JPS61119367A - 加圧鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、溶湯をキャビティ内で加圧状態で凝固させる
ことにより高密度で均一な組織を有する鋳造製品を得る
ようにした加圧鋳造装置に関する。

（従　　来　　技　　術） 鋳造方法の一種として、主として軽合金の鋳造に使用さ
れる高圧凝固鋳造法（溶湯鍛造法、ダイカスト法、半溶
融鋳造法などの加圧鋳造法）は、金型（下型）における
キャビティの直下に設けられたゲート部とこれに接続さ
れた射出スリーブとによって湯通路を形成し、この湯通
路に注入した溶湯を上記スリーブ内を摺動するプランジ
ャによってキャビティ内に押し込んで該溶湯を加圧下で
凝固させるものである。これによれば、金型キャピテイ
内で溶湯が加圧されるため、鋳物業が生じなくなると共
に、該溶湯のキャビティ内における冷却が速められ、そ
の結果、高密度で均一な組織を有して機械的強度に優れ
た鋳造製品が得られる。

しかし、この方法においては、上記湯通路に注入された
溶湯がキャビティ内に射出される前に射出スリーブによ
り熱を奪われて冷却されるため、該スリーブ内で溶湯温
度が低下し、これに伴う湯回り不良等によって製品の品
質悪化を招き易いという問題がある。また、上記のよう
に溶湯が射出スリーブによって冷却されると、該スリー
ブ内壁付近で溶湯の一部が凝固して組織の粗い所謂初期
凝固層が形成され、これがプランジャの上動によってキ
ャビティ内に持ち込まれて、製品内で局部的な不連続組
織を形成し、その結果、該製品の強度が低下するのであ
る。

そこで、従来においては、例えば特開昭５６−９９０６
２号公報に開示されているように、射出スリーブ内に紙
等の可燃性材料でなる筒状体を装着し、この中に溶湯を
注入した時に該筒状体が燃えるようにして、この燃焼に
よってスリーブ内壁面に形成される炭素膜により該スリ
ーブ内の溶湯の保温を図る方法が提案されている。しか
し、このようにして可燃性材料でなる筒状体を射出スリ
ーブ内で燃焼させた場合、これに伴って燃焼ガスが発生
するため、製品に鋳物業等のガス欠陥を生じさせる可能
性がある。また、特開昭５８−１６７６５号公報に示さ
れているように、射出スリーブ内にアルミ箔でなる多角
筒形状の保温材を装填して両者間に空気断熱層を形成し
、上記保温材内への溶湯注入時に該空気断熱層によって
溶湯を保温する方法が提案されているが、これによると
、上記保温材が溶湯中に溶融する口とにより該溶湯の組
成や成分比率が変化し、そのため所要の製品強度等が得
られない虞れがある。更に、実開昭５５−１２２９６４
号公報に掲載され、ているように、射出スリーブの周囲
にヒータを設け、このヒータで該スリーブを加熱するこ
とにより溶湯を保温することが考えられるが、このよう
にした場合、ヒータを加熱するための電気エネルギーが
必要になると共に、該ヒータやこれに伴う電気装置によ
って当該加圧鋳造装置自体が複雑化することになる。

（発　　明　　の　　目　　的） 本発明は高圧凝固鋳造における上記のような実情に対処
するもので、加圧鋳造装置における射出スリーブの構造
を改良することにより、該スリーブ内に注入される溶湯
がガス欠陥等の不具合を伴うことなく断熱保温されるよ
うにして、該スリーブ内における湯温の低下による初期
凝固層の発生や湯回りの不良等を防止し、もって均一で
高密度の組織を有して強度等に優れた鋳物が得られるよ
うにすることを目的とする。

（発　　明　　の　　構　　成） 即ち、本発明に係る加圧鋳造装置は、射出スリーブ内壁
面に表面がポーラスな断熱筒体を装着したことを特徴と
する。これは、アルミ等の溶湯はその表面張力が大きい
ために微細な空所に入り込まない点に着目したもので、
上記断熱筒体は例えば発泡金属やセラミック等の多孔質
体で構成される。その場合、該筒体の表面の空孔径Ｄ（
単位：μｍ）は、これに作用する溶湯圧力をＰ（単位：
ＫＰａ）として、 Ｄ≦−１００Ｐ＋２１００ であれば空所に溶湯が流入せず、該筒体内に溶湯を保持
し得ることが確認されている。ここで、上記断熱筒体の
表面は多孔状或いは凹凸状であっても、またネジのよう
に溝状であってもよく、要するに上記溶湯が入り込まな
い程度の空所が該筒体表面に多数形成されていればよい
。

（発　　明　　の　　効　　果） 上記の構成によれば、射出スリーブ内への溶湯注入時に
該溶湯が表面に多数の空孔ないし凹凸を有する断熱筒体
に該空孔等への溶湯侵入を伴うことなく保持されるため
、該溶湯とスリーブ内壁面との接触面積、即ちスリーブ
への伝熱面積が小さくなり、また上記空孔等の内部に保
持された空気の断熱作用が得られる。これにより、射出
スリーブ内においてガス欠陥等を生じさせないで溶湯を
断熱保持することが可能となり、その結果、該スリーブ
内における溶湯の低下による初期凝固層の発生や湯回り
の不良等が防止され、ひいては組織が均−且つ高密度で
強度等に優れた鋳物製品が得られるようになる。

（実　　施　　例） 以下、本発明の実施例について説明する。

第１図に示すように加圧鋳造装置１は、下面にキャピテ
イ２の上手部が形成された上型３と、上面にキャビティ
２の下半部が形成された下型４とを有すると共に、該下
型４にはキャビティ２の直下にゲート部４ａが形成され
ている。また、この下型４にはゲート部４ａの下方に連
続させて射出スリーブ５が接続されており、該ゲート部
４ａと射出スリーブ５とによって湯通路６が形成されて
いる。ここで、射出スリーブ５内にはプランジャ７が上
下摺動自在に嵌挿されている。

然して、該射出スリーブ５の内壁面には断熱筒体８が嵌
装されており、スリーブ５内に注入された溶湯が該筒体
８と上記プランジャ７とによって保持されるようになっ
ている。上記断熱筒体８は例えば発泡金属やセラミック
等の多孔質体でなり、その表面には、上記スリーブ５内
への溶湯注入時に該溶湯が侵入しない程度の大きさの微
細な孔ないし凹部（以下、空孔という）が多数形成され
ている。ここで、該空孔の大きさ即ち空孔径は、当該溶
湯の凝集力に起因する表面張力や該空孔に作用する溶湯
圧力等によって決定されるが、この場合（Ａｆ溶湯の場
合）、該空孔径をＤ（単位：μｍ）、溶湯圧力をＰ（単
位：ＫＰａ）とした時にＤ≦−１００Ｐ＋２１００ の範囲内に設定される。これは後述する溶湯保持実験の
結果から得られたものである。尚、この実施例において
は、下型４のゲート部４ａにおける周壁面にも上記と同
様の多孔質体でなる断熱筒体９が嵌挿され、溶湯が該ゲ
ート部４ａを通ってキャビティ２内に射出される際にも
下型４に熱を奪われないように図られている。

上記の構成によれば、上型３及び下型４を離反させ且つ
プランジャ７を射出スリーブ５内の下方に位置させた状
態で、湯通路６内に溶湯を注入した時、該溶湯は射出ス
リーブ５の内壁面を形成する断熱筒体８内に保持される
ことになるが、その場合、該筒体８の表面には微細な空
孔が多数形成され且つその空孔径と溶湯の圧力との関係
・によって該溶湯が侵入しない状態で保持されるため、
空孔内に空気が保持されてスリーブ内壁面（断熱筒体８
の表面）と溶湯との接触面積がＶ７Ａ端に小さくなる。

これにより、溶湯から射出スリーブ５への熱の移動が減
少し、その結果、該溶湯の温度低下が防止され、該溶湯
が高温に保持されて初期凝固層の発生が防止されること
になる。

また、上記のようにして射出スリーブ５内に一時的に保
持された溶湯は、第１図に鎖線で示すように下型４と上
型３とが型合せされた後、プランジャ７の上動によって
両型３．４間のキャビティ２内に押し込まれると共に、
該キャビティ２内で加圧された状態で凝固するのである
が、その場合、上記のように射出スリーブ５内における
溶湯の温度低下ないし初期凝固層の発生が防止されてい
るため、キャビティ２内における該溶湯の湯回りが良好
に行われ、これにより高密度の且つ均一な組織を有する
鋳造製品が形成されることになる。尚、上記断熱筒体８
はスリーブ５内に嵌挿されているだけであるから、空孔
が目詰まりした場合等に必要に応じてこれを簡単に交換
することができる。

次に、上記実施例の溶湯に対する保温効果を確認するた
めに行った実験について説明する。

射出スリーブ内に溶湯を注入した後、該スリーブの内壁
面から中心方向に１０ＩＩＩＩ１１離れた箇所の溶湯温
度の時間的変化を調べた。ここで、射出スリーブに設け
られる断熱筒体としては、表面の空孔径が５００μｍで
ある多孔質体を使用し、また溶湯量については、スリー
ブ内における該溶湯の最深部の圧力が５ＫＰａとなるよ
うにスリーブ内に注入した。

その結果、第２図のグラフに示すように、鎖線で示す従
来例の場合は、溶湯の注湯開始から射出が完了されるま
での間に、該溶湯の温度が凝固開始温度以下に低下する
が、実線で示す本発明に係る射出スリーブによれば、注
湯が開始されてから射出が完了されるまでの間に、該ス
リーブ内の溶湯温度が凝固開始温度以下まで低下せず、
従ってスリーブ内における初期凝固層の発生が防止され
ることが判明した。尚、上記の従来例は内壁面に断熱兼
潤滑用の黒鉛を塗布した射出スリーブを使用した場合の
ものである。

次に、前述した多孔質体の空孔径と溶湯圧力との関係に
関する溶湯保持実験について説明する。

第３図に示すように、７００℃に夫々予熱され且つ空孔
径のみが互いに異なる鉄系の多孔黄体容器Ａ１・・・Ａ
ｎに、注湯温度が７５０℃のアルミ溶湯Ｂを夫々注入し
て、各容器Ａ１・・・Ａｎの空孔内に該溶湯Ｂが侵入す
るか否かを、各容器Ａ１・・・Ａｎ内における溶湯圧力
を変えながら調べた。

その結果、第４図のグラフに示すように、黒丸で示した
条件のものについては空孔内への溶湯侵入が生じるが、
白丸で示した条件のものについては溶湯侵入が生じない
ことが判明し、このグラ°フから多孔質体の空孔径Ｄ（
単位：μｍ）と溶湯圧力Ｐ（単位：ＫＰａ）との関係が
次式 ０式％ を満足していれば、当該各孔質体容器に溶湯を保持し得
ることが確認された。但し、空孔径りが小さすぎると却
って熱伝導性が良くなるため、該空孔の大きさとしては
、メツシュ数に換算した時に２００メツシユ以下の範囲
であることが望ましい。

尚、上記実施例においては断熱筒体について、発泡金属
やセラミック等のように表面に多数の空孔ないし凹凸を
有する多孔質体を想定して説明したが、第５図に示す第
２実施例のように、表面にネジ溝８ａ’　が形成されて
なる断熱筒体８′を射出スリーブ５′内に嵌挿すること
により、スリーブ内溶湯の断熱保持を行うようにしても
よい。その場合、ネジ溝８ａ’のピッチが上記第１実施
例における空孔径りに対応し、従ってその対応関係に従
ってネジのピッチを空孔径りに換算すれば上記関係式が
第５図に示す断熱筒体８′についても適用できる。ここ
で、第６図（Ｉ）、（ＩＩ）は、上記断熱筒体８′に溶
湯を注入した後に搬影した咳筒体８′　（左側の黒い部
分）と溶湯（右側の白い部分）との境界部を夫々示す断
面写真（倍率１０倍）で、いずれも筒体表面におけるネ
ジ溝８ａ′のピッチが１．５ｉｍのものが使用されてい
る。

このうち、第６図（Ｉ）の写真に示す溶湯圧力Ｐが５Ｋ
Ｐａの場合では、上記ネジ溝８ａ′の溝内に溶湯が侵入
するが、第６図（Ｉ［）の写真に示す溶湯圧力Ｐが０．
５ＫＰａの場合では、溶湯がネジ溝８ａ′の溝内に、侵
入しない状態で保持されることがわかる。。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明加圧鋳造装置の第１実施例を示す縦断面
図、第２図は本発明による保湿効果を従来例と比較して
示すグラフ、第３図は溶湯保持実験に使用した多孔黄体
容器の一部を破断して示す概略図、第４図は該溶湯保持
実験によって得られたデータを示すグラフ、第５図は第
２実施例を示す要部縦断面図、第６図（１，）、（ＩＦ
）は夫々図面に代わる写真であって、第２実施例につし
）で行った溶湯保持実験の結果を示す断熱筒体と溶湯と
の境界部の断面の状態の顕微鏡写真である。 １・・・加圧鋳造装置、５．５′・・・射出スリーブ、
８．８′・・・断熱筒体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高圧凝固鋳造法に用いられる加圧鋳造装置であっ
   て、射出スリーブ内壁面に表面がポーラスな断熱筒体が
   嵌装されていることを特徴とする加圧鋳造装置。
2. （２）断熱筒体の表面の空孔径Ｄ（単位：μｍ）は、溶
   湯による圧力をＰ（単位：ＫＰａ）として Ｄ≦−１００Ｐ＋２１００ であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の加
   圧鋳造装置。