JPH1157966A - Device for injection-molding metallic material - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an injection-molding device for a metallic material which can prevent wearing and breakage of a cylinder and a screw and increasing of the screw diameter and can overcome such problem as to become large-sized in a whole device, in an injection-molding device for metallic material. SOLUTION: This device is a double structure of an inner device having an inside cylinder 1 shiftably in the horizontal direction and an outer device having an outside cylinder 2 surrounding the inside cylinder 1 in the inner part thereof, and in the inner part of the inside cylinder 1, a screw 3 for making the solid metallic material into melting or semi-melting state, is arranged, and at the top part of the inside cylinder 1, a plunger tip 5 having the diameter corresponding to the diameter of the outside cylinder 2 and provided with a through-hole 4 is disposed. In such a case, the screw 3 has a function executing a rotating movement to the inside cylinder 1 and only a little frontward and backward movement for plugging the through-hole 4, and the outer device has a nozzle 6 at the tip part and the metallic material weighed in a weighing chamber 8 is injected into a die from the nozzle 6 by advancing the inner part device as a plunger at high speed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融乃至半溶融状
態の金属材料の射出成形装置に関する。さらに詳しく
は、スクリュー先端に設けたプランジャにより高速射出
する構造の金属材料の射出成形装置に関する。The present invention relates to an injection molding apparatus for a metal material in a molten or semi-molten state. More specifically, the present invention relates to an injection molding apparatus for a metal material having a structure in which high-speed injection is performed by a plunger provided at the tip of a screw.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、金属材料を用いて射出成形を行う
には、金属ペレットを射出成形装置の射出シリンダ内に
供給し、不活性雰囲気中の射出シリンダ内の金属材料の
温度を固相線温度と液相線温度の間に加熱しながらスク
リューを回転させることにより、せん断力を与え徐々に
半溶融状態のスラリとして射出シリンダ前方にフィード
して、所定量計量されたスラリを射出成形する方法が知
られている（例えば、特表平３−５０４８３０号公報、
特開平７−１５５９１８号公報）。これらの方法は、固
相と液相の共存状態の金属材料にせん断力を与えること
により、金属の樹枝状晶（いわゆるデンドライト）の成
長を抑制し、微細な粒子と液体の共存状態、即ち、チキ
ソトロピックスラリの形態で射出成形して、均質な金属
成形体とするものである。2. Description of the Related Art Conventionally, in order to perform injection molding using a metal material, a metal pellet is supplied into an injection cylinder of an injection molding apparatus, and the temperature of the metal material in the injection cylinder in an inert atmosphere is changed to a solidus temperature. A method in which a screw is rotated while being heated between a temperature and a liquidus temperature, and a shear force is applied to gradually feed a slurry in a semi-molten state toward the front of an injection cylinder to injection-mold a predetermined amount of slurry. Are known (for example, Japanese Patent Publication No. Hei 3-504830,
JP-A-7-155918). These methods suppress the growth of metal dendrites (so-called dendrites) by applying a shearing force to a metal material in a coexisting state of a solid phase and a liquid phase. Injection molding is performed in the form of a thixotropic slurry to obtain a homogeneous metal molded body.

【０００３】これらの金属材料の射出成形においては、
供給された金属材料は射出シリンダ内では固体状態から
徐々に半溶融状態乃至溶融状態となった分布で存在して
いるため、射出スクリューの高速移動によって射出する
際には、射出シリンダや射出スクリューの摩耗や破損が
発生するという問題を有していた。さらに、逆止弁を有
する金属材料の射出成形装置においては、構造の複雑な
逆止弁が摩耗しやすいという問題を有していた。金属材
料の射出成形では樹脂成形に比べ１０倍以上の速度（１
〜１０ｍ／ｓ）で射出する必要があり、上記問題は深刻
である。In the injection molding of these metallic materials,
Since the supplied metal material is present in the injection cylinder in a distribution that gradually changes from a solid state to a semi-molten state or a molten state, when the injection screw is moved at a high speed, the injection cylinder or the injection screw is moved. There was a problem that abrasion and breakage occurred. Further, in a metal injection molding apparatus having a check valve, there is a problem that a check valve having a complicated structure is easily worn. In injection molding of metal materials, the speed (1
〜１０10 m / s), and the above problem is serious.

【０００４】一方、特開平７−５１８２７号公報に示さ
れる金属材料の射出成形装置では、スクリュー内部に設
けた射出用プランジャを高速移動させて、スクリュー先
端内部に計量された金属材料のチキソトロピックスラリ
を射出しているため、スクリューは移動しないのでシリ
ンダやスクリューの摩耗や破損を防止できる構造となっ
ている。On the other hand, in a metal material injection molding apparatus disclosed in JP-A-7-51827, a thixotropic slurry of a metal material measured inside a screw tip is moved by moving an injection plunger provided inside the screw at high speed. Since the screw is not injected, the screw does not move, so that the cylinder and the screw can be prevented from being worn or damaged.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平７−５１８２７号公報の金属材料の射出成形装置は
半溶融化した金属材料をスクリューの内部に計量するた
めの空間及び射出用プランジャをスクリューの内部に配
置するための空間が必要であるので、スクリュー径が大
きくなることは避けられず、スクリューは複雑な加工を
要するためコスト高に結びついていた。さらにそのた
め、シリンダを含め射出成形装置が大型化するという問
題があった。However, the metal material injection molding apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-51827 has a space for measuring the semi-molten metal material inside the screw and an injection plunger for the screw. Since a space for arranging the screw inside is required, it is inevitable that the screw diameter becomes large, and the screw requires complicated processing, resulting in high cost. Further, therefore, there is a problem that the size of the injection molding apparatus including the cylinder increases.

【０００６】そこで、本発明は、金属材料の射出成形装
置において、シリンダやスクリューの摩耗や破損を防止
でき、しかも、スクリュー径の増大化を防ぎ、また装置
全体が大型化する問題点を克服できる金属材料の射出成
形装置を提供することを目的とする。Accordingly, the present invention can prevent the wear and breakage of a cylinder and a screw in an injection molding apparatus for a metal material, prevent an increase in the screw diameter, and overcome the problems of increasing the size of the entire apparatus. An object of the present invention is to provide an injection molding apparatus for a metal material.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために、本発明の金属材料の射出成形装置は、水平に
移動可能な内側シリンダを有する内部装置と、該内側シ
リンダを包囲する外側シリンダを有する外部装置からな
る二重構造としている。内部装置における内側シリンダ
の内部に固体金属材料を溶融又は半溶融状態にするため
のスクリューが配置され、内側シリンダの先端には外側
シリンダの内径に相当する径で且つ流路を備えたプラン
ジャチップが直列に配置されている。スクリューは内側
シリンダに対して回転運動およびプランジャチップの流
路を塞ぐためのわずかな前後動のみを行う機能を有し、
一方、前記外部装置は、先端にノズルを有し、且つ該ノ
ズルと前記プランジャチップの間に、プランジャチップ
の流路から送出される溶融又は半溶融状態の金属材料
（金属材料スラリという）を一定量になるまで計量する
ことができる可変空間の計量室を有し、前記内部装置の
内側シリンダ、スクリュー及びプランジャチップを含ん
だ内部装置がプランジャとして高速前進することによ
り、前記計量室に計量された金属材料スラリを前記ノズ
ルから金型へ高速射出することができる、金属材料の射
出成形装置とした。In order to solve the above-mentioned problems, an injection molding apparatus for a metal material according to the present invention comprises an inner device having a horizontally movable inner cylinder and an outer device surrounding the inner cylinder. It has a double structure consisting of an external device having a cylinder. A screw for melting the solid metal material into a molten or semi-molten state is arranged inside the inner cylinder in the internal device, and a plunger tip having a diameter corresponding to the inner diameter of the outer cylinder and having a flow path is provided at the tip of the inner cylinder. They are arranged in series. The screw has the function of performing only a rotational movement and a slight back and forth movement to close the flow path of the plunger tip with respect to the inner cylinder,
On the other hand, the external device has a nozzle at the tip, and fixes a molten or semi-molten metal material (referred to as a metal material slurry) delivered from the flow path of the plunger tip between the nozzle and the plunger tip. It has a measuring chamber of a variable space capable of weighing up to a volume, and an internal device including an inner cylinder, a screw and a plunger tip of the internal device moves at a high speed as a plunger, and is weighed in the measuring chamber. A metal material injection molding apparatus capable of injecting a metal material slurry from the nozzle into a mold at a high speed.

【０００８】本発明の金属材料の射出成形装置におい
て、プランジャチップは内側シリンダの先端に直列に交
換可能に設けられている。該プランジャチップに設けら
れた連通孔は、内側シリンダと外側シリンダをつないで
おり、金属材料スラリの流路となっている。射出時には
スクリューが前進し、スクリュー先端がこの流路を完全
に塞ぎ金属材料スラリの逆流を防止する。In the metal material injection molding apparatus of the present invention, the plunger tip is provided at the tip of the inner cylinder so as to be exchangeable in series. The communication hole provided in the plunger tip connects the inner cylinder and the outer cylinder, and serves as a flow path for the metal material slurry. At the time of injection, the screw advances, and the tip of the screw completely blocks this flow path to prevent backflow of the metallic material slurry.

【０００９】上記した本発明の金属材料の射出成形装置
で射出成形が行われる際には、金属材料は内側シリンダ
の後方から供給される。次いで、供給された金属材料は
スクリューの回転運動により前方にフィードされると同
時に、加熱され且つせん断を受けて半溶融状態の金属材
料スラリとなる。金属材料スラリは前方の連通孔より排
出され、外側シリンダと内側シリンダの間の可変空間の
計量室に蓄えられる。必要量の金属材料スラリが蓄えら
れた時点でスクリューが回転を停止すると共にスクリュ
ーがわずかに前進して、プランジャチップに設けた連通
孔を塞ぐ。次いで、内側シリンダ、スクリュー及びプラ
ンジャチップを含んだ内部装置をプランジャとして高速
で前進させ、外側シリンダの前方に配置された金型内に
金属材料スラリをノズルを通じて射出成形する。When injection molding is performed by the above-described metal material injection molding apparatus of the present invention, the metal material is supplied from the rear of the inner cylinder. Next, the supplied metal material is fed forward by the rotational movement of the screw, and at the same time, is heated and sheared to be a metal material slurry in a semi-molten state. The metallic material slurry is discharged from the front communication hole and stored in a measuring chamber in a variable space between the outer cylinder and the inner cylinder. When the required amount of the metal material slurry is stored, the screw stops rotating and the screw slightly advances to close the communication hole provided in the plunger tip. Next, the internal device including the inner cylinder, the screw, and the plunger tip is advanced at a high speed as a plunger, and a metal material slurry is injection-molded through a nozzle into a mold disposed in front of the outer cylinder.

【００１０】[0010]

【発明の実施の形態】図１は本発明の金属材料の射出成
形装置であり、シリンダ・スクリュー装置の部分を示
し、金型装置については図示が省略されている。該射出
成形装置は、水平に移動可能な内側シリンダ１を有する
内部装置と、該内側シリンダ１を包囲する外側シリンダ
２を有する外部装置からなる二重構造となっている。該
外部シリンダ２の該周にはヒータ９が取り付けらてい
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an injection molding apparatus for a metal material according to the present invention, which shows a cylinder / screw device, and a mold device is not shown. The injection molding apparatus has a double structure including an inner device having an inner cylinder 1 that can move horizontally, and an outer device having an outer cylinder 2 surrounding the inner cylinder 1. A heater 9 is attached to the periphery of the outer cylinder 2.

【００１１】３は固体金属材料を溶融又は半溶融状態に
するためのらせん状の羽根を持つスクリューであり、内
部装置における内側シリンダ１の内部に配置されてい
る。内側シリンダ１の先端には外側シリンダ２の内径に
相当する径の貫通孔４を備えたプランジャチップ５が内
側シリンダ１と直列に配置されているので、内部装置が
前後進したときに、外側シリンダ２とプランジャチップ
５との間には、可変空間が形成される。該貫通孔４は、
内部装置の空間部と外部装置の空間部を連結し、金属材
料スラリの流路となっている。スクリュー３は内側シリ
ンダ１に対して回転運動することによって、固体金属材
料を溶融又は半溶融状態にすることができる。また、ス
クリュー３はわずかな前後動のみを行う機能を有するこ
とにより、射出時にスクリュー３の先端がプランジャチ
ップ５の流路を塞ぎ、金属材料スラリの逆流を防止する
ことができる。一方、前記外部装置の先端にはノズル６
が配置され、金属材料スラリを射出時に金型へ導入す
る。７は、固体金属材料を内側シリンダ１内へ導入する
ためのホッパである。該ホッパ７は加熱装置により加熱
されることが望ましい。Reference numeral 3 denotes a screw having a helical blade for melting the solid metal material into a molten or semi-molten state, and is disposed inside the inner cylinder 1 in the internal device. A plunger tip 5 having a through hole 4 having a diameter corresponding to the inner diameter of the outer cylinder 2 is arranged at the end of the inner cylinder 1 in series with the inner cylinder 1, so that when the internal device moves forward and backward, the outer cylinder A variable space is formed between the plunger tip 2 and the plunger tip 5. The through hole 4 is
The space of the internal device and the space of the external device are connected to form a metal material slurry flow path. By rotating the screw 3 with respect to the inner cylinder 1, the solid metal material can be brought into a molten or semi-molten state. In addition, since the screw 3 has a function of performing only a slight back and forth movement, the tip of the screw 3 closes the flow path of the plunger tip 5 during injection, and the backflow of the metal material slurry can be prevented. On the other hand, the tip of the external device has a nozzle 6
Are arranged to introduce the metallic material slurry into the mold at the time of injection. Reference numeral 7 denotes a hopper for introducing a solid metal material into the inner cylinder 1. The hopper 7 is desirably heated by a heating device.

【００１２】図１の金属材料の射出成形装置により、金
属材料としてマグネシウム合金（ＡＳＴＭ：ＡＺ９１
Ｄ）を用いた場合の射出成形を例にして、本発明の実施
の態様を説明する。A magnesium alloy (ASTM: AZ91) is used as a metal material by the metal material injection molding apparatus shown in FIG.
An embodiment of the present invention will be described by taking, as an example, injection molding using D).

【００１３】金属材料として２ｍｍ〜５ｍｍ程度の大き
さの粒状マグネシウム合金材料を用いる。この粒状マグ
ネシウム合金材料は、例えば機械的に破砕したもの、不
活性ガスアトマイズ法などの手法により作製したもの等
の各種製造方法により得たものが挙げられる。As the metal material, a granular magnesium alloy material having a size of about 2 mm to 5 mm is used. Examples of the granular magnesium alloy material include materials obtained by various manufacturing methods such as mechanically crushed materials and materials manufactured by a method such as an inert gas atomizing method.

【００１４】ホッパー７を加熱しておき、且つアルゴン
ガス等の不活性ガスを供給して、材料に含まれるエアや
水分を除去する。ホッパー７の加熱温度は水分が十分除
去できる１５０℃以上、液相が発生する温度４２５℃以
下とする。ホッパー７より供給された粒状のマグネシウ
ム合金材料は、加熱装置を設けた内側シリンダ１により
加熱されると共に、回転するスクリュー３によりせん断
を受け、半溶融状態となりプランジャチップ５の貫通孔
４より排出される。内側シリンダ１は材料供給部から先
端に向け温度勾配がつけられているので、徐々に液相量
を増していく。内側シリンダ１の温度は、例えば、材料
供給部で３５０℃、先端部で液相線温度よりも低い５８
０℃に設定される。設定温度は金属材料の種類と、射出
される金属材料スラリ中における所望の固相率から決定
される。The hopper 7 is heated and an inert gas such as an argon gas is supplied to remove air and moisture contained in the material. The heating temperature of the hopper 7 is set to 150 ° C. or higher at which moisture can be sufficiently removed and 425 ° C. or lower at which a liquid phase is generated. The granular magnesium alloy material supplied from the hopper 7 is heated by the inner cylinder 1 provided with a heating device, is sheared by the rotating screw 3, becomes a semi-molten state, and is discharged from the through hole 4 of the plunger tip 5. You. Since the inner cylinder 1 has a temperature gradient from the material supply section toward the tip, the amount of the liquid phase gradually increases. The temperature of the inner cylinder 1 is, for example, 350 ° C. at the material supply section and lower than the liquidus temperature at the tip end.
Set to 0 ° C. The set temperature is determined from the type of the metal material and the desired solid fraction in the injected metal material slurry.

【００１５】内側シリンダ１の先端のプランジャチップ
５の貫通孔４より排出された固液混合状態のマグネシウ
ム合金は、射出用の外側シリンダ２とプランジャチップ
５との間に形成される計量室８内に供給されると共に、
プランジャチップ５、内側シリンダ１及びスクリュー３
を含む内部装置全体が徐々に後退し、前記計量室８内に
金属材料スラリが蓄えられる。なお、金属材料スラリを
半溶融状態とするためにヒータ９による加熱で金属材料
スラリの温度を適正に保つ。あらかじめ設定しておいた
計量値に達した時点でスクリュー３の回転を止めると同
時にわずかに前進させて、スクリュー３の先端でプラン
ジャチップ５の流路を塞ぐ。続いて内部装置全体を高速
で前進させ、ノズル６より金属材料スラリを噴出させ
る。The magnesium alloy in a solid-liquid mixed state discharged from the through hole 4 of the plunger tip 5 at the tip of the inner cylinder 1 is filled in a measuring chamber 8 formed between the outer cylinder 2 for injection and the plunger tip 5. Is supplied to
Plunger tip 5, inner cylinder 1 and screw 3
Is gradually retracted, and the metal material slurry is stored in the measuring chamber 8. Note that the temperature of the metal material slurry is appropriately maintained by heating by the heater 9 in order to bring the metal material slurry into a semi-molten state. The rotation of the screw 3 is stopped when the measured value reaches a preset value, and at the same time, the screw 3 is advanced slightly so as to close the flow path of the plunger tip 5 with the tip of the screw 3. Subsequently, the entire internal device is advanced at a high speed, and a metal material slurry is ejected from the nozzle 6.

【００１６】ノズル６の先端方向に設置された金型（図
示せず）のキャビティー内にマグネシウム合金が充満さ
れ、金型の凝固が完了するまで、内部装置が半溶融マグ
ネシウム合金に対して圧力をかけ続けることにより、凝
固収縮による製品のひけやその他の欠陥が防止された、
マグネシウム合金製品が鋳造される。凝固が完了した時
点でスクリュー３が回転を始め、次の射出に備え材料の
供給を開始する。金型内のマグネシウム合金製品はさら
に冷却され十分な強度を持つ温度まで冷却されるのを待
ち、金型を開いて取り出す。The internal device presses the semi-molten magnesium alloy until the cavity of a mold (not shown) installed toward the tip of the nozzle 6 is filled with a magnesium alloy and solidification of the mold is completed. , Preventing sinking and other defects of the product due to coagulation shrinkage,
A magnesium alloy product is cast. When the coagulation is completed, the screw 3 starts rotating, and the supply of the material is started in preparation for the next injection. The magnesium alloy product in the mold is further cooled and waited for cooling to a temperature having sufficient strength, and then the mold is opened and removed.

【００１７】[0017]

【発明の効果】本発明によれば、内側シリンダ、スクリ
ュー及びプランジャチップを含んだ内部装置がプランジ
ャとして高速前進することにより、外側シリンダとプラ
ンジャチップの間に形成される計量室内に計量された金
属材料スラリを射出しているので、スクリューを高速で
前後進させる必要がなく、そのためスクリューの摩耗や
破損を防止でき、安定した射出成形が可能となる。According to the present invention, the metal measured in the measuring chamber formed between the outer cylinder and the plunger tip by the high speed advance of the internal device including the inner cylinder, the screw and the plunger tip as the plunger. Since the material slurry is injected, it is not necessary to move the screw back and forth at a high speed, so that wear and breakage of the screw can be prevented and stable injection molding can be performed.

【００１８】本発明の金属材料の射出成形装置は、溶融
又は半溶融された金属材料を計量するための計量室をス
クリュー内に設けていないので、且つ、射出時のプラン
ジャはスクリュー内に設けていないので、スクリューの
径を増大させないですみ、そのため複雑な加工を要する
スクリューのコストを抑えることができる。さらにま
た、射出成形装置の大型化が抑制できる。In the metal material injection molding apparatus of the present invention, a measuring chamber for measuring the molten or semi-molten metal material is not provided in the screw, and the plunger for injection is provided in the screw. Since there is no screw, it is not necessary to increase the diameter of the screw, so that the cost of the screw which requires complicated processing can be suppressed. Furthermore, it is possible to suppress an increase in the size of the injection molding device.

【００１９】本発明の金属材料の射出成形装置は、スク
リューで射出する場合に比べ逆流が少ないため、高速・
高圧射出が可能となる。The apparatus for injection molding a metal material of the present invention has a low backflow compared to the case of injection with a screw, and therefore has a high speed and high speed.
High pressure injection becomes possible.

【００２０】本発明の金属材料の射出成形装置に用いら
れるプランジャチップはスクリューに比べ単純形状で小
さな部品ですむため、プランジャチップが摩耗或いは破
損した際に交換する場合のコストが低減できる。Since the plunger tip used in the metal material injection molding apparatus of the present invention has a simpler shape and smaller parts than a screw, the cost of replacing the plunger tip when it is worn or damaged can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の金属材料の射出成形装置であり、シリ
ンダ・スクリュー装置の部分を示し、成形型については
図示が省略されている。FIG. 1 shows an injection molding apparatus for a metal material according to the present invention, which shows a part of a cylinder and screw device, and a molding die is not shown.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 内側シリンダ ２ 外側シリンダ ３ スクリュー ４ 貫通孔 ５ プランジャチップ ６ ノズル ７ ホッパ ８ 計量室 ９ ヒータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inner cylinder 2 Outer cylinder 3 Screw 4 Through hole 5 Plunger tip 6 Nozzle 7 Hopper 8 Weighing chamber 9 Heater

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 水平に移動可能な内側シリンダを有する
内部装置と、該内側シリンダを内部に包囲する外側シリ
ンダを有する外部装置の二重構造の金属材料の射出成形
装置であり、 前記内部装置における、内側シリンダの内部に固体金属
材料を溶融又は半溶融状態にするためのスクリューが配
置され、内側シリンダの先端には外側シリンダの内径に
相当する径で且つ流路を備えたプランジャチップが配置
され、前記スクリューは内側シリンダに対して回転運動
およびプランジャチップの流路を塞ぐためのわずかな前
後動のみを行う機能を有し、 前記外部装置は先端にノズルを有し、且つ該ノズルと前
記プランジャチップの間に、プランジャチップの流路か
ら送出される溶融又は半溶融状態の金属材料を一定量に
なるまで計量できる可変空間の計量室を有し、 前記内側シリンダ、スクリュー及びプランジャチップを
含んだ内部装置がプランジャとして高速前進することに
より、前記計量室に計量された金属材料を前記ノズルか
ら金型へ射出することができる金属材料の射出成形装
置。1. An injection molding apparatus for a metal material having a double structure comprising: an inner device having a horizontally movable inner cylinder; and an outer device having an outer cylinder surrounding the inner cylinder. A screw for melting the solid metal material into a molten or semi-molten state is disposed inside the inner cylinder, and a plunger tip having a diameter corresponding to the inner diameter of the outer cylinder and having a flow path is disposed at the tip of the inner cylinder. The screw has a function of performing only a rotational movement with respect to an inner cylinder and a slight back and forth movement for closing a flow path of a plunger tip, and the external device has a nozzle at a tip, and the nozzle and the plunger Between the tips, a variable space in which the molten or semi-molten metal material delivered from the flow path of the plunger tip can be measured to a certain amount. A metal that has a measuring chamber and is capable of injecting a metal material measured in the measuring chamber from the nozzle into a mold by an internal device including the inner cylinder, the screw, and the plunger tip moving forward at a high speed as a plunger. Material injection molding equipment.