JP2006289382A - 金型冷却構造およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い冷却能力を発揮し且つメンテナンスに好適な金型冷却構造およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 金型１の外表面からキャビティ近傍に達するよう設けた冷却穴３に挿入されたケーシング４内に通水管５を通して冷却水を連続的に供給可能とした金型冷却構造において、前記ケーシング４は冷却穴３の全内周面を内方から覆って冷却穴３に挿入され、冷却穴３内面との隙間に低融点金属よりなる溶融金属材７が充填固化されて伝熱層を形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、冷却水によって金型を冷却する金型冷却構造およびその製造方法に関するものである。

従来からダイカスト金型のキャビティ面を冷却するため金型の外表面からキャビティ面近傍まで達する冷却穴を開け、この冷却穴内に冷却水を連続的に供給することが行われる。しかしながら、金型冷却穴とキャビティの間で金型に割れを生じた場合には、冷却穴の冷却水が割れに沿ってキャビティ内に滲み出し鋳造製品の品質に悪影響を及ぼす要因となる。

このために、冷却穴内面に熱伝導性の高い金属チューブによるライニングを施すことで、冷却水が金型の割れ部分に侵入することを防止する金型冷却構造が知られている（特許文献１、２参照）。
特開平９−２９４１６号公報 特開平１１−１５６５２０号公報

ところで、ライニングを施そうとする金型の冷却穴表面には、冷却穴を開ける際に生じる微細なツールマーク等の凹凸があり、ライニングとの間に微細な空間が生ずるため、例えば、ペースト状の充填剤を冷却穴内面に塗布した後にライニングを圧入したとしても熱伝導性（冷却能力）が著しく落ちる問題点がある。また、特許文献２に示すように、ライニングを薄肉として内圧により冷却穴の内面に密着させるものにおいては、金型保全作業（メンテナンス）等の際、冷却穴の内面に密着しているため、ライニングが取り外せない不具合があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、高い冷却能力を発揮し且つメンテナンスに好適な金型冷却構造およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、金型の外表面からキャビティ近傍に達するよう設けた冷却穴に挿入されたケーシング内に通水管を通して冷却水を連続的に供給可能とした金型冷却構造において、前記ケーシングは冷却穴の全内周面を内方から覆って冷却穴に挿入され、冷却穴内面との隙間に低融点金属よりなる溶融金属材が充填固化されて伝熱層を形成するようにした。

したがって、本発明では、金型の外表面からキャビティ近傍に達するよう設けた冷却穴に挿入されたケーシング内に通水管を通して冷却水を連続的に供給可能とした金型冷却構造において、前記ケーシングは冷却穴の全内周面を内方から覆って冷却穴に挿入され、冷却穴内面との隙間に低融点金属よりなる溶融金属材が充填固化されて伝熱層を形成するため、冷却水のキャビティ側への漏れを確実に防止でき且つ伝熱層により高い冷却能力を発揮でき、伝熱層を加熱により溶融させればケーシング等の構成部品を冷却穴から取り外すことができ、メンテナンスが容易である。

また、金型の冷却穴周辺を低融点金属の融点以上の温度に加熱する工程と、前記低融点金属を加熱して溶融させる工程と、前記溶融した低融点金属を加熱した金型の冷却穴に注入する工程と、前記溶融した低融点金属が注入された冷却穴内にケーシングを挿入する工程と、前記ケーシングが冷却穴に挿入された状態で冷却する工程と、を備える金型冷却構造の製造方法であるため、冷却穴へのケーシングの挿入時に、ケーシングと冷却穴との隙間から空気を押出しつつ低融点金属の溶湯が隙間に充填され、両者間に空気溜りが生ずることが防止され、伝熱効率の高い伝熱層を形成することができる。

以下、本発明の金型冷却構造およびその製造方法の一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１は本発明を適用した金型冷却構造の第１実施例を示す断面図、図２は図１のＡ部の詳細断面図、図３および図４は製造方法を示す説明図、図５および図６は金型冷却構造の第２実施例を示す断面図および分解状態を示す断面図である。

図１において、第１実施例の金型冷却構造は、ダイカスト鋳造等で使用される金型１の外側面からキャビティ面２近傍まで達するように開けられた冷却穴３内に挿入されるケーシング４と、ケーシング４内に挿入されて冷却水をケーシング４内の奥側に導く通水管５と、通水管５の基部を支持し且つケーシング４の開口端に固定され、給水コネクタ６Ａに供給される冷却水を通水管５に供給し且つケーシング４内の冷却水を排水コネクタ６Ｂに導く図示しない通路を備える配管継手６とを備える。前記配管継手６と通水管５とは一体に形成され、これらとケーシング４とは一体に合体されているが、分解可能であっても、また、ロウ付け等により非分解となっているものであってもよい。

前記ケーシング４は、断面が円筒形であり、先端は半球殻形をなし、基部が配管継手６に固定されて閉空間を形成しており、熱伝導率に優れる銅（Ｃｕ）等の材質で製作される。このケーシング４の外径は、金型１の冷却穴３の内径よりも若干小さめに形成するも両者間に少しの隙間が存在する「すきま嵌め」程度の嵌め合いとして冷却穴３に容易に挿入可能としている。また、先端の半球殻表面の半径も、冷却穴３の穴底に形成される半球状の窪みの半径よりも若干小さめに形成して両者間に少しの隙間が存在する程度の大きさとする。また、ケーシング４の軸方向長さは、冷却穴３の軸方向の深さより大きく形成して、ケーシング４を冷却穴３に挿入した際に、ケーシング４の基部が金型１の外表面から突出するようにする。このため、ケーシング４の基部に固定される配管継手６は、金型１の外表面から所定間隔をあけて配置されることとなって、配管継手６の給水コネクタ６Ａおよび排水コネクタ６Ｂも金型１の外表面から浮かせて配置でき、各コネクタ６Ａ、６Ｂへのホース接続がし易くなる。

そして、ケーシング４の冷却穴３への挿入状態において、ケーシング４の外周面と冷却穴３の内周面との間の隙間には、図２に示すように、低融点合金７、例えば、溶融させたはんだ材料が流し込まれて両者間に空気層が介在しないようにしてあると共に、同じ低融点合金が冷えて固化することで冷却穴３内にケーシング４を固定するようにしている。このため、金型１とケーシング４とは低融点合金を介して伝熱することとなり、この間に空気層が存在する場合に比較して飛躍的に冷却能力を向上させることができる。この低融点合金７は、例えば、図１に示すように、金型１のキャビティ２へ連なる割れＣがある場合には、金型１による鋳物の生産工程での使用時に繰返し生ずる金型１の温度上昇および温度下降の過程で、前記隙間から割れＣに浸透して金型１の割れＣを修復するようにも機能する。

以上の構成の金型冷却構造においては、給水コネクタ６Ａに図示しない給水ホースを接続し、且つ、排水コネクタ６Ｂに排水ホースを接続することで、使用することができる。給水コネクタ６Ａへ供給された冷却水は配管継手６の通路を経由して通水管５に導かれ、通水管５の先端からケーシング４の先端に噴出され、ケーシング４内を先端から基部側に流れ、配管継手６の通路を経由して排水コネクタ６Ｂに排出され、図示しない排水ホースにより排出される。ケーシング４内の冷却水の通過によりキャビティ２内に注入された溶湯を部分的に冷却し、これにより各部分での溶湯の凝固速度を可及的に均一化して、巣や引け、割れ等の鋳造欠陥の発生を抑制する。

そして鋳造サイクル毎に繰り返される熱負荷による影響によって、金型１に金属疲労が生じ易い。この金属疲労により金型１にクラックＣが生じる場合には、冷却穴３の内側に低融点合金７により固定したケーシング４が存在するため、冷却水は低融点合金７およびケーシング４により外部への漏洩が阻止され、これにより冷却水と溶湯との反応による危険性を回避することができて安全性を向上することができる。また、低融点合金７により金型１の冷却穴３とケーシング４との間の熱伝達効率を高めることができ、それだけ溶湯の冷却効果を向上することができる。

次に、図３および図４に基づいて金型冷却構造の製造方法を、以下に説明する。

図３に示すように、先ず、低融点合金７を加熱溶融する一方、金型１の冷却穴３の近辺の温度が低融点合金の融点以上となるように加熱する。次いで、低融点合金７の溶湯を金型１の冷却穴３に充填する。金型１の冷却穴３周辺は低融点合金７の融点以上の温度に加熱されているため、低融点合金７が金型１により冷却されて冷却穴３内で直に固化することがない。

次いで、ケーシング４（配管継手６および通水管５との組立状態になっている場合でもよい。以下では、ケーシング４のみを記載するが、同様のことを意味している）を冷却穴３内に挿入し、ケーシング４の先端の半球殻部が冷却穴３の底の半球形の窪みに当接するまで押込む。このケーシング４の冷却穴３への押込みにより、冷却穴３内に充填された低融点合金７の溶湯は、ケーシング４と冷却穴３との隙間から空気を上方へ押出しつつ両者間の隙間を通って上昇し、両者間に満遍なく充填される。このように、空気を押出しつつ溶湯が上昇するため、両者間に空気溜りが生ずることが防止される。隙間を埋めた余剰の低融点合金７の溶湯はケーシング４と金型１の冷却穴３の開口との隙間から流れ出す。このとき、配管継手６のコネクタ６Ａ、６Ｂの向き等をケーシング４若しくは配管継手６を冷却穴３内で軸回りに回転させて調整する。

この状態で、金型１の温度を低下させることにより、冷却穴３内に低融点合金７の凝固・固着によりケーシング４を固定することができる。

なお、ケーシング４内若しくは通水管５の分解や清掃若しくはケーシング４の交換等のために、ケーシング４を金型１の冷却穴３から分解する場合には、金型１特に冷却穴３周辺を低融点合金７の融点以上に加熱して低融点合金７を溶融させることにより、ケーシング４を冷却穴３から容易に取出すことができ、冷却穴３内に溜まった低融点合金７を取出せば作業は完了する。取出して固化させた低融点合金７は、次回のケーシング４の固定に再び使用することができる。

なお、上記製造方法において、溶湯となった低融点合金７を冷却穴３に注入するものについて説明したが、図示しないが、低融点金属７の小片を加熱した金型１の冷却穴３内に投入して冷却穴３内で溶融させるようにしてもよい。

図５に示す第２実施例の金型冷却構造においては、配管継手６と通水管５とは、図６に示すように、一体に形成されているが、ケーシング４をこれらと独立させて形成したものである。ケーシング４は、単独に形成されているため、その開口部４Ａを厚肉に形成して、開口部４Ａでの変形等が生じるのを防止していると共に、開口部４Ａの内周にねじ４Ｂを形成して、配管継手６に設けた取付ねじ部６Ｃをねじ込むことにより配管継手６と一体化可能となっている。また、金型１の冷却穴３への挿入においても、ケーシング４単独で挿入することも配管継手６と一体となった状態で挿入することも可能となっている。その他の構成および製造方法は図１〜図４に示す第１実施例と同様である。

この金型冷却構造においては、通水管５が一体となった配管継手６をケーシング４から分離することができるため、ケーシング４内面の水垢除去等の補修や通水管５および配管継手６の補修・交換等のメンテナンスを容易に行える効果がある。また、ケーシング４のみを冷却穴３から取り外して交換・補修することもできる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）金型１の外表面からキャビティ２近傍に達するよう設けた冷却穴３に挿入されたケーシング４内に通水管５を通して冷却水を連続的に供給可能とした金型冷却構造において、前記ケーシング４は冷却穴３の全内周面を内方から覆って冷却穴３に挿入され、冷却穴３内面との隙間に低融点金属よりなる溶融金属材７が充填固化されて伝熱層を形成するため、冷却水のキャビティ２側への漏れを確実に防止でき且つ伝熱層により高い冷却能力を発揮でき、伝熱層を加熱により溶融させればケーシング４等の構成部品を冷却穴３から取り外すことができ、メンテナンスが容易である。

（イ）冷却水を通水管５に導くと共に通水管５とケーシング４との間の冷却水を外部に排出する通路を備える配管継手６をケーシング４の開口端に固定して一体化されているため、溶融した低融点金属７が注入された冷却穴３に、これらが一体化されたケーシング４を挿入し冷却するのみで、金型冷却構造を構成することができる。

（ウ）この場合、配管継手６と一体不可分に形成した場合には、冷却穴３に挿入されるケーシング４等の構成部材は、ユニット毎に交換することとなるが、配管継手６を分離可能に固定した場合には、配管継手６および通水管５を冷却穴３に固定されているケーシング４から分離して、補修することができ、ケーシング４内面の補修も可能となる。

（エ）前記ケーシング４の開口端を冷却穴３の開口より突出させて配置すると、ケーシング４と冷却穴３との隙間から溢れた低融点金属７がケーシング４内に流れ込むことが防止でき、ケーシング４内面からの低融点金属７の除去等を行う作業を削減できる。

（オ）金型１の冷却穴３周辺を低融点金属７の融点以上の温度に加熱する工程と、加熱溶融した低融点金属７を加熱した金型１の冷却穴３に注入するか、もしくは、金型１の冷却穴３内で低融点金属７を溶融させる工程と、前記溶融した低融点金属７が注入された冷却穴３内にケーシング４を挿入する工程と、前記ケーシング４が冷却穴３に挿入された状態で冷却する工程と、を備える金型冷却構造の製造方法であるため、冷却穴３へのケーシング４の挿入時に、ケーシング４と冷却穴３との隙間から空気を押出しつつ低融点金属７の溶湯が隙間に充填され、両者間に空気溜りが生ずることが防止され、伝熱効率の高い伝熱層を形成することができる。

本発明の一実施形態の第１実施例を示す金型冷却構造の断面図。 同じく図１のＡ部の詳細断面図。 金型冷却構造の製造方法を示す説明図。 図３に続く金型冷却構造の製造方法を示す説明図。 第２実施例を示す金型冷却構造の断面図。 図５に示す金型冷却構造の分解図。

符号の説明

１ 金型
２ キャビティ面
３ 冷却穴
４ ケーシング
５ 通水管
６ 配管継手
７ 低融点金属

Claims (6)

1. 金型の外表面からキャビティ近傍に達するよう設けた冷却穴に挿入されたケーシング内に通水管を通して冷却水を連続的に供給可能とした金型冷却構造において、
   前記ケーシングは冷却穴の全内周面を内方から覆って冷却穴に挿入され、冷却穴内面との隙間に低融点金属よりなる溶融金属材が充填固化されて伝熱層を形成していることを特徴とする金型冷却構造。
2. 前記ケーシングは、冷却水を通水管に導くと共に通水管とケーシングとの間の冷却水を外部に排出する通路を備える配管継手をその開口端に固定して備えることを特徴とする請求項１に記載の金型冷却構造。
3. 前記ケーシングは、その開口端を冷却穴の開口より突出させて配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金型冷却構造。
4. 前記ケーシングは、配管継手と一体に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の金型冷却構造。
5. 前記ケーシングは、前記配管継手を分離可能に固定して備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の金型冷却構造。
6. 金型の外表面からキャビティ近傍に達するよう設けた冷却穴に挿入されたケーシング内に通水管を通して冷却水を連続的に供給可能とした金型冷却構造の製造方法において、
   前記金型の冷却穴周辺を低融点金属の融点以上の温度に加熱する工程と、
   加熱溶融した低融点金属を加熱した金型の冷却穴に注入するか、もしくは、金型の冷却穴内で低融点金属を溶融させる工程と、
   前記溶融した低融点金属が注入された冷却穴内にケーシングを挿入する工程と、
   前記ケーシングが冷却穴に挿入された状態で冷却する工程と、を備えることを特徴とする金型冷却構造の製造方法。

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