JP5424384B2

JP5424384B2 - 鋳造方法

Info

Publication number: JP5424384B2
Application number: JP2009032314A
Authority: JP
Inventors: 晃雄宮本; 有裕松尾
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-02-16
Also published as: JP2010188351A

Description

本発明は、鋳造方法に関する。

一般に、鋳造は、金型に形成されたキャビティに溶湯を射出した後、所定の鋳造圧を加え、溶湯を凝固させることにより行われる。鋳造圧が低い状態で溶湯が凝固すると、溶湯に気泡等が混入したまま凝固し、製品部分に鋳造欠陥が生じる恐れがある。このため、溶湯を凝固させる際には、所定以上の鋳造圧を加えてキャビティ内の溶湯に混入した気泡を除去し、鋳造欠陥の生成を抑える必要がある。このとき、製品の品質を保証するために最低限必要とされる鋳造圧を「初期鋳造圧」と言う（以下、同様）。

金型に許容される最大鋳造圧Ｐ_ｍａｘは、特許文献１に示されているように、金型の型締め力Ｆ、及び型開き方向の溶湯受圧面積Ｓを用いて、Ｐ_ｍａｘ＝Ｆ／Ｓで表される。同文献では、鋳造圧が初期鋳造圧Ｐ_０に達した後、キャビティ内の溶湯の凝固層の生成に応じて鋳造圧を高めることにより、最大鋳造圧Ｐ_ｍａｘを高めることを可能としている。すなわち、キャビティ内の溶湯の凝固層が生成するにしたがって溶湯受圧面積Ｓが小さくなるため、この溶湯受圧面積Ｓが減少した分だけ最大鋳造圧Ｐ_ｍａｘを大きくすることができる。

特開平７−６０４２７号公報

上記の鋳造方法では、少なくとも初期鋳造圧Ｐ_０に耐え得る型締め力が必要となる。例えば、鋳造圧を加え始めてから初期鋳造圧Ｐ_０に達するまでの間にも、上記と同様に、キャビティ内の溶湯の凝固層の生成に応じて鋳造圧を高めれば、初期鋳造圧Ｐ_０に達する時には溶湯受圧面積Ｓが減っているため、型締め力Ｆを小さくすることができ、鋳造設備の小型化を図ることができる。しかし、この場合、鋳造圧が初期鋳造圧Ｐ_０に満たない状態でキャビティ内の溶湯が凝固し始めるため、製品部分に鋳造欠陥が生じる恐れがある。

本発明が解決しようとする課題は、鋳造欠陥を生じることなく製品部分を成形できると共に、鋳造設備を小型化することができる鋳造方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、製品部分を成形する主キャビティと、主キャビティに溶湯を供給するための湯道と、主キャビティに連通し、前記湯道と異なる部分に設けられ、製品以外の部分を成形する副キャビティとを有する金型を用いた鋳造方法であって、主キャビティ及び副キャビティに溶湯を満たした後、副キャビティ内の溶湯を冷却しながら鋳造圧を高め、初期鋳造圧に達するまでの間に副キャビティ内の溶湯の少なくとも一部を凝固させ、初期鋳造圧に達した後に主キャビティ内の溶湯を凝固させ始める鋳造方法を提供する。

このように、本発明の鋳造方法では、副キャビティ内の溶湯を冷却しながら鋳造圧を高めることで、初期鋳造圧Ｐ_０に達するまでに副キャビティ内の溶湯を積極的に凝固させる。これにより、初期鋳造圧Ｐ_０に達した時点で、副キャビティ内の溶湯が凝固した分だけ溶湯受圧面積Ｓが低減され、初期鋳造圧Ｐ_０に耐え得るための型締め力Ｆ（＝Ｐ・Ｓ）を小さくすることができ、鋳造設備を小型化することができる。このとき、副キャビティ内の溶湯は低圧状態で凝固するため、鋳造欠陥が発生する恐れがあるが、副キャビティ内で成形される部分は製品とは関係がないため問題ない。そして、初期鋳造圧Ｐ_０に達した後に、主キャビティ内の溶湯を凝固させ始めることにより、鋳造欠陥が発生させることなく製品部分を成形することができる。

以上のように、本発明の鋳造方法によれば、鋳造欠陥を生じることなく製品部分を成形できると共に、鋳造設備を小型化することができる。

図２のＹ−Ｙ線における金型の断面図である。固定型の正面図（図１のＸ−Ｘ線を矢印方向から見た図）である。図２のＺ−Ｚ線における金型の断面図である。鋳造圧Ｐの時間Ｔに対する変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示す鋳造金型１は、例えばダイカスト法による高圧鋳造を行うためのものであり、固定型１０と、固定型１０に対して移動可能な可動型２０とを有する。固定型１０及び可動型２０を型締めすると、金型内部に、製品部分を成形する主キャビティ３０と、製品以外の部分を成形する副キャビティとが形成される。副キャビティは、主キャビティと連通し、製品と関係の無い部分を成形するものであれば、その形状等は限定されない。本実施形態では、主キャビティ３０内を減圧するための減圧ランナ４０を副キャビティとして機能させている。また、図示例では、固定型１０及び可動型２０のそれぞれに、主キャビティ３０を構成するための凹部と、減圧ランナ４０を構成するための溝部とが形成され、これらの凹部あるいは溝部を型合わせすることにより、主キャビティ３０及び減圧ランナ４０が形成される。

減圧ランナ４０は、図２に示すように、主キャビティ３０の上部及び側部の複数箇所から延び、これらが一本にまとめられてチルベント５０に接続されている。チルベント５０は、図３に示すように、一対のチルベント部材５１・５２からなり、一方のチルベント部材５１が固定型１０に、他方のチルベント部材５２が可動型２０に固定される。固定型１０及び可動型２０を型締めすると、チルベント部材５１・５２の間に通路５３が形成される。各チルベント部材５１・５２の互いに対向する面には凹凸部が形成され、これらの凹凸部の間にジグザグに屈曲した通路５３が形成される。通路５３の外部側端部は、減圧手段（例えば真空ポンプ、図示省略）に接続され、この減圧手段を稼動すると、チルベント５０の通路５３及び減圧ランナ４０を介して主キャビティ３０内の空気が排出され、鋳造金型１の内部空間が減圧される。尚、減圧手段は、真空ポンプのように積極的にキャビティ内を減圧するものに限らず、例えば通路５３の外部側端部を大気と連通してキャビティ内の圧力を大気圧に維持する消極的な手段でもよい。

固定型１０には、主キャビティ３０に溶湯を供給するための湯道１１と、内部を冷媒が流通する冷却路とが形成される。本実施形態では、図２に示すように、２本の冷却路１２・１３が設けられる。冷却路１２・１３は、主キャビティ３０の上方に入口１２ａ・１３ａを有し、主キャビティ３０の両側の側方に回り込むように延びて、固定型１０の下方部分（図示例では主キャビティ３０よりも下方部分）に出口１２ｂ・１３ｂが開口している。これにより、主キャビティ３０の周りを囲むように冷却路１２・１３が配される。一方の冷却路１２は減圧ランナ４０の付近を通っており、具体的には減圧ランナ４０との最短距離Ｌ１が主キャビティ３０との最短距離Ｌ２よりも短くなっている（Ｌ１＜Ｌ２、図１参照）。図示例の一方の冷却路１２は、図２に示す正面視で、主キャビティ３０から延びた減圧ランナ４０を跨いで設けられる。

上記構成の金型１を用いた鋳造方法を、以下に説明する。

まず、固定型１０及び可動型２０を型締めして、主キャビティ３０、減圧ランナ４０、及びチルベント５０の通路５３を形成する。その後、減圧手段により主キャビティ３０を減圧しながら、湯道１１を介して主キャビティ３０内に溶湯を射出する。このように、主キャビティ３０内を減圧しながら溶湯を射出することにより、主キャビティ３０の細部まで溶湯を素早く行き渡らせることができると共に、空気の巻き込みを低減できる。また、射出当初の溶湯は、金型に付着したゴミや金属カスが混入しやすいため、このような不純物を含んだ溶湯を減圧ランナ４０内に引き込むことで、製品部分（主キャビティ３０）への不純物の混入を抑えることができる。

主キャビティ３０に射出された溶湯が、減圧ランナ４０を通ってチルベント５０の通路５３まで達すると、一対のチルベント部材５１・５２に接触して冷却され、通路５３内で凝固する。これにより、主キャビティ３０に射出された溶湯が、減圧ランナ４０及び通路５３を介して鋳造金型１の外部に流出する事態を防止できる。

主キャビティ３０、減圧ランナ４０、及び湯道１１を含めた金型１の内部空間に溶湯が満たされたら、シリンダで溶湯を押し込んで鋳造圧を加え始める。このときの鋳造圧Ｐの時間Ｔに対する変化を図４に示す。図示のように、鋳造圧Ｐは、基準時Ｔ_０から徐々に高められ、所定の圧力Ｐ_１に達するまで時間Ｔの経過と共に無段階且つ連続的に単調増加する。

こうして鋳造圧を徐々に高めると共に、鋳造金型１を冷却する。具体的には、冷却路１２・１３の入口１２ａ・１３ａから冷媒（例えば水）を流入して固定型１０を冷却する。この冷却路１２・１３による冷却は、例えば基準時Ｔ_０と同時に開始される。上記のように、冷却路１２・１３は、主キャビティ３０よりも減圧ランナ４０に近接して配されるため（Ｌ１＜Ｌ２、図１参照）、減圧ランナ４０が主キャビティ３０に対して相対的に冷却される。特に、本実施形態では、冷却路１２の二箇所の開口部１２ａ・１２ｂうち、減圧ランナ４０に近接した側（上側）の開口部１２ａから冷媒が流入されるため、流入されたばかりの低温の冷媒が減圧ランナ４０付近を通り、減圧ランナ４０がより一層冷却される。以上により、減圧ランナ４０内の溶湯が積極的に冷却され、初期凝固圧力Ｐ_０に達するまでに少なくとも一部が凝固する（図４参照）。

鋳造圧が初期鋳造圧Ｐ_０に達した状態では、溶湯内に混入した気泡が溶湯に溶け込んで除去されている。このとき、金型の型締め力Ｆは、初期鋳造圧Ｐ_０と溶湯受圧面積Ｓとの積よりも大きく設定する必要がある（Ｆ＞Ｐ_０・Ｓ）。本発明の鋳造方法では、上記のように、鋳造圧が初期鋳造圧Ｐ_０に達するまでに減圧ランナ４０内の溶湯の少なくとも一部が凝固しているため、この凝固した分だけ溶湯受圧面積Ｓが低減されている。従って、型締め力Ｆを小さくすることができ、型締めに要するシリンダ等の小型化、ひいては鋳造設備全体の小型化を図ることができる。

その後、主キャビティ３０内の溶湯も冷却路１２・１３により十分に冷却され、凝固し始める（図４参照）。このとき、主キャビティ３０内の溶湯の凝固層の形成に応じて金型に許容される最大鋳造圧が高められるため、型締め力を大きくすることなく鋳造圧を所定値Ｐ_１まで高めることができる。製品部分が完全に凝固したら、型開きされ、押し出し棒（図示省略）で製品を押し出して金型から製品が離脱される。

図４に示すように、減圧ランナ内の溶湯は、初期鋳造圧Ｐ_０に満たない低圧状態で凝固するため、鋳造欠陥が生じる恐れが高いが、この部分は製品とは関係のない廃棄される部分であるため、鋳造欠陥の生じても問題ない。一方、主キャビティ３０内の溶湯は、初期鋳造圧Ｐ_０以上の鋳造圧の下で凝固するため、溶湯内に混入した空気が除去され、製品部分に鋳造欠陥が生じる恐れを回避できる。

本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記に示した金型１に主キャビティ３０の溶湯を保温する保温手段を設ければ、初期鋳造圧Ｐ_０に満たない状態で主キャビティ内の溶湯が凝固し始める事態を防止し、製品部分への鋳造欠陥の生成を確実に防止できる。保温手段としては、例えば、冷却水温コントロールする制御部を設けたり、主キャビティを構成する金型の成形面に保温効果の高い油性離型剤を塗布したりすることが考えられる。

また、上記の実施形態では、副キャビティが減圧ランナである場合を示しているが、これに限らず、外部と連通しない別個の副キャビティを金型内に形成してもよい。ただし、上記実施形態のようにダイカスト鋳造法では減圧ランナを設けられる場合が多いため、この減圧ランナを副キャビティとして有効に活用することが望ましい。

１金型
１０固定型
１１湯道
１２・１３冷却路
２０可動型
３０主キャビティ
４０減圧ランナ（副キャビティ）
５０チルベント
Ｐ鋳造圧
Ｐ_０初期鋳造圧
Ｔ時間

Claims

製品部分を成形する主キャビティと、主キャビティに溶湯を供給するための湯道と、主キャビティに連通し、前記湯道と異なる部分に設けられ、製品以外の部分を成形する副キャビティとを有する金型を用いた鋳造方法であって、
主キャビティ及び副キャビティに溶湯を満たした後、副キャビティ内の溶湯を冷却しながら鋳造圧を高め、初期鋳造圧に達するまでの間に副キャビティ内の溶湯の少なくとも一部を凝固させ、初期鋳造圧に達した後に主キャビティ内の溶湯を凝固させ始める鋳造方法。