JP3809057B2

JP3809057B2 - 金属製品の成形用金型

Info

Publication number: JP3809057B2
Application number: JP2000304944A
Authority: JP
Inventors: 敏昭比枝
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2000-10-04
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2020-10-04
Also published as: JP2002113564A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定型に取り付けられている固定側入れ子と、可動型に取り付けられている可動側入れ子とから構成され、これらの入れ子のパーティングライン側にマグネシウム合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金あるいは鉛合金からなる金属製品を成形するためのキャビティが構成されている金属製品の成形用金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マグネシウム合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金あるいは鉛合金からなる金属製品は、ダイカスト法、射出成形等により成形されているが、このような成形方法の実施に使用される金型の例が図２に示されている。すなわち、図２の（イ）に示されている従来の成形用金型は、概略的には固定型５０に取り付けられている固定側入れ子５１と、可動型５２に取り付けられている可動側入れ子５３とから構成されている。これらの入れ子の５１、５３は、一般に高耐熱性材料から構成され、そのパーティングラインＰ’側には金属製品を成形するためのキャビティ５５が構成されている。したがって、次のようにして上記の金属製品を成形することができる。図２の（イ）に示されている型締め状態から、可動型５２を所定間隔に開く。このとき、可動型５２はガイドピン５６により案内される。型開き状態で水溶性の離型剤をキャビティ５５の表面に噴霧する。圧縮空気を噴霧して余剰分の離型剤を蒸発させる。次いで、可動型５２を固定型５０に対して型締めする。そうすると、固定側入れ子５１と可動側入れ子５３とにより、図２の（イ）に示されているように、キャビティ５５が構成される。そこで、射出成形機５７の射出ノズル５８から溶融状態の金属材料を射出する。金属材料は、スプル６０、ランナ６１およびサイドゲート６２を通ってキャビティ５５に充填される。冷却固化を待って可動型５２を所定量開く。そうすると、エジェクタピン６３〜６６が突き出て上記の金属製品が可動側入れ子５３から突き出される。このれにより、マグネシウム合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金あるいは鉛合金からなる金属製品が得られる。以下同様にしてを得る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の金型によってもマグネシウム合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金あるいは鉛合金からなる金属製品を成形することはできるが、色々な欠点もある。例えば、図３の（ａ）に示されているように、可動型５２を開いて低融点金属製品を取り出し、そして離型剤を噴霧する工程Ｂでは、固定側および可動側入れ子５１、５３の表面温度は、型閉じ射出工程Ａ時の温度よりも３０〜４０℃低下する。この低下した温度は、固定側および可動側入れ子５１、５３のヒータ５９、５９、…に通電しても６〜８分程度の回復工程Ｃが必要で、生産性の向上を阻害している。そこで、一般に所定の温度に回復する回復工程Ｃの完了前に次の工程に移行している。ところで、上記金属材料は一般に熱伝導度が大きいので、低温状態の、しかも熱伝導度の大きい固定側および可動側入れ子５１、５３に接触すると急速に冷却され、凝固速度が速くなる。その結果、流動不良となり、湯じわ、ショートショット等の成形欠陥が生じるようになる。このような成形欠陥は、射出速度あるいは充填速度をある程度大きくすると、解消できると考えられるが、射出速度を大きくすると、充填完了間際の急速ブレーキ制御が必要となり、この制御如何によっては金属製品に充分の保圧をかけることができず、ショートショットを生じる。また、バリの発生原因にもなる。特に、低融点金属材料が溶融マグネシウム合金のときは、粘性が極めて低いので、急速ブレーキ制御を誤ると、通常の型締力で型締めされている固定側および可動側入れ子５１、５３のパーティングラインＰ’の極僅かの隙間に入ってバリを発生される。
【０００４】
もっとも、特開平１１−７７２４０号により、図２の（ロ）に示されているように、金型６７、６８のパーティングラインＰ’に沿って形成されているキャビティ６９の表面を断熱層７０、７０で覆った金型が提案はされている。この金型によると、断熱層７０、７０が設けられているので、キャビティ６９内へ流入する溶湯の冷却固化が遅延され、その結果充填可能な距離が伸び、また巣、湯じわ等の成形不良が低減できる等の効果は認められる。しかしながら、キャビティ６９の形状を変更しようとすると、溶射あるいはセラミックス無機電解メッキ法により形成されている断熱層７０、７０を一旦剥離し、所定の形状に製作した後に、再び溶射あるいはセラミックス無機電解メッキ法により形成しなければならないので、キャビティ変更工期が長くなり、またコスト高になる恐れがある。さらには、断熱層７０、７０の温度が制御できないので、冷却固化速度が制御できず、適正な成形サイクルが設定できないことも予想される。
本発明は、上記したような従来の問題点に鑑みてなされたもので、高品質の低融点金属製品を安価に成形できるマグネシウム合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金あるいは鉛合金からなる金属製品の成形用金型を提供することを目的とし、さらに具体的には湯じわ、ショートショット、バリ等の成形不良のないマグネシウム合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金あるいは鉛合金からなる金属製品を短い成形サイクルで成形できる金属製品の成形用金型を提供することを提供することを目的としている。また、マグネシウム合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金あるいは鉛合金からなる金属製品を成形するキャビティの形状を短期間に安価に変更できる金属製品の成形用金型を提供することも目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願発明の上記目的は、固定型と可動型とに取り付けられる入れ子を熱伝導度が１０ｗ／ｍｋよりも小さい材料で構成し、そしてこれらの入れ子に金属製品を成形するキャビティを形成すると共に、これらの入れ子の温度を独立的に制御するように構成することにより達成される。すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、固定型に取り付けられている固定側入れ子と、可動型に取り付けられている可動側入れ子と、第３の入れ子とからなり、前記固定側入れ子と可動側入れ子のパーティングライン側にマグネシウム合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金あるいは鉛合金からなる金属製品を成形するためのキャビティが構成され、前記第３の入れ子が前記キャビティの周辺に取り付けられている金型であって、前記固定側入れ子と可動側入れ子は、前記固定金型および可動金型とは材質が異なり、その熱伝導度は前記固定金型および可動金型のそれよりも小さい１０ｗ／ｍｋ以下の材料から構成されていると共に、前記第３の入れ子は熱伝導度が１００ｗ／ｍｋ以上の金属材料から構成されている。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の金型において、固定側入れ子と可動側入れ子が、チタン合金から構成されて、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の金型において、第３の入れ子が、銅合金から構成され、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載の金型において、固定側入れ子と可動側入れ子が、金型の他の構成部材の温度を制御する系から独立して温度が制御されるように、そして請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載の金型において、固定側入れ子と、可動側入れ子と、第３の入れ子が、金型の他の構成部材の温度を制御する系から独立して温度が制御されるように構成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態をマグネシウム合金製品の成形用金型および射出成形機を使用した成形例について説明する。本実施の形態に係わる金型は、図１に示されているように、固定型１に着脱自在に取り付けられている固定側入れ子２と、可動型２０に同様に着脱自在に取り付けられている可動側入れ子２２と、これらの入れ子２、２２の周辺に配置されている第１、２のサイド入れ子３１、３２とを備えている。そして、本実施の形態によると、固定型１と可動型２０は従来周知の炭素鋼から構成されているが、前記固定側入れ子２と可動側入れ子２２は、表１に示されているような性質を備えた熱伝導度が７．５ｗ／ｍｋのように小さいチタン合金から構成されている。また、第１、２のサイド入れ子３１、３２は、熱伝導度が１３０ｗ／ｍｋのような大きい銅合金から構成されている。
【０００７】
固定型１が取り付けられている固定側取付板７には、その略中心部にロケートリング８が取り付けられ、このロケートリング８に対向して固定型１にスプルブッシュ９が設けられている。スプルブッシュ９は、固定側入れ子２を貫通している。そして、このスプルブッシュ９に対向して可動型２０にはブッシュコア２３が取り付けられている。また、スプルブッシュ９に対応してエジェクタピン２７が設けられている。これにより、図１の（イ）に示されている型締め状態では、スプルブッシュ９、ブッシュコア２３およびエジェクタピン２７の先端部等によりスプル６が形成される。このスプル６は、後述するランナ５およびサイドゲート４に連通している。このように構成されている固定型１の金型パート面に、前述した固定側入れ子２が着脱自在に取り付けられ、そしてそのパーティングラインＰの固定側には凹部が形成されている。この凹部の一方の可動側部には、詳しくは後述する可動側入れ子２２と協働してサイドゲート４およびランナ５の一部が構成されている。固定型１には、ヒータ等からなる加熱体ｈ、ｈ、…が設けられているが、固定側入れ子２にも、この加熱体ｈ、ｈ、…と独立して発熱温度が制御される例えば電気ヒータからなる発熱体Ｈ１、Ｈ１、…が設けられている。
【０００８】
可動型２０は、可動側取付板２１に従来周知のようにして取り付けられている。そして、この可動型２０を横断する形で、複数本のエジェクタピン２４〜２７が抜き差し自在に設けられている。これらのエジェクタピン２４〜２７の端部は、２枚のエジェクタプレート２８で固定されている。また、可動型２０の側部にはガイドブッシュ２９、２９、…が装着され、これらのガイドブッシュ２９、２９、…により固定型１に取り付けられているガイドピン１１、１１、…が案内されて、可動型２０が型開閉されるようになっている。なお、可動型２０にもヒータ等からなる加熱体ｈ、ｈ、…が設けられている。このように構成されている可動型２０の金型パート面に、前述した可動側入れ子２２が着脱自在に取り付けられ、そしてそのパーティングラインＰの固定側にはコアが形成されている。このコアと前述した固定側入れ子２の凹部とによりマグネシウム合金製品を成形するためのキャビティ３が構成される。キャビティ３は、サイドゲート４およびランナ５を介して前述したスプル６に連通している。可動側入れ子２２にも、可動型２０の加熱体ｈ、ｈ、…と独立して発熱温度が制御される例えば電気ヒータからなる発熱体Ｈ２、Ｈ２、…が設けられている。
【０００９】
第１のサイド入れ子３１は、固定型１の方に着脱自在に取り付けられるもので、３個のサイド入れ子３１ａ〜３１ｃからなっている。そして、これらの３個のサイド入れ子３１ａ〜３１ｃは、図１の（ロ）にも示されているように、キャビティ３の４辺の内、スプル６から遠い３辺、より正確にはサイドゲート４から遠い３辺を取り囲むようにして設けられている。これらの３個のサイド入れ子３１ａ〜３１ｃは、前述したように、熱伝導度の大きい銅合金から構成されているので、キャビティ３に射出充填される溶融マグネシウムは、キャビティ３の周囲では早期に固化し、バリの発生が抑制される。このように配置されている３個のサイド入れ子３１ａ〜３１ｃにも、固定型１の加熱体ｈ、ｈ、…から独立して発熱温度が制御される電気ヒータからなる発熱体Ｈ１’、Ｈ１’、…が設けられている。
【００１０】
第２のサイド入れ子３２は、可動型２０側に設けられるもので、第１のサイド入れ子３１と略同じように構成され、そして独立的に制御される加熱体Ｈ２’、Ｈ２’、…も設けられている。なお、型閉じされた状態では、前述したエジェクタピン２４は、可動側入れ子１２と第２のサイド入れ子３２とを貫通して、その先端部は第１、２のサイド入れ子３１、３２で構成されるオーバフロー３３の表面に位置し、エジェクタピン２５、２６はキャビティ３の表面にそれぞれ位置している。
【００１１】
射出成形機４０は、従来周知のように、加熱シリンダ４１を備えている。この加熱シリンダ４１の先端部には射出ノズル４２が取り付けられ、その内部には回転方向と軸方向とに駆動可能なスクリュが設けられている。
【００１２】
次に、上記金型を使用した成形例を説明する。射出成形機４０のスクリュを回転駆動してマグネシウム合金を従来周知のようにして溶融計量する。このとき、加熱シリンダ４１の外周部に設けられている温度調節装置を駆動して、加熱シリンダ４１をマグネシウム合金の固相線温度以上に加温し、加温後は固相線温度以上、液相線温度以下になるように制御することもできる。これにより、溶融合金材料中にデンドライドが発生することが阻止されて、チクソ状態が保持されて加熱シリンダ４１内に、従来周知のようにして計量される。
【００１３】
固定側入れ子２と可動側入れ子２２の温度が例えば１８０〜２３０℃になるように発熱体Ｈ１、Ｈ１、…、Ｈ２、Ｈ２、…の発熱温度を設定する。また、第１、２のサイド入れ子３１、３２の温度が、固定側入れ子２と可動側入れ子２２の温度よりも８０℃程度低い温度１００〜１５０℃になるように発熱体Ｈ１’、Ｈ１’、…、Ｈ２’、Ｈ２’、…の発熱温度を設定する。
【００１４】
可動型２０を開いた状態で、従来周知の水溶性の離型剤をキャビティ３の表面に噴霧する。噴霧した離型剤の余剰分が蒸発するのを待つ。このとき、蒸発を促進させるために必要に応じて圧縮空気によりバージする。可動型２０を固定型１に対して型締めする。そうすると、図１の（イ）に示されているように固定側入れ子２と可動側入れ子２２とによりキャビティ３が構成される。射出成形機４０の射出ノズル４２をスプルブッシュ９にタッチさせ、そうしてスクリュを軸方向に駆動して計量された溶融マグネシウム合金を射出する。溶融マグネシウム合金はスプル６、ランナ５およびサイドゲート４を通ってキャビティ３に充填される
。
【００１５】
このとき、キャビティ３はチタン合金から構成されているので、溶融マグネシウム合金の熱伝導度は大きいが、穏やかに冷却され、凝固速度が小さくなる。これにより、キャビティ３の隅々まで密に充填される。このときの固定側入れ子２と可動側入れ子２２の温度は、図３の（ｂ）に示されているように、成形に適した比較的高い温度に維持されている。また、第１、２のサイド入れ子３１、３２の温度は低く、しかも熱伝導の大きい銅合金から構成されているので、充填される溶融マグネシウム合金がパーティングラインＰの極僅かな隙間から流出しようとしても、低温の第１、２のサイド入れ子３１、３２の方へ放熱され固化する。これにより、バリの発生が抑制される。所定時間保圧をかけ、固化を待って可動型２０を開く。このとき、マグネシウム合金製品の形状等により、マグネシウム合金製品は可動側入れ子２２のコアの方に着いて開かれる。可動型２０が所定量開くと、従来周知のようにエジェクタプレート２８が駆動されエジェクタピン２４〜２７が突き出て、湯じわ、ショートショット等のない高品質のマグネシウム合金製品が得られる。以下、同様にして成形する。
【００１６】
成形するマグネシウム合金製品の形状、大きさ等に変更が生じたら、必要な入れ子を取り外し、キャビティ３の表面を切削等により加工する。そうして、取り付ける。あるいは、別に用意されている入れ子と交換する。これにより、所望の形状あるいは大きさのマグネシウム合金製品を前述したようにして成形できる。
【００１７】
本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な形で実施できることは明らかである。例えば、金属材料に関しては、溶融マグネシウム合金に代えて半溶融マグネシウム合金でも同様にして成形できることは明らかである。また、マグネシウム合金以外の前述したようなアルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金あるいは鉛合金の金属材料から同様にして金属製品を成形できることも明らかである。さらには、上記実施の形態では、金型は射出成形機に適用される金型として説明されているが、ダイカスト法の金型に適用できることも明らかである。
【００１８】
また、入れ子の材質に関しては、固定側入れ子と可動側入れ子は、チタン合金以外でも、固定型および可動型の熱伝導度よりも小さい熱伝導度の材料であれば実施できるが、表１にも示されているように、熱伝導度が１０ｗ／ｍｋよりも小さい材料から構成するのが望ましい。また、第１、２のサイド入れ子も銅合金以外でも、固定型および可動型の熱伝導度よりも大きい熱伝導度の材料であれば実施できるが、熱伝導度が１００ｗ／ｍｋよりも大きい金属材料から構成するのが望ましい。さらには、キャビティの形状、大きさ等によっては、固定側入れ子と可動側入れ子の材質が互いに異なっても、また異なる温度で実施できることも明らかである。さらには、本実施の形態では第１、２のサイド入れ子は固定型と可動型のパーティングライン側のそれぞれに設けられているが、銅合金のように熱伝導度が大きい金属材料から構成されているときは、固定型のパーティングライン側あるいは可動型のパーティングライン側の、いずれかの一方に設けても同様な効果が得られることも明らかである。

なお、表１中のマグネシウム合金ＡＺ９１Ｄは、成形体の物性値を示している。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、固定型に取り付けられている固定側入れ子と、可動型に取り付けられている可動側入れ子は、前記固定金型および可動金型とは材質が異なり、その熱伝導度は前記固定金型および可動金型のそれよりも小さい熱伝導度が１０ｗ／ｍｋ以下の材料から構成されているので、キャビティに充填されるときの、アルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金あるいは鉛合金からなる金属材料の凝固速度は穏やかで小さくなる。これにより、金属材料の流動性が保たれ、湯じわ、ショートショット等の成形欠陥のない高品質のアルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金あるいは鉛合金からなる金属製品が得られる、という本発明に特有の効果が得られる。このように、流動性が保たれるので高速充填をする必要がない。したがって、高速充填によるバリの発生が抑制される。
さらには、固定型に取り付けられている固定側入れ子と、可動型に取り付けられている可動側入れ子とが熱伝導度が１０ｗ／ｍｋ以下の材料から構成されてると共に、これらの入れ子により構成されるキャビティの周辺に取り付けられている第３の入れ子は熱伝導度が１００ｗ／ｍｋ以上の金属材料から構成されているので、上記効果に加えて、キャビティの周辺から、すなわちパーテイングラインから流失しようとする金属材料が冷却固化され、これによりバリの発生が、さらに抑制される効果が得られる。
また、他の発明によると、固定側入れ子と可動側入れ子は、金型の他の構成部材の温度を制御する系から独立して温度が制御されるようになっているので、これらの入れ子の温度を適温に保ち、生産性を向上させることができる効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる金属製品の成形用金型を示す図で、その（イ）は金型を閉じた状態で示す断面図、その（ロ）は（イ）においてパーテイングライン側から固定型の方を見た平面図である。
【図２】従来の金型を閉じた状態で示す図で、その（イ）は第１の従来の金型を、その（ロ）の他の従来の金型をそれぞれ示す断面図である。
【図３】金型の温度変化状況を示す図で、その（ａ）は従来の１成形サイクル毎の変化を示す図、その（ｂ）は鋳造に適した金型の温度を示す図である。

Claims

固定型に取り付けられている固定側入れ子と、可動型に取り付けられている可動側入れ子と、第３の入れ子とからなり、前記固定側入れ子と可動側入れ子のパーティングライン側にマグネシウム合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金あるいは鉛合金からなる金属製品を成形するためのキャビティが構成され、前記第３の入れ子が前記キャビティの周辺に取り付けられている金型であって、
前記固定側入れ子と可動側入れ子は、前記固定金型および可動金型とは材質が異なり、その熱伝導度は前記固定金型および可動金型のそれよりも小さい１０ｗ／ｍｋ以下の材料から構成されていると共に、前記第３の入れ子は熱伝導度が１００ｗ／ｍｋ以上の金属材料から構成されていることを特徴とするマグネシウム合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金あるいは鉛合金からなる金属製品の成形用金型。
請求項１に記載の金型において、固定側入れ子と可動側入れ子が、チタン合金から構成されている、マグネシウム合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金あるいは鉛合金からなる金属製品の成形用金型。
請求項２に記載の金型において、第３の入れ子が、銅合金から構成されている、マグネシウム合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金あるいは鉛合金からなる金属製品の成形用金型。
請求項１〜３のいずれかの項に記載の金型において、固定側入れ子と可動側入れ子が、金型の他の構成部材の温度を制御する系から独立して温度が制御される、マグネシウム合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金あるいは鉛合金からなる金属製品の成形用金型。
請求項１〜３のいずれかの項に記載の金型において、固定側入れ子と、可動側入れ子と、第３の入れ子が、金型の他の構成部材の温度を制御する系から独立して温度が制御される、マグネシウム合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金あるいは鉛合金からなる金属製品の成形用金型。