WO2016088256A1

WO2016088256A1 - 鋳造用金型

Info

Publication number: WO2016088256A1
Application number: PCT/JP2014/082276
Authority: WO
Inventors: 雄大杉山; 健次水越
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2016-06-09

Abstract

　鋳造空間であるキャビティ３を形成する金型４であって、金型本体である下型４Ｌと、下型４Ｌに組み合わされ且つ下型４Ｌに対して熱的な分離を要する部分を形成する分割型である湯口ピース８とを備え、下型４Ｌと湯口ピース８との間に隙間Ｓを形成すると共に、その隙間Ｓに塗型材Ｂを介在させた鋳造用金型とし、湯口ピース８の保温や断熱だけでなく、下型４Ｌにおける湯口ピース８の近傍部分の断熱をも行い、熱制御機能を備えたうえで、鋳造までの準備にかかる手間の軽減及び時間の短縮を実現する。

Description

鋳造用金型

　本発明は、熱制御機能を有する鋳造用金型に関するものである。

　この種の鋳造用金型としては、金型鋳造装置の名称で特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載の金型鋳造装置は、押湯や湯口等の所望の部分に凹部を形成した後、凹部の開口に閉塞部材を溶接固定して閉塞された空間を形成し、その空間により断熱性を得るようにしている。

日本国特開２００４－５８１１５号公報

　しかしながら、上記したような従来の金型鋳造装置にあっては、個々の鋳造方案に応じて、金型に凹部を形成し、その凹部に対して閉塞部材を溶接により固定することから、鋳造までの準備に手間と時間がかかるなどの問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。

　本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、熱制御機能を備えたうえで、鋳造までの準備にかかる手間の軽減及び時間の短縮を実現することができる鋳造用金型を提供することを目的としている。

　本発明に係わる鋳造用金型は、鋳造空間であるキャビティを形成する金型であって、金型本体と、金型本体に組み合わされ且つ金型本体に対して熱的な分離を要する部分を形成する分割型とを備えている。そして、鋳造用金型は、金型本体と分割型との間に隙間を形成すると共に、その隙間に塗型材を介在させた構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

　本発明に係わる鋳造用金型は、金型本体と分割型との間に隙間を形成し、その隙間に塗型材を介在させるだけで、金型本体に対して分割型が熱的に分離されるので、分割型の保温や断熱だけでなく、金型本体における分割型の近傍部分の断熱を行うこともでき、熱制御機能を備えたうえで、鋳造までの準備にかかる手間の軽減及び時間の短縮を実現することができる。

本発明に係わる鋳造用金型が適用可能な低圧鋳造装置を説明する断面図である。本発明に係わる鋳造用金型の第１実施形態において、下型を説明する平面図（Ａ）、及び湯口及び燃焼室形成部の配置を説明する概略平面図である。図２に示す下型の断面図（Ａ）、湯口部分の拡大断面図（Ｂ）、及び鋳造品であるシリンダヘッドの断面図（Ｃ）である。本発明に係わる鋳造用金型の第２実施形態を説明する下型の断面図である。本発明に係わる鋳造用金型の第３実施形態を説明する下型の平面図（Ａ）、及び湯口の配置を説明する斜視図（Ｂ）である。

〈第１実施形態〉
　図１に示す低圧鋳造装置１は、本発明に係わる鋳造用金型を適用することが可能なものであって、基台２上に、鋳造空間であるキャビティ３を形成する金型（鋳型・成形型）４を備えると共に、基台２の下側に、溶湯５を蓄えた保持炉６を備えている。

　金型４は、昇降可能な上型４Ｕ、基台２に固定された下型４Ｌ、及び分離可能な中間型４Ｍを備えており、図示例では、キャビティ３に中子７が配置してある。また、下型４Ｌには、湯口８Ａを形成する筒状の湯口ピース８が設けてある。保持炉６は、その内部空間に加圧用気体を供給するための気体供給手段や、溶湯５を保温するための加熱手段などを備えると共に、溶湯５の供給路であるストーク９を備えている。ストーク９は、その下端部を溶湯５に浸漬させると共に、上端部が湯口８Ａに連通している。

　上記の低圧鋳造装置１は、保持炉６の内部空間に気体を加圧供給することで、ストーク９及び湯口８Ａを通して溶湯５をキャビティ３に供給する。そして、溶湯５の凝固後、金型４を開いて鋳造品（成形品）の取り出しを行う。

　本発明に係わる鋳造用金型は、上記低圧鋳造装置１の金型４に適用可能である。この実施形態では、金型４を構成する下型４Ｌへの適用例を示している。すなわち、鋳造用金型（金型４）は、金型本体（下型４Ｌ）と、金型本体（下型４Ｌ）に組み合わされ且つ金型本体（下型４Ｌ）に対して熱的な分離を要する部分を形成する分割型（湯口ピース８）とを備えている。なお、本発明における金型本体には、下型４Ｌのほか、金型４を構成する上型４Ｕ及び中間型４Ｍも含まれる。

　また、この実施形態では、図２（Ａ）に示すように、成形する鋳造品が、内燃機関のシリンダヘッドＣＨである。図２（Ａ）に示す金型４は、１度に２個のシリンダヘッドＣＨを鋳造する。しがたって、キャビティ３や中子７は、シリンダヘッドＣＨの形状に対応したものとなっている。これに対して、金型４は、図２（Ｂ）に概略を示すように、シリンダヘッドＣＨの燃焼室を形成する燃焼室形成部ＣＦを有し、燃焼室形成部ＣＦの近傍に湯口ピース（分割型）８が配置されている。

　図２（Ａ）に示すシリンダヘッドＣＨは、直列３気筒型である。このため、図２（Ｂ）に示す金型４には、３個の燃焼室形成部ＣＦが直列に配置してある。また、各燃焼室形成部ＣＦには、冷却媒体の流通路ＣＰが設けてあり、鋳造時に燃焼室形成部ＣＦを積極的に冷却するようにしてある。これは、冷却によって燃焼室周辺の材料組織を緻密にし、機械的特性を高めるためである。そして、下型４Ｌには、個々の燃焼室形成部ＣＦの周囲４カ所に湯口８Ａが配置されるように、合計８個の湯口ピース８が設けてある。

　ところで、上記の金型４では、周知の低圧鋳造装置と同様に、キャビティ３に溶湯５を充填した後、反湯口側から湯口８Ａにかけて順に溶湯５を凝固させることで、健全な鋳造品を得ることができる。つまり、最終的に溶湯５を凝固させる湯口８Ａの部分は、他の部分よりも高温に保つ必要がある。

　このとき、上記の金型４では、金型４の燃焼室形成部ＣＦに冷却媒体の流通路ＣＰがあるので、燃焼室形成部ＣＦの冷却機能と、燃焼室形成部ＣＦの近傍に配置した湯口８Ａの保温機能とを両立させる必要がある。すなわち、湯口ピース８は、先述したように、金型本体（下型４Ｌ）に組み合わされ且つ金型本体（下型４Ｌ）に対して熱的な分離を要する部分（湯口８Ａ）を形成している。

　そこで、上記の金型（鋳造用金型）４では、図３（Ａ）に示すように、下型（金型本体）４Ｌと湯口ピース（分割型）８との間に隙間Ｓを形成し、その隙間Ｓに塗型材Ｂを介在させた構成としている。より具体的には、下型４Ｌに、湯口ピース８の外径よりも大きい内径を有する上下の貫通穴を形成し、この貫通穴の内周面に塗型材Ｂを塗布した後、貫通穴に湯口ピース８を挿設する。この実施形態では、塗型材Ｂを塗布によって下型（金型本体）４Ｌと湯口ピース（分割型）８との間に介在させている。なお、隙間Ｓの大きさは、とくに限定されないが、一例として０．５ｍｍである。また、塗型材Ｂとしては、その材料がとくに限定されるものではなく、周知のものを使用することができ、例えば、刷毛やスプレーなどにより塗布することができる。

　上記の湯口ピース８は、先述の如く筒状を成すものであるが、図３（Ｂ）にも示すように、上側に、上方に向けて直径が漸次増大する空間である湯口８Ａを有すると共に、下側に、下方に向けて直径が漸次増大する空間である湯溜まり８Ｂを有している。この湯口ピース８は、下端部にフランジ部８Ｃを有している。

　また、鋳造用金型では、通常、外気から離れた中央部分が高温になり易く、図２（Ａ）中に点線枠で示すように、金型４の中央部分が相対的に高温である高温域ＨＡになり、その両側が相対的に低温である低温域ＬＡ，ＬＡになる。このため、高温域ＨＡと低温域ＬＡとでは、湯口８Ａにおける溶湯５の凝固時間に差が生じる。そこで、上記の金型４では、各湯口８Ａの凝固時間のバランスすなわち凝固時間をほぼ同じにするために、湯口ピース８に工夫をしている。

　各湯口ピース８は、湯口８Ａ及び湯溜まり８Ｂの高さ寸法、湯口８Ａ及び湯溜まり８Ｂの直径、並びにピース自体の体積などの諸寸法を選択的に変えることにより、内部空間の容量、ストーク９側である熱源（溶湯）の位置、及びピース自体の熱容量を異ならせる。この際、湯口ピース８は、鋳造品の形態などに応じて、個々の外観寸法を同等にしたうえで上記諸寸法を変えてもよいし、外観寸法とともに上記諸寸法を変えても構わない。

　具体的には、高温域ＨＡに配置される４個の湯口ピース８は、元々周囲が高温であるから、上記諸寸法を適宜設定してこれを基準とする。他方、低温域ＬＡに配置される両側の各２個の湯口ピース８は、高温域ＨＡの湯口ピース８に比べて温度が上昇し易くなるように、上記諸寸法を設定する。これにより、各湯口８Ａの溶湯５の温度を均等にし、各湯口８Ａの凝固時間のバランス（凝固時間の均等化）をとることができる。

　上記の金型（鋳造用金型）４は、下型（金型本体）４Ｌと湯口ピース（分割型）８との間に隙間Ｓを形成し、その隙間Ｓに塗型材Ｂを介在させるだけで、下型４Ｌに対して湯口ピース８が熱的に分離される。これにより、金型４は、湯口ピース８の保温や断熱だけでなく、下型４Ｌにおける湯口ピース８の近傍部分の断熱も行うことができ、熱制御機能を備えたうえで、鋳造までの準備にかかる手間の軽減や時間の短縮を実現することができる。また、金型４は、隙間Ｓと塗型材Ｂの採用により、下型４Ｌと湯口ピース８との間の断熱性を非常に安価に得ることができ、上記した手間の軽減及び時間の短縮と相俟って、鋳造コストの削減に貢献し得る。さらに、金型４は、塗型材Ｂを塗布することから、塗型材Ｂを設ける作業がより簡単なものとなり、作業時間のさらなる短縮化にも貢献することができる。

　さらに、上記実施形態の金型４は、成形する鋳造品が、内燃機関のシリンダヘッドＣＨであって、シリンダヘッドＣＨの燃焼室を形成する燃焼室形成部ＣＦが、冷却媒体の流通路ＣＰＬを有し、湯口ピース８が、湯口８Ａを形成し且つ燃焼室形成部ＣＦの近傍に配置されている。この場合、金型４は、上述した隙間Ｓ及び塗型材Ｂにより、下型４Ｌと湯口ピース８との間の断熱性が確保されているので、燃焼室形成部ＣＦの冷却機能と、燃焼室形成部ＣＦの近傍に配置した湯口８Ａの保温機能とを両立させることができる。

　ここで、従来において、図３（Ｃ）に示すシリンダヘッドＣＨの鋳造では、燃焼室直上の体積の小さい領域Ｇに引け巣不良が生じ易かった。これに対して、上記の金型４は、燃焼室形成部ＣＦの冷却機能を良好に維持できるので、シリンダヘッドＣＨの燃焼室周辺の材料組織を緻密にして機械的特性を向上させるほか、燃焼室直上の体積の小さい領域Ｇを早期に凝固させて、引け巣不良の発生を防止することができる。

　さらに、上記実施形態の金型４は、下型４Ｌに対して湯口ピース８の断熱性が確保されているので、複数の湯口ピース８を配置する場合、湯口ピース８の諸寸法を選択することにより、各湯口８Ａの凝固時間の均等化を図ることが容易である。これにより、金型４は、湯口８Ａの数を増加させてキャビティ３への溶湯５の充填時間を短縮することができるうえに、湯口８Ａの凝固時間の均等化により鋳造品の品質も良好にし得る。また、溶湯５の充填時間の短縮に伴って、鋳造のサイクルタイムの短縮化や生産性の向上を実現する。

　図４及び図５は、本発明に係わる鋳造用金型の第２及び第３の実施形態を説明する図である。以下の実施形態において、第１実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

〈第２実施形態〉
　図４に示す鋳造用金型４は、金型本体である下型４Ｌと、分割型である湯口ピース８との間に、塗型材Ｂに加えて、別の断熱部材１０を介装した構成である。図示例の場合は、下型４Ｌの下面と、湯口ピース８のフランジ部８Ｃとの間に、板状の断熱部材１０が介装してある。この断熱部材１０は、下型４Ｌと湯口ピース８との間の断熱性を確保し得るものであれば、その材料がとくに限定されるものではなく、例えばセラミックスなどを採用することができる。

　上記構成を備えた鋳造用金型４は、先の実施形態と同等の作用及び効果が得られることとなり、とくに、断熱部材１０によって下型４Ｌと湯口ピース８との間の断熱性をより一層高めることができる。これにより、複数の湯口ピース８を配置した場合に、夫々の湯口８Ａにおける溶湯５の凝固時間の均等化がさらに容易になり、湯口８Ａの数の増加に伴う溶湯５の充填時間及び鋳造のサイクルタイムのさらなる短縮化、並びに生産性のさらなる向上に貢献することができる。

〈第３実施形態〉
　図５に示す鋳造用金型４は、複数の分割型である湯口ピース８を備えると共に、選択された湯口ピース８にヒーター１１を設けた構成である。図示例の金型４は、第１実施形態（図２参照）と同様に、直列３気筒のシリンダヘッド（ＣＨ）を製造するものであって、８個の湯口ピース８が配置してあり、中央部分が相対的に高温である高温域ＨＡで、その両側が相対的に低温である低温域ＬＡ，ＬＡである。そして、金型４は、両側の低温域ＬＡ，ＬＡ内における４個の湯口ピース８にヒーター１１が設けてある。また、選択したヒーター１１には、温度センサ１２が設けてある。

　上記構成を備えた金型４は、ヒーター１１により、低温域ＬＡに配置した湯口ピース８を保温することで、これらの温度を高温域ＨＡの湯口ピース８と同等にし、全ての湯口ピース８内の溶湯５の凝固時間の均等化を実現する。なお、図示例では、低温域ＬＡの湯口ピース８にヒーター１１を設けた場合を例示したが、例えば、全ての湯口ピース８にヒーター１１及び温度センサ１２を夫々装着し、各湯口ピース８の温度が均等になるように、温度センサ１２の測定値に基づいてヒーター１１を個別に制御することも可能である。

　本発明の鋳造用金型は、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することができる。また、上記実施形態では、低圧鋳造装置に適用した場合を説明したが、本発明に係わる鋳造用金型は、重力鋳造、加圧鋳造又は差圧鋳造などの他の鋳造装置に適用することも可能であり、各種鋳造品の製造に使用可能である。

　３　キャビティ
　４　金型
　４Ｌ　下型（金型本体）
　８　湯口ピース（分割型）
　８Ａ　湯口
　１０　断熱部材
　１１　ヒーター
　Ｂ　塗型材
　ＣＦ　燃焼室形成部
　ＣＨ　シリンダヘッド
　ＣＰ　冷却媒体の流通路
　Ｓ　隙間　

Claims

　鋳造空間であるキャビティを形成する金型であって、金型本体と、金型本体に組み合わされ且つ金型本体に対して熱的な分離を要する部分を形成する分割型とを備え、
　金型本体と分割型との間に隙間を形成すると共に、その隙間に塗型材を介在させたことを特徴とする鋳造用金型。
　前記塗型材を塗布によって金型本体と分割型との間に介在させたことを特徴とする請求項１に記載の鋳造型金型。
　金型本体と分割型との間に、塗型材に加えて、別の断熱部材を介装したことを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳造用金型。
　成形する鋳造品が、内燃機関のシリンダヘッドであって、
　シリンダヘッドの燃焼室を形成する燃焼室形成部が、冷却媒体の流通路を有し、
　分割型が、湯口を形成し且つ燃焼室形成部の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の鋳造用金型。
　複数の分割型を備えると共に、選択された分割型にヒーターを設けたことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の鋳造用金型。