JPH01237067A - 低圧鋳造法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は低圧鋳造法に関し、−層詳細には、金型を構成
する上型、下型、摺動型の夫々を熱伝導率の異なる金型
材質を組み合わせて構成し、その際、鋳造品の肉厚な部
分に相当する部位には熱伝導率の低い材質を配し、鋳造
品の肉薄な部位に相当する部位には熱伝導率の高い材質
を配し、前記キャビティに溶湯を充填した後に、金型を
冷却して肉薄部分から肉厚部分に向けて指向性凝固を促
進させることにより、鋳造欠陥のない高品質の鋳造品を
得ることを可能とする低圧鋳造法に関する。

［発明の背景］ 一般に、例えば、自動車部品等を大量生産する場合、低
圧鋳造法が広範に利用されている。

この低圧鋳造法はアルミニウム合金等の軽合金からなる
溶湯を保持炉に貯留し、比較的低圧の圧力気体、通常は
圧縮空気で前記溶湯の表面を加圧し、ストークを介して
前記溶湯を金型内に画成される製品に対応したキャビテ
ィ内に充填して鋳造品を製造する。

前記低圧鋳造法は自動車の車輪に用いられる軽合金製の
ホイールを製造する場合にも用いられている。こうした
ホイールの低圧鋳造法において、前記ホイールそれ自体
の形状に基づく鋳造上の制約がある。すなわち、ホイー
ルはその形状が大きく、また、比較的肉厚のハブ部と、
これと対照的に薄肉のリム部からなる複雑な形状を呈す
るため、鋳造の際に生じる引巣等の鋳造欠陥が発生し易
いことである。このため、欠陥のない稠密な組織を保つ
ことがこの種のホイールを低圧鋳造法で鋳造する際の重
要な課題とされている。

一般に、低圧鋳造法において、鋳造欠陥等のない良好な
組織を有する品質の高い製品を鋳造するためには、キャ
ビティ内に充填される溶湯の凝固を迅速に進行させ、且
つその態様もキャビティ内のある部分から他の部分を指
向して徐々に凝固が進むよう、所謂、指向性凝固を行わ
せることが必要である。これは前記指向性凝固により鋳
造品の組織に引巣等の鋳造欠陥を除去することが出来る
からである。そして、軽合金製のホイールを鋳造する際
も、このことは例外ではない。

ホイールの低圧鋳造法にあっても溶湯の凝固に指向性を
持たせるためにキャビティ内に溶湯を充填後、冷却媒体
を金型に供給して当該金型を冷却し、金型の特定部分と
他の部分との間に温度勾配を設け、これにより、指向性
凝固を促進させることが行われている。

ところが、金型は上型、下型、摺動型から構成されるが
、これら上型、下型、摺動型は主として銅系材料から一
体的に形成されるため、熱伝導率が小さく、しかも冷却
により特定部分に温度差を生じさせることが容易ではな
い。軽合金製ホイールのように比較的大きく、しかも、
肉厚部分と肉薄部分とが一体的に構成される部品を鋳造
する際には、その指向性凝固を促進することが特に難し
く、従って、引巣等の鋳造欠陥が発生し、不良品の発生
率が高くその生産効率が低い等の問題点が指摘されてい
る。

［発明の目的］ 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、鋳造用金型において、この金型を構成する冬型
、すなわち、上型、下型、摺動型を夫々熱伝導率の異な
る異種の材質を組み合わせて構成し、その際に、鋳造品
の肉厚の部分に相当する品位には熱伝導率の低い銅系材
料を配置し、一方、薄肉の部分に相当する部位には熱伝
導率の高い銅合金系材料を配置し、溶湯充填後冷却媒体
を供給して冷却効果が伝達される差異を利用して肉薄部
分から肉厚部分に向かって指向性凝固を促進させること
により、鋳造欠陥を防止し、鋳造の生産性を向上させる
ことを可能とする低圧鋳造法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加圧充填して鋳造品を鋳造する
低圧鋳造法であって、前記金型に熱伝導率の異なる材質
の部材を組み合わせた金型を用い、その際、鋳造品の肉
厚部に対応する部位に対面させて熱伝導率の低い部材を
配置し、一方、鋳造品の肉薄部に対面させて熱伝導率の
高い部材を配置し、キャビティに溶湯を充填後、金型に
強制冷却を施して前記の肉薄部に対応する部位から肉厚
部と対応する部位に指向してキャビティ内の溶湯に積極
的に指向性凝固を促進させながらホイールを鋳造するこ
とを特徴とする。

また、本発明は金型を構成する部材の材質の組み合わせ
を鋳造品の肉厚部に対応する部位に熱間鍛造用型鋼を材
質とする部材を配置し、−方、鋳造品の肉薄部に対応す
る部位には銅合金を材質とする部材を配置して鋳造する
ことを特徴とする。

さらに、本発明は鋳造品がホイールであり、鋳造品の肉
厚部はホイールのハブ部であり、鋳造品の肉薄部はホイ
ールのリム部であることを特徴とする。

［実施態様コ 次に、本発明に係る低圧鋳造法について、ホイールの鋳
造を実施するための金型との関連において好適な実施態
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１０は本発明に係る低
圧鋳造法を実施するための金型を示す。

すなわち、この金型１０は下型１２と、この下型１２上
方に配置される上型１４と、前記下型１２、上型１４と
の間に嵌合するように配設される一組の摺動型１６．１
７とから基本的に構成され、これら下型１２、上型１４
および摺動型１６．１７の対向面によりキャビティ１８
が画成される。前記キャビティ１８は自動車の車輪に用
いられるホイールを鋳造するのに対応した形状を呈し、
ホイールの比較的肉厚な部位に相当するところのハブ部
１８ａと、このハブ部１８ａの周縁に沿って外方へ延在
する比較的薄肉のリム部１８ｂとを含む。なお、前記下
型１２、上型１４および摺動型１６．１７は夫々熱伝導
率の異なる別種の金属材料の組み合わせから構成される
ものであって、これについては後述する。

そこで、前記下型１２は下型プラテン２０上に設置され
、熱伝導率の低い熱間鍛造用型鋼から一体成形されるも
のであり、その中央部位に形成される孔に対して湯口入
子２２が装着される。この湯口入子２２は下型プラテン
２０の下方に配設される図示しない溶湯保持炉から延在
するスト−り（図示せず）とアダプタストーク２４を介
して連結される。この場合、前記溶湯保持炉内の坩堝に
貯留される溶湯がストークおよびアダプタストーク２４
、湯口入子２２を上昇して前記キャビティ１８に充填さ
れる。また、この下型１２には冷却媒体が導入される複
数の通路２５が形成される。

一方、上型１４は上型プラテン２６の下面に装着され、
図示しないアクチュエータの駆動作用を介して当該上型
プラテン２６と一体的に昇降自在に構成される。この上
型１４はキャビティ１８のハブ部１８ａに対面する金型
ブロック２８と、前記キャビティ１８のリム１ｆｆｌ１
８ｂに対面する金型ブロック３０と、前記金型ブロック
２８の背面に配設される冷却ブロック３２との組み合わ
せから構成され、この場合、金型ブロック２８は熱間鍛
造用型鋼をその材質とし、金型ブロック３０、冷却ブロ
ック３２は熱伝導率の低い銅合金系の金属材料をその材
質とする。

また、上型プラテン２６、金型ブロック２８．３０と冷
却ブロック３２を貫通するように型開きした際にホイー
ルを取り出すための押出ピン３４ａ乃至３４ｃが配設さ
れ、この押出ピン３４ａ乃至３４ｃの先端はキャビティ
１８に臨むと共に、その基端部はエジェクタプラテン３
６に取り付けられる。

この場合、エジェクタプラテン３６は図示しない支持手
段により固定され、従って、前記上型プラテン２６が上
昇するに伴って、前記押出ピン３４ａ乃至３４ｃは鋳造
されたホイールを押し出す作用を営む。なお、前記金型
ブロック３０、冷却ブロック３２には夫々通路３１．３
３が形成され、これら通路３１．３３には冷却媒体が導
入される。

前記下型１２、上型１４に嵌合する摺動型１６は金型ブ
ロック３８ａと金型ブロック３８ｂとから構成され、こ
の場合、キャビティ１８のリムＲ１８ｂに面するように
配設される前記金型ブロック３８ａは熱伝導率の低い熱
間鍛造用型鋼からなり、ハブ部１８ａに近接して配設さ
れる金型ブロック３８ｂは熱伝導率の高い熱間鍛造用型
鋼からなる。

また、この摺動型１６はシリンダ４０のピストンロッド
４２と連結部材４４を介して連結され、前記シリンダ４
０の駆動作用下に水平方向に進退自在に構成される。

摺動型１７も同様に構成されるものであり、熱間鍛造用
型鋼の金型ブロック４６ａと銅合金系材質の金型ブロッ
ク４６ｂとから構成され、シリンダ４８のピストンロッ
ド５０と連結部材５２とを介して連結される。

金型１０は基本的には以上のように構成されるものであ
り、次に、この金型１０を用いた本発明に係る低圧鋳造
法について説明する。

先ず、当該金型ｌＯを構成する各金型、すなわち、下型
１２、上型１４、摺動型１６．１７は熱伝導率の異なる
熱間鍛造用型鋼や銅合金等の材質の組み合わせによりな
るものであるが、その−例として第１表に示す材質から
なるものとする。

／″ ７′ 第１表　　金型の材質 そこで、鋳造条件をユＩｓ　　４Ａ２Ｃ相当のアルミニ
ウム合金溶湯温度を７２０℃、加圧力を０、３０ｋｇ／
　ｃ＋＋＋２、鋳造サイクルを３分として鋳造を開始す
る。すなわち、図示しない保持炉内の坩堝に貯留される
前記アルミニウム合金からなる溶湯の温度を７２０℃に
保持し、その溶湯表面を圧縮空気で加圧することで溶湯
をストークを介しアダプタストーク２４、湯口入子２２
内を上昇させ、キャビティ１８内に充填する。その後、
０、３０ｋｇ／　０ｍ２の圧力でこの状態を保持する。

次いで、所定時間、前記の状態を保持した後、溶湯保持
炉から圧縮空気を抜いてキャビティ１８に充填されてい
る溶湯を凝固させる。そして、その際、下型１２に形成
された通路２５および上型１４を構成する金型ブロック
３０、冷却ブロック３２に形成された通路３１．３３に
冷却媒体を導入してこれら下型１２、上型１４に強制冷
却を施す。

ここで、当該金型１０はキャビティ１８の部位に対応さ
せて熱伝導率の異なる材質を組み合わせたものである。

すなわち、第２図に示すように、キャビティ１８にあっ
て、リム部１８ｂの溶湯には熱伝導率の高いＣｕ−Ｃｒ
系合金を材質とする上型１４の金型ブロック３０が接し
、キャビティ１８のハブ部１８ａの溶湯には熱伝導率の
低いＳＫＤ系の熱間鍛造用型鋼を材質とする下型１２並
びに上型１４の金型ブロック２８が接している。従って
、リム部１８ｂの溶湯の熱は金型ブロック３０に容易に
伝導し、当該金型ブロック３０の通路３１を流れる冷却
媒体との熱交換作用を受けるため、当該リム部１８ｂの
溶湯の凝固が最先に進行することになる。一方、ハブ部
１８ａにおいては下型１２、金型ブロック２８に対する
溶湯の熱の伝導が効率的ではないため、当該下型１２の
通路２５および冷却ブロック３２０通路３３を流れる冷
却媒体の冷却効果が抑制され、溶湯の凝固は遅延するこ
とになる。

さらに、摺動型１６．１７において、熱伝導率の高いＣ
ｕ−Ｃｒ系の金型ブ０−／り３８ｂ、４６ｂを凝固が遅
れるハブ部１８ａに近接させて配置し、熱伝導率の低い
金型ブロック３８ａ、４６ａを凝固が進むリム部１８ｂ
に対して配置し、全体としてキャビティ１８の溶湯の凝
固がリム部１８ｂとハブ部１８Ｈの凝固の進行に極端な
差（例えば、肉厚なハブ部の凝固が極端に遅れる）が生
じないようにそのバランスをとっているため、第２図に
矢印で示すように、リム部１８ｂからハブ部１８ａに向
かって好適に溶湯の指向性凝固が進行していくことにな
る。

こうしてキャビティ１８内の溶湯が凝固しだら型開きを
行い製品としてのホイールを取り出して鋳造サイクルを
終了する。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、ホイールのハブとリム
に相当する金型内のキャビティのハブ部、リム部に当接
する金型の材質に伝導率の異なるものを選択的に組み合
わせ、熱伝導率の差に基づく冷却効果の違いを利用して
溶湯の指向性凝固をリム部からハブ部に向かって積極的
に促進させている。このため、キャビティ内の溶？易が
確実に且つバランスよく肉厚なハブ部に向かって凝固し
ていくため引巣等の鋳造欠陥を回避出来、組織の健全な
しかも品質の浸れた鋳造品を得ることが可能となる利点
が得られる。

また、冷却媒体等による冷却が効果的に及ぶため、溶湯
の凝固の進行を促進することが可能となり、鋳造サイク
ルが短縮化され、鋳造効率が一層向上するという効果が
得られる。

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、
ホイール以外でも肉厚部と肉薄部が存在する鋳造品に用
いることが可能である等、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図は本発明に係る低圧鋳造法に用いられる金型の構
成を示す縦断面図、 第２図は本発明に係る低圧鋳造法において、キャビティ
内の溶湯の凝固が進行する方向を説明する図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）金型内に画成されたキャビティに溶湯を加圧充填
   して鋳造品を鋳造する低圧鋳造法であって、前記金型に
   熱伝導率の異なる材質の部材を組み合わせた金型を用い
   、その際、鋳造品の肉厚部に対応する部位に対面させて
   熱伝導率の低い部材を配置し、一方、鋳造品の肉薄部に
   対面させて熱伝導率の高い部材を配置し、キャビティに
   溶湯を充填後、金型に強制冷却を施して前記の肉薄部に
   対応する部位から肉厚部と対応する部位に指向してキャ
   ビティ内の溶湯に積極的に指向性凝固を促進させながら
   ホィールを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、金型を構成する
   部材の材質の組み合わせは鋳造品の肉厚部に対応する部
   位に熱間鍛造用型鋼を材質とする部材を配置し、一方、
   鋳造品の肉薄部に対応する部位には銅合金を材質とする
   部材を配置して鋳造することを特徴とする低圧鋳造法。
3. （３）請求項１または２記載の鋳造法において、鋳造品
   はホィールであり、鋳造品の肉厚部はホィールのハブ部
   であり、鋳造品の肉薄部はホィールのリム部であること
   を特徴とする低圧鋳造法。