JP3960128B2 - 金型内のガス抜き方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は竪型締竪鋳込型のダイカストマシンを用いた鋳造成形時における、金型内のガス抜き方法およびこれに使用する鋳造装置の金型に関するものであり、更に詳しくは、溶湯をキャビティ内に射出充填する時にベントバルブを使用しないで金型内のガスを抜く方法およびそれに使用する鋳造装置の金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、金型を使用して鋳造成形を行う場合には、充填効率および生産性の向上、さらに製品品質の向上を図るため、金型内のガス抜きを行いながら製品キャビティ内に溶湯を射出することが行われている。
たとえば、従来の金型装置では、金型の分割面に型締方向と直交する方向にスリットが形成されており、このスリットを介して注湯中における製品キャビティ内のガスを外部へ排出するようにしている。
金型内のガスを金型外へ排出する方法としては、ガスベント方式とチルベント方式とが一般的である。ガスベント方式はガス通路（隙間）を大きく取れるが、溶湯が金型外部へ漏出するのを防止するためにベントバルブが必要となる。一方、チルベント方式はガスと溶湯を小さな隙間（０．２〜０．４ｍｍ）に導き、冷却固化させて溶湯の漏出を防止する方法である。チルベント方式では鋳造品を金型から取出す場合に、成形品本体から引き千切られた薄いベント部分が金型側に残り、次サイクルの型締めに支障をきたしていた。また、大型の成形品を鋳造する場合には、小さな隙間から多量のガスを排出できずにガスがキャビティ内に残るということがあった。ガス通路の隙間を大きくしようとすると金型設計上の制約があり、製品設計に支障があった。
【０００３】
更に、詳しくチルベント方式について説明する。ベントバルブをなくしたチルベント方式では、ガスを排出して溶湯を止める必要がある。このため、その厚み（通路溝深さ）は０．２ｍｍ程度と極めて浅くなっており、多量のガスを排出するには数多くのガスベントを設けるか、幅の広いチルベントにする必要があった。深さ（高さ）が深く（高く）なると溶湯がフラッシュするので深くできないためである。。
一方、アルミ鋳造の場合のコア温度は内側（キャビティ側）で４００〜５００℃、外側（反キャビティ側）で２００〜３００℃程度になるのが一般的である。このため、型締め状態にあっても隙間（割面同士及びコアと上型・上型との隙間）は場所（位置）によって異なってくる。即ち、コアの内側（キャビティ側）では隙間が小さくなり、外側（反キャビティ側）では大きくなる。ガス抜きを行うために低圧型締め状態にした場合には、外側でコアの上下において０．２ｍｍ程度の隙ができる。
コア分割面に型締方向と直交してガス通路を設ける従来のチルベント方式の場合には、冷却しながら徐々に断面積を小さくして、ガス通路に来た溶湯を止めていた。更に、ガス通路断面積を確保するため、どうしても形状の大きなものになるので、コアの外側に設けざるを得なかった。
【０００４】
低圧型締状態で金型キャビティ内のガス抜きを行った先行技術としては特開平７−４００３１号公報がある。この公報には、「可動金型にスライドコアを金型の開閉方向軸心と直角で水平方向に開閉可能に取付け、固定金型にテーパリングを取付け、型締時に閉じたスライドコアの先端部をテーパリング中に入れ得るように設け、鋳込スリーブをテーパリングに当てることなくスライドコアの垂直状の合せ面の下部にドッキングさせて金型キャビティ内に溶湯を鋳込み得るようにした横型締竪鋳込型のダイカストマシンを用い、低圧型締をしてスライドコアの先端側部をテーパリングのテーパ内面に接触させた状態で金型キャビティ内に溶湯を鋳込み、続いて、高圧型締をしてスライドコアの先端側部がテーパリングのテーパ内面に強く接触するようにスライドコアを前進させて溶湯鍛造を行う。このとき（低圧型締め状態）、金型とスライドコア間の金型キャビティの空間は、可動金型が規定寸法の位置に到達していないので少し大きい状態にある。したがって、金型キャビティ内の空気は、通路と金型用ガス抜き装置を通って金型外に排出されることが開示されている。
【０００５】
しかしながら、前述した先行技術においては、横型締竪射出のダイカストマシンに関するものである。従って、スライドコアの摺接面にガス通路を形成するには不向きであるとともに、溶湯の漏出を防止するためにバルブを設ける必要があった。更に、構造上の理由により、ガス通路は薄くせざるを得なかった。
ところで、上記のような金型装置において製品キャビティ内のガスを効率よく外部へ排出するためには、上述したスリットの開口面積を可及的に大きく設定することが好ましい。仮に、上記スリットの開口面積を大きく設定した場合には、製品キャビティ内に注入された溶湯がこのスリットを介して金型の外部へ漏出し、鋳造成形自体を行うことが困難となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、この目的とする所は、ベントバルブを使用せずに、大型製品であっても溶湯を外部に漏出させることなく製品キャビティ内のガス抜きを充分に行うことができる鋳造装置の金型および金型内のガス抜き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】
上記の問題を解決するために、第一の発明では、水平方向に開閉可能に取付けられ複数個に分割されたスライドコアを有する竪型締竪鋳込型ダイカストマシンを用いて溶湯を金型キャビティ内に射出充填しながら金型キャビティ内のガス抜きを行う金型内のガス抜き方法であって、該ダイカストマシンの型締装置と、前記スライドコア分割摺接面の金型キャビィテイ外周面の形状に沿った方向且つキャビティ外周面近傍で金型の開閉方向に延びるスリット状の溝及び該スリット状の溝に連通したガス通路を可動型下面で前記スライドコアとの当接面に有した金型とを用いて、前記金型を低圧型締状態にして、射出装置により溶湯を金型キャビティ内と、ガス通路内及びスリット状の溝内に射出充填するとともに、前記溶湯の前記スリット状の溝内への充填完了前の所定のタイミングで金型を高圧型締状態に切り替えることにより金型キャビティ内のガスのみを排出して溶湯の金型外部への漏出を防止することにした。更に、第二の発明においては、第一の発明における低圧型締状態として、型締力を定格型締力の１０〜４０％とした。次に、第三の発明においては、第一及び第二の発明において、低圧型締状態より高圧型締状態に切替える所定のタイミングを射出ストロークが全射出ストロークの４０〜９０％に達した時点とした。
【０００８】
また、第四の発明においては、固定型と可動型および外金型間に配設され複数個に分割されて金型の開閉方向と直行して水平方向へ開閉可能に取付けられたスライドコアからなる金型を型締して該金型内に形成されるキャビティ内に溶湯を射出して所定形状の鋳造品を成形する鋳造装置の金型において、複数に分割されたスライドコア同士が摺接する摺接面の金型キャビィテイ外周方向且つ近傍に設けられた金型の開閉方向に延びるスリット状の溝と、該溝の上方可動型下面に前記キャビティ内と複数の該スリット状の溝とが連通するように設けられた環状溝とガス通路溝を備えたガス通路とを有するとともに、前記スリット状の溝及びガス通路を溶湯のオーバーフロー部とすることとした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明よる鋳造装置の金型の構成について図１及び図２に基づいて説明する。図１は竪型締竪射出型のダイカストマシンに装着されている鋳造装置の金型とこの金型の下部に着脱自在に取付けられた射出装置を示したものである。図２は金型部分の拡大図である。
図１及び図２において、１３はダイカストマシン本体に属する可動盤（上部プラテンともいう）であり、この可動盤１３に上型（可動型ともいう）１０が固定されている。１４はダイカストマシン本体に属する固定盤（下部プラテンともいう）であり、この固定盤１４に下型（固定型ともいう）１１が固定されている。上型１０と下型１１との間に複数個（２ケ又は４ケの場合が多い）に分割されたスライドコア１２が型締め方向と直角方向（水平方向）に進退自在に配設されている。スライドコア１２の下部外側には、複数個に分割されたスライドコア１２が溶湯の圧力によって開かないようにしたテーパリング１８が下型１１に固定されている。
【００１０】
このスライドコア１２は図示しない油圧シリンダ等により水平方向に進退できるようになっている。一方、複数個に分割されたスライドコア１２の下部外周面はテーパ状になっており、テーパリング１８の内周面のテーパ面に嵌合するようになっている。このようにして、溶湯を金型キャビティ内に鋳込み、続いて型締め装置により上型１０、スライドコア１２と下型１１に高圧力の型締力を作用させて高圧型締を行い，スライドコア１２の先端側部をテーパリング１８のテーパ内面に強く押付ける。この状態で、アキュラッドピン１５を溶湯内に突き出して、キャビティ内の圧力を高くして押湯動作を行う。このようにして、キャビティ内が高圧になっても前述したテーパ効果により、スライドコア１２は開かずにバリの発生を防止することができる。
【００１１】
このスライドコア１２は、可動盤１３を上方へ型開きした状態で、スライドコア１２の下方の突起部がテーパリング１８に干渉しない位置（高さ）で、図示しないガイドに案内されて、図示しない油圧シリンダ等により図５に示すように一体化されてキャビティの外側を形成する。この状態でスライドコア１２は型締め装置により下方へ向かって型締めされ、テーパリング１８に挿入される。このようにして、型締めが完了する。この型締力が小さいと上型１０とスライドコア１２との合わせ面、下型１１とスライドコア１２との合わせ面及びスライドコア１２同士の摺接面に僅かな隙間（０．２〜０．４ｍｍ程度）が空くことになる。この隙間がガス通路の一部となる。
また、下型１１の下部中央には、竪型鋳込装置の鋳込スリーブ１９とプランジャチップ２０を上下動してドッキングさせたり、離したりできるように構成した。射出装置には射出ストローク位置を検出するためのストロークセンサー２１が配設されている。
【００１２】
次に、鋳造方法について説明する。まず、分割しているスライドコア１２を閉じた状態で上型１０と一体化した後に下降して、低圧型締め状態にし，スライドコア１２の先端側部をテーパリング１８のテーパ内面に比較的に軽く押付け、完全な型締が行われる直前で可動盤１３を停止させる（この状態を低圧型締め状態という）。この低圧型締め状態に上型１０やスライドコア１２等を保持しておいて、鋳込スリーブ１９を下型１１の下部にドッキングさせて鋳込動作を行う。
【００１３】
溶湯を金型キャビティ内に鋳込んだら、続いて上型１０やスライドコア１２に高圧力の型締力を作用させて高圧型締を行い、スライドコア１２の先端側部をテーパリング１８のテーパ内面に強く押付ける。このようにして、スライドコア１２も強い力で押されて最終型締位置まで前進する。次に、アキュラッドピン１５をキャビティ内に突き出して溶湯を加圧する。金型キャビティ内の溶湯は高圧力で押付けられて溶湯鍛造が行われ、緻密な鋳込製品が得られる。
鋳造終了後、型開を行って製品を取出す場合は、スライドコア１２を水平方向外側に開いて、製品押出用のシリンダと押出ピンの作用で製品を突出して、成形品を取出す。
【００１４】
次に、金型のガス通路について、図２〜図４に基づいて詳細に説明する。
図３に示したように、スリット状の溝２３をキャビティ外周面の形状に沿って、スラスドコア同士が摺接する摺接面に設ける。この溝の半径方向の位置はできるだけキャビティに近いほうが良い。これはキャビチィ外周面から遠くなるとコアの温度が下がっており、コア同士の隙間が大きくなるため鋳造時溶湯が、フラッシュする為である。スリット状の溝を配設する位置としてはキャビティ内の圧力に対する強度を考慮して、キャビティ面より半径方向外側に向かって５ｍｍ〜５０ｍｍ離れた位置（図３のＢ寸法）が適切である。スリット状の溝の幅は５ｍｍ〜５０ｍｍ程度（図３のＡ寸法）、深さは５ｍｍ〜１０ｍｍ程度にするのが適切である。このスリット状の溝は隣接しているコアの両側に設けてもよいし、一方のコアのみに設けてもよい。
一方、スリット状の溝２３の上方に設ける環状溝２２はスリット状の溝２３の幅のみ深くして、これより内側を浅くすることもできるし、全範囲を同じ深さにすることもできる。また、本実施例（図４）に示したようにスリット状の溝２３の上方のみを環状溝とし、この環状溝より内側はスリット状の溝２３があるスライドコア摺接部のみにキャビティと連通するようにガス通路溝２４を設けることもできる。このように構成することにより溶湯の使用量を削減することができる。なお、この環状溝２２の深さは３ｍｍ〜５ｍｍにしている。請求項４に記載したガス通路とは環状溝２２とガス通路溝２４とをあわせたものを意味する。
【００１５】
次に、低圧型締状態と高圧型締状態について説明する。前述したように、本願発明は低圧型締状態において形成されるスライドコア１２と上型１０および下型１１との隙間よりキャビティ内のガスを排出しておき、溶湯がこのガス通路溝２４に進入している直前に、高圧型締状態に切替える。こうすることにより、ベントバルブを使用しないで溶湯をガス通路に封じ込めて、ガスのみを排出することができる。高圧型締状態とはダイカストマシンの仕様により決められている最大の型締力、即ち、定格型締力を意味している。一方、低圧型締状態とは、スライドコア１２と上型１０および下型１１との隙間よりガスを排出できる状態に保持できることをいう。この低圧型締状態は、製品の大きさや形状によって異なるが、各種の実験結果より定格型締力の１０〜４０％とすることにより、良い結果を得ている。１０％以下になるとショートパスが起こって、溶湯がフラッシュする。また、４０％以上になると隙間が小さくなり、ガス抜きが不充分となる。
更に、好ましい形態として低圧型締状態を定格型締力の２０〜３０％にすることにより、より良いガス抜き効果を確認している。
【００１６】
次に、金型キャビティ内に溶湯が充満していく過程を図６に基いて説明する。図６（ａ）は射出スリーブに溶湯を供給して金型下部に射出装置をドッキングした状態である。次に射出工程に入り、プランジャチップ２０が上昇して溶湯が金型内に充満する直前の状態が図６（ｂ）である。
竪型締竪鋳込型のダイカストマシンにおいて、鋳込みスリーブ内に溶湯（斜線部）を注入して、下金型にドッキングした状態であり、このときの型締力は定格型締力の１０％〜４０％である。この間にキャビティ内のガスはガス通路溝２４、環状溝２２、上型１０とスライドコア１２との隙間、スリット状の溝２３、下型１１とスライドコア１２との隙間等から金型外部へ排出される。
更に、射出が進むと溶湯が金型の製品部に充満してガス通路まで達する。この時点で型締め力を定格型締力に上昇する（図６（ｃ））。
図６（ｄ）が金型の製品部及びガスベント全てに溶湯が充填された状態であり、この後アキュラッドピン１５をキャビティ内に突き出して溶湯を加圧して溶湯鍛造を行う。
【００１７】
最後に、低圧型締状態より高圧型締状態に切り替えるタイミング、即ち、所定のタイミングについて、図７に基づき説明する。
図７は横軸に射出工程（時間経過）をとり、縦軸に型締力と射出ストロークをとったグラフである。型締力の切替えポイントはフルストローク（フル充填時）の４０〜９０％のストローク位置である（成形トライ時にこのポイントを確認しておくこと）。これはキャビティ内へ射出充填された溶湯の先端部がスライドコアの上部に達するタイミングになる。このタイミングは製品形状や成形条件によって変わってくるものである。フルストロークの４０％以下の位置で切り替えるとガス抜きが不充分となり、フルストロークの９０％以上の位置で切り替えると溶湯が金型外部にフラッシュすることになる。更に、各種の実験結果より、型締力の切替えポイントをフルストローク（フル充填時）の５０〜８０％のストローク位置とすることにより、より好ましいガス抜き効果を得ている。
低圧型締状態での射出速度は低速で行い、高圧型締状態になってから高速射出に切り替える２段の射出速度制御で行うのが一般的である。
なお、低圧型締から高圧型締への切り替え時には、サイクルタイムの短縮のため型締め速度は最大速度（定格速度）とする。
【００１８】
【発明の効果】
前述したように、鋳造装置の金型のガス通路を工夫すること及び２段型締め方法を採用することにより、多量のガスを短時間で金型外に排出できるようになった。更に、ガスベント部のガス通路溝深さを自由に設計できるので、大型の鋳造品であっても多量のガスを短時間で金型外に排出できるとともに、鋳造品（成形品）の取りだし時に余肉部が折損して金型側に残ることもなくなる。従って、鋳巣のない緻密な金属組織をもった高品質の大型鋳造品を効率的に生産できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明による鋳造装置の金型と射出装置の説明図である。
【図２】図２は本発明による一実施形態である鋳造装置の金型の断面図である。
【図３】図３は本発明による鋳造装置の金型のスリット状の溝の拡大図である。
【図４】図４は本発明による鋳造装置の金型の環状溝の拡大図である。
【図５】図５は本発明による鋳造装置の金型のスライドコアの平面図である。
【図６】図６は本発明による金型内のガス抜き方法についての溶湯の充填状態の説明図である。
【図７】図７は本発明による金型内のガス抜き方法における射出ストローク、型締め力及び射出圧力の状態変化図（時間経過図）である。
【符号の説明】
１０ 上型（可動型）
１１ 下型（固定型）
１２ スライドコア
１３ 可動盤
１４ 固定盤
１５ アキュラッドピン
１６ 溶湯（メタル）
１８ テーパリング
１９ 鋳込スリーブ
２０ プランジャチップ
２１ ストロークセンサー
２２ 環状溝
２３ スリット状の溝
２４ ガス通路溝

Claims (3)

1. 水平方向に開閉可能に取付けられ複数個に分割されたスライドコアを有する竪型締竪鋳込型ダイカストマシンを用いて溶湯を金型キャビティ内に射出充填しながら金型キャビティ内のガス抜きを行う金型内のガス抜き方法であって、該ダイカストマシンの型締装置と、前記スライドコア分割摺接面の金型キャビィテイ外周面の形状に沿った方向且つキャビティ外周面近傍で金型の開閉方向に延びるスリット状の溝及び該スリット状の溝に連通したガス通路を可動型下面で前記スライドコアとの当接面に有した金型とを用いて、前記金型を低圧型締状態にして、射出装置により溶湯を金型キャビティ内と、ガス通路内及びスリット状の溝内に射出充填するとともに、前記溶湯の前記スリット状の溝内への充填完了前の所定のタイミングで金型を高圧型締状態に切り替えることにより金型キャビティ内のガスのみを排出して溶湯の金型外部への漏出を防止することを特徴とする金型内のガス抜き方法。
2. 低圧型締状態として型締力を定格型締力の１０〜４０％とすることを特徴とする請求項１に記載の金型内のガス抜き方法。
3. 低圧型締状態より高圧型締状態に切替える所定のタイミングを射出ストロークが全射出ストロークの４０〜９０％の範囲とする請求項1または請求項２に記載の金型内のガス抜き方法。

Images