JPH0847768A - 鋳造製品の局部硬化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋳型内の鋳造製品の任意位置を急冷すること
ができ、鋳造製品の所望部位を局部硬化させることが可
能な鋳造製品の局部硬化方法を提供する。 【構成】 鋳型８内に鋳込まれた溶湯が凝固したのち、
あらかじめ鋳型８に形成しておいた冷却穴６を介して、
エア，水などの冷却用流体を吹き込み、鋳造製品１の所
望部位を急冷する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋳型内において、鋳造
直後の鋳造製品に局部的な冷却を施すことによって、当
該鋳造製品の所望部位の強度を向上させるのに利用され
る鋳造製品の局部硬化方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鋳造製品の硬度は、部品の肉厚
によって鋳造後の冷却速度が異なるために、薄肉部にお
いては比較的高めの硬度（強度）が得られ、厚肉部にお
いては比較的高めの硬度（強度）となることが知られて
いる。

【０００３】しかしながら、このような鋳造のままの硬
度分布では、鋳造製品の機能上不都合を来すことが多
く、ひとつの鋳造製品の中に低い硬度を必要とする部分
と高い硬度を必要とする部分とが共存することが少なく
ない。

【０００４】このような部品の鋳造に対処するために、
鋳型内において鋳造製品を部分的に急冷することにより
局部硬化を行う方法が、例えば特開昭５９−１７９２６
３号公報，特開平１−９１９５６号公報，特開平３−１
３８０６７号公報，特開平３−１３８０６８号公報など
に開示されている。

【０００５】すなわち特開昭５９−１７９２６３号およ
び特開平１−９１９５６号公報に記載された鋳造方法
は、鋳型内にセットした中子に冷却用の貫通孔を設け、
鋳型に形成した通路を介して空気や水などの冷却流体を
冷却用貫通孔に流すことによって、凝固後の鋳造製品の
冷却速度を早め、急冷された部位の硬度を高めようとす
るものである。

【０００６】また、特開平３−１３８０６７号公報に記
載された鋳造方法は、鋳鉄によって鋳ぐるまれたシリン
ダライナ部分の冷却に関するものであって、シリンダラ
イナを鋳ぐるんだのち、通気孔を備えた治具によってシ
リンダライナ内のボア中子を排除すると共に、通気孔か
ら冷却ガスをシリンダライナの内周面に噴射させること
によってシリンダライナを急冷するものであり、特開平
３−１３８０６８号公報に記載された鋳造方法は、同じ
くシリンダライナの冷却に関するものであって、目の粗
い通気性の良い砂により形成したボア中子に冷却ガスを
送給してシリンダライナを急冷し、シリンダライナの耐
摩耗性を確保しようとするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た各公報に開示された技術は、いずれも中子あるいはラ
イナなどの鋳型内装入物を利用して冷却媒体を送給する
ようにしているため、局部硬化の可能な位置が中子やラ
イナの近傍部に限定されてしまい、所望の部位を必ずし
も硬化させることができないという問題点がある。 ま
た、冷却用の貫通孔やこれに連通する通路を中子や鋳型
内に多岐にわたって形成しなければならないので、中子
や鋳型の形状が複雑化し、大幅なコストアップを招くと
いう問題点があり、これらの問題点を解決することが従
来の局部硬化方法における課題となっていた。

【０００８】

【発明の目的】本発明は、従来の鋳造製品の局部硬化方
法における上記課題に着目してなされたものであって、
鋳型内の鋳造製品の任意位置を冷却することができ、鋳
造製品の所望部位を局部硬化させることのできる鋳造製
品の局部硬化方法を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
る鋳造製品の局部硬化方法は、鋳型内に鋳込まれた溶湯
が凝固したのち、あらかじめ鋳型に形成しておいた冷却
穴を介して冷却用流体を吹き込み、鋳造製品の所定部位
を冷却する構成とし、本発明の請求項５に係わる鋳造製
品の局部硬化方法は、鋳型内に鋳込まれた溶湯が凝固し
たのち、鋳型の所定位置にキャビティの近傍に達する冷
却穴を形成し、当該冷却穴を介して冷却用流体を吹き込
み、鋳造製品の所定部位を冷却する構成としたことを特
徴としており、鋳造製品の局部硬化方法におけるこのよ
うな構成を前述した従来の課題を解決するための手段と
している。

【００１０】本発明の請求項１に係わる鋳造製品の局部
硬化方法の好ましい実施態様として請求項２に係わる局
部硬化方法は、鋳型のキャビティと冷却穴先端との距離
が５〜５０ｍｍである構成とし、同じく実施態様として
請求項３に係わる局部硬化方法は、鋳型のガス抜き穴あ
け用のドリルステーションにおいて、当該ドリルステー
ションに配設された冷却穴形成用ドリルによって冷却穴
を形成する構成とし、同じく実施態様として請求項４に
係わる局部硬化方法は、鋳型の湯口形成用のＮＣ穴あけ
装置によって冷却穴を形成する構成としたことを特徴と
している。

【００１１】また、本発明の請求項５に係わる鋳造製品
の局部硬化方法の好ましい実施態様として請求項６に係
わる局部硬化方法は、鋳造ラインにおける注湯工程の次
工程に配置したＮＣ穴あけ装置によって冷却穴を形成す
る構成としたことを特徴としている。

【００１２】

【発明の作用】本発明の請求項１に係わる鋳造製品の局
部硬化方法においては、あらかじめ鋳型に形成しておい
た冷却穴から冷却用流体を吹き込むことにより、鋳型内
の鋳造製品を冷却するようにしているので、冷却穴の形
成位置を自由に選定することにより鋳造製品の所望位置
が急冷されることになり、局部硬化の可能な部位が限定
されることがない。

【００１３】本発明の請求項１に係わる鋳造製品の局部
硬化方法の実施態様として、請求項２に係わる局部硬化
方法においては、鋳型のキャビティと冷却穴先端との距
離を５〜５０ｍｍの範囲としているので、鋳型が破損す
ることなく冷却効果が向上する。 同じく実施態様とし
て、請求項３に係わる局部硬化方法においては、鋳型の
ガス抜き穴あけ用のドリルステーションにおいて冷却穴
を形成するようにしているので、車種ごとのドリルステ
ーションに配設された冷却穴形成用のドリルによって、
工程数を増やすことなく冷却穴が形成されることにな
る。 さらに、同じく実施態様として、請求項４に係わ
る局部硬化方法においては、鋳型の湯口形成用のＮＣ穴
あけ装置によって冷却穴を形成するようにしているの
で、車種ごとの穴あけプログラムを変更することによっ
て、工程数を増やすことなく冷却穴が形成されるように
なる。

【００１４】本発明の請求項５に係わる鋳造製品の局部
硬化方法においては、鋳型内に鋳込まれた溶湯が凝固し
たのちに形成した冷却穴から冷却用流体を吹き込むこと
によって、鋳型内の鋳造製品を冷却するようにしている
ので、冷却効果を高めるために、キャビティにさらに近
接した位置まで口径の大きな冷却穴を多数形成したとし
ても溶湯が流出する恐れがない。

【００１５】本発明の請求項５に係わる鋳造製品の局部
硬化方法の実施態様として、請求項６に係わる局部硬化
方法においては、鋳造ラインにおける注湯工程の次工程
に配置したＮＣ穴あけ装置によって冷却穴を形成するよ
うにしているので、局部冷却のタイミングを逸すること
がなく、鋳造工程が合理的なものとなる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて具体的に説明
する。

【００１７】図１ないし図９は、本発明に係わる鋳造製
品の局部硬化方法の一実施例を示す説明図であって、図
１（ａ）および（ｂ）は、当該実施例において鋳造する
製品の形状を示すそれぞれ平面および断面説明図であ
る。

【００１８】すなわち、図１（ａ）および（ｂ）に示す
鋳造製品１は、自動車の足廻り部品の１種であって、フ
ロントタイヤの回転軸を保持し、ハンドル操作によるか
じ取り角をタイヤに伝達するナックルステアリングであ
る。

【００１９】このナックルステアリング１は、ステアリ
ングアーム部１ａ，ストッパアーム１ｂ，ボールジョイ
ント取り付け部１ｃ，キャリパ取付ボス１ｄ，１ｄ、お
よびストラットアーム１ｅを備え、このうちステアリン
グアーム部１ａは、破断するとハンドル操作による操舵
コントロールができなくなるので強度よりも伸びが要求
され、ボールジョイント取り付け部１ｃは、操舵軸の支
点となるボールジョイントを圧入するために、強度が低
いと圧入部のへたりが生じる。

【００２０】硬度が高いと高強度は得られるが伸びが低
下し、硬度が低いと強度は低下するが伸びは向上する。
すなわち、ナックルステアリング１のステアリングア
ーム部１ａは低硬度が要求される部位であるのに対し、
ボールジョイント取り付け部１ｃは高硬度が要求される
部位となっている。

【００２１】以下に、このように部位によって要求硬度
が異なるナックルステアリング１の鋳造要領について、
図２ないし図９に基づいて順次説明する。

【００２２】図２ないし図７は、鋳型の造型手順の概略
を示すものであって、まず、造型機のスクイズシリンダ
１１に上型側パターン金型１２を取付け、上型用の鋳枠
２をセットする。 なお、この実施例において、金型１
２には目的とするナックルステアリング１の形状に相当
するパターンが８個形成されており（図７参照）、ひと
つの鋳型から１回の注湯によって８個の製品が得られる
ようになっている。

【００２３】次いで、図３に示すように、鋳枠２内に、
粘結材と共に混練した型砂３を投入し、造型機のスクイ
ズシリンダ１１を上昇させることにより型砂３をスクイ
ズフット１３に押しあて、図４に示すように型砂３を高
圧で圧縮成形する。

【００２４】そして、図５に示すように、スクイズシリ
ンダ１１による圧縮を解除し、スクイズフット１３およ
び金型１２を抜型することにより上型４の造型が終了す
る。

【００２５】次に、造型された上型４は、鋳型のガス抜
き穴を形成するためのドリルステーション２０に搬送さ
れる。

【００２６】ドリルステーション２０には、図６に示す
ように、鋳型湯口部の面取り用ドリル２１と、図示しな
いガス抜き穴形成用ドリルに加えて、４本２列、合計８
本の冷却穴形成用ドリル２２が所定の位置に配設されて
おり、当該ドリルステーション２０を上型４に対して降
下させることにより、湯口部４ａの面取りおよび必要に
応じてガス抜き穴の穴あけが行われ、同時にキャビティ
５の近傍部にまで達する合計８個の冷却穴６が形成され
る。

【００２７】この冷却穴６の位置は、製品であるナック
ルステアリング１の形状に該当する各キャビティ５にお
けるボールジョイント取り付け部相当部分の直上位置で
あって（図７（ａ）参照）、穴あけ深さについては、注
湯に際して鋳込まれた溶湯が冷却穴６に流入しないよう
に冷却穴６の先端とキャビティ５との間に適当な間隔を
確保できる深さとする（図７（ｃ）参照）。 この間隔
は、通常５〜５０ｍｍの範囲内で選択される。 これ
は、５ｍｍ未満の場合には鋳型が破損して冷却穴６に溶
湯が廻る危険性が増大し、５０ｍｍを超えた場合には冷
却効果が低下することによる。

【００２８】この様にして冷却穴６が形成された上型４
は、図２ないし図５に示した造型要領と同様な手順によ
って造型された下型７と型合わせされ、図７（ａ），
（ｂ）および（ｃ）に示すように鋳型８が完成する。

【００２９】このとき、上型４と下型７との鋳型合わせ
面には、金型１２に設けた通路パターンに基づいて、各
冷却穴６から鋳枠２の側に向かう吸引通路９が形成され
ている。

【００３０】上記構造の鋳型８は、注湯工程に搬送さ
れ、湯口４ａから、例えば球状黒鉛鋳鉄の溶湯が注湯さ
れる。

【００３１】そして、キャビティ５内に鋳込まれた溶湯
の温度が凝固温度以下となった時点において、図８に示
すように流体吹き込み装置２５の８本のノズル２５ａを
鋳型８の冷却穴６にそれぞれ挿入し、ノズル２５ａか
ら、エア，水、あるいは水蒸気などの冷却用流体を吹き
込むと共に、鋳枠２，２の外面に圧着した吸引チャンバ
２６，２６から吸引を開始する。 なお、冷却用流体に
ついては、鋳造製品の種類，材質，形状，大きさなどに
応じて適宜選択される。

【００３２】図９は、このときの冷却用流体の流れを示
す拡大図であって、冷却穴６に挿入された流体吹き込み
装置２５のノズル２５ａから吹き込まれた流体は、図中
に矢印で示すように、型砂３の粒子間隙を通って、凝固
時の収縮によって製品１（ナックルステアリング）とキ
ャビティ５との間に生じた隙間Ｇを流れ、吸引通路９を
通って吸引チャンバ２６により鋳型８の外部に排出され
る。

【００３３】このとき、鋳造製品であるナックルステア
リング１のボールジョイント取り付け部１ｃは冷却用流
体によって急冷され、組織が微細化することによって、
当該ナックルステアリング１の他の部分、例えばステア
リングアーム部１ａに較べて高硬度となる。 なお、流
体の吹き込み開始および終了のタイミングについては、
製品に必要な硬度と、流体の種類や流量に基づく冷却能
力によって、適宜調節することができる。

【００３４】図１０は、本発明に係わる鋳造製品の局部
硬化方法の他の実施例として、上型４への冷却穴６の形
成を湯口形成用のＮＣ穴あけ装置によって行う要領を示
すものであって、この場合には、造型後の湯口形成プロ
グラムに、冷却穴形成用のプログラムを追加するだけで
よく、穴開け位置（Ｘ−Ｙ方向）および穴あけ深さ（Ｚ
方向）の設定および設定変更が容易であって、鋳型ごと
に専用の構造が必要なドリルステーションに較べて汎用
性がある。 また、ドリルステーションでは、ドリル間
隔が接近した場合に駆動機構が複雑化するのに対し、当
該ＮＣ穴あけ装置の場合には接近した冷却穴の形成をも
容易に行うことができる。

【００３５】なお、このような湯口形成用のＮＣ穴あけ
装置ついては、例えば特開平４−２５３５４８号公報に
開示されている。

【００３６】図１１は、本発明に係わる鋳造製品の局部
硬化方法のさらに他の実施例として、注湯工程の次工程
に配置されたＮＣ穴あけ装置によって、鋳型８内に鋳込
まれた溶湯が凝固してから、鋳型８の上型４に冷却穴を
形成する例を示すものであって、この場合には、鋳型貫
通による溶湯の流出を配慮する必要がないので、より太
い径の冷却穴をより深く、より多数形成することができ
るため冷却効果をより一層向上させることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に係わる鋳造製品の局部硬化方法においては、あらかじ
め鋳型に形成しておいた冷却穴から冷却用流体を吹き込
むようにしているので、鋳造製品の冷却可能な位置が限
定されることがなく、冷却穴の位置および数を自由に選
択することができるので、鋳造製品の所望位置を硬化さ
せることができるという極めて優れた効果がもたらされ
る。

【００３８】本発明の請求項２に係わる局部硬化方法に
おいては、請求項１に係わる局部硬化方法において鋳型
のキャビティと冷却穴先端との距離を５〜５０ｍｍの範
囲としているので、鋳型の破損を防止しながら冷却効果
を向上させることができる。また、本発明の請求項３に
係わる局部硬化方法においては、請求項１および請求項
２に係わる局部硬化方法においてガス抜き穴あけ用のド
リルステーションによって冷却穴を形成するようにして
いるので、ドリルステーションに配設された冷却穴形成
用のドリルによって、工程数を増やすことなく冷却穴を
形成することができる。 さらに、本発明の請求項４に
係わる局部硬化方法においては、請求項１および請求項
２に係わる局部硬化方法において湯口形成用のＮＣ穴あ
け装置によって冷却穴を形成するようにしているので、
湯口形成用のプログラムに冷却穴形成用のプログラムを
追加することによって、工程数を増やすことなく冷却穴
を形成することができると共に、ドリルステーションに
よる冷却穴形成にくらべて汎用性に優れたものとなる。

【００３９】本発明の請求項５に係わる鋳造製品の局部
硬化方法においては、鋳型内に鋳込まれた溶湯が凝固し
たのちに冷却穴を形成するようにしているので、溶湯が
流出することがなく、より太い径の冷却穴をより深く、
より多数形成することができることから、冷却効果をよ
り一層高めることができるという極めて優れた効果が発
揮される。 また、本発明の請求項６に係わる局部硬化
方法においては、請求項５に係わる局部硬化方法におい
て鋳造ラインにおける注湯工程の次工程に配置したＮＣ
穴あけ装置によって冷却穴を形成するようにしているの
で、冷却開始のタイミングを逸することなく鋳造製品を
速やかに冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）および（ｂ）は本発明に係わる鋳造製品
の局部硬化方法の実施例において鋳造する鋳造製品の形
状を示す平面図および縦断面図である。

【図２】本発明の一実施例に係わる鋳造製品の局部硬化
方法の手順を示す工程図であってスクイズシリンダに金
型および鋳枠をセットした状態を示す説明図である。

【図３】同じく本発明の工程図であって鋳枠内に型砂を
投入した状態を示す説明図である。

【図４】同じく本発明の工程図であって型砂を圧縮成形
している状態を示す説明図である。

【図５】同じく本発明の工程図であって上型の造型が終
了した状態を示す説明図である。

【図６】同じく本発明の工程図であって上型に冷却孔を
形成している状態を示す説明図である。

【図７】（ａ） 同じく本発明の工程図であって上型と
下型とが型合わせされて鋳型の造型が完了した状態を示
す鋳型の平面説明図である。 （ｂ） 図７（ａ）に示した鋳型の縦断面説明図であ
る。 （ｃ） 図７（ａ）に示した鋳型の横断面説明図であ
る。

【図８】同じく本発明の工程図であって鋳型に形成した
冷却穴から冷却用流体を吹き込んでいる状態を示す説明
図である。

【図９】冷却用流体の流れを示す図８の要部拡大図であ
る。

【図１０】本発明に係わる鋳造製品の局部硬化方法の他
の実施例としてＮＣ穴あけ装置による冷却穴の形成要領
を示す説明図である。

【図１１】本発明に係わる鋳造製品の局部硬化方法のさ
らに他の実施例として溶湯の凝固後における冷却穴の形
成要領を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ナックルステアリング（鋳造製品） ３ 上型（鋳型） ５ キャビティ ６ 冷却穴 ２０ ドリルステーション ３０ ＮＣ穴あけ装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型内に鋳込まれた溶湯が凝固したの
   ち、あらかじめ鋳型に形成しておいた冷却穴を介して冷
   却用流体を吹き込み、鋳造製品の所定部位を冷却するこ
   とを特徴とする鋳造製品の局部硬化方法。
2. 【請求項２】 鋳型のキャビティと冷却穴先端との距離
   が５〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の
   鋳造製品の局部硬化方法。
3. 【請求項３】 鋳型のガス抜き穴あけ用のドリルステー
   ションにおいて、当該ドリルステーションに配設された
   冷却穴形成用ドリルによって冷却穴を形成することを特
   徴とする請求項１または請求項２記載の鋳造製品の局部
   硬化方法。
4. 【請求項４】 鋳型の湯口形成用のＮＣ穴あけ装置によ
   って冷却穴を形成することを特徴とする請求項１または
   請求項２記載の鋳造製品の局部硬化方法。
5. 【請求項５】 鋳型内に鋳込まれた溶湯が凝固したの
   ち、鋳型の所定位置にキャビティの近傍に達する冷却穴
   を形成し、当該冷却穴を介して冷却用流体を吹き込み、
   鋳造製品の所定部位を冷却することを特徴とする鋳造製
   品の局部硬化方法。
6. 【請求項６】 鋳造ラインにおける注湯工程の次工程に
   配置したＮＣ穴あけ装置によって冷却穴を形成すること
   を特徴とする請求項５記載の鋳造製品の局部硬化方法。