JPH0740032A

JPH0740032A - 金型鋳造法とその装置

Info

Publication number: JPH0740032A
Application number: JP18629493A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ota; 厚太田; Yasuyuki Arakawa; 恭行荒川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-07-28
Filing date: 1993-07-28
Publication date: 1995-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】高真空にしなくても（９０ｔｏｒｒ程度の低
真空でも）鋳造欠陥を発生させない金型鋳造法とその装
置の提供。【構成】キャビティ３を減圧された水素雰囲気条件に
し、そこに溶湯７を充填し、加圧凝固させる金型鋳造
法。真空ダイカスト装置または真空鋳造装置からなる金
型鋳造装置に、キャビティ３に水素を供給する水素導入
手段５を加説し、キャビティ３に水素を導入して減圧さ
れた水素雰囲気を作り、そこに溶湯７を充填し、加圧凝
固させる。水素は溶湯にある程度巻き込まれても高圧下
で溶湯７に溶け込み、鋳造欠陥を発生させない。従来必
要であった高真空を水素導入により低真空にでき、鋳造
サイクルタイムを短縮できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金型のキャビティに溶湯
を充填し加圧凝固させる金型鋳造法とその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム、マグネシウム等の軽金
属、およびその合金の金型鋳造において、溶湯をキャビ
ティに充填する場合、湯まわりを向上するためある程度
充填速度を上げると、溶湯がキャビティ内の空気を巻き
込んで鋳巣を生じる問題がある。その防止方法として、
キャビティ内の空気を酸素で置換するＰＦ（ポアフリ
ー）法、キャビティを真空（ほぼ１００ｔｏｒｒ程度）
にして溶湯をシリンダにて高速充填する真空ダイカスト
法等が行なわれてきた。また、極く最近、本出願人によ
り、キャビティを真空（５０ｔｏｒｒより高真空）に
し、溶湯ドームに溶湯を押し上げて一時保留し、ゲート
を開いて溶湯ドームから大気圧と真空の差圧を利用して
溶湯を高速で真空キャビティに充填し、キャビティ内溶
湯を遮断して加圧凝固させる真空鋳造法も提案されてい
る（特開平２−１５５５５７号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＰＦ法には未
反応酸素の問題（未反応酸素によるポアが生成する問
題）があり、真空ダイカスト法および真空鋳造法には高
真空度の確保が難しいという問題がある。とくに真空鋳
造法ではキャビティ内を１０ｔｏｒｒ程度の高真空にす
るため、高真空を出すのに時間がかかり鋳造サイクルが
長くなり、作業能率低下によりコストアップを招く。こ
れを避けるために真空度を低くすると、溶湯のキャビテ
ィへの高速充填中に、溶湯によるキャビティ内残留空気
の巻き込みが生じ、凝固が早いため巻き込んだ空気が浮
上分離しにくく、鋳巣を形成してしまう。本発明の目的
は、高真空にしなくても鋳巣を生じない金型鋳造法とそ
の装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する、本
発明の金型鋳造法とその装置は、次の方法、装置から成
る。（１）キャビティ内を減圧された水素雰囲気とし、該
キャビティに溶湯を充填し、加圧凝固させる金型鋳造
法。（２）キャビティ内を減圧し、減圧したキャビティに
水素を導入し、再びキャビティを減圧し、該キャビティ
に溶湯を充填し、加圧凝固させる金型鋳造法。（３）鋳造する溶湯を予め脱ガスし溶湯の水素濃度を
下げておく（１）または（２）記載の金型鋳造法。（４）キャビティを真空にできる金型と、前記キャビ
ティに接続されキャビティを減圧する減圧手段と、前記
キャビティに接続されキャビティに水素を導入する水素
導入手段と、溶湯を加圧凝固させる溶湯加圧手段と、を
備えた金型鋳造装置。（５）前記減圧手段の真空引き口と前記水素導入手段
の水素導入口をキャビティに対して互いに反対側に設
け、前記水素導入手段の水素導入口をキャビティへの溶
湯供給側に配置した（４）記載の金型鋳造装置。

【０００５】

【作用】水素は溶湯中に０．５〜０．７ｃｃ／１００ｇ
溶け込んでおり、常圧下の凝固においてはポロシティの
原因となるが、高圧下での凝固においては水素のアルミ
への溶解量が増加し、ポロシティは発生しない。このた
め、水素をある程度巻き込んでも加圧すると溶湯中に溶
け込み欠陥は発生しない。上記（１）〜（５）の方法ま
たは装置では、キャビティを減圧かつ水素雰囲気として
おき、そこに溶湯を充填し、加圧して高圧下で凝固させ
る。減圧のため巻き込み気体の量は僅かであり、水素雰
囲気のため巻き込み気体は主に水素である。したがっ
て、水素を少量巻き込んでも溶湯を加圧することによ
り、巻き込んだ水素気泡は溶湯に溶け込み欠陥を発生し
ない。溶湯の脱ガスを行なえば、水素濃度は低減され、
さらに効果がある。水素雰囲気にしたことにより真空度
は従来のように高真空でなくてもよくなり、減圧時間が
短くなり、鋳造サイクルを短くできる。

【０００６】

【実施例】図１〜図３は本発明実施例の金型鋳造装置を
示しており、図１は従来の真空ダイカスト装置に水素導
入手段を加説した本発明の第１実施例の装置を、図２は
本出願人が先に提案した真空鋳造装置に水素導入手段を
加説した本発明の第２実施例の装置を、図３は水素導入
位置を図１と変えて溶湯供給側に配置した本発明の第３
実施例の装置を、それぞれ示している。はじめに、第１
〜第３実施例に共通な構成（請求項４に対応）を説明す
る。金型鋳造装置は、キャビティ３を真空にできる金型
１、２（可動型１および固定型２）と、キャビティ３に
接続されキャビティ３を減圧する減圧手段４と、キャビ
ティ３に接続されキャビティ３に水素を導入する水素導
入手段５と、溶湯７を加圧下で凝固させる溶湯加圧手段
６と、を備えている。減圧手段４は、図示略の真空ポン
プと、該真空ポンプとキャビティ３とを接続する通路
と、該通路を開閉する減圧バルブ８を有する。また、水
素導入手段５は、水素を入れた水素タンク９と、水素タ
ンク９とキャビティ３とを接続する通路と、該通路を開
閉する水素導入バルブ１０を有する。

【０００７】つぎに、第１〜第３実施例の各実施例に特
有の構成を説明する。第１実施例（請求項４に対応）は
本発明が真空ダイカスト装置に適用された場合である。
図１において、可動型１、固定型２は、ダイカストマシ
ンの可動プラテン、固定プラテンにとりつけられ、キャ
ビティ３は可動型１を移動させることにより開閉可能で
ある。キャビティ３は減圧手段４の真空ポンプにより減
圧可能である。溶湯加圧手段６は、プランジャシリンダ
１２内に往復動可能に挿入されたプランジャ１１からな
り、プランジャロッドは図示略の油圧シリンダに連結さ
れている。溶湯供給口１３からプランジャシリンダ１２
内に溶湯７を供給シ、プランジャ１１を前進させてキャ
ビティ３内に溶湯７を高速で供給すると共に、シャット
オフピン１４を閉めた状態で溶湯７を高圧に加圧する。
この高圧は、水素を溶湯に溶け込み可能とするために、
約３００ｋｇ／ｃｍ²以上とする。水素導入手段５は、
従来の真空ダイカスト装置が具備しなかった手段であ
る。水素導入手段５は、キャビティ３に対して、減圧手
段４と同じ側でかつ溶湯供給と反対側に設けられてお
り、水素導入バルブ１０とキャビティ３とを接続する通
路は、減圧バルブ８とキャビティ３とを接続する通路
と、一部共用されている。

【０００８】第２実施例（請求項４に対応）は本発明が
真空鋳造装置に適用された場合である。図２において、
固定型２の上側に可動型１があり、可動型１が上下され
てキャビティ３が開閉される。キャビティ３は溶湯ドー
ム１５のまわりにたとえば放射状に延びており、溶湯ド
ーム１５の下端のゲート１６があけられたときに、溶湯
ドーム１５内の溶湯７が、溶湯ドーム内の大気圧とキャ
ビティ３の真空との差圧で、高速でキャビティ３に充填
されるようになっている。溶湯ドーム１５には、溶湯保
持炉１７の溶湯面に圧力をかけて溶湯がストーク１８を
介して押し上げられる。キャビティ３に充填された溶湯
７を加圧する溶湯加圧手段６は、キャビティに臨まされ
た加圧ピンから成り、シャットオフピン１９を閉じてキ
ャビティ内溶湯を溶湯ドームから遮断した後加圧ピンを
降下させて溶湯の局部加圧を行なう。この加圧によっ
て、溶湯７を凝固時に約３００ｋｇ／ｃｍ²以上に加圧
する。

【０００９】第３実施例（請求項４および５に対応）
は、図３に示すように、水素導入手段５の配置が第１実
施例と異なり、その他は第１実施例に準じている。第３
実施例では、水素導入手段５による水素導入口２０を、
減圧手段４による真空引き口２１から分離して、両者２
０、２１をキャビティ３に対して互いに反対側に設け、
水素導入口２０をキャビティ３への溶湯導入側に配置し
てある。この理由は、水素導入時に水素の風がキャビテ
ィ３を通過するので、キャビティ３内の空気の水素への
置換を促進できるからである。

【００１０】つぎに、上記金型鋳造装置を用いて行なわ
れる本発明の金型鋳造法の実施例を説明する。第４実施
例（請求項１に対応）の方法は、図１〜図３の何れの装
置を用いても実施できる。第４実施例の方法は、キャビ
ティ３内を減圧された水素雰囲気とし、その後このキャ
ビティ３に溶湯７を充填し、加圧凝固させる方法から成
る。減圧された水素雰囲気の形成は、キャビティ３を減
圧バルブ８を開いて減圧した後減圧バルブ８を閉じ、つ
いで水素導入バルブ１０を開いて減圧されたキャビティ
３に所定量の水素を導入することによって形成してもよ
いし、あるいは先に水素導入バルブ１０を開いてキャビ
ティ３内のエアを水素で置換し、その後水素導入バルブ
１０を閉じ、ついで減圧バルブ８を開いて減圧すること
によって形成してもよい。減圧された水素雰囲気の圧力
は約９０ｔｏｒｒとし、水素分圧は約８０％とした。こ
こで、９０ｔｏｒｒとするのは、高真空な程品質は増加
するが、高真空にするとサイクル時間が増加するので、
良品質が得られてしかもサイクル時間を短縮できるよう
にするためである。また、水素以外のガスは高圧にして
も溶湯に溶け込まないので、分圧は１００％に近い方が
よいが、１００％に置換するには時間がかかるので、生
産性との関係で８０％とした。キャビティ３に充填され
た溶湯７の加圧は、図１、図３の装置ではプランジャ加
圧であり、図２の装置では加圧ピンによる加圧である。
溶湯７は約３００ｋｇ／ｃｍ²以上に加圧され、この高
圧下では、水素の巻き込みがあっても、巻き込まれた水
素は溶湯に溶け込む。

【００１１】図４は本発明方法と従来法とのブリスタ
（溶湯中ガスが膨張してできる欠陥）の発生率を比較し
たものである。試験では、溶湯はアルミ（ＪＩＳＡＣ４
ＣＨ）溶湯で、溶湯温度は６８０℃、型温は１６０℃で
あった。図４からわかるように、本発明方法のブリスタ
発生頻度は１０％以下であり、従来法（９０ｔｏｒｒ全
量がエア）では９０％以上であり、本発明により欠陥発
生が激減するのがわかる。

【００１２】第５実施例（請求項２に対応）の方法は、
図１〜図３の何れの装置を用いても実施できる。第５実
施例の方法は、キャビティ３内を減圧し、減圧したキャ
ビティ３に水素を導入し、再びキャビティ３を減圧し、
該キャビティ３に溶湯７を充填し、加圧凝固させる方法
から成る。たとえば、図１、図３の装置で、最初３秒で
キャビティ３を１０ｔｏｒｒまで減圧し、その後の２秒
で６００ｔｏｒｒまで水素を入れ、さらにその後の３秒
で９０ｔｏｒｒまで減圧した。その他は第４実施例と同
様、キャビティ３に溶湯を充填し、加圧、凝固させた。
図２の装置で第５実施例の方法を行なう場合、溶湯ドー
ム１５を下降させゲート１６を閉じて、減圧バルブ８を
開いて、キャビティ３内を真空に引く。その後減圧バル
ブ８を閉じ、水素導入バルブ１０を開いて水素をキャビ
ティ３に導入する。その後、溶湯７を溶湯ドーム１５内
に押し上げるとともに、水素導入バルブ１０を閉じ減圧
バルブ８を開けて、キャビティ３を真空に引く。溶湯７
が溶湯ドーム１５内に入りゲート１６部分のシールを完
全にする。ゲート１６が開き溶湯７がキャビティ３に充
填される。その後シャットオフピン１９が働き、溶湯７
をキャビティ３内に密閉し、その後加圧ピン６を作動さ
せ、加圧凝固させる。水素ガスを導入する場合、溶湯に
近いキャビティに通じる通路から行うようにする。図
１、図３の装置でも、図２の装置でも、図４に示すと同
様のブリスタ不良低下が得られた。

【００１３】第６実施例（請求項３に対応）の方法は、
図１〜図３の何れの装置を用いても実施できる。第６実
施例の方法は、鋳造する溶湯７を、キャビティ３に充填
する前に、予め脱ガスし、溶湯７の水素濃度を下げてお
く方法から成る。これによって、溶け込み可能な水素量
を増加できる。脱ガスの方法自体は従来公知の方法によ
ればよく、たとえばアルゴンガス等の不活性ガスでバブ
リングしたり、真空脱ガス等で行なうことができる。本
方法で自動車部品を試作してみた。溶湯はＪＩＳＡＣ４
ＣＨのアルミで、溶湯温度７２０℃、型温１２０℃であ
る。溶湯は鋳造前に脱ガスし、水素濃度を低下させた。
キャビティ３の真空度は最初は９０ｔｏｒｒまで引き、
その後５５０ｔｏｒｒまで水素を入れ、その後９０ｔｏ
ｒｒまで引き、鋳造した。図５は脱ガス＋真空の場合、
および真空のみの場合とのガス欠陥発生率を示している
が、図５からわかるように、脱ガスを併用した場合は、
真空のみの１０ｔｏｒｒの場合とほぼ同様の効果があ
る。したがって、脱ガスしておけば、９０ｔｏｒｒでも
真空のみの場合の１０ｔｏｒｒと同じ効果があり、サイ
クルタイムを大幅に短縮できる。

【００１４】

【発明の効果】請求項１、２、４の何れか一によれば、
キャビティを減圧、水素雰囲気にしてそこに溶湯を充填
し、加圧凝固させるので、水素をたとえ少量巻き込んで
も巻き込まれた水素は高圧下で溶湯に溶け込むので、欠
陥を発生しない。また、少量の減圧水素の存在は許され
ることになるため、キャビティの真空度は９０ｔｏｒｒ
程度の低真空でよくなり、高真空にする必要がなくサイ
クルタイムを短縮できる。請求項３によれば、溶湯を予
め脱ガスするようにしたので、溶け込み可能な水素量を
増加させることができ、鋳造欠陥の発生防止および鋳造
サイクルタイムの短縮を、さらに促進できる。請求項５
によれば、水素導入口を溶湯供給側に配置したので、水
素のガス流れがキャビティを通過し空気との置換が進
む。また、最も巻き込まれ易い溶湯導入部分の水素濃度
が高まるので、置換効果が強まる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金型鋳造法を実施する本発明の第１実
施例に係わる金型鋳造装置の概略断面図である。

【図２】本発明の金型鋳造法を実施する本発明の第２実
施例に係わる金型鋳造装置の概略断面図である。

【図３】本発明の金型鋳造法を実施する本発明の第３実
施例に係わる金型鋳造装置の概略断面図である。

【図４】本発明方法と従来法とのブリスタ発生頻度比較
図である。

【図５】本発明の脱ガスを行なう方法と真空のみの場合
におけるガス欠陥発生率比較図である。

【符号の説明】

１金型（可動型）２金型（固定型）３キャビティ４減圧手段５水素導入手段６溶湯加圧手段７溶湯８減圧バルブ９水素タンク１０水素導入バルブ１１プランジャ１２プランジャシリンダ１３溶湯供給口１４シャットオフピン１５溶湯ドーム１６ゲート１９シャットオフピン２０水素導入口２１真空引き口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】キャビティ内を減圧された水素雰囲気と
し、該キャビティに溶湯を充填し、加圧凝固させること
を特徴とする金型鋳造法。
【請求項２】キャビティ内を減圧し、減圧したキャビ
ティに水素を導入し、再びキャビティを減圧し、該キャ
ビティに溶湯を充填し、加圧凝固させることを特徴とす
る金型鋳造法。
【請求項３】鋳造する溶湯を予め脱ガスし溶湯の水素
濃度を下げておく請求項１および２の何れか１項記載の
金型鋳造法。
【請求項４】キャビティを真空にできる金型と、前記
キャビティに接続されキャビティを減圧する減圧手段
と、前記キャビティに接続されキャビティに水素を導入
する水素導入手段と、溶湯を加圧凝固させる溶湯加圧手
段と、を備えたことを特徴とする金型鋳造装置。
【請求項５】前記減圧手段の真空引き口と前記水素導
入手段の水素導入口をキャビティに対して互いに反対側
に設け、前記水素導入手段の水素導入口をキャビティへ
の溶湯供給側に配置した請求項４記載の金型鋳造装置。