JP5376286B2 - 鋳造金型の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋳造金型の冷却構造に関する。

特許文献１には、上型の貫通孔に装着された先端が閉じたキャップと、このキャップに挿入された冷媒供給管とを備えた金型の冷却構造が開示されている。上型のキャビティに注入された溶湯は、冷媒供給管から送り出された冷却水とキャップを介して接触する。

特開２００２−８６２５９号公報

上記金型の冷却構造では、冷媒供給管からキャップ内に送り出された冷却水がキャップの先端の反対側の開口端から排出される。このため、開口端から排出された冷却水が上型側へ流れて上型に付着して、上型が錆びついたり腐食したりするおそれがある。

そこで、本発明は、鋳造金型に冷却水を付着させることなく、鋳造金型を冷却することが可能な鋳造金型の冷却構造の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明にかかる鋳造金型の冷却構造は、金属製中空形状の入れ子と冷却水供給管と冷却水排出管とを備える。

入れ子は、高熱伝導材料である銅合金によって形成されて鋳造金型の下方に着脱自在に装着され、鋳造金型の凹状内面とともにキャビティを区画するキャビティ形成面と鋳造金型に面接触する金型接触面と鋳造金型から露出する露出面とを含む外面と、上記キャビティ形成面を有する上壁と、上壁の外周部に接続されて下方に向かって延びる外側壁と、外側壁の下端部に接続されるとともに上記露出面を有する下壁と、上壁の内面と外側壁の内面と下壁の内面とによって区画される内部閉空間と、露出面に形成されて内部閉空間と外部とを連通する冷却水供給孔及び冷却水排出孔と、を有する。

冷却水供給管は、冷却水供給孔に装着されて内部閉空間と入れ子の外部とを連通し、冷却水を内部閉空間へ噴出させて供給する。冷却水排出管は、冷却水排出孔に装着されて内部閉空間と入れ子の外部とを連通する。冷却水排出管は、下壁より上方に配置される一端を有し、冷却水供給管から噴出し外側壁の内面を流下して下壁の内面上に達した冷却水を一端から入れ子の外部へ排出する。

上記構成によれば、鋳造時に金属製中空形状の入れ子が鋳造金型に装着されてキャビティに溶湯が注入される。キャビティに注入された溶湯は鋳造金型の凹状内面と入れ子のキャビティ形成面と接触する。これにより、凹状内面と接触する溶湯の熱は鋳造金型へと伝達され、鋳造金型に伝達された熱は、金型接触面から入れ子及び入れ子の内部閉空間の雰囲気へと伝達される。また、キャビティ形成面と接触する溶湯の熱は、キャビティ形成面から入れ子及び入れ子の内部閉空間の雰囲気へと伝達される。すなわち、鋳造時にキャビティに注入された溶湯の熱は、キャビティ形成面及び金型接触面から入れ子及び入れ子の内部閉空間の雰囲気へ伝達される。

上記鋳造時において、冷却水供給孔に装着された冷却水供給管によって冷却水が入れ子の内部閉空間に供給され、内部閉空間に供給された冷却水が内部閉空間の内面を流下する。これにより、入れ子及び内部閉空間の雰囲気中の熱が冷却水に伝達されて、入れ子及び内部閉空間の雰囲気が冷却されるとともに、冷却された入れ子を介してキャビティ内の溶湯及び鋳造金型が冷却される。

このように、鋳造時において、入れ子を介してキャビティ内の溶湯及び鋳造金型の両方を冷却できるため、鋳造金型のみを冷却する場合よりもキャビティ内の溶湯を効率良く冷却でき、キャビティ内の溶湯の凝固時間の短縮を図ることができる。

さらに、内部閉空間の内面を流下した冷却水は、冷却水排出孔に装着された冷却水排出管から入れ子の外部へ排出されるため、冷却水が鋳造金型に付着することがない。従って、鋳造金型に耐食性の低い材質を使用することができ、鋳造金型の材質の選択の幅を広げることができる。

また、入れ子が鋳造金型に対して着脱自在なため、鋳造金型から入れ子を取り外した状態で入れ子のメンテナンス作業を行うことができる。従って、入れ子のメンテナンス作業の容易化を図ることができる。

また、入れ子を高熱伝送材料である銅合金によって形成しているので、鋳造時のキャビティ内の溶湯及び鋳造金型の冷却効率をより高めることができる。

本発明によれば、鋳造金型に冷却水を付着させることなく、鋳造金型を冷却することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は下型本体に装着された入れ子を模式的に示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態にかかる重力鋳造用金型（鋳造金型）１の冷却構造は、下型本体２と入れ子３と２つの噴水パイプ（冷却水供給管）４と１つの排出パイプ（冷却水排出管）５等を備えている。

下型本体２は、上下二分割された重力鋳造用金型１の下半分であり、上方が開放する凹状のキャビティ面（凹状内面）６と、このキャビティ面６に対して垂直に貫通する貫通孔７等を有する。また、鋳造時において、下型本体２の上方にはキャビティ面や押し湯部等が設けられた上型本体（図示せず）が配置され、上型本体のキャビティ面と下型本体２のキャビティ面６とで区画形成されるキャビティ１２に溶湯８が注入される。

入れ子３は、銅合金（高熱伝導材料）で形成された中空円柱の部材であり、上壁９と外側壁１０と下壁１１等で構成されている。入れ子３は、外径が下型本体２の貫通孔７の径と略同じ長さで形成されて貫通孔７に着脱自在に装着される。

上壁９は、入れ子３が貫通孔７に装着された入れ子装着状態において入れ子３の上端を区画する。上壁９の外面（キャビティ形成面）９ａは、入れ子装着状態で下型本体２のキャビティ面６と同一面上に配置され、この下型本体２のキャビティ面６とともにキャビティ１２を区画する。

外側壁１０は、上壁９の外周部に接続されて下方に向かって延びている。外側壁１０の外面上部（金型接触面）１０ａは入れ子装着状態で下型本体２と面接触し、外側壁１０の外面下部（露出面）１０ｃは下型本体２から露出する。

下壁１１は、２つの噴水パイプ装着孔（冷却水供給孔）１３と１つの排出パイプ装着孔（冷却水排出孔）１４とを有する。下壁１１は、入れ子装着状態において外側壁１０の下端部に接続されて入れ子３の下端を区画し、下壁１１の外面（露出面）１１ａが下型本体２から露出する。なお、上壁９の内面９ｂ、外側壁１０の内面１０ｂ及び下壁１１の内面１１ｂによって、内部閉空間１５が区画形成される。

噴水パイプ装着孔１３及び排出パイプ装着孔１４は、それぞれ下壁１１を貫通する円形状の孔であり、内部閉空間１５と入れ子３の外部とを連通している。噴水パイプ装着孔１３の径は排出パイプ装着孔１４の径の略半分に設定され、２つの噴水パイプ装着孔１３と１つの排出パイプ装着孔１４との位置関係は、排出パイプ装着孔１４を中心とした同一直線上に配置されている。

噴水パイプ４は円筒形状であり、外径が噴水パイプ装着孔１３の径と略同じに形成されて、噴水パイプ装着孔１３に挿通されている。噴水パイプ４の一端４ａは開口し、上壁９の内面９ｂに対向配置されている。噴水パイプ４の他端は、特に図示しない冷却水送出用装置に接続されている。冷却水送出装置は、冷却水を噴水パイプ４の他端側から一端４ａ側へ送出する（図１中矢印４ｂで示す）。

排出パイプ５は円筒形状であり、外径が排出パイプ装着孔１４の径と略同じに形成されて、排出パイプ装着孔１４に挿通されている。排出パイプ５の一端５ａは開口するとともに、下壁１１の内面１１ｂよりも僅かに上方に配置されて、内部閉空間１５内に供給された冷却水を内面１１ｂ上に僅かに貯留し得る構造となっている。また、排出パイプ５の他端５ｂは開口して、下型本体２から離れた位置、すなわち、冷却水を排出する際に下型本体２に冷却水が付着しない位置に配置されている。

本実施形態によれば、銅合金で形成された入れ子３が下型本体２に装着され、鋳造時においてキャビティ１２に溶湯８が注入される。キャビティ１２に注入された溶湯８は下型本体２のキャビティ面６と入れ子３の上壁９の外面９ａと接触する。これにより、キャビティ面６と接触する溶湯８の熱は下型本体２へと伝達され、下型本体２に伝達された熱は、外側壁１０の外面上部１０ａから入れ子３及び入れ子３の内部閉空間１５内の雰囲気へと伝達される。また、上壁９の外面９ａと接触する溶湯８の熱は、上壁９の外面９ａから入れ子３及び入れ子３の内部閉空間１５内の雰囲気へと伝達される。すなわち、鋳造時にキャビティ１２に注入された溶湯８の熱は、上壁９の外面９ａと外側壁１０の外面上部１０ａから入れ子３及び入れ子３の内部閉空間１５内の雰囲気へと伝達される。

この鋳造時において、噴水パイプ装着孔１３に装着された噴水パイプ４によって冷却水が上壁９の内面９ｂに対して噴出され、内面９ｂに噴出された冷却水は内部閉空間１５の内面９ｂ，１０ｂを流下して、内面１１ｂ上に僅かに貯留される。これらにより、入れ子３及び内部閉空間１５の雰囲気中の熱が冷却水に伝達されて、入れ子３及び内部閉空間１５の雰囲気が冷却されるとともに、冷却された入れ子３を介してキャビティ１２内の溶湯８及び下型本体２が冷却される。

このように、鋳造時において、入れ子３を介してキャビティ１２内の溶湯８及び下型本体２の両方を冷却できるため、下型本体２のみを冷却する場合よりもキャビティ１２内の溶湯８を効率良く冷却でき、キャビティ１２内の溶湯８の凝固時間の短縮を図ることができる。これにより、キャビティ１２内の溶湯８を押し湯部の溶湯よりも速く凝固させることができ、キャビティ１２内の溶湯８の凝固に伴う収縮によってキャビティ１２内に隙間が生じた場合であっても、押し湯部の溶湯をキャビティ１２内の隙間に充填することができる。従って、高品質な製品を歩留まりよく製造することができる。

そして、内部閉空間１５内の冷却水は、排出パイプ装着孔１４に装着された排出パイプ５から入れ子３の外部へ排出されるため、冷却水が下型本体２に付着することがない（図１中矢印５ｃで示す）。これにより、下型本体２及び上型本体に耐食性の低い材質を使用でき、下型本体２及び上型本体の材質の選択の幅を広げることができる。

また、入れ子３が下型本体２に対して着脱自在なため、下型本体２から入れ子３を取り外した状態で入れ子３のメンテナンス作業を行うことができる。従って、入れ子３のメンテナンス作業の容易化を図ることができる。

さらに、入れ子３が銅合金で形成されているため、キャビティ１２に注入された溶湯８及び重力鋳造用金型１の冷却効率をより高めることができる。

なお、本実施形態では、入れ子装着状態において外側壁１０の外面下部１０ｃが下型本体２から露出する場合を説明したが、外側壁１０の外面下部１０ｃが下型本体２と面接触していてもよい。

また、排出パイプ５の一端５ａを、下壁１１の内面１１ｂよりも僅かに上方に配置した場合を説明したが、排出パイプ装着孔１４の下端に排出パイプ５の一端５ａを接続してもよい。すなわち、内部閉空間１５内に供給された冷却水を内面１１ｂ上に貯留させずに排出してもよい。

さらに、噴水パイプ４の一端４ａを上壁９の内面９ｂに対向配置する場合に限られず、噴水パイプ装着孔１３の下端に噴水パイプ４の一端４ａを接続して内部閉空間１５内に冷却水を供給してもよい。

また、噴水パイプ４の一端４ａにノズルを設けて冷却水を内部閉空間１５に霧状に噴射させてもよい。

さらに、入れ子３が銅合金で形成されている場合に限られず、ステンレス等他の材質で形成されていてもよい。

また、上下二分割された金型に入れ子３を装着する場合を説明したが、例えば、左右二分割された金型に入れ子３を装着してもよい。この左右二分割された金型に入れ子３を装着する場合には、噴水パイプ４から内部閉空間１５に供給された冷却水を排出パイプ５から排出し得るよう、噴水パイプ４及び排出パイプ５の位置関係を変更すればよい。

また、本実施形態では２つの噴水パイプ４と１つの排出パイプ５とを設けた場合を説明したが、例えば、４つの噴水パイプ４と２つの排出パイプ５とを設けてもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

本発明は、鋳造金型に適用可能である。

下型本体に装着された入れ子を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ 重力鋳造用金型（鋳造金型）
３ 入れ子
４ 噴水パイプ（冷却水供給管）
５ 排出パイプ（冷却水排出管）
６ キャビティ面（凹状内面）
７ 貫通孔
９ａ 外面（キャビティ形成面）
９ｂ 内面
１０ａ 外面上部（金型接触面）
１０ｂ 内面
１０ｃ 外面下部（露出面）
１１ａ 外面（露出面）
１１ｂ 内面
１２ キャビティ
１３ 噴水パイプ装着孔（冷却水供給孔）
１４ 排出パイプ装着孔（冷却水排出孔）
１５ 内部閉空間

Claims (1)

1. 高熱伝導材料である銅合金によって形成されて鋳造金型の下方に着脱自在に装着され、前記鋳造金型の凹状内面とともにキャビティを区画するキャビティ形成面と前記鋳造金型に面接触する金型接触面と前記鋳造金型から露出する露出面とを含む外面と、前記キャビティ形成面を有する上壁と、前記上壁の外周部に接続されて下方に向かって延びる外側壁と、前記外側壁の下端部に接続されるとともに前記露出面を有する下壁と、前記上壁の内面と前記外側壁の内面と前記下壁の内面とによって区画される内部閉空間と、前記露出面に形成されて前記内部閉空間と外部とを連通する冷却水供給孔及び冷却水排出孔と、を有する金属製中空形状の入れ子と、
   前記冷却水供給孔に装着されて前記内部閉空間と前記入れ子の外部とを連通し、冷却水を前記内部閉空間へ噴出させて供給する冷却水供給管と、
   前記冷却水排出孔に装着されて前記内部閉空間と前記入れ子の外部とを連通する冷却水排出管と、を備え、
   前記冷却水排出管は、前記下壁より上方に配置される一端を有し、前記冷却水供給管から噴出し前記外側壁の前記内面を流下して前記下壁の前記内面上に達した冷却水を前記一端から前記入れ子の外部へ排出する
   ことを特徴とする鋳造金型の冷却構造。

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