JPH11170024A

JPH11170024A - 金型の冷却装置

Info

Publication number: JPH11170024A
Application number: JP9335197A
Authority: JP
Inventors: Akira Yoshizawa; 亮吉沢
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 1999-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】冷却水を供給するいずれの時点においても、
冷却水が金型の亀裂を通じて漏れることを防止して安全
性を向上すると共に、冷却水の供給先頭部が気化して蒸
気となることを防止して冷却効率を向上する金型の冷却
装置を得る。【解決手段】金型に形成した冷却通路に冷却水を流通
して前記金型を冷却する金型の冷却装置であって、冷却
水の供給前より冷却通路を第１の減圧度とし、冷却水の
供給に連動して冷却通路を第１の減圧度より減圧度の大
きい第２の減圧度とする減圧制御手段を有する。そし
て、第１の減圧度は冷却通路を常時負圧にし、第２の減
圧度は冷却通路出口の冷却水温度により設定することが
好ましく、また、第１の減圧度を１〜２００ｍｍＨｇ、
第２の減圧度を５０〜５００ｍｍＨｇとすることが好ま
しい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低圧鋳造法、ダイ
カスト鋳造法、重力鋳造法などに用いられる金型の冷却
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用鋳物は、ダイカスト鋳造法、金
型鋳造法、低圧鋳造法などにより製造される。これらの
鋳造法においては、鋳造品の品質の安定化、および鋳造
サイクルタイムの短縮などのため、金型を強制的に冷却
して、金型キャビティ内に充填された金属溶湯の凝固を
コントロールしている。

【０００３】例えば、特公昭６３−２８６９９号公報に
は、金型の冷却媒体として水、油または空気、あるいは
水または油と空気の混合したものを使用し、それぞれ時
間制御することにより金型温度の微調整を可能にし、こ
れによって、金型の必要冷却位置を容易に冷却しようと
する開示がある。また特開平１−１４８４４９号公報に
は、低圧鋳造法において、金型キャビティ内に充填され
た後の金型温度を検知し、この検知温度に応じて冷却水
量を設定して金型の冷却を行うようにした、ダイレクト
金型冷却における金型温度制御方法の開示がある。

【０００４】このダイレクト金型冷却においては、冷却
水が金型内に直接もしくは実質的に直接導かれるので、
長期間の使用に伴なう熱疲労により金型に亀裂が発生す
ることがある。このため定期的に点検をして亀裂発生の
有無について調べている。しかし、点検周期のあいだに
亀裂が発生した場合、亀裂を通じて冷却水が金型キャビ
ティや溶湯通路に漏れ、充填中の溶湯に直接触れるおそ
れがある。特に低圧鋳造法においては、金型の下方に溶
湯を保持する坩堝があるので、金型からの冷却水の漏れ
は確実に防止することが求められる。

【０００５】この冷却水の漏れを防止するものとして、
特開平９−８５５２０号公報には、金型の冷却通路の片
側に冷却水供給装置を接続すると共に他側に吸引ポンプ
を接続し、金型冷却期間が終了後に、吸引ポンプにより
冷却通路に供給された冷却水をエアと共に全て吸引し
て、冷却水の漏れを防止する金型の冷却方法の開示があ
る。

【０００６】ところで、金型の冷却通路の局部を流れる
冷却水は、金型キャビティ内の溶湯により金型および冷
却通路が加熱されて気化し、水蒸気となることがある。
冷却通路内で水蒸気が発生すると、冷却水の流入抵抗が
一時的に大きくなり、水蒸気がある程度除去されるまで
冷却水が通過し難くなる。したがって、水蒸気により金
型から冷却水への熱伝達が妨げられるので、金型の冷却
効果が低下する。その結果、数１０秒〜１分程度の短時
間に急冷凝固して、局部的に微細で均一な組織とするた
めの金型温度に下げることが難しくなる。

【０００７】特開平９−１２２８７２号公報には、この
ような、金型の冷却通路に蒸気が発生して冷却効果が低
下するのを防止するため、冷却水の金型出口側の水温に
応じて、冷却通路に供給する冷却水の流量を制御する金
型の冷却制御方法の開示がある。しかし、金型通路に供
給した冷却水が気化するのは、前述の金型を冷却する期
間が終了した後だけではなく、冷却水の供給開始直後に
も供給される冷却水の先頭部が気化する。前記特開平９
−１２２８７２号公報では、冷却水を供給した後での金
型出口側の水温に応じて冷却通路に供給する冷却水の流
量を制御するため、冷却水供給開始直後の冷却水の先頭
部が気化した蒸気を除去することは難しい。

【０００８】したがって本発明の課題は、冷却水を供給
するいずれの時点においても、冷却水が金型の亀裂を通
じて漏れることを防止して安全性を向上すると共に、冷
却水の先頭部が気化して蒸気となるのを防止することで
冷却効率を向上して、高品質鋳物とする金型の冷却装置
を得ることにある。

【０００９】

【課題を解決するために手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、金型に形成した冷却通路に冷却水を流通
して前記金型を冷却する金型の冷却装置であって、冷却
水の供給前より前記冷却通路を第１の減圧度とし、冷却
水の供給に連動して前記冷却通路を前記第１の減圧度よ
り減圧度の大きい第２の減圧度とする減圧制御手段を有
することを特徴とする。

【００１０】そして、第１の減圧度は、冷却通路を連続
して負圧にするものであり、第２の減圧度は、冷却通路
出口の冷却水温度により設定する。第２の減圧度の設定
は、冷却水温度のほかに、冷却水量でも代用できる。ま
た、第１の減圧度を１〜２００ｍｍＨｇ、第２の減圧度
を５０〜５００ｍｍＨｇとすることが好ましい。第１の
減圧度を１ｍｍＨｇ以上とするのは、１ｍｍＨｇ未満で
は残留冷却水の排出が十分されないことがあるからであ
り、一方、第１の減圧度を２００ｍｍＨｇ以下とするの
は、２００ｍｍＨｇを超えても残留冷却水の排出効果が
変わらないからである。また、第２の減圧度を５０ｍｍ
Ｈｇ以上とするのは、５０ｍｍＨｇ未満では冷却水を供
給開始した際、冷却水先端の気化蒸気の排出が十分され
ないことがあるからであり、一方、第２の減圧度を５０
０ｍｍＨｇ以下とするのは、５００ｍｍＨｇを超えても
気化蒸気の排出効果が変わらないからである。

【００１１】以上のとおり、本発明によれば、冷却水の
供給前より冷却通路を第１の減圧度とすることで、冷却
通路に残留した冷却水は排出され、冷却水が、金型キャ
ビティ、溶湯通路または低圧鋳造装置などの溶湯保持炉
に漏れることが防止される。

【００１２】さらに、冷却水の供給に連動して冷却通路
を第１の減圧度より減圧度の大きい第２の減圧度とする
ことで、冷却水を供給した直後の冷却水先端の気化蒸気
が除去され、冷却水の流入抵抗が小さくなり冷却効率が
向上する。

【００１３】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、実施の形
態を詳細に説明する。図１は金型の冷却装置のシステム
構成を示す図であり、図２は冷却制御のフローチャート
を示す図である。なお、図１および図２は、冷却通路を
２回路として簡略化した例である。

【００１４】金型は、上金型４ａと下金型４ｂとからな
り、上金型４ａおよび下金型４ｂが閉じた状態で両型間
にキャビティ５を形成している。上金型４ａおよび下金
型４ｂにはキャビティ５から僅か離してそれぞれ冷却通
路６ａ、６ｂを形成している。冷却水は、鋳造サイクル
に連動して給水ポンプユニット９を駆動し、給水用電磁
弁１１ａおよび／または給水用電磁弁１１ｂを開にする
ことで、冷却水タンク１０内冷却水を冷却通路６ａおよ
び／または冷却通路６ｂに適切な圧力および／または流
量で分配供給される。なお、給水ポンプユニット９は圧
力調整弁および／または流量調整弁（図示せず）を含ん
でいる。

【００１５】また、冷却通路６ａ、６ｂの出口側には、
空圧源１３によりダイヤフラムポンプ駆動用電磁弁１３
を介して駆動する減圧度可変のダイヤフラムポンプ１５
を接続している。そして、冷却通路６ａ、６ｂの出口側
とダイヤフラムポンプ９間に配設した減圧用電磁弁１２
ａ、１２ｂをそれぞれ個々に動作させることにより、冷
却通路６ａ、６ｂ内をそれぞれ個々に減圧している。

【００１６】そして、冷却通路６ａ、６ｂの出口側の管
路には、それぞれ水温センサ７ａ、７ｂを配設して冷却
水の温度を検知している。また、冷却制御ユニット２
は、低圧鋳造機（図示せず）、給水用電磁弁１１ａおよ
び１１ｂ、水温センサ７ａおよび７ｂ、減圧用磁弁１２
ａおよび１２ｂ、ダイヤフラム駆動用電磁弁１４、ダイ
ヤフラムポンプ１５と接続しており、かつこれらを制御
している。

【００１７】次に、冷却通路６ａと冷却通路６ｂとで異
なった冷却制御とした例を、図２の冷却制御フローチャ
ート図により説明する。まず、冷却通路６ａでの冷却制
御について説明する。冷却通路６ａは、冷却水の供給前
よりダイヤフラムポンプ９を駆動して、大気圧より１〜
２００ｍｍＨｇ低い第１の減圧度で連続して減圧してい
る。これにより、冷却通路６ａ内に前の鋳造サイクルで
冷却水が残留していた場合、この残留冷却水を排出す
る。なお、鋳造サイクルの開始および終了の前後におい
ても減圧用電磁弁は開として第１の減圧度を維持してい
る。キャビティ５内に注湯した後、電磁弁１１ａを開い
て冷却通路６ａに冷却水を供給する。そして、冷却水の
供給と同時にダイヤフラムポンプ９で減圧度を上げ、第
１の減圧度より大きい５０〜５００ｍｍＨｇの第２の減
圧度とする。これにより、冷却水を供給した直後の冷却
水の先頭部の気化蒸気が除去、排出される。また、水温
センサ７ａにより、冷却水の供給先頭部の温度を検知し
て、第２の減圧度を設定することにより冷却通路６ａで
の気化蒸気の発生防止を図る。

【００１８】次に、冷却通路６ｂでの冷却制御について
説明する。冷却通路６ｂは、冷却通路６ａと同様、冷却
水の供給前より連続して大気圧より１〜２００ｍｍＨｇ
低い第１の減圧度で減圧している。これにより、冷却通
路６ｂ内に前の鋳造サイクルで冷却水が残留している場
合、この残留冷却水を排出する。低圧鋳造機の鋳造サイ
クルを開始すると、給水用電磁弁１１ｂを開いて冷却通
路６ｂに冷却水を供給するが、冷却水の供給よりわずか
に早く第１の減圧度より大きい５０〜５００ｍｍＨｇの
第２の減圧度とする。そして、蒸気圧の低下とともに徐
々に第２の減圧度を低下させる。これにより、冷却水を
供給した直後の冷却水先端の気化蒸気が更に容易に除
去、排出され、冷却水の流入抵抗を低下することができ
る。また、水温センサ７ｂにより冷却水の温度を検知し
て、第２の減圧度を設定することにより冷却通路６ｂで
の気化蒸気の発生防止が図れる。

【００１９】なお、冷却通路６ａ、６ｂでの減圧度の設
定を、第１の減圧度および第２の減圧度の２段階とした
が、必要に応じて適宜２段階以上としてもよい。

【００２０】（実施の形態２）（ＪＩＳ）ＡＣ２Ｂアル
ミニウム合金製４気筒シリンダヘッドを、低圧鋳造法で
鋳造した実施例および比較例を説明する。低圧鋳造機の
密閉容器内の坩堝に、７１０℃に保持した（ＪＩＳ）Ａ
Ｃ２Ｂアルミニウム合金を、連通管を介してシリンダヘ
ッドを形成したキャビティ内に充填した。シリンダヘッ
ドの弁間部および触火面は特に熱疲労強度が要求される
部位であり、この部位に４回路の冷却通路を形成し、４
回路を以下に示す実施例１〜７、比較例８〜１０の条件
で冷却した。実施例１〜４は、図３に示す下金型４ｂに
冷却通路６ｂを内設した入子１７（以下、単に「入子」
という）を装着し、実施例５〜７は、図４に示す下金型
４ｂに噴霧管１８を装着した。そして、実施例１〜７
は、キャビティ５内に注湯して０．５〜１分経過後、冷
却水量を５Ｌ／ｍｉｎ一定として１．５〜２分間供給
し、金型を冷却した。さらに、実施例１〜７は、第１の
減圧度から冷却水の供給に連動して第２の減圧度で減圧
した。一方、比較例８、９は入子１７、比較例１０は噴
霧管１８を装着して、冷却水量を５Ｌ／ｍｉｎ一定とし
て１．５〜２分間供給し、金型を冷却するが、冷却通路
の減圧は行わなかった。実施例１〜７および比較例８〜
１０を鋳造後、砂落し、仕上げを行った。表１に、実施
例１〜７および比較例８〜１０の冷却水量、減圧条件を
まとめて示す。なお、実施例５については、第２の減圧
度は冷却水の供給開始時に４５０ｍｍＨｇとし、その後
２分間で２００ｍｍＨｇまで第２の減圧度を変化させ
た。

【００２１】

【表１】第１の減圧度第２の減圧度 NO. 冷却通路（mmHg）（mmHg）実施例１入子１５０２入子１０２００３入子１５０３５０４入子５０４５０５噴霧管５０４５０→２００６噴霧管３０２５０７噴霧管２００５００比較例８入子無無９入子無１００１０噴霧管無無

【００２２】また鋳造時、キャビティに面して５ｍｍ深
さの金型内に温度センサを取り付け、その位置での金型
の温度を測定した。さらに、鋳造したシリンダヘッドに
ついて、各冷却通路に対応した部位の深さ１ｍｍの部分
から試料を採取し、金属組織のデンドライトアームスペ
ーシング（ＤＡＳ２）を２次枝法により測定した。ま
た、比重を測定し、以下の式により欠陥率（％）を算出
した。欠陥率（％）＝［（真比重−比重測定値）／真比重］×
１００（％）その結果を表２にまとめて示す。

【００２３】

【表２】 NO. 金型温度ＤＡＳ２欠陥率（℃）（μｍ）（％）実施例１２２０〜２５０２３〜２５０．４２１９０〜２２５２２〜２３０．２３１６５〜１９０２０〜２２０．２４１５０〜１７０１８〜２００．０８５１６０〜２００１９〜２２０．２５６２００〜２６０２２〜２６０．４７１８５〜２３０２１〜２４０．３比較例８３００〜４００２８〜３５１．２９２５０〜３４０２６〜３１０．７１０２８０〜３８０２８〜３４１．１

【００２４】表２に示すとおり、入子で冷却すると共に
第１の減圧度および第２の減圧度に制御して鋳造した実
施例１〜４は、金型温度が１５０〜２５０℃、ＤＡＳ２
が１８〜２５μｍ、欠陥率が０．０８〜０．４％、ま
た、噴霧管を形成して冷却すると共に第１の減圧度およ
び第２の減圧度に制御して鋳造した実施例５〜７は、金
型温度が１６０〜２６０℃、ＤＡＳ２が１９〜２６μ
ｍ、欠陥率は０．２５〜０．４％となっていた。このよ
うに、実施例１〜７は冷却効果が優れており、また、不
廻り、外引け、ざく巣といった鋳造欠陥の発生も見られ
ず、健全な組織となっていた。冷却通路内への冷却水の
供給に連動して減圧することにより、冷却効果が向上
し、シリンダヘッドの弁管部および触火面の組織は緻密
になり、さらに鋳造欠陥も減らすことができる。実施の
形態の金型の冷却装置を、ガソリンエンジンよりも燃焼
室内の温度や圧力が高いディーゼルエンジンのシリンダ
ヘッドの鋳造に適用することで、常温ならびに高温での
機械的性質、特に熱疲労強度を向上することができる。

【００２５】一方、減圧しないで鋳造した入子での比較
例８、および第２の減圧度のみを１００ｍｍＨｇ与えた
比較例９は、金型温度が２５０〜４００℃、ＤＡＳ２は
２６〜３５μｍ、欠陥率は０．７〜１．２％であり、噴
霧管とした比較例１０は、金型温度が２８０〜３８０
℃、ＤＡＳ２は２８〜３４μｍ、欠陥率は１．１％で
あった。以上のように、比較例８〜１０では十分な冷却
効果が得られず、まだまだ組織を改善する必要があっ
た。

【００２６】

【発明の効果】以上詳細に説明のとおり、本発明の金型
の冷却装置は、冷却水の供給前より冷却通路を第１の減
圧度とし、冷却水の供給に連動して冷却通路を第１の減
圧度より減圧度の大きい第２の減圧度とする減圧制御手
段を有するので、冷却水を供給するいずれの時点におい
ても、冷却水が金型の亀裂を通じて漏れることを防止し
て安全性を向上すると共に、冷却水が気化して蒸気とな
ることを防止して冷却効率が向上して、健全な鋳物を得
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の金型の冷却装置の、システム構成
を示す図である。

【図２】実施の形態の金型の冷却装置での、冷却制御の
フローチャートを示す図である。

【図３】金型に装着した、冷却通路を内設した入子を示
す図である。

【図４】金型に装着した、噴霧管を示す図である。

【符号の説明】

１：金型の冷却装置２：冷却制御ユニット３：制御信号４ａ：上金型４ｂ：下金型５：キャビティ６ａ、６ｂ：冷却通路７ａ、７ｂ：水温センサ９：給水ポンプユニット１０：冷却水タンク１１ａ、１１ｂ：給水用電磁弁１２ａ、1２ｂ：減圧用電磁弁１３：空圧源１４：ダイヤフラムポンプ駆動電磁弁１５：ダイヤフラムポンプ１６：冷却水戻りタンク１７：入子１８：噴霧管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金型に形成した冷却通路に冷却水を流通
して前記金型を冷却する金型の冷却装置であって、冷却
水の供給前より前記冷却通路を第１の減圧度とし、冷却
水の供給に連動して前記冷却通路を前記第１の減圧度よ
り減圧度の大きい第２の減圧度とする減圧制御手段を有
することを特徴とする金型の冷却装置。
【請求項２】請求項１に記載の第１の減圧度は、前記
冷却通路を連続して負圧にするものであることを特徴と
する金型の冷却装置。
【請求項３】請求項１に記載の第２の減圧度は、前記
冷却通路出口の冷却水温度により設定することを特徴と
する金型の冷却装置。
【請求項４】請求項１に記載の金型の冷却装置におい
て、前記第１の減圧度を１〜２００ｍｍＨｇ、第２の減
圧度を５０〜５００ｍｍＨｇとすることを特徴とする金
型の冷却装置。