JP4950720B2 - 鋳造装置及び鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、互いに摺動可能な複数の型部材を備え、複数の前記型部材を型締めしてキャビティを形成するとともに、前記キャビティに溶湯を注湯してアンダーカット部を有する鋳造品を得る鋳造装置及び鋳造方法に関する。

一般的に、鋳造装置により製造される鋳造品が、種々の機械部品に使用されている。この種の鋳造品は、複雑な形状を有するとともに、アンダーカット部を有する場合が多い。このため、鋳造装置は、アンダーカット部に対応して中子や鋳抜きピンを有する摺動型を備えている。

具体的には、内燃機関を構成するシリンダヘッドには、アンダーカット部であるカムシャフトジャーナル孔が設けられている。従って、シリンダヘッドを鋳造する鋳造装置は、カムシャフトジャーナル孔に対応する鋳抜きピンを用いている。

例えば、特許文献１に開示されたシリンダヘッド用製造装置は、位置決め固定された下型と、互いに対向し、且つ、前記下型に近接又は離間する１組の第１摺動型と、前記第１摺動型とは異なる位置で互いに対向し、且つ、カムシャフトジャーナル孔の軸方向に沿って進退動作する１組の第２摺動型と、前記各第２摺動型にそれぞれ揺動自在に支持された１組の鋳抜きピンと、一方の第２摺動型に支持された前記鋳抜きピンを、対向する残余の前記第２摺動型に指向して常時弾発付勢する弾性部材と、前記各鋳抜きピンを前記軸方向に進退させるとともに、前記各第２摺動型を該軸方向に進退可能な駆動機構と、前記下型、１組の前記第１摺動型及び１組の第２摺動型とともにキャビティを形成する上型と、を備えている。

このような構成において、下型、第１摺動型、第２摺動型及び上型が型締めされてキャビティが形成されるとともに、鋳抜きピンが前記上型の孔部に挿入される。そして、キャビティに溶湯が注湯され、前記溶湯が冷却固化することにより、鋳抜きピンに対応する位置にカムシャフトジャーナル孔が形成されたシリンダヘッドが得られている。

次いで、各鋳抜きピンは、後退動作されることにより上型のカムシャフトジャーナル孔の軸方向に沿った孔部から離脱される一方、各第２摺動型が前記鋳抜きピンとともに後退動作されて、型開きが行われている。さらに、各第１摺動型が後退動作されて型開きが行われる一方、上型が下型から離間されて型開きが行われている。

特開２００５−６６６４２号公報

ところで、特に、低圧鋳造法によってアンダーカット部を有する鋳造品を鋳造する際、溶湯の熱により金型が熱膨張し易い。このため、上記の従来技術では、上型と第１摺動型及び第２摺動型との各型合わせ面同士が干渉してしまい、上型の型開きに先立って、前記第１摺動型及び前記第２摺動型を後退動作させることができないという問題がある。

そこで、第１摺動型及び第２摺動型の型開き（後退動作）の前に、上型を下型に対して型締め保持している型締め力を解除することが考えられる。しかしながら、上型による型締め力が解除されると、前記上型が若干上昇するため、鋳造品が前記上型と一体に上方に引張され易い。その際、アンダーカット部であるカムシャフトジャーナル孔を成形する鋳抜きピンは、前記カムシャフトジャーナル孔に対応して配置されている。これにより、特に、鋳造品のアンダーカット部には、破壊又は変形が惹起されるという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、アンダーカット部を有する鋳造品を高品質且つ容易に鋳造することができ、しかも歩留まりを向上させるとともに、効率的な鋳造作業が遂行可能な鋳造装置及び鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明は、互いに摺動可能な複数の型部材を備え、複数の前記型部材を型締めしてキャビティを形成するとともに、前記キャビティに溶湯を注湯してアンダーカット部を有する鋳造品を得る鋳造装置に関するものである。

鋳造装置では、少なくとも１以上の型部材に設けられる型合わせ面が、鋳造時の熱膨張によって基準面位置から外方に膨出することを抑制するために、前記基準面位置から内方に向かって凹む凹形状に形成されている。ここで、基準面位置とは、型部材同士が所望のクリアランスを保持した状態で、良好に摺動し得る型合わせ面の面位置をいう。

また、型合わせ面は、長辺方向中央側が基準面位置から内方に向かって最も凹む湾曲形状に形成されることが好ましい。

さらに、型部材は、固定型と、前記固定型に対して進退自在な可動型とを備えるとともに、少なくとも１つの前記可動型は、キャビティに対して進退自在な鋳抜きピンを設けることが好ましい。

さらにまた、本発明は、互いに摺動可能な複数の型部材を型締めしてキャビティを形成するとともに、少なくとも１以上の前記型部材に設けられる型合わせ面は、基準面位置から内方に向かって凹む凹形状に形成されており、型締めされた前記キャビティに溶湯を注湯することによってアンダーカット部を有する鋳造品を得る鋳造方法に関するものである。

鋳造方法では、型部材である可動型に型締め力を付与した状態で、キャビティに溶湯を注湯する工程と、前記キャビティに注湯された前記溶湯が固化した後、前記型部材である摺動型を前記キャビティから離脱させる摺動型開き工程と、前記可動型の型締め力を解除する型締め力解除工程と、前記可動型を型開きするとともに、前記鋳造品を離型させる離型工程とを有している。

また、摺動型開き工程では、摺動型をキャビティから離脱させる前に、鋳抜きピンを前記キャビティから離脱させることが好ましい。

本発明では、少なくとも１以上の型部材に設けられる型合わせ面が、基準面位置から内方に向かって凹む凹形状に形成されている。このため、鋳造時の熱によって型部材が熱膨張しても、前記型部材の型合わせ面が、基準面位置から外方に膨出することを抑制することができる。従って、特に低圧鋳造の際にも、熱膨張により型部材同士が干渉することがなく、所望の型締め力が作用している状態で、型部材（摺動型）を円滑且つ確実に摺動させることが可能になる。

これにより、型締め力を解除する前に、型部材である摺動型を摺動させることができ、鋳造品のアンダーカット部に損傷や変形が惹起することを阻止することが可能になる。このため、アンダーカット部を有する鋳造品を高品質且つ容易に鋳造することができ、しかも不良品の発生を低減させて歩留まりを向上させるとともに、効率的な鋳造作業が遂行可能になる。

図１は、本発明の実施形態に係る低圧鋳造用鋳造装置１０の概略斜視説明図である。

鋳造装置１０は、基板１１に対して位置決め固定された下型１２と、前記基板１１上を矢印Ａ方向に進退自在で且つ互いに対向して配置される第１摺動型１４ａ、１４ｂと、前記基板１１上を矢印Ａ方向に直交する矢印Ｂ方向に進退可能で且つ互いに対向して配置される第２摺動型１６ａ、１６ｂと、前記下型１２に対向する位置で矢印Ｃ方向に昇降可能な上型（可動型）１８とを備える。

鋳造装置１０が型締めされることにより、キャビティ２０が形成される（図２及び図３参照）。キャビティ２０は、所望の鋳造品、例えば、シリンダヘッド等の形状に対応している。

図１に示すように、基板１１上には、互いに平行して矢印Ａ方向に延在するそれぞれ一対のガイドレール２２ａ、２２ｂと、矢印Ｂ方向に延在するガイドレール２４ａ、２４ｂとが設けられる。第１摺動型１４ａ、１４ｂは、ガイドレール２４ａ、２４ｂに載置されるとともに、シリンダ２６ａ、２６ｂを介して矢印Ａ方向に進退可能である。第２摺動型１６ａ、１６ｂは、ガイドレール２４ａ、２４ｂ上に載置されるとともに、シリンダ２８ａ、２８ｂを介して矢印Ｂ方向に進退可能である。

上型１８には、キャビティ２０に進入する孔部形成用の鋳抜きピン３０が所定の数だけ移動板３２に取り付けられる。この移動板３２は、図示しないアクチュエータを介して矢印Ｄ方向に進退可能である。上型１８には、加圧手段として、例えば、シリンダ３４が連結される。上型１８は、シリンダ３４を介して下型１２に対し所望の型締め力を付与する。

第１摺動型１４ａ、１４ｂは、上型１８に対して相対的に摺動する水平面側の型合わせ面３６ａ、３６ｂと、鉛直面側の型合わせ面３８ａ、３８ｂとを設ける。図４に示すように、型合わせ面３６ａ、３６ｂは、基準面位置ＭＰに対して矢印Ｂ方向中央側が矢印Ｃ方向下方（内方）に向かって最も凹む凹形状、例えば、湾曲形状に形成される。図５に示すように、型合わせ面３８ａ、３８ｂは、基準面位置ＭＰに対して矢印Ｂ方向中央側が矢印Ａ方向内方に向かって最も凹む凹形状（湾曲形状）に形成される。

第２摺動型１６ａ、１６ｂは、上型１８に相対的に摺動する水平面側の型合わせ面４０ａ、４０ｂと、鉛直面側の型合わせ面４２ａ、４２ｂとを設ける。型合わせ面４０ａ、４０ｂは、型合わせ面３６ａ、３６ｂと同様に、基準面位置ＭＰに対して矢印Ａ方向中央側が矢印Ｃ方向内方（下方）に向かって最も凹む凹形状（湾曲形状）に形成される。型合わせ面４２ａ、４２ｂは、型合わせ面３８ａ、３８ｂと同様に、基準面位置ＭＰに対して矢印Ａ方向中央側が矢印Ｂ方向内方に向かって最も凹む凹形状（湾曲形状）に形成される（図５参照）。

図２に示すように、上型１８は、第１摺動型１４ａ、１４ｂの型合わせ面３６ａ、３６ｂに対向する型合わせ面４４ａ、４４ｂと、型合わせ面３８ａ、３８ｂに対向する型合わせ面４６ａ、４６ｂとを設ける。型合わせ面４４ａ、４４ｂは、基準面位置ＭＰに対して矢印Ｂ方向中央側が内方に向かって最も凹む凹形状（湾曲形状）に形成されるとともに、型合わせ面４６ａ、４６ｂは、同様に、基準面位置ＭＰに対して矢印Ｂ方向中央側が矢印Ａ方向内方に最も凹む凹形状（湾曲形状）に形成される。

図３に示すように、上型１８は、第２摺動型１６ａ、１６ｂの型合わせ面４０ａ、４０ｂに対向する型合わせ面４８ａ、４８ｂと、型合わせ面４２ａ、４２ｂに対向する型合わせ面５０ａ、５０ｂとを設ける。型合わせ面４８ａ、４８ｂは、基準面位置ＭＰに対して矢印Ａ方向中央側が内方に向かって最も凹む凹形状（湾曲形状）に形成されるとともに、型合わせ面５０ａ、５０ｂは、基準面位置ＭＰに対して矢印Ａ方向中央側が内方に最も凹む凹形状（湾曲形状）に形成される。

図１〜図３に示すように、基板１１上には、上型１８を所定の下降位置に保持して前記上型１８が下方に移動することを規制する複数のポスト部材５２が立設される。上型１８が下型１２に対して所望の型締め力を付与した状態で、第１摺動型１４ａ、１４ｂ及び第２摺動型１６ａ、１６ｂを型開きする必要があり、前記上型１８の型締め力が前記第１摺動型１４ａ、１４ｂ及び第２摺動型１６ａ、１６ｂに掛かることを阻止するためである。

このように形成される鋳造装置１０の動作について、本実施形態に係る鋳造方法との関連で、図６に示すフローチャートに沿って以下に説明する。

先ず、シリンダ２６ａ、２６ｂの駆動作用下に、第１摺動型１４ａ、１４ｂがガイドレール２２ａ、２２ｂに沿って互いに近接する方向（矢印Ａ方向内方）に移動し、下型１２に当接する。一方、シリンダ２８ａ、２８ｂが駆動され、第２摺動型１６ａ、１６ｂは、ガイドレール２４ａ、２４ｂの案内作用下に互いに近接する方向（矢印Ｂ方向内方）に移動し、下型１２に当接する。

この状態で、上型１８は、シリンダ３４の駆動作用下に下降するとともに、下型１２に対して所望の型締め力を付与する。これにより、鋳造装置１０の型締めが行われ、この鋳造装置１０の内部には、キャビティ２０が形成される（ステップＳ１）。その際、図２に示すように、キャビティ２０には、鋳抜きピン３０が配置されている。

次に、ステップＳ２に進んで、キャビティ２０に溶湯が注湯される。そして、キャビティ２０内に注湯された溶湯が冷却及び固化されると（ステップＳ３）、鋳造装置１０に所望の型締め力が付与された状態で、鋳抜きピン３０が移動板３２の移動作用下にキャビティ２０から退動される（ステップＳ４）。

さらに、シリンダ２６ａ、２６ｂが駆動され、第１摺動型１４ａ、１４ｂは、キャビティ２０から離間する方向に移動して型開きが行われる。一方、シリンダ２８ａ、２８ｂの駆動作用下に、第２摺動型１６ａ、１６ｂは、キャビティ２０から離間する方向に移動して型開きが行われる（ステップＳ５）。

そして、シリンダ３４による上型１８の型締め力が解除された後（ステップＳ６）、ステップＳ７に進んで、前記上型１８が上昇される。その際、上型１８には、キャビティ２０で固化した製品（鋳造品）が張り付いており、この製品は、前記上型１８から離型される（ステップＳ８）。

上記のように、鋳造装置１０により低圧鋳造作業が行われている際、金型である下型１２、第１摺動型１４ａ、１４ｂ、第２摺動型１６ａ、１６ｂ及び上型１８は、比較的高熱に曝されており、熱膨張が惹起される。例えば、第１摺動型１４ａでは、矢印Ｂ方向両端側は、外部に露呈しているため、比較的低温に維持される一方、矢印Ｂ方向中央側が比較的高温になり易い。

このため、図７に示すように、第１摺動型１４ａの型合わせ面３６ａ１が、平坦面（基準面と同一形状）に構成されていると、この型合わせ面３６ａ１は、熱膨張によって矢印Ｂ方向中央側が外方に最も突出する凸形状となる（図７中、二点鎖線参照）。これにより、上型１８が複数のポスト部材５２に保持されて前記上型１８の型締め力が第１摺動型１４ａに掛かることを阻止する構成を採用していても、該型締め力が前記第１摺動型１４ａに付与されて型合わせ面３６ａ１が上型１８に干渉してしまい、該第１摺動型１４ａを型開きできないおそれがある。

そこで、本実施形態では、第１摺動型１４ａの型合わせ面３６ａを、矢印Ｂ方向中央が内方に向かって最も凹む凹形状に形成している。このため、図８に示すように、第１摺動型１４ａが熱膨張すると、凹形状の型合わせ面３６ａは、略基準面位置ＭＰに沿って変形する（図８中、破線参照）。

一方、上型１８の型合わせ面４４ａは、矢印Ｂ方向中央が内方に向かって最も凹む凹形状に形成されている。従って、上型１８が熱膨張する際、型合わせ面４４ａは、略基準面位置ＭＰに沿って変形する。

これにより、第１摺動型１４ａの型合わせ面３６ａと、上型１８の型合わせ面４４ａとが干渉することがなく、前記上型１８及び下型１２間に所望の型締め力が付与された状態で、前記第１摺動型１４ａを円滑且つ確実に型開きすることができる。

さらに、第１摺動型１４ａの垂直面側の型合わせ面３８ａと、上型１８の鉛直面側の型合わせ面４６ａとは、それぞれ内部に向かって凹む凹形状に形成されており、前記型合わせ面３８ａ、４６ａが互いに干渉することを阻止することが可能になる。さらにまた、第１摺動型１４ｂ及び上型１８、並びに第２摺動型１６ａ、１６ｂ及び前記上型１８は、上記の第１摺動型１４ａ及び前記上型１８と同様に構成されている。

このため、鋳造装置１０では、キャビティ２０で溶湯が固化した後、上型１８による型締め力を解除する前に、鋳抜きピン３０の他、第１摺動型１４ａ、１４ｂ及び第２摺動型１６ａ、１６ｂを円滑且つ確実に退動させることができる。これにより、製品のアンダーカット部に損傷や変形を惹起することを有効に阻止することが可能になり、前記アンダーカット部を有する各種製品を高品質且つ容易に鋳造することができるという効果が得られる。

しかも、上型１８と第１摺動型１４ａ、１４ｂ及び第２摺動型１６ａ、１６ｂとの干渉による摩耗が大幅に削減され、鋳造装置１０の耐久性の向上を図ることが可能になる。

さらにまた、本実施形態により製造された鋳造品（製品）は、アンダーカット部の変形や損傷等がなく、高精度に得られる。このため、後加工の工数が有効に削減されて、経済的であるという利点がある。

その上、上型１８と第１摺動型１４ａ、１４ｂ及び第２摺動型１６ａ、１６ｂとのクリアランスを良好に維持することができ、ガス抜き性が有効に向上する。これにより、鋳造不良による不良品が有効に減少され、歩留りの向上が容易に図られる。

本発明の実施形態に係る低圧鋳造用鋳造装置の概略斜視説明図である。 前記鋳造装置の矢印Ａ方向に沿った断面説明図である。 前記鋳造装置の矢印Ｂ方向に沿った断面説明図である。 前記鋳造装置を構成する第１摺動型の説明図である。 前記鋳造装置の平面説明図である。 本発明の実施形態に係る鋳造方法を説明するフローチャートである。 一般的な第１摺動型の説明図である。 前記鋳造装置の型合わせ面の説明図である。

符号の説明

１０…鋳造装置 １２…下型
１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂ…摺動型
１８…上型 ２０…キャビティ
３０…鋳抜きピン
３６ａ、３６ａ１、３６ｂ、３８ａ、３８ｂ、４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂ、４６ａ、４６ｂ、４８ａ、４８ｂ、５０ａ、５０ｂ…型合わせ面

Claims (5)

1. 互いに摺動可能な複数の型部材を備え、複数の前記型部材を型締めしてキャビティを形成するとともに、前記キャビティに溶湯を注湯してアンダーカット部を有する鋳造品を得る鋳造装置であって、
   前記型部材は、固定型と、前記固定型に対して摺動可能な摺動型と、前記固定型に対して接近又は離間し且つ摺動型との間に型合わせ面を形成する可動型とを備え、
   前記可動型と前記摺動型との型合わせ面は、鋳造時の熱膨張によって基準面位置から外方に膨出することを抑制するために、前記基準面位置から内方に向かって凹む凹形状に形成されることを特徴とする鋳造装置。
2. 請求項１記載の鋳造装置において、前記型合わせ面は、長辺方向中央側が前記基準面位置から内方に向かって最も凹む湾曲形状に形成されることを特徴とする鋳造装置。
3. 請求項１又は２記載の鋳造装置において、前記可動型又は前記摺動型に、前記キャビティに対して進退自在な鋳抜きピンを設けることを特徴とする鋳造装置。
4. 固定型と、前記固定型に対して摺動可能な摺動型と、前記固定型に対して接近又は離間し且つ摺動型との間に型合わせ面を形成する可動型とを備える型部材を型締めしてキャビティを形成するとともに、型締めされた前記キャビティに溶湯を注湯することによってアンダーカット部を有する鋳造品を得る鋳造方法であって、
   前記可動型と前記摺動型との型合わせ面を、基準面位置から内方に向かって凹む凹形状に形成するとともに、前記可動型に型締め力を付与した状態で、前記キャビティに前記溶湯を注湯する工程と、
   前記キャビティに注湯された前記溶湯が固化した後、前記摺動型を前記キャビティから離脱させる摺動型開き工程と、
   前記可動型の型締め力を解除する型締め力解除工程と、
   前記可動型を型開きするとともに、前記鋳造品を離型させる離型工程と、
   を有することを特徴とする鋳造方法。
5. 請求項４記載の鋳造方法において、前記摺動型開き工程では、前記摺動型を前記キャビティから離脱させる前に、鋳抜きピンを前記キャビティから離脱させることを特徴とする鋳造方法。

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