JP4775521B2 - 鋳造用金型 - Google Patents
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Description
前記キャビティ面に凹凸部を形成することにより溶湯の湯流れ性を向上させる方法として、例えば、特許文献1には、金型のキャビティ面に相互に隣接して広がるように四角形状の型凹部および型凸部を連続的に形成して、湯流れ抵抗の大きい部分と小さい部分とを交互に構成し、この四角形状の型凹部および型凸部の一辺の方向を前記溶融金属の注入方向に対して傾斜させることにより、注入された溶融金属が前記キャビティ内の各部に均一に充填されるようにしたダイカスト成形用の金型が開示されている。
また、形成される凹凸部の形状が、角張っているため、鋳造品の金型からの離型時にかじりなどが生じやすく、金型からの離型のしやすさ(離型性)が低下するという問題があった。凹凸部が一方向に方向性を有するような場合には、キャビティ面に塗布し、離型性をよくするための離型剤が、キャビティ面に均一に留まりにくくなるため、離型性が低下するという問題があった。
ここで、「ディンプル領域」とは、第1のディンプルの最外周を囲んで定義される領域である。
湯流れ性が向上することにより、ガスの巻き込みによるピンホール、湯境、湯じわなどの鋳造欠陥を低減させることができる。
更に、第1のディンプルは、半球面状のディンプルに形成されるため、鋳造時にキャビティ面に塗布する離型剤を留まりやすくすることができる。また、シボ加工などで形成されたディンプルと異なり、角のない半球面状に形成することにより、鋳造品の離型時にかじりなどが生じることがなく、鋳造品の離型を容易にし、鋳造品に傷をつけないようにすることができる。
前述のようにディンプル領域をキャビティ面の凸部分に設ける手法にブラスト加工法を用いることにより、前記加工面は除去または塑性変形されるので、前記凸部分の角部は面取りされる。金型においてキャビティ面の凸部分の特に角部は、離型剤が付着し難く鋳造品の離型時に焼付きやかじりなどが生じやすい場所であり、またヒートクラックの基点となる場所であるが、ブラスト加工により前記角部が面取りされることで離型剤が付着し易くなり前記焼付きやかじりなどが生じ難くなり、また応力分散される形状となるからヒートクラックの発生が防止される。前記角部の形状は例えば図5(B)に例示されるが、この形状に限定されるものではない。
また、連通率を80%以上にするためには、面積率を50%以上にする必要があるが、該面積率を90%以上にすると、殆んどの第1のディンプル12が重なり合った状態となり、該第1のディンプル12の形状を半球面状にすることができなくなるから、離型剤が保持し難くなり離型性が悪くなる。また、第1のディンプル12の端部が角張った状態となるので、鋳造品の離型時にかじりなどが生じるなどの問題が発生するから、面積率は90%以下にすることが好ましい。
ここで、第1のディンプル12は、連通率が80%以上であるように形成する。
ディンプル領域Dを湯道14に形成すると、キャビティ内に溶湯を注湯する際に湯道を溶湯が通過する抵抗を小さくすることができるので、キャビティ内に溶湯が注入される流れが阻害されない。これにより、キャビティ内での溶湯の湯流れ性も向上させることができる。立ち面部11bは、離型剤が下方に流れて脱離しやすいとともに、鋳造品の離型時にかじりなどが生じやすい箇所である。ディンプル領域Dを立ち面部11bに設けることにより、上記問題の発生を抑制することができる。
キャビティ面11の凸部分11cは、離型剤が脱離しやすく、鋳造品の離型時にかじりなどが生じやすく、またヒートクラックが発生しやすい箇所である。ディンプル領域Dを凸部分11cに設けることにより、かじりなどの発生を抑制することができる。また図5に示すようにこの際、凸部分の角部11dは面取りされ、鋭角面が除去されるため、前記角部11dへの鋳物製品の溶着とその鋳物製品の欠肉現象を防止、およびヒートクラックの発生を防止することができる。
また、キャビティ面11の凹部分、特に隅角部はヒートクラックが発生しやすい箇所である。ディンプル領域Dを凹部分に設けることで、前記凹部分の隅角部11eにもディンプルが形成されて応力が分散する形状となり、ヒートクラックの発生を防止することができる。
ディンプル領域Dは、湯流れ性、離型性が向上させること必要な箇所だけに形成することにより、鋳造品の表面粗さを小さくすることができ、製品の外観特性を向上させることできる。例えば、底面部11aに形成する場合、注湯口14a近傍に形成すると、より効率よく溶湯を広げて湯流れ性を向上させることができる。
また、ディンプル領域Dの第1のディンプル12と第2のディンプル13により形成される凹凸の作用効果は、さらに(1)溶湯と接触する金型の表面積が増大することにより溶湯の温度が金型に伝達され易く金型が冷やされ難い、(2)前記凹凸の中でも大きい凹部に形成される空気層が、溶湯の温度を低下させない、などによる溶湯の保温作用もあるから、湯流れ性を向上させることができる。
本実施例では、ディンプル領域Dを形成した鋳造用金型により薄板材を鋳造し、第1のディンプル12の連通率が鋳造品の良否に及ぼす影響を確認した。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
△: A/B = 50〜90%
×: A/B = 90%超
一方、面積率が50%、71%、86%、つまり、連通率が80%以上の金型10を用いた場合には、鋳造品の良否判定結果は○であった。
これにより、ディンプル領域Dにおいて、第1のディンプル12を連通率が80%以上、つまり、面積率が50〜90%であるように形成することにより、従来の加工によるキャビティ面を有する金型に比べて、湯流れ性及び離型性が向上することが確認された。
合金工具鋼SKD61にブラスト加工を行い、第1のディンプル12及び第2のディンプル13の深さと開口部の径との関係を調査した。第1のディンプル12は、平均粒径が100、600、1000μmの3種類の鋼球からなる噴射材(スチールショット)を、噴射圧0.5MPa、噴射距離100mm、ノズル角度90°の条件で噴射することにより形成した。第2のディンプル13は、平均粒径が50、100μmの球形状のアモルファス粒子及び平均粒径が20μmの球形状のアルミナ粒子からなる噴射材を、上記同条件で噴射することにより形成した。断面写真から測定したディンプルの深さと開口部の径との関係を表1に示す。
本発明の金型10によれば、金型10のキャビティ面11及び湯道14の少なくとも一部に、第1のディンプル12が方向性なく均一に分散して形成されたディンプル領域Dを備えており、該ディンプル領域Dに、第1のディンプル12をその連通率が80%以上であるように形成することにより、ランダムで方向性がない短い流路となる第1のディンプル12の結合ディンプル12bが均一に多数分散して形成される。該第1のディンプル12の結合ディンプル12bを経由して流れる溶湯のうち、上述の流路に入り込んだ溶湯は、流れの方向がランダムに変わるため、溶湯をキャビティ内で均一に広げて行き渡らせることができ、ディンプル領域Dに形成された凹凸により、さらに(1)溶湯と接触する金型の表面積が増大することにより溶湯の温度が金型に伝達され易く金型が冷やされ難い、(2)前記凹凸の中でも大きい凹部に形成される空気層が、溶湯の温度を低下させない、などの溶湯の保温作用もあるから、湯流れ性を向上させることができる。
湯流れ性が向上することにより、ガスの巻き込みによるピンホール、湯境、湯じわなどの鋳造欠陥を低減させることができる。
更に、第1のディンプル12は、半球面状のディンプルに形成されるため、鋳造時にキャビティ面11に塗布する離型剤を留まりやすくすることができる。また、シボ加工などで形成されたディンプルと異なり、角のない半球面状に形成することにより、鋳造品の離型時にかじりなどが生じることがなく、鋳造品の離型を容易にし、鋳造品に傷をつけないようにすることができる。
また、ディンプル領域Dのうち第1のディンプル12が形成されていない部分にも離型剤を保持しやすくなるので、離型性を向上させることができる。
上述した実施形態では、主にダイカスト鋳造に用いる金型について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、低圧鋳造、吸引差圧鋳造など各種鋳造法に用いられる金型に対して適用することができる。
また、本発明は本明細書の詳細な説明により更に完全に理解できるであろう。しかしながら、詳細な説明および特定の実施例は、本発明の望ましい実施の形態であり、説明の目的のためにのみ記載されているものである。この詳細な説明から、種々の変更、改変が、当業者にとって明らかだからである。
出願人は、記載された実施の形態のいずれをも公衆に献上する意図はなく、開示された改変、代替案のうち、特許請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないものも、均等論下での発明の一部とする。
本明細書あるいは請求の範囲の記載において、名詞及び同様な指示語の使用は、特に指示されない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、単数および複数の両方を含むものと解釈すべきである。本明細書中で提供されたいずれの例示または例示的な用語(例えば、「等」)の使用も、単に本発明を説明し易くするという意図であるに過ぎず、特に請求の範囲に記載しない限り本発明の範囲に制限を加えるものではない。
11 キャビティ面
11a 底面部
11b 立ち面部
11c 凸部分
11d 角部
11e 隅角部
12 第1のディンプル
12a 単独ディンプル
12b 結合ディンプル
13 第2のディンプル
14 湯道
D ディンプル領域
Claims (15)
- キャビティ面及び湯道の少なくとも一部に、複数個の第1のディンプルが方向性なく分散して形成されたディンプル領域を備えた鋳造用金型であって、
前記第1のディンプルは、半球面状に形成されており、
前記第1のディンプルの総数に対する2以上のディンプルが結合した前記第1のディンプルの数の割合で定義される連通率が、80%以上であることを特徴とする鋳造用金型。 - 前記第1のディンプルは、開口部の径が60〜500μm、深さが4〜30μmとなるように形成され、前記第1のディンプルの前記ディンプル領域に対する面積率が50〜90%であることを特徴とする請求項1に記載の鋳造用金型。
- 前記第1のディンプルは、開口部の径が60〜500μm、深さが4〜30μmとなるように形成され、前記第1のディンプルの前記ディンプル領域に対する面積率が71〜86%であることを特徴とする請求項1に記載の鋳造用金型。
- 前記ディンプル領域に前記第1のディンプルよりも寸法が小さく形成された第2のディンプルが前記第1のディンプルと混在して形成されていることを特徴とする請求項1または請求項3に記載の鋳造用金型。
- 前記第2のディンプルは、半球面状で開口部の径が10〜60μm、深さが1〜7μmとなるように形成されていることを特徴とする請求項4に記載の鋳造用金型。
- 前記キャビティ面に窒化処理が施されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1つに記載の鋳造用金型。
- 前記ディンプル領域は、前記湯道に設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1つに記載の鋳造用金型。
- 前記ディンプル領域は、前記キャビティ面のうち、底面部に設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1つに記載の鋳造用金型。
- 前記ディンプル領域は、前記キャビティ面のうち、金型開閉方向に延びる立ち面部に設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1つに記載の鋳造用金型。
- 前記ディンプル領域は、前記キャビティ面の凸部分に設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1つに記載の鋳造用金型。
- 前記キャビティ面の凸部分が角部であることを特徴とする請求項10に記載の鋳造用金型
- 前記ディンプル領域は、前記キャビティ面の凹部分に設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか1つに記載の鋳造用金型。
- 前記キャビティ面の凹部分であって、ヒートクラックが発生しやすい箇所である隅角部であることを特徴とする請求項12に記載の鋳造用金型。
- 前記第1のディンプルは、ブラスト加工により形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項13のいずれか1つに記載の鋳造用金型。
- 前記ディンプル領域に前記第2のディンプルが形成されている場合に、前記第2のディンプルは、ブラスト加工により形成されていることを特徴とする請求項4ないし請求項14のいずれか1つに記載の鋳造用金型。
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