(57)【要約】【課題】全体として良好な寸法精度と収縮歪みが偏在化しない鋳造品を成型することが出来るようにする。【解決手段】低圧鋳造装置は、溶融アルミニウムを金型４のキャビティ１０に低圧充填した後、この金型４のキャビティ１０内で溶融アルミニウムを冷却、凝固させて鋳造品を成型するものであって、金型４としてオーステナイト系ステンレス鋼や鋳鋼、鋳鉄からなる金型４を使用したものである。一般的なオーステナイト系ステンレス鋼は軟らかいので、珪素やクロムを多く添加したものがよく、また鋳鍛造品を内面切削、研磨してキャビティ１０を仕上げたものがよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融アルミニウムを金型４のキャビティ１０に低圧充填した後、この金型４のキャビティ１０内で溶融アルミニウムを冷却、凝固させて鋳造品を成型する低圧鋳造装置において、金型４としてオーステナイト系ステンレス鋼や鋳鋼、鋳鉄からなる金型４を使用したことを特徴とする低圧鋳造装置。
【請求項２】
金型４がオーステナイト系ステンレスの鋳鍛造品を内面切削、研磨してキャビティ１０を仕上げたものからなることを特徴とする請求項１に記載の低圧鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶融アルミニウムを金型に充填した後、この金型内で溶融アルミニウムを凝固させて鋳造品を成型する鋳造装置に関し、特に、加熱した金型のキャビティに溶融アルミニウムを比較的低い圧力で充填し、この溶融アルミニウムを金型と共に冷却して硬化させて成型する低圧鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属とキャビティとの間の圧力差を利用して、キャビティ内に溶融金属を充填して鋳造する方法に、低圧鋳造法、差圧鋳造法及び減圧鋳造法等がある。このうち低圧鋳造法は、例えば溶融アルミニウムを収納した密閉炉に不活性ガスや二酸化炭素等のガスによる比較的低い圧力を付加し、この圧力で密閉炉内の溶融アルミニウムをストークを介して上方に押し上げ、密閉炉の上位に配置された鋳型に溶融アルミニウムを充填し、鋳造品を製造する方法である。この低圧鋳造法は、緻密で強度の高いアルミニウム鋳造品を得ることが出来るため、車輌の部材等に使用されるアルミニウム鋳造品を製造するのに広く利用されている。
【０００３】
このような低圧鋳造法は、ガスを巻き込まずにルツボや密閉炉内の酸化物の少ない溶融アルミニウムを静かに金型のキャビティ内に下から上へと充填することにより、気泡や酸化物を含まない鋳造品を容易に鋳造することが出来る利点がある。さらに金型のキャビティ内に溶融アルミニウムを充填したとき、キャビティの奥から湯口に向かって温度低下が起こるような温度勾配を形成することにより、キャビティ奥から湯口に向けて溶融アルミニウムの凝固が起こり、最後に湯口の部分の溶融アルミニウムが凝固する。このため、キャビティ内で溶融アルミニウムが凝固して収縮した容積分だけ湯口から溶融アルミニウムを追加して充填される。これによりキャビティ内で溶融アルミニウムが凝固するときに、収縮するのに起因して起こる引け鬆や引け緩みが起こらない。これらの理由から低圧鋳造法では重力鋳造法やダイカスト法等の他の鋳造法に比べて良質の鋳造品を鋳造することが出来る利点がある。
【０００４】
この低圧鋳造装置においては、金型のキャビティ内に溶融アルミニウムを充填したとき、金型内で湯が踊ることなく静かに充填して気泡を巻き込まないで充填するので、０．５ｍ／ｓ以下という非常に遅い速度で充填する必要があり、この為充填した溶融アルミニウムが直ぐに冷却、凝固、硬化しないように、予め金型を３５０℃程度の温度に予熱しておく。この予熱された金型は、製品（キャビティー）の形状と熱容量によっても違うが、予め前述の様に温度差を付けておく場合も含めて、キャビティ内に溶融アルミニウムを充填し、その後前記のような温度勾配を形成しながら金型と共にそのキャビティ内の溶融アルミニウムを冷却し、凝固、硬化させる。
【０００５】
この成型鋳造の工程において、金型のキャビティ内に充填された溶融アルミニウムは、充填後に自然放熱あるいは強制放熱により冷却される。溶融アルミニウムは部位により温度降下速度は異なるがキャビティ内で次第に温度低下し、凝固、硬化する。このときキャビティを形成する金型も同時に温度低下する。温度低下するアルミニウムは収縮するが、金型も同時に温度低下に伴って収縮する。
【０００６】
従来において、金型には強度が大きく、変形しにくく、且つ熱膨張率の小さな鉄系のダイス鋼が使用されていた。この金型はアルミニウムに比べて熱膨張率が小さいので、前記の冷却過程において、キャビティ内のアルミニウムに比べて金型の収縮量が小さく、金型の内側にアルミニウムが有る場合は、キャビティとその中のアルミニウム鋳造品との間に隙間が出来る。逆に金型が中子の様な状態で金型の外側にアルミニウムが有る場合は、金型がアルミニウムで締め付けられる様になって、金型は抜けにくく、アルミニウムは歪んでしまう事になる。このため、鋳造品は部位によって収縮量が違い、部分的に隙間や変形が生じ、寸法精度が部分的に悪くなったり、収縮歪みが偏在する等の問題が起こる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２６０５５８号公報
【特許文献２】特開２００３−１０９５８号公報
【特許文献３】特開２００２−１１５４６号公報
【特許文献４】特開平０９−８５３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は前記従来の低圧鋳造装置における課題に鑑み、溶融アルミニウムのキャビティ内での冷却に際し、金型がアルミニウムの収縮に同調して収縮し、全体として良好な寸法精度を有し、かつ収縮歪みが偏在化しない鋳造品を成型することが出来る低圧鋳造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では前記の目的を達成するため、金型４としてオーステナイト系ステンレス鋼や鋳鋼、鋳鉄を使用し、鋳造品を成型するためのアルミニウムと熱膨張率が近い金型４とした。
すなわち、本発明による低圧鋳造装置は、溶融アルミニウムを金型４のキャビティ１０に低圧充填した後、この金型４のキャビティ１０内で溶融アルミニウムを冷却、凝固させて鋳造品を成型するものであって、金型４としてオーステナイト系ステンレス鋼や鋳鋼、鋳鉄からなる金型４を使用したものである。但し、一般的なオーステナイト系ステンレス鋼や鋳鋼、鋳鉄は軟らかいので、硬さを増す為に珪素やクロムを多く添加したものがよく、また鍛造品や鋳造品を内面切削、研磨してキャビティ１０を仕上げたものがよい。
【００１０】
このような本発明による鋳造装置では、オーステナイト系ステンレス鋼や鋳鋼、鋳鉄からなる金型４の熱膨張係数は、１７×１０−６／℃であり、これはそのキャビティ１０内に充填されるアルミニウムの熱膨張係数である２４×１０−６／℃に極めて近い。そのため、溶融アルミニウムを予め３５０℃程度の温度に加熱した金型４のキャビティ１０に低圧充填した後、金型４がそのキャビティ１０内の溶融アルミニウムと共に冷却されるとき、キャビティ１０内のアルミニウムの熱収縮に合わせて金型４も熱収縮するが、収縮した後の金型４と成型された鋳造品との間に生じる隙間や逆に金型へ張り付いてアルミニウム自身の変形が小さい。これにより、金型４のキャビティ１０内への溶融アルミニウムの充填から冷却、凝固、硬化に至るまで金型がアルミニウム鋳造品の外面を保持する。従って、当該熱収縮量を予め見込んで金型を設計することにより、全体として高い寸法精度を維持し、なお且つ収縮歪みや変形が特定の部位に偏在しない鋳造品を成型することが出来る。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明した通り、本発明では、溶融アルミニウムの金型４のキャビティ１０内への充填後の金型４の熱収縮がそのキャビティ１０内で成型されるアルミニウムと同調するため、溶融アルミニウムを充填した後の熱収縮量を予め見込んで金型を設計しておくことにより、全体として高い寸法精度を維持し、なお且つ収縮歪みが特定の部位に偏在しない鋳造品を成型することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による鋳造装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明による鋳造装置の他の実施例を示す断面図である。
【図３】本発明による鋳造装置の他の実施例を示す断面図である。
【図４】本発明による鋳造装置の他の実施例を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明ではその目的を達成するため、溶融アルミニウムのキャビティ内への充填後の冷却時に、金型がそのキャビティ内のアルミニウムと同調して熱収縮するように、金型としてアルミニウムと熱膨張係数が近いオーステナイト系ステンレス鋼からなる金型を使用した。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明による低圧鋳造装置の一実施例を示す断面図である。気密に密閉された密閉炉１の上部に設けたガス注入口２０に不活性ガスや二酸化炭素等のガスの図示してない供給源が接続され、密閉炉１の中にガスが圧送される。密閉炉１の内部に上面が開口した耐熱黒鉛容器であるルツボ２が収納され、このルツボ２の外壁に沿ってヒータ３が配設されている。このルツボ２の中央部に密閉炉１の蓋に取付けられたストーク８の下端が浸漬されている。密閉炉１の上に下金型５と上金型６とからなる金型４が配置されている。下金型５と上金型６との合わせ面にそれぞれ空間部が形成されており、この下金型５と上金型６とを重ね合わせたときに、前記空間部が鋳造品の形状のキャビティ１０となる。またこのキャビティ１０内には必要に応じて中子７が収納される。前記ストーク８の上端は金型４の底部に設けられたキャビティ１０に通じる湯口９に接続されている。
【００１５】
このような鋳造装置においては、不活性ガスをガス注入口２０から密閉炉１内に注入する。このガス圧力により、ルツボ２内の溶融金属の湯面が加圧されて、溶融金属溶湯が押し上げられ、ストーク８を介して金型のキャビティ１０内に充填される。キャビティ１０に充填した溶融金属が冷却されて凝固した後、図示していない油圧機構により上金型６を上昇させてキャビティ１０を開き、下金型５から鋳造品を取り出す。
【００１６】
金型４としてはオーステナイト系ステンレス鋼や鋳鋼、鋳鉄、例えばＪＩＳのＳＵＳ３０４等を使用する。オーステナイト系ステンレス鋼の熱膨張係数は、１７×１０−６／℃であり、これは鋳造用金型材料として一般に使用されている鉄系のダイス鋼の熱膨張係数１１×１０−６／℃に比べて高く、金型４のキャビティ１０内に充填されるアルミニウムの熱膨張係数である２４×１０−６／℃に近い。
【００１７】
但し、ＪＩＳのＳＵＳ３０４等の一般的なオーステナイト系ステンレス鋼は軟らかいので、珪素やクロムを多く添加したものがよい。また鋳造や鍛造して成型した材料を内面切削、研磨してキャビティ１０を仕上げて金型４とたものがよい。具体的にはビッカース硬度ＨＶが４００程度のものが硬くて耐摩耗性も良く変形も少ないので、なるべく硬いものを使用する。
【００１８】
図２は密閉炉１に収納した溶融金属をストーク８’を通して湯溜め１２に送り、この湯溜め１２から金型４のキャビティ１０内に充填する実施例である。密閉炉１の中の溶融金属は浸漬ヒータ１３で加熱され、溶融状態が維持される。密閉炉１の中へは溶湯供給口１１から溶融金属が供給される。ストーク８’から湯溜めに至る部分は溶融金属の温度低下による凝固を防ぐためヒータ３で加熱される。その他の構成は基本的に図１の従来例と同じであり、同じ部分は同じ符合で示している。もちろん前述したように、金型４としてオーステナイト系ステンレス鋼や鋳鋼、鋳鉄を使用する。
【００１９】
図３は図１により前述した鋳造装置において、金型４への溶融金属の汲み上げをガスの圧力によらず、溶融金属電磁ポンプにより行う実施例である。すなわちストーク（ダクト）８の中間部の外側に溶融金属電磁ポンプの誘導子１４を設け、これに対応してストーク８の中に誘導子１４で発生した磁界の磁路を形成するためのコア１５を配置している。誘導子１４に三相電流を通電し、これにより誘導子１４とコア１５との間で移動磁界を発生させて、ストーク８の中の溶融金属に上方の推力を与え、溶融金属を金型４のキャビティ１０内に充填する。その他の構成は基本的に図１の従来例と同じであり、同じ部分は同じ符合で示している。もちろん前述したように、金型４としてオーステナイト系ステンレス鋼や鋳鋼、鋳鉄を使用する。
【００２０】
図４は図２により前述した鋳造装置において、金型４への溶融金属の汲み上げをガスの圧力によらず、溶融金属電磁ポンプにより行う実施例である。すなわちストーク（ダクト）８‘の中間部の外側に溶融金属電磁ポンプの誘導子１４を設け、これに対応してストーク８’の中に誘導子１４で発生した磁界の磁路を形成するためのコア１５を配置している。誘導子１４に三相電流を通電し、これにより誘導子１４とコア１５との間で移動磁界を発生させて、ストーク８‘の中の溶融金属に上方の推力を与え、溶融金属を金型４のキャビティ１０内に充填する。その他の構成は基本的に図２の従来例と同じであり、同じ部分は同じ符合で示している。もちろん前述したように、金型４としてオーステナイト系ステンレス鋼や鋳鋼、鋳鉄を使用する。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、加熱した金型のキャビティに溶融アルミニウムを低圧で充填し、この溶融アルミニウムを金型と共に冷却して硬化させて成型する低圧鋳造の分野に適用することが出来る。特に成型時の歪みがなく、精度の高い鋳造品をすることが出来る低圧鋳造装置として適用することが出来る。
【符号の説明】
【００２２】
４    金型
１０  金型のキャビティ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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