JPH10272549A - 鋳鉄製品鋳造用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳鉄製品鋳造用金型のボス部が加圧ピンで加
圧されたときに、ボス部内に形成されている凝固殻がボ
ス部と製品部の接続部で破断することを防止し、製品部
内に入らないようにする鋳鉄製品鋳造用金型を提供す
る。 【解決手段】 製品形状をもつ製品部１と、製品部１に
連通し加圧ピン２が臨むボス部３と、を有する鋳鉄製品
鋳造用金型であって、ボス部３内に充填された鋳鉄溶湯
４が凝固しはじめ凝固殻５が形成されるときに、ボス部
３と製品部１との接続部６以外の部分で薄い凝固殻５が
形成される構造とされている鋳鉄製品鋳造用金型。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳鉄製品の鋳造用
の金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金製品の鋳造用金型に
は、製品部の最終凝固部に連通してボス部が設けられる
ことがある。アルミニウム合金溶湯は製品部内およびボ
ス部内に充填されると、金型との接触面側から凝固し、
ボス部には金型の形状に倣った殻形状の凝固層（凝固
殻）が形成される。そして適当な厚みの凝固殻が形成さ
れたときにボス部は加圧ピンで局部加圧され、凝固殻の
内側の溶湯が製品最終凝固部に供給され、その結果溶湯
の凝固収縮にもとづく引け巣の発生が防止される。図１
３に示すように、凝固殻５５は加圧ピン５２から応力を
直接受ける部分で破断するため、ボス部５３の高さＨが
凝固殻５５の厚さｌと加圧ピン５２のストローク量Ｓを
加えた長さより高くされていれば、破断した凝固殻５５
はボス部５３内に停まり、製品部５１内には入らない。
局部加圧により引け巣の発生を防ぐことは、鋳鉄製品の
鋳造用金型の場合も同様であり、製品部とボス部を設
け、鋳造時にボス部が適当なタイミングで局部加圧され
ることにより、引け巣の発生が防止される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、加圧ピンによ
り局部加圧することでひけ巣の発生は防止されても、図
１４に示すように鋳鉄製品５１内には、ボス部５３に形
成された凝固殻５５の形状に倣った形状の凝固組織が形
成されているという問題があることが、本発明者の研究
により発見された。凝固殻５５の組織は急冷された組織
であり、製品部５１のほかの急冷されていない部分とは
組織、組成が異なるため、製品部５１内に凝固殻５５が
入っていると、製品部５１と凝固殻５５との界面の整合
性がなく、強度低下の原因となるおそれがある。一方、
金型鋳造により得られたアルミニウム製品には上記の問
題は発生していない。鋳鉄の場合とアルミ合金の場合で
現象が異なる理由としては、以下のことが考えられる。
鋳鉄溶湯とアルミニウム溶湯では溶湯温度は鋳鉄のほう
が高く、金型温度にはそれほど大きな差がないため、鋳
鉄溶湯のほうが金型との温度差が大きく、冷却速度が速
いので、急速に凝固殻が形成される。しかし、製品部５
１とボス部５３の接合部５６はキャビティ内に突出した
形となっているためヒートスポットになりやすく、型温
度が比較的高くなる。図１５に接合部５６と、ボス部の
角部６５付近の溶湯温度の注湯後の冷却曲線の測定結果
を示すが、接合部５６は、たとえばボス部の角部６５等
のほかの部分に比べて溶湯の凝固が遅くなるため、接続
部５６の凝固殻５５は相対的に薄くなる。また、鋳鉄の
凝固殻５５はアルミニウムにくらべ材料の特性上、硬
く、強度が高いため、加圧ピン５２によりボス部５３に
圧力が加えられると、アルミ合金の場合のように、加圧
ピンの応力が直接加えられている部分で破断するのでは
なく、加圧ピン５２の応力が伝達され、相対的に強度が
低い部分で破断する。したがって、鋳鉄の凝固殻５５
は、ボス部５３が加圧ピン５２で加圧されるとボス部５
３と製品部５１との接続部５６で破断してしまうため、
凝固殻５５は製品部５１内に入ってしまうと考えられ
る。このような現象は、一般に広く実施されているアル
ミニウム合金の金型鋳造では起こらず、鋳鉄の金型鋳造
に特有の現象である。本発明の目的は、鋳鉄製品鋳造用
金型のボス部が加圧されたときに、ボス部の凝固殻がボ
ス部と製品部の接続部で破断することを防止し、製品部
内に入らないようにする鋳鉄製品鋳造用金型を提供する
ことにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明はつぎの通りである。 （１） 製品形状をもつ製品部と、製品部に連通し加圧
ピンが臨むボス部と、を有する鋳鉄製品鋳造用金型であ
って、前記ボス部内に充填された鋳鉄溶湯が凝固しはじ
め凝固殻が形成されるときに、ボス部内の、ボス部と製
品部との接続部以外の部分でボス部内の他の部分より相
対的に薄い凝固殻が形成される構造とされていることを
特徴とする鋳鉄製品鋳造用金型。 （２） 前記ボス部の形状が段付き形状とされている
（１）記載の鋳鉄製品鋳造用金型。 （３） 製品形状をもつ製品部と、製品部に連通し加圧
ピンが臨むボス部と、を有する鋳鉄製品鋳造用金型であ
って、製品部とボス部の接続部が面取り形状とされてい
ることを特徴とする鋳鉄製品鋳造用金型。 （４） 製品形状をもつ製品部と、製品部に連通し加圧
ピンが臨むボス部と、を有する鋳鉄製品鋳造用金型であ
って、製品部とボス部の接続部の周囲を冷却する冷却手
段を備えていることを特徴とする鋳鉄製品鋳造用金型。

【０００５】上記（１）の金型においては、ボス部内に
形成される凝固殻はボス部と製品部との接続部以外で他
の部分より相対的に薄い部分が形成されるため、ボス部
が加圧ピンで加圧されたときに、凝固殻はボス部と製品
部の接続部ではなく厚さが薄くされた部分で破断しやす
くなり、製品部内に凝固殻が入ることが防止される。上
記（２）の金型においては、ボス部の形状が、段付き形
状とされているため、段の部分が、製品部とボス部の接
続部と同様に、薄い凝固殻が形成され、ボス部が加圧ピ
ンで加圧されたときに凝固殻はボス部と製品部の接続部
ではなく、加圧ピンにより近く、加圧ピンの圧力が伝わ
りやすい段の部分で破断しやすくなり、製品部内に凝固
殻が入ることが防止される。上記（３）の金型において
は、ボス部と製品部との接続部は面取り形状とされ、ヒ
ートスポットにならないため、接続部の凝固殻が他の部
分と比べて特に薄いということがなく、凝固殻はボス部
と製品部の接続部で破断することが防止され、製品部内
に凝固殻が入ることが防止される。上記（４）の金型に
おいては、ボス部と製品部との接続部の周囲は冷却手段
で冷却されているため、接続部の凝固殻が他の部分と比
べて特に薄いということがなく、凝固殻はボス部と製品
部の接続部で破断することが防止され、製品部内に凝固
殻が入ることが防止される。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明実施例の鋳鉄製品の鋳造用
金型を図１〜図１２を参照して説明する。図１は本発明
の全実施例に共通する鋳鉄製品の鋳造用金型の概略断面
図を示し、図２は本発明の第１実施例を示し、図３は本
発明の第２実施例を示し、図４は本発明の第３実施例を
示し、図５は本発明の第４実施例を示し、図６は本発明
の第５実施例を示し、図７は本発明の第６実施例を示
し、図８、図９は本発明の第７実施例を示し、図１０、
図１１、図１２はその他の実施例を示す。

【０００７】本発明の全実施例に共通する金型を図１、
図２を参照して説明する。本発明の実施例の鋳鉄製品の
鋳造用金型は、製品形状をもつ製品部１と、製品部１に
連通し加圧ピン２が臨むボス部（押し湯部）３と、を有
し、製品部１とボス部３内に充填された鋳鉄溶湯４が金
型に接触する面から凝固しはじめ、製品部１とボス部３
内にそれぞれの形状に倣った殻形状の凝固層である凝固
殻５が形成される。そのときに、ボス部内の、ボス部３
と製品部１の接続部６以外の部分で相対的に薄い凝固殻
５が形成される構造とされているか（第１実施例〜第３
実施例、第７実施例）、もしくは、ボス部３内に形成さ
れる凝固殻５のうち、ボス部３と製品部１の接続部６の
凝固殻５が他の部分に形成される凝固殻５と比べ同等以
上の強度となるように形成される構造からなる（第４実
施例〜第７実施例）。加圧ピン２は、たとえばシリンダ
ー７で駆動される。ボス部３が設けられる場所は、製品
部１のひけ巣が発生しやすい部分の近く、たとえば製品
部１の最終凝固部に連接する場所である。ボス部３の加
圧ピンの加圧方向の高さＨは、加圧ピン２の移動距離Ｌ
１と加圧ピン２の先端から凝固殻５の破断箇所までの距
離Ｌ２を加えた長さＬより長くなるように設定される。

【０００８】本発明の全実施例に共通する作用を説明す
る。鋳造用金型で鋳鉄製品が鋳造される際には、まず、
鋳鉄の溶湯４が製品部１およびボス部３に充填される。
溶湯４は金型に近い部分から凝固を始め、ボス部３内に
適当な厚さの凝固殻５が形成されたタイミングで、ボス
部３が加圧ピン２で加圧される。その結果、凝固殻５の
変形または破断を伴ってボス部３のまだ凝固していない
溶湯４が製品部１に補給され、製品部１内にひけ欠陥が
発生するのが抑制される。凝固殻５が加圧ピン２で加圧
されることにより破断する場合、凝固殻５が破断する部
分は、ボス部３と製品部１の接続部６以外の部分で相対
的に薄くなっている部分か、あるいはボス部３と製品部
１の接続部６の凝固殻５の強度がほかの部分の凝固殻５
の強度と同等以上とされていれば、加圧ピン２で加圧さ
れた部分の近傍である。したがって、凝固殻５はボス部
３と製品部１との接続部６では破断しないため、凝固殻
５が破断して製品部１の方に動いても、破断した部分か
ら製品部１までに相当の距離があり製品部１内へは入ら
ず、ボス部内に留まる。

【０００９】つぎに、各実施例に特有の構成、作用を説
明する。本発明の第１実施例は、図２に示すように、ボ
ス部３が段付き形状とされ第１のボス部３ａと第２のボ
ス部３ｂからなる。ボス部３と製品部１との接続部６
と、第１のボス部３ａと第２のボス部３ｂとの接続部で
ある段部８がヒートスポットとなり、接続部６と段部８
に凝固殻が形成されても薄い凝固殻５となる。ボス部３
が加圧ピン２で加圧されると、段部８の凝固殻５の方が
加圧ピン２に近いため、加圧ピン２からの応力が接続部
６の凝固殻５に伝達される前に、段部８の凝固殻５に伝
達され、段部８で凝固殻５は破断する。破断した凝固殻
５はボス部３内に収まるため、製品部１内には入らな
い。

【００１０】本発明の第２実施例は、図３に示すよう
に、ボス部３が加圧ピン２との接点の近傍にＶ型ノッチ
９を設けた形状とされている。（金型形状としてはＶ型
の突起を設ける。） ボス部３のＶ型ノッチ９が設けられている部分はヒート
スポットとなるので、薄い凝固殻５が形成されるため、
加圧ピン２からの応力がボス部３と製品部１の接続部６
の凝固殻５に伝達される前に、Ｖ型ノッチ９部分の凝固
殻５に伝達され、Ｖ型ノッチ９部分で凝固殻５は破断す
る。破断した凝固殻５はボス部３内に収まるため、製品
部１内には入らない。

【００１１】本発明の第３実施例は、図４に示すよう
に、ボス部３の周囲にヒーター１０が設けられ、ヒータ
ー１０の熱を製品部１とボス部３との接続部６より加圧
ピン２に近い側のボス部３に伝達するために、ヒーター
１０からボス部３に向けて高熱伝導材１１（たとえば、
金型が鉄製であれば高熱伝導材１１は銅材とされる）が
配設されている。高熱伝導材１１によりヒーター１０か
らの熱が伝えられた部分のボス部３は、凝固殻５が他の
部分に比べ形成されにくく、凝固殻５が形成されても薄
い凝固殻５となるため、加圧ピン２からの応力がボス部
３と製品部１の接続部６の凝固殻５に伝達される前に、
ボス部３のヒーター１０からの熱が伝えられた部分で凝
固殻５は破断する。破断した凝固殻５はボス部３内に収
まり、製品部１内には入らない。

【００１２】本発明の第４実施例は、図５に示すよう
に、製品部１とボス部３との接続部６が面取り形状１２
とされている。面取りの量は、接続部６がヒートスポッ
トとならずに、接続部６の凝固殻５がほかの部分にくら
べ薄い凝固殻となることがない程度とされ、たとえばＣ
５以上あるいはＲ５以上とされる。製品部１とボス部３
との接続部６は直角に近い角形とされずに面取り形状１
２とされることで、ヒートスポットにならず、他の部分
より薄い凝固殻が形成されることが抑制される。そのた
め凝固殻５は、加圧ピンから応力を直接受ける部分で破
断しやすくなり、製品部１とボス部３との接続部６で破
断することはなく、製品部１内には入らない。

【００１３】本発明の第５実施例は、図６に示すよう
に、製品部１とボス部３との接続部６の周囲に冷却パイ
プ１３が設けられている。製品部１とボス部３との接続
部６が冷却パイプ１３からの熱により冷却され、ほかの
部分に比べ厚さが同等であるかあるいは厚い凝固殻５が
形成されやすくなる。そのため、加圧ピン２から応力を
直接受ける部分で凝固殻５は破断しやすくなり、製品部
１とボス部３との接続部６で破断することはなく、製品
部１内には入らない。

【００１４】本発明の第６実施例は、図７に示すよう
に、製品部１とボス部３との接続部６の周囲に設けられ
た冷却パイプ１３の熱を製品部１とボス部３の接続部６
の近くに伝達するために、冷却パイプ１３から接続部６
に向けて高熱伝導材１４（たとえば金型が鉄製であれ
ば、高熱伝導材は銅材とされる）が配設されている。高
熱伝導材１４が配設されることにより、接続部６の近く
が局部的に冷却されるため、接続部６の凝固殻５の厚さ
が確実に厚くなり、凝固殻５は製品部１とボス部３との
接続部６で破断することはなく、加圧ピン２から応力を
直接受ける部分で破断しやすくなり、製品部１内には入
らない。

【００１５】本発明の第７実施例は、図８に示すよう
に、ボス部３が第１のボス部３ａと第２のボス部３ｂを
有する段付き形状８で、かつ、製品部１とボス部３との
接続部６が面取り形状１２とされている。図９のボス部
の各部の冷却曲線に示すように、第２のボス部３ｂの角
部１５と面取り形状１２とされた接続部６より段部８の
ほうが冷却が遅く、薄い凝固殻が形成されやすいことが
明らかである。したがって、凝固殻５は段部８で破断す
るため、製品部１内には入らない。

【００１６】また、上記の本発明の実施例の他に、製品
部１内に凝固殻５を入れない鋳鉄製品用鋳造金型の例と
して、図１０に示すように、ボス部３の周辺にヒーター
２０を設け、金型温度をあげることにより、ボス部３の
周辺の凝固タイミングを遅らせ凝固殻が製品部１に入る
ことを防止する方法や、図１１に示すように、ボス部３
周辺に金型材料より熱伝導率の小さい材料からなる部材
２１（たとえばセラミックス）を配置し、ボス部３の周
辺の凝固タイミングを遅らせ凝固殻が製品部１内に入る
ことを防止する方法や、図１２に示すように、加圧ピン
２の先端部にスリット２２を設けると同時に、加圧ピン
２を回転させる機構を設け、加圧ピン２をボス部に加圧
するときに加圧ピン２を回転させながら行うことにより
ボス部周辺の凝固タイミングを遅らせ凝固殻が製品部内
に入ることを防止する等の金型がある。

【００１７】

【発明の効果】請求項１の鋳鉄製品鋳造用金型によれ
ば、ボス部内に充填された鋳鉄溶湯が凝固しはじめ凝固
殻が形成されるときに、ボス部と製品部との接続部以外
の部分で薄い凝固殻が形成される構造とされているた
め、加圧ピンでボス部が加圧されたときに、ボス部と製
品部との接続部以外の部分に形成された薄い凝固殻の部
分で凝固殻は破断しやすくなり、凝固殻が製品部内に入
ることが防止される。請求項２の鋳鉄製品鋳造用金型に
よれば、ボス部の形状が、段付き形状とされているた
め、段の部分で薄い凝固殻が形成され、加圧ピンでボス
部が加圧されるときに、凝固殻は段の部分で破断しやす
くなり、製品部内に入ることが防止される。請求項３の
鋳鉄製品鋳造用金型によれば、製品部とボス部との接続
部が面取り形状とされ、ヒートスポットにならないた
め、接続部に形成される凝固殻がほかの部分に比べて特
に薄くなることがなく、加圧ピンでボス部が加圧される
ときに、凝固殻はボス部と製品部の接続部で破断するこ
とが防止され、製品部内に凝固殻が入ることが防止され
る。請求項４の鋳鉄製品鋳造用金型によれば、製品部と
ボス部との接続部の周囲が冷却手段により冷却されるた
め、接続部に形成される凝固殻がほかの部分に比べて特
に薄くなることはなく、加圧ピンでボス部が加圧される
ときには、凝固殻はボス部と製品部の接続部で破断する
ことが防止され、製品部内に凝固殻が入ることが防止さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全実施例に共通する鋳鉄製品鋳造用金
型の概略断面図である。

【図２】本発明の第１実施例の鋳鉄製品用鋳造用金型の
ボス部周辺の加圧ピンによる加圧前と加圧後を示す概略
断面図である。

【図３】本発明の第２実施例の鋳鉄製品鋳造用金型のボ
ス部周辺の加圧ピンによる加圧前と加圧後を示す概略断
面図である。

【図４】本発明の第３実施例の鋳鉄製品鋳造用金型のボ
ス部周辺の加圧ピンによる加圧前と加圧後を示す概略断
面図である。

【図５】本発明の第４実施例の鋳鉄製品鋳造用金型のボ
ス部周辺の加圧ピンによる加圧前と加圧後を示す概略断
面図である。

【図６】本発明の第５実施例の鋳鉄製品鋳造用金型のボ
ス部周辺の加圧ピンによる加圧前と加圧後を示す概略断
面図である。

【図７】本発明の第６実施例の鋳鉄製品鋳造用金型のボ
ス部周辺の加圧ピンによる加圧前と加圧後を示す概略断
面図である。

【図８】本発明の第７実施例の鋳鉄製品鋳造用金型のボ
ス部の概略断面図である。

【図９】本発明の第７実施例のボス部の各部の溶湯温度
の注湯後の冷却曲線の測定結果を示すグラフである。

【図１０】他の実施例の鋳鉄製品鋳造用金型の概略断面
図である。

【図１１】他の実施例の鋳鉄製品鋳造用金型の概略断面
図である。

【図１２】他の実施例の鋳鉄製品鋳造用金型の加圧ピン
形状を説明する図である。

【図１３】従来のアルミニウム製品鋳造用金型のボス部
周辺の加圧ピンによる加圧後を示す概略断面図である。

【図１４】従来の鋳鉄製品鋳造用金型のボス部周辺の加
圧ピンによる加圧前と加圧後を示す概略断面図である。

【図１５】従来の鋳鉄製品鋳造用金型のボス部と製品部
との接続部とボス部の角部付近の溶湯温度の注湯後の冷
却曲線の測定結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 製品部 ２ 加圧ピン ３ ボス部 ３ａ 第１のボス部 ３ｂ 第２のボス部 ４ 鋳鉄溶湯 ５ 凝固殻 ６ 接続部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 轟 二貢雄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 山口 英二 愛知県豊川市穂ノ原三丁目一番地 新東工 業株式会社内 (72)発明者 安藤 之一 愛知県豊川市穂ノ原三丁目一番地 新東工 業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 製品形状をもつ製品部と、製品部に連通
   し加圧ピンが臨むボス部と、を有する鋳鉄製品鋳造用金
   型であって、前記ボス部内に充填された鋳鉄溶湯が凝固
   しはじめ凝固殻が形成されるときに、ボス部内の、ボス
   部と製品部との接続部以外の部分でボス部の他の部分よ
   り相対的に薄い凝固殻が形成される構造とされているこ
   とを特徴とする鋳鉄製品鋳造用金型。
2. 【請求項２】 前記ボス部の形状が段付き形状とされて
   いる請求項１記載の鋳鉄製品鋳造用金型。
3. 【請求項３】 製品形状をもつ製品部と、製品部に連通
   し加圧ピンが臨むボス部と、を有する鋳鉄製品鋳造用金
   型であって、製品部とボス部の接続部が面取り形状とさ
   れていることを特徴とする鋳鉄製品鋳造用金型。
4. 【請求項４】 製品形状をもつ製品部と、製品部に連通
   し加圧ピンが臨むボス部と、を有する鋳鉄製品鋳造用金
   型であって、製品部とボス部の接続部の周囲を冷却する
   冷却手段を備えていることを特徴とする鋳鉄製品鋳造用
   金型。