JPS61180659A

JPS61180659A - 高圧凝固鋳造方法

Info

Publication number: JPS61180659A
Application number: JP2022985A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Tetsuanaguchi; 鉄穴口　隆弘; Masaharu Okada; 正治岡田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-02-04
Filing date: 1985-02-04
Publication date: 1986-08-13

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】（産業の利用分野）本発明は、溶湯をキャビティ内で加圧状態で凝固させる
ことにより高密度で均一な組織を有する鋳造製品を得る
ようにした高圧凝固鋳造方法に関する。

（従　　来　　技　　術）鋳造方法の一種として、主として軽合金の鋳造に使用さ
れる高圧凝固鋳造法或いは溶湯鋳造法は、金型（下型）
におけるキャビティの直下にスリーブによって内周面を
形成された湯通路を設けると共に、該湯通路に注入した
溶湯を上記スリーブ内を階動するプランジャによってキ
ャビティ内に押し込んで、該溶麺を加圧状態の下で凝固
させるもので、高密度で均一な組織を有する鋳造製品が
得られるという特徴がある。しかし、この方法において
は、上記湯通路に注入された溶湯のスリーブ内周面に接
触する部分がキャビティ内に押し込まれる前に凝固して
所謂初期凝固層が形成され、これがプランジャの上動に
よってキャビティ内に持ち込まれて、製品内に鋳ぐるま
れるという問題がある。つまり、このような非加圧下で
凝固した初期凝固層は組織が粗いため、これが鋳くるま
れた製品は局部的に組織の欠陥を有することになって、
強度が低下するのである。

高圧凝固鋳造方法におけるこのような問題に対処するも
のとしては、例えば特公昭５６−５６２１号公報に開示
された発明がある。これは、第７図に示すように、下型
１におけるキャビティ２の直下にスリーブ３によって内
周面を形成された湯通路４を設け、且つ上記スリーブ３
内を上下に摺動するプランジャ５を備えた構成において
、上記スリーブ３の上部内周面に湯通路４内に突出する
ようにサークリップ６を備えるようにしたものである。

これによれば、第８図に示すように、スリーブ３の内周
面に形成された初期凝固層７がプランジャ５の上動によ
って削り取られて上方に押し上げられた時に、該１１７
がサークリップ６によりキャビティ２内に侵入すること
が阻止され、或いはキャビティ２内で再び溶融される程
度に細かく粉砕されることになる。従って、この初期凝
固層が製品内に含まれることによる該製品の局部的な組
織の欠陥が阻止される。しかし、この発明によると、上
記サークリップ６が製品に鋳込まれることになって、−
回の鋳造作業毎に新たなサークリップ６を補充しなけれ
ばならないという面倒がある。

（発　　明　　の　　目　　的）本発明は高圧凝固鋳造方法における上記のような実情に
対処するもので、初期凝固層のキャビティ内への侵入と
溶湯の射出速度との間に相１ＩｌＷＪ係が存在すること
に着目して、射出スリーブ内壁沿いに生じた初期凝固層
をキャビティ内への侵入時に消滅させる方法を実現する
ことにより、均一で高密度の組織を有して強度等に優れ
た鋳物製品が得られるようにすることを目的とする。

（発　　明　　の　　構　　成）即ち、本発明に係る高圧凝固鋳造方法は、内部にキャビ
ティが形成された金型にエア抜き手段が設けられ、且つ
上記キャビティが湯口に対して横断面積、形状、方向の
うちの少なくとも１つの要素で変化している場合に、射
出スリーブの内壁沿いに生じた初期凝固層が上記キャビ
ティ内で敗らされる程度の高速で上記スリーブ内の溶湯
をプランジャにより押し上げ、然る後、該プランジャに
よってキャビティ内の溶湯を４００ｎ／ｃｄ以上の加圧
力で加圧保持するようにしたことを特徴とする。

上記エア抜き手段は、キャビティ内へのＷＩＩ！充填時
に該キャビティ内の圧力を低下させ或いは真空にする作
用を行うが、これは上記スリーブ内のプランジャを高速
で押し上げた場合にキャビティ内のエアが溶湯内に巻き
込まれることによるガス欠陥の発生を防止するためであ
る。また、上記溶湯をプランジャによって伸し上げる速
度は、具体的には湯口及びキャビティの横断面積、形状
、方向の各要素に基づいて決定される。その場合に、湯
口に対してキャビティが上記各要素のうち少な（とも１
つが変化している関係にあれば、上記プランジャによる
押し上げ速度を相対的に大きくすることにより、初期凝
固層を消滅させ得ることが実験によって確認されている
が、これは、上記のようにして溶湯を衝撃的にキャビテ
ィ内に押し込んだ場合、初期凝固層が微小片化されて溶
湯中に分散され、該溶湯中で再溶融される等の理由によ
る。

（発　　明　　の　　効　　果）上記の構成によれば、溶湯がキャビティ内に衝撃的に押
し込まれることにより、初期凝固層が微小片化されて溶
湯中で再溶融され、その結果、該初期凝固層が消滅する
ことになる。これにより、均一で高密度の組織を有する
強度等に優れた鋳物製品が得られることになる。

（実　　施　　例）以下、本発明の実施例について説明する。

先ず、本発明で用いられる鋳造装置の構成を説明すると
、第１図に示すように該装置１１０は、下面にキャビテ
ィ１１の上半部が形成された上型１２と、上面にキャビ
ティ１１の下半部が形成された下型１３とを有すると共
に、該下型１３にはキャビティ１１の直下に湯口部１３
ａが形成されている。そして、この実施例においては、
キャビティ１１を形成する上型１２の下面中央部に、後
述する製品のボス部（第５図参照）を形成する円柱状突
出部１２ａが形成されていることにより、湯口部１３ａ
内からキャビティ１１内に向う時に、当該横断面積、形
状、方向のうち少なくとも１つの要素が変化するように
なっている。また、上記下型１３には湯口部１３ａの下
方に連続させて射出スリーブ１４が接続されており、該
湯口部１３ａと射出スリーブ１４とで湯通路１３ｂが形
成されていると共に、該スリーブ１４内にはプランジャ
１５が上下層動自在に嵌挿されている。

また、この鋳造装置１０にはエア抜き手段１６が備えら
れているが、該エア抜き手段１６は、キャビティ１１内
への溶湯充填時に該キャビティ１１内のエアを外部に抜
き取るためのエア抜き通路１７と、該通路１７を開閉す
る開閉弁１８とを有する。また、下型１３内には開閉弁
１８を図示の開弁位置に保持するボール等でなる位置決
め装置１９が設けられていると共に、該下型１３と開閉
弁１８との間には該弁１８を閉方向（Ｘ方向）に常時付
勢するバネ２０が介設されている。そして、該バネ２０
の一端を受は止める開閉弁１８における受圧面１８ａに
通路２１を介して外部からエア圧を作用させた時に、上
記位置決め装置１９による規制が解かれることにより、
第１図に鎖線で示すように開閉弁１８がＸ方向に移動し
て上記エア族き通路１７が閉じられるようになっている
。また、該通路１７を再び開く場合には、下型１３の下
方に備えられたリセット用エアシリンダ２２のピストン
ロッド２２ａが開閉弁１８を上方（反Ｘ方向）に押すこ
とにより、該弁１８が上記の開弁位置にリセットされる
ようになっている。

次に、本発明方法について説明する。

先ず、第１図に鎖線で示すように上型１２を下型１３の
上方に位置させて両型１２．１３を分離し、且つ下型１
３におけるスリーブ１４内を上下動するプランジャ１５
を下方に位置させた状態で、湯通路１３ｂ内に溶ｒＩＡ
ａを注入すると共に、同図に実線で示すように下型１３
と上型１２とを型合せする。

そして、この状態で上記プランジャ１５を高速で上動さ
せることにより、湯通路１３ｂ内の溶湯ａを湯口部１３
ａを介してキャビティ１１内に衝撃的に押し込む。その
場合、キャビティ１１内のエアが該溶Ｓａ中に巻き込ま
れる可能性が生じるが、本発明においては、第２図に拡
大して示すように、該層１ａがキャビティ１１内に所定
量充填されるまで開閉弁１８が図示の開弁位置に保持さ
れ、且つこの状態でエア抜き通路１７を介して該キャビ
ティ１１内のエアが所定の負圧量で真空引きされるため
、該キャビティ１１内のエアが外部に広き取られること
になる。これにより、溶湯射出時における該溶湯ａ中へ
のエアの巻き込みが防止される。

また、このようにしてキャビティ１１内に溶湯ａを充填
した後は、第３図に示すように、上記開閉弁１８によっ
てエア抜き通路１７を閉じると共に、上記溶ｗＡａをプ
ランジャ１５によって更に押圧することにより、該キャ
ビティ１１内の溶Ｓａに４００Ａ１／ｃｄ以上の加圧力
を作用させた状態で該溶湯を加圧保持する。これにより
、キャビティ１１内の溶ＩＩａが加圧状態の下で凝固し
て、所定の鋳造製品が形成されることになる。

然して、このような高圧凝固鋳造方法においては、上記
湯通路１３ｂに溶ｗＡａを注入した時、或いはキャビテ
ィ１１内への射出時に、該溶湯ａの一部が湯通路１３ｂ
の内周面からの冷却作用によってキャビティ１１内に押
し込められる前に凝固するため、第１．２図に示すよう
に該通路１３ｂの内周面に沿って溶湯ａの初期凝固層ａ
１が形成される。そして、この初期凝固層ａ１が上記プ
ランジャ１５の上動によって湯通路１３ｂの内周面から
削り取られ、該湯通路１３ｂ内の溶湯ａと共にキャビテ
ィ１１内に侵入しようとする。しかし、上記の方法によ
れば、湯通路１３ｂ内の溶湯ａがプランジャ１５によっ
て従来よりもはるかに高速で且つ衝撃的にキャビティ１
１内に射出されるため、第２図に示すように該溶湯ａ中
の初期凝固層ａ１が微小片化されてキャビティ１１内の
溶ｉＩａ中に分散されるのである。つまり、湯口部１３
ａとキャビティ１１との境界部で当該横断面積、形状、
方向が変化している状態において、上記のように溶１ｊ
ａが高速で押し上げられると該境界部における通路横断
面積や形状等の変化に伴って溶湯ａの流速が急激に大き
くなり或いは乱流が生じるため、溶湯ａと共に初期凝固
層ａ１が上記境界部を通過する際に、該初期凝固層ａ１
がその先端部から粉砕され或いはかき乱されて微小片化
されるのである。そして、こうして微小片化された初期
凝固層ａ１は、キャビティ１１内の溶湯ａ中に分散され
、更には該層ＷＡａによって再溶融されて第３図に示す
ように消滅することになる。これにより、初期凝固層ａ
１がキャビティ１１内で製品内に鋳くるまれることが防
止され、高密度の且つ均一な組織を有する鋳造製品が形
成されることになる。

次に、上記実施例の効果を確認するために行った実験に
ついて説明する。

先ず、第４図に示すような自動車用足廻り部品（ステア
リングナックル）Ａを上記の方法によって鋳造し、然る
後、これを第５図に示すように製品部Ｂと湯口部Ｃとを
含む縦断面で切断して、その切断面りにおいて初期凝固
層が存在している面積を測定した。その場合、プランジ
ャの押し上げ速度（射出速度）を６　Ｏｎ＋ｍ／秒、１
．３０　ｍｍ／秒、３５０　ａｌｌ／秒に順次設定して
、各段階について夫々数回の測定を行った。尚、この実
験における条件は以下の通りである。材料：ＪＩＳ規格
ＡＣ４Ｃ材、湯温７５０℃±１０℃、加圧カニ８００Ｐ
ｃ３／　ｃｉ、チルタイム（射出充填後の加圧保持時間
）：３５秒、鋳造品（湯口部を含む）の聡明断面積：５
５００　ｍ　ｍ”。

その結果、第６図のグラフに示すような結果が得られた
。即ち、このグラフからもわかるように、射出速度を大
きくするに従って上記切断面積りにおける初期凝固層の
面積つまり該層の存在量が減少することが確認され、特
にこの実験においては射出速度を約４６０　ａｍ／ｍ／
上に設定すれば上記湯口部Ｃにおいてさえも（従って製
品部Ｂにおいては完全に）初期凝固層が消滅して、高品
質の鋳造製品が得られることが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明方法の実施例を示すもので、第１図
は該実施例において用いた鋳造装置の概略構成を示す縦
断面図、第２図はキャビティ内に溶湯を充填する状態を
示す要部拡大縦断面図、第３図は溶湯がキャビティ内で
加圧保持されている状態を示す同じく断面図である。第
４図は上記実施例によって製作された製品の一例を示す
平面図、第５図は第４図ｖ−ｖｉａで切断した縦断面図
、第６図は本発明方法の効果を確認するために行った実
験の結果を示すグラフ、第７．８図は従来例を示す断面
図及びその作用を示す要部拡大断面図である。１１・・・キャビティ、１２．１３・・・金型（１２・
・・上型、１３・・・下型）、１３ａ・・・湯口、１４
・・・射出スリーブ、１５・・・プランジャ、１６・・
・エア抜き手段、ａ・・・溶湯、ａｌ・・・初期凝固層
。第１図第２閃第３図一一一一一一＋１２第６図第４図Ａ第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部にキャビティが形成された金型に対し溶湯を
竪型の射出スリーブから湯口を介してプランジャで押し
上げて上記キャビティ内に充填すると共に、該キャビテ
ィ内で溶湯を高圧で加圧保持して凝固させる鋳造方法で
あって、上記金型がエア抜き手段を有し、且つキャビテ
ィが湯口に対して横断面積、形状、方向のうちの少なく
とも１つの要素で変化している構成において、上記スリ
ーブの内壁沿いに生じる初期凝固層が上記キャビティ内
で散らされる程度の高速でスリーブ内の溶湯をプランジ
ャにより押し上げ、然る後、該プランジャによってキャ
ビティ内の溶湯を４００Ｋｇ／ｃｍ＾２以上の加圧力で
加圧保持するようにしたことを特徴とする高圧凝固鋳造
方法。