JPH01237065A - 低圧鋳造法および鋳造用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は低圧鋳造法および鋳造用金型に関し、−層詳細
には、銅合金系材質からなる金型内部のキャビテイ面を
画成する内面にＦｅ系のメッキ層を介して塗型層を形成
し、当該金型において溶湯を各部位毎に時間をずらして
冷却水を供給し、銅合金の熱伝導性の高さを好適に活用
して当該キャビティ内の溶湯の指向性凝固を促進させ、
鋳造欠陥を防止し高品質の製品を鋳造可能とすると共に
、鋳造効率を向上させる低圧鋳造法および鋳造用金型に
関する。

［発明の背景］ 低圧鋳造法においては、金型温度を適宜調整し、一定の
方向を指向し溶湯の凝固が進行していくよう、所謂、指
向性凝固を行わせることが重要とされている。これは、
溶湯の指向性凝固を積極的に促進することにより、鋳物
組織に発生する引巣等の鋳造欠陥を防止出来ると共に、
稠密且つ均一な組織を有する製品が鋳造可能となるから
である。

従来、金型には特殊鋼等がその材質に用いられるが、こ
の特殊鋼には加熱冷却の繰り返しに伴う熱疲労に対する
耐久性はあるが、熱の伝導性が悪いという難点がある。

従って、指向性凝固を進行させるべく金型温度を調整す
ることが非常に難しいとされている。

一般に、鋳造現場にあっては鋳造サイクルの変動を考慮
しながら個々の鋳造サイクルにおいて金型温度が所定の
設定範囲になるように溶湯の加圧を長く行い、その後、
溶湯の凝固を比較的長い時間で自然に進行させることに
より鋳造欠陥の発生を防止している。

然しなから、この方法によると鋳造サイクルが長くなり
、従って、作業効率の向上を望むことが出来ない。

そこで、熱伝導性の高い、例えば、銅合金系の材質から
なる金型を用い、強制的に当該°金型を冷却して溶湯の
指向性凝固を促進させる試みが低圧鋳造法においてなさ
れている。然しなから、硬度、耐摩耗性等の機械的材質
、また、耐熱性、耐蝕性等において銅合金系の材料は特
殊鋼に比べて劣るため、キャビティを画成する金型内面
が加熱冷却の繰り返しによる熱疲労により劣化する。ま
た、通常、金型内面に塗布される塗型層が銅合金とよく
馴染まず、このため、鋳造サイクルの連続実施につれキ
ャビティ内面の損耗が激しくなり、金型の耐用寿命が短
時間でその限界に達してしまう。従って、熱伝導性の高
さという利点を十分に生かしきれず、こうした低圧鋳造
法において溶湯を指向的に凝固させ品質を向上させると
共に、鋳造サイクルを短縮化して生産効率を向上させる
という本来の実質的効果が得られてはいない。

［発明の目的コ 本発明は前記の不都合を克凪するためになされたもので
あって、熱伝導性の良好な銅合金系の材質からなる金型
を用い、当該金型の内面に銅合金と密着性のあるＦｅ系
メッキ層を介して塗型層を形成し、金型の部分毎に早く
冷却すべき冷却部位と遅く冷却すべき冷却部位とで時間
をずらせて冷却水を供給することで、金型の熱伝導性の
高い性質を好適に活用した金型の温度調節を行い、これ
により、溶湯の指向性凝固を促進させ、高品質の鋳造品
を製造すると共にその生産性を向上させることを可能と
する低圧鋳造法および鋳造用金型を提供することを目的
とする。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明は金型内に画成さ
れたキャビティに溶湯を低圧の圧力気体の加圧下に充填
して鋳造品を得る低圧鋳造法であって、熱伝導性の良好
な銅合金系材質よりなる金型を用い、溶湯をキャビティ
に加圧充填後、当該キャビティの形状に応じて溶湯が早
く凝固すべき部位に対面する金型の部材と溶湯が遅れて
凝固すべき部位に対面する金型の部材とで時間差を設け
て順次冷却媒体を供給し、溶湯を一定の方向に指向性凝
固を促進させながら鋳造することを特徴とする。

また、本発明は溶湯が早く凝固すべき部位と対面する金
型の部材重量を大にし、一方、溶湯が遅れて凝固すべき
部位と対面する金型の部材重量を小にしてなる銅合金系
材質の金型を用いることを特徴とする。

また、本発明は熱伝導性の良好な銅合金系材質によりな
る鋳造用金型において、キャビティが画成される当該金
型の内面に当該金型の地金に被覆したＦｅ系のメッキ層
と、前記メッキ層を介し塗型層を塗布して形成した塗型
層からなる保護被膜層を備えることを特徴とする。

さらに、本発明はＦｅ系のメッキ層の表層にイオン窒化
処理を施し、前記イオン窒化処理により形成された窒化
層の層上に塗型層を形成することを特徴とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係る低圧鋳造法および鋳造用金型につい
て好適な実施態様を挙げ、添付の図面を参照しながら以
下詳細に説明する。

先ず、第１図において、参照符号ｌＯは本発明に係る低
圧鋳造法に用いられる鋳造用金型を示す。すなわち、こ
の鋳造用金型１０は下型１２と、この下型１２に対向し
て配置される上型１４と、これら下型１２、上型１４の
間に嵌合する摺動型１６．１８とを含み、これら下型１
２、上型１４、摺動型１６．１８により溶湯が充填され
るキャビティ２０が画成される。

ここで、前記キャビティ２０を画成する上型１４、摺動
型１６．１８は熱伝導性の良好な銅合金をその材質とし
、その内面には、第２図に示すように、所定の表面処理
がなされ金型母材を保護するための保護被膜層２２が形
成される。

すなわち、同図において、上型１４、摺動型１６．１８
の地金２３の表面に、先ず、Ｆｅ系のメッキ層２４が被
覆される。このメッキ層２４にはイオン窒化処理がなさ
れ、当該メッキ層２４の表層には窒化層２５が形成され
る。そして、前記窒化層２５の層上にα−Ａｊ！ａｏｓ
、Ｔｉｅ、にコロイダルンリ力を加えた塗型層を塗布す
ることにより塗型層２６が形成される。この場合、Ｆｅ
系のメッキ層２４と塗型層との親和性が良好であること
は勿論、メッキ層２４と地金２３との密着性も良好であ
るため、塗型層は当該メッキ層２４を介し銅合金をその
材質とする地金２３の表面を覆って強度的に優れ且つ安
淀した塗型層２６を形成する。鋳造条件によっては、前
記メッキ層２４に対するイオン窒化処理は省いて当該メ
ッキ層２４に直接塗型層を塗布し塗型層２６を形成して
もよい。また、塗型層の材質は熱に対する耐性があるこ
と、断熱性があること、金型表面を平滑にし、従って、
鋳造品取り出しの離型性がよいこと、酸化し難いこと等
の性質を備えることを条件に、特に、アルミニウム合金
溶湯の特性に応じて適宜選択する。

次いで、第１図において、前記下型１２は下型ベース２
７上に配設され、これら下型１２と下型ベース２７を貫
通するようにその中央部に段付孔部２８が穿設される。

この段付孔部２８には湯口入子３０が装着される。前記
湯口入子３０には同軸的に湯口３２が形成され、この湯
口３２は前記キャビティ２０と連通ずる。前記湯口入子
３０はストーク３４内を介して図示しない溶湯保持炉と
連通し、この溶湯保持炉内に貯留される溶湯はストーク
３４を上昇して湯口３２を経てキャビティ２０に充填さ
れる。また、当該下型１２には冷却水が導入される通路
３５．３６が画成される。

一方、上型１４は図示しないアクチュエータの駆動作用
下に昇降自在な可動ダイベース３７の下面に固定され、
この場合、上型１４は熱伝導性の良好な銅合金系の材質
により一体的に形成される。そして、前記上型１４の中
央部には可動ダイベース３７を貫通して（図示しない供
給源から供給される）冷却媒体を導入、導出するための
通路３８．４０が形成され、この通路３８．４０は当該
上型１４内に画成された冷却槽４２と連通ずる。同様に
、当該上型１４の側方には冷却槽４４．４６が形成され
、これら冷却槽４４．４６の夫々に対し冷却水を循環す
るための通路４８．５０および通路５２．５４が穿設さ
れる。

前記上型１４、下型１２に摺動自在に嵌合する摺動型１
６．１８は当該上型１４と同様に熱伝導性の良好な銅合
金をその材質として形成されるものであり、キャビティ
２０の形状に対応させて金型ブロック５６ａ、５６ｂと
金型ブｏツク５８ａ、５８ｂとの一体的な組み合わせか
ら構成される。この場合、前記摺動型１６を構成する金
型ブロック５６ａ５５６ｂの夫々には冷却槽６０ａ、６
０ｂが画成されると共に、当該冷却槽６０ａ、６０ｂに
連通し冷却水を循環するための通路６２．６４が夫々複
数形成される。同様に、摺動型１８を構成する金型ブロ
ック５８ａ、５８ｂには夫々その内部に画成される冷却
槽６６ａ、６６ｂに連通する通路６８．７０が夫々複数
形成される。

前記下型１２、摺動型１６．１８はタイマ駆動の切換弁
を介して夫々冷却水が供給される。すなわち、図示しな
い冷却水供給源から延在する管路はソレノイドバルブ８
０．８２．８４を介して夫々管路８６ａ、８６ｂ、８８
ａ、８８ｂ、９０ａ、９０ｂとして分岐する。前記ソレ
ノイドバルブ８０．８２．８４は夫々タイマ９２．９４
．９６により所定の設定時間が経過した時に開閉駆動さ
れる。そして、前記管路８６ａ、８６ｂは下型１２に形
成した通路３５．３６に接続され、前記管路８８ａ、８
８ｂは夫々摺動型１６．１８の金型ブロック５６ｂ、５
８ｂに形成した通路６４．７０に接続され、前記管路９
０ａ、９０ｂは摺動型１６．１８の金型ブロック５６ａ
、５８ａに形成した通路６２．６８と接続される。

なお、当該上型１４、摺動型１６．１８、下型１２は夫
々重量を異ならせ、換言すれば、熱容量に差を持たせて
いる。本実施態様では上型１４は６０ｋｇ、摺動型１６
．１８にあっては、金型ブロック５６ａ１５８ａの合計
が３０ｋｇ、金型ブロー）り５６ｂ、５８ｂの合計が２
０ｋｇ、下型１２は１０ｋｇである。この場合、後述す
る溶湯の指向性凝固を促進させるべく湯口３２に向けて
重量を大から小に設定しているのである。

当該鋳造用金型は基本的には以上のように構成されるも
のであり、次に本実施態様に係る低圧鋳造法について説
明する。

先ず、下型１２の下方に設置される図示しない溶湯保持
炉内に貯留されるＪＩＳ　　ＡＣ２Ｂ相当のアルミニウ
ム合金溶湯の温度を６８０℃、その加圧圧力を０．２８
ｋｇ／ａｍ”としてこの溶湯保持炉内に前記０．２８ｋ
ｇ／　ｃｍ”の圧力の圧縮空気を送り、その表面を加圧
してアルミニウム合金溶湯をストーク３４を介して湯口
入子３０からキャビティ２０に充填する。

そして、アルミニウム合金溶湯の前記キャビティ２０へ
の充填が完了したら、第３図に示すタイムチャートに従
って下型１２、上型１４、摺動型１６および１８に冷却
水を時間差を設けて供給し、当該−ｔ−ヤビティ２０に
充填されるアルミニウム合金溶湯を凝固させる。

すなわち、第３図において、アルミニウム合金溶湯の充
填が完了した時刻ｔ１以降、上型１４に形成した冷却槽
４２．４４．４６内に通路３８．４８．５２を介して冷
却水を導入する。そして、この冷却水を通路４０．５０
．５４を介して図示しない冷却水排出系に導出させ、当
該冷却槽４２．４４．４６における冷却水の循環を継続
させる。この結果、上型１４は当該冷却水の冷却作用下
に冷却され、キャビティ２０内のアルミニウム合金溶湯
の中、上型１４に対面する部分は熱の交換作用を受けて
その温度が低下し凝固が促進されることになる。

次いで、時刻ｔ１から所定時間経過した時刻ｔ２におい
て、タイマ９６を介してソレノイドバルブ８４を開成さ
せる。この結果、冷却水は管路９０ａ、９０ｂを通って
夫々摺動型１６．１８の金型ブロック５６ａ、５８ａ内
に画成される冷却槽６０ａ５６６ａ内に通路６２．６８
を介して供給される。

同様にして、時刻ｔ２から所定時間経過した時刻ｔ、に
達したら、タイマ９４を介してソレノイドバルブ８２を
開成させ、冷却水を管路８８ａ、８８ｂを介して当該摺
動型１６．１８を構成する金型ブロック５６ｂ、５８ｂ
の冷却槽６０ｂ、６６ｂに導入する。この後、摺動型１
６．１８は冷却水の冷却作用下にキャビティ２０のアル
ミニウム合金溶湯の冷却進行を促進させることになる。

さらに、時刻ｔ、から所定時間経過した時刻ｔ４におい
て、タイマ９２によりソレノイドバルブ８０を開成させ
、下型１２に形成した通路３５．３６に管路８６ａ、８
６ｂを介して冷却水を供給する。

最終的に、キャビティ２０内のアルミニウム合金溶湯へ
の加圧を解除する時刻ｔ５に達したら上型１４に対する
冷却水の供給を停止すると共に、タイマ９２．９４．９
６を介して夫々ソレノイドバルブ、８０．８２．８４を
閉成させ、摺動型１６．１８および下型１２への冷却水
の供給を停止する。

その後、所定時間経過したら型開きを行い、すなわち、
上型１４、摺動型１６．１８を下型１２に対して離間変
位させ当該キャビティ２０内に鋳込まれた製品を取り出
して鋳造サイクルを終了する。

本実施態様に係る鋳造用金型１０によれば、上型１４、
摺動型１６．１８には夫々熱伝導性の良好な銅合金系の
材質が用いられ、これら上型１４、摺動型１６．１８の
内面は、第２図に示すように、アルミニウム合金溶湯と
保護被膜層２２の最上層の塗型層２６を介して接触して
いる。そして、前記塗型層２６は互いに親和性のあるＦ
ｅ系のメッキ層２４を介して当該上型１４、摺動型１６
．１８の地金２３と密着しているため、アルミニウム合
金溶湯の熱作用を受けて当該塗型層２６が剥離する等の
不都合を防止することが出来る。従って、当該上型１４
、摺動型１６．１８の内面が劣化することなく、長時間
にわたって耐久性が確保される。そして、キャビティ２
０にアルミニウム合金溶湯を充填していく過程では、そ
の当初において比較的断熱性に浸れた塗型層２６を介し
て間接的に金型と接触しているため、湯回り不良に至る
ことなく当該アルミニウム合金溶湯の充填を行うことが
出来る。

また、実際の鋳造にあたっては、本実施態様に係る低圧
鋳造法を実行することにより、前述した保護被膜層２２
を前提として金型材質としての銅合金の熱伝導性の良さ
を活用出来る。すなわち、キャビティ２０に充填された
アルミニウム合金溶湯において、その溶湯量も多く、従
って、早く凝固させるべき部分は上型１４内に設けた冷
却槽４２．４４．４６に当該キャビティ２０への溶湯の
充填と共に冷却水を供給することにより最先に凝固させ
、次いで、摺動型１６．１８の金型ブロック５６ａ、５
８ａ、５６ｂ、５８ｂに設けた冷却槽６０ａ１６６ａ、
６０ｂ、６６ｂへと湯口３２側へ向かって時間をずらせ
て冷却水を供給し、前記湯口３２に最も近く、溶湯の凝
固が最も遅れて進行すべき部分に当接している下型１２
には最後に冷却水を供給している。このため、第１図に
示すように、キャビティ２０のアルミニウム合金溶湯に
は上型１４、摺動型１６．１８の材質が熱伝導性の良好
な銅合金であることから時間をずらせた冷却作用が効果
的に働き、第１図に示すように、矢印方向を指向して指
向性凝固が進行していくことが諒解されよう。そして、
これら上型１４、摺動型１６．１８、下型１２の順に熱
容量が大から小へ指向性凝固の方向と対応させているこ
とから冷却水の循環による熱交換作用がより効率的に行
われるため、凝固時間が短縮化し、その鋳造サイクルを
短くすることが出来る。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば、鋳造用金型を熱伝導性
の良好な銅合金系材質を用いて構成し、キャビティ°を
画成するその内面にＦｅ系のメッキ層を介して塗型層を
被覆し、銅合金と塗型層の密着性を向上させているため
、金型の耐用寿命を大幅に向上させることが出来る。さ
らに、実際の鋳造にあたっては当該キャビティ内の溶湯
を凝固させるにあたりキャビティの部位に対応させて早
く凝固すべき部位の当該金型の部材には冷却水を早く供
給し、遅れて凝固すべき部位に対面する金型の部材には
時間をずらして冷却水を供給しているため、当該金型の
熱伝導性の高さを活用してキャビティ内の溶湯の指向性
凝固を効率的に進行させることが出来る利点がある。従
って、鋳造品の組織に発生する鋳造欠陥を防止すること
が可能となると共に、全体としてその鋳造サイクルを短
縮化することが出来、効率的な鋳造作業を実施すること
が可能となる効果を奏するものである。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並び
に設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る鋳造用金型の構成を示す縦断面図
、 第２図は本発明に係る鋳造用金型のキャビティを構成す
る内壁面に形成される保護被膜層を説明する図、 第３図は本発明に係る低圧鋳造法におけるその手順を示
すタイムチャートである。 １０・・・鋳造用金型　　　　　１２・・・下型１４・
・・上型　　　　　　　　１６．１８・・・摺動型２０
・・・キャビティ　　　　　２２・・・保護被膜層２３
・・・地金　　　　　　　　２４・・・メッキ層２６・
・・塗型層　　　　　　　３０・・・湯口入子３４・・
・ストーク　　　　　　４２．４４．４６・・・冷却槽
５６ａ、５６ｂ、５８ａ、５８　ｂ　・・・金型ブＯ−
／り６０ａ、６０ｂ、６６ａ、６６ｂ・・・冷却槽８０
．８２．８４・・・ソレノイドバルブ９２．９４．９６
・・・タイマ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）型内に画成されたキャビティに溶湯を低圧の圧力
   気体の加圧下に充填して鋳造品を得る低圧鋳造法であっ
   て、熱伝導性の良好な銅合金系材質よりなる金型を用い
   、溶湯をキャビティに加圧充填後、当該キャビティの形
   状に応じて溶湯が早く凝固すべき部位に対面する金型の
   部材と溶湯が遅れて凝固すべき部位に対面する金型の部
   材とで時間差を設けて順次冷却媒体を供給し、溶湯を一
   定の方向に指向性凝固を促進させながら鋳造することを
   特徴とする低圧鋳造法。
2. （２）請求項１記載の鋳造法において、溶湯が早く凝固
   すべき部位と対面する金型の部材重量を大にし、一方、
   溶湯が遅れて凝固すべき部位と対面する金型の部材重量
   を小にしてなる銅合金系材質の金型を用いることを特徴
   とする低圧鋳造法。
3. （３）熱伝導性の良好な銅合金系材質によりなる鋳造用
   金型において、キャビティが画成される当該金型の内面
   に当該金型の地金に被覆したＦｅ系のメッキ層と、前記
   メッキ層を介し塗型層を塗布して形成した塗型層からな
   る保護被膜層を備えることを特徴とする鋳造用金型。
4. （４）請求項３記載の金型において、Ｆｅ系のメッキ層
   の表層にイオン窒化処理を施し、前記イオン窒化処理に
   より形成された窒化層の層上に塗型層を形成することを
   特徴とする鋳造用金型。