JP5246939B2 - Low pressure casting mold - Google Patents
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Description
本発明は、低圧鋳造に用いられる金型に関する。 The present invention relates to a mold used for low pressure casting.
低圧鋳造は、湯口からキャビティ内に溶湯を緩やかに供給した後、溶湯を凝固させることにより行われ、複雑な形状でも精度良く成形することができるため、例えば自動車のエンジンのシリンダヘッドの成形に好適に適用される。 Low pressure casting is performed by slowly supplying the molten metal from the gate into the cavity and then solidifying the molten metal, so that even complex shapes can be molded with high precision, making it suitable for molding cylinder heads of automobile engines, for example. Applies to
低圧鋳造では、金型の内部に冷却路を設け、金型を強制的に冷却して鋳造サイクルの短縮を図ることが多い。例えば特許文献1の低圧鋳造用金型は、金型の内部に冷却パイプを直接埋め込み、この冷却パイプの内部に冷却水を流通させて金型を冷却している。 In low pressure casting, a cooling path is often provided inside the mold, and the mold is forcibly cooled to shorten the casting cycle. For example, in the low-pressure casting mold of Patent Document 1, a cooling pipe is directly embedded in the mold, and cooling water is circulated inside the cooling pipe to cool the mold.
ところで、キャビティ内に充填された溶湯を冷却する際、溶湯が凝固するときの体積収縮により、製品の内部に収縮巣が生じる恐れがある。この収縮巣の発生を防ぐため、キャビティ内に充填された溶湯は、湯口から遠い方から凝固させ、キャビティに溶湯を押し込みながら冷却を進め、最後に湯口付近の溶湯を凝固させる必要がある(いわゆる指向性凝固)。このため、湯口が形成された金型は、湯口から遠い部分よりも緩やかに冷却する必要があり、繊細な温度制御が要求される。 By the way, when the molten metal filled in the cavity is cooled, there is a possibility that a shrinkage nest is generated inside the product due to volume shrinkage when the molten metal solidifies. In order to prevent the formation of this shrinkage nest, the molten metal filled in the cavity needs to be solidified from the side far from the pouring gate, cooling is performed while pushing the molten metal into the cavity, and finally the molten metal near the pouring gate needs to be solidified (so-called Directional coagulation). For this reason, the mold in which the gate is formed needs to be cooled more slowly than the portion far from the gate, and delicate temperature control is required.
しかし、上記特許文献1に示されているように冷却パイプを金型に直接埋め込む構成では、冷却能が高すぎるため、金型が過度に冷却されて湯口付近の溶湯が早期に凝固する恐れがある。また、冷却パイプにより金型を冷却すると、冷却パイプを中心とした同心円状に冷却領域が広がるため、冷却パイプと近い部分が冷却パイプから離れた部分よりも冷やされやすく、金型の成形面の温度を均一にすることが難しい。 However, in the configuration in which the cooling pipe is directly embedded in the mold as shown in Patent Document 1, the cooling capacity is too high, so that the mold may be excessively cooled and the molten metal near the gate may solidify early. is there. In addition, when the mold is cooled by the cooling pipe, the cooling area expands concentrically around the cooling pipe, so that the part near the cooling pipe is easier to cool than the part away from the cooling pipe, and the mold surface of the mold is It is difficult to make the temperature uniform.
シリンダヘッドを成形する金型は、例えば図3に示すように、上型110、下型120、及び中子150を有し、中子150は上型110に取り付けられる。下型120には複数の湯口121が形成されると共に、内部に冷却パイプ160が埋め込まれている。上型110と下型120とでキャビティ140が形成され、このキャビティ140に下型120に設けられた複数の湯口121から溶湯が供給される。
For example, as shown in FIG. 3, the mold for forming the cylinder head includes an
この場合、キャビティ140のうち、湯口121から遠い部分の溶湯は、なるべく早期に凝固させることが好ましい。しかし、上型110に中子150が取り付けられているため、中子150により上型110とキャビティ140とが遮断され、上型110付近の溶湯の凝固が遅れる恐れがある。
In this case, it is preferable to solidify the molten metal in a portion of the
一方、下型120とキャビティ140との接触面積は広いため、下型120を冷却するための冷却パイプ160を複数設けることがある。この場合、冷却パイプ160を中心に冷却領域が広がるため(図3に点線で示す)、冷却パイプ160間の領域A(図3の網掛領域)の溶湯の凝固が遅れ、この領域Aの周囲の溶湯が先に凝固し、領域Aに収縮巣が生じる恐れがある。
On the other hand, since the contact area between the
本発明の課題は、キャビティに充填された溶湯を確実に指向性凝固させることのできる低圧鋳造用金型を提供することにある。 The subject of this invention is providing the metal mold | die for low pressure casting which can carry out the direction solidification of the molten metal with which the cavity was filled reliably.
前記課題を解決するために、本発明は、上型と、湯口が設けられた下型と、内部に冷却路を有し、下型の下面に固定された冷却プレートと、上型の内部に形成された冷却路とを備え、上型の冷却路に冷媒を流通させると共に、冷却プレートの冷却路に冷媒を流通させない状態で、湯口を介してキャビティに溶湯を供給し、キャビティに溶湯が満たされた後に冷却プレートの冷却路への冷媒の流通を開始するようにした低圧鋳造用金型を提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an upper mold, a lower mold provided with a gate, a cooling plate having a cooling path therein, and fixed to the lower surface of the lower mold, and an upper mold. A coolant passage formed in the upper mold, and the coolant is supplied to the cavity through the gate without flowing the coolant through the cooling passage of the cooling plate, so that the cavity is filled with the melt. And a low-pressure casting mold in which the circulation of the refrigerant to the cooling path of the cooling plate is started .
このように、湯口が設けられた下型の内部に冷却路を直接形成するではなく、内部に冷却路を有する冷却プレートを下型の下面に固定することで、下型を間接的に冷却することができるため、緩やかな冷却が可能となる。また、冷却プレートによれば、キャビティとの距離をおおよそ均一にすることができるため、冷却時期の差を小さくすることができる。 Thus, the lower mold is indirectly cooled by fixing the cooling plate having the cooling path inside to the lower surface of the lower mold, instead of directly forming the cooling path inside the lower mold provided with the gate. Therefore, gentle cooling is possible. Further, according to the cooling plate, the distance from the cavity can be made approximately uniform, so that the difference in cooling time can be reduced.
また、上型の内部に冷却路を直接形成することで、冷却能を高めることができるため、上型に中子を取り付けた場合でも、湯口から離れた場所の溶湯を早期に凝固させることができる。 In addition, since the cooling capacity can be increased by directly forming the cooling path inside the upper mold, even when the core is attached to the upper mold, the molten metal away from the gate can be quickly solidified. it can.
上記の低圧鋳造用金型では、湯口付近に冷却プレートが配されることとになるため、冷却プレートで冷却しながらキャビティ内に溶湯を供給すると、湯口や湯道の内部の溶湯が冷却されて凝固する恐れがある。従って、キャビティ内に溶湯が充填された後に、冷却プレート内部の冷却路に冷媒を流通させることが好ましい。 In the above low-pressure casting mold, a cooling plate is arranged near the gate, so if the molten metal is supplied into the cavity while being cooled by the cooling plate, the molten metal inside the gate and the runway is cooled. There is a risk of solidification. Therefore, it is preferable to circulate the refrigerant through the cooling path inside the cooling plate after the melt is filled in the cavity.
以上のように、本発明の低圧鋳造用金型によれば、湯口付近の溶湯を緩やか且つ均一に冷却できると共に、湯口から離れた場所の溶湯を早期に凝固させることができるため、キャビティに充填された溶湯を確実に指向性凝固させることができる。 As described above, according to the low pressure casting mold of the present invention, the molten metal in the vicinity of the pouring gate can be cooled gently and uniformly, and the molten metal in a place away from the pouring gate can be quickly solidified, so that the cavity is filled. The molten metal can be surely directional solidified.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に、エンジンのシリンダヘッドを鋳造するための低圧鋳造用金型1(以下、単に金型1と言う。)を示す。この金型1は、上型10と、下型20と、横型30とを有する。下型20は固定型であり、上型10は上下方向に移動する可動型、横型30は水平方向に移動する可動型である。上型10、下型20、及び横型30とで形成されるキャビティ40には、複数の中子50(図1に散点で示す)が配される。上型10の内部には冷却路11が形成され、その内部に冷媒として水を流通させるようになっている。横型30の内部には冷却路31が形成され、その内部に冷媒として空気が流通するようになっている。
FIG. 1 shows a low pressure casting mold 1 (hereinafter simply referred to as a mold 1) for casting a cylinder head of an engine. The mold 1 has an
下型20には複数の湯口21及び湯道22が形成される。図示例では、下型20の複数箇所に貫通穴を形成し、この貫通穴の内周面にスリーブ23が固定される。下型20の貫通穴及びスリーブ23の内周面に湯道22が形成され、湯道22の上端が湯口21となる。スリーブ23は、上側部分を下側部分よりも小径にした形状を成し、これにより湯道22は、キャビティ40に開口し、湯口21につながる小径部22aと、小径部22aの下方に設けられた大径部22bとを有する。スリーブ23の上端部には、外径へ突出したフランジ部23aが設けられ、このフランジ部23aを下型20に設けられた穴の内周面に圧入することで、スリーブ23が下型20に固定される。スリーブ23の外周面と下型20との間には隙間24が形成され、この隙間24は、フランジ部23aの下部から、冷却プレート25の下面まで連続的に延びている。
A plurality of
下型20には冷却プレート25が設けられる。冷却プレート25は、下型20の下面に水平状態で固定され、ボルト等により着脱可能に取り付けられる。冷却プレート25は、キャビティ40の下方で下型20の成形面26に沿って配され、図示例では下型20の成形面26の水平方向領域のほぼ全域を覆う一枚のプレートからなる。冷却プレート25には複数の穴25aが形成され、この穴25aの内周をスリーブ23が隙間24を介して貫通し、穴25aの内周に湯道22の大径部22bが配される。冷却プレート25の内部には冷却路27が形成され、その内部に冷媒として空気が流通するようになっている。
The
上記構成の金型1による鋳造は、以下のようにして行われる。まず、上型10の冷却路11に冷却水を流通させると共に、横型の冷却路31に冷却エアを流通させた状態で、湯道22及び湯口21を介してキャビティ40内に溶湯を供給する。このとき、下型20に固定された冷却プレート25の冷却路27には冷却エアを流通させていない。このように、上型10及び横型30を冷却しながらキャビティ40に溶湯を供給することで、キャビティ40内の溶湯を、湯口21から遠い部分から順次固化させることができる。また、湯口21から溶湯を供給している間、下型20の冷却を停止していることで、溶湯供給中に湯口21や湯道22の内部の溶湯が凝固することを防止できる。
Casting with the mold 1 having the above-described configuration is performed as follows. First, while supplying cooling water to the
本実施形態のように、シリンダヘッドを鋳造する金型では、上型10に中子50が取り付けられているため、上型10と溶湯とが直接接触する面積は小さく、ほとんどの領域で中子50を介して溶湯と接触することとなる。中子50は、砂等を樹脂で固めて形成されるため、金属に比べて熱伝導率が低い。このため、上型10を冷却しても、キャビティ40に充填された溶湯が冷却されにくい。そこで、図示例のように、上型10の内部に冷却路11を形成して冷却能を高めることで、上型10を強力に冷却することができるため、中子50が取り付けられる場合でもキャビティ40内の溶湯を指向性凝固させることができる。特に、冷却路11の内部に水を流通させることで、冷却能をより一層高めることができる。
In the mold for casting the cylinder head as in this embodiment, since the
その後、キャビティ40に溶湯が満たされたら、溶湯の供給を停止すると共に、冷却プレート25の冷却路27に冷却エアを供給し、下型20の冷却を開始する。このように、溶湯がキャビティ40に充填された後に冷却プレート25の冷却を開始することで、湯口21や湯道22の内部の溶湯の凝固を防止しつつ、キャビティ40内の溶湯を早期に凝固させて鋳造サイクルの短縮を図ることができる。この場合、キャビティ40内に溶湯が満たされたことを毎回確認することは難しいため、例えば溶湯の供給開始から所定時間経過後に、冷却プレート25による冷却を開始するようにすればよい。
Thereafter, when the molten metal is filled in the
このように、下型20を冷却プレート25で間接的に冷却することで、緩やかに冷却することができる。特に、冷媒として空気を使用していることで、例えば水を使用する場合よりも緩やかな冷却が可能となる。このとき、冷却プレート25を、下型20よりも熱伝導率の高い材料で形成すれば、冷却路27による冷却領域を素早く広げることができるため、下型20を均一且つ緩やかに冷却することができる。
Thus, by indirectly cooling the
また、冷却プレート25を用いて下型20を冷却することで、冷却パイプのような局所的な冷却ではなく、広域を万遍なく冷却することができるため、図3に示すような収縮巣の生成を防止することができる。本実施形態では、下型20の成形面26とおおよそ平行に配されているため、冷却プレート25と下型20との距離をほぼ一定にすることができ、下型20の成形面26を均一に冷却することができる。特に、シリンダヘッドを鋳造する金型では、下型20の成形面26が比較的広面積で、且つ平坦に形成されるため、冷却プレート25を用いて成形面26を均一に冷却することが有効である。
In addition, by cooling the
本実施形態では、下型20とスリーブ23との間に隙間24を設けることで、湯道22の内部の溶湯と下型20との断熱性を高めている。これにより、冷却プレート25による冷却を開始した後でも、湯道22の内部の溶湯が早期に凝固することを防止できる。特に、図示例のように、湯道22のキャビティ40側を小径にした場合、小径部22aでは、大径部22bと比べて溶湯の凝固により湯道22が埋まる恐れが高いため、隙間24は、図示例のように、小径部22aの外周を含む領域に設けることが好ましい。また、冷却プレート25は、溶湯の凝固により埋まる恐れが比較的低い大径部22bの外周に配することが好ましい。さらに、冷却プレート25の穴25aの内周面とスリーブ23との間にも隙間を設けることで、冷却プレート25により湯道22の内部の溶湯が凝固することを防止できる。
In the present embodiment, by providing a
また、湯口21及び湯道22の中心部M(図1に一点鎖線で示す)は、冷却プレート25や下型20から離隔しているため、比較的温度が高くなりやすい。特に、本実施形態のように、下型20及び冷却プレート25とスリーブ23との間に隙間24を設けることで、冷却プレート25による冷却が湯口21及び湯道22の中心部Mまで届きにくい。従って、下型20の成形面26における温度分布は、図2に示すように、湯口21の中心部Mで最も高くなり、中心部Mから離隔するに従って徐々に低くなる。このように、湯口21付近の溶湯を高温状態で維持することで、湯口21の溶湯の早期の凝固を防止し、湯口21から遠い箇所から凝固させることができる。
Further, since the central portion M (shown by a one-dot chain line in FIG. 1) of the
以上のように、本発明は、シリンダヘッドを低圧鋳造するための金型として、特に好適に適用される。 As described above, the present invention is particularly preferably applied as a mold for low-pressure casting of a cylinder head.
1 低圧鋳造用金型
10 上型
11 冷却路
20 下型
21 湯口
22 湯道
23 スリーブ
24 隙間
25 冷却プレート
26 成形面
27 冷却路
30 横型
40 キャビティ
50 中子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Low pressure casting die 10
Claims (1)
上型の冷却路に冷媒を流通させると共に、冷却プレートの冷却路に冷媒を流通させない状態で、湯口を介してキャビティに溶湯を供給し、キャビティに溶湯が満たされた後に冷却プレートの冷却路への冷媒の流通を開始するようにした低圧鋳造用金型。 An upper mold, a lower mold provided with a gate, a cooling path inside, a cooling plate fixed to the lower surface of the lower mold, and a cooling path formed inside the upper mold ,
The coolant is circulated through the upper mold cooling path and the coolant is not circulated through the cooling path of the cooling plate. The molten metal is supplied to the cavity through the gate, and after the molten metal is filled in the cavity, the cooling path of the cooling plate is entered. Low-pressure casting mold that starts to distribute refrigerant .
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