WO2021131294A1 - アルミニウム鋳造方法及び金型 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an aluminum casting method and a mold used in this aluminum casting method.
- An aluminum product is obtained by melting an aluminum alloy (hereinafter referred to as aluminum) and pouring the obtained molten metal into a mold.
- aluminum an aluminum alloy
- a knuckle which is one of vehicle parts, is known.
- the knuckle has an overhanging portion that extends radially around the axle.
- a knuckle is a component with a complex shape.
- Patent Document 1 A technique for manufacturing a knuckle by a gravity mold casting method has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
- molten metal is poured from a sprue that opens upward. Due to the action of gravity, the molten metal flows down the runner and changes its direction horizontally. The molten metal that has changed direction flows in the order of one cavity, the cavity of the axle portion, and the other cavity to fill all the cavities.
- the mold 100 has a central cavity 101 forming an axle portion, a first cavity 102 extending from the central cavity 101 to one side, and a second cavity 103 extending from the central cavity 101 to the other side.
- the mold 100 has a sprue 104 and a sprue 105.
- the runner 105 serves to connect the sprue 104 and the first cavity 102.
- the molten metal flows in the order of the sprue 104, the runner 105, the first cavity 102, the central cavity 101, and the second cavity 103.
- Patent Document 1 and Patent Document 2 are called a gravity mold casting method.
- the pressure of the molten metal is much lower than that in the high pressure casting method represented by the die casting method. Since the pressure of the molten metal is low, the gravity mold casting method does not need to make the mold strong, and it is not necessary to make the casting apparatus strong. Therefore, the gravity mold casting method is widely put into practical use.
- the gravity mold casting method has the following drawbacks.
- the flow velocity of the molten metal depends on gravity, so it is slow. Therefore, if the mold temperature is too low, the molten metal will solidify before reaching the end of the cavity. As a countermeasure, raise the temperature of the molten metal. Empirically, the value obtained by adding 100 ° C. to the liquidus temperature of the molten metal is defined as the molten metal temperature.
- the inconvenient solidification could be eliminated.
- the molten metal is cooled and solidified, but it takes time to solidify because the temperature of the mold is high. If it takes a long time to solidify, the production time is extended and the productivity is lowered.
- the mold 100 will be examined.
- the molten metal flows in the order of sprue 104 ⁇ runner 105 ⁇ first cavity 102 ⁇ central cavity 101 ⁇ second cavity 103.
- the pouring time is long. If the pouring time is long, the casting time will be long and the productivity will decrease. Further, it is necessary to raise the molten metal temperature so that the molten metal reaches the end of the second cavity 103. This is because if the molten metal temperature is too low, the molten metal solidifies and does not flow to the end. However, when the molten metal temperature is high, the solidification time becomes long and the productivity decreases.
- the conventional knuckle casting 110 has a central portion 112 having an axle hole 111, a first overhanging portion 113 protruding from the central portion 112, and a second overhanging portion 114 protruding from the central portion 112. And a third overhanging portion 115 overhanging from the central portion 112.
- the mold 120 for casting the knuckle casting 110 having such a shape protrudes to provide the central cavity 121, the first cavity 122, the second cavity 123, and the axle hole 111. It has a pillar portion 124 and a sprue 125 and a sprue 126 on the bottom surface. The distance from the sprue 125 to the end of the second cavity 123 is shortened, the pouring time can be shortened, and the productivity is increased.
- the molten metal 127 flowing through the runner 126 collides with the flat top surface 128 of the pillar portion 124.
- the flow direction turns 90 ° to the left or right. That is, the flow direction changes suddenly.
- the flow of the molten metal 127 is disturbed by the collision and the sudden change in the flow direction.
- This turbulence causes casting defects such as entrainment of gas. Even if productivity can be increased, it is unacceptable for casting defects to occur.
- An object of the present invention is to provide a casting method capable of increasing productivity without increasing the pressure of the molten metal, and to provide a mold used in this casting method.
- the invention according to claim 1 is an aluminum casting method in which molten aluminum pumped by an electromagnetic pump is poured into a mold.
- the thickness of the powder release agent applied to the mold is set to be thinner than the thickness of the mold release agent in the gravity mold casting method.
- the temperature of the mold immediately before pouring is controlled so as to be within the range of 110 ° C to 250 ° C.
- the temperature of the molten metal at the time of pouring is controlled to a value obtained by adding 20 ° C. to 55 ° C. to the liquidus temperature of the aluminum.
- the invention according to claim 2 is preferably a mold used in the aluminum casting method according to claim 1.
- a mold for casting a casting having a central portion, a first overhanging portion protruding from the central portion, and a second overhanging portion extending from the central portion in a direction different from the first overhanging portion.
- This mold has a sprue provided on the bottom surface, a main hot water rising from this sprue, a first hot water branching from this main hot water, and a molten metal supplied from this first hot water to supply the first overhanging portion. It has a first cavity to be formed, a second runner that branches from the main runner, and a second cavity to which molten metal is supplied to form the second overhanging portion.
- a conical portion protruding into the main runner is provided, and the molten metal passing through the main runner is formed along the conical surface of the conical portion in the first runway and the second runner. I tried to split it.
- the invention according to claim 3 is preferably the mold according to claim 2.
- the casting is a knuckle
- the central portion is an axle portion having an axle hole.
- the mold further includes a pillar portion that forms the axle hole.
- the conical portion is provided at the tip of the pillar portion.
- the invention according to claim 4 is preferably a mold used in the aluminum casting method according to claim 1.
- the mold is provided with a degassing portion for discharging the gas accumulated in the cavity.
- the degassing portion is provided with a ventilation hole having a size of 30 ⁇ m to 80 ⁇ m.
- the invention according to claim 5 is preferably the mold according to claim 4.
- the degassing portion is a tubular body fitted into the mold, and the tubular body has a bottom portion facing the cavity, and the vent hole is provided in the bottom portion.
- the invention according to claim 6 is preferably the mold according to claim 5.
- the ventilation hole is a slit having a width of 30 ⁇ m to 80 ⁇ m.
- the invention according to claim 7 is preferably the mold according to claim 6.
- a plurality of the slits are provided on the bottom portion so as to be parallel to each other.
- the invention according to claim 8 is preferably the mold according to claim 5.
- the cylinder also serves as a product extrusion pin that separates the casting from the mold.
- the molten metal is pumped up by an electromagnetic pump.
- the electromagnetic pump imparts a minute pressure fluctuation to the molten metal, and this pressure fluctuation increases the fluidity of the molten metal.
- the fluidity of the molten metal is significantly higher than that of the molten metal in the gravity mold casting method, so that the temperature of the molten metal can be lowered as compared with that in the gravity mold casting method.
- the fluidity of the molten metal is significantly higher than that of the molten metal in the low-pressure mold casting method, so that the temperature of the mold can be lowered.
- since the mold release agent is thin, the heat of the molten metal is rapidly transferred to the mold, and the solidification time is shortened.
- the molten metal according to the present invention completes solidification in a much shorter time than the gravity mold casting method.
- Productivity is improved because the casting time is shortened. That is, the present invention provides a casting method capable of increasing productivity without increasing the pressure of the molten metal.
- the molten metal solidifies in a short time, so that the solidified structure becomes finer. This miniaturization can improve the mechanical strength of castings.
- a conical portion is provided at the outlet of the main runway so that the molten metal is divided into the first runway and the second runway along the conical surface of the conical portion.
- the change in the flow of the molten metal was moderated. This makes it possible to suppress the occurrence of casting defects. Further, since the sprue and the main sprue are provided between the first cavity and the second cavity, the distance from the sprue to the end of the second cavity is shortened. Therefore, according to the present invention, there is provided a mold capable of shortening the distance from the sprue to the end of the second cavity without causing casting defects.
- the casting is a knuckle
- the central portion is an axle portion having an axle hole
- the mold further includes a pillar portion forming the axle hole
- the conical portion is a pillar portion. It is provided at the tip. If it is a knuckle, the axle hole is indispensable. Since the conical portion is provided in the pillar portion forming the axle hole, the conical portion can be easily projected into the main runway, and the manufacturing cost of the mold can be suppressed.
- the mold in which a molten aluminum pumped by an electromagnetic pump is poured, the mold is provided with a degassing portion, and the degassing portion has a size of 30 ⁇ m to 80 ⁇ m. Vents were provided. If the size is 30 ⁇ m to 80 ⁇ m, the problem of burrs is solved and the degassing property is ensured. Therefore, according to the present invention, when pouring molten aluminum with an electromagnetic pump, a mold is provided so that the molten metal does not enter the gap for venting gas.
- the degassing portion is a cylinder that is fitted into a mold, and a ventilation hole is provided at the bottom of the cylinder. Since the mold is large and heavy, it is not easy to provide a gap directly in the mold. On the other hand, in the present invention, a gap is provided in a cylinder body separate from the mold. Since the cylinder is small and lightweight, it is easy to form gaps.
- the ventilation hole is a slit. Since the slit is an oval, the opening area can be increased. Further, the slit can be easily formed by a wire electric discharge machine.
- the tubular body also serves as a product extrusion pin.
- the cylinder body exerts a degassing action and a product pushing action, so that the added value is increased.
- FIG. (A) is a front view of the casting
- (b) is a perspective view of the knuckle casting.
- FIG. (A) is a front view of the casting
- (b) is a perspective view of the knuckle casting.
- It is a cross-sectional view of a mold, and is the cross-sectional view corresponding to the cross section of line 5-5 of FIG. 4 (b).
- It is a figure explaining the temperature range and the casting time of the mold in the comparative example.
- It is a figure explaining the temperature range of the mold and the casting time in an Example.
- the holding furnace 10 is a furnace provided with a heater 11 to store the molten aluminum 12.
- An electromagnetic pump 20 is provided in the holding furnace 10.
- the electromagnetic pump 20 is controlled by the control unit 32.
- the molten metal 12 is heated or kept warm by the heater 11 above the melting point, and the temperature is controlled by the temperature control unit 66.
- the steel frame 13 is placed on the holding furnace 10, and the electromagnetic pump 20 is supported by the steel frame 13.
- the form in which the electromagnetic pump 20 is attached to the holding furnace 10 is arbitrary.
- the holding furnace 10 is a facility that keeps the temperature of the molten metal 12 at a predetermined value.
- the holding furnace 10 may be a container for storing aluminum in a molten state, such as a melting furnace, a hot water discharge furnace, and a ladle, and is not limited to a holding furnace in a narrow sense.
- the electromagnetic pump 20 includes a base flange 21, a hot water guide pipe 22 extending vertically through the base flange 21, and an iron core member 23 housed in the hot water guide pipe 22.
- the lower coil 24 that surrounds the lower part of the hot water guide pipe 22, the lower case 25 that is suspended from the base flange 21 while surrounding the lower coil 24, the upper coil 26 that surrounds the upper part of the hot water guide pipe 22, and the upper coil 26.
- It includes an upper case 27 that is placed on the base flange 21 while enclosing it, a discharge pipe 28 that extends upward from the hot water guide pipe 22, and a hot water level gauge 29 that surrounds the discharge pipe 28.
- the electromagnetic pump 20 is a pressurized hot water pouring mechanism that pumps the molten metal 12 stored in the holding furnace 10 and supplies it to the mold 50.
- the mold 50 is provided with a heater and a water passage, and the temperature control unit 66 constantly measures the temperature of each part of the mold 50 and controls the temperature so that the measured value becomes a predetermined temperature. By this temperature control, the temperature of the mold 50 immediately before pouring is maintained at an appropriate temperature.
- the present inventors paid attention to the pressure phenomenon peculiar to the electromagnetic action in the electromagnetic pump 20 as the pressurized hot water pouring mechanism. This phenomenon will be described with reference to FIG.
- the molten metal 12 flows upward in the passage between the hot water guide pipe 22 and the iron core member 23.
- the magnetic field 31 reaching the iron core member 23 from the upper end portion 26a of the upper coil 26 has a curved shape so as to be convex upward.
- the degree of this curvature varies. If the feeding frequency is 50 Hz, the degree of curvature doubles at 100 Hz. Due to the fluctuation (displacement) of the magnetic field 31, the pressure (discharge pressure) of the molten metal 12 fluctuates minutely in a fine cycle (100 Hz). That is, fine pulsations are inevitably generated in the molten metal 12.
- the casting 35 has a central portion 36, a first overhanging portion 42 projecting from the central portion 36, and a second overhanging portion 42 extending from the central portion 36 in a direction different from that of the first overhanging portion 42. It has an overhanging portion 43.
- the use of the casting 35 is arbitrary, but for example, it is a knuckle casting which is a kind of vehicle parts.
- the knuckle casting 40 as the casting 35 has an axle portion 41 corresponding to the central portion 36, a first overhanging portion 42 that greatly overhangs from the axle portion 41, and an axle portion 41. It has a second overhanging portion 43 that overhangs to the opposite side, and a third overhanging portion 44 that overhangs from the axle portion 41 to the back.
- the axle portion 41 has an axle hole 45 in the center.
- a mold 50 suitable for casting such a knuckle casting 40 will be described with reference to FIG.
- the mold 50 includes a fixed mold 51 and a movable mold 52.
- the movable type 52 has a first cavity 53 forming a first overhanging portion (FIG. 4 (b), reference numeral 42) and a second cavity 54 forming a second overhanging portion (FIG. 4 (b), reference numeral 43). And a third cavity 55 forming a third overhanging portion (FIG. 4 (b), reference numeral 44) are provided.
- the movable type 52 is provided with a pillar portion 56 for forming an axle hole (FIG. 4 (b), reference numeral 45).
- the pillar portion 56 is a cylinder having a draft, extends to the fixed mold 51 so as to penetrate the first to third cavities 53 to 55, and has a conical portion 57 at the tip, which is pointed downward. There is.
- the fixed type 51 is provided with a sprue 58 on the lower surface, a main sprue 59 extending upward from the sprue 58, and a first runway 61 and a second runner extending along the conical portion 57 while being branched by the conical portion 57. It has 62 and a third runway 63.
- the third runway 63 passes through the back and front of the conical portion 57 for convenience of drawing.
- the first runway 61 is connected to the first cavity 53
- the second runway 62 is connected to the second cavity 54
- the third runway 63 is connected to the third cavity 55.
- the conical portion 57 is provided at the exit of the main runway 59 in a form protruding toward the main runway 59. Therefore, the molten metal 12 flowing from the sprue 58 to the main runner 59 is divided by the apex 57a of the conical portion 57 and flows along the conical surface 57b. Therefore, the molten metal 12 flowing through the first runway 61, the second runway 62, and the third runner 63 flows smoothly without being disturbed.
- 64 is a boundary line between the product part and the non-product part, and this boundary line 64 is a line passing through the boundary between the conical part 57 and the pillar part 56.
- the mold temperature immediately before pouring (the temperature varies depending on the part) is controlled in the range of 240 ° C. to 360 ° C.
- the mold was coated with the mold release agent described in FIG. 6 (b).
- hot water is poured from a sprue 131 provided at a high position of the mold 130.
- the molten metal fills the cavity 133 through a downwardly sloping runner 132.
- the release agent 134 had a thickness ta of 150 ⁇ m based on experience.
- the release agent 134 for example, graphite or ceramics is dissolved in a solvent and applied to the mold 120 with a gun or a brush.
- the casting time under this condition was 80 seconds.
- the fluidity of the molten metal increases when an electromagnetic pump is used. From this finding, the present inventors have noticed that the molten metal can flow to the end of the cavity even if the temperature of the molten metal is lowered. In addition, when the molten metal temperature is lowered, the mold temperature immediately before pouring can be lowered.
- the mold temperature immediately before pouring (the temperature varies depending on the part) is controlled in the range of 120 ° C. to 240 ° C. Even so, the molten metal flowed to the end of the cavity without solidifying.
- the mold was coated with the mold release agent shown in FIG. 7 (b). As shown in FIG. 7A, in the embodiment, hot water is poured into the mold 50 by the electromagnetic pump 20.
- a powder release agent 65 was adopted as the release agent.
- the powder release agent 65 sprays powder onto the mold 50 by an electrostatic coating method.
- the powder release agent 65 is made of, for example, a powder containing diatomaceous earth as a main component. Diatomaceous earth has innumerable fine gaps inside, and air is trapped in these gaps, so that it has excellent heat insulation performance. Even if the film thickness is thin, heat transfer from the molten metal to the mold 50 is satisfactorily blocked.
- the thickness Tb of the powder release agent 65 is set to 20 ⁇ m.
- the temperature of the molten metal is lowered by 10 ° C. to 700 ° C., and the mold temperature immediately before pouring (the temperature varies depending on the part) is set to the range of 120 to 240 ° C. to the mold 50. I poured hot water. The casting time under this condition was 45 seconds.
- the present inventors conducted the following experiments. In the experiment, the temperature of the molten metal was lowered on the assumption that the molten metal would reach the end of the cavity.
- Experiment 01 When a mold release agent of 150 ⁇ m was applied to the mold by the gravity mold casting method and the molten metal temperature was set to 710 ° C., the casting time was 80 seconds as described in FIG. 6 (c). It was.
- Experiment 02 The molten metal temperature was lowered to 700 ° C., and other conditions were the same as in Experiment 01. The casting time was 60 seconds.
- Experiment 03 When a mold was electrostatically coated with a 20 ⁇ m powder release agent and the molten metal temperature was set to 700 ° C. by a casting method using an electromagnetic pump, the casting time was as described in FIG. 7 (c). Was 45 seconds.
- Experiment 04 The molten metal temperature was lowered to 680 ° C., and other conditions were the same as in Experiment 03. The casting time was 41 seconds.
- Experiment 05 The molten metal temperature was lowered to 670 ° C., and other conditions were the same as in Experiment 03. The casting time was 39 seconds.
- Experiment 06 The molten metal temperature was lowered to 660 ° C., and other conditions were the same as in Experiment 03. The casting time was 37 seconds.
- Experiment 07 The molten metal temperature was lowered to 635 ° C., and other conditions were the same as in Experiment 03. The casting time was 32 seconds.
- test piece 1 The test piece cut out from the casting obtained in Experiment 01 was designated as "test piece 1", and its mechanical properties were examined. Further, the test piece cut out from the casting obtained in Experiment 07 was designated as "test piece 2", and the mechanical properties were examined.
- test piece 1 ⁇ Secondary dendrite arm space: 25-35 ⁇ m -Tensile strength: 290 MPa -0.2% proof stress: 210 MPa ⁇ Breaking elongation: 13.7% ⁇ 10 7 times fatigue limit: 62.2 MPa
- test piece 2 Mechanical properties of test piece 2: ⁇ Secondary dendrite arm space: 8 to 25 ⁇ m -Tensile strength: 312 MPa -0.2% proof stress: 238 MPa ⁇ Breaking elongation: 12.2% ⁇ 10 7 times fatigue limit: 75.7 MPa
- the secondary dendrite arm space (DASII) is the length of the branch extending from the crystal. The shorter the branches, the stronger the casting. DASII, tensile strength, strength, elongation at break, and fatigue limit were all superior to the test piece 2 by the mold casting method using an electromagnetic pump than the test piece 1 by the gravity mold casting method.
- the obtained knuckle casting 40 is cut along the boundary line 64.
- the product unit 46 and the non-product unit 47 are separated.
- the product unit 46 is machined to make a knuckle.
- the non-product part 47 is scrapped, redissolved, and used for the next casting.
- One of the essential elements of the present invention is to change the release agent 134 described in FIG. 6 (b) to the thin powder release agent 65 described in FIG. 7 (b). Further, in the present invention, as described with reference to FIG. 7C, the temperature of each part of the mold 50 is set in the range of 120 ° C. to 240 ° C. immediately before pouring. This temperature range could be extended to the range of 110 ° C to 250 ° C when examined in combination with another experiment.
- the casting time in Experiment 05 described above was 39 seconds
- the casting time in Experiment 06 was 37 seconds
- the casting time in Experiment 07 was 32 seconds.
- 40 seconds which is half of the 80 seconds of the casting temperature in the above-mentioned experiment 01, is set as the target casting temperature of the present invention, the targets of the experiments 05 to 07 could be cleared.
- the molten metal temperature in Experiment 05 was 670 ° C. Since the liquidus temperature is 615 ° C., the molten metal temperature in Experiment 05 is (liquidus temperature + 55 ° C.).
- the molten metal temperature in Experiment 06 was 660 ° C. Since the liquidus temperature is 615 ° C., the molten metal temperature in Experiment 06 is (liquidus temperature + 45 ° C.).
- the molten metal temperature in Experiment 07 was 635 ° C. Since the liquidus temperature is 615 ° C., the molten metal temperature in Experiment 07 is (liquidus temperature + 20 ° C.).
- the molten metal temperature is the liquidus temperature plus 20 ° C. to 55 ° C.
- the casting time is expected to be halved, and the productivity can be significantly improved.
- the present inventors also verified AC2B (liquidus line temperature 595 ° C.) and ADC12 (liquidus line temperature 580 ° C.), and also set the molten metal temperature to the liquidus line temperature of 20 ° C. to 55 ° C. At the added temperature, the casting time could be halved.
- the present invention can be summarized as follows. It is an aluminum casting method in which molten aluminum pumped up by an electromagnetic pump is poured into a mold, and the thickness of the powder release agent applied to the mold is that of the mold release agent in the gravity mold casting method. The thickness is set thinner than the thickness, the temperature of the mold immediately before pouring is controlled to be within the range of 110 ° C. to 250 ° C., and the temperature of the molten metal at the time of pouring is 20 to the liquidus temperature of aluminum. The value is controlled by adding ° C. to 55 ° C.
- An electromagnetic pump is a mechanism for pouring molten metal into a mold at low pressure.
- a powder release agent that is thinner than the thickness of the mold release agent in the gravity mold casting method, the temperature of the molten metal is lower than before, and the temperature of the mold is lower than before, the casting time is halved. It has become possible to increase productivity. Therefore, the present invention provides a casting method capable of increasing productivity without increasing the pressure of the molten metal.
- the method of the present invention is suitable for casting a knuckle having a complicated structure, but the casting is not limited to the knuckle and is arbitrary.
- the margin is 1 second in the above-mentioned experiment 05. Since the ambient temperature of the mold changes depending on the season and day and night, it is desirable to set the margin to about 3 seconds. In Experiment 06 and Experiment 07, the margin is 3 seconds or more.
- the temperature of the molten metal at the time of pouring was controlled to a value obtained by adding 45 ° C. to the liquidus temperature of aluminum.
- the temperature of the molten metal at the time of pouring was controlled to a value obtained by adding 20 ° C. to the liquidus temperature of aluminum.
- the molten metal 127 was poured into the mold 120 by a gravity mold casting method or a low pressure mold casting method.
- the fluidity of the molten metal 127 is increased in the case of the casting method using an electromagnetic pump.
- the casting method using an electromagnetic pump is strongly required to take measures against turbulence of the molten metal flow.
- the conical portion 57 shown in FIG. 5 is effective. That is, the conical portion 57 exerts a remarkable effect in the casting method using an electromagnetic pump as compared with the gravity mold casting method or the low pressure mold casting method.
- the method of the present invention can be summarized as follows.
- the molten metal 12 shown in FIG. 5 is pumped by an electromagnetic pump (FIG. 1, reference numeral 20), supplied from the sprue 58 to the main runner 59, and along with the first runner 61 along the conical surface 57b of the conical portion 57.
- the molten metal is divided into the second runner 62, the molten metal passing through the first runner 61 is poured into the first cavity 53, and the molten metal passing through the second runner 62 is poured into the second cavity 54.
- the fluidity of the molten metal is increased by the electromagnetic pump (Fig. 1, reference numeral 20).
- the electromagnetic pump Fig. 1, reference numeral 20.
- the molten metal reaches the end of the cavity well, so that the temperature of the molten metal and the temperature of the mold can be lowered.
- the solidification time of the molten metal becomes shorter, and productivity is further increased.
- the number of the first runner 61 and the like branching from the main runner 59 is set to 3 in the embodiment, but may be 2 or 4 or more, and may be a plurality, and the number is arbitrary. is there. Further, even when the runner extends in a disk shape from the main runway 59, the disk-shaped runner includes the first runway and the second runway in cross-sectional view, and is therefore included in the present invention.
- the conical portion 57 of the present invention may have a bottom surface of a perfect circle, an ellipse, an ellipse, or a distorted circle.
- a pyramid such as a triangular pyramid or a quadrangular pyramid is not preferable because the ridgeline becomes a source of turbulence.
- the conical portion 57 is not limited to a regular cone in a narrow sense.
- the mold 50 also take measures for venting gas.
- As a measure against degassing it is recommended to locally provide a "gap" in the mold 50.
- the gap is large, the degassing performance will be large, but a part of the molten metal will invade the gap and become a burr.
- the gap is small, the generation of burrs is suppressed, but the degassing performance is reduced.
- the adoption of the electromagnetic pump 20 increases the fluidity of the molten metal 12, so sufficient consideration is required for setting the gap. Therefore, we decided to confirm the size of the gap for venting by experiment.
- Experiment 11 A gravity mold casting method or a low pressure mold casting method was used, and the experiment was conducted with a gap of 0.2 mm (200 ⁇ m) for venting gas. When the gap for degassing was 0.2 mm, no burrs were generated and the degassing property was good, so the evaluation was ⁇ (good).
- Experiment 12 A gravity mold casting method or a low pressure mold casting method was used, and the experiment was conducted with a gap of 0.1 mm (100 ⁇ m) for venting gas. When the gap for degassing was 0.1 mm, the degassing property was slightly deteriorated, so the evaluation was X (bad).
- Experiment 13 A casting method using an electromagnetic pump was used, and an experiment was conducted with a gap of 0.2 mm (200 ⁇ m) for venting gas. Since the fluidity of the molten metal was increased by the electromagnetic pump, a large amount of burrs were generated when the gap for venting gas was 0.2 mm. The evaluation is x.
- Experiment 14 A casting method using an electromagnetic pump was used, and an experiment was conducted with a gap of 0.1 mm (100 ⁇ m) for venting gas. Even if the gap for degassing was 0.1 mm, a small amount of burrs were generated. The evaluation is x.
- Experiment 15 A casting method using an electromagnetic pump was used, and an experiment was conducted with a gap of 0.08 mm (80 ⁇ m) for venting gas. No burrs were observed when the gap for degassing was 0.08 mm. The evaluation is ⁇ .
- Experiment 16 A casting method using an electromagnetic pump was used, and an experiment was conducted with a gap of 0.05 mm (50 ⁇ m) for venting gas. Since the degassing property was maintained, the evaluation was ⁇ .
- Experiment 17 A casting method using an electromagnetic pump was used, and an experiment was conducted with a gap of 0.03 mm (30 ⁇ m) for venting gas. Since the degassing property was maintained, the evaluation was ⁇ .
- Experiment 18 A casting method using an electromagnetic pump was used, and an experiment was conducted with a gap of 0.02 mm (20 ⁇ m) for venting gas. The degassing property deteriorated slightly. The evaluation is x.
- Experiment 19 A casting method using an electromagnetic pump was used, and an experiment was conducted with a gap of 0.01 mm (10 ⁇ m) for venting gas. The degassing property was further deteriorated. The evaluation is x.
- the gap for venting gas is preferably 0.03 mm (30 ⁇ m) to 0.08 mm (80 ⁇ m).
- a specific example to which the gap of the above-mentioned size is applied will be described below.
- the degassing portion 70 described below is fitted into the mold 50 of the present invention.
- the movable mold 52 which is one of the components of the mold 50, has a degassing portion accommodating recess 68 opening to the cavity 67 and a penetration extending from the degassing portion accommodating recess 68 to the outside of the mold.
- a hole 69 is provided.
- the through hole 69 has a sufficiently smaller diameter than the degassing portion accommodating recess 68.
- the degassing portion 70 is fitted into such a degassing portion accommodating recess 68.
- the degassing portion 70 is already fitted in the degassing portion accommodating recess 68 on the right side in the figure.
- the degassing portion 70 is, for example, a hollow body including a bottomed tubular body 72 having a bottom portion 71 and a lid 73 that closes the open end of the tubular body 72.
- the lid 73 is fixed to the tubular body 72 by caulking, screwing, welding, or the like.
- the degassing portion 70 is made of durable carbon steel.
- the lid 73 is provided with a hole 74 connected to a through hole (FIG. 10, reference numeral 69). Further, the bottom portion 71 is provided with a ventilation hole 75. The gas that has entered the cylinder 72 from the ventilation hole 75 passes through the hole 74 and reaches the through hole (FIG. 10, reference numeral 69).
- the lid 73 may be omitted, and the degassing portion 70 may be composed of only a bottomed tubular body 72 having a bottom portion 71.
- the ventilation holes 75 are elongated slits having a width W of 30 ⁇ m to 80 ⁇ m, and are provided on the bottom 71 so that a plurality of (for example, three) slits are parallel to each other.
- the slit is easily formed by a wire electric discharge machine.
- the ventilation holes 75 may be slits arranged radially as shown in FIG. 13 (a). Further, the ventilation holes 75 may be replaced with a large number of fine round holes 76 as shown in FIG. 13 (b). In this case, the hole diameter of the fine round hole 76 is 30 ⁇ m to 80 ⁇ m. However, since the number of fine round holes 76 is large, the processing time becomes long. On the other hand, the slit can be regarded as a hole in which fine round holes 76 are gathered. Considering the processing cost, the slit is superior to the fine round hole 76.
- the molten aluminum 13 pumped by the electromagnetic pump 20 shown in FIG. 1 is poured into the mold 50 through the hot water guide block 14. Prior to this pouring, the cavity 67 shown in FIG. 10 is filled with air. This air is pushed by the molten metal 13 during pouring. When pushed, it is discharged through the degassing portion 70 and through the through hole 69.
- the molten metal 13 fills the cavity 67 instead of the air.
- the molten metal 13 comes into contact with the bottom 71 shown in FIG.
- the ventilation holes 75 having a size of 30 ⁇ m to 80 ⁇ m do not allow the molten metal 13 to pass through.
- the ventilation holes 75 having a size of 30 ⁇ m to 80 ⁇ m allow only gas such as air to pass through. As a result, the generation of burrs is suppressed.
- the degassing portion 70 having such a feature can also serve as a product extrusion pin.
- a specific example thereof will be described with reference to FIG.
- the tubular body 72 is sufficiently long enough to penetrate the movable mold 52 up and down.
- a collar portion 81 is attached to the upper end of the tubular body 72 (a portion sufficiently separated from the bottom portion 71).
- the flange portion 81 is sandwiched between the upper ejector plate 82 and the lower ejector plate 83.
- the guide rod 84 is extended from the lower ejector plate 83 and inserted into the movable mold 52.
- the gantry frame 85 is mounted on the movable type 52, the ejector drive mechanism 86 is lowered from the gantry frame 85, and the ejector drive mechanism 86 is connected to the upper ejector plate 82.
- the ejector drive mechanism 86 may be an air cylinder, a hydraulic cylinder, or an electric cylinder.
- the lower ejector plate 83 is urged upward by the compression spring 87, and the ascending position is determined by the stopper 88 provided on the portal frame 85.
- the air in the cavity 67 is discharged at the degassing portion 70, and the cavity 67 is instead filled with the molten metal.
- the movable type 52 is raised.
- the upper ejector plate 82 and the lower ejector plate 83 are lowered by the ejector drive mechanism 86.
- the degassing portion 70 protrudes into the cavity 67. This protrusion separates the casting from the movable mold 52.
- the upper ejector plate 82 and the lower ejector plate 83 are raised by the ejector drive mechanism 86. This returns to the state shown in FIG.
- the cylinder body 72 (gas venting portion 70) also serves as a product extrusion pin. Since the tubular body 72 (gas venting portion 70) exerts a degassing action and a product pushing action, the added value is increased.
- the degassing portion 70 may be provided integrally with the movable type 52. However, since the ventilation holes 75 are fine, it is easier to process the gas venting portion 70, which is separate from the movable type 52, as in the embodiment.
- the present invention is suitable for an aluminum casting method in which molten aluminum pumped by an electromagnetic pump is poured into a mold and a mold used in this casting method.
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Abstract
電磁ポンプ(20)で汲み上げたアルミニウムの溶湯(12)を、金型(50)へ注湯するアルミニウム鋳造方法であって、金型(50)に塗布される粉体離型剤の厚さは、重力金型鋳造法での離型剤の厚さより薄く設定され、注湯直前の前記金型の温度は、110℃~250℃の範囲に収まるように制御され、注湯時の前記溶湯の温度は、アルミニウムの液相線温度に、20℃~55℃を加えた値に制御される。
Description
本発明は、アルミニウム鋳造方法、及びこのアルミニウム鋳造方法で用いられる金型に関する。
アルミニウム合金(以下、アルミニウムと記載する。)を溶解し、得られた溶湯を金型へ注湯することで、アルミニウム製品を得る。
アルミニウム製品として、車両部品の一つであるナックルが知られている。ナックルは、車軸部位を中心として放射状に張り出し部が延びている。ナックルは、複雑な形状の部品である。
アルミニウム製品として、車両部品の一つであるナックルが知られている。ナックルは、車軸部位を中心として放射状に張り出し部が延びている。ナックルは、複雑な形状の部品である。
ナックルを、重力金型鋳造法で製造する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に開示されている重力金型鋳造法では、上方に開口する湯口から溶湯が注がれる。溶湯は重力作用により、湯道を流下し、向きを水平に換える。方向を変えた溶湯は、一方のキャビティ、車軸部位のキャビティ、他方のキャビティの順に流れて、全てのキャビティを満たす。
特許文献1に開示されている重力金型鋳造法では、上方に開口する湯口から溶湯が注がれる。溶湯は重力作用により、湯道を流下し、向きを水平に換える。方向を変えた溶湯は、一方のキャビティ、車軸部位のキャビティ、他方のキャビティの順に流れて、全てのキャビティを満たす。
また、ナックルを鋳造する金型が提案されている(例えば、特許文献2(図6)参照)。
特許文献2に開示されている技術を、図15(平面図)に基づいて説明する。
図15に示されるように、金型100は、車軸部位を形成する中央キャビティ101と、この中央キャビティ101から一方に延びる第1キャビティ102と、中央キャビティ101から他方に延びる第2キャビティ103とを有する。
特許文献2に開示されている技術を、図15(平面図)に基づいて説明する。
図15に示されるように、金型100は、車軸部位を形成する中央キャビティ101と、この中央キャビティ101から一方に延びる第1キャビティ102と、中央キャビティ101から他方に延びる第2キャビティ103とを有する。
加えて、金型100は、湯口104と湯道105とを有する。この湯道105は、湯口104と第1キャビティ102とを繋ぐ役割を果たす。
溶湯は、湯口104、湯道105、第1キャビティ102、中央キャビティ101、第2キャビティ103の順に流れる。
溶湯は、湯口104、湯道105、第1キャビティ102、中央キャビティ101、第2キャビティ103の順に流れる。
特許文献1及び特許文献2に開示されている技術は、重力金型鋳造法と呼ばれる。重力金型鋳造法は、ダイカスト法に代表される高圧鋳造法に比較して溶湯の圧力が格段に低い。溶湯の圧力が低いため、重力金型鋳造法では、金型を丈夫にする必要がなく、且つ鋳造装置を丈夫にする必要がない。そのため、重力金型鋳造法は、広く実用に供されている。
反面、重力金型鋳造法には、次に述べる欠点がある。
溶湯の流速が重力に依存しているため、低速である。そのために、金型の温度が低すぎると、溶湯がキャビティの末端に到達する前に凝固する。
対策として、溶湯の温度を上げる。経験的には、溶湯の液相線温度に100℃を加えた値を溶湯温度とする。
溶湯の流速が重力に依存しているため、低速である。そのために、金型の温度が低すぎると、溶湯がキャビティの末端に到達する前に凝固する。
対策として、溶湯の温度を上げる。経験的には、溶湯の液相線温度に100℃を加えた値を溶湯温度とする。
液相線温度に100℃を加えた温度にすることにより、不都合な凝固は解消できた。
注湯後に溶湯を冷却して凝固させるが、金型の温度が高いため、凝固までに時間がかかる。凝固までに時間がかかると、生産時間が延びて、生産性が低下する。
注湯後に溶湯を冷却して凝固させるが、金型の温度が高いため、凝固までに時間がかかる。凝固までに時間がかかると、生産時間が延びて、生産性が低下する。
ダイカスト法などの高圧鋳造法であれば、溶湯の流速が高速であり、生産性が低下することはない。しかし、金型及び鋳造装置が高価となり、採用できない。
生産性の向上が求められる中、溶湯を高圧にすること無く、生産性を高めることができる鋳造方法が望まれる。
次に、金型100について、検討する。
図15において、溶湯は、湯口104→湯道105→第1キャビティ102→中央キャビティ101→第2キャビティ103のように流れる。
図15において、溶湯は、湯口104→湯道105→第1キャビティ102→中央キャビティ101→第2キャビティ103のように流れる。
湯口104から第2キャビティ103の末端(図では右上隅)までの距離が長いため、注湯時間が長くなる。注湯時間が長いと鋳造時間が長くなり、生産性が低下する。
また、第2キャビティ103の末端まで溶湯が到達するように、溶湯温度を高める必要がある。溶湯温度が低すぎると、溶湯が凝固して末端まで流れなくなるからである。
しかし、溶湯温度が高いと、凝固時間が長くなり、生産性が低下する。
また、第2キャビティ103の末端まで溶湯が到達するように、溶湯温度を高める必要がある。溶湯温度が低すぎると、溶湯が凝固して末端まで流れなくなるからである。
しかし、溶湯温度が高いと、凝固時間が長くなり、生産性が低下する。
生産性の向上が求められる中、湯口から第2キャビティ末端までの距離を短くすることが望まれる。
この要望に応えるべく、本発明者らは、湯口104を、第1キャビティ102と第2キャビティ103の中間位置に移すことを検討した。湯口104から第2キャビティ103末端までの距離が約半分になるからである。この検討内容を、図16と図17に基づいて詳しく説明する。
この要望に応えるべく、本発明者らは、湯口104を、第1キャビティ102と第2キャビティ103の中間位置に移すことを検討した。湯口104から第2キャビティ103末端までの距離が約半分になるからである。この検討内容を、図16と図17に基づいて詳しく説明する。
図16に示されるように、従来のナックル鋳物110は、車軸穴111を有する中央部112と、この中央部112から張り出す第1張り出し部113と、中央部112から張り出す第2張り出し部114と、中央部112から張り出す第3張り出し部115とからなる。
このような形状のナックル鋳物110を鋳造する金型120は、図17に示されるように、中央キャビティ121と、第1キャビティ122と、第2キャビティ123と、車軸穴111を設けるために突出した柱部124とを有すると共に、底面に湯口125及び湯道126を有する。
湯口125から第2キャビティ123末端までの距離が短くなり、注湯時間が短縮でき、生産性が高まる。
湯口125から第2キャビティ123末端までの距離が短くなり、注湯時間が短縮でき、生産性が高まる。
ところで、湯道126を流れる溶湯127は、柱部124の平坦な頂面128に衝突する。次に、左又は右に流れ方向が90°曲がる。すなわち、流れ方向が急変する。衝突と流れ方向の急変によって、溶湯127の流れが乱れる。この乱れにより、ガスを巻き込むなどの鋳造欠陥が生じる。
生産性を高めことができても、鋳造欠陥が発生することは、容認されない。
生産性を高めことができても、鋳造欠陥が発生することは、容認されない。
そこで、鋳造欠陥を伴わないで、湯口から第2キャビティ末端までの距離を短くすることができる金型が望まれる。
本発明は、溶湯を高圧にすること無く、生産性を高めることができる鋳造方法を提供すること、及びこの鋳造方法で用いる金型を提供すること課題とする。
請求項1に係る発明は、電磁ポンプで汲み上げたアルミニウムの溶湯を、金型へ注湯するアルミニウム鋳造方法であって、
前記金型に塗布される粉体離型剤の厚さは、重力金型鋳造法での離型剤の厚さより薄く設定され、
注湯直前の前記金型の温度は、110℃~250℃の範囲に収まるように制御され、
注湯時の前記溶湯の温度は、前記アルミニウムの液相線温度に、20℃~55℃を加えた値に制御される。
前記金型に塗布される粉体離型剤の厚さは、重力金型鋳造法での離型剤の厚さより薄く設定され、
注湯直前の前記金型の温度は、110℃~250℃の範囲に収まるように制御され、
注湯時の前記溶湯の温度は、前記アルミニウムの液相線温度に、20℃~55℃を加えた値に制御される。
請求項2に係る発明は、好ましくは、請求項1記載のアルミニウム鋳造方法で用いられる金型であり、
中央部と、この中央部から張り出す第1張り出し部と、前記中央部から前記第1張り出し部とは別方向へ張り出す第2張り出し部とを有する鋳物を鋳造する金型であって、
この金型は、底面に設けられる湯口と、この湯口から立ち上がる主湯道と、この主湯道から分岐する第1湯道と、この第1湯道で溶湯が供給され前記第1張り出し部を形成する第1キャビティと、前記主湯道から分岐する第2湯道と、この第2湯道で溶湯が供給され前記第2張り出し部を形成する第2キャビティとを有し、
前記主湯道の出口に、この主湯道へ突出する円錐部が設けられ、前記主湯道を通る溶湯が前記円錐部の円錐面に沿いながら前記第1湯道と前記第2湯道に分流されるようにした。
中央部と、この中央部から張り出す第1張り出し部と、前記中央部から前記第1張り出し部とは別方向へ張り出す第2張り出し部とを有する鋳物を鋳造する金型であって、
この金型は、底面に設けられる湯口と、この湯口から立ち上がる主湯道と、この主湯道から分岐する第1湯道と、この第1湯道で溶湯が供給され前記第1張り出し部を形成する第1キャビティと、前記主湯道から分岐する第2湯道と、この第2湯道で溶湯が供給され前記第2張り出し部を形成する第2キャビティとを有し、
前記主湯道の出口に、この主湯道へ突出する円錐部が設けられ、前記主湯道を通る溶湯が前記円錐部の円錐面に沿いながら前記第1湯道と前記第2湯道に分流されるようにした。
請求項3に係る発明は、好ましくは、請求項2記載の金型であって、
前記鋳物は、ナックルであり、
前記中央部は、車軸穴を有する車軸部であり、
前記金型は、前記車軸穴を形成する柱部を更に備え、
前記円錐部は、前記柱部の先端に設けられている。
前記鋳物は、ナックルであり、
前記中央部は、車軸穴を有する車軸部であり、
前記金型は、前記車軸穴を形成する柱部を更に備え、
前記円錐部は、前記柱部の先端に設けられている。
請求項4に係る発明は、好ましくは、請求項1記載のアルミニウム鋳造方法で用いられる金型であって、
前記金型は、キャビティに溜まるガスを排出するガス抜き部を備えており、
このガス抜き部に、30μm~80μmの大きさの通気孔が設けられている。
前記金型は、キャビティに溜まるガスを排出するガス抜き部を備えており、
このガス抜き部に、30μm~80μmの大きさの通気孔が設けられている。
請求項5に係る発明は、好ましくは、請求項4記載の金型であって、
前記ガス抜き部は、前記金型に嵌められる筒体であり、この筒体は前記キャビティに面する底部を有し、この底部に前記通気孔が設けられている。
前記ガス抜き部は、前記金型に嵌められる筒体であり、この筒体は前記キャビティに面する底部を有し、この底部に前記通気孔が設けられている。
請求項6に係る発明は、好ましくは、請求項5記載の金型であって、
前記通気孔は、30μm~80μm幅のスリットである。
前記通気孔は、30μm~80μm幅のスリットである。
請求項7に係る発明は、好ましくは、請求項6記載の金型であって、
前記スリットは、前記底部に複数本互いに平行になるように設けられている。
前記スリットは、前記底部に複数本互いに平行になるように設けられている。
請求項8に係る発明は、好ましくは、請求項5記載の金型であって、
前記筒体は、鋳物を金型から分離する製品押出しピンを兼ねる。
前記筒体は、鋳物を金型から分離する製品押出しピンを兼ねる。
請求項1に係る発明では、電磁ポンプで溶湯を汲み上げる。電磁ポンプにより、溶湯に微小な圧力変動が付与され、この圧力変動により、溶湯の流動性が大きくなる。本発明方法によれば、重力金型鋳造法での溶湯の流動性より格段に流動性が高まるため、溶湯の温度は重力金型鋳造時より下げることができる。
また、本発明方法によれば、低圧金型鋳造法での溶湯の流動性より格段に流動性が高まるため、金型の温度も下げることができる。
また、本発明方法によれば、離型剤が薄いので、溶湯の熱が速やかに金型へ移動し、凝固時間が短くなる。
また、本発明方法によれば、低圧金型鋳造法での溶湯の流動性より格段に流動性が高まるため、金型の温度も下げることができる。
また、本発明方法によれば、離型剤が薄いので、溶湯の熱が速やかに金型へ移動し、凝固時間が短くなる。
以上により、本発明による溶湯は、重力金型鋳造法より、格段に短時間で凝固が完了する。鋳造時間が短くなるため、生産性が向上する。
すなわち、本発明により、溶湯を高圧にすること無く、生産性を高めることができる鋳造方法が提供される。
そして、本発明により、溶湯が短時間で凝固するため、凝固組織が微細化する。この微細化により、鋳物における機械的強度の向上が図れる。
すなわち、本発明により、溶湯を高圧にすること無く、生産性を高めることができる鋳造方法が提供される。
そして、本発明により、溶湯が短時間で凝固するため、凝固組織が微細化する。この微細化により、鋳物における機械的強度の向上が図れる。
請求項2に係る発明では、主湯道の出口に円錐部を設け、溶湯が円錐部の円錐面に沿いながら第1湯道と第2湯道に分流されるようにした。溶湯の流れの変化を穏やかにした。このことにより、鋳造欠陥の発生を抑えることができる。
また、第1キャビティと第2キャビティの間に湯口及び主湯道を設けたので、湯口から第2キャビティ末端までの距離が短くなった。
よって、本発明によれば、鋳造欠陥を伴わないで、湯口から第2キャビティ末端までの距離を短くすることができる金型が提供される。
また、第1キャビティと第2キャビティの間に湯口及び主湯道を設けたので、湯口から第2キャビティ末端までの距離が短くなった。
よって、本発明によれば、鋳造欠陥を伴わないで、湯口から第2キャビティ末端までの距離を短くすることができる金型が提供される。
請求項3に係る発明では、鋳物は、ナックルであり、中央部は、車軸穴を有する車軸部であり、金型は、車軸穴を形成する柱部を更に備え、円錐部は、柱部の先端に設けられている。
ナックルであれば、車軸穴は必須である。車軸穴を形成する柱部に円錐部を設けたので、円錐部を容易に主湯道へ突出させることができ、金型の製造コストを抑えることができる。
ナックルであれば、車軸穴は必須である。車軸穴を形成する柱部に円錐部を設けたので、円錐部を容易に主湯道へ突出させることができ、金型の製造コストを抑えることができる。
請求項4に係る発明では、電磁ポンプで汲み上げられたアルミニウムの溶湯が、注湯される金型において、この金型にガス抜き部を備え、このガス抜き部に、30μm~80μmの大きさの通気孔を設けた。30μm~80μmの大きさであれば、バリの問題は解消され、ガス抜き性も確保される。
よって、本発明により、電磁ポンプでアルミニウムの溶湯を注湯する場合に、ガス抜きのための隙間に溶湯が侵入しないような金型が提供される。
よって、本発明により、電磁ポンプでアルミニウムの溶湯を注湯する場合に、ガス抜きのための隙間に溶湯が侵入しないような金型が提供される。
請求項5に係る発明では、ガス抜き部は、金型に嵌められる筒体であり、この筒体の底部に通気孔を設けた。
金型は大型で、重いため、金型に直接隙間を設けることは容易でない。対して、本発明は、金型とは別体の筒体に隙間を設けた。筒体が小型、軽量であるため、隙間の形成加工が容易になる。
金型は大型で、重いため、金型に直接隙間を設けることは容易でない。対して、本発明は、金型とは別体の筒体に隙間を設けた。筒体が小型、軽量であるため、隙間の形成加工が容易になる。
請求項6に係る発明では、通気孔をスリットとした。スリットは長円であるため、開口面積を稼ぐことができる。また、スリットは、ワイヤ放電加工機により、容易に形成することができる。
請求項7に係る発明では、スリットを複数本設けたので、開口面積が増加し、ガス抜き性が高まる。
請求項8に係る発明では、筒体は、製品押出しピンを兼ねる。筒体は、ガス抜き作用と製品押出し作用を発揮するため、付加価値が高まる。
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図1に示されるように、保持炉10は、ヒータ11を備えてアルミニウムの溶湯12を貯留する炉である。この保持炉10に、電磁ポンプ20が設けられている。電磁ポンプ20は、制御部32で制御される。
また、溶湯12は、融点以上にヒータ11で加熱又は保温され、その温度は温度制御部66で制御される。
この例では、保持炉10に鋼製フレーム13を載せ、この鋼製フレーム13で電磁ポンプ20が支えられている。しかし、保持炉10に電磁ポンプ20を取付ける形態は、任意である。
また、溶湯12は、融点以上にヒータ11で加熱又は保温され、その温度は温度制御部66で制御される。
この例では、保持炉10に鋼製フレーム13を載せ、この鋼製フレーム13で電磁ポンプ20が支えられている。しかし、保持炉10に電磁ポンプ20を取付ける形態は、任意である。
なお、保持炉10は、溶湯12の温度を所定値に保つ設備である。保持炉10は、溶解炉、出湯炉、取鍋(とりべ)などのアルミニウムを溶融状態で貯留する容器であればよく、狭義の保持炉に限定されない。
電磁ポンプ20の詳細な構造を、図2に基づいて説明する。
図2に示されるように、電磁ポンプ20は、ベースフランジ21と、このベースフランジ21を貫通して上下に伸びている導湯管22と、この導湯管22に収納される鉄心部材23と、導湯管22の下部を囲う下部コイル24と、この下部コイル24を囲いつつベースフランジ21に吊るされる下部ケース25と、導湯管22の上部を囲う上部コイル26と、この上部コイル26を囲いつつベースフランジ21に載っている上部ケース27と、導湯管22から上へ伸びる吐出管28と、この吐出管28を囲う湯面計29と、を備えている。
図2に示されるように、電磁ポンプ20は、ベースフランジ21と、このベースフランジ21を貫通して上下に伸びている導湯管22と、この導湯管22に収納される鉄心部材23と、導湯管22の下部を囲う下部コイル24と、この下部コイル24を囲いつつベースフランジ21に吊るされる下部ケース25と、導湯管22の上部を囲う上部コイル26と、この上部コイル26を囲いつつベースフランジ21に載っている上部ケース27と、導湯管22から上へ伸びる吐出管28と、この吐出管28を囲う湯面計29と、を備えている。
下部コイル24に通電すると、フレミングの左手の法則で、溶湯(図1、符号12)が引き上げられる。
次に、上部コイル26に通電し、下部コイル24を非通電にすると、溶湯が湯面計29まで引き上げられる。湯面計29のレベルが「待機レベル」になる。
これらの制御は、制御部(図1、符号32)で実施される。
次に、上部コイル26に通電し、下部コイル24を非通電にすると、溶湯が湯面計29まで引き上げられる。湯面計29のレベルが「待機レベル」になる。
これらの制御は、制御部(図1、符号32)で実施される。
フレミングの左手の法則により、電流を増すと、力が増加する。
上部コイル26の電流をさらに増すと、溶湯は湯面計29を超えて、吐出管28より上へ吐出される。すると、図1に示す導湯ブロック14を通って、金型50に注湯される。
よって、電磁ポンプ20は、保持炉10に貯留した溶湯12を汲み上げて、金型50へ供給する加圧注湯機構である。
上部コイル26の電流をさらに増すと、溶湯は湯面計29を超えて、吐出管28より上へ吐出される。すると、図1に示す導湯ブロック14を通って、金型50に注湯される。
よって、電磁ポンプ20は、保持炉10に貯留した溶湯12を汲み上げて、金型50へ供給する加圧注湯機構である。
なお、金型50は、ヒータや水通路を備えており、温度制御部66により、常に金型50の各部の温度を計測し、この計測値が所定温度になるように、温度制御する。この温度制御により、注湯直前の金型50の温度が適温に保たれる。
本発明者らは、加圧注湯機構としての電磁ポンプ20に、電磁作用特有の圧力現象があり、この現象に注目した。この現象を、図3に基づいて説明する。
図3に示されるように、導湯管22と鉄心部材23との間の通路を、溶湯12が上向きに流れている。上部コイル26の上端部26aから鉄心部材23へ達する磁場31は上に凸になるように湾曲形状になる。この湾曲の程度は変化する。給電の周波数が50Hzであれば、湾曲の度合いは、2倍の100Hzで変動する。
この磁場31の変動(変位)に起因して、溶湯12の圧力(吐出圧力)が、細かい周期(100Hz)で、微小変動する。すなわち、溶湯12に細かな脈動が不可避的に発生する。
この磁場31の変動(変位)に起因して、溶湯12の圧力(吐出圧力)が、細かい周期(100Hz)で、微小変動する。すなわち、溶湯12に細かな脈動が不可避的に発生する。
次に、鋳物35の形態を説明する。
図4(a)に示されるように、鋳物35は、中央部36と、この中央部36から張り出す第1張り出し部42と、中央部36から第1張り出し部42とは別方向へ第2張り出し部43とを有する。鋳物35の用途は、任意であるが、例えば、車両部品の一種であるナックル鋳物である。
図4(a)に示されるように、鋳物35は、中央部36と、この中央部36から張り出す第1張り出し部42と、中央部36から第1張り出し部42とは別方向へ第2張り出し部43とを有する。鋳物35の用途は、任意であるが、例えば、車両部品の一種であるナックル鋳物である。
図4(b)に示されるように、鋳物35としてのナックル鋳物40は、中央部36に相当する車軸部41と、この車軸部41から大きく張り出す第1張り出し部42と、車軸部41から反対側へ張り出す第2張り出し部43と、車軸部41から奥へ張り出す第3張り出し部44とを有している。車軸部41は中央に車軸穴45を有している。
このような形態のナックル鋳物40の鋳造に適した金型50を図5で説明する。
このような形態のナックル鋳物40の鋳造に適した金型50を図5で説明する。
図5に示されるように、金型50は、固定型51と可動型52からなる。
可動型52には、第1張り出し部(図4(b)、符号42)を形成する第1キャビティ53と、第2張り出し部(図4(b)、符号43)を形成する第2キャビティ54と、第3張り出し部(図4(b)、符号44)を形成する第3キャビティ55とが設けられている。
可動型52には、第1張り出し部(図4(b)、符号42)を形成する第1キャビティ53と、第2張り出し部(図4(b)、符号43)を形成する第2キャビティ54と、第3張り出し部(図4(b)、符号44)を形成する第3キャビティ55とが設けられている。
加えて、可動型52には、車軸穴(図4(b)、符号45)を形成する柱部56が設けられている。この柱部56は、抜き勾配が付いた円柱であり、第1~第3キャビティ53~55を突き抜けるようにして、固定型51まで延び、先端に、下へ尖っている円錐部57を備えている。
固定型51は、下面に湯口58を備え、この湯口58から上へ延びる主湯道59を備え、円錐部57で分岐されつつ円錐部57に沿って延びる第1湯道61、第2湯道62及び第3湯道63を備えている。第3湯道63は、作図の都合で、円錐部57の奥と、手前を通る。
第1湯道61は第1キャビティ53に繋がり、第2湯道62は第2キャビティ54に繋がり、第3湯道63は第3キャビティ55に繋がっている。
第1湯道61は第1キャビティ53に繋がり、第2湯道62は第2キャビティ54に繋がり、第3湯道63は第3キャビティ55に繋がっている。
円錐部57は、主湯道59の出口に、主湯道59へ突出した形態で設けられている。
そのため、湯口58から主湯道59へ流れる溶湯12は、円錐部57の頂点57aで分けられ、円錐面57bに沿って流れる。したがって、第1湯道61、第2湯道62及び第3湯道63を流れる溶湯12は、乱れることなく円滑に流れる。
そのため、湯口58から主湯道59へ流れる溶湯12は、円錐部57の頂点57aで分けられ、円錐面57bに沿って流れる。したがって、第1湯道61、第2湯道62及び第3湯道63を流れる溶湯12は、乱れることなく円滑に流れる。
図中、64は、製品部と非製品部との境界線であり、この境界線64は円錐部57と柱部56の境目を通る線である。
次に、従来の技術(重力金型鋳造法)と本発明(電磁ポンプを用いた鋳造法)とを比較しつつ、金型(図6(a)、符号130)又は金型(図7、符号50)へ注湯する溶湯について説明する。
重力金型鋳造法では、注湯直前の金型温度(部位によって温度は異なる。)を、240℃~360℃の範囲に制御する。加えて、金型には、図6(b)で説明される離型剤を塗布した。
図6(a)に示されるように、金型130の高い位置に設けた湯口131から、注湯する。溶湯は下へ傾斜する湯道132を通って、キャビティ133を満たす。
図6(a)に示されるように、金型130の高い位置に設けた湯口131から、注湯する。溶湯は下へ傾斜する湯道132を通って、キャビティ133を満たす。
図6(b)に示されるように、離型剤134は、経験に基づいて、厚さtaを150μmとした。
離型剤134は、例えば、黒鉛又はセラミックスを溶剤で溶いて、金型120へガン又は刷毛で塗布する。
図6(c)に示されるように、この条件での鋳造時間は80秒であった。
離型剤134は、例えば、黒鉛又はセラミックスを溶剤で溶いて、金型120へガン又は刷毛で塗布する。
図6(c)に示されるように、この条件での鋳造時間は80秒であった。
図3で説明したように、電磁ポンプを用いると溶湯の流動性が増す。この知見から、本発明者らは、溶湯温度を下げても、キャビティの末端まで溶湯を流すことができることに気づいた。加えて、溶湯温度が下がると、注湯直前の金型温度を下げることができる。
さらに加えて、溶湯温度が下がると、金型への熱的ダメージが軽減されるため、離型剤を薄くすることができる。加えて、溶湯の流動性が高いことでも、金型への熱的ダメージが軽減されるため、離型剤を薄くすることができる。
以上の知見に基づいて、本発明が導き出された。本発明の詳細を、図7(a)~(c)に基づいて説明する。
以上の知見に基づいて、本発明が導き出された。本発明の詳細を、図7(a)~(c)に基づいて説明する。
電磁ポンプを用いた鋳造法では、注湯直前の金型温度(部位によって温度は異なる。)を、120℃~240℃の範囲に制御する。これでも、溶湯はキャビティの末端まで凝固することなく流れた。加えて、金型には、図7(b)に示される離型剤を塗布した。
図7(a)に示されるように、実施例では、電磁ポンプ20で金型50へ注湯する。
図7(a)に示されるように、実施例では、電磁ポンプ20で金型50へ注湯する。
図7(b)に示されるように、離型剤は、粉末離型剤65を採用した。粉末離型剤65は、静電塗装法により、粉末を金型50へ吹き付ける。
粉末離型剤65は、例えば、珪藻土を主成分とする粉末からなる。珪藻土は、内部に微細な隙間を無数に有し、こられの隙間に空気が封じ込められているため、断熱性能に富む。薄い膜厚であっても、溶湯から金型50への伝熱を良好に遮断する。
粉末離型剤65は、例えば、珪藻土を主成分とする粉末からなる。珪藻土は、内部に微細な隙間を無数に有し、こられの隙間に空気が封じ込められているため、断熱性能に富む。薄い膜厚であっても、溶湯から金型50への伝熱を良好に遮断する。
静電塗装のため、塗装時における吹付物の付着力が高まる。加えて、吹付物が粉末であると、粉末が金型50の表面に一列に並ぶ。既存の離型剤に比較して、薄くとも十分に離形性能が維持される見通しを得た。そこで、本発明では、粉末離型剤65の厚さTbを20μmとした。
図7(c)に示されるように、溶湯温度を10℃下げて700℃とし、注湯直前の金型温度(部位によって温度は異なる。)を120~240℃の範囲として、金型50へ注湯した。この条件での鋳造時間は45秒であった。
粉末離型剤65の厚さTbが薄いため、溶湯から金型50への熱移動が盛んになり、鋳造時間が大幅に短縮できる見通しを得た。
そこで、本発明者らは、次に述べる実験を行った。実験では、キャビティの末端まで溶湯が回ることを前提にして、溶湯温度を下げてみた。
そこで、本発明者らは、次に述べる実験を行った。実験では、キャビティの末端まで溶湯が回ることを前提にして、溶湯温度を下げてみた。
(1)実験条件:
(1-1)鋳造法:重力金型鋳造又は電磁ポンプを用いた鋳造
(1-2)離型剤の厚さ:150μm又は20μm(粉体)
(1-3)溶湯:液相線温度が615℃であるAC4CH(アルミニウム合金)
(1-4)溶湯温度:710℃、700℃、680℃、670℃、660℃又は635℃
(1-5)実験で測定する事項:鋳造時間
(1-1)鋳造法:重力金型鋳造又は電磁ポンプを用いた鋳造
(1-2)離型剤の厚さ:150μm又は20μm(粉体)
(1-3)溶湯:液相線温度が615℃であるAC4CH(アルミニウム合金)
(1-4)溶湯温度:710℃、700℃、680℃、670℃、660℃又は635℃
(1-5)実験で測定する事項:鋳造時間
実験01:重力金型鋳造法にて、金型に150μmの離型剤を塗布し、溶湯温度を710℃としたところ、図6(c)で説明したように、鋳造時間は80秒であった。
実験02:溶湯温度を700℃に下げ、その他の条件は実験01と同じとした。鋳造時間は60秒であった。
実験02:溶湯温度を700℃に下げ、その他の条件は実験01と同じとした。鋳造時間は60秒であった。
実験03:電磁ポンプを用いた鋳造法にて、金型に20μmの粉末離型剤を静電塗装し、溶湯温度を700℃としたところ、図7(c)で説明したように、鋳造時間は45秒であった。
実験04:溶湯温度を680℃に下げ、その他の条件は実験03と同じとした。鋳造時間は41秒であった。
実験04:溶湯温度を680℃に下げ、その他の条件は実験03と同じとした。鋳造時間は41秒であった。
実験05:溶湯温度を670℃に下げ、その他の条件は実験03と同じとした。鋳造時間は39秒であった。
実験06:溶湯温度を660℃に下げ、その他の条件は実験03と同じとした。鋳造時間は37秒であった。
実験07:溶湯温度を635℃に下げ、その他の条件は実験03と同じとした。鋳造時間は32秒であった。
実験06:溶湯温度を660℃に下げ、その他の条件は実験03と同じとした。鋳造時間は37秒であった。
実験07:溶湯温度を635℃に下げ、その他の条件は実験03と同じとした。鋳造時間は32秒であった。
(2)実験により知り得たこと:
従来の技術(実験01、02)では、鋳造時間が60~80秒であったものが、本発明の技術(実験03~07)では、鋳造時間32~45秒となり、鋳造時間がほぼ半分になった。
従来の技術(実験01、02)では、鋳造時間が60~80秒であったものが、本発明の技術(実験03~07)では、鋳造時間32~45秒となり、鋳造時間がほぼ半分になった。
(3)機械試験:
実験01で得た鋳物から切り出した試験片を、「テストピース1」とし、機械的性質を調べた。また、実験07で得た鋳物から切り出した試験片を、「テストピース2」とし、機械的性質を調べた。
実験01で得た鋳物から切り出した試験片を、「テストピース1」とし、機械的性質を調べた。また、実験07で得た鋳物から切り出した試験片を、「テストピース2」とし、機械的性質を調べた。
(3-1)テストピース1の機械的性質:
・2次デンドライトアームスペース:25~35μm
・引張り強さ:290MPa
・0.2%耐力:210MPa
・破断伸び:13.7%
・107回疲労限界:62.2MPa
・2次デンドライトアームスペース:25~35μm
・引張り強さ:290MPa
・0.2%耐力:210MPa
・破断伸び:13.7%
・107回疲労限界:62.2MPa
(3-2)テストピース2の機械的性質:
・2次デンドライトアームスペース:8~25μm
・引張り強さ:312MPa
・0.2%耐力:238MPa
・破断伸び:12.2%
・107回疲労限界:75.7MPa
・2次デンドライトアームスペース:8~25μm
・引張り強さ:312MPa
・0.2%耐力:238MPa
・破断伸び:12.2%
・107回疲労限界:75.7MPa
(3-3)評価:
2次デンドライトアームスペース(DASII)は、結晶から延びる枝の長さである。枝が短いほど、鋳物は丈夫になる。
DASII、引張り強さ、耐力、破断伸び、疲労限界の全てが、重力金型鋳造法によるテストピース1よりも、電磁ポンプを用いた金型鋳造法によるテストピース2の方が、優れていた。
2次デンドライトアームスペース(DASII)は、結晶から延びる枝の長さである。枝が短いほど、鋳物は丈夫になる。
DASII、引張り強さ、耐力、破断伸び、疲労限界の全てが、重力金型鋳造法によるテストピース1よりも、電磁ポンプを用いた金型鋳造法によるテストピース2の方が、優れていた。
図8に示されるように、得られたナックル鋳物40を、境界線64に沿ってカットする。
図9に示されるように、製品部46と非製品部47とを分離する。製品部46は、機械加工を施すことで、ナックルに仕上げる。非製品部47は、スクラップとされ、再溶解され、次の鋳造に供される。
図9に示されるように、製品部46と非製品部47とを分離する。製品部46は、機械加工を施すことで、ナックルに仕上げる。非製品部47は、スクラップとされ、再溶解され、次の鋳造に供される。
本発明は、図6(b)で説明した離型剤134を、図7(b)に説明した薄い粉体離型剤65に変更することが、必須要素の一つとなる。
また、本発明は、図7(c)で説明したように、注湯直前に、金型50の各部の温度を120℃~240℃の範囲に設定する。この温度範囲は、別の実験と合わせて検討すると、110℃~250℃の範囲まで拡張が可能であった。
また、本発明は、図7(c)で説明したように、注湯直前に、金型50の各部の温度を120℃~240℃の範囲に設定する。この温度範囲は、別の実験と合わせて検討すると、110℃~250℃の範囲まで拡張が可能であった。
また、上述した実験05での鋳造時間は39秒、実験06での鋳造時間は37秒、実験07での鋳造時間は32秒であった。
上述した実験01での鋳造温度80秒の半分の40秒を、本発明の目標鋳造温度とすると、実験05~実験07は目標をクリアできた。
上述した実験01での鋳造温度80秒の半分の40秒を、本発明の目標鋳造温度とすると、実験05~実験07は目標をクリアできた。
・実験05の溶湯温度は670℃であった。液相線温度が615℃であるから、実験05の溶湯温度は、(液相線温度+55℃)となる。
・実験06の溶湯温度は660℃であった。液相線温度が615℃であるから、実験06の溶湯温度は、(液相線温度+45℃)となる。
・実験07の溶湯温度は635℃であった。液相線温度が615℃であるから、実験07の溶湯温度は、(液相線温度+20℃)となる。
・実験06の溶湯温度は660℃であった。液相線温度が615℃であるから、実験06の溶湯温度は、(液相線温度+45℃)となる。
・実験07の溶湯温度は635℃であった。液相線温度が615℃であるから、実験07の溶湯温度は、(液相線温度+20℃)となる。
溶湯温度が液相線温度に、20℃~55℃を加えた温度であれば、鋳造時間の半減が期待され、生産性の大幅な向上が図れる。
なお、本発明者らは、AC2B(液相線温度595℃)やADC12(液相線温度580℃)についても検証し、これらにおいても溶湯温度が液相線温度に、20℃~55℃を加えた温度であれば、鋳造時間が半減できた。
なお、本発明者らは、AC2B(液相線温度595℃)やADC12(液相線温度580℃)についても検証し、これらにおいても溶湯温度が液相線温度に、20℃~55℃を加えた温度であれば、鋳造時間が半減できた。
以上により、本発明は、次のように纏めることができる。
電磁ポンプで汲み上げたアルミニウムの溶湯を、金型へ注湯するアルミニウム鋳造方法であって、金型に塗布される粉体離型剤の厚さは、重力金型鋳造法での離型剤の厚さより薄く設定され、注湯直前の前記金型の温度は、110℃~250℃の範囲に収まるように制御され、注湯時の前記溶湯の温度は、アルミニウムの液相線温度に、20℃~55℃を加えた値に制御される。
電磁ポンプで汲み上げたアルミニウムの溶湯を、金型へ注湯するアルミニウム鋳造方法であって、金型に塗布される粉体離型剤の厚さは、重力金型鋳造法での離型剤の厚さより薄く設定され、注湯直前の前記金型の温度は、110℃~250℃の範囲に収まるように制御され、注湯時の前記溶湯の温度は、アルミニウムの液相線温度に、20℃~55℃を加えた値に制御される。
電磁ポンプは、金型へ低圧で溶湯を注湯する機構である。
重力金型鋳造法での離型剤の厚さより薄い粉体離型剤を採用し、溶湯の温度を従来より下げ、金型の温度を従来より下げたことにより、鋳造時間を従来の半分にすることができ、生産性を高めることができるようになった。
よって、本発明により、溶湯を高圧にすること無く、生産性を高めることができる鋳造方法が提供される。
重力金型鋳造法での離型剤の厚さより薄い粉体離型剤を採用し、溶湯の温度を従来より下げ、金型の温度を従来より下げたことにより、鋳造時間を従来の半分にすることができ、生産性を高めることができるようになった。
よって、本発明により、溶湯を高圧にすること無く、生産性を高めることができる鋳造方法が提供される。
なお、本発明方法は、構造が複雑なナックルの鋳造に好適であるが、鋳物はナックルに限るものではなく、任意である。
また、鋳造時間を40秒又はそれ以下で管理する場合、上述した実験05では、余裕が1秒である。季節や昼夜で金型の周囲温度が変化するため、余裕を3秒程度にすることは望ましいことである。実験06及び実験07であれば、余裕は3秒以上になる。
実験06では、注湯時の前記溶湯の温度は、アルミニウムの液相線温度に、45℃を加えた値に制御された。
実験07では、注湯時の前記溶湯の温度は、アルミニウムの液相線温度に、20℃を加えた値に制御された。
実験06では、注湯時の前記溶湯の温度は、アルミニウムの液相線温度に、45℃を加えた値に制御された。
実験07では、注湯時の前記溶湯の温度は、アルミニウムの液相線温度に、20℃を加えた値に制御された。
ところで、図17において、従来は金型120へ重力金型鋳造法又は低圧金型鋳造法で溶湯127を注湯していた。
重力金型鋳造法又は低圧金型鋳造法に比較して、電磁ポンプを用いた鋳造法の場合、溶湯127の流動性が高まる。流動性が高まると、流速が増加したのと同等の現象が起こる。すなわち、渦の発生や乱れは流速が大きいほど顕著になる。したがって、重力金型鋳造法又は低圧金型鋳造法に比較して、電磁ポンプを用いた鋳造法では溶湯流れの乱れ対策が強く求められる。
重力金型鋳造法又は低圧金型鋳造法に比較して、電磁ポンプを用いた鋳造法の場合、溶湯127の流動性が高まる。流動性が高まると、流速が増加したのと同等の現象が起こる。すなわち、渦の発生や乱れは流速が大きいほど顕著になる。したがって、重力金型鋳造法又は低圧金型鋳造法に比較して、電磁ポンプを用いた鋳造法では溶湯流れの乱れ対策が強く求められる。
対策として、図5に示される円錐部57が有効となる。すなわち、円錐部57は、重力金型鋳造法又は低圧金型鋳造法に比較して、電磁ポンプを用いた鋳造法に顕著な効果を発揮する。
以上により、本発明方法は、次のように纏めることができる。
図5に示される溶湯12は、電磁ポンプ(図1、符号20)で汲み上げられて、湯口58から主湯道59に供給され、円錐部57の円錐面57bに沿いながら第1湯道61と第2湯道62に分流され、第1湯道61を通る溶湯が第1キャビティ53に注湯され、第2湯道62を通る溶湯が第2キャビティ54に注湯される。
図5に示される溶湯12は、電磁ポンプ(図1、符号20)で汲み上げられて、湯口58から主湯道59に供給され、円錐部57の円錐面57bに沿いながら第1湯道61と第2湯道62に分流され、第1湯道61を通る溶湯が第1キャビティ53に注湯され、第2湯道62を通る溶湯が第2キャビティ54に注湯される。
電磁ポンプ(図1、符号20)により溶湯の流動性が高まる。溶湯の流動性が高いと、溶湯がキャビティの末端まで良好に到達するため、溶湯温度や金型温度を下げることができる。溶湯温度や金型温度が下がると溶湯の凝固時間が短くなり、生産性がさらに高まる。
尚、主湯道59から分岐する第1湯道61などの本数は、実施例では3本にしたが、2本又は4本以上であってもよく、複数であればよく、本数は任意である。
また、主湯道59から円盤状に湯道が広がる場合であっても、円盤状の湯道は、断面視で第1湯道と第2湯道を含むため、本発明に含まれる。
また、主湯道59から円盤状に湯道が広がる場合であっても、円盤状の湯道は、断面視で第1湯道と第2湯道を含むため、本発明に含まれる。
また、本発明の円錐部57は、底面が正円、楕円、長円、歪な円の何れであってもよい。また、三角錐や四角錐などの角錐は、稜線が乱れの発生源となるため、好ましくない。しかし、稜線を丸めた角錐であれば、円錐部57に含められる。
よって、円錐部57は、狭義の正円錐に限定されない。
よって、円錐部57は、狭義の正円錐に限定されない。
ところで、溶湯12にガスが含まれていると、鋳物35に巣の形態で残る。巣は鋳造欠陥となり、好ましくない。
そこで、金型50においても、ガス抜き対策を講じることが望まれる。
ガス抜き対策として、金型50に局部的に「隙間」を設けることが推奨される。ただし、隙間が大きいと、ガス抜き性能は大きくなるが、隙間に溶湯の一部が侵入し、バリとなる。逆に、隙間が小さいと、バリの発生は抑制されるが、ガス抜き性能は小さくなる。
加えて、電磁ポンプ20の採用で、溶湯12の流動性が高まるため、隙間の設定には十分な検討が必要である。
そこで、ガス抜きのための隙間の大きさを、実験により確かめることにした。
そこで、金型50においても、ガス抜き対策を講じることが望まれる。
ガス抜き対策として、金型50に局部的に「隙間」を設けることが推奨される。ただし、隙間が大きいと、ガス抜き性能は大きくなるが、隙間に溶湯の一部が侵入し、バリとなる。逆に、隙間が小さいと、バリの発生は抑制されるが、ガス抜き性能は小さくなる。
加えて、電磁ポンプ20の採用で、溶湯12の流動性が高まるため、隙間の設定には十分な検討が必要である。
そこで、ガス抜きのための隙間の大きさを、実験により確かめることにした。
(4)実験条件:
(4-1)鋳造法:重力金型鋳造法もしくは低圧金型鋳造法又は電磁ポンプを用いた鋳造法
(4-2)ガス抜きのための隙間の設定:0.01mm(10μm)~0.2mm(200μm)
(4-3)実験で確かめる事項:バリの有無、ガス抜き性の良否
(4-1)鋳造法:重力金型鋳造法もしくは低圧金型鋳造法又は電磁ポンプを用いた鋳造法
(4-2)ガス抜きのための隙間の設定:0.01mm(10μm)~0.2mm(200μm)
(4-3)実験で確かめる事項:バリの有無、ガス抜き性の良否
実験11:重力金型鋳造法もしくは低圧金型鋳造法とし、ガス抜きのための隙間は0.2mm(200μm)として実験を行った。ガス抜きのための隙間が0.2mmではバリは発生せず、ガス抜き性は良好であったので、評価は〇(good)である。
実験12:重力金型鋳造法もしくは低圧金型鋳造法とし、ガス抜きのための隙間は0.1mm(100μm)として実験を行った。ガス抜きのための隙間が0.1mmではガス抜き性がやや悪くなったので、評価はX(bad)である。
実験12:重力金型鋳造法もしくは低圧金型鋳造法とし、ガス抜きのための隙間は0.1mm(100μm)として実験を行った。ガス抜きのための隙間が0.1mmではガス抜き性がやや悪くなったので、評価はX(bad)である。
実験13:電磁ポンプを用いた鋳造法とし、ガス抜きのための隙間は0.2mm(200μm)として実験を行った。電磁ポンプにより溶湯の流動性が増したため、ガス抜きのための隙間が0.2mmではバリが多量に発生した。評価は×である。
実験14:電磁ポンプを用いた鋳造法とし、ガス抜きのための隙間は0.1mm(100μm)として実験を行った。ガス抜きのための隙間が0.1mmでも少量のバリが発生した。評価は×である。
実験15:電磁ポンプを用いた鋳造法とし、ガス抜きのための隙間は0.08mm(80μm)として実験を行った。ガス抜きのための隙間が0.08mmではバリの発生が認められなかった。評価は○である。
実験14:電磁ポンプを用いた鋳造法とし、ガス抜きのための隙間は0.1mm(100μm)として実験を行った。ガス抜きのための隙間が0.1mmでも少量のバリが発生した。評価は×である。
実験15:電磁ポンプを用いた鋳造法とし、ガス抜きのための隙間は0.08mm(80μm)として実験を行った。ガス抜きのための隙間が0.08mmではバリの発生が認められなかった。評価は○である。
隙間が0.08mm(80μm)以下であれば、電磁ポンプを用いても、バリの問題は解消できることがわかった。しかし、隙間は小さいほどガス抜き性が低下するので、その点を検証するために、実験を続けた。
実験16:電磁ポンプを用いた鋳造法とし、ガス抜きのための隙間は0.05mm(50μm)として実験を行った。ガス抜き性は、維持されたので、評価は○である。
実験17:電磁ポンプを用いた鋳造法とし、ガス抜きのための隙間は0.03mm(30μm)として実験を行った。ガス抜き性は、維持されたので、評価は○である。
実験17:電磁ポンプを用いた鋳造法とし、ガス抜きのための隙間は0.03mm(30μm)として実験を行った。ガス抜き性は、維持されたので、評価は○である。
実験18:電磁ポンプを用いた鋳造法とし、ガス抜きのための隙間は0.02mm(20μm)として実験を行った。ガス抜き性は、やや悪化した。評価は×である。
実験19:電磁ポンプを用いた鋳造法とし、ガス抜きのための隙間は0.01mm(10μm)として実験を行った。ガス抜き性は、さらに悪化した。評価は×である。
実験19:電磁ポンプを用いた鋳造法とし、ガス抜きのための隙間は0.01mm(10μm)として実験を行った。ガス抜き性は、さらに悪化した。評価は×である。
以上から、電磁ポンプを用いた鋳造法では、ガス抜きのための隙間は、0.03mm(30μm)~0.08mm(80μm)が好適であることは分かった。
以上に述べた大きさの隙間を適用した、具体例を以下に説明する。
以上に述べた大きさの隙間を適用した、具体例を以下に説明する。
本発明の金型50には、以下に説明するガス抜き部70が嵌められる。
図10に示されるように、金型50の構成要素の一つである可動型52に、キャビティ67へ開口するガス抜き部収納凹部68と、このガス抜き部収納凹部68から型外まで延びる貫通穴69が設けられている。この貫通穴69は、ガス抜き部収納凹部68よりも十分に小径である。このようなガス抜き部収納凹部68に、ガス抜き部70が嵌められる。図で右側のガス抜き部収納凹部68には、既にガス抜き部70が嵌められている。
図10に示されるように、金型50の構成要素の一つである可動型52に、キャビティ67へ開口するガス抜き部収納凹部68と、このガス抜き部収納凹部68から型外まで延びる貫通穴69が設けられている。この貫通穴69は、ガス抜き部収納凹部68よりも十分に小径である。このようなガス抜き部収納凹部68に、ガス抜き部70が嵌められる。図で右側のガス抜き部収納凹部68には、既にガス抜き部70が嵌められている。
図11に示されるように、ガス抜き部70は、例えば、底部71を有する有底の筒体72と、この筒体72の開口端を塞ぐリッド73とからなる中空体である。リッド73は、かしめ、ねじ込み、溶接などにより、筒体72に固定される。ガス抜き部70は、丈夫な炭素鋼で構成される。
リッド73には、貫通穴(図10、符号69)に繋がる穴74が設けられている。また、底部71には、通気孔75が設けられている。
通気孔75から筒体72内へ入ったガスは、穴74を通って、貫通穴(図10、符号69)に至る。
通気孔75から筒体72内へ入ったガスは、穴74を通って、貫通穴(図10、符号69)に至る。
なお、リッド73を省いて、ガス抜き部70は、底部71を有する有底の筒体72のみで構成してもよい。
図12に示されるように、通気孔75は、幅Wが30μm~80μmである細長いスリットであり、複数本(例えば3本)が互いに平行になるように底部71に設けられている。スリットは、ワイヤ放電加工機で容易に形成される。
なお、通気孔75は、図13(a)に示されるように、放射状に配置したスリットであってもよい。
また、通気孔75は、図13(b)に示されるように、多数個の微細丸穴76に代えてもよい。この場合、微細丸穴76の穴径は、30μm~80μmとする。ただし、微細丸穴76は個数が多いため、加工時間が長くなる。一方、スリットは微細丸穴76が集合した穴と見なせる。加工コストを考えると、微細丸穴76より、スリットが勝る。
また、通気孔75は、図13(b)に示されるように、多数個の微細丸穴76に代えてもよい。この場合、微細丸穴76の穴径は、30μm~80μmとする。ただし、微細丸穴76は個数が多いため、加工時間が長くなる。一方、スリットは微細丸穴76が集合した穴と見なせる。加工コストを考えると、微細丸穴76より、スリットが勝る。
図1に示す電磁ポンプ20で汲み上げたアルミニウムの溶湯13は、導湯ブロック14を通って金型50に注湯される。この注湯の前には、図10に示すキャビティ67に、空気が満たされている。この空気は、注湯中に溶湯13で押される。押されると、ガス抜き部70を通り、貫通穴69を通って排出される。
空気に代わって溶湯13がキャビティ67に充満する。充満すると溶湯13が、図12に示される底部71に接触する。既に説明したように、30μm~80μmの大きさの通気孔75は、溶湯13を通さない。30μm~80μmの大きさの通気孔75は、空気などのガスのみを通す。結果、バリの発生が抑制される。
このような特長を有するガス抜き部70は、製品押出ピンを兼ねさせることができる。その具体例を、図14に基づいて説明する。
図14に示されるように、筒体72は、可動型52を上下に貫通するように十分に長くする。そして、筒体72の上端(底部71から十分に離れた部位)に鍔部81を付設しておく。
この鍔部81を上エジェクタプレート82と下エジェクタプレート83とで挟む。
下エジェクタプレート83からガイドロッド84を延ばして可動型52に挿入する。
図14に示されるように、筒体72は、可動型52を上下に貫通するように十分に長くする。そして、筒体72の上端(底部71から十分に離れた部位)に鍔部81を付設しておく。
この鍔部81を上エジェクタプレート82と下エジェクタプレート83とで挟む。
下エジェクタプレート83からガイドロッド84を延ばして可動型52に挿入する。
可動型52に、門型フレーム85を載せ、この門型フレーム85からエジェクタ駆動機構86を下げ、このエジェクタ駆動機構86を上エジェクタプレート82に繋ぐ。エジェクタ駆動機構86は、エアシリンダ、油圧シリンダ、電動シリンダの何れでもよい。
下エジェクタプレート83は、圧縮ばね87で上方へ付勢され、門型フレーム85に設けたストッパ88で、上昇位置が確定される。
キャビティ67の空気がガス抜き部70で排出され、代わりにキャビティ67が溶湯で満たされる。この溶湯が固まったら、可動型52は上昇される。次に、エジェクタ駆動機構86で上エジェクタプレート82及び下エジェクタプレート83を下げる。すると、ガス抜き部70がキャビティ67内へ突出する。この突出により、鋳物が可動型52から離れる。
次に、エジェクタ駆動機構86で上エジェクタプレート82及び下エジェクタプレート83を上げる。これで、図14の状態に戻る。
次に、エジェクタ駆動機構86で上エジェクタプレート82及び下エジェクタプレート83を上げる。これで、図14の状態に戻る。
筒体72(ガス抜き部70)は、製品押出しピンを兼ねる。筒体72(ガス抜き部70)は、ガス抜き作用と製品押出し作用を発揮するため、付加価値が高まる。
尚、ガス抜き部70は、可動型52に一体的に設けてもよい。しかし、通気孔75が微細であるため、実施例のように、可動型52とは別体のガス抜き部70とした方が、加工が容易になる。
本発明は、電磁ポンプで汲み上げたアルミニウムの溶湯を、金型へ注湯するアルミニウム鋳造方法及びこの鋳造方法で用いる金型に好適である。
12…溶湯、20…電磁ポンプ、35…鋳物、36…中央部、40…ナックル鋳物、41…車軸部、42…第1張り出し部、43…第2張り出し部、45…車軸穴、50…金型、53…第1キャビティ、54…第2キャビティ、56…柱部、57…円錐部、57a…頂点、57b…円錐面、58…湯口、59…主湯道、61…第1湯道、62…第2湯道、65…本発明での粉体離型剤、67…キャビティ、70…ガス抜き部、71…底部、72…筒体、75…通気孔、134…重力金型鋳造法での離型剤。
Claims (8)
- 電磁ポンプで汲み上げたアルミニウムの溶湯を、金型へ注湯するアルミニウム鋳造方法であって、
前記金型に塗布される粉体離型剤の厚さは、重力金型鋳造法での離型剤の厚さより薄く設定され、
注湯直前の前記金型の温度は、110℃~250℃の範囲に収まるように制御され、
注湯時の前記溶湯の温度は、前記アルミニウムの液相線温度に、20℃~55℃を加えた値に制御されるアルミニウム鋳造方法。 - 請求項1記載のアルミニウム鋳造方法で用いられる金型であり、
中央部と、この中央部から張り出す第1張り出し部と、前記中央部から前記第1張り出し部とは別方向へ張り出す第2張り出し部とを有する鋳物を鋳造する金型であって、
この金型は、底面に設けられる湯口と、この湯口から立ち上がる主湯道と、この主湯道から分岐する第1湯道と、この第1湯道で溶湯が供給され前記第1張り出し部を形成する第1キャビティと、前記主湯道から分岐する第2湯道と、この第2湯道で溶湯が供給され前記第2張り出し部を形成する第2キャビティとを有し、
前記主湯道の出口に、この主湯道へ突出する円錐部が設けられ、前記主湯道を通る溶湯が前記円錐部の円錐面に沿いながら前記第1湯道と前記第2湯道に分流されるようにした金型。 - 請求項2記載の金型であって、
前記鋳物は、ナックルであり、
前記中央部は、車軸穴を有する車軸部であり、
前記金型は、前記車軸穴を形成する柱部を更に備え、
前記円錐部は、前記柱部の先端に設けられている金型。 - 請求項1記載のアルミニウム鋳造方法で用いられる金型であって、
前記金型は、キャビティに溜まるガスを排出するガス抜き部を備えており、
このガス抜き部に、30μm~80μmの大きさの通気孔が設けられている金型。 - 請求項4記載の金型であって、
前記ガス抜き部は、前記金型に嵌められる筒体であり、この筒体は前記キャビティに面する底部を有し、この底部に前記通気孔が設けられている金型。 - 請求項5記載の金型であって、
前記通気孔は、30μm~80μm幅のスリットである金型。 - 請求項6記載の金型であって、
前記スリットは、前記底部に複数本互いに平行になるように設けられている金型。 - 請求項5記載の金型であって、
前記筒体は、鋳物を金型から分離する製品押出しピンを兼ねる金型。
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