JPH1119759A - ダイカスト鋳造方法および装置 - Google Patents

ダイカスト鋳造方法および装置

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JPH1119759A
JPH1119759A JP9173355A JP17335597A JPH1119759A JP H1119759 A JPH1119759 A JP H1119759A JP 9173355 A JP9173355 A JP 9173355A JP 17335597 A JP17335597 A JP 17335597A JP H1119759 A JPH1119759 A JP H1119759A
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sleeve
die casting
casting
die
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JP9173355A
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Ryoichi Shibata
良一 柴田
Yoshio Kaneuchi
良夫 金内
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Hitachi Metals Ltd
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/08—Cold chamber machines, i.e. with unheated press chamber into which molten metal is ladled
    • B22D17/12—Cold chamber machines, i.e. with unheated press chamber into which molten metal is ladled with vertical press motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
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  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金型キャビテイへ射出する際の空気の巻き込
み、湯回り不良等の問題を解消して欠陥を含まない健全
な鋳物を効率的に鋳造することができるダイカスト鋳造
方法を提供する。 【解決手段】 給湯装置からマウスピース７、給湯口４
を経て層流状態で鋳込みスリーブ２に流入する溶湯が所
定のレベルに到達した後プランジャーチップ５が鋳込み
スリーブ２内を上昇し側面が給湯口４を塞いだ位置で停
止する。鋳込みスリーブ２内に流入した溶湯は、鋳込み
スリーブ２内に穿孔された流路２ｂの冷却媒体で冷却さ
れて初晶を形成し、併せて高周波コイル６により電磁攪
拌が加えられて流動化し均熱化する。この時、溶湯温度
がセンサにより検知され、固相率が１０〜６０％の任意
の値に達したと判断されるとき、プランジャーチップ５
を上昇させて半凝固状態の溶湯を金型キャビテイ１に注
入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械的性質に優れ
た高品質の鋳物を製造するための、ダイカスト鋳造方法
及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のようにダイカスト鋳造方法は、鋳
込みスリーブ内の溶融金属を金型キャビテイ内に加圧充
填して固化し、鋳物を製造する鋳造方法である。このダ
イカスト鋳造方法は、得られる鋳物の寸法精度が高く、
高速稼動できることから多量生産が可能であり、しかも
コンピュータを用いた完全自動化が可能であるという利
点があり、アルミニウム合金等の低融点金属鋳物の鋳造
に多用されている。
【０００３】しかし、かかるダイカスト鋳造法について
は以下の諸問題が指摘されている。まず第一に強度上の
問題が挙げられる。すなわち、一般にはダイカスト鋳造
法により得られる鋳物を、特に熱処理等による改質処理
を行わない場合には、そのままで高強度を要求される強
度部材へ適用することは困難である。これは以下の理由
による。
【０００４】通常、ダイカスト鋳造を行う場合には、鋳
込みスリーブ内に注入された溶湯が鋳込みスリーブ内壁
で急冷されて凝固片が発生し、この凝固片が溶湯と同時
に鋳込まれて得られる製品中に介在する結果、製品の機
械的強度が低下する。また、スリーブから金型への溶湯
射出時に鋳込みスリーブ中の空気が溶湯中に巻き込まれ
て鋳物中に混入し、熱処理するとブリスタと呼ばれる膨
れが発生しこれが品質低下の原因となる。
【０００５】以上のダイカスト鋳造における問題を解決
する手段として、従来から各種特殊ダイカスト鋳造法が
提案されている。その中でホットスリーブ法は、鋳込み
スリーブ内壁での凝固片の発生を防止することを目的と
して、鋳込みスリーブを加熱して行われるダイカスト鋳
造法である。また、縦射出式ダイカスト鋳造法は、鋳込
みスリーブ中の空気の巻き込みを低減することを目的と
して行われる。
【０００６】しかし以上の各種特殊ダイカスト鋳造法に
おいても解決するべき以下の問題がある。すなわち、生
産性を向上することを目的として鋳込みスリーブから金
型キャビティへの射出速度を大きくすると、鋳込みスリ
ーブ内の溶湯が乱れて空気を巻き込む度合いが高くな
り、しかも金型キャビテイ内壁で溶湯が急冷凝固して生
成される凝固片が製品中に取り込まれ、これが得られる
製品の機械的性質低下の原因となる。一方、空気の巻き
込みを防止することを目的として鋳込みスリーブから金
型キャビティに溶湯を低速で射出する様にすると、金型
キャビティ内における湯流れ不良が発生し、これが不回
り等の製品不良の原因となる。
【０００７】そこで以上の従来の各種特殊ダイカスト鋳
造法に存する問題を解消することを試みたダイカスト鋳
造法が特開平８ー２５７７２２号公報により開示されて
いる。この特開平８ー２５７７２２号公報により開示さ
れたダイカスト鋳造法は、鋳込みスリーブにおいて溶融
金属の初晶を粒状化させて半溶融状態として金型キャビ
テイ内に加圧充填し、凝固させることを特徴とする。こ
の特開平８ー２５７７２２号公報に示されたダイカスト
鋳造法によれば、以下の工程でダイカスト鋳造が行われ
る。
【０００８】先ず 図７に示すように、材料溶湯の状態
図に示される液相線近傍の温度に保持された溶湯が鋳込
みスリーブ２に注湯する。次ぎに図７に示されるよう
に、鋳込みスリーブ２内にて溶融金属の温度を液相線近
傍から液相線より低く固相線または共晶線より高い所定
の温度まで所定の冷却速度で低下させ、これにより溶融
金属の初晶を実質的に粒状化させて半溶融状態にする。
これにより、粒状の初晶と共晶温度以上の液体とによる
チキソトロピーを得ることができる。
【０００９】その後、図７に示されるように鋳込みスリ
ーブ２から金型１への半溶融溶湯の充填を行う。この
際、鋳込みスリーブ２から金型１へ充填される半溶融溶
湯の流動状態は、半溶融溶湯が備えるチキソトロピー性
によって層流となり、ガスの巻き込みが少なくなる。す
なわち、組織が粒状化して固相が存在すれば力が加わっ
た時に粒状化した固相の移動と液相の移動が同時に起
り、固液が共に移動する現象が生じ、その結果としてガ
スの巻き込みが少なくなってガス含有量が減少し、熱処
理してもブリスタが発生しない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した特開
平８ー２５７７２２号公報に示されたダイカスト鋳造方
法についても更に次のような問題がある。特開平８ー２
５７７２２号公報に示されたダイカスト鋳造方法では、
図７に示されるように鋳込みスリーブ２に溶融金属を注
湯する際にはスリーブ２上部からラドル等を使用してス
リーブ２に溶湯を落しこむ。そのため、スリーブ２内側
に溶湯が落下する際に、スリーブ２内で乱流が発生して
空気を巻き込み、溶湯中のガス含有量が増加すると共に
溶湯表面に酸化膜が形成され、ガス孔が発生することが
ある。また、注湯中に発生した酸化物が溶湯中に巻き込
まれて欠陥となり、機械的性質に著しい悪影響を及ぼ
す。
【００１１】その結果、最終的に凝固した製品中に酸化
物やガス孔に起因する欠陥が発生し機械的強度を低下さ
せる要因となる。図８にはその様にして得られた製品中
の欠陥である酸化膜３０やガス孔３１の例を示す。
【００１２】本発明のダイカスト鋳造法は以上の従来技
術における問題点に鑑みてなされたものであって、鋳込
みスリーブへの給湯時における空気の溶湯への巻き込み
を最小限にして溶湯のガス含有量を低減し、それにより
酸化膜の発生やガス孔の発生を防止すると共に金型キャ
ビテイへ射出する際の空気の巻き込み、湯回り不良等の
問題を解消して欠陥を含まない健全な鋳物を効率的に鋳
造することができるダイカスト鋳造方法を提供すること
を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本願の第１の発明のダイカスト鋳造方法は、溶湯を
スリーブ底部より給湯後スリーブ内にて冷却し、晶出す
る初晶を粒状化することを特徴とする。
【００１４】また本願の第２の発明のダイカスト鋳造方
法は、溶湯のスリーブに対する供給位置を、スリーブ内
に配置されるプランジャーチップの静止位置と金型との
中央位置よりもプランジャーチップ側から溶湯を給湯後
スリーブ内にて冷却し、晶出する初晶を粒状化すること
を特徴とする。
【００１５】また本願の第３の発明のダイカスト鋳造方
法は、溶湯を層流状態でスリーブ底部より給湯後スリー
ブ内にて冷却し、晶出する初晶を粒状化することを特徴
とする。
【００１６】また本発明のダイカスト鋳造方法は、スリ
ーブ中溶湯の冷却速度が１０℃／ｓｅｃ未満に管理され
ることを特徴とする。
【００１７】また本発明のダイカスト鋳造方法は、得ら
れる鋳物中の総ガス量が約1cc/100g以下となるよう管理
して行われることを特徴とする。
【００１８】また本願の第４の発明のダイカスト鋳造装
置は、溶湯をスリーブ底部より給湯する給湯機構と溶湯
を初晶温度と固相線または共晶温度との間まで冷却する
機構とを備えた鋳込みスリーブとを有することを特徴と
する。
【００１９】また本発明のダイカスト鋳造装置は、給湯
機構による溶湯のスリーブに対する供給位置を、スリー
ブ内に配置されるプランジャーチップの静止位置と金型
との中央位置よりもプランジャーチップ側に設定するこ
とを特徴とする。
【００２０】また本発明のダイカスト鋳造装置は、溶湯
を層流でスリーブに供給するにあたり溶湯を層流とする
管理機構を有することを特徴とする。
【００２１】また本発明のダイカスト鋳造装置は、スリ
ーブ内溶湯の初晶を球状化する溶湯温度管理機構を有す
ることを特徴とする。
【００２２】また本発明のダイカスト鋳造装置は、溶湯
温度管理機構が電磁撹拌作用によりスリーブ内溶湯の温
度を管理する機構であることを特徴とする。
【００２３】また本発明のダイカスト鋳造装置は、スリ
ーブに対する溶湯注湯速度管理機構を有することを特徴
とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。本発明において溶融金属の初晶を実
質的に粒状化させる手段としては、例えば鋳込みスリー
ブに給湯する溶融金属の温度を液相線近傍とし、そこか
ら鋳込みスリーブにおいて液相線より低く固相線または
共晶線より高い所定の温度まで所定の速度で低下させる
方法がある。このように鋳込みスリーブ内溶融金属を液
相線近傍から液相線より低く固相線または共晶線より高
い所定の温度まで低下させる過程で、機械撹はんや電磁
撹はんその他の固液共存状態におけるせん断力の付加を
行うことなく、溶融金属の初晶が実質的に粒状化され
る。例えばＡ３５７合金であれば、液相線以下１０℃付
近から液相線４０℃程度上までの温度範囲に管理する。
それより高い温度に保持する場合にはデンドライドが成
長し易くなり、一方、それより低い温度に保持する場合
には、注湯前にデンドライトが発生して、流動性が悪化
する。
【００２５】溶融金属を鋳込みスリーブ内で半溶融状態
まで冷却し粒状の初晶を得るために、注湯したスリーブ
内の溶湯を所定内の冷却速度で冷却する。この冷却速度
は１０℃／秒未満とするのが好ましい。またかかる所定
内の冷却速度を実現するには、鋳込みスリーブをコール
ドクルーシブル構造とし、高周波で溶湯を撹拌し、スリ
ーブを冷却しつつ溶湯に熱量を与える。それによりスリ
ーブ内溶湯の均熱化と晶出した固相の球状化を図ること
ができる。さらに、溶湯を鋳込みスリーブに供給する
時、鋳込みスリーブ内を不活性ガス雰囲気として溶湯表
面が不活性ガスに覆われた状態とし、しかる後に金型キ
ャビテイに射出成形することによりガス欠陥の発生を防
止することができる。また溶湯の酸化を最小限とするこ
とができる。尚、初晶の球状化に関しては、通常の温度
の溶湯をスリーブ内に注湯後、電磁撹拌により初晶を球
状にすることも可能。
【００２６】次ぎに図１、図２、図３、図４、図５、図
６には本発明のダイカスト鋳造装置の一実施の形態を示
す。図１、図２、図３において、縦射出ダイカスト装置
の金型１は固定型１ａと可動型１ｂとで構成され、左右
に分割する構造となっている。鋳込みスリーブ２は金型
１の湯口部１ｃに先端を嵌合する機構とし、アルミ溶湯
と接触する内面にはセラミック製の内筒２ａを嵌合して
構成する。鋳込みスリーブ２には、その側面下部でかつ
プランジャーチップ５の上部の位置にアルミ溶湯の給湯
口４を設け、給湯口４上部から鋳込みスリーブ２の上部
にかけて鋳込みスリーブ２の周囲に高周波コイル６を設
置する。高周波コイル６の設置位置に対応する鋳込みス
リーブ２部位には冷却用の流路２ｂ（図示せず）を設
け、水や空気等の冷却媒体を流通し冷却可能な構造とす
る。
【００２７】給湯口４には、給湯口４と同等の口径の流
路を有するマウスピース７を接続し、さらにマウスピー
ス７の他端接続口にアルミ溶湯の給湯管８を接続する。
マウスピース７の流路には垂直管部７ａを中央部に設け
ると共に、その上部にガス供給口７ｂを設けて配管を接
続し、アルゴンガスや窒素等の不活性ガスを供給するこ
とができる構造とする。マウスピース７を形成する材料
としては炭化珪素やカーボンセラミック等の耐火物を用
いることができる。
【００２８】給湯管８はアルミ給湯機９及びアルミ保持
炉１０に連通し、アルミ溶湯２０を供給できるように構
成する。アルミ溶湯２０の液面は、通常マウスピース７
の垂直部の任意の位置に保持する。アルミ給湯機９は、
本実施例では電磁ポンプ方式を採用したものとして説明
されるが、それ以外にもガス加圧方式などを用いること
ができる、特に給湯方式は限定されない。
【００２９】マウスピース７及び給湯管８の外側にはシ
ーズヒーター若しくはカートリッジヒーター２２が設け
られ、さらに断熱材により放熱が防止される。これによ
り、給湯管８内におけるアルミ溶湯の凝固が防止され
る。
【００３０】次ぎに図４、図５、図６を用いて、上述の
本発明のダイカスト鋳造装置を用いて行われる本発明の
ダイカスト鋳造法の鋳造過程を説明する。なお以下の鋳
造過程は図示しないコンピューター等の制御装置により
制御して行わせるようにすることができる。
【００３１】まず給湯装置により鋳込みスリーブ２に対
する溶湯２０の供給を開始する。溶湯は、マウスピース
７から給湯口４を経て、層流状態で鋳込みスリーブ２に
流入する。溶湯が所定のレベルに到達した後、プランジ
ャーチップ５が鋳込みスリーブ２内を上昇し、プランジ
ャーチップ５側面が給湯口４を塞いだ位置で停止する。
それと平行して溶湯をマウスピース７の垂直管部７ａま
で戻すよう制御装置により給湯機に指令する。また、プ
ランジャーチップ５先端の停止位置は、その移動距離を
常に図示しないセンサで検知することにより監視し、そ
の検知結果が図示しない制御装置に入力されて認識され
る。
【００３２】この時、給湯口４はプランジャーチップ５
で閉塞されている。したがって、その状態でマウスピー
ス７内溶湯が下降する場合には、溶湯表面には負圧が働
く。しかし、マウスピース７上部に設けたガス供給口７
ｂからアルゴンガスや窒素ガスをマウスピース７内に供
給することにより、マウスピース７内の負圧を解消して
溶湯の下降を促進し、併せて溶湯の酸化を防止すること
ができる。またその場合に、ガス供給口７ｂとガスボン
ベ間の配管に逆止弁を設けることにより、マウスピース
７側からのガス供給口７ｂとガスボンベ間領域へのアル
ミ溶湯の流入を防止することができる。ガス供給口には
万一の溶損逆流防止及びガス配管内の圧力を適度に保つ
ため、フィルターを設置するのが好ましい。
【００３３】一方、鋳込みスリーブ２内に流入した溶湯
は、鋳込みスリーブ２内に穿孔された流路２ｂの冷却媒
体で冷却されて粒状の初晶を形成し、半凝固状態とな
る。また、併せて鋳込みスリーブ２内溶湯には高周波コ
イル６により電磁攪拌が加えられ、それにより溶湯は流
動化し均熱化すると同時に、粒状の初晶が球状化する。
この時、溶湯温度が図示しないセンサにより検知され、
これも図示しないコンピュータ等により、溶湯における
固相率が１０〜６０％の任意の値に達したと判断される
とき、プランジャーチップ５を上昇させて半凝固状態の
溶湯を金型キャビテイ１に注入する。
【００３４】
【実施例】
実施例１ 本発明のダイカスト鋳造装置を用いて本発明のダイカス
ト鋳造方法によりＪＩＳのＡＣ４ＣＨ合金で図６に示す
鋳物を鋳造した本発明の実施例と比較例における機械的
性質の評価結果を表１に示す。表1から、本発明により
鋳物中の酸化物が減少し機械的性質のばらつきが減少す
ることがわかる。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明のダイカスト
鋳造装置及びこれを用いたダイカスト鋳造方法によれ
ば、鋳込みスリーブで溶融金属の初晶を実質的に粒状化
して半溶融状態として金型キャビテイ内に加圧充填して
凝固させるダイカスト鋳造法において、鋳込みスリーブ
への給湯をスリーブ底部より層流で行い、しかも、スリ
ーブ内を不活性ガスで充満させるため半凝固状態の溶湯
の酸化が少なく機械的性質が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態のダイカスト鋳造装置
を示す概念図。
【図２】 図１に示す本発明の一実施の形態のダイカス
ト鋳造装置の部分断面図。
【図３】 図１に示す本発明の一実施の形態のダイカス
ト鋳造装置の部分平面図。
【図４】 図１に示す実施の形態のダイカスト鋳造装置
の作動過程を示す説明図。
【図５】 図１に示す実施の形態のダイカスト鋳造装置
の作動過程を示す別の説明図。
【図６】 図１に示す実施の形態のダイカスト鋳造装置
の作動過程を示す更に別の説明図。
【図７】 従来のダイカスト鋳造過程を示す説明図。
【図８】 従来のダイカスト鋳造方法により得られた製
品の欠陥を示す説明図。
【符号の説明】
１・・・金型 ,２・・・鋳込みスリーブ,４・・・給湯口,５・・・プ
ランジャーチップ,６・・・高周波コイル,７・・・マウスピー
ス,８・・・給湯管,１２・・・エアシリンダ,１５・・・温度検出
器,２０・・・溶湯,２２・・・加熱用ヒーター,３０・・・酸化
膜,３１・・・ガス孔。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 溶湯をスリーブ底部より給湯後スリーブ
    内にて冷却し、晶出する初晶を粒状化することを特徴と
    するダイカスト鋳造方法。
  2. 【請求項２】 溶湯のスリーブに対する供給位置を、ス
    リーブ内に配置されるプランジャーチップの静止位置と
    金型との中央位置よりもプランジャーチップ側から溶湯
    を給湯後スリーブ内にて冷却し、晶出する初晶を粒状化
    することを特徴とするダイカスト鋳造方法。
  3. 【請求項３】 溶湯を層流状態でスリーブ底部より給湯
    後スリーブ内にて冷却し、晶出する初晶を粒状化するこ
    とを特徴とするダイカスト鋳造方法。
  4. 【請求項４】 スリーブ内溶湯の冷却速度が１０℃／ｓ
    ｅｃ未満に管理されることを特徴とする請求項１〜請求
    項３の何れか一に記載のダイカスト鋳造方法。
  5. 【請求項５】 得られる鋳物中の総ガス量が約1cc/100g
    以下となるよう管理して行われる請求項１〜請求項４の
    何れか一に記載のダイカスト鋳造方法。
  6. 【請求項６】 溶湯をスリーブ底部より給湯する給湯機
    構と溶湯を初晶温度と固相線または共晶温度との間まで
    冷却する機構とを備えた鋳込みスリーブとを有すること
    を特徴とするダイカスト鋳造装置。
  7. 【請求項７】 給湯機構による溶湯のスリーブに対する
    供給位置を、スリーブ内に配置されるプランジャーチッ
    プの静止位置と金型との中央位置よりもプランジャーチ
    ップ側に設定する請求項６記載のダイカスト鋳造装置。
  8. 【請求項８】 溶湯を層流でスリーブに供給するにあた
    り溶湯を層流とする管理機構を有する請求項６又は請求
    項７記載のダイカスト鋳造装置。
  9. 【請求項９】 スリーブ内溶湯の初晶を球状化する溶湯
    温度管理機構を有する請求項６〜請求項８の何れか一に
    記載のダイカスト鋳造装置。
  10. 【請求項１０】 溶湯温度管理機構が電磁撹拌作用によ
    りスリーブ内溶湯の温度を管理する機構である請求項９
    に記載のダイカスト鋳造装置。
  11. 【請求項１１】 スリーブに対する溶湯注湯速度管理機
    構を有する請求項６〜請求項１０の何れか一に記載のダ
    イカスト鋳造装置。
JP9173355A 1997-06-30 1997-06-30 ダイカスト鋳造方法および装置 Pending JPH1119759A (ja)

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