特開 2024-101348 ダイカスト法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024101348

(43)【公開日】2024-07-29

(54)【発明の名称】ダイカスト法

(51)【国際特許分類】

   B22D 17/32 20060101AFI20240722BHJP

   B22D 46/00 20060101ALI20240722BHJP

【ＦＩ】

B22D17/32 B

B22D46/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023005291

(22)【出願日】2023-01-17

(71)【出願人】

【識別番号】000006943

【氏名又は名称】リョービ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003742

【氏名又は名称】弁理士法人海田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】今川 洋一

(72)【発明者】

【氏名】喜多村 光朗

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 武士

(72)【発明者】

【氏名】原田 健太

(72)【発明者】

【氏名】山田 健太郎

(57)【要約】

【課題】ダイカスト法の最適条件を決定することができる手法を提供する。
【解決手段】このダイカスト法は、固定型１０と可動型２０とによってキャビティ１ａが画成されるダイカスト用金型１を備えるダイカスト装置を用いて、キャビティ１ａに金属溶湯２を充填することでダイカスト品を得るダイカスト法であって、キャビティ１ａに対する金属溶湯２の充填完了時における当該金属溶湯２全体の固相率の分布を予測し、金属溶湯２全体において固相率ごとに占める面積と、固相率ごとの圧力伝播比率とに基づいて、固相率ごとの型開き力を算出し、算出された固相率ごとの型開き力の合計値からダイカスト用金型１の型開き力を予測することで、ダイカスト装置の鋳造圧力を決定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定型と可動型とによってキャビティが画成されるダイカスト用金型を備えるダイカスト装置を用いて、前記キャビティに金属溶湯を充填することでダイカスト品を得るダイカスト法であって、
前記キャビティに対する前記金属溶湯の充填完了時における当該金属溶湯全体の固相率の分布を予測し、
前記金属溶湯全体において固相率ごとに占める面積と、固相率ごとの圧力伝播比率とに基づいて、固相率ごとの型開き力を算出し、
算出された固相率ごとの型開き力の合計値から前記ダイカスト用金型の型開き力を予測することで、前記ダイカスト装置の鋳造圧力を決定することを特徴とするダイカスト法。

【請求項2】

請求項１に記載のダイカスト法であって、
固相率ごとの前記圧力伝播比率は、前記キャビティに対する前記金属溶湯の充填完了時において、当該金属溶湯全体に予め設定した複数の測定ポイントでの固相率の予測値およびキャビティ内圧力の実測値と、前記ダイカスト装置で予め設定された鋳造圧力の設定値とに基づき算出されたものであることを特徴とするダイカスト法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ダイカスト法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、固定型と可動型とによってキャビティが画成されるダイカスト用金型を備えるダイカスト装置を用いて、キャビティに金属溶湯を充填することでダイカスト品を得るダイカスト法が公知である。この種のダイカスト法を実行して安定した品質のダイカスト品を得るには、ダイカスト装置での最適な鋳造圧力の選定が必要である。なぜなら、鋳造圧力が不足した場合にはダイカスト品に鋳巣などの内部欠陥が発生する可能性が有り、逆に鋳造圧力が高すぎた場合にはダイカスト用金型が型開きを起こすなどしてダイカスト品にバリなどの形状不良が発生する可能性が有るためである。そのため、下記特許文献１，２に代表されるダイカスト法に関する従来技術では、ダイカストシミュレーション方法や離型抵抗の予測方法などといったダイカスト法の品質向上のための様々な手法が提案されていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－２６７２３号公報

【特許文献2】特開２０１７－１００１５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上掲した特許文献１，２に代表される従来技術では、ダイカスト装置における鋳造圧力の選定やダイカスト用金型における型開き力の選定は、キャビティ内に充填される金属溶湯が液相の状態であることを前提に試算されるのが一般的であった。ただし、キャビティに対して充填が完了した時点の金属溶湯は、固相と液相が混合した状態である。したがって、金属溶湯が液相のみであることを前提とした従来の試算方法は、正しい条件に基づくものとは言えなかった。特に、金属溶湯が液相のみであることを前提とした試算の場合、鋳造圧力や型開き力は大きい値となってしまう傾向にあるため、必要以上の鋳造圧力を想定したダイカスト装置を選定してしまうことにもつながる。そのため、設備の大型化を招いてしまう等、従来技術には改善の余地が残されていた。

【0005】

本発明は、上述した従来技術に存在する課題に鑑みて成されたものであって、ダイカスト法の最適条件を決定することができる手法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

【0007】

本発明に係るダイカスト法は、固定型（１０）と可動型（２０）とによってキャビティ（１ａ）が画成されるダイカスト用金型（１）を備えるダイカスト装置を用いて、前記キャビティ（１ａ）に金属溶湯（２）を充填することでダイカスト品を得るダイカスト法であって、前記キャビティ（１ａ）に対する前記金属溶湯（２）の充填完了時における当該金属溶湯（２）全体の固相率の分布を予測し、前記金属溶湯（２）全体において固相率ごとに占める面積と、固相率ごとの圧力伝播比率とに基づいて、固相率ごとの型開き力を算出し、算出された固相率ごとの型開き力の合計値から前記ダイカスト用金型（１）の型開き力を予測することで、前記ダイカスト装置の鋳造圧力を決定することを特徴とするものである。

【0008】

また、本発明に係るダイカスト法において、固相率ごとの前記圧力伝播比率は、前記キャビティ（１ａ）に対する前記金属溶湯（２）の充填完了時において、当該金属溶湯（２）全体に予め設定した複数の測定ポイント（（ａ）～（ｆ））での固相率の予測値およびキャビティ内圧力の実測値と、前記ダイカスト装置で予め設定された鋳造圧力の設定値とに基づき算出することができる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ダイカスト法の最適条件を決定することができる手法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一般的なダイカスト用金型を備えたダイカスト装置の全体構成例を示す断面図であり、特に、金属溶湯の充填前の状態を示している。

【図2】一般的なダイカスト用金型を備えたダイカスト装置の全体構成例を示す断面図であり、特に、金属溶湯の充填後の状態を示している。

【図3】キャビティに対する金属溶湯の充填完了時における当該金属溶湯全体の固相率の分布を予測したシミュレーション結果を示す図である。

【図4】図３で示した複数の測定ポイントでの固相率の予測値およびキャビティ内圧力の実測値と、ダイカスト装置で予め設定された鋳造圧力の設定値とを纏めて示した図である。

【図5】図４で示した値をグラフ化した図である。

【図6】図５で示したグラフにおいて、固相率が０に近い実測値を削除し、固相率が０である場合のキャビティ内圧力をダイカスト装置で予め設定された鋳造圧力の設定値に置き換えた場合のグラフ図である。

【図7】図６で示したグラフ上のプロットに近似曲線を描いた状態のグラフ図である。

【図8】図７で示したグラフ図の縦軸であるキャビティ内圧力を、実測圧力／設定圧力（＝キャビティ内圧力／鋳造圧力の設定値＝圧力伝播比率）とした場合のグラフ図である。

【図9】金属溶湯全体において固相率ごとに占める面積と、固相率ごとの圧力伝播比率（図８で算出した値）とに基づいて、固相率ごとの型開き力を算出し、算出された固相率ごとの型開き力の合計値からダイカスト用金型の型開き力を予測した結果を示す図である。

【図10】図９で行ったダイカスト用金型の型開き力を予測した結果を、別の鋳造圧力の設定値に適用した場合の結果例を示す図である。

【図11】図１０で示したダイカスト法の効果例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0012】

本実施形態に係るダイカスト法について説明する前に、まずは図１および図２に基づいて、本実施形態に係るダイカスト法を実行することができる一般的なダイカスト装置の全体構成についての説明を行う。ここで、図１および図２は、一般的なダイカスト用金型１を備えたダイカスト装置の全体構成例を示す断面図であり、特に、図１は金属溶湯の充填前の状態を示しており、図２は金属溶湯の充填後の状態を示している。図１および図２に示されるように、ダイカスト用金型１は、ダイカストを行うダイカスト装置の主要構成部材として設けられている。

【0013】

例示の一般的なダイカスト用金型１は、固定ダイス１２と固定ホルダ１１とを備える固定型１０と、可動ダイス２２と可動ホルダ２１とを備える可動型２０とを有している。固定ダイス１２と可動ダイス２２とによって、キャビティ１ａが画成される。また、ダイカスト用金型１には、スリーブ３０が設けられている。スリーブ３０は、ビスケット形成部１ｂ、ランナー形成部１ｃ、およびゲート形成部１ｄを介してキャビティ１ａと連通している。また、スリーブ３０内には、プランジャーチップ３１が設けられている。プランジャーチップ３１は、スリーブ３０内を進退可能である。さらに、プランジャーチップ３１の前進方向対向位置であるビスケット形成部１ｂの位置には、分流子４０が設けられている。プランジャーチップ３１がスリーブ３０内を前進してアルミニウム溶湯等の金属溶湯２を押圧すると、金属溶湯２は鋳込口であるビスケット形成部１ｂ、ランナー形成部１ｃ、およびゲート形成部１ｄを介してキャビティ１ａに充填される。なお、図１に示される状態から、図２に示される状態へとプランジャーチップ３１を前進させることにより、プランジャーチップ３１によって押圧されてスリーブ３０内を送られてきた金属溶湯２が、分流子４０に衝突する。そして、分流子４０に衝突した金属溶湯２は、分流子４０によってランナー形成部１ｃおよびゲート形成部１ｄへと導かれるように構成されている。

【0014】

つぎに、本発明者らが創案した本実施形態に係るダイカスト法について、図３～図１１を用いて説明を行う。

【0015】

ここで、図３は、キャビティに対する金属溶湯の充填完了時における当該金属溶湯全体の固相率の分布を予測したシミュレーション結果を示す図である。なお、図３において、符号（ａ）～（ｆ）は、キャビティ内圧力の値を測定するために予め設定した複数の測定ポイントを示している。図４は、図３で示した複数の測定ポイントでの固相率の予測値およびキャビティ内圧力の実測値と、ダイカスト装置で予め設定された鋳造圧力の設定値とを纏めて示した図である。図５は、図４で示した値をグラフ化した図である。図６は、図５で示したグラフにおいて、固相率が０に近い実測値を削除し、固相率が０である場合のキャビティ内圧力をダイカスト装置で予め設定された鋳造圧力の設定値に置き換えた場合のグラフ図である。図７は、図６で示したグラフ上のプロットに近似曲線を描いた状態のグラフ図である。図８は、図７で示したグラフ図の縦軸であるキャビティ内圧力を、実測圧力／設定圧力（＝キャビティ内圧力／鋳造圧力の設定値＝圧力伝播比率）とした場合のグラフ図である。図９は、金属溶湯全体において固相率ごとに占める面積と、固相率ごとの圧力伝播比率（図８で算出した値）とに基づいて、固相率ごとの型開き力を算出し、算出された固相率ごとの型開き力の合計値からダイカスト用金型の型開き力を予測した結果を示す図である。図１０は、図９で行ったダイカスト用金型の型開き力を予測した結果を、別の鋳造圧力の設定値に適用した場合の結果例を示す図である。図１１は、図１０で示したダイカスト法の効果例を示す図である。

【0016】

本発明者らは、本実施形態に係るダイカスト法を創出するにあたり、キャビティ１ａに対して充填が完了した時点の金属溶湯２は、固相と液相が混合した状態であることに着目した。そこでまず、図３に示すように、コンピュータによるシミュレーション解析を行い、キャビティ１ａに対する金属溶湯２の充填完了時における当該金属溶湯２全体の固相率の分布を予測した。また、金属溶湯２全体の固相率の分布を予測した上で、図３中の符号（ａ）～（ｆ）で示す複数の測定ポイントで、キャビティ内圧力の値を測定した。その測定結果が、図４に示されている。

【0017】

図４において、例えば、「（ａ）製品湯口側」は、図３中の符号（ａ）で示した測定ポイントのことを示しており、「（ａ）製品湯口側」の測定ポイントでの固相率のシミュレーション結果が０．３４５％であり、ダイカスト装置で予め設定された鋳造圧力の設定値が４５ＭＰａの場合のキャビティ内圧力の実測値が２８．９６ＭＰａであり、ダイカスト装置で予め設定された鋳造圧力の設定値が４８ＭＰａの場合のキャビティ内圧力の実測値が２８．１５ＭＰａであることが示されている。

【0018】

そして、発明者らは、図４で示した値をグラフ化して図５を得た。図５において、横軸は固相率（％）であり、縦軸はキャビティ内圧力（ＭＰａ）である。ここで、発明者らは、図５における実測値のうち、符号αで示す固相率が０に近い実測値が他の実測値と相関関係にないことに着目し、この符号αで示す固相率が０に近い実測値を異常値として削除した。

【0019】

さらに、発明者らは、図５で示したグラフ図から固相率が０に近い実測値を削除した上で、固相率が０である場合のキャビティ内圧力をダイカスト装置で予め設定された鋳造圧力の設定値（４５ＭＰａと４８ＭＰａ）に置き換えたグラフ図を作成した（図６参照）。

【0020】

図６を得た発明者らは、さらに、図６で示したグラフ上のプロットに近似曲線を描いた状態のグラフ図である図７を作成した。そして、図７で示したグラフ図の縦軸であるキャビティ内圧力を、実測圧力／設定圧力（＝キャビティ内圧力／鋳造圧力の設定値＝圧力伝播比率）としたグラフ図を作成した（図８参照）。つまり、図８の作成によって、固相率ごとの圧力伝播比率を算出する根拠図を得ることができた。

【0021】

図８で示すグラフ図を得た発明者らは、改めて図３で示したキャビティ１ａに対する金属溶湯２の充填完了時における当該金属溶湯２全体の固相率の分布予測に基づき、金属溶湯２全体において固相率ごとに占める面積と、固相率ごとの圧力伝播比率（図８で算出した値）とに基づいて、固相率ごとの型開き力を算出した。その算出結果を纏めた図が、図９にて示されている。

【0022】

図９では、０．２２％～０．５１％までの固相率ごとで、固相率ごとの面積と、固相率ごとの圧力伝播比率が算出されており、これらの値から型開き力（Ｎ）が算出されている。また、型開き力（Ｎ）は、型開き力（ｔ）に換算されている。そして、図９の最下段の位置に、算出された固相率ごとの型開き力（Ｎ又はｔ）の合計値が算出されている。

【0023】

ここで、図９で示す算出値は、ダイカスト装置で予め設定された鋳造圧力の設定値が４５ＭＰａの場合の型開き力が７５８．６ｔとなっており、ダイカスト装置で予め設定された鋳造圧力の設定値が４８ＭＰａの場合の型開き力が８１２．７ｔとなっている。これらの予測値は、従来技術で行われていた金属溶湯２が液相のみであることを前提とした試算方法で得られる結果よりも明らかに小さい値が得られているため、例えば、従来のダイカスト装置と比べてダウンサイジングを図ることができる。つまり、本実施形態に係るダイカスト法によれば、より最適化されたダイカスト装置の導入を図ることができるので、製品品質を維持しながらもコストダウン効果を得ることが可能となる。

【0024】

なお、図９の最右欄に示すように、本実施形態に係るダイカスト法によれば、算出された固相率ごとの型開き力（Ｎ又はｔ）の合計値に基づいて、ダイカスト装置で予め設定することができる鋳造圧力の設定値を求めることも可能である。例えば、図９では、算出された固相率ごとの型開き力（Ｎ又はｔ）の合計値が８００ｔである場合、鋳造圧力の設定値を４７．３ＭＰａとすることが可能であることが示されている。このように、本実施形態に係るダイカスト法によれば、より精度の高いダイカスト装置の選択やダイカスト法の採用を行うことが可能となる。

【0025】

ちなみに、図３～図９で示した本実施形態に係るダイカスト法は、その他の様々な条件値に対して適用可能である。例えば、図３～図９で示した例では、ダイカスト装置で予め設定された鋳造圧力の設定値が４５ＭＰａの場合と、ダイカスト装置で予め設定された鋳造圧力の設定値が４８ＭＰａの場合とを示したが、図１０で示すように、ダイカスト装置で予め設定された鋳造圧力の設定値が３７ＭＰａの場合にも適用できる。そして、図１０で示すグラフ図より、ダイカスト装置で予め設定された鋳造圧力の設定値が３７ＭＰａの場合の型開き力は６２３．８ｔとなっている。この場合には、６５０ｔクラスのダイカスト装置を採用できることが示されている。

【0026】

さらに、図１１では、上段には図１０で示した結果が記されており、下段には従来技術で行われていた金属溶湯が液相のみであることを前提とした試算方法で得られた結果値が示されている。図１１から明らかであるが、従来技術のように固相率による圧力伝播比率を考慮しない場合には、鋳造圧力３０ＭＰａで８００ｔクラスのダイカスト装置が必要であるとの試算結果となるが、本実施形態に係るダイカスト法を用いることで、鋳造圧力３７ＭＰａで６５０ｔクラスのダイカスト装置があれば問題ないとの結果を得られており、この結果の差異が、本実施形態に係るダイカスト法の優位性を示している。さらに、この結果は、型開き力に余裕ができた分を湯流れ品質向上のための湯道方案、排気ランナーの拡大、レイアウト変更などに使えることを示すものであり、本実施形態に係るダイカスト法によれば、設計の自由度を高めることができる。

【0027】

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

【0028】

例えば、上述した実施形態に係るダイカスト法を適用可能なダイカスト装置は、図１および図２で示した一般的なダイカスト装置に限られるものではない。例えば、ダイカスト用金型１を傾動させることができる傾動式ダイカスト装置や、キャビティ１ａ内を真空状態にしてダイカスト法を行うことができる真空ダイカスト装置など、あらゆる形式のダイカスト装置に対して本発明のダイカスト法を適用することが可能である。

【0029】

その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0030】

１ ダイカスト用金型、１ａ キャビティ、１ｂ ビスケット形成部、１ｃ ランナー形成部、１ｄ ゲート形成部、２ 金属溶湯、１０ 固定型、１１ 固定ホルダ、１２ 固定ダイス、２０ 可動型、２１ 可動ホルダ、２２ 可動ダイス、３０ スリーブ、３１ プランジャーチップ、４０ 分流子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】