JP2008284555A

JP2008284555A - ダイカスト金型

Info

Publication number: JP2008284555A
Application number: JP2007128770A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Ida; 英紀伊田; Kazuya Matsumoto; 和也松本; Hiroyuki Nakatsuma; 浩之中妻
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2008-11-27

Abstract

【課題】安全性能を低下させることなく冷却性能が向上するダイカスト金型を提供する。
【解決手段】溶湯が接する面１０７を有す外側部材１０１と、外側部材１０１の溶湯が接する面１０７と相反する面側に一方面側が埋設されて形成され、外側部材１０１と相反する面側に冷却水通水部１０２が設けられた銅にて構成される内側部材１０３とにて構成される冷却部１００を備えたダイカスト金型１において、冷却部１００は、外側部材１０１と内側部材１０３との間に外側部材１０１の熱伝導率より熱伝導率が高く、かつ粒子を具備する界面層部１０４を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、ダイカスト金型に関するものであり、特に安全性能を低下することなく冷却性能を高めたものである。

従来のダイカスト金型は、キャビティ内に注入された溶融金属を凝固させるため、金型の内部に冷却水を通水するための冷却水用通路が設けられている。プランジャーチップによって高速で射出され、高圧で押圧された溶融金属（以下、「溶湯」と示す）が衝突する部位は、この押圧に耐えることができるように金型の肉厚を厚くする必要がある。このため、従来のダイカスト金型においては、冷却水用通路に冷却水を通水したとしても、冷却水から溶湯接触面までの距離が長く、所望の冷却効果が得られないという問題があった。そこで特許文献１には、このような問題を解決するための技術として、溶湯が接する部分の金型の肉厚を比較的薄肉（５〜１５ｍｍ）とするが、冷却水空間内に当該薄肉部を内側から支える部材を設置することで、ダイカスト金型の強度確保と冷却性能との両立を図っている。

特開２００５−７４４４５号公報（４頁３７〜４４行、図３）

従来のダイカスト金型は、冷却水と溶湯接触面との間は薄肉の単一部材で構成されているため、ダイカスト金型にクラックが発生、進展した場合には、冷却水用通路と溶湯が注入されるキャビティとが連通することに成り、冷却水がキャビティに噴出し、ダイカスト成形することができなくなるという問題があった。また、噴出した水と溶湯とが接触することによって水蒸気爆発が生じるおそれがあるという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、安全性能を低下させることなく、冷却性能を高めることができるダイカスト金型を提供することを目的とする。

この発明は、溶湯が接する面を有す外側部材と、外側部材の溶湯が接する面と相反する面側に一方面側が埋設されて形成され外側部材と相反する面側に冷却水通水部が設けられた銅または銅合金にて構成される内側部材とにて構成される冷却部を備えたダイカスト金型において、
冷却部は、外側部材と内側部材との間に外側部材の熱伝導率より熱伝導率が高く、かつ粒子を具備する界面層部を備えたものである。

この発明のダイカスト金型は、溶湯が接する面を有す外側部材と、外側部材の溶湯が接する面と相反する面側に一方面側が埋設されて形成され外側部材と相反する面側に冷却水通水部が設けられた銅または銅合金にて構成される内側部材とにて構成された冷却部を備えたダイカスト金型において、
冷却部は外側部材と内側部材との間に外側部材の熱伝導率より熱伝導率が高く、かつ粒子を具備する界面層部を備えたので、安全性能を低下させることなく冷却性能が向上する。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１によるダイカスト金型の冷却部の構成を示した断面図、図２は図１に示したダイカスト金型の有効性を示すための表を示した図、図３および図４は図１に示した冷却部のダイカスト金型の設置位置を示す断面図である。そしてここでは、型締力３５０トンのダイカスト金型の一部である分流子型を例に説明する（尚、「分流子型」とはプランジャーチップにより射出された溶湯を、スリーブからキャビティに連通している複数の湯道に分岐させる役目をする金型部品である。）。図において、ダイカスト金型１の冷却部１００は、溶湯が接する面１０７を有す外側部材１０１と、外側部材１０１の溶湯が接する面１０７と相反する面側に一方面側が埋設されて形成される内側部材１０３と、この内側部材１０３の外側部材１０１と相反する面側に冷却水を通水するための形成された冷却水通水部１０２と、外側部材１０１と内側部材１０３との間に外側部材１０３の熱伝導率より熱伝導率が高く、かつ粒子を具備する界面層部１０４とにて構成されている。

外側部材１０１はダイカスト金型１として一般的に用いられる例えば、熱間工具鋼のＳＫＤ６１材（熱伝導率２７Ｗ／（ｍ・Ｋ））から構成される。また、内側部材１０３は例えば、熱伝導率の高い純銅（「純銅」とは、例えば工業用純銅「タフピッチ銅（ＪＩＳＣ１１００）」を用いており、熱伝導率３９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である）から構成されている。尚、銅合金にて構成されることも考えられる。そして、この実施の形態１においては、外側部材１０１の溶湯が接触する部分の肉厚ｔ_１は５ｍｍ程度を有し、また、内側部材１０３の冷却水通水部１０２の先端と外側部材１０１の溶湯が接する面１０７の対向面との肉厚ｔ_２は１０ｍｍ程度有している。内側部材１０３の冷却水通水部１０２には例えばスポット式の冷却管１０８が挿入され、循環する冷却水によって、溶湯から入熱された熱を排熱する。また、界面層部１０４の厚みは、外側部材１０１の内側部材１０３が挿入する際のクリアランスにて成るため、０．１ｍｍ±０．０５ｍｍ程度を有している。

次に上記のように構成された実施の形態１における冷却部１００の製造方法について説明する。外側部材１０１の溶湯が接する面１０７と相反する面側に内側部材１０３を埋設するための凹部を形成する。そしてこの凹部に、例えば、平均粒径１０μｍ程度の窒化ホウ素（ＢＮ）、または、グラファイト（Ｃ）、または、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）の３種類の粒子のいずれかをスプレー塗布する。この際、例えば窒化ホウ素、グラファイト、二硫化モリブデン等の粒子は酢酸ブチルなどに分散された状態にて噴霧されると、酢酸ブチルは残存することなく気化し、窒化ホウ素、グラファイト、二硫化モリブデン等の粒子のみが残存することと成る。次に、内側部材１０３を外側部材１０１に埋設されるように挿入し、外側部材１０１と内側部材１０３との間には界面層部１０４が満たされるように製作された。ここで、粒子を具備する部材を用いたのは、粒子を具備する部材の場合、先に示したように例えば酢酸ブチルなどの溶剤に分散してスプレー塗布での噴霧が容易に可能と成り、噴霧後に溶剤などが残存する可能性が極めて少ない。これに比較して、溶剤に溶解した状態の溶解部材の場合には、塗布した後に溶剤が残存する可能性が大きく、その溶剤が熱伝導に不具合を生じる可能性が大きい。このため粒子を具備する部材が適当であると考えられる。

尚、界面層部１０４（上記粒子の積層厚さ）は実測では、０．１５ｍｍ程度の厚さを有している。また、上記説明においては、内側部材１０３を外側部材１０１の凹部に挿入した例を示したが、内側部材１０３の端部をプレス機械等で塑性変形させ、内側部材１０３をかしめることにより、内側部材１０３の外側部材１０１への固定をより確実に製造することも可能である。また、ここでは界面層部１０４が窒化ホウ素（ＢＮ）、または、グラファイト（Ｃ）、または、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）にて成る例を示したがこれに限られることはなく、外側部材１０１の熱伝導率より熱伝導率が高く、かつ粒子を具備する界面層部１０４を形成することが可能であれば、同様の効果を得ることが可能と成る。

次に上記のように構成された実施の形態１における冷却部１００および比較例について、ヒータを用いて溶湯が接する面１０７から一定入熱３００Ｗを与え、その際の位置Ａにおける熱抵抗値（熱抵抗値とは１Ｗの熱量を負荷したときの温度上昇値を言う）を測定した。その結果、図２に示すような測定値が得られた。すなわち、界面層部１０４が空隙（比較例）の場合より、窒化ホウ素（実施例１）、グラファイト（実施例２）、または、二硫化モリブデン（実施例３）で構成することにより、熱抵抗を大きく低減すること確認された。このことにより、冷却部１００の冷却性能は大幅に向上する。

このように構成された冷却部１００のダイカスト金型１への具体的な配設箇所について説明する。まず、図３に示すように、プランジャーチップ２０１によって高速射出された溶湯をキャビティ２０２内に連通する湯道に分岐させる位置に配設される。これは実鋳造においては、鋳造後にビスケット２０３と呼ばれる（３５０トンダイカストマシンの場合）直径７０〜８０ｍｍ、厚さ３０〜５０ｍｍの分流子型に接する余肉部分をロボットに掴ませて、ダイカスト製品をダイカスト金型１から取り出す方法が一般的に採用されている。通常、このビスケット２０３が製品において熱容量の最も大きい箇所と成り、完全に凝固するまでの時間が最も長い場所と成る。この部分が完全に凝固する前に製品を取り出すと、この余肉部をロボットがうまく掴むことができず、製品を型から取り出すことができなくなる。そこで、この余肉部分の凝固完了を待ってから製品を金型から取り出す必要がある。すなわち、この部分がサイクルタイムの律速箇所と成る。

よって、実施の形態１においてこの部分に冷却部１００を配設し、前述したように従来のＳＫＤ６１材単体から構成される分流子型よりも冷却能力が高いため、この分流子型を用いることによって熱容量の大きいビスケット２０３の凝固を従来の場合に比較して促進させることができる。その結果、サイクルタイムの短縮が可能と成る。これによって、生産性を大幅に向上させることができ、製品１個当たりの単価を低減することができる。

また、他の例として例えば、図４に示すように製品部を形成する金型キャビティ１０２（「製品部キャビティ」）を構成する部分に冷却部１００を適用することも可能である。尚、冷却部１００の形状は図１とは若干異なってはいるものの、同一符号の部分は同様に形成されているものであることは言うまでもない。このように、ダイカスト金型１の冷却部１００を金型キャビティ１０２に適用することにより、製品部の凝固時間（チルタイム）を短縮することが可能と成り、特に、厚肉製品の場合、製造コストの削減効果が大きい。

上記のように構成された実施の形態１のダイカスト金型においては、冷却部が外側部材と内側部材との間にはクリアランスによる隙間が残存しても、その隙間に界面層部が形成されるため所望の冷却性能を得ることができる。また、外側部材と内側部材との間は界面層部に充填されるため、外側部材と内側部材と加工精度が低下して対応可能と成り、金型の加工コストの低減が期待できる。また、冷却水通水部が設けられている内側部材は純銅または銅合金という伸びが大きく、鉄鋼材料よりも耐食性の良い材料で構成されているため、従来のＳＫＤ６１材に比べて冷却水通水部にクラックが入りにくいというメリットもある。また万一、外側部材にクラックが発生しても、冷却水通水部は内側部材で覆われているため、冷却水が溶湯が接する面に噴出することもなく、鋳造作業の安全性を高めることができる。また、冷却水は外側部材と接触しないため、外側部材の応力腐食割れを抑制することができ、ダイカスト金型の長寿命化が期待できる。

この発明の実施の形態１によるダイカスト金型の冷却部の構成を示す断面図である。図１に示したダイカスト金型の有効性を示すための表を示した図である。図１に示した冷却部のダイカスト金型の設置位置を示す断面図である。図１に示した冷却部のダイカスト金型の設置位置を示す断面図である。

符号の説明

１ダイカスト金型、１００冷却部、１０１外側部材、１０２冷却水通水部、
１０３内側部材、１０４界面層部、１０７溶湯が接する面。

Claims

溶湯が接する面を有す外側部材と、上記外側部材の上記溶湯が接する面と相反する面側に一方面側が埋設されて形成され上記外側部材と相反する面側に冷却水通水部が設けられた銅または銅合金にて構成される内側部材とにて構成される冷却部を備えたダイカスト金型において、
上記冷却部は、上記外側部材と上記内側部材との間に上記外側部材の熱伝導率より熱伝導率が高く、かつ粒子を具備する界面層部を備えたことを特徴とするダイカスト金型。
上記界面層部は、窒化ホウ素またはグラファイトまたは二硫化モリブデンの少なくともいずれかの粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載のダイカスト金型。