JP3646662B2 - 鋳造用金型 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽金属鋳造用、例えばアルミダイカスト、の金型に関し、特に多数個取りの鋳造用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金型の温度は、そこから生産される鋳物にとって重要な因子であり、鋳物の寸法、鋳肌の良否、鋳物の健全性、金型の寿命、鋳造生産性など多くのものに影響を与える。金型は、溶湯が持ち込む熱エネルギーを冷却水、離型剤、空気中への放熱などで奪い去り、このバランスで金型温度が決まる。そして生産条件としては、金型全体、特にキャビティ全体が均一な温度であり、かつばらつきが無いことが望ましい。
【０００３】
そのため従来より、金型の冷却バランスのために、冷却管本数を増やしたり、金型表面と冷却管の距離を近くするといった方法が行われていた。しかしながら、前者は金型加工費の増加、エジェクタピンと冷却穴との干渉等で、必要な部分に冷却管が配置できないという問題があり、後者は、金型のクラック等による水漏れが発生し易くなるといった問題があった。
【０００４】
また、近年の鋳造品のコストダウンの要求に伴い、多数個取りによる生産性向上は、鋳造工程のサイクルサイムの短縮と共に必須の課題であるが、多数個取りはキャビティ間の品質のばらつきが発生し易く、全てのキャビティからの製品の品質を均一にすることは難しかった。特に多数個取りでかつ低速充填ダイカスト法を用いた場合、キャビティ内のアルミ凝固率が製品品質に与える影響が大きいため、品質のキャビティ間のばらつきを抑えることは多数個取りを実現する上で必須の問題であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、キュアリング時間を最小化でき、巣欠陥や引け巣等の発生率を抑えると共に、多数個取り金型のキャビティ間の製品の品質のばらつきを抑えることで健全な鋳造品を得ることを可能にした鋳造用金型を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の鋳造用金型を提供する。請求項１に記載の鋳造用金型は、３個以上のキャビティ部が形成された金型に、これらのキャビティ部へ金属溶湯を供給する溶湯供給通路を形成し、この溶湯供給通路が、共通通路から分岐し各キャビティ部に連通する分岐通路を有し、これらの分岐通路の中で長さが最も短い分岐通路の断面積を他の分岐通路の断面積よりも小さくしたものであり、これにより、共通通路の高温部の熱の影響を低減でき、凝固タイミングのずれを小さくすることができる。
【０００９】
請求項２の鋳造用金型は、分岐通路に堰部を設けることでその流路断面積を小さくしたものであり、これにより、流動する金属溶湯からの熱によって堰部の温度が高温になるため、最終凝固部がキャビティ部内部ではなく堰部近傍となる。したがって、製品部となる鋳造品内部での鋳巣等の欠陥の発生を防止することができる。
請求項３の鋳造用金型は、堰部が円弧状もしくはテーパ状に形成されているものであり、これにより、金属溶湯の流れを乱すことなく金属溶湯をキャビティ部内に導入できるので、鋳造品の組織を均一にできる。
【００１０】
請求項４の鋳造用金型は、キャビティ部に流入する金属溶湯の速度を、０．０５〜０．３ｍ／ｓに規定したものであり、このように金属溶湯の流入速度が遅い場合には、凝固開始のタイミングや凝固速度に差が生じ易いため、本発明の鋳造用金型の金型構造において特に大きな効果を奏する。
請求項５の鋳造用金型は、３個以上のキャビティ部を同じ高さ位置に形成したものであり、これにより、金属溶湯のキャビティ部への流入開始から充填完了までを同期して行うことが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施の形態の鋳造用金型について説明する。図１は、本発明の１つの実施の形態の鋳造用金型の部分断面図であり、図２は、鋳造用金型と冷却水通水システムを説明する図であり、図３は、３つのキャビティ部（製品部）を有する別の実施形態の鋳造用金型の平面図及び断面図である。鋳造用金型１は、固定型２と可動型３とから構成される。固定型２には鋳込口４が設けられ、この鋳込口４には、図２に示すように、ブッシュ５及びスリーブ６が配設され、これらに嵌合してプランジャ７が設けられている。
【００１２】
金型１には、図３に示すように製品部であるキャビティ部８と、このキャビティ部８への溶湯供給通路の分岐通路に相当するランナ部９と溶湯供給通路の共通通路である湯溜りに相当するビスケット部１０とが形成されている。したがって、プランジャ７の移動によって押し出された金属溶湯は、ビスケット部１０からランナ部９を通ってキャビティ部８に導入され、ここで凝固して製品が形成される。
【００１３】
図１，２に示すように、可動型３のキャビティ部８が形成される主型３ａには、冷却手段として、冷却通水部１２が形成された入子１１が装着されている。本発明においては、金型１にキャビティ部８が３個以上形成されていると共に、冷却手段もキャビティ部に対応して３個以上設置されている。入子材料は主型材料と異なる熱伝導率の材料を用いる。例えば主型材料としてＪＩＳ Ｇ４４０４のＳＫＤの鋼材を、入子材料としてＣｕ等を使用する。更に、金型１のキャビティ部８の位置に応じて、それに対応して設けられる冷却手段としての入子１１の材料を異なる熱伝導率の材料を使用する。このようにすることにより、金型１の温度分布を制御できる。
【００１４】
即ち、図１には部分的断面でしか示されていないが、３個取り以上の多数個取り金型１において、冷却水通水部１２の入子１１の材料が、外側のキャビティ部８ａに対する入子１１ａの材料に対して内側のキャビティ部８ｂに対する入子１１ｂの材料の方が高い熱伝導率を持つ材料を使用する。これによって、鋳造時に金型温度が上昇し易い中央よりの金型温度を外側の金型温度と同じ温度で制御することができる。なお、入子１１ａ及び入子１１ｂは主型３ａに取り付けられ、主型３ａと入子１１ａ，１１ｂの間に間隙が生じないように設置されている。隙間が完全に埋められないときには、主型３ａと入子１１ａ，１１ｂとの間に充填材を入れてもよい。
また、冷却水通水部１２は、Ｕ字状に示されているが、二重状（ジェット式）でも、螺旋状でも、蛇行状でもよく、入口及び出口がそれぞれ冷却水供給側と冷却水排出側に接続している。
【００１５】
図２は、入子１１の冷却システムを示しており、入子１１の冷却水通水部１２はそれぞれ冷却水タンク１３に流量調整弁１４を介して接続している。冷却水タンク１３内には、冷却水圧送ポンプ１５が設けられていると共に、この冷却水タンク１３は、熱交換器である冷却器（チラー）１６と接続していて、タンク１３内の冷却水は、冷却器１６で工場内循環水等の間で熱交換することによって冷却される。冷却システムは、各入子を通る冷却水の通水時間、通水量及び冷却水温度等を管理装置１７によって個々に制御できる冷却水通水システムとなっていて、鋳造機等から型閉め、型開き、射出、キュアリング等のタイミング信号及びタイマー信号を入力して圧送ポンプ１５、流量調整弁１４等を制御して個々の入子の冷却水の通水時間、通水量等を管理できる構造となっている。また冷却水の水温は、冷却器１６によって一定温度にコントロールされ、かつ金型１と冷却水通水システム間とはクローズ化したシステムとなっている。更に管理装置１７に個々の冷却水の通水量、通水時間とそれぞれのキャビティ部における金型温度とをモニターし、温度差が所定値未満であるか否かによって、中央キャビティ部によって鋳造される鋳造製品の品質の良否判定を行う管理システムを設けてもよい。
【００１６】
図１，２に示された金型の冷却システムを用いた場合においても、鋳造時には中央寄りキャビティ部８ｂは、ビスケット部１０との距離が外側のキャビティ部８ａに対し近いことから、溶湯自身の熱伝導により外側と固相率が異なることにより、中央寄りキャビティ部８ｂと外側のキャビティ部８ａの製品の内質（ひけ量）が変化してしまうことがある。図３に示される別の実施形態の金型１は、この問題に対する解決策を示すもので、中央寄りキャビティ部（製品部）８ｂに連通するランナ部９に堰部１８を設けて、キャビティ部（製品部）８ａ，８ｂに連通するランナ部９のうちの最も短いランナ部９の流路断面積を他のランナ部の流路断面積よりも小さくしている。この堰部１８は円弧状又はテーパ状、即ち堰部断面が例えば半円形状又は台形状、に形成され、金属溶湯の流れを乱すことなく金属溶湯をキャビティ部８ｂ内へ導入できるようにしている。これにより鋳造品の組織を均一にできる。
【００１７】
このように、中央寄りキャビティ部８ｂに連通するランナ部９に堰部１８を設けることで、金属溶湯から金型への放熱を促進し、溶湯充填時に中央寄りキャビティ部内の金属溶湯の凝固率を外側のキャビティ部内の金属溶湯の凝固率と合わせることができるようにしている。さらに、連続鋳造時には堰部の金型温度上昇がキャビティ部の金型温度上昇に比べ上昇し易いため、最終凝固部を堰部近傍に生じるようにすることができ、製品内に鋳造欠陥（巣）を発生しにくくできる。これは、すべてのキャビティ部に連通するそれぞれのランナ部に堰部を設けた場合でも、同様の効果が得られる。
【００１８】
上述の説明から明らかなように、本発明においては、多数個取り金型においてキャビティ部内のアルミ凝固率を均一にすること、即ち、アルミ（金属溶湯）の凝固開始タイミングを揃えること及びキャビティ部に導入された金属溶湯の凝固速度を揃えること、を可能にしている。
なお、鋳造においては、金属溶湯の流入速度が遅い場合には、凝固開始タイミングや凝固速度に差が生じ易いため、本発明の鋳造用金型は、キャビティ部へ流入する金属溶湯の速度が０．０５〜０．３ｍ／ｓである場合において使用することによって最適な効果が得られる。また、キャビティ部を同じ高さ位置に形成することにより、金属溶湯のキャビティ部への流入開始から充填完了までを、各キャビティ部間で同期して行うことが可能となる。
【００１９】
図４は、従来技術と本発明との多数個取り金型における（ａ）金型温度と（ｂ）強度ばらつきとを比較したグラフである。図４（ａ）から解るように、従来技術における金型では、中央キャビティ部の金型温度は３００℃近くまで上昇しているのに対し、本発明の金型では、中央キャビティ部の金型温度は２４０℃近くまでしか上昇せず、中央キャビティ部と外側キャビティ部との金型温度の温度差が従来の金型では約８０℃あったものが、本発明の金型では約２０℃と著しく改善されている。また、図４（ｂ）から解るように、強度のばらつきに関しても、従来の金型では、中央キャビティ部による製品Ａ２と外側キャビティ部による製品Ａ１とＡ３との間で引張強度に大きな差があったが、本発明の金型では、製品Ａ２と製品Ａ１，Ａ３間で引張強度にそれぼどの差は生ぜずばらつきが改善され、また強度上でも向上している。
【００２０】
【発明の効果】
したがって、本発明の鋳造用金型においては、以下のような効果を奏する。
（１）中央キャビティ部と外側キャビティ部との金型温度差を少なくすることにより、鋳造品の組織を外側・中央キャビティ部で均一化することができ、キャビティ部間の鋳造品の強度差を抑えることができる。
（２）中央キャビティ部と外側キャビティ部の金型温度差を少なくすることにより、鋳造品の巣欠陥の発生率（不良率）を抑えることができる。
（３）中央キャビティ部のランナ部に堰部を設けることにより、中央キャビティ部の鋳造品の引け巣発生率を抑えることができる。
（４）冷却水の通水時間、通水量を個々に制御することで、射出（充填）時の金属溶湯の湯廻り性を向上すると共にキュアリング時間を最小化することができ、サイクルタイムを約２０％低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態の鋳造用金型の部分断面図である。
【図２】本発明の鋳造用金型と冷却水通水システムを説明する図である。
【図３】ランナ部に堰部を設けた場合の別の実施形態の鋳造用金型の平面図及び断面図である。
【図４】本発明と従来技術との鋳造用金型の、（ａ）金型温度、（ｂ）製品の強度ばらつき、とを比較するグラフである。
【符号の説明】
１…（鋳造用）金型
２…固定型
３…可動型
３ａ…主型
７…プランジャ
８，８ａ，８ｂ…キャビティ部（製品部）
９…ランナ部（分岐通路）
１０…ビスケット部（共通通路）
１１，１１ａ，１１ｂ…入子
１２…冷却水通水部
１３…冷却水タンク
１４…流量制御弁
１５…冷却水圧送ポンプ
１６…冷却器（チラー）
１８…堰部

Claims (5)

1. 可動型と固定型とからなり、それらの型合わせ面に３個以上のキャビティ部が形成された鋳造用金型において、
   前記金型に３個以上の前記キャビティ部へ金属溶湯を供給する溶湯供給通路を形成すると共に、前記溶湯供給通路は、共通通路と、この共通通路から分岐し前記各キャビティ部に連通する分岐通路とからなり、
   前記分岐通路の中で最も短い長さの分岐通路の流路断面積を他の分岐通路の流路断面積よりも小さくしたことを特徴とする鋳造用金型。
2. 前記分岐通路に堰部を設けることで流路断面積を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の鋳造用金型。
3. 前記堰部が円弧状又はテーパ状に形成されることを特徴とする請求項２に記載の鋳造用金型。
4. 前記キャビティ部へ流入する金属溶湯の速度が、０．０５〜０．３ｍ／ｓであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋳造用金型。
5. 前記３個以上のキャビティ部は、同じ高さ位置に形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋳造用金型。

Images