JPH04262853A

JPH04262853A - プラスチック成形用金型の製造方法

Info

Publication number: JPH04262853A
Application number: JP2209891A
Authority: JP
Inventors: Mikio Kaneko; 三樹男金子
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1991-02-15
Filing date: 1991-02-15
Publication date: 1992-09-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ピンホール、引け巣
等の鋳造欠陥の発生が少なく、強度や硬度等の機械的物
性に優れた、プラスチック成形用金型の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラスチック成形用金型、特に射
出成形用金型の素材としては、Ｓ５５Ｃ系の機械構造用
炭素鋼が汎用されていた。この機械構造用炭素鋼は、強
度、溶接性、しぼ加工性、磨き加工性等が良好であるば
かりでなく、被削性にも優れており、かつ、金型用素材
の中では比較的安価であるという特徴を有しているから
である。一方、特に鏡面仕上げを必要とする金型におい
ては、プレハードン鋼等が用いられていた。

【０００３】近年、事務用機器等の各種機器のハウジン
グや構成部材、自動車構成部材等がプラスチック化され
るとともに、これらの性能の向上やデザインの変更に伴
い、頻繁なモデルチェンジが行われている。これに伴い
、プラスチック成形品のライフサイクルが短くなり、多
品種少量生産となってきている。そのため、そのような
プラスチック成形品を成形するための金型に関し、低コ
スト化や短納期化の要求が強くなってきている。

【０００４】ところで、上記機械構造用炭素鋼等の鍛造
鋼材を用いて金型を製作する場合には、機械加工工程を
多く必要とし、この機械加工費が金型制作コストの大半
を占めることになるので、金型の低価格化や短納期化が
図れないという問題があった。そこで、試作金型用とし
てＺＡＳ（商品名、三井金属工業社製）などの低融点で
加工性のよい亜鉛基合金を砂型鋳造することにより、切
削加工等の機械加工を極力削減した形状に賦形し、これ
に倣い加工や研磨等の仕上げ工程を施して金型を製作す
る方法が提案されている。

【０００５】これによれば、量産金型のように、鍛造し
た大型鋼材ブロックの切削加工により製作する金型に比
べ、加工速度が早いため、安価になるとともに、納期の
短縮につながるという利点を有している。しかし、上記
の亜鉛基合金は、強度や硬度等の機械的物性が劣るため
、設計上かなりの余裕をみて設計せねばならず、また、
鏡面仕上げができず使用できる製品の範囲が限られてい
た。さらに、ピンホール、引け巣等の鋳造欠陥の発生を
防ぐことが難しく、溶接等の補修が必須であるが、冷却
条件が溶接部近傍で著しく変化するため、組織にむらが
発生し、それが成形品に転写されるなどの問題を有して
いた。

【０００６】また、アルミニウム合金や銅合金も、同目
的に使用されているが、前者のアルミニウム合金は、硬
度が低いために鏡面性に劣るとともに鋳造欠陥やピンホ
ールができ易く、溶接性も著しく悪く、一旦生じた鋳造
欠陥の補修、加工ミスに起因する金型の補修は実質上不
可能であった。後者の銅合金については、鋳造温度が高
いため鋳肌が悪くなり、放電加工性も悪い等の問題点が
あった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】これらの金型用素材の
中で、低融点で鋳造が容易であり、溶接性にも優れた亜
鉛基合金が見直されており、機械的強度の改良について
様々な試みがなされている。例えば、特公昭５１−５３
４２号公報、特開昭６２−２８７０３０号公報等に開示
されているように、アルミニウムや銅の組成比率を増や
したり、特定の元素を添加したりして組織の微細化を図
ることにより機械的強度の向上を試みている。

【０００８】しかし、この方法によるものは、ピンホー
ルや引け巣等の鋳造欠陥に対しては改良されずむしろ増
える場合が多かった。また、特開平２−１８７３０８号
公報には、亜鉛基合金からなる素材ブロックを機械加工
することにより金型を製作することが開示されている。この方法によれば、加工速度は早いものの、機械加工の
工数が増加し、鋳造金型としての前記した利点（短納期
、低価格）が十分に生かされていない。

【０００９】この発明は、上記のような現状に鑑み、金
型のように複雑な形状を有する鋳造物においても、ピン
ホールや引け巣等の鋳造欠陥を防止し得て、しかも安価
な鋳造方法により、プラスチック成形用金型を製造する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明のプラスチック
成形用金型の製造方法は、重量百分率でアルミニウム８
〜１５％、銅５〜１３％、マグネシウム０．０１〜０．
５％を含む亜鉛基合金を、型内に冷却管を配設し該冷却
管に冷却液を流している鋳型に注湯して、最終金型形状
に近い形状に鋳造し、該鋳造物を後加工工程において最
終形状に仕上げることを特徴とするものである。

【００１１】この発明において用いられる亜鉛基合金に
おいて、アルミニウムの含有率を重量百分率で８〜１５
％としているのは、８％未満では十分な機械的強度ある
いは硬度が得られず、１５％を超えるとアルミニウムの
偏析が生ずるからである。銅の含有率を重量百分率で５
〜１３％としているのは、５％未満では十分な機械的強
度あるいは硬度が得られず、１３％を超えると靱性がな
くなり後加工の際割れ易くなるからである。

【００１２】また、マグネシウムは、粒界腐食の抑制の
ために必要であり、その含有率が重量百分率で０．０１
〜０．５％としているのは、０．０１％未満ではその抑
制効果が十分でなく、０．５％を超えると脆くなるから
である。さらに、この発明の亜鉛基合金においては、上
記成分以外に、イットニウム、ベリリウム、チタニウム
、ジルコニウム、クロム、ニッケル、コバルト、マンガ
ン、ランタン系元素、銀から選ばれた一種以上の元素を
含有していることが好ましい。このことにより、機械的
強度の改善、構造欠陥の発生抑制、時効による寸法変化
の遅延等に対して寄与するものであり、その含有率は、
重量百分率で０．０１％未満では十分な効果が得られず
、２％を超えるとそれ以上を含有させた効果が期待でき
ないばかりか、脆くなるので、総量で０．０１〜２％と
するのが好ましい。

【００１３】上記の亜鉛基合金においては、上記の元素
以外に混入の可能性のある全ての元素（不可避的不純物
）を含有しているよい。その含有量については、粒界腐
食がどの程度問題になるかでその許容量は変わってくる
が、通常、重量百分率で０．１％以内とするのが好まし
い。また、当然のことながら、粒界腐食が著しく問題と
なる場合には、鉛、カドミウム、錫等の混入をさらに抑
制することが望ましい。

【００１４】鋳型内に配設する冷却管は、銅パイプ等の
ように、曲げ易く、熱伝導のよい材料で製せられるのが
よく、金型として強度が許される限り、金型表面近くに
なるよう配設するのが好ましい。プラスチック成形時に
成形金型の冷却孔としてより有効であるからである。な
お、冷却管材料に銅を用いると、鋳造の際、銅が溶出し
合金の強度、硬度等の機械的強度の向上が図れる利点も
ある。

【００１５】また、鋳造の際、押湯やトップヒート方式
を併用することは勿論可能であり、そのことにより構造
欠陥の発生をより確実に抑制できる。この発明において
、鋳造物を後加工工程において最終形状に仕上げる手段
としては、従来と特に変わるものでなく、切削加工、倣
い加工、研磨等の手段があげられる。その結果、所望形
状に仕上げられたり、或いは鏡面仕上げされ、成形用金
型が完成される。

【００１６】

【作用】この発明は、以上のとおりであるから、鋳造時
、冷却管を流れる液体により亜鉛基合金の凝固速度が早
められる結果、相分離が生じ難く、引け巣が発生し難く
なる。また、２８５℃付近でα変態による発熱も抑えら
れ、結晶化速度が遅延されることがなく結晶の粗大化が
生じない。

【００１７】また、冷却管がすでに埋め込まれることに
なって、その後金型に冷却孔等の切削工程が省略される
。

【００１８】

【実施例】次に、この発明の実施例を説明する。（実施例１〜１５、比較例１〜１７）表１及び表２に示
すとおりの組成の亜鉛基合金（実施例１〜１５、比較例
１〜１７）の所定量をクレイカーボンの坩堝に溶解し、
これをＣＯ２　鋳型により、自動車用レンズカバー成形
用キャビティ型を鋳造した。鋳造後鋳型を解体して１５
０〜８００磨紙で仕上げを施して自動車用レンズカバー
成形用キャビティを得た。

【００１９】なお、実施例１〜１５、比較例１６、１７
においては、上記ＣＯ２　鋳型には径１０ｍｍの冷却銅
管を配設し、比較例１〜１５においては、そのような冷
却管を配設しなかった。これらのキャビティ型について
、研磨面を顕微鏡観察により成形品外面に対応する型面
の引け巣状態について、５０μｍ　以上の引け巣を計数
するとともに、そのパーティングライン面の表面硬度（
ブリネル硬度）を測定した。その結果を表１及び表２に
併せ示す。

【００２０】表１及び表２から明らかなとおり、比較例
１〜１５、１７においては微小巣の発生があるのに対し
、実施例１〜１５においては、微小巣の発生がみられな
かった。また、ブリネル硬度も１７０以上であり、成形
用金型に用いられる足る十分な硬度を有していた。なお
、比較例１６は微小巣の発生はみられなかったものの硬
度が極めて低いものであった。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】（実施例１６）１４０トンの射出成形機に
、表１に示す実施例１のキャビティ型を用いた金型を取
付け、成形を行った（射出圧；７００ｋｇ／ｃｍ２、使
用プラスチック原料；ポリプロピレン（三井ノーブレン
社製；ＪＨＨ−Ｇ））。この場合、５００００ショット
成形後にも、キャビティ型に変形、表面粗さ等の変化は
生じなかった。（比較例１８）表２に示す比較例１のキャビティ型の成
形品外面に対応する面の微小巣を補修し、これをキャビ
ティ型とする金型を１４０トンの射出成形機に取付け、
実施例１６と同様に成形を行ったところ、７５００ショ
ット成形後、成形品のばりが著しくなり、成形を中断せ
ざるを得なかった。

【００２４】

【発明の効果】この発明は、以上のとおりであるから、
鋳造時、冷却管を流れる液体により亜鉛基合金の凝固速
度が早められる結果、相分離が生じ難く、引け巣が発生
し難くなる。また、２８５℃付近でα変態による発熱も
抑えられ、結晶化速度が遅延されることがなく結晶の粗
大化が生じない。そのため、鋳造後において、引け巣の
補修が必要でなく、機械的強度や硬度等が向上する。ま
た、冷却管がすでに埋め込まれることになって、その後
冷却孔等の切削工程が省略される。

【００２５】したがって、金型製造期間が短縮され、低
価格化に大いに寄与し、多品種少量生産に適合した金型
を提供できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　重量百分率でアルミニウム８〜１５％
、銅５〜１３％、マグネシウム０．０１〜０．５％を含
む亜鉛基合金を、型内に冷却管を配設し該冷却管に冷却
液を流している鋳型に注湯して、最終金型形状に近い形
状に鋳造し、該鋳造物を後加工工程において最終形状に
仕上げることを特徴とするプラスチック成形用金型の製
造方法。
【請求項２】　　亜鉛基合金が、重量百分率でアルミニ
ウム８〜１５％、銅５〜１３％、マグネシウム０．０１
〜０．５％、イットニウム、ベリリウム、チタニウム、
ジルコニウム、クロム、ニッケル、コバルト、マンガン
、ランタン系元素、銀から選ばれた少なくとも一種０．
０１〜２％、残部が亜鉛からなることを特徴とする請求
項第１項記載のプラスチック成形金型の製造方法。