(57)【要約】  本発明は、鋳型内でアルミニウム合金の部品を成形するための鋳造用中子であって、その中子は、溶融アルミニウム合金と接触するように意図されている、鋳型部、及び、溶融アルミニウム合金の外側に位置するように意図されている、少なくとも一つの非鋳型部、を有し、中子は、中子の表面上に少なくとも一つの溝を有し、その溝は、成形の間に中子の鋳型部内で生成されるガスの鋳型部の外側への排出のために、鋳型部から少なくとも一つの非鋳型部に延びる、鋳造用中子、に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型内でアルミニウム合金の部品を成形するための鋳造用中子であって、当該中子は、
‐溶融アルミニウム合金と接触するように意図されている、鋳型部、及び
‐前記溶融アルミニウム合金の外側に位置するように意図されている、少なくとも一つの非鋳型部、
を有し、
当該鋳造用中子は、当該中子の表面上に少なくとも一つの溝を有し、前記溝は、成形の間に当該中子の前記鋳型部内で生成されるガスの前記鋳型部の外側への排出のために、前記鋳型部から少なくとも一つの非鋳型部に延びる、
鋳造用中子。
【請求項２】
前記非鋳型部は、当該中子を前記鋳型の内側の位置に保つように適合させられている、支えられる幅木である、請求項１に記載の鋳造用中子。
【請求項３】
前記溝は、前記溶融アルミニウム合金が前記溝の内側に入ることを防ぐように適合させられた幅を有する、請求項１又は請求項２に記載の鋳造用中子。
【請求項４】
前記表面上の前記溝は、１ｍｍよりも小さな幅を有し、好ましくは０．２ｍｍよりも小さな幅を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の鋳造用中子。
【請求項５】
前記溝は、長方形の幾何学的形状の断面、Ｕ字形状又はＶ字形状の断面を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の鋳造用中子。
【請求項６】
前記溝は、０．２ｍｍと２ｍｍとの間の平均深さを有し、当該中子の前記鋳型部内で生成されたガスが前記溝内を流れることを可能にする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の鋳造用中子。
【請求項７】
前記溝は、レーザーによって作られている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の鋳造用中子。
【請求項８】
前記溝は、刃の形状の起伏を備えた工具によって作られている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の鋳造用中子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の中子を有する、鋳造部品を成形することに適した鋳型。
【請求項１０】
前記溝内の生成されたガスを吸引するように適合させられた吸引システムであり、吸引は前記の非鋳型区域で発生する、吸引システム、を更に有する、請求項９に記載の鋳型。
【請求項１１】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の中子を製造するための方法であって、当該方法は、レーザーを用いて前記中子の表面上に前記溝をエッチングするステップを含む、方法。
【請求項１２】
請求項９乃至１０のいずれか一項に記載の鋳型を用いて溶融金属を成形することによる、アルミニウム合金の部品を製造する方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法によって得られた、自動車用のシリンダヘッド。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法によって得られた、自動車用のエンジンブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金での鋳造部品の鋳造及び成形の分野に関する。
【０００２】
本発明は、より具体的には鋳型内で部品をアルミニウム合金で成形するための鋳造用中子に関する。関連のある中子は、砂及びバインダーの混合物を特に含む。
【背景技術】
【０００３】
鋳造用中子は、金属で、特にアルミニウム合金で作られた部品を生産するために適した鋳型の一部を構成する。
【０００４】
中子は、概して砂及びバインダーの粒子の混合物から成る。鋳造用中子は、部品の内部の凹所の作成を可能にする。したがって、それは溶融金属中に完全に又は部分的に浸される。
【０００５】
中子が溶融金属によって包囲されたときに、温度上昇に関係する空気の膨張、バインダーの溶媒の蒸発及びそれらの組み合わせの現象が、中子内の圧力を引き上げることになる。この温度上昇は、中子内側でのガスの発生を伴う。結果として生じるガスは、ほとんどの場合、ガスの流れを可能にする中子の多孔性によって中子の外部に排気される。
【０００６】
中子から漏れ出るガスは、（中子より上の金属の高さに関係する）中子内の圧力が金属の静的な圧力を超えるときに、中子を包囲する溶融金属に吹き込まれる。ガス排出のこの現象は、固化後の金属内に穴から離れる気泡の存在を溶融金属内に生じさせる。この不具合は、部品を脆くしその品質を損なう。
【０００７】
たとえ気泡が成形部品から何とか出ることができたとしても、ガス放出は、固化された金属内にそれらの通過の痕跡を残すかも知れず、潜在的に多孔質のアルミニウムシート又は更にはひび割れ伝搬の開始区域の原因となるかも知れない。
【０００８】
また、ガス放出の痕跡は、たとえ金属の静的な限界圧力が中子の内側の圧力によって完全に到達されなくても、現れ得る。
【０００９】
これらの不利益を回避することを試みるための複数の解決策が提案されている。
【００１０】
試みは、砂の浸透性を高めてアルミニウムによって覆われていない中子の部分（実際には、幅木）を介した中子の外部へのガスの放出を促進するために、中子内の砂の粒子の平均サイズを引き上げるようになされた。
【００１１】
しかし、この技術は、粒子間の樹脂架橋の数の減少に起因して中子を脆くする。
【００１２】
また、中子用の大きな粒子の使用もまた、部品の表面上で測定される粗さがそれらの品質を損ない得る点まで部品の表面状態を変える。最終的に、この解決策は、いくつかのサイズの砂の粒子を工場内で管理することを必然的に伴い、それは追加的な不便さを構成する。
【００１３】
他の既知の試みは、液体の金属内に浸漬される中子と鋳型の外部との間に接触型を追加することから成る。中子内で発生するガスの排気は、排出用煙突として働くこれらの型によって起こり得る。
【００１４】
この技術は広く使用されるが、これらの型によって残される真空を再び塞ぐ（replug）ための、その成形部品に対して限定的な異なる追加的な操作を要求する：部品の機械加工、排出を可能にした形状を再び閉じるための一つ又はそれ以上の詰め物の追加、及び密封制御システムの配置。
【００１５】
中子内で生成されるガスを吸引しそれらを鋳型の外部に排出するために、中子内で負圧にされるように意図された閉じたガス吸引導管（conduits）を作ることも知られている。導管内の負圧は、ベンチュリ型の吸引によって概して生成される。
【００１６】
この構成は実行することが繊細であり、その構成は永久的な制御を必要とする。それらは、それ自体で欠点を構成する。具体的には、この種のシステムは、ガス排出の問題を回避するために十分に吸引しなくてはならないが、中子内の金属の吸引を防ぐために強すぎる吸引であってはならない。
【００１７】
また、中子の形状は、しばしばそれらの使用のために不十分に適合させられる。それらの管理及びそれらの維持は、技術的及び経済的秩序の複雑さを意味する。
【００１８】
中子のガス排出の課題を解決する上記の複数の試みには、全て制限があるようである。
【００１９】
本発明の目的は、これらの制限をなくすことである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、鋳型内でアルミニウム合金の部品を成形するための鋳造用中子であって、当該中子は、溶融金属と接触するように意図されている、鋳型部、及び溶融金属の外側に位置するように意図されている、少なくとも一つの非鋳型部、を有し、当該中子は、当該中子の表面上に少なくとも一つの溝を有し、溝は、成形の間に当該中子の鋳型部内で生成されるガスの鋳型部の外側への排出のために、鋳型部から少なくとも一つの非鋳型部に延びる、鋳造用中子、を提案する。
【００２１】
本発明は、中子の表面上に溝を作ることによって、先行技術の手法に対する簡素化された代替を提案する。これらの溝は、中子内で生成されるガスを排出する空間を作り出し、同時に溝は、アルミニウム合金がそれらの中に入ることを防ぐのに十分なほど細い。溶融金属の外側の、中子の非鋳型部（典型的には幅木）への好ましいガス排出経路を描くことによって、これらの溝は、上述の不利益を伴うことなく中子内で生成され得るガスを排出する。
【００２２】
優位性のために、本発明はまた、単独又は組み合わせて採用され得る以下の複数の特徴を提案する：
‐（複数の）非鋳型部は、中子を鋳型の内側の位置に保つように適合させられている、幅木である；
‐溝は、溶融アルミニウム合金がその溝の内側に入ることを防ぐように適合させられた幅を有する；
‐表面上の溝は、１ｍｍよりも小さな幅を有し、好ましくは０．２ｍｍよりも小さな幅を有する；
‐溝は、長方形の幾何学的形状の断面、Ｕ字形状又はＶ字形状の断面（profil）を有する；
‐溝は、０．２ｍｍと２ｍｍとの間の平均深さを有し、中子の鋳型部内で生成されたガスが溝内を流れることを可能にする；
‐溝は、レーザーによって作られている；
‐溝は、刃の形状の起伏（reliefs）を備えた工具によって作られている。
【００２３】
本発明はまた、先に記述されたような中子を有する、鋳造部品を成形することに適した鋳型、を提案する。
【００２４】
鋳型は、溝内の生成されたガスを吸引するように適合させられた吸引システムであり、吸引は非鋳型区域で発生する、吸引システム、を更に有してもよい。
【００２５】
本発明はまた、先に記述されたような中子を製造するための方法であって、方法は、レーザーを用いて中子の表面上に溝をエッチングするステップを含む、方法、を提案する。
【００２６】
本発明はまた、先述の鋳型を用いて溶融金属を成形することによる、アルミニウム合金の部品を製造する方法、を提案する。
【００２７】
最後に、本発明は、先述の部品の製造方法によって得られた、自動車用のシリンダヘッド、及び、自動車用のエンジンブロック、を提案する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】溶融アルミニウム合金内に浸漬された本発明の中子を示す。
【図１Ｂ】図１Ａの中子の拡大を示す。
【図２Ａ】本発明において規定されるような鋳型及び中子の断面における側面図を示し、鋳型部は溶融金属に浸漬されている。
【図２Ｂ】鋳型なしで、上から視た図２Ａの中子を示す。
【図３Ａ】本発明による中子のより正確な表現を示す。
【図３Ｂ】本発明において規定されるような中子の、図３Ａの［ＡＡ’］平面に沿った断面図を示す。
【図４Ａ】溝の異なる複数の断面を示す（必ずしも正確な縮尺でない）。
【図４Ｂ】異なる複数の種類の溝を、これらの溝の内側に入る溶融金属のはみ出し（bavures）と共に示す（必ずしも正確な縮尺でない）。
【図５】鋳型の中で溶融金属内に浸漬された、中子の表面の平面図の簡素化された描写を、中子内で生成されたガスの溝内での考えられる流れ（矢印）と共に示す。
【図６】ガス排出の発展を、溝の数の関数として示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂに関して、本発明による中子（nayau）１０が記述される。
【００３０】
中子１０は、鋳型（moule）２０内で鋳造部品を成形することに適している。これらの成形鋳造部品は、アルミニウム合金で作られ、典型的に自動車産業を対象としている。これらの鋳造部品は、典型的にエンジンブロック又はシリンダヘッドを対象としている。
【００３１】
中子１０は、溶融アルミニウム合金３０に接触するように意図されている鋳型部１１を有する。
【００３２】
中子１０はまた、溶融アルミニウム合金３０の外側に位置するように意図されている、非鋳型部１２ａを有する。概して、中子１０は、特に鋳型部１１によって離されたいくつかの非鋳型部１２ａを有する。
【００３３】
中子１０は、鋳型２０の内側に配置され、概して非鋳型部１２ａである、幅木（portees）１２ｂによって移動不能にそこに保持される（図２Ａ参照）。概して、鋳型２０は、鋳型２０の最下層を構成する底２１、及び少なくとも一つの可動なギロチン（tiroirs）２２を有し、ギロチン２２は、ギロチン２２が閉じられたときに鋳型２０の側壁を構成する。底２１及びギロチン２２は、成形部品の外部形状を作り出す。
【００３４】
ギロチン２２はまた、中子１０を動かなくするように適合させられている。幅木１２ｂは、この目的のために前述のギロチン２２と接触している。
【００３５】
中子１０は、中子１０の表面上に位置する少なくとも一つの溝（fente）１３を有する。溝１３は、鋳型部１１から少なくとも一つの非鋳型部１２ａに延び、成形の間に中子１０の鋳型部１１内で生成されるガスを鋳型部１１の外に及び好ましくは非鋳型部１２ａの外に排出するための、生成されるガスの好ましい排出経路を作り出す（図２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ参照）。
【００３６】
中子１０の表面上に位置し、鋳型部１１から少なくとも一つの非鋳型部１２ａに延びる溝１３の主な機能は、鋳型部１１内で生成されるガスを鋳型部１１の外に排出するための、生成されるガスの好ましい排出経路を作り出すことである。これらのガスは、作られるべき部品を実際に形作ることができる中子１０の部分から一定の距離まで排気されてもよい。それらは、非鋳型部１２に蓄積してもよく、又は溝１３が自由大気と接触して置かれる場合には、これらの部分１２の外に排気されてもよい。
【００３７】
各溝１３は、鋳型部１１を非鋳型部１２ａに接続する窪みから成る。好ましくは、鋳型部１１が二つの別々の非鋳型部１２ａに接続される中子１０の構造を所与とすると、溝１３は、好ましくは、鋳型部１１を通過することによって二つの非鋳型部１２ａを接続する。
【００３８】
［溝の幾何学的性質］
（説明のために与えられ、正確な縮尺ではない）図４ａを参照して、溝１３の断面は、好ましくは長方形、Ｕ字形状又はＶ字形状である。これらの型は、製造の簡素さと有効性、すなわち生成されたガスが流れ、流出させられる能力との間の良好な折衷を提供する。中子１０の表面から離れるにつれて拡大する、例えば台形の断面は、生成されたガスのより容易な流れ及び流出に役立ち、溶融アルミニウム合金３０が溝１３の内側に入ることを防ぐ。他の断面も可能である。
【００３９】
概して、溝の寸法は、溶融金属及び生成されるガスに関連する制限に対応する。溝１３の容積は、最適化されなければならない。
【００４０】
溝１３は、溶融アルミニウム合金３０が冷却の後に部品の表面上に如何なる視認可能なはみ出し３１も作り出さないような、幅１３ａを有する（図４Ｂ参照）。このために、溶融アルミニウム合金３０は溝１３の内側に入ってはならないか、又はそれは、仕様によって規定される品質基準よりも小さな所与の距離だけ入らなくてはならない。典型的に、アルミニウム合金の表面状態への影響は、ゼロ又は溝１３の有無によって変わらない成形部品の粗さの値でなければならない。これは、生成されたガスの流出を最大化し、はみ出し３１を最小化するように幅１３ａを最適化することを意味する。この幅１３ａの最適化は、特に非常に単純な幾何学的形状の断面の場合に、溝１３の容積のより容易な最適化に役立つ。幅１３ａは、有用な幅である。すなわち、それは表面で測定される（図４Ｂにおける幅１３ａを参照）。
【００４１】
幅１３ａは、特に使用されるアルミニウム合金の種類の関数である。
【００４２】
典型的に、溝の幅１３ａは、１ｍｍよりも小さく、好ましくは０．２ｍｍよりも小さいか又は０．２ｍｍに等しい。
【００４３】
しかし、当業者は、先に述べられた結果を得るために、溝１３の幅１３ａを適合させるであろう。
【００４４】
（説明のために与えられ、正確な縮尺ではない）図４Ｂは、溝１３の異なる複数の幅１３ａについて得られるはみ出し３１の異なる複数の断面を示す。
【００４５】
溝１３は、生成されたガスが溝１３の内側を流れることができるような平均深さ１３ｂを有する。溝１３の深さ１３ｂは、理論的にははみ出し３１に影響しないが、中子の複雑さ、費用及び壊れやすさは、とりわけ、深さ１３ｂと共に増大する。
【００４６】
原則として、これは、生成されたガスの流出を最大化し、溝１３の製造上の複雑さを最小化し、そして中子１０の壊れやすさを限定するために、一定の幅１３ａで溝１３の容積を最適化することを意味する。非常に単純な幾何学的形状の断面の場合に、この容積最適化は、平均深さ１３ｂを最適化するであろう。０．２ｍｍよりも大きな深さの値１３ｂは、鋳型部１２ａ内で生成されるガスがその溝１３の内側で流れることができることを実際上意味する。好ましくは、また上述の理由のために、深さ１３ｂは、０．２ｍｍよりも大きく２ｍｍよりも小さい。
【００４７】
溝１３の経路は、生成されたガスの好ましい経路を提供することによって、可能な限り多くの生成されたガスを流出させるように描かれている。このために、作製の設計（plan  de  tracage）は、生成されたガスの流れ及び流出を助け、そのガスに起因する圧力を最大値までに限定するように最適化されている。
【００４８】
一つの有利は作製の設計は、例えば溝１３のない鋳型部１１の最も少ない区域を有することから成ってもよい、すなわち、中子１３の鋳型部１１の表面の如何なる点も、最も近い溝１３に対して所与の限界値よりも大きな距離を有しないことを確かにしてもよい。いくつかの溝１３の場合において、溝１３の間の最小の及び／又は最大の空間が決定されてもよい。
【００４９】
溝１３は、好ましくは、生成されたガスの流れ及び流出を容易にするために、まして鋭角ではなおさら、曲線の半径を最大化すること及び角度を限定することによって描かれる（図３ａ）。
【００５０】
少なくとも二つの溝１３を有する一つの実施形態によれば、その複数の溝１３は、溝１３の所与の長さ全体に関して、覆われる表面を最大化するために、互いに交差しない。
【００５１】
少なくとも二つの溝１３を有する他の実施形態によれば、その複数の溝１３は、生成されたガスの流れの代替及びより良い流出を提供するために互いに交差する（図２Ｂ）。
【００５２】
非鋳型部１２ａは既に非鋳型部１２ａとして働いているので、非鋳型部１２ａは、有利には幅木１２ｂである。
【００５３】
しかし、非鋳型部１２ａが、被支持部１２ｂでなく、生成されたガスの流れを助ける構造、例えば分岐した構造を示す特別な中子１０を作成することが可能である。
【００５４】
［生成されたガスの排気］
溝１３を受容する非鋳型部１２ａは、鋳型部１１内で生成されるガスの排出を可能にするように適合させられた手段４０を有する（図２Ａ）。手段４０は、様々な方法で作られ得る。
【００５５】
具体的には、手段４０は、単に非鋳型部１２ａの溝１３と排出されるべき生成されるガスの圧力よりも低い圧力（この圧力は典型的には大気圧である）のいくらかの体積の空気との間の流体接続４１から成ってもよい。その体積は、典型的には生成されるガスの体積よりもはるかに大きい。底２１及びギロチン２２を備えた鋳型２０の場合に、ギロチン２２内の穴又は開口４２は、非鋳型部１２ａ（ここでは典型的に幅木１２ｂ）の溝１３と上記の体積の空気との間の接続４１を可能にする。
【００５６】
代替的に、装置４０は、溝１３内で生成されたガスの流れ及び流出を助けるための吸引システム４３を更に有する（図５）。
【００５７】
［溝の作成］
溝１３は、好ましくはレーザー５０によって作り出される。この技術は、低侵襲性であり、中子１０の複雑な形に関わらず製造における素晴らしい正確さを可能にする。
【００５８】
これらの溝１３を、専用の工具を用いて作ることも可能である。その工具は、刃の形状の起伏を備えた器具から成ってもよい（断面がＶ字形状の溝１３は、典型的にこのようにして得られる）。
【００５９】
［使用の実施例］
一つの実施例において、中子１０は、鋳型２０内に取り付けられ、幅木１２ｂによって鋳型２０のギロチン２２に対して固定される。溶融アルミニウム合金３０は、鋳型２０の中に注がれ、中子１０の鋳型部１１を包囲する。熱は、中子１０内でのガスの生成を引き起こす。これらのガスは、好ましくは溝１３を経由して流れ、非鋳型部１２ａに流出させられ（図４）、次いで排出手段４０によって排出される。部品にはガス放出の痕跡が存在しない。溝の幅１３ａを適合するように選択することは、冷却された部品上のはみ出し３１を更に回避する。
【００６０】
［結果及び比較］
中子１０上の溝１３の使用は、生成されるガスが好ましい流れ経路を経由して流れ、鋳型部１１の外側に流出することを可能にすることによって、中子１０の内側で生成されるガスに起因する圧力の低下を助ける。
【００６１】
図６は、得られた結果を示す。
【００６２】
比較は、いわゆる参照用の中子“試験部品”（表面上に溝１３がない試験部品）と、一連のいわゆる試験品の中子“試験部品”との間でなされる。この一連のうちの各試験部品は、その表面上に異なる数の０．２ｍｍの幅１３ａの溝１３を有する。
【００６３】
全ての試験部品（参照用の試験部品を含む）は、設けられ得る溝１３を除いては同じ一般的幾何学形状を有し、同じ材質から成る。
【００６４】
圧力計の使用は：
‐一連の試験のうちの、１つの溝１３を有する試験部品については、参照用の試験部品に対して２２％のガス排出の下落、
‐一連の試験のうちの、２つの溝１３を有する試験部品については：４０％の下落、
‐及び、一連の試験のうちの、１６の溝１３を有する試験部品については：４６％の下落、
を示す。
【図１ａ】
2017506585.tif 000003
【図１ｂ】
2017506585.tif 000004
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
2017506585.tif 000007
【図３ｂ】
2017506585.tif 000008
【図４ａ】
2017506585.tif 000009
【図４ｂ】
2017506585.tif 000010
【図５】
2017506585.tif 000011
【図６】
2017506585.tif 000012
【国際調査報告】
2017506585.tif 000013
2017506585.tif 000014
2017506585.tif 000015
2017506585.tif 000016