JPH11156517A - 高度の減圧状態のダイカスト鋳造装置及び鋳造方法 - Google Patents

高度の減圧状態のダイカスト鋳造装置及び鋳造方法

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JPH11156517A
JPH11156517A JP10272594A JP27259498A JPH11156517A JP H11156517 A JPH11156517 A JP H11156517A JP 10272594 A JP10272594 A JP 10272594A JP 27259498 A JP27259498 A JP 27259498A JP H11156517 A JPH11156517 A JP H11156517A
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die cavity
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    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
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  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明の目的は、ダイキャビティの比較的
高度の減圧状態下で酸素に反応しやすい金属と合金を鋳
造する生産性の高いダイカスト鋳造装置及び鋳造方法を
実現することにある。 【構成】 このため、この発明は、ショットスリーブの
端部の周りに設けたバキュームチャンバ中に金属又は合
金を融解するダイカスト鋳造装置とその方法であって、
前記ショットスリーブの反対側端部は、外気環境中に配
設した第１ダイと第２ダイの間のダイキャビティに連通
し、前記第１ダイと第２ダイの間にダイキャビティを包
囲する一つ以上のバキュームシールを有し、前記第１ダ
イと第２ダイを閉じたときにダイキャビティを外気環境
から遮断するようになっており、前記バキュームチャン
バを減圧すると、前記ダイキャビティの中がショットス
リーブを介して減圧状態になり、前記金属又は合金をダ
イキャビティ中にダイカスト鋳造した後、前記第１ダイ
と第２ダイを開いて鋳造部品をダイキャビティから外気
環境に、次に、前記各ダイ近傍のオプションの焼入れ媒
体に、そのまま容易に取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属及び合金のダ
イカスト鋳造装置及び鋳造方法に関し、更に詳細には、
ダイキャビティの比較的高度の減圧状態下における金属
及び合金の減圧ダイカスト鋳造装置及び鋳造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】航空宇宙産業においては、チタンの鋳造
品、チタン基合金の鋳造品、ニッケル基合金の鋳造品、
及びステンレス鋼の鋳造品が多数使用されている。かか
る数多くの鋳造品は、ロストワックス法で形成した予熱
型セラミックインベストメントモールド中に適切な溶融
物を鋳込む周知のインベストメント鋳造法で作られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】かかる反応性材料で作
られた複雑な形状を持つ部品のインベストメント鋳造
は、幅広く用いられているが、比較的高いコストと、比
較的低い生産高と、を特徴とする。低い鋳造生産高は、
複数の要素に起因するものと思われるが、その要因に
は、表面又は表面に関係した空洞型欠陥、及び／又は、
特定のモールドキャビティ領域、特に薄肉のモールドキ
ャビティ領域、の不適当な充填、及びこれに付随する内
部空洞や内引け巣等の欠陥、が含まれる。
【０００４】米国特許第５ ２８７ ９１０号には、鉄
とチタンを主成分とする永久再利用式マルチパート金属
鋳型を用いたチタン及びチタン基合金とニッケル基合金
等の反応性金属と合金の比較的低コストの鋳造を記述し
ている。米国特許第５ １１９ ８６５号には、永久金
属鋳型を用いたアルミニウムや銅及び鉄を主成分とする
鋳物の鋳造を記述している。
【０００５】本発明の目的は、金属及び合金、特に、ダ
イキャビティの比較的高度の減圧状態下で酸素に反応し
やすい金属と合金、を鋳造するダイカスト鋳造装置とそ
の方法を提供することにある。
【０００６】本発明のもう一つの目的は、ダイキャビテ
ィの比較的高度の減圧状態下で金属と合金を鋳造し、こ
の後に続いてダイカスト鋳造部品を各ダイから外界に取
り出すとともに当該ダイカスト鋳造部品を各ダイ近傍の
焼入れ媒体中で焼入れする、ダイカスト鋳造装置とその
方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、この発明は、ａ）外気環境中に配設した第１ダイと
第２ダイであって、前記第１ダイと前記第２ダイを閉じ
ると前記第１ダイと前記第２ダイの間にダイキャビティ
を区画するとともに、前記第１ダイと前記第２ダイを閉
じると前記ダイキャビティを外気環境から遮断するバキ
ュームシールを前記第１ダイと前記第２ダイの間に含
む、前記第１ダイ及び前記第２ダイと、ｂ）一端が前記
ダイキャビティに連通するとともに、バキュームチャン
バに連通した溶湯注入口を備えた他端を有するショット
スリーブと、ｃ）前記ショットスリーブ中にて移動可能
なプランジャ前方の前記ショットスリーブ中に前記溶湯
注入口から導入される金属又は合金を溶融する、前記バ
キュームチャンバに内設した溶融容器と、ｄ）前記溶融
金属又は合金を前記溶融容器中で溶融させるときに、前
記ダイキャビティを前記バキュームシールで外界から遮
断させることによって前記ダイキャビティが前記ショッ
トスリーブを介して同時に減圧するように前記バキュー
ムチャンバを減圧する手段と、ｅ）前記プランジャは、
前記溶融金属又は合金を前記ダイキャビティ中に注入す
べく前記ショットスリーブ中にて移動可能であり、ｆ）
ダイカスト鋳造部品を前記ダイキャビティからそのまま
外気環境中に取り出すことができるように、前記溶融金
属又は合金を前記ダイキャビティ中に注入した後に前記
第１ダイと前記第２ダイを開かせる手段と、を具備する
ことを特徴とする。
【０００８】前記バキュームシールは、少なくとも一方
のダイのＯ−リングシールから成るとともに、前記Ｏ−
リングシールは、前記ダイキャビティと、ゲートと、前
記ゲートに連通する溶湯取り出し開口部と、を囲繞する
ことを特徴とする。
【０００９】前記バキュームチャンバと前記ダイキャビ
ティを１０００ミクロン未満まで減圧することを特徴と
する。
【００１０】前記プランジャと前記ショットスリーブの
間の半径方向の間隙が約０．０００５インチ乃至０．０
２０インチであることを特徴とする。
【００１１】前記溶融容器によって導入される溶融金属
又は合金の装入物が前記ショットスリーブの有効内部容
積の容積比４０％未満を占有することを特徴とする。
【００１２】前記溶融金属又は合金の装入物が前記ショ
ットスリーブの有効内部容積の容積比約８％乃至約１５
％を占有することを特徴とする。
【００１３】さらに、前記溶湯注入口下流の前記ショッ
トスリーブに内設したプラグであって、プランジャ移動
によって前記ショットスリーブを通過して前記ダイキャ
ビティに向かって移動する前記プラグを含むことを特徴
とする。
【００１４】前記第１ダイと前記第２ダイの内の一方の
ダイが、前記溶融金属又は合金を前記ダイキャビティ中
に注入するときに前記プラグを受け入れるチャンバを含
むことを特徴とする。
【００１５】前記ショットスリーブと前記プランジャ
は、鉄を主成分とする材料と、耐火性材料と、セラミッ
ク材料と、これらの組み合わせと、から成るグループか
ら選択した材料から成ることを特徴とする。
【００１６】前記プランジャが使い捨てプランジャチッ
プを含むことを特徴とする。
【００１７】前記プランジャチップは銅を主成分とする
合金から成ることを特徴とする。
【００１８】前記第１ダイと前記第２ダイの内の少なく
とも一方のダイと、前記ショットスリーブと、の温度を
抑制する手段を含むことを特徴とする。
【００１９】前記容器を固定ダイプラテンに近設したこ
とを特徴とする。
【００２０】ａ）外界中に設けた各ダイによって区画さ
れるダイキャビティにショットスリーブで連通させたバ
キュームチャンバ中にて反応性金属又は合金を溶融さ
せ、ｂ）前記ダイキャビティを前記各ダイ間の一つ以上
のバキュームシールで外気環境から遮断させながら、前
記バキュームチャンバと前記ダイキャビティを前記ショ
ットスリーブを介して減圧し、ｃ）前記ショットスリー
ブの有効内部容積の容積比約４０％未満の量の前記溶融
済み反応性溶融金属又は合金をプランジャ前方の前記シ
ョットスリーブ中に導入し、ｄ）ダイカスト鋳造部品を
形成すべく前記プランジャを前記ダイキャビティに向か
って進行させて前記反応性溶融金属又は合金を前記密封
減圧済みダイキャビティ中に注入し、ｅ）前記密封済み
ダイを開いてダイカスト鋳造部品を前記ダイキャビティ
からそのまま外気環境に取り出す、ことから成ることを
特徴とする。
【００２１】前記反応性金属又は合金が、チタンと、チ
タン合金と、超合金と、ステンレス鋼と、とから成るグ
ループから選ばれたものであることを特徴とする。
【００２２】前記ダイカスト鋳造部品を前記各ダイから
取り出した後に焼入れ媒体中に焼入れする別のステップ
を含むことを特徴とする。
【００２３】前記ショットスリーブの有効内部容積の容
積比約２０％未満の量の前記溶融済み反応性溶融金属又
は合金を前記ショットスリーブ中に導入することを特徴
とする。
【００２４】前記ショットスリーブの有効内部容積の容
積比約８％乃至約１５％の量の前記溶融済み反応性溶融
金属又は合金を前記ショットスリーブ中に導入すること
を特徴とする。
【００２５】前記溶融金属又は合金の導入前に前記プラ
ンジャ前方の前記ショットスリーブ中にプラグを設ける
とともに、前記プラグと前記プランジャの間の前記溶融
金属又は合金で前記プラグを前記各ダイに向かって進行
させることを含むことを特徴とする。
【００２６】前記ダイキャビティ中の前記溶融金属又は
合金の注入を干渉しないように前記各ダイの内の一方の
ダイ中に形成したチャンバ中に前記プラグを進行させる
ことを特徴とする。
【００２７】前記反応性金属又は合金を、酸素に反応し
やすいチタンとチタン基合金から選ぶ場合に前記バキュ
ームチャンバと前記ダイキャビティを１０００ミクロン
未満まで減圧することを特徴とする。
【００２８】ａ）溶湯を形成すべく、ショットスリーブ
でダイキャビティに連通させたバキュームチャンバ中に
チタン又はチタン合金を溶融するとともに、前記各ダイ
間のバキュームシール手段で前記ダイキャビティを外気
環境から密封しながら前記バキュームチャンバと前記ダ
イキャビティを前記ショットスリーブを介して１０００
ミクロン未満まで減圧し、ｂ）前記ショットスリーブの
有効内部容積の容積比約２０％未満の量の前記溶湯を前
記ショットスリーブ中に導入し、ｃ）ダイカスト鋳造部
品を形成すべく前記プランジャを前記ダイキャビティに
向かって進行させて前記溶湯を前記密封減圧済みダイキ
ャビティ中に圧力注入し、ｄ）前記各ダイを開いて前記
ダイカスト鋳造部品を前記ダイキャビティからそのまま
外気環境に取り出す、ことから成ることを特徴とする。
【００２９】前記ショットスリーブの有効内部容積の容
積比約８％乃至約１５％の量の前記溶湯を前記ショット
スリーブ中に導入することを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】本発明は、金属又は合金をショッ
トスリーブの端部の周りに設けたバキュームチャンバ中
で溶融させる前記金属又は合金のダイカスト鋳造装置と
その方法を提供する。前記ショットスリーブは、外気環
境中にて前記バキュームチャンバの外側に配設した第１
ダイと第２ダイの間に区画されるダイキャビティに連通
する反対側の端部を含む。前記第１ダイと前記第２ダイ
の間に一つ以上の高温度バキュームシールを前記ダイキ
ャビティの周りに配設し、前記バキュームチャンバを減
圧すると前記ダイキャビティの中が前記ショットスリー
ブを介して減圧するようになっている。前記金属又は合
金を前記ダイキャビティ中でダイカスト鋳造した後に前
記第１ダイと前記第２ダイを開き、この後に続いて、こ
の鋳造部品を前記ダイキャビティから外界に、又は、前
記各ダイ近傍のオプションの焼入れ媒体に、そのまま取
り出す。
【００３１】本発明は、一方の実施例において、前記ダ
イキャビティを前記ショットスリーブによって１０００
ミクロン未満の真空レベルまで減圧し、チタンやチタン
基合金、ニッケル基超合金及び鉄が主成分の合金等の反
応性溶融金属又は合金であって、望ましくは、ショット
スリーブの有効な内部容積の容積比約８％乃至約１５％
等、容積比４０％未満を占める量の前記反応性溶融金属
又は合金をバキューム融解チャンバ中の前記ショットス
リーブ中に導入し、次に、前記プランジャを前進させて
前記反応性溶融金属又は合金を前記減圧密封済みダイキ
ャビティ中に注入することを考察するものであり、前記
ダイキャビティにおいて、前記（各）バキュームシール
を破って前記鋳造部品を外気環境にさらして各ダイから
取り出して焼入れ媒体中にオプションの焼入れを行うた
めに各ダイを開く前に前記鋳造部品の少なくとも外面が
凝固することができる。
【００３２】本発明は、他方の実施例において、前記シ
ョットスリーブの溶湯注入口下流に位置する前記ショッ
トスリーブ中にプラグを前記金属又は合金の導入前に内
設することを考察するものであり、前記プラグによっ
て、前記ダイキャビティを充填するために必要とされる
適量の溶融金属又は合金で前記ショットスリーブを充填
することが向上するようになっている。前記プラグは、
前記プランジャが前記溶融金属又は合金を前記ダイキャ
ビティ中に圧力注入しながら、前記ダイキャビティに向
かって前進する。前記プラグは、前記プランジャの前進
によって、前記ダイキャビティ中の前記溶融金属又は合
金の注入に干渉しないように前記ダイキャビティから外
れたプラグ受けチャンバ中に移動する。
【００３３】華氏約２０００度よりも高い融解点を有す
る、酸素と反応しやすい溶融金属又は合金のダイカスト
鋳造において、前記溶融金属又は合金に接触する前記シ
ョットスリーブと前記プランジャ又はオプションの使い
捨てプランジャチップは、Ｈ−１３ツールスチール等の
鉄を主成分とする材料と、Ｍｏベースの合金又はＴＺＭ
合金等の耐火性材料と、アルミナ等のセラミック材料
と、又はこれらの組み合わせと、から作ることができ
る。
【００３４】
【実施例】本発明の詳細は、下記図面に基づいて後述す
る詳細な説明から更に容易に明白になるであろう。
【００３５】図１〜図２は、本発明の１実施例によるダ
イカスト鋳造装置であって、各ダイを外気環境中にて外
側に配設しているにもかかわらずダイキャビティ中にお
いて比較的高度の減圧状態下で、特に、酸素と非常に反
応しやすいチタン及びチタン基合金等、金属又は合金を
ダイカスト鋳造する前記ダイカスト鋳造装置を図示して
いる。また、このダイカスト鋳造装置は、ニッケル基、
コバルト基、及びその他の超合金、ステンレス鋼等の鉄
を主成分とする合金、及びその他の金属又は合金、をダ
イキャビティ中において比較的高度の減圧状態下でダイ
カスト鋳造するために使用することができる。
【００３６】このダイカスト鋳造装置は、油圧油の貯槽
１０ａを内部に区画したベース１０を含むとともに、こ
の油圧油は、固定ダイプラテン１４と可動ダイプラテン
１６を開閉するために油圧アクチュエータ１２が使用す
る。この可動ダイプラテン１６は、固定タイバー又はロ
ッド１８上を移動するように設け、ダイ３４をこのプラ
テン１６に載設している。この可動ダイプラテン１６に
は型締リンケージ機構２０を本発明の一部と見なされな
い通常の仕方で連結しており、可動ダイ３４を、固定ダ
イプラテン１４に載設した固定ダイ３２に対して開閉さ
せるようになっている。例えば、米国オハイオ州クリー
ブランド市（Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ、Ｏｈｉｏ）のＨＰＭ
（社名）から２５０トンのＨＰＭ＃７３−０８６（商品
名）として入手できる通常のダイカスト鋳造機は、上記
ベース１０と、アクチュエータ１２と、上述したように
タイバー１８上に取り付けられて型締リンケージ機構２
０で開閉するダイプラテン１４、１６と、を含む。この
ダイカスト鋳造機は、油圧油をプランジャ機構に迅速に
送給するガスアキュムレータ２１を含む。
【００３７】このダイカスト鋳造装置は水平な管状ショ
ットスリーブ２４を含むとともに、このショットスリー
ブ２４は、ダイプラテン１４、１６に夫々載設した各ダ
イ３２、３４に区画されるダイキャビティ３０に連通す
る。一つ以上の部品をダイカスト鋳造するために一つ以
上のダイキャビティをダイ３２、３４で形成することが
できる。前記ショットスリーブ２４は、溶融金属又は合
金を前記一つ以上のダイキャビティ３０中に圧力注入す
ることができるように前記一つ以上のダイキャビティ３
０に至る入口通路又はゲート３６に連通する取り出し端
部２４ａを有する。この入口通路又はゲート３６は、固
定ダイ３２又は可動ダイ３４又は両ダイ３２、３４の中
を機械加工することができる。
【００３８】このショットスリーブ２４の前記取り出し
端部２４ａは、図１に示すように固定プラテン１４と固
定ダイ３２の中の適切な通路２４ｂを貫通している。
【００３９】前記ショットスリーブ２４は、ダイ３２を
貫通してバキューム融解チャンバ４０中に延出するとと
もに、このチャンバ４０において、ダイカスト鋳造する
金属又は合金を、高温の外気中で酸素と非常に反応しや
すい、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ等、チタンとその合金に必要
な１０００ミクロン未満等の比較的高度の状態下で溶融
させる。このバキュームチャンバ４０は、プランジャ２
７を受け入れる前記ショットスリーブ２４の反対側の装
入端部と、プランジャ油圧アクチュエータ２５と、を囲
繞又は包囲しながらそれらの周りに延出するバキューム
ハウジング壁４２で区画されている。このバキュームチ
ャンバ４０は、導管４０ａでバキュームチャンバ４０に
連結した通常のバキュームポンプＰによって減圧され
る。前記ベース１０と前記バキュームハウジング壁４２
は、コンクリート床又はその他の適切な支持体に支えら
れている。
【００４０】前記チャンバ壁４２は、この壁４２と固定
プラテン１４の間に配設した（各）外周気密シール４３
によって固定プラテン１４と密接して空気が漏れないよ
うにし、ショットスリーブ２４と、前記チャンバ壁４２
を貫通する水平に並べた一対の固定ショットスリーブ／
プランジャ支持部材４４（一つ図示）と、を密封包囲す
るようになっている。かかるショットスリーブ／プラン
ジャ支持部材は、前述した通常のダイカスト鋳造機（２
５０トンのＨＰＭ＃７３−０８６）に載設している。
【００４１】プランジャ２７はショットスリーブ２４に
内設し、プランジャアクチュエータ２５とプランジャコ
ネクタロッド２７ｂによって、ショットスリーブ２４中
の溶湯入口又は注入開口部５８の右側に設けた開始注入
位置と、前記ダイ入口ゲート３６近傍の終了注入位置
と、の間を移動する。前記溶湯注入開口部５８は、ねじ
込みクランプ（図示せず）等のクランプで固定プラテン
１４近傍のショットスリーブ２４に載設した金属（例え
ば、鋼鉄）溶湯受け容器５２に連通している。この溶湯
受け容器５２は、融解坩堝５４の真下に設けており、ダ
イカスト鋳造用溶融金属又は合金の装入物をこの坩堝５
４から受け入れるようになっている。
【００４２】前記融解坩堝５４は、銅のセグメントから
成る通常の誘導スカル坩堝で良く、この坩堝の中で、ダ
イカスト鋳造する固形の金属又は合金装入物をバキュー
ムポート４０ｂから装入するとともに、このチャンバ４
０中に通常の仕方で前記坩堝の周りに配設した誘導コイ
ル５６を活かすことによって溶融する。また、既知のセ
ラミック又は耐火性の内張り坩堝も、本発明を実施する
にあたり使用することができる。この坩堝５４は、バキ
ュームチャンバ４０の外側に設けた通常の油圧アクチュ
エータや電気アクチュエータ又はその他のアクチュエー
タ（図示せず）であって、前記アクチュエータから前記
坩堝まで延出する適切なバキューム密閉リンケージによ
って前記坩堝に連結した前記アクチュエータを使って坩
堝トラニオンＴを中心に回転することによって傾斜させ
ることができる。この坩堝を傾けて、ショットスリーブ
壁中の開口部５８を介してショットスリーブ２４に連通
している前記溶湯受け容器５２中に溶融金属又は合金装
入物を注湯する。この溶融金属又は合金装入物は、開口
部５８からプランジャチップ２７ａ前方のショットスリ
ーブ２４中に導入される。
【００４３】本発明の１実施例を実施するにあたり、前
記溶融金属又は合金装入物は、前記プランジャチップ２
７ａ前方に区画されるとともに前記ダイキャビティの入
口又はゲート３６まで延出する前記ショットスリーブの
有効内部容積の容積比４０％未満の量を前記ショットス
リーブ中に導入する。この溶融金属又は合金の量は、前
記ショットスリーブの有効内部容積の容積比２０％未満
を占めることが望ましく、さらに望ましくは、前記ショ
ットスリーブの有効内部容積の容積比約８％乃至約１５
％を占めることである。前記ショットスリーブ内部容積
に対する当該比較的低量の溶融装入物によって、ショッ
トスリーブ中に比較的低い溶融装入物プロフィールが得
られ（すなわち、溶融装入物がショットスリーブの底部
に沿って比較的多く存在する）、これによって、溶湯を
モールドキャビティ中に注入する前における高温度溶融
装入物のプランジャチップ２７ａとの接触面積及び接触
時間と、この結果生じた前記プランジャチップの膨張
と、が減少する。
【００４４】プランジャ２７は、例えば前述した通常の
ダイカスト鋳造機（２５０トンのＨＰＭ＃７３−０８
６）に載設した通常の油圧アクチュエータ２５によって
前記開始注入位置から前記終了注入位置まで移動する。
通常のプランジャ速度は、毎秒５０フィート乃至毎秒３
００フィートの範囲内である。ショットスリーブ２４と
プランジャチップ２７ａの間の半径方向の間隙は、約
０．０００５インチ乃至０．０２０インチの範囲内であ
る。ショットスリーブ２４とプランジャチップ２７ａの
間の好適な半径方向の間隙は、約０．００８インチであ
る。
【００４５】チタンと、チタン基合金と、ニッケル基超
合金と、鉄を主成分とする合金と、をダイカスト鋳造す
る際、溶融金属又は合金に接触するショットスリーブ２
４と前方プランジャチップ２７ａは、Ｈ−１３ツールス
チール等の鉄が主成分の材料、又はＭｏ合金又はＴＺＭ
合金に基づく等の耐火性材料、アルミナ等のセラミック
材料、又はそれらの組み合わせであって金属又は合金を
融解してダイカスト鋳造することに相性の良い前記組み
合わせ、で作ることができる。前記プランジャチップ２
７ａは、各々の溶融金属又は合金装入物をダイキャビテ
ィ３０中に注入した後に廃棄される使い捨てチップで構
成することができる。使い捨てプランジャチップは、特
にＡ３８０アルミニウム合金をダイカスト鋳造する場合
に適した銅−ベリリウム合金（例えばＤ３４０合金）等
の銅を主成分とする合金から成ることができる。
【００４６】チタンと、チタン基合金と、ニッケル基超
合金と、鉄が主成分の合金と、をダイカスト鋳造する
際、前記ダイ３２、３４は、米国特許第５ ２８７ ９
１０号にしたがって鉄鋼及び／又はチタンで作ることが
できるが、但し、その他のダイ材料をこの発明を実施す
る際に使用してもよい。
【００４７】図１を見ると、第１及び第２ダイ３２、３
４は、外気環境中においてバキューム融解チャンバ４０
の外側に配設している。すなわち、各ダイ３２、３４の
外面又は外側を外気環境にさらしている。
【００４８】本発明によると、各ダイ３２、３４を閉じ
ると、このダイ３２、３４間に区画されるダイキャビテ
ィ３０がショットスリーブ２４を介してバキュームチャ
ンバ４０に連通するので、前記ショットスリーブを介し
て減圧することができる。
【００４９】通常、固定ダイ３２の内面３２ｂには、各
ダイを閉じると可動ダイ３４の対向側内面に嵌合する一
つ以上の溝３２ａ（図２には一つの溝を図示）を含む。
前記（各）溝３２ａは、ゲート３６だけでなくダイキャ
ビティ３０も囲繞又は包囲し、且つ、ゲート３６に連通
するとともにショットスリーブ端部２４ａによって区画
された溶湯取り出し開口部を囲繞又は包囲する。前記溝
３２ａは、再利用できる弾性高温度のＯ−リングバキュ
ームシール６０であって、各ダイを閉じると可動ダイ３
４の合わせ面に密接して減圧漏れしないようになってい
る前記シール６０を受け入れている。あるいはこの代わ
りに、前記（各）シール６０を可動ダイ３４の合わせ面
の溝に内設したり、あるいは、ダイ３２、３４の両方の
合わせ面に載設したりすることができ、ダイキャビティ
３０とゲート３６とショットスリーブ端部２４ａとの周
りにバキューム緊密シールを形成するようになっている
とともに、各ダイ３２、３４を閉じるとダイキャビティ
３０とゲート３６とショットスリーブ端部２４ａとを前
記ダイ３２、３４の外側周辺の外気環境から遮断するよ
うになっている。複数のバキューム緊密シールを形成す
るために、連続する複数の溝とＯ−リングシールをダイ
キャビティ周長に対して外側方向に漸次配設することが
できる。これらのバキュームシール６０は、ダイキャビ
ティ３０を溶融金属又は合金で充填するときに起こり得
る華氏４００度という高い温度に耐えることが可能なビ
トン（Ｖｉｔｏｎ）材料で構成することができる。
【００５０】ダイキャビティ３０は、バキュームシール
６０を使用することによって、ダイ３２、３４を閉じる
と外気環境から遮断されるので、バキューム融解チャン
バ４０を、坩堝５４中の固形装入物を溶融する場合に使
われる１０００ミクロン未満の高度な減圧レベルまで減
圧する場合、ダイキャビティ３０をショットスリーブ２
４を介して減圧することができる。
【００５１】図１のダイカスト鋳造装置の作用において
は、固形の金属又は合金を、バキューム融解チャンバ４
０中の坩堝５４中にポート４０ｂから装入する。次に、
バキュームチャンバ４０を、バキュームポンプＰで、当
該装入物を融解するのに適したレベルまで（１００ミク
ロン未満であって、例えば、チタン及びＴｉ−６Ａｌ−
４Ｖ合金等のチタン合金、ニッケル基超合金、及びステ
ンレス鋼の場合、９０ミクロン）減圧する。この閉じた
ダイ３２、３４によって形成したダイキャビティ３０
は、ショットスリーブ２４を介してバキューム融解チャ
ンバ４０に連結することによって、且つ、（各）バキュ
ームシール６０によって外界周囲から遮断させることに
よって、同じ真空レベルまで同時に減圧する。
【００５２】坩堝５４中の金属又は合金の溶融装入物
は、先ずプランジャ２７を図１の開始注入位置に位置決
めした状態で、前記容器５２及び溶湯注入開口部５８か
ら減圧状態下でショットスリーブ２４中に注湯する。こ
の溶融金属又は合金装入物は、前述したように前記ショ
ットスリーブの有効内部容積の容積比４０％未満の量を
前記ショットスリーブ中に導入する。この溶融金属又は
合金の量は、前記ショットスリーブの有効内部容積の容
積比２０％未満を占めることが望ましく、さらに望まし
くは、前記ショットスリーブの有効内部容積の容積比約
８％乃至約１５％を占めることである。この溶融金属又
は合金は、ショットスリーブ２４中に注湯するととも
に、溶融金属がプランジャ２７の後方に入らないように
するために前記ショットスリーブ２４中に、０．００５
秒乃至４秒の所定の滞留時間の間であって、通常わずか
０．１秒乃至１．５秒の間、滞留する。この溶湯は坩堝
５４から容器５２を介してショットスリーブ２４中にそ
のまま注湯することができ、これによって、注入が開始
可能になる前の時間と金属冷却が短くなる。
【００５３】次に、プランジャ２７をアクチュエータ２
５でショットスリーブ２４中にて前進させ、溶融金属又
は合金を入口通路又はゲート３６からダイキャビティ３
０中に圧力注入する。この溶融金属又は合金は、最大毎
秒１５０インチ等の高速度でショットスリーブ２４を圧
下して減圧密封済みダイキャビティ３０中に圧入する。
【００５４】溶融金属又は合金を注入した後、ダイ３４
を通常の周期時間内でダイ３２に対して移動させること
によってダイ３２、３４を開かせるとともに、前記通常
の周期時間は、溶融金属又は合金が、少なくとも、
（各）ダイカスト鋳造部品の凝固表面を形成するのに十
分な時間になるように注入後の５秒乃至２５秒の範囲に
することができる。次に、（各）ダイカスト鋳造部品を
各ダイから容易に取り出しできるようにダイ３２、３４
を開く。前記ＨＰＭダイカスト鋳造機に載設したもので
あってこの発明の一部を形成するものではない通常のイ
ジェクタピン機構（図示せず）によって、前記（各）ダ
イカスト鋳造部品を各ダイから排出し易くなる。前記
（各）ダイカスト鋳造部品の取り外しは、前記（各）ダ
イカスト鋳造部品を更に冷却させることなくただ単に各
ダイを開くだけで各ダイ３２、３４からそのまま行うこ
とができる。これは、ダイカスト鋳造部品の生産高を増
加させるのに有利である。各ダイを開くと、前記（各）
バキュームシール６０が破れるので、前記（各）ダイカ
スト鋳造部品が外気環境に剥き出しになるとともに、オ
プションとして、開いたダイ３２、３４に近設した水や
オイル等の焼入れ媒体Ｍの中に焼き入れすることができ
る。
【００５５】同様又は類似の機構を同様の参照数字で表
示した図３を見ると、本発明は、もう一つ別の実施例に
おいて、坩堝５４から金属又は合金を導入する前に比較
的長いショットスリーブ２４中に浮動プラグ７０を設け
ることを考察するものである。先ず、このプラグ７０を
溶湯注入開口部５８の下流に設け、ダイキャビティ３０
を充填するために必要な適量の溶融金属又は合金で前記
プラグ７０とプランジャチップ２７ａの間のショットス
リーブ２４を充填することを向上させるようになってい
る。
【００５６】このプラグ７０は、プランジャ２７によっ
て溶融金属又は合金がダイキャビティ３０中にて圧力注
入されながら、ダイキャビティ３０に向かって前進す
る。前記プラグ７０は、プランジャ２７の前進によって
プラグ受けチャンバ７２中に移動し、このプラグ受けチ
ャンバ７２は、ダイキャビティ中の溶融金属又は合金の
注入に干渉しないようにダイキャビティ入口通路３６か
ら外れて可動ダイ３４中に形成したものである。このプ
ラグ７０は、チタンとその合金に対する鋼鉄と、その他
の高融解温度の金属であって、当該溶湯をダイカスト鋳
造することに反応しにくい前記高融解温度の金属と、か
ら構成することができる。このプラグ７０は、容器５２
からの溶湯でスリーブを充填中に所定の位置に留まるよ
うに、且つ、プラグ受けチャンバ７２中にて停止するま
で注入済み金属の前方に留まるように、採寸している。
【００５７】上述したこの発明の各実施例を実施するに
あたり、ダイ３２、３４の温度は、華氏１００度〜７０
０度の範囲内のダイ温度になるように所望の範囲内に抑
制することができる。例えば、このために各ダイに作動
可能的に係合させた一つ以上の通常のガスフレームバー
ナ又は電気抵抗加熱ワイヤによって、ダイ３２、３４
を、当該ダイ中の溶融金属又は合金の注入開始前に予熱
することができる。前記ダイ３２、３４は、当該ダイの
内側に形成した水冷導管（図示せず）で冷却することが
できるとともに、前記水冷導管によって冷却水を循環さ
せて、ダイカスト鋳造部品を製造し続けて各ダイが熱く
なるときにダイ温度を抑えるようにする。また、同様
に、ショットスリーブ２４も、オプションとして、ショ
ットスリーブ温度を華氏１００度〜７００度等の所望の
範囲内に抑制すべく同様のガスフレームバーナ又は電気
抵抗ワイヤ又は前記ショットスリーブ中の水冷通路で加
熱又は冷却を行うことができる。
【００５８】本発明の実施例によるＴｉ及びチタン合金
の部品のダイカスト鋳造の場合、溶融チタン又はＴｉ−
６Ａｌ−４Ｖ等のチタン合金の装入物であって、通常で
は金属又は合金融解点に華氏５０度を足したものに等し
い溶湯温度（例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの場合、華氏
約３０８０度）の５ポンド乃至１０ポンドの溶湯から成
る前記装入物は、１６．５インチの長さと３インチの直
径を有するショットスリーブ２４中に導入することがで
きる。この溶融装入物は、ショットスリーブ２４の有効
内部容積の容積比約９％〜１０％を占有するとともに、
このショットスリーブ２４中には、ショットスリーブと
の０．００２インチの半径方向の間隙を有する銅−ベリ
リウムのプランジャチップを含む。前記プランジャは、
最低毎秒１２５インチで移動し、前記装入物を、華氏３
００度まで予熱することができるダイ３２、３４間に区
画したダイキャビティ中に注入する。この発明による
と、ニッケル基超合金は、合金融解点に華氏７５度を足
したものに等しい溶湯温度に対して、同様のパラメータ
を使ってダイカスト鋳造することができる。この発明に
よると、ステンレス鋼１７−４ＰＨは、合金融解点に華
氏２５度を足したものに等しい溶湯温度に対して、同様
のパラメータを使ってダイカスト鋳造することができ
る。
【００５９】本発明は、単に例えばガスタービンエンジ
ンのコンプレッサ部分のＩＮ ７８ニッケル基超合金
等、ニッケル基超合金で作られたガスタービンコンプレ
ッサのベーンとブレード等の複雑な形状又は構造の部品
の他に、１７−４ＰＨステンレス鋼及び非晶質合金等の
ステンレス鋼で作られたゴルフクラブパター等の複雑な
形状又は構造の部品をもダイカスト鋳造するために使用
することができる他に、その他の多種多様な部品をダイ
カスト鋳造するためにも使用することができる。
【００６０】本発明はその具体的な実施例に基づいて説
明したが、これに限定するものではなく、むしろ、次の
クレームに記載した範囲だけに限定されるものである。
【００６１】
【発明の効果】このように、この発明によれば、金属及
び合金、特にダイキャビティの比較的高度の減圧状態下
で酸素に反応しやすい金属と合金を鋳造する際の、表面
又は表面に関係した空洞型欠陥、及び／又は、特定のモ
ールドキャビティ領域、特に薄肉のモールドキャビティ
領域、の不適当な充填、及びこれに付随する内部空洞や
内引け巣等の欠陥等の要素に起因する低い鋳造生産高を
回避し得て、生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ショットスリーブとバキュームチャンバを分
解図示した、本発明の１実施例を実施するダイカスト鋳
造装置の部分断面側面図である。
【図２】 固定ダイ中の溝に内設したバキュームＯ−リ
ングシールを示す固定ダイの拡大正面であって、この固
定ダイと他方のダイとを閉じると前記Ｏ−リングシール
が他方のダイに密接してダイキャビティを外気環境から
遮断するようになっている、前記固定ダイの拡大正面図
である。
【図３】 溶融金属又は合金を比較的長いショットスリ
ーブ中に導入する前に浮動プラグを前記ショットスリー
ブに内設した、本発明のもう一つの実施例を実施する別
のダイカスト鋳造装置の部分断面側面図である。
【符号の説明】
１０ ベース ２４ ショットスリーブ ２７ プランジャ ３０ ダイキャビティ ３２ 固定ダイ ３４ 可動ダイ ４０ バキュームチャンバ ５４ 融解坩堝 ６０ バキュームシール Ｐ バキュームポンプ

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ａ）外気環境中に配設した第１ダイと第
    ２ダイであって、前記第１ダイと前記第２ダイを閉じる
    と前記第１ダイと前記第２ダイの間にダイキャビティを
    区画するとともに、前記第１ダイと前記第２ダイを閉じ
    ると前記ダイキャビティを外気環境から遮断するバキュ
    ームシールを前記第１ダイと前記第２ダイの間に含む、
    前記第１ダイ及び前記第２ダイと、ｂ）一端が前記ダイ
    キャビティに連通するとともに、バキュームチャンバに
    連通した溶湯注入口を備えた他端を有するショットスリ
    ーブと、ｃ）前記ショットスリーブ中にて移動可能なプ
    ランジャ前方の前記ショットスリーブ中に前記溶湯注入
    口から導入される金属又は合金を溶融する、前記バキュ
    ームチャンバに内設した溶融容器と、ｄ）前記溶融金属
    又は合金を前記溶融容器中で溶融させるときに、前記ダ
    イキャビティを前記バキュームシールで外界から遮断さ
    せることによって前記ダイキャビティが前記ショットス
    リーブを介して同時に減圧するように前記バキュームチ
    ャンバを減圧する手段と、ｅ）前記プランジャは、前記
    溶融金属又は合金を前記ダイキャビティ中に注入すべく
    前記ショットスリーブ中にて移動可能であり、ｆ）ダイ
    カスト鋳造部品を前記ダイキャビティからそのまま外気
    環境中に取り出すことができるように、前記溶融金属又
    は合金を前記ダイキャビティ中に注入した後に前記第１
    ダイと前記第２ダイを開かせる手段と、を具備すること
    を特徴とする、ダイカスト鋳造装置。
  2. 【請求項２】 前記バキュームシールは、少なくとも一
    方のダイのＯ−リングシールから成るとともに、前記Ｏ
    −リングシールは、前記ダイキャビティと、ゲートと、
    前記ゲートに連通する溶湯取り出し開口部と、を囲繞す
    ることを特徴とする、請求項１に記載のダイカスト鋳造
    装置。
  3. 【請求項３】 前記バキュームチャンバと前記ダイキャ
    ビティを１０００ミクロン未満まで減圧することを特徴
    とする、請求項１に記載のダイカスト鋳造装置。
  4. 【請求項４】 前記プランジャと前記ショットスリーブ
    の間の半径方向の間隙が約０．０００５インチ乃至０．
    ０２０インチであることを特徴とする、請求項１に記載
    のダイカスト鋳造装置。
  5. 【請求項５】 前記溶融容器によって導入される溶融金
    属又は合金の装入物が前記ショットスリーブの有効内部
    容積の容積比４０％未満を占有することを特徴とする、
    請求項１に記載のダイカスト鋳造装置。
  6. 【請求項６】 前記溶融金属又は合金の装入物が前記シ
    ョットスリーブの有効内部容積の容積比約８％乃至約１
    ５％を占有することを特徴とする、請求項５に記載のダ
    イカスト鋳造装置。
  7. 【請求項７】 さらに、前記溶湯注入口下流の前記ショ
    ットスリーブに内設したプラグであって、プランジャ移
    動によって前記ショットスリーブを通過して前記ダイキ
    ャビティに向かって移動する前記プラグを含むことを特
    徴とする、請求項１に記載のダイカスト鋳造装置。
  8. 【請求項８】 前記第１ダイと前記第２ダイの内の一方
    のダイが、前記溶融金属又は合金を前記ダイキャビティ
    中に注入するときに前記プラグを受け入れるチャンバを
    含むことを特徴とする、請求項７に記載のダイカスト鋳
    造装置。
  9. 【請求項９】 前記ショットスリーブと前記プランジャ
    は、鉄を主成分とする材料と、耐火性材料と、セラミッ
    ク材料と、これらの組み合わせと、から成るグループか
    ら選択した材料から成ることを特徴とする、請求項１に
    記載のダイカスト鋳造装置。
  10. 【請求項１０】 前記プランジャが使い捨てプランジャ
    チップを含むことを特徴とする、請求項１に記載のダイ
    カスト鋳造装置。
  11. 【請求項１１】 前記プランジャチップは銅を主成分と
    する合金から成ることを特徴とする、請求項１１に記載
    のダイカスト鋳造装置。
  12. 【請求項１２】 前記第１ダイと前記第２ダイの内の少
    なくとも一方のダイと、前記ショットスリーブと、の温
    度を抑制する手段を含むことを特徴とする、請求項１に
    記載のダイカスト鋳造装置。
  13. 【請求項１３】 前記容器を固定ダイプラテンに近設し
    たことを特徴とする、請求項１に記載のダイカスト鋳造
    装置。
  14. 【請求項１４】 ａ）外界中に設けた各ダイによって区
    画されるダイキャビティにショットスリーブで連通させ
    たバキュームチャンバ中にて反応性金属又は合金を溶融
    させ、ｂ）前記ダイキャビティを前記各ダイ間の一つ以
    上のバキュームシールで外気環境から遮断させながら、
    前記バキュームチャンバと前記ダイキャビティを前記シ
    ョットスリーブを介して減圧し、ｃ）前記ショットスリ
    ーブの有効内部容積の容積比約４０％未満の量の前記溶
    融済み反応性溶融金属又は合金をプランジャ前方の前記
    ショットスリーブ中に導入し、ｄ）ダイカスト鋳造部品
    を形成すべく前記プランジャを前記ダイキャビティに向
    かって進行させて前記反応性溶融金属又は合金を前記密
    封減圧済みダイキャビティ中に注入し、ｅ）前記密封済
    みダイを開いてダイカスト鋳造部品を前記ダイキャビテ
    ィからそのまま外気環境に取り出す、ことから成ること
    を特徴とする、反応性金属又は合金のダイカスト鋳造方
    法。
  15. 【請求項１５】 前記反応性金属又は合金が、チタン
    と、チタン合金と、超合金と、ステンレス鋼と、とから
    成るグループから選ばれたものであることを特徴とす
    る、請求項１４に記載の反応性金属又は合金のダイカス
    ト鋳造方法。
  16. 【請求項１６】 前記ダイカスト鋳造部品を前記各ダイ
    から取り出した後に焼入れ媒体中に焼入れする別のステ
    ップを含むことを特徴とする、請求項１４に記載の反応
    性金属又は合金のダイカスト鋳造方法。
  17. 【請求項１７】 前記ショットスリーブの有効内部容積
    の容積比約２０％未満の量の前記溶融済み反応性溶融金
    属又は合金を前記ショットスリーブ中に導入することを
    特徴とする、請求項１４に記載の反応性金属又は合金の
    ダイカスト鋳造方法。
  18. 【請求項１８】 前記ショットスリーブの有効内部容積
    の容積比約８％乃至約１５％の量の前記溶融済み反応性
    溶融金属又は合金を前記ショットスリーブ中に導入する
    ことを特徴とする、請求項１４に記載の反応性金属又は
    合金のダイカスト鋳造方法。
  19. 【請求項１９】 前記溶融金属又は合金の導入前に前記
    プランジャ前方の前記ショットスリーブ中にプラグを設
    けるとともに、前記プラグと前記プランジャの間の前記
    溶融金属又は合金で前記プラグを前記各ダイに向かって
    進行させることを含むことを特徴とする、請求項１４に
    記載の反応性金属又は合金のダイカスト鋳造方法。
  20. 【請求項２０】 前記ダイキャビティ中の前記溶融金属
    又は合金の注入を干渉しないように前記各ダイの内の一
    方のダイ中に形成したチャンバ中に前記プラグを進行さ
    せることを特徴とする、請求項１９に記載の反応性金属
    又は合金のダイカスト鋳造方法。
  21. 【請求項２１】 前記反応性金属又は合金を、酸素に反
    応しやすいチタンとチタン基合金から選ぶ場合に前記バ
    キュームチャンバと前記ダイキャビティを１０００ミク
    ロン未満まで減圧することを特徴とする、請求項１４に
    記載の反応性金属又は合金のダイカスト鋳造方法。
  22. 【請求項２２】 ａ）溶湯を形成すべく、ショットスリ
    ーブでダイキャビティに連通させたバキュームチャンバ
    中にチタン又はチタン合金を溶融するとともに、前記各
    ダイ間のバキュームシール手段で前記ダイキャビティを
    外気環境から密封しながら前記バキュームチャンバと前
    記ダイキャビティを前記ショットスリーブを介して１０
    ００ミクロン未満まで減圧し、ｂ）前記ショットスリー
    ブの有効内部容積の容積比約２０％未満の量の前記溶湯
    を前記ショットスリーブ中に導入し、ｃ）ダイカスト鋳
    造部品を形成すべく前記プランジャを前記ダイキャビテ
    ィに向かって進行させて前記溶湯を前記密封減圧済みダ
    イキャビティ中に圧力注入し、ｄ）前記各ダイを開いて
    前記ダイカスト鋳造部品を前記ダイキャビティからその
    まま外気環境に取り出す、ことから成ることを特徴とす
    る、チタン又はチタン合金のダイカスト鋳造方法。
  23. 【請求項２３】 前記ショットスリーブの有効内部容積
    の容積比約８％乃至約１５％の量の前記溶湯を前記ショ
    ットスリーブ中に導入することを特徴とする、請求項２
    ２に記載のチタン又はチタン合金のダイカスト鋳造方
    法。
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