JPH09239513A - 鋳鉄のダイカストに用いられる鋳型 - Google Patents

鋳鉄のダイカストに用いられる鋳型

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JPH09239513A
JPH09239513A JP5322296A JP5322296A JPH09239513A JP H09239513 A JPH09239513 A JP H09239513A JP 5322296 A JP5322296 A JP 5322296A JP 5322296 A JP5322296 A JP 5322296A JP H09239513 A JPH09239513 A JP H09239513A
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JP
Japan
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die
mold
graphite
cast iron
die casting
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JP5322296A
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Toshio Onoe
俊雄 尾上
Yoichi Takahashi
洋一 高橋
Chisato Yoshida
千里 吉田
Hiroyuki Morimoto
啓之 森本
Yuichi Ando
優一 安堂
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金型に対する熱負荷を大幅に軽減し得るとと
もに、ダイカスト中のセメンタイト組織の生成を抑制し
て割れの少ない鋳鉄製品を製造し得る、鋳鉄のダイカス
トに用いられる鋳型を提供する。 【解決手段】 鋳鉄を鋳型に射出し加圧保持して成形す
る鋳鉄のダイカストに用いられる鋳型であって、鋳型1
が黒鉛鋳型2とこの黒鉛鋳型2をバックアップする金型
3よりなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋳鉄のダイカスト
に用いられる鋳型に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ダイカスト設備には横型や縦型など種々
の形態のものがあるが、その基本構成は、例えば図6に
概要図で示す縦型ダイカスト設備のように、射出装置11
と金型12とで構成され、射出装置11は射出シリンダ13、
プランジャ14、射出スリーブ15を備え、また金型12は製
品キャビティ16が形成されている。そして、ダイカスト
は、前記設備を用い、射出スリーブ15に通常溶湯17を注
湯し、この射出スリーブ15に金型12を前進させてセット
した後、プランジャ14を前進駆動させて溶湯17をキャビ
ティ16内に射出するとともに所定時間加圧保持し、しか
る後、金型12を後退させ製品を取り出しダイカストが行
われる。
【0003】上記ダイカストにおいて、溶湯17がアルミ
ニウム合金やマグネシウム合金などでは、比較的融点の
低い金属であることからダイス鋼や耐熱鋼などで成形し
た金型12を用い既に広く実用されている。また、合金素
材(ビレット)を固液共存温度域に加熱してダイカスト
するチクソキャスト法も実用化されている。しかし、溶
湯17として鋳鉄を用いるダイカストについては、例えば
特公昭52− 447号公報、特開昭52−125422号公報、特開
昭53− 61520号公報、特開昭53− 95118号公報等に開発
・提案されているものの、金型に対する熱負荷が大きく
寿命が短いことが原因で実用化には至っていない。
【0004】このため、鋳鉄鋳物の製造は、鋳鉄の重力
鋳造において一部で金型が用いられているものの、現在
でもほとんどが砂型鋳造であり、鋳物砂の使用に伴う作
業環境の悪化、廃砂の処理など、環境問題は非常に深刻
な問題である。また、前記金型を用いた重力鋳造では、
鋳物砂のような環境問題は解消されるものの、溶湯によ
る鋳造であるため、金型の熱負荷は高圧をかけるダイカ
ストほどではないが、かなり大きいと考えられ金型寿命
に問題があるものと思われる。
【0005】一方、自動車をはじめとして軽量化のニー
ズは強く、鋳物業界においても強靱、高強度化の傾向に
あるが、鋳鉄では、上述のように重力鋳造が主体である
ため厚さ 3mm程度が薄肉化の限界であり、それ以下の厚
みの薄肉鋳物はダイカスト法でないと難しい。しかし、
鋳鉄溶湯によるダイカストは上述のように実用化には至
っておらず、また技術的には薄肉鋳物では金型による急
冷があり熱応力などによる割れが生じやすい。
【0006】また一方、最近、固液共存温度域の鋳鉄ス
ラリーを直接ダイカストスリーブに注入するレオキャス
ト法、あるいはに、鋳鉄素材(ビレット)を固液共存温
度域に加熱してダイカストするチクソキャスト法の提案
がある(例えば、特開平 5−43978号公報、特開平 6−1
06321号公報、特開平 7−204820号公報等参照)。この
レオキャスト法やチクソキャスト法のようなダイカスト
法は、溶湯より低温で射出ができることから金型に対す
る熱負荷が軽減でき注目されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レオキ
ャスト法やチクソキャスト法のようなダイカストにして
も、射出温度は鋳鉄溶湯よりは低い温度で射出するもの
の、1100℃以上と高温である上に高圧になることから金
型に対する熱負荷は以前として大きく問題である。ま
た、この金型の熱負荷のほかに、金型内で急冷されるた
め鉄−セメンタイト系凝固が生じやすくなり、硬度の高
いセメンタイト組織が生成することからダイカスト製品
に割れが生じやすく、とりわけ薄肉鋳物では急冷される
こともあって割れやすく、その防止策と共に成形品の表
面性状の改善が重要な課題となる。
【0008】そこで、本発明は、上述のごとき問題点を
解消するためになしたものであって、その目的は、金型
に対する熱負荷を大幅に軽減し得るとともに、ダイカス
ト中のセメンタイト組織の生成を抑制して割れの少ない
鋳鉄製品を製造し得る、鋳鉄のダイカストに用いられる
鋳型を提供するものである。
【0009】
【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、本発明に係る鋳鉄のダイカストに用いられる鋳型
は、鋳鉄を鋳型に射出し加圧保持して成形する鋳鉄のダ
イカストに用いられる鋳型であって、鋳型が黒鉛鋳型と
この黒鉛鋳型をバックアップする金型よりなるものであ
る。
【0010】そして、上記本発明に係る鋳鉄のダイカス
トに用いられる鋳型においては、黒鉛鋳型が一部に設け
られてあってもよい。
【0011】以下、本発明の構成並びに作用について詳
細に説明する。溶湯あるいは固液共存温度域のスラリー
等の鋳鉄溶湯を従来のように金型内に射出すると、金型
の材質、鋳造方案にもよるが、直後にはその表面温度は
400〜500℃以上に達する。そのため金型内に温度分布
を生じ、熱膨張に伴い引っ張りあるいは圧縮応力が作用
し、それらが金型の強度を上回ると金型の破壊に至る。
また、一般に繰り返し連続使用することで熱サイクルを
受けることになり、熱疲労によるクラックの発生につな
がる。通常、金属の強度は温度とともに低下するので、
高融点金属のダイカストが実現しない所以である。
【0012】本発明は、上記のように溶湯が直接接触し
高温となる金型内面に、熱膨張係数が比較的小さく高温
でも強度の低下しない炭素材料(黒鉛)を用いるもの
で、これにより、金型の温度上昇(熱負荷)を抑えるこ
とができ寿命の大幅な向上が図れるとともに、キャビテ
ィに射出された鋳鉄溶湯の急冷が緩和されダイカスト中
のセメンタイト組織の生成が抑制され割れの少ない鋳物
製品を得ることができる他、黒鉛鋳型は鋳鉄溶湯等とは
濡れにくいため離型性がよく、離型剤を用いなくても成
型でき従来金型の場合に起こる焼き付きや離型剤の巻き
込みなどの問題がなくなる。また、黒鉛鋳型の外側には
金型が密着して設けられているので、ダイカスト時に黒
鉛鋳型にかかる加圧力をバックアップすることができ、
前記割れの少ない鋳物製品を安定して製造することがで
きる。
【0013】上記作用を効果的に得るためには、黒鉛鋳
型の厚みは 2〜10mm程度が望ましく、 2mm未満と薄い場
合には金型への熱負荷が大きくなり黒鉛を設けた意味が
無くなる他、黒鉛鋳型が損傷しやすく取り扱いに注意を
要する。また、10mmを超える厚みでは、金型への熱負荷
が小さい反面、溶湯等の温度制御が難しくなりダイカス
トの生産性に影響がでる。
【0014】一方、重力鋳造による金型鋳造プロセスで
は、注入された溶湯と金型との間の接触状況が凝固収縮
にともなって悪くなり、熱抵抗が急激に増大し、これを
制御することは難しいが、本発明ではダイカストの際の
高圧力と黒鉛鋳型の作用により、これらの熱抵抗は比較
的小さく、鋳型として使用する黒鉛の材質、形状(厚み
など)を適切に設定することにより、熱流を制御、すな
わち、凝固及び成形品の冷却速度を制御できる。また成
形品の形状によって局部的に熱流が異なるが、黒鉛の材
質、形状を適切に選定することによって、金型への熱負
荷を均一化できる。
【0015】また、ダイカストの特徴のひとつが薄肉部
を有する製品の成形が可能となることである。しかしな
がら、特に鋳鉄のように延性の小さい材料では、薄肉部
の強度が低く、冷却中に熱応力で割れを生じることがあ
る。特に薄肉部と厚肉部の境界部では冷却速度の違いに
より大きな熱応力が発生しやすい。本発明では上述した
ようにこの部分の黒鉛鋳型の設計を適切に行うことによ
り、熱流を制御でき、熱応力の緩和が可能となり薄肉部
や境界部での割れ欠陥のない健全な成形品が得られる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態を
図面を参照して説明する。図1は、本発明に係る鋳型の
説明図であって、aは本発明に係る鋳型の全体斜視図、
bは本発明に係る黒鉛鋳型の斜視図である。
【0017】本発明に係る鋳型1は、黒鉛鋳型2と金型
3とで基本的に構成され、黒鉛鋳型2の内部には鋳鉄製
品の形状に合わせてキャビティ4が成形され、また黒鉛
鋳型2の合わせ面5にはキャビティ4に連通する湯道6
が成形されている。また黒鉛鋳型2の外形は概ね直方体
に成形されている。
【0018】一方、金型3は、鋼、銅等の金属からなり
その内部には黒鉛鋳型2を装入せしめてバックアップす
るための窪み7が設けられ、また金型3の合わせ面8に
は黒鉛鋳型2の合わせ面5に成形した湯道6に連通する
湯道9が設けられている。
【0019】
【実施例】
〔実施例1〕図6に示す縦型ダイカスト設備に上記図1
に示す鋳型1(この時の黒鉛鋳型2の厚みは 5mmとし
た)をセットし、鋳鉄溶湯(3.09%C−2.01%Si)を
用いてダイカストし、図2に示す幅 100mm×高さ 150mm
×厚さ 6.3mmの板状製品を製作した。そして、この製作
過程において金型3の内表面から 0.6mmの位置に埋め込
んだK熱電対によってダイカスト中の金型内温度を測定
した。また、比較のため金型(SKD61)のみによっ
て同寸法の板状製品を同要領でダイカストした。図3は
金型に射出したままの状態の金型内温度の測温結果を示
す。また図4は繰り返し射出したときの温度変化を示
す。また図5は金型(比較例)によって得られた割れの
ある成形品を示す。
【0020】図3及び図4より明らかなように、金型の
みの場合は、内表面温度が 500℃を越え、長時間使用す
ることにより金型材質が劣化し、亀裂、損傷することが
予想される。また成形品には図5に示すように割れが生
じる可能性が高い。一方、本発明に係る鋳型1の場合
は、金型3の内表面温度は 300℃以下で推移しており、
黒鉛鋳型2を交換することで長時間の使用が可能であ
り、また成形品には割れは認められなかった。なお、本
発明では、黒鉛鋳型2の寸法、形状、黒鉛材質を適切に
選び、また金型3を冷却することによって、成形品の冷
却にほとんど影響を与えずに更に金型温度を下げること
は可能である。
【0021】なお、上記実施例では、最も温度の高い鋳
鉄溶湯を用いた溶湯法による例を説明したもので、溶湯
法より温度の低いレオキャスト法やチクソキャスト法に
よるダイカストへの適用は充分可能である。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る鋳鉄
のダイカストに用いられる鋳型によれば、金型に対する
熱負荷を大幅に軽減でき鋳鉄溶湯は元よりレオキャスト
法やチクソキャスト法による鋳鉄のダイカストが可能に
なる。また、黒鉛は安価で機械加工が容易であり、金型
の熱負荷のかかる場所に黒鉛を設けてキャビティを形成
するので、高価な金型の寿命が長くできるとともに金型
種類の削減が図れる。また、ダイカスト中のセメンタイ
ト組織の生成が抑制でき割れの少ない鋳鉄製品を製造す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る鋳型の説明図であって、aは本発
明に係る鋳型の全体斜視図、bは本発明に係る黒鉛鋳型
の斜視図である。
【図2】本発明に係る鋳型でダイカストした板状製品の
説明図であって、aは正面図、bは側面図である。
【図3】本発明に係る鋳型でダイカストしたときの金型
内表面の温度を金型(比較例)と比較して示すグラフ図
である。
【図4】本発明に係る鋳型で繰り返しダイカストしたと
きの金型内表面の温度を金型(比較例)と比較して示す
グラフ図である。
【図5】金型(比較例)によって得られた成形品の割れ
状況を示す説明図である。
【図6】縦型ダイカスト設備の概要図である。
【符号の説明】
1:鋳型 2:砂型
3:金型 4:キャビティ 5,8:合わせ面
6,9:湯道 7:窪み
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 啓之 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 安堂 優一 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋳鉄を鋳型に射出し加圧保持して成形す
    る鋳鉄のダイカストに用いられる鋳型であって、鋳型が
    黒鉛鋳型とこの黒鉛鋳型をバックアップする金型よりな
    ることを特徴とする鋳鉄のダイカストに用いられる鋳
    型。
  2. 【請求項2】 黒鉛鋳型が一部に設けられてなる請求項
    1記載の鋳鉄のダイカストに用いられる鋳型。
JP5322296A 1996-03-11 1996-03-11 鋳鉄のダイカストに用いられる鋳型 Withdrawn JPH09239513A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20030603