JP4633945B2 - 鋳造用金型 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミ合金等の鋳造に用いる鋳造用金型に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、鋳造により製造されるアルミ合金のディスクホイールは、図9に示すように、車両に取り付けられる厚肉のディスク部1a、厚肉と薄肉の混在したデザイン部1b及びタイヤが取り付けられる薄肉のリム部1cから構成されている。
【0003】
上記のディスクホイールを鋳造により製造する場合、金型で構成されるキャビティに対して、中央に位置するディスク部1aから溶湯を注入し、デザイン部1bを経てリム部1cに溶湯を充填していく方法が一般に用いられている。
【0004】
この場合、湯口の押し湯効果を利かせるため、リム部1c、デザイン部1b及びディスク部1aの順に充填された溶湯を凝固させていく必要があるが、鋳造サイクルタイムの短縮を図る目的から、金型の冷却は一般に水冷が行われており、リム部1cの水冷としては、リム部1cに相当するキャビティ側に面した上型の部分に、水冷プールを設けて冷却を行うものがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金型の水冷を行うものにおいては、金型の温度が全体的に低下してキャビティ内の溶湯温度が低下するので、溶湯充填時の湯流れが悪くなる。この場合、溶湯を注入する湯口から最も遠い位置にある薄肉のリム部を形成するキャビティの部分への湯流れが特に悪くなり、上記の部分は溶湯が十分に充填されない状態で溶湯が凝固するので、引け巣等の鋳造欠陥を生じる恐れがある。
【0006】
上記の問題を解決するため、前述の水冷プールによってリム部を形成するキャビティの部分を冷却するものでは、水冷プール内の冷却水の流量を下げるか、又は冷却水の温度を上げることにより、上型の表面温度を上げることが考えられるが、上型に形成される水冷プールは製作上から容量が大きく、上記の方法では上型の表面温度を目標のレベルまで上げることは困難であった。
【0007】
また、水冷プールの水冷面と上型表面までの距離を拡げることにより、上型の表面温度を上げることも考えられるが、その効果には限界があり、且つ部分的に表面温度を変えること及び冷却スピードを変えることは困難であった。
【0008】
本発明の目的は、鋳造用金型において、簡易な構造で、キャビティを形成する部分の表面温度を部分的に変更することができるようにして、溶湯充填時の湯流れが良好にでき、かつ凝固時における冷却スピードを部分的に変えることができる鋳造用金型を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、次の手段を用いるものである。
【0010】
請求項1記載の第1の発明は、下型、横型及び上型で構成されたキャビティを有し、前記下型の中央部付近から溶湯を前記キャビティ内に充填する鋳造用金型において、
前記上型に設けられ、該上型に相対した前記キャビティの部分を冷却する環状の水冷プールと、
前記水冷プール内に配置され、かつ該水冷プールにおける前記キャビティ側の壁面に対して所定の隙間を有して配置された環状の浸漬部材と、
を有することを特徴とするものである。
【0015】
この第1の発明によれば、上型に相対したキャビティの部分を冷却する環状の水冷プールの壁面(水冷面)に対して、所定の隙間を有する環状の浸漬部材が挿入配置されているので、この隙間を循環する冷却水の流量は大幅に少なくなる。
【0016】
そのため、水冷プールの水冷面の冷却能力が大幅に低く抑えられるので、上型の表面温度を目標温度レベルまで上げることが可能となり、上型に相対したキャビティの部分に対する溶湯充填時の湯流れ及び凝固時における冷却スピードが良好になる。
【0017】
請求項2記載の第2の発明は、前記浸漬部材として、これと前記水冷プールの壁面とで形成される隙間の大きさが異なるものを用意し、この異なる浸漬部材を交換することにより前記の隙間を変更できるようにしたものである。
【0018】
この第2の発明によれば、水冷プールの壁面(水冷面)と浸漬部材との隙間の大きさは、浸漬部材を交換することによって変えることができるので、水冷プールの水冷面の冷却能力を変えることが可能となり、上型の表面温度を湯流れ及び凝固時における冷却スピードが良好となる最適温度に設定することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1乃至図8に示す実施例に基づいて説明する。
図1乃至図5はアルミ合金製のディスクホイールを製造する鋳造用金型に本発明を適用した第1実施例を示す。
【0024】
図1において、アルミ合金の溶湯が注入される湯口入子11の上方外周部には下型12が嵌合配置され、下型12の上方外周部には横型13が嵌合配置されており、横型13の上部には上型14が嵌合され且つ該上型14の中央部下方は横型13の内側に配置されている。これ等の下型12、横型13及び上型14により、ディスクホイール部を形成するキャビティ10が構成されている。なお、10a,10b及び10cは、図9に示すディスク部1a、デザイン部1b及びリム部1cに相当するキャビティ10の部分である。
【0025】
ここで上記のリム部10cを冷却するため、上型14には環状の流通路である水冷プール15が設けられており、この水冷プール15内には、リム部10c側の壁面15a(水冷面)に対して隙間tを有して鉄材等より成る環状(筒状)の温度変更部材である浸漬部材16が挿入配置されている。なお、上型14におけるリム部10c側の表面と水冷プール15の水冷面15aとの間は所定厚の肉によって所定の距離Dだけ離されている。
【0026】
水冷プール15内には、冷却水を給水する給水管17が挿入されて開口されている。また、水冷プール15の設けられた上型14の上面には、円板状の裏板18が設置されていて、この裏板18によって上型14の上面における水冷プール15の開口部は覆われている。また、この裏板18には、前記給水管17に連結された給水口19と水冷プール15内を循環した冷却水を排水する排水口20が設けられている。
【0027】
前述の浸漬部材16は、図2に示すように、上型14とは別体に形成され、かつ水冷プール15内に嵌入する環状に形成され、上型14に設けられた水冷プール15内に対して交換が可能であり、前記隙間tの異なる別の浸漬部材を用意してこを簡単に取り替えることができるようになっている。即ち、図3に示すように水冷プール15から取り出す場合は、裏板18を上型14より取り外してから浸漬部材16を取り出し、水冷プール15内に挿入配置する場合は、浸漬部材16を水冷プール15内に挿入してから裏板18を上型14の上面に取り付ける。
【0028】
また、前記の浸漬部材16には、その外周の一部、図の例では上部と下部に、部分的に突出する鍔部16a,16bが形成され、該浸漬部材16を挿入配置した場合に、鍔部16a,16bが前記水冷面15aに接触して前記の隙間tを保持するようになっている。
【0029】
前記浸漬部材16の底部には鍔部16bによって流入口16cが形成され、上部には鍔部16aによって流出口16dが形成されており、水冷プール15内の冷却水が図2の矢印に示すように流通するようになっている。
【0030】
次に、上記の構成より成る鋳造用金型について、その試験結果を説明する。
【0031】
図4は、図1における浸漬部材16の隙間tとリム部10cに面した上型14の表面A部の温度との関係を示すもので、試験は下記の表1に示す条件で行った。
【0032】
【表1】
図4に示すように、隙間tを5mmから2mmに狭くすることにより、A部の温度は200℃から270℃に上昇しているが、リム部10cの良好な湯流れ及び凝固時における冷却スピードを得るA部の温度(目標温度)は250℃であるので、十分に満足するレベルに達している。
【0033】
因みに、浸漬部材16を用いない場合は、表1の条件で試験を行った結果、A部の温度は約140℃であり、目標温度に対し100℃以上も低い温度であった。
【0034】
上記の結果は、過大な冷却能力を有する水冷プール15の水冷面15aに循環する冷却水の一部を浸漬部材16の隙間tに循環させることにより、リム部10cを冷却する水冷プール15の水冷面15aの冷却能力が大幅に抑えられることを示している。これにより、上型14の表面A部の温度は目標温度250℃に大幅に上げられるので、上型14に相対したリム部10cへの溶湯充填時の湯流れ及び凝固時の冷却スピードが良好となる。
【0035】
また、水冷プール15の水冷面15aと浸漬部材16との隙間tは、隙間tの異なる浸漬部材16と交換することにより変えることができるので、図4より明らかなように、上型14の表面A部の温度は、同一寸法、形状のキャビティ10に対して、コストと時間を掛けないで湯流れ及び凝固時における冷却スピードが良好となる最適温度に設定することが可能となる。
【0036】
図5は、リム部10cの各部位における溶湯充填後の凝固時間について、浸漬部材16を用いた本実施例と浸漬部材16を用いない従来例とを対比して示すもので、試験は前記の表1の条件で行った。
【0037】
図5(a)は各測定部位を示し、(b)は各測定部位と凝固時間の関係を示す図である。
【0038】
図5(b)より明らかなように、本実施例Bでは従来例Cに比べリム部10cの先端側から付根側に向けて凝固時間が順次長くなっており、指向性凝固が促進されているため、従来の問題であったリム部10cの引け巣等による鋳造欠陥の発生が抑えられる。
【0039】
ここで、上記実施例ではアルミ合金のディスクホイールの場合について説明したが、ディスクホイールに限定するものではなく、上型に水冷プールの設けられた鋳造用金型ならば、全ての鋳造品に対して適用することができる。
【0040】
図6乃至図8は参考例を示す。
図6において、21は下型、22は横型、23は上型を示し、これらにより、所定形状のキャビティ24が形成されている。前記下型21の中央部には、前記キャビティ24に連通する湯口25が形成されている。更に、該下型21内には図6及び図7に示すように、冷却水を流通させるための流通路26が形成されている。該流通路26は金型を冷却すべき所望の位置に形成されるもので、実施例においては、図6及び図7に示すように前記湯口25の外周部を囲むように配置されている。更に、該流通路26は、実施例では、図7に示すように直線状の複数の流通穴26a〜26fを連通して形成され、その各流通穴26a〜26fの外側端27は閉塞手段28で閉塞されている。そして、図7に示す流入口29より冷却水を流入することにより、その冷却水が前記各流通穴26a〜26fを流通して流出口30より流出するようになっている。
【0041】
前記流通路26部と前記閉塞手段28について図8により詳述する。
前記流通路26を形成する各流通穴26a〜26f内には、温度変更部材である直線状のスリーブ31が挿入配置されている。該スリーブ31には、各流通穴26a〜26fに配置されたスリーブ31と相互に連通するように連通口32,33が形成されている。更に、スリーブ31の所定位置の外周面には凹部34が全周にわたって形成され、該スリーブ31と下型21間に所定寸法の隙間tと所定寸法の幅Wなる部分通水部35が形成されている。更に、スリーブ31には、前記部分通水部35における軸方向の両端部において、スリーブ31内の通路31aと部分通水部35内を連通する通水口36,37が形成されている。
【0042】
前記スリーブ31の外端側には鍔38が一体形成されており、該鍔38が下型21に当接するまでスリーブ31を各流通穴26a〜26f内に挿入することにより、前記部分通水部35を所定位置に設けることができるようになっている。前記鍔38の表裏側にはシール部材39,40が設けられている。
【0043】
前記閉塞手段28は、前記挿入されたスリーブ31の鍔38の外側に押え板41を配置し、その外側に押えねじ42を螺合して構成されており、該押えねじ42によって押え板41及び鍔38を押えて、流通路26の外側端、すなわち、スリーブ31内の通路31aにおける外端部を閉塞するようになっている。そして、前記押えねじ42と押え板41を外すことにより、スリーブ31を各流通穴26a〜26fに挿入配置したり取り外すことができるようになっており、前記部分通水部35の寸法が異なる別のスリーブ31と交換可能になっている。
【0044】
以上の構成において、図7に示すように鋳造時に冷却水を流入口29より注入し、各流通穴26a〜26f内を流通させて流出口30より排出させ、これを循環させる。この冷却水が各流通穴26a〜26f内を流通することにより、下型21の冷却面(キャビティ側の型の表面)が冷却されるが、図8において下型21における部分通水部35が有しない部分の冷却面21aにおいては、スリーブ31の厚みの分、冷却能力が抑制される。
【0045】
また、前記のように各流通穴26a〜26f内の上流側から流れて来た冷却水の一部は、通水口36から部分通水部35内に流出し、下型21の冷却面21bに接して流れ、通水口37から各流通穴26a〜26f内に流入して下流へ流れる。そのため、部分通水部35における下型21の冷却面21b(キャビティ側の型の表面)は、前記スリーブ31が接する冷却面21aよりも冷却される。
【0046】
したがって、下型21の表面温度を、相対的に下げたい部分において前記の部分通水部35を配置し、上げたい部分に前記部分通水部35以外のスリーブ部分を配置することにより、下型21の表面温度を部分的に目標温度にすることができる。
【0047】
また、前記部分通水部35の深さ、すなわち隙間tの寸法を変更することにより冷却面21bの温度を変更でき、また、部分通水部35の軸方向の幅Wの寸法を変更することにより冷却面21bの面積、すなわち温度変更部分の面積を変更することができ、更に、部分通水部35の形成位置を変更することにより、温度変更部の位置を変えることができる。
【0048】
したがって、前記部分通水部35の寸法が異なるスリーブ31を用意し、これを交換することにより、下型の表面温度を部分的に所望に設定することができる。なお、前記図6乃至図8に示す参考例は、前記のスリーブ31を備えた流通路26を、下型21に形成した例であるが、このスリーブ31を備えた流通路26を、横型22や上型23などに設けてもよく、また流通路26の配置は上記実施例に限るものではない。
【0049】
更に、図6においては、キャビティ24及びこれにより形成される製品50を簡略化して示したが、このキャビティ24は前記第1実施例のようなディスクホイールを形成するキャビティであってもよく、またその他の製品を形成するキャビティであってもよい。すなわち、冷却水を流通する流通路を有する鋳造用金型ならば、全ての鋳造品に対して適用することができる。
【0050】
【発明の効果】
本発明の鋳造用金型は、以上述べたように構成されているので、次の効果を奏する。
【0051】
型のキャビティ側の表面温度を、所望の部分において所望の温度に設定することができるので、型に相対したキャビティの部分に対する溶湯充填時の湯流れ及び凝固時における冷却スピードが良好になり、溶湯充填不足によって生じる引け巣等の鋳造欠陥の発生が防止される。
【0052】
また、温度変更部材を交換する構造にすることにより、型の表面温度を容易に変えることができるので、コストと時間を掛けないで湯流れ及び凝固時における冷却スピードの良好な最適温度に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の鋳造用金型の第1実施例を示す縦断面図。
【図2】 図1の要部を示す拡大縦断面図。
【図3】 図1の要部部品を分解して示す斜視図。
【図4】 図1に示す第1実施例における浸漬部材の隙間と上型の表面部温度の関係を示す図。
【図5】 (a)は各測定部位を示す図、(b)は各測定部位と凝固時間の関係を示す図。
【図6】 本発明の鋳造用金型の参考を示す縦断面図。
【図7】 図6におけるE−E線断面図。
【図8】 図7における要部拡大断面図。
【図9】 ディスクホイールの縦断面図。
【符号の説明】
10,24 キャビティ
12,21 下型
13,22 横型
14,23 上型
15 流通路である水冷プール
15a 壁面(水冷面)
16 温度変更部材である浸漬部材
t 隙間
26 流通路
31 温度変更部材であるスリーブ
Claims (2)
- 下型、横型及び上型で構成されたキャビティを有し、前記下型の中央部付近から溶湯を前記キャビティ内に充填する鋳造用金型において、
前記上型に設けられ、該上型に相対した前記キャビティの部分を冷却する環状の水冷プールと、
前記水冷プール内に配置され、かつ該水冷プールにおける前記キャビティ側の壁面に対して所定の隙間を有して配置された環状の浸漬部材と、
を有することを特徴とする鋳造用金型。 - 前記浸漬部材として、これと前記水冷プールの壁面とで形成される隙間の大きさが異なるものを用意し、この異なる浸漬部材を交換することにより前記の隙間を変更できるようにした請求項1記載の鋳造用金型。
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