JP5195328B2 - Mold, molding method using mold, and mold manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、金型、金型を用いた成形方法、及び、金型の製造方法に関し、より詳しくは、金型における冷却効率を向上させる技術に関する。   The present invention relates to a mold, a molding method using the mold, and a manufacturing method of the mold, and more particularly to a technique for improving the cooling efficiency in the mold.

従来、樹脂成形品の射出成形や、非鉄金属の鋳造等に使用される金型において、冷却効率を向上させるための技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、参照）。
前記特許文献１には、金型素材とは別に構成される分割金型材に冷却水路を形成した後で金型素材に接合する技術が開示されている。
また、前記特許文献２には、キャビティが形成された金型に、金型素材とは熱伝導性の異なる冷却ブロックを配置する技術が開示されている。
特開平２−７５４４０号公報 特開平５−３２９６１５号公報 Conventionally, techniques for improving cooling efficiency have been proposed in molds used for injection molding of resin molded products, casting of non-ferrous metals, and the like (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
Patent Document 1 discloses a technique of joining a mold material after forming a cooling water channel in a divided mold material configured separately from the mold material.
Patent Document 2 discloses a technique in which a cooling block having a thermal conductivity different from that of a mold material is arranged in a mold in which a cavity is formed.
JP-A-2-75440 JP-A-5-329615

しかし、前記特許文献１の従来技術によれば、熱伝導性を考慮して金型素材と分割金型材とを組合せた金型設計ではないため、金型への入熱量や冷却速度に対応して冷却する、いわゆる指向性凝固をすることが難しかった。
また、前記特許文献２の従来技術によれば、前記冷却ブロックは略直方体状であって、単に金型に当接するだけの構造であるため、金型素材と冷却ブロックとの間の熱伝導性に問題があった。さらに、前記冷却ブロック内に冷却経路を形成することは困難であった。 However, according to the prior art of the above-mentioned Patent Document 1, it is not a mold design combining a mold material and a divided mold material in consideration of thermal conductivity, so that it corresponds to the heat input to the mold and the cooling rate. It was difficult to perform so-called directional solidification.
Further, according to the prior art of Patent Document 2, the cooling block has a substantially rectangular parallelepiped shape and has a structure that merely abuts against the mold, so that the thermal conductivity between the mold material and the cooling block is There was a problem. Furthermore, it is difficult to form a cooling path in the cooling block.

そこで本発明では、上記現状に鑑み、熱伝導性を考慮した材料の組合せによる金型を設計することにより、金型への入熱量や冷却速度に対応して冷却する指向性凝固が可能となり、また、金型内にも冷却経路を形成することのできる、金型、金型を用いた成形方法、及び、金型の製造方法を提供するものである。   Therefore, in the present invention, in view of the above-described situation, by designing a mold using a combination of materials in consideration of thermal conductivity, it becomes possible to perform directional solidification that cools in accordance with the amount of heat input to the mold and the cooling rate, The present invention also provides a mold, a molding method using the mold, and a method for manufacturing the mold, which can form a cooling path in the mold.

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。   The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.

即ち、請求項１においては、キャビティ内で成形品を形成するための金型であって、前記金型の内部において、前記金型を構成する金型素材の熱伝導性とは異なる熱伝導性を有する分割金型素材が前記金型に接合され、前記分割金型素材は、該分割金型素材が配置される箇所に対応する前記成形品の部位毎に、当該部位に必要な冷却速度に対応する熱伝導性に応じて複数種類が選定され、前記各部位に対応する前記分割金型素材は、前記金型の内部において、選定された種類ごとに前記部位に対向する部分に接合され、前記成形品の形成時に、速い冷却速度が求められる部位に対向する部分では、熱伝導性の高い前記分割金型素材によって前記キャビティから拡散する熱量を相対的に増加させ、遅い冷却速度が求められる部位に対向する部分では、熱伝導性の低い前記分割金型素材によって前記キャビティから拡散する熱量を相対的に減少させるものである。 In other words, in claim 1, a mold for forming a molded product in a cavity, the thermal conductivity being different from the thermal conductivity of the mold material constituting the mold inside the mold. The divided mold material having the structure is joined to the mold, and the divided mold material has a cooling rate necessary for the part for each part of the molded product corresponding to the part where the divided mold material is disposed. A plurality of types are selected according to the corresponding thermal conductivity, and the divided mold material corresponding to each part is joined to the part facing the part for each selected type inside the mold, When forming the molded product, in a portion facing a portion where a high cooling rate is required, the amount of heat diffused from the cavity is relatively increased by the split mold material having high thermal conductivity, and a slow cooling rate is required. The part facing the part It is intended for relatively reducing the amount of heat diffused from the cavity by a low thermal conductivity of the divided die material.

請求項２においては、前記金型素材と前記分割金型素材とを接合する方法には、拡散接合が用いられるものである。   According to a second aspect of the present invention, diffusion bonding is used as a method of bonding the mold material and the divided mold material.

請求項３においては、前記金型の内部における、前記金型素材、及び、前記分割金型素材には、冷却水路が形成されるものである。   According to a third aspect of the present invention, a cooling water channel is formed in the mold material and the divided mold material inside the mold.

請求項４においては、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の金型を用いて成形品を形成するものである。 According to a fourth aspect of the present invention, a molded product is formed using the mold according to any one of the first to third aspects.

請求項５においては、金型により成形される成形品の肉厚及び形状より、金型への入熱量を算出する、入熱量算出工程と、前記入熱量に基づいて、金型の冷却速度と、冷却する部位とを算出する、冷却速度算出工程と、前記冷却速度、及び冷却する部位に基づいて、金型素材の熱伝導性とは異なる熱伝導性を有する、少なくとも一種類以上の分割金型素材を選定し、前記金型を設計する、設計工程と、前記選定された分割金型素材を金型素材に拡散接合する、接合工程と、を備えるものである。 In claim 5 , the amount of heat input to the mold is calculated from the thickness and shape of the molded product molded by the mold, and the cooling rate of the mold is calculated based on the amount of heat input. Calculating a cooling part, a cooling rate calculating step, and based on the cooling rate and the cooling part, at least one divided metal having a thermal conductivity different from the thermal conductivity of the mold material It comprises a design process for selecting a mold material and designing the mold, and a bonding process for diffusion bonding the selected divided mold material to the mold material.

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。   As effects of the present invention, the following effects can be obtained.

本発明により、熱伝導性を考慮した材料の組合せによる金型を設計することにより、金型への入熱量や冷却速度に対応して冷却する指向性凝固が可能となり、また、金型内にも冷却経路を形成することができる。   According to the present invention, by designing a mold using a combination of materials in consideration of thermal conductivity, it becomes possible to perform directional solidification that cools in accordance with the amount of heat input to the mold and the cooling rate. Can also form a cooling path.

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の第一の実施形態に係る金型を示す概略断面図である。
図２は本発明の第二の実施形態に係る金型を示す概略断面図である。
図３は本発明の第二の実施形態に係る金型の製造方法を示すフローチャートである。
図４（ａ）は従来技術に係る金型に設けられたピン部分を示す図、（ｂ）は本発明の第
一の実験例に係る金型に設けられたピン部分を示す図、（ｃ）は本発明の第二の実験例に係る金型に設けられたピン部分を示す図である。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。 Next, embodiments of the invention will be described.
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a mold according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a mold according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a mold manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.
4A is a view showing a pin portion provided in a mold according to the prior art, FIG. 4B is a view showing a pin portion provided in a mold according to a first experimental example of the present invention, FIG. ) Is a diagram showing a pin portion provided in a mold according to a second experimental example of the present invention.
It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the following examples, but broadly covers the entire scope of the technical idea that the present invention truly intends, as will be apparent from the matters described in the present specification and drawings. It extends.

［金型の第一の実施形態（金型１０）］
まず、図１を用いて、本発明の第一の実施形態に係る、金型１０の構成について説明する。
図１に示すように、金型１０は、固定型１０ａと、該固定型１０ａに対して近接離間可能に構成される可動型１０ｂと、を備える。前記可動型１０ｂが前記固定型１０ａに当接した際は、固定型１０ａと可動型１０ｂとの間にキャビティ１１が形成される。また、金型１０には、冷却水路１０ｃ・１０ｃ・・・が形成されている。
前記固定型１０ａには支持軸３２が取り付けられた短円柱状のプランジャ３１が摺動自在に嵌挿されている。
そして、金型１０は、プランジャ３１及び支持軸３２を摺動させて、アルミの溶湯等を前記キャビティ１１内に射出し、成形品を成形する構成としている。 [First Embodiment of Mold (Mold 10)]
First, the structure of the metal mold | die 10 based on 1st embodiment of this invention is demonstrated using FIG.
As shown in FIG. 1, the mold 10 includes a fixed mold 10 a and a movable mold 10 b configured to be close to and away from the fixed mold 10 a. When the movable mold 10b comes into contact with the fixed mold 10a, a cavity 11 is formed between the fixed mold 10a and the movable mold 10b. The mold 10 is formed with cooling water channels 10c, 10c.
A short cylindrical plunger 31 with a support shaft 32 attached is slidably fitted into the fixed mold 10a.
And the metal mold | die 10 is set as the structure which slides the plunger 31 and the support shaft 32, inject | emits molten aluminum etc. in the said cavity 11, and shape | molds a molded article.

本実施形態においては、前記金型１０の内部において、金型１０を形成する金型素材の熱伝導性よりも高い熱伝導性を有する、複数の分割金型素材２１・２１・・・が無作為な位置に分散した状態で、拡散接合により前記金型１０に接合されている。
具体的には、例えば、金型素材に鉄（熱伝導率・約２０Ｗ／ｍＫ）を用い、前記金型１０に接合する前記分割金型素材２１・２１・・・として銅（熱伝導率・約２００Ｗ／ｍＫ）を用いるのである。換言すれば、複数の分割金型素材２１・２１・・・が金型１０に対して海島構造的に分散して配置されているのである。
なお、本実施形態においては前記分割金型素材２１・２１・・・として銅のみを用いるものとして説明するが、該分割金型素材２１・２１・・・は金型素材よりも高い熱伝導性を有する素材であればよく、例えばアルミニウム合金等を用いることも可能である。また、複数種類の分割金型素材を金型１０に接合する構成にすることもできる。
ところで、一般に金型の熱伝導率は、高いもので４０Ｗ／ｍＫ程度である。より高い熱伝導性を有する材料はあるが、金型としての必要条件（剛性、靭性など）を満たしておらず、実用的ではない。例えば、銅材の熱伝導率は約２００Ｗ／ｍＫ程度だが、熱衝撃に弱く脆いため溶損が激しく、金型素材としては寿命が短くなり、実用的ではないのである。本実施形態においては、複数の分割金型素材２１・２１・・・が金型１０に対して海島構造的に分散して配置されることにより、金型としての必要条件を著しく損なうことなく、見かけ上熱伝導率の良い金型とすることが可能となるのである。 In the present embodiment, a plurality of divided mold materials 21, 21... Having a thermal conductivity higher than that of the mold material forming the mold 10 are not present in the mold 10. It is joined to the mold 10 by diffusion bonding in a state where it is dispersed at a desired position.
Specifically, for example, iron (thermal conductivity: about 20 W / mK) is used as the mold material, and the divided mold materials 21, 21... About 200 W / mK). In other words, a plurality of divided mold materials 21, 21... Are arranged in a sea-island structure with respect to the mold 10.
In the present embodiment, description will be made on the assumption that only the copper is used as the divided mold material 21, 21..., But the divided mold material 21, 21. For example, an aluminum alloy or the like can be used. In addition, a plurality of types of divided mold materials can be joined to the mold 10.
By the way, generally the heat conductivity of a metal mold | die is high, and is about 40 W / mK. There are materials with higher thermal conductivity, but they do not meet the requirements (stiffness, toughness, etc.) as molds and are not practical. For example, the thermal conductivity of a copper material is about 200 W / mK, but since it is weak against thermal shock and brittle, it is severely damaged, and as a mold material, its life is shortened and is not practical. In the present embodiment, a plurality of divided mold materials 21, 21... Are arranged in a sea-island structure distributed with respect to the mold 10, without significantly impairing the requirements as a mold, This makes it possible to make a mold with apparently high thermal conductivity.

上記のように構成することにより、成形品の形成時に、前記キャビティ１１から金型１０内に拡散する熱量を相対的に増加させることができる。具体的には、熱伝導性の高い分割金型素材２１・２１・・・を介して、キャビティ１１から伝達された金型１０の内部の熱を拡散させることで、熱だまりをなくし、金型１０の厚さ方向の熱分布を平滑化することができるのである。
また、前記分割金型素材２１・２１・・・は拡散接合によって金型素材に接合されているため、単に分割金型素材２１・２１・・・を金型１０に当接するだけの構成に比べて熱伝導性をさらに向上させることができるのである。
なお、本実施形態においては拡散接合を用いて分割金型素材２１・２１・・・を接合しているが、焼結等、他の接合方法を用いることも可能である。
このように、金型１０の金型素材における蓄熱量を減らすことで、キャビティ１１の表面の温度を低下させ、外冷等によるキャビティ１１の表面からの抜熱量を小さくすることが可能となる。これにより、金型１０に発生する熱衝撃を小さくすることができ、耐用年数を長くすることができるのである。 By configuring as described above, the amount of heat diffused from the cavity 11 into the mold 10 can be relatively increased during the formation of a molded product. Specifically, the heat inside the mold 10 transmitted from the cavity 11 is diffused through the divided mold materials 21, 21. The heat distribution in the thickness direction of 10 can be smoothed.
In addition, since the divided mold materials 21, 21... Are bonded to the mold material by diffusion bonding, the divided mold materials 21, 21. Thus, the thermal conductivity can be further improved.
In the present embodiment, the split mold materials 21, 21... Are joined using diffusion joining, but other joining methods such as sintering can also be used.
In this way, by reducing the amount of heat stored in the mold material of the mold 10, it is possible to reduce the temperature of the surface of the cavity 11 and reduce the amount of heat removed from the surface of the cavity 11 due to external cooling or the like. Thereby, the thermal shock which generate | occur | produces in the metal mold | die 10 can be made small, and lifetime can be lengthened.

［金型の第二の実施形態（金型１１０）］
次に、図２を用いて、本発明の第二の実施形態に係る、金型１１０の構成について説明する。
図２に示すように、金型１１０は、前記実施形態と同様に固定型１１０ａと、可動型１１０ｂとを備え、可動型１１０ｂが前記固定型１１０ａに当接した際は、固定型１１０ａと可動型１１０ｂとの間にキャビティ１１１が形成される。また、金型１１０には、冷却水路１１０ｃ・１１０ｃ・・・が形成されている。
前記固定型１１０ａには支持軸１３２が取り付けられた短円柱状のプランジャ１３１が摺動自在に嵌挿されている。
そして、金型１１０は、プランジャ１３１及び支持軸１３２を摺動させて、アルミの溶湯等を前記キャビティ１１１内に射出し、成形品を成形する構成としている。 [Second Embodiment of Mold (Mold 110)]
Next, the structure of the metal mold | die 110 based on 2nd embodiment of this invention is demonstrated using FIG.
As shown in FIG. 2, the mold 110 includes a fixed mold 110a and a movable mold 110b as in the above-described embodiment. When the movable mold 110b contacts the fixed mold 110a, the mold 110 is movable with the fixed mold 110a. A cavity 111 is formed between the mold 110b. Further, the mold 110 is formed with cooling water channels 110c, 110c.
A short columnar plunger 131 having a support shaft 132 attached is slidably inserted into the fixed mold 110a.
The mold 110 is configured to slide the plunger 131 and the support shaft 132 and inject molten aluminum or the like into the cavity 111 to form a molded product.

本実施形態においては、前記金型１１０の内部において、金型１１０を形成する素材の熱伝導性とは異なる熱伝導性を有する、分割金型素材１２１・１２２・１２３が拡散接合で前記金型１１０の複数箇所に接合されている。詳細には、前記分割金型素材１２１・１２２・１２３の熱伝導性は、該分割金型素材１２１・１２２・１２３が配置される箇所に対応する前記成形品の部位毎に、当該部位に必要な冷却速度に応じて選定され、各部位に対応する前記分割金型素材１２１・１２２・１２３は、前記金型１１０の内部において、選定された前記部位に対向する部分に接合されるのである。
具体的には、固定型１１０ａには固定型側分割金型素材１２１ａ・１２２ａ・１２３ａが、可動型１１０ｂには可動型側分割金型素材１２１ｂ・１２２ｂ・１２３ｂが、接合されるのである。 In the present embodiment, inside the mold 110, the divided mold materials 121, 122, and 123 having thermal conductivity different from the thermal conductivity of the material forming the mold 110 are diffusion bonded to form the mold. 110 is joined to a plurality of locations. Specifically, the thermal conductivity of the divided mold material 121, 122, 123 is necessary for each part of the molded product corresponding to the place where the divided mold material 121, 122, 123 is disposed. The divided mold materials 121, 122, and 123 that are selected in accordance with the appropriate cooling rate and that correspond to the respective parts are joined to the part facing the selected part in the mold 110.
Specifically, the fixed mold side divided mold materials 121a, 122a, and 123a are joined to the fixed mold 110a, and the movable mold side divided mold materials 121b, 122b, and 123b are joined to the movable mold 110b.

例えば、金型素材に鉄（熱伝導率・約２０Ｗ／ｍＫ）を用いた場合であれば、急速に冷却することが求められる部位には、前記分割金型素材として銅等の鉄よりも熱伝導率の高い金属を接合し、冷却速度を遅らせることが求められる部位には、前記分割金型素材として鉄よりも熱伝導率の低い金属や発泡金属等を接合するのである。なお、本実施形態においては分割金型素材１２１・１２２・１２３の熱伝導率はこの順に高いものとする。即ち、分割金型素材１２１が最も熱伝導性が高く、分割金型素材１２３は最も熱伝導性が低いものとして説明する。   For example, if iron (thermal conductivity: about 20 W / mK) is used for the mold material, the part that is required to be rapidly cooled is heated more than iron such as copper as the divided mold material. A metal having a lower thermal conductivity than iron or a foam metal or the like is bonded as a split mold material to a portion that is required to bond a metal having a high conductivity and delay the cooling rate. In this embodiment, the thermal conductivity of the divided mold materials 121, 122, and 123 is assumed to be higher in this order. That is, it is assumed that the divided mold material 121 has the highest thermal conductivity, and the divided mold material 123 has the lowest thermal conductivity.

［金型１１０の製造方法］
次に、本発明に係る金型１１０の製造方法について、図３を用いて説明する。
本発明に係る金型１１０の製造方法は、入熱量算出工程（ステップＳ１）と、冷却速度算出工程（ステップＳ２）と、設計工程（ステップＳ３）と、接合工程（ステップＳ４）と、を備える。 [Method for Manufacturing Mold 110]
Next, the manufacturing method of the metal mold | die 110 which concerns on this invention is demonstrated using FIG.
The manufacturing method of the mold 110 according to the present invention includes a heat input calculation step (step S1), a cooling rate calculation step (step S2), a design step (step S3), and a joining step (step S4). .

具体的には、図３に示す如く、ステップＳ１の入熱量算出工程においては、金型１１０にて成形される成形品の肉厚及び形状より、金型１１０への入熱量を算出するのである。
そして、ステップＳ２の冷却速度算出工程においては、前記入熱量に基づいて、金型１１０の冷却速度と、冷却する部位とを算出するのである。
次に、ステップＳ３の設計工程においては、前記冷却速度、及び冷却する部位に基づいて、金型素材の熱伝導性とは異なる熱伝導性を有する、少なくとも一種類以上の分割金型素材１２１・１２２・１２３を選定し、前記金型１１０を設計するのである。具体的には、速い冷却速度が求められる部位に対向する部分には、熱伝導性の高い分割金型素材１２１を接合する設計とし、逆に遅い冷却速度が求められる部位に対向する部分には、熱伝導性の低い分割金型素材１２３を接合する設計とするのである。
さらに、ステップＳ４の接合工程においては、前記選定され、設計された分割金型素材１２１・１２２・１２３を金型素材に拡散接合するのである。 Specifically, as shown in FIG. 3, in the heat input calculation step of step S1, the heat input to the mold 110 is calculated from the thickness and shape of the molded product molded by the mold 110. .
In the cooling rate calculation step of step S2, the cooling rate of the mold 110 and the part to be cooled are calculated based on the heat input.
Next, in the design process of step S3, based on the cooling rate and the portion to be cooled, at least one or more types of divided mold material 121 · having thermal conductivity different from the thermal conductivity of the mold material. 122 and 123 are selected and the mold 110 is designed. Specifically, it is designed to join a part material 121 having a high thermal conductivity to a portion facing a portion where a high cooling rate is required, and conversely, a portion facing a portion where a low cooling rate is required The split mold material 123 having low thermal conductivity is designed to be joined.
Further, in the joining step of step S4, the selected and designed divided mold materials 121, 122, and 123 are diffusion bonded to the mold materials.

上記のように構成することにより、成形品の形成時に、前記キャビティ１１１から拡散する熱量を相対的に増加又は減少させ、成形品を指向性凝固させることができる。具体的には、速い冷却速度が求められる部位に対向する部分では、熱伝導性の高い分割金型素材１２１がキャビティ１１１から拡散する熱量を相対的に増加させ、遅い冷却速度が求められる部位に対向する部分では、熱伝導性の低い分割金型素材１２３がキャビティ１１１から拡散する熱量を相対的に減少させるのである。換言すれば、熱伝導性の高い分割金型素材１２１に対向する部位の冷却を促進し、逆に熱伝導性の低い分割金型素材１２３に対向する部位の冷却を遅らせることができるのである。
これにより、鋳巣やひけ等の鋳造欠陥を減少させ、製品品質を向上させるとともに、オーバーフローを減少させて歩留まりを向上させることが可能となる。 By configuring as described above, when the molded product is formed, the amount of heat diffused from the cavity 111 can be relatively increased or decreased, and the molded product can be directional solidified. Specifically, in a portion facing a portion where a fast cooling rate is required, the amount of heat diffused from the cavity 111 by the split mold material 121 having high thermal conductivity is relatively increased, and a portion where a slow cooling rate is required. In the opposing portions, the amount of heat diffused from the cavity 111 by the split mold material 123 having low thermal conductivity is relatively reduced. In other words, it is possible to accelerate the cooling of the portion facing the divided mold material 121 having a high thermal conductivity, and conversely delay the cooling of the portion facing the divided mold material 123 having a low thermal conductivity.
As a result, casting defects such as cast holes and sink marks can be reduced, product quality can be improved, and overflow can be reduced to improve yield.

さらに、金型１１０における内部冷却効果が向上するため、ヒートスポットがなくなり、離型剤が付着しやすいことから焼付きが減り、離型抵抗が減ることから寸法精度が良くなり、金型熱応力が軽減することから型寿命が延びるという利点がある。
また、前記分割金型素材１２１・１２２・１２３は拡散接合によって金型素材に接合されているため、前記実施形態と同様に熱伝導性をさらに向上させることができるのである。なお、本実施形態においても、前記実施形態と同様に他の接合方法を用いることが可能である。 Furthermore, since the internal cooling effect in the mold 110 is improved, the heat spot is eliminated, the mold release agent is easily adhered, seizure is reduced, and the mold release resistance is reduced, so that the dimensional accuracy is improved and the mold thermal stress is increased. This has the advantage of extending the mold life.
Further, since the divided mold materials 121, 122, and 123 are bonded to the mold material by diffusion bonding, the thermal conductivity can be further improved as in the above embodiment. Also in this embodiment, other bonding methods can be used as in the above embodiment.

このように、金型１１０の金型素材における蓄熱量を減らすことで、キャビティ１１１の表面の温度を低下させ、外冷等によるキャビティ１１１の表面からの抜熱量を小さくすることが可能となる。これにより、金型１１０に発生する熱衝撃を小さくすることができ、耐用年数を長くすることができるのである。
換言すれば、熱伝導性を考慮した材料の組合せによる金型１１０を設計することにより、金型１１０への入熱量や冷却速度に対応して冷却する指向性凝固が可能となる。また、分割金型素材１２１・１２２・１２３は、金型１１０に単に配置されているだけではなく、拡散接合によって接合されているため、金型１１０内に冷却経路１１０ｃを形成することができるのである。 Thus, by reducing the amount of heat stored in the mold material of the mold 110, the temperature of the surface of the cavity 111 can be lowered, and the amount of heat removed from the surface of the cavity 111 due to external cooling or the like can be reduced. Thereby, the thermal shock which generate | occur | produces in the metal mold | die 110 can be made small, and lifetime can be lengthened.
In other words, by designing the mold 110 using a combination of materials considering thermal conductivity, directional solidification that cools in accordance with the amount of heat input to the mold 110 and the cooling rate becomes possible. Further, since the divided mold materials 121, 122, and 123 are not only disposed on the mold 110 but also joined by diffusion bonding, the cooling path 110c can be formed in the mold 110. is there.

［実験例］
次に、本発明に係る金型を用いて成型品を成形する場合の実験例について、図４（ａ）から図４（ｃ）を用いて説明する。
図４（ａ）は従来技術に係る金型５１に設けられたピン部分Ｐ１を示す図、図４（ｂ）は本発明の第一の実験例に係る金型１５１に設けられたピン部分Ｐ２を示す図、図４（ｃ）は本発明の第二の実験例に係る金型２５１に設けられたピン部分Ｐ３を示す図である。
図４（ａ）に示す如く、金型５１には冷却水路５１ａが形成されている。また、図４（ｂ）、（ｃ）に示す如く、金型１５１・２５１の内部において、金型１５１・２５１を形成する素材の熱伝導性より高い熱伝導性を有する、分割金型素材１５２・２５２が拡散接合で接合されている。そして、前記分割金型素材１５２・２５２に冷却水路１５１ａ・２５１ａが形成されている。本実験例においては、分割金型素材１５２は図４（ｂ）に示すように金型１５１の表面には表出しないように構成したのに対し、分割金型素材２５２は図４（ｃ）に示すように金型２５１の表面に表出するように構成している。 [Experimental example]
Next, an experimental example in which a molded product is molded using the mold according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (c).
FIG. 4A is a view showing a pin portion P1 provided in the mold 51 according to the prior art, and FIG. 4B is a pin portion P2 provided in the die 151 according to the first experimental example of the present invention. FIG. 4 (c) is a diagram showing a pin portion P3 provided in a mold 251 according to a second experimental example of the present invention.
As shown in FIG. 4A, a cooling water channel 51 a is formed in the mold 51. Further, as shown in FIGS. 4B and 4C, the divided mold material 152 having higher thermal conductivity than the material of the material forming the molds 151 and 251 inside the molds 151 and 251. -252 is bonded by diffusion bonding. Cooling water channels 151a and 251a are formed in the divided mold materials 152 and 252, respectively. In this experimental example, the divided mold material 152 is configured not to be exposed on the surface of the mold 151 as shown in FIG. 4B, whereas the divided mold material 252 is formed as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the surface of the mold 251 is exposed.

上記のように構成したピン部分Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３において、鋳込み試験を行った結果、ピン部分Ｐ１については先端部分において焼付きやかじりが一定の範囲で発生した。これに対し、分割金型素材１５２・２５２を拡散接合した金型１５１・２５１については、前記のような焼付きやかじりの発生を大幅に低減させることができたのである。   As a result of performing a casting test on the pin portions P1, P2, and P3 configured as described above, as for the pin portion P1, seizure and galling occurred in a certain range at the tip portion. On the other hand, with respect to the molds 151 and 251 obtained by diffusion bonding of the divided mold materials 152 and 252, the occurrence of seizure and galling as described above can be greatly reduced.

即ち、金型１５１・２５１における内部冷却効果が金型５１に比して向上するため、ヒートスポットがなくなり、離型剤が付着しやすいことから、焼付きやかじりの発生を低減させることができたのである。また、金型１５１・２５１の熱拡散が金型５１に比して高いため、成形品成形時の冷却速度が大きくなり、組織が細かく硬い層（チル層）が従来よりも厚くなるため、成形品が強固になり、金型への溶着を防ぐことができ、焼付きやかじりを低減することができたのである。   That is, since the internal cooling effect in the molds 151 and 251 is improved as compared with the mold 51, the heat spot is eliminated and the release agent is easily attached, so that the occurrence of seizure and galling can be reduced. It was. In addition, since the thermal diffusion of the molds 151 and 251 is higher than that of the mold 51, the cooling rate during molding is increased, and the hard and hard layer (chill layer) is thicker than the conventional one. The product became stronger, it was possible to prevent welding to the mold, and seizure and galling could be reduced.

本発明の第一の実施形態に係る金型を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the metal mold | die which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第二の実施形態に係る金型を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the metal mold | die which concerns on 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二の実施形態に係る金型の製造方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the manufacturing method of the metal mold | die which concerns on 2nd embodiment of this invention. （ａ）は従来技術に係る金型に設けられたピン部分を示す図、（ｂ）は本発明の第一の実験例に係る金型に設けられたピン部分を示す図、（ｃ）は本発明の第二の実験例に係る金型に設けられたピン部分を示す図。(A) is a figure which shows the pin part provided in the metal mold | die which concerns on a prior art, (b) is a figure which shows the pin part provided in the metal mold | die which concerns on the 1st experiment example of this invention, (c) is The figure which shows the pin part provided in the metal mold | die which concerns on the 2nd experiment example of this invention.

１０ 金型
１０ｃ 冷却水路
１１ キャビティ
２１ 分割金型素材
10 Mold 10c Cooling water channel 11 Cavity 21 Split mold material

Claims (5)

キャビティ内で成形品を形成するための金型であって、
前記金型の内部において、前記金型を構成する金型素材の熱伝導性とは異なる熱伝導性を有する分割金型素材が前記金型に接合され、
前記分割金型素材は、該分割金型素材が配置される箇所に対応する前記成形品の部位毎に、当該部位に必要な冷却速度に対応する熱伝導性に応じて複数種類が選定され、
前記各部位に対応する前記分割金型素材は、前記金型の内部において、選定された種類ごとに前記部位に対向する部分に接合され、
前記成形品の形成時に、速い冷却速度が求められる部位に対向する部分では、熱伝導性の高い前記分割金型素材によって前記キャビティから拡散する熱量を相対的に増加させ、遅い冷却速度が求められる部位に対向する部分では、熱伝導性の低い前記分割金型素材によって前記キャビティから拡散する熱量を相対的に減少させる、
ことを特徴とする、金型。 A mold for forming a molded product in a cavity,
Inside the mold, a split mold material having a thermal conductivity different from the thermal conductivity of the mold material constituting the mold is joined to the mold,
The divided mold material, for each part of the molded product corresponding to the place where the divided mold material is arranged, a plurality of types are selected according to the thermal conductivity corresponding to the cooling rate required for the part,
The split mold material corresponding to each part is joined to the part facing the part for each selected type inside the mold,
When forming the molded product, in a portion facing a portion where a high cooling rate is required, the amount of heat diffused from the cavity is relatively increased by the split mold material having high thermal conductivity, and a slow cooling rate is required. In the part facing the part, the amount of heat diffused from the cavity is relatively reduced by the split mold material having low thermal conductivity.
A mold characterized by that. 前記金型素材と前記分割金型素材とを接合する方法には、拡散接合が用いられる、
ことを特徴とする、請求項１に記載の金型。 For the method of joining the mold material and the divided mold material, diffusion bonding is used,
The mold according to claim 1 , wherein 前記金型の内部における、前記金型素材、及び、前記分割金型素材には、冷却水路が形成される、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の金型。 A cooling water channel is formed in the mold material and the divided mold material inside the mold.
The mold according to claim 1 or 2 , wherein 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の金型を用いて成形品を形成する、
ことを特徴とする、金型を用いた成形方法。 A molded product is formed using the mold according to any one of claims 1 to 3 .
A molding method using a mold, characterized in that 金型により成形される成形品の肉厚及び形状より、金型への入熱量を算出する、入熱量算出工程と、
前記入熱量に基づいて、金型の冷却速度と、冷却する部位とを算出する、冷却速度算出工程と、
前記冷却速度、及び冷却する部位に基づいて、金型素材の熱伝導性とは異なる熱伝導性を有する、少なくとも一種類以上の分割金型素材を選定し、前記金型を設計する、設計工程と、
前記選定された分割金型素材を金型素材に拡散接合する、接合工程と、を備える、
ことを特徴とする、金型の製造方法。 From the thickness and shape of the molded product molded by the mold, a heat input calculation step for calculating the heat input to the mold,
A cooling rate calculating step of calculating a cooling rate of the mold and a portion to be cooled based on the heat input amount;
Based on the cooling rate and the portion to be cooled, a design process for selecting at least one type of divided mold material having a thermal conductivity different from that of the mold material and designing the mold When,
A bonding step of diffusion bonding the selected split mold material to the mold material,
The manufacturing method of the metal mold | die characterized by the above-mentioned.
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