JP5423211B2 - Mold cooling system - Google Patents
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Description
本発明は、金型の内部に形成される冷却孔に冷媒を流動させて金型の冷却を行う金型冷却装置に関する。 The present invention relates to a mold cooling apparatus that cools a mold by causing a coolant to flow in a cooling hole formed inside the mold.
従来の金型冷却方法として、鋳型から製品取り出し後に冷却水を金型キャビティー面に塗布し、金型外部から冷却する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 As a conventional mold cooling method, a technique is known in which cooling water is applied to a mold cavity surface after taking out a product from a mold and cooled from the outside of the mold (see, for example, Patent Document 1).
また、金型に冷却孔を設け、その冷却孔内部、先端部分以外に直接冷却水が触れないように断熱機構を形成するスリーブを配置し、金型の凸部が小さい場合であっても粗材のヒケ割れを防止し、局部的な冷却を可能にする技術が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。 In addition, a cooling hole is provided in the mold, and a sleeve that forms a heat insulation mechanism is arranged so that the cooling water does not directly touch the inside of the cooling hole and other than the tip portion. A technique that prevents cracking of a material and enables local cooling is disclosed (for example, see Patent Document 2).
しかしながら、上記特許文献1では、高温の金型表面に冷却水を吹き付けると、金型キャビティー面は急激に冷却される。そのため、熱衝撃により金型表面にヒートクラックが発生する問題がある。また、冷媒を金型キャビティー面に塗布する時間や水分除去のためのエアブローを行う時間が必要であり、サイクルタイムの短縮に限界がある。 However, in Patent Document 1, when cooling water is sprayed on the surface of a high-temperature mold, the mold cavity surface is rapidly cooled. Therefore, there is a problem that heat cracks occur on the mold surface due to thermal shock. In addition, a time for applying the coolant to the mold cavity surface and a time for air blowing for removing moisture are required, and there is a limit to shortening the cycle time.
また、上記文献2では、金型冷却孔内の応力集中部に冷却水が接触すると、金型冷却は促進されるものの、接触部と金型内部の温度差により応力集中部に割れが生じる虞がある。また、金型の冷却能力向上のため、金型キャビティー面と冷却孔先端部の距離を近づけると、応力集中部に割れが生じる問題はより堅著となる。 Moreover, in the above-mentioned document 2, when cooling water comes into contact with the stress concentration part in the mold cooling hole, the mold cooling is promoted, but the stress concentration part may be cracked due to the temperature difference between the contact part and the mold. There is. Further, when the distance between the mold cavity surface and the tip of the cooling hole is made closer to improve the cooling capacity of the mold, the problem of cracking at the stress concentration portion becomes more serious.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、金型の熱応力による割れの発生を抑えながら、金型冷却性能を維持できる金型冷却装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a mold cooling apparatus capable of maintaining mold cooling performance while suppressing the occurrence of cracking due to thermal stress of the mold.
上述の課題を解決するために講じた第1の手段は、金型に形成された冷却孔に冷媒を供給する冷却管と、前記冷却孔に挿入される冶具と、前記冶具に取り付けられ、前記治具が底面部から押圧されることで前記冷却孔の応力集中部に押圧され圧接する断熱層と、を備えた金型冷却装置である。 The first means taken in order to solve the above-mentioned problem is a cooling pipe for supplying a coolant to a cooling hole formed in a mold, a jig inserted into the cooling hole, a jig attached to the jig, And a heat insulating layer that is pressed against and pressed against the stress concentration portion of the cooling hole by pressing the jig from the bottom surface portion .
また、第2の課題解決手段は、前記断熱層は、環状に形成される。 In the second problem solving means, the heat insulating layer is formed in an annular shape.
また、第3の課題解決手段は、前記断熱層は、樹脂材により構成される。 In the third problem solving means, the heat insulating layer is made of a resin material.
また、第4の課題解決手段は、前記治具は、該治具の両端部に配設されるリングと、該リングを支持する複数の支柱と、を備える構成である。 In a fourth problem solving means, the jig includes a ring disposed at both ends of the jig and a plurality of support columns that support the ring.
また、第5の課題解決手段は、前記治具が底面部から押圧されることで前記断熱層が押圧され、かつ、前記支柱が弾性変形し前記治具と前記冷却孔間の固定が行われる構成である。また、第6の課題解決手段は、前記冷却孔にドリル加工により形成されるストレートネジ部と、前記ストレートネジ部に螺合して、前記冷却管と前記治具を介して前記断熱層を押圧するスクリュープラグと、を更に備える構成である。 According to a fifth problem solving means, the heat insulating layer is pressed by pressing the jig from the bottom surface, and the support is elastically deformed to fix the jig and the cooling hole. It is a configuration. Further, a sixth problem solving means includes a straight thread portion formed by drilling in the cooling hole, and screwed into the straight thread portion to press the heat insulating layer through the cooling pipe and the jig. And a screw plug to be further configured.
本発明によれば、断熱層を取り付けた冶具を冷却孔に挿入して、応力集中部に押圧して圧接することで、応力集中部に冷媒が当ることによる応力集中部の急激な温度低下を抑制し温度勾配を変化させることができる。そのため、金型の熱応力による割れの発生を抑えることができる。また、冷却孔と金型キャビティー面の間隔を狭めることが可能になり、金型冷却能力の向上が図れる。 According to the present invention, the jig with the heat insulating layer attached is inserted into the cooling hole and pressed against the stress concentration portion to be pressed against the stress concentration portion. It is possible to suppress and change the temperature gradient. Therefore, the generation of cracks due to the thermal stress of the mold can be suppressed. Moreover, it becomes possible to narrow the space | interval of a cooling hole and a mold cavity surface, and the improvement of a mold cooling capability can be aimed at.
また、断熱層は環状に形成されているので、断熱層を押圧した際に環状に均一な圧接が得られ、冷却孔内周面と断熱層との間に隙間が発生するのを抑制できる。 In addition, since the heat insulating layer is formed in an annular shape, a uniform pressure contact is obtained in an annular shape when the heat insulating layer is pressed, and generation of a gap between the cooling hole inner peripheral surface and the heat insulating layer can be suppressed.
また、断熱層としては樹脂材を使用したため、冶具に押圧されると、断熱層は冷却孔内壁に沿うように変形するためシール性が向上する。 Further, since a resin material is used as the heat insulating layer, when pressed by a jig, the heat insulating layer is deformed along the inner wall of the cooling hole, so that the sealing performance is improved.
また、治具を構成する複数の支柱は、治具の両端部に配設されるリングにより、断熱層を均一な押圧力で圧接する。よって、冷却孔の内部で安定した断熱層の固定が可能となる。つまり、冷却孔の形状に対応したリングを備えることで冷却孔の内部で安定した断熱層の固定が可能となる。 In addition, the plurality of struts constituting the jig press the heat insulating layer with a uniform pressing force by the rings disposed at both ends of the jig. Therefore, the heat insulation layer can be stably fixed inside the cooling hole. That is, by providing a ring corresponding to the shape of the cooling hole, it is possible to stably fix the heat insulating layer inside the cooling hole.
また、冶具の支柱は、押圧されると冷却孔の内壁側に弾性変形して断熱層を一定の押圧力で押圧する。したがって断熱層への過度な押圧力が作用することを防止でき、断熱層の長寿命化が図れる。また、支柱は冷却孔の内壁側に平面を有するため、押圧力の調整及び弾性変形量が大きくなるため調整範囲が広がる。 Further, when the jig support is pressed, it is elastically deformed toward the inner wall side of the cooling hole and presses the heat insulation layer with a constant pressing force. Therefore, it is possible to prevent an excessive pressing force from acting on the heat insulating layer, and to extend the life of the heat insulating layer. Moreover, since the support has a flat surface on the inner wall side of the cooling hole, the adjustment range is widened because the adjustment of the pressing force and the amount of elastic deformation are increased.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施例における金型100の冷却構造の断面図である。金型100は、鋳物を作成する金型キャビティー面110と、金型100を内部から冷却するための冷却孔120を備える。冷却孔120はドリル加工により形成され、スクリュープラグ240を固定するストレートネジ部130、冷却パイプ250を固定するテーパネジ部131を備える。冷却孔120内に挿入される金型冷却装置200は、4本の支柱211と支柱211の両端部に固定した2つの径の異なるリング212a、212bとを有する冶具210と、冶具210の一端側に取り付けられ冷却水を通すための孔221を備えた断熱層220と、冶具210を押圧する円筒形のパイプ230(冷却管)と、ストレートネジ部130に螺合してパイプ230と冶具210を介して断熱層220を押圧し調整するスクリュープラグ240と、冷却水を供給する冷却管251および冷却水を排水する排水口252を有し、テーパネジ部131に螺合する冷却プラグ250と、から構成される。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the cooling structure of the
図2は、断熱層220を取り付けた冶具210の正面図である。冶具210は、4本の支柱211と、支柱211の長手方向の端部に固定したリング212aとリング212bから構成される。4本の支柱211の先端部は、内側に曲がる形状である。そして断熱層220は、支柱211の先端部との着脱を容易にするため、支柱211の外観に合わせた形状である。
FIG. 2 is a front view of the
ここで、本実施例では、均一な冷却効果を得るために冷却孔120を断面円形としている。このとき、この断面円形の冷却孔120に対応したリング212a、リング212bを設けることで、断熱層220を均一な押圧力で冷却孔120の内壁に圧接することができる。よって、冷却孔120の内部で安定した断熱層220の固定が可能となる。つまり、冷却孔120の形状に対応したリングを備えることで冷却孔120の内部で安定した断熱層220の固定が可能となる。
Here, in this embodiment, the
また、4本の支柱211は、リング212bからリング212a方向に向かうにつれて、円錐形状を呈する。円錐形状を呈することで、治具210の底面部から押圧力を付した場合に先端部の拘束と底面部からの押圧により支柱211が冷却孔120の内壁に向って広がりやすく確実な治具210の固定が可能となる。また円錐形状とすることで、治道210の先端部において、冷却孔120と治具210との間の空間が確保できる。これによって、仕様に合わせて樹脂材料の厚みを選択することができ温度勾配の設定自由度が高まる。
Moreover, the four support |
冶具210及びパイプ230は、腐食し難いSUS材を使用する。断熱層220の先端部には、金型冷却時に発生する熱応力が集中する応力集中部121を断熱する断熱層220が取り付けられる。断熱層220は、環状に形成され、中央部分には冷却水を通して冷却孔120の先端を冷却するための孔221が設けられている。断熱層220の材料は、弾性を有し、断熱性、耐熱性に優れるフッ素系樹脂(樹脂材料)を使用する。
The
このように断熱層220を樹脂材料とすることで、セラミックスや金属等々に比べて形状変形が容易となり、冷却孔120の形状に対応して密着させることができ、断熱性を高めることができる。更に、樹脂材料を使用することで、セラミックスや金属等々に比べて柔軟性が高く、形状変形が容易なので組付時の押圧力を抑制できる。これにより、金型冷却装置200の組付を簡便に行なうことができる。また、簡素な構造で押圧力を低減でき、治具210の長寿命化が図れる。尚、本発明における断熱層220の冷却孔120への密着の程度は、完全に冷媒の進入を防ぐものに限定する主旨ではなく、積極的に冷媒を通水させない程度でも金型材質、冷媒の通水量等によっては本発明の効果を得ることはできるものである。
By using the
図3は、図2の冶具210のA−A断面図である。4本の支柱211は、それぞれ冷却孔120の内壁側に1つの平面213を有し、平面213はリング212bが押圧され支柱211が弾性変形した場合に冷却孔120の内壁と接触する構成である。本実施例では支柱211の断面形状は平面を有する半円であるが、半円に限定されるものではなく、四角形状、その他の多角形状でもよい。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
以下に金型100に金型冷却装置200を取り付ける手順について説明する。
The procedure for attaching the
断熱層220を取り付けた冶具210を断熱層220側から冷却孔120に挿入する。金型によって冷却孔は複数あり、深さが異なる。そのため、冷却孔の深さに応じて長さの異なるパイプを用いることで、異なる深さの冷却孔へも対応可能になる。
The
次に、断熱層220を取り付けた冶具210とパイプ230を介して密着するため、ストレートネジ部130と螺合するスクリュープラグ240によりパイプ230を押圧する。その後、テーパネジ部131に冷却プラグ250を取り付けて、冷却孔120に栓をする。
Next, the
冷却プラグ250側の冷却管251は、供給パイプ301を介して冷却水供給源300に接続される。排水口252は排水パイプ401を介して、冷却水排水源400に接続される。冷却供給源300としては、例えば、工場等に配管される工業用水を使用したユーティリティ配管の吐出口が利用される。冷却水排出源400としては、例えば、工場等に配管される工業用水を使用したユーティリティ配管の排出口が利用される。一般的に、ユーティリティ配管の排出口から排出された冷却水は、クーリングタワー等により冷却・浄化され、ユーティリティ配管の吐出口に戻る循環系を構成している。
The
上記の構成において、冷却水供給源300から供給された冷却水は、供給パイプ301、冷却管251を経由し、冷却管先端251aから冷却孔120内に噴出される。冷却水は、断熱層220の孔221を通過して冷却孔120の先端部を冷却する。その際、応力集中部121は、断熱層220に覆われてシールされるため、冷却水は応力集中部121に接触しない。冷却孔120から排水口252に向かった冷却水は、排水パイプ401を経由して冷却水排出源400に至り、排出される。
In the above configuration, the cooling water supplied from the cooling
本発明の金型冷却装置200では、スクリュープラグ240がパイプ230と冶具210とを介して断熱層220を押圧して、断熱層220を冷却孔120の応力集中部121に密着するため、応力集中部121を冷却水からシールすることができる。冷却水からシールすることで応力集中部121の熱応力を緩和できる。そのため、金型100の熱応力による割れの発生を抑えることができる。また、冷却孔120と金型キャビティー面110の間隔を狭めることが可能になり、金型冷却能力の向上が図れる。
In the
また、断熱層220は環状に形成されるので、断熱層220を押圧した際に環状に均一な密着が得られ、冷却孔120の内周面と断熱層220との間に隙間が発生するのを防止し、シール性が向上する。
In addition, since the
また、断熱層220としてはフッ素系樹脂を使用したため、冶具210に押圧されると、断熱層220は冷却孔120の内壁に沿うように変形して密着するため、シール性が向上する。
In addition, since a fluorine-based resin is used as the
また、断面円形の冷却孔120に対応したリング212a、リング212bと、リング212a、リング212bを支持する4本の支柱211を設けることで、断熱層220を均一な押圧力で冷却孔120の内壁に圧接することができ、冷却孔120の内部で安定した断熱層220の固定が可能となる。
Further, by providing the
また、冶具210の支柱211は、押圧されると冷却孔120の内壁側に弾性変形して断熱層220を一定の押圧力で押圧する。したがって断熱層220への過度な押圧力が作用することを防止でき、断熱層220の長寿命化が図れる。また、支柱211は冷却孔120の内壁側に平面213を有するため、押圧力の調整及び弾性変形量が大きくなり調整範囲が広がる。
Further, when the
従来の金型では、金型の熱応力による割れの発生を抑えるためには、冷却孔120(冷却孔径のφ11.5mm)と金型キャビティー面110の距離は30mm必要であったが、本実施例では、応力集中部121の応力値を緩和したため、冷却孔120と金型キャビティー面110の距離5mm程度まで近づけることが可能になった。このときの冷却能力指数は、従来の金型の約6倍(冷却水温度20℃、流量7L/min)向上する結果となった。
In the conventional mold, in order to suppress the occurrence of cracks due to the thermal stress of the mold, the distance between the cooling hole 120 (cooling hole diameter φ11.5 mm) and the
100 金型
120 冷却孔
121 応力集中部
200 金型冷却装置
210 冶具
220 断熱層
230 パイプ(冷却管)
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記冷却孔に挿入される冶具と、
前記冶具に取り付けられ、前記治具が底面部から押圧されることで前記冷却孔の応力集中部に押圧され圧接する断熱層と
を備えた金型冷却装置。 A cooling pipe for supplying a coolant to cooling holes formed in the mold;
A jig inserted into the cooling hole;
A mold cooling apparatus provided with a heat insulating layer attached to the jig and pressed against the stress concentration portion of the cooling hole by pressing the jig from the bottom surface portion .
前記ストレートネジ部に螺合して、前記冷却管と前記治具を介して前記断熱層を押圧するスクリュープラグと、 A screw plug that is screwed into the straight thread portion and presses the heat insulating layer via the cooling pipe and the jig;
を更に備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の金型冷却装置。The mold cooling device according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
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