JP2011143473A - ダイカストマシン用射出スリーブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 内外の二層からなる複合構造を備え、金型の背面に接続される先端部において欠けが発生し難い射出スリーブの製造方法を提供する。
【解決手段】 外筒１は、炭素鋼で構成され、内筒の第一部分２１は、Ｓｉ：４．３ｗｔ％、Ｍｏ：２１ｗｔ％、Ｂ：３．０ｗｔ％、Ｎｉ：残部、からなるニッケル合金で構成され、内筒の第二部分２２は、Ｓｉ：５．５ｗｔ％、Ｍｏ：１１ｗｔ％、Ｂ：１．８ｗｔ％、Ｎｉ：残部、からなるニッケル合金で構成される。外筒相当部分１ａと中子３との間の環状の隙間に、第二の焼結原料粉末２２ａを所定の高さまで充填した後、その上に第一の焼結原料粉末２１ａを充填する。これを、熱間静水圧プレス装置を用いて加熱及び加圧し、第一及び第二の焼結原料粉末を焼結し、互いに接合する同時に外筒相当部分に接合する。
【選択図】図５

Description

本発明は、アルミニウム合金用のダイカストマシンにおいて、溶湯受けと加圧シリンダとを兼ねる射出スリーブの構造に関する。

ダイカストマシンにおいて溶湯受けと加圧シリンダとを兼ねる射出スリーブには、従来より、ＳＫＤ６１（ＪＩＳ）などの合金工具鋼が使用されている。ＳＫＤ６１製の射出スリーブは、靭性に優れ且つ比較的安価であるので、広く使用されている。しかし、ＳＫＤ６１製の射出スリーブは、アルミニウム溶湯に対する耐食性（いわゆる耐溶損性）が必ずしも十分ではなく、比較的早期に給湯口下部において溶損が生じ、使用不能になることが多い。

この様な問題を解決するため、特開平１１−３００４５９号公報には、鋼製の外筒の内側に、厚さ２〜１０ｍｍ程度のニッケル合金からなる内筒を接合した複合構造の射出スリーブが提案されている。内筒部分を構成する上記のニッケル合金は、耐摩耗性、保温性、耐ヒートクラック性に優れていることに加え、特に、アルミニウム溶湯に対する耐溶損性に優れている。このため、上記の複合構造の射出スリーブは、従来のＳＫＤ６１製の射出スリーブと比べて、優れた寿命を示している。

しかしながら、上記のニッケル合金は、ＳＫＤ６１材と比べてやや靭性が低いので、金型側に設けられたスリーブブッシュ（湯口スリーブ）との間の突合せ部において、欠けが生じ易いという問題がある。

図６に、射出スリーブと金型との接続部の構造を示す。図中、１０は射出スリーブ、２１は固定ダイプレート、２２は移動ダイプレート、２３は固定金型、２４は移動金型、２６はスリーブブッシュ、３０はプランジャである。

射出スリーブ１０は、ブッシュ２５を介して固定ダイプレート２１に取り付けられている。固定金型２３のゲート部分にはスリーブブッシュ２６が取り付けられている。射出スリーブ１０の先端は、ブッシュ２５の中を貫通し、スリーブブッシュ２６の端面に突き当てられた状態で、固定金型２３の背面に接続される。溶湯は、給湯口１３から射出スリーブ１０の中に注入された後、プランジャ３０（プランジャロッド３１及びプランジャチップ３２などから構成されている）によって前方に押し出され、スリーブブッシュ２６を通って、金型のキャビティ２９内に充填される。なお、この例では、射出スリーブ１０は、内筒１２及び外筒１１からなる二層構造を備えている。

上述したような射出スリーブ１０の先端の角部に欠けが生ずる原因は、射出スリーブ１０内をプランジャ３０が摺動する際、プランジャチップ３２が射出スリーブ１０の先端の突合せ部の僅かな段差に繰り返し衝突するためと考えられる。

更に、このような欠けは、プランジャチップ３０の摺動に伴い、プランジャチップ３２の表面を摩耗させる。プランジャチップ３２の表面が摩耗すると、射出スリーブ１０の内周面との間の隙間が大きくなり、溶湯に対するシールが不完全になる。従って、射出スリーブ１０の先端の角部の欠けは、プランジャチップ３２の寿命を短くする要因の一つとなっている。

本発明は、以上のような従来の複合構造の射出スリーブの問題点に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、射出スリーブの先端面（金型の背面に接続される方の端面）に欠けが生じにくく、従って、プランジャチップの表面を傷付けにくいダイカストマシン用の射出スリーブを提供することにある。

本発明のダイカストマシン用射出スリーブは、
内筒と外筒からなる二層構造を備えるとともに、内筒が、先端近傍以外の部分を占める第一部分と、先端近傍を占め第一部分とは組成が異なる第二部分とで構成されたダイカストマシン用射出スリーブであって、
前記外筒は、鋼で構成され、
前記内筒の第一部分は、Ｓｉが４．０ｗｔ％以上５．１ｗｔ％以下、Ｍｏが１５ｗｔ％以上２６ｗｔ％以下、Ｂが２．５ｗｔ％以上３．６ｗｔ％以下で、残部がＮｉからなる第一のニッケル合金で構成され、
前記内筒の第二部分は、Ｓｉが４．５ｗｔ％以上６．５ｗｔ％以下、Ｍｏが８ｗｔ％以上１３ｗｔ％以下、Ｂが１．３ｗｔ％以上２．３ｗｔ％以下で、残部がＮｉからなる第二のニッケル合金で構成されていること、
を特徴とする。

本発明のダイカストマシン用射出スリーブにおいて、内筒の前記第一部分（先端近傍以外の部分）を構成する第一のニッケル合金は、アルミニウム溶湯に対する耐食性に優れるともに、耐摩耗性、保温性、耐ヒートクラック性に優れている。特に、アルミニウム溶湯に対する耐溶損性は、図７に示すように、従来から使用されているＳＫＤ６１材と比べて大幅に優れている。

また、内筒の前記第二部分（先端近傍の部分）を構成する第二のニッケル合金は、以下に示すように、第一のニッケル合金と比べて、強度及び靭性に優れており、プランジャチップの摺動による欠けが生じにくい。

第一のニッケル合金
抗折力 ：１，１００ ＭＰａ
破壊靭性値： ２１ ＭＰａ・ｍ^1/2
第二のニッケル合金
抗折力 ：１，７２０ ＭＰａ
破壊靭性値： ３３ ＭＰａ・ｍ^1/2
但し、第二のニッケル合金は、図７に示すように、第一のニッケル合金と比較すると、アルミニウム溶湯に対する耐溶損性が劣るため、欠けが発生するおそれがある部分のみに使用する。特に、溶損が問題となる給湯口の下部には使用しない。

なお、第二のニッケル合金は、第一のニッケル合金と構成元素が同一で、組成のみが異なっている。そのため、両者の接合強度が大きく、熱膨張係数も近似しているので、使用中に両者の接合部において分離する恐れがない。また、第二のニッケル合金は、射出スリーブとして使用する上での十分な耐摩耗性を備えている。

なお、外筒の内周面上に、内筒の第一部分及び第二部分を接合する際、好ましくは、ＨＩＰ法（熱間静水圧プレス法）を用いて焼結と同時に接合を行う。その他、外筒の内周面上へ内筒の第一部分及び第二部分の接合は、熱間押出し法あるいは焼結法などによって行うこともできる。

本発明に基づく射出スリーブの概要を示す軸方向断面図。 本発明に基づく射出スリーブの製造工程について説明する図。 本発明に基づく射出スリーブの製造工程について説明する図。 本発明に基づく射出スリーブの製造工程について説明する図。 本発明に基づく射出スリーブの製造工程について説明する図。 射出スリーブと金型の接続部分の構造について説明する図。 アルミニウム溶湯中での溶損量についてＳＫＤ６１と二種類のニッケル合金とを比較した図。

図１に、本発明に基づくダイカストマシン用射出スリーブの概要を示す。図中、１は外筒、２は内筒、２１は内筒の第一部分、２２は内筒の第二部分である。

図１に示す様に、本発明に基づく射出スリーブは、内外の二層からなる複合構造を備え、更に、内筒２は、組成が互いに異なる二つの部分で構成されている。即ち、内筒２は、先端近傍以外の部分を占める第一部分２１と、先端近傍を占める第二部分２２とで構成されている。

この例では、射出スリーブの全長は２４７ｍｍ、外径は１０３ｍｍ、内径は８０ｍｍである。内筒２の肉厚は１．５ｍｍ、内筒２の第二部分２２の長さ（軸方向の寸法）は１０ｍｍである。なお、内筒２の肉厚の好ましい範囲は０．５〜３．０ｍｍ程度、内筒の第二部分２２の長さの好ましい範囲は５〜３０ｍｍ程度である。

この例では、外筒１は、機械構造用炭素鋼Ｓ４８Ｃで構成されている。内筒の第一部分２１は、Ｓｉ：４．３ｗｔ％、Ｍｏ：２１ｗｔ％、Ｂ：３．０ｗｔ％、Ｎｉ：残部、からなるニッケル合金（第一のニッケル合金）で構成されている。内筒の第二部分２２は、Ｓｉ：５．５ｗｔ％、Ｍｏ：１１ｗｔ％、Ｂ：１．８ｗｔ％、Ｎｉ：残部、からなるニッケル合金（第二のニッケル合金）で構成されている。

外筒１と内筒２は、ＨＩＰ法（熱間静水圧プレス法）を用いて、互いに金属組織的に接合されて一体化されている。

次に、図１に示した射出スリーブの製造方法の例について説明する。

（イ）外筒相当部分１ａを、機械構造用炭素鋼Ｓ４８Ｃを用いて、図２に示す形状に、機械加工によって製作した。

（ロ）ＨＩＰ加工の際に中子３として使用する部分を、機械構造用炭素鋼Ｓ４８Ｃを用いて、図３に示す形状に、機械加工によって製作した。

（ハ）内筒の第一部分２１に相当する組成の焼結原料粉末２１ａ（粒径：５０〜１００μｍ）、及び内筒の第二部分２２に相当する組成の焼結原料粉末２２ａ（粒径：５０〜１００μｍ）を、それぞれガス・アトマイズ法を用いて調製した。

（ニ）図４に示す様に、缶体５の中に外筒相当部分１ａを収容し、外筒相当部分１ａの内側に中子３をセットした。

（ホ）外筒相当部分１ａと中子２との間の環状の隙間に、焼結原料粉末２２ａを高さ１０ｍｍで充填した。更に、その上から、焼結原料粉末２１ａを上端まで充填した。

（ヘ）図５に示す様に、缶体５の上部に蓋６を溶接で取り付けた。なお、蓋６には、真空引き用パイプ７が取り付けられている。

（ト）真空引き用パイプ７を介して、缶体５の内部を真空に引き、所定の真空度に到達したところで、真空引き用パイプ７を潰して塞いだ後、更に溶接で封じた。

（チ）以上の様にして準備したものを、ＨＩＰ（熱間静水圧プレス）装置に装着し、１０００気圧のアルゴンガスの下で９５０℃に加熱し、原料粉末２１ａ及び２２ａを焼結するとともに、これらの焼結体を互いに接合し、同時に、これらの焼結体を外筒相当部分１ａに接合した。

（リ）缶体５、６、７及び中子３を、切削加工で除去した後、内径、外径及び端部に機械加工を施し、先に図１に示した形状に仕上げた。

以上の様にして製作された射出スリーブを、コールドチャンバ方式のダイカストマシンに取り付け、アルミニウム合金を用いて自動車部品の鋳造試験を行った。同時に、比較材として、従来のＳＫＤ６１製の単層構造の射出スリーブ、及び単一組成のＳｉ−Ｍｏ−Ｂ−Ｎｉ系ニッケル合金（第一のニッケル合金）で内筒が構成された複合構造の射出スリーブを用いて、同じ条件で鋳造試験を行った。

鋳造条件の概要は、次の通りである。

・鋳造材料：ＡＤＣ１２
・溶湯重量：６００ｇ
・溶解温度：６８０℃
・射出速度：２．５ｍ／ｓｅｃ
表１に、鋳造試験の結果を示す。射出スリーブの寿命にはバラツキがあると考えなければならないが、本発明の射出スリーブは、従来の射出スリーブと比較して優れた結果を示した。

本発明に基づく射出スリーブは、内外の二層からなる複合構造を備え、内筒の先端近傍を除く部分が、アルミニウム溶湯に対する耐食性、耐摩耗性、保温性、耐ヒートクラック性に優れた第一のニッケル合金で構成されるとともに、内筒の先端近傍の部分が強度及び靭性に優れた第ニのニッケル合金で構成されている。このため、本発明に基づく射出スリーブは、アルミニウム溶湯に対する耐食性に優れると同時に、内筒の先端部において欠けが発生し難く、長い寿命を備えている。

１・・・外筒、２・・・内筒、２１・・・第一部分、２２・・・第二部分、３・・・中子、５・・・缶体、６・・・蓋、７・・・真空引き用パイプ、１０・・・射出スリーブ、１１・・・外筒、１２・・・内筒、１３・・・給湯口、２１・・・固定ダイプレート、２２・・・移動ダイプレート、２３・・・固定金型、２４・・・移動金型、２５・・・ブッシュ、２６・・・スリーブブッシュ、２９・・・キャビティ、３０・・・プランジャ、３１・・・プランジャロッド、３２・・・プランジャチップ。

Claims (1)

1. 内筒と外筒からなる二層構造を備えるとともに、内筒が、先端近傍以外の部分を占める第一部分と、先端近傍を占め第一部分とは組成が異なる第二部分とで構成されるダイカストマシン用射出スリーブの製造方法であって、
   鋼製の外筒相当部分を準備し、
   内筒の第一部分のための第一の焼結原料粉末として、Ｓｉが４．０ｗｔ％以上５．１ｗｔ％以下、Ｍｏが１５ｗｔ％以上２６ｗｔ％以下、Ｂが２．５ｗｔ％以上３．６ｗｔ％以下で、残部がＮｉからなるニッケル合金粉末を準備し、
   内筒の第二部分のための第二の焼結原料粉末として、Ｓｉが４．５ｗｔ％以上６．５ｗｔ％以下、Ｍｏが８ｗｔ％以上１３ｗｔ％以下、Ｂが１．３ｗｔ％以上２．３ｗｔ％以下で、残部がＮｉからなるニッケル合金粉末を準備し、
   缶体の中に外筒相当部分を収容し、
   外筒相当部分の内側に中子をセットし，
   外筒相当部分と中子との間の環状の隙間に、第二の焼結原料粉末を所定の高さまで充填し、
   第二の焼結原料粉末の上に、第一の焼結原料粉末を缶体の上端まで充填し、
   第一の焼結原料粉末及び第二の焼結原料粉末を焼結するとともに、これらの焼結体を互いに接合し、同時に、これらの焼結体を外筒相当部分に接合すること、
   を特徴とするダイカストマシン用射出スリーブの製造方法。

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