JPH11104802A - 中空軽金属合金部材の射出成形用中子およびそれを用いる半溶融射出成形法 - Google Patents

中空軽金属合金部材の射出成形用中子およびそれを用いる半溶融射出成形法

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JPH11104802A
JPH11104802A JP26391497A JP26391497A JPH11104802A JP H11104802 A JPH11104802 A JP H11104802A JP 26391497 A JP26391497 A JP 26391497A JP 26391497 A JP26391497 A JP 26391497A JP H11104802 A JPH11104802 A JP H11104802A
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JP
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core
semi
solid phase
molten metal
injection molding
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JP26391497A
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Kazuo Sakamoto
和夫 坂本
Yasuaki Ishida
恭聡 石田
Yukio Yamamoto
幸男 山本
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Mazda Motor Corp
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Mazda Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽金属合金の半溶融射出成形法において中空
部を有する部材を成形する場合に適する中子およびそれ
を用いる成形方法を提供すること。 【解決手段】 軽金属合金素材をシリンダ内で固相/液
相が共存する半溶融状態とした後、金型内に射出するこ
とにより中空部を有する成形品を製造する際に用いられ
る砂中子を用い、中子表面部の平均空隙径を上記半溶融
状態の溶湯内に存在する固相の平均粒径よりも小さく設
定し、上記溶湯中の固相を中子表面部で有効にトラップ
可能とし、溶湯の差し込みを防止することにある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、中空部を有する軽
金属合金部材の射出成形用中子およびそれを用いる半溶
融射出成形法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】アルミニウムまたはマグネシウムを母材
とする軽金属合金、特にアルミニウムを合金成分とする
マグネシウム合金は軽量でかつ鍛造等の塑性加工を施す
ことにより所定の機械的強度を確保できる素材として注
目されており、生産性に優れ、大量生産に向く点でダイ
キャストが広く利用が提案される。しかしながら、軽金
属合金のダイキャスト製品は微細な組織が得られるが、
金型内に溶湯を高圧で充填するために、砂中子を用いて
中空部材を成形しようとすると、溶湯が高圧で注入され
るため、溶湯が砂中子の空隙に差し込むという不具合が
生ずるだけでなく、微小な空孔が鋳物内に多く含まれ、
ガス欠陥となるという欠点があることが分かった。他
方、この中空部を有する部材の成形に重力鋳造法を採用
することも考えられるが、この種軽金属合金は熱ひけが
良いため、重力鋳造では鋳造温度を高くしなければ、湯
流れが悪化し、健全な(鋳巣の少ない)鋳物が得られな
い。ところが、鋳造温度が高いと、冷却速度が小さくな
るため、材料組織が粗くなり、成形性が悪くなるという
問題が発生した。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで、鋭意研究の結
果、アルミニウムおよびマグネシムを母材とする軽金属
合金においてガス欠陥のない部材を成形するには半溶融
射出成形法が最適であることが分かった。また、中空部
を有する部材を形成するには中子を用いるが、半溶融射
出成形法では平均固相径を調整することにより溶湯の中
子への差し込みが有効に防止できることが分かった。
【0004】すなわち、本発明は上記知見に基づき、上
記軽金属合金の半溶融射出成形法において中空部を有す
る部材を成形する場合に適する中子を提供することを第
1の目的とする。本発明の第2の目的は上記中子を使用
して中空部を有する部材を射出成形する方法を提供する
ことにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は軽金属合金素材
をシリンダ内で固相/液相が共存する半溶融状態とした
後、金型内に射出することにより中空部を有する成形品
を製造する際に用いられる砂中子であって、中子表面部
の平均空隙径を上記半溶融状態の溶湯内に存在する固相
の平均粒径を考慮して、上記溶湯中の固相を中子表面部
で有効にトラップ可能に調整したことを特徴とする中空
軽金属合金部材の射出成形用中子にある。
【0006】本発明によれば、通常、中子表面部の平均
空隙径を上記半溶融状態の溶湯内に存在する固相の平均
粒径より小さくすることにより、固相が中子表面部で有
効に捕捉され、その間に液相が中子表面部で凝固する結
果、溶湯が中子に差し込むのが有効に防止することがで
きる(図1参照、ここでyが砂中子の空隙径、xが固相
径に対応し、○が差し込み無し、×が差し込み有りであ
る)。
【0007】上記中子の少なくとも表面部にジルコンサ
ンド層を形成すると、熱伝導率が特に大きく、その結
果、溶湯が中子表面部で直ちに凝固されやすいので、中
子表面部の平均空隙径を上記半溶融状態の溶湯内に存在
する固相の平均粒径よりやや大きくても溶湯の差し込み
防止効果が抑制される。
【0008】半溶融射出成形法では溶湯の凝固が早期に
行われるため、上記中子の最表面部に形成される塗型剤
層を簡略化することができる。したがって塗型剤層は1
層であってもよい。
【0009】本発明は上記中子を使用して中空部を有す
る部材を射出成形しようとするものであり、本発明によ
れば、軽金属合金素材をシリンダ内で固相/液相が共存
する半溶融状態とした後、金型キャビティ内に中子を配
置し、溶湯を射出することにより中空部を有する成形品
を製造するにあたり、上記半溶融状態の溶湯中の平均固
相径を所定の値以上にする一方、上記中空部を形成する
中子として表面部の平均空隙径が上記半溶融状態の溶湯
内に存在する固相を捕捉可能な砂中子を用い、上記金型
内に射出された溶湯中の固相を中子表面部で捕捉させ、
上記中子表面部内に溶湯が侵入しないように被覆し、上
記キャビティ内に溶湯を射出するようにしたことを特徴
とする中空軽金属合金部材の半溶融射出成形法にある。
【0010】中子表面部の平均空隙径は砂粒径によって
決定され、上記熱伝導率のよいジルコンサンド層を形成
することによりその差し込み防止効果を高めることがで
きるが、限度がある。他方、溶湯中の平均固相径は射出
成形部材の機械的強度および成形性に影響を与える。し
たがって、所望の機械的強度および成形性を考慮して溶
湯中の平均固相径を決定し、それに対し中子表面の平均
空隙径を設定するのが好ましい。通常、溶湯中の平均固
相径を30〜100μm程度とし、中子の平均空隙径は
平均固相径以下とするのがよい。マグネシウム合金にお
ける実用最大固相径は150μm以下とすべきである。
【0011】本発明によれば、溶湯中の平均固相径は溶
湯の固相率に応じて変化することが見出されている(図
2参照)。この固相率は射出前の溶湯の加熱温度にほぼ
比例して変化する(図3参照)。したがって、本発明方
法は上記半溶融状態の溶湯中の平均固相径を射出前の溶
湯中の固相率で調整しつつ、即ち射出前の溶湯中の加熱
温度で調整しつつ行うのが好ましい。なお、シリンダ内
での滞留時間に応じて平均固相径は次第に大きくなる傾
向にある。したがって、適正なサイクルタイムで成形を
行う必要がある。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。以下の組成を有する
マグネシウム合金Aを用意し、図4に示す半溶融射出成
形機(型式:JLM−450E,株式会社日本製鋼所
製)を用いて次の条件下に射出成形を行った。なお、図
中、1はシリンダで、内部に押し出しスクリュー2を備
え、後端には高速射出機構3を、先端ノズル10には金
型4が装着されている。金型4内には所定の空隙径に設
定された中子4aが配置される。シリンダ1の周囲には
加熱ヒータ5が所定の間隔で配置される。通常、シリン
ダ1のペレット挿入位置から全長約1/2程度はペレッ
ト予熱域とし、バンドヒータ5−1でペレットの液相線
温度近くまで予熱する。その後、約1/4から約1/2
までは加熱域とし、高周波ヒータ5−2を利用し、最後
に約1/2からノズルまではバンドヒータ5−3を用
い、所定の固相率に溶湯を保持するように均熱する均熱
域である。したがって、シリンダ1の入り口に設けたホ
ッパー6から投入される材料は順次予熱後次第に加熱溶
融し、所定の固相率に設定されるようになっている。射
出成形された荒地素材W1は型開き後(図4(B))、
取り出し、鍛造上下型内に設置し(図4(C))、鍛造
後(図4(D))、型開きして鍛造品W2を取り出す
(図4(E))。この鍛造品W2はその後仕上げとして
T6処理が施される。
【0013】
【表1】 マグネシウム合金組成 (単位:重量%) Al Zn Mn Fe Cu Ni Mg 合金A 9.2 0.7 0.22 0.004 0.002 0.0008 Bal.
【0014】
【表2】射出成形条件 射出圧 80MPa 射出速度 2m/sec 金型温度 180℃
【0015】マグネシウム合金は切削して切粉状とな
し、ホッパーに投入される。シリンダ内での固相率(固
相/液相)はシリンダー内の加熱温度で調整し、射出前
の平均固相径が40、60、90および120μmとな
るように調整し、射出成形を行った。他方、実施例1で
はケイ砂を用い、中子の平均空隙径を10,40,7
0,80,130μmに仕上げ、この中子を用い上記平
均固相径の溶湯を射出成形した。
【0016】結果を図1に示す。ここでyは中子の平均
空隙径、xは平均固相径を示す。中子の平均空隙径が溶
湯の平均固相径より小さい場合(図中、直線y=xの下
側部分)、溶湯の差し込みはないことがわかる。次に、
実施例2として、ジルコンサンド(ZrSiO4)を用
い、中子の平均空隙径を平均固相径より少し大きくした
場合(aの値が1<a≦1.3の範囲にある場合)、図
1中y=1.3xとy=xの2つの直線ではさまれた領
域においても、溶湯の差し込みが抑制された。さらに、
実施例3として、ジルコンサンドを用い最表面部にフラ
ンコートを1回塗りしたものでは、中子の平均空隙径を
実施例2によりさらに大きくした場合(aの値が1.3
<a≦2.0)、図1中、y=2xとy=1.3xの2
つの直線ではさまれた領域においても、溶湯の差し込み
が抑制されることがわかった。
【0017】実施例3および4ではジルコンサンドを用
い、比較例1〜2では珪砂(SiO2)を用い、中子を
平均空隙径80μmに仕上げ、実施例3では最表面部に
フランコートを1回塗りし、実施例4では同じくフラン
コートを2回塗りした。比較例2では珪砂中子にフラン
コートを2回塗りした。この中子を用い、上記平均固相
径60μmの溶湯を射出成形した。この時の排砂率を図
5に示す。比較例1および2では溶湯の差し込みがあ
り、排砂率は75%に満たないが、実施例2では排砂率
が98%とほぼ完全に排砂できる。フランコート1回塗
りでほぼ100%に排砂率を向上させることができ、実
施例4で見るようにフランコートを2回以上塗る必要が
ないことが分かる。
【0018】以上マグネシウム合金について種々の効果
を確認したが、中子の平均空隙率と平均固相径との関係
は半溶融成形法で射出成形する軽金属合金に特有の現象
であり、本発明方法は広くマグネシウムとアルミニウム
を含有する軽金属合金に適用可能である。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、中
空部を有する軽金属合金の射出成形において、溶湯中の
平均固相径を中子の平均空隙径より大きくしたので、溶
湯の差し込み材がなく、排砂率を向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 マグネシウム合金の半溶融成形における固相
径と中子空隙径との関係を示すグラフ。
【図2】 マグネシウム合金の半溶融成形における固相
径と固相率との関係を示すグラフ。
【図3】 マグネシウム合金の半溶融成形における固相
率と溶湯温度との関係を示すグラフ。
【図4】 本発明方法の工程を示すフローシートであ
る。
【図5】 中子状態と排砂率との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1 シリンダ、2 押し出しスクリュー、3 高
速射出機構、4 金型、5 加熱ヒータ、6 ホ
ッパー。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軽金属合金素材をシリンダ内で固相/液
    相が共存する半溶融状態とした後、金型内に射出するこ
    とにより中空部を有する成形品を製造する際に用いられ
    る砂中子であって、 中子表面部の平均空隙径を上記半溶融状態の溶湯内に存
    在する固相の平均粒径を考慮して、上記溶湯中の固相を
    中子表面部で有効にトラップ可能に調整したことを特徴
    とする中空軽金属合金部材の射出成形用中子。
  2. 【請求項2】 中子表面部の平均空隙径を上記半溶融状
    態の溶湯内に存在する固相の平均粒径よりも小さく設定
    する請求項1記載の射出成形用中子。
  3. 【請求項3】 上記中子の少なくとも表面部に熱伝導性
    に優れるジルコンサンド層を形成してなる請求項1記載
    の中子。
  4. 【請求項4】 上記中子の最表面部に塗型剤層を備える
    請求項1〜3のいずれかに記載の中子。
  5. 【請求項5】 軽金属合金素材をシリンダ内で固相/液
    相が共存する半溶融状態とすると共に、金型キャビティ
    内に中子を配置し、溶湯を射出することにより中空部を
    有する成形品を製造するにあたり、 上記半溶融状態の溶湯中の平均固相径を所定の値以上と
    する一方、上記中空部を形成する中子として表面部の平
    均空隙径が上記半溶融状態の溶湯内に存在する固相を捕
    捉可能な砂中子を用い、 上記金型内に射出された溶湯中の固相を中子表面部で捕
    捉させ、上記中子表面部内に溶湯が侵入しないように被
    覆し、 上記キャビティ内に溶湯を射出するようにしたことを特
    徴とする中空軽金属合金部材の半溶融射出成形法。
  6. 【請求項6】 上記半溶融状態の溶湯中の平均固相径を
    射出前の溶湯中の固相率で調整する請求項5記載の半溶
    融射出成形法。
  7. 【請求項7】 上記半溶融状態の溶湯中の平均固相径を
    射出前の溶湯の加熱温度で調整する請求項5記載の半溶
    融射出成形法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2289650A1 (en) 2003-07-02 2011-03-02 Honda Motor Co., Ltd. Molding of slurry-form semi-solid metal

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2289650A1 (en) 2003-07-02 2011-03-02 Honda Motor Co., Ltd. Molding of slurry-form semi-solid metal
EP2292353A1 (en) 2003-07-02 2011-03-09 Honda Motor Co., Ltd. Molding of slurry-form semi-solid metal

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