JPS5812102B2

JPS5812102B2 - 羽根状回転体のダイカスト鋳造法

Info

Publication number: JPS5812102B2
Application number: JP90680A
Authority: JP
Inventors: 丸山高澄; 宮田武; 森政信; 鈴木俊輔
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-01-10
Filing date: 1980-01-10
Publication date: 1983-03-07
Also published as: FR2473370A1; DE3100463C2; JPS5699063A; DE3100463A1; FR2473370B1

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、羽根状回転体のダイカスト鋳造法に関し、
とくに複数の分割金型を放射方向に進退可能に配設し、
前記各分割金型の前進限型合わせ位置で前記分割金型に
より羽根状回転体の形状に対応した鋳造空間を形成し、
前記鋳造空間内に溶融金属を圧入充填して羽根状回転体
を製造するようにした羽根状回転体のダイカスト鋳造法
に関する。

第１図は前記羽根状回転体１の一例を示しており、９枚
の羽根を有する羽根部２と軸部３とから構成されている
。

また、軸部３には後述する如き製造法に起因するビスケ
ット部４が一体的に形成され、製品加工時には切断線ｌ
でビスケット部４が除去され、軸部３には必要な形状の
他の部材が接合される。

このような構造の羽根状回転体１は、一般に良好な高速
回転性能を具えていることが要求され、薄肉複雑形状の
羽根部２を有するためにかなり厳密な寸法精度が要求さ
れている。

そこで、従来において上記羽根状回転体１を製造するに
際しては、ロストワックス法やプラスターモールド法な
どのいわゆる精密鋳造法が採用されることが多く、生産
の主力手段となっていた。

ところが、このような精密鋳造法は生産性が低く、高価
につくという欠点を有していた。

これに関して本出願人は、生産性の高いダイカスト鋳造
法によって第１図に示す如き羽根状回転体を製造するべ
く種々の実験検討を重ねてきている。

第２図および第３図は、本出願人が検討を重ねてきたダ
イカスト鋳造法による羽根状回転体のダイカスト鋳造装
置の従来構造例を示すものであって、第２図は型開き状
態を示している。

このダイカスト鋳造装置は、その中央部分に金型装置５
をそなえている。

この金型装置５は、前記羽根状回転体１の羽根枚数に対
応した９個の分割金型５ａ〜５ｉをそなえており、第３
図に示すように放射方向に進退可能に配設され、各々の
前進限位置で、前記羽根状回転体１の形状に対応した鋳
造空間６が形成されるようになっている。

すなわち、各分割金型５ａ〜５１は、それぞれ金型保持
体１０を介してボルト１１により金型保持板１２に連結
され、さらに側枠１３に固定した圧力シリンダ１４のピ
ストンロッド１４ａに連結されて、第２図および第３図
に示すように、鋳造空間６の回転体中心軸Ｐに向けて放
射方向に進退可能に配設され、圧力シリンダ１４の作動
により型合わせおよび型開きがおこなえるようにしてい
る。

このとき、金型保持体１０は下部金型枠１５上で摺動可
能であり、前記金型保持体１０、側枠１３、圧力シリン
ダ１４、下部金型枠１５、上部金型枠１６、上金型１７
等がラム１８に保持されている。

さらに、ラム１８には押出ピン１９をそなえた圧力シリ
ンダ２０を固定している。

この押出ピン１９は羽根状回転体１の頂面を形成すると
共にダイカスト鋳造後の製品押出しの機能を有している
。

そして、上記ラム１８はコラム２１に取付けたガイドレ
ール２２に沿って上下方向に摺動可能に配設されていて
、複数のブラケット２３およびリンク２４ならびにステ
イ２５を介して圧力シリンダ２６およびこのピストンロ
ッド２６ａの作動により昇降可能になっている。

一方、ベッド３０には上記分割金型５ａ〜５１の位置に
合わせてスリーブ３１をスリーブ保持体３２により固定
すると共に、ベッド３０の内側に射出機構懸架体３３を
固定している。

この射出機構懸架体３３には射出用圧力シリンダ３４を
固定し、この射出用圧力シリンダ３４のピストンロッド
に連結したプランジャロッド３５に前記スリーブ３１内
で摺動するプランジャチップ３６を固定している。

そこで、第１図に示す羽根状回転体１を製造するに際し
ては、各圧力シリンダ１４を一斉に押出作動させて各分
割金型５ａ〜５１を前進限型合せ位置まで放射方向に移
動させ、羽根状回転体１の形状に対応した鋳造空間６を
形成する。

次に、スリーブ３１内に所要量の溶融金属３８を供給す
る。

この溶融金属３８の供給の完了後ただちに圧力シリンダ
２６を作動させることによってリンク２４を介してラム
１８を降下させ、金型装置５の下端がスリーブ３１の上
端に当接した状態で前記圧力シリンダ２６による型締め
を維持させる。

そして、加圧型締め後ただちに射出用圧力シリンダ３４
を作動させてプランジャチップ３６を上方へ射出前進さ
せる。

したがって、スリーブ３１内に供給された溶融金属３８
は、プランジャチップ３６の射出前進にあわせて鋳造空
間６内に圧入充填される。

ここで、プランジャチップ３６の前進限は、鋳造空間６
およびビスケット部４の体積に応じてあらかじめ計算さ
れた溶融金属３８の供給量により決定される。

そして、溶融金属３８が実質的に鋳造空間６内に充満さ
れると、圧力シリンダ３４による射出圧力は溶融金属３
８の全面に伝播され、さらに緊密な状態で凝固するまで
上記射出圧力が継続的に付加される。

溶融金属３８の凝固後に、圧力シリンダ２６を引込作動
させて金型装置５を上昇させ、スリーブ３１の上端より
離間させる。

さらに、圧力シリンダ３４を引込作動させてプランジャ
チップ３６を降下させる。

その後、圧力シリンダ１４をそれぞれ引込作動させて各
分割金型５ａ〜５１を後退させ、型開きをおこなったの
ち、圧力シリンダ２０の押出作動により離型し、スリー
ブ３１内の残留分であるビスケット部４を切断除去する
と共にはり取りおよび仕上げ加工を施して第１図に示す
ような羽根状回転体１を得る。

ところで、このようなダイカスト鋳造において、羽根状
回転体１の羽根部２の凝固速度は、軸部３の凝固速度に
比べて著しく速い。

これを金型側の観点からみると、複数の分割金型５ａ〜
５１は鋳造空間６内に溶融金属３８が圧入充填され、そ
の後前記溶融金属３８が凝固するまでの間型締め保持さ
れるため、凝固速度の速い羽根部２においては必要以上
に長時間型締めした状態が継続されていることになる。

しかしながら、金型にとってみれば、溶融金属のもつ高
熱に起因する金型の損耗をできるだけ少なくするために
、早期に型開きすることが望ましい。

ところが、上記した従来のダイカスト鋳造の場合には、
薄肉の羽根部２が凝固したあとも、厚肉の軸部３は未凝
固状態となっているため、分割金型５ａ〜５１の型開き
時期は、前記軸部３の凝固時間を含めて考慮しなければ
ならない。

なお、ビスケット部４も厚肉であるが、これはビスケッ
ト部４の厚さを少なくしたり、あるいはスリーブ３１の
まわりに冷却機構を設けるなどの対策を施すことによっ
て比較的早期に凝固させることができる。

したがって、実際上は溶融金属３８の鋳造空間６内への
圧入充填から各分割金型５ａ〜５１の型開きまでのいわ
ゆる型締め時間は、前記軸部３の凝固時間によって大き
く左右されてしまうことになり、薄肉複雑形状でしかも
厳密な寸法精度が要求される羽根部２を形成するための
各分割金型５ａ〜５１の羽根部成形面は、必要以上に溶
融金属からの熱影響を受けてしまうという問題を残して
いた。

加えて、曲翼形状の羽根部２を有する回転体の場合には
、鋳造時の収縮応力によって彎曲した羽根部２にしばし
ば鋳造割れを生ずるという問題もあった。

この発明の目的は、上述したダイカスト鋳造法における
問題点を解決し、金型のとくに羽根部成形面の溶融金属
からの熱影響による損耗の発生をできるだけ少なくする
と共に、羽根部において鋳造割れが発生するのを極力防
止しうるようにした羽根状回転体のダイカスト鋳造法を
提供することにある。

この目的を達成するため、この発明では、前記各分割金
型を前記羽根状回転体の羽根部を鋳造成形する羽根部成
形用分割金型と前記羽根状回転体の羽根部より凝固の遅
い軸部を鋳造成形する軸部成形用分割金型とに分けて構
成し、前記両分割金型の前進限型合わせ位置で前記鋳造
空間内に溶融金属を圧入充填した後、前記羽根部の凝固
後すみやかに前記羽根部成形用分割金型を優先して後退
させ、次いで前記軸部の凝固後に前記軸部成形用分割金
型を後退させるというように、羽根部の凝固時間に合わ
せて羽根部成形用分割金型を軸部成形用分割金型よりも
優先して型開きさせるようにしたことを特徴としている
。

以下、この発明の好適な実施例を図面に基いてさらに詳
細に説明する。

第４図ないし第６図はこの発明の一実施例におけるダイ
カスト鋳造装置の要部断面説明図であって、第２図およ
び第３図に示すダイカスト鋳造装置の金型装置５に代え
て使用され、同様にラム１８に装着して昇降可能に保持
される。

なお、第４図ないし第６図において、第２図および第３
図に示すダイカスト鋳造装置と同一構成部分には同一符
号を付している。

図に示すように、複数の分割金型４５．（４５ａ〜４５
ｉ）は放射方向に進退可能に配設されているが、この分
割金型４５．（４５ａ〜４５ｉ）は、それぞれ第１図に
示す羽根状回転体１の羽根部２を鋳造成形する羽根部成
形用分割金型４６、（４５ａ〜４６ｉ）と、前記羽根状
回転体１の羽根部２より凝固の遅い軸部３を鋳造成形す
る軸部成形用分割金型４７、（４７ａ〜４７ｉ）とに
分けて構成されている。

そして、羽根部成形用分割金型４６、（４６ａ〜４６
ｉ）の底面側には凹形嵌合部１４６を設けると共に、軸
部成形用分割金型４７゜（４７ａ〜４７ｉ）の上面側に
は凸形嵌合部１４７を設けている。

そして、図示の如く凹形嵌合部１４６内に凸形嵌合部１
４７が嵌合した状態となっているが各分割金型４６，４
７を進退可能にした放射方向において、凹形嵌合部１４
６の長さは凸形嵌合部１４７の長さよりも若干大きく形
成されている。

このように、各分割金型４５．（４５ａ〜４５ｉ）は、
羽根部成形用分割金型４６．（４６ａ〜４６ｉ）と軸部
成形用分割金型４７．（４７ａ〜４７ｉ）とに分けて構
成され、第２図に示す場合と同様に、上金型１７と下部
金型枠１５との間で圧力シリンダ１４の作動によりそれ
ぞれ放射方向に進退可能になっている。

第４図では、圧力シリンダ１４の押出作動によって各分
割金型４６，４７が前進限型合わせ位置まで到達した状
態を示しており、この前進限位置は、羽根部成形用分割
金型４６、（４６ａ〜４６ｉ）の先端部が押出ピン１
９に接触することによって規制される。

上記圧力シリンダ１４のピストンロッド１４ａは、羽根
部成形用分割金型４６゜（４６ａ〜４６ｉ）にのみ連結
されているが、その凹形嵌合部１４６と凸形嵌合部１４
７とが嵌合していることによって、軸部成形用分割金型
４７゜（４７ａ〜４７ｉ）も前進限型合わせ位置まで軸
線Ｐに向かって放射方向（求心方向）に前進する。

このような分割金型４６，４７の前進限型合わせ状態に
おいて、各分割金型４６，４７によって第１図に示す羽
根状回転体１の形状に対応した鋳造空間６が形成されて
いる。

そこで、上記装置によって羽根状回転体１のダイカスト
鋳造をおこなうには、スリーブ３１内に所要量の溶融金
属３８を供給し、その後ただちに圧力シリンダ２６（第
２図参照）を押出作動させて軸部成形用分割金型４７．
（４７ａ〜４７ｉ）の下端がスリーブ３１の上端に当接
するまで降下させ、この状態で前記圧力シリンダ２６に
よる型締めを維持させる。

型締め後直ちに圧力シリンダ３４（第２図参照）を作動
させてプランジャチップ３６を上方へ射出前進させる。

したがって、前記溶融金属３８はプランジャチップ３６
の射出前進にあわせて鋳造空間６内に圧入充填される。

このときのプランジャチップ３６の前進限は、鋳造空間
６およびビスケット部４の体積に応じてあらかじめ計算
された溶融金属３８の供給量により決定される。

この間、鋳造空間６内では、先ず薄肉部である羽根部２
が極く短時間のうちに凝固する。

そこで、上記羽根部２の凝固後すみやかに複数の圧力シ
リンダ１４を一斉に引込作動させ、羽根部成形用分割金
型４６．（４６ａ〜４６ｉ）を第５図に矢印Ａで示す如
く放射方向に後退させる。

したがって、羽根部２の凝固後にすみやかに羽根部成形
用分割金型４６．（４６ａ〜４６ｉ）が離れるため、溶
融金属のもつ高熱に起因する金型の損耗をかなり少なく
することができる。

このようにして羽根部成形用分割金型４６．（４６ａ〜
４６ｉ）を優先的に後退させるが、前述した如く、その
底面に形成した凹形嵌合部１４６の放射方向における長
さは、軸部成形用分割金型４７、（４７ａ〜４７ｉ）
の上面に形成した凸形嵌合部１４７の長さよりも若干大
きくしているため、圧力シリンダ１４の引込作動の初期
においては第５図に示すように羽根部成形用分割金型４
６．（４６ａ〜４６ｉ）のみが優先的に後退し、軸部成
形用分割金型４７、（４７ａ〜４７ｉ）は停止したま
まとなっている。

このように、羽根部成形用分割金型４６゜（４６ａ〜４
６ｉ）は、凹形嵌合部１４６と凸形嵌合部１４７の長さ
の差の分だけ優先的に後退するが、上記の凹形嵌合部１
４６および凸形嵌合部１４７の長さは実際には任意に決
定することができる。

すなわち、羽根部成形用分割金型４６．（４６ａ〜４６
ｉの後退開始と軸部成形用分割金型４７゜（４７ａ〜４
７ｉ）の後退開始の時間の差を大きくしたい場合には、
前記固嵌合部１４６，１４７の放射方向における長さの
差を大きくとればよい。

あるいは、前記両分割金型４６，４７の後退開始の時間
差を大きくする場合に、圧力シリンダ１４の引込作動を
一時的に停止させる（電磁弁等の制御による）ことも可
能であり、固嵌合部１４６，１４７の長さの差が比較的
小さいときでも上記圧力シリンダ１４の動作を制御する
ことによって両分割金型４６，４７の作動開始の時間差
を大きくとることができる。

次いで、軸部３の凝固後に圧力シリンダ１４を引込作動
させると、第６図に矢印Ｂで示すように、固嵌合部１４
６，１４７の嵌合によって軸部成形用分割金型４７．（
４７ａ〜４７ｉ）が放射方向に後退する。

そして、圧力シリンダ１４の後退限位置まで両分割金型
４６，４７は一体となって後退する。

第７図および第８図はこの発明の他の実施例を示すもの
で、分割金型４５、（４５ａ〜４５ｉ）等の昇降機構
およびプランジャチップ３６の昇降機構は第２図に示す
ものと全く同じにできる。

この実施例では、両分割金型４６．４７に嵌合部（１４
６゜１４７）を設けていないが、各々の分割金型４６゜
４７にそれぞれロッド４２．４３を連結している。

そして、一方のロッド４２はピン４２ａを介して継手部
材４４に取付けられていると共に、他方のロッド４３は
ピン４３ａを介して前記継手部材４４に形成した長孔４
４ａ内で摺動可能に配設されている。

したがって、羽根部成形用分割金型４６、（４６ａ〜
４６ｉ）は圧力シリンダ１４のピストンロッド１４ａの
動きに追従して動く。

他方、軸部成形用分割金型４７、（４７ａ〜４７ｉ）
は継手部材４４に形成した長孔４４ａの長さ分だけ上記
ピストンロッド１４ａの動きに追従しない範囲がある。

そこで、第７図に矢印Ｃで示すピストンロッド１４ａの
前進時には、前記長孔４４ａの後方端にピン４３ａが位
置しているので両分割金型４６゜４７は一体となって放
射方向に前進し、前進限型合わせ位置で前記第１図に示
す羽根状回転体１の形状に対応した鋳造空間６を形成す
る。

この鋳造空間６内に溶融金属３８を圧入充填したのち、
羽根部２の凝固に合わせて圧力シリンダ１４を引込作動
させ、第８図に矢印りで示す如くピストンロッド１４ａ
を後退させると、羽根部成形用分割金型４６はこれに追
従して同時に後退する。

このとき、ピン４３ａは前記長孔４４ａ内を摺動するだ
けであるため、軸部成形用分割金型４７は停止したまま
となっている。

さらにピストンロッド１４ａが後退すると、ピン４３ａ
が長孔４４ａの前方端に接触して（第８図の状態）この
ときに始めて軸部成形用分割金型４７が放射方向に後退
する。

このような構造としても、羽根部成形用分割金型４６を
軸部成形用分割金型４７よりも優先的に型開きさせるこ
とができる。

上述した第４図ないし第６図に示す実施例においては、
羽根部成形用分割金型４６の底面側に凹形嵌合部１４６
を形成し、軸部成形用分割金型４７の上面側に凸形嵌合
部１４７を形成した場合を示しているが、この凹凸関係
を反対にして羽根部成形用分割金型４６の底面側に凸形
嵌合部を形成するようになすことも当然可能である。

また、第７図および第８図に示す実施例においては、１
本の圧力シリンダ１４のピストンロッド１４ａの先端に
継手部材４４を連結し、各々ピン４２ａ、４３ａを介
してロッド４２．４３を連結するようにしているが各ロ
ッド４２．４３をそれぞれ圧力シリンダのピストンロッ
ドに連結し、ロッド４２側の圧力シリンダを羽根部２の
凝固後すみやかに後退させ、ロッド４３側の圧力シリン
ダを軸部３の凝固後に後退させるようにしてもよい。

そのほか、前記羽根部成形用分割金型４６を優先的に後
退させる手段としては、トグル機構やヒンジ機構などの
種々の機構を適用することができる。

上述の如く、羽根部成形用分割金型４６゜（４６ａ〜４
６ｉ）を溶融金属３８の高熱環境から早期に引離すよう
にしているため、上記高熱による金型の損耗を少なくす
ることができ、金型の寿命を従来の場合に比べてかなり
向上させることが可能である。

応用した一例においてＮｉ基耐熱合金を用いて羽根状回
転体１をダイカスト鋳造した場合、従来のいわゆる型締
め時間はおよそ１０〜１５秒であったが、本発明に基づ
いて羽根部成形用分割金型４６のみを優先的に型開する
場合、上記型締め時間はおよそ２〜５秒でよいことが明
らかであった。

したがって羽根部成形用分割金型４６が高熱環境に置か
れる時間をかなり短縮することができる。

このとき、金型の損耗度合は高熱環境に置かれている時
間と関係することから、本発明法によれば寸法精度の特
に厳密な羽根部成形用分割金型４６の損耗をかなり少な
くすることができ、寿命の延長を実現することが可能と
なる。

次表は、前記第４図ないし第６図に示したダイカスト鋳
造装置を用いて実験した結果の一例を示すものである。

なお、上表において製品割れは鋳造製品２００個のうち
で割れの検出された数量より算出したものであり、上記
表からも明らかなように、本発明法によれば金型寿命を
大幅に向上させることができると同時に、製品割れの発
生をかなり少なくできることが確認できた。

これは、溶融金属の凝固に合わせて直ちに金型を開くよ
うにし、型締め時間を必要最小限度に短かくしているた
め、鋳造応力を金型内で発生させず、鋳造製品に対する
応力付加をなくすことが可能となったことによる。

以上のように、この発明によれば、放射方向に進退可能
に配設した分割金型を羽根部成形用分割金型と軸部成形
用分割金型とに分けて構成し、鋳造空間内に溶融金属を
圧入充填した後、羽根状回転体の羽根部の凝固後すみや
かに前記羽根部成形用分割金型を優先して後退させ、前
記軸部の凝固後に軸部成形用分割金型を後退させるよう
にしたから、溶融金属の熱影響による金型の損耗を著し
く減少させることができて金型寿命の大幅な向上を実現
し、加えて複雑な形状を有する薄肉羽根部における鋳造
応力の発生を防止して鋳造製品の割れをかなり少なくす
ることができ、寸法精度の高い羽根状回転体を歩留り良
く量産することが可能であるという非常にすぐれた効果
をもたらす。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明法により製造される羽根状回転体の一
例を示す斜視図、第２図および第３図は従来のダイカス
ト鋳造装置の一例を示すそれぞれ全体部分断面説明図お
よび金型部分の平面説明図、第４図ないし第６図はこの
発明の一実施例において使用されるダイカスト鋳造装置
の金型部分のそれぞれ型締め時、型開き途中時および最
終型開き時における拡大断面説明図、第７図および第８
図はこの発明の他の実施例において使用されるダイカス
ト鋳造装置の金型部分のそれぞれ型締め時および型開き
途中時における拡大断面説明図である。１・・・・・・羽根状回転体、２・・・・・・羽根部、
３・・・・・・軸部、１４・・・・・・圧力シリンダ、
３８・・・・・・溶融金属、４５、（４５ａ〜４５ｉ）
・・・・・・分割金型、４６．（４６ａ〜４６ｉ）・・
・・・・羽根部成形用分割金型、４７、（４７ａ〜
４７ｉ）・・・・・・軸部成形用分割金型。

Claims

【特許請求の範囲】

１複数の分割金型を放射方向に進退可能に配設し、前
記各分割金型の前進限型合わせ位置で前記分割金型によ
り、羽根部と軸部を有する羽根状回転体の形状に対応し
た鋳造空間を形成し、前記鋳造空間内に溶融金属を圧入
充填して羽根状回転体をダイカスト鋳造するにあたり、
前記各分割金型を前記羽根状回転体の羽根部を鋳造成形
する羽根部成形用分割金型と前記羽根状回転体の羽根部
より凝固の遅い軸部を鋳造成形する軸部成形用分割金型
とに分けて構成し、前記両分割金型の前進限型合わせ位
置で前記鋳造空間内に溶融金属を圧入充填した後、前記
羽根部の凝固後すみやかに前記羽根部成形用分割金型を
優先して後退させ、次いで前記軸部の凝固後に前記軸部
成形用分割金型を後退させることを特徴とする羽根状回
転体のダイカスト鋳造法。