JPH11309558A - 可変ゲートを用いたダイカスト成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のダイカスト成形方法で
は、キャビティ内の溶湯充填の流れは乱流となり、空気
の巻込み巣、湯じわ、湯境等が発生して鋳造不良となっ
ていた。本発明は、従来のダイカスト成形方法では回避
することが困難であつた空気の巻込み巣、湯じわ、湯境
等の鋳造欠陥の発生しないダイカスト成形方法を提供す
るものである。 【解決手段】 ゲート部に溶湯通過面積の拡
縮が可能な可変ゲートを用いたダイカスト成形方法であ
って、キャビティ空間に溶湯を充填する際に、溶湯が金
型キャビティ容積の３０〜６０％充填するまでは、溶湯
のゲート通過速度が０．４〜０．５ｍ／ｓとなるように
ゲート部の溶湯通過面積を確保するとともに、プランジ
ャーの鋳込み圧力が設定圧力まで上昇した後、溶湯の凝
固収縮過程に対応してゲート部の溶湯通過面積を小さく
するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゲート部の溶湯通
過面積を拡縮し得る機構を金型内に設けた可変ゲート金
型を用いたダイカスト成形に関するものであり、ダイカ
スト成形中のゲート部の溶湯通過面積を拡縮することに
よって成形品品質を向上させる、可変ゲートを用いたダ
イカスト成形方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ダイカスト成形においては、型締された
金型のキャビティ空間内へ溶湯を充填し、金型内での冷
却固化の後に型開きしてダイカスト成形品を得ている。
金型のキャビティ空間内に溶湯を充填する充填工程で
は、溶湯は射出スリーブからランナを介して金型のゲー
ト部と呼ばれる狭い通路を通ってキャビティ空間内へ充
填される。このため、充填時間が長い場合は、充填途中
の溶湯の一部が狭いゲート部で冷却固化し押湯効果の妨
げとなつたり完全充填ができなくなったりする。従っ
て、金型のキャビティ空間内に溶湯を充填する充填工程
では、できるだけ短時間に溶湯の充填を完了させる射出
条件を採用し、溶湯の一部がゲート部で冷却固化しない
ようにして成形していた。また、従来のダイカスト成形
においては、成形後に製品部とランナー部とを分離する
作業を容易にすると共に、分離する際に製品部が欠損し
ないようにするため、ゲート部の厚さが１〜３ｍｍでゲ
ート比（射出スリーブ断面積をゲート部の溶湯通過面積
で除した値）が２０〜３０の金型を用いて成形してい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このため、最小射出速
度（射出プランジャの前進速度）を０．１ｍ／ｓとした
場合でも、充填中における溶湯のゲート通過速度（ゲー
ト速度とも呼ぶ）は２〜３ｍ／ｓとなり、射出速度条件
次第では溶湯のゲート通過速度が１０ｍ／ｓ以上になる
こともあった。これは、従来ゲートサイズを成形後のゲ
ートカットを主体に決定していたことに起因している。
ゲートの厚さは製品肉厚より小さくしなければならない
し、ゲートの幅も製品形状に制限される。このような状
況もあって、従来のダイカスト金型設計ではゲート断面
積を積極的に目標範囲に収めるのではなく、結果的にゲ
ート断面積が決定されていた。また、溶湯のゲート通過
速度を目標範囲に収めるようにダイカスト成形条件を設
定することも一般的でなく、従来の平均的なダイカスト
成形条件を溶湯のゲート通過速度で示すと、多くの場合
３〜５ｍ／ｓになっていた。このような従来の平均的な
ダイカスト成形条件を、気密性が求められるアルミ鋳造
品であるカーエアコン部品に適用すると、図３（ｂ）に
示す鋳造流れＣＡＥシミュレーション「ＳＴＥＦＡＮ」
の流動解析結果のように、充填中のキャビティ４内の溶
湯流れはゲート前方の一部の溶湯流れが突出して、空気
の巻込み巣、湯じわ、湯境等の鋳造欠陥が避けられない
ことが示された。図５は、気密性が求められるアルミ鋳
造品であるカーエアコン部品を従来のダイカスト成形法
で成形した成形品の外観を示す説明図である。図５に示
すように、実際の成形でも、従来のダイカスト成形法で
成形したカーエアコン部品には空気の巻込み巣が発生し
ていた。

【０００４】このように、従来のダイカスト成形方法で
発生していた空気の巻込み巣、湯じわ、湯境等の鋳造欠
陥は、単にダイカスト成形品の表面外観の不良を招来す
るだけでなく、ダイカスト成形品の耐圧性、気密性およ
び成形品強度を低下させる重大な問題であった。従っ
て、耐圧性、気密性および成形品強度が求められるアル
ミ鋳造品を通常のダイカスト成形機で成形することはま
れであり、通常のダイカスト成形機を適用する場合は成
形後の後加工を必要とする上に、高い不良率を覚悟しな
ければならなかった。従来法では、図５に示すようにカ
ーエアコン部品成形品の各部に空気の巻込み巣が発生
し、成形後の後加工を実施してもなお成形品不良率が１
５％となっていた。アルミ鋳造業界では、耐圧性、気密
性を要求されるアルミ鋳造品を評価する尺度として、ア
ルミ鋳造品中の残存ガス量を最重要特性値としている。
一般に、アルミ鋳造品中の残存ガス量が１０ｃｃ／１０
０ｇ以下であれば、製品の耐圧・気密機能を満足し、ア
ルミ鋳造品中の残存ガス量が１ｃｃ／１００ｇ以下であ
れば、製品の熱処理が実施可能であることは公知の事実
である。図５に示す従来のダイカスト成形法で成形した
カーエアコン部品の残存ガス量を、残存ガス量測定装置
（株式会社三栄理研製ＳＨＩＮＥＶＡＣ型式ＧＶ−７０
０Ｅ）で測定した結果は２２．３ｃｃ／１００ｇであ
り、残存ガス量の値からも耐圧・気密機能に問題がある
ことが示された。

【０００５】一方、スクイズダイカストマシンでの成形
では、通常の横型ダイカストマシンでの成形と比較する
と溶湯の冷却速度が遅く、また、スクイズダイカストマ
シンは射出速度設定条件面で低速設定が可能なマシン仕
様となっている。従って、スクイズダイカストマシン
は、低速充填となる射出速度条件が選択可能となり、金
型キャビティ内の溶湯充填の乱流化防止には有利であ
る。さらに、ゲート比５〜１０程度にまでゲート部の溶
湯通過面積を拡大することにより、空気の巻込み巣、湯
じわ、湯境等の鋳造欠陥の発生防止が可能となるが、大
きい溶湯通過面積が大きいゲート部断面積として成形さ
れるので、成形後に製品部とランナー部とを分離する作
業が困難となることは避けられなかった。

【０００６】

【発明を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために、本発明においては、ゲート部に溶湯通過面
積の拡縮が可能な可変ゲートを用いたダイカスト成形方
法であって、キャビティ空間に溶湯を充填する際に、溶
湯が金型キャビティ容積の３０〜６０％充填するまで
は、溶湯のゲート通過速度が０．４〜０．５ｍ／ｓとな
るようにゲート部の溶湯通過面積を確保するとともに、
プランジャーの鋳込み圧力が設定圧力まで上昇した後、
溶湯の凝固収縮過程に対応してゲート部の溶湯通過面積
を小さくするようにした。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下図面に基づいて本発明の詳細
について説明する。図１〜図４は本発明の実施例に係
り、図１はダイカストマシンの要部縦断面図、図２は可
動ブロック動作説明図、図２（ａ）は充填工程時の状態
図、図２（ｂ）は押湯工程時の状態図、図３は本発明と
従来法のキャビティ内流動解析比較の説明図、図３
（ａ）は本発明の成形方法における流動解析結果説明
図、図３（ｂ）は従来法における流動解析結果説明図、
図４はダイカスト成形品の外観を示す説明図である。

【０００８】図１に示すように、ダイカストマシンは固
定盤１に装着された固定金型１ａと、可動盤２に装着さ
れて固定金型１ａに対し遠近方向へ進退することにより
型締・型開される可動金型２ａとを備えており、型締さ
れた両金型１ａ，２ａの分割面３の両側には、キャビテ
ィ４が形成されている。固定盤１のスリーブ孔には、注
湯口５ａを有する射出スリーブ５が挿入されており、そ
の内孔とキャビティ４とは金型１a，１ｂに設けたスリ
ーブ５ｂとゲート６を介して連通されている。そして、
このゲート６に対向して可動金型２ａ内に可動ブロック
２０がゲート部の溶湯通過面積を拡縮できるように進退
自在に設けられ、この可動ブロック２０の背面にはフラ
ンジ状のストッパ２０ａが有り、前進限を規制され、か
つ、油圧シリンダ２２のピストンロッド２１に連結され
ている。さらに、油圧シリンダ２２のヘッド側接続口お
よびロッド側接続口には、電磁弁２３、圧力調整弁２４
を経由して油圧ポンプ２５に連通されている。

【０００９】一方、射出スリーブ５と同心状に配設され
た射出シリンダ７には、図示しない油圧源から供給され
る作動油の油圧力で進退するピストンロッド８が設けら
れ、ピストンロッド８に連結された射出プランジャ９の
頭部であるプランジャチップ１１は、射出スリーブ５の
内孔に進退自在に嵌合されている。そして、ピストンロ
ッド８、射出プランジャ９およびプランジャチップ１１
と共に進退動するレバー８ａに取付けられたストライカ
８ｂがリミットスイッチ１０と接触して発信される信号
によって、射出速度を切替えるように構成されている。

【００１０】次に、一連のダイカスト成形サイクルを以
下に説明する。まず、ピストンロッド８を後退限まで後
退した状態で、溶湯１２を注湯口５ａから射出スリーブ
５内に供給し、次に射出シリンダ７の油圧力でピストン
ロッド８を前進させると、プランジャチップ１１が射出
スリーブ５内とスリーブ５ｂ内とで前進し、プランジャ
チップ１１の前進で押出された溶湯１２はゲート６を介
してキャビティ４内に射出される（充填工程）。充填工
程の開始時は、電磁弁２３のソレノイドＳＯＬ２を励磁
することにより、油圧ポンプ２５により吐出される作動
油を油圧シリンダ２２のロッド側に導き可動ブロック２
０を後退限位置に保持する。この状態が図２（ａ）に示
す状態であり、ゲート６の隙間は最大隙間Ｓ１となり溶
湯１２の通過面積が大きい状態を保持している。ゲート
６の最大隙間Ｓ１は、溶湯１２のゲート通過速度（ゲー
ト速度）が０．４〜０．５ｍ／ｓとなるように設定され
る。

【００１１】我々は充填工程における溶湯のゲート通過
速度を０．５ｍ／ｓ以下にするとキャビティ内の溶湯充
填の流れが層流となることを可視化実験および流動解析
シミュレーションで確認し、さらに実際のダイカスト成
形での各種成形事例を通じて検証してきた。実際のダイ
カスト成形においては、完全充填の容易性と空気の巻込
み巣発生防止効果のバランスからゲート速度を選択する
ことになるが、各種のダイカスト成形事例を通じて、空
気の巻込み巣、湯じわ、湯境等の鋳造欠陥のない品質良
好なダイカスト成形品を得るにはゲート速度０．５ｍ／
ｓ以下が適していることを確認した。実際の金型設計に
おいてはゲート厚さを０．１ｍｍ以下の端数のない数値
に設定する慣習があるので、結果的にゲート速度を正確
に０．５ｍ／ｓに一致させることはできないことを考慮
すると、溶湯のゲート通過速度が０．４〜０．５ｍ／ｓ
の範囲に入るようなゲート厚さを採用するのが望まし
い。

【００１２】一方射出速度条件としては、充填の後半で
は既にキャビティ内に充填されたゲート前方の溶湯の存
在によって溶湯流れの乱れを抑制する作用が生じるよう
になるので、充填時間をできるだけ短縮するために充填
後半の射出速度を増速させるのが一般的である。本実施
例では、充填工程中にストライカ８ｂがリミットスイッ
チ１０と接触して発信される信号によって、射出速度を
切替えるようにしている。なお、充填後半の射出速度を
増速させても溶湯充填の流れが乱れなくなる充填率は成
形品や射出速度によって異なるが、一般的には３０〜６
０％である。

【００１３】上記の射出速度の切替えとは別に、プラン
ジャーの鋳込み圧力が設定圧力まで上昇したことを検知
して、電磁弁２３のソレノイドＳＯＬ１を励磁（ソレノ
イドＳＯＬ２の非励磁）に切替えて、油圧ポンプ２５に
より吐出される作動油を油圧シリンダ２２のヘッド側に
導きピストンロッド２１を前進させ、ゲート６の隙間を
縮小する。ゲート６の隙間を縮小する工程を通じて、射
出シリンダ７の油圧力が可動ブロック２０に負荷してい
るが、油圧シリンダ２２のヘッド側に導かれた作動油に
よってピストンロッド２１を前進させようとする油圧力
は、射出シリンダ７の油圧力に対向する力として作用す
る。キャビティ４内の溶湯１２の圧力上昇の進行に対応
して、ゲート６の隙間を縮小する工程中の圧力調整弁２
４の設定圧力を上げることにより、ピストンロッド２１
が射出シリンダ７の油圧力に対向して前進しゲート６の
隙間は小さくなる。図２（ｂ）に示す状態は、最終的に
最小隙間Ｓ２となった状態であり、最小隙間Ｓ２は１〜
３ｍｍに設定される。

【００１４】このようにして、溶湯の凝固収縮過程に対
応してゲート部の溶湯通過面積を徐々に小さくすること
で、押湯工程での押湯効果を確保するとともに成形後の
ダイカスト製品部とランナー部とを分離する作業にも支
障がないようにした。なお、図２（ｂ）に示す状態で
は、可動ブロック２０の背面に設けたフランジ状のスト
ッパ２０ａは可動金型２ａに当接しているので、圧力調
整弁２４の設定圧力を射出シリンダ７の油圧力に対して
過大に設定しても、最小隙間Ｓ２は再現性よく正確に保
持される。

【００１５】上記充填工程をキャビティ４内の溶湯流れ
の面から見ると、図３（ａ）に示す鋳造流れＣＡＥシミ
ュレーション「ＳＴＥＦＡＮ」の流動解析結果のように
安定した流れとなり、実際の成形においても、図４に示
すように、空気の巻込み巣、湯じわ、湯境等の鋳造欠陥
のない品質良好なカーエアコン部品成形品が得られる。
なお、図３（ａ）、図３（ｂ）の鋳造流れＣＡＥシミュ
レーション「ＳＴＥＦＡＮ」の流動解析結果は、共にプ
ランジャ速度０．３ｍ／ｓおよび射出スリーブ直径７０
ｍｍを共通条件として演算したものである。

【００１６】キャビティ４内に溶湯１２を充填したのち
も引き続き射出シリンダ７に所定の油圧力を作用させる
ことにより、キャビティ４内の溶湯１２の冷却・凝固・
収縮の進行に際し成形に適した型内圧力を保持させるこ
とができ、ダイカスト成形品の金属組織を緻密にするこ
とができる（押湯工程）。

【００１７】その後、キャビティ４内の溶湯１２の冷却
・凝固・収縮の完了を待ち、型開して鋳造品をキャビテ
ィ４から取出す（製品取出工程）。さらに、次ショット
の充填工程の前に、電磁弁２３のソレノイドＳＯＬ２を
励磁することにより、図２（ａ）に示すように、ゲート
６の隙間を最大隙間Ｓ１に復帰させる。以上で一連のダ
イカスト成形サイクルが完了となる。

【００１８】なお、本実施例ではゲート６の隙間調整を
圧力調整弁２４の設定圧力により設定したが、これに限
定されるものではなく、調整手段としてサーボ弁等を採
用して、ピストンロッド２１もしくは可動ブロック２０
の位置を直接制御する位置保持制御としてもよい。ま
た、押湯工程中におけるキャビティ４内の溶湯１２の冷
却・凝固・収縮の進行に対応し、ゲート６の隙間を調整
するタイミングの判定手段として、ロードセルもしくは
型内圧センサ等を金型内あるいは金型外に設けて、この
検出値を利用するようにしてもよい。

【００１９】本実施例では、図４に示すカーエアコン部
品を成形したが、このカーエアコン部品の残存ガス量を
残存ガス量測定装置（株式会社三栄理研製ＳＨＩＮＥＶ
ＡＣ型式ＧＶ−７００Ｅ）で測定した結果、０．８ｃｃ
／１００ｇであった。前述の従来法での残存ガス量２
２．３ｃｃ／１００ｇに対し、本実施例での残存ガス量
０．８ｃｃ／１００ｇは飛躍的な改善であり、耐圧・気
密機能を満足し熱処理が実施できる製品品質であること
が残存ガス量の値からも示される結果となった。また、
従来法では成形後の後加工を実施してもなお不良率１５
％であったのが、本実施例でのカーエアコン部品の不良
率は後加工なしで０％となった。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、下
記のような優れた効果が得られる。 （１）従来は、射出速度を通常のダイカストマシンの最
小設定値０．１ｍ／ｓに設定した場合でも空気の巻き込
み巣、湯じわ、湯境等が発生していたが、本発明では、
金型内にゲート部の溶湯通過面積を拡縮し得る機構を設
けた金型を用い、溶湯充填中、溶湯が金型キャビティ容
積の３０〜６０％充填するまでは、溶湯のゲート通過速
度が０．４〜０．５ｍ／ｓになるゲート部の溶湯通過面
積を確保することにより、キャビティ内の溶湯充填の流
れは層流となり、空気の巻込み巣、湯じわ、湯境等の鋳
造欠陥のない品質良好なダイカスト成形品が得られる。 （２）これに加えて、プランジャーの鋳込み圧力が設定
圧力まで上昇した後、溶湯通過面積拡縮機構を作動させ
て、ゲート部の溶湯通過面積を徐々に小さくすること
で、押湯工程での押湯効果を確保するとともに成形後の
ダイカスト製品部とランナー部とを分離する作業にも支
障がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用するダイカストマシンの要部縦断
面図である。

【図２】本発明に使用するダイカストマシンの可動ブロ
ック動作説明図である。

【図３】本発明と従来法のキャビティ内流動解析比較の
説明図である。

【図４】本発明の実施例に係るダイカスト成形品の外観
を示す説明図である。

【図５】従来法での鋳造欠陥発生箇所を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 固定盤 １ａ 固定金型 ２ 可動盤 ２ａ 可動金型 ３ 分割面 ４ キャビティ ５ 射出スリーブ ５ａ 注湯口 ５ｂ スリーブ ６ ゲート（金型） ６ａ ゲート部（鋳造品） ７ 射出シリンダ ８ ピストンロッド ８ａ レバー ８ｂ ストライカ ９ 射出プランジャ １０ リミットスイッチ １１ プランジャ １２ 溶湯 １５ エアーベント（金型） １５ａ エアーベント部（鋳造品） １７ ランナー（金型） ２０ 可動ブロック ２０ａ ストッパ ２１ ピストンロッド ２２ 油圧シリンダ ２３ 電磁弁 ２４ 圧力調整弁 ２５ 油圧ポンプ ３０ ダイカスト成形品 Ｓ１ 最大隙間 Ｓ２ 最小隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阪本 達雄 山口県宇部市大字小串字沖の山1980番地 宇部興産株式会社宇部機械・エンジニアリ ング事業所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ゲート部に溶湯通過面積の拡縮が可能な
   可変ゲートを用いたダイカスト成形方法であって、 キャビティ空間に溶湯を充填する際に、溶湯が金型キャ
   ビティ容積の３０〜６０％充填するまでは、溶湯のゲー
   ト通過速度が０．４〜０．５ｍ／ｓとなるようにゲート
   部の溶湯通過面積を確保するとともに、プランジャーの
   鋳込み圧力が設定圧力まで上昇した後、溶湯の凝固収縮
   過程に対応してゲート部の溶湯通過面積を小さくするよ
   うにしたことを特徴とする可変ゲートを用いたダイカス
   ト成形方法。