JPS58947B2

JPS58947B2 - 耐熱羽根車のダイカスト装置

Info

Publication number: JPS58947B2
Application number: JP53081415A
Authority: JP
Inventors: 高島脩一; 小松幹也; 鈴木俊輔
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-07-06
Filing date: 1978-07-06
Publication date: 1983-01-08
Also published as: DE2927239A1; GB2029740B; GB2029740A; JPS558365A; DE2927239C2; US4284124A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は耐熱羽根車のダイカスト装置に関する。

例えば内燃機関に用いられる過給器の排気タービンロー
タは、第１３図に示すように、ボスｍよりほぼ放射状に
突出した多数枚の羽根ｎを有し、この羽根は特有の曲面
形状を有している。

かかるタービンロータを鋳造により製造するには、従来
、主としてロストワックス法により、それに用いる鋳型
は、周知のようにその製作に多くの工程と時間を要する
等、結果的に製品が高価となる。

そこで金型鋳造や、ダイカスト法の使用が考えられるが
、この種のタービンロータは温度約８００℃にも達する
排気ガスに耐えねばならないため、Ｎｉ基、Ｃｏ基、Ｆ
ｅ基などの高融点金属を用いており、その溶融点は例え
ば１４００℃と極めて高いので、金型は超高温の溶湯に
さらされ寿命が著しく短くなる。

またダイカスト装置となるとそれにも増して金型の形態
、開閉機構、金型と射出装置との組合せ方などが非常に
複雑化し、困難化するなど、その実用化を阻む問題が山
積している。

ところでタービンロータのように高速回転する部品はそ
の形状はもとよりその材料物質の組織が回転軸に対して
対称であることが望ましい。

このため鋳造に際しては溶融金属が回転軸に対して対称
的に金型全域に速やかかつ均等に行き渡り、さらに鋳造
後は回転軸に対して対称かつ均一に冷却が進むことが望
ましく、これらが満足されない場合は溶融金属の充填が
不完全になり、製品に「ス」が形成されたり、更には組
織分布、したがって比重分布９強度分布等が回転軸に対
し非対称となって高速回転に耐えうる製品が得られない
こととなる。

しかしながら、従来アルミニウムや普通鋼を素材とする
羽根車製造に試みられたダイカスト装置は、第１図に示
すように、固定型ａと可動型すで構成した金型装置に、
非軸対称に注湯する給湯路ｃ及び湯口ｄを有する横配置
の注湯部ｅを組合せたもので、プランジャｆにより注湯
部ｅ中の溶融金属ｇを給湯路Ｃに押上げ、固定型ａ、可
動型す間に形成されたキャビティｈ中に圧入するように
なっている。

このような方式によると、湯口ｄからキャビティｈまで
の経路が長く、したがって、熱放散され易く、溶融金属
の温度保持が困難なため溶融金属を比較的急速に圧入し
てその温度低下を防ぐ必要がある。

ところがこうした圧入の仕方をすると、キャビティｈに
圧入される溶融金属の流れが乱流化するので好ましくな
く、また金型の傷みも早いという欠点があり、まして溶
融点が例えば１４００℃の金属を上記方法でダイカスト
するには、溶湯温度を１５００℃程度にまで上げなげれ
ばならず、これに対する金型温度はそれがＷ合金２量Ｏ
合金などで作られていても金型寿命を考慮するとせいぜ
い３００℃位にしか加熱できないので、両者の温度差は
１２００℃にも達し、この影響を受けて冷却固化が不均
一となり、組織も均質でなくなる。

本発明は、このような事情に鑑み成されたもので、Ｎｉ
基、Ｃｏ基或いはＦｅ基などの耐熱合金を材料とする高
精度、良品質の耐熱羽根車を能率良くダイカストするの
が可能であり、かつ装置自体も前記耐熱羽根車を生産す
るに適した耐久性を具備した耐熱羽根車のダイカスト装
置の提供を目的としたものである。

以下本発明の実施例を図面とともに説明する。

本発明のダイカスト装置は、その作動工程を示す第２図
ないし第６図に見られるように上部に配置した金型装置
１を、下部に配置した射出装置８に対して上下動させて
ダイカスト鋳造を行なう基本構成を有している。

すなわち、金型装置１は油圧シリンダ機構２Ａの駆動に
よりこれに連結されたリンク機構４が作動することによ
り、ラム４ａがコラム３に設けられたガイドに案内され
ながら上下動する。

これをさらに詳しく述べると、ラム４ａの左右コラム方
向へのびた両端部に、第７図に示すように、それぞれ軸
４ｂに回動自在に軸支したローラー４ｃ、４ｃが、左右
のコラム３．３の内側にそれぞれ上下方向に延設した断
面コ字状のガイドレール３ａ、３ａ内を摺動することに
より、金型装置１は金型装置駆動手段であるシリンダー
機構２人及びリンク機構４の作動によりコラムに設けた
ガイドと平行に上下動し得るように構成されている。

なお、図で５は湯道、１３はキャビティ画成用型１０．
湯道画成用型１１．保持体１２をもって構成した引抜型
、ｋは引抜型１３が閉じたときに製品と同形の空洞とな
るキャビティ、ｌは金型装置１の中心軸線を示す。

金型装置１の下方には、上端に開口６ａが形成された縦
方向に延びる射出スリーブ６と、油圧シリンダー機構２
Ｂにより上下動可能に前記射出スリーブ６に嵌装された
プランジャ７とより成る射出装置８が、プランジャ７の
中心軸線ｌｐを前記金型装置１の中心軸線ｌにほぼ一致
させた状態で、ダイカスト装置の下部構造体であるベッ
ド９に固定、設置されている。

そして、リンク機構４の作動にによりラム４ａを第３図
に示すように最下端位置まで移動させたときに、湯道画
成用型１１の下端面１１ａが射出スリーブ上端面６ｂに
密に圧接し、射出スリーブ内の射出室２６と、金型内キ
ャビティにとが連通し得るようになる。

次に本実施例装置の各部の構成を項目を分けてさらに詳
しく説明する。

〔金型の構成〕（主として第８図イ１０参照）金型装置
１は第１３図に示すような耐熱羽根車製品Ｐ（実線で示
す部分）と同形同大のキャビティｋを内部に画成でき、
かつ製品Ｐの回転軸線１１に対応する中心軸線ｌを有す
る、羽根の枚数と同数の引抜型１３を有する。

引抜型１３は、鋳造されるべき製品のボス部ｍ及び羽根
部ｎに相当するキャビティｋを画成可能なキャビティ画
成用型１０と、キャビティｋに通じる湯道５を画成可能
な湯道画成用型１１と、ボルト１２ａによってこれら両
型と結合された保持体１２とから成り、この一体化され
た引抜型１３の各々は中心軸線ｌに対して放射方向に前
進、後退できるように構成しである。

引抜型１３の一例を第９図に示す。

即ちキャビティ画成用型１０と湯道画成用型１１及び保
持体１２を有する。

図でＳは耐熱羽根車のボスを画成する面、ｔは羽根を画
成する面、Ｕは湯道を画成する面である。

第９図から明らかなように、キャビティの羽根相当部分
は各キャビティ画成用型１０が前進して相互に密接した
時に隣り合う金型の側面に形成しである面ｔにより形成
されることとなる。

なお、■は羽根車の羽根周縁部Ｖ′に対応するよう型面
に設けられた段部な示す。

次に、キャビティ画成用型の他の実施例につき第１０図
を参照して説明する。

引抜型１３がキャビティ画成用型１０と湯道画成用型１
１と仇持体１２とから成り、耐熱羽根車のボスを画成す
る面Ｓ、羽根を画成する面ｔ、湯道を画成する面Ｕ等を
有することは第９図の場合と同様であるが、本実施例に
おいては、第１０図口において耐熱羽根車Ｐの羽根周縁
部にリブ状突起３１，３１・・・を与えることができる
ように、第１０図イに示すように、該リブ状突起３１，
３１・・・に対応する溝３２３２・・・が設げ℃ある。

あるいはまた、第１０図二において耐熱羽根車Ｐの羽根
周縁部にパリ状薄肉部３３，３３・・・を与えることが
できるように、第１０図ハに示すように、該バリ状薄肉
部に対応する浅瀬部３４が設けである。

あるいはまた、第１０図ハに示すように、該浅瀬部３４
に、同図イに示した溝３２，３２・・・を併設しても良
い。

上記溝又は浅瀬部の作用効果については後述する。

第１３図に示すように、耐熱羽根車製品Ｐのボス大径部
分子の周縁部には鋭角な角部Ｗなどがあるが、こうした
形状をダイカスト成形する場合対応する金型部分Ｗ′（
第９図口）も鋭角でしかも薄肉となり高温の溶融金属に
さらされて損傷し易いが、こうした点を考慮して本実施
例においはキャビティ画成用型１０と湯道画成用型１１
とを前記のように一体形成し又は一体的に組付けること
により、薄肉部分が独立して溶融金属にさらされないよ
うにしたので金型寿命を延長させることができる。

〔金型装置〕前記の分割構成を有する引抜型１３は、
第８図に示すように、金型の上部を構成する上部金型１
４と、中央部下側に設けた下部金型枠１５と、中央部に
製品Ｐのボス大径部ｒの直径φより大径の孔１６ａを開
口した下部金型枠１６及びこれら両全型枠１５．１６を
結合、固定する側板１７とで囲まれた収容部１８内に進
退可能にセットされている。

そして各引抜型１３は前記側板１７に貫設した挿通孔１
７ａより収容部１８内に臨ませたピストンロッド１９ａ
の先端にそれぞれ取付けてあり、側板１７の外部に一定
の間隔で放射状に配設した前記ピストンロッド駆動用油
圧シリンダー１９により前進、後退させることにより、
型閉め型開きを行なう。

なお、引抜型１３の前進限は、保持体１２の上部を、上
部金型１４の周縁１４ａに当接させることにより決める
。

また引抜型１３の後退限については、少なくとも湯道画
成用型１１の最大開き径が耐熱羽根車製品Ｐのボス大径
部ｒの直径φ（第１３図口参照）よりも大きくなるよう
に設定する。

引抜型１３の駆動手段は、前記した流体圧力利用に限ら
れず、第１１図、第１２図に示したような機構としても
良い。

第１１図例は、引抜型１３の背部の保持体１２を逆り字
形としてこれに固定した縦軸２１にガイドローラー２０
を回動自在により取付けるとともに、下部金型枠１６の
内側に金型中心軸線ｌに対して放射状に設けたガイドレ
ール１６ｂに沿つて引抜型１３を前進、後退させるよう
にしたもので、下部金型枠１５の外側に、上面にラック
２２ａを有するリング２２を回動可能に装置し、このリ
ング２２の内側に前記引抜型１３のガイドローラー２０
と保合可能でリング２２が一定角度回動することにより
引抜型１３を前進又は後退させ得るカム溝孔２３ａを形
成したカム板２３を引抜型１３と同数個配設しである。

そして、下部金型枠１５に固設したモータ２４の駆動力
を歯車２４ａ、遊び歯車２４ｂ、ラック２２ａを介して
リング２２に伝え、これを正逆回転させることにより引
抜型１３の型開閉を行なう。

他の型構成などは第８図例と同様で良い。

第１２図例は前記第１１図例のカム機構に代わるリンク
機構により、引抜型１３の前進、後退運動を行なわせる
もので、回動し得るリング２２の内側に第１リンク２５
ａを軸支し、これと引抜型１３の背部の保持体１２に軸
支した第２リンク２５ｂとを、金型側に揺動自在に軸支
したベルクランク２５により連絡して、第１１図例と同
様にリング２２の正逆回転により引抜型１３の型閉め又
は型開きを行なう。

引抜型１３の金型中心軸線ｌに対する放射軸線上での前
進、後退運動は、型開閉動作の適・不適が型閉めの都度
形成されるキャビティ形状に反影し従って製品の形状に
影響するとともに、ダイカスト後の引抜き操作が円滑に
行なえるか否かにもｍ−するので、極めて正確かつ確実
に行なわせることが必要であるが、かかる点は前述した
可動手段により問題なく達成できる。

〔射出装置〕本発明の装置のように、高融点金属をダ
イカストする場合、溶融金属を射出スリーブ６内に注湯
し、射出する直前までの間は、溶湯温度を出来るだけ下
げないことが重要である。

しかしながら、射出装置８から、その構成部品を介して
の、又は大気を介しての熱放出は避けられないので、こ
の影響が少なくて済むように射出系の形態と、溶湯の量
を考慮する必要がある。

この点に関しては射出スリーブ６の形態を、この中に上
下動可能に嵌装されたプランジャ７が最下位にある時、
第２図のプランジャ頭部よりスリーブ上端までの距離ｊ
に対するスリーブ内径ｉとの比（ｉ／ｊ）が０．７〜１
．５となるように設定するのが良い。

これにより射出スリーブ内に注湯された溶融金属の表面
積が小さく抑えられるため熱放出も最少限度となり、湯
温をダイカストに適した温度に保持することができる。

また、前記比率に構成された射出室２６の容積は、第１
３図に示した耐熱羽根車製品Ｐの容積（図中実線で示す
部分）の２〜６倍程度とするのが良い。

このように設定することにより、溶融金属の温度保持と
材料歩留りが図れる。

なお、第１３図で符号２１で示す部分は耐熱羽根車とな
る部分以外の余剰部分（ビスケットという）であり、鋳
造完了後切除する。

〔装置構成材料〕主として第８図を参照して、溶融金
属と接する部分、すなわち金型装置１における上部金型
１４．キャビティ画成用型１０と、湯道画成用型１１及
び射出装置８における射出スリーブ６とプランジャ７に
は、例えばＷ合金であるアンビロイ１１５０（三菱マロ
リー社商品名）を用い、高温の溶融金属に耐える強度を
もたせるのが良い。

なお、上記Ｗ合金のほかＭｏ及びその合金を用いても有
効であることは自明である。

上述の構成を有する本発明のダイカスト装置による耐熱
羽根車のダイカスト鋳造法を、第２図ないし第６図及び
第１３図を参照して説明する。

第２図は溶融金属をレードル３０により射出スリーブ６
内にその注湯開口６ａから注入し、最下位にあるプラン
ジャ７上端面より開口６ａ附近までの間に形成された射
出室２６を溶融金属で満たす注湯工程を示す。

注湯が終わると、第３図に示すように装置上部の油圧シ
リンダー機構２Ａを作動し、このピストンロッドの下降
に伴ないリンク機構４０作用により、金型装置１は射出
装置８に向かって下降し、図示の最大下降位置では湯道
画成用型１１が、射出スリーブ６の上端面６ｂに密に圧
接した状態となる。

そのとき金型は各引抜型１３が前進限にて位置決めされ
た状態にあり、これらの引抜型１３によって耐熱羽根車
のキャピテイｋ及び湯道５が形成されている。

次に、射出装置８の油圧シリンダー機構２Ｂが作動して
プランジャ７が射出スリーブ６内を上昇し、射出室２６
内に保持されている溶融金属を湯道を通じてキャビティ
に内に充填加圧する射出工程となる（第４図）。

以上の注湯工程から射出工程までは、溶融金属の湯温降
下の影響を最小限とするため、できるだけ短時間で速や
かに行なわなければならない。

本実施例の場合は、注湯完了後６秒以内に射出を完了す
ることで、好適にダイカスト鋳造が行なえることが判っ
た。

次に、鋳込んだ製品Ｐを取出す工程（第５図）へ移るが
、この工程は前記第４図の工程で十分に加圧、凝固させ
た後に行なわれ、上部の油圧シリンダー機構２人が前記
と逆に作動し、これに伴なって、射出装置８のプランジ
ャ７も上昇する。

製品Ｐが射出スリーブ６から完全に外れ出る前に金型装
置１の油圧シリンダー１９が作動して、各引抜型１３を
後退させる。

この際、製品Ｐはその上端が上部金型１４により、下端
がプランジャ７により保持されているので、製品Ｐの変
形を生じさせることなく、スムーズに引抜型を後退させ
ることができる。

金型装置１はさらに上昇して、第２図の位置に戻るが、
この時製品Ｐは金型装置１に随伴させても良いし、又は
第６図に見られるように、射出スリーブ６の上端或いは
プランジャ７の上昇端に残しても良い。

これは金型装置１の上部金型１４の形状により前述のい
ずれかの形をとるかに分れるためであるが、上部金型１
４の形状が複雑なとき等には製品Ｐは最後まで金型装置
１側に耐着してこれに随伴するが、このようなときには
エジェクトピン３１を作動させて離型を行なうことがで
きる。

こうして、製品Ｐの離型、排出がなされた後、上記エジ
ェクトピン３１と引抜型１３さらにはプランジャ７はそ
れぞれ原位置に戻り、ダイカストサイクルが完了する。

叙上の工程に従って、Ｎｉ基のＨａｓｔｅＡ１１ｏｙ
Ｂ。

Ｃ０基のＸ４０及びＦｅ基のＬＣＮ５５の各超耐熱合金
をダイカスト鋳造した処、欠陥のない耐熱羽根車製品Ｐ
を得ることができた。

その際の鋳造条件を表１に示す。

さらに、他の実施例として、溶融金属と接する部分すな
わち射出系における射出スリーブ６とプランジャ７及び
金型装置１の引抜型１３に窒化硅素の成形体を用い、前
記３種の超耐熱合金をダイカストした処、鋳込重量が製
品重量の２〜３倍でも十分な湯まわりが得られ、品質的
に優れた耐熱羽根車製品を得ることができた。

これは前記したＷ合金を用いる場合に比較して、窒化硅
素の熱伝導率が低いことにより、溶融金属の保温がより
適切になされ、キャビティ画成用型１０の薄肉部での早
期凝固が防止され得たためである。

従って、窒化硅素のほかに、炭化硅素、アルミナ、ジル
コニア等のセラミックス、セラミックスと金属の混合焼
結体例えば８０ｗｔ％ＺｒＢ２−２０ｗｔ％Ｍｏ。

２０ｗｔ％ＺｒＢ２−８０ｗｔ％Ｗ、５０ｗｔ％ＳｉＮ
４−５０ｗｔ％Ｍ０等のサーメットを用いて前記のよう
な溶融金属に接する部分を形成しても同様の効果を得る
ことができる。

以上説明したように本発明装置によれば、極めて短時間
に、しかも精度良く耐熱羽根車を鋳造することができる
。

しかしながら、耐熱羽根車の羽根の彎曲面の曲率が特に
大きい場合においては、その曲率の大きい部分に第１３
図イに示すような亀裂４１が生じることがある。

これは溶融金属が薄肉の羽根部分に相当するキャビティ
内で凝固。

収縮する際に、彎曲形状をもったキャビティ画成用型１
０に対して自由に収縮することができず、その部分に引
張応力Ｐ２が生じるためと考えられる。

そのような場合には第１０図に示した溝３２又は浅瀬部
３４をもつキャピテイ画成用型１０を使用することによ
り、亀裂４１の発生を防ぐことができる。

即ち、溝３２によって形成されるリブ状部３１は彎曲面
に生じる引張応力に対する局所的抵抗要素となり、該彎
曲血中央部に生じる大きな引張応力を分散、緩和するこ
とにより亀裂の発生を防止するものであり、また、浅瀬
部３４によって形成されるパリ状薄肉部３３は亀裂進行
の起点である羽根周縁部を外方に向かつて延長させるこ
ととなり、その延長部において亀裂を生ぜしめ、その亀
裂を製品としての羽根部分には及ばせないようにしたも
のである。

溝３２と浅瀬部３４とを併設したときには溝３２による
引張応力の分散。

緩和作用がパリ状薄肉部内にて行なわれる。

実験結果によれば、パリ状薄肉部の肉厚（型の方では浅
瀬部の深さに相当）は羽根周縁部の肉厚の２分の１種度
とし、リブ状部の肉厚（型の方では溝の深さに相当）は
羽根周縁部の肉厚とほぼ同寸にするのが良い。

また、溝だけを設けるときには溝深さは羽根周縁部の肉
厚とほぼ同寸若しくはそれ以上とするのが良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のダイカスト装置の構造説明図、第２図な
いし第６図は本発明による耐熱羽根車のダイカスト装置
の１実施例でこれによるダイカスト法を工程順に示す断
面説明図、第７図は第２図■−■線断面図、第８図は金
型装置１０を示し図イは側ｍ面図、回目はその一部を切
欠した底面図、第９図は引抜型１３の１例を示すもので
図イは斜視図、回目は側面図、図ハは耐熱羽根車の概略
図、第１０図は引抜型１３の他の実施例を示すもので、
図イは斜視図、回目は側面図、図ハは耐熱羽根車の概略
図、第１１図は引抜型１３の他の駆動手段構成を示し、
図イは側縦断面図、回目は下部金型枠１６を外した状態
の底面図、図ハは駆動部分の説明図、第１２図は第１１
図例の変形態様を示す底面図、第１３図イは耐熱羽根車
製品Ｐの斜視図、第１３図叫ま図イの断面図である。１・・・金型装置、２Ａ、２Ｂ、１９・・・油圧シリン
ダー機構、５・・・湯道、６・・・射出スリーブ、７・
・・プランジャ、８・・・射出装置、１０・・・キャビ
ティ画成用型、１１・・・湯道画成用型、１３・・・引
抜型、１４・・・上部金型、１５，１６・・・上部及び
下部金型枠。

Claims

【特許請求の範囲】１略々放射方向に前進、後退可能な複数個のキャビテ
ィ画成用型と、これらのキャビティ画成用型の各々にそ
れぞれ一体、もしくは一体的に結合された複数個の湯道
画成用型と、これらの型を前進、後退させる手段とを有
し、該手段により前記両型を前進させて型閉じしたとき
に、鋳造されるべき耐熱羽根車と同形状のキャビティ及
びこれに通じる湯道を画成できるように構成された上下
動可能な金型装置と、この金型装置の下方に、その中心
軸線に対して同軸的に垂設された射出スリーブ及びこの
スリーブ内を上下動可能に嵌装されたプランジャを有す
る射出装置と、注湯時には前記金型装置を前記射出スリ
ーブから離隔せしめ、鋳造時には前記金型装置の湯道画
成用型の下端面を前記スリーブの上端面に当接させる金
型装置駆動手段とを有し、かつ、前記揚動画成用型が後
退したときの最大開き径が鋳造されるべき耐熱羽根車の
ボス大径部の径よりも大きく設定されていることを特徴
とする耐熱羽根車のダイカスト装置。２プランジャの径と、プランジャが射出スリーブ内で
最下位にあるときのプランジャ上端面からスリーブ上端
面までの距離との比が０．７〜１．５の範囲である特許
請求の範囲第１項記載の耐熱羽根車のダイカスト装置。３キャビティ画成用型において、鋳造されるべき耐熱
羽根車の羽根周縁部を画成する箇所に、該羽根周縁部か
ら外側に向かってリブ状部を形成できるような溝が設け
られている特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
耐熱羽根車のダイカスト装置。４キャビティ画成用型において、鋳造されるべき耐熱
羽根車の羽根周縁部を画成する箇所に、該羽根周縁部か
ら外側に向かってパリ状部を形成できるような浅瀬部が
設けられている特許請求の範囲第１項、第２項又は第３
項に記載の耐熱羽根車のダイカスト装置。