大型薄肉亜鉛合金ダイカスト技術の開発

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(1)大型薄肉亜鉛合金ダイカスト技術の開発. 技術報告. 929. 大型薄肉亜鉛合金ダイカスト技術の開発各務嘉晃*永見雪明**神谷孝則*小川. 鈎*. DevelopmentofZincA l l o yD i e c a s t i n gTechnologyonLargeS i z eand ThinWallProducts 四. u k i a k iNagami， T a k a n o r iK a m i y aa n dH i t o s h iugawa Y o s h i a k iK a g a m i，Y 一体化が望まれていた.筆者らの所属するアイシン精機 (株)ではこのー体化技術を確立し， 1989年より高級乗用車を中心に 10品目の鋳造モールを月産 5万個生産している. 各務嘉晃. 永見雪明. 神谷寧則. 小川. 鈎. 本稿では図 1に示した大型鋳造モール(ベルトモール) の薄肉ダイカスト技術について報告する.. 1.はじめに近年の乗用車ユーザの高級志向の中で特に車体外装品. 2 . ベルトモールの概要. は外観品質の向上が強〈要求されている.乗用車の窓枠. 従来品は図 2に示すようにステンレス鋼材の押出モー. に使用されているモールにおいても押出品とプレス品の. ル 2点とプレス品 2点で構成され，コーナ部で組み合. 組合せで構成されていた従来のモールを亜鉛合金ダイカ. わせる構造になっていた.. スト(以下，亜鉛ダイカストという)薄肉鋳造技術による. I Sの ZDC2合金を用いて，亜鉛ダイカストで今回， ] 一体化したベルトモールを図 3に示す.本製品は全長 1230mm，全幅 425mm ，製品肉厚1.2mmと大型かっ薄肉である.また外装品であるため意匠面上のいかなる鋳造欠陥も許されない.そのうえボデーとの面一化が重視されるため断面形状は一線でなく厳しい寸法精度を要求される.. 図 1 大型鋳造モールロサスモール. 3 . ベルトモールの工程の概要スダイカスト鋳造ラインはダイカストマシン，離型弗j. -プレス品. / イ¥ 〆. グヘ. ルーフモール. 穴グ. (単位 m m ). !ベルトモール. ，. c ; ; ; ; r 圃. 圃 + 圃唱孟吾コ. 1190. 1230 図 3 一体モール. 図 2 従来のモール. 依頼原稿平成 7年 8月 1 5日原稿受理・ .，イシン精機(株)生産技術鶴軽合金開発センター ". アイシン精機(株)車体事業部西尾車体工場.

(2) 9 3 0. 鋳. 物第 6 7巻 ( 1 9 9 5 )第 1 2号. プレー装置，製品取出機，トリミングプレスから構成され鋳造からトリミングまで全自動化されている. トリミングされた鋳造粗材は加工，パフ研磨処理後，装飾クロムメッキ，塗装の表面処理を実施し組立工程，検査工程を経て完成となる.. 4 . 大型薄肉車鉛ダイカスト技術. 騒覇f. 害渇合流許容範囲. 大型かっ薄肉であるベルトモールのダイカスト化の問. 図 4 合流部位置決定. 題点と課題を品質と生産性の観点から整理すると褒 1のようになる .本稿では薄肉鋳造という見地から特に重要. 確に合流部へ設定することが困難であった.また合流部. と考えられる品質面では湯じわ欠陥の抑制，生産性の面. のガス抜き方法は金型分割面にガス抜きベントという厚. では鋳造サイクルの短縮に関する 2項目について，述. さ 0.2mm程度のすきまを設けて大気開放による対策が. べることにする.. 67kPaと高とられたが， ?容湯充てん時の型内背圧は 1. <，その能力は十分なものではなかった .. 4 . 1 湯じわ欠陥の発生メカニズムと対策湯じわ欠陥の発生には一般的に 2種類の発生パターン1)が考えられる.. 今回は合流部を事前に予測し鋳造方案の最適化をはかり，ガス抜きと合流部の位置を適合させ，さらに型内ガ. その一つは型内を充てんする溶湯が合流する段階で，型内の空気や離型剤から発生したガスが存在するため，. スを強制的に排除する減圧ダイカスト法を併用することで，溶湯合流により発生する湯じわ欠陥を抑制した.. 溶湯の境界商が密着せず鋳物表面に継目状の欠陥を生じ. 4 . 2. 1 CAEによる鋳造方案最適化. 1 )ガスるというものである.この場合の対策としては (. 最初に製品形状，金型構造の面から判断して，図 4に. 抜き位置に合流部をコントロールするような鋳造方案，. 示すようにガス抜き機構設置か容易な部位を合流許容範. ( 2 )金型内のガス抜きなどが考えられる.. 囲として設定した.次に. もう一つのパターンは流動中の溶湯が金型に冷却され. CAEを用いてランナ断面積，. ゲート数，位置を変化させた方案モデルの合流部を求め. 温度低下を生じ，溶湯表面に凝固層が発生し，それを突. 許容範囲に収束する方案を選定し金型殺害十へ反映した.. き破りながら流動するため，凝固層の破片が鋳物表面に. 使用した CAEプログラムは豊田中央研究所で開発され. 残留し欠陥となるものである . この対策としては ( 1 )適. た lMAP-Fであり解析精度については湯流れセンサを. 2 )離型剤塗布量などが考えられる. 切な金型温度， (. 設置した試験型にで検証している 2). 次に各要因に対応した湯じわ抑制技術について具体的. 図 5にシミュレーションの最終結果を示す.合流部は. 3か所存在し，先ほど説明した合流許容範囲に含まれて. に述べる.. 4.2 溶湯合流で生じる湯じわの抑制. おりガス抜きが容易にできる部位で合流することを確認. 従来技術では試験鋳造により合流部を確認することは. した.シミュレーション結果を基に設計した鋳造金型を. できたが，事前に予測できないためにガス抜き位置を正. 図 6に示す.溶湯の充てん径路となる鋳造方案は製品会周にわたる 2本の主ランナと 1本の副ランナから構成. 表 1 問題点と課題問. 品. 題. 点. t 果. されている. 題. (1)肉厚由号車く流動長古河産保でき 1 ( 1 )湯じわ欠陥の抑制￨ない. 2 )鋳造変形の抑制 ( 2 )金型の大型化により主主畳が不 ( 均一になりやすい. [方察官日に補強で対応]. 質 ( 3 )! 製品の間￨性不足により変形が. シミュレーション結果を基に 3か所の合流部にガス抜きを設定した.図 7にその配置を示す. 3か所ある合流部のうち，. ドアミラー取付部 ( 3角コーナ部)は充てん. の最終段階で合流するため，最も型内ガスが残留しやす. 生じやすい. く湯じわ欠陥の発生確率が高いことが明らかである .そ. 生 (1)設備の大型化によりサイクル￨ ( 1 ) 鋳造サイクルの短縮￨が長くなる ( 2 ) 大型マシンの開発産( 2 )大型ホットチャンパマシンが性. 4 . 2 . 2 減圧ダイカスト法による型内ガス排除. 必要. こでこの部位に減圧ダイカストガス抜き機構，他の 2 か所には通常のガス抜きペントを配置し型内ガスの効率的な排除をねらった.. 仁二コ寺町民告内容. 減圧ダイカストのガス抜き機構については多くの報. 告3)叫があるが，当社ではダイカストマシンの射出ロッ.

(3) 9 3 1. 大型薄肉亜鉛合金ダイカスト技術の開発図影t . ' " I. 1拘ENum 際. 文字. λ" sーヒヲ》. I/ 1 T l PF P05T. " . . . . A ... /合流部. 官てん事 { メ i 電T ん柑咽 l 秒l ;. _. ・. 咽 1 ・現・臨 E _. 線灘. 20.日. . 日 50. . 1日目. 縄邑 6日. 白. .148. 自由 . 0. .19B. .95.0. . 246. I. 99.2. .263. I 1. l ' 寸. φ、. 図5 C 紐解析結果(充てん進行図). ピラ一部. え伊予主ランナ. A、 B断面. サプランナ断面. 図 6 大型モール鋳造金型ドの動作をセンサで検知して真空排気，ガス抜きパルプ. 減圧ダイカスト法の効果を図 8に示す.型内のガス背. の閉動作を行うシステムを実用化している.本システム. / 3以下(図 8の ( a ) ) 圧が従来の大気開放式に比較して 1. の詳細については紙面の制約もあり，ここでは省略す. / 2以下〔図 8の ( b ))と低下となり鋳物内部のガス量も 1. る.. しており型内ガスの排除に効果があることを確恕した..

(4) 9 3 2. 鋳. 第. 物. 6 7巻 ( 1 9 9 5 )第 1 2号. . 6 . . : : t : : ; ;台 :。口 / } I L口P. 1 i z ; t 友き設置. ¥ . 1 威圧ダイカスト、スガ! 友き機構. .6..:公立町￨口 / } I LロP '. ガス抜き設置 ( a ) CAE 解薪詰果. ( b )ガス抜き位置 ? 図 7 ガス抜き位置. 1 1. 2 0 0 EN. 市牛耳出. 回 ()O -. 1 67. 1 0 0 可= : :. 4 9. 壬玄. . 酬 H R 何回υ. ¥. r く. 5. 言剥. 従来 ( a )型内. 従来. 減圧法. 主主. 減圧法. ( b ) 鋳物内部ガス量. 図 8 減圧ダイカスト法の効果. 4 . 3 i 容湯温度低下で生じる湯じわの抑制. 容湯からの入熱量が減少するため金型温度の均一化とりi. 薄肉鋳物における，充てん中の溶湯温度低下という問. 安定保持が困難となる.今回の金型では加熱能力に優れ. 題に対して方策の検討を行った.. た熱媒体加熱と水冷却を組み合わせた領域別型温制御方. 従来の金裂は製品外周の低温都には電気ヒータによる. 式を採用し実用化した.図 9に示すように製品部付近の. 局部加熱，一方，湯口付近の高温都には水冷却を採用し. 低温領域には温度制御された高温の池を循環させ，温度. ていた.この方法は金型各部に温度差が生じやすく.ま. 上昇しやすい湯口周辺は水冷回路による温度制御〔図 9. た加熱能力が十分でないため，金型温度の安定保持が困. の( a ))を実施した.これにより金型各部の温度差が 6 0. 難という欠点を有していた.. %減少〔図 9の ( b ) )し連続稼動中の金型温度の時間変動. スプレーでまた鋳造サイクル内で型開中に行う離型弗l は，離型剤スプレー量が適正量以上になると過剰の離型の気化熱により金型表面温度が低下し湯じわ欠陥を誘弗j. は1 / 4( 図 9の ( c ))となり，金型温度の均一化と安定保持が可能となった.. 4 . 3 . 2 離型剤スプレー量の最適化. 発する傾向があった.このような従来技術の問題点に対. 薄肉鋳物をダイカストする場合，離型剤量は少量なほ. 1 )金型温度の均一化， ( 2 )離型剤する技術課題として (. ど湯じわ欠陥には有利に作用するが，その反面，離型抵. スプレー量の最適化を取り上げ対策を実施した.. 抗が増加するため変形を生じやすいという問題がある.. 4 . 3. 1 金型温度の均一化. そのため，本製品のような大型薄肉鋳物の場合，離型弗l. 大型薄肉鋳物では金型が大型化するうえに薄肉化によ. 量の適正範囲は非常に狭く. lcm3きざみの量管理が必要.

(5) 9 3 3. 大型薄肉亜鉛合金ダイカスト技術の開発. j 自j 星棚田路二二 --. 水冷回路. 園圃. ( a ) 金型温調回路. 5 0. 油温 230C 0. 4. 仁〉. ue-制山均一嶋一剛一制. 温￨竹内云三三三三手正三三弓疋三三三言T. - l uuB乏~~~ミ皇室苓 1 20"C 実衰 1. 王由温. 一一一一一ー一一 12 30 。旬竺を亘型笠笠型世直坐窃忌主主玉 5C 0. 三二ご--土士?士士三二二三-士士コ=ニτ = てて--. 『. 宮周. 三由 5 J 亘書周. 三由 ; 1 恩冒周. 実味. 帯電「. : : 一一一一一一二一一一三』一一ι. I. ヰ号E. ( b ) 金也温度差. ーロー 1 0分. ~. ( c ) 金型温度の時間変動図 9 金型温度の均一化. センサの選定￨要求性能￨ 10" '30cmう/分計~~範囲 i 土 1c m : 以内計測詰度 ; 由/7] (の混合溶液適用流体適用流体計~~範囲詰度口ータメータ. 1 ¥ージメータ. ギ7メータ. =. カウンタ ( パルス / 流量変換器 ). 評価. 。。。。。い~ ×. ×. ム. ×. ×. ×. ム. c>センサ保護、脈圧対策を講じれば、ギ 7j-夕方式にて計没 I J 可能. ~IJ 干育 )支. 回. 1. ヤl o l ト円1 r < ~. 結果「一一. 2 0 : ! : 5. î~^15:!:0，5 ~. 高精度な流量計没I J 技術I I こより、スプレー量最適化が可能. 従来今回 ( 間判断 ) ( セソト ). 図1 0 離型剤量計測システム概要とされ，従来の目視判断で調整，管理できるレベルでは. ムの概要を図 1 0に示す.ギヤメータの計測精度に悪影. なかった.そこで離型剤量の厳密な管理を行うために，. 響を与える流体の脈動と異物の侵入に対して調圧弁とフ. 小型ギヤメー夕方式による高精度な流量計測システムを. ィルタを径路中に設置し精度と信頼性の向上をはかつ. 則システ開発し離型剤スプレー装置に組み込んだ.本針i. た.この計測システムにより離型弗jスプレー量の精度が.

(6) 9 3 4. 物第 6 7巻 ( 1 9 9 5 )第 1 2号. 鋳. 現状解析. 2 0 4 0. 6 0 8 0 ( s ) 型開. ()大型モーJ~の場合. 取出. 製品大型化により、. 離型自l スプレー. スプレー時聞が増大. 型締. 射出・姻. . C. T7 2( 8 0 ) 図1 1 鋳造サイクル短縮. 塗付方式￨組比卜!大型力セ. y. ト￨移動力セ. y 卜￨型外スプレー. 装. 置概要言苧. { i I ' f i : . ; 頁. 自. スプレー位置精度スプレー時間汎用性信頼性総合評価. 。。。。。。。。。。 ×. ×. ×. ×. ×. ム. ム. ム. ×. 言己4号. ×. 0 :イ憂れるム : やや歩主壱. x. 封る. 図1 2 雄型舟l の塗付方式従来の目視判断に比較して 1 0倍となり厳密な離型剤量. 面積が増大し，さらにサイクルが長くなり生産性が低下. の条件管理が可能となった.. スプレー時間することが予想された.今回，この離型弗j. 4 . 4 鋳造サイクルの短縮. を短縮し:生産性を向上させるために高速離型剤スプレー. 生産性の面から亜鉛ダイカストの鋳造サイクルに注目. 装置の開発に取組んだ.. 1に示すようになり，従来工程において型開すると図 1 スプレ一時間は鋳造サイクルの約 40%を占中の離型弗l めている .本製品の場合，製品の大型化にともない塗付. 4 . 5 高速隊型剤スプレ}装霞の開発離型剤のスプレー方式を整理して示すと図 1 2となる. 当社では従来，多軸ロボットによるスプレー方式を採用.

(7) 9 3 5. 大型薄肉亙鉛合金ダイカスト技術の開発. 主主重量塑t'望主. q欠 f守 - t e イント. 蕪推塁辺斉 I Jニえてプレー- B 寺再司. 2 8 1 9. 以十山. 従来. 間開. 制御 a. 図1 3 スプレー装置概要していたが，この方式は位置精度がよい反面，時間が長. このように移動カセット方式を用いた本装置の開発に. くなるという欠点を有していた.今回，大型カセット方. より，高速かつ高精度な離型剤スプレー技術を確立し鋳. 式，移動カセット方式，型外スプレー方式を取り上げ比. 造サイクルを 17%短縮できた.. 較検討した結果，スプレー位置精度が良好で時聞が短い移動カセット方式を採用した.. 5 . おわりに. 移動カセット方式による高速離型剤スプレー装置の概. 大型薄肉鋳造モールの開発により車体外装部品の見栄. 3に示す.本装置は片面 2 3個のスプレーノズ要を図 1. え向上の要望に応えるとともに亜鉛ダイカスト品の新し. ルを有するスプレーヘッド，ノズル制御パルプとサーボ. い分野を開拓できたと考えている.また量産化の過程に. モータから構成されており位置制御はコンピュータで行. おいて，鋳造技術，金型技術，設備技術の各分野で数多. えるようになっている.吹付ポイントは金製有効商を. くの貴重なノウハウが蓄積できたことは他製品への展開. 3 2ステップに分割し各ステップにおいて 2 3個のノズル. に役立つものと考える.. を独立に制御する.カセットが型開時に金型分割面を 1 回移動する間に金型有効面の塗付ポイントを確実にスプレーできるシステムを開発し，スプレ一時間を従来に比較して 33%短縮することに成功した.また本装置は. 4 . 3 . 2項で述べた離型弗l 量計測システムにより鋳造ショットごとの離型剤スプレー量をモニタリングする機能を有している.. 文献 1 ) 菅野友信，植原貧蔵:ダイカスト技術入門(日刊工業新聞)( 1 9 8 8 ) 2 ) Y .I w a t a， Y .Y抑制o t o， K .Y o n e k u r a飢 dY . K a g a l l U :. NADCAT r a n s .， DT91・1 0 3 3 ) 津田章彦:ある ( 1 9 8 6 )3，9 4 ) 山内率旨，石田人志，河合和昭:日本ダイカスト会議論文集 ( 1 9 9 2 )2 9 9.

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