
キャビティ１０内にアルミニウム溶湯を射出・充填後、金型の冷却・鋳造品の取出しまでの一連の鋳造・成形の動作中は、常時、冷却媒体を上金型内に循環させておく。即ち、図２（Ｃ）に示すように、冷却媒体は冷却媒体入口通路４２ａから導入され、環状の深溝４１、竪穴用仕切板４９により隔壁された竪穴４３の半分を経由して丸棒４５を冷却し、その後、竪穴４３の残り半分を経由して深溝４１に達する。これを竪穴の数だけ繰り返して流れた後、冷却媒体出口通路４２ｂから排出される。
【００２１】
キャビティ１０への溶湯の充填が完了すると、金型は冷却されキャビティ１０内に充填された溶湯は固化するが、冷却媒体の連続的な流通によって丸棒４５の先端部は冷却され、丸棒４５内に温度勾配ができ高い熱伝導率によってスポーク部１０ｂに蓄熱されている大量の熱を除熱できるようになっている。
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明の効果は下記の通りである。
（１）薄肉のリム部の冷却を弱めながら、厚肉部であるスポークとリムとの交叉部を強力に冷却することができる。従って、上金型温度を所定の温度範囲に均一に保持するとともに、リム部を適切に除冷することが可能となり、溶湯の射出・充填時のメタル圧をリムフランジ末端部まで伝えることができる。これにより、厚肉部の凝固収縮により発生する空隙部に溶湯を補給してひけ巣の発生を防止し、上金型の円周方向の温度差が少ないことによる均一な湯流れと相俟って良好な品質の鋳造品を鋳造することができる。
（２）また、溶湯鋳込み時の上金型温度の局部的な上昇を防止し、金型温度を均一化することができる。従って、金型内部とキャビティ面との温度差（温度勾配）を小さくすることにより、金型寿命の延命化を図ることができる。
（３）更に、弾性部材により丸棒を斜穴底部に押圧することにより、丸棒の加熱・冷却による拡縮によって丸棒と斜穴先端部との間に隙間が生じるのを防止することができる。これにより、厚肉部よりの除熱を確実に行なうことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に使用するアルミホイール金型の全体構成図である。
【図２】図２は本発明に係る冷却媒体通路の形成方法を説明するための要部拡大図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＰ−Ｐ位置での断面図、（Ｃ）はホイール（金型ではない）平面図に金型に形成する冷却媒体通路及び金型を想像線で示したものである。
【符号の説明】
１ 下金型（固定金型）
２ 意匠型
３ バックアップ型
４ 可動金型（上金型）
５ スライド型
６ 射出スリーブ
７ 射出プランジャ
８ ゲート部
９ ゲート切断ピン
１０ キャビティ（金型空間）
１０ａ ハブ部（ホイール取付け部）
１０ｂ スポーク部（ディスク部）
１０ｃ リム部
１０ｄ リムフランジ部
１１ｅ ホイール取付け部（ハブ取付け部）
１３ 突起部（凸部）
１４ 鋳抜穴
１８ 蓋（カバー）
２２ 凹部
２４ 締付ボルト
３０ 溶湯鋳込口
４１ 環状の深溝
４２ 冷却媒体出入口
４２ａ （冷却媒体）入口通路
４２ｂ （冷却媒体）出口通路
４３ 竪穴
４４ 斜穴
４５ 丸棒
４６ 弾性部材
４７ 閉止金物
４８ 深溝用仕切板
４９ 竪穴用仕切板
１００ アルミホイール金型

Claims (1)

1. 竪鋳込アルミホイール鋳造用金型において、スポークとリムとの交差部のように局部的に肉厚形状となる部分で且つ、金型外面より直接に冷却媒体用の穴を穿設できない部分に冷却媒体通路を形成するに際し、
   まず、上金型反キャビティ側上面に環状の深溝を加工し、次に前記深溝から円周方向に複数分割した位置より上下方向に竪穴を穿設するとともに、前記竪穴と交差し、且つ、前記厚肉形状部位方向に上金型内周側面より斜穴を穿設し、
   次に、前記竪穴をまたぐように丸棒を前記斜穴に嵌着し、弾性部材を介して前記丸棒を斜穴先端に押圧するとともに、前記竪穴に冷却媒体が１折流となるように仕切板を配設し、前記深溝に入口と出口を残した全域に蓋をして冷却媒体通路を形成するようにしたことを特徴とするアルミホイール鋳造金型用冷却媒体通路の形成方法。

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