JP7394945B2 - ダイカスト用金型 - Google Patents
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Description
ナノ秒パルスレーザ加工機を用いて格子状に延びる各凹条溝6の間隔が2.0mm、3.0mm、4.0mm、及び、5.0mmとなるように第1キャビティ形成面42aに各凹条溝6を加工した金型1をそれぞれ用意し、それぞれの金型1にて鋳造を約5万回繰り返した。その後、各金型1の第1キャビティ形成面42aを見てクラック若しくは型欠けが発生しているか否かを確認した。尚、形成する各凹条溝6の開放部分の溝幅を50μm、溝深さを200μmとした。
図8に示すように、各凹条溝6の間隔が2mmの金型1の場合、型欠けが発生したが、各凹条溝6の間隔が3mm以上の金型1になると、型欠けの発生が無かった。図9は、各凹条溝6の間隔が3mmの金型1を用いて5万回鋳造した後の第1キャビティ形成面42aの状態を示す写真であるが、クラック及び型欠けが発生していない。一方、図10は、各凹条溝6の間隔が2mmの金型1を用いて5万回鋳造した後に鋳造した鋳物の第1キャビティ形成面42aに対応する部分を撮影したものであるが、型欠けが発生したことによって鋳物表面に突起が形成されているのが分かる。以上より、第1キャビティ形成面42aに形成する各凹条溝6の間隔を3mm以上にすれば型欠けの発生を抑制できることが分かった。
各凹条溝6の開放部分の溝幅を0.5μmとした際、金型1の熱膨張時において溝幅0.5μmで吸収できずに第1キャビティ形成面42aの表面の伸びが拘束される長さl’は、以下の式(2)で表される。
したがって、拘束された部分の歪み量ε(%)は、以下の式(3)で表される。
図11は、上述の式(3)を基にして、隣り合う2つの凹条溝6の間隔と歪み量との関係を示したグラフである。鋳造時の金型1の温度解析を行うと、金型1の各領域において最も低い温度であっても約300℃まで上昇することが分かった。したがって、図11のグラフに基づき、金型1が300℃まで上昇したときに、各凹条溝6の間隔を30mm以下にすることで歪み量を20%以下に抑制可能であることが分かった。
ナノ秒パルスレーザ加工機を用いて溝深さが30μm、40μm、及び、200μmである各凹条溝6を格子状に延びるように第1湯道形成面42bに加工した金型1をそれぞれ用意し、それぞれの金型1にて鋳造を約3万5千回繰り返した。その後、各金型1の第1湯道形成面42bの状態を見てクラック若しくは型欠けが発生しているか否かを確認した。形成する各凹条溝6の開放部分の溝幅を50μm、隣り合う2つの凹条溝6の間隔を3.0mmとした。
図12に示すように、各凹条溝6の溝深さが30μmの金型1の場合、第1湯道形成面42bにおける各凹条溝6を除く部分にクラックが発生したが、各凹条溝6の溝深さが40μm以上の金型1になると、クラックの発生が無かった。図13は、各凹条溝6の溝深さが30μmの金型1を用いて4万5千回鋳造した後の第1湯道形成面42bの状態を示す写真であるが、第1湯道形成面42bの各凹条溝6を除く部分からクラックが発生しているのが分かる。一方、図14は、各凹条溝6の溝深さが200μmの金型1を用いて4万5千回鋳造した後の第1湯道形成面42bの状態を示す写真であるが、第1湯道形成面42bの各凹条溝6を除く部分には、クラックが発生していないのが分かる。図15は、図14における第1湯道形成面42bのa~d地点における各凹条溝6の拡大断面図である。図14における第1湯道形成面42bの各凹条溝6を除く部分には、クラックが発生していないものの、各凹条溝6の底部には、当該各凹条溝6を起点にクラックが発生していることが分かる。したがって、もし仮にクラックが発生したとしても、各凹条溝6を起点としてクラックが発生することが分かった。以上より、第1湯道形成面42bに形成する各凹条溝6の溝深さを40μm以上にすれば第1湯道形成面42bの各凹条溝6を除く部分にクラックが発生するのを抑制できることが分かった。
ナノ秒パルスレーザ加工機を用いて開放部分の溝幅が30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、及び、100μmである凹条溝6を第1キャビティ形成面42aに加工した金型1を用意するとともに、当該金型1により鋳造して得られた鋳物の表面に各凹条溝6を起因として形成される突条部の突出高さ(Rmax)を接触式粗さ測定機で測定した。測定は、第1キャビティ形成面42aにショットブラストを施す前後でそれぞれ行った。また、各突条部を所定の間隔をあけて3か所測定した。尚、鋳造条件は、鋳造圧力を70MPa、射出速度を6.2m/s、溶湯温度を650℃、及び、昇圧速度を40msとして鋳造した。また、形成する各凹条溝6の溝深さを200μmとした。そして、突条部の高さが、一般鋳肌面粗さ(100s)以下となる条件を抽出することにした。
図16に示すように、溝幅が70μm以上になると、ショットブラスト後であっても一般鋳肌面粗さが基準100sを超えることが分かった。一方、溝幅が60μm以下であると、ショットブラスト後において一般鋳肌面粗さを100s以下に抑えることができることが分かった。以上より、第1キャビティ形成面42aに形成する各凹条溝6の開放部分の溝幅を60μm以下にすれば、表面粗度が問題とならないレベルの鋳物を金型1で鋳造できることが分かった。
ナノ秒パルスレーザ加工機を用いてリブ形成面43における底部43bの幅方向中央に溝幅が50μm、溝深さが200μmの凹条溝6を加工した金型1と、リブ形成面43における底部43bに凹条溝6を加工していない金型1とをそれぞれ用意し、それぞれの金型1にて鋳造を5万4千回繰り返した。その後、各金型1のリブ形成面43を見てクラック若しくは型欠けが発生しているか否かを確認した。
図17は、リブ形成面43に凹条溝6を加工しなかった金型1を用いて5万4千回鋳造した後のリブ形成面43の状態を示す写真であるが、クラック及び型欠けが発生していることが分かる。一方、図18は、リブ形成面43における底部43bの幅方向中央に凹条溝6を加工した金型1を用いて5万4千回鋳造した後のリブ形成面43の状態を示す写真であるが、クラック及び型欠けが表面上発生していない。以上より、第1キャビティ形成面42aにおけるリブ形成面43のような応力集中し易く、しかも、複数の凹条溝6をそれぞれ3mm以上の間隔をあけて並設できないような領域においては、底部43bの幅方向中央に1つの凹条溝6を形成すれば、クラック及び型欠けの発生を抑制できることが分かった。
6 凹条溝
42a 第1キャビティ形成面
42b 第1湯道形成面
43 リブ形成面
43a 縦壁部
43b 底部
53a 第2キャビティ形成面
53b 第2湯道形成面
D 凹条溝の深さ
L 凹条溝の開放部分の溝幅
P 隣り合う2つの凹条溝の間隔
S1 キャビティ
S2 湯道
Claims (2)
- 溶湯をキャビティに充填して鋳物を鋳造するダイカスト用金型であって、
上記キャビティを形成するキャビティ形成面及び上記キャビティに溶湯を案内する湯道を形成する湯道形成面の少なくとも一方には、各形成面に沿って所定の方向に延びる凹条溝が形成され、
上記キャビティ形成面及び上記湯道形成面の少なくとも一方は、互いに対向する一対の縦壁部及び該両縦壁部を繋ぐ底部からなる断面U字状の溝形状をなすリブ形成面を有しており、
該リブ形成面の底部には、上記凹条溝が上記リブ形成面の延長方向に沿って形成され、
上記凹条溝の溝深さをDとすると、D≧40μmに設定されていることを特徴とするダイカスト用金型。 - 請求項1に記載のダイカスト用金型において、
上記凹条溝における開放部分の溝幅をLとすると、L≦60μmに設定されていることを特徴とするダイカスト用金型。
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