JPH07256421A - 金属成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固相と液相とが混在した半凝固状態の金属素
材を、金型内に加圧しながら充填して金属成形品を製造
する方法において、これにより得られる金属成形品の金
属組織を均一化し、偏析の発生を軽減する。 【構成】 固相と液相とが混在した半凝固状態の素材Ｍ
を、型装置２の素材供給口８から型装置２のキャビティ
４内に加圧しながら充填して製品Ｇを製造する方法にお
いて、型装置２のキャビティ４で素材供給口８から離間
した位置に、吸引ポンプ２２から延在された排気通路２
５を連通させるとともに、素材Ｍをキャビティ４内に加
圧しながら充填する際に、排気通路２５を介してそのキ
ャビティ４内の空気を吸引ポンプ２２で排出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、固相と液相とが混在
した半凝固状態の金属素材を、金型内に加圧しながら充
填して金属成形品を製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えばチクソキャステイング
（thixocasting）といわれる金属成形技術のように、固
相と液相とが混在した半凝固状態の金属素材を加圧しな
がら金型内に充填して金属成形品を製造する方法があ
る。

【０００３】このような金属成形品の製造方法において
は、金型内への金属素材の供給は従来圧入プランジャ等
から加わる加圧力により行なうようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、金型内に供
給される金属素材は固相と液相とが混在した半凝固状態
であるので、前記圧入プランジャから金属素材に加わっ
た加圧力に対して固相と液相とはそれぞれ別々の挙動を
行なうこととなり、固相と液相との間での圧力の伝達方
式も異なるので、金型内において金属素材の固相と液相
との分布が不均一となりやすく、金属成形品の金属組織
が不均一で偏析を生じる一因ともなる。

【０００５】この発明は、このような事情に基づいてな
されたもので、固相と液相とが混在した半凝固状態の金
属素材を、金型内に加圧しながら充填して金属成形品を
製造する方法において、これにより得られる金属成形品
の金属組織を均一化し、偏析の発生を軽減することを目
的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、固相と液相とが混在した半
凝固状態の金属素材を、金型の素材供給口から金型のキ
ャビティ内に加圧しながら充填して金属成形品を製造す
る方法において、前記金型のキャビティで前記素材供給
口から離間した位置に、排気手段から延在された排気通
路を連通させるとともに、前記金属素材をキャビティ内
に加圧しながら充填する際に、前記排気通路を介してそ
のキャビティ内の空気を排気手段で排出させることを特
徴とする。

【０００７】

【作用】請求項１記載の発明によれば、この種の製造方
法において、固相と液相とが混在した半凝固状態の金属
素材を、金型の素材供給口から金型のキャビティ内に加
圧しながら充填する際に、前記排気通路を介してキャビ
ティ内の空気を排気手段で排出させることにより、金属
素材の充填先の圧力が低くなり金属素材のキャビティへ
の充填挙動が容易になることから湯回りが良好となる。

【０００８】そして、金型のキャビティで前記素材供給
口から離間した位置に連通された排気通路からの吸引圧
力は、前記素材供給口からキャビティ内に侵入した金属
素材のうち、屈曲した部分や断面の狭小な部分において
渋滞しがちの固相を、そのような部位に渋滞させること
なく充填先に導くように作用するから、固相の進行が液
相に比べて遅れることが軽減し、キャビティ内に充填さ
れた金属素材においては固相と液相との分布が不均一と
なることが少なくなる。

【０００９】したがって、このようにして得られる金属
成形品の金属組織は均一化され、偏析の発生を軽減する
ことができる。

【００１０】

【実施例】以下、図面に示す製造装置により実施例を説
明するが、まず、図１により製造装置の構造を説明す
る。

【００１１】図１において、１は金属成形品の製造装置
を示し、製造装置１は素材Ｍを成形する型装置２と、型
装置２の上方に設置され，素材Ｍを型装置２に加圧しつ
つ充填する充填装置３とを有する。

【００１２】型装置２は、この発明でいう金型に該当す
るものであって、素材Ｍを所要の製品形状に形成するた
めのキャビティ４を備えた成形型５と、成形型５のキャ
ビティ４内に素材Ｍを圧入するための圧入室６を備えた
圧入型７とからなるものである。

【００１３】前記成形型５のキャビティ４は上開き状に
形成されており、前記圧入型７の下面直下に位置するこ
とによって所要形状の成形用空間を画成するものであ
る。

【００１４】また、圧入型７の圧入室６は上下方向に向
いた円筒状であって、上開き状に形成されている。そし
て、その圧入室６の底部には小径の透孔として形成され
た素材供給口８が圧入室６の平面視中央部に位置するよ
うに設置されており、この素材供給口８の一側には不図
示の駆動装置で水平方向に出没駆動される切断刃１１が
設置されている。

【００１５】かかる圧入型７の下面直下に前記成形型５
を位置させた状態においては、圧入室６は素材供給口８
を介して前記キャビティ４と連通した状態となる。

【００１６】このように構成された型装置２の前記圧入
室６の上方には、上下方向に向けて設置した油圧シリン
ダ１２が充填装置３として配置されており、その油圧シ
リンダ１２のピストンロッド１３の先端に圧入プランジ
ャ１４が装着され、この圧入プランジャ１４は前記油圧
シリンダ１２の伸縮により上下方向に向いた中心線Ｏ−
Ｏに沿って進退し前記圧入室６への出入りが可能であ
る。

【００１７】そして、この製造装置１の前記成形型５
は、次のような排気装置２１を有している。

【００１８】排気装置２１は、主に前記キャビティ４内
の空気を外部に排出するものであって、真空ポンプ等か
らなる吸引ポンプ２２（本願の排気手段に該当する）の
吸気口から延びる排気管路２３が前記成形型５のキャビ
ティ４の下部に形成された排気口２４に連通して接続さ
れ、前記キャビティ４から吸引ポンプ２２を経て大気に
至る排気通路２５が形成されている。

【００１９】この排気通路２５にあっては、前記吸引ポ
ンプ２２による吸引圧力の前記キャビティ４への伝達を
断続するための開閉弁２６が設置されるとともに、前記
排気口２４の直下の位置にキャビティ４に供給される溶
湯が排気管路２３内にまで侵入するのを防止する湯止め
装置２７が設置されている。

【００２０】この実施例において、排気口２４を前記の
ようにキャビティ４の最も下部に形成したのは、素材Ｍ
がキャビティ４の上側に位置する素材供給口８を経て供
給されるので、前記素材供給口８とは逆側となる最下部
に前記素材供給口８から離間させて排気口２４を配置す
ることにより、前記素材供給口８から侵入してキャビテ
ィ４内の全体に充填されるべき素材Ｍについて、侵入し
た素材Ｍの位置の如何にかかわらず常にその素材Ｍに前
記吸引圧力を作用させることができ、キャビティ４内の
屈曲部や断面の狭小な薄肉部等において素材Ｍ中の固相
分が渋滞することをキャビティ４への素材Ｍの充填の完
了するまで常に防止するように機能させるためである。

【００２１】なお、素材供給口８をキャビティ４の下側
に形成した場合には、排気口２４をキャビティ４の上側
として、排気口２４を素材供給口８とは逆側となる部位
に形成すればよい。

【００２２】前記のように構成された製造装置１を用い
ての金属成形品（以下、製品Ｇという）の製造は次のよ
うに行なわれる。

【００２３】まず、マニピュレータ２８により略円柱状
のビレットからなる素材Ｍを圧入室６に供給する（図２
（ａ）参照）。この実施例の場合、素材Ｍはアルミニウ
ム合金AC4C（Al-7mass%Si-0.4mass%Mg合金）であって、
そのα相の結晶粒径を予め微細化したものである。そし
て、この素材Ｍは、前記キャビティ４の形状や素材供給
口８の寸法等の条件に応じて適宜温度に加熱されて凝固
したα相と未凝固で液状の共晶部分とが並存した，いわ
ゆる半凝固状態である。

【００２４】この後、前記油圧シリンダ１２を伸長駆動
させて圧入プランジャ１４を下方に移動させ、素材Ｍは
圧入室６内で加圧され、素材Ｍの一部は素材供給口８を
経てキャビティ４内に充填されるとともに残部を圧入室
６内に残留させて圧入プランジャ１４の下降を停止する
（図２（ｂ）および（ｃ）参照）。

【００２５】この充填工程中においては、前記排気装置
２１は前記開閉弁２６を開放状態として前記吸引ポンプ
２２により吸引圧力を前記排気口２４からキャビティ４
内に継続して同時に作用させ、素材Ｍのキャビティ４へ
の充填が完了すると前記開閉弁２６を閉止して前記吸引
圧力の作用を停止する。

【００２６】このようにしてキャビティ４内に侵入した
素材Ｍには前記プランジャ１４からの加圧力と前記吸引
圧力との双方が作用するので、湯回りが良好である。

【００２７】そのうえ、前記したように素材Ｍの固相分
がキャビティ４の局部で渋滞を来すことが軽減し、液相
に比べて固相の進行が遅れることが少なく、素材Ｍはキ
ャビティ４内の全体にわたって固相と液相とが均一に分
布するように充填される。

【００２８】そして、一般に素材Ｍのキャビティ４への
充填工程においては、ガスやガス化した離型剤が素材Ｍ
中に巻き込まれ、キャビティ４中に充填された素材Ｍに
鋳造欠陥を生じるおそれもあるが、この実施例において
は、前記のようにして排気口２４からキャビティ４内の
空気を排出しているので、これらのガスは空気とともに
外部に排出され、製品Ｇの鋳造欠陥を軽減することも可
能である。

【００２９】さらに、前記のように、半凝固状態の素材
Ｍは小径の素材供給口８を経由したうえでキャビティ４
に達するので、素材Ｍの表面に形成された酸化層等の不
純物は小径の前記素材供給口８および圧入室６の壁面と
の摩擦等により圧入室６内に残留し、前記キャビティ４
には酸化物等の混入の少ない良質の素材Ｍが充填され
る。

【００３０】このようにして、素材Ｍのキャビティ４へ
の充填が完了した後、前記油圧シリンダ１２を縮小駆動
して圧入プランジャ１４を後退させ、その後前記切断刃
１１を作動させる（図２（ｄ）参照）。

【００３１】これによって、前記素材Ｍをキャビティ４
内の製品Ｇと圧入室６側の残部Ｚとに分離し、前記のよ
うに酸化物等の不純物が混入した残部Ｚは排除される
（図２（ｅ）参照）。

【００３２】この後、前記圧入型７を成形型５から上動
させて離間させ、前記成形型５に残された製品Ｇは不図
示のノックピンを作動させて取り出し、所要形状に形成
された金属成形品であって酸化物等の不純物の混入が少
なく、その金属成形品の金属組織が均一化され偏析の軽
減されたものが得られる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、この種の製造方法において、固相と液相と
が混在した半凝固状態の金属素材を、金型の素材供給口
から金型のキャビティ内に加圧しながら充填する際に、
前記排気通路を介してキャビティ内の空気を排気手段で
排出させることにより、金属素材の充填先の圧力が低く
なり金属素材のキャビティへの充填挙動が容易になるこ
とから湯回りが良好となる。

【００３４】そして、金型のキャビティで前記素材供給
口から離間した位置に連通された排気通路からの吸引圧
力は、前記素材供給口からキャビティ内に侵入した金属
素材のうち、屈曲した部分や断面の狭小な部分において
渋滞しがちの固相を、そのような部位に渋滞させること
なく充填先に導くように作用するから、固相の進行が液
相に比べて遅れることが軽減し、キャビティ内に充填さ
れた金属素材においては固相と液相との分布が不均一と
なることが少なくなる。

【００３５】したがって、このようにして得られる金属
成形品の金属組織は均一化され、偏析の発生を軽減する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】製造装置の全体概略説明用断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｆ）は金属成形品の製造工程図であ
る。

【符号の説明】

Ｇ 製品（金属成形品） Ｍ 素材（金属素材） ２ 型装置（金型） ４ キャビティ ８ 素材供給口 ２２ 吸引ポンプ（排気手段） ２５ 排気通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固相と液相とが混在した半凝固状態の金
   属素材を、金型の素材供給口から金型のキャビティ内に
   加圧しながら充填して金属成形品を製造する方法におい
   て、 前記金型のキャビティで前記素材供給口から離間した位
   置に、排気手段から延在された排気通路を連通させると
   ともに、前記金属素材をキャビティ内に加圧しながら充
   填する際に、前記排気通路を介してそのキャビティ内の
   空気を排気手段で排出させることを特徴とする金属成形
   品の製造方法。