JP6330158B2 - Die casting mold manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、ダイカスト金型の製造方法に関し、特に、焼入れ焼戻し処理の後に軟化熱処理を施して提供されるダイカスト金型の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a die-casting mold, and more particularly to a method for manufacturing a die-casting mold provided by performing a softening heat treatment after quenching and tempering.
アルミニウム合金やマグネシウム合金を用いた自動車用鋳造部品などの合金製品の製造において、合金ダイカスト法が広く利用されている。かかる合金ダイカスト法では、所定の成分組成の合金溶湯を高圧でダイカスト金型に鋳込み、冷却後これを金型から取り出して金型意匠面の形状を転写した形状の合金製品を得る。ここで、ダイカスト金型には、製品の鋳造の際の熱サイクルが繰り返し与えられるため、耐熱疲労性に優れることを要求される。また、金型意匠面には、合金溶湯の圧入に対する耐摩耗性も要求される。そこで、一般的には、所定の成分組成の鋼を焼き入れ焼き戻しして、高い機械強度(硬さ)と高い靱性とをバランス良く兼ね備えるよう処理された鋼を用いる。 The alloy die casting method is widely used in the manufacture of alloy products such as cast parts for automobiles using aluminum alloys and magnesium alloys. In such an alloy die casting method, a molten alloy having a predetermined component composition is cast into a die casting mold at a high pressure, and after cooling, it is taken out from the mold to obtain an alloy product having a shape in which the shape of the mold design surface is transferred. Here, the die-casting die is required to have excellent heat fatigue resistance because it is repeatedly subjected to thermal cycles during product casting. Also, the mold design surface is required to have wear resistance against the press-fitting of molten alloy. Therefore, in general, steel having a predetermined component composition is tempered and tempered, and steel that has been processed to have a high balance between high mechanical strength (hardness) and high toughness is used.
ところで、合金ダイカスト法において、製造効率を高めたり凝固組織を安定的に得ることなどを目的として、鋳造時には、ダイカスト金型に合金溶湯を圧入後、ダイカスト金型の背面を中心として冷却水による金型の強制冷却が行われる。すると、金型を固定したり搬送するための金型背面に与えられた凹凸部やねじ穴部などに不規則な熱応力が発生し、かかる部位を起点とした「大割れ」と称される金型を破壊するような大規模な割れ(クラック)を生じてしまうことがある。そこで、金型意匠面ほどは機械強度、特に硬さをあまり要求されない金型背面だけを熱処理し、硬さを低下させても高い靭性を与えることで割れを抑制する軟化熱処理が行われる。 By the way, in the alloy die casting method, for the purpose of increasing the production efficiency and obtaining a solidified structure stably, after casting the molten alloy into the die casting mold during casting, the mold is made with cooling water around the back of the die casting mold. The mold is forcibly cooled. Then, irregular thermal stress is generated in the uneven part and screw hole part given to the back of the mold for fixing and transporting the mold, and it is called “large crack” starting from such a part. Large-scale cracks that may destroy the mold may occur. Therefore, softening heat treatment that suppresses cracking by imparting high toughness even if the hardness is lowered is performed by heat-treating only the mold back surface, which requires less mechanical strength, especially hardness, as the mold design surface.
金型背面の靱性強化のための軟化熱処理は、ソルト浴を用いた部分熱処理によって行われ得る。つまり、焼入れ及び焼戻し後の金型を背面を下にして、該背面だけを所定の温度のソルト浴に浸漬し熱処理するのである。 The softening heat treatment for strengthening the toughness of the mold back surface can be performed by partial heat treatment using a salt bath. That is, the mold after quenching and tempering is heat-treated by placing the back side down and immersing only the back side in a salt bath at a predetermined temperature.
例えば、特許文献1では、極低炭素鋼からなるダイカスト金型において、金型全体の焼入れ及び焼戻し処理後に、金型背面のみをソルト浴に浸漬させて軟化熱処理で靱性を高め、更に、金型意匠面を断熱材で覆って再焼戻し熱処理をして機械強度と靱性とのバランスの調整を行うダイカスト金型の製造方法を開示している。軟化熱処理で靱性を高めた金型背面近傍の部位に冷却水の流路を形成し、大割れを防止するとしている。
For example, in
また、軟化熱処理において、凹部先端などを局部的に熱処理するには、抵抗式加熱ヒータなどを併用することも提案されている。 In softening heat treatment, it has also been proposed to use a resistance heater or the like in order to locally heat the tip of the recess.
例えば、特許文献2では、熱間金型用鋼からなるダイカスト金型において、金型全体の焼入れ及び焼戻し処理後に、金型背面や冷却水孔の先端付近を局部的にソルト浴で再焼戻し処理するとともに、冷却水孔の先端の内面近傍を局部的に軟化させる熱処理を与えるダイカスト金型の製造方法を開示している。細長くその先端寄りにコイル部分を有する誘導コイルを冷却水孔に挿入し、コイルに高周波電流を通電して冷却水孔の先端の内面を加熱するのである。
For example, in
上記したように、ダイカスト金型の製造方法における金型背面の軟化熱処理にはソルト浴が用いられ得るが、金型のソルト浴材への浸漬及び取り出し時の高温のソルト浴材の飛散の防止や、ソルト浴からの取り出し後における金型の洗浄工程など、取り扱い性や作業性を向上することが求められる。特に、洗浄工程における処理が不十分であると、冷却水孔やねじ穴などの開口部にソルト浴材が詰まったまま硬化し、容易に取り出すことが出来なくなってしまう。 As described above, a salt bath can be used for the softening heat treatment on the back of the mold in the die casting mold manufacturing method, but prevention of scattering of a high-temperature salt bath material during immersion and removal of the mold in the salt bath In addition, it is required to improve handleability and workability such as a mold cleaning process after removal from the salt bath. In particular, if the treatment in the washing process is insufficient, the salt bath material is hardened while the openings such as cooling water holes and screw holes are clogged and cannot be easily removed.
本発明は、上記したような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、焼入れ及び焼戻し処理の後に金型背面に軟化熱処理を施して提供されるダイカスト金型において、取り扱い性や作業性良く金型背面を軟化熱処理できる製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the situation as described above, and the object of the present invention is to handle in a die casting mold provided by performing a softening heat treatment on the back of the mold after quenching and tempering treatment. An object of the present invention is to provide a production method capable of softening and heat-treating the mold back surface with good performance and workability.
本発明者は、ソルト浴のような湿式の加熱装置による軟化熱処理に対し、取り扱い性や作業性に優れる乾式の加熱装置によって軟化熱処理が可能かどうかを検討した。ここで、抵抗式加熱ヒータを用いた乾式の加熱装置では、ソルト浴のように熱容量の大きな熱媒体を介さずに輻射と加熱気流によって加熱を行うことになる。かかる場合、金型全体を乾式の加熱装置内で加熱する場合とは異なり、金型背面のみを装置内で均等に加熱するには、金型背面以外の部分からの抜熱の影響を大きく受ける。特に大型の金型においてその平面に沿った方向に温度勾配が生じやすい。つまり、熱処理温度の不均一さが金型背面の硬さにばらつきを与えてしまうのである。 This inventor examined whether softening heat processing was possible with the dry-type heating apparatus excellent in handleability and workability with respect to softening heat processing with a wet heating apparatus like a salt bath. Here, in a dry heating apparatus using a resistance heater, heating is performed by radiation and a heated air flow without using a heat medium having a large heat capacity like a salt bath. In such a case, unlike the case where the entire mold is heated in a dry heating apparatus, in order to heat only the mold back surface uniformly in the apparatus, it is greatly affected by heat removal from parts other than the mold back surface. . In particular, in a large mold, a temperature gradient tends to occur in the direction along the plane. That is, the non-uniformity of the heat treatment temperature causes variations in the hardness of the mold back surface.
そこで、本発明によるダイカスト金型の製造方法は、金型意匠面とこれと対をなす背面とを備えるダイカスト金型の製造方法であって、焼入れ及び焼戻し処理の後に、平面上の複数の領域毎に独立して出力制御可能な抵抗式加熱ヒータをそれぞれ与えた加熱装置に前記ダイカスト金型の前記背面を対向させて軟化熱処理を行うことを特徴とする。 Accordingly, a die casting mold manufacturing method according to the present invention is a die casting mold manufacturing method including a mold design surface and a back surface that is paired with the mold design surface, and a plurality of regions on a plane after quenching and tempering treatment. The softening heat treatment is performed by causing the back surface of the die casting mold to face a heating device provided with a resistance heater capable of independently controlling output for each time.
かかる発明によれば、抵抗式加熱ヒータによる乾式の加熱装置であっても、軟化熱処理においてダイカスト金型の背面に沿った方向の温度勾配を減じ得る。つまり、金型背面の硬さのばらつきを減じ得るとともに、取り扱い性や作業性良く軟化熱処理できる。 According to this invention, even in a dry heating apparatus using a resistance heater, the temperature gradient in the direction along the back surface of the die casting mold can be reduced in the softening heat treatment. That is, it is possible to reduce the variation in the hardness of the back surface of the mold, and the softening heat treatment can be performed with good handling and workability.
上記した発明において、前記加熱装置は前記平面と離間し平行配置された格子板を有し、前記格子板に前記ダイカスト金型の前記背面を少なくとも複数箇所で多点支持させることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、軟化熱処理において、ダイカスト金型を支持する力を分散させて加熱下での自重での変形を防止しつつ、抵抗式加熱ヒータからの入熱を安定的に受けられるようにしかも簡易にダイカスト金型を載置できる。つまり、取り扱い性や作業性良く軟化熱処理をできる。 In the above-described invention, the heating device may include a lattice plate spaced apart and parallel to the plane, and the lattice plate may support the back surface of the die casting mold at multiple points at multiple points. . According to this invention, in the softening heat treatment, the force to support the die casting mold is dispersed to prevent deformation due to its own weight under heating, so that heat input from the resistance heater can be stably received. Moreover, the die casting mold can be placed easily. That is, softening heat treatment can be performed with good handling and workability.
上記した発明において、前記抵抗式加熱ヒータは前記ダイカスト金型の前記背面の温度分布を面内均一となるように制御されることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、温度制御が環境に左右されやすい乾式の加熱装置であっても、煩雑な制御を必要とすること無く、取り扱い性や作業性良く軟化熱処理できるのである。 In the above-described invention, the resistance heater may be controlled such that the temperature distribution on the back surface of the die casting mold is uniform in the surface. According to this invention, even if it is a dry-type heating apparatus in which temperature control is easy to be influenced by the environment, softening heat treatment can be performed with good handling and workability without requiring complicated control.
本発明の1つの実施例によるダイカスト金型の製造方法における軟化熱処理に用いられる加熱装置について、図1及び図2を用いて説明する。 A heating apparatus used for softening heat treatment in a method of manufacturing a die casting mold according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、加熱装置10は、基台10aの上において、外周を包囲する煉瓦からなる耐火壁11と、背面3を下にしたダイカスト金型1を載置するトレイ15と、トレイ15を略水平に支持するスキッド12と、スキッド12の上面よりも下側に配置される抵抗式加熱ヒータ13とを備える。抵抗式加熱ヒータ13はその上側のトレイ15の上面の直下において略水平に延びる仮想平面P上の複数の加熱領域のそれぞれに対応するよう与えられ、各加熱領域に対応した抵抗式加熱ヒータ13毎に独立して出力制御可能である。
As shown in FIG. 1, the
また、ダイカスト金型1からの抜熱を考慮して抵抗式加熱ヒータ13の配置を設定し得る。例えば、独立して出力制御可能な一連の抵抗式加熱ヒータ13をダイカスト金型1の長手方向に沿って分割して複数個並べることが好ましい。更に、載置したダイカスト金型1の周囲には封止材14が配置され、耐火壁11との間において加熱された空気の対流による流出を抑制するようになっている。ここで封止材14は、熱伝導率の高い金属のような材料又は耐火煉瓦のような熱伝導率の低い無機材料のいずれであっても目的に応じて用い得る。
Further, the arrangement of the resistance heater 13 can be set in consideration of heat removal from the
本実施例においては、加熱装置10の長手方向(図において左右方向)に3つの抵抗式加熱ヒータ13a、13b、13cがスキッド12によって隔てられるように順に並べて配置され、それぞれに対応する加熱領域a、b、cがダイカスト金型1の直下の仮想平面P上に形成される。また、抵抗式加熱ヒータ13a、13b、13cは、その直上の制御用測温部16a、16b、16cにおいて測定された温度に基づき設定された温度に出力を制御される。
In the present embodiment, the three resistance heaters 13a, 13b, 13c are arranged in order so as to be separated by the
軟化熱処理において、背面3の温度分布を面内で均一とするように制御熱電対などを背面3に与えて、制御用測温部16a、16b、16cの温度を測定するシース熱電対に代えて又はこれと併せて抵抗式加熱ヒータ13a〜cの出力がそれぞれ制御されるとより好ましい。なお、加熱領域の仮想平面P上での分割はこれに限らず、軟化熱処理において背面3に沿った方向の温度勾配を小さくするよう、適宜、変更可能である。
In the softening heat treatment, a control thermocouple or the like is applied to the
図1に図2を併せて参照すると、トレイ15は格子状の板体であり、その上面にダイカスト金型1の背面3を下に向けて載置することで、ダイカスト金型1を多点支持できる。トレイ15を格子状にすることで、抵抗式加熱ヒータ13から背面3へ十分な輻射熱を供給でき、乾式の加熱装置10によってもダイカスト金型1の背面3を充分に加熱できる。また、背面3をトレイ15によって多点支持することで軟化熱処理中において加熱されたダイカスト金型1の自重による変形を防止する。
Referring to FIG. 1 together with FIG. 2, the
本実施例によれば、抵抗式加熱ヒータ13を用いた加熱装置10であっても、軟化熱処理においてダイカスト金型1の背面3を均等に加熱することができる。つまり、乾式の加熱装置10によって取り扱い性や作業性良く軟化熱処理できるダイカスト金型の製造方法を提供できる。
According to the present embodiment, even the
[実体試験]
次に、図3及び図4を参照しつつ、上記した加熱装置10を用いて実際に使用され得るダイカスト金型1を加熱した実体試験の結果について説明する。
[Substance test]
Next, the result of the substantial test which heated the die-cast metal mold | die 1 which can be actually used using the above-mentioned
図3に示すように、ダイカスト金型1は、JIS SKD61相当材からなり、金型背面の寸法で810mm×700mmの金属ブロックである。金型意匠面2から厚さ方向に背面3まで10mmの距離まで孔を開け、この孔の底部5a、5b、5c及び金型意匠面2から深さ10mmの孔側面部4a、4b、4cのそれぞれに熱電対を接触させる。かかるダイカスト金型1をその長手方向を上記した加熱装置10の長手方向に合わせて載置した。ここで、加熱装置10の長手方向に沿って分割された各加熱領域a、b、cの上方の対応する位置に孔側面部4a、4b、4cと底部5a、5b、5cとがそれぞれ配置されている。以下に、ダイカスト金型1の局所的な温度を孔側面部4a〜4c及び底部5a〜5cのそれぞれにおいて測定した結果を示す。
As shown in FIG. 3, the
図4に抵抗式加熱ヒータ13a〜13cの設定温度を同じとしたときの測定結果を示した。加熱領域bの直上の温度、すなわちダイカスト金型1の底部5bの温度は加熱温度の目標値の範囲であったが、加熱領域a及びcの直上、すなわち、ダイカスト金型1の底部5a及びcの温度は目標値よりも低くなった。これは、加熱領域a及びcに対応する背面3側の部分においてはダイカスト金型1の3つの側面及び1つの金型意匠面2からの抜熱により比較的温度が上がりづらいためである。これに対して、加熱領域bに対応する背面3側の部分では2つの側面及び1つの金型意匠面2からの抜熱となるため、比較的温度が上がりやすいのである。
FIG. 4 shows the measurement results when the set temperatures of the resistance heaters 13a to 13c are the same. The temperature immediately above the heating area b, that is, the temperature of the bottom 5b of the
そこで、かかる抜熱を考慮して抵抗式加熱ヒータ13bの設定温度より抵抗式加熱ヒータ13a及び13cの設定温度を高くすることで、ダイカスト金型1の背面を均等に加熱できることが判る。なお、このとき金型意匠面2側の局部的な温度、すなわち孔側面部4a〜4cの温度は所定の目標値以下にすることができ、焼入れ焼き戻し後の金型意匠面2の硬さと靭性を維持できる。
Therefore, it is understood that the back surface of the
以上、本発明による実施例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。 The embodiments according to the present invention have been described above. However, the present invention is not necessarily limited thereto, and those skilled in the art will appreciate that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention or the appended claims. Alternative embodiments and modifications could be found.
1 ダイカスト金型
2 金型意匠面
3 背面
10 加熱装置
13 抵抗式加熱ヒータ
15 トレイ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
焼入れ及び焼戻し処理の後に、平面上の複数の領域毎に独立して出力制御可能な抵抗式加熱ヒータをそれぞれ与えた加熱装置に前記ダイカスト金型の前記背面を対向させて軟化熱処理を行うことを特徴とするダイカスト金型の製造方法。 A die casting mold manufacturing method comprising a mold design surface and a back surface that is paired with the mold design surface,
After the quenching and tempering treatment, the softening heat treatment is performed with the back surface of the die casting mold facing the heating device provided with a resistance heater capable of independently controlling the output for each of a plurality of regions on the plane. A method for producing a die-casting mold.
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