(57)【要約】【課題】本発明は鋳造製品を従来より小型のダイカストマシンにて、あるいは既設のダイカストマシンを一部改造することにより、気密性等の内部品質に優れるとともに、鋳バリの発生が少なく生産性の高い新規ダイカスト低圧鋳造方法の提供を目的とする。【解決手段】アルミニウム合金又はマグネシウム合金の溶湯を用いてダイカスト鋳造する鋳造方法において、溶湯のキャビティ内充填時間の短縮化手段、溶湯流れ整流化手段、キャビティ内高真空化手段、金型温度均一化手段のいずれかを単独又は組み合わせて用いることにより、鋳造圧の低圧化を可能にした。【選択図】  図２
2004322138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金又はマグネシウム合金の溶湯を用いてダイカスト鋳造する鋳造方法において、溶湯のキャビティ内充填時間の短縮化手段、溶湯流れ整流化手段、キャビティ内高真空化手段、金型温度均一化手段のいずれかを単独又は組み合わせて用いることにより、鋳造圧の低圧化を可能にしたダイカスト低圧鋳造法。
【請求項２】
溶湯のキャビティ内充填時間の短縮化手段がスリーブ径の拡大化であることを特徴とする請求項１記載のダイカスト低圧鋳造法。
【請求項３】
湯流れ整流化手段として、キャビティ内に溶湯を射出する際にキャビティ内にて均一に湯流れが生じるように、ランナー部の配置を設定したことを特徴とする請求項１記載のダイカスト低圧鋳造法。
【請求項４】
キャビティ内高真空化手段が吸引口をガス抜き側とダイベース側との少なくとも２箇所以上に設けたものであることを特徴とする請求項１記載のダイカスト低圧鋳造法。
【請求項５】
金型温度均一化手段が金型温度調整用配管と温度センサー部との組み合わせにより、高温部と低温部の温度差が所定の範囲内になるように設定したものである請求項１記載のダイカスト低圧鋳造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金又はマグネシウム合金等の軽合金の溶湯を用いたダイカスト鋳造法に関し、鋳造製品の内部品質に優れ、かつ、鋳造時の鋳バリ発生を抑えることが出来るダイカスト鋳造法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
ダイカスト鋳造法において、製品の内部にガス巣やヒケ巣あるいは湯境不良が発生するのを抑え、外観品質に優れた鋳造製品を得るための金型設計及び鋳造条件設定の指針が各種技術書に記載されている。
例えば代表例として、ダイカスト技能者ハンドブック、ダイカスト金型の設計・製作（小林三郎著）等が上げられる。
【０００３】
これらの技術書によると、コールドチャンバー式ダイカスト鋳造法により良好な鋳造製品を得るには、鋳造圧力が５０ＭＰａ以上が必要である（ダイカスト技能者ハンドブックＰ．２１２）。
また、金型設計においては、スリーブ径は溶湯を注湯した際にスリーブ充填率が５０％以上（ダイカスト金型設計・製作Ｐ．２９）、ゲート通過速度３０〜５０ｍ／ｓｅｃ（同Ｐ．２２４）、キャビティ内溶湯充填速度０．０４〜０．１０ｍ／ｓｅｃ（同Ｐ．２２４）等と記載されている。
【０００４】
上記の指針に基づいてダイカスト鋳造するためには、スリーブ内に注湯後に高圧射出するプランジャー速度を１．５〜３．０ｍ／ｓｅｃの高速にする必要があると一般的に言われている。
しかしながら、プランジャー速度を高速にすると、この速度の２乗に比例した衝撃圧（サージ圧）が金型キャビティ内に発生する。
これが固定型と可動型との間の型合わせ部からの飛湯や鋳バリ発生の原因となっている。
【０００５】
ダイカスト鋳造製品の中には加工内部の耐圧性能が要求され、気密性を確保するために内部欠陥の少ない鋳造製品が求められている。
従って従来は、鋳バリの発生防止を犠牲にしてまで、より鋳造圧力を高くするように条件設定されるか、より大型のダイカストマシンにて鋳造するようになってきている。
しかし、大きな鋳バリは、ショットブラスト等の後工程でも除去が難しく、手作業でバリ取りをすることになり大変な作業であった。
また、金型寿命が短くなる要因ともなっていた。
一方、ダイカストマシンの大型化はそれだけ設備費が高くなり、コストアップの要因につながる。
【０００６】
近年では、プランジャー速度を多段的に細かく制御し、衝撃圧発生前に減速制御する方法や、プランジャー速度と鋳造圧力が可変設定できる２−アキュムレータ方式等のダイカストマシンを採用する方向に至っているが、それだけダイカストマシンが高価になるだけでなく、条件管理が大変であった。
【０００７】
【非特許文献１】
「ダイカスト技能者ハンドブック」、Ｐ．２１２
【非特許文献２】
小林三郎著、「ダイカスト金型設計・製作」、Ｐ．２９、Ｐ．２２４
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、鋳造製品の内部品質の向上を図る手段として、従来からこの技術分野にては鋳造圧力の高圧化が常識とされていたのに対して、逆に鋳造圧力低減の方向を探りながら、鋳造製品の内部品質の向上及び鋳バリ発生防止に挑戦した結果、本発明に至ったものである。
【０００９】
即ち、本発明は鋳造製品を従来より小型のダイカストマシンにて、あるいは既設のダイカストマシンを一部改造することにより、気密性等の内部品質に優れるとともに、鋳バリの発生が少なく生産性の高い新規ダイカスト低圧鋳造方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の技術的要旨は、アルミニウム合金又はマグネシウム合金等の溶湯を用いてダイカスト鋳造する鋳造方法において、溶湯のキャビティ内充填時間の短縮化手段、溶湯流れ整流化手段、キャビティ内高真空化手段、金型温度均一化手段のいずれかを単独又は組み合わせて用いることにより、鋳造圧の低圧化を可能にした点にある。
【００１１】
従来は、鋳造製品の内部品質の向上を図るためには鋳造圧を高くする方がよい考えられていたのに対して、本発明のねらいは鋳造圧を低減しつつ、内部品質の向上を図ることにある。
ここで、鋳造圧を低減する手段として、各種手段が採用されるが、以下効果的な方策を説明する。
また、鋳造圧の低減のレベルは、対象製品やダイカストマシンの大きさにもよるが、鋳造圧力５０ＭＰａ未満が良い。
【００１２】
スリーブ径を拡大するとそれだけ相対的に鋳造圧を下げることができる。
また、スリーブ径を拡大することでキャビティ内への溶湯充填時間が短縮出来る。
一般のダイカストマシンにおいては、溶湯のスリーブ充填率が５０％以上に設計されているが、スリーブ径を拡大すると溶湯をラドルからスリーブ内に注湯される際に、温度低下が従来より大きくなる。
温度低下が液相線と固相線の間位まで進むと、溶湯が固液共存の不安定な状態になり、発生した破断チル層がキャビティ内への湯流れの阻害になり、湯境不良となりやすかった。
そこで、スリーブ内の湯温が射出完了するまでにその合金の融点（ＪＩＳ  ＡＤＣ１２合金の場合の融点約５８２℃）以上に維持出来るように溶湯温度を高くするのが良い。
また、射出完了時まで融点以上を確保しやすいように、キャビティ内への溶湯充填時間を短くするのが良い。
【００１３】
通称５００ＴＯＮマシンと称されるダイカストマシンの例では、常用設定範囲内で設定圧を一定にした場合、スリーブ径を直径７５ｍｍから８９ｍｍに拡大すると鋳造圧力が７２ＭＰａから４６ＭＰａまで低下した。
また、スリーブ内に注湯から射出完了時間を改良前約１０．７秒であったものが、５秒以下に設定変更出来、湯境不良もなく、鋳バリの少ない鋳造製品が可能になった。
【００１４】
キャビティ内への湯流れを整流化することで、湯境不良やガス巻き込み不良の発生を抑えることができ、鋳造圧力の低減が可能になるので、キャビティ内に溶湯を射出する際に、ランナーゲートからガス抜き側に向けて順次溶湯が充填し、キャビティ内にて均一に湯流れが生じるように、言いかえると溶湯廻り込み現象が生じにくいようにランナー部の配置を決定するのが良い。
【００１５】
溶湯をキャビティ内に射出充填する際に、キャビティ内の真空度が高ければ、それだけ鋳造圧の低減が可能なので、吸引口をダイベース側に設けて常時吸引状態にしつつ、ガス抜き側に吸引口を設けるとよい。
なお、ダイベース側に吸引口を設けて、減圧する際に各部品の組み合わせ部にシール部材を取り付けて隙間をシールすると効果的である。
これにより、キャビティ内圧力が３６〜７０Ｔｏｒｒまで下げることが出来たことにより、ガス巻き込み巣の発生を抑えることができた。
【００１６】
鋳造時の金型温度を均一にすると製品の寸法精度が向上するだけでなく、金型への焼付き不良等が防止出来、サイクルタイムを短くすることができ、それだけ鋳造圧を低減することができる。
方策としては、金型温度調整用配管と温度センサー部との組み合わせにより、高温部と低温部の温度差が約６０℃以内になるようにするのが良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に横形コールドチャンバーダイカストマシンの代表的な構成図を示す。
固定盤１に固定型１５を取り付け固定し、可動盤２に可動型１４が取り付け固定される。
可動盤２はタイバー４にて支持され、トグル装置６及び型締シリンダー５の作動により前進、後退動作をする。
なお、図１の３はリンクハウジングである。
固定型１５と可動型１４にてキャビティ部１７を形成し、スリーブ７内に溶湯をラドル（表示省略）等で注湯し、プランジャーチップ８が前進射出し、鋳造される。
プランジャーチップ８はプランジャーロッド９の先端に取り付けられていて、プランジャーロッド９はカップリング１０を介して射出ピストンロッド１１に連結されている。
射出ピストンロッド１１が射出シリンダ１３内の油圧をアキュムレーター１２にて制御することで前進、後退動作をする。
なお、溶湯が射出完了すると、型が開き製品が押出ピン１６により押出される。
【００１８】
ダイカストマシンの設計において、スリーブ径はスリーブ内への注湯充填率が５０％以上になるように設定されている。
例えば、５００ＴＯＮマシンではスリーブ径が直径７５ｍｍに製作されていた。
これを直径８９ｍｍに大きくしたところ、鋳造圧が７２ＭＰａから４６ＭＰａに下がった。
しかし、このままではラドルでスリーブ内に注湯したときの温度低下が大きくなり、破断チル層の発生率がランナー部面積率で２２％から３４％に高くなり、湯境不良が逆に多くなってしまった。
【００１９】
その原因を調査した結果、スリーブ径を大きくすると溶湯の充填率が下がるだけ、表面比率が大きくなり固液共存状態まで温度低下したためであった。
そこで、溶湯温度を上げ、注湯時間を短縮し、注湯完了から射出完了までの時間を１０．７秒から６．６秒まで短縮する対策をとった。
これにより、キャビティ内に溶湯が充填完了するまでの間が安定するようになった。
その結果、鋳造品の内部品質を確保しつつ、スリーブ径を大きくしたことにより、鋳造圧を下げることができ、鋳バリの発生を抑えることができた。
【００２０】
図２にダイカスト型の模式図を示す。
可動型１４と固定型１５にてキャビティ１７を形成するが、固定型１５には鋳造後に金型内から製品を押し出すのに固定型１５の背面にダイベース２３が備えられ、このダイベースから押出ピン１６がキャビティ内に向けて前進、後退動作をするように備えられている。
【００２１】
従来からキャビティ１７内を減圧してガス巻き込みによるガス巣の発生を抑えることが広く実施されている。
図２に示すように、キャビティ１７内から真空バルブ１８を介して真空ポンプ２０により吸引減圧する方法が一般的である。
なお、真空レベル（減圧レベル）は真空センサー１９により測定制御されている。
本願においては、ダイベース内２１からも吸引ポンプ２０にて吸引するようにした。
また、部品間の突き合わせ部にはシール部材２２を配設して部品間の隙間からエアーが浸入してくるのを抑えた。
これにより、真空ポンプの容量を大きくすることなく、キャビティ内の真空度（減圧レベル）を３６〜７０Ｔｏｒｒに下げることができた。
【００２２】
図３及び図４に金型方案の例の模式図を示し、図３が発明の適用前で、図４が本発明を適用した後の方案である。
押湯２６部分からランナー部２７を経て製品部２４へ湯が流れるような方案になっている。
なお、エアーベント部等の表示は省略してある。
図３に示す従来の方案では、湯流れ解析の結果、キャビティ内に湯流れが２５ａと２５ｂの方向に集中し、内側にガスを巻き込むように溶湯の廻り込みが生じるためにガス巣が多発した。
【００２３】
そこで、図４に示すようにランナー部の配置を変更した。
このランナー部の配置の特徴は、湯流れ解析に基づいて厚肉部中央に位置するランナー２８ｂを拡大し、薄肉部の先端部にもランナー２８ｃを設けることで各エアーベントに向けて均一な湯流れが得られ、キャビティ内での湯の廻り込みを抑えることができた。
これにより、鋳造品のガス巣量が従来アルミ１００ｇ当たり１５〜２０ｍｌであったものが２〜５ｍｌまで下げることが出来て、内部品質に優れた鋳造品が得られた。
【００２４】
図４に示す○印３０は金型の冷却部位を示し、×印２９は金型の型温測定部位の例を示す。
従来から金型の型温が上昇すると鋳造時に焼付きが発生することは知られていた。
しかし、金型温度をどのように管理すべきかについては明確な知見が得られていなかった。
本出願人は、精意研究した結果、金型温度の均一化を図ることで部分的型温の上昇を防止出来、ショットサイクルを速くしても焼付きが抑えられ、生産性が向上し、金型寿命が向上することを見い出したものである。
金型の各部位に温度センサーを取り付け、この検出温度に対応して金型温度を調整出来るように金型内部に温度調整用配管を配設した。
そして連続鋳造時には、ねらい目の型温を２５０℃にし、金型の最高温部と最低温部の差を６０℃以内に維持するのが良かった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明においては、溶湯の充填速度を速くし、スリーブ内での破断チル層の発生を抑えるように、湯温等を管理することにより鋳造圧を下げることが可能になる。
鋳造圧を下げても製品の内部品質を確保できるようになったことで、鋳バリの発生を抑えることが出来、鋳造後のバリ取り工数を飛躍的に低減することができる。
【００２６】
また、湯流れの整流化手段、金型温度の均一化手段、キャビティ内高真空化手段等を組み合わせて採用すると低圧鋳造において更にショットサイクルの短縮化、内部品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】横形コールドチャンバーダイカストマシンの構造例を示す。
【図２】金型の減圧方法例を示す。
【図３】鋳造製品の方案例を示す。
【図４】方案の改善例及び金型温度管理方法例を示す。
【符号の説明】
１    固定盤
２    可動盤
３    リンクハウジング
４    タイバー
５    型締シリンダー
６    トグル装置
７    スリーブ
８    プランジャーチップ
９    プランジャーロッド
１０  カップリング
１１  射出ピストンロッド
１２  アキュムレーター
１３  射出シリンダー
１４  可動型
１５  固定型
１６  押出ピン
１７  キャビティ
１８  真空バルブ
１９  真空センサー
２０  真空ポンプ
２１  ダイベース内
２２  シール部材
２３  ダイベース
２４  製品部
２５ａ、２５ｂ  湯流れ
２６  押湯
２７  ランナー部
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ  ランナー部
２９  型温センサー
３０  冷却部位
【図１】
2004322138.tif 000003
【図２】
2004322138.tif 000004
【図３】
2004322138.tif 000005
【図４】
2004322138.tif 000006