JP5042384B1 - Casting apparatus and casting method - Google Patents

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  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

【課題】高強度が要求され、且つ、薄肉で複雑形状の製品を精度よく成形し得るとともに、製造コストを低減することができる鋳造装置及び鋳造方法を提供する。
【解決手段】内部に製品形状が形成された金属材料から成る金型１と、砂を所定形状に成形して得られるとともに、金型１内に配設される砂中子２とから成る鋳型を有した鋳造装置において、半溶融金属を低速及び低圧で金型１内に注入可能な注入手段３を具備するとともに、当該注入手段３は、半溶融金属を０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で金型１内に注入可能とされたものである。
【選択図】図１The present invention provides a casting apparatus and a casting method that are required to have high strength and that can form a thin and complex product with high accuracy and that can reduce manufacturing costs.
A mold comprising a metal mold 1 made of a metal material having a product shape formed therein, and a sand core 2 obtained by molding sand into a predetermined shape and disposed in the metal mold 1. Is provided with injection means 3 capable of injecting the semi-molten metal into the mold 1 at low speed and low pressure, and the injection means 3 comprises 0.15-0.4 (m / S), and can be injected into the mold 1 at a pressure of 15 to 30 (MPa).
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、内部に製品形状が形成された金属材料から成る金型と、砂を所定形状に成形して得られるとともに、金型内に配設される砂中子とから成る鋳型を有した鋳造装置及び鋳造方法に関するものである。   The present invention has a mold composed of a metal mold having a product shape formed therein and a sand core obtained by molding sand into a predetermined shape and disposed in the mold. The present invention relates to a casting apparatus and a casting method.

自動車部品など高強度が要求され、且つ、複雑形状の製品を得るには、ダイカスト鋳造法が一般的に採用されていた。このダイカスト鋳造法は、溶融金属を高速及び高圧で金型内に射出させ、所望形状の製品を得るものであるため、例えばトルクコンバータのステータなどのような薄肉で且つ複雑形状の製品を比較的容易に得ることができる。しかしながら、トルクコンバータのステータ等のダイカスト成形品を成形する場合、そのブレード部が平面視で重なったものや湾曲して逆勾配となったもの等の成形は不可能であった。   In order to obtain a product having a high shape such as an automobile part and a complicated shape, a die casting method is generally employed. In this die casting method, a molten metal is injected into a mold at a high speed and a high pressure to obtain a product having a desired shape. For example, a thin and complicated product such as a stator of a torque converter is comparatively produced. Can be easily obtained. However, when a die-cast molded product such as a torque converter stator is molded, it is impossible to mold a blade portion that overlaps in a plan view or a curved portion having a reverse gradient.

ダイカスト成形品のアンダーカットや中空部に対応するため、従来より、例えばソルト中子や特殊なコーティングを施した崩壊性砂中子（シェル中子）が用いられることがもあるが、ダイカスト鋳造法にて適用される砂中子は、高速及び高圧にて溶融金属が注入される際にも十分耐え得る必要があることから、形状的にも限界があった。ソルト中子は、塩化物単体又は耐火物を混合して溶融成形して得られたもの、或いは塩化物とセラミックスの粉末をプレス成形して焼成して得られたもの等が知られている。また、崩壊性砂中子（シェル中子）として、例えば特許文献１にて開示されているように、高圧ダイカストに耐えるように表面に特殊なコーティングを施したものが提案されている。   Conventionally, for example, salt cores or collapsible sand cores (shell cores) with special coatings are sometimes used to deal with undercuts and hollow parts of die-cast molded products. The sand core applied in the above method has a limit in shape because it needs to be able to withstand even when molten metal is injected at a high speed and a high pressure. Known salt cores include those obtained by melt-molding a single chloride or a refractory, or those obtained by press-molding and firing chloride and ceramic powder. Further, as a collapsible sand core (shell core), for example, as disclosed in Patent Document 1, a surface having a special coating on the surface so as to withstand high pressure die casting has been proposed.

特開平６−１０６２９４号公報JP-A-6-106294

しかしながら、上記従来のダイカスト鋳造においては、金型内に高速且つ高圧にて注入される溶融金属に耐えるべく、ソルト中子や特殊なコーティングを施した砂中子を用いなければならず、形状の制約や寸法精度が劣ってしまうという問題、及び製造コストが嵩んでしまうという問題があった。そこで、本出願人は、ダイカスト鋳造法とは異なる鋳造にて、高強度が要求され、且つ、薄肉で複雑形状の製品を精度よく成形し得るとともに、製造コストを低減することを検討するに至った。   However, in the above conventional die casting, a salt core or a sand core with a special coating must be used in order to withstand molten metal injected at high speed and high pressure into the mold. There was a problem that constraints and dimensional accuracy were inferior, and a problem that manufacturing costs increased. Therefore, the present applicant has come to consider reducing the manufacturing cost while being able to form a thin and complex product with high accuracy by casting that is different from the die casting method. It was.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、高強度が要求され、且つ、薄肉で複雑形状の製品を精度よく成形し得るとともに、製造コストを低減することができる鋳造装置及び鋳造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances. A casting apparatus and a casting that are required to have high strength and that can accurately form a thin and complex product, and that can reduce manufacturing costs. It is to provide a method.

請求項１記載の発明は、内部に製品形状が形成された金属材料から成る金型と、砂を所定形状に成形して得られるとともに、前記金型内に配設される砂中子とから成る鋳型を有した鋳造装置において、粒状化した結晶を有する半溶融金属を０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で前記金型内に注入可能な注入手段を具備したことを特徴とする。
The invention according to claim 1 includes a mold made of a metal material having a product shape formed therein, a sand core obtained by molding sand into a predetermined shape, and a sand core disposed in the mold. In a casting apparatus having a mold, a semi-molten metal having granulated crystals is placed in the mold at a speed of 0.15 to 0.4 (m / s) and a pressure of 15 to 30 (MPa). Injectable injection means are provided.

請求項２記載の発明は、請求項１記載の鋳造装置において、前記金型及び砂中子による鋳造で得られる製品はトルクコンバータのステータであるとともに、当該砂中子により当該ステータのブレード部が成形されることを特徴とする。
According to a second aspect of the invention, the casting apparatus according to claim 1 Symbol placement, along with the product is a torque converter stator obtained by casting according to the mold and sand core, the blade portion of the stator by the sand core Is formed.

請求項３記載の発明は、内部に製品形状が形成された金属材料から成る金型と、砂を所定形状に成形して得られるとともに、前記金型内に配設される砂中子とから成る鋳型を有した鋳造装置による鋳造方法おいて、粒状化した結晶を有する半溶融金属を０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で前記金型内に注入することを特徴とする。
The invention according to claim 3 is obtained from a mold made of a metal material in which a product shape is formed, and a sand core disposed in the mold and obtained by molding sand into a predetermined shape. In a casting method using a casting apparatus having a mold, the semi-molten metal having granulated crystals is applied at a speed of 0.15 to 0.4 (m / s) and a pressure of 15 to 30 (MPa). It is characterized by being injected into a mold.

請求項４記載の発明は、請求項３記載の鋳造方法において、前記金型及び砂中子による鋳造で得られる製品はトルクコンバータのステータであるとともに、当該砂中子により当該ステータのブレード部が成形されることを特徴とする。
The invention of claim 4, wherein, in the casting method of claim 3 Symbol placement, along with the product is a torque converter stator obtained by casting according to the mold and sand core, the blade portion of the stator by the sand core Is formed.

請求項１、３の発明によれば、粒状化した結晶を有する半溶融金属を０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、２０〜３０（ＭＰａ）の圧力で金型内に注入するので、砂中子の損傷を確実に防止することができるとともに、高強度が要求され、且つ、薄肉で複雑形状の製品を精度よく成形し得るとともに、製造コストを低減することができる。
According to the inventions of claims 1 and 3 , a semi-molten metal having granulated crystals is put into a mold at a speed of 0.15 to 0.4 (m / s) and a pressure of 20 to 30 (MPa). Therefore, it is possible to reliably prevent the sand core from being damaged, to require a high strength, to form a thin and complex product with high accuracy, and to reduce the manufacturing cost. .

請求項２、４の発明によれば、金型及び砂中子による鋳造で得られる製品はトルクコンバータのステータであるとともに、当該砂中子により当該ステータのブレード部が成形されるので、種々形態のブレード部を有したトルクコンバータのステータを得ることができる。
According to the inventions of claims 2 and 4, the product obtained by casting with the mold and the sand core is a stator of the torque converter, and the blade portion of the stator is molded by the sand core. The stator of the torque converter having the blade portion can be obtained.

本発明の実施形態に係る鋳造装置を示す概念模式図The conceptual schematic diagram which shows the casting apparatus which concerns on embodiment of this invention 同鋳造装置における金型を示す断面図Sectional drawing which shows the metal mold | die in the casting apparatus 同鋳造装置における固定型を示す平面図Plan view showing a fixed mold in the casting apparatus 同鋳造装置で成形されたトルクコンバータのステータを示す正面図Front view showing a stator of a torque converter formed by the casting apparatus 同鋳造装置で得られたトルクコンバータのステータにおけるブレード部を示す模式図Schematic showing the blade part in the stator of the torque converter obtained by the casting apparatus 同鋳造装置で得られる他の形態のトルクコンバータのステータにおけるブレード部を示す模式図The schematic diagram which shows the blade part in the stator of the torque converter of another form obtained with the casting apparatus

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る鋳造装置は、トルクコンバータのステータを成形するための鋳造型から成るものであり、図１に示すように、金型１及び砂中子２から成る鋳型と、注入手段３とから主に構成されている。なお、本鋳造装置にて成形される成形品は、図４に示すように、ブレード部Ｗａが放射状に複数形成されたトルクコンバータのステータＷである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
The casting apparatus according to the present embodiment is composed of a casting mold for molding a stator of a torque converter. As shown in FIG. 1, a casting mold including a mold 1 and a sand core 2, an injection means 3, and Consists mainly of. In addition, as shown in FIG. 4, the molded product molded by the present casting apparatus is a torque converter stator W in which a plurality of blade portions Wa are radially formed.

金型１は、図２、３に示すように、可動型１ａと固定型１ｂとを有して成り、内部に製品形状のキャビティ１ｃが形成された金属材料から成るものである。かかる金型１内（すなわち、キャビティ１ｃ内）における所定位置（ブレード部Ｗａを成形する部位）には、砂中子２が固定されている。   2 and 3, the mold 1 includes a movable mold 1a and a fixed mold 1b, and is made of a metal material having a product-shaped cavity 1c formed therein. A sand core 2 is fixed at a predetermined position (a portion where the blade portion Wa is molded) in the mold 1 (that is, in the cavity 1c).

砂中子２は、耐熱性を有した砂に樹脂等のバインダを混ぜて所定形状に成形されたもので、本実施形態においては、トルクコンバータのステータＷにおけるブレード部Ｗａを成形するものとされる。本実施形態においては、ブレード部Ｗａは、図５に示すように、可動型１ａが抜ける方向に湾曲して逆勾配となっていることから、砂中子２にて成形し得るようになっている。かかるブレード部Ｗａに代えて、図６に示すように、隣り合うブレード部Ｗａ’が可動型１ａが抜ける方向に対して寸法ｔだけ重なり合った状態のものとすることができる。   The sand core 2 is formed into a predetermined shape by mixing a heat-resistant sand with a binder such as resin. In this embodiment, the blade core Wa in the stator W of the torque converter is formed. The In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the blade portion Wa is curved in the direction in which the movable die 1 a comes out and has a reverse gradient, so that it can be formed by the sand core 2. Yes. Instead of the blade portion Wa, as shown in FIG. 6, the adjacent blade portions Wa 'may be overlapped by a dimension t in the direction in which the movable mold 1a is removed.

しかるに、本実施形態で使用される砂中子２の砂は、ＡＦＳ粒度指数が７５〜２００とされている。なお、ブレード部Ｗａの鋳物表面粗度の改善を図るため、砂中子２の表面にセラミック粉等を塗布（塗型）するようにしてもよい。砂中子２は、トルクコンバータのステータＷが成形された後、加熱を行って砂中子２内に内在するバインダを燃焼させれば元の状態の砂とすることができるため、ステータＷから容易に除去することが可能とされる。   However, the sand of the sand core 2 used in this embodiment has an AFS particle size index of 75 to 200. In order to improve the casting surface roughness of the blade portion Wa, ceramic powder or the like may be applied (coated) to the surface of the sand core 2. Since the sand core 2 can be made into the original sand if the binder in the sand core 2 is burned by heating after the stator W of the torque converter is molded, It can be easily removed.

注入手段３は、半溶融金属Ｙを低速及び低圧で金型１（キャビティ１ｃ）内に注入可能なものであり、本実施形態においては、半溶融金属Ｙを０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で金型１内に注入可能とされている。しかるに、一般的なダイカスト鋳造法においては、１〜３（ｍ／ｓ）の射出速度、且つ、３０〜１００（ＭＰａ）の射出圧力であることから、これよりも低速且つ低圧力にて半溶融金属Ｙを金型１内に注入するよう構成されているのである。   The injection means 3 is capable of injecting the semi-molten metal Y into the mold 1 (cavity 1c) at low speed and low pressure. In this embodiment, the semi-molten metal Y is 0.15 to 0.4 (m / S) and injection into the mold 1 at a pressure of 15 to 30 (MPa). However, in a general die casting method, since the injection speed is 1 to 3 (m / s) and the injection pressure is 30 to 100 (MPa), it is semi-melted at a lower speed and lower pressure. The metal Y is configured to be injected into the mold 1.

半溶融金属Ｙとは、金属を固相と液相とが共存した状態まで溶融させて得られるもの（チクソキャスティング）と、溶湯を固相と液相とが共存した状態まで冷却させて得られるもの（レオキャスティング）との両者を含むが、本発明においては、何れの形態も含む（セミソリッド）ものとされる。かかる半溶融金属Ｙを用いた成型法（半溶融成型法）は、成型時の冷却速度が速く結晶が微細であることから、得られる成形品を高強度として機械的性質を向上させることができるとともに、低加圧で均一な組織が得られることから、得られる成形品を収縮孔や偏析が少ない高品質なものとすることができる。   The semi-molten metal Y is obtained by melting the metal to a state where the solid phase and the liquid phase coexist (thixocasting) and cooling the molten metal to a state where the solid phase and the liquid phase coexist. In the present invention, both forms are included (semi-solid). The molding method (semi-molten molding method) using such a semi-molten metal Y has a high cooling rate at the time of molding and a fine crystal, so that the obtained molded product can have high strength and mechanical properties can be improved. At the same time, since a uniform structure can be obtained at a low pressure, the resulting molded product can be of high quality with few shrinkage holes and segregation.

このような半溶融金属Ｙは、固相と液相とが共存状態となった半溶融素材（本実施形態においてはアルミニウム合金鋳造素材）から成るもので、例えば溶湯を機械的や電磁的に撹拌して、発生する樹枝状晶（デンドライト）を剪断することにより等軸晶で粒状化した初晶を得る方法により得られるものである。この半溶融金属Ｙを用いて成形すれば、固液共存域より成形し得ることから、冷却速度を速め、製品の機械的性質を向上させ得るという効果があるとともに、半溶融金属Ｙが粒状化した初晶を含有しているので、溶融金属に比べて流動性が良好とされており、低速及び低圧にて注入させても、金型１内において良好に充填させることができる。すなわち、流動性が良好な半溶融金属Ｙを用いることで、複雑な形状の成形品や薄肉の成形品を精度よく成形することができるのである。   Such a semi-molten metal Y is made of a semi-molten material (in this embodiment, an aluminum alloy casting material) in which a solid phase and a liquid phase coexist. For example, the molten metal is mechanically or electromagnetically stirred. Then, the obtained dendritic crystals (dendrites) are sheared to obtain the primary crystals granulated with equiaxed crystals. If this semi-molten metal Y is molded, it can be molded from the solid-liquid coexistence region, so that the cooling rate can be increased and the mechanical properties of the product can be improved, and the semi-molten metal Y is granulated. Therefore, even if it is injected at a low speed and a low pressure, it can be filled in the mold 1 satisfactorily. That is, by using the semi-molten metal Y having good fluidity, it is possible to accurately form a molded product having a complicated shape or a thin molded product.

しかして、低速及び低圧で半溶融金属Ｙを注入させることにより、金型１内で良好にアルミニウム合金鋳造素材を充填させることができるので、砂中子２が損傷してしまうのを防止して精度よくブレード部Ｗａ（ブレード部Ｗａ’であっても同様）を成形することができるとともに、薄肉で複雑形状のトルクコンバータのステータＷを精度よく成形することができる。   Therefore, by injecting the semi-molten metal Y at low speed and low pressure, the aluminum alloy casting material can be satisfactorily filled in the mold 1, so that the sand core 2 is prevented from being damaged. The blade portion Wa (the same applies to the blade portion Wa ′) can be formed with high precision, and the stator W of the thin and complex torque converter can be formed with high precision.

上記実施形態によれば、半溶融金属Ｙを低速及び低圧で金型１内に注入して鋳造する（すなわち、半溶融成形法で鋳造する）ので、高強度が要求され、且つ、薄肉で複雑形状の製品（トルクコンバータのステータＷ）を精度よく成形し得るとともに、砂中子２に対して特殊な加工等が不要とされるため、製造コストを低減することができる。しかるに、特殊なコーティングが施されていない汎用の砂中子２を使用することができることから、寸法精度をより向上させることができる。   According to the above embodiment, the semi-molten metal Y is poured into the mold 1 and cast at a low speed and a low pressure (that is, cast by the semi-molten molding method), so that high strength is required, and thin and complicated. The shaped product (torque W of the torque converter) can be molded with high accuracy, and special processing or the like is not required for the sand core 2, so that the manufacturing cost can be reduced. However, since the general-purpose sand core 2 to which no special coating is applied can be used, the dimensional accuracy can be further improved.

また、半溶融金属Ｙを０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で金型１内に注入するので、砂中子２の損傷を確実に防止することができるとともに、高強度が要求され、且つ、薄肉で複雑形状の製品（トルクコンバータのステータＷ）を精度よく成形し得るとともに、製造コストを低減することができる。特に、金型１及び砂中子２による鋳造で得られる製品はトルクコンバータのステータＷであるとともに、当該砂中子２により当該ステータＷのブレード部Ｗａ（又はブレード部Ｗａ’）が成形されるので、種々形態のブレード部を有したトルクコンバータのステータを得ることができる。   Further, since the semi-molten metal Y is injected into the mold 1 at a speed of 0.15 to 0.4 (m / s) and a pressure of 15 to 30 (MPa), the sand core 2 is surely damaged. In addition, it is possible to accurately form a thin and complex product (torque W of the torque converter) that is required to have high strength, and to reduce the manufacturing cost. In particular, the product obtained by casting with the mold 1 and the sand core 2 is the stator W of the torque converter, and the sand core 2 forms the blade portion Wa (or blade portion Wa ′) of the stator W. Therefore, a stator of a torque converter having various types of blade portions can be obtained.

以上、本実施形態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、例えばトルクコンバータのステータＷ以外の成形品を鋳造するための鋳造装置及び鋳造方法であってもよく、金型１に注入する半溶融金属Ｙもアルミニウム合金鋳造素材に代えて、例えば他のアルミニウム基複合材やマグネシウム合金等としてもよい。
Although the present embodiment has been described above, the present invention is not limited to this. For example, a casting apparatus and a casting method for casting a molded product other than the stator W of the torque converter may be used. The semi-molten metal Y injected into 1 may be replaced with an aluminum alloy casting material, for example, another aluminum-based composite material or a magnesium alloy .

内部に製品形状が形成された金属材料から成る金型と、砂を所定形状に成形して得られるとともに、金型内に配設される砂中子とから成る鋳型を有した鋳造装置又はその鋳造方法であって、粒状化した結晶を有する半溶融金属を０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で金型内に注入する鋳造方法又は鋳造方法であれば、他の形態のものであってもよい。
A casting apparatus having a mold made of a metal material having a product shape formed therein and sand formed into a predetermined shape and having a sand core disposed in the mold A casting method for injecting a semi-molten metal having granulated crystals into a mold at a speed of 0.15 to 0.4 (m / s) and a pressure of 15 to 30 (MPa). Or as long as it is a casting method, the thing of another form may be sufficient.

１ 金型
２ 砂中子
３ 注入手段
Ｗ トルクコンバータのステータ
Ｗａ、Ｗａ’ ブレード部 1 Mold 2 Sand core 3 Injection means W Torque converter stator Wa, Wa 'Blade portion

Claims (4)

内部に製品形状が形成された金属材料から成る金型と、
砂を所定形状に成形して得られるとともに、前記金型内に配設される砂中子と、
から成る鋳型を有した鋳造装置において、
粒状化した結晶を有する半溶融金属を０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で前記金型内に注入可能な注入手段を具備したことを特徴とする鋳造装置。 A mold made of a metal material with a product shape formed inside,
Obtained by molding sand into a predetermined shape, and a sand core disposed in the mold,
In a casting apparatus having a mold consisting of:
Provided with injection means capable of injecting semi-molten metal having granulated crystals into the mold at a speed of 0.15 to 0.4 (m / s) and a pressure of 15 to 30 (MPa). A casting apparatus characterized by. 前記金型及び砂中子による鋳造で得られる製品はトルクコンバータのステータであるとともに、当該砂中子により当該ステータのブレード部が成形されることを特徴とする請求項１記載の鋳造装置。 With the product obtained by casting by the mold and the sand core is a torque converter stator claim 1 Symbol placing the casting apparatus the blade portion of the stator by the sand core is characterized in that it is molded. 内部に製品形状が形成された金属材料から成る金型と、
砂を所定形状に成形して得られるとともに、前記金型内に配設される砂中子と、
から成る鋳型を有した鋳造装置による鋳造方法おいて、
粒状化した結晶を有する半溶融金属を０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で前記金型内に注入することを特徴とする鋳造方法。 A mold made of a metal material with a product shape formed inside,
Obtained by molding sand into a predetermined shape, and a sand core disposed in the mold,
In a casting method by a casting apparatus having a mold comprising:
A casting method characterized by injecting a semi-molten metal having granulated crystals into the mold at a speed of 0.15 to 0.4 (m / s) and a pressure of 15 to 30 (MPa). . 前記金型及び砂中子による鋳造で得られる製品はトルクコンバータのステータであるとともに、当該砂中子により当該ステータのブレード部が成形されることを特徴とする請求項３記載の鋳造方法。
Along with the product is a torque converter stator obtained by casting according to the mold and sand core, according to claim 3 Symbol mounting method of casting blade portions of the sand core by the stator, characterized in that it is molded.
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