JPH1190610A - 銅の粒子を混合した低温溶融金属中子を用いた鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金型が抜けないアンダーカット部を有する軽
金属の鋳造時に低温溶融金属の中子の表面が溶融して変
形するのを防ぎながら、表面に緻密な組織を持つ良好な
品質の鋳造品を得る。 【解決手段】 アンダーカット部用の中子に銅の粒子を
混合した低温溶融金属を用いることによって吸収熱容量
を増やし鋳造品の冷却を早くするとともに、中子の表面
の溶融をなくし銅の骨材として中子の変形を防止して寸
法精度を維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアルミニウム合金や
マグネシウム合金等の軽金属製鋳造品のうち、金型が抜
けないアンダーカット部を有する鋳造品を製造する銅の
粒子を混合した低温溶融金属中子を用いた鋳造法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、金型が抜けないアンダーカット部
を有する軽金属製鋳造品の中子には砂型の中子あるいは
亜鉛などの低温溶融金属の中子が用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】軽合金製鋳造品のうち
自動車の強度部品などの鋳造には鋳造時に溶湯に圧力を
加えるダイカスト法が一般的に用いられている。この場
合、砂型中子を用いると溶湯に圧力が加わった時に中子
の砂の隙間にアルミが入り焼付きを起こし鋳造完了後中
子を崩壊させて砂を取出すとき砂が鋳造品の内部に焼付
いており完全に取り除くことが困難であった。このため
に最近は黒鉛などの低温溶融金属中子が多く用いられる
ようになった。

【０００４】アンダーカット部に低温溶融金属の中子を
用いるとき、通常は、その表面を断熱被覆で保護し、溶
融することなく、溶湯の凝固熱も吸収させるが、鋳造品
の肉厚が厚く、軽金属の凝固熱が大きく低温溶融金属中
子の大きさが小さいときは、中子の熱吸収容量が小さく
中子表面の温度が低温溶融金属の融点を超える可能性が
あり、その場合中子が変形し鋳造品の形状が崩れる恐れ
がある。

【０００５】そこで、肉厚の厚い凝固熱を多く発生する
鋳造品を鋳造する時には、低温溶融金属の中子の表面が
できるだけ溶融しないように対策を講ずるとともに仮に
溶融しても変形しないようにする必要がある。

【０００６】中子の溶融を防止するために中子表面に断
熱被覆を塗布することが行われているが、これは熱伝導
を遅らせることはできるが、最終的に溶湯の凝固熱を含
む放出熱は中子が吸収しなければならない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために行ったもので、アンダーカット部があ
る軽合金製の鋳造品を鋳造するとき低温溶融金属製中子
を用いる。そして、鋳造品を作るための溶湯の持ってい
る凝固熱を含む顕熱は金型および中子で吸収しなければ
ならない。

【０００８】そして、凝固するとき鋳造品は収縮するの
で外周の金型との接触面は離れやすく、中子表面は密着
しやすいので中子による熱吸収量は大きくなる。このと
き、中子の温度伝達率が小さいと表面のみで熱吸収する
ことになり、低温溶融金属の表面近くが高温となり溶融
しやすくなる。そこで、中子には熱伝達が良く温度伝導
率の大きい材料を用いて充分な熱吸収を行いながら、表
面近くの温度上昇を小さくしたい。

【０００９】さらに、本発明においては、低温溶融金属
に銅の粒子を混合して用いる熱伝導率の大きく、比重の
大きい銅の粒子を混合することによって低温溶融金属中
子は見掛上、温度伝導率が大きくなる。鋳造品を鋳造す
るとき中子の吸収する熱量はほぼ同じであり銅の粒子を
混合して見掛上温度伝導率が大きくなると熱の吸収範囲
が広くなり中子表面の温度が低下しさらに銅の粒子が骨
材となって中子の変形の可能性が小さくなり、形状の良
い鋳造品を作ることができる。鋳造を完了して中子を取
り外す場合は通常の低温溶融金属中子と同じ温度で中子
を溶融混合された銅の粒子と一緒に取り出すことができ
る。

【００１０】

【作用】鋳造される軽金属の凝固熱および顕熱は一旦金
型に吸収される。鋳造品の形状にアンダーカット部があ
るときは中子を用いる。この中子に低温溶融金属を用い
るとき、吸収熱は一旦中子に吸収される。

【００１１】このとき、中子の表面積Ａから吸収される
熱量Ｑは概略次式で表される。

【００１２】

【数１】

【００１３】ここで、ｔは経過時間 ａは中子の温度伝導率 ａ＝λ／ｃρ λは中子の熱伝導率 ｃは中子の比熱 ρは中子の密度 θ₁ は溶湯が凝固しているときの中子の表面温度でほぼ
溶湯凝固温度 θｉは中子の最初の温度

【００１４】ここで低温溶融金属中子に亜鉛のみを用い
た場合と銅粒子を混合した場合の熱伝導率、温度伝導率
の概略比較を行う。

【００１５】銅粒子を球状とし最大に混合した場合、体
積比は概略０．５である。また、各数値は、次の表１の
とおりとなる。

【００１６】

【表１】

【００１７】これらから同一時間内での熱吸収量を比較
すると、

【数２】

【００１８】また、同一熱量を吸収する時間を比較する
と、

【数３】

【００１９】

【数４】

【００２０】

【数５】

【００２１】以上のことから、銅粒子を混合した亜鉛中
子は亜鉛単体の中子に比較して、 （１）２倍以上の厚さの鋳造品を同じ時間で冷却でき
る。 （２）同じ厚さの鋳造品の場合は、 大幅に凝固時間が短縮できる。 その結果、緻密な結晶の鋳造品を作ることができ
る。 （３）銅粒子の存在で高温における亜鉛の溶融により発
生する中子の変形を少なくすることができ、寸法精度の
高い鋳造品を得ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る銅の粒子を
混合した低温溶融金属中子をを用いた鋳造法を図１〜図
４を用いて詳細に説明する。

【００２３】図１、図２は本発明の１実施例としてホイ
ールハブの鋳造状態を示す。図１、図２の下方から溶湯
を鋳込む竪型締竪鋳込装置において、１は固定金型ない
しは下金型、２は上下動する可動金型ないしは上金型、
３は鋳造品である自動車用のホイールハブ４を形成する
ためのキャビティであり、ホイールハブ４は、概略、上
部の水平なフランジ部４ａと末広がりの円筒状部分４ｂ
と、内部にリング状の凹部として形成されていて、鋳造
完了後に金型を抜くことができないアンダーカット部４
ｃからなっている。

【００２４】このアンダーカット部４ｃには、本発明の
銅の粒子を混合した低温溶融金属からなるリング状の中
子５を設置する。低温溶融金属の中子５を用いる場合に
は、中子本体の外周に耐火物をコーティングして用いて
いる。耐火物としては、いろいろな物が考えられている
が、一般的には、雲母系のコーティング材が多い。ある
いは、雲母系コーティング材とフェノール樹脂やグラフ
ァイトや熱硬化性樹脂等を用いることもある。コーティ
ングの厚みは例えば１００〜３００μm とする。

【００２５】６は固定金型１の下面に接離可能に接合さ
れた垂直状の鋳込スリーブ、７は鋳込スリーブ６内を上
下に摺動するプランジャチップ、８はプランジャであ
り、プランジャチップ７とプランジャ８は図示していな
い鋳込シリンダの作用により上下動する。

【００２６】９は鋳込スリーブ６の内径と同一の内径を
有する鋳込口、１０は鋳込口９の上部中央部に設けら
れ、かつ、鋳込スリーブ６の内径よりも小径の垂直なゲ
ートであり、垂直ゲート１０の内周面は抜き勾配を中央
部を境として下方向と上方向に向けて有するテーパ状に
してある。

【００２７】銅粒子を混合した低温溶融金属の中子５
は、ゲートから流出した溶湯が直接接触するのを防止す
るため、中子５の下面のゲート１０の上部に鉄製リング
１１を挿入した状態で一体で作られる。

【００２８】固定金型１のゲート１０の上側出口部に
は、鉄製リング１１を装着保持するための受座１２を持
つ突起部１ａを設ける。この突起部１ａは円周方向に複
数個互いに離れた状態で設けられており、隣合った突起
部１ａの間の空間が溶湯をキャビティ３内に流す通路１
３を形成している。

【００２９】１４はアキュラッドピンとも呼ばれている
押湯ピンであり、可動金型２の中央部で下方に向けて配
置されている。１５は可動金型２の一部を形成する押湯
ピン１４用のガイド管部であり、ガイド管部１５の先端
部には鉄製リング１１の上面に設けた凹部を係合させ得
るようにして、鉄製リング１１を安定した状態で設置で
きるようになっている。ガイド管部１５の外周面は中子
５の内周面にも接し得るようになっている。

【００３０】押湯ピン１４の先端部は、鋳込前および鋳
込中は図１に実線で示すように鉄製リング１１の下面部
分にあり、キャビティ３内に溶湯を鋳込んだら、ただち
に、図示していないシリンダを作動させて、溶湯の固化
凝固に合わせて、図１に２点鎖線で示すように下方に移
動させ得るようになっている。

【００３１】押湯ピン１４の先端部は、ゲート１０の最
も小径の部分を通り越して、鋳込口９の上端近くまで前
進し得るようにしてある。押湯ピン１４の外径は、ゲー
ト１０の最も小径の部分の内径よりも、例えば、１〜３
ｍｍ小さい径とし、型開時に鋳込口９に残ったビスケッ
ト部が鋳込品から、この部分で切断されるようにした。
１６はボルト穴加圧ピン、１７はオーバーフロー部であ
る。

【００３２】鋳造を行う場合は、銅の粒子を混合した低
温溶融金属の中子５と鉄製リング１１を固定金型１の突
起部１ａ上に設置し、可動金型２を下降させ、図１に示
すように型締する。このように、中子５の下面のゲート
１０部分に鉄製リング１１を挿入した状態で、溶湯を入
れた鋳込スリーブ６を固定金型１の下部にドッキングさ
せた後、プランジャチップ７を上昇させて溶湯をゲート
１０および通路１３を通してキャビティ３内に鋳込み、
プランジャチップ７で溶湯に高圧を作用させる。

【００３３】鋳込時には、溶湯の顕熱および凝固熱が低
温溶融金属の中子５に作用しようとしても、銅の粒子が
混合されているので熱伝導が早く中子５の表面の溶融は
少なく銅の粒子の骨材としての役割により中子５の変形
は少ない。さらに、入口部は鉄製リング１１があるた
め、この部分の中子５の表面が溶融して変形することは
ない。

【００３４】鋳込スリーブ６の内径よりも小径の垂直な
ゲート１１を通して下方より金型キャビティ３内に溶湯
を鋳込み、溶湯がキャビティ３内に充填されたら、銅の
粒子を混合した低温溶融金属の中子５の下面部に水平状
態で配置しておいた鉄製リング１１の内径部に先端部を
下方に向けて配置しておいた押湯ピン１４の先端部を垂
直ゲート１０内まで前進させる。

【００３５】この作用により、キャビティ３内の溶湯に
は凝固状態に応じて高圧により押湯作用が加わり、ホイ
ールハブの鋳造品４は巣のない緻密な強度の大きい機械
的性質の良い鋳造品４となる。それとも、鋳造品４とビ
スケット部はゲート１０の最も小さい内径部と押湯ピン
１４の外周面との間の狭い通路部で繋がった状態になる
ので、型開時にビスケット部は鋳造品４から簡単容易に
切離れるようになる。

【００３６】鋳造が完了したら、押湯ピン１４を引っ込
め、可動金型２を上昇させて型開を行う。この時、鋳造
品４であるホイールハブ４は可動金型２に付いた状態で
上昇するので、ビスケット部はゲート１０の最小径部で
切れ、鋳造品から離れ、鋳込口９内に残る。このビスケ
ット部は鋳込スリーブ６を固定金型１の下部から離した
後、図示していない押出ピンで押して鋳込口９部から取
出す。

【００３７】型開を行い、鋳造品４を可動金型２から取
出したら、鋳造品４に鋼の粒子を混合した低温溶融金属
の中子５と鉄製リング１１が一体になっている。したが
って、まず、鋳造品４から鉄製リング１１を切離し、次
に中子５を取出る。鋳造品４から鉄製リング１１を切離
す場合は、例えば、図３に示すようにプレスで鉄製リン
グ１１を鋳造品４から抜取る。

【００３８】図３において、４は鋳造品であるホイール
ハブ、５は中子である。中子５と鉄製リング１１が付い
ている鋳造品４をシャー受台１８の上に乗せ、銅の粒子
を混合した低温溶融金属の中子５の内径よりも小径で鉄
製リング１１の内径よりも大径の大径部分１９ａと、鉄
製リング１１の内径部内に挿入し得る先端小径部分１９
ｂを有する鉄製リング１１除去用の押棒１９を用い、鉄
製リング１１を押下げる。

【００３９】そうすると、図３に示すように、鉄製リン
グ１１と、鉄製リング１１のすぐ下に位置する鋳造品４
の一部４ｄが、鋳造品４から抜取られる。その時、オー
バーフロー切断刃２０により、オーバーフロー部１７も
切断する。鉄製リング１１をプレスで鋳造品４から抜取
ったら、中子溶融炉または熱処理時に溶体化炉で鋳造品
４を溶体化すると同時に低温溶融金属の中子５を溶融除
去する。この時混合された銅の粒子も同時に流出させ
る。このため、粒子の形状は球状が望ましい。

【００４０】次に、水冷焼入れを行い、さらに、時効炉
で時効硬化を行ってホイールハブ４を製造する。それと
ともに、中子５に使用した銅の粒子を混合した低温溶融
金属は固化して再生インゴットとしてリサイクルして使
用し、また、溶湯が固化したアルミニウム合金等の軽金
属が付着した状態で抜取った鉄製リング１１を加熱して
軽金属を分離してリサイクルして使用する。なお、湯流
れの形状によって中子５の溶融のないときは鉄製リング
１１を用いなくてもよい。

【００４１】本発明においては、溶湯となる軽金属に
は、例えば、アルミニウム合金やマグネシウム合金を使
用する。銅の粒子を混合した低温溶融金属の中子５とし
ては、前記したように、例えば、銅の粒子を体積比約５
０％含んだ亜鉛合金等を用いる。中子本体の外周には雲
母系のコーティング材からなる耐火物を例えば１００〜
３００μm の厚さにコーティングする。ゲート出口の溶
湯により中子５が溶融し易いときは、鉄製リング１１を
用いる。鉄製リング１１としては、鉄製であれば、その
種類はこだわらない。

【００４２】図４に本発明の工程の１実施例をフローシ
ートによって示す。図４においては、溶湯としてアルミ
ニウム合金を使用した例を示し、アルミインゴットを溶
解して鋳造し、鉄製リング１１等のトリミング、溶体化
炉による溶体化、水冷、時効炉による時効処理、機械加
工により、製品であるホイールハブ４を得る状態を示し
ている。

【００４３】鋳造を行う前には、銅の粒子を混合した低
温溶融金属のインゴットを溶解して中子５を製作し、鉄
製リング１１と共に金型内に中子５を装着しておく。一
方、鋳造後、トリミングで鉄製リング１１とアルミ鋳造
品４の一部４ｄを鋳造品４から抜取ったら、鉄製リング
１１はきれいにしてそのまま再利用し、鋳造品４の一部
４ｄであった付着アルミは溶解して再利用する。ホイー
ルハブ４を機械加工して得た切削粉も溶解して再利用す
ることができる。また、溶体化処理など溶融除去した銅
の粒子を混合した低温溶融金属の中子５は水冷し、再生
インゴットにして再利用する。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したことからも明らかなよう
に、本発明の方法でホイールハブ類などを製造する場
合、従来の亜鉛単体の中子に比較して厚肉の鋳造品をよ
り短かい凝固時間で鋳造し、且つ緻密な結晶で強度があ
り、中子変形を少なくすることで寸法精度の高い鋳造品
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するホイールハブおよびそ
の金型装置の１実施例を示す縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】鉄製リングを除去するときの作動状態の１例を
示す縦断面図である。

【図４】本発明の工程を示すフローシートである。

【符号の説明】

１ 固定金型（下金型） ２ 可動金型（上金型） ３ キャビティ ４ ホイールハブ（鋳造品） ５ 低温溶融金属中子 ６ 鋳込スリーブ ７ プランジャチップ ９ 鋳込口 １０ ゲート １１ 鉄製リング １３ 通路 １４ 押湯ピン １８ シャー受台 １９ 押棒

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金型が抜けないアンダーカット部を有す
   る軽金属鋳造品の鋳造を行う場合に、アンダーカット部
   用の中子に銅の粒子を混合した低温溶融金属中子を用い
   た鋳造法。