JP4748426B2 - Magnesium alloy mold and magnesium alloy casting method - Google Patents
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Description
本発明は、マグネシウム合金用鋳型及びマグネシウム合金鋳造方法に関し、詳しくはマグネシウム合金の溶湯の流動性を確保することができるマグネシウム合金用鋳型及びマグネシウム合金鋳造方法に関する。 The present invention relates to a magnesium alloy mold and a magnesium alloy casting method, and more particularly to a magnesium alloy mold and a magnesium alloy casting method capable of ensuring the fluidity of a molten magnesium alloy.
マグネシウムは実用金属としては最も軽い材料であり、比強度及び比剛性が鋼やアルミニウムより優れていることや、電磁波シールド性、切削性、振動吸収性、耐くぼみ性及びリサイクル性も優れていることにより、マグネシウムの適用範囲が拡大している。
特に、マグネシウム合金は自動車や携帯用端末の部品の材料として使用され急激に需要が伸びている。
従来、このような部品を製造する際には、マグネシウム合金を鋳造によって成形する方法が採用されている。
Magnesium is the lightest material for practical metals, and has superior specific strength and specific rigidity compared to steel and aluminum, and excellent electromagnetic shielding, cutting, vibration absorption, dent resistance and recyclability. As a result, the applicable range of magnesium is expanded.
In particular, magnesium alloys are used as materials for parts of automobiles and portable terminals, and the demand is rapidly increasing.
Conventionally, when manufacturing such a component, a method of forming a magnesium alloy by casting has been employed.
しかしながら、マグネシウム合金を金属製の鋳型を用いて鋳造する際には、マグネシウム合金の単位体積あたりの潜熱が小さく、溶湯と金属製の鋳型との間の熱伝導率が大きいため、マグネシウム合金の溶湯が金属製の鋳型に接触すると瞬時に凝固し流動性を失い、鋳型全体に溶湯が行き渡らせることが困難であるという問題があった。
特に小さな部品や薄肉の部品の鋳造する場合には、凝固したマグネシウム合金が溶湯が流れる空間を塞いでしまい、鋳型全体に溶湯が行き渡らせることが困難であった。
そのため、金属の鋳型を加熱することによって、マグネシウム合金の溶湯の流動性を確保する方法で鋳造が行われてきた。
However, when casting a magnesium alloy using a metal mold, the latent heat per unit volume of the magnesium alloy is small, and the thermal conductivity between the molten metal and the metal mold is large. However, when it comes into contact with a metal mold, it instantly solidifies and loses its fluidity, making it difficult to spread the molten metal throughout the mold.
In particular, when casting a small part or a thin part, the solidified magnesium alloy blocks the space in which the molten metal flows, and it is difficult to spread the molten metal over the entire mold.
Therefore, casting has been carried out by a method of ensuring the fluidity of the molten magnesium alloy by heating the metal mold.
このように金属の鋳型を加熱して行われる鋳造は、特開2002−129272に開示されている。
特開2002−129272では、金属製の鋳型を200℃に加熱して溶湯の流動性を確保して鋳造を行っている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 2002-129272, a metal mold is heated to 200 ° C. to ensure the fluidity of the molten metal for casting.
しかしながら、金属の鋳型を加熱して行われる鋳造では、金属製の鋳型を加熱する発熱体及び温度測定装置が必要になるため、鋳造装置の製造コストが増大し、さらに加熱することによってエネルギーコストも増大するという問題があった。 However, in casting performed by heating a metal mold, a heating element and a temperature measuring device for heating the metal mold are required, which increases the manufacturing cost of the casting apparatus and further increases the energy cost by heating. There was a problem of increasing.
上記点より本発明は、鋳造装置の製造コスト及び加熱することによって生じるエネルギーコストを低減しつつマグネシウム合金溶湯の流動性を確保できるマグネシウム合金用鋳型及びその鋳型を利用したマグネシウム合金鋳造方法を提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention provides a magnesium alloy mold capable of ensuring the fluidity of molten magnesium alloy while reducing the manufacturing cost of the casting apparatus and the energy cost caused by heating, and a magnesium alloy casting method using the mold. For the purpose.
上記課題を解決するため、請求項1のマグネシウム合金用鋳型は、型及び/又は中子は、通気性のある素材で形成されており、この通気性のある素材は、網体、複数の孔を有する板若しくは布のいずれか又はその組み合わせから構成されている。 In order to solve the above problems, in the magnesium alloy mold according to claim 1, the mold and / or the core is formed of a breathable material, and the breathable material includes a net body and a plurality of holes. It is comprised from either the board or cloth which has these, or its combination.
請求項2のマグネシウム合金用鋳型は、網体、板又は布が金属、化学繊維、セラミックスのいずれか又はその組み合わせからなる。
In the magnesium alloy mold according to
請求項3のマグネシウム合金用鋳型は、網体、板及び布が可撓性を有する。
In the magnesium alloy mold according to
請求項4のマグネシウム合金鋳造方法は、型及び/又は中子が通気性のある素材で形成されており、この通気性ある素材は、網体、複数の孔を有する板若しくは布のいずれか又はその組み合わせから構成されている鋳型を使用する。 In the magnesium alloy casting method according to claim 4, the mold and / or the core is formed of a breathable material, and the breathable material is either a net body, a plate or a cloth having a plurality of holes, or A mold composed of the combination is used.
請求項1のマグネシウム合金用鋳型によれば、マグネシウム合金用鋳型の型及び/又は中子が通気性のある素材で形成されていることによって、溶湯とマグネシウム合金用鋳型との間のみかけの熱伝導係数が小さくなる。
みかけの熱伝導係数が小さくなることにより、溶湯がマグネシウム合金用鋳型に接触しても瞬時に固まることがなく溶湯の流動性が確保され、マグネシウム合金用鋳型全体に溶湯が行き渡るようになる。
したがって、マグネシウム合金用鋳型を加熱する発熱体及び温度測定装置が必要ないので、鋳造装置の製造コストを低減することができる。
さらに、鋳造の際にマグネシウム合金用鋳型を加熱する必要がないので、加熱することによって生じるエネルギーコストを低減することができる。
通気性のある素材は網体、複数の孔を有する板又は布のいずれか若しくはその組み合わせから構成されているので、マグネシウム合金の溶湯の単位体積あたりの潜熱の小ささ及び表面張力の影響によって、マグネシウム合金用鋳型と接触した溶湯は網の間、孔、織目及び繊維の間等から流出することなく凝固する。
また、通気性のある素材は網体、複数の孔を有する板又は布のいずれか若しくはその組み合わせから構成されているので、マグネシウム合金用鋳型に空気を抜くための穴を新たに設ける必要がない。
さらに、溶湯の熱による線膨張の影響をマグネシウム合金用鋳型全体で緩和吸収し、型及び/又は中子が歪みにくい。
According to the magnesium alloy mold of claim 1, since the mold and / or core of the magnesium alloy mold is made of a gas-permeable material, an apparent heat between the molten metal and the magnesium alloy mold is obtained. The conduction coefficient is reduced.
By reducing the apparent thermal conductivity coefficient, even if the molten metal comes into contact with the magnesium alloy mold, the molten metal does not solidify instantaneously, and the fluidity of the molten metal is ensured, and the molten metal spreads throughout the magnesium alloy mold.
Therefore, since a heating element and a temperature measuring device for heating the magnesium alloy mold are not required, the manufacturing cost of the casting apparatus can be reduced.
Furthermore, since it is not necessary to heat the magnesium alloy mold during casting, the energy cost caused by heating can be reduced.
Since the breathable material is composed of either a mesh body, a plate having a plurality of holes or a cloth, or a combination thereof, due to the small latent heat per unit volume of the molten magnesium alloy and the influence of surface tension, The molten metal that has come into contact with the magnesium alloy mold solidifies without flowing out from between the mesh, the holes, the texture, and the fibers.
In addition, since the air-permeable material is composed of a net, a plate having a plurality of holes, a cloth, or a combination thereof, there is no need to newly provide a hole for venting air in the magnesium alloy mold. .
Furthermore, the influence of the linear expansion due to the heat of the molten metal is relaxed and absorbed by the entire magnesium alloy mold, and the mold and / or the core are hardly distorted.
請求項2のマグネシウム合金用鋳型によれば、マグネシウム合金の組成、鋳造品の大きさや形状等を考慮して、鋳造に最適な網体、板又は布の材料を選択することができる。
According to the magnesium alloy mold of
請求項3のマグネシウム合金用鋳型によれば、網体、板及び布が可撓性を有することによって、マグネシウム合金用鋳型の製造を容易に行うことができる。
さらに、マグネシウム合金用鋳型の形状を変更することによって、マグネシウム合金の鋳造品の形状を変更することも容易に行うことができる。
According to the magnesium alloy mold of
Further, by changing the shape of the magnesium alloy mold, it is possible to easily change the shape of the magnesium alloy casting.
請求項4のマグネシウム合金鋳造方法によれば、マグネシウム合金用鋳型の型及び/又は中子が通気性のある素材で形成されていることによって、溶湯とマグネシウム合金用鋳型との間のみかけの熱伝導係数が小さくなる。
みかけの熱伝導係数が小さくなることにより、溶湯がマグネシウム合金用鋳型に接触しても瞬時に固まることがなく溶湯の流動性が確保され、マグネシウム合金用鋳型全体に溶湯が行き渡るようになる。
したがって、マグネシウム合金用鋳型を加熱する発熱体及び温度測定装置が必要ないので、鋳造装置の製造コストを低減することができる。
さらに、鋳造の際にマグネシウム合金用鋳型を加熱する必要がないので、加熱することによって生じるエネルギーコストを低減することができる。
通気性のある素材は網体、複数の孔を有する板若しくは布のいずれか又はその組み合わせから構成されているので、マグネシウム合金の溶湯の単位体積あたりの潜熱の小ささ及び表面張力の影響によって、マグネシウム合金用鋳型と接触した溶湯は網の間、孔、織目及び繊維の間等から流出することなく凝固する。
また、通気性のある素材は網体、複数の孔を有する板若しくは布のいずれか又はその組み合わせから構成されているので、マグネシウム合金用鋳型に空気を抜くための穴を新たに設ける必要がない。
さらに、溶湯の熱による線膨張の影響をマグネシウム合金鋳型全体で緩和吸収し、型及び/又は中子が歪みにくい。
According to the magnesium alloy casting method of claim 4, since the mold and / or core of the magnesium alloy mold is formed of a breathable material, an apparent heat between the molten metal and the magnesium alloy mold is obtained. The conduction coefficient is reduced.
By reducing the apparent thermal conductivity coefficient, even if the molten metal comes into contact with the magnesium alloy mold, the molten metal does not solidify instantaneously, and the fluidity of the molten metal is ensured, and the molten metal spreads throughout the magnesium alloy mold.
Therefore, since a heating element and a temperature measuring device for heating the magnesium alloy mold are not required, the manufacturing cost of the casting apparatus can be reduced.
Furthermore, since it is not necessary to heat the magnesium alloy mold during casting, the energy cost caused by heating can be reduced.
Since the breathable material is composed of either a net, a plate or cloth having a plurality of holes, or a combination thereof, due to the small latent heat per unit volume of the molten magnesium alloy and the influence of surface tension, The molten metal that has come into contact with the magnesium alloy mold solidifies without flowing out from between the mesh, the holes, the texture, and the fibers.
In addition, since the breathable material is composed of either a net, a plate or cloth having a plurality of holes, or a combination thereof, there is no need to newly provide a hole for venting air in the magnesium alloy mold. .
Further, the influence of linear expansion due to the heat of the molten metal is relaxed and absorbed by the entire magnesium alloy mold, and the mold and / or the core are hardly distorted.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図1は、柱状のマグネシウム合金鋳造品を鋳造する過程を示す断面図である。
本実施形態で使用するマグネシウム合金は、AZ91Dである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a process of casting a columnar magnesium alloy casting.
The magnesium alloy used in this embodiment is AZ91D.
図1(a)に示すように、マグネシウム合金用鋳型の型1は、通気性のある素材の網体から構成されている。
網体はステンレスから形成されており、網の線径は0.30mm、メッシュは20である。
型1は上型11及び下型12から構成されている。
As shown to Fig.1 (a), the type | mold 1 of a magnesium alloy casting_mold | template is comprised from the net body of the raw material which has air permeability.
The net body is made of stainless steel, the net wire diameter is 0.30 mm, and the mesh is 20.
The mold 1 includes an
図1(b)に示すように、上型11及び下型12で形成される空間に、坩堝4で溶融させたマグネシウム合金の溶湯3を流し込む。
溶湯の温度は560℃〜800℃である。
As shown in FIG. 1B,
The temperature of the molten metal is 560 ° C to 800 ° C.
上型11及び下型12は通気性のある網体から構成されていることによって、溶湯3と上型11及び下型12との間のみかけの熱伝導係数が小さくなる。
みかけの熱伝導係数が小さくなることにより、溶湯3が上型11及び下型12に接触しても瞬時に固まることなく溶湯3の流動性が確保され、上型11及び下型12で形成される空間全体に溶湯3が行き渡る(図1(c)参照)。
冷却後、上型11及び下型12を外せば柱状のマグネシウム合金鋳造品31が得られる(図1(d)参照)。
Since the
By reducing the apparent thermal conductivity coefficient, even if the
After cooling, if the
図2は、中空の球体状のマグネシウム合金鋳造品を鋳造する過程を示す断面図である。
マグネシウム合金は、図1と同様AZ91Dである。
図2(a)に示すように、マグネシウム合金用鋳型の型1及び中子2は、通気性のある素材の網体から構成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a process of casting a hollow spherical magnesium alloy casting.
The magnesium alloy is AZ91D as in FIG.
As shown in FIG. 2A, the mold 1 and the
網体はステンレスから形成されており、網の線径は0.30mm、メッシュは20である。
型1は上型11及び下型12から構成されている。
図2(b)に示すように、上方11及び下型12と中子2とによって形成される空間に、坩堝4で溶融させたマグネシウム合金の溶湯3を流し込む。
溶湯3の温度は560℃〜800℃である。
The net body is made of stainless steel, the net wire diameter is 0.30 mm, and the mesh is 20.
The mold 1 includes an
As shown in FIG. 2 (b),
The temperature of the
上型11、下型12及び中子2は通気性のある網体から構成されていることによって、溶湯3と上型11、下型12及び中子2及び中子との間のみかけの熱伝導係数が小さくなる。
みかけの熱伝導係数が小さくなることにより、溶湯3が上型11、下型12及び中子2に接触しても瞬時に固まることなく溶湯3の流動性が確保され、上型11、下型12及び中子2で形成される空間全体に溶湯3が行き渡る(図2(c)参照)。
冷却後、上型11及び下型12を外せば中空の球状のマグネシウム合金鋳造品31が得られる(図2(d)参照)。
中子2はマグネシウム合金鋳造品31の内部にあるので、出来上がった鋳造品は、マグネシウム合金とステンレスとの複合材料の成形品である。
中子2の材料を換えることによって、マグネシウム合金と中子2の材料との複合材料の成形品を鋳造することができる。
Since the
By reducing the apparent thermal conductivity coefficient, even if the
After cooling, if the
Since the
By changing the material of the
上記のように、型1及び中子2が網体から構成されていることによって、型1及び中子2を加熱しなくても溶湯3の流動性が確保される。
したがって、マグネシウム合金用鋳型1を加熱する発熱体及び温度測定装置が必要ないので、鋳造装置の製造コストを低減することができる。
さらに、鋳造の際にマグネシウム合金用鋳型1を加熱する必要がないので、加熱することによって生じるエネルギーコストを低減することができる。
As described above, since the mold 1 and the
Therefore, since the heating element and the temperature measuring device for heating the magnesium alloy mold 1 are not required, the manufacturing cost of the casting apparatus can be reduced.
Furthermore, since it is not necessary to heat the magnesium alloy mold 1 during casting, the energy cost caused by heating can be reduced.
型1及び中子2が網体から構成されていても、マグネシウム合金の溶湯3の単位体積あたりの潜熱の小ささ及び表面張力の影響によって、型1及び/又は中子2と接触した溶湯3は網の間から流出することなく凝固する。
また、マグネシウム合金用鋳型の型1及び中子2が網体から構成されているので、型1及び中子2に空気を抜くための穴を新たに設ける必要がない。
さらに、溶湯3の熱による網の線膨張の影響をマグネシウム合金用鋳型全体で緩和吸収し、マグネシウム合金用鋳型の型1及び中子2が歪みにくい。
Even if the mold 1 and the
Further, since the mold 1 and the
Furthermore, the influence of the linear expansion of the net due to the heat of the
本実施形態では、柱状及び中空の球体状のマグネシウム合金鋳造品31を鋳造する場合について説明したが、これに限定されることなく、マグネシウム合金用鋳型の形状を変えることによって、本発明で鋳造される鋳造品の形状を任意に変えることができる。
In this embodiment, the case where the columnar and hollow spherical
本実施形態では、通気性のある素材として網体を使用し、鋳型全体が通気性のある素材で形成されている場合について説明したが、これに限定されることなく、例えば、鋳型の一部が通気性のある素材で形成されていてもよい。
鋳型の一部が通気性のある素材で形成されていることによって、溶湯の流動性が失われやすい細部や薄肉部にも溶湯が行き渡るようになる。
In the present embodiment, a case has been described in which a net is used as a breathable material, and the entire mold is formed of a breathable material. However, the present invention is not limited to this, for example, a part of the mold May be formed of a breathable material.
Since a part of the mold is formed of a breathable material, the molten metal can be distributed to the details and thin portions where the fluidity of the molten metal is easily lost.
本実施形態では、通気性ある素材として網体を使用したが、これに限定されることなく、複数の孔を有する板(パンチングメタル)又は布若しくは網体、複数の孔を有する板(パンチングメタル)又は布の組み合わせから構成されていてもよい。
これらのような通気性ある素材を使用しても、みかけの熱伝導係数が小さくなることにより、溶湯3が型1及び中子2の鋳型に接触しても瞬時に固まることなく溶湯3の流動性が確保され、型1及び中子2全体に溶湯3が行き渡る。
In this embodiment, a net is used as a breathable material. However, the present invention is not limited to this. A plate having a plurality of holes (punching metal) or a cloth or net, a plate having a plurality of holes (punching metal) ) Or a combination of cloths.
Even when such a breathable material is used, the apparent thermal conductivity coefficient is small, so that even if the
本実施形態では、マグネシウム合金はAZ91Dを使用したが、これに限定されることなく、マグネシウムにアルミニウム、亜鉛、マンガン、希土類、重希土類、イットリウム、カルシウム、ストロンチウム、銀、珪素、ジルコニウム、ベリリウム、ニッケル、鉄、銅、コバルト、ナトリウム、カリウム、バリウムの中から適宜選択し添加したマグネシウム合金を使用してもよい。 In the present embodiment, AZ91D is used as the magnesium alloy, but the magnesium alloy is not limited thereto, and magnesium, aluminum, zinc, manganese, rare earth, heavy rare earth, yttrium, calcium, strontium, silver, silicon, zirconium, beryllium, nickel Further, a magnesium alloy appropriately selected from iron, copper, cobalt, sodium, potassium, and barium may be used.
また、網体は、平織、綾織、撚線織、杉綾織、繻子織、平畳織、綾畳織、逆畳織、延織、鎖状縦三本織スダレ織等の織り方で織られたものを使用することができる。
本実施形態では、メッシュが20の網体を使用したが、メッシュは1.5〜3600の範囲で選択することができる。
また、本実施形態では網の線径が0.30mmの網体を使用したが、網の線径は0.02mm〜6mmの範囲で選択することができる。
これにより、マグネシウム合金の組成、鋳造品の大きさや形状等を考慮して、鋳造に最適な網体を選択することができる。
The net is woven in a weaving manner such as plain weave, twill weave, twisted wire weave, cedar twill weave, satin weave, plain tatami weave, twill tatami weave, reverse tatami weave, extended weave, chain-like vertical three-fold weave Can be used.
In the present embodiment, a mesh having 20 meshes is used, but the mesh can be selected within a range of 1.5 to 3600.
In this embodiment, a net having a net wire diameter of 0.30 mm is used. However, the net wire diameter can be selected in the range of 0.02 mm to 6 mm.
Thereby, it is possible to select an optimal mesh body for casting in consideration of the composition of the magnesium alloy, the size and shape of the cast product, and the like.
複数の孔を有する板を使用する場合は、板厚、通気性に影響を及ぼす孔の形状及び開口率を任意の値に設定することができる。
これにより、マグネシウム合金の組成、鋳造品の大きさや形状等を考慮して、鋳造に最適な複数の孔を有する板を選択することができる。
When a plate having a plurality of holes is used, the shape of the holes and the aperture ratio that affect the plate thickness and air permeability can be set to arbitrary values.
This makes it possible to select a plate having a plurality of holes optimal for casting in consideration of the composition of the magnesium alloy, the size and shape of the cast product, and the like.
布を使用する場合は、通気性がある織布及び不織布を使用することができ、任意の織布の織り方、不織布の製法及び繊維の径を選択することができる。
通気性がある織布としては、例えば、通気性のある炭素繊維のプリプレグ等がある。
これにより、マグネシウム合金の組成、鋳造品の大きさや形状等を考慮して、鋳造に最適な布を選択することができる。
In the case of using a fabric, a woven fabric and a non-woven fabric having air permeability can be used, and any woven fabric weaving method, non-woven fabric manufacturing method and fiber diameter can be selected.
Examples of the woven fabric having air permeability include a carbon fiber prepreg having air permeability.
Thereby, the optimal cloth for casting can be selected in consideration of the composition of the magnesium alloy, the size and shape of the cast product, and the like.
本実施形態では、網体はステンレスから形成されているが、これに限定されることなく、網体が例えば、アルミニウム合金、ニッケル、モネル、黄銅、丹銅、燐青銅、銅、銀、金、鉄、チタン、ニクロム、ハステロイ又はインコネル等の金属、PBO、炭素繊維又はメタ系アラミド繊維等の耐熱性のある化学繊維、カーボン、ムライト、アルミナ及びジルコニア等の耐熱性のあるセラミックスのいずれか若しくはその組み合わせから形成されていてもよい。
同様に、複数の孔を有する板及び布も上記金属、化学繊維及びセラミックスのいずれかもしくはその組み合わせから形成されていてもよい。
これにより、マグネシウム合金の組成、鋳造品の大きさや形状等を考慮して、鋳造に最適な網体、板又は布の材料を選択することができる。
In the present embodiment, the mesh body is made of stainless steel, but the mesh body is not limited to this, and the mesh body is, for example, an aluminum alloy, nickel, monel, brass, red copper, phosphor bronze, copper, silver, gold, Any one of metals such as iron, titanium, nichrome, hastelloy or inconel, PBO, carbon fiber or heat resistant chemical fiber such as meta-aramid fiber, heat resistant ceramics such as carbon, mullite, alumina and zirconia or the like It may be formed from a combination.
Similarly, the board and cloth having a plurality of holes may be formed from any one of the above metals, chemical fibers and ceramics, or a combination thereof.
Thereby, in consideration of the composition of the magnesium alloy, the size and shape of the cast product, etc., it is possible to select the material of the net, plate or cloth that is optimal for casting.
また、網体、板及び布は可撓性を有していてもよい。
これにより、網体、板及び布が可撓性を有することによって、マグネシウム合金用鋳型の製造を容易に行うことができる。
さらに、型の形状を変更することによって、マグネシウム合金の鋳造品の形状を変更することも容易に行うことができる。
Moreover, the net body, the plate, and the cloth may have flexibility.
Thereby, when a net body, a board, and cloth have flexibility, manufacture of a magnesium alloy mold can be performed easily.
Furthermore, it is possible to easily change the shape of a magnesium alloy casting by changing the shape of the mold.
なお、本発明は、連続鋳造にも適用することができ、連続鋳造に適用する場合は例えば、連続鋳造装置の鋳型、連続鋳造ロール及びベルトを通気性のある素材で形成する。 The present invention can also be applied to continuous casting. When applied to continuous casting, for example, a mold, a continuous casting roll, and a belt of a continuous casting apparatus are formed of a breathable material.
1 型
2 中子
3 溶湯
4 坩堝
11 上型
12 下型
31 マグネシウム合金鋳造品
1
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