JPH11170023A - 噴流冷却の冷却強度調整機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 降温の冷却孔内に冷却媒体を流す場合、媒体
が気化し背圧を生じる事で流量制御が困難である。 【解決手段】 冷却孔内壁面と冷却媒体との相対速度を
冷却パイプの挿入深さを変化させる事で制御する事とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主としてアルミニ
ウム合金やマグネシウム合金溶湯を金型中に充填して凝
固させ、製品を得る、金型鋳造法に於ける金型噴流式冷
却方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金型鋳造法は金型にあいた製品形状の空
間の中に金属溶湯を流し込み、凝固させて製品を得る、
高品質かつ高い生産性を特徴とする製造方法であり、現
在多くの製品が製造されている。本金型鋳造法では、高
温の金属溶湯を金型中に流し込むため金型に多大の熱的
ストレスが掛かり、金型寿命、更には製品品質自体にも
悪影響を及ぼす事がしばしば起きている。そこで、一般
的には金型に冷却機構を設け、冷却媒体を製品部とは異
なる金型内部を通過させる事で金型の熱的ストレスの緩
和を計っている。中でも、図３に示す噴流式冷却は金型
１の反製品側から冷却孔３を空け、内部に冷却パイプ４
を設置し、それを介して冷却孔内３に冷却媒体を吹きか
ける方法で、特に熱的ストレスの集中する部位に用いら
れている。金型の熱的ストレスの緩和のみに目的を絞れ
ば、冷却は強い方が効果的であるが、製品品質という観
点から見ると、金型温度の過大な低下は溶湯充填性や溶
湯補給の点で問題を招く事が少なくない。従って、金型
冷却方法は適度の制御性を持つ事が求められている。一
方、熱工学的な見地から見ると冷却媒体の流速が大きい
方が冷却効率が高くなる事が解明されており、実際に冷
却パイプの反金型側に流量調整機構を設け、冷却媒体の
流量を制御して冷却能力の制御を行う方法が広く行なわ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最も冷
却を必要とする温度の高い冷却孔内に冷却媒体を流す場
合、冷却媒体が気化、背圧が生じ、流量の制御が困難と
なる場合が往々にしてあった。また、このような方法で
は最大流量を大きく設定した場合、少量時の制御が不得
意となり流量が不安定になる傾向が見られる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは以上の課題
は、冷却孔内壁面と冷却媒体との相対速度を全体の流量
で制御しようとしている事に起因していると考え、本発
明を送出するに至った。即ち、本発明の冷却強度調整機
構によれば冷却孔内壁面と冷却媒体との相対速度を冷却
パイプの挿入深さを変化させる事で制御する事から、全
体の流量事体を制御する事無く冷却強度を調節できる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明によれば、冷却パイプの軸
方向の位置を制御する事で冷却強度の調節が可能となっ
た。即ち強い冷却が必要な場合は冷却パイプを軸方向に
深く、弱い冷却が必要な場合は冷却パイプを軸方向に浅
くする事で冷却孔内に冷却パイプ先端部から噴出される
冷却媒体の勢いの届く深さが調節、言い換えれば冷却孔
内先端部の冷却媒体の流速が増減する事により冷却孔内
壁面と冷却媒体との熱伝達係数が変化、その結果熱交換
量が変化し、その時点に応じて希望する冷却能力を得る
事ができる事を特徴としたものである。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は深さ２０mmの冷却孔３を備えた金型１に長さ
４０mmの冷却パイプ４をセットしたものであり、冷却パ
イプ４の背後には２０mmのストロークを持つ挿入深さコ
ントロール用の可動装置６が組み付けられている。この
可動装置６はモータを利用した摺動装置から成ってお
り、その挿入深さは制御装置７によって制御できるよう
になっている。実際の鋳造工程では金型内に溶湯が充填
され最も冷却を必要とする際に冷却パイプの挿入深さを
１５mmと最も深くする事で冷却孔内の流れは最も速くな
り、その結果強力な冷却を得る事ができる。その後溶湯
が凝固し製品形状を形成するに従い、冷却パイプの挿入
深さを浅く、最終的には図２に示す通り離型後の状態で
深さ５mmとする事で、冷却強度を徐々に低下せしめ、次
鋳造の溶湯充填に備えて金型温度の低下し過ぎを防ぐ。
今回は挿入深さの可変ストロークを１５から５mmの１０
mmとしたが、可動装置６のストロークが２０mmなので、
より深い冷却孔においても適用が可能である。勿論、こ
れは最も単純な制御の例であり、場合によっては製品の
凝固の進行に応じた冷却強度の制御を行なう事も可能で
ある。実際に冷却を行なった例を次に示す。図４に示す
ように熱伝達係数は冷却媒体の流速に強く影響され、流
速が速い方が熱の伝達が強くなる事は良く知られている
通りである。また、冷却媒体の流速は冷却パイプの挿入
深さに左右されており、その結果噴出口深さと冷却強度
の間に図５に示すような傾向を得る事ができ、即ち希望
する冷却強度を得る事ができるようになった。

【０００７】

【発明の効果】以上の様に本発明の冷却方法調節機構に
よれば鋳造の各過程に応じて金型冷却の強度を調節でき
るので溶湯充填時の金型温度の低下し過ぎを防ぎなが
ら、凝固時の金型の加熱し過ぎをも防ぐ事ができ、その
結果、欠陥の無い製品を製造する事が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による冷却機構で、強度の冷却を必要と
する場合の断面図である

【図２】本発明による冷却機構で、冷却をほとんど必要
としない場合の断面図である。

【図３】従来の冷却機構の断面図である。

【図４】熱伝達係数と冷却媒体の流速との関係図であ
る。

【図５】冷却郷土強度と冷却パイプ噴出口深さとの関係
図である。

【符号の説明】

１ 金型、2 キャビティ、3 冷却孔、4 冷却パイ
プ、5 冷却媒体噴出口、6 噴出口深さ可動機構、7
噴出口深さ制御装置、8 冷却媒体流入口、9 冷却媒体
流入口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 噴流方式の金型冷却機構に於いて、冷却
   孔内に設置される冷却パイプの冷却媒体噴出口の軸方向
   の位置を可変する機構を備える事を特徴とする噴流冷却
   の冷却強度調整機構