JP4163462B2 - 鋳造用金型 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳物製品を成形する鋳造用金型に関する。詳しくは、型開きが容易で、且つ、湯口を所望の位置に所望の数だけ形成出来る鋳造用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋳造は、製品形状のキャビティ（成形空間）を有する鋳型（金型、砂型等）に溶湯を充填し、その溶湯を冷却・固化させて製品を得る成形方法であり、複雑形状の製品を一工程で製造することが可能であるため、例えばシリンダブロック、クロスメンバ、ホイール、等の自動車用部品の製造において利用されている。
【０００３】
そして、近年、複数の湯口を有する鋳造用金型（以下、単に金型ともいう）を利用した鋳造が行われている（特開平５−２６９５６３号公報等）。このような鋳造用金型は溶湯を複数の湯口から金型内に注湯するため、溶湯が金型内を流れる距離が短く、溶湯の温度低下が少ないという特徴があり、金型内での湯流れがよく、鋳造欠陥が少なく、薄肉製品にも対応可能であるという利点を有する。
【０００４】
一方、複数の湯口を有する鋳造用金型は溶湯が外気等に曝される部分が多く、その部分が酸化され易いという欠点を有している。従って、キャビティの外周に湯口を開口させ、キャビティと湯口とを堰により連通する構造が採用されることが多い。かかる構造によれば、湯口に金網等を使用することにより、酸化膜が後の工程で切削除去される湯口部に保持されるため、湯口をキャビティに直接開口する構造の如く製品表面に酸化膜が残り難い。
【０００５】
又、鋳造においては、複数の型により構成した分割構造の鋳造用金型を用い、個々の型を組み合わせた状態で鋳造を行うことが多い。このような構造をとれば、鋳造終了後に、これらの型を分離して型開きを行うことが出来、製品の取出しが容易である。
【０００６】
例えば、自動車用のホイールを金型を用いて鋳造成形する場合には、その金型は、従来、湯口を有する下型と、これに型合わせされる上型及び横型とに分割し、加工の容易性を考慮して、下型と横型との型割面（以下、型割面をＰＬ（ｐａｒｔｉｎｇ ｌｉｎｅ）面とも記す。）に、キャビティと湯口とを連通する溶湯流路である堰を形成することが、通常、行われている。
【０００７】
そして、従来、堰の構造としては、下型と横型の双方を彫り込んで、各々に湯口とキャビティとを連絡する凹部を形成する構造が採用されている。これは、製品に干渉しないように容易に金型をスライドさせることが出来るからである。
【０００８】
例えば、図４（斜視図）及び図５（断面図）に示すホイール４１を作製する場合に使用する金型の一例を図３に示す。ホイール４１は、薄肉のリム（アウターリム４３及びインナーリム４２）と、より厚肉のスポーク４４とを有する。このようなホイールを成形する図３に示す鋳造用金型１１１は、湯口１１８を有する下型１０３と、下型１０３と型合わせされ、更に（図示しないが垂直方向の型割面で）２つに分割された横型１０２と、下型１０３及び横型１０２と型合わせされた上型１０１とを備えており、横型１０２を金型外側に向けスライドさせることにより型開きを行うことが出来る。
【０００９】
そして、鋳造用金型１１１においては、分割される横型１０２どうしのＰＬ面を、湯道１１７、湯口１１８、堰１１９からなる湯口系１０７に合わせて設ける必要があった。それは、凝固時に、溶湯がキャビティから堰１１９にはみ出す押湯部を形成するが、この押湯部が横型１０２と咬み合い横型１０２のスライドを妨げないようにするためである。
【００１０】
堰１１９において凝固した溶湯が横型１０２の移動を妨げないようにするためには、例えば横型１０２の分割数を増やしたり、あるいは湯口系１０７を横型１０２の移動方向に配向させる構造も考えられるが、何れも金型構造が複雑となり好ましくない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情から、従来構造の鋳造用金型では湯口系の形成位置や数が制限されていた。本来、湯流れを考慮すれば製品形状に応じて所望の位置に所望の数の湯口系を形成することが望ましいが、それが出来ないため、金型設計における自由度が低下し、構造が限定される点において、従来構造の金型には問題があった。
【００１２】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、型開きが容易で、且つ、湯口系を所望の位置に所望の数だけ形成出来る鋳造用金型を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋭意検討された結果、分割構造の鋳造用金型において、堰を、下型に形成した凹部と横型の凹凸のない平面部とによって構成することにより、上記目的を達成出来ることを見出して、完成されたものである。
【００１４】
即ち、本発明によれば、少なくとも１つの湯口を有する下型と、下型と型合わせされキャビティを形成する上型と、下型及び上型と型合わせされキャビティを形成し少なくとも２に分割される横型と、からなる鋳造用金型であって、キャビティと湯口とを連通する堰は、その上面が横型の平面部により構成され、その他の面が下型の凹部により構成されてなり、少なくとも２に分割される横型どうしの型割面を避けて備わることを特徴とする鋳造用金型が提供される。
【００１５】
本発明においては、横型の平面部が、キャビティの中心側から金型の外部側に向けて僅か下方に傾斜していることが好ましい。又、横型の平面部が、キャビティの外周を包囲するように連続的に形成されていることが好ましい。更には、横型の平面部が、分割入れ子により形成されていることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の鋳造用金型について詳細に説明する。尚、本明細書において、堰と湯口と湯道とを合わせて湯口系と称する。溶湯流路とは堰乃至湯道を示す。下型に設けられた凹部とは下型単独で外側からみたときに凹んでいることを表現したものであり、この凹部は孔として下型を貫通し溶湯流路を形成している。
【００１７】
（１）本発明の鋳造用金型の特徴
【００１８】
本発明の鋳造用金型は、少なくとも１つの湯口を有する下型と、下型と型合わせされキャビティを形成する上型と、下型及び上型と型合わせされキャビティを形成し少なくとも２に分割される横型とからなる鋳造用金型である。そして、本発明の鋳造用金型の特徴は、キャビティと湯口とを連通する堰が、その上面を横型の平面部により構成し、上面以外の他の面を下型に設けられた凹部により構成し、且つ、その堰（即ち堰を含む湯口系）が、少なくとも２に分割される横型どうしの型割面を避けて位置して備わることにある。
【００１９】
換言すれば、本発明の鋳造用金型は下型の凹部上側を横型の凹凸のない表面で塞ぐことにより堰を形成するものであって、堰が下型と横型とのＰＬ面を基準にして下型側にのみ彫り込まれた構造を有する。こうすると、キャビティからはみ出して凝固した溶湯（押湯部）が横型と咬み合うことがなく、横型のスライドが妨げられないため、型開きが容易である。
【００２０】
又、キャビティからはみ出して凝固した溶湯が横型と咬み合うことがないため、必ずしも湯口系を横型どうしのＰＬ面に合わせて形成する必要がない。即ち、湯口の形成位置や数が制限されず、製品形状に応じて所望の位置に所望の数の湯口を形成可能となる。本発明の鋳造用金型は、金型設計における自由度が高く、その構造が限定的にならない。
【００２１】
更には、下型と横型で堰を形成し、下型のみに凹部を形成し、横型は凹凸のない平面部で堰を構成するという簡素な構造により、上記効果を得ることが出来るので、横型の分割を増やす等、鋳造用金型を複雑な構造とする必要がない。
【００２２】
（２）本発明の鋳造用金型の構成
【００２３】
本発明の鋳造用金型の構成について、図１（ａ）〜図１（ｃ）を参照しながら説明する。尚、本発明は、上記したように、少なくとも１つの湯口を有する下型と、下型と型合わせされキャビティを形成する上型と、下型及び上型と型合わせされキャビティを形成し少なくとも２に分割される横型とからなる鋳造用金型であり、鋳物としてホイールを得る場合に用いられる金型に限定されるものではなく、又、以下の実施形態に限定されるものでもない。
【００２４】
鋳造用金型は、ＳＫＤ６１やダクタイル鋳鉄により構成された製品形状のキャビティを有する型である。例えば図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す鋳造用金型１はドーム状のキャビティを有している。
【００２５】
鋳造用金型１は、分割構造の金型であって、キャビティ（成形体部８ａ成形空間）の外周に開口する４つの湯口５を有する下型６と、その下型６と型合わせされるとともに２つに分割される横型２ａ，２ｂと、下型６と横型２ａ，２ｂに型合わせされる上型７の少なくとも３種類の型を備える。但し、本発明においては、上型、下型、横型において、個々の型の分割数は限定されず、各々の型が２以上存在していてもよい。又、これらの型は、入れ子を含み構成することも可能である。
【００２６】
▲１▼下型
【００２７】
本発明にいう下型とは、ストーク（溶湯を鋳造用金型に供給するパイプ状部材をいう。）に連結された状態で固定され、ストークから供給される溶湯を鋳造用金型内に注湯する湯口系を有する分割型である。
【００２８】
下型は、鋳造用金型内での湯流れを向上させ、鋳造欠陥を低減し、薄肉製品に対応可能とするため、複数の湯口を有することが好ましい。図１（ａ）に示す下型６では、キャビティの中心に対し９０°間隔で配置された４つの湯口５を有している。
【００２９】
又、下型は、製品表面に酸化膜が残ることを防止するため、上記複数の湯口をキャビティに直接開口させるのではなく、キャビティの外周に開口せしめている。図１（ａ）に示す下型６は、ドーム状のキャビティの底面を構成する円より外周に、４つの湯口５を開口せしめている。
【００３０】
下型には、湯口とキャビティとを連絡する凹部が形成される。その凹部は湯口とキャビティとを連通する堰となる部分であり、型開きされた状態では上方が開放されているが、型締めされると、上方が横型の凹凸のない平面部によって塞がれて、堰が形成される。下型に備わる凹部の形状は特に限定されないが、通常は溝状に形成される。
【００３１】
▲２▼横型
【００３２】
本発明にいう横型とは、下型及び上型に型合わせされる型であって、少なくとも２つに分割され、スライドして型開き・型締めが出来るように構成されたものをいう。尚、「型合わせされる」とは、２以上の型がＰＬ面を介して当接していることをいう。
【００３３】
横型は、下型とのＰＬ面に当たる部分を凹凸のない平面部として構成する必要がある。その平面部は下型の上方を塞ぐ蓋体としての役割を果たし、湯口とキャビティとを連通する堰の一部を構成する。このような構造は、堰が下型と横型とのＰＬ面を基準にして横型側には彫り込まれていないため、キャビティからはみ出して凝固した溶湯（押湯部８ｂ）が横型と咬み合ってしまう事態を防止し得る。
【００３４】
上記効果を得るためには、少なくとも下型の凹部上方に相当する部分を、横型の凹凸のない平面部によって構成すれば足りるが、その横型の平面部は、キャビティの外周を包囲するように連続的に形成されていることが好ましい。こうすることにより、横型の分割を増やす等、鋳造用金型を複雑な構造とする必要がなく、簡素な構造により本発明の効果を得ることが出来る。
【００３５】
又、横型の平面部は、キャビティの中心側から金型の外部側に向けて僅か下方に傾斜していることが好ましく、横型の平面部は、キャビティの外周を包囲するように連続的に形成されていることが好ましい。よりスムーズに、型開き・型締めが出来るからである。
【００３６】
更には、横型の平面部を分割入れ子により形成することが好ましい。横型の平面部が構成要素となる堰は、通常、断面積が小さくなるが、入れ子を設けて熱伝導を遅らせ放熱し難くすることにより、堰を最後に固化させることが出来るので、凝固収縮時の溶湯補給性が向上するからである。
【００３７】
本発明の鋳造用金型は、上述した構成以外の条件については、特に限定されず、所望の構造を採用することが出来る。例えば、必要に応じて製品の健全性を確保するための押湯やガス抜き等を形成してもよい。
【００３８】
本発明の鋳造用金型は、従来公知の各種鋳造装置に組み込んだ形で使用することが出来る。鋳造装置の種類は特に限定されないが、例えば、低圧鋳造装置に組み込んだ形で使用することが可能である。
【００３９】
【実施例】
続いて、図４、図５に示すホイール４１を鋳造する鋳造用金型を例に、図２を参酌して、本発明の実施形態を、より詳細に説明する。勿論、本発明は、図示する態様に限定されるものではない。
【００４０】
図２に示す鋳造用金型１１は、低圧鋳造方法に用いられる複数の湯口系を備える鋳造用金型であり、鋳造用金型１１は溶湯が図示しない保持炉から金型へ押し上げられる流路であるストーク２５に接続されている。鋳造用金型１１は、成形空間であるキャビティ２４を形成する上型２１と横型２２及び下型２３とからなり、厚肉であるスポーク４４と薄肉であるリム（インナーリム４２及びアウターリム４３）とからなるホイール４１の鋳造に用いられる。キャビティ２４は、厚肉であるスポーク４４を成形するキャビティ１２と、薄肉であるリムを成形するキャビティ１３とからなる。
【００４１】
キャビティ１２を形成する面は上型２１と下型２３とからなり、又、キャビティ１３を形成する面は上型２１と横型２２とからなる。そして、図示しないが、横型２２はキャビティ１３を囲うように設けられ、垂直（縦）方向に２つに分割される。
【００４２】
鋳造用金型１１は、キャビティ２４に溶湯を供給する湯口１８と、ストーク２５から湯口１８までの溶湯流路である湯道１７と、湯口１８からキャビティ２４の間の堰１９と、からなる湯口系２７，２８を備えている。湯口系２７は、リムを成形するキャビティ１３につながり、ここに、本発明の特徴が具現化されている。他方の湯口系２８は、キャビティ２４のうちスポークを成形するキャビティ１２につながっている。
【００４３】
図４、図５に示す車両用ホイール４１を成形する鋳造用金型１１の場合に、湯口系２７は、図示されないが、リムを成形する円筒状のキャビティ１３の円周に等間隔でつながるように複数系統設けられ、キャビティ１３においてスポーク４４がアウターリム４３と接続する部分に相当する場所に湯口１８が備わるように、スポーク４４の数と同じ５箇所の湯口系２７を設けることが好ましい。溶湯充填に際し、センターゲート方式の金型より溶湯の移動距離が短くなり、充填がより容易になって、湯廻り不良が生じ難くなるとともに溶湯充填に要する時間が短くて済み、鋳造全工程に要する時間が短縮され、鋳物製品生産のスループット向上を図ることが出来る。
【００４４】
上記したように、２つの湯口系２７，２８のうち、湯口系２７に本発明の特徴が発現されている。以下、湯口系２７について説明する。
【００４５】
湯口系２７において、湯道１７は下型２３内に形成され、それに続く堰１９が、下型２３の凹部３３と横型２２の平面部３２とから形成される。凹部３３は、型開きされた状態では上方が開放されているが、型締めされると、上方が横型２２の凹凸のない平面部３２によって塞がれ堰１９が形成される。
【００４６】
横型２２の平面部３２は、下型２３の上方を塞ぐ蓋体としての役割を果たし、湯口１８とキャビティ２４（キャビティ１３）とを連通する堰１９の一部を構成する。そして、キャビティ２４（キャビティ１３）側から金型外部側に向けて僅かに下方に傾斜している。又、横型２２の平面部３２は、上記したように湯口系２７がリムを成形する円筒状のキャビティ１３の円周に等間隔でつながるように複数系統設けられることに対応して、キャビティ１３の外周を包囲するように連続的に形成されている。
【００４７】
上記構成をとることにより、堰１９が下型２３と横型２２とのＰＬ面を基準にして横型２２側には彫り込まれていないことから、キャビティ１３からはみ出して凝固した溶湯（押湯部）が型開きしようとする横型２２と咬み合うことがなく、又、下型２３と横型２２とが擦れ難く、スムーズな型開きを約束する。
【００４８】
続いて、堰を構成する面に分割入れ子を設ける場合について説明する。
【００４９】
図６は、分割入れ子を設けたことを除いて図２に示す鋳造用金型１１と同じ金型の堰近傍の断面を、拡大して示す図である。キャビティ１３と湯口１８を結ぶ堰１９は、下型２３の凹部３３と、僅かに傾斜した横型２２の平面部３２とから形成され、図示されるように、横型２２には内部に空隙部３５を挟んで分割入れ子３４が組み込まれている。そして、平面部３２は、その分割入れ子３４で構成されている。尚、空隙部３５は、そのまま空間（空気充填）としてもよく、断熱材を充填することも好ましい。
【００５０】
堰１９は、キャビティ２４に溶湯を注入する部分であり、断面積が小さくなるが、分割入れ子３４を設けることにより、堰１９中を移動する溶湯からの放熱し難くなり、堰１９における固化を遅らせることが出来るので、キャビティ２４への凝固収縮時の溶湯補給性が向上する。その結果、引け巣等の鋳造欠陥が発生し難くなり、ホイールの機械的性質の低下を防止出来る。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の鋳造用金型は、下型に形成した凹部と横型の凹凸ない平面部とによって堰を構成したので、型開きが容易で、且つ、湯口を所望の位置に所望の数だけ形成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の鋳造用金型の一実施形態を示す説明図であって、図１（ａ）は概略上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ’概略断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ’概略断面図である。
【図２】 本発明の鋳造用金型の一実施形態を示す説明図であって、成形対象である鋳物がホイールの場合の断面図である。
【図３】 従来の鋳造用金型の一例を示す図であって、成形対象である鋳物がホイールの場合の断面図である。
【図４】 鋳造用金型により成形される鋳物の一例を示す図であり、ホイールの斜視図である。
【図５】 図４に示すホイールのＣ−Ｃ’断面図である。
【図６】 本発明の鋳造用金型の他の実施形態を示す説明図であって、成形対象である鋳物がホイールの場合の堰部分を拡大した断面図である。
【符号の説明】
１，１１，１１１…鋳造用金型、２ａ，２ｂ，２２，１０２…横型、３…型割面（ＰＬ面、横型どうし）、４，１９，１１９…堰、５，１８，１１８…湯口、６，２３，１０３…下型、７，２１，１０１…上型、８ａ…成形体部（凝固した溶湯）、８ｂ…押湯部（凝固した溶湯）、９…型割面（ＰＬ面、横型と下型）、１２…キャビティＣｓ（スポーク成形部分）、１３…キャビティＣｌ（リム成形部分）、１７，１１７…湯道、１８，１１８…湯口、１９，１１９…堰、２４…キャビティ、２５…ストーク、２７，２８，１０７，１０８…湯口系、３２…平面部、３３…凹部、３４…分割入れ子、３５…空隙部、４１…ホイール、４２…インナーリム、４３…アウターリム、４４…スポーク。

Claims (3)

1. 少なくとも１つの湯口を有する下型と、前記下型と型合わせされキャビティを形成する上型と、前記下型及び上型と型合わせされキャビティを形成し少なくとも２に分割される横型と、からなる鋳造用金型であって、
   前記キャビティと前記湯口とを連通する堰のうち、上面が前記横型の平面部により構成され、その他の面が前記下型の凹部により構成される堰が、前記少なくとも２に分割される横型どうしの型割面を避けて備わることを特徴とする鋳造用金型。
2. 前記横型の平面部が、前記キャビティの中心側から金型の外部側に向けて僅か下方に傾斜している請求項１に記載の鋳造用金型。
3. 前記横型の平面部が、分割入れ子により形成されている請求項１に記載の鋳造用金型。

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