鑄模排氣口的製作方法

2023-07-26 07:33:11

專利名稱：鑄模排氣口的製作方法
在用於壓力鑄造鋁合金和鋅合金、鎂合金等輕金屬的金屬模中，在將金屬熔液壓入腔內之際，作為有效地向腔外排出殘留在腔內的空氣和氣體而又不致產生稱為噴射的熔液吹出的裝置，採用鑄模排氣口。
本發明涉及這類輕金屬在壓力鑄造時所用的鑄模排氣口，特別是謀求通過提高進入此鑄模排氣口內的未凝固的熔液的冷卻效率而進一步促進有效的凝固。
在壓力鑄造時，如果在鑄模的腔內殘留有空氣和氣體，則它們就裹入到熔液中，在制品中產生氣孔等缺陷，導致製品品質低下。
因此，通常如

圖1所示，設置帶有與用來壓力鑄造製品的腔1連通的氣體排出通路2的鑄模排氣口3，實行腔內的氣體排出，還有，圖中的標號4為壓力鑄造的金屬模，5為用來擠出熔液的柱塞。
此處，就氣體排出通路2而言，一般做成如圖所示的曲折的蛇形，以保證在氣體向鑄模排氣口排出以後，在熔液向模子外吹出(噴射)之前，熔液在通路內急冷凝固。
可是，由於熔液是在高壓下流動的，因此，即使把通路做成蛇形而加長流動的長度，也難於完全防止噴射的發生。
如果想用提高可靠性來防止噴射，必須將蛇形的排氣通路的間隙d做成狹窄的，並將蛇形(波浪形)的角度θ做成尖銳的。
可是，由於將間隙d做成小的，會使氣體排出通路的斷面積變小，而將角度θ做成尖銳的，會使氣體排出的阻力加大，因此它們都使氣體排出效率降低，成為不能防止製品的氣孔缺陷。
還有，如果將鑄模排氣口的長度L加長，特別是，將蛇形的氣體排出通路的間隙d做成狹窄的，蛇形的角度θ不做成尖銳的，則雖然也能防止噴射的發生，但是在此場合，不得不使鑄模排氣口大型化，不能滿足以更小型化為目標的最新的要求。
在這裡，蛇形的排氣通路的間隙d、蛇形的角度θ和鑄模排出口的長度L的最佳範圍分別做成d為0.2～0.5mm，θ為30°～50°，L為150～300mm左右。
因此，過去曾經提出各種不大型化而能以高效率排出內部的殘留氣體，同時能防止噴射的發生的鑄模排氣口。
但是，過去的技術分別遺留有構造複雜、必須有高費用的附屬裝置等問題。
也就是說，前一情況的基本構造如圖2所示，需要有將鑄模排氣口鑲塊做成複合的構造等的勞動，結果使鑄模排氣口的形狀與構造成為複雜的。
還有，後一情況的代表性構造如圖3所示，需要在鑄模排氣口四周配備抽氣裝置等，以提高氣體排出效率，雖然鑄模排氣口本身不會大型化，但是如果將其附屬裝置並在一起，則結局還是大型化，而且有其製造麻煩同時價格高等缺點。
本發明的目的為，提供一種鑄模排氣口，它在有利地解決上述問題時，由於能提高侵入鑄模排氣口內的未凝固的熔液的冷卻性能，故在與過去有同樣的尺寸和形狀、不致引起構造的複雜化和裝置的大型化的同時，能有效地防止噴射的發生。
下面，說明本發明的解說過程。
且說，本發明人根據為了解決上述問題而重複的專門研究的結果認為，如果提高侵入鑄模排氣口內的未凝固的熔液的冷卻效率，即實行強制冷卻，則可以在保持緊湊的情況下，實現有效的凝固促進，因而在鑄模排氣口內的蛇形排氣通路的外圍設置冷卻管，使冷卻水流動，以達到預期的目的，得到意外的成果。
此外，在鑄造用的鑄模排氣口中，根據如上所述的所謂強制冷卻的思想，所謂提高凝固效果的技術思想是過去沒有過的，這一思想是在本發明中首先引入的。
還有，作為鑄模排氣口的材料以往都採用與腔金屬模的材料相同的工具鋼(例如SKD61)，其理由為，如前所述，由於熔液是以高壓流入鑄模排氣口的，因此認為必須要有與腔金屬模相同程度的高硬度(通常為HB400左右以上)，為此，就材料本身而言，至今幾乎都沒有進行過研究。
因此，本發明人在根據上述觀點進行研究時，得到這樣的認識，即如果採用具有規定的特性的銅合金，則與上述情況相同，可以有效地達到所希望的目的。
本發明是以上述認識為立足點的。
也就是說，本發明為一種鑄模排氣口(第1發明)，其特徵為，它是在模具對合面上帶有與壓力鑄造用的金屬模的腔連通的蛇形排氣通路的鑄模排氣口，在該蛇形排氣通路的外圍設有冷卻管。
還有，本發明為一種鑄模排氣口(第2發明)，其特徵為，它是在模具對合面上帶有與壓力鑄造用的金屬模的腔連通的蛇形排氣通路的鑄造排氣口，其材料由銅合金製成，該銅合金含有以下列中選取的至少一種，Be0.15～2.0mass％、Ni1.0～6.0mass％和Co0.1～0.6mass％，其餘部分實際為Cu的成分，而且其硬度為布氏硬度HB180以上，熱傳導率為0.2cal/cm·S·℃以上。
還有，本發明為一種鑄模排氣口(第3發明)，其特徵為，它是在模具對合面上帶有與壓力鑄造用的金屬模的腔連通的蛇形排氣通路的鑄模排氣口，其材料由銅合金製成，該銅合金含有以下列中選取的至少一種，Be0.15～2.0mass％、Ni1.0～6.0mass％和Co0.1～0.6mass％，其餘實際為Cu的成分，其硬度為布氏硬度HB180以上，熱傳導率為0.2cal/cm·S·℃以上，而且在該蛇形排氣通路的外圍設有冷卻管。
在上述第2、第3發明中，作為鑄模排氣口材料的銅合金中也可以含有從Al0.2～2.0mass％和Mg0.2～0.7mass％中選一種或兩種。
下面，具體地說明本發明。
過去，可作為鑄模排氣口的材料使用的像SKD61這樣的工具鋼，由於雖然硬度高，但熱傳導率反而低，故在產生噴射之前，不能從未凝固的熔液中迅速地將熱量奪走，不能進行急冷凝固。
可是，例如如圖4所示，在設置冷卻管6，圍住鑄模排氣口內的蛇形排氣通路，試圖進行強制冷卻時，即使在通路的間隙d、蛇形的角度θ和鑄模排氣口的長度L與過去程度相同的場合，也可以不需要特別的附屬裝置而有效地防止噴射的發生。
雖然SKD61的熱傳導率為0.1cal/cm·S·℃，但是如果通過上述的強制冷卻而將熱傳導率提高至0.2cal/cm·S·℃，則即使通路間隙d等和過去一樣，也可得到有效的凝固效果。
因此，在設置冷卻管時，為了滿足排氣通路的路面的熱導率在0.2cal/cm·S·℃以上，極端重要的是調整其配置方式、管子直徑和冷卻劑的流量。
還有，作為冷卻劑，雖然水是最通用的，但是並不只限於此，乙二醇、油和空氣等也可有利地適用。
再有，冷卻管的設置方式並不限於圖中所示的方法，主要是，只要設置成安裝並包圍在排氣通路的周圍就可以。
這樣，按照第1發明，通過在鑄模排氣口的蛇形排氣通路的外圍設置冷卻管，進行強制冷卻，能在不引起排氣效率的降低時有效地防止噴射的發生。
還有，為了促進急冷凝固，考慮將鑄模的材料本身換成熱傳導率更高的材料例如銅合金。
可是，例如在眾所周知的鉻銅合金的場合，硬度低(HB120左右)，不具有能耐熔液的壓力的硬度。
另一方面，雖然有作為具有高硬度的銅合金的鋁青銅(HB可達350左右)，但是，相反地，由於這種材料原來預期的熱傳導率與工具鋼同樣程度地低，故不能預期噴射前的急冷凝固。
另外，由於銅合金比工具鋼容易在輕合金中腐蝕，故存在難以作為與熔液直接接觸的金屬模的材料來使用的問題。
因此，本發明人著手開發這樣一種銅合金，它作為鑄模排氣口的材料，必須硬度在布氏硬度HB180以上，熱傳導率在0.2cal/cm·S·℃以上，而且在輕合金中不會腐蝕。
此處，在作為鑄模排氣口材料的銅合金的合金設計中，將其特性目標限定在上述範圍內，是以下面的理由為根據的。
也就是說，如果熱傳導率不到0.2cal/cm·S·℃，則與SKD61的熱傳導率(約0.1cal/cm·S·℃)沒有大的差別，如果用像過去那樣的構造，則不能完全避免噴射的發生。
還有，如果硬度不到布氏硬度HB180，則由於硬度不足，所以當熔液用高壓向蛇形通路衝擊時，通路表面損傷而變得粗糙，不僅壽命變短，而且在制品取出時的脫模顯著惡化。
結果查明，如果是這樣一種銅合金，其組成為，含有從Be0.15～2.0％mass％、Ni1.0～6.0mass％和Co0.1～0.6mass％中選取的至少一種，進而根據需要含有從Al0.2～2.0mass％和Mg0.2～0.7mass％中選取的一種或兩種，其餘部分實際為Cu，則不僅可得到上述硬度與熱傳導率，而且由於這些Be與Ni、Co、Al、Mg等都是氧化性強的元素，故在使用含有這樣的元素的銅合金作為鑄模排氣口材料的場合，由於在鑄模排氣口表面上有因強的氧化而形成鈍化膜的結果，不必擔心被輕合金腐蝕。
在此，將Be與Ni、Co、Al、Mg的含量限定在上述範圍內的理由如下。Be0.15～2.0mass％Be通過與Ni和Co的結合形成NiBe與CoBe化合物，不僅有助於有效地提高強度，進而提高硬度，而且Be是用來形成氧化膜的有用的元素，但是，由於如果含有量不到0.15mass％，則不起添加作用，而另一方面，添加量超過0.2mass％，也不能預期有進一步的強度提高，反而在價格方面成為不利，故Be的含有量要在0.15～2.0mass％的範圍內Ni1.0～6.0mass％通過形成NiBe與Ni3Al化合物，Ni有助於有效地提高強度進而提高硬度，Ni還是在形成氧化膜中有用的元素，但是，由於如果含有量不到1.0mass％，則缺乏添加作用，而另一方面，如果超過6.0mass％，則合金的熔點上升，焊接修補作業變得困難，故Ni的含有量要在1.0～6.0mass％的範圍內。Co0.1～0.6mass％
Co與Ni相同，是通過與Be反應形成CoBe化合物而使強度提高的有用的元素，但是，由於如果含有量不到0.1mass％，則缺乏添加作用，而另一方面，如果超過0.6mass％，則製作銅合金時的製造性能(熱加工性能)受到阻礙，故Co的含有量要在0.1～0.6mass％的範圍內。Al0.2～2.0mass％Al通過Ni3Al化合物的形成而有效地有助於強度提高，此外，還有效地有助於氧化膜的形成和熱導率的調整，但是，由於如果含有量不到0.2mass％，則缺乏添加作用，而另一方面，如果超過2.0mass％，則熱導率過低，故Al要限定在0.2～2.0mass％的範圍內。Mg0.2～0.7mass％Mg有效地有助於硬度的提高，還有氧化膜的形成，但是，由於如果含有量不到0.2mass％，則缺乏添加作用，而另一方面，如果超過0.7mass％，則製作銅合金時的製造性能(鑄造性)受到阻礙，故Mg的含有量要在0.2～0.7mass％的範圍內。
這樣，按照第2發明，作為鑄模排氣口的材料，通過使用了適量加入Be、Ni和Co、進而加入Al、Mg那樣的氧化性強的元素、能在硬度為HB180以上時滿足熱傳導率0.2cal/cm·S·℃以上的銅合金，可以得到這樣一種壓模鑄造用的鑄模排氣口，它在輕合金中不會腐蝕，能高效率地將空氣和氣體向模具外排出，而且能在噴射前有效地急冷凝固未凝固的熔液。
還有，像第3發明那樣，如果作為鑄模排氣口的材料使用具有如上所述特性的銅合金，同時在蛇形排氣通路的周圍設置冷卻管，實行強制冷卻，則由於進一步提高了冷卻性能，故能縮短排氣通路的長度，藉此達到鑄模排氣口的進一步小型化。
圖1示出了一般的鑄模排氣口的構造和鑄模的構造；圖2示出了具有複雜的鑲塊構造的過去的鑄模排氣口的構造；圖3示出了帶有許多附屬裝置的過去的鑄模排氣口的構造；圖4示出了設有冷卻管的按照本發明的鑄模排氣口的構造。實施例1
採用設有如圖4所示的冷卻管的、用SKD61製造的鑄模排氣口(排氣通路間隙d為0.6mm，蛇形角度θ為50°，鑄模排氣口長度L為180mm)，進行鋁合金熔液(Al85mass％，相當於JIS M 5302中的ADC 10)的壓模鑄造。此時，冷卻水的流量為4l/min。
還有，為了比較起見，作為過去的例子，進行了冷卻水不流動的場合的實驗。
其結果為，相對於按照過去的例子產生噴射的情況，在一邊附加按照第1發明的強制冷卻，一邊進行壓模鑄造的場合，未見到噴射的發生。實施例2用表1所示的各種材料製作其尺寸、構造與實施例1相同的鑄模排氣口，並進行與實施例1同樣的壓模鑄造(但是，使至冷卻管的冷卻水供給處於停止狀態)。
在進行這種壓力鑄造時，對噴射的發生狀態、製品的氣孔的發生狀態和排氣通路表面的變粗糙狀態的調查結果，一起記載在表1中。
表1
噴射評價○不發生、×發生氣孔評價○不發生、×發生、*由於發生噴射，未專門評價排氣通路表面的變粗糙評價○磨削表面未變粗造(100壓射後) ×磨削表面變粗糙由表1可以看出，按照第2發明，作為鑄模排氣口的材料，在使用滿足規定的成分組成而且具有規定的特性的銅合金的場合，都不會在鑄造中產生噴射和在制品中產生氣孔缺陷，而且排氣通路表面的變粗糙也輕微。實施例3對於用表1所示的No.4、9的材料製造的鑄模排氣口，現在一邊以流量4l/min使冷卻水流動，附加強度冷卻，一邊進行與實施例2相同的壓力鑄造。
其結果為，在所有情況都可以在排氣通路的全長的1/2(90mm/180mm)的附近止住熔液浸入，因此，按照第3發明，可以將鑄模排氣口的長度L縮短成僅止住熔液侵入的程度即1/2。
這樣，根據第1，第2發明，能夠不需要使結構複雜化與裝置大型化而將在腔內的殘餘氣體順利地排出至模子外面，同時能有效地防止噴射的發生。
還有，根據第3發明，除去上述效果以外，還有能實現鑄模排氣口的進一步小型化的優點。
權利要求
1.一種鑄模排氣口，其特徵為，它是在模具對合面上帶有與壓力鑄造用的金屬模的腔連通的蛇形排氣通路的鑄模排氣口，在該蛇形排氣通路的外圍設有冷卻管。
2.一種鑄模排氣口，其特徵為，它是在模具對合面上帶有與壓力鑄造用的金屬模的腔連通的蛇形排氣通路的鑄模排氣口，其材料由銅合金製成，該銅合金含有從下列中選取的至少一種，Be0.15～2.0mass％、Ni1.0～6.0mass％和Co0.1～0.6mass％，其餘部分實際為Cu的成分，而且其硬度為布氏硬度HB180以上，熱傳導率為0.2cal/cm·S·℃以上。
3.一種鑄模排氣口，其特徵為，它是在模具對合面上帶有與壓力鑄造用的金屬模的腔連通的蛇形排氣通路的鑄模排氣口，其材料由銅合金製成，該銅合金含有從下列中選取的至少一種，Be0.15～2.0mass％、Ni1.0～6.0mass％和Co0.1～0.6mass％，其餘部分實際為Cu的成分，而且其硬度為布氏硬度HB180以上，熱導率為0.2cal/cm·S·℃以上，同時，在該蛇形排氣通路的外圍設有冷卻管。
4.如權利要求2或3的鑄模排氣口，作為鑄模排氣口材料的銅合金的組成可以進一步含有從Al0.2～2.0mass％和Mg0.2～0.7mass％中選一種或兩種。
全文摘要
本發明通過在鑄模排氣通路內的蛇形排氣通路的外圍設置冷卻管,用冷卻性能卓越的Be－Cu合金製造鑄模排氣通路,謀求能促進凝固侵入鑄模排氣口內的未凝固的熔液,其結果為,能有效地防止噴射的發生,又不引起結構的複雜化與裝置的大型化。
文檔編號C22C9/06GK1197706SQ9810609
公開日1998年11月4日 申請日期1998年3月10日 優先權日1997年3月12日
發明者松本尚國 申請人:日本礙子株式會社