JPH071077A - 長寿命化保温膜処理の金型 - Google Patents

長寿命化保温膜処理の金型

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JPH071077A
JPH071077A JP8375193A JP8375193A JPH071077A JP H071077 A JPH071077 A JP H071077A JP 8375193 A JP8375193 A JP 8375193A JP 8375193 A JP8375193 A JP 8375193A JP H071077 A JPH071077 A JP H071077A
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film
plating film
plating
heat
casting
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JP8375193A
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English (en)
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Hiroshi Iwata
博 岩田
Yuji Sengoku
裕司 仙石
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、低圧鋳造・金型鋳造における塗
膜を用いる故に、生じている寸法精度・製品品質の限界
を越え、金型寿命を伸ばすことができる表面処理した金
型の皮膜に関するものである。 【構成】 塗膜は (バインダー)+(可塑剤)+(ピ
グメント)で構成されている。バインダーの結合力にメ
ッキを用い、メッキ皮膜に保温性・耐熱性と、局所冷却
性・保温性の高強度皮膜等の機能性により、鋳造の可能
性領域を大幅に拡大するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、金型表面に機能メッ
キ皮膜を形成して、低圧鋳造・金型鋳造の鋳造用コート
剤に供すると同時に金型の寿命を延長し、生産性を飛躍
的に向上させるメッキ皮膜に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、低圧鋳造・金型鋳造は鋳造用の保
温性のコート剤をコーティングして塗型剤と称して用い
ていた。その塗型剤の構成は、(バインダー)+(可塑
剤)+(ピグメント)となっていた。バインダーには
コロイダルシリカ・ケー酸ソーダ・モノリン酸アルミ等
の無機材料を用いていた。スプレーコーティングをしや
すくする可塑剤としては、各種の粘土系材料を用いられ
ていた。ピグメントには 酸化物系セラミックや 保温
性をだすために有孔性のバーミクライト・イソライト粉
末、潤滑性をだすために黒鉛・窒化ボロン等を用いてい
た。上記により構成された塗型剤を水で希釈して、18
0〜250℃に予熱を施した金型表面に、エヤーでスプ
レーコーティングをして、塗膜形成をしていた。この塗
型剤の材料構成とその施工方法により、塗膜の強度・膜
厚・表面粗度金型への密着性等が、バラツいて一定の均
一な塗膜を形成することが困難であった。このバラツキ
が鋳造品質や生産性を不安定にし、塗膜の寿命も短く、
その修正作業のために生産の中断が頻繁にあった。又、
鋳造に必要な塗膜の厚さ0.05〜0.4mmと一定に
ならず寸法精度が悪く、塗膜の補修により不安定となっ
ていた。塗膜に寿命(4〜60hr)がくると、鋳造機
を止めて金型を降ろし、塗膜をショットやサンドブラス
トで剥がし、再度塗膜を形成する工程があった。塗膜材
料による膜性質は、20mm以上の厚肉・3mm以下の
薄肉の鋳造を困難にし、引き抜き中子での不良を多く発
生させていた。塗膜の老化による鋳造品質の低下は、常
に人のチェックを必要とし、自動化をしても省人化する
までは至らなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする問題】従来の材料構成と施工
方法による限り発生する問題は、 (1) 短い塗膜の寿命。塗膜表面の粗さが摩耗してな
くなると、キライ・面引け等の不良が多発する。 (2) 生産中に塗膜を補修する。上記の、摩耗した粗
さを修正するために、生産を中断スプレーコーティング
をし、生産出来る金型温度まで上昇させる。 (3) 寸法精度が悪く一定にならない。施工した塗膜
の厚さが不同で、生産中の摩耗により常に変化してい
る。 (4) 繰返しで塗膜の施工工程を必要としている。4
〜40hrで塗膜に寿命がきて、その度毎に塗膜を剥が
し、再度塗膜を形成する施工工程が必要である。この施
工工程には 2〜12hr掛かり金型を鋳造機から降ろ
す作業も必要である。又、塗膜を剥がすために サンド
ブラストをかけ、それにより金型も摩耗をして金型の寿
命をも縮めている。 (5) 生産性向上により塗膜寿命が短縮する。ショッ
トサイクルを短くして、生産性を向上させると金型温度
が上昇して、塗膜の熱負荷が増大し寿命を短くしてい
る。その上、金型の過熱部分を冷却するために、金型に
穴をあけて水冷する。そのヒートサイクルにより、塗膜
が剥離を起こしている。 (6) 金型による鋳抜き穴。鋳抜き穴を造るための引
き抜き中子は、離型抵抗が高い・高温になる・金型とア
ルミの境界エヤー等で、キライ・焼付の不良を起こしや
すく、塗膜の摩耗も早い。よく持っても6hr以下であ
る。 (7) 完全自動化を阻害する。塗膜の老化に従って、
鋳造品質も刻々と低下するので、品質を維持するため
に、人によるチェックとその補修工程を省くことができ
ない。 (8) 塗膜施工のバラツキ。塗膜を施工する条件は、
非常に細かく設定してできるだけ数値化した作業標準に
よっても、施工作業者の微妙な感により、塗膜の性能が
大きく振れてしまっている。例えば、塗膜の寿命におい
ても、5〜10倍は簡単に変わってしまう。 (9) 塗膜性能による鋳造不可能な領域がある。部品
に対する機能要求が厳しくなり、より健全性の高い鋳造
製品が必要になってきた。しかし、従来の塗膜では 肉
厚20mm以上の健全な鋳造品や、3mm以下の健全な
鋳造成形品が得られていない。これは塗膜の保温性によ
る徐冷と、塗膜の強度不足による低い重力を用いた成形
力によるものである。本発明は、これらの欠点や問題点
を解決し、鋳造の可能性領域を拡大するために、発明さ
れたものである。
【0004】
【問題を解決するための手段】
(イ) バインダーの代わりにメッキを用いる。問題点
の(1)〜(9)は 塗膜の材料構成と施工方法そのも
のの限界で、少しの改善する余地はあるが解決する迄い
たらない。従って、材料構成と施工方法が全く違うメッ
キの結合力を、塗膜のバインダーの代わりに用いた。こ
れにより、塗膜の施工工程が不必要となり、バインダー
としての結合力は飛躍的に増大する。しかし、金型は3
50〜430℃位に温度を上げるので、その熱つ膨張や
酸化によるメッキ皮膜の剥離が問題となる。この対策は
下記により吸収して、剥離防止をした。 (イ−1)金型表面の粗度を 30〜400μmの範囲
で粗くし、メッキの付着面積を増大し、熱の膨張・収縮
に伴う応力を金型の粗さに分散させた。金型表面の粗さ
をつくる製法で、剥離に関して効果の高い順序は、鋼玉
のショットピーニング>化学研磨>放電加工>サンドブ
ラストであった。又、30μm以下では金型の粗さによ
る応力の分散効果がでずに、フラット面と同様に剥離し
た。400μm以上では剥離性について問題ないが、そ
の凹凸が鋳造品に傷跡をつけた。 (イ−2)ゆっくり温度を上げて (350℃×30m
in)の熱処理を施して、メッキ層中の余分なガス化成
分がでて密着性が向上した。 (イ−3)メッキ層に(請求項3)〜(請求項6)のピ
グメントを共析分散させるので、メッキ層中の応力が緩
和分散される。その共析分散は 最低5容積%あれば十
分な剥離性の効果がでる。しかし、5容積%以下では
鋳造上の効果が認められず、80容積%以上ではメッキ
の結合力が弱くなる。 (ロ) メッキ皮膜に保温性を持たせる。低圧鋳造・金
型鋳造では 金型表面に塗膜のような保温層を必要とし
ている。メッキ層に保温性を持たせるためには、有孔性
のメッキ層を形成すればよい。そのために、有機の樹脂
粒子及び繊維をメッキする時に共析分散させて、密着性
を上げるための熱処理時に、その熱で溶出させて有孔性
のメッキ皮膜を形成する。5容積%以下では有機樹脂の
溶出が少なく、80容積%以上では皮膜の強度が低下す
る。有機樹脂の材料は ポリエチレン・ビニル・ナイロ
ン等、熱処理により溶出させるので選ばない。又、熱処
理により表面酸化することは、熱伝導率が低下して返っ
て保温効果となる特徴がある。 (ハ) メッキ皮膜に耐熱性を持たせる。メッキ皮膜中
に セラミック粒子及び繊維を共析分散させて、耐熱性
と保温性を上げる。セラミック材料としては 鋳造用材
料のアルミニウムと濡れ性のSiC・TiC等の炭化
物、Ti・Al.Mg等の酸化物がよい。セラミック粒
子及び繊維の共析分散量は、5〜90容積%がよい。5
容積%以下では 耐熱性と非濡れ性の効果が低く、90
容積%以上では メッキの結合力が低下する。 (ニ) メッキ皮膜中に高熱伝導性物質を共析分散させ
る。アルミニウムの鋳造品は等軸晶が細かい程、健全性
・強度が高く優れた品質となる。その細かい等軸晶をつ
くるには、保温メッキ皮膜で鋳造用材料を早く凝固させ
ない中に、高熱伝導物質が点在すると、その点在部分の
熱容量分だけ先行して凝固することにより達成した。同
じ鋳造品を 塗膜とメッキ皮膜で鋳造し、同じ38mm
肉厚部分を10個切り出して、マクロ組織を比較したと
ころ、25mm角当りの結晶粒の数は、塗膜が8〜22
個・メッキ皮膜が160〜420個と約1/10のサイ
ズの結晶粒となった。 (ホ) メッキ皮膜の上に塗膜を被覆する。重力より高
い圧力がかかったり、厚肉・複雑形状で離型抵抗が高
く、より鋳造上で困難さがある場合は、メッキ皮膜中の
共析分散量を減らして、膜強度をあげる。そこで不足し
てくる保温性を確保するために、塗膜を薄く2層に形成
することで、鋳造性を高める。 上記、(イ)〜(ホ)で構成したメッキ皮膜は、その膜
強度が高いので永久の耐久性があり、メッキ皮膜の寿命
は金型寿命となる。この長寿命は (2)生産中の塗膜
補修・(4)繰返しの塗膜施工工程がなくなるので、施
工上のバラツキも発生しないし、寸法精度も一定とな
る。メッキ皮膜の強度が高いので、問題点(5)(6)
(9)等の膜強度が必要な条件の金型部分にも十分対応
できる。一度メッキ皮膜を形成すると金型寿命まで使用
できるので、鋳造上のバラツキ要因がなくなり、自動化
による省人化が達成できる。
【0005】
【作 用】メッキ皮膜の長い耐久性ために、全く生産の
中断はなく、金型を鋳造機から取はずす必要もなく、非
常に安定した生産が可能になった。その結果、鋳造品質
・寸法精度も一定で、その生産量は シリンダーへツド
34.2%も向上し金型寿命では 5〜6万ショットで
あったものが、22万ショットに到っても損傷しなかっ
た。従って、生産性・品質性・管理性・価格性の全ての
面で、飛躍的な向上を計ることができた。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 (比較例−1)製品名 マニホールド(4輪1800
cc用) 塗膜 市販品の中で寿命が一番長いもの 段取りプロセス:金型整備−金型予熱−塗膜施工−鋳造
機に金型をセット 合計時間;3.5hr 生産プロセス:金型予熱−生産サイクル−塗膜補修−塗
膜寿命 合計時間;120hr 生産時間;98hr 生産数 ;1176個 9.8個/hr (実施例−1)製品名 (比較例−1)と同じ メッキ皮膜 有機樹脂粒子(粒子径50μm) 30
容積% セラミック粒子(粒子径25μm) 15容積% メッキ皮膜 クロムメッキ 膜厚100μm 段取りプロセス:鋳造機に金型をセット 合計時間;0.3hr 生産プロセス:金型予熱−生産サイクルー1ケ月で止め
る 合計時間;504hr 生産時間;498hr 生産数 ;6474個 12.8個/hr (実施例−2)製品名 (比較例−1)と同じ メッキ皮膜 有機樹脂繊維(繊維径20μm×繊維長6
0μm)20容積% セラミック繊維(繊維径15μm×繊維長100μm)
20容積% 段取りプロセス:鋳造機に金型をセット 合計時間;0.3hr 生産プロセス;金型予熱−生産サイクルー1ケ月で止め
る 合計時間;504hr 生産時間;496hr 生産数 ;6448個 12.8個/hr (比較例−2)製品名 シリンダーヘッド(4輪18
00cc用) 塗膜 市販品の中で寿命が一番長いもの 段取りプロセス:金型整備−金型予熱−塗膜施工−鋳造
機に金型セット 合計時間;12.5hr 生産プロセス:金型予熱一生産サイクルー塗膜補修一塗
膜寿命 合計時間;120hr 生産時間;94hr 生産数 ;1253個 10.4個/hr (実施例−3)製品名 (比較例−2)と同じ メッキ皮膜 有機樹脂繊維(繊維径15μm×繊維長5
0μm)25容積% セラミック粒子(粒子径30μm)30容積% メッキ皮膜 無電解Ni−Pメッキ 膜厚150μm 段取りプロセス:鋳造機に金型をセット 合計時間;0.6hr 生産プロセス:金型予熱−生産サイクルー1ケ月で止め
る 合計時間;504hr 生産時間;493hr 生産数 ;6545個 13.0個/hr (実施例−4)製品名 (比較例−2)と同じ メッキ皮膜 有機樹脂粒子(粒子径25μm)40容
積% セラミック繊維(繊維径μm×繊維長60μm)30容
積% メッキ皮膜 無電解Ni−Bメッキ 段取りプロセス:鋳造機に金型をセット 合計時間;0.6hr 生産プロセス:金型予熱−生産サイクル−1ケ月で止め
る 合計時間;504hr 生産時間;493hr 生産数 ;6567個 13.0個/hr (比較例−3)製品名 カークーラー用ピストン 製品形状 最大肉厚部(30×40×40mm) 塗膜 市販品の中で冷却性の高い黒鉛主体のもの 製品品質の検査結果 生産性 10.2個/hr マクロ組織 9〜36個/25mm角(結晶粒の数
/単位面積) ミクロ組織 800倍でみると結晶粒間に、微細な
収縮巣を認める。 引っ張り強さ 22.4kg/mm 伸び率4.2
% Heガス耐圧 6.3kg/cm(ヘリウムガスの
洩れる圧力) (実施例−5)製品名・製品形状は(比較例−3)と同
じ メッキ皮膜 有機樹脂粒子(粒子径20μm・10容
積%) 高熱伝導原子(タングステン 20容積%) メッキ皮膜 Ni−P無電解メッキ 膜厚50μm 製品品質の検査結果 生産性 13.9個/hr マクロ組織 243〜456個/25mm角(結晶粒の
数/単位面積) ミクロ組織 800倍でみた範囲での欠陥は認めら
れない。 引っ張り強さ 30.1kg/mm 伸び率7.6
% Heガス耐圧 9.4kg/cm(ヘリウムガスの
洩れる圧力) (実施例−6)製品名 マニホールド(肉厚2.5m
mの試作用) 塗膜では湯廻りが悪く穴があいて、製品が取れない。 メッキ皮膜 有機樹脂粒子(粒子径20μm.55容
積%) コロイダルシリカ(膜厚30μm) メッキ皮膜 Ni−B無電解メッキ 膜厚75μm) 製品合格率 塗膜の場合 5/105(個)4.
8% メッキ皮膜の場合 62/70(個)88.6% (以下余白)
【0007】
【発明の効果】塗膜による低圧鋳造・金型鋳造を、メッ
キ皮膜に保温性・耐熱性・機能性を持たせることによ
り、永久皮膜が可能となった。その結果、塗膜故に存在
する塗膜の 補修・施工工程が不必要となり、段取り工
程の省略・寸法精度が飛躍的に向上した。又、メッキ皮
膜に機能性を付加した結果、鋳造品の健全性と鋳造上の
可能性の領域が、大幅に拡充できるようになった。メッ
キ皮膜により金型を保護するので、金型寿命も2〜4倍
に伸び、摩耗が非常に少ないので、塗膜では得られない
安定した生産ができる。品質性・生産性・管理性・価格
性の生産4要素の全てにわたる効果が認められるもので
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C23C 26/00 A C25D 7/00 F

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金型表面に無電解メッキ・電気メッキを
    バインダーとして皮膜を形成し、低圧鋳造・金型鋳造に
    用いることを特徴とする金型表面皮膜。
  2. 【請求項2】 ニッケルメッキ・クロムメッキ・クロメ
    ート・Ni−Pメッキ・Ni−Bメッキを施した(請求
    項1)のメッキ皮膜。
  3. 【請求項3】 金型表面粗度を 30〜400μmの範
    囲で粗くした表面に形成(請求項1)のメッキ皮膜。
  4. 【請求項4】 (請求項1)の皮膜中に有機樹脂の粒子
    及び繊維を共析分散させ、加熱して有機物を溶出させた
    保温メッキ皮膜。
  5. 【請求項5】 (請求項1)の皮膜中にセラミックの粒
    子及び繊維を、共析分散させた耐熱メッキ皮膜。
  6. 【請求項6】 (請求項1)の皮膜中に W・Mo・S
    rO・BaO・Be等を共析分散させた局所高熱伝導性
    メッキ皮膜。
  7. 【請求項7】 (請求項1)の皮膜の上に 3〜100
    μmの範囲で、塗型剤・ケー酸ソーダ・リン酸アルミ・
    コロイダルのシリカ・アルミナ・チタン・ガリウム・テ
    フロン等の皮膜を形成した2層の皮膜。
  8. 【請求項8】(請求項2〜7)を組合せて用い、鋳造上
    に必要な各種の機能を充足させることを特徴メッキ皮
    膜。
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