JP4282807B2

JP4282807B2 - 溶湯材凝固成形法

Info

Publication number: JP4282807B2
Application number: JP01330099A
Authority: JP
Inventors: 達彦浜口
Original assignee: Aisin Takaoka Co Ltd
Current assignee: Aisin Takaoka Co Ltd
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2019-01-21
Also published as: JP2000210756A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶湯材凝固成形法に関する。本発明は、例えば、注入鋳込みが困難な難鋳込み材の凝固成形に適する。
【０００２】
【従来の技術】
炭化珪素粒子などの強化材をアルミ系溶湯に含ませた溶湯材を例にとって説明する。この溶湯材は流動性が低く、注入鋳込み成形が容易ではない。
【０００３】
この溶湯材から凝固成形品を得るにあたっては、従来、成形キャビティと、成形キャビティに連通する湯道と、湯口とをもつ金型を用いる。そして溶湯材を湯口から注入することにより、湯道を経て成形キャビティに溶湯材を充填し、それから溶湯材を凝固させるようにしている。
【０００４】
上記した方法では、注入の際に、溶湯材に空気が巻き込まれるおそれがある。殊に、炭化珪素粒子などの強化材をアルミ系溶湯に含ませた溶湯材は、流動性が悪いため、空気が巻き込まれ易い。そのため、空気の巻き込みに起因する凝固欠陥を低減させることは必ずしも容易ではなく、鋳巣や引け巣等の凝固欠陥が凝固成形品に生じることが多い。
【０００５】
また特開昭６３−３１７２３５号公報には、成形キャビティをもつ金型にスライド可能な複数個の分割型を設け、成形キャビティ内に注入した金属溶湯の凝固を待って、分割型を後退させることにより、凝固部分と分割型との間に隙間を形成し、隙間により凝固成形品の冷却速度を低減させ、無チル化を図る技術が開示されている。この公報技術は、分割型を後退させることにより凝固成形品の冷却を遅らせるものであり、促進させるものではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した方式とは異なり、型締め完了前に、下型に貯留されている溶湯材に上型の一部を積極的に接触させて接触部分の溶湯材の凝固を促進させ、その後に、上型と下型とを型締めすることにより、凝固成形品における凝固欠陥を低減するのに有利な溶湯材凝固成形法を提供することを課題とするにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る溶湯材凝固成形法は、成形キャビティを区画する第１型面をもつ下型と、前記成形キャビティを前記第１型面と共に区画する第２型面と下方に突出する突出型部とをもつ上型とを用い、前記上型と前記下型とを型開きした状態で、溶湯材を前記下型の第１型面に貯留する工程と、前記上型を前記下型に向けて相対的に下降させて前記上型と前記下型とを型締めし、前記成形キャビティで凝固成形品を得る工程とを実施する溶湯材凝固成形法であって、前記上型と前記下型との型締め完了に先立ち、前記上型の突出型部を前記溶湯材に優先的に接触させ、前記溶湯材のうち前記突出型部に接触している溶湯材部分の凝固を促進させ、その後、前記上型と前記下型との型締めを完了するようにしたことを特徴とするものである。
【０００８】
上記した本発明に係る凝固成形法によれば、上型と下型とを型開きした状態で、溶湯材を下型の第１型面に貯留するため、ダイカスト法や重力鋳造法とは異なり、型締めされた型の成形キャビティに速い注入速度で溶湯材を注入せずとも良い。そのため溶湯材への空気の巻き込みの低減を図り得る。
【０００９】
本発明に係る凝固成形法によれば、上型と下型との型締め完了に先立ち、上型の突出型部を溶湯材に優先的に接触させ、溶湯材のうち突出型部に接触している溶湯材部分の凝固を促進させる。このように溶湯材のうち、突出型部に接触している溶湯材部分の凝固を優先的に促進させるため、凝固成形品のうち強度が要請される部位付近に上型の突出型部を配置しておけば、凝固成形品のうち強度が要請される部位付近の凝固欠陥の低減を図り得る。
【００１０】
本発明に係る溶湯材凝固成形方法の実施に使用できる成型装置は、成形キャビティを区画する第１型面をもつ下型と、成形キャビティを第１型面と共に区画する第２型面と下方に突出する入子式の突出型部とをもつ上型とで構成され、上型は、上型本体と、上型本体に設けられ突出型部を進退可能に収容する収容室と、突出型部が収容室から突出する第１形態と突出型部を収容室に引き込ませる第２形態とに切替可能な作動部とを備えていることができる。
【００１１】
上記した凝固成形装置によれば、突出型部が上型の収容室から突出する第１形態に設定した状態では、上型と下型との型締めが完了する前であっても、下型に貯留されている溶湯材に上型の突出型部を接触させ易い。そのため、上記した凝固成形方法を実施するのに有利となる。また上型と下型との型締めが完了するときには、上型の突出型部を上型の収容室に引き込ませる第２形態に維持することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明方法で用いる溶湯材としては、液相と固相とが混在するものを採用できるし、あるいは、実質的に液相からなるものも採用できる。前者の溶湯材としては、例えば、金属溶湯に強化材を分散させたものを採用できる。
【００１３】
金属溶湯としては、鉄系溶湯でも良いし、軽金属系溶湯でも良い。鉄系溶湯としては、鋳鉄系、鋳鋼系を採用できる。軽金属系溶湯としてはアルミ系、亜鉛系、スズ系、銅系等を採用できるが、これらに限定されるものではない。強化材としては、粒子状でも繊維状でも良い。強化材の材質としては特に限定されず、例えば炭化珪素、アルミナ、シリカ、初晶シリコン等を適宜選択できる。強化材の配合割合も特に限定されず、適宜選択できる。
【００１４】
本発明方法によれば、まず、流動性をもつ高温の溶湯材を下型の第１型面に貯留する。この場合には、溶湯材の量を予め測定しておき、測定した溶湯材を下型に貯留することが好ましい。材料歩留まりの向上を図るのに有利となる。
【００１５】
本発明方法によれば、上型と下型との型締めの完了に先立ち、上型の突出型部を溶湯材に優先的に接触させる。これにより溶湯材のうち上型の突出型部に接触している溶湯材部分の凝固を促進させる。溶湯材のうち上型の突出型部に接触している溶湯材部分の凝固をある程度進行させた後に、上型と下型との型締めを完了する。型締め完了前では溶湯材にはまだ液相部分が残っているため、型締め完了後に、貯留されている溶湯材の凝固が完了し、上型の第２型面と下型の第１型面とで形成された目標形状をもつ凝固成形品が得られる。
【００１６】
本発明方法では、上型は、上型本体と、上型本体に設けられ入子式の突出型部を進退可能に収容する収容室と、突出型部が収容室から突出する第１形態と突出型部を収容室に引き込ませる第２形態とに切替可能な作動部とを備えた構成にすることが好ましい。
【００１７】
上記した作動部は、突出型部を下型に向けて付勢する付勢バネで形成することができるが、場合によっては、空圧シリンダや液圧シリンダなどのシリンダ装置で形成しても良い。
【００１８】
本発明方法によれば、好ましくは、下型は、上向きに突出する案内突部をもち、上型の突出型部は、案内突部が嵌合する嵌合凹部と、この嵌合凹部を包囲する環状突部とを備えている構成を採用することができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照して説明する。
【００２０】
本実施例に係る凝固成形品１はアルミ系の円盤状部品である。図1,図２はこの凝固成形品１を示す。凝固成形品１は車両のブレーキ部品（ディスクブレーキ部品）に使用される。図１，図２に示すように、円盤状部品である凝固成形品１は、ハット部１０と、ハット部１０から半径方向外方に延設されたリング形状の摺動盤部１５とを備えている。
【００２１】
ハット部１０は、円盤部１２と、円盤部１２から立設された筒壁部１３とをもつ。円盤部１２は、厚み方向に貫通する円形状の中央孔１１ａと、中央孔１１ａの周囲に形成された複数個の取付孔１１ｂとをもつ。筒壁部１３は、軸芯に沿った内壁面１３ｓ及び外壁面１３ｔをもつ。ハット部１０は、使用状況を考慮すれば、特に強度が要請される強度要請部位である。
【００２２】
摺動盤部１５は、実質的に互いに平行なリング形状の摩擦摺動面１５ａ，１５ｂをもつ。
【００２３】
図３〜図７は、使用する凝固成形装置を示す。図３〜図７に示すように、下型２は耐熱鋼系で形成されている金型であり、固定型として機能する。下型２は成形キャビティＰを区画する第１型面２０をもつ。下型２の成形キャビティＰの中央域には、ほぼ円柱状をなす上向きの案内突部２１が立設されている。案内突部２１の上端部は、下型２に貯留された後述する溶湯材９の液面よりも上方に位置している。案内突部２１は、後述する入子型４０を型締め時に案内する機能をもつ。案内突部２１の回りに第１リング溝２２が同軸的に形成され、第１リング溝２２の外側に浅底状の第２リング溝２３が同軸的に形成され、第２リング溝２３の外側に上向きに突出するリング状突部２４が同軸的に形成され、リング状突部２４の外側にオーバフロー溝２５が同軸的に形成されている。オーバフロー溝２５は、溶湯材が過剰であったとき、オーバフローした溶湯材を溜める空間である。
【００２４】
下型２の第１型面２０は、案内突部２１の外周面である型面部分２０ａ、第１リング溝２２を形成する型面部分２０ｂ、第２リング溝２３を形成する型面部分２０ｃ、リング状突部２４の内周面である型面部分２０ｅを備えている。図８は下型２の平面図を示す。図８に示すように下型２には、離型用の押し出しピン２ｋが搭載され、前記取付孔１１ｂの位置に対応するようになっている。
【００２５】
図３〜図７に示すように、上型３は耐熱鋼系で形成されている金型であり、油圧シリンダ等で構成された上型駆動源３１で矢印Ｙ２，Ｙ１方向に昇降する可動型として機能する。上型３は、成形キャビティＰを第１型面２０とともに区画する第２型面３０と、リング状の位置決め孔３６とをもつ。位置決め孔３６は、下型２のリング突部２４と嵌合して下型２と上型３とを位置決めする。
【００２６】
本実施例では、型締め全体力をＦとし、成形キャビティＰの投影面積をＳとすれば、型締め力（Ｆ／Ｓ）は１０〜１５ＭＰａ程度であり、溶湯鍛造法に比較してかなり小さい。
【００２７】
上型３の主体をなす上型本体３ａには、これを厚み方向に貫通する収容室３３が設けられている。収容室３３には、突出型部としての入子型４０が矢印Ｙ１,Ｙ２方向に進退可能に収容されている。入子型４０は金属特に耐熱鋼で形成されており、下型２の案内突部２１が嵌合する嵌合凹部４１と、嵌合凹部４１を包囲する下向きの環状突部４２とを備えている。
【００２８】
図３に示すように、上型本体３ａには閉鎖体５０が取付られている。閉鎖体５０により収容室３３の上部は閉鎖されている。閉鎖体５０には、入子型４０を加圧可能なストッパ突起５４、入子型４０を下型２に向けてつまり矢印Ｙ１方向に付勢する付勢手段として機能する付勢バネ５２が下向きに取り付けられている。付勢バネ５２は作動部として機能するものであり、常時に入子型４０を下型２に向けてつまり矢印Ｙ１方向に付勢する。
【００２９】
図３から理解できるように、付勢された入子型４０の係合部４０ｓが上型本体３ａの被係合部３ｓに係合するため、矢印Ｙ１方向への入子型４０の脱落が防止されている。この状態では、入子型４０が付勢バネ５２で付勢されているため、入子型４０は収容室３３から下方につまり矢印Ｙ１方向に突出する第１形態Ｍ１とされている。
【００３０】
使用の際には、高温の溶湯材９を予め所要量計量しておく。そして図３に示すように、計量済みの溶湯材９を下型２の第１型面２０の上に貯留する。殊に図３に示すように、溶湯材９を第１リング溝２２と第２リング溝２３とに貯留する。
【００３１】
本実施例で用いた溶湯材９は、アルミ合金（ＪＩＳ−ＡＣ４Ａ相当材）の溶湯に粒子状の強化材（平均粒径：約５〜５０μｍ）を分散させたものである。強化材は炭化珪素（ＳｉＣ）の粒子である。炭化珪素の粒子は硬質粒子であり、凝固成形品１の耐摩耗性を高めるのに寄与する。本実施例では、溶湯材９における配合割合は、一般的には、強化材が約１７〜２２体積％であり、溶湯が７８〜８３体積％である。この溶湯材９は強化材を含むため、流動性がかなり低く、難鋳込み材料の１種である。
【００３２】
本実施例においては溶湯材９を成形キャビティＰに速い注入速度で注入する方式ではなく、型締め前に、予め、下型２に溶湯材９を貯留する方式である。そのため、溶湯材９の流動性がかなり低いときであっても、貯留の際における溶湯材９への空気巻き込み等を抑えるのに有利となり、空気の巻き込みに起因する凝固欠陥を抑制するのに有利である。
【００３３】
上記したように貯留操作を終えたら、上型駆動源３１を駆動させることにより、上型３を下型２に向けて矢印Ｙ１方向に下降させる。下降に伴い、図４から理解できるように、入子型４０の嵌合凹部４１が下型２の案内突部２１に嵌合するため、下型２と上型３との位置合わせが確実となる。位置合わせ後に、入子型４０の環状突部４２が溶湯材９に接触する。
【００３４】
本実施例においては、上型３と下型２との型締めが完了するに先立ち、図５から理解できるように、上型３の入子型４０の環状突部４２の先端部が優先的に溶湯材９に接触して押し込められる。よって、下型２に貯留されている溶湯材９のうち、入子型４０の環状突部４２の先端部付近の溶湯材部分９ｘは早期に凝固する。
【００３５】
溶湯材部分９ｘが凝固したときでも、第２リング溝２３付近の他の溶湯材部分９ｙは凝固があまり、あるいは、ほとんど進行していない。
【００３６】
その後、上型３が更に下降するため、図６から理解できるように、下型２のリング状突部２４が上型２の位置決め孔３６に嵌合して位置決めされるとともに、上型３の型合わせ面３ｅと下型２の型合わせ面２ｅとが合わさり、上型３と下型２との型締めが完了する。
【００３７】
このように上型３と下型２との型締めが完了しているときには、図６，図７から理解できるように、付勢バネ５２を弾性収縮させつつ入子型４０が第２形態Ｍ２となり、入子型４０は上型本体３ａに対して矢印Ｙ２方向に後退して引き込まれている。つまり収容室３３への入子型４０の後退量が増加している。また図７から理解できるように、入子型４０の上端部４０ｕがストッパ突起５４に当接し、入子型４０は矢印Ｙ２方向にそれ以上後退して引き込まれることはない。
【００３８】
このように矢印Ｙ１，Ｙ２方向における入子型４０の位置が規定されているため、下型２の型面部分２０ｂと入子型４０の先端面との距離ＬＭが実質的に一定値に規定される。従って凝固成形品１のハット部１０の円盤部１２の肉厚を規定することができる。
【００３９】
本実施例によれば、前記したように、下型２の第１型面２０に貯留されている溶湯材９は、上型３の中央域に装備されている入子型４０により凝固が促進されるため、溶湯材９の凝固が成形キャビティＰの中央側から外周側に進行する凝固指行性が得られ易い。
【００４０】
以上説明したように本実施例によれば、溶湯材９を成形キャビティＰに速い注入速度で注入する方式ではなく、型締め前の下型２の第１型面２０に溶湯材９を予め貯留する方式である。そのため溶湯材９の流動性がかなり低いときであっても、溶湯材９への空気巻き込み等を抑えるのに有利となる。故に、空気の巻き込みに起因する凝固欠陥を抑制するのに有利である。
【００４１】
また、本実施例によれば、下型２と上型３との型締め完了に先立ち、下型２の第１型面２０に貯留されている溶湯材９のうち、入子型４０の環状突部４２の先端部付近の溶湯材部分９ｘの熱は、入子型４０に触れて入子型４０に伝達されるため、溶湯材部分９ｘは早期に凝固する。早期に凝固した部分では、冶金上、鋳巣や引け巣等の凝固欠陥を低減できる。そのため本実施例においては、円盤状の凝固成形品１のうち強度要請部位の一つであるハット部１０付近における凝固欠陥を効果的に低減でき、ハット部１０付近における強度確保に有利となる。
【００４２】
更に本実施例によれば、溶湯鍛造法に比較してかなり小さい型締め力で凝固成形品１を製造することができる。
【００４３】
（他の実施例）
図９は他の実施例を示す。この実施例は前記した実施例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。ただし、この実施例では、上型３には、付勢バネ５２に替えてシリンダ装置８が装備されている。シリンダ装置８は、図略の流体室をもつシリンダ本体８０と、シリンダ本体８０に対して前進後退可能なシリンダロッド８２とをもつ。シリンダ本体８０は固定部８０ｃにより上型３に固定されている。シリンダロッド８２の先端部は入子型４０に連結されている。シリンダ本体８０の流体室に作動油または空気等の流体が供給されると、シリンダ装置８のシリンダロッド８２が矢印Ｙ１方向に前進する。シリンダロッド８２が矢印Ｙ１方向に前進したときには、入子型４０が収容室３３から大きく突出する第１形態Ｍ１とされる。シリンダ装置８のシリンダロッド８２が矢印Ｙ２方向に後退したときには、入子型４０を収容室３３に後退させて引き込ませる第２形態に切替られる。
【００４４】
図１０は更に他の実施例を示す。この実施例は前記した実施例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。ただし、この実施例では、下型本体２ａと別体をなす案内突部２１Ｂを設け、案内突部２１Ｂを下型本体２ａの取付孔２９に立設状態に固定している。この場合には、案内突部２１Ｂは、下型本体２ａよりも耐摩耗性が良い材料で形成されている。そのため案内突部２１Ｂと入子型４０との嵌合が多数回にわたっても、案内突部２１Ｂの耐久性を確保できる。また、案内突部２１Ｂの交換も容易に行うことができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明方法によれば、溶湯材を成形キャビティに速い注入速度で注入する方式ではなく、型締め前の下型に溶湯材を予め貯留する方式であるため、溶湯材の流動性がかなり低いときであっても、溶湯材への空気巻き込み等を抑えるのに有利となり、空気の巻き込みに起因する凝固欠陥を抑制するのに有利である。
【００４６】
更に本発明方法によれば、下型と上型との型締め完了に先立ち、下型に貯留されている溶湯材のうち、上型の突出型部の先端部付近の溶湯材部分は早期に凝固する。早期に凝固した部分では、鋳巣や引け巣等の凝固欠陥を低減できる。そのため本発明方法によれば、凝固成形品のうち入子型が接触した部位付近における強度確保に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】凝固成形品の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】下型に溶湯材を貯留した状態を示す断面図である。
【図４】下型に貯留した溶湯材に向けて上型を接近させた状態を示す断面図である。
【図５】下型に貯留した溶湯材に上型の入子型を接触させた状態を示す断面図である。
【図６】下型と上型との型締めを完了した状態を示す断面図である。
【図７】下型と上型との型締めを完了した状態において入子型付近を拡大して示す拡大断面図である。
【図８】下型の平面図である。
【図９】他の実施例に係り、型締めする前における下型と上型とを示す断面図である。
【図１０】他の実施例に係り、型締めした後における下型と上型とを示す断面図である。
【符号の説明】
図中、１は凝固成形品、１０はハット部、２は下型、２０は第１型面、３は上型、３０は第２型面、４０は入子型（突出型部）、５２は付勢バネ（作動部）を示す。

Claims

成形キャビティを区画する第１型面をもつ下型と、
前記成形キャビティを前記第１型面と共に区画する第２型面と下方に突出する突出型部とをもつ上型とを用い、
前記上型と前記下型とを型開きした状態で、溶湯材を前記下型の第１型面に貯留する工程と、
前記上型を前記下型に向けて相対的に下降させて前記上型と前記下型とを型締めし、前記成形キャビティで凝固成形品を得る工程とを実施する溶湯材凝固成形法であって、
前記上型と前記下型との型締め完了に先立ち、前記上型の突出型部を前記溶湯材に優先的に接触させ、前記溶湯材のうち前記突出型部に接触している溶湯材部分の凝固を促進させ、
その後、前記上型と前記下型との型締めを完了するようにしたことを特徴とする溶湯材凝固成形法。
請求項１において、前記突出型部は前記上型に対して入子式に設けられており、前記上型は、上型本体と、前記上型本体に設けられ前記突出型部を進退可能に収容する収容室と、前記突出型部が前記収容室から突出する第１形態と前記突出型部を前記収容室に引き込ませる第２形態とに切替可能な作動部とを備えていることを特徴とする溶湯材凝固成形法。
請求項２において、前記作動部は、前記収容室から突出するように前記突出型部を付勢する付勢バネであることを特徴とする溶湯材凝固成形法。
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記下型は、上向きに突出する案内突部をもち、前記突出型部は、前記下型の案内突部が嵌合する嵌合凹部と前記嵌合凹部を包囲する環状突部とを備えていることを特徴とする溶湯材凝固成形法。