JP4387531B2 - Casting mold - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属材料を成形するための鋳造金型及びこの鋳造金型を用いて成形品を製造する製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に鋳造成形を行う場合には、図4に示されるような鋳造金型が用いられる。この図4の鋳造金型おいて、金型Aは主として、固定型金型4及び移動型金型5によって構成され、この両金型4,5の間にキャビティ3が形成されている。この図4における1は金型の湯口、6は湯口1からの湯道、2はキャビティ3の湯口である。
【0003】
この鋳造金型を用いて成形する場合には、成形材料を溶融状態にしてなる溶湯を成形機より湯口1に流し込むと、溶湯は金型Aの湯道6及びキャビティ3の湯口2を通ってキャビティ3内に流入する。溶湯はキャビティ3内で冷却されることによって、キャビティ3に設けられている所定の立体形状に対応する形状を保持したまま固化し、金型Aを開くことによって所望の形状を有する成形品が得られる。
【0004】
成形材料が例えば金属である場合、溶湯は溶融状態に保つために成形機内において、成形材料である金属の融点以上または固相線温度以上の温度に保つ必要がある。
【0005】
例えば、成形材料がマグネシュウム合金である場合には、成形機の溶解炉は500℃以上に設定されている。一方、金型の温度は一般に200〜300℃に設定されているため、溶融金属をなす溶湯がキャビティ内に注入されると、金型に対し放熱を開始して、溶湯自体の温度は降下し、溶湯の凝固を早めることになる。
【0006】
溶湯の凝固時間が速いことは、成形サイクルを縮めることには有利であるが成形品の欠陥、特に未充填や湯境、湯じわの原因にもなる。
【0007】
未充填等の欠陥の発生が予測される場合、溶湯の凝固を遅延する施策がなされる。溶湯の凝固は溶湯から金型への熱放出によって起こるため、一般に遅延するためには溶湯−金型間の熱伝達を抑制するか、両者の温度差を小さくすることが行われる。
【0008】
溶湯と金型の温度差を小さくすることを考えるとき溶湯の温度は、物性としての融点や固相線温度の問題から簡単に下げることができないので、金型の全体温度をこれまでより高い温度に設定して、成形することも試みられている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱容量の膨大な金型の全体温度を300℃以上の高温に保つためには、金型に内蔵すべきヒータの容量も非常に大きなものが必要であり、またヒータの運転コストも金型の設定温度を上げれば上げるだけ多くかかってしまうという問題がある。
【0010】
本発明では、溶湯から金型への放熱量が熱伝達率と接触面積及び温度差に比例することに基づき、溶湯と金型の温度差を小さくすることにより、成形機や金型の初期コストと運転コストを抑え、大型でかつ薄肉の成形品であっても高品質、高精度に成形することのできる鋳造金型を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1の本発明の鋳造金型は、溶融金属を成形する金型において、前記金型のキャビティ部の表面に、金型母材と比べて熱伝導率の良い第1の層が形成され、前記第1の層は、溶解炉の先端に設けられた射出ノズルに接触される金型本体の射出ノズルタッチ部の位置まで形成されているとともに、この第1の層と前記金型母材との間に、前記金型母材と比べて熱伝導率が悪い第2の層が形成されていることを特徴としている。
【0012】
このような構成では、キャビティに面する第1の層を、金型母材に比べて熱伝導率の良い材料からなる伝熱層にて形成して、この伝熱層の温度を上昇させることにより、金型母材自体ではなく、キャビティ側の金型温度を上昇させることで溶湯の凝固を遅延させることができ、また、第2の層が金型母材に比べて熱伝導率が悪いことによって溶湯から金型への熱伝達を抑制して、成形機や金型の初期コストと運転コストを抑え、大型でかつ薄肉の成形品であっても、温度低下による溶湯の粘度の上昇や早期の凝固が起こりにくく、流動性が良く転写性の良い高品質、高精度の成形品が得られる。
【0020】
さらにこのような構成では、成形機内の溶解炉を加熱する熱を利用して、射出ノズルに接触される射出ノズルタッチ部から第1の層を加熱することができて、第1の層を加熱するための特別の加熱手段を設ける必要がない。
【0021】
また、請求項2記載の本発明の鋳造金型は、第1の層のごく近傍位置に、加熱装置を備えたことを特徴としている。
【0022】
このような構成では、加熱装置は、供給熱量や供給時間を自由に設定できるため、成形品の形状や欠陥の発生に応じた温度コントロールが可能であり、第1の層への加熱をより効率よく行うことができる。
【0023】
また、請求項3記載の本発明の鋳造金型は、第2の層は、チタン合金、ニッケル合金、メタルセラミックスの群から選ばれる材料で形成したしたことを特徴としている。
【0024】
このような構成では、第2の層を、チタン合金、ニッケル合金、メタルセラミックスの群から選ばれる材料で形成したことにより、より断熱効果を高めることができる。
【0025】
また、請求項4記載の本発明の鋳造金型は、第1の層は、グラファイト、窒化アルミニュウム、窒化硼素、炭化珪素、酸化ベリリュウムの高熱伝導セラミックスで形成したことを特徴としている。
【0026】
このような構成では、第1の層は、グラファイト、窒化アルミニュウム、窒化硼素、炭化珪素、酸化ベリリュウムの高熱伝導セラミックスで形成したことにより、より伝熱効果を高めることができる。
【0031】
本発明のそれ以上の目的及び特徴は、以下の詳細な説明及び図面によって明らかになる。本発明の各特徴は、可能な限りにおいて、それ単独で、あるいは種々な組み合わせで複合して用いることができる。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、本発明におけるいくつかの実施の形態について図1〜図10を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
【0033】
(実施の形態1)
本実施の形態1は、図1に示されているように、溶融金属を成形する金型Aにおいて、金型を金型母材とキャビティ3に面する複数の層とにより形成し、このキャビティ3に面する第1の層を、金型母材4a、5aに対して熱伝導率の良い材料からなる伝熱層7にて形成し、この伝熱層7と金型母材4a、5aの間に形成される第2の層を、金型母材4a、5aに対して熱伝導率の悪い材料からなる低伝熱層8で形成している。金型母材4a,5aは、固定型金型4と移動型金型5の主要部を構成し、この両金型4,5のそれぞれのキャビティ3に面する第1の層には、それぞれ伝熱層7が設けられている。
【0034】
固定型金型4及び移動型金型5のそれぞれの金型母材4a,5aは、安価な熱間ダイス鋼母材で形成されている。
【0035】
低伝熱層8は、伝熱層7と金型母材4a,5a間に介在された断熱ブロック8、8により形成されると共にこの断熱ブロック8、8は、伝熱層7に対応した面に形成されている。
【0036】
このような構成では、キャビティ3に面する層を、金型母材4a,5aに対して熱伝導率の良い材料からなる伝熱層7にて形成して、この伝熱層7の温度を上昇させることにより、金型本体を形成する金型母材4a,5a自体ではなく、キャビティ3側の金型温度を上昇させることで溶湯の凝固を遅延させることができ、溶湯から金型Aへの熱伝達を抑制して、成形機や金型の初期コストと運転コストを抑え、大型でかつ薄肉の成形品であっても精度良く成形することのできるものとなる。
【0037】
また、図2に示される溶融金属を成形する金型Aにおいては,両金型4,5を金型母材4a、5aとキャビティ3に面する層とにより形成し、このキャビティ3に面する層を、金型母材4a,5aに対して熱伝導率の良い材料からなる伝熱層7にて形成し、上記金型母材4a,5aを、熱伝導率の悪い材料からなる低伝熱層8として形成している。
【0038】
このような構成では、低伝熱層8を特別な部材にて形成する必要がなく金型本体を形成する金型母材4a,5aにて低伝熱層8を形成することができ、その構成が簡略化されたものとなる。
キャビティ3に面する伝熱層7の熱伝導率は、金型母材4a,5aの熱伝導率50W/m/℃に対して熱伝導率の良い150W/m/℃以上の材料からなることが好ましい。
【0039】
また伝熱層7に面する低伝熱層8の熱伝導率は、金型母材4a,5aの熱伝導率50W/m/℃に対して15W/m/℃以下の材料からなることが好ましい。
【0040】
なお図2に示される金型母材4a,5aにて低伝熱層8を形成する構成のものにおいては、この金型母材4a,5aの熱伝導率も上記15W/m/℃以下の材料からなることが好ましい。
【0041】
また図1及び図2に示されるキャビティ3に面する伝熱層7は、溶解炉11の先端に設けられた射出ノズル12に接触されるように、金型Aをなす固定型金型4に形成された射出ノズルタッチ部13の位置まで延長して射出ノズル12に臨ませて形成している。
【0042】
成形材料がマグネシュウム合金である場合、成形機には多くのヒータ14が設けられており、このヒータ14により、一般に溶解炉11の中は500℃〜600℃、射出ノズル12は450℃以上に保温されている。
【0043】
伝熱層7は製品を形作るキャビティ3面から射出ノズルタッチ部13まで臨ませた連続的な層をなしており、射出ノズル12が金型に接触した際に溶解炉11の熱を上記射出ノズルタッチ部13から伝熱層7に伝えることができるようにしてある。
【0044】
このような構成では、成形機内の溶解炉11を加熱する熱を利用して、射出ノズル12に接触される射出ノズルタッチ部13から伝熱層7を加熱することができて、伝熱層7を加熱するための特別の加熱手段を設ける必要がないものとなり、また熱源が溶湯そのものでないため、溶湯の熱は奪われることなく、熱容量の大きな成形機の溶解炉から継続的かつ安定に熱を供給することができる。
【0045】
また型開時に金型表面の温度を低下させる際には、溶解炉11の射出ノズル12を金型の射出ノズルタッチ部13から外し、熱が伝わらないようにすることによって成形サイクルを早めることができる。
【0046】
一方上記伝熱層7に面した低伝熱層8を形成する断熱ブロック8は、チタン合金、ニッケル合金、メタルセラミックス等の群から選ばれるいずれか1つの材料で形成して、より断熱効果を高めるようにしてある。
【0047】
この断熱ブロック8は、両金型母材4a,5aに対し螺子止め等の固着手段により着脱自在に固着してある。
【0048】
さらに、キャビティ3に面する伝熱層7は、グラファイト、窒化アルミニュウム、窒化硼素、炭化珪素、酸化ベリリュウム等の群から選ばれるいずれか1つの高熱伝導セラミックスで形成して、より伝熱効果を高めるようにしてある。
【0049】
この伝熱層7を積層するための手段としては、無機バインダを混入して吹き付ける方法やPVD,CVD等の一般に良く行われる表面コーティング処理がなされる。
【0050】
この伝熱層7を積層するための表面コーティング処理する基板には、上記低伝熱層8を形成する断熱ブロック8をその基板としてもよく、またライニング板材を設けて、この板材をその表面コーティング処理の基板としてもよい。
【0051】
また図2に示される伝熱層7は、両金型母材4a,5a自体に表面コーティング処理がなされる。
【0052】
このような構造の金型のキャビティ3に溶湯が流れ込むと、キャビティ3表面に設けられている伝熱層7に沿って伝熱され、キャビティ3面は少ない熱量で高温にすることができる。
【0053】
また、キャビティ3面は熱伝導が良いが、その外周は伝熱層7に面した低伝熱層8に囲まれているため、熱は外部に逃げにくくなり高温を維持してかつ均一になりやすい。そしてキャビティ3面が高温で温度分布が少ないため、温度低下による溶湯の粘度の上昇や早期の凝固が起こりにくく薄肉であっても流動性が長く転写性の良い高品質の成形品が得られる。
【0054】
(実施の形態2)
図3に示される本実施の形態2の鋳造金型Aは、図1に示される実施の形態1の鋳造金型と同様に、このキャビティに面する伝熱層7は、金型母材4a,5aに対して熱伝導率の良い材料からなる伝熱層7にて形成し、この伝熱層7と金型母材4a,5aの間に形成される層を、金型母材4a,5aに対して熱伝導率の悪い材料からなる低伝熱層8で形成している。
【0055】
この図3に示される構成においては、伝熱層7と低伝熱層8をなす断熱ブロック8との間であって、固定型金型4と移動型金型5におけるそれぞれの伝熱層7のごく近傍位置に、加熱装置21を備えている。
【0056】
この加熱装置21は、電熱線ヒータや電磁誘導加熱等一般的なものでよく使用されるものでよい。本実施の形態では、瞬時に大量の熱を発生することができる点で、電磁誘導加熱装置が用いられている。
【0057】
この場合の加熱装置21は、ライニング板材に伝熱層7を形成したものにおいて、この伝熱層7を形成したライニング板材と低伝熱層8との間にあって、それぞれの両金型4,5における伝熱層7、7のごく近傍位置に設けてある。
【0058】
この鋳造金型のキャビティ3においては、溶湯が流れ込む直前に金型内の加熱装置を稼動させると、発生した熱は伝わりやすいキャビティ3表面の伝熱層7を伝わりキャビティ3内の温度を上昇させることができる。
【0059】
このような構成の加熱装置21では、供給熱量や供給時間を自由に設定できるため、成形品の形状や欠陥の発生に応じた温度コントロールをすることができ、伝熱層7への加熱をより効率よく行うことができる。
【0060】
この鋳造金型を用いて成形品を製造する方法の場合は、少なくとも1種の金属材料を用いるだけでもよい。
【0061】
また、この鋳造金型を用いて成形品を製造する方法は、チクソモールド成形機を用いて、マグネシュウム合金、アルミニュウム合金等のいずれかの群から選ばれる金属材料で成形品を製造することができる。
【0062】
このような方法では、より精度よく加工性のよい成形品を製造することができる。
【0063】
【発明の効果】
本発明によれば、前記金型のキャビティ部の表面に、金型母材と比べて熱伝導率の良い第1の層が形成され、前記第1の層は、溶解炉の先端に設けられた射出ノズルに接触される金型本体の射出ノズルタッチ部の位置まで形成されているとともに、この第1の層と前記金型母材との間に、前記金型母材と比べて熱伝導率が悪い第2の層が形成され、この第1の層の温度を上昇させることができるので、金型本体を形成する金型母材自体ではなく、この第1の層の温度を上昇させることで溶湯の凝固を遅延させることができ、溶湯から金型への熱伝達を抑制して、成形機や金型の初期コストと運転コストを抑え、大型でかつ薄肉の成形品であっても、温度低下による溶湯の粘度の上昇や早期の凝固が起こりにくく、流動性が長く転写性の良い高品質、高精度の成形品が得られる。さらにこのような構成では、成形機内の溶解炉を加熱する熱を利用して、射出ノズルに接触される射出ノズルタッチ部から第1の層を加熱することができて、第1の層を加熱するための特別の加熱手段を設ける必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態を示す鋳造金型の断面図である。
【図2】 本発明の第1の実施の形態の変形例を示す鋳造金型の断面図である。
【図3】 本発明の第2の実施の形態を示す鋳造金型の断面図である。
【図4】 従来例を示す鋳造金型の断面図である。
【符号の説明】
3 キャビティ
4 固定型金型
4a 金型母材
5 移動型金型
5a 金型母材
7 伝熱層
8 低伝熱層
11 溶解炉
12 射出ノズル
13 射出ノズルタッチ部
A 金型[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a casting mold for molding a metal material and a manufacturing method for manufacturing a molded product using the casting mold.
[0002]
[Prior art]
In general, when casting is performed, a casting mold as shown in FIG. 4 is used. In the casting mold shown in FIG. 4, the mold A is mainly composed of a fixed
[0003]
In the case of molding using this casting mold, when the molten metal in which the molding material is in a molten state is poured into the
[0004]
When the molding material is, for example, a metal, the molten metal needs to be maintained at a temperature equal to or higher than the melting point of the metal as the molding material or the solidus temperature in the molding machine in order to keep the molten metal in a molten state.
[0005]
For example, when the molding material is a magnesium alloy, the melting furnace of the molding machine is set to 500 ° C. or higher. On the other hand, since the temperature of the mold is generally set at 200 to 300 ° C., when the molten metal forming the molten metal is injected into the cavity, heat release to the mold starts and the temperature of the molten metal itself decreases. This will accelerate the solidification of the molten metal.
[0006]
Although the solidification time of the molten metal is advantageous for shortening the molding cycle, it may cause defects in the molded product, particularly unfilling, hot water boundaries, and hot water wrinkles.
[0007]
When occurrence of defects such as unfilling is predicted, measures are taken to delay the solidification of the molten metal. Since the solidification of the molten metal occurs due to the release of heat from the molten metal to the mold, generally, the heat transfer between the molten metal and the mold is suppressed or the temperature difference between the two is reduced in order to delay.
[0008]
When considering reducing the temperature difference between the molten metal and the mold, the temperature of the molten metal cannot be easily lowered due to problems with the melting point and solidus temperature as physical properties. Attempts have also been made to form the film.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to keep the overall temperature of a mold having a large heat capacity at a high temperature of 300 ° C. or higher, the capacity of the heater to be built in the mold is required to be very large, and the operating cost of the heater is also high. There is a problem that it takes more as much as the set temperature is raised.
[0010]
In the present invention, based on the fact that the amount of heat released from the molten metal to the mold is proportional to the heat transfer coefficient, the contact area, and the temperature difference, the initial cost of the molding machine and mold is reduced by reducing the temperature difference between the molten metal and the mold. An object of the present invention is to provide a casting mold capable of reducing the operating cost and forming a large and thin molded product with high quality and high accuracy.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a casting mold of the present invention according to
[0012]
In such a configuration, the first layer facing the cavity is formed of a heat transfer layer made of a material having a higher thermal conductivity than the mold base material, and the temperature of the heat transfer layer is increased. Thus, the solidification of the molten metal can be delayed by raising the mold temperature on the cavity side instead of the mold base material itself, and the second layer has a lower thermal conductivity than the mold base material. This suppresses the heat transfer from the molten metal to the mold, thereby suppressing the initial cost and operating cost of the molding machine and mold, and even if the molded product is large and thin, High-quality and high-precision molded products that are less prone to early solidification, have good fluidity and good transferability can be obtained.
[0020]
Further, in such a configuration, the first layer can be heated from the injection nozzle touch portion that is in contact with the injection nozzle by using heat for heating the melting furnace in the molding machine, and the first layer is heated. There is no need to provide a special heating means.
[0021]
Further, the casting mold of the present invention described in
[0022]
In such a configuration, since the heating device can freely set the amount of heat supplied and the supply time, it is possible to control the temperature according to the shape of the molded product and the occurrence of defects, and the heating to the first layer is more efficient. Can be done well.
[0023]
The casting mold of the present invention according to
[0024]
In such a configuration, the second layer is formed of a material selected from the group consisting of a titanium alloy, a nickel alloy, and a metal ceramic, whereby the heat insulation effect can be further enhanced.
[0025]
According to a fourth aspect of the present invention, the casting mold of the present invention is characterized in that the first layer is formed of high thermal conductive ceramics of graphite, aluminum nitride, boron nitride, silicon carbide, and beryllium oxide.
[0026]
In such a configuration, the first layer, graphite, aluminum nitride, boron nitride, silicon carbide, by forming with high thermal conductivity ceramic oxide Beriryuu beam can enhance the heat transfer effect.
[0031]
Further objects and features of the present invention will become apparent from the following detailed description and drawings. Each feature of the present invention can be used alone or in combination in various combinations as much as possible.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, several embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 10 for the understanding of the present invention.
[0033]
(Embodiment 1)
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, in a mold A for molding a molten metal, the mold is formed by a mold base material and a plurality of layers facing the
[0034]
The
[0035]
The low
[0036]
In such a configuration, the layer facing the
[0037]
Further, in the mold A for molding the molten metal shown in FIG. 2, both
[0038]
In such a configuration, it is not necessary to form the low
The thermal conductivity of the
[0039]
Further, the heat conductivity of the low
[0040]
In the structure in which the low
[0041]
Further, the
[0042]
When the molding material is a magnesium alloy, the molding machine is provided with a number of
[0043]
The
[0044]
In such a configuration, the
[0045]
Further, when the temperature of the mold surface is lowered when the mold is opened, the molding cycle can be accelerated by removing the
[0046]
On the other hand, the
[0047]
The
[0048]
Further, the
[0049]
As a means for laminating the
[0050]
The substrate for surface coating treatment for laminating the
[0051]
Further, the
[0052]
When the molten metal flows into the
[0053]
The
[0054]
(Embodiment 2)
The casting mold A of the second embodiment shown in FIG. 3 is similar to the casting mold of the first embodiment shown in FIG. 1 in that the
[0055]
In the configuration shown in FIG. 3, the
[0056]
The
[0057]
In this case, the
[0058]
In the
[0059]
In the
[0060]
In the case of a method for producing a molded product using this casting mold, at least one metal material may be used.
[0061]
Moreover, the method of manufacturing a molded product using this casting mold can manufacture a molded product with a metal material selected from any group such as a magnesium alloy and an aluminum alloy using a thixo mold molding machine. .
[0062]
With such a method, it is possible to manufacture a molded product with higher accuracy and better workability.
[0063]
【The invention's effect】
According to the present invention, the first layer having a higher thermal conductivity than the mold base material is formed on the surface of the cavity portion of the mold, and the first layer is provided at the tip of the melting furnace. It is formed up to the position of the injection nozzle touch part of the mold main body that is in contact with the injection nozzle, and the heat conduction between the first layer and the mold base material compared to the mold base material. Since the second layer having a low rate is formed and the temperature of the first layer can be raised, the temperature of the first layer is raised instead of the mold base material itself forming the mold body. This can delay the solidification of the molten metal, suppress the heat transfer from the molten metal to the mold, reduce the initial cost and operating cost of the molding machine and mold, even large and thin molded products High quality with long fluidity and good transferability, with no increase in melt viscosity due to temperature drop and early solidification Precision of the molded article can be obtained. Further, in such a configuration, the first layer can be heated from the injection nozzle touch portion that is in contact with the injection nozzle by using heat for heating the melting furnace in the molding machine, and the first layer is heated. There is no need to provide a special heating means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a casting mold showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a casting mold showing a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a casting mold showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view of a casting mold showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
3
Claims (4)
前記金型のキャビティ部の表面に、
金型母材と比べて熱伝導率の良い第1の層が形成され、
前記第1の層は、溶解炉の先端に設けられた射出ノズルに接触される金型本体の射出ノズルタッチ部の位置まで形成されているとともに、
前記第1の層と前記金型母材との間に、前記金型母材と比べて熱伝導率が悪い第2の層が形成されていることを特徴とする鋳造金型。In molds for forming molten metal,
On the surface of the cavity of the mold,
A first layer having better thermal conductivity than the mold base material is formed ,
The first layer is formed up to the position of the injection nozzle touch part of the mold body that is in contact with the injection nozzle provided at the tip of the melting furnace,
Wherein between the first layer and the mold base material, a casting mold, characterized in that the thermal conductivity as compared to the mold base material is poor second layer is formed.
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