JP6917964B2

JP6917964B2 - アルミ合金鋳物及びその製造方法

Info

Publication number: JP6917964B2
Application number: JP2018170630A
Authority: JP
Inventors: 山田　奨; 奨山田; 実成内藤; 泰孝服部; 啓一服部
Original assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Current assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2038-09-12
Also published as: JP2020040101A

Description

本開示は、アルミ合金鋳物及びその製造方法に関する。

アルミ合金鋳物は、アルミニウムに異金属を混合することで強度など金属材料としての特性の向上が図られている（特許文献１参照）

特開２００１−９５６１号公報（段落００１２）

上記したアルミ合金鋳物は、耐食性の向上が求められることがある。

上記課題を解決するためになされた発明の一態様は、アルミ製相手部品が重ねられる切除面を有するアルミ合金鋳物の製造方法であって、前記アルミ合金鋳物となるアルミ合金溶湯が徐々に凝固するときに早く凝固する部分から前記アルミ合金溶湯内の銅成分が排除されて遅く凝固する部分に銅成分が集まる特性を利用し、前記切除面の近傍に冷却水流路を設けておいて前記切除面を優先的に冷却して凝固させることで前記切除面から銅成分を排除するアルミ合金鋳物の製造方法である。
上記課題を解決するためになされた発明の一態様は、アルミ製相手部品が重ねられる切除面を有するアルミ合金鋳物の製造方法であって、前記アルミ合金鋳物となるアルミ合金溶湯が徐々に凝固するときに早く凝固する部分から前記アルミ合金溶湯内の銅成分が排除されて遅く凝固する部分に銅成分が集まる特性を利用し、前記切除面と反対側の面を加熱して凝固を遅らせることで前記切除面から銅成分を排除するアルミ合金鋳物の製造方法である。

上記課題を解決するためになされた発明の一態様は、銅を含んだアルミ合金のアルミ合金鋳物であって、前記アルミ合金鋳物には、前記アルミ合金鋳物の一部が切除されて露出される切除面が設けられ、前記切除面は、銅が露出しない構成であるアルミ合金鋳物である。

実施形態に係るアルミ合金鋳物の斜視図ダイカスト成形品の断面図アルミ合金鋳物の製造工程を示す断面図（Ａ）アルミ合金鋳物の製造工程を示す断面図（Ｂ）アルミ合金鋳物の製造工程を示す拡大断面図（Ａ）アルミ合金鋳物の製造工程を示す断面図（Ｂ）ダイカスト成形品の断面図アルミ合金鋳物の使用例を表す斜視図変形例に係るアルミ合金鋳物の製造工程を示す断面図

［第１実施形態］
図１には、本実施形態に係るアルミ合金鋳物１０が示されている。アルミ合金鋳物１０は、銅を含有するアルミ合金から構成されている。アルミ合金は、例えば、ＡＤＣ１２からなる。ＡＤＣ１２は、Ｓｉが９．６〜１２．０質量％、Ｃｕが１．５〜３．５質量％、Ｍｇが０．３質量％以下、Ｚｎが１．０質量％以下、Ｆｅが１．３質量％以下、Ｍｎが０．５質量％以下、Ｎｉが０．５質量％以下、Ｓｎが０．２質量％以下及びＡｌが残部の組成を有している。

アルミ合金鋳物１０は、上面１０Ｍ側に環状のクーラント流路２０が設けられている。クーラント流路２０は凹状をなしている。クーラント流路２０の外側領域にはフレーム部１２が形成され、クーラント流路２０の内側領域には中央突部１１が形成されている。フレーム部１２の上面であるフレーム上面１２Ｍと中央突部１１の上面である突部上面１１Ｍとは略面一に形成されている。なお、クーラント流路２０の底面２０Ｍはフレーム上面１２Ｍ及び突部上面１１Ｍよりも下方に配置されている。

アルミ合金鋳物１０は、その一部を切除して形成されている。以下では、その一部が切除される前の状態のアルミ合金鋳物１０を、適宜、ダイカスト成形品３０という。

図２に示されるように、ダイカスト成形品３０は、フレーム部１２，１２上のフレーム表層部１６，１６と、中央突部１１上の突部表層部１５及び余剰部１７を有する構成である。そして、ダイカスト成形品３０のフレーム部１２，１２上のフレーム表層部１６，１６と、中央突部１１上の突部表層部１５及び余剰部１７が切除されてアルミ合金鋳物１０が形成されている。

そして、本実施形態のアルミ合金鋳物１０は、ダイカスト成形品３０の一部を切除することで露出したフレーム上面１２Ｍ，１２Ｍ及び突部上面１１Ｍから銅成分が露出しない構成になっている。なお、以下では、適宜、フレーム上面１２Ｍと中央突部１１の突部上面１１Ｍを合わせて切除面１１Ｍ，１２Ｍという。

本実施形態のアルミ合金鋳物１０は、ダイカストマシン５０によってダイカスト成形品３０を形成した後、上述したように、その一部を切除して形成される。図３（Ａ）に示されるように、ダイカストマシン５０は、ダイカスト金型５０Ａ，５０Ｂに形成されたキャビティ５５に連通する筒状のスリーブ５１が備えられ、スリーブ５１内に供給された溶湯Ｙが、ピストン５２を有する射出装置によってキャビティ５５に射出する構成となっている。

具体的には、図３（Ａ）に示されるように、スリーブ５１に形成された開口５１Ａから溶湯Ｙが供給される。次いで、図３（Ｂ）及び図４（Ａ）に示されるように、ピストン５２がスリーブ５１内を移動して、溶湯Ｙがキャビティ５５内に充填される。

ダイカスト金型５０Ａには、金型冷却装置６０に接続された冷却水流路６１が形成されている。そして、キャビティ５５に溶湯Ｙが注入されると、冷却水流路６１に冷却水が循環するよう制御されている。冷却水流路６１は、フレーム表層部１６，１６及び突部表層部１５近傍に形成されている。また、本実施形態では、ダイカスト金型５０Ａ，５０Ｂのうちフレーム表層部１６，１６及び突部表層部１５と反対側の面の形成するダイカスト金型５０Ｂには冷却水流路６１は有さない構成になっている。

ところで、Ａｌ（アルミニウム）−Ｓｉ（ケイ素）−Ｃｕ（銅）を有する溶湯Ｙ（アルミニウム合金溶湯）は、まず初めにＡｌが晶出する（以下、晶出したＡｌから構成される領域を「第１晶出部３０Ｒ」という。）。次いで、ＡｌとＳｉとの二元共晶が晶出する（以下、晶出したＡｌ及びＳｉから構成される領域を「第２晶出部３１Ｒ」という。）。そして、最後にＡｌ、Ｓｉ及びＡｌ２Ｃｕ化合物の三元共晶が晶出し（以下、晶出したＡｌ、Ｓｉ及びＡｌ２Ｃｕから構成される領域を「第３晶出部３２Ｒ」という。）、溶湯Ｙが凝固する。また、アルミ合金鋳物１０は、急冷される部分（例えば、ダイカスト金型５０Ａ，５０Ｂに接している部分）から凝固する特徴がある。

ここで、本実施形態のダイカストマシン５０は、フレーム表層部１６，１６及び突部表層部１５近傍に冷却水流路６１が設けられ、フレーム表層部１６，１６及び突部表層部１５がほかの部分に比べて優先的に冷却される構成になっている。

これにより、図４（Ｂ）に示されるように、フレーム表層部１６近傍にＡｌから構成される第１晶出部３０Ｒが偏在するように形成される。そして、その内側に第２晶出部３１Ｒが形成され、フレーム表層部１６から離れた位置に第３晶出部３２Ｒが形成されている。

なお、図４（Ｂ）は、わかりやすくするために、誇張して模式的に描かれている。第１晶出部３０Ｒ、第２晶出部３１Ｒ、第３晶出部３２Ｒが明瞭な層になるわけでなく濃度差をもって存在するが、冷却されて速く凝固する部分は他の部分と比較してＣｕ成分が少なる。

次いで、図５（Ａ）に示されるように、ダイカスト金型５０Ａ，５０Ｂが開かれて、ダイカスト成形品３０が取り出される。

そして、図５（Ｂ）に示されるように、取り出されたダイカスト成形品３０のうち、フレーム部１２，１２上のフレーム表層部１６，１６、中央突部１１上の突部表層部１５及び余剰部１７が切除ラインＬ１，Ｌ２に沿って切除されてアルミ合金鋳物１０が形成される。このとき、切除されるフレーム表層部１６，１６及び突部表層部１５近傍は、第１晶出部３０Ｒまたは第２晶出部３１Ｒで構成されている。即ち、切除されるフレーム表層部１６，１６及び突部表層部１５近傍には、銅成分を有する第３晶出部３３Ｒが形成されていない構成となっている。これにより、切除面であるフレーム上面１２Ｍ，１２Ｍ及び突部上面１１Ｍに銅成分を露出しないアルミ合金鋳物１０を得ることができる。

本実施形態のアルミ合金鋳物１０は、以下のように使用される。図６に示されるように、アルミ合金鋳物１０は、その上面１０Ｍにアルミ板９０が重ねられて使用される。具体的には、アルミ合金鋳物１０のフレーム上面１２Ｍ及び突部上面１１Ｍと、アルミ板９０の下面９０Ｋとが当接した状態で固定される。なお、アルミ合金鋳物１０とアルミ板９０との接合方法は、例えば、ＦＳＷ接合であってもよいし、ボルトによる固定であってもよい。

ところで、従来、アルミ合金鋳物にアルミ板を組み付けたとしても、アルミニウム同士であるため腐食は生じないと思われていた。しかしながら、アルミ合金鋳物は、表層部の一部を切除してなる切除面には、銅成分が露出する可能性があり、その露出した銅成分とアルミ板とが接触すると、銅とアルミニウムとの電位差により、その接触部分が腐食する可能性があった。ここで、本実施形態のアルミ合金鋳物１０は、ダイカスト成形品３０の表層部１５，１６を切除してなるフレーム上面１２Ｍ，１２Ｍ及び突部上面１１Ｍに銅成分が露出しない構成になっている。これにより、本実施形態のアルミ合金鋳物１０は、切除面１１Ｍ，１２Ｍがアルミ板９０と接触しても、銅成分がアルミ板９０に接することがないので、腐食を抑制することができる。

［他の実施形態］
（１）上記実施形態では切除面１１Ｍ，１２Ｍ近傍を、金型冷却装置６０を用いて、他の部分よりも優先的に冷却する構成であったが、金型冷却装置６０を有さない構成であってもよい。例えば、フレーム表層部１６，１６及び突部表層部１５と反対側の面を温める構成であってもよい。具体的には、ダイカスト金型５０Ｂにヒーターを有する構成であってもよい。これにより、フレーム表層部１６，１６及び突部表層部１５と反対側の部分の凝固を切除面１１Ｍ，１２Ｍ近傍の凝固よりも遅らせることができる。また、切除面１１Ｍ，１２Ｍ近傍を、金型冷却装置６０を用いて、他の部分よりも優先的に冷却し、かつ、フレーム表層部１６，１６及び突部表層部１５と反対側の面を温める構成であってもよい。

（２）上記実施形態では、切除面１１Ｍ，１２Ｍと冷却水流路６１との距離の差によって、優先的に凝固させる部位のコントロールを行っていたが、冷却水を流し込むタイミングを制御することで、凝固速度をコントロールしてもよい。具体的には、図７に示されるように、ダイカスト金型５０Ｂにも、金型冷却装置６３に接続される冷却水流路６２を有する構成であってもよい。そして、先に、冷却水流路６１に冷却水を流し込み切除面１１Ｍ，１２Ｍ近傍が凝固した後に、冷却水流路６２に冷却水を流し込む。これにより、これにより、切除面１１Ｍ，１２Ｍ近傍を第１晶出部３０Ｒ及び第２晶出部３１Ｒで構成しつつ、溶湯Ｙの全体の凝固速度を早めることができる。

（３）上記実施形態では、アルミ合金鋳物１０をダイカストにより形成していたが、溶湯を型に流し込み、冷やして目的の形状に固める方法であればよく、例えば、砂型鋳造法であってもよい。

１０アルミ合金鋳物
１１Ｍ，１２Ｍ切除面
１５，１６表層部
２０クーラント流路
３０ダイカスト成形品
３０Ｒ第１晶出部
３１Ｒ第２晶出部
３２Ｒ第３晶出部
５０ダイカストマシン
５０Ａ，５０Ｂダイカスト金型
５５キャビティ
６０金型冷却装置
６１冷却水流路
９０アルミ板
Ｙ溶湯

Claims

アルミ製相手部品が重ねられる切除面を有するアルミ合金鋳物の製造方法であって、
前記アルミ合金鋳物となるアルミ合金溶湯が徐々に凝固するときに早く凝固する部分から前記アルミ合金溶湯内の銅成分が排除されて遅く凝固する部分に銅成分が集まる特性を利用し、前記切除面の近傍に冷却水流路を設けておいて前記切除面を優先的に冷却して凝固させることで前記切除面から銅成分を排除するアルミ合金鋳物の製造方法。
アルミ製相手部品が重ねられる切除面を有するアルミ合金鋳物の製造方法であって、
前記アルミ合金鋳物となるアルミ合金溶湯が徐々に凝固するときに早く凝固する部分から前記アルミ合金溶湯内の銅成分が排除されて遅く凝固する部分に銅成分が集まる特性を利用し、前記切除面と反対側の面を加熱して凝固を遅らせることで前記切除面から銅成分を排除するアルミ合金鋳物の製造方法。
請求項１又は２に記載のアルミ合金鋳物の製造方法であって、
ダイカスト法を用いたアルミ合金鋳物の製造方法。
銅を含んだアルミ合金のアルミ合金鋳物であって、
前記アルミ合金鋳物には、前記アルミ合金鋳物の一部が切除されて露出される切除面が設けられ、
前記切除面は、銅が露出しない構成であるアルミ合金鋳物。