JPS63174775A

JPS63174775A - 金型鋳造法および金型鋳造装置

Info

Publication number: JPS63174775A
Application number: JP462987A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Kawaguchi; 正敏川口; Nobuo Tajima; 田島　宣夫; Fushimi Hatanaka; 節美畑中; Hiroshi Yoshinaga; 宏吉永
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1987-01-12
Filing date: 1987-01-12
Publication date: 1988-07-19
Also published as: JPH0545347B2

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】Ａ１発明の目的（１）産業上の利用分野本発明は金型鋳造法およびその方法の実施に用いられる
金型鋳造装置に関する。

（２）従来の技術従来、金型鋳造法として金型に温度勾配を付し、これに
より指向性凝固を狙ったものが知られているが、鋳物の
離型タイミングについては何ら考察がなされていない（
実開昭６１−８２７４６号公報参照）。

（３）　　発明が解決しようとする問題点鋳物を、その
生産性を向上すべく金型を用いて鋳造する場合、その金
型の高い熱伝導率、鋳物の形態等に起因して、鋳物の凝
固収縮速度が部分的に急激に速められて、鋳物の一部が
金型による拘束を受け、その結果鋳物が熱間割れを起し
たり、金型に変形、摩耗等の損傷が生じるという問題が
ある。

本発明は上記に鑑み、鋳物をそれが熱間割れを起す前に
離型して、正常な鋳物を得ると共にその鋳物の凝固収縮
に起因した金型の損傷を回避し得る前記金型鋳造法およ
びその方法の実施に用いられる金型鋳造装置を提供する
ことを目的とする。

Ｂ０発明の構成（１）　　問題点を解決するための手段本発明に係る金
型鋳造法は、注湯後、前記金型に接する前記鋳物の表層
を急冷し、該鋳物の表層が殻状の凝固層になったとき離
型を行うことを特徴とする。

また本発明に係る金型鋳造装置は、鋳物を鋳造する金型
に冷却回路と加熱回路とを設け、前記加熱回路に加熱制
御器を、また前記冷却回路に冷却制御器をそれぞれ接続
し、前記加熱制御器は注湯に先立って前記加熱回路を作
動して前記金型を加熱し、また注湯開始後前記加熱回路
を不作動にするか、または該加熱回路の出力を低下する
機能を備え、前記冷却制御器は注湯開始後前記冷却回路
を作動して前記金型を冷却し、該金型に接する前記鋳物
の表層を急冷して該表層を殻状の凝固層に変える機能を
備えていることを特徴とする。

（２）作　用鋳物の表層が殻状の凝固層になったとき離型を行うと、
前記凝固層により保形された正常な鋳物を得ることがで
き、また鋳物の凝固収縮量も少ないので金型を損傷する
こともない。

前記金型鋳造装置によれば、前記鋳造法を容易、且つ確
実に実施することができる。特に、注湯に先立って金型
を加熱するように構成しであるので、湯流れ性を良好に
し、また溶湯の急激な冷却に起因した鋳物の割れ等を回
避することができる。

（３）実施例 ■、鋳鉄鋳物の鋳造第１〜第３図は、金型ｌを備えた金型鋳造装置Ｍｌを示
し、その装置Ｍ１は第４図に示す鋳鉄鋳物としてのカム
軸２を鋳造するために用いられる。

金型１は、０．８〜４重量％のＣｒを含有するＣｕ−Ｃ
ｒ合金より構成され、その熱伝導率は０．４〜０．８ｃ
ａｌ／ｃｓ／ｓ／”Ｃである。

金型ｌは、第１型１）と第２型１２とより二つ割に構成
され、第１および第２型１．．１．の合せ面により湯口
３、ランナ４、ゲート５、カム軸成形用キャビティ６お
よびガス抜き孔７がそれぞれ画成される。

第１および第２型１）．Ｉｇに加熱回路８、冷却回路９
およびノックアウト手段１０が設けられており、それら
は両型Ｉ１．１！について略同−であるから第１型ｌ、
について説明する。

加熱回路８は、第１型りに穿設された複数の挿入孔１）
と、各挿入孔１）に挿入保持された棒状ヒータ１２とよ
り構成される。各挿入孔１）は、その一部が第１型１）
においてカム軸２の各軸部２ａを成形する部分に接近す
るように配設される。

冷却回路９は、第１型１）の上部において水平に穿設さ
れた導入路１４、その中間部において水平に穿設された
排出路１５およびそれらを接続すべく互いに交差して水
平および垂直に延びるように第１型１．に穿設された複
数の連通路１６１゜１６！を備え、導入路１４に導入さ
れた冷却水を各連通路１６１．１６□を経て排出路１５
より排出するようになっている。導入路１４、排出路１
５および水平な各連通路１６１は、それらの一部が第１
型１）においてカム軸２のチル部であるカム部２ｂのノ
ーズｎを成形する部分に接近するように配設される。

加熱回路８の各ヒータ１２は加熱制御器Ｃｈｉに接続さ
れる。その加熱制御器Ｃｈｉは注湯に先立って加熱回路
８を作動、したがって各ヒータ１２に通電して第１型Ｉ
Ｉを加熱し、また注湯開始後加熱回路８を不作動、した
がって各ヒータ１２への通電を停止する機能を備えてい
る。

前記加熱時において、各ヒータ１２が第１型１）の、ノ
ーズｎを成形する部分よりも離間しているので、その部
分の温度は他の部分よりも低温になる。当然に、第２型
１冨の各ヒータ１２も加熱制御器Ｃｈｉに接続される。

冷却回路９の導入路１４および排出路１５は冷却制御器
Ｃｃｌに接続される。その冷却制御器ＣＣ１は注湯開始
後冷却回路９を作動、したがって冷却回路９に冷却水を
流通して第１型１）を冷却し、その第１型りに接するカ
ム軸２の表層を急冷してその表層を殻状の凝固層に変え
る機能を備えている。　　　　　・前記冷却時において、導入路１４、排出路１５および水
平な各連通路１６１が第１型ｌ、の、ノーズｎを成形す
る部分に接近しており、また加熱段階ではその部分が他
の部分より低温であることもあって、ノーズｎを急速に
冷却してそのチル化を確実に達成することができる。当
然に、第２型１ｚの冷却回路９も冷却制御器Ｃｃｌに接
続される。

ノックアウト手段１０は、複数のビン１７、それらビン
１７の一端を支持する支持板１８およびその支持板１８
に連結された作動部材１９を備え、各ビン１７は第１型
いに形成されて湯口３、ランナ４およびキャビティ６に
開口する各挿入孔２０に摺合される。キャビティ６にお
いて、各挿入孔２０の開口部はカム軸２の各ジャーナル
２Ｃを成形する部分に配設される。

次に、前記金型鋳造装置Ｍ１によるカム軸２の鋳造作業
について説明する。

先ず、表■に示す、ＪＩＳ　　ＦＣ２０〜ＦＣ３０相当
の鋳鉄成分の溶湯を調製する。

表　　　■ 前記鋳鉄は、第５図のＦｅ−Ｃ系平衡状２Ｍ図において
斜線の成分範囲Ａ、にあり、共晶線Ｌｅｌは前記成分範
囲Ａ１と略１）５０℃にて交差している。

前記溶湯には、カム軸２が表■の組成を有するように、
０．１５重量％のＦｅ−３ｔが添加される。

表　　　■ 金型１は、注湯に先立って加熱回路８により加熱され、
軸部２ａを成形する部分は略４５０℃に、またノーズｎ
を成形する部分は略１５０℃にそれぞれ維持される。こ
の金型１に、接種後の溶湯を温度１３８０〜１４２０℃
にて注入し、カム軸２を鋳造する。この時の鋳込重量は
５　ｋｇである。

前記のように金型１を加熱しておくと、注湯時揚泥れ性
を良好にし、また溶湯の急激な冷却に起因したカム軸２
の割れ等を回避することができる。

注湯開始後、加熱回路８による金型１の加熱を停止し、
同時に冷却回路９により金型１の冷却を開始する。

第６図は金型１に接するカム軸２の表層温度の降下を、
注湯後の経過時間との関係で示したものである。

金型ｌの冷却作用を受けてカム軸２の表層が急冷され、
その表層温度が、点ａ、で示す約１）５０℃（共晶線Ｌ
ｅ　１）まで降下すると、カム軸２は凝固状態となり、
その表層が殻状の凝固層に変化する。

この場合、表層温度が点す、で示す７００℃を下回ると
、カム軸２に熱間割れを生じる。また表層温度が点ｃ、
で示す８００℃を下回ると、カム軸２の凝固収縮に起因
して金型ｌに対するカム軸２の密着等が発生して金型２
に変形、摩耗等の損傷を生じる。

そこで、注湯後約３〜約８秒後カム軸２の表層温度が点
ｄ、で示す９５０℃から点ｅＩで示す８５０℃に達した
とき、型開きを行い、ノックアウト手段１０を作動して
カム軸２を離型する。

前記手法により得られたカム軸２は熱間割れを生じてお
らず、また金型１にも何等損傷を生じていない、その上
、カム軸２は殻状の凝固層により覆われているので離型
に際し変形することもない。

さらに、各カム部２ｂのノーズｎは、それを成形する金
型１の部分が比較的低温に加熱されており、また冷却段
階では急速に冷却されるので確実にチル化されている。

前記ＪＩＳ　　Ｆ０２０〜ＦＣ３０相当の鋳鉄よりなる
鋳鉄鋳物の離型最適範囲は、その表層温度が１）５０〜
８００℃、したがって共晶線Ｌｅｌとその直下３５０℃
との間にあるときであるが、実験の結果、球状黒鉛鋳鉄
等の他の鋳鉄を用いた鋳鉄鋳物の場合にも同様のことを
言えることが判明している。

■、鋼鋳物の鋳造第７〜第９図は、金型１０１を備えた金型鋳造装置Ｍ２
を示し、その装置Ｍ２は第１０図に示す鋼鋳物としての
カム軸１０２を鋳造するために用いられる。

金型１０１は、前記と同様のＣｕ−Ｃｒ合金より構成さ
れる。金型１０１は、第１型１０１）と第２型１０１□
とより二つ割になっており、第１および第２型１０１．
．１０１ｇの合せ面により湯口１０３、ランナ１０４、
ゲート１０５、カム軸成形用キャビティ１０６およびガ
ス抜き孔１０７がそれぞれ画成される。

第１および第２型ｔｏｌｌ、１０１）に加熱回路１０８
、冷却回路１０９およびノックアウト手段１）０が設け
られており、それら両型１０１．。

１０１ｔについて同一であるから第１型１０１゜につい
て説明する。

加熱回路１０８は、第１型１０１．に穿設された複数の
挿入孔１）１と、各挿入孔１）１に挿入保持された棒状
ヒータ１）２とより構成される。

各ヒータ１）２は加熱制御器Ｃｈ２に接続される。その
加熱制御器Ｃｈ２は注湯に先立って加熱回路１０８を作
動、したがって各ヒータ１）２に通電して第１型１０１
）を加熱し、また注湯開始後加熱回路１０８を不作動、
したがって各ヒータ１）２への通電を停止する機能を備
えている。当然に、第２型１０１！の各ヒータ１）２も
加熱制御器Ｃｈ２に接続される。

冷却回路１０９は第１型１０１．の上部に穿設された水
平な導入路１）４、その下部に穿設された水平な排出路
１）５およびそれらを接続すべく第１型１０Ｌに穿設さ
れた複数の垂直な連通路１）６を備え、導入路１）４に
導入された冷却水を各連通路１）６を流通させて排出路
１）５より排出するようになっている。

導入路１）４および排出路１）５は冷却制御器Ｃｃ２に
接続される。その冷却制御器Ｃｃ２は注湯開始後冷却回
路１０９を作動、したがって冷却回路１０９に冷却水を
流通させて第１型１０１＋を冷却し、その第１型１０１
＋に接するカム軸１０２の表層を急冷してその表層を殻
状の凝固層に変える機能を備えている。当然に、第２型
１０１２の冷却回路１０９も冷却制御器Ｃｃ２に接続さ
れる。

ノックアウト手段１）０は、複数のピン１）７、それら
ピン１）７の一端を支持する支持１）１Ｂおよびその支
持板１）Ｂに連結された作動部材１）９を備え、各ピア
’ｌ１７は第１型１ｏ１）に形成されて湯口１０３、ラ
ンナ１０４およびキャビティ１０６に開口する各挿入孔
１２０に摺合される。

次に、前記金型鋳造装置Ｍ２によるカム軸１０２の鋳造
作業について説明する。

装入主原料として、５０〜７０重量％のスクラップ材（
鋼）および５０〜６０重量％のリターン材を高周波溶解
炉に装入して溶解し、それに、Ｃ１Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−
Ｍｏ、Ｆｅ−Ｖ等の副原料を添加して表■に示す合金工
具鋼（ＪＩＳ　　５ＫＤ−１））相当の合金鋳鋼成分の
溶鋼を調製する。

表　　　ｍ前記合金鋳鋼は、第５図のＦｅ−Ｃ系平衡状態図におい
て斜線の成分範囲へ、にあり、固相線ＬＳは前記成分範
囲Ａ、と略１２５０℃にて交差している。

溶鋼をアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中にて昇温し
、１５００〜１５３０℃で０．２重量％のＣａ−５ｉを
添加する１次脱酸および１６５０〜１６７０℃で０．１
重量％のＡＪを添加する２次脱酸を行う。

金型ＩＯ１は、注湯に先立って加熱回路１０８により１
５０〜４５０℃に加熱されている。この金型１０１に、
脱酸後の溶鋼を温度１６３０〜１６７０℃にて注入し、
カム軸１０２を鋳造する。

この時の鋳込重量は５．０　ｋｇである。

前記のように金型１０１を加熱しておくと、注湯時揚泥
れ性を良好にし、また溶鋼の急激な冷却に起因したカム
軸１０２の割れ等を回避することができる。

注湯開始後、加熱回路１０８による金型１０１の加熱を
停止し、同時に冷却回路１０９により金型１０１の冷却
を開始する。

第１）図は金型１０１に接するカム軸１０２の表層温度
の降下を、注湯後の経過時間との関係で示したものであ
る。

金型１０１の冷却作用を受けてカム軸１０２の表層が急
冷され、その表層温度が、点ａ２で示す約１２５０℃（
固相線Ｌｓ）まで降下すると、カム軸１０２は凝固状態
となり、その表層が殻状の凝固層に変化する。

この場合、表層温度が点ｂ２で示す９５０℃を下回ると
、カム軸１０２に熱間割れを生じる。また表層温度が点
ｃ２で示す１０００℃を下回ると、カム軸１０２の急速
で且つ大きな凝固収縮に起因して金型１０１に対するカ
ム軸１０２の密着等が発生して金型１０１に変形、摩耗
等の損傷を生じる。

そこで、注湯後約４〜約５秒後カム軸１０２の表層温度
が点ｄ、で示す１２００℃から点ｅ！で示す１）００℃
に達したとき、型開きを行い、ノックアウト手段１）０
を作動してカム軸１０２を離型する。

前記手法により得られたカム軸１０２は熱間割れを生じ
ておらず、また金型１０１にも何等損傷を生じていない
、その上、カム軸１０２は殻状の凝固層により覆われて
いるので離型に際し変形することもない。

前記合金鋳鋼よりなる鋼鋳物の離型最適範囲は、その表
層温度が１２５０〜１０００℃、したがって固相線Ｌｓ
とその直下２５０℃との間にあるときであるが、実験の
結果、普通鋳鋼の場合にも同様のことを言えることが判
明している。

前記装入原料としては、前記合金工具鋼相当のものに限
らず、スクラップ材およびリターン材を主原料とし、こ
れに副原料としてＣ％　Ｎ　ｔ　−、Ｃｒ、ＭＯ，、Ｖ
％　Ｃｏ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａ１等の合金元素を単独または
複合して添加し、０．４〜１．８重量％のＣを含有する
ように調製されるものが用いられる。

■、アルミニウム合金鋳物の鋳造アルミニウム合金鋳物としてのカム軸の鋳造には前記鋼
鋳物の金型鋳造装置Ｍ２が用いられる。

鋳造作業に当っては、先ず、表■に示す、ＪＩＳ　　Ａ
ＤＣ１２相当のアルミニウム合金成分の溶湯を調製する
。

表　　　■ 前記アルミニウム合金は、第１２図のＡ＃−３ｉ系平衡
状態図において斜線の成分範囲Ａ、にあり、共晶線Ｌｅ
２は前記成分範囲Ａ、と５８０℃にて交差している。

金型１０１は、注湯に先立って加熱回路１０８により１
００〜３００℃に加熱されている。この金型１０１にア
ルミニウム合金の溶湯を温度７００〜７４０℃にて注入
し、カム軸１０２を鋳造する。この時の鋳込重量は２．
０　ｋｇである。

前記のように金型１０１を加熱しておくと、注湯時揚泥
れ性を良好にし、また溶湯の急激な冷却に起因したカム
軸１０２の割れ等を回避することができる。

第１３図は金型１０１に接するカム軸１０２の表層温度
の降下を、注湯後の経過時間との関係で示したものであ
る。

金型１０１の冷却作用を受けてカム軸１０２の表層が急
冷され、その表層温度が、点ａ、で示す約５８０℃（共
晶線Ｌｅ２）まで降下すると、カム軸１０２は凝固状態
となり、その表層が殻状の凝固層に変化する。

この場合、表層温度が点す、で示す２８０℃を下回ると
、カム軸１０２に熱間割れを生じるおそれがある。また
表層温度が点Ｃ，ｌで示す３５０℃を下回ると、カム軸
１０２の急速で且つ大きな凝固収縮に起因して金型１０
１に対するカム軸１０２の密着等が発生して金型１０１
に溶損等の損傷を生じるおそれがある。

そこで、注湯後約４．５秒後カム軸１０２の表層温度が
点ｄ、で示す５００℃に達したとき、型開きを行い、ノ
ックアウト手段１）０を作動してカム軸１０２を離型す
る。

前記手法により得られたカム軸１０２は熱間割れを生じ
ておらず、また金型１０１にも何等損傷を生じていない
。その上、カム軸１０２は殻状の凝固層により覆われて
いるので離型に際し変形することもない。

前記合金よりなる鋳物の離型最適範囲は、その表層温度
が約５８０℃、したがって共晶線Ｌｅ２とその直下２３
０℃との間にあるときであるが、実験の結果、Ａｌ−Ｃ
ｕ系、Ａｌ−Ｚｎ系等のアルミニウム合金の場合にも同
様のことを言えることが判明している。

なお、前記各鋳造作業において、加熱制御器Ｃｈｌ、Ｃ
ｈ２に、注湯開始後加熱回路８．１０８の出力を低下、
したがって各ヒータ１２，１）２への通電量を減少する
ような機能を持たせてもよい、また本発明は、カム軸に
限らず、クランクシャフト、ブレーキキャリパ、ナック
ルアーム等の各種機械部品の鋳造に適用される。

Ｃ０発明の効果本発明金型鋳造法によれば、鋳物の表層が殻状の凝固層
になったとき離型を行うので、離型に際し凝固層の保形
能を得て正常な鋳物を得ると共に金型の損傷を防止して
その延命を図ることができる。また離型を鋳物の高温領
域で行うので生産能率を向上させることができる。

本発明金型鋳造装置によれば、前記金型鋳造法を容易、
且つ確実に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１ないし第３図は鋳鉄鋳物用金型鋳造装置を示し、第
１図は全体の斜視図、第２図は第１図■−■線矢視図、
第３図は第２図ｍ−ｍ線断面図、第４図はカム軸の正面
図、第５図はＦｅ−Ｃ系平衡状態図、第６図は鋳鉄鋳物
において、注湯後の経過時間とカム軸の表層温度との関
係を示すグラフ、第７ないし第９図は鋼鋳物用金型鋳造
装置を示し、第７図は全体の斜視図、第８図は第７図■
−■線矢視図、第９図は第８図ＩＸ−ＩＸ線断面図、第
１０図はカム軸の正面図、第１）図は鋼鋳物において、
注湯後の経過時間とカム軸の表層温度との関係を示すグ
ラフ、第１２図はＡｌ−３ｉ系平衡状態図、第１３図は
アルミニウム合金鋳物において、注湯後の経過時間とカ
ム軸の表層温度との関係を示すグラフである。Ｃｃｌ、Ｃａ２・・・冷却制御器、Ｃｈｌ、Ｃｈ２・・
・加熱制御器、［、ｅｌ、Ｌｓ２・・・共晶線、Ｌｓ・
・・固相線、１．１０１・・・金型、２，１０２・・・鋳鉄鋳物、鋼
鋳物としてのカム軸、８，１０８・・・加熱回路、９゜
１０９・・・冷却回路特　許　出　願　人　　本田技研工業株式会社代理人　
　　弁理士　　落　　合　　　　　健第１図第３図第４図第５図Ｃ（を量０１０）第７図第１０図　　　　　　　第９図第１２図Ｓｉ　（重量’／、）第１３図５土渇獲の紅色時間（ｓｅｃ　）手続補正書（自発）昭和　６２年　９　月２４　日１、事件の表示昭和６２年　特　許願第　４６２９号２・　発明　Ｏ名称　　　　金型鋳造法および金型Ｓ寿
造装置３、補正をする者事件との関係　　特許出願人名　称　　　　　（５３２）本田技研工業株式会社４、
代　　　理　　　人　　〒１０５５、補正の対象明細書の「発明の詳細な説明」の欄及び図面の第２．３
図補正の内容１、明細書第１２口笛１）．第１５行、「生じる」とあ
る次に、「おそれがある」を加入する。２、明細書第１３頁第１３行、ｒｌ１５０．とあるを、「約１）５０Ｊに訂正する。 °３．明細書第１４頁第１５行、「それら」とあるを、「それらは」に訂正する。４、明細書第１９頁第１０行、第１４〜第１５行、「生
じる」とある次に、「おそれがある」を加入する。５、明細書第２０頁第１０行、「１２５０」とあるを、［約１２５０Ｊに訂正する。６、明細書第２１頁末行、ｒ５８０Ｊとあるを、「約５８０」に訂正する。７、明細書第２４頁第５行、ｒ５８０．とある次に、「〜３５０」を加入する。８、図面筒２．第３図を別紙の通り訂正する。以上第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋳物を金型を用いて鋳造するに当り、注湯後、前
記金型に接する前記鋳物の表層を急冷し、該鋳物の表層
が殻状の凝固層になったとき離型を行うことを特徴とす
る金型鋳造法。
（２）前記鋳物は鋳鉄鋳物であり、前記離型は、前記鋳
鉄鋳物の表層温度が共晶線とその直下３５０℃との間に
あるとき行われる、特許請求の範囲第（１）項記載の金
型鋳造法。
（３）前記鋳物は鋼鋳物であり、前記離型は、前記鋼鋳
物の表層温度が固相線とその直下２５０℃との間にある
とき行われる、特許請求の範囲第（１）項記載の金型鋳
造法。
（４）前記鋳物はアルミニウム合金鋳物であり、前記離
型は、前記アルミニウム合金鋳物の表層温度が共晶線と
その直下２３０℃との間にあるとき行われる、特許請求
の範囲第（１）項記載の金型鋳造法。
（５）鋳物を鋳造する金型に冷却回路と加熱回路とを設
け、前記加熱回路に加熱制御器を、また前記冷却回路に
冷却制御器をそれぞれ接続し、前記加熱制御器は注湯に
先立って前記加熱回路を作動して前記金型を加熱し、ま
た注湯開始後前記加熱回路を不作動にするか、または該
加熱回路の出力を低下する機能を備え、前記冷却制御器
は注湯開始後前記冷却回路を作動して前記金型を冷却し
、該金型に接する前記鋳物の表層を急冷して該表層を殻
状の凝固層に変える機能を備えていることを特徴とする
金型鋳造装置。