JP6488072B2 - 電気分野で使用するための鋳物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の、電気分野で使用するための鋳物の製造方法に関するものである。

電気分野で使用するためのダイカスト部品、たとえば導電体、高電圧スイッチ、電動機のロータまたはステータ等用のダイカスト部品を製造することは公知である。このために、とりわけ硬化可能なアルミニウム合金が使用される。このようなアルミニウム合金はたとえばＡｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ，Ａｌ−Ｓｉ−ＣｕまたはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇである。硬化可能な合金は、通常ほぼ２８ＭＳ／ｍ以上の導電率を有している。種々のアルミニウム合金の機械的特性を向上させるため、これら合金の組織内にいわゆるギニエ・プレストンゾーンを設けることが知られている。ギニエ・プレストンゾーンとは、アルミニウム合金の強度を向上させるコヒーレントな析出物である。図１を用いて、引張り強度が大きいこのような硬化可能なアルミニウム合金を得るための公知の方法について説明する。このためには面倒な方法ステップが必要である。まず、アルミニウム合金を溶体化処理におく。溶体化処理を行なっている間に合金はゆっくり加熱される。Ａ３５６合金に対する温度時間グラフを示している図１によれば、この加熱段階は１００分の時間にわたって行われる。アルミニウム合金はその溶融点のほぼ８０％まで加熱され、この実施態様では５３０℃に加熱される。アルミニウム合金の場合、加熱温度は４７０℃と５４０℃の間である。この温度では、十分な量の混晶が形成されるまで工作物を保持しなければならない。この実施態様では、この時間は１４０分である。次に、第２の段階でこの形成された混晶を焼き入れし、その結果混晶は低温度でも（通常は室温）維持される。次に、アルミニウム合金をほぼ５０分間わたって２１０℃へ加熱し、この状態をさらに７０分保持することでエージングを実施する。このぷらセスステップを実施している間にギニエ・プレストンゾーンが形成されて、アルミニウム合金を高強度にもたらす。

３つのプロセスステップでのこの方法は面倒であり、非常に時間を要する。

本発明の課題は、鋳物を低コストで短時間で製造できるようにこの種の方法を構成することである。

この課題は、本発明によれば、この種の方法において請求項１の特徴ある構成によって解決される。

本発明による方法では、鋳物はダイカスト金型で製造され、その材料は、ダイカスト工程中に合金溶融物がほぼ≧５×１０^２Ｋ／ｓの冷却速度で冷却されるような熱伝導度を有している。好ましくは、冷却速度はほぼ≧１０^３Ｋ／ｓである。この高い冷却速度により、付加的な熱処理を必要としない過飽和混晶が形成される。このようにして、電気分野で使用するための鋳物の製造に特に適している硬化可能な高強度アルミニウム合金が形成される。本発明による方法を実施するために方法技術上の煩雑さは必要ない。また、本発明による方法は前述した公知の方法よりも少ない時間を必要とするにすぎない。

有利には、合金溶融物を、第１の段階で低速度で充填室内で変位させる。合金溶融物をまず充填室内へ装入し、次にダイカスト金型の適当な中空室に供給する。変位速度が低いために、合金溶融物内に含まれている空気を好適に排除することができる。さらにこれによって、合金溶融物がわずかしか移動せず、これに伴ってウェーブの形成がなく、或いは形成されてもわずかであるので、エアポケットの危険が回避されるよう保証される。

合金溶融物の速度はほぼ０．５ｍ／ｓよりも小さい範囲である。

有利には、合金溶融物を第２の段階で充填室からダイカスト金型内へ高速度で圧入させる。これにより、ダイカスト金型内の対応する中空空間が合金溶融物で完全に充填される。

この第２の段階で合金溶融物をダイカスト金型内へ圧入させる速度はほぼ１ｍ／ｓとほぼ３ｍ／ｓの間である。

有利な実施態様では、合金の固形状態に比べて合金溶融物の密度が小さいという欠点を解消して鋳物内の収縮巣を回避するため、ダイカスト金型内の合金溶融物にさらに高い過圧または保持圧(Nachdruck)を作用させる。

本出願の対象は、個々の請求項に記載の対象ばかりでなく、図面および以下の説明で開示されるすべての記載および構成からも得られる。これらの記載および構成は、請求項の対象でなくとも、技術水準に比べて個々にまたは組み合わせで新規なものである限りは、本発明にとって重要なものである。

本発明の更なる構成は他の請求項、以下の説明および図面から明らかである。

本発明を、図面に図示した実施形態を用いて詳細に説明する。
技術水準によるアルミニウム合金熱処理の温度と時間の関係を示すグラフである。 本発明による方法のダイカスト工程の説明図である。 本発明による方法のダイカスト工程の説明図である。 本発明による方法のダイカスト工程の説明図である。

少なくとも溶体化処理のステップを必要とせず、有利には焼入れのステップをも必要としない以下に説明する方法を用いると、硬化可能なアルミニウム合金を製造することが可能である。これによって合金を簡単に、低コストで、短時間で製造することができる。本発明による方法はプロセスコントロールが容易であることを特徴としている。
本発明による方法は、アルミニウム以外にさらに少なくとも２つの成分を含んでいる硬化可能なアルミニウム合金に適している。たとえば、本発明による方法はＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金またはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金に適している。特に有利なアルミニウム合金は６１０１である。これらのアルミニウム合金はほぼ２８ＭＳ／ｍよりも高い高導電線を有している。

図２ないし図４を用いて本発明による方法を詳細に説明する。溶融させた合金（合金溶融物）１は充填室２内にあり、充填室内では、溶融させた合金をピストン３を用いてダイカスト金型４の方向へ排出させる。ダイカスト金型４は湯口金型板５と排出金型板６とを有し、これらの板の間に筒状板７がある。筒状板７は工作物８を受容し、工作物８は、本実施形態では、たとえば電動機のロータまたはステータの製造に使用される層板パケットである。工作物８の両端面に短絡リング９，１０を接続する。このためダイカスト金型４は、それぞれ湯口金型板５と排出金型板６とに設けられた適当な中空室１１，１２を備えている。短絡リング９，１０は層板パケット８内の導電棒（図示せず）を公知の態様で結合させる。

まず、溶融させた合金１を充填室２へ装入する。図２の第１段階では、ピストン３が溶融物をゆっくり鋳造通路１３の方向へ変位させ始める。この第１段階でのピストン３の速度は、有利にはほぼ０．５ｍ／ｓよりも小さい。変位速度が低いので、溶融物内に含まれている空気を好適に排除できる。さらに、溶融物の移動時に溶融物内に生じるウェーブの形成は少なく、その結果空気を封じ込める溶融物の溢れ運動も発生しない。空気を排除するため、充填室２は上部領域に適当な空気排出穴を複数備えている。液状の合金１は少なくとも１つの充填穴１４を介して充填室２内へ到達する。図２の出発位置では、ピストン３はまだ充填穴１４の手前にある。ピストン３は充填穴１４の後方に位置するまで（図３）ダイカスト金型４の方向へ緩速に変位される。

第２の段階（図３）では、液状の合金１をピストン３により高速でダイカスト金型４内へ圧入する。液状の合金１は中空室１１，１２と鋳造通路１３とを完全に充填する。第２段階でのピストン３の速度は、生産物または幾何学的形態に依存している。幾何学的形態に依存して最大充填時間または最適充填時間を算出することができ、これには対応する体積流が属する。小さな径で且つ高速であること、または、大きな径で低速であることは、同一の体積流を生じさせる。通常のロータの場合、速度はほぼ１ｍ／ｓとほぼ３ｍ／ｓの間である。

ピストン３は液状の合金１に高い過圧または保持圧力(Nachdruck)を作用させる。これは、液状の合金１が固形状態でよりも小さな密度を有するという欠点を考慮したものである。高い保持圧力によってこの密度の差が補償され、これによって短絡リング９，１０内での収縮巣が回避される。圧力の高さは生産物／幾何学的形状に依存してほぼ８０バールと６００バール間である。 合金１が冷えて固化すると、ダイカスト金型４を開き、その結果工作物８を端面側の短絡リング９，１０を用いて取り出すことができる。鋳造通路１３内の材料によって形成されるゲート（湯口）を公知の態様で短絡リング９から除去する。

ダイカスト金型４の材料は、ほぼ５×１０^２ｋ／ｓよりも小さくなく、好ましくはほぼ１０^３Ｋ／Ｓよりも小さくない非常に高い冷却率を達成できるように選定されている。このように高い冷却率を許容する材料はたとえば鋼であり、鋼は合金溶融物の急速な冷却を可能にする。高い冷却速度が達成されるように高い伝熱性を有している材料がば適している。焼き入れ工程は鋳造方法を実施している間に鋳型４によって達成され、その結果溶体化処理の工程を省略することができる。従って、本発明によるダイカスト方法はわずかな時間を要するにすぎない。

以上説明した方法によれば、ダイカスト部品９，１０内で過飽和固溶体構造を生成させることができ、この場合ダイカスト金型４はダイカスト工程の際に最適に充填される。本発明による方法に対しては、硬化可能であればすべてのアルミニウム合金を使用することができる。

ダイカスト部品９，１０は熱処理する必要はない。というのは、ダイカスト工程を実施している間にダイカスト金型によって極端に急速な冷却を行なうことができるので、ダイカスト部品は熱処理を必要としない過飽和混晶構造を含んでいるからである。

１ 合金溶融物
２ 充填室
４ ダイカスト金型

Claims (2)

1. 硬化可能なアルミニウム合金を使用し、該アルミニウム合金を溶融してダイカスト金型（４）に挿入し、該ダイカスト金型は、合金溶融物（１）が該ダイカスト金型内で≧５×１０ ^２ Ｋ／ｓの冷却速度で冷却されるような熱伝導度を有する材料から成っている、電気分野で使用するための鋳物の製造方法において、 前記鋳物がロータまたはステータのために設けられていること、 前記アルミニウム合金に過飽和混晶を形成させるため、前記冷却速度が≧１０ ^３ Ｋ／ｓであること、 第１段階で前記合金溶融物（１）を０．５ｍ／ｓよりも小さい低速度で充填室（２）内で変位させること、 第２段階で前記合金溶融物（１）を前記充填室（２）から前記ダイカスト金型（４）内へ１ｍ／ｓと３ｍ／ｓの間の高速度で変位させること、を特徴とする製造方法。
2. 前記合金溶融物（１）を、前記ダイカスト金型（４）を完全に充填した後に、前記アルミニウム合金の固形状態での密度と前記合金溶融物（１）の密度との差を解消できるような過圧に曝すことを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
   

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