專利名稱：冷卻排氣口的制作方法
在一種以壓鑄方式鑄造鋁合金或鋅合金、鎂合金等輕金屬的金屬模型中，將金屬溶液壓入模腔之際，不生成稱為飛邊的溶液噴出，并將存在模腔內(nèi)的空氣或氣體有效地排出模腔外的裝置，使用了冷卻排氣口。
本發(fā)明就涉及一種在壓鑄這樣的輕金屬之際作為排氣裝置使用的冷卻排氣口，特別是一種通過提高進(jìn)入該冷卻排氣口內(nèi)未凝固溶液的冷卻效率、以更有效地促進(jìn)凝固的冷卻排氣口。
在壓鑄時，鑄型的模型內(nèi)殘留空氣或氣體的話，溶液中會夾砂，使制品產(chǎn)生氣孔等缺陷，導(dǎo)致制品質(zhì)量降低。
為此，通常如
圖1所示，設(shè)置著冷卻排氣口3，它預(yù)置有與壓鑄制品用的模腔1連通的排氣通路2，以排出模腔內(nèi)的氣體。另外，圖中序號4是壓鑄金屬模，5是推出溶液用的柱塞。
在此，對于排氣通路2，在將氣體向冷卻排氣口外排出后，溶液在朝鑄模外噴出(產(chǎn)生飛邊)前要在通路內(nèi)急冷凝固(冷淬)，所以通常排氣通路做成圖示的Z字形的蛇行狀。
但是，由于溶液在高壓下流動，即使通路為蛇行狀使流動通路變長，也很難完全防止飛邊的產(chǎn)生。
為有效地防止飛邊，希望蛇行狀排氣通路的間隙d變窄，則必須使蛇行(波形狀)的角度θ過陡。
但是，間隙d小則排氣通路的截面積就小，并且角度越陡則排氣阻力就越大，都會使排出效率降低，不能防止制品中氣孔缺陷。
另外，如要使冷卻排氣口的長度L變長，特別是使蛇行狀排氣通路的間隙d變窄，即使蛇行角度θ不過陡，也能夠防止飛邊的產(chǎn)生，但是，這種情況冷卻排氣口必定大型化，不能滿足最近要求更小型化的目標(biāo)。
這樣，以往提出了各種不大型化、并且在高效率地排出內(nèi)部殘留氣體的同時要防止飛邊的冷卻排氣口。
但是，以往技術(shù)分別具有構(gòu)造復(fù)雜，必須有大規(guī)模附帶裝置的問題。
即，前者的基本結(jié)構(gòu)正如圖2所示，將冷卻排氣口嵌套復(fù)合式組合的結(jié)構(gòu)等需要工夫，結(jié)果冷卻排氣口的形狀或構(gòu)造變得復(fù)雜。
另外，代表后者的結(jié)構(gòu)如圖3所示，在冷卻排氣口的周邊配置吸氣裝置等，必須有補充排氣效率的時間，即使這種冷卻排氣口不大，兼?zhèn)溥@樣的附帶裝置最終結(jié)局是大型化，而且具有制作復(fù)雜、價格高的缺點。
再者，以往的冷卻排氣口材料使用了與壓鑄金屬模相同種類的SKD61等，由于這種鋼材的熱傳導(dǎo)率低，存留有粘著鋁凝固屑、易發(fā)生不能脫模這樣的問題。
為解決上述問題，本發(fā)明人先前在特愿平9-57572號說明書中提出了一種冷卻排氣口，它是用熱傳導(dǎo)率高的銅合金制作，還在蛇行狀排氣通路的外周設(shè)置冷卻管(如圖4所示)。
按照上述，侵入冷卻排氣口內(nèi)未凝固溶液的冷卻性能得以提高，在與以往具有相同尺寸、形狀下，不會使結(jié)構(gòu)復(fù)雜或裝置大型化，能有效地防止飛邊的產(chǎn)生。
但是，由于冷卻排氣口的材料使用了銅或銅合金，會產(chǎn)生下述的新問題。
即，組配壓鑄模時，分型面設(shè)定為，與模腔部分的配合部相比，冷卻排氣口的配合部高度要高出1/100-5/100mm。
另外，壓鑄模合模之際，由于壓鑄模機的大小不同，通常要附加數(shù)噸至2500噸的合模力。
以往即使用上述條件進(jìn)行合模，而且模腔部和冷卻排氣口也由彈性率高的SKD61等制作，不會生成特別的問題，但由于銅或銅合金的彈性率低，用這樣低彈性率的材料制作冷卻排氣口時，因附加合模力會生成塑性變形。另外，在冷卻排氣口連續(xù)添加合模力狀態(tài)下的模腔部，因彈性率高，處于彈性變形范圍內(nèi)。
結(jié)果，壓鑄后解除合模力之際，僅僅是冷卻排氣口的分型面略比其周邊下沉，由此，會發(fā)生液漏或溢料。
本發(fā)明的目的在于有利地解決上述問題，提供一種即使在冷卻排氣口材料選用冷卻性能高的銅或銅合金時，不會因合模之際施加的合模力使冷卻排氣口發(fā)生變形，從而不會發(fā)生液漏或溢料等的冷卻排氣口。
本發(fā)明人要解決上述問題，對合模力施加時的冷卻排氣口變形狀況研究結(jié)果得出(1)所施加的合模力僅在冷卻排氣口兩側(cè)面的平坦配合部，(2)為此若取消該平坦的配合部，合模力不作用于冷卻排氣口上，由其兩側(cè)鋼制模腔部承受，就避免了冷卻排氣口的塑性變形，(3)進(jìn)而，在冷卻排氣口的外周部，即使嵌入與模腔部同程度的硬質(zhì)鋼制的導(dǎo)架，也同樣地消除了冷卻排氣口主體的塑性變形。
本發(fā)明基于上述的見解。
即，本發(fā)明是一種在凹模和凸模的分型面，形成與壓鑄用金屬模的模腔連通的、蛇行狀排氣通路的冷卻排氣口，其特征在于，對于該冷卻排氣口的各凹模和凸模、在遍布其寬度方向整個區(qū)域形成排氣通路的同時，用銅或銅合金制作各凹模和凸模(第1發(fā)明)。
另外，本發(fā)明是一種在凹模和凸模的分型面，形成與壓鑄用金屬模的模腔連通的，蛇行狀排氣通路的冷卻排氣口，其特征在于，該冷卻排氣口的各凹模和凸模，由遍布其寬度方向整個區(qū)域所形成排氣通路的通路部和包住該通路部兩側(cè)面和背面的U字形導(dǎo)架形成，該通路部用銅或銅合金制作的同時，U字形導(dǎo)架用與壓鑄用金屬模相同的硬質(zhì)材料制作(第2發(fā)明)。
在上述的第1發(fā)明和第2發(fā)明中，構(gòu)成通路部主體的銅合金最好的成分是含有Be:0.15-2.0％(質(zhì)量)，Ni:1.0-6.0％(質(zhì)量)，和Co:0.1-0.6％(質(zhì)量)內(nèi)選定的至少一種，而其余實質(zhì)上由Cu組成。
另外，銅合金中也還能含有Al:0.2-2.0％(質(zhì)量)和Mg:0.2-0.7％(質(zhì)量)中選定的一種或兩種。
此外，第2發(fā)明中，U字形的導(dǎo)架材料最好是SKD61。
圖1示出與壓模結(jié)構(gòu)一起的、一般的冷卻排氣口構(gòu)造視圖，圖2示出成為復(fù)雜的分割嵌套結(jié)構(gòu)的、以往冷卻排氣口構(gòu)造視圖，圖3示出備有多個附帶裝置的，以往冷卻排氣口構(gòu)造視圖，圖4示出本發(fā)明的設(shè)有冷卻管的冷卻排氣口構(gòu)造視圖，圖5示出以往冷卻排氣口凹模形狀視圖，圖6示出以往冷卻排氣口凸模形狀視圖，圖7示出第1發(fā)明的冷卻排氣口凹模形狀視圖，
圖8示出第1發(fā)明的冷卻排氣口凸模形狀視圖，圖9示出第2發(fā)明的冷卻排氣口凹模形狀視圖，圖10示出第2發(fā)明的冷卻排氣口凸模形狀視圖，下面，根據(jù)附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明。
圖5和圖6分別示出以往銅合金制冷卻排氣口的凹模3a和凸模3b的形狀。在各圖中，(a)為俯視圖，(b)為剖視圖，(c)為仰視圖。
圖中，網(wǎng)格部分為合模力作用下塑性變形的部分。
如圖所示，因合模力產(chǎn)生塑性變形的部分僅僅是冷卻排氣口兩側(cè)表面平坦的配合部。
在此發(fā)明者將附加有這樣的合模力的冷卻排氣口兩側(cè)面平坦的配合部削去，如圖7及圖8所示，由于將以往由該區(qū)域承受的合模力由成為冷卻排氣口兩側(cè)的鋼制模腔部承受，冷卻排氣口的塑性變形完全不產(chǎn)生，消除了溶液漏出或溢料的產(chǎn)生。
另外，如圖9及圖10所示，用包住冷卻排氣口的凹模及凸模的排氣通路部7a,7b兩側(cè)面和背面的形狀，嵌配與模腔部同樣硬的U字形導(dǎo)架8a,8b時，由于U字形導(dǎo)架8a,8b承受合模力，同樣能夠消除冷卻排氣口的塑性變形，進(jìn)而消除液漏或溢料的產(chǎn)生。
在這樣的構(gòu)造中，由于模腔部與導(dǎo)架是同一種材料，與圖6場合相比，具有易控制兩者配合公差的優(yōu)點。
在上述復(fù)合型的冷卻排氣口中，從相對高的合模力而保護(hù)通路部的觀點出發(fā)，U字形導(dǎo)架的厚度最好是5-30mm。
對于銅合金制的冷卻排氣口和鋼制導(dǎo)架，考慮使用時溫度上升所致的適當(dāng)余量，最好用螺栓等固定。另外，銅合金制冷卻排氣口和模腔部或?qū)Ъ芎湍Ｇ徊康呐浜瞎羁刂茖儆诒绢I(lǐng)域技術(shù)人員的普通技術(shù)，不具有任何障礙。
在本發(fā)明中，作為構(gòu)成通路部的材料，所適用的是純銅和Cu-Be合金，鉻銅，黃銅，青銅，磷青銅，鋁青銅，鎳硅系合金等的各種銅合金，最好的材料是含有Be:0.15-2.0％(質(zhì)量)，Ni:1.0-6.0％(質(zhì)量)，和Co:0.1-0.6％(質(zhì)量)中至少一種，同時還含有Al:0.2-2.0％(質(zhì)量)及Mg:0.2-0.7％(質(zhì)量)中選定的一種或兩種，其余實質(zhì)上由Cu組成的Cu-Be合金。
采用上述的合金成分的話，作為冷卻排氣口最好是得到硬度為洛氏硬度HRB90以上，熱傳導(dǎo)率為80W/M.K以上，而且不侵蝕輕合金的材料。
在上述的銅合金中，成分限于上述范圍的理由如下。
Be:0.15-2.0％(質(zhì)量)。
Be不僅是一種在與Ni或Co結(jié)合形成NiBe或CoBe化合物時有效提高強度及硬度的元素，而且也是形成氧化膜的有用元素，當(dāng)其含量不足0.15％(質(zhì)量)時，其添加效果不足，而添加量超過2.0％(質(zhì)量)時提高強度無望，而且價格方面也不佳。因此Be含量在0.15-2.0％(質(zhì)量)范圍內(nèi)最佳。
Ni:1.0-6.0％(質(zhì)量)。
Ni是一種形成NiBe或Ni3Al化合物時有效提高強度及硬度的元素，同時也是形成氧化膜有用的元素，含量不足0.1％(質(zhì)量)時，其添加效果不足，而超過6.0％(質(zhì)量)則合金融點上升，焊接修補作業(yè)變得困難，所以Ni含量在Ni:1.0-6.0％(質(zhì)量)范圍內(nèi)最佳。
Co:0.1-0.6％(質(zhì)量)。
Co與Ni相同，是與Be反應(yīng)形成CoBe化合物時，使強度提高的有用元素，含量不足0.1％(質(zhì)量)時添加效果不足，而超過0.6％(質(zhì)量)時，妨礙制作銅合金時的制造性能(熱加工性能)所以Co含量在0.1-0.6％(質(zhì)量)范圍內(nèi)最佳。
Al:0.2-2.0％(質(zhì)量)。
Al在形成Ni3Al化合物時除了提高強度外，還能有效地形成氧化膜和調(diào)整熱傳導(dǎo)率，含量不足0.2％(質(zhì)量)時，添加效果不足，而超過2.0％(質(zhì)量)，熱傳導(dǎo)率過低，所以Al含量在0.2-2.0％(質(zhì)量)范圍最佳。
Mg:0.2-0.7％(質(zhì)量)。
Mg除了提高硬度還能有效地形成氧化膜，含量不足0.2％(質(zhì)量)時，添加效果不足，而超過0.7％(質(zhì)量)，妨礙制作銅合金時的制造性能(鑄造性能)，所以Mg在0.2-0.7％(質(zhì)量)范圍內(nèi)最佳。
這樣，作為冷卻排氣口材料，適量添加Be,Ni和Co以及Al,Mg這樣氧化性強的元素，硬度可在HRB90以上，而且通過使用滿足熱傳導(dǎo)率為80W/m.K以上的銅合金，不會侵蝕輕合金，能夠有效地將空氣或氣體排出模外，而且在產(chǎn)生飛邊前有效地急冷凝未冷凝溶液，能得到壓鑄用的冷卻排氣口。
另外，作為U字形的導(dǎo)架，可以是與模腔部同硬度的材料，特別適用的材料是SKD61。
上述圖5和圖6所示以往形狀的冷卻排氣口的凹模和凸模分別用硬度HRC:20(HRB約98)，熱傳導(dǎo)率200W/M.K的銅合金和SKD61(HRB約45，熱傳導(dǎo)率35W/m.K)制作，使用這些冷卻排氣口，在2500噸的壓鑄機中對鋁合金(相當(dāng)于ADC12)進(jìn)行鑄造。
另外，與模腔部相比，冷卻排氣口部僅設(shè)定為2/100mm高的分型面。
同樣，分別制作圖7，圖8尺寸的凹模及凸模的，第1發(fā)明的冷卻排氣口以及圖9，圖10尺寸形狀的凹模及凸模的、第2發(fā)明的冷卻排氣口用同一機器進(jìn)行鑄造。
同例中，通路部使用與上述相同的銅合金(Be:0.2％(質(zhì)量)，Ni:1.5％(質(zhì)量)，Co:0.5％(質(zhì)量)，Mg0.5％(質(zhì)量)，其它Cu。硬度HRC:20，熱傳導(dǎo)率200W/m.K)，而U字形的導(dǎo)架用相同的SKD61(HRC約45，熱傳導(dǎo)率35W/m.K)，架厚10mm。
將這些冷卻口裝入3個金屬模內(nèi)，各自以同一條件鑄造之際，并能同時比較結(jié)果。
所得結(jié)果由表1示出。
用2500噸壓鑄機進(jìn)行。
。用相當(dāng)ADC12的鋁合金3個金屬模同時評價。
。冷卻化高度表示冷卻排氣口內(nèi)鋁液冷卻凝固止時的平均高度。
。粘砂發(fā)生狀況指用肉眼確認(rèn)開模之際在冷卻排氣口內(nèi)存留的凝固屑。
。配合部變形確認(rèn)考慮液漏原因生產(chǎn)溢料并確認(rèn)有無變形。
從表中可知，使用本發(fā)明的冷卻排氣口時，與以往銅材相比，能使冷卻高度減半，另外除了具有不產(chǎn)生粘凝固屑的冷卻排氣口功能外，即使用2500噸級合模力，也不會發(fā)生因配合部塑性變形所致的液漏或溢料等。
這樣，采用本發(fā)明，能有效地防止以往作為冷卻排氣口材料的、彈性率低的銅或銅合金使用時所耽心冷卻排氣口塑性變形所致液漏或溢料等。
權(quán)利要求
1.一種在凹模和凸模的分型面，形成與壓鑄用金屬模的模腔連通的、蛇行狀排氣通路的冷卻排氣口，其特征在于，對于該冷卻排氣口的各凹模和凸模，在遍布其寬度方向整個區(qū)域形成排氣通路的同時，用銅或銅合金制作各凹模和凸模。
2.一種在凹模和凸模的分型面，形成與壓鑄用金屬模的模腔連通的、蛇行狀排氣通路的冷卻排氣口，其特征在于，該冷卻排氣口的各凹模和凸模，由遍布其寬度方向整個區(qū)域所形成排氣通路的通路部和包住該通路部兩側(cè)面和背面的U字形導(dǎo)架形成，該通路部用銅或銅合金制作的同時，U字形導(dǎo)架用與壓鑄用金屬模相同的硬質(zhì)材料制作。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的冷卻排氣口，其特征在于，通路部由包含Be:0.15-2.0％(質(zhì)量)，Ni:1.0-6.0％(質(zhì)量)，和Co:0.1-0.6％(質(zhì)量)內(nèi)選定的至少一種，而其余實質(zhì)上由Cu組成的銅合金制成。
4.按照權(quán)利要求3所述的冷卻排氣口，其特征在于，構(gòu)成通路部的銅合金還含有Al:0.2-2.0％(質(zhì)量)和Mg:0.2-0.7％(質(zhì)量)內(nèi)選定的一種或兩種組成。
5.按照權(quán)利要求2,3或4所述的冷卻排氣口，其特征在于，U字形的導(dǎo)架由SKD61制作。
全文摘要
考慮到冷卻排氣口用冷卻性能好的銅或銅合金時,能有效地防止合模時附加的合模力作用下冷卻排氣口的塑性變形所致液漏或溢料等。對于銅或銅合金制的冷卻排氣口的各凹模和凸模,削除它們兩側(cè)面平坦的配合部,遍布冷卻排氣口寬度方向整個區(qū)域形成排氣通路。
文檔編號B29C45/34GK1220925SQ98122528
公開日1999年6月30日 申請日期1998年11月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月20日
發(fā)明者村松尚國 申請人:日本礙子株式會社