JP4509045B2

JP4509045B2 - 金型

Info

Publication number: JP4509045B2
Application number: JP2006044044A
Authority: JP
Inventors: 英紀伊田; 和也松本; 滋樹前川; 浩之中妻
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2026-02-21
Also published as: JP2007222880A

Description

この発明は、金型、特に内部冷却性能を高めたダイカスト用金型に関するものである。

ダイカスト用金型においては、キャビティ内に注入された溶融金属を凝固させるため、金型の内部に冷却水を通水するための冷却水用通路が設けられている。プランジャーチップによって高速で射出され、高圧で押し出された溶融金属（以下、溶湯という）が衝突する部位は、この高圧に耐えることができるように金型の肉厚を厚くしておく必要がある。このため、従来のダイカスト金型においては、冷却水用通路に冷却水を通水したとしても、冷却水から溶湯接触面までの距離が長いため、所望の冷却効果が得られないという問題があった。

一方、このような問題を解決するための技術も提案されている。即ち、溶湯が接する部分の金型の肉厚を比較的薄肉（５〜１５ｍｍ）とするが、冷却水用通路内に当該薄肉部を内側から支える部材を設置し、金型の強度確保と冷却性能の両立を図るようにしている。（例えば特許文献１参照）。

特開２００５―７４４４５号公報（段落００１４、図４）

しかしながら、特許文献１に示された技術では、冷却水と溶湯接触面との間は薄肉の単一部材で構成されているため、金型にクラックが発生、進展した場合には、冷却水用通路と溶湯が注入されるキャビティとが連通することになり、冷却水がキャビティに噴出し、ダイカスト成形をすることができなくなるという問題点があった。また、噴出した水と溶湯とが接触することによって水蒸気爆発が生じる恐れもあった。

この発明はこのような問題点に対処するためになされたもので、ダイカスト用金型の冷却性能を高めつつ、万一表面（溶湯接触面）を構成する部分にクラックが発生した場合であっても、冷却水が金型表面へ噴出する事態を防止することができる金型を提供することを目的とする。

この発明に係る金型は、熱間工具鋼によって構成され、開口部を有する挿入穴が形成された外側部材と、冷却水が通流され一端が閉塞された空間を有し、銅または銅合金によって構成された内側部材とを備え、上記内側部材を上記一端側から上記外側部材の挿入穴に密着挿入すると共に、上記内側部材の外周面または上記外側部材の挿入穴の内周面に上記開口部に連通する空気逃がし溝を形成したものである。

この発明によれば、外側部材の挿入穴に、高熱伝導率を有する銅または銅合金からなる内側部材を密着挿入したことにより、金型全体を鋼材で構成した場合よりも高い冷却性能を有し、かつ、表面にクラックが発生した場合でも溶湯接触面に冷却水が噴出することなく高い安全性を確保することができるものである。また、内側部材の外周面または外側部材の挿入穴の内周面に開口部に連通する空気逃がし溝を形成しているため、内側部材を圧入する際に内側部材と外側部材との界面に残存する空気を開口部に排出することができ、内側部材の閉塞部の外面と外側部材の溶湯接触面を構成する部分の内面とを良好な状態で接触させることができ、高い冷却性能を得ることができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１による金型の構成を示す断面図である。図１は例えば型締力３５０トンのダイカストマシン用金型の一部を構成する分流子型に適用した場合を示している。（「分流子型」とはプランジャーチップにより射出された溶湯を、スリーブからキャビティに連通している複数の湯道に分岐させる役目をする金型部品である。）

この実施の形態に係る金型１００は、外側部材１０１と、冷却水用空間１０２が設けられ一端が閉塞された内側部材１０３とから構成されている。外側部材１０１はダイカスト用金型に一般的に用いられる熱間工具鋼のＳＫＤ６１材（熱伝導率２７Ｗ／（ｍ・Ｋ））から構成され、開口部１０１Ａを有する挿入穴１０１Ｂが溶湯との接触面１０６に向けて形成されており、溶湯接触面１０６を形成する部分１０４の肉厚は５mmとされている。

また、内側部材１０３は純銅（熱伝導率３９０Ｗ／（ｍ・Ｋ））から構成され、内部に形成された冷却水用空間１０２は一端１０２Ａが閉塞され、この閉塞部１０５が上述した外側部材１０１の溶湯接触面１０６を形成している部分１０４の内面に当接するようにされ、かつ、閉塞部１０５の肉厚は１０ｍｍとされている。

内側部材１０３の冷却水用空間１０２には図２に示すようなスポット式冷却管１０７が挿入され、循環する冷却水によって、溶湯から入熱された熱を奪熱するようにされている。そして、上述した分流子型１００は図２に示すように、プランジャーチップ２０１によって高速射出される溶湯２０３を金型２０４、２０５によって形成されたキャビティ２０２内に連通する湯道に分岐させる位置に設置されている。

一方、内側部材１０３の外側部材１０１の挿入穴１０１Ｂへの挿入は、図示しない油圧プレスで圧入して嵌合している。この場合、内側部材１０３の外径を挿入穴１０１Ｂの内径より大きくし、径の差分を圧入時に収縮させる締め代としている。この締め代は金型の冷却に大きく影響するため、締め代の大きさと冷却性能との関係を確認するためのテストを行なった。

このテストは次表のＢ〜Ｈに示すように、締め代を５μm〜100μmの間で種々の値に設定した分流子型１００について、溶湯接触面１０６からヒータによって３００Ｗの一定入熱を与え、位置Ｐにおける熱抵抗を測定した。テストではまた、次表のＡに示すように、内側部材１０３の外径を挿入穴１０１Ｂの内径より25μm小さく設定し、内側部材１０３と外側部材１０１との間にクリアランスが生ずるケースをも設定し、これらの各ケースと、内側部材１０３と外側部材１０１とを単体としてSKD６１材のみで構成した場合の熱抵抗と比較するようにした。テスト結果は次表の通りである。

即ち、締め代が２５μｍより大きくなる（実施例Ｅ〜Ｈ）と熱抵抗値はほぼ一定になり、従来のＳＫＤ６１材単体で構成されている分流子型と比べて熱抵抗を約４０％低減することが可能となった。また、締め代が５μｍ〜１９μｍ（実施例Ｂ〜Ｄ）の場合にはＳＫＤ６１単体の分流子型に比べて熱抵抗値は低減するものの、その値は締め代が２５μｍを超える場合より大きくなる。更に、内側部材１０３と外側部材１０１の間にクリアランスがある実施例Ａの場合には、両部材の界面に空気層が残存していると考えられるため、ＳＫＤ６１材単体で構成した場合よりも熱抵抗値は大きくなり、金型の冷却性能は低下する。

なお、この実施の形態による金型は上述のように油圧プレスを用いて内側部材１０３を外側部材１０１に圧入しているが、締め代が５０μｍを超えると圧入するための加圧力が急激に大きくなるため、生産性を考慮すると、締め代は５０μｍより小さくすることが好ましい。ただし、圧入以外の方法、例えば焼き嵌め等で内側部材１０３を外側部材１０１の挿入穴１０１Ｂに嵌合させる場合には締め代を５０μｍより大きくしても問題はない。

また、冷却水用空間１０２が設けられている内側部材１０３は純銅という伸びが大きく、鉄鋼材料よりも耐食性の良い材料で構成されているため、従来のＳＫＤ６１材に比べて内側部材１０３にクラックが入りにくいというメリットもある。また万一、外側部材１０１にクラックが発生しても、冷却水用空間１０２は内側部材１０３で覆われているため、冷却水が溶湯接触面１０６に噴出することもなく鋳造作業の安全性を高めることができる。

さらに、この実施の形態による分流子型を用いることによって次のような経済的効果を得ることができる。即ち、実生産においては、図２に示すように、鋳造後に「ビスケット」と呼ばれる余肉部分２０３（３５０トンダイカストマシンの場合、直径７０〜８０ｍｍ、厚さ３０〜５０ｍｍの分流子型に接する固まり）が出来、この余肉部分２０３をロボットに掴ませて、ダイカスト製品を金型から取り出す方法が一般的に採用されている。

通常、この「ビスケット」部２０３が製品において熱容量の最も大きい箇所であり、完全に凝固するまでの時間が最も長い場所となる。この部分が完全に凝固する前に製品を取り出すと、余肉部分が破裂し、ロボットがこの余肉部分をうまく掴むことができず、製品を型から取り出すことができなくなる。そこで、この余肉部分の凝固完了を待ってから製品を金型から取り出す必要があるため、この部分がサイクルタイムの律速箇所となる。

実施の形態１による金型（分流子型）は、上述したように従来のSKD６１材単体から構成される分流子型よりも冷却能力が高いため、この分流子型を用いることによって熱容量の大きいビスケット部の凝固を従来型に比べて一段と促進させることができ、その結果、サイクルタイムの短縮が可能となる。これによって、生産性を大幅に向上させることができ、製品１個当たりの単価を低減することが可能となる。

この発明はまた、上述した分流子型１００以外の部分に、実施の形態１による金型構造を適用することも可能である。例えば、図３に示すように製品部を形成する金型キャビティ２０２（以下、製品部キャビティという）を構成する金型２０４、２０５に適用することが可能である。この場合、外側部材３０１の挿入穴に冷却水用空間３０２が設けられた内側部材３０３を圧入等によって嵌合させて製作することは実施の形態１と同様である。この金型構造を製品部キャビティに適用することにより、製品部の凝固時間（チルタイム）を短縮することが可能となり、特に、厚肉製品の場合、製造コストの削減効果が大きい。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図４は、実施の形態２による金型の構成を示す断面図である。この図に示すように、実施の形態２による金型は、内側部材１０３の外周面に空気逃がし溝４０１を設けたものである。このような構成とされた金型においては、締め代のある内側部材１０３を油圧プレス等で外側部材の挿入穴に圧入する際に、内側部材１０３と外側部材１０１との界面に残存する空気を空気逃がし溝４０１を経て開口部に排出しながら内側部材１０３を外側部材１０１の挿入穴１０１Ｂに挿入することができるため、内側部材１０３の閉塞部１０５の外面と外側部材１０１の溶湯接触面１０６を構成する部分１０４の内面とを良好な状態で接触させることができ、高い冷却性能を得ることができる。

なお、この実施の形態における空気逃がし溝４０１の寸法は例えば幅２ｍｍ、深さ１ｍｍ程度とされる。また、空気逃がし溝４０１の形成は内側部材１０３の外周面に限られるものではなく、外側部材１０１の挿入穴１０１Ｂの内周面に形成しても同様な効果を期待することができる。
なお、図４においては分流子型への適用例を示したが、図３に示すように製品部キャビティを構成する金型に空気逃がし溝を適用することも可能である。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図５は、実施の形態３による金型の構成を示す断面図である。この実施の形態は、内側部材１０３と外側部材１０１の接触面に伝熱グリース層５０１を設けるものである。熱伝導率が０．９Ｗ／ｍ・Ｋの伝熱グリースを用いた場合の本実施の形態における熱抵抗値の測定結果を次表に示す。
なお、測定条件は実施の形態１と同じであり、また実施の形態１と同様に内側部材１０１と外側部材１０３の締め代を種々の値に設定して測定を行なった。

この表から分かるように、伝熱グリース層５０１を設けた場合は内側部材１０３と外側部材１０１の間に２５μｍの空間が存在する場合（実施例Ａ）であっても、金型の熱抵抗値はSKD６１単体の場合と比較して約４５％低減されている。また、実施例Ｂ〜Ｈに示すように、締め代の寸法にかかわらず、熱抵抗値はほぼ一定の値となる。

したがって、この実施の形態によれば、内側部材１０３と外側部材１０１との接触が万一緩くなった場合でも充分に熱伝達を確保することができる。また、経年変化等により、内側部材１０３と外側部材１０１との界面に隙間が生じた場合であっても、この実施の形態のように内側部材１０３と外側部材１０１との界面に伝熱グリースを塗布しておくことにより常時良好な冷却性能を得ることができる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態４による金型の構成を示す断面図である。この実施の形態においては、内側部材１０３の外周面に凸状のリング状の突起部６０１が形成され、外側部材１０１の挿入穴１０１Ｂの内周面に上記突起部６０１に対応した凹部（符号省略）が形成されている。

このような構成とされた金型においては、突起部６０１の存在により内側部材１０３の位置を外側部材１０１に対して固定することができるため、外側部材１０１と内側部材１０３の接触状態を良好なまま保持することができる。この突起部６０１は図６に示すように１箇所に形成する構成でもよいし、図７に示すように２箇所に形成してもよく、更に３箇所以上に形成してもよい。形成する位置や形状についても特段の制限はない。

なお、具体的には、突起部６０１の高さは数百μｍであり、幅は数ｍｍとされるが、内側部材１０３を構成する銅材の弾性率は外側部材１０１を構成する鉄鋼材料の弾性率よりも小さいためプレスの圧入により問題なく挿入することができる。

また、図６、図７では突起部６０１はリング状として示したが、リング状とせずに部分的な突起部として形成してもよい。更に、突起部６０１を外側部材１０１の挿入穴１０１Ｂの内周面に形成し、その突起部に対応する凹部を内側部材１０３の外周面に形成するようにしてもよい。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５を図にもとづいて説明する。図８は、実施の形態５による金型の構成を示す断面図である。この実施の形態においては、内側部材１０３の外周面に雄ねじ８０１を形成し、外側部材１０１の挿入穴１０１Ｂの内周面に雌ねじ８０２を形成して両者を螺合することにより内側部材１０３を外側部材１０１内に挿入している。
また、雄ねじ８０１と雌ねじ８０２の隙間には伝熱グリース層５０１が設けられている。

このような構成とされた金型においては、外側部材１０１と内側部材１０３とがねじ構造で締結されるため、プレス等の特段の設備を用いることなく、内側部材１０３を外側部材１０１内に容易に挿入して固定することができる。また、雄ねじと雌ねじの間には隙間が生じるが、この部分には伝熱グリース層５０１を設けることにより、実施の形態３で示したように界面の高伝熱状態を維持することができる。

実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６を図にもとづいて説明する。図９は、実施の形態６による金型の構成を示す断面図である。この実施の形態においては、ＳＫＤ６１材からなる外側部材１０１の溶湯接触面１０６を形成する部分１０４の内面に、銅合金からなる内側部材１０３の一面を当接し、外側部材の挿入穴１０１Ｂに挿入したパイプ状の内側部材保持部材９０１の一端を上記内側部材１０３の他面に当接させている。

そして、内側部材保持部材９０１の内側を冷却水通水用の空間１０２としている。また、内側部材１０３はその外径に２５μmの締め代を設けて外側部材の挿入穴１０１Ｂに圧入している。この金型は、主型（おもがた）と呼ばれる型９０２に嵌め込まれて、ダイカストマシン９０３に固定されている。なお、内側部材保持部材９０１は銅合金によって構成されているが、これに限られるものではなく、ステンレス合金等、錆びにくい材料であれば如何なる材料で構成してもよい。

このような構成とされた金型においては、内側部材１０３は溶湯接触面１０６を形成する部分１０４のみに設置されているため、実施の形態１〜５における内側部材１０３に比べて銅の使用量を低減することができる利点がある。また、外側部材１０１と内側部材１０３の接触面積を小さくすることができるため、圧入に必要な荷重を低減することができ、その結果、大型のプレスを用いることなく簡易プレスで内側部材１０３を挿入することができる。

更に、内側部材保持部材９０１を設けることにより、内側部材１０３の位置を安定した状態で保持することができる。また、内側部材１０３と外側部材１０１間の締め代は２５μｍ以上あれば実施の形態１と同様に安定した冷却特性を得ることができる。なお、実施の形態３に示したように内側部材１０３と外側部材１０１の間に伝熱グリース層を設ける場合には内側部材１０３と外側部材１０１の締め代は特に制限はなく、２５μｍ程度の隙間があっても所望の冷却性能を得ることができる。

また、図１０に示すように内側部材１０３の外周部にOリング１０８を設ければ、外側部材１０１の溶湯接触面１０６を形成する部分１０４と内側部材１０３の間に冷却水が入り込むことを防止することができ、万一外側部材１０１の溶湯接触面１０６にき裂が発生した場合であっても冷却水が溶湯と接することを防止することができる。

この発明の実施の形態１による金型の構成を示す断面図である。実施の形態１による金型の設置位置を示す断面図である。実施の形態１による金型の設置位置を示す断面図である。この発明の実施の形態２による金型の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態３による金型の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態４による金型の構成を示す断面図である。実施の形態４による金型の他の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態５による金型の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態６による金型の構成を示す断面図である。実施の形態６による金型の他の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０１、３０１外側部材、１０１Ａ開口部、１０１Ｂ挿入穴、１０２、３０２冷却水用空間、１０２Ａ一端、１０３、３０３内側部材、１０４溶湯接触面を形成する部分、１０５閉塞部、１０６溶湯接触面、１０７スポット式冷却管、１０８Ｏリング、２０１プランジャ、２０２キャビティ、
２０３ビスケット、４０１空気逃がし溝、５０１伝熱グリース層、６０１突起部、８０１雄ねじ、８０２雌ねじ、９０１内側部材保持部材、９０２主型、９０３ダイカストマシン。

Claims

熱間工具鋼によって構成され、開口部を有する挿入穴が形成された外側部材と、冷却水が通流され一端が閉塞された空間を有し、銅または銅合金によって構成された内側部材とを備え、上記内側部材を上記一端側から上記外側部材の挿入穴に密着挿入すると共に、上記内側部材の外周面または上記外側部材の挿入穴の内周面に上記開口部に連通する空気逃がし溝を形成したことを特徴とする金型。
上記内側部材の外面及び外側部材の挿入穴の内面の一方に突起部を形成し、他方に上記突起部に対応する凹部を形成したことを特徴とする請求項１記載の金型。
上記内側部材の外径を上記外側部材の挿入穴の内径より25μm以上大きくし、上記内側部材を上記外側部材の挿入穴に圧入または焼き嵌めしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の金型。
上記外側部材の挿入穴の内面と上記内側部材の外面との間に伝熱グリース層を形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の金型。
上記外側部材の挿入穴の内面に雌ねじを形成すると共に、上記内側部材の外面に上記雌ねじと螺合する雄ねじを形成したことを特徴とする請求項１記載の金型。
上記外側部材の挿入穴の内面と上記内側部材との間に伝熱グリース層を形成したことを特徴とする請求項５記載の金型。