鑄件的制造方法以及鑄件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明抑制了鑄件產(chǎn)生鑄造缺陷并且使鑄件具有微細(xì)化的晶體結(jié)構(gòu)。為了使用鑄模(10)來制造鑄件(8)，首先使在凝固期間形成游離晶體(6)的金屬材料熔融。接著，由熔融的金屬材料構(gòu)成的金屬熔液(1)注入鑄模(10)。在鑄模(10)中，在金屬熔液(1)中的游離晶體(6)堆積在鑄模(10)的表面(11)的情況下金屬熔液(1)凝固。通過上述步驟，金屬熔液(1)在鑄模(10)中凝固，以制造鑄件(8)。
【專利說明】鑄件的制造方法以及鑄件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過使金屬熔液在鑄模中凝固來制造鑄件(cast-metal)的制造方法以及通過該鑄件的制造方法制造的鑄件。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)將制造鑄件時，可能在鑄件中產(chǎn)生各種鑄造缺陷(縮腔(shrinkage cavity)、吹出缺陷(blow defect)等)。此外，歸因于鑄件的特定部分的晶體結(jié)構(gòu)的粗大化,鑄件的機(jī)械特性或強(qiáng)度可能劣化。響應(yīng)于此，已通過抑制鑄造缺陷和粗大的晶體結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生來滿足鑄件質(zhì)量提高的要求。特別地，在精密鑄造中，鑄造所得的形狀將為最終制品的形狀，由于鑄造缺陷和粗大的晶體結(jié)構(gòu)殘留在產(chǎn)品中，因此需求進(jìn)一步提高鑄件的質(zhì)量。
[0003]同樣在通過精密鑄造來制造的用于輪胎成型的模具中，鑄造缺陷(例如縮腔)可能產(chǎn)生于特定部分。用于輪胎成型的模具是用于成型在機(jī)動車等中使用的輪胎的模具，且通常通過由石膏制成鑄模來鑄造該模具。在鑄造中，用于輪胎成型的模具在鑄模中成型，在用于輪胎成型的模具中形成細(xì)的突出部，用于形成輪胎中的凹部(槽等)。這時，通過將金屬熔液填充到在鑄模中形成的凹部(槽等)中并且使該金屬熔液凝固來形成突出部。然而，如稍后將說明的，難以制造出沒有縮腔的完美的用于輪胎成型的模具。
[0004]S卩，縮腔產(chǎn)生于鑄模的表面和金屬熔液的等凝固時間曲面(equal solidificat1ntime curved surface)之間的空間(閉塞空間)中。等凝固時間曲面是連接在鑄模中金屬熔液在相同時間凝固所在的位置的曲面。通過使鑄模的表面與等凝固時間曲面彼此正交，能夠防止形成閉塞空間以及產(chǎn)生縮腔。因而，當(dāng)將鑄造輪胎成型用的模具時，鑄模的表面通常與重力的方向一致，并且被設(shè)定為使得金屬熔液的進(jìn)行凝固的方向(凝固方向)為從上到下(或從下到上)。然而，由于用于輪胎成型的模具所用鑄模具有多個微細(xì)的凹部，因此可能在凹部的表面和等凝固時間曲面之間產(chǎn)生閉塞空間。因而，難以完全防止縮腔的產(chǎn)生。
[0005]另一方面，已知通過在鑄模中設(shè)置孔、縫或金屬構(gòu)件等而用于應(yīng)對鑄造缺陷的產(chǎn)生的鑄造方法。
[0006]然而，在現(xiàn)有技術(shù)的鑄造方法中，必需提前指定通過凝固模擬等形成閉塞空間的部分。然而，由于在鑄模中設(shè)置孔、縫或金屬構(gòu)件等，將增加鑄造所用的時間和勞力。在鑄造之后，由于必需在與孔、縫或金屬構(gòu)件對應(yīng)的部分通過手工加工(manual finishing)來調(diào)整鑄件形狀，因此這在鑄造后又增加了時間和勞力。因此，需求更簡單地來應(yīng)對鑄造缺陷的產(chǎn)生。另外，即使利用現(xiàn)有技術(shù)的鑄造方法來制造鑄件，存在根據(jù)鑄造方法產(chǎn)生鑄造缺陷的擔(dān)憂。此外，難以提高鑄件的晶體結(jié)構(gòu)，存在可能產(chǎn)生粗大的晶體結(jié)構(gòu)的擔(dān)憂。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本特開2005-169436號公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的問題
[0010]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)問題而做出本發(fā)明，本發(fā)明的目的在于抑制在鑄件中產(chǎn)生鑄造缺陷并且使鑄件的晶體結(jié)構(gòu)微細(xì)化。
[0011]用于解決問題的方案
[0012]本發(fā)明是通過使金屬熔液在鑄模中凝固來制造鑄件的制造方法，并且是包括如下步驟的鑄件的制造方法:熔融在凝固期間產(chǎn)生游離晶體的金屬材料；將包括熔融的金屬材料的金屬熔液注入到鑄模中；一邊使金屬熔液中的游離晶體堆積在鑄模的表面，一邊使金屬熔液凝固。
[0013]此外，本發(fā)明涉及通過本發(fā)明的鑄件的制造方法制造的鑄件。
[0014]發(fā)明的效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制在鑄件中產(chǎn)生鑄造缺陷。此外，能夠使鑄件的晶體結(jié)構(gòu)微細(xì)化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是圖示金屬熔液如何進(jìn)行凝固的圖。
[0017]圖2是圖示金屬熔液如何進(jìn)行凝固的圖。
[0018]圖3是圖示金屬熔液如何進(jìn)行凝固的圖。
[0019]圖4是圖示金屬熔液如何進(jìn)行凝固的圖。
[0020]圖5是用于說明鑄造缺陷的產(chǎn)生的圖。
[0021]圖6是用于說明鑄造缺陷的產(chǎn)生的圖。
[0022]圖7是用于說明鑄造缺陷的產(chǎn)生的圖。
[0023]圖8是用于說明鑄造缺陷的產(chǎn)生的圖。
[0024]圖9是圖示本實(shí)施方式的鑄件的制造方法的截面圖。
[0025]圖10是圖示產(chǎn)生縮腔的鑄件的截面圖。
[0026]圖11是圖示使用重力的鑄件的制造過程的截面圖。
[0027]圖12是圖示產(chǎn)生縮腔的鑄件的截面圖。
[0028]圖13是圖示通過使用離心力制造的鑄件的截面圖。
[0029]圖14是圖示通過低壓鑄造的鑄件的制造過程的截面圖。
[0030]圖15是圖示產(chǎn)生縮腔的鑄件的截面圖。
[0031]圖16是圖示通過鑄模制造的鑄件的圖。
[0032]圖17是在第一制造試驗(yàn)中使用的鑄模的截面圖。
[0033]圖18是在第二制造試驗(yàn)中使用的鑄模的截面圖。
[0034]圖19是在第三制造試驗(yàn)中使用的鑄模的截面圖。
[0035]圖20是在第四制造試驗(yàn)中使用的鑄模的截面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036]將參考【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的用于鑄件的制造方法以及鑄件的實(shí)施方式。
[0037]在本實(shí)施方式的用于鑄件的制造方法中，通過使金屬材料熔融得到的金屬熔液被注入鑄模內(nèi)，金屬熔液在鑄模中凝固以制造鑄件。借助于該制造方法(鑄造方法)，制造本實(shí)施方式的鑄件。以下將說明鑄件是用于成型輪胎的模具(用于輪胎成型的模具)以及制造該用于輪胎成型的模具的示例。
[0038]圖1至4是圖示金屬熔液如何進(jìn)行凝固的圖。在圖1的A、圖2的A、圖3的A和圖4的A中，示意性地圖示鑄模(未示出)中凝固期間的金屬熔液1。圖1的B、圖2的B、圖3的B和圖4的B是圖示各圖1的A、圖2的A、圖3的A和圖4的A中的各位置(凝固方向S的距離(橫軸))與溫度(縱軸)之間的關(guān)系的圖。
[0039]如圖1所示，隨著金屬熔液1的溫度逐漸下降，金屬熔液1進(jìn)行凝固。由于金屬熔液1朝向凝固方向s凝固，因此在鑄模中逐漸形成固相2。
[0040]固相2和金屬熔液1的液相3之間的邊界是固相2和液相3共存的固液共存區(qū)域
4。在固液共存區(qū)域4中，長出樹枝狀晶體(樹枝狀結(jié)晶5)。樹枝狀晶體5是從固相2朝向液相3像樹枝一樣生長的晶體。在樹枝狀晶體5的周圍，添加到金屬熔液1的元素的濃度可局部升高，金屬熔液1的熔點(diǎn)可局部降低。此外，外力(微振蕩等)可作用于樹枝狀晶體
5。結(jié)果，樹枝狀晶體5的頂端部破裂，形成破片狀晶體(游離晶體6)。游離晶體6是由從固相2 (此處為樹枝狀晶體5)游離的微細(xì)晶體形成的并且在金屬熔液1中漂浮。
[0041]如上所述，在金屬熔液1進(jìn)行凝固的情況下，在固相2和液相3的邊界(固液共存區(qū)域4)產(chǎn)生游離晶體6，并且游離晶體6被供給到金屬熔液1中。此外，隨著樹枝狀晶體5的生長，游離晶體6在凝固方向S上被推出(或，被排出)，并且在金屬熔液1中沿凝固方向S移動。在本實(shí)施方式的用于鑄件的制造方法中，通過利用在金屬熔液1凝固時在金屬熔液1中產(chǎn)生的游離晶體6，提高了鑄件的質(zhì)量。
[0042]這里，用于鑄造的金屬材料通常是調(diào)和了多種類型的元素的合金，主要元素混合有一個或多個添加元素。通過制備合金，金屬材料的熔點(diǎn)下降，調(diào)整了金屬熔液1的鑄造性能。此外，調(diào)整了鑄件的機(jī)械特性和強(qiáng)度。當(dāng)包括金屬材料(合金)的金屬熔液1凝固時，凝固開始時的溫度(TS)和凝固完成時的溫度(TF)之間產(chǎn)生差異。該溫度差異被稱作凝固溫度范圍K，該凝固溫度范圍K根據(jù)金屬材料而改變。
[0043]凝固溫度范圍K變得越寬(參見圖1和圖2)，固液共存區(qū)域4變得越寬，樹枝狀晶體5生長地越長。另一方面，凝固溫度范圍K變得越窄(參見圖3和圖4)，固液共存區(qū)域4變得越窄，樹枝狀晶體5變得越短。樹枝狀晶體5生長地越長，頂端部能夠變得越容易破裂，產(chǎn)生越多的游離晶體6。然而，在包括容易產(chǎn)生游離晶體6的金屬材料的金屬熔液1 (參見圖1和圖3)中，頻繁產(chǎn)生游離晶體6。在包括不容易產(chǎn)生游離晶體6的金屬材料的金屬熔液1(參見圖2和圖4)中，游離晶體6的產(chǎn)生受到抑制。因而，游離晶體6的產(chǎn)生量與凝固溫度范圍K和金屬材料對應(yīng)地改變。
[0044]在凝固溫度范圍K較寬并且容易產(chǎn)生游離晶體6的金屬熔液1中(參見圖1)，游離晶體6的產(chǎn)生量比其他金屬熔液1(參見圖2至圖4)的游離晶體6的產(chǎn)生量大。在這些其他金屬熔液1中，不產(chǎn)生游離晶體6 (參見圖2和圖4)或游離晶體6的產(chǎn)生量(參見圖3)變小。與該游離晶體6的產(chǎn)生量對應(yīng)的，鑄造缺陷如何產(chǎn)生改變。然而，鑄造缺陷根據(jù)鑄模的表面與金屬熔液1的等凝固時間曲面之間的關(guān)系而改變。不產(chǎn)生游離晶體6的狀態(tài)除了包括完全沒有產(chǎn)生游離晶體6的狀態(tài)之外，還包括游離晶體6僅產(chǎn)生了使游離晶體6不能被使用的量的狀態(tài)。
[0045]圖5至圖8是用于說明產(chǎn)生鑄造缺陷7 (這里是指縮腔)的圖。在圖5至圖8中，鑄模10的一部分以截面圖示出，示意性圖示出鑄模10的表面11附近的金屬熔液1和鑄件8。將金屬熔液1從冒口(riser)(未示出)供給到鑄模10中(圖5至圖8中的箭頭T)。
[0046]如圖5和圖6所不,如果金屬熔液1的凝固方向S與鑄模10的表面11平行,金屬熔液1的等凝固時間曲面與鑄模10的表面11正交。金屬熔液1的凝固沿著鑄模10的表面11進(jìn)行，在金屬熔液1中生長樹枝狀晶體5。結(jié)果，金屬熔液1供給到樹枝狀晶體5的間隙，不論金屬熔液1是什么類型，在鑄件8中都不容易出現(xiàn)縮腔。即，當(dāng)不產(chǎn)生游離晶體6的金屬熔液1凝固時，在凝固溫度范圍K窄的金屬熔液1 (參見圖4)和在凝固溫度范圍K寬的金屬熔液1(參見圖2)中都抑制縮腔的產(chǎn)生(參見圖5的A和圖5的B)。此外，當(dāng)產(chǎn)生游離晶體6的金屬熔液1凝固時，在凝固溫度范圍K窄的金屬熔液1 (參見圖3)和在凝固溫度范圍K寬的金屬熔液1 (參見圖1)中都抑制縮腔的產(chǎn)生(參見圖6的A和圖6的B)。
[0047]如圖7和圖8所不,如果金屬熔液1的凝固方向S與鑄模10的表面11正交,金屬熔液1的等凝固時間曲面與鑄模10的表面11變得平行。金屬熔液1的凝固朝向鑄模10的表面11進(jìn)行，樹枝狀晶體5朝向鑄模10的表面11生長。當(dāng)金屬熔液1凝固到鑄模10的表面11時，歸因于金屬熔液11的凝固收縮，在鑄件8的表面形成腔(參見圖7)。鑄件8的腔是由鑄模10的表面11和樹枝狀晶體5閉塞的空間。由于金屬熔液1沒有補(bǔ)充到鑄件8的腔，在鑄件8產(chǎn)生縮腔(鑄造缺陷7)。同時，在凝固溫度范圍K窄的金屬熔液1(參見圖4)中，樹枝狀晶體5短，因而產(chǎn)生小縮腔(參見圖7的A)。在凝固溫度范圍K寬的金屬熔液1(參見圖2)中，樹枝狀晶體5長，因而產(chǎn)生大縮腔(參見圖7的B)。
[0048]另一方面，在產(chǎn)生游離晶體6的金屬熔液1(參見圖8)中，在金屬熔液1朝向鑄模10的表面11凝固的情況下，金屬熔液1中的游離晶體6堆積在鑄模10的表面11。游離金屬6堆積在表面11，直到金屬熔液1的凝固到達(dá)鑄模10的表面11，表面11被游離晶體6覆蓋。結(jié)果，防止腔形成于鑄件8，抑制鑄造缺陷7 (縮腔等)的產(chǎn)生。此外，微細(xì)的游離晶體6的堆積在鑄件8的表面產(chǎn)生了微細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)。
[0049]在凝固溫度范圍K窄的金屬熔液1 (參見圖3)中，游離晶體6的產(chǎn)生量小，因而游離晶體6的堆積量變小(參見圖8的A)。在這種情況下，游離晶體6較薄地堆積，而且由于游離晶體6填充短樹枝狀晶體5的間隙，因此抑制鑄造缺陷7的產(chǎn)生。在凝固溫度范圍K寬的金屬熔液1(參見圖1)中，游離晶體6的產(chǎn)生量大，因而游離晶體6的堆積量增大，游離晶體6較厚地堆積(參見圖8的B)。通過游離晶體6可靠地填充樹枝狀晶體5的間隙，抑制鑄造缺陷7的產(chǎn)生。
[0050]如上所述，在本實(shí)施方式中，金屬熔液1中的游離晶體6朝向鑄模10的預(yù)定表面11 (被堆積面)移動，且堆積在表面11。游離晶體6在金屬熔液1中移動并且以覆蓋鑄模10的表面11 (此處為設(shè)計(jì)表面)的方式堆積。結(jié)果，游離晶體6沉淀在鑄模10的表面11。在鑄模10中，金屬熔液1朝向鑄模10的堆積游離晶體6所在的表面11凝固。從金屬熔液1的凝固開始到結(jié)束期間，游離晶體6在金屬熔液1中產(chǎn)生并且逐漸堆積。然而，如果游離晶體6在金屬熔液1的凝固開始之前就存在于金屬熔液1中，則該游離晶體6也堆積。在這種情況下，堆積的游離晶體6包括之前存在于金屬熔液1中的游離晶體6和在金屬熔液1中產(chǎn)生的游離晶體6。
[0051]當(dāng)全部金屬熔液1凝固時，制造了具有游離晶體6的堆積部8A的鑄件8。堆積部8A是堆積游離晶體6的部分，并且具有微細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)。堆積部8A形成于鑄件8的表面并且覆蓋鑄件8的表面。鑄件8除了堆積部8A以外的部分具有通常的晶體結(jié)構(gòu)(柱狀晶體坐、
寸/ ο
[0052]接著，將具體地說明本實(shí)施方式的鑄件8的制造方法。
[0053]圖9是圖示本實(shí)施方式的鑄件8的制造方法的截面圖。圖9的Α至圖9的C圖示出鑄件8的制造過程。在圖9(同樣適用于以下各圖)中，通過雙點(diǎn)劃線表示被制成鑄件8中的制成品的部分(制成品部)。
[0054]鑄件10包括如圖所示的用于成型鑄件8的主模12、用于容納主模12的成型箱(molding flask) 13、冷卻器14和金屬熔液1的供給管(爐(stoke)) 15。
[0055]通過鑄模10制造被制成用于輪胎成型的模具的鑄件8。這里，用于輪胎成型的模具是用于成型輪胎的胎面部的胎面成型用模具，且由具有塊狀的鑄件8形成。用于成型胎面的多個模具環(huán)狀組合并且成型輪胎的胎面部。因而，鑄件8的一面通過主模12形成為與輪胎的胎面花紋對應(yīng)的形狀。主模12的表面11是設(shè)計(jì)面并且具有與胎面花紋對應(yīng)的不規(guī)則面。鑄件8通過主模12成型為預(yù)定形狀。
[0056]通過主模12和成型箱13在鑄模10中形成腔16。冷卻器14被容納于鑄模10中并且配置在與金屬熔液1接觸的位置。腔16是鑄模10的內(nèi)部空間并且形成為與鑄件8的形狀對應(yīng)的形狀。冷卻器14面對主模12地配置并且露出于腔16。供給管15是由管狀的隔熱材料制成的并且設(shè)置在鑄模10的上部。供給管15中的金屬熔液1是冒口 1A并且被供給到腔16。使用鑄模10通過重力鑄造來制造鑄件8。
[0057]當(dāng)將制造鑄件8時，金屬材料(例如，鋁合金)熔融并且將金屬熔液1注入到鑄模10中(參見圖9的A)。該金屬材料是在凝固期間產(chǎn)生游離晶體6的金屬材料，并且在加熱爐(未示出)中被熔融。具有熔融金屬材料的金屬熔液1隨著凝固而產(chǎn)生游離晶體6(參見圖9的B)。金屬熔液1的凝固從冷卻器14開始并且朝向主模12進(jìn)行。因而，金屬熔液1的凝固方向s是從冷卻器14朝向鑄模10 (這里為主模12)的表面11的方向。金屬熔液1的等凝固時間曲面在凝固方向S上移動。
[0058]在金屬熔液1的凝固進(jìn)行的狀態(tài)下，在凝固方向S上推出游離晶體6，游離晶體6朝向鑄模10的位于凝固方向S上的表面11移動。結(jié)果，一邊使金屬熔液1中的游離晶體6堆積在鑄模10的表面11，一邊使金屬熔液1凝固(參見圖9的C)。此外，通過調(diào)整凝固方向S和鑄模10的表面11的位置，游離晶體6朝向表面11的預(yù)定部分移動并且堆積在預(yù)定部分。這里，游離晶體6朝向容易產(chǎn)生縮腔的部分移動并且堆積在該部分。由于縮腔容易產(chǎn)生于主模12的凹部12A(槽等)，因此游離晶體6堆積于凹部12A并且填充在凹部12A中。結(jié)果，抑制在鑄件8的突出部8B產(chǎn)生縮腔。同時，在鑄件8的突出部8B形成堆積部8A，在突出部8B產(chǎn)生微細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)。
[0059]圖10是圖示產(chǎn)生縮腔的鑄件8的截面圖。圖10的A至圖10的C圖示出與圖9的A至圖9的C對應(yīng)的鑄件8的制造過程。
[0060]在不產(chǎn)生游離晶體6的金屬熔液1中，如圖所示，游離晶體6沒有堆積，因而，縮腔(鑄造缺陷7)可能產(chǎn)生在鑄件8中?？s腔形成于鑄模10的表面11和金屬熔液1的等凝固時間曲面之間形成的閉塞空間。在該鑄件8中，縮腔產(chǎn)生于突出部8B。此外，由于突出部8B沒有形成堆積部8A，因此沒有得到在鑄件8中產(chǎn)生微細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)的效果。
[0061]如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的鑄件8的制造方法，能夠容易地抑制在鑄件8中產(chǎn)生鑄造缺陷7。此外，由于鑄件8的晶體結(jié)構(gòu)能夠微細(xì)化，因此能夠提高鑄件8的機(jī)械特性和強(qiáng)度。結(jié)果，能夠提高鑄件8的質(zhì)量。由于在鑄造前后不需要特別的勞力，能夠減少制造鑄件8所用的時間和勞力。
[0062]當(dāng)將通過精密鑄造來制造鑄件8時，也能夠抑制鑄造缺陷7的產(chǎn)生。此外，能夠制造具有窄且高的突出部8B的鑄件8而不產(chǎn)生鑄造缺陷7。因而，該鑄件8的制造方法適于用于輪胎成型的模具的制造，并且能夠有效地提高用于輪胎成型的模具的質(zhì)量。
[0063]接著，將說明利用不同鑄造方法的多個實(shí)施方式。以下，已說明的與鑄模10相同的構(gòu)造被給予相同的名稱和附圖標(biāo)記，并省略對其的說明。
[0064]圖11是圖示使用重力的鑄件8的制造過程的截面圖。
[0065]在該鑄模10中，如圖所示，主模12安裝在鑄模10的下部，并且以主模12的表面11指向上方的方式配置。冷卻器14以面對主模12的方式配置在主模12的上方。腔16形成于主模12和冷卻器14之間。兩個供給管15從鑄模10的側(cè)部向上突出。
[0066]在鑄件8的制造中，使產(chǎn)生游離晶體6的金屬材料熔融，將金屬熔液1注入到鑄模10中(參見圖11的A)。金屬熔液1的凝固從冷卻器14開始并且朝向位于冷卻器14下方的主模12進(jìn)行(參見圖11的B)。金屬熔液1的凝固方向S是從冷卻器14朝向鑄模10 (主模12)的表面11的方向(向下的方向)。當(dāng)金屬熔液1進(jìn)行凝固時，在凝固方向S上推出游離晶體6，通過重力使游離晶體6沉淀在金屬熔液1中。
[0067]游離晶體6朝向鑄模10的位于向下方向上(下方向位置)的表面11移動并且堆積在表面11。同時，金屬熔液1中的游離晶體6通過重力朝向鑄模10的表面11的預(yù)定部分沉淀，該游離晶體6堆積在表面11。此外，游離晶體6朝向容易產(chǎn)生縮腔的部分(主模12的凹部12A)沉淀并且堆積在該部分。游離晶體6優(yōu)先堆積在凹部12A中并且填充凹部12A。如上所述，一邊使金屬熔液1中的游離晶體6堆積在鑄模10的表面11，一邊使金屬熔液1凝固(參見圖11的C)。游離晶體6的堆積抑制在鑄件8的突出部8B中產(chǎn)生縮腔。堆積部8A形成于鑄件8的突出部8B，且產(chǎn)生了微細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)。
[0068]圖12是圖示產(chǎn)生縮腔的鑄件8的截面圖。圖12的A至圖12的C圖示了與圖11的A至圖11的C對應(yīng)的鑄件8的制造方法。
[0069]在不產(chǎn)生游離晶體6的金屬熔液1中，如圖所示，沒有產(chǎn)生游離晶體6的沉淀和堆積，因而，可能在鑄件8產(chǎn)生縮腔(鑄造缺陷7)。在主模12的凹部12A中，在鑄件8的突出部8B產(chǎn)生縮腔。此外，在鑄件8的突出部8b沒有形成堆積部8A。
[0070]如上所述，通過使用游離晶體6，能夠抑制鑄造缺陷7的產(chǎn)生，能夠使鑄件8的晶體結(jié)構(gòu)微細(xì)化。此外，通過利用重力使游離晶體6朝向鑄模10的表面11沉淀，游離晶體6能夠可靠地沉淀在表面11。結(jié)果，能夠可靠地抑制鑄造缺陷7的產(chǎn)生。通過利用重力使在鑄件8中的產(chǎn)生鑄造缺陷7的部分位于游離晶體6的移動方向(沉淀方向)上，能夠可靠地抑制鑄造缺陷7的產(chǎn)生。當(dāng)將堆積游離晶體6時，可以使用除了重力以外的物理力(例如，離心力、電磁力等)。
[0071]圖13是圖示通過使用離心力制造鑄件8的截面圖。圖13中圖示的鑄模10與圖9中圖示的鑄模10相同，通過與圖9中說明的方法相同的方法制造鑄件8。因而，在圖13中，僅圖不了與圖9的C對應(yīng)的、金屬溶液1凝固后的圖。
[0072]鑄模10如圖所示固定在轉(zhuǎn)動裝置20的轉(zhuǎn)動臺21。轉(zhuǎn)動裝置20通過驅(qū)動裝置(未示出)使轉(zhuǎn)動臺21轉(zhuǎn)動(箭頭R)。結(jié)果，使注入金屬熔液1的鑄模10轉(zhuǎn)動，離心力施加到金屬熔液1。在金屬熔液1進(jìn)行凝固的情況下，在凝固方向S上推出游離晶體6，通過離心力使游離晶體6在金屬熔液1中在離心力的方向上流動。由于在轉(zhuǎn)動的鑄模10中使主模12位于離心力的方向上，因此游離晶體6朝向主模12流動。
[0073]游離晶體6朝向鑄模10(主模12)的位于離心力方向上的表面11移動，并且堆積在表面11。這時，通過離心力使金屬熔液1中的游離晶體6朝向鑄模10的表面11的預(yù)定部分被引導(dǎo)，金屬熔液1中的游離晶體6堆積在表面11。此外，游離晶體6被引導(dǎo)到容易產(chǎn)生縮腔的部分(主模12的凹部12A)并且置于凹部12A。游離晶體6優(yōu)先堆積在凹部12A中并且填充凹部12A。一邊使金屬熔液1中的游離晶體6堆積在鑄模10的表面11，一邊使金屬熔液1凝固。
[0074]如上所述，通過利用游離晶體6，能夠抑制鑄造缺陷7的產(chǎn)生，并且能夠使鑄件8的晶體結(jié)構(gòu)微細(xì)化。此外，通過利用離心力使游離晶體6朝向鑄模10的表面11被引導(dǎo)，游離晶體6能夠可靠地堆積在表面11。結(jié)果，能夠可靠地抑制鑄造缺陷7的產(chǎn)生。通過利用離心力使在鑄件8中的產(chǎn)生鑄造缺陷7的部分位于游離晶體6的移動方向(引導(dǎo)方向)上，能夠可靠地抑制鑄造缺陷7的產(chǎn)生。
[0075]圖14是示出通過低壓鑄造來制造鑄件8的制造過程的截面圖。
[0076]如圖所示，鑄模10安裝在金屬熔液1的供給裝置30的上部。供給裝置30包括加壓容器31、容納在加壓容器31中的坩堝32以及用于加熱坩堝32的加熱裝置33。通過加熱裝置33將坩堝32中的金屬熔液1加熱到預(yù)定溫度。供給管15從鑄模10向下突出并且配置在加壓容器31和坩堝32中。通過供給管15將金屬熔液1從坩堝32供給到鑄模10 (腔16)中。當(dāng)加壓裝置(未示出)將加壓氣體G供給到加壓容器31中時，通過加壓氣體G對坩堝32中的金屬熔液1加壓。結(jié)果，通過供給管15將金屬熔液1推上去，金屬熔液1注入到鑄模10中。
[0077]在鑄件8的制造中，產(chǎn)生游離晶體6的金屬材料熔融，金屬熔液1通過供給裝置30注入到鑄模10中(參見圖14的A)。金屬熔液1從冷卻器14開始凝固，并且朝向主模12進(jìn)行凝固(參見圖14的B)。冷卻器14以圍繞主模12的方式設(shè)置在鑄模10的上部和側(cè)部。因而，金屬熔液1的凝固方向S是從冷卻器14的角部朝向鑄模10(主模12)的表面11的方向(斜向下的方向)。此外，在金屬熔液1的凝固期間，通過對流產(chǎn)生金屬熔液1的流動F。在金屬熔液1的凝固進(jìn)行的情況下，在凝固方向S上推出游離晶體6，通過金屬熔液1的流動F使游離晶體6在金屬熔液1中流動。游離晶體6朝向鑄模10的位于金屬熔液1流動的方向上的表面11移動，并且堆積在表面11。
[0078]在鑄模10中，金屬熔液1中的游離晶體6通過金屬熔液1的流動F朝向鑄模10的表面11流動，并且堆積在表面11。此外，通過以使金屬熔液1的流動F朝向表面11的預(yù)定部分行進(jìn)的方式進(jìn)行調(diào)整，游離晶體6朝向表面11的預(yù)定部分流動。隨著金屬熔液1的流動F的運(yùn)送，游離晶體6被運(yùn)送到鑄模10的表面11，并且堆積在表面11的預(yù)定部分。這時，金屬熔液1中的游離晶體6隨著鑄模10中的金屬熔液1的流動F的運(yùn)送而朝向金屬熔液1停滯的部分(停滯部(stagnant port1n))流動。游離晶體6隨著金屬熔液1的流動F的運(yùn)送而停留在停滯部。結(jié)果，游離晶體6堆積在鑄模10的金屬熔液1停滯的表面11。
[0079]金屬熔液1的停滯部是容易產(chǎn)生縮腔的部分，主模12的凹部12A變?yōu)橥?。游離晶體6朝向主模12的凹部12A流動，并且優(yōu)先堆積在凹部12A中。如上所述，一邊使金屬熔液1中的游離晶體6堆積在鑄模10的表面11，一邊使金屬熔液1凝固(參見圖14的C)。游離晶體6的堆積抑制在鑄件8的突出部8B中產(chǎn)生縮腔。在鑄件8的突出部8B，形成堆積部8A，且產(chǎn)生了微細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)。
[0080]圖15是圖示產(chǎn)生縮腔的鑄件8的截面圖。圖15的A至圖15的C示出了與圖14的A至圖14的C對應(yīng)的鑄件8的制造過程。
[0081]在不產(chǎn)生游離晶體6的金屬熔液1中，如圖所示，不產(chǎn)生游離晶體6的流動和堆積，因而縮腔(鑄造缺陷7)可能產(chǎn)生在鑄件8中?？s腔在主模12的凹部12A中產(chǎn)生于鑄件8的突出部8B。此外，鑄件8的突出部8B沒有形成堆積部8A。
[0082]如上所述，通過使用游離晶體6，能夠抑制鑄造缺陷7的產(chǎn)生，能夠使鑄件8的晶體結(jié)構(gòu)微細(xì)化。此外，通過利用金屬熔液1的流動F而使游離晶體6朝向鑄模10的表面11流動，游離晶體6能夠可靠地堆積在表面11。結(jié)果，能夠可靠地抑制鑄造缺陷7的產(chǎn)生。通過利用金屬熔液1的流動F來運(yùn)送游離晶體6并且使游離晶體6堆積在鑄模10的金屬熔液1停滯的表面11，能夠更可靠地抑制鑄造缺陷7的產(chǎn)生。通過使在鑄件8中的產(chǎn)生鑄造缺陷7所在的部分位于、通過金屬熔液1的流動F而使游離晶體6移動的移動方向(流動方向)上，能夠可靠地抑制鑄造缺陷7的產(chǎn)生。
[0083]通過使用重力、離心力以及金屬熔液1的流動F中的任意一種可以使游離晶體6移動到鑄模10的表面11。此外，通過使用重力、離心力以及金屬熔液1的流動F的任意組合也可以使游離晶體6移動到鑄模10的表面11。
[0084](鑄件8的制造試驗(yàn))
[0085]為了確認(rèn)本發(fā)明的效果，進(jìn)行第一至第四的制造試驗(yàn)，并且制造了鑄件8。在各制造試驗(yàn)中，如上所述，包括產(chǎn)生游離晶體6的金屬材料的金屬熔液1在鑄模10中凝固，制造了鑄件8 (以下稱為實(shí)施品)。此外，為了比較，包括不產(chǎn)生游離晶體6的金屬材料的金屬熔液1在鑄模10中凝固，制造了鑄件8 (以下稱為比較品)。檢查實(shí)施品和比較品，調(diào)查鑄造缺陷7產(chǎn)生的情況。
[0086]圖16是圖示通過鑄模10制造的鑄件8的視圖。圖16的A是鑄件8的主視圖。圖16的B是從圖16的A的X方向觀察的鑄件8的俯視圖。圖16的C是從圖16的A的Y方向觀察的鑄件8的側(cè)視圖。
[0087]如圖所示，鑄件8是用于輪胎成型的模具并且形成為塊狀。在從鑄模10中取出鑄件8之后，通過加工鑄件8而形成用于輪胎成型的模具。這里，鑄件8是用于胎面成型的模具(扇形段)，并且具有形成輪胎中的槽用的多個突出部8B。
[0088]鑄件8 (實(shí)施品、比較品)的制造條件如下:
[0089]實(shí)施品的金屬材料:JIS鑄造用鋁合金(AC2B)(Si:6%,Cu:2.5%,Mg:0.4%,Fe:0.5%,Zn:0.2%,Bal:A1)
[0090]比較品的金屬材料JIS鑄造用鋁合金(AC4C)(S1:7 %、Mg:0.4 %、Fe:0.3 %、Bal:A1)
[0091]使各金屬材料熔融，將該金屬熔液1 (690°C )注入到鑄模10中。
[0092]鑄件10的各部分的材料如下:
[0093]主模12:非發(fā)泡石膏(由株式會社則武(Noritake C0., Ltd.)制造，品名:G_6)
[0094]冷卻器14:灰鑄鐵(gray cast iron) (JIS 標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，F(xiàn)C250)
[0095]成型箱13:隔熱材料(娃酸I丐(calcium silicate))
[0096]供給管15:隔熱材料(氧化招陶瓷(alumina ceramic))
[0097]通過以下示出的四種類型的鑄模10來鑄造9個實(shí)施品和9個比較品。這時，將冷卻器14預(yù)熱到250°C至300°C的溫度。
[0098]圖17是在第一制造試驗(yàn)中使用的鑄模10的截面圖。圖17的A圖示了從前方觀察的鑄模10。圖17的B圖示了從圖17的A的X方向觀察的鑄模10。圖17的C圖示了從圖17的A的Y方向觀察的鑄模10。
[0099]如圖所示，第一制造試驗(yàn)的鑄模10被構(gòu)造成與圖9中圖示的鑄模10相同。主模12容納在箱狀的冷卻器14中，并且配置在鑄模10中的側(cè)部。
[0100]在鑄造期間，冒口 1A的高度被設(shè)定為300mm,通過重力鑄造來制造鑄件8。在第一制造試驗(yàn)中的比較品中，在七個鑄件8中產(chǎn)生輕微的縮腔。縮腔產(chǎn)生于Z部分(突出部8B或突出部8B的周圍)。另一方面，在實(shí)施品中，在兩個鑄件8的Z部分中產(chǎn)生極其輕微的縮腔。
[0101]圖18是在第二制造試驗(yàn)中使用的鑄模10的截面圖。圖18的A圖示了從前方觀察的鑄模10。圖18的B圖示了從圖18的A的X方向觀察的鑄模10。圖18的C圖示了從圖18的A的Y方向觀察的鑄模10。
[0102]如圖所示，第二制造試驗(yàn)的鑄模10被構(gòu)造成與圖11中圖示的鑄模10相同。主模12容納在箱狀的冷卻器14中，并且配置在鑄模10中的下部。供給管15和冷卻器14配置在主模12的上方。
[0103]在鑄造期間，冒口 1A的高度被設(shè)定為300mm,通過重力鑄造來制造鑄件8。在第二制造試驗(yàn)中的比較品中，在四個鑄件8的Z部分中產(chǎn)生輕微的縮腔。另一方面，當(dāng)將制造實(shí)施品時，在金屬熔液1的凝固期間，通過重力使游離晶體6朝向鑄模10 (主模12)的表面11沉淀并且堆積在表面11。結(jié)果，在實(shí)施品中，在一個鑄件8的Z部分中產(chǎn)生極其輕微的縮腔。
[0104]圖19是在第三制造試驗(yàn)中使用的鑄模10的截面圖。圖19的A圖示了從前方觀察的鑄模10。圖19的B圖示了從圖19的A的X方向觀察的鑄模10。圖19的C圖示了從圖19的A的Y方向觀察的鑄模10。
[0105]如圖所示，第三制造試驗(yàn)的鑄模10被構(gòu)造成與圖14中圖示的鑄模10相同。主模12容納在箱狀的冷卻器14中，并且配置在鑄模10中的側(cè)部。
[0106]在鑄造期間，通過供給裝置30(圖19中未示出)將金屬熔液1供給到鑄模10中，通過低壓鑄造來制造鑄件8。這時，通過供給裝置30以預(yù)定壓力(大氣壓+0.05MPa)對金屬熔液1加壓。在第三制造試驗(yàn)的比較品中，在四個鑄件8的Z部分中產(chǎn)生輕微的縮腔。另一方面，當(dāng)將制造實(shí)施品時，在金屬熔液1的凝固期間，游離晶體6通過上述金屬熔液1的流動F朝向鑄模10 (主模12)的表面11流動，并且堆積在表面11。此外，游離晶體6隨著金屬熔液1的流動F的運(yùn)送而堆積在金屬熔液1的停滯部。結(jié)果，在實(shí)施品中，在一個鑄件8的Z部分中產(chǎn)生極其輕微的縮腔。
[0107]圖20是在第四制造試驗(yàn)中使用的鑄模10的截面圖。圖20的A圖示了從前方觀察的鑄模10。圖20的B圖示了從圖20的A的X方向觀察的鑄模10。圖20的C圖示了從圖20的A的Y方向觀察的鑄模10。
[0108]如圖所示，第四制造試驗(yàn)的鑄模10被構(gòu)造成與圖14中圖示的鑄模10相同。主模12容納在箱狀的冷卻器14中，并且配置在鑄模10中的下部。金屬熔液1從主模12的下方流入鑄模10并且供給到位于主模12上方的腔16。
[0109]在鑄造期間，通過供給裝置30(圖20中未示出)將金屬熔液1供給到鑄模10中，通過低壓鑄造來制造鑄件8。這時，通過供給裝置30以預(yù)定壓力(大氣壓+0.05MPa)對金屬熔液1加壓。在第四制造試驗(yàn)的比較品中，在四個鑄件8的Z部分中產(chǎn)生輕微的縮腔。另一方面，當(dāng)將制造實(shí)施品時，在金屬熔液1的凝固期間，游離晶體6通過重力朝向鑄模10 (主模12)的表面11沉淀，并且堆積在表面11。同時，游離晶體6通過上述金屬熔液1的流動F朝向鑄模10的表面11流動，并且堆積在表面11。此外，游離晶體6隨著金屬熔液1的流動F的運(yùn)送而堆積在金屬熔液1的停滯部。結(jié)果，在實(shí)施品中，在任意鑄件8中均沒有產(chǎn)生縮腔。
[0110]如上所述，可以確認(rèn)的是，實(shí)施品中的縮腔的產(chǎn)生比比較品中的縮腔的產(chǎn)生大幅減少。因此，證實(shí)了通過本發(fā)明能夠抑制鑄造缺陷7在鑄件8中的產(chǎn)生。此外，發(fā)現(xiàn)實(shí)施品(堆積部8A)的晶體結(jié)構(gòu)比比較品(與堆積部8A對應(yīng)的部分)的晶體結(jié)構(gòu)微細(xì)。
[0111]附圖標(biāo)記的說明
[0112]1 金屬熔液
[0113]1A 冒口
[0114]2 固相
[0115]3 液相
[0116]4 固液共存區(qū)域
[0117]5 樹枝狀晶體
[0118]6 游離晶體
[0119]7 鑄造缺陷
[0120]8 鑄件
[0121]8A堆積部
[0122]8B突出部
[0123]10 鑄模
[0124]11 表面
[0125]12 主模
[0126]12A 凹部
[0127]13成型箱
[0128]14冷卻器
[0129]15供給管
[0130]16 腔
[0131]20轉(zhuǎn)動裝置
[0132]21 轉(zhuǎn)動臺
[0133]30供給裝置
[0134]31加壓容器
[0135]32坩堝
[0136]33加熱裝置
[0137]G加壓氣體
[0138]K凝固溫度范圍
[0139]S凝固方向
【權(quán)利要求】
1.一種鑄件的制造方法，該制造方法為通過使金屬熔液在鑄模中凝固來制造鑄件的制造方法，其包括如下步驟: 使在凝固期間產(chǎn)生游離晶體的金屬材料熔融； 將包括熔融的金屬材料的金屬熔液注入到鑄模中；以及 一邊使金屬熔液中的游離晶體堆積在鑄模的表面，一邊使金屬熔液凝固。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄件的制造方法，其特征在于， 金屬熔液中的游離晶體通過重力朝向鑄模的表面沉淀并且堆積在鑄模的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄件的制造方法，其特征在于，所述制造方法進(jìn)一步包括如下步驟: 使注入金屬溶液的鑄模轉(zhuǎn)動，其中 金屬熔液中的游離晶體通過離心力被朝向鑄模的表面引導(dǎo)并且堆積在鑄模的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄件的制造方法，其特征在于， 金屬熔液中的游離晶體通過金屬熔液的流動朝向鑄模的表面流動并且堆積在鑄模的表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鑄件的制造方法，其特征在于， 金屬熔液中的游離晶體隨著金屬熔液的流動而流動并且堆積在鑄模的金屬熔液停滯的表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的鑄件的制造方法，其特征在于， 鑄件是用于成型輪胎的模具。
7.一種鑄件，其是由根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的鑄件的制造方法制造的。
【文檔編號】B22D18/04GK104254415SQ201380021571
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月25日
【發(fā)明者】石原泰之 申請人:株式會社普利司通