JP5706265B2

JP5706265B2 - 鋳造用金型装置

Info

Publication number: JP5706265B2
Application number: JP2011169433A
Authority: JP
Inventors: 裕樹武井; 佳広木村; 孝池北; 宗将竹谷; 豪尾上
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2031-08-02
Also published as: JP2013031872A

Description

本発明は、鋳造用金型装置、特にキャビティ部の減圧を行う減圧手段を備える鋳造用金型装置に関する。

ハイプレッシャーダイキャスト製法は、精密な鋳物成型品を短いサイクルタイムで生産する方法として知られている。しかし、キャビティ部内に溶湯を高速で供給するため、溶湯がキャビティ部内のガス（空気）を巻き込みやすく、鋳巣などの鋳造欠陥が発生して、鋳造成型品の品質が低下するおそれがある。そこで、従来から、減圧によりキャビティ部内のガスを排出させて鋳造を行う真空ダイキャスト（減圧ダイキャスト）が行われている。

真空ダイキャストでは、通常、特許文献１に記載のように、オーバフロー部と接続されるガス流通路（エアベント）、及びガス流通路と連通してキャビティ部内のガスを排出するための減圧手段を設け、キャビティ部内のガスを減圧手段によって減圧してガス流通路を介し外部に排出している。

鋳造成型品が大型であると、キャビティ部の容積も大きくなり、キャビティ部内のガス量も多くなる。この場合、短いサイクルタイムで生産するためには、短時間で所定の減圧を達成する必要があり、キャビティ部に複数のオーバフロー部を接続させている。

特開昭６３−１７４７７１号公報

各オーバフロー部はキャビティ部の局所的な最終充填部に接続されるが、これらの充填完了タイミングは完全には一致しない。そのため、減圧手段に近い上流側のオーバフロー部が先に充填され、オーバフロー部から流れ込んだ溶湯がガス流通路を閉塞することがある。

この場合、下流側のオーバフロー部と減圧手段との連通は遮断され、キャビティ部内のガスが十分に排出されない。そのため、キャビティ部内にガスが残留して、充填不良やガス巻き込み不良による鋳造欠陥が発生して、鋳造成型品の品質が低下するおそれがあった。

本発明は、以上の点に鑑み、複数のオーバフロー部が設けられても、キャビティ部内のガスを確実に排出することが可能な鋳型用金型装置を提供することを目的とする。

本発明は、鋳造成型品を形成するためのキャビティ部と、前記キャビティ部から延出され、該キャビティ部に供給された溶湯のオーバフロー分が流れ込む複数のオーバフロー部と、前記キャビティ部及び前記オーバフロー部の減圧を行う減圧手段と、前記複数のオーバフロー部と前記減圧手段とを連通し、溶湯で閉塞され得るガス流通路と、前記複数のオーバフロー部と前記減圧手段とを連通し、溶湯で閉塞されないガス専用流通路とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数のオーバフロー部と減圧手段とを連通するガス専用流通路を備えており、このガス専用流通路は溶湯で閉塞されないので、溶湯の充填完了まで全てのオーバフロー部から減圧手段に連通するガス排出経路が確保される。

そのため、上流側のガス流通路が溶湯で完全に閉塞されても、下流側のオーバフロー部と減圧手段とがガス専用流通路を介して連通しているので、キャビティ部内の全てのガスが確実に外部に排出される。よって、キャビティ部内にガスが残留して、充填不良やガス巻き込み不良による鋳造欠陥が発生することに起因する鋳造成型品の品質の低下を防止することができる。

また、本発明において、前記ガス専用流通路は、前記ガス流通路に沿って形成されている。これにより、ガス専用流通路をガス流通路と共に容易に形成することが可能となる。

また、本発明において、前記減圧手段は、前記キャビティ部内及び前記オーバフロー部内のガスを減圧する真空ポンプと、前記真空ポンプと前記ガス流通路との間に介設され、これらの間の連通を遮断可能なシャットオフバルブとを有することが好ましい。この場合、キャビティ部及びオーバフロー部内のガスを短時間且つ良好に排出することが可能となる。

また、本発明において、前記ガス専用流通路は、前記ガス流通路の壁面に設けた溝であることが好ましい。この場合、ガス専用流通路をガス流通路と一体に設けることができ、ガス専用流通路を容易に形成することが可能となる。

さらに、本発明において、前記ガス専用流通路は、パーティング面に設けた溝であることも好ましい。この場合も、ガス専用流通路を容易に形成することができる。

さらに、本発明において、前記ガス専用流通路は、前記ガス流通路の壁面に埋設した多孔質部材であることも好ましい。この場合、ガス専用通路が前述したように溝からなる場合に比較して、ガス専用流通路に入り込み固着した溶湯などが除去する必要性が少ないので、メンテナンス性に優れたものとなる。

本発明の実施形態に係る鋳造用金型装置を示す概略断面図。固定ブロックの側面図。ガス専用流通路の断面形状を説明する概略断面図であり、（ａ）は矩形状、（ｂ）はＶ字状、（ｃ）は半円状の場合をそれぞれ示す。実施形態の変形に係るガス専用流通路を説明する概略断面図であり、（ａ）はガス流通路の凹溝の側面に、（ｂ）は固定ブロックの合わせ面にそれぞれガス専用流通路が形成されている場合を示す。実施形態の別の変形に係るガス専用流通路を説明する概略断面図であり、（ａ）はガス流通路と平行に、（ｂ）はガス流通路の底壁に多孔質部材が埋設されて、（ｃ）はガス流通路とは別個にそれぞれガス専用流通路が形成されている場合を示す。

以下、本発明の鋳造用金型装置に係る実施形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、鋳造用金型装置１０は、キャビティ部１１が形成された金型１２と、キャビティ部１１内に溶湯を加圧状態で供給する溶湯供給手段１３と、キャビティ部１１内を減圧してキャビティ部１１内のガスを排出する減圧手段１４とを備えている。

金型１２は、固定金型２１と、固定金型２１に対して近接・離間可能に設けられた可動金型２２とを有している。そして、これら固定金型２１及び可動金型２２の合わせ面（パーティング面）２１Ａ，２２Ａに、キャビティ部１１、複数のオーバフロー部２３及び注湯部２４が形成されている。

キャビティ部１１は鋳造成型品である車両のシリンダブロックに対応した形状と形成されている。キャビティ部１１に溶融状態のアルミニウム合金からなる溶湯が注入され、固化することによりシリンダブロックが得られる。

複数のオーバフロー部２３は、それぞれキャビティ部１１に供給された溶湯のオーバフロー分（余剰分）が流れ込むように構成されており、キャビティ部１１の複数の最終充填部から上方に延出している。オーバフロー部２３はキャビティ部１１と減圧手段１４とを連通している。ここでは、オーバフロー部２３は、固定金型２１の合わせ面２１Ａから略矩形状に凹んだ凹溝に形成されており、全長に亘って略同一の断面を有している。

注湯部２４はキャビティ部１１の下端に接続されており、この注湯部２４を介してキャビティ部１１内に、プランジャ等からなる溶湯供給手段１３によって加圧状態で溶湯が供給される。

鋳造用金型装置１０は、さらに、金型１２の上面に取り付けられたブロック１５を備えている。ブロック１５は、金型１２に脱着可能な金属ブロック単体でもよいが、ここでは、固定金型２１に取り付けられた固定ブロック３１と、可動金型２２に取り付けられ、これと一体に移動する可動ブロック３２とから構成されている。

固定金型２１に可動金型２２を型合わせしたときに、固定ブロック３１に可動ブロック３２が型合わせされる。そして、固定ブロック３１及び可動ブッロク３２の合わせ面（パーティング面）３１Ａ，３２Ａに、複数のオーバフロー部３３、ガス流通路３４及びガス排出路３５が形成されている。

各オーバフロー部３３は、それぞれ金型１２に形成された複数のオーバフロー部２３の上端部に接続され、上方に延出するように形成されている。ここでは、オーバフロー部３３は、固定ブロック３１の合わせ面３１から略矩形状に凹んだ凹溝に形成されており、金型１２に形成されたオーバフロー部２３と同様に、全長に亘って略同一の断面を有している。

そして、図２に示すように、ガス流通路３４は、これら複数のオーバフロー部３３の上端部に接続されており、ここでは、左右２本形成されている。２本のガス流通路３４は共に、その終端部がガス排出路３５に接続されている。ガス流通路３４は、溶湯も通ることが可能なように構成されており、オーバフロー部３３を介して溶湯が流れ込んでくる。

図３（ａ）に示すように、ガス流通路３４は、固定ブロック部３１の合わせ面３１から略矩形状に凹んで凹溝に形成されており、全長に亘って略同一の断面を有している。

図２に示すように、各ガス流通路３４は、複数のオーバフロー部３３のそれぞれの上端部に接続され、水平に直線状に延びる水平直線部３４ａと、この水平直線部３４ａの外側端部近傍から上方に延びる上延部３４ｂと、この上延部３４ｂの上端部近傍から内側に斜め下方に向って延びる下傾部３４ｃと、この下傾部３４ｃの下端部から各上延部の上端部近傍から内側に斜め上方に向って延び、ガス排出路３５に接続される上斜部３４ｄとから構成されている。

以上説明したキャビティ部１１、オーバフロー部２３，３３、注湯部２４及びガス流通路３４が溶湯経路を構成している。なお、これらの配置、形状、個数などは一例であり、図示したものに限定されない。例えば、ガス流通路３４は迷路状に形成してもよい。

図２に示すように、ガス流通路３４の壁面には、溶湯の流動方向に沿って、ガスは通るが溶湯で閉塞されないガス専用流通路３６が形成されている。ここでは、ガス専用流通路３６は、ガス流通路３４の凹溝の底面に形成された３本の平行な凹溝として形成されている。

ガス専用流通路３６の断面形状や本数等は、シュミレーションや実験などを行って、表面張力によって溶湯で閉塞されず、且つ十分なガス排気性能を有するように適宜設定すればよい。

ここでは、図３（ａ）に示すように、ガス専用流通路３６の断面は、幅Ｗが２ｍｍ〜４ｍｍ、深さＨが２ｍｍ〜６ｍの矩形状である。ただし、ガス専用流通路３６の断面は、例えば、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、幅Ｗが２ｍｍ〜４ｍｍ、深さＨが２ｍｍ〜６ｍのＶ字状、半円形状であってもよい。

幅Ｗが４ｍｍを超えると、もしくは深さＨが２ｍｍ未満であると、ガス専用流通路３６内に入り込む溶湯が多くなり、ガスが排出される空間が非常に少なくなる。一方、幅Ｗが２ｍｍ未満、もしくは深さＨが６ｍｍを超えると、ガス専用流通路３６内に入った溶湯が離型時に残存する可能性があり、鋳造を行う前に清掃をする必要が生じ、繰り返し連続して鋳造を行えなくなるおそれがある。

なお、図３（ａ）に示すように、ガス専用流通路３６の断面を矩形状とした場合、溶湯の入り込みが少なくガス排出効果は大きいが、離型及び製造は困難である。図３（ｂ）に示すように、ガス専用流通路３６の断面をＶ字状にした場合、溶湯の入り込みはあまりなくガス排出効果は大きいが、製造は困難である。図３（ｃ）に示すように、ガス専用流通路３６の断面を半円状にした場合、離型及び製造は容易であるが、溶湯の入り込みが多く、ガス排出効果は小さい。

さらに、ガス専用流通路３４の水平直線部３４ａに形成されたガス専用流通路３６とオーバフロー部３３とは直交しており、キャビティ部１１から溢れ出た溶湯がオーバフロー部３３を介して容易にガス専用流通路３６に入り込まないように構成されている。

図１に示すように、減圧手段１４は、ガス排気路３５の端部に接続された真空タンク４１と、この真空タンク４１に蓄える負圧を発生する真空ポンプ４２と、ガス排出路３５に介装され、その管路を開閉して、キャビティ部１１と真空タンク４１との連通を遮断可能なシャットオフバルブ４３とを備えている。

真空ポンプ４２の間欠運転により、真空タンク４１の内部が所定の真空度に維持される。そして、キャビティ部１１内に溶湯を射出するタイミングで図示しない制御手段によってシャットオフバルブ４３を開放させると、キャビティ部１１の背圧が、オーバフロー部２３，３３、ガス流通路３４、ガス排出路３５及びガス専用流通路３６を経て真空タンク４１へ除去される。

次に、以上のように構成された鋳造用金型装置１０の動作を説明する。

図１に示すように、金型１２の固定金型２１と可動金型２２とが合わせ面２１Ａ，２２Ａ同士を密着させてキャビティ部１１を形成する型締め状態では、ブロック１５の固定ブッロク３１と可動ブロック３２も合わせ面３１Ａ，３２Ａで密着した状態となっている。このとき、シャットオフバルブ４３は閉鎖されており、キャビティ部１１と減圧手段１４との連通は遮断されている。

この状態で、溶湯供給手段１３により注湯部２４を介して加圧状態の溶湯がキャビティ部１１内に供給される。そして、この溶湯の供給タイミングに合わせて、シャットオフバルブ４３が開放され、真空タンク４１内の負圧がオーバフロー部２３，３３、ガス流通路３４及びガス排出路３５を介してキャビティ部１１に導入される。これによりキャビティ部１１内のガスは真空タンク４１側に排出される。

このとき、溶湯は、キャビティ部１１内に充填された後、オーバフロー分が複数のオーバフロー部２３を介して、これら各オーバフロー部２３にそれぞれ接続された複数のオーバフロー部３３に流れ込む。この際、各オーバフロー部３３に溶湯が流れ込むタイミングには若干の時間差が生じる。そのため、下流側のガス流通路３４に接続されたオーバフロー部３３のほうが、より上流側のガス流通路３４に接続されたオーバフロー部３３よりも先に溶湯が充填されることがある。

このような場合でも、全てのオーバフロー部３３に接続されたガス流通路３４の底面に沿って形成されたガス専用流通路３６は、溶湯の表面張力によって溶湯で閉塞されない。よって、上流側のガス流通路３４が溶湯で閉塞されても、下流側のガス流通路３４に接続されるオーバフロー部３３は、ガス専用流通路３６によって、溶湯の充填が完全に完了されるまでガスの排出経路が確保される。

これにより、キャビティ部１１内の最後のガスまで確実に外部に排出される。従って、キャビティ１１部内にガスが残留して、充填不良やガス巻き込み不良による鋳造欠陥が発生することに起因する鋳造成型品の品質の低下を防止することができる。

その後、シャットオフバルブ４３を閉鎖して、キャビティ部１１と真空タンク４１との連通を遮断する。そして、溶湯の固化後、可動金型２２を固定金型２１から離間させて型開きを行う。

なお、以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ガス専用流通路３６をガス流通路３４の凹溝の底面に形成したが、ガス専用流通路３６は複数のオーバフロー部３３と減圧手段１４とを連通するものであればよく、形成される場所は限定されない。

例えば、図４（ａ）に示すように、ガス専用流通路３６をガス流通路３４の凹溝の側面に形成してもよい。ただし、ガス専用流通路３６をガス流通路３４の凹溝の底面に形成するほうが、形成が容易である。また、図４（ｂ）に示すように、ガス専用流通路３６をガス流通路３４の凹溝の開放面と対向する可動ブロック３２の合わせ面３２Ａに形成してもよい。

また、図５（ａ）に示すように、ガス専用流通路３６をガス流通路３４の凹溝に沿って平行に合わせ面３１Ａに小さな凹溝を設けることで形成してもよい。平行であれば、形成やメンテナンスが容易であり、且つガスの流れる空間が大きく確保されるので、ガス排出性能に優れる。

また、図５（ｂ）に示すように、ガス専用流通路３６をガス流通路３４の凹溝の底壁や側壁に埋設した多孔質部材３７によって形成してもよい。多孔質部材３７は、連通した気孔が多数形成されていればよく、焼結材などから構成すればよい。

また、図５（ｃ）に示すように、ガス専用流通路３６をガス流通路３４とは別個に、固定ブロック３１又は可動ブロック３２の内部に形成してもよい。この場合、積層造形法によるラピッドプロトタイピングを用いればよい。

１０…鋳造用金型装置、１１…キャビティ部、１２…金型、１３…溶湯供給手段、１４…減圧手段、１５…ブロック、２１…固定金型、２２…可動金型、２１Ａ，２２Ａ…合わせ面（パーティング面）、２３…オーバフロー部、２４…注湯部、３１…固定ブロック、３２…可動ブロック、３１Ａ，３２Ａ…合わせ面（パーティング面）、３３…オーバフロー部、３４…ガス流通路、３４ａ…水平直線部、３４ｂ…上延部、３４ｃ…下傾部、３４ｄ…上斜部、３５…ガス排出路、３６…ガス専用流通路、３７…多孔質部材、４１…真空タンク、４２…真空ポンプ、４３…シャットオフバルブ。

Claims

鋳造成型品を形成するためのキャビティ部と、
前記キャビティ部から延出され、該キャビティ部に供給された溶湯のオーバフロー分が流れ込む複数のオーバフロー部と、
前記キャビティ部及び前記オーバフロー部の減圧を行う減圧手段と、
前記複数のオーバフロー部と前記減圧手段とを連通し、溶湯で閉塞され得るガス流通路と、
前記複数のオーバフロー部と前記減圧手段とを連通し、溶湯で閉塞されないガス専用流通路とを備え、
前記ガス専用流通路は、前記ガス流通路に沿って形成されていることを特徴とする鋳造用金型装置。
前記減圧手段は、前記キャビティ部内及び前記オーバフロー部内のガスを減圧する真空ポンプと、前記真空ポンプと前記ガス流通路との間に介設され、これらの間の連通を遮断可能なシャットオフバルブとを有することを特徴とする請求項１に記載の鋳造用金型装置。
前記ガス専用流通路は、前記ガス流通路の壁面に設けた溝であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳造用金型装置。
前記ガス専用流通路は、パーティング面に設けた溝であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳造用金型装置。
前記ガス専用流通路は、前記ガス流通路の壁面に埋設した多孔質部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳造用金型装置。