JPH06190534A

JPH06190534A - 加圧鋳造法および装置

Info

Publication number: JPH06190534A
Application number: JP34257592A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yoshida; 淳吉田; Mitsuru Adachi; 充安達; Naomichi Yamamoto; 直道山本
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 1994-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】加圧鋳造において，熱間割れが発生しない高
強度で靭性を有する高品質の鋳造製品を得る。【構成】加圧鋳造を行なう際に，鋳造用の溶湯を金型
のキャビティ内に充填し，凝固する溶湯に高圧力と低圧
力からなる加圧力をパルス的に交互に加えるようにし，
柱状晶や偏析を生じさせないで，等軸晶のみが生じるよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，アルミニウム合金やマ
グネシウム合金等の軽金属合金等の溶湯を鋳造する加圧
鋳造法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より，アルミニウム合金等の軽金属
合金を金型内に鋳込んで鋳造品を得る場合は，引け巣の
発生を低減させて品質を向上させるために，溶湯を鋳込
んで溶湯の凝固が完了するまでの間，常に一定の例えば
６００ｋｇ／ｃｍ² のような高圧力を作用させ続けた状
態で溶湯を加圧し続ける鋳造法が採用されていた。特
に，自動車部品等のように耐圧性，高強度等の高品質が
要求される場合，高圧で鋳造する方法が最近多く用いら
れている。

【０００３】なお，鋳造品に引け巣が発生するのを防止
する方法として，例えば，特開平３−１２４３５８号公
報に記載されているように，引け巣が発生しそうな特定
の部分に押出ピンを装入し，その押出ピンに機械的振動
または超音波振動を与える方法も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のような常に一定
の圧力で加圧し続ける鋳造方法の場合，特にそれが高圧
力である場合には，金型のキャビティ表面と溶湯の密着
性が良くなり，熱伝達係数が大きくなる。その結果，キ
ャビティ表面の近傍の金属組織は微細になるが，溶湯の
凝固形態は，溶湯の表面から優先的に凝固が進行し，柱
状晶が表面に生成するスキンフォーメーションタイプの
凝固形態になり易い。

【０００５】そして，溶湯の表面と直角な方法の柱状晶
が表面に沿って多数並んで発生するスキンフォーメーシ
ョンタイプの凝固形態になると，つぎに示すような問題
点が発生する。（１）凝固過程において，柱状晶の粒界もしくは各柱状
晶を構成する多数の平列した樹枝状晶の間で熱間割れが
発生しやすくなる。特に，コーナー部分には熱間割れが
多く発生しやすい。

【０００６】（２）樹枝状晶の間に排出された溶質元素
であるシリコンが，加圧力によって，表面層の樹枝状晶
の奥の未凝固部分に絞り出され，大きな偏析を起こし，
引け巣，強度低下の原因となる。また，樹枝状晶層の奥
にシリコンリッチの帯状偏析が連なり，その偏析部分が
固い塊となっているので，脆くなり，靭性もおちる。

【０００７】（３）金型のキャビティ表面に対応した溶
湯部分における結晶核の遊離，および，その溶湯部分の
近傍の過冷域における結晶核の生成が，共にほとんど起
こらない凝固形態のために，結晶核が少なく，結晶核が
粗大になり，強度低下の原因となる。

【０００８】なお，このように一定の高圧力を作用させ
る通常の加圧鋳造においては，その高圧力により金型壁
面における熱伝達係数が極めて大きく，金型壁面近傍の
溶湯は急激に冷却される。このため，高圧力の加圧鋳造
になる程，金型壁面の熱伝達係数が大きくなり，例え
ば，重力鋳造等のような場合に見られる鋳型壁面からの
結晶遊離は，加圧鋳造の場合，溶湯充填後の加圧時には
発生しない。すなわち，加圧鋳造の場合，溶湯充填後，
すみやかに安定な凝固殻ができる。その凝固殻を構成す
る結晶の中で，熱流方向に凝固が優先的に成長する方向
に結晶方位が向いている結晶が，すみやかに柱状晶に成
長する。その結果，最初に金型壁面にできた安定な凝固
殻である等軸チル晶帯，大きく成長した柱状晶，およ
び，冷却速度が金型表面程速くない内部では，溶湯がキ
ャビティを充填する過程で金型表面から遊離した若干の
結晶を核として成長した等軸晶からなる金属組織とな
る。なお，柱状晶を構成する樹枝状晶間に排出された溶
質元素であるシリコンが加圧力によって未凝固部分に絞
り出されることにより，柱状晶の表面部分には，溶質元
素が濃縮された偏析ができる。

【０００９】なお，前記（１）に記載したような現象
は，例えば，ＡＺ９１等のマグネシウム合金，７×××
系合金（７０００番台ジュラルミン系合金），Ｃ７ＡＶ
（５％マグネシウム含有アルミニウム合金）等のアルミ
ニウム合金を高圧鋳造した際に見られる。また，前記
（２）に記載したような現象は，例えば，ＡＣ４Ｃ等の
高強度，高靭性を特徴とするアルミニウム合金で問題と
なり，（３）に記載したような現象は，例えば，ＡＺ９
１等のマグネシウム合金で発生する。

【００１０】一方，特開平３−１２４３５８号公報に記
載されているような方法では，引け巣が発生しそうな特
定の部分に押出ピンを装入し，その押出ピンを介して機
械的振動または超音波振動を与えるものであったので，
押出ピンに寸法的な振幅を有する位置変動を行わせるも
のであり，変位させるものであった。

【００１１】したがって，あらかじめ定められた特定の
箇所でしか，引け巣発生の予防を行うことができなかっ
た。また，高圧力鋳造を行う場合，金型の型締力も例え
ば，１５００トンのようにかなり大きいものとすること
も多く，このような場合，鋳造装置全体ないしは型締装
置全体を振動させることは実際上不可能である。このこ
とは，金型や前記装置の重量が大きいことも起因してい
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は，このような欠
点を解消するために，鋳造用の溶湯を金型のキャビティ
内に充填し，凝固する溶湯に加圧力をパルス的に加える
ようにした。また，その装置として，キャビティを形成
する金型とキャビティ内に溶湯を供給する溶湯供給部分
を有する加圧鋳造装置において，金型に油圧シリンダを
備えたアクチュエータを連結させ，油圧シリンダに高圧
力と低圧力をパルス的に交互に作用させる加圧力供給装
置を連結した加圧鋳造装置を用いるようにした。

【００１３】

【作用】金型のキャビティ内に溶湯を充填し終ったら直
ちに，あるいは，充填が終わる直前から，金型に連結し
ている油圧シリンダに，高圧力の油圧と，この高圧力に
比べて比較的に低い低圧力の油圧を，例えば０．５〜１
０００Ｈｚの周波数でパルス的に交互に作用させて，凝
固する溶湯に加圧力をパルス的に加える。そうすると，
溶湯の凝固形態は，金型のキャビティ表面に面した溶湯
表面だけでなく，溶湯内でも核が発生し，凝固が進行
し，その結果，等軸晶が生成するという，いわゆる，マ
ッシータイプと呼ばれている凝固形態になる。

【００１４】前記［０００８］項で述べたように，一定
の高圧力を作用させる通常の加圧鋳造においては，表面
層に沿って多数の樹枝状晶からなる柱状晶帯ができ，そ
の内部に等軸晶と偏析ができていた。

【００１５】ところが，溶湯を充填し，凝固する溶湯に
加圧力をパルス的に加えると，溶湯に高圧力とこの高圧
力に比べて比較的に低い低圧力とが交互に波状的に加え
られることになる。このため，低圧力作用時には，一時
的に金型表面の熱伝達係数が小さくなり，凝固時に発生
した潜熱が金型表面から十分抜熱されず，溶湯温度が部
分的に上昇する。このような，いわゆるレカレンスによ
って，結晶遊離および樹枝状晶の枝の溶断遊離が起こ
る。また，波状的に加えられた圧力のため，溶湯が流動
し，そのことも合いまって，結晶遊離，樹枝状晶の枝の
溶断遊離が促進される。

【００１６】そのため，表面に生成されやすかった柱状
晶ができず，鋳込製品の内面全体に等軸晶が生成し，等
軸晶帯のみが形成されることになる。また，等軸晶帯に
偏析ができることもない。その結果，熱間割れも発生し
ないし，引け巣もほとんど発生しないし，高強度で靭性
を有する高品質の鋳込製品が得られる。

【００１７】

【実施例】図１〜図３は本発明方法を実施するための装
置の１実施例を示す縦断面図であり，図１，図２，図３
の順に作動順序を示している。図１〜図３において，１
は比較的に大きなキャビティ２を有する雌金型，３は雄
金型であり，雌金型１はその底部１ａがボルト１ｂによ
って上部本体１ｃに対して取付け取外し可能に取付けら
れている。雄金型３は上下に貫通した穴４を有し，穴４
は上から溶湯供給穴５と鋳込製品が形成される比較的に
小さなキャビティ６によって形成されている。雄金型３
は固定盤７に固定されている。この場合，固定盤７は図
示していない部材によって定位置に固定されており，し
たがって，雄金型３も定位置に静止している。

【００１８】固定盤７の上には，注湯用のスリーブ８や
じょうご９等からなる注湯装置１０がスリーブ８を溶湯
供給穴５の中に出し入れできるように上下動自在に設け
られている。また，注湯装置１０は，上昇してスリーブ
８が溶湯供給穴５に入っていない時に，横方向に移動さ
せ得るようにも設けられている。１１は可動盤等の雌金
型１の保持部材であり，図示していない駆動装置により
上下動に移動可能に設けられている。１２は保持部材１
１の下に連結したアクチュエータである。

【００１９】アクチュエータ１２は，キャビティ２，６
内の凝固する溶湯１３に加圧力をパルス的に加え得るも
ので，図３に示すように，油圧シリンダ１２ａとピスト
ンロッド１２ｂと，加圧力供給装置１４を有しており，
この加圧力供給装置１４は，油圧シリンダ１２ａに供給
する作動油の圧力を，例えば２５０〜６００ｋｇ／ｃｍ
² のような高圧力と，例えば０〜３００ｋｇ／ｃｍ² の
ようにこの高圧力よりも比較的に低い低圧力とし，この
高圧力と比較的に低い低圧力をパルス的に交互に（波状
的に）油圧シリンダ１２ａに作用させ得るサーボバルブ
やリリーフ弁等からなる供給圧力設定変動装置１５や，
ある時間当りの加圧力変動回数（周波数）設定器を内蔵
した加圧力変動指示装置１６を有している。１７はポン
プである。

【００２０】また，雄金型３の上方には，溶湯供給穴５
に出し入れ可能な押出ピン１８を下面に取付けた部材１
９が上下動自在および横方向移動自在に設けられてい
る。２０は固定保持盤である。なお，２１は鋳造時にキ
ャビティ２の内面に接して配置しておくセラミックペー
パであり，固相が晶出しない状態で鋳造するための薄い
保温材である。

【００２１】つぎに，図１〜図３に沿って，作動順序を
説明する。図１に示す状態で，注湯装置１０を介してキ
ャビティ２内に溶湯１３を供給し，注湯する。図２に示
すように，キャビティ２内に溶湯１３を供給したら，注
湯装置１０を邪魔にならない位置まで移動させた後，押
出ピン７を溶湯供給穴５の中に入れる。図２は加圧前の
状態を示す。この状態で，図３に示すように，保持部材
１１や雌金型１等を上昇させ，部材１９が固定保持盤２
０に押圧されるまで上昇させ，加圧させる。

【００２２】この時，図３に示すように，雄金型３は雌
金型１のキャビティ２内に深く入り込んだ状態となり，
溶湯１３は雄金型３のキャビティ６内に入り，押圧され
る。なお，この時，押出ピン１８の外周面のわずかなす
き間からキャビティ６内のエアが抜ける。キャビティ６
内の溶湯１３は冷却凝固して鋳込製品となる。ただし，
溶湯１３がキャビティ６内に入ったら，直ちに，アクチ
ュエータ１２内の加圧力供給装置１４を作動させ，油圧
シリンダ内に，例えば，６００ｋｇ／ｃｍ² の高圧力
と，６０ｋｇ／ｃｍ² のような比較的に低圧力の作動油
を，例えば１０Ｈｚや１００Ｈｚで，パルス的に交互に
作用させる。

【００２３】この高圧力は例えば２５０ｋｇ／ｃｍ² 以
上で適宜設定して良いし，低圧力も設定した高圧力より
も低い圧力で適宜設定して良い。勿論，低圧力を０ｋｇ
／ｃｍ² にすることもできるし，設定高圧力に比較的に
近い圧力にすることもできる。また，高圧力と低圧力を
パルス的に加える場合，その周波数は０．５〜１０００
Ｈｚの間で適宜設定することもできる。なお，周波数が
大きすぎると装置の取付け，操作に支障が出る場合があ
るので，せいぜい１０００Ｈｚ程度にする。なお，通常
は，１０Ｈｚないしは１００Ｈｚ程度で良い。

【００２４】図４は図１〜図３に示す装置において，Ａ
Ｃ４ＣＨのアルミニウム合金を，金型温度２００℃の金
型１，３内に，注湯温度７６０℃で注入し，加圧力を３
００±４０ｋｇ／ｃｍ² とし，すなわち，高圧力を３４
０ｋｇ／ｃｍ² ，低圧力を２６０ｋｇ／ｃｍ² に設定
し，１００Ｈｚのパルス状の加圧力をアクチュエータ１
２に作用させた場合の時間−加圧力曲線である。なお，
図４には，参考までに雌金型１の移動ストロークも合わ
せて図示した。図４に示す時間の計時点は，図２の状態
から雌金型１を上昇させ始める時点とした。なお，例え
ば２０秒のように所定時間，加圧力をパルス状に加えた
ら，停止し，雌金型１を下降させて型開きし，その時，
押出ピン１８を下降させてキャビティ６内から鋳込製品
も下降させる。鋳込製品を取出すときは，ボルト１ｂと
底部１ａを取って行う。

【００２５】このようにして得られた鋳込製品の組織を
図５に示す。図５により，全面が微細な等軸晶２２にな
っていることがわかる。

【００２６】これに対して，従来の方法で，例えば２５
０ｋｇ／ｃｍ² の一定の加圧力を２０秒間かけ続けて鋳
造した場合は，得られた鋳造製品の組織は，図６に示す
ようにあらわれた。図６においては，表面に柱状晶２３
があらわれ，内部に等軸晶２２があらわれている。な
お，合金成分，注湯温度，金型温度，および，使用した
金型１，３等は，図４のときの条件と同じにした。

【００２７】なお，前記した実施例においては，図１〜
図３に示したような金型１，３とアクチュエータ１２を
用いたが，これは必ずしもこのような構造の装置に限定
されることはない。すなわち，通常の横型または竪型の
ダイカストマシンにおいて，射出用のプランジャチップ
や部分的な加圧ピンを介して油圧シリンダからの加圧力
をパルス的に加えることもできる。また，溶湯をキャビ
ティ内に充填した後，型締で圧縮成形するような成形方
式で，型締力を例えば０．５〜１０００Ｈｚの周波数で
パルス的に加えるようにすることもできる。

【００２８】

【発明の効果】このように，本発明においては，加圧鋳
造を行なう際に，鋳造用の溶湯を金型のキャビティ内に
充填し，凝固する溶湯に高圧力と低圧力からなる加圧力
をパルス的に交互に加えるようにしたので，高圧力を作
用させた直後の比較的に低圧力を作用させた時には，一
時的に金型表面の熱伝達係数が小さくなり，凝固時に発
生した潜熱が金型表面から十分抜熱されず，溶湯温度が
部分的に上昇し，結晶遊離および樹枝状晶の枝の溶断遊
離が起こる。また，波状的に加えられた圧力のため，溶
湯が流動し，そのことも合いまって，結晶遊離，樹枝状
晶の枝の溶断遊離が促進される。

【００２９】その結果，柱状晶ができず，鋳込製品の内
面全体に等軸晶帯のみが形成され，また，等軸晶帯に溶
質元素であるシリコンの偏析ができることもない。した
がって，熱間割れも発生しないし，引け巣もほとんど発
生しないし，高強度で靭性を有する高品質の鋳込製品を
確実容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための装置の１実施例を
示す縦断面図であり，注湯状態時を示す。

【図２】図１に示す装置の注湯後で加圧前の状態を示す
縦断面図である。

【図３】図１に示す装置の加圧時の状態と加圧力供給装
置部の１実施例を示す縦断面図である。

【図４】本発明において，加圧力をパルス的に作用させ
る場合の１実施例を示す時間−作動油圧力およびストロ
ーク線図である。

【図５】図４に示した条件の下で実施して得た鋳造製品
の１部断面の凝固形態状態を示す金属組織図である。

【図６】従来方法で得た鋳造製品の１部断面の凝固形態
を示す金属組織図である。

【符号の説明】

１雌金型２，６キャビティ３雄金型１０注湯装置１２アクチュエータ１３溶湯１４加圧力供給装置１５供給圧力設定変動装置１６加圧力変動指示装置１８押出ピン２２等軸晶２３柱状晶

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【手続補正書】

【提出日】平成５年１月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】そして、溶湯の表面と直角な方向の柱状晶
が表面に沿って多数並んで発生するスキンフォ−メ−シ
ョンタイプの凝固形態になると、つぎに示すような問題
点が発生する。（１）凝固過程において、柱状晶の粒界もしくは各柱状
晶を構成する多数の平列した樹枝状晶の間で熱間割れが
発生しやすくなる。特に、コ−ナ−部分には熱間割れが
多く発生しやすい。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】（２）樹枝状晶の間に排出された溶質元素
が、加圧力によって、表面層の樹枝状晶の奥の未凝固部
分に絞り出され、大きな偏析を起こし、引け巣、強度低
下の原因となる。また、樹枝状晶層の奥に帯状偏析が連
なり、その偏析部分が固い塊となっているので、脆くな
り、靱性もおちる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】なお、このように一定の高圧力を作用させ
る通常の加圧鋳造においては、その高圧力により金型壁
面における熱伝達係数が極めて大きく、金型壁面近傍の
溶湯は急激に冷却される。このため、高圧力の加圧鋳造
になる程、金型壁面の熱伝達係数が大きくなり、例え
ば、重力鋳造等のような場合に見られる鋳造壁面からの
結晶遊離は、加圧鋳造の場合、溶湯充填後の加圧時には
発生しない。すなわち、加圧鋳造の場合、溶湯充填後、
すみやかに安定な凝固殻ができる。その凝固殻を構成す
る結晶の中で、熱流方向に凝固が優先的に成長する方向
に結晶方位が向いている結晶が、すみやかに柱状晶に成
長する。その結果、最初に金型壁面にできた安定な凝固
殻である等軸チル晶帯、大きく成長した柱状晶、およ
び、冷却速度が金型表面程速くない内部では、溶湯がキ
ャビテイを充填する過程で金型表面から遊離した若干の
結晶を核として成長した等軸晶からなる金属組織とな
る。なお、柱状晶を構成する樹枝状晶間に排出された溶
質元素が加圧力によって未凝固部分に絞り出されること
により、柱状晶の表面部分には、溶質元素が濃縮された
偏析ができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】なお、前記（１）に記載したような現象
は、例えば、ＡＺ９１等のマグネシウム合金、７×××
系合金（７０００番台ジュラルミン系合金）、ＡＣ７Ａ
（５％マグネシウム含有アルミニウム合金）等のアルミ
ニウム合金を高圧鋳造した際に見られる。また、前記
（２）に記載したような現象は、例えば、ＡＣ４Ｃ等の
高強度、高靱性を特徴とするアルミニウム合金で問題と
なり、前記（３）に記載したような現象は、例えば、Ａ
Ｚ９１等のマグネシウム合金で発生する。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】つぎに、図１〜３に沿って、作動順序を説
明する。図１に示す状態で、注湯装置１０を介してキャ
ビテイ２内に溶湯１３を供給し、注湯する。図２に示す
ように、キャビテイ２内に溶湯１３を供給したら、注湯
装置１０を邪魔にならない位置まで移動させた後、押出
ピン１８を溶湯供給穴５の中に入れる。図２は加圧前の
状態を示す。この状態で、図３に示すように、保持部材
１１や雌金型１等を上昇させ、部材１９が固定保持盤２
０に押圧されるまで上昇させ、加圧させる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】その結果、柱状晶ができず、鋳込製品の内
面全体に等軸晶帯のみが形成され、また、等軸晶帯に溶
質元素の偏析ができることもない。したがって、熱間割
れも発生しないし、引け巣もほとんど発生しないし、高
強度で靱性を有する高品質の鋳込製品を確実容易に得る
ことができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳造用の溶湯を金型のキャビティ内に充
填し，凝固する溶湯に加圧力をパルス的に加えるように
した加圧鋳造法。
【請求項２】キャビティを形成する金型とキャビティ
内に溶湯を供給する溶湯供給部分を有する加圧鋳造装置
において，金型に油圧シリンダを備えたアクチュエータ
を連結させ，油圧シリンダに高圧力と低圧力をパルス的
に交互に作用させる加圧力供給装置を連結した加圧鋳造
装置。