WO2011033869A1 - 金型 - Google Patents
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- B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
Definitions
- the present invention relates to a mold.
- Non-Patent Document 1 (Masataka Nishida, “Stress Concentration Augmented Edition”, Morikita Publishing, p. 114-127) describes a technique for solving such a problem.
- a technique for forming a rounded corner is generally known. By this method, the stress applied to the corner of the cavity is dispersed, and the generation of cracks is suppressed.
- An object of the present invention is to prevent stress from concentrating on the corner of a mold cavity while avoiding an increase in machining allowance even when the pressure applied to molten metal at the time of injection becomes high. There is.
- the mold according to the first invention includes a cavity portion.
- the cavity portion has a side surface, a bottom surface, and a corner surface.
- the corner surface extends from the lower end of the side surface to the side edge of the bottom surface. Further, the corner surface is located on the inner side of the virtual extension surface of the side surface and the virtual extension surface of the bottom surface in the cross-sectional view.
- the corner surface is formed by arranging a plurality of curved surfaces in a step shape from the lower end of the side surface toward the side end of the bottom surface.
- the “curved surface” referred to here is curved in an arc shape so as to be recessed in the obliquely downward direction in a sectional view.
- the “outward direction” component in the “downwardly outward direction” here means the “outward direction of the cavity”, that is, the direction from the inside of the cavity toward the side surface forming the cavity.
- the “downward direction” component in the “downwardly slanting direction” here means the “downward direction of the cavity”, that is, the direction from the inside of the cavity toward the bottom surface forming the cavity.
- die which concerns on 2nd invention is a metal mold
- the mold according to the third invention is a mold according to the first invention or the second invention, and is used in at least one of the semi-molten die casting method and the semi-solid die casting method.
- the mold according to the fourth invention is a mold according to any of the first to third inventions, and the cavity part is a spiral groove part.
- die which concerns on 5th invention is a metal mold
- the corner surface is extended from the lower end of the side surface of the outer peripheral side of a spiral groove part.
- die which concerns on 6th invention is a metal mold
- the corner surface is extended from the lower end of the side surface of the outermost periphery part of a spiral groove part.
- the plurality of curved surfaces are arranged stepwise from the lower end of the side surface toward the side end of the bottom surface, thereby forming a corner surface.
- die the stress which arises in the corner of a cavity at the time of shaping
- this mold prevents stress from concentrating on the corners of the mold cavity while avoiding an increase in machining allowance even when the pressure applied to molten metal during injection is high. can do.
- such a mold can be suitably used for a semi-molten die casting method or a semi-solid die casting method, which has a relatively high molding pressure as compared with a die casting method using a low melting point metal such as aluminum.
- a plurality of curved surfaces can be formed using the same cutting tool.
- the metal mold according to the third invention is used in at least one of the semi-molten die casting method and the semi-solid die casting method. Therefore, in this mold, the pressure applied to the corners by the semi-molten metal or the semi-solid metal in at least one of the semi-molten die cast method and the semi-solid die cast method is dispersed.
- the cavity is a spiral groove.
- this mold it is possible to avoid an increase in machining allowance as compared with a corner provided with one curved surface having a large radius. For this reason, in this metal mold
- the corner surface extends from the lower end of the outer peripheral side surface of the spiral groove. For this reason, the stress to the corners on the outer peripheral side where stress tends to concentrate can be efficiently dispersed.
- the corner surface extends from the lower end of the side surface of the outermost peripheral portion of the spiral groove portion. For this reason, the stress to the corner of the outermost peripheral part where the stress is particularly concentrated can be efficiently dispersed.
- FIG. 2 is a view showing a cross section of a mold at a position II-II shown in FIG. It is the figure which expanded and showed the spiral part equivalent partial shaping
- FIG. 11 is a top view of another mold according to Modification 3.
- FIG. 11 is a top view of another mold according to Modification 3.
- FIG. 1 is a top view showing a die-casting mold 1 according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a view showing a cross section of the mold 1 at the position II-II shown in FIG.
- the mold 1 is combined with a mold (not shown) to form a material-shaped cavity 11 and used for molding a component material including a machining allowance.
- semi-molten or semi-solid molding semi-molten or semi-solid metal is pressurized and injected into the cavity 11 by a die cast machine. Thereafter, the semi-molten or semi-solid metal is rapidly cooled and solidified in a mold to obtain a component material having a desired shape.
- Examples of the component material formed by the mold 1 according to the present embodiment include materials such as a movable scroll and a fixed scroll of a scroll compressor.
- FIG. 1 shows a spiral side of the mold used for forming the movable scroll. A mold 1 for molding is shown.
- the cavity 11 includes a portion for forming a portion corresponding to the end plate of the movable scroll (hereinafter referred to as “end plate equivalent portion forming portion”) 111 and a portion for forming a portion corresponding to the spiral portion (hereinafter “vortex”).
- FIG. 3 shows an enlarged view of the spiral-corresponding partial molding portion 112 of the cavity 11 shown in FIG.
- the spiral portion corresponding partial molding portion 112 of the cavity 11 is mainly formed of a side surface 121, a bottom surface 122, and a corner surface 113. As shown in FIGS.
- the corner surface 113 extends from the lower end of the side surface 121 to the side end of the bottom surface 122, and is inside the virtual extension surface of the side surface 121 and the virtual extension surface of the bottom surface 122 in a cross-sectional view. Is located.
- the corner surface 113 is formed by arranging the two curved surfaces 131 and 132 stepwise from the lower end of the side surface 121 toward the side end of the bottom surface 122. 2 and 3, the curved surfaces 131 and 132 are curved so as to be recessed in an arc shape toward the obliquely downward outer direction of the cavity 11 in a cross-sectional view.
- FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the mold 1 provided with only one curved surface 43 having a radius RA as a corner surface.
- FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of the mold 1 in which two curved surfaces 131 and 132 having radii RB and RC are provided in a step shape as corner surfaces.
- the stress F generated in the corner portion obtained by the stress analysis is shown as a relative numerical value.
- F a corner surface
- the two curved surfaces 131 and 132 are provided stepwise as corner surfaces (FIG. 5)
- FIG. 6 shows the ratio of the fatigue strength of the component material to the result of analyzing the stress generated in the corner when a semi-molten or semi-solid metal is pressure-injected into the mold for each shape of the corner surface 113.
- the safety factor S indicates that the greater the value, the safer.
- the degree of stress concentration can be relaxed by increasing the radius of the curved surface, so that the safety factor S is increased.
- the stress concentration can be relaxed, so the safety factor S is further increased.
- the stress generated in the mold 1 is made the same by making the radius 1 of the corner surface 113 of the mold 1 large without increasing the radius R, when one curved surface having a large radius is provided as the corner surface Compared to the above, it is possible to avoid an increase in the thickness and depth of the spiral molding corresponding partial molding portion 112 of the cavity 11. Therefore, when finishing the component material 2 molded by the mold 1, it is possible to avoid increasing the amount of the machining allowance 22 to be cut. 3 to 8, the movable scroll finished by cutting the machining allowance 22 from the component material 2 is indicated by a broken line.
- FIGS. 7 and 8 it will be described with reference to FIGS. 7 and 8 that an increase in the amount of machining allowance 22 can be avoided as compared with a corner provided with one curved surface having a large radius as a corner surface.
- one curved surface 41 having a large radius is provided as the corner surface 113, and the cavity when the width of the spiral portion-corresponding portion molding portion 112 is expanded is indicated by a one-dot chain line.
- FIG. When the two curved surfaces 131 and 132 are provided in a step shape as the corner surface 113, the radius of each of the two curved surfaces 131 and 132 can be reduced if the same stress as in the above case is generated.
- the thickness t22 of the machining allowance 22 can be made smaller than the thickness t41 of the machining allowance 411 when one curved surface 41 having a large radius is provided as the corner surface 113. Therefore, when the two curved surfaces 131 and 132 are provided in a step shape as the corner surface 113, the width of the spiral portion corresponding partial molding portion 112 is larger than when the one curved surface 41 having a large radius is provided as the corner surface 113. Can be narrowed, and the winding interval of the spiral portion-corresponding partial molding portion 112 can be narrowed.
- FIG. 8 is a diagram showing the cavity when the curved surface 42 having a large radius is provided as the corner surface 113 and the depth of the spiral portion-corresponding partial molding portion 112 is increased by a one-dot chain line.
- the thickness d22 of the machining allowance 22 is greater when the two curved surfaces 131 and 132 are provided in a step shape as the corner surface 113.
- the thickness d42 of the machining allowance 421 when one curved surface 42 having a large radius is provided as the corner surface 113 can be reduced.
- the spiral portion-corresponding partial molded portion 112 is compared with the case where one curved surface 42 having a large radius is provided as the corner surface 113.
- the depth can be reduced. Therefore, a shorter cutting tool can be used in the production of the mold 1, and as a result, the processing accuracy of the mold 1 can be improved.
- the mold 1 is used in at least one molding method of a semi-molten die casting method (thixocast method) and a semi-solid die casting method (leocast method).
- thixocast method a semi-molten die casting method
- leocast method a semi-solid die casting method
- the temperature of the molten metal at the time of molding is high, and the pressure at the time of molding is also high.
- the limit value of stress at which defects such as cracks occur is smaller than when the temperature is low, and the pressure at the time of molding is high, so the stress generated at the corner increases. .
- FIG. 9 is a diagram showing a difference in conditions between a molding method such as aluminum die casting and a molding method of an iron-based semi-molten die casting method or a semi-solid die casting method.
- the material temperature is 1200 ° C. and the molding pressure is 60 MPa, which is compared with the material temperature (700 ° C.) and molding pressure (35 MPa) of the aluminum die casting method. Is expensive.
- the stress on the corner 113 is dispersed.
- ⁇ Modification 2> As shown in FIGS. 3 and 5, it is preferable that the radii RB and RC of the two curved surfaces 131 and 132 forming a step in the cross-sectional view are the same. This is because the same cutting tool can be used when forming the two curved surfaces 131 and 132. In the case where two or more curved surfaces 131 and 132 are provided in a step shape as the corner surface 113, it is preferable from the same viewpoint that the radiuses of the curved surfaces are the same.
- the corner surface 113 (FIG. 3) according to the present embodiment is preferably provided on the outer peripheral side of the spiral molding corresponding partial molding portion 112 of the cavity 11.
- the semi-molten or semi-solid metal is pressure-injected, the inward pressure and the outward pressure cancel each other between the adjacent portions of the spiral portion-corresponding partial molded portion 112 when viewed in the radial direction.
- the mold according to the present invention prevents stress from concentrating on the corner of the mold cavity while avoiding an increase in machining allowance even when the pressure applied to the molten metal during injection is high.
- it is useful as a mold when a semi-molten die casting method or a semi-solid die casting method is used.
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Abstract
本発明に係る金型(1)は、キャビティ部(11)を備える。キャビティ部(11)は、側面(121)、底面(122)および隅面(113)を有する。隅面は、側面の下端から底面の側端まで延びている。また、この隅面は、断面視において側面の仮想延長面および底面の仮想延長面よりも内側に位置する。また、この隅面は、断面視において斜下外方向に向かって窪むように円弧状に湾曲する複数の湾曲面(131,132)が側面の下端から底面の側端に向かって段状に配置されることにより形成されている。
Description
本発明は金型に関する。
従来から、金型を用いた金属部品の成形方法が広く知られている。このような成形方法では、一般に、溶解金属や、半溶融金属、半凝固金属などが金型のキャビティに加圧注入される。なお、このような成形方法は、近年、スクロール圧縮機の可動スクロールや固定スクロールなどに適用されている。
ところで、従来の金型では、通常、キャビティの隅が角張っていた。このため、キャビティに溶解金属などが加圧注入されると、その隅に応力が集中し、隅を起点として金型にクラックが生じる場合があった。
そして、このような問題を解決する手法の一つとして、例えば、非特許文献1(西田正孝著、「応力集中 増補版」、森北出版、p.114-127)に記載されている「キャビティの隅にアールを形成する手法」が一般的に知られている。この手法により、キャビティの隅にかかる応力が分散され、クラックの発生が抑制される。
ところで、従来の金型では、通常、キャビティの隅が角張っていた。このため、キャビティに溶解金属などが加圧注入されると、その隅に応力が集中し、隅を起点として金型にクラックが生じる場合があった。
そして、このような問題を解決する手法の一つとして、例えば、非特許文献1(西田正孝著、「応力集中 増補版」、森北出版、p.114-127)に記載されている「キャビティの隅にアールを形成する手法」が一般的に知られている。この手法により、キャビティの隅にかかる応力が分散され、クラックの発生が抑制される。
しかし、注入時の溶融金属などに対する加圧圧力が高くなれば、アールの半径を大きくする必要があり、その結果、加工取り代が多くなってしまう。そして、加工取り代が多くなると、原料費や加工費に無駄が生じ、経済的に好ましくない。
本発明の課題は、注入時の溶融金属などに対する加圧圧力が高くなる場合であっても、加工取り代の増加を回避しつつ、金型のキャビティの隅に応力が集中するのを防止することにある。
本発明の課題は、注入時の溶融金属などに対する加圧圧力が高くなる場合であっても、加工取り代の増加を回避しつつ、金型のキャビティの隅に応力が集中するのを防止することにある。
第1発明に係る金型は、キャビティ部を備える。キャビティ部は、側面、底面および隅面を有する。隅面は、側面の下端から底面の側端まで延びている。また、この隅面は、断面視において側面の仮想延長面および底面の仮想延長面よりも内側に位置する。また、この隅面は、複数の湾曲面が側面の下端から底面の側端に向かって段状に配置されることにより形成されている。なお、ここにいう「湾曲面」は、断面視において斜下外方向に向かって窪むように円弧状に湾曲している。また、ここにいう「斜下外方向」中の「外方向」成分は、「キャビティの外方向」つまりキャビティの内部から、キャビティを形成する側面に向かう方向を意味する。また、ここにいう「斜下外方向」中の「下方向」成分は、「キャビティの下方向」つまりキャビティの内部から、キャビティを形成する底面に向かう方向を意味する。
第2発明に係る金型は、第1発明に係る金型であって、湾曲面は、断面視においてそれぞれ同じ半径で湾曲している。
第3発明に係る金型は、第1発明または第2発明に係る金型であって、半溶融ダイキャスト法及び半凝固ダイキャスト法の少なくともいずれか一方の成形法において用いられる。
第4発明に係る金型は、第1発明から第3発明のいずれかに係る金型であって、キャビティ部は、渦巻状溝部である。
第5発明に係る金型は、第4発明に係る金型であって、隅面は、渦巻状溝部の外周側の側面の下端から延びている。
第6発明に係る金型は、第4発明に係る金型であって、隅面は、渦巻状溝部の最外周部分の側面の下端から延びている。
第1発明に係る金型では、複数の湾曲面が側面の下端から底面の側端に向かって段状に配置されることにより隅面が形成されている。このため、この金型では、成形時においてキャビティの隅に生じる応力が分散される。よって、応力が特定箇所に集中することを回避でき、以って金型の寿命を延ばすことができる。また、このような金型では、半径の大きい曲面を一つ設けた隅に比べて、加工取り代が増えるのを回避することができる。よって、この金型は、注入時の溶融金属などに対する加圧圧力が高くなる場合であっても、加工取り代の増加を回避しつつ、金型のキャビティの隅に応力が集中するのを防止することができる。また、このような金型は、アルミニウム等の低融点金属を用いたダイキャスト法に比べて成形圧力が比較的高い半溶融ダイキャスト法や半凝固ダイキャスト法に好適に用いることができる。
第2発明に係る金型では、同じ刃具を用いて複数の湾曲面を形成することができる。
第3発明に係る金型は、半溶融ダイキャスト法及び半凝固ダイキャスト法の少なくともいずれか一方の成形法において用いられる。よって、この金型では、半溶融ダイキャスト法及び半凝固ダイキャスト法の少なくともいずれか一方の成形法における半溶融金属または半凝固金属による隅への圧力が分散される。
第4発明に係る金型では、キャビティ部が渦巻状溝部である。上述したように、この金型では、半径の大きい曲面を一つ設けた隅に比べて、加工取り代が増えるのを回避することができる。このため、この金型では、比較的に幅の狭い深溝を容易に設けることができ、さらに、溝と溝との間隔を狭くすることもできる。
第5発明に係る金型では、隅面が渦巻状溝部の外周側の側面の下端から延びている。このため、応力が集中しやすい外周側の隅への応力を効率的に分散させることができる。
第6発明に係る金型では、隅面が渦巻状溝部の最外周部分の側面の下端から延びている。このため、応力が特に集中する最外周部分の隅への応力を効率的に分散させることができる。
<金型について>
図1は、本発明の実施の形態にかかるダイキャスト用の金型1を示す上面図である。図2は、図1に示される位置II-IIでの金型1の断面を示す図である。
金型1は、図示していない金型と組み合わせることで、素材形状のキャビティ11を形成し、加工取り代を含んだ部品素材の成形に用いられる。半溶融または半凝固成形の際には、上記キャビティ11に半溶融または半凝固金属がダイキャストマシンにより加圧注入される。その後、その半溶融または半凝固金属を金型内で急冷して凝固させることにより、所望の形状の部品素材を得ることができる。
本実施形態に係る金型1で成形される部品素材としては例えばスクロール圧縮機の可動スクロールや固定スクロールなどの素材が挙げられ、図1には可動スクロールの成形に用いられる金型のうち渦巻側を成形する金型1が示されている。
図1は、本発明の実施の形態にかかるダイキャスト用の金型1を示す上面図である。図2は、図1に示される位置II-IIでの金型1の断面を示す図である。
金型1は、図示していない金型と組み合わせることで、素材形状のキャビティ11を形成し、加工取り代を含んだ部品素材の成形に用いられる。半溶融または半凝固成形の際には、上記キャビティ11に半溶融または半凝固金属がダイキャストマシンにより加圧注入される。その後、その半溶融または半凝固金属を金型内で急冷して凝固させることにより、所望の形状の部品素材を得ることができる。
本実施形態に係る金型1で成形される部品素材としては例えばスクロール圧縮機の可動スクロールや固定スクロールなどの素材が挙げられ、図1には可動スクロールの成形に用いられる金型のうち渦巻側を成形する金型1が示されている。
この金型1において、キャビティ11は、可動スクロールの鏡板に相当する部分を成形する部分(以下「鏡板相当部分成形部分」という)111と、渦巻部に相当する部分を成形する部分(以下「渦巻部相当部分成形部分」という)112とにより形成されている。
図3には、図2に示されるキャビティ11の渦巻部相当部分成形部分112を拡大して示した図が示されている。キャビティ11の渦巻部相当部分成形部分112は、主に、側面121、底面122および隅面113から形成されている。
隅面113は、図2および図3に示されるように、側面121の下端から底面122の側端まで延びており、断面視において側面121の仮想延長面および底面122の仮想延長面よりも内側に位置している。また、本実施の形態において、隅面113は、二つの湾曲面131,132が側面121の下端から底面122の側端に向かって段状に配置されることにより形成されている。なお、湾曲面131,132は、図2および図3に示されるように、断面視においてキャビティ11の斜下外方向に向かって円弧状に窪むように湾曲している。
図3には、図2に示されるキャビティ11の渦巻部相当部分成形部分112を拡大して示した図が示されている。キャビティ11の渦巻部相当部分成形部分112は、主に、側面121、底面122および隅面113から形成されている。
隅面113は、図2および図3に示されるように、側面121の下端から底面122の側端まで延びており、断面視において側面121の仮想延長面および底面122の仮想延長面よりも内側に位置している。また、本実施の形態において、隅面113は、二つの湾曲面131,132が側面121の下端から底面122の側端に向かって段状に配置されることにより形成されている。なお、湾曲面131,132は、図2および図3に示されるように、断面視においてキャビティ11の斜下外方向に向かって円弧状に窪むように湾曲している。
この金型1では、半溶融または半凝固成形時において半溶融または半凝固金属がキャビティ11に加圧注入されるとき、隅面113の形状により金型1の隅部分に生じる応力が分散される。よって、この金型1は、従来の金型に比べて寿命が長くなる。
具体的に、金型1の隅部分に生じる応力が分散されることを、図4及び図5を用いて説明する。図4は、隅面として半径RAの湾曲面43を一つだけ設けた金型1の縦断面図である。図5は、隅面として半径RB,RCの二つの湾曲面131,132を段状に設けた金型1の縦断面図である。図4及び図5のいずれにおいても、応力解析によって得られた隅部分に生じる応力Fを相対的な数値で示している。なお、応力Fは、図4に示される隅部分に生じる応力Fのうち最も大きいものを基準(F=1)としている。
隅面として湾曲面43を一つ設けた場合(図4)には、湾曲面43の中央付近に応力が集中する(F=1)。一方、隅面として二つの湾曲面131,132を段状に設けた場合(図5)には、湾曲面131,132のそれぞれの中央付近に応力が集中するものの、その値は1より小さい(F=0.76、F=0.9)。しかも、湾曲面131と湾曲面132とにより形成される突起部分133に生じる応力は、著しく小さい(F=0.35)。よって、図4及び図5から、隅面として二つの湾曲面131,132を段状に設けることにより、隅面として湾曲面43を一つ設けた場合に比べて、隅部分にかかる応力が分散されることがわかる。
具体的に、金型1の隅部分に生じる応力が分散されることを、図4及び図5を用いて説明する。図4は、隅面として半径RAの湾曲面43を一つだけ設けた金型1の縦断面図である。図5は、隅面として半径RB,RCの二つの湾曲面131,132を段状に設けた金型1の縦断面図である。図4及び図5のいずれにおいても、応力解析によって得られた隅部分に生じる応力Fを相対的な数値で示している。なお、応力Fは、図4に示される隅部分に生じる応力Fのうち最も大きいものを基準(F=1)としている。
隅面として湾曲面43を一つ設けた場合(図4)には、湾曲面43の中央付近に応力が集中する(F=1)。一方、隅面として二つの湾曲面131,132を段状に設けた場合(図5)には、湾曲面131,132のそれぞれの中央付近に応力が集中するものの、その値は1より小さい(F=0.76、F=0.9)。しかも、湾曲面131と湾曲面132とにより形成される突起部分133に生じる応力は、著しく小さい(F=0.35)。よって、図4及び図5から、隅面として二つの湾曲面131,132を段状に設けることにより、隅面として湾曲面43を一つ設けた場合に比べて、隅部分にかかる応力が分散されることがわかる。
図6は、部品素材の疲労強度と、金型に半溶融または半凝固金属を加圧注入したときに隅部分に発生する応力を解析した結果との比率を隅面113の形状ごとに安全率Sとしてまとめた図である。ここで、安全率Sは、値が大きい程安全であることを示す。
隅面113として湾曲面を一つ設けた場合には、曲面の半径を大きくすることにより、応力集中の度合いを緩和することができるので、安全率Sが高まる。本実施形態では、湾曲面の半径が同じでも、応力集中を緩和することができるため、安全率Sがより高まる。
金型1の隅面113の半径Rを大きくすることなく二段形状とすることで、金型1に発生する応力を同じとした場合、隅面として半径の大きい湾曲面を一つ設けた場合に比べて、キャビティ11の渦巻部相当部分成形部分112の厚みや深さが大きくなることが回避される。よって、この金型1により成形された部品素材2を仕上げる際に、削るべき加工取り代22の量を増加させることを回避することができる。なお、図3~8では、部品素材2から加工取り代22を削って仕上げた可動スクロールを破線で示している。
隅面113として湾曲面を一つ設けた場合には、曲面の半径を大きくすることにより、応力集中の度合いを緩和することができるので、安全率Sが高まる。本実施形態では、湾曲面の半径が同じでも、応力集中を緩和することができるため、安全率Sがより高まる。
金型1の隅面113の半径Rを大きくすることなく二段形状とすることで、金型1に発生する応力を同じとした場合、隅面として半径の大きい湾曲面を一つ設けた場合に比べて、キャビティ11の渦巻部相当部分成形部分112の厚みや深さが大きくなることが回避される。よって、この金型1により成形された部品素材2を仕上げる際に、削るべき加工取り代22の量を増加させることを回避することができる。なお、図3~8では、部品素材2から加工取り代22を削って仕上げた可動スクロールを破線で示している。
具体的に、隅面として半径の大きい湾曲面を一つ設けた隅に比べて、加工取り代22の量の増加を回避することができることを、図7及び図8を用いて説明する。
図7は、隅部分に発生する応力を小さくするため、隅面113として半径の大きい湾曲面41を一つ設けて、渦巻部相当部分成形部分112の幅を拡げた場合のキャビティを一点鎖線で示した図である。隅面113として二つの湾曲面131,132を段状に設けた場合、上記の場合と同じ応力が生じる前提であれば、二つの湾曲面131,132それぞれの半径を小さくすることができるため、加工取り代22の厚みt22を、隅面113として半径の大きい湾曲面41を一つ設けた場合の加工取り代411の厚みt41よりも小さくすることができる。したがって、隅面113として二つの湾曲面131,132を段状に設けた場合、隅面113として半径の大きい湾曲面41を一つ設けた場合に比べて、渦巻部相当部分成形部分112の幅を狭くすることができ、また、渦巻部相当部分成形部分112の巻き間隔を狭くすることができる。
図7は、隅部分に発生する応力を小さくするため、隅面113として半径の大きい湾曲面41を一つ設けて、渦巻部相当部分成形部分112の幅を拡げた場合のキャビティを一点鎖線で示した図である。隅面113として二つの湾曲面131,132を段状に設けた場合、上記の場合と同じ応力が生じる前提であれば、二つの湾曲面131,132それぞれの半径を小さくすることができるため、加工取り代22の厚みt22を、隅面113として半径の大きい湾曲面41を一つ設けた場合の加工取り代411の厚みt41よりも小さくすることができる。したがって、隅面113として二つの湾曲面131,132を段状に設けた場合、隅面113として半径の大きい湾曲面41を一つ設けた場合に比べて、渦巻部相当部分成形部分112の幅を狭くすることができ、また、渦巻部相当部分成形部分112の巻き間隔を狭くすることができる。
図8は、隅面113として半径の大きい湾曲面42を一つ設けて、渦巻部相当部分成形部分112の深さを深くした場合のキャビティを一点鎖線で示した図である。図7で例示したものと同様に、同じ応力が生じる前提であれば、隅面113として二つの湾曲面131,132を段状に設けた場合の方が、加工取り代22の厚みd22を、隅面113として半径の大きい湾曲面42を一つ設けた場合の加工取り代421の厚みd42よりも小さくすることができる。このため、隅面113として二つの湾曲面131,132を段状に設けた場合、隅面113として半径の大きい湾曲面42を一つ設けた場合に比べて、渦巻部相当部分成形部分112の深さを浅くすることができる。したがって、金型1の作製においてより短い刃具を用いることができ、ひいては金型1の加工精度を向上することができる。
<金型の使用方法について>
上述した金型1の使用方法について具体的に説明する。金型1は、半溶融ダイキャスト法(チクソキャスト法)及び半凝固ダイキャスト法(レオキャスト法)の少なくともいずれか一方の成形法において用いられる。かかる成形法では、成形時の溶解金属の温度は高く、かつ成形時の圧力も高い。つまり、金型への熱負荷が高いので、クラックなどの欠陥が生じる応力の限界値は、温度が低い場合に比べて小さくなり、成形時の圧力が高いので、隅に発生する応力は大きくなる。
図9は、アルミダイキャストなどの成形法と、鉄系の半溶融ダイキャスト法や半凝固ダイキャスト法の成形法との条件の違いを示した図である。
鉄系の半溶融ダイキャスト法や半凝固ダイキャスト法では、材料温度が1200℃で、かつ成形圧が60MPaであり、アルミダイキャスト法の材料温度(700℃)及び成形圧(35MPa)に比べて高い。
上述した金型1では、隅113に対する応力が分散される。よって、成形時の半溶融または半凝固金属の温度(材料温度)が高く、かつ成形時の圧力(成形圧)が高くなる半溶融ダイキャスト法や半凝固ダイキャスト法の成形法において、金型1は適している。
上述した金型1の使用方法について具体的に説明する。金型1は、半溶融ダイキャスト法(チクソキャスト法)及び半凝固ダイキャスト法(レオキャスト法)の少なくともいずれか一方の成形法において用いられる。かかる成形法では、成形時の溶解金属の温度は高く、かつ成形時の圧力も高い。つまり、金型への熱負荷が高いので、クラックなどの欠陥が生じる応力の限界値は、温度が低い場合に比べて小さくなり、成形時の圧力が高いので、隅に発生する応力は大きくなる。
図9は、アルミダイキャストなどの成形法と、鉄系の半溶融ダイキャスト法や半凝固ダイキャスト法の成形法との条件の違いを示した図である。
鉄系の半溶融ダイキャスト法や半凝固ダイキャスト法では、材料温度が1200℃で、かつ成形圧が60MPaであり、アルミダイキャスト法の材料温度(700℃)及び成形圧(35MPa)に比べて高い。
上述した金型1では、隅113に対する応力が分散される。よって、成形時の半溶融または半凝固金属の温度(材料温度)が高く、かつ成形時の圧力(成形圧)が高くなる半溶融ダイキャスト法や半凝固ダイキャスト法の成形法において、金型1は適している。
<変形例1>
先の実施形態では、隅面113として二つの湾曲面131,132を段状に設けた金型1が示されたが(図3)、金型1の隅面113として二つ以上の湾曲面を段状に設けてもよい。この場合も、上述と同様に、隅部分に生じる応力が分散されて金型の寿命が長くなり、しかも加工取り代22の量が増加するのを回避することができる。
先の実施形態では、隅面113として二つの湾曲面131,132を段状に設けた金型1が示されたが(図3)、金型1の隅面113として二つ以上の湾曲面を段状に設けてもよい。この場合も、上述と同様に、隅部分に生じる応力が分散されて金型の寿命が長くなり、しかも加工取り代22の量が増加するのを回避することができる。
<変形例2>
図3や図5に示されるように、断面視において段を成す二つの湾曲面131,132のそれぞれの半径RB,RCは同じであることが好ましい。これは、二つの湾曲面131,132を形成する際に、同じ刃具を用いることができるからである。
隅面113として二つ以上の湾曲面131,132を段状に設ける場合にも、それらの曲面のそれぞれの半径を同じにすることが、同様の観点から好ましい。
図3や図5に示されるように、断面視において段を成す二つの湾曲面131,132のそれぞれの半径RB,RCは同じであることが好ましい。これは、二つの湾曲面131,132を形成する際に、同じ刃具を用いることができるからである。
隅面113として二つ以上の湾曲面131,132を段状に設ける場合にも、それらの曲面のそれぞれの半径を同じにすることが、同様の観点から好ましい。
<変形例3>
図2に示されるように、本実施の形態に係る隅面113(図3)は、キャビティ11の渦巻部相当部分成形部分112の外周側に設けることが好ましい。特に、渦巻部相当部分成形部分112の最外周部分MO1(二点鎖線で示される部分)(図10)に位置する隅部分に本実施の形態に係る隅面113を設けることが好ましい。理由を以下に説明する。
半溶融または半凝固金属を加圧注入した場合、渦巻部相当部分成形部分112のうち径方向に見たときに隣接する部分の間では、内側に向かう圧力と外側に向かう圧力とが打ち消し合う。しかし、最外周の部分で外側に向かう圧力に対しては、打ち消し合う力が生じないので、最外周に位置する隅部分114には最も応力が集中しやすい。よって、最外周に位置する隅部分114に、本実施の形態に係る隅面113を設けることが特に好ましい。
また、図11に示されるように、渦巻部相当部分成形部分212の巻き終わりが連通溝213を介して渦巻部相当部分成形部分212の内周側部分に繋がっているような金型201では、最外周部分は符号MO2で示される位置(二点鎖線で示される位置)となる。したがって、かかる場合、この位置に、本実施の形態に係る隅面113を設けることが特に好ましい。なお、図11中、符号211は鏡板相当部分成形部分を示し、符号221はキャビティを示している。
図2に示されるように、本実施の形態に係る隅面113(図3)は、キャビティ11の渦巻部相当部分成形部分112の外周側に設けることが好ましい。特に、渦巻部相当部分成形部分112の最外周部分MO1(二点鎖線で示される部分)(図10)に位置する隅部分に本実施の形態に係る隅面113を設けることが好ましい。理由を以下に説明する。
半溶融または半凝固金属を加圧注入した場合、渦巻部相当部分成形部分112のうち径方向に見たときに隣接する部分の間では、内側に向かう圧力と外側に向かう圧力とが打ち消し合う。しかし、最外周の部分で外側に向かう圧力に対しては、打ち消し合う力が生じないので、最外周に位置する隅部分114には最も応力が集中しやすい。よって、最外周に位置する隅部分114に、本実施の形態に係る隅面113を設けることが特に好ましい。
また、図11に示されるように、渦巻部相当部分成形部分212の巻き終わりが連通溝213を介して渦巻部相当部分成形部分212の内周側部分に繋がっているような金型201では、最外周部分は符号MO2で示される位置(二点鎖線で示される位置)となる。したがって、かかる場合、この位置に、本実施の形態に係る隅面113を設けることが特に好ましい。なお、図11中、符号211は鏡板相当部分成形部分を示し、符号221はキャビティを示している。
<変形例4>
先の実施形態では特に言及していないが、金型の疲労寿命を向上させるために特開平10-6223号公報に開示される表面処理や、特開平7-207414号公報に開示される素材がさらに応用されてもかまわない。
先の実施形態では特に言及していないが、金型の疲労寿命を向上させるために特開平10-6223号公報に開示される表面処理や、特開平7-207414号公報に開示される素材がさらに応用されてもかまわない。
本発明に係る金型は、注入時の溶融金属などに対する加圧圧力が高くなる場合であっても、加工取り代の増加を回避しつつ、金型のキャビティの隅に応力が集中するのを防止することができるという特徴を有しており、例えば、半溶融ダイキャスト法や半凝固ダイキャスト法が用いられる際の金型として有用である。
1,201 金型
2 可動スクロール(部品)
11,221 キャビティ
22 加工取り代
113 隅面
121 側面
122 底面
131,132 湾曲面
RB,RC 半径
MO1,MO2 最外周部分
2 可動スクロール(部品)
11,221 キャビティ
22 加工取り代
113 隅面
121 側面
122 底面
131,132 湾曲面
RB,RC 半径
MO1,MO2 最外周部分
西田正孝著、「応力集中 増補版」、森北出版、p.114-127
Claims (6)
- 側面と、
底面と、
前記側面の下端から前記底面の側端まで延びており、断面視において前記側面の仮想延長面および前記底面の仮想延長面よりも内側に位置し、前記断面視において斜下外方向に向かって窪むように円弧状に湾曲する複数の湾曲面が前記側面の下端から前記底面の側端に向かって段状に配置されることにより形成されている隅面と
を有するキャビティ部(11)を備える金型。 - 前記湾曲面(131,132)は、前記断面視においてそれぞれ同じ半径(RB,RC)で湾曲している
請求項1記載の金型。 - 半溶融ダイキャスト法及び半凝固ダイキャスト法の少なくともいずれか一方の成形法において用いられる
請求項1または2に記載の金型。 - 前記キャビティ部は、渦巻状溝部である
請求項1から3のいずれかに記載の金型。 - 前記隅面は、前記渦巻状溝部の外周側の側面の下端から延びている
請求項4に記載の金型。 - 前記隅面は、前記渦巻状溝部の最外周部分の側面の下端から延びている
請求項4に記載の金型。
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