JP4241075B2 - 金型及び金型の冷却方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型及び金型の冷却方法に関し、特に、鋳造製品の薄肉部を成形する狭小部と厚肉部を成形する広大部とを備えるキャビティの形成された金型及び金型の冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、金型のキャビティ内に充填された溶湯を冷却するために、金型に冷却穴が形成されている。冷却穴は、金型のキャビティ近傍の位置に、金型の外面から内方へ向けて形成され、略円柱形状をなす。冷却穴内には冷却パイプが配置される。これらにより、冷却パイプを介して冷却穴内に冷却水が供給されて金型の冷却を行う冷却構造が構成される。
【０００３】
図３に示されるように、金型１１０に形成された冷却穴１１２ａ内に配置される従来の冷却パイプ１２０は、外パイプ１２１の中に内パイプ１２２が同芯状に配設されて構成されており、外パイプ１２１と内パイプ１２２との間の空間が外側流路１２０ａとされ、内パイプ１２２内部の空間が内側流路１２０ｂとされる。
【０００４】
冷却パイプ１２０は、金型１１０に形成された冷却穴１１２ａの内端部１１２ｂに内パイプ１２２の一端１２２Ａが位置するように配置され、内パイプ１２２の他端１２２Ｂから内側流路１２０ｂ内に冷却水が供給される。冷却水は、内パイプ１２２の一端１２２Ａへ至り冷却穴１１２ａ内に流入し、冷却穴１１２ａから外側流路１２０ａへと流れ、外パイプ１２１の他端１２１Ｂから排出される。従って内側流路１２０ｂ、外側流路１２０ａは、それぞれ冷却水の往路、復路をなす。このような冷却パイプに関する一般的技術水準を示す先行技術文献としては、例えば、特許第３１８６０３０号公報が挙げられる。
【０００５】
金型内に形成されているキャビティは、鋳造製品の薄肉部を成形する狭小部と厚肉部を成形する広大部とを備えている場合がある。厚肉部及び薄肉部については、例えば、鋳造製品がシリンダブロックであるとすると、シリンダブロックのスカート部が薄肉部に相当し、スカート部以外の部分が厚肉部に相当する。
【０００６】
このように、キャビティが厚肉部と薄肉部とを備える場合には、金型の冷却方法によって冷却しようとする対象は、鋳造製品の厚肉部相当部分、即ち、図３に示されるキャビティ１１０ａの広大部１１０ｃ内に充填された溶湯の部分である。厚肉部相当部分を冷却することにより、厚肉部相当部分の凝固速度を早め、薄肉部相当部分の凝固完了時間と厚肉部相当部分の凝固完了時間とをほぼ同一にでき、又は厚肉部相当部分の凝固完了時間の方を短くでき、厚肉部における引け巣の発生を防止することができるからである。従って、図３に示されるように、冷却穴１１２ａの内端部１１２ｂは広大部１１０ｃの近傍に位置するように形成され、広大部１１０ｃ内の溶湯を冷却できるように構成されている。ここで、広大部１１０ｃは狭小部１１０ｂに連通しており、狭小部１１０ｂは、ゲート１１０ｄを介して湯道１１０ｅに連通しており、湯道１１０ｅから流入した溶湯は、図３の矢印で示される方向へ流れて、キャビティ１１０ａ内に充填される。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３１８６０３０号公報（図１、図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
金型によっては、図３に示されるように、キャビティ１１０ａの広大部１１０ｃが狭小部１１０ｂよりも金型１１０内方に位置している場合がある。冷却穴１１２ａは、金型１１０の外面から内方へ向けて形成されているため、このような場合には、広大部１１０ｃの近傍に冷却穴１１２ａの内端部１１２ｂが位置するだけでなく、狭小部１１０ｂの近傍にも冷却穴１１２ａの一部が位置することになる。
【０００９】
このような位置関係では、冷却を必要としない薄肉部相当部も冷却水によって冷却されてしまい、厚肉部相当部より先に薄肉部相当部が凝固し、厚肉部に引け巣が発生してしまうという問題が生じていた。
【００１０】
そこで、本発明は、キャビティの狭小部内よりも金型内方に位置している広大部内の溶湯を積極的に冷却し、狭小部内の溶湯の冷却を極力抑える金型及び金型の冷却方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、外パイプ部２１、３１、３２の中に内パイプ部２２が同芯状に配設されて該外パイプ部２１、３１、３２と該内パイプ部２２との間の空間が外側流路２０ａとされ、該内パイプ部２２内部の空間が内側流路２０ｂとされ、該内側流路２０ｂ又は該外側流路２０ａが冷却水の往路又は復路をなす冷却パイプ２０と、該冷却パイプ２０が配置される冷却穴１２ａ、４２ａと、キャビティ１０ａとを有し、該冷却穴１２ａ、４２ａには該冷却穴１２ａ、４２ａの内端部１２ｂに該内パイプ部２２の一端２２Ａが位置するように配置され、該キャビティ１０ａは、該キャビティ１０ａ内で鋳造される製品の薄肉部を成形する狭小部１０ｂと厚肉部を成形する広大部１０ｃとを備え、該広大部１０ｃは該狭小部１０ｂよりも内方に位置し、該冷却穴１２ａ、４２ａの該内端部１２ｂは該広大部１０ｃの近傍に位置し、該冷却穴１２ａ、４２ａの外端１２ｃ、４２ｃ寄りの部分の一部は該狭小部１０ｂの近傍に位置する金型１０において、該冷却穴１２ａ、４２ａの該内端部１２ｂは該外パイプ部２１、３１、３２の一端２１Ａ、３２Ｂの外径と略同一の内径を有する小径部１２ｄを備え、該外パイプ部２１、３１、３２の該一端２１Ａ、３２Ｂは該小径部１２ｄまで延出して該小径部１２ｄ内面に螺合することにより固定され、該冷却穴１２ａ、４２ａの該外端１２ｃ、４２ｃ寄りの部分は該外パイプ部２１、３１、３２の外径よりも大きい大径部１２ｅ、４２ｅをなし、該外パイプ部２１、３１、３２の外周面と該大径部１２ｅ、４２ｅ内面との間に空間が形成され、該大径部１２ｅ、４２ｅと該小径部１２ｄとは該狭小部１０ｂと該広大部１０ｃとの境界近傍位置１０ｆにおいて接続されている金型１０を提供している。大径部とは、小径部よりも冷却穴が太くなっている部分のことであり、冷却穴の延出する方向に垂直の面で切った断面が、円形状ではないものも含む。
【００１２】
ここで、該外パイプ部は、中空円筒形状の補助外パイプ３１と略中空円筒形状をしたアダプタ３２とを備え、該アダプタ３２は、該狭小部１０ｂに沿って該内パイプ部２２を覆うようにして該内パイプ部２２の外側に同芯状に配設され、該補助外パイプ３１は該冷却穴４２ａの外端部４２ｃに配置され、該アダプタ３２の一端３２Ａは該補助外パイプ３１の一端３１Ａに液密に接続され、該アダプタ３２の他端３２Ｂは該外パイプ部の該一端をなして該小径部１２ｄまで延出していることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、上記金型１０を用いて金型の冷却を行う金型の冷却方法を提供している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態による金型及び金型の冷却方法について説明する。図１に示されるように、金型の冷却構造１は金型１０と冷却パイプ２０を備える冷却装置とを備えている。金型１０は可動型１１と固定型１２とを備えており、可動型１１は横中子１１Ａを備える。鋳造時に可動型１１と固定型１２とが図示せぬ鋳造機にセットされ型が閉じられたときに、可動型１１の横中子１１Ａと固定型１２とによってキャビティ１０ａが画成される。キャビティ１０ａは、鋳造製品の薄肉部を成形する狭小部１０ｂと厚肉部を成形する広大部１０ｃとを備えており、狭小部１０ｂはゲート１０ｄを介して湯道１０ｅに連通する。従って、湯道１０ｅから流入した溶湯は、図１の矢印で示される方向へ流れて、キャビティ１０ａ内に充填される。広大部１０ｃは狭小部１０ｂよりも金型１０内方に位置している。
【００１５】
固定型１２には、冷却パイプ２０が挿入される冷却穴１２ａが形成されている。冷却穴１２ａは略円柱形状をなし、軸芯に垂直な面で切った断面がいずれの位置においても円形をなし、金型１０の外面から内方へ向けて形成されている。冷却穴１２ａの内端部１２ｂは広大部１０ｃの近傍に位置し、冷却穴１２ａの外端１２ｃ寄りの部分の一部は狭小部１０ｂの近傍に位置する。冷却穴１２ａの径は、金型１０の外面から内方へ向けて所定位置に至るまで一定の径を有する大径部１２ｅになっており、これよりも先の部分、即ち、冷却穴１２ａの内端部１２ｂは、大径部１２ｅよりも径の小さい小径部１２ｄになっている。当該所定位置とは狭小部１０ｂと広大部１０ｃとの境界近傍位置１０ｆに近い冷却穴１２ａの位置である。
【００１６】
換言すれば、大径部１２ｅは、狭小部１０ｂの近傍の位置に狭小部１０ｂに沿って形成されており、小径部１２ｄは、広大部１０ｃ近傍の位置に形成されている。小径部１２ｄ、大径部１２ｅを備える冷却穴１２ａは、ドリル加工や放電加工により形成される。大径部１２ｅと接続されている小径部１２ｄの内面には、雌ネジ１２Ａが螺刻されている。
【００１７】
大径部１２ｅの径の大きさは、後述する冷却パイプ２０の外パイプ２１の外径よりも大きく、小径部１２ｄの径の大きさは、外パイプ２１部の外径と略同一である。従って、狭小部１０ｂ近傍の冷却穴１２ａの位置においては、後述する外パイプ２１の外周面と大径部１２ｅ内面との間に空間１２ｆが形成される。
【００１８】
冷却穴１２ａに挿入される冷却パイプ２０は、図１に示されるように、外パイプ２１の中に内パイプ２２が同芯状に配設されて構成されており、外パイプ２１と内パイプ２２との間の空間が外側流路２０ａとされ、内パイプ２２内部の空間が内側流路２０ｂとされる。冷却パイプ２０は、冷却穴１２ａの内端部１２ｂをなす小径部１２ｄに内パイプ２２の一端２２Ａが位置するように配置され、内パイプ２２の一端２２Ａは小径部１２ｄ内において開口する。また、外パイプ２１の一端２１Ａ近傍の外周面には雄ネジ２１Ｃが螺刻されており、外パイプ２１の一端２１Ａは小径部１２ｄまで延出し、雄ネジ２１Ｃと雌ネジ１２Ａとが螺合して小径部１２ｄ内面に固定される。外パイプ２１の一端２１Ａは小径部１２ｄ内において開口する。ここで、外パイプ２１は外パイプ部に相当し、内パイプ２２は内パイプ部に相当する。
【００１９】
内パイプ２２、外パイプ２１の他端２２Ｂ、２１Ｂは金型１０の外側に延出し、それぞれ入水室２３、出水室２４に接続されている。入水室２３、出水室２４は、それぞれホース２５、２６が接続されており、入水室２３に接続されたホース２５は、図示せぬ冷却水供給装置に連通し、出水室２４に接続されたホース２６は、図示せぬ排水槽等に連通する。
【００２０】
金型の冷却方法では、図示せぬ冷却水供給装置から入水室２３を介して内パイプ２２の他端２２Ｂから内側流路２０ｂ内に冷却水を供給する。冷却水は内パイプ２２の一端２２Ａへ至り小径部１２ｄ内に流入し、小径部１２ｄから外側流路２０ａへと流れ、外パイプ２１の他端２１Ｂから出水室２４を介して排出される。このように冷却水を流すことによって、金型の冷却方法が行われる。内側流路２０ｂ、外側流路２０ａは、それぞれ冷却水の往路、復路をなす。
【００２１】
大径部１２ｅが狭小部１０ｂの近傍の位置に狭小部１０ｂに沿って形成され、狭小部１０ｂ近傍の位置の冷却穴１２ａ内には外パイプ２１が設けられ、且つ、外パイプ２１の外周面と大径部１２ｅ内面との間に空間１２ｆが形成されるため、冷却水が直接冷却穴１２ａの内面に接触せず、且つ、冷却水によって冷却された外パイプ２１が大径部１２ｅ内面に接触しないようにすることかできる。このため、鋳造製品の薄肉部を成形する狭小部１０ｂ内の金属溶湯の冷却を極力抑えることができる。一方、小径部１２ｄは、広大部１０ｃ近傍の位置に形成され、冷却水が小径部１２ｄ内面に直接接触しているため、鋳造製品の厚肉部を成形する広大部１０ｃ内の金属溶湯を積極的に冷却することができる。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施の形態による金型及び金型の冷却方法について説明する。図２に示されるように、第２の実施の形態による金型は、外パイプ部３０が補助外パイプ３１とアダプタ３２とによって構成されている点で、第１の実施の形態による金型１０とは異なる。また、冷却穴４２ａの大径部４２ｅの形状も若干異なる。これら以外については、第１の実施の形態による金型１０と同一であり、説明を省略する。同一の部材については同一の符号を用いて説明する。
【００２３】
冷却穴４２ａの大径部４２ｅの一部であって冷却穴４２ａの外端４２ｃ近傍の位置は、小径部１２ｄに接続されている大径部４２ｅの位置よりも径の大きい拡径部４２ｇとなっている。補助外パイプ３１は中空円筒形状をなし、内パイプ２２を覆うようにして内パイプ２２の外側に同芯状に配設されている。補助外パイプ３１は、一端３１Ａが冷却穴４２ａの拡径部４２ｇ内に位置し他端３１Ｂが金型１０の外側に位置して、冷却穴４２ａの外端４２ｃの位置に配置されている。補助外パイプ３１の外径、内径は、第１の実施の形態による外パイプ２１の外径、内径とそれぞれ同一であり、軸方向の長さは、第１の実施の形態による外パイプ２１よりもはるかに短い。
【００２４】
補助外パイプ３１の一端３１Ａ部分には、アダプタ３２の一端部３２Ａが接続されている。アダプタ３２は略中空円筒形状をなしており、一端部３２Ａが大径部をなし、一端部３２Ａ以外の他端３２Ｂ寄りの部分は小径部をなす。大径部をなす一端部３２Ａの内径は補助外パイプ３１の外径よりもわずかに大きく、一端部３２Ａの外径は、冷却穴４２ａの拡径部４２ｇの径よりも小さい。
【００２５】
アダプタ３２の一端部３２Ａに対向する補助外パイプ３１の位置には、その周方向に沿って２本の溝が形成されている。これらの溝に、図２に示されるようにＯリング３３がそれぞれ係合することによって、アダプタ３２と補助外パイプ３１とは、互いに固定されて接続される。このため、アダプタ３２と内パイプ２２との間の空間と、補助外パイプ３１と内パイプ２２との間の空間とが連通して外側流路４０ａをなし、アダプタ３２と補助外パイプ３１とは液密に接続されている。ここで、アダプタ３２の他端３２Ｂは外パイプ部３０の一端に相当する。
【００２６】
小径部をなすアダプタ３２の他端３２Ｂ寄りの部分の外径、内径は、第１の実施の形態による外パイプ２１の外径、内径と等しい。アダプタ３２の小径部は、キャビティ１０ａの狭小部１０ｂに沿って内パイプ２２を覆うようにして内パイプ２２の外側に同芯状に配設されており、その他端３２Ｂは冷却穴４２ａの小径部１２ｄ内に位置する。アダプタ３２の他端３２Ｂ近傍の部分の外周面には雄ネジ３２Ｃが螺刻されており、この雄ネジ３２Ｃが、大径部４２ｅと接続されている小径部１２ｄの部分に螺刻された雌ネジ１２Ａと螺合することにより、アダプタ３２は小径部１２ｄ内面に固定されている。従って、アダプタ３２の他端３２Ｂは小径部１２ｄ内に開口する。
【００２７】
金型の冷却方法では、第１の実施の形態による金型の冷却方法と同様に、図示せぬ冷却水供給装置から入水室２３を介して内パイプ２２の他端２２Ｂから内側流路２０ｂ内に冷却水を供給する。冷却水は内パイプ２２の一端２２Ａへ至り小径部１２ｄ内に流入し、小径部１２ｄから外側流路４０ａへと流れ、補助外パイプ３１の他端３１Ｂから出水室２４を介して排出される。このように冷却水を流すことによって、金型の冷却方法が行われる。内側流路２０ｂ、外側流路４０ａは、それぞれ冷却水の往路、復路をなす。
【００２８】
アダプタ３２を補助外パイプ３１に接続するようにしたため、第１の実施の形態による金型の冷却構造１の外パイプ２１のように補助外パイプ３１を長くする必要はなく、従来の金型の冷却構造の外パイプを補助外パイプとして用いることができる。
【００２９】
本発明による金型、金型の冷却方法は上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、本実施の形態による金型の冷却方法では、内側流路２０ｂ、外側流路２０ａ、４０ａは、それぞれ冷却水の往路、復路をなしていたが、金型内において冷却穴が、鉛直上方上向きに形成されるような場合には、外側流路２０ａ、４０ａが往路をなし、内側流路２０ｂが復路をなすようにして、金型の冷却方法が行われてもよい。
【００３０】
この場合には、例えば内パイプ２２、外パイプ２１の他端２２Ｂ、２１Ｂに接続されている室がそれぞれ出水室、入水室をなす。出水室、入水室に接続されたホース２５、２６は、図示せぬ排水槽、図示せぬ冷却水供給装置にそれぞれ連通するように接続される。金型の冷却方法では、図示せぬ冷却水供給装置から入水室を介して、外パイプ２１の他端２１Ｂから、又は補助外パイプ３１の他端３１Ｂから外側流路２０ａ、４０ａ内に冷却水を供給する。冷却水は外パイプ２１の一端２１Ａへ至り小径部１２ｄ内に流入し、小径部１２ｄから内側流路２０ｂへと流れ、内パイプ２２の他端２２Ｂから出水室を介して排出される。このようにすることによって、小径部１２ｄの内面に均一に冷却水を接触させることができ、金型１０を安定して冷却させることができ、キャビティ１０ａで成形される製品の品質を安定させることができる。
【００３１】
また、冷却穴１２ａ、４２ａは、半径方向で切った断面が小径部１２ｄ、大径部１２ｅ、４２ｅのいずれの位置においても円形をなす略円柱形状であったが、大径部１２ｅ、４２ｅは断面が円形でなくてもよい。即ち、キャビティ１０ａの狭小部１０ｂに近い大径部の内面と外パイプ部の外周面との間に空間が形成されるような形状であればよい。
【００３２】
また、キャビティ１０ａの狭小部１０ｂよりも金型１０の外方の位置に、更に広大部が形成されている場合には、当該広大部を積極的に冷却するために、当該広大部近傍の冷却穴の位置を小径部としてもよい。この場合には、冷却穴を加工することによりこのような形状としてもよいが、当該広大部近傍の冷却穴内面に、熱伝導性リング状部材を装着することにより小径部としてもよい。
【００３３】
より具体的には、熱伝導性リング状部材の外径は、当該広大部近傍の冷却穴の径と同一であり、内径は外パイプの外径と同一であり、熱伝導性リング状部材の外周面は螺刻され、また、当該広大部近傍の冷却穴内面も螺刻ざれており、これらが互いに螺合することによって、熱伝導性リング状部材が冷却穴内面の当該広大部近傍の位置に固定される。
【００３４】
また、入水室２３、出水室２４には、ホース２５、２６がそれぞれ接続されていたが、ホース２５、２６に代えてチューブや銅パイプを用いてもよい。
【００３５】
また、可動型に冷却穴を形成し、冷却穴内に冷却パイプを配置するようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１記載の金型によれば、外パイプ部の一端は小径部まで延出して小径部内面に固定されているため、冷却穴の大径部内に外パイプ部を設けた構成とすることができ、冷却水が直接冷却穴の内面に接触しないようにすることができる。このため、鋳造される製品の薄肉部となる狭小部内の金属溶湯の冷却を抑えることができる。更に、冷却穴の外端寄りの部分は外パイプ部の他端寄りの部分の外径よりも大きい大径部をなし、外端寄りの部分の外周面と大径部内面との間に空間が形成されているため、冷却水によって冷却された外パイプに大径部内面が接触せず、鋳造される製品の薄肉部となる狭小部内の金属溶湯の冷却を極力抑えることができる。
【００３７】
一方、冷却穴の内端部は外パイプ部の一端の外径と略同一の内径を有する小径部を備え、外パイプ部の一端は小径部まで延出して小径部内面に固定されているため、鋳造される製品の厚肉部となる広大部内の金属溶湯を積極的に冷却することができる。このため、キャビティにて形成される製品の厚肉部に、引け巣が発生することを防止することができる。
【００３８】
請求項２記載の金型によれば、外パイプ部は、中空円筒形状の補助外パイプと略中空円筒形状をしたアダプタとを備える構成としたため、長い外パイプを用いずに、従来の同様の短い外パイプを補助外パイプとして用いることができる。
【００３９】
請求項３記載の金型の冷却方法によれば、鋳造される製品の厚肉部となる広大部の金属溶湯を積極的に冷却し、鋳造される製品の薄肉部となる狭小部の金属溶湯の冷却を極力抑えることができるので、キャビティにて形成される製品の厚肉部に引け巣が発生することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態による金型を示す断面図。
【図２】 本発明の第２の実施の形態による金型を示す断面図。
【図３】 従来の金型を示す断面図。
【符号の説明】
１ 金型の冷却構造
１０ 金型
１０ａ キャビティ
１０ｂ 狭小部
１０ｃ 広大部
１０ｆ 境界近傍位置
１２ａ、４２ａ 冷却穴
１２ｂ 内端部
１２ｃ、４２ｃ 外端
１２ｄ 小径部
２０冷却パイプ
２０ａ 外側流路
２０ｂ 内側流路
２１ 外パイプ
２１Ａ、２２Ａ 一端
２１Ｂ 他端
２２ 内パイプ
３１ 補助外パイプ
３２ アダプタ
３２Ａ 一端
３２Ｂ 他端

Claims (3)

1. 外パイプ部の中に内パイプ部が同芯状に配設されて該外パイプ部と該内パイプ部との間の空間が外側流路とされ、該内パイプ部内部の空間が内側流路とされ、該内側流路又は該外側流路が冷却水の往路又は復路をなす冷却パイプと、
   該冷却パイプが配置される冷却穴と、
   キャビティとを有し、
   該冷却穴には該冷却穴の内端部に該内パイプ部の一端が位置するように配置され、
   該キャビティは、該キャビティ内で鋳造される製品の薄肉部を成形する狭小部と厚肉部を成形する広大部とを備え、該広大部は該狭小部よりも内方に位置し、
   該冷却穴の該内端部は該広大部の近傍に位置し、該冷却穴の外端寄りの部分の一部は該狭小部の近傍に位置する金型において、
   該冷却穴の該内端部は該外パイプ部の一端の外径と略同一の内径を有する小径部を備え、該外パイプ部の該一端は該小径部まで延出して該小径部内面に螺合することにより固定され、該冷却穴の該外端寄りの部分は該外パイプ部の外径よりも大きい大径部をなし、該外パイプ部の外周面と該大径部内面との間に空間が形成され、該大径部と該小径部とは該狭小部と該広大部との境界近傍位置において接続されていることを特徴とする金型。
2. 該外パイプ部は、中空円筒形状の補助外パイプと略中空円筒形状をしたアダプタとを備え、該アダプタは、該狭小部に沿って該内パイプ部を覆うようにして該内パイプ部の外側に同芯状に配設され、該補助外パイプは該冷却穴の外端部に配置され、該アダプタの一端は該補助外パイプの一端に液密に接続され、該アダプタの他端は該外パイプ部の該一端をなして該小径部まで延出していることを特徴とする請求項１記載の金型。
3. 請求項１又は請求項２記載の金型を用いて金型の冷却を行うことを特徴とする金型の冷却方法。

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