JPS6142471A

JPS6142471A - 強制冷却式鋳造方法

Info

Publication number: JPS6142471A
Application number: JP16549284A
Authority: JP
Inventors: Yukio Otsuka; 幸男大塚; Hiroshi Kawai; 宏河井; Seizo Iida; 清三飯田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1984-08-07
Filing date: 1984-08-07
Publication date: 1986-02-28
Also published as: JPS6359786B2

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〕本発明は強制冷却式鋳造方法に関し、特に溶湯を部分的
に強制冷却すると共に指向性凝固を促進し、高品質な鋳
物を効率よく得る強制冷却式鋳造方法に関する。

〔従来の技術〕

鋳造欠陥等のない信頼性のあるアルミニウム合金鋳物、
例えば、シリンダヘッド等を製造するためには、溶湯の
凝固が迅速に行われ、また溶湯が指向性凝固をすること
が望ましい。従来、主に重力鋳造法や低圧鋳造法におい
ては、金型を水冷あるいは空冷することにより溶湯の凝
固を促進することが行われている。しかし、この場合に
は金型の過冷却により注湯時に湯回り不良が生じないよ
うに金型温度を比較的厳格に調整する必要があるが、金
型温度は鋳造サイクルと共に周期的に変動するため、金
型の温度制御には比較的高度な制御技術が必要である。

また、金型に冷却手段を組み込むため金型構造が複雑化
し、金型の費用がアップする。

また、鋳造欠陥をなくすために指向性凝固を行わせるべ
く押湯の設置場所や形状、容量等を経験的に選択設定す
ることが行われている。しかし、鋳物の形状的制約によ
り、押湯の設置場所や形状、容量等の選択設定には限界
があり、押湯のみによって良好な指向性凝固を行わせる
ことが不可能な場合がしばしば生じる。

更に、従来の方法では溶湯の凝固速度が遅く、得られた
鋳物の機械的強度が劣る。

そこで、本件出願人は、鋳造時鋳物に余肉部を設け、こ
の余肉部を強制冷却することにより指向性凝固を促進す
る鋳物直冷式鋳造方法を提案した（特開昭５７−１０９
５５９号公報）、この鋳物直冷式鋳造方法により、指向
性凝固が促進され、鋳物の嵩品質化が図れると共に、鋳
造サイクルの短縮化が図れるという優れた効果が得られ
た。

また、本件出願人は、鋳型のキャビティに管部材を配置
し、この管部材に冷却媒体を通すことにより溶湯を強制
冷却して凝固を速める強制冷却鋳造法を提案した（特開
昭５８−８６９６６号公報）。この強制冷却鋳造法によ
り、溶湯の凝固速度が速くなり、得られた鋳物の機械的
強度が向上すると共に、鋳造サイクルの短縮化が図れる
という優れた効果が得られた。

〔発明が解決しようとする問題点〕しかしながら、上記鋳物直冷式鋳造方法では、強制冷却
のために鋳物に余肉部を設けたため、鋳物の歩留りが悪
くなり、また鋳造後余肉部を除去するのに時間が掛かる
という問題がある。

また、上記強制冷却鋳造法においでは、シリンダヘッド
等の大物部品を鋳造する際には、形状によっては十分に
指向性凝固を図れないという問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題は、次に述べる本発明の強制冷却式鋳造方法に
よって解決される。

即ち、本発明の強制冷却式鋳造方法は、従来からしばし
ば用いられている冷し金を指向性凝固に利用すると共に
、溶湯により鋳ぐるむ管部材を強制冷却に利用するもの
で、鋳型により郭定されたキャビティ内に溶湯を注ぎ、
この溶湯の凝固過程で溶湯を強制冷却することにより指
向性凝固を行う強制冷却式鋳造方法であって、溶湯の凝固を速めたい部位に、鋳型を貫通させて冷し金
を設置すると共に、鋳型のキャビティに管部材を配置し
、溶湯の充填中あるいは溶湯の充填完了後にこの冷し金
を直接冷却すると共に、管部材に冷却媒体を供給するこ
とを特徴としている。

本発明において、鋳型としては砂型、金型の両方を用い
ることができ、この両方を併用することもできる。

管部材としては、溶湯に熔けない材料であればよいが、
銅合金等のように熱伝導率の良いものの方が望ましい。

この管部材の断面形状は円でも四角でもよく、任意の形
状でよい。

冷し金としては、溶湯に溶けない材料であればよいが、
銅合金等のように熱伝導率の良いものの方が望ましい。

この冷し金の熱伝導をよくするために、冷し金に溝やフ
ィンを設けてもよい。

〔作用〕

本発明の強制冷却式鋳造方法によれば、従来から凝固を
速めるために用いていた冷し金を鋳型を貫通させて設け
、その一端を鋳型外へ延在させたことにより、直接冷し
金を冷却することが可能となった。この結果、従来の冷
し金では、溶湯の充填中に、冷し金が加熱され、また溶
湯の凝固過程においてもｆ６湯から冷し金へ熱伝達を生
じるが、実際は冷し金の熱容量の限界から次第に熱移動
量は少なくなり、全凝固過程で冷却機能を維持すること
ができなかったのに対し、本発明の強制冷却式鋳造方法
によれば、冷し金を直接冷却できるため、常時溶湯の熱
を冷し金へ逃がすことができる。

このため、冷し金が設けられたところを中心として溶湯
が冷却され、指向性凝固が促進されることになる。

また、注入された溶湯に鋳ぐるまれた管部材に水等の冷
却媒体を通すことにより、この管部材を中心として溶湯
が強制的に冷却され、凝固速度が速くなる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面を参考にして説明する。

（第１実施例）第１実施例はシリンダヘッドを鋳造する例を示す。

ここで、第１図は本発明の第１実施例に係る強制冷却式
鋳造方法の一工程を示す断面図、第２図は本発明の第１
実施例に係る強制冷却式鋳造方法に用いた鋳型を示す平
面図、第３図は本発明の第１実施例に係る強制冷却式鋳
造方法の指向性凝固の状態を説明する概略構成図である
。

第１図において、１は有機熱硬化性材料からなる上型で
あり、２は同じく有機熱硬化性材料からなる下型である
。この上型ｌと下型２および図示しない中子により鋳型
３が形成され、この鋳型３によりシリンダヘッドの製品
キャビティ４が郭定される。この鋳型３は定盤５上に固
定されており、下型２と定盤５を貫通して１０本の冷し
金６　（第１図では３本のみが見える）が取り付けられ
ている。この冷し金６は、下方に脱落しないよう溶湯と
接触する頭部が傘状とされている。そして、冷し金６は
水冷ノズル７により冷却される。

また、鋳型３および製品キャビティ４を貫通して管部材
８が取り付けられている。この管部材８は注入ノズル９
に接続されている。

上記鋳型３を用いて次の要領でシリンダヘッドを鋳造し
た。

即ち、鋳型３の製品キャビティ４内にＪＩＳＡＣ４Ｂ相
当のアルミニウム合金溶湯を７００°Ｃに調節して注湯
した。製品キャビティ４に溶湯の充填が完了すると同時
に、下型２に設けられた冷し金６の定盤５から突出して
いる軸部に、水冷ノズル７から水を１．５ｎ？／ｈの割
合で噴射すると共に、管部材８に１．Ｏｎ？／ｈの割合
で冷却媒体としての水を注水した。３分間水冷した後、
噴射および注入を中止し、鋳型３から鋳物粗材を取り出
した。

上記シリンダヘッドを鋳造する際、第３図に示すＡ、Ｂ
、Ｃの３点においてアルミニウム合金が２元共晶を開始
する時間を測定した。この測定結果を、従来法１　（強
制冷却をしないもの）および′　　従来法２（管部材に
よる強制冷却のみのもの）と共に第１表に示す。

第１表　２元共晶開始時間第１表より、従来法ではＢ点（第３図参照）に凝固の逆
転現象が生じて引は巣が生じていたが、本実施例におい
ては、Ａ−Ｂ−Ｃ間の各部位の２元共晶開始時間の差が
大きくなり、指向性凝固が促進されていることが判る。

この結果、従来法１については、７５％程度の引は巣不
良を生じていたが、本実施例ではかかる鋳造欠陥のない
高品質なアルミニウム合金製シリンダヘッドが得られた
。

また、強度は従来法１では１５ｋｇ／ｍｎであったのに
対し、本実施例では３Ｑｋｇ／ｍ”程度となっており、
本実施例のものが大幅に機械的強度が上がることが確認
された。

また、本実施例では従来の鋳物直冷式鋳造方法のように
鋳物に余肉部を設けず、冷し金を利用しているため、製
品の歩留りが向上する。

また、余肉部を設けないため、後処理工程で余肉部を除
去する必要がなく、鋳造サイクルの短縮を図ることがで
きる。

更に、本実施例によれば、鋳型が直接冷却されないため
、鋳型が過冷却されることがなく、鋳型の型温か安定す
るために湯回り不良や引は巣欠陥が生じない。

（第２実施例）第１実施例において、上型として有機自硬性材料を用い
、下型として金型を用いたこと、および鋳造時、下型の
型温を８０℃としたことを除き、他は実質的に第１実施
例と同様にしてアルミニウム合金製シリンダヘッドを鋳
造した。

本実施例においても、第１実施例と同様に、第３図に示
すＡ、Ｂ、Ｃの３点においてアルミニウム合金が２元共
晶を開始する時間を測定した。この結果を、第１実施例
と比較して第２表に示す。

第２表　　　２元共晶開始時間本実施例においては、第１実施例と同様な効果が得られ
る他、下型を金型としたため、２元共晶開始時間が速く
なっており、鋳物の品質がより向上すると共に、鋳造サ
イクルも更に短縮された。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明は、この実施例に限定されるものではなく、特許請求
の範囲に記載の範囲内で種々の実施態様が包含されるも
のである。

例えば、実施例では冷し金を１０個用いる例を示したが
、この冷し金の数および配置は、鋳造しようとする製品
の大きさや形状を考慮して適宜法めることができる。

また、実施例においては溶湯の冷却を充填完了後に行う
例を示したが、溶湯の充填中に冷却を開始してもよい。

〔発明の効果〕

以上より、本発明の強制冷却式鋳造方法によれば、以下
の効果を奏する。

（イ）冷し金と管部材により指向性凝固が促進されると
共に凝固速度が速められるため、引は巣等の鋳造欠陥が
抑止されると共に機械的強度が向上し、高品質な鋳物が
得られる。

（ロ）従来の鋳物直冷式鋳造方法のように、鋳物に強制
冷却用の余肉を設ける必要がないため、製品（鋳物）の
歩留りが大幅に向上する。

（ハ）従来の鋳物直冷式鋳造方法のように、鋳物の余肉
部を後処理工程で除去する必要がないため、全体として
の鋳造サイクルが短縮できる。

（ニ）塗型、型温等の鋳造管理条件が緩和される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る強制冷却式鋳造方法
の一工程を示す断面図、第２図は本発明の第１実施例に係る強制冷却式鋳造方法
に用いた鋳型を示す平面図、第３図は本発明の第１実施例に係る強制冷却式鋳造方法
の指向性凝固の状態を説明する概略構成図である。１−一一〜〜−上型２−−−−一下型３−〜−−−−鋳型４・・−・−製品キャビティ　（キャビティ）５・−・
一定盤６−−−−一冷し金？　−−−一水冷ノズル８−・−管部材９−一一一一注入ノズルＳ、法人　トヨタ自動旧践第１ｒＭ第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋳型により郭定されたキャビティ内に溶湯を注ぎ
、この溶湯の凝固過程で溶湯を強制冷却することにより
指向性凝固を行う強制冷却式鋳造方法であつて、溶湯の凝固を速めたい部位に、鋳型を貫通させて冷し金
を設置すると共に、鋳型のキャビティに管部材を配置し
、溶湯の充填中あるいは溶湯の充填完了後にこの冷し金
を直接冷却すると共に、管部材に冷却媒体を供給するこ
とを特徴とする強制冷却式鋳造方法。