JPH07238304A - 加熱・冷却孔を有する成形用金型の製造方法および成形用金型 - Google Patents
加熱・冷却孔を有する成形用金型の製造方法および成形用金型Info
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- JPH07238304A JPH07238304A JP2826694A JP2826694A JPH07238304A JP H07238304 A JPH07238304 A JP H07238304A JP 2826694 A JP2826694 A JP 2826694A JP 2826694 A JP2826694 A JP 2826694A JP H07238304 A JPH07238304 A JP H07238304A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 鋳造欠陥のない、軽量かつ高強度で金型温調
時間の短い加熱・冷却孔を有する成形用金型の製造方法
および成形用金型を提供する。 【構成】 所定形状に加工した金属パイプを金型と類似
した金属容器に組込むとともに金属粉末を充填し、高温
・高圧の条件下で固相拡散反応一体成形の成形用金型に
する。この時使用する金属粉末に粒度分布４４〜１４９
μｍ、凝固速度１０3 〜１０6 ℃／ｓｅｃの熱容量の小
さいアルミニウム合金粉末を用いる。
時間の短い加熱・冷却孔を有する成形用金型の製造方法
および成形用金型を提供する。 【構成】 所定形状に加工した金属パイプを金型と類似
した金属容器に組込むとともに金属粉末を充填し、高温
・高圧の条件下で固相拡散反応一体成形の成形用金型に
する。この時使用する金属粉末に粒度分布４４〜１４９
μｍ、凝固速度１０3 〜１０6 ℃／ｓｅｃの熱容量の小
さいアルミニウム合金粉末を用いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】加熱または冷却が必要な金属や樹
脂などの成形用金型に係り、特に成形圧力の比較的小さ
い成形用金型で加熱・冷却を同期的に繰返すようにした
加熱・冷却孔を有する成形用金型の製造方法および成形
用金型に関するものである。
脂などの成形用金型に係り、特に成形圧力の比較的小さ
い成形用金型で加熱・冷却を同期的に繰返すようにした
加熱・冷却孔を有する成形用金型の製造方法および成形
用金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の低圧成形用金型においては、金型
母材に鉄系の低合金材料が主として使用されていたが、
金型温調時間が長くなるため、温調時間を短くするよう
な改善策として銅合金製の成形用金型が利用されるとと
もに、ドリル加工で金型に穴を開け、必要に応じて盲プ
ラグなどを挿入して加熱または冷却媒体通路孔を形成し
たものが用いられている。
母材に鉄系の低合金材料が主として使用されていたが、
金型温調時間が長くなるため、温調時間を短くするよう
な改善策として銅合金製の成形用金型が利用されるとと
もに、ドリル加工で金型に穴を開け、必要に応じて盲プ
ラグなどを挿入して加熱または冷却媒体通路孔を形成し
たものが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の成形用金型では加熱・冷却孔を形成するに際し、ド
リル加工で開けた穴の直線の組合せでは、金型キャビテ
ィ面に沿った所望の油・水またはガスなどの熱媒体通路
の形成が難しいといった穴加工上の制約があって実用化
の面で限界が生じていた。さらに、こうした問題点を解
決するため、熱媒体通路用の金属パイプを予備成形した
後、金型母材金属溶湯で鋳ぐるんで製作する方法が試験
的に行われているが、以下の理由により実用化に至って
いなかった。
来の成形用金型では加熱・冷却孔を形成するに際し、ド
リル加工で開けた穴の直線の組合せでは、金型キャビテ
ィ面に沿った所望の油・水またはガスなどの熱媒体通路
の形成が難しいといった穴加工上の制約があって実用化
の面で限界が生じていた。さらに、こうした問題点を解
決するため、熱媒体通路用の金属パイプを予備成形した
後、金型母材金属溶湯で鋳ぐるんで製作する方法が試験
的に行われているが、以下の理由により実用化に至って
いなかった。
【０００４】（１）金型材質を銅合金とすると金属溶湯
温度が高いため、金属パイプの選定が難しく、鋳ぐるみ
が困難であるとともに、金型母材の酸化が激しく、かつ
高価である。 （２）金型材質を鉄系合金とすると、安価ではあるが、
銅合金と同様に鋳ぐるみが困難であるとともに、温度拡
散係数（熱伝導率／熱容量）が小さく、そのため金型温
調時間が極めて長くなる。 （３）そこで、鋳ぐるみが容易で比較的安価なアルミニ
ウム合金では、成形用金型のような肉厚大物の場合、鋳
造欠陥（特に水素ガスに起因するピンホール欠陥）を完
全になくすことは極めて困難であるとともに、機械的物
性（強度・硬度）が低いため用途が限定される。 （４）また、鋳ぐるみ金属パイプの材質においても、銅
合金およびアルミニウム合金では鋳造時に溶損する。そ
のため金属パイプ外表面に溶損防止剤を塗布する方法も
行われているが、断熱層を形成するため伝熱を妨げる。 （５）そのため鉄系合金の金属パイプを用いると、溶損
はしにくい反面、金属パイプと金型母材との接合性が悪
く、そのため伝熱を妨げる。
温度が高いため、金属パイプの選定が難しく、鋳ぐるみ
が困難であるとともに、金型母材の酸化が激しく、かつ
高価である。 （２）金型材質を鉄系合金とすると、安価ではあるが、
銅合金と同様に鋳ぐるみが困難であるとともに、温度拡
散係数（熱伝導率／熱容量）が小さく、そのため金型温
調時間が極めて長くなる。 （３）そこで、鋳ぐるみが容易で比較的安価なアルミニ
ウム合金では、成形用金型のような肉厚大物の場合、鋳
造欠陥（特に水素ガスに起因するピンホール欠陥）を完
全になくすことは極めて困難であるとともに、機械的物
性（強度・硬度）が低いため用途が限定される。 （４）また、鋳ぐるみ金属パイプの材質においても、銅
合金およびアルミニウム合金では鋳造時に溶損する。そ
のため金属パイプ外表面に溶損防止剤を塗布する方法も
行われているが、断熱層を形成するため伝熱を妨げる。 （５）そのため鉄系合金の金属パイプを用いると、溶損
はしにくい反面、金属パイプと金型母材との接合性が悪
く、そのため伝熱を妨げる。
【０００５】本発明は、上記従来の問題点に着目し、鋳
造欠陥のない、軽量かつ高強度で、金型温調時間の短い
加熱・冷却孔を有する成形用金型の製造方法および成形
用金型を提供することを目的とする。
造欠陥のない、軽量かつ高強度で、金型温調時間の短い
加熱・冷却孔を有する成形用金型の製造方法および成形
用金型を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る第１の発明では、所定形状に加工した
金属パイプを金型と類似した金属容器に組込み、前記金
属パイプと金属容器の隙間に金属粉末を充填し、高温・
高圧の条件下で前記金属パイプと金属容器および金属粉
末を一体に成形固化させた後前記金属容器を除去すると
ともに、所定形状に加工することにより、加熱または冷
却媒体通路孔となる金属パイプを金型内部に鋳ぐるんで
一体成形した。第２の発明では、金属粉末に粒度分布４
４〜１４９μｍ、凝固速度１０3 〜１０6 ℃／ｓｅｃの
熱容量の小さい急冷凝固アルミニウム粉末を用いた。さ
らにまた、第３の発明では、金属パイプに金属粉末との
固相拡散反応により金属粉末と一体化が可能な金属材質
を用いた。
め、本発明に係る第１の発明では、所定形状に加工した
金属パイプを金型と類似した金属容器に組込み、前記金
属パイプと金属容器の隙間に金属粉末を充填し、高温・
高圧の条件下で前記金属パイプと金属容器および金属粉
末を一体に成形固化させた後前記金属容器を除去すると
ともに、所定形状に加工することにより、加熱または冷
却媒体通路孔となる金属パイプを金型内部に鋳ぐるんで
一体成形した。第２の発明では、金属粉末に粒度分布４
４〜１４９μｍ、凝固速度１０3 〜１０6 ℃／ｓｅｃの
熱容量の小さい急冷凝固アルミニウム粉末を用いた。さ
らにまた、第３の発明では、金属パイプに金属粉末との
固相拡散反応により金属粉末と一体化が可能な金属材質
を用いた。
【０００７】
【作用】高温・高圧の条件下で金型を一体成形すること
により成形用金型などの肉厚大物の金型製造においても
ピンホールなどの欠陥のない金型素材が得られる。ま
た、金型母材と金属パイプの密着においても、固相拡散
反応により完全一体化が可能となる。さらに、金型温調
時間に大きな影響を及ぼす金型材質は、従来考えられて
いた温度拡散係数のみで決定するよりもむしろ熱容量が
大きく影響し、熱容量の小さいアルミニウム合金とする
ことにより、加熱・冷却効率のよい金型温調の可能な成
形用金型が得られる。さらにまた、金型母材に急冷凝固
アルミニウム合金粉末を用いることにより、軽量かつ、
高強度・高靭性な成形用金型が得られる。
により成形用金型などの肉厚大物の金型製造においても
ピンホールなどの欠陥のない金型素材が得られる。ま
た、金型母材と金属パイプの密着においても、固相拡散
反応により完全一体化が可能となる。さらに、金型温調
時間に大きな影響を及ぼす金型材質は、従来考えられて
いた温度拡散係数のみで決定するよりもむしろ熱容量が
大きく影響し、熱容量の小さいアルミニウム合金とする
ことにより、加熱・冷却効率のよい金型温調の可能な成
形用金型が得られる。さらにまた、金型母材に急冷凝固
アルミニウム合金粉末を用いることにより、軽量かつ、
高強度・高靭性な成形用金型が得られる。
【０００８】
【実施例】以下に、本発明に係る加熱・冷却孔を有する
成形用金型の製造方法および成形用金型の具体的実施例
を図面を参照して詳細に説明する。
成形用金型の製造方法および成形用金型の具体的実施例
を図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】図１は成形用金型の温調配管図、図２は成
形用金型材質と金型温調時間の関係図、図３は加熱媒体
Ｒｅ数と加熱時間の関係図、図４は高温・高圧の条件下
で成形された成形用金型の断面図である。
形用金型材質と金型温調時間の関係図、図３は加熱媒体
Ｒｅ数と加熱時間の関係図、図４は高温・高圧の条件下
で成形された成形用金型の断面図である。
【００１０】図１に示すごとく、まず成形用金型内に温
調用の加熱・冷却媒体通路孔を設けるため、例えば温調
用パイプ２を成形用金型と類似した金属容器の所定位置
に設置し、温調用パイプ２と金属容器の隙間に金属粉末
を充填し、高温・高圧の条件下で温調用パイプ２と金属
容器および金属粉末を一体成形固化した後、所定形状に
加工することにより成形用金型を成形した。
調用の加熱・冷却媒体通路孔を設けるため、例えば温調
用パイプ２を成形用金型と類似した金属容器の所定位置
に設置し、温調用パイプ２と金属容器の隙間に金属粉末
を充填し、高温・高圧の条件下で温調用パイプ２と金属
容器および金属粉末を一体成形固化した後、所定形状に
加工することにより成形用金型を成形した。
【００１１】こうして製作された成形用金型１を用いて
樹脂や金属などの成形を行う場合、その最適な加熱また
は冷却温度は、成形材料の種類、成形品の形状、大きさ
などによって異なるため、その都度成形用金型１の温度
調整を行うことが必要となる。
樹脂や金属などの成形を行う場合、その最適な加熱また
は冷却温度は、成形材料の種類、成形品の形状、大きさ
などによって異なるため、その都度成形用金型１の温度
調整を行うことが必要となる。
【００１２】このため、金型冷却または加熱用温調機
４、５から温調用パイプ２を介して成形用金型１と循環
接続してあり、各温調機４、５に設けた切替弁４ａ、４
ｂ、５ａ、５ｂを切替えることにより、所定温度に制御
した冷却または加熱媒体（以下、熱媒体と呼ぶ）を温調
用パイプ２内を循環させて、成形用金型１の温度制御し
得るようになっている。また、コネクタ９によって種々
の成形用金型１との交換が可能となっている。符号３は
配管、６は流量調整弁、７、８は集合管、１０は流量
計、１１は熱電対を示す。
４、５から温調用パイプ２を介して成形用金型１と循環
接続してあり、各温調機４、５に設けた切替弁４ａ、４
ｂ、５ａ、５ｂを切替えることにより、所定温度に制御
した冷却または加熱媒体（以下、熱媒体と呼ぶ）を温調
用パイプ２内を循環させて、成形用金型１の温度制御し
得るようになっている。また、コネクタ９によって種々
の成形用金型１との交換が可能となっている。符号３は
配管、６は流量調整弁、７、８は集合管、１０は流量
計、１１は熱電対を示す。
【００１３】ここで本発明者はすでに、成形用金型１に
温度拡散係数の大きい材料を使用することによって金型
温調時間を短くするという従来の考え方から、むしろ熱
容量（比熱×密度）の大小によって金型材質を選定する
方法によって金型温調時間を短縮することが適切である
といった知見を得ている。
温度拡散係数の大きい材料を使用することによって金型
温調時間を短くするという従来の考え方から、むしろ熱
容量（比熱×密度）の大小によって金型材質を選定する
方法によって金型温調時間を短縮することが適切である
といった知見を得ている。
【００１４】即ち、従来温調用パイプ２内を流通する熱
媒体の層流境膜が仮に完全にないとした完全理想状態を
想定すると、成形用金型１の熱サイクルは温度拡散係数
〔金型の熱伝導率／熱容量（比熱×密度）〕が支配的と
なる。このため、金型の温度拡散係数が大きい程金型温
調時間は短くなるといった考え方をしていたのに対し
て、本発明者は熱媒体が完全乱流域と考えても層流境膜
はなくなることはなく薄くなるだけで、こうした半理想
状態下ではむしろ成形用金型１の熱サイクルには熱容量
の方が支配的となることを確認している。
媒体の層流境膜が仮に完全にないとした完全理想状態を
想定すると、成形用金型１の熱サイクルは温度拡散係数
〔金型の熱伝導率／熱容量（比熱×密度）〕が支配的と
なる。このため、金型の温度拡散係数が大きい程金型温
調時間は短くなるといった考え方をしていたのに対し
て、本発明者は熱媒体が完全乱流域と考えても層流境膜
はなくなることはなく薄くなるだけで、こうした半理想
状態下ではむしろ成形用金型１の熱サイクルには熱容量
の方が支配的となることを確認している。
【００１５】このことから、本実施例では成形用金型１
の材質には熱容量の小さいアルミニウム系合金を用い
た。因みに、成形用金型１の材質に用いられるアルミニ
ウム系合金（Ａｌ）、銅系合金（Ｃｕ）、鉄系合金（Ｆ
ｅ）の熱容量は、Ａｌ＜Ｃｕ＜Ｆｅとなり、前記３つの
中でアルミニウム系合金（Ａｌ）の熱容量が最も小さ
く、逆に鉄系合金（Ｆｅ）が最も大きい。また、温度拡
散係数だけの比較では、Ｆｅ＜Ａｌ＜Ｃｕとなり、銅系
合金が最も大きい。
の材質には熱容量の小さいアルミニウム系合金を用い
た。因みに、成形用金型１の材質に用いられるアルミニ
ウム系合金（Ａｌ）、銅系合金（Ｃｕ）、鉄系合金（Ｆ
ｅ）の熱容量は、Ａｌ＜Ｃｕ＜Ｆｅとなり、前記３つの
中でアルミニウム系合金（Ａｌ）の熱容量が最も小さ
く、逆に鉄系合金（Ｆｅ）が最も大きい。また、温度拡
散係数だけの比較では、Ｆｅ＜Ａｌ＜Ｃｕとなり、銅系
合金が最も大きい。
【００１６】また、図２に示すように、熱容量の最も小
さいアルミニウム合金を用いたことにより、短い熱サイ
クルで成形用金型１の加熱・冷却を行うことができるこ
とを確認しており、熱容量の小さい順にアルミニウム合
金＜銅合金＜鉄系合金となり金型温調時間も短くなると
いった結果を得ている。
さいアルミニウム合金を用いたことにより、短い熱サイ
クルで成形用金型１の加熱・冷却を行うことができるこ
とを確認しており、熱容量の小さい順にアルミニウム合
金＜銅合金＜鉄系合金となり金型温調時間も短くなると
いった結果を得ている。
【００１７】また、温調用パイプ２の材質についても、
図３に示すように温調用パイプ２内を流れる熱媒体の流
動状態、即ち媒体Ｒｅ数を制御することにより、具体的
には媒体Ｒｅ数を６，０００〜１２，０００に設定する
ことで、鋳ぐるみが容易で安価かつ加工が容易な鉄系合
金の温調用パイプ２の使用が可能なことも本発明者はす
でに確認を得ている。
図３に示すように温調用パイプ２内を流れる熱媒体の流
動状態、即ち媒体Ｒｅ数を制御することにより、具体的
には媒体Ｒｅ数を６，０００〜１２，０００に設定する
ことで、鋳ぐるみが容易で安価かつ加工が容易な鉄系合
金の温調用パイプ２の使用が可能なことも本発明者はす
でに確認を得ている。
【００１８】以上の結果をベースに、本実施例では成形
用金型１の材質に熱容量の小さいアルミニウム合金、温
調用パイプ２の材質に鋳ぐるみが容易で安価かつ加工が
容易な鉄系合金を基本構成とした。
用金型１の材質に熱容量の小さいアルミニウム合金、温
調用パイプ２の材質に鋳ぐるみが容易で安価かつ加工が
容易な鉄系合金を基本構成とした。
【００１９】これに加え、本実施例では、成形用金型１
の成形方法として、温調用パイプ２を成形用金型１と類
似した金属容器の所定位置へ組込み、金属容器と温調用
パイプ２の隙間にアルミニウム合金粉末１４を充填す
る。詳しくは、粒度４４〜１４９μｍ、凝固速度１０3
〜１０6 ℃／ｓｅｃからなる急冷凝固アルミニウム合金
粉末１４を用い、これを例えば金属容器に対して見掛け
密度を８０％以上に充填し、金属容器毎、高温・高圧の
条件で成形固化させる。
の成形方法として、温調用パイプ２を成形用金型１と類
似した金属容器の所定位置へ組込み、金属容器と温調用
パイプ２の隙間にアルミニウム合金粉末１４を充填す
る。詳しくは、粒度４４〜１４９μｍ、凝固速度１０3
〜１０6 ℃／ｓｅｃからなる急冷凝固アルミニウム合金
粉末１４を用い、これを例えば金属容器に対して見掛け
密度を８０％以上に充填し、金属容器毎、高温・高圧の
条件で成形固化させる。
【００２０】こうして、温調用パイプ２と金属容器およ
びアルミニウム合金粉末１４を一体成形固化させた後、
金属容器を除去するとともに、例えば機械加工などによ
り所定の形状の成形用金型１に仕上げる。
びアルミニウム合金粉末１４を一体成形固化させた後、
金属容器を除去するとともに、例えば機械加工などによ
り所定の形状の成形用金型１に仕上げる。
【００２１】ここで、アルミニウム合金粉末１４の充填
に際しては、金属容器に対して限りなく見掛け密度を高
く充填することが望ましく、そのためには、加振しなが
ら充填すると効果が高まる。あるいは、予め常温・高圧
の条件下で予備成形固化させた後、金属容器に充填する
ことも可能である。
に際しては、金属容器に対して限りなく見掛け密度を高
く充填することが望ましく、そのためには、加振しなが
ら充填すると効果が高まる。あるいは、予め常温・高圧
の条件下で予備成形固化させた後、金属容器に充填する
ことも可能である。
【００２２】また、アルミニウム合金粉末表面には凝固
時に生成した酸化膜（例えばＡｌ2Ｏ3 など）が数十〜
数百Åの厚さで存在しており、この酸化膜が高温・高圧
の条件下で成形固化する際に粉末同志の結合を阻害する
可能性が大きいため、予め、表面改質処理にて粉末表面
酸化膜を除去した粉末を用いることが望ましい。
時に生成した酸化膜（例えばＡｌ2Ｏ3 など）が数十〜
数百Åの厚さで存在しており、この酸化膜が高温・高圧
の条件下で成形固化する際に粉末同志の結合を阻害する
可能性が大きいため、予め、表面改質処理にて粉末表面
酸化膜を除去した粉末を用いることが望ましい。
【００２３】さらに、アルミニウム合金粉末１４を充填
する金属容器は高温・高圧の条件下で成形固化する際、
粉末状態から固体状態へ移行する時寸法収縮を伴なうた
め、予め、収縮量に応じて金属容器寸法を計算で求めて
おく必要がある。また、金属容器の材質は本実施例で用
いるアルミニウム合金粉末の場合の高温・高圧の処理温
度が、例えば５００〜６００℃と比較的低温であるた
め、特別な材料を必要とせず本実施例では、加工が容易
かつ安価なＳＳ材を用いた。
する金属容器は高温・高圧の条件下で成形固化する際、
粉末状態から固体状態へ移行する時寸法収縮を伴なうた
め、予め、収縮量に応じて金属容器寸法を計算で求めて
おく必要がある。また、金属容器の材質は本実施例で用
いるアルミニウム合金粉末の場合の高温・高圧の処理温
度が、例えば５００〜６００℃と比較的低温であるた
め、特別な材料を必要とせず本実施例では、加工が容易
かつ安価なＳＳ材を用いた。
【００２４】なお、高温・高圧の成形に際し、温調用パ
イプ２を金属容器の外側へ突出させることにより、温調
用パイプ２内にも高圧条件下で用いる例えばＮ2 ガスな
どが導通されるため、温調用パイプ２はアルミニウム合
金粉末１４の固化収縮に伴ない若干の変形・移動は認め
られたものの加熱・冷却媒体通路孔としての機能は十分
に有していた。
イプ２を金属容器の外側へ突出させることにより、温調
用パイプ２内にも高圧条件下で用いる例えばＮ2 ガスな
どが導通されるため、温調用パイプ２はアルミニウム合
金粉末１４の固化収縮に伴ない若干の変形・移動は認め
られたものの加熱・冷却媒体通路孔としての機能は十分
に有していた。
【００２５】さらに本発明では、多様化する成形用金型
の特性に応じて、アルミニウム合金粉末の組成を調整す
ることにより、急冷凝固特性を利用して、具体的には、
急冷凝固により機械的物性の向上に有効な元素を過飽和
に固溶させることにより鉄系合金と同等の特性を得るこ
とが可能であり、本実施例では以下に示す２種類の急冷
凝固アルミニウム合金粉末を用いた。
の特性に応じて、アルミニウム合金粉末の組成を調整す
ることにより、急冷凝固特性を利用して、具体的には、
急冷凝固により機械的物性の向上に有効な元素を過飽和
に固溶させることにより鉄系合金と同等の特性を得るこ
とが可能であり、本実施例では以下に示す２種類の急冷
凝固アルミニウム合金粉末を用いた。
【００２６】なお、ここで急冷凝固特性は、液体状態か
ら固体状態への凝固速度を大きくすることで得られる。
このためには粉末粒度を小さくすることが効果的である
との観点から粉末粒度は、４４〜１４９μｍとした。即
ち、４４μｍ以下の粉末では急冷凝固特性を得るのに十
分な凝固速度を有しているが、活性化が強いため取扱い
に爆発などの危険が伴なうため好ましくなく、逆に１４
９μｍ以上の粉末では凝固速度が遅く急冷凝固特性を維
持していないためである。併せて粉末製造の際に４４〜
１４９μｍの粉末粒度分布が最も歩留りがよいためであ
る。
ら固体状態への凝固速度を大きくすることで得られる。
このためには粉末粒度を小さくすることが効果的である
との観点から粉末粒度は、４４〜１４９μｍとした。即
ち、４４μｍ以下の粉末では急冷凝固特性を得るのに十
分な凝固速度を有しているが、活性化が強いため取扱い
に爆発などの危険が伴なうため好ましくなく、逆に１４
９μｍ以上の粉末では凝固速度が遅く急冷凝固特性を維
持していないためである。併せて粉末製造の際に４４〜
１４９μｍの粉末粒度分布が最も歩留りがよいためであ
る。
【００２７】また、凝固速度は１０3 〜１０6 ℃／ｓｅ
ｃとした。これは先に決めた粉末粒度と関係が強く、即
ち、１０3 ℃／ｓｅｃ以下では有効元素を過飽和に固溶
させることは困難であり、逆に１０6 ℃／ｓｅｃ以上で
は急冷凝固特性に急激な変化がないためである。併せて
粉末製造方法として比較的安価でかつ工業的生産に一般
的なガスアトマイズ法を用いることにより、コストダウ
ンが図られ、この場合の凝固速度が１０3 〜１０6 ℃／
ｓｅｃを満足していたことになる。
ｃとした。これは先に決めた粉末粒度と関係が強く、即
ち、１０3 ℃／ｓｅｃ以下では有効元素を過飽和に固溶
させることは困難であり、逆に１０6 ℃／ｓｅｃ以上で
は急冷凝固特性に急激な変化がないためである。併せて
粉末製造方法として比較的安価でかつ工業的生産に一般
的なガスアトマイズ法を用いることにより、コストダウ
ンが図られ、この場合の凝固速度が１０3 〜１０6 ℃／
ｓｅｃを満足していたことになる。
【００２８】図４に本発明に係る実施例で得られた成形
用金型の断面図を示す。図４において、符号１は成形用
金型、２は温調用パイプ、１２は金属容器、１３は開口
部、１４はアルミニウム合金粉末および１５はフタを示
す。
用金型の断面図を示す。図４において、符号１は成形用
金型、２は温調用パイプ、１２は金属容器、１３は開口
部、１４はアルミニウム合金粉末および１５はフタを示
す。
【００２９】この成形用金型の製造方法について説明す
る。
る。
【００３０】まず図４（１）に示すように、所定形状に
加工した温調用パイプ２を金型と類似した金属容器１２
の所定位置へ組込む。次に金属容器１２に開口した開口
部１３から急冷凝固アルミニウム合金粉末１４を金属容
器１２および温調用パイプ２の隙間へ充填する。なお、
アルミニウム合金粉末１４の充填時には、開口部１３が
上面になるようにし、充填が完了したら、フタ１５を閉
じ、金属容器１２と例えば溶接などによって密閉する。
加工した温調用パイプ２を金型と類似した金属容器１２
の所定位置へ組込む。次に金属容器１２に開口した開口
部１３から急冷凝固アルミニウム合金粉末１４を金属容
器１２および温調用パイプ２の隙間へ充填する。なお、
アルミニウム合金粉末１４の充填時には、開口部１３が
上面になるようにし、充填が完了したら、フタ１５を閉
じ、金属容器１２と例えば溶接などによって密閉する。
【００３１】同様に、温調用パイプ２と金属容器１２も
溶接などによって密閉する。ここで、温調用パイプ２は
金属容器１２より外側へ突出た構造とし、こうすること
により、高温・高圧条件下で成形固化させた場合、温調
用パイプ２内へ高圧にするための例えばＮ2 、Ａｒなど
の不活性ガスが導通され、温調用パイプ２を破損するこ
とはない。こうして金属容器１２毎に高温・高圧の条件
処理が可能な装置内へ入れ一体成形固化させる。
溶接などによって密閉する。ここで、温調用パイプ２は
金属容器１２より外側へ突出た構造とし、こうすること
により、高温・高圧条件下で成形固化させた場合、温調
用パイプ２内へ高圧にするための例えばＮ2 、Ａｒなど
の不活性ガスが導通され、温調用パイプ２を破損するこ
とはない。こうして金属容器１２毎に高温・高圧の条件
処理が可能な装置内へ入れ一体成形固化させる。
【００３２】ここで処理条件は、急冷凝固アルミニウム
合金粉末１４、および温調用パイプ２あるいは金属容器
１２の材質に応じて設定する。本実施例では、温度５０
０℃、圧力１，０００ｋｇ／ｃｍ2 で行った。高温・高
圧条件で処理し、一体成形させた後、金属容器１２を除
去するとともに所定形状に加工して、図４（２）に示す
成形用金型１を得るのである。
合金粉末１４、および温調用パイプ２あるいは金属容器
１２の材質に応じて設定する。本実施例では、温度５０
０℃、圧力１，０００ｋｇ／ｃｍ2 で行った。高温・高
圧条件で処理し、一体成形させた後、金属容器１２を除
去するとともに所定形状に加工して、図４（２）に示す
成形用金型１を得るのである。
【００３３】こうして得た成形用金型１を用いて、成形
テストを行い表１に示す結果を得た。
テストを行い表１に示す結果を得た。
【００３４】
【表１】
【００３５】表１からも明らかなように、比較例を基準
とした場合、全ての点で本実施例の成形用金型１の優位
性が証明された。なお、それぞれの金型は、巾３００×
長さ４００×厚さ４０ｍｍのレジャ用クーラーボックス
を成形するクーラーボックス金型とし、温調用パイプ
は、外径１２×厚さ１．５ｍｍのステンレス鋼を用い
た。
とした場合、全ての点で本実施例の成形用金型１の優位
性が証明された。なお、それぞれの金型は、巾３００×
長さ４００×厚さ４０ｍｍのレジャ用クーラーボックス
を成形するクーラーボックス金型とし、温調用パイプ
は、外径１２×厚さ１．５ｍｍのステンレス鋼を用い
た。
【００３６】実施例（１）：急冷凝固アルミニウム合金
粉末（Ａｌ−Ｆｅ系）を高温・高圧の条件下で成形固化
させた金型 実施例（２）：急冷凝固アルミニウム合金粉末（７０９
１系）を高温・高圧の条件下で成形固化させた金型 比較例 ：アルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）の重力鋳
造で成形した金型 を示す。ここで実施例（１）は耐熱性合金、実施例
（２）は高強度合金を目的として、また、比較例は、良
好な鋳造性を示すものとしてそれぞれの材料を選択し
た。
粉末（Ａｌ−Ｆｅ系）を高温・高圧の条件下で成形固化
させた金型 実施例（２）：急冷凝固アルミニウム合金粉末（７０９
１系）を高温・高圧の条件下で成形固化させた金型 比較例 ：アルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）の重力鋳
造で成形した金型 を示す。ここで実施例（１）は耐熱性合金、実施例
（２）は高強度合金を目的として、また、比較例は、良
好な鋳造性を示すものとしてそれぞれの材料を選択し
た。
【００３７】表１に示すように金型温調時間において
も、温調用パイプ２と成形用金型１母材との接合性が高
温・高圧の成形固化による拡散接合効果を相まって完全
に一体化することにより伝熱を阻害する隙間がないた
め、結果的に比較例に対してさらに短い金型温調時間を
得ることが確認できた。さらに急冷凝固特性により常温
および金型成形常用温度範囲である２００℃引張強さに
おいても比較例に対して極めて高い物性値を得ており、
多様化する金型使用条件に対応可能である。
も、温調用パイプ２と成形用金型１母材との接合性が高
温・高圧の成形固化による拡散接合効果を相まって完全
に一体化することにより伝熱を阻害する隙間がないた
め、結果的に比較例に対してさらに短い金型温調時間を
得ることが確認できた。さらに急冷凝固特性により常温
および金型成形常用温度範囲である２００℃引張強さに
おいても比較例に対して極めて高い物性値を得ており、
多様化する金型使用条件に対応可能である。
【００３８】なお、本実施例では金型用途拡大を目的と
して、急冷凝固アルミニウム合金粉末を用いたが、応力
が比較的小さい低圧成形用金型においては普通凝固のア
ルミニウム合金粉末を用いることも可能であり、これに
よってコストダウンも図れる。
して、急冷凝固アルミニウム合金粉末を用いたが、応力
が比較的小さい低圧成形用金型においては普通凝固のア
ルミニウム合金粉末を用いることも可能であり、これに
よってコストダウンも図れる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したことからも明らかなよう
に、本発明に係る第１の発明では、所定形状に加工した
金属パイプを金型と類似した金属容器に組込み、前記金
属パイプと金属容器の隙間に金属粉末を充填し、高温・
高圧の条件下で前記金属パイプと金属容器および金属粉
末を一体に成形固化させた後、前記金属容器を除去する
とともに、所定形状に加工することにより、加熱または
冷却媒体通路孔となる金属パイプを金型内部に鋳ぐるみ
一体成形することにより、高品質な成形体が得られるこ
とから、加熱・冷却が可能な金型を安定して供給するこ
とができる。
に、本発明に係る第１の発明では、所定形状に加工した
金属パイプを金型と類似した金属容器に組込み、前記金
属パイプと金属容器の隙間に金属粉末を充填し、高温・
高圧の条件下で前記金属パイプと金属容器および金属粉
末を一体に成形固化させた後、前記金属容器を除去する
とともに、所定形状に加工することにより、加熱または
冷却媒体通路孔となる金属パイプを金型内部に鋳ぐるみ
一体成形することにより、高品質な成形体が得られるこ
とから、加熱・冷却が可能な金型を安定して供給するこ
とができる。
【００４０】第２の発明では、第１の発明の金属粉末に
粒度分布４４〜１４９μｍ、凝固速度１０3 〜１０6 ℃
／ｓｅｃの熱容量の小さいアルミニウム粉末を用いたこ
とにより、高強度・高靭性な金型素材が得られることか
ら、多様化する成形用金型に対応した金型を供給するこ
とができ、さらに、熱容量の小さいアルミニウム合金と
することにより金型の加熱・冷却時間が短縮される。さ
らに、第３の発明では、第１の発明の金属パイプに、金
属粉末との固相拡散反応により一体成形可能な金属材質
を用いたことにより、金型母材と金属パイプが一体化す
るため、熱容量の小さいアルミニウム合金を用いた効果
と相まって成形サイクルが大幅に短縮されるとともに生
産性が大幅に向上する。
粒度分布４４〜１４９μｍ、凝固速度１０3 〜１０6 ℃
／ｓｅｃの熱容量の小さいアルミニウム粉末を用いたこ
とにより、高強度・高靭性な金型素材が得られることか
ら、多様化する成形用金型に対応した金型を供給するこ
とができ、さらに、熱容量の小さいアルミニウム合金と
することにより金型の加熱・冷却時間が短縮される。さ
らに、第３の発明では、第１の発明の金属パイプに、金
属粉末との固相拡散反応により一体成形可能な金属材質
を用いたことにより、金型母材と金属パイプが一体化す
るため、熱容量の小さいアルミニウム合金を用いた効果
と相まって成形サイクルが大幅に短縮されるとともに生
産性が大幅に向上する。
【図１】成形用金型の温調配管図である。
【図２】成形用金型材質と金型温調時間の関係図であ
る。
る。
【図３】加熱媒体Ｒｅ数と加熱時間の関係図である。
【図４】高温・高圧の条件下で成形された成形用金型の
断面図である。
断面図である。
１ 成形用金型 ２ 温調用パイプ ３ 配管 ４、５ 温調機 ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ 切替弁 ６ 流量調整弁 ７、８ 集合管 ９ コネクタ １０ 流量計 １１ 熱電対 １２ 金属容器 １３ 開口部 １４ アルミニウム合金粉末
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２２Ｄ 17/22 Ｄ Ｂ２２Ｆ 5/00 Ｂ２９Ｃ 33/02 8823−4Ｆ 33/38 8823−4Ｆ
Claims (3)
- 【請求項１】 所定形状に加工した金属パイプを、金型
と類似した金属容器に組込み、前記金属パイプと金属容
器の隙間に金属粉末を充填し、高温・高圧の条件下で前
記金属パイプと金属容器および金属粉末を一体に成形固
化させた後前記金属容器を除去するとともに、所定形状
に加工することにより、加熱または冷却媒体通路孔とな
る金属パイプを金型内部に鋳ぐるんで一体成形すること
を特徴とする加熱・冷却孔を有する成形用金型の製造方
法。 - 【請求項２】 請求項１の金属粉末に粒度分布４４〜１
４９μｍ、凝固速度１０3 〜１０6 ℃／ｓｅｃの熱容量
の小さい急冷凝固アルミニウム合金粉末を用いたことを
特徴とする加熱・冷却孔を有する成形用金型。 - 【請求項３】 請求項１の金属パイプに、金属粉末との
固相拡散反応により金属粉末と一体化が可能な金属材質
を用いたことを特徴とする加熱・冷却孔を有する成形用
金型。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6028266A JP3001144B2 (ja) | 1994-02-25 | 1994-02-25 | 加熱・冷却孔を有する成形用金型の製造方法および成形用金型 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6028266A JP3001144B2 (ja) | 1994-02-25 | 1994-02-25 | 加熱・冷却孔を有する成形用金型の製造方法および成形用金型 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07238304A true JPH07238304A (ja) | 1995-09-12 |
| JP3001144B2 JP3001144B2 (ja) | 2000-01-24 |
Family
ID=12243779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6028266A Expired - Lifetime JP3001144B2 (ja) | 1994-02-25 | 1994-02-25 | 加熱・冷却孔を有する成形用金型の製造方法および成形用金型 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3001144B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002066720A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-05 | Gijutsu Kaihatsu Sogo Kenkyusho:Kk | 金属製複合部材およびその製造方法 |
| WO2008150177A1 (en) * | 2007-06-06 | 2008-12-11 | Tool Tech As | A method of producing various massive blanks of encapsulated pipe connections by virtue of powder moulding |
| KR20140004738A (ko) * | 2011-01-25 | 2014-01-13 | 레고 에이/에스 | 온도 조절용 채널을 구비한 금형 부품의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 이루어진 금형 부품 |
| CN114789236A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-07-26 | 一汽解放汽车有限公司 | 模具随形水道的增材制造方法 |
-
1994
- 1994-02-25 JP JP6028266A patent/JP3001144B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002066720A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-05 | Gijutsu Kaihatsu Sogo Kenkyusho:Kk | 金属製複合部材およびその製造方法 |
| WO2008150177A1 (en) * | 2007-06-06 | 2008-12-11 | Tool Tech As | A method of producing various massive blanks of encapsulated pipe connections by virtue of powder moulding |
| GB2461007A (en) * | 2007-06-06 | 2009-12-23 | Tool Tech As | A method of producing various massive blanks of encapsulated pipe connections by virtue of powder moulding |
| GB2461007B (en) * | 2007-06-06 | 2013-01-23 | Tool Tech As | A method of producing various massive blanks of encapsulated pipe connections by virtue of powder moulding |
| KR20140004738A (ko) * | 2011-01-25 | 2014-01-13 | 레고 에이/에스 | 온도 조절용 채널을 구비한 금형 부품의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 이루어진 금형 부품 |
| CN114789236A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-07-26 | 一汽解放汽车有限公司 | 模具随形水道的增材制造方法 |
| CN114789236B (zh) * | 2022-04-21 | 2024-03-19 | 一汽解放汽车有限公司 | 模具随形水道的增材制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3001144B2 (ja) | 2000-01-24 |
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