JP6330158B2 - ダイカスト金型の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ダイカスト金型の製造方法に関し、特に、焼入れ焼戻し処理の後に軟化熱処理を施して提供されるダイカスト金型の製造方法に関する。

アルミニウム合金やマグネシウム合金を用いた自動車用鋳造部品などの合金製品の製造において、合金ダイカスト法が広く利用されている。かかる合金ダイカスト法では、所定の成分組成の合金溶湯を高圧でダイカスト金型に鋳込み、冷却後これを金型から取り出して金型意匠面の形状を転写した形状の合金製品を得る。ここで、ダイカスト金型には、製品の鋳造の際の熱サイクルが繰り返し与えられるため、耐熱疲労性に優れることを要求される。また、金型意匠面には、合金溶湯の圧入に対する耐摩耗性も要求される。そこで、一般的には、所定の成分組成の鋼を焼き入れ焼き戻しして、高い機械強度（硬さ）と高い靱性とをバランス良く兼ね備えるよう処理された鋼を用いる。

ところで、合金ダイカスト法において、製造効率を高めたり凝固組織を安定的に得ることなどを目的として、鋳造時には、ダイカスト金型に合金溶湯を圧入後、ダイカスト金型の背面を中心として冷却水による金型の強制冷却が行われる。すると、金型を固定したり搬送するための金型背面に与えられた凹凸部やねじ穴部などに不規則な熱応力が発生し、かかる部位を起点とした「大割れ」と称される金型を破壊するような大規模な割れ（クラック）を生じてしまうことがある。そこで、金型意匠面ほどは機械強度、特に硬さをあまり要求されない金型背面だけを熱処理し、硬さを低下させても高い靭性を与えることで割れを抑制する軟化熱処理が行われる。

金型背面の靱性強化のための軟化熱処理は、ソルト浴を用いた部分熱処理によって行われ得る。つまり、焼入れ及び焼戻し後の金型を背面を下にして、該背面だけを所定の温度のソルト浴に浸漬し熱処理するのである。

例えば、特許文献１では、極低炭素鋼からなるダイカスト金型において、金型全体の焼入れ及び焼戻し処理後に、金型背面のみをソルト浴に浸漬させて軟化熱処理で靱性を高め、更に、金型意匠面を断熱材で覆って再焼戻し熱処理をして機械強度と靱性とのバランスの調整を行うダイカスト金型の製造方法を開示している。軟化熱処理で靱性を高めた金型背面近傍の部位に冷却水の流路を形成し、大割れを防止するとしている。

また、軟化熱処理において、凹部先端などを局部的に熱処理するには、抵抗式加熱ヒータなどを併用することも提案されている。

例えば、特許文献２では、熱間金型用鋼からなるダイカスト金型において、金型全体の焼入れ及び焼戻し処理後に、金型背面や冷却水孔の先端付近を局部的にソルト浴で再焼戻し処理するとともに、冷却水孔の先端の内面近傍を局部的に軟化させる熱処理を与えるダイカスト金型の製造方法を開示している。細長くその先端寄りにコイル部分を有する誘導コイルを冷却水孔に挿入し、コイルに高周波電流を通電して冷却水孔の先端の内面を加熱するのである。

特開平４−３６７３６０号公報 特開２００６−１３６９２１号公報

上記したように、ダイカスト金型の製造方法における金型背面の軟化熱処理にはソルト浴が用いられ得るが、金型のソルト浴材への浸漬及び取り出し時の高温のソルト浴材の飛散の防止や、ソルト浴からの取り出し後における金型の洗浄工程など、取り扱い性や作業性を向上することが求められる。特に、洗浄工程における処理が不十分であると、冷却水孔やねじ穴などの開口部にソルト浴材が詰まったまま硬化し、容易に取り出すことが出来なくなってしまう。

本発明は、上記したような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、焼入れ及び焼戻し処理の後に金型背面に軟化熱処理を施して提供されるダイカスト金型において、取り扱い性や作業性良く金型背面を軟化熱処理できる製造方法を提供することにある。

本発明者は、ソルト浴のような湿式の加熱装置による軟化熱処理に対し、取り扱い性や作業性に優れる乾式の加熱装置によって軟化熱処理が可能かどうかを検討した。ここで、抵抗式加熱ヒータを用いた乾式の加熱装置では、ソルト浴のように熱容量の大きな熱媒体を介さずに輻射と加熱気流によって加熱を行うことになる。かかる場合、金型全体を乾式の加熱装置内で加熱する場合とは異なり、金型背面のみを装置内で均等に加熱するには、金型背面以外の部分からの抜熱の影響を大きく受ける。特に大型の金型においてその平面に沿った方向に温度勾配が生じやすい。つまり、熱処理温度の不均一さが金型背面の硬さにばらつきを与えてしまうのである。

そこで、本発明によるダイカスト金型の製造方法は、金型意匠面とこれと対をなす背面とを備えるダイカスト金型の製造方法であって、焼入れ及び焼戻し処理の後に、平面上の複数の領域毎に独立して出力制御可能な抵抗式加熱ヒータをそれぞれ与えた加熱装置に前記ダイカスト金型の前記背面を対向させて軟化熱処理を行うことを特徴とする。

かかる発明によれば、抵抗式加熱ヒータによる乾式の加熱装置であっても、軟化熱処理においてダイカスト金型の背面に沿った方向の温度勾配を減じ得る。つまり、金型背面の硬さのばらつきを減じ得るとともに、取り扱い性や作業性良く軟化熱処理できる。

上記した発明において、前記加熱装置は前記平面と離間し平行配置された格子板を有し、前記格子板に前記ダイカスト金型の前記背面を少なくとも複数箇所で多点支持させることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、軟化熱処理において、ダイカスト金型を支持する力を分散させて加熱下での自重での変形を防止しつつ、抵抗式加熱ヒータからの入熱を安定的に受けられるようにしかも簡易にダイカスト金型を載置できる。つまり、取り扱い性や作業性良く軟化熱処理をできる。

上記した発明において、前記抵抗式加熱ヒータは前記ダイカスト金型の前記背面の温度分布を面内均一となるように制御されることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、温度制御が環境に左右されやすい乾式の加熱装置であっても、煩雑な制御を必要とすること無く、取り扱い性や作業性良く軟化熱処理できるのである。

軟化熱処理に用いる加熱装置の側断面図である。 加熱装置の要部の斜視図である。 実体試験に用いたダイカスト金型の側面図である。 実体試験の温度測定結果を示す図である。

本発明の１つの実施例によるダイカスト金型の製造方法における軟化熱処理に用いられる加熱装置について、図１及び図２を用いて説明する。

図１に示すように、加熱装置１０は、基台１０ａの上において、外周を包囲する煉瓦からなる耐火壁１１と、背面３を下にしたダイカスト金型１を載置するトレイ１５と、トレイ１５を略水平に支持するスキッド１２と、スキッド１２の上面よりも下側に配置される抵抗式加熱ヒータ１３とを備える。抵抗式加熱ヒータ１３はその上側のトレイ１５の上面の直下において略水平に延びる仮想平面Ｐ上の複数の加熱領域のそれぞれに対応するよう与えられ、各加熱領域に対応した抵抗式加熱ヒータ１３毎に独立して出力制御可能である。

また、ダイカスト金型１からの抜熱を考慮して抵抗式加熱ヒータ１３の配置を設定し得る。例えば、独立して出力制御可能な一連の抵抗式加熱ヒータ１３をダイカスト金型１の長手方向に沿って分割して複数個並べることが好ましい。更に、載置したダイカスト金型１の周囲には封止材１４が配置され、耐火壁１１との間において加熱された空気の対流による流出を抑制するようになっている。ここで封止材１４は、熱伝導率の高い金属のような材料又は耐火煉瓦のような熱伝導率の低い無機材料のいずれであっても目的に応じて用い得る。

本実施例においては、加熱装置１０の長手方向（図において左右方向）に３つの抵抗式加熱ヒータ１３ａ、１３ｂ、１３ｃがスキッド１２によって隔てられるように順に並べて配置され、それぞれに対応する加熱領域ａ、ｂ、ｃがダイカスト金型１の直下の仮想平面Ｐ上に形成される。また、抵抗式加熱ヒータ１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、その直上の制御用測温部１６ａ、１６ｂ、１６ｃにおいて測定された温度に基づき設定された温度に出力を制御される。

軟化熱処理において、背面３の温度分布を面内で均一とするように制御熱電対などを背面３に与えて、制御用測温部１６ａ、１６ｂ、１６ｃの温度を測定するシース熱電対に代えて又はこれと併せて抵抗式加熱ヒータ１３ａ〜ｃの出力がそれぞれ制御されるとより好ましい。なお、加熱領域の仮想平面Ｐ上での分割はこれに限らず、軟化熱処理において背面３に沿った方向の温度勾配を小さくするよう、適宜、変更可能である。

図１に図２を併せて参照すると、トレイ１５は格子状の板体であり、その上面にダイカスト金型１の背面３を下に向けて載置することで、ダイカスト金型１を多点支持できる。トレイ１５を格子状にすることで、抵抗式加熱ヒータ１３から背面３へ十分な輻射熱を供給でき、乾式の加熱装置１０によってもダイカスト金型１の背面３を充分に加熱できる。また、背面３をトレイ１５によって多点支持することで軟化熱処理中において加熱されたダイカスト金型１の自重による変形を防止する。

本実施例によれば、抵抗式加熱ヒータ１３を用いた加熱装置１０であっても、軟化熱処理においてダイカスト金型１の背面３を均等に加熱することができる。つまり、乾式の加熱装置１０によって取り扱い性や作業性良く軟化熱処理できるダイカスト金型の製造方法を提供できる。

［実体試験］
次に、図３及び図４を参照しつつ、上記した加熱装置１０を用いて実際に使用され得るダイカスト金型１を加熱した実体試験の結果について説明する。

図３に示すように、ダイカスト金型１は、ＪＩＳ ＳＫＤ６１相当材からなり、金型背面の寸法で８１０ｍｍ×７００ｍｍの金属ブロックである。金型意匠面２から厚さ方向に背面３まで１０ｍｍの距離まで孔を開け、この孔の底部５ａ、５ｂ、５ｃ及び金型意匠面２から深さ１０ｍｍの孔側面部４ａ、４ｂ、４ｃのそれぞれに熱電対を接触させる。かかるダイカスト金型１をその長手方向を上記した加熱装置１０の長手方向に合わせて載置した。ここで、加熱装置１０の長手方向に沿って分割された各加熱領域ａ、ｂ、ｃの上方の対応する位置に孔側面部４ａ、４ｂ、４ｃと底部５ａ、５ｂ、５ｃとがそれぞれ配置されている。以下に、ダイカスト金型１の局所的な温度を孔側面部４ａ〜４ｃ及び底部５ａ〜５ｃのそれぞれにおいて測定した結果を示す。

図４に抵抗式加熱ヒータ１３ａ〜１３ｃの設定温度を同じとしたときの測定結果を示した。加熱領域ｂの直上の温度、すなわちダイカスト金型１の底部５ｂの温度は加熱温度の目標値の範囲であったが、加熱領域ａ及びｃの直上、すなわち、ダイカスト金型１の底部５ａ及びｃの温度は目標値よりも低くなった。これは、加熱領域ａ及びｃに対応する背面３側の部分においてはダイカスト金型１の３つの側面及び１つの金型意匠面２からの抜熱により比較的温度が上がりづらいためである。これに対して、加熱領域ｂに対応する背面３側の部分では２つの側面及び１つの金型意匠面２からの抜熱となるため、比較的温度が上がりやすいのである。

そこで、かかる抜熱を考慮して抵抗式加熱ヒータ１３ｂの設定温度より抵抗式加熱ヒータ１３ａ及び１３ｃの設定温度を高くすることで、ダイカスト金型１の背面を均等に加熱できることが判る。なお、このとき金型意匠面２側の局部的な温度、すなわち孔側面部４ａ〜４ｃの温度は所定の目標値以下にすることができ、焼入れ焼き戻し後の金型意匠面２の硬さと靭性を維持できる。

以上、本発明による実施例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。

１ ダイカスト金型
２ 金型意匠面
３ 背面
１０ 加熱装置
１３ 抵抗式加熱ヒータ
１５ トレイ

Claims (3)

1. 金型意匠面とこれと対をなす背面とを備えるダイカスト金型の製造方法であって、
   焼入れ及び焼戻し処理の後に、平面上の複数の領域毎に独立して出力制御可能な抵抗式加熱ヒータをそれぞれ与えた加熱装置に前記ダイカスト金型の前記背面を対向させて軟化熱処理を行うことを特徴とするダイカスト金型の製造方法。
2. 前記加熱装置は前記平面と離間し平行配置された格子板を有し、前記格子板に前記ダイカスト金型の前記背面を少なくとも複数箇所で多点支持させることを特徴とする請求項１記載のダイカスト金型の製造方法。
3. 前記抵抗式加熱ヒータは前記ダイカスト金型の前記背面の温度分布を面内均一となるように制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載のダイカスト金型の製造方法。

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