压铸用套筒的设置构造及压铸用套筒的制作方法

金属材料;冶金;铸造;磨削;抛光设备的制造及处理,应用技术1.本发明涉及压铸用套筒的设置构造及压铸用套筒。背景技术：2.在铝、镁、锌、锡、铅、它们的合金等非铁金属的压铸中，为了将熔融金属填充到型腔内而使用圆筒状的套筒。套筒的一端与型腔内连通，使柱塞头从另一端进入并在套筒内沿轴向滑动。在将轴向作为大致水平而使用的横型(水平注射型)的套筒中，在使柱塞头进入的一侧的端部附近，以向上方开口的方式设置有贯通套筒的侧周壁的一部分的注入孔。从该注入孔供给到套筒内的熔融金属随着柱塞头的前进而在套筒内被压送，并被填充到型腔内。3.以往，一般的套筒为钢制，但由于非铁金属容易与铁反应，因此，钢制的套筒存在因与填充对象的熔融金属的接触而容易熔损、耐用期间短这样的问题。另外，由于钢的热传导率大，因此，供给到套筒内的熔融金属的温度容易降低。供给到套筒内的熔融金属的温度在到达型腔之前在套筒内降低，由此产生凝固片，若该凝固片与成形后的制品混合存在，则在制品中，在该部分容易产生剥离等缺陷，存在机械强度降低这样的问题。4.因此，本技术人提出并实施了如下方案：将套筒做成外筒和内筒的双重构造，并由钛或钛合金与陶瓷的复合材料的烧结体(以下，称为“tc复合材料”)形成嵌入钢制的外筒的内筒(例如，参照专利文献1)。tc复合材料由于与非铁金属的反应性低，因此，耐熔损性优异。另外，钢(skd61)的热传导率为35.6w/mk，较大，与此相对，tc复合材料的热传导率为7.4w/mk，非常小，保温性优异，具有供给到套筒内的熔融金属的温度难以降低的优点。另外，在仅用陶瓷形成内筒的情况下，虽然能够提高耐熔损性和保温性，但作为脆性材料的陶瓷存在耐冲击性低这样的难点，而tc复合材料是金属和陶瓷的复合材料，因此，具有耐冲击性也优异这样的优点。5.这样，内筒使用了耐熔损性、保温性以及耐冲击性优异的tc复合材料的套筒与以往的套筒相比，具有耐用时间长、能够成形出不混有凝固片的高品质的制品的优点。然而，在为了更大型的制品的铸造而使熔融金属向套筒的供给量增加的情况下，在为了加快铸造的周期缩短向套筒供给熔融金属的时间间隔的情况下，有时固化了的熔融金属会附着于内筒的内表面。若固化了的熔融金属附着，则会产生柱塞头登上附着物并咬入内筒的内表面的相向面那样的阻力、所谓的“粘着阻力”，或者内筒的内表面与附着物一起剥离，由此存在套筒的耐用期限变短这样的问题。6.在先技术文献7.专利文献8.专利文献1：日本特开平3-142053号公报技术实现要素：9.发明要解决的课题10.因此，本发明鉴于上述实际情况，其课题在于提供一种压铸用套筒的设置构造及压铸用套筒，即使在熔融金属的供给量多的条件下、供给熔融金属的时间间隔短的条件下使用，耐用期间也长的压铸用套筒支承于压铸装置。11.用于解决课题的方案12.为了解决上述课题，本发明的压铸用套筒(以下，有时简称为“套筒”)的设置构造是[0013]“一种压铸用套筒的设置构造，具备圆筒状的筒部和贯通该筒部的侧周壁的一部分的注入孔的压铸用套筒在使所述筒部的中心轴成为大致水平且使所述注入孔向上方开放的状态下，以筒部前端与型腔连通且使柱塞头从筒部后端进入的方式支承于压铸装置，其特征在于，[0014]所述筒部具有外筒和嵌入该外筒的内筒，[0015]在所述筒部，至少在接受从所述注入孔供给的熔融金属的部分即金属熔液接受区域，所述内筒由钛或钛合金与陶瓷的复合材料的烧结体形成，并且，[0016]在所述金属熔液接受区域，在所述外筒形成有第一平面部，[0017]在具有第二平面部的金属制块即套本体上设置有用于使冷却介质通过的管状部的冷却装置在使所述第二平面部直接抵接于所述第一平面部的状态下、或隔着石墨片及金属箔中的任一个而使所述第二平面部间接抵接于所述第一平面部的状态下，安装于所述外筒。”[0018]如上所述，在增加了熔融金属向套筒的供给量的条件下、供给熔融金属的时间间隔短的条件下使用时，固化了的熔融金属会附着在作为tc复合材料的内筒的内表面。这样的熔融金属的附着在接受熔融金属(也称为金属熔液)的部分即金属熔液接受区域是显著的。因此，在溶解除去附着物而进行调查时，观察到在该部分内筒的内表面被挖去，而且在其周围产生了多个细微的龟裂的情况。另外，在测定作为tc复合材料的内筒的内表面的温度的同时进行压铸试验时，在产生上述那样的金属附着那样的成形条件下，当反复进行几次压铸时，内筒的内表面的金属熔液接受区域的温度上升到约500℃。钢的机械强度(弯曲强度)随着温度的上升而急剧下降，与此相对，tc复合材料的强度没有随着温度上升而急剧下降，在约600℃以上的温度下具有机械强度比钢高的优点，但是，当温度超过500℃时，机械强度逐渐下降。[0019]一般认为，tc复合材料由于热传导率小这一特性而容易蓄热，通过增加熔融金属的供给量或缩短供给熔融金属的时间间隔，内筒的温度上升至导致机械强度降低的500℃，通过在该条件下的熔融金属的供给和注射而反复进行加热和冷却，在内筒所使用的tc复合材料的表面产生细微的龟裂。而且，由于高温的熔融金属浸入到细微的龟裂中，因此侵蚀进一步进行，残留在该处的熔融金属固化并附着，在这样的工艺中，一般认为内筒的内表面的损伤加剧。[0020]如果由tc复合材料形成的内筒的损伤在这样的工艺中进行，则能够想到“对内筒”进行冷却，以使内筒的温度不会成为高温。但是，如果因冷却内筒而导致熔融金属的温度在到达型腔之前降低，则会生成凝固片而混在成形后的制品中，由此制品的品质劣化。[0021]为了使该相反的要求平衡，在本发明中，采用了“受到损伤的是由tc复合材料形成的内筒，通过不是冷却内筒而是冷却其外侧的外筒而间接地冷却内筒”这样的手段、和“作为应该冷却的最小限度的范围，冷却金属熔液接受区域”这样的手段。即，是至少在金属熔液接受区域由tc复合材料形成内筒，冷却装置在金属熔液接受区域内设置于比内筒靠外侧这样的手段。由于tc复合材料的热传导率非常小，因此，通过从其外侧进行冷却，即使tc复合材料自身被冷却到某种程度，也不会冷却到熔融金属，能够抑制熔融金属的温度降低。并且，由于tc复合材料自身被冷却，因此能够抑制因上述那样的工艺而导致的内筒的损伤的进行，能够延长套筒的耐用期间。[0022]另外，在使轴向形成大致水平而使用的横型的套筒中，以往，存在设有注入孔的一侧的端部、即使柱塞头进入的筒部后端以翘起的方式变形的问题。这样的问题在内筒由tc复合材料形成的上述套筒(专利文献1)中也是同样的。若筒部后端翘起，则与如上所述那样柱塞头登上固化了的熔融金属的情况相同，存在产生柱塞头咬入内表面的上部的“粘着阻力”这样的不良情况。这样的筒部后端翘起的变形被认为是由于，随着从注入孔供给熔融金属，金属熔液接受区域成为非常高的温度而较大地热膨胀，在筒部的轴向也较大地延伸，另一方面，注入孔的周缘部不会成为那么高的温度，因此热膨胀的程度也较小，在轴向并不那么延伸。[0023]在本发明中，在伴随着熔融金属的供给而成为非常高温的金属熔液接受区域，在外筒上安装冷却装置，将金属熔液接受区域的tc复合材料间接地冷却。由此，能够有效地抑制如上所述的热膨胀的不平衡所引起的“粘着阻力”。[0024]在此，作为从外侧冷却筒部的手段，如图5a和图5b所示，能够想到在筒部100上安装冷却套400。冷却套400在从外侧包围筒部100的金属制的套本体410的内部配设有用于使冷却介质通过的管450，并具备用于将套本体400卷绕固定在筒部100上的带470。这样的冷却套400由于从外侧包围筒部100，因此必然体积大，重量也大。另外，压铸用套筒的筒部100一般为圆筒状，因此在以沿着该筒部100的外形的方式将套本体410形成为截面圆弧状的情况下，由于要切削金属材料的大块，因此存在加工费事、高成本，并且成为切削屑的金属材料的浪费大这样的问题。[0025]相对于此，本发明中，在外筒上形成平面部，另一方面，冷却装置在具有平面部的金属制块即套本体上设置有管状部，使冷却装置的平面部(第二平面部)直接或间接地抵接于外筒的平面部(第一平面部)。因此，能够使冷却装置成为不会从筒部较大地露出的小型的装置，能够抑制重量。另外，具有平面部的金属制块即套本体能够形成长方体等简单的形状，因此，不需要复杂的加工，能够以低成本由通用的金属材料制造。[0026]此外，在以沿着圆筒状的筒部的方式加工截面圆弧状的套本体的情况下，由于筒部的外表面和套本体的内表面双方均为弯曲面，因此，难以加工成双方的弯曲面在整个面上紧紧接触。因此，冷却装置与筒部的紧贴性差，冷却装置对套筒的冷却效率可能会降低。与此相对，在本发明中，由于外筒与冷却装置的抵接是经由平面部(第一平面部)和平面部(第二平面部)进行的，因此容易提高贴紧性，能够提高冷却装置对套筒的冷却效率。[0027]另外，作为使外筒的平面部(第一平面部)与冷却装置的平面部(第二平面部)间接抵接的结构，能够采用在两者之间夹持热传导性高的片材料的结构，作为该片材料，除了后述的石墨片之外，还能够使用铜箔、银箔、铝箔等金属箔。[0028]另外，作为从外侧冷却内筒的手段，也能够想到将用于使冷却介质通过的管状部设置在“外筒的内部”，在该情况下，在外筒的壁厚小的情况下，有可能难以进行加工。与此相对，在本发明中，在外筒的金属熔液接受区域形成平面部(第一平面部)，并在此外置安装冷却装置。因此，即使在外筒的壁厚小的情况下，也能够没有问题地在压铸用套筒具备冷却装置。[0029]本发明的压铸用套筒的设置构造，除了上述结构之外，还能够形成为“所述冷却装置以在所述第二平面部与所述第一平面部之间夹设有石墨片的状态安装于所述外筒”。[0030]石墨片具有柔软性、挠性。因此，即使在外筒的平面部(第一平面部)和冷却装置的平面部(第二平面部)各自不是镜面研磨后的面那样平滑的面的情况下，通过在两者之间夹持石墨片，石墨片也分别与双方的平面部贴紧。由于石墨片的热传导性优异，因此，能够经由分别与双方的平面部紧贴的石墨片，利用冷却装置高效地冷却外筒，进而能够有效地对内筒进行间接冷却。[0031]本发明的压铸用套筒的设置构造，除了上述结构之外，还能够形成为“所述冷却装置以在与所述筒部的所述中心轴正交的截面中，连结所述冷却装置的中心线和所述筒部的所述中心轴的线与从所述注入孔的中心垂下的垂直线所成的角度在与向所述注入孔供给熔融金属的铸勺相反侧成为10度～60度的方式，设置在偏向一侧的位置”。[0032]以往，在套筒的内表面，因熔融金属的供给而成为高温的部分被认为是注入孔的正下方。对此，本发明人仔细分析了套筒上的损伤部分，结果发现，受到损伤的部分不仅到达注入孔的正下方，而且到达从自注入孔的中心垂下的垂直线偏向一侧的位置。作为其理由被认为是，如后面将详细描述的那样，在一般的压铸装置中，由于在将熔融金属供给到注入孔的铸勺的动作中存在机械性的限制，因此，熔融金属从注入孔的斜上方供给。[0033]在本结构中，在筒部，能够利用安装于外筒的冷却装置对受到由铸勺从斜上方供给到注入孔的熔融金属而成为高温的部分进行冷却。由此，能够更有效地发挥通过冷却外筒来间接地冷却内筒的作用。[0034]其次，本发明的压铸用套筒是[0035]“一种压铸用套筒，具备圆筒状的筒部及贯通该筒部的侧周壁的一部分的注入孔，其特征在于，[0036]所述筒部具有外筒和嵌入该外筒的内筒，[0037]在所述筒部，至少在包括与所述注入孔相向的部分在内的金属熔液接受区域，所述内筒由钛或钛合金与陶瓷的复合材料的烧结体形成，并且，[0038]在所述金属熔液接受区域，在所述外筒形成有第一平面部，[0039]在具有第二平面部的金属制块即套本体上设置有用于使冷却介质通过的管状部的冷却装置在使所述第二平面部直接抵接于所述第一平面部的状态下、或隔着石墨片及金属箔中的任一个而使所述第二平面部间接抵接于所述第一平面部的状态下，安装于所述外筒。”[0040]这是使用于上述设置构造的压铸用套筒的结构。[0041]发明的效果[0042]如上所述，根据本发明，能够提供一种压铸用套筒的设置构造及压铸用套筒，即使在熔融金属的供给量多的条件下、供给熔融金属的时间间隔短的条件下使用，耐用时间也长的压铸用套筒支承于压铸装置。附图说明[0043]图1a是沿中心轴方向在中央剖切作为本发明的一实施方式的套筒的剖视图，图1b是该套筒的仰视图，图1c是该套筒的a-a线剖视图，图1d是从该套筒的底面侧观察的立体图。[0044]图2a和图2b是说明图1的套筒的制造的图。[0045]图3是一般的压铸装置的主要部分结构图。[0046]图4是示意性地表示在一般的压铸装置中熔融金属从铸勺向套筒供给的图。[0047]图5a是与本发明对比的冷却套的立体图，图5b是将图5a的冷却套安装于现有的套筒的状态的剖视图。具体实施方式[0048]以下，使用附图对本发明的具体的实施方式进行说明。套筒s1具有圆筒状的筒部1、以及贯通筒部1的侧周壁的一部分的注入孔30。如图3所示，套筒s1在冷室压铸装置dm中，在将套筒s1的中心轴x作为大致水平并使注入孔30向上方开放的状态下被支承。套筒s1的筒部前端e1与形成在固定模111和可动模112之间的型腔110连通，使柱塞头70从筒部后端e2进入。经由铸勺130向注入孔30供给贮存于保持炉的熔融金属。[0049]如图1a～图1d所示，套筒s1的筒部1具有外筒20和嵌入外筒20的内筒10。金属熔液接受区域是在筒部1中接受从注入孔30供给的熔融金属的区域。内筒10至少在金属熔液接受区域由tc复合材料(钛或钛合金与陶瓷的复合材料的烧结体)形成，但在本实施方式中，包括金属熔液接受区域在内的内筒10的整体由tc复合材料形成。tc复合材料是通过粉末冶金制造的，能够通过将由混合了钛粉末和碳化硅粉末的原料成形的成形体在非氧化性气氛下烧成而得到。tc复合材料的原料中能够含有镍等其它的金属的粉末。[0050]在此，金属熔液接受区域是从注入孔30供给熔融金属时成为高温的区域，如图1a所示，在与中心轴x平行的方向，能够设为从筒部后端e2到注入孔30的直径的两倍的长度的范围l，如图1c所示，在与中心轴x正交的截面中，能够设为从自注入孔30的中心下垂的垂直线z朝向两侧分别由中心角α为60度的圆弧表示的范围r1的区域。[0051]如图2a及图2b所示，在外筒20的金属熔液接受区域形成有平面部20s，在该平面部20s安装有冷却装置40。冷却装置40是在热传导率高的铜、铝等金属制块即套本体41上设置有用于供冷却介质通过的管状部45的装置。套本体41是平坦的大致长方体，使面积最大的一对平面部41a中的一方与外筒20的平面部20s抵接。管状部45为大致u字状，其两端分别到达与一对平面部41a成直角的一对侧面部41b而形成开口部46。从开口部46的一方供给的冷却介质在管状部45的内部流通而从开口部46的另一方被排出。在管状部45的内部流通的冷却介质与成为高温的外筒20进行热交换，由此外筒20被冷却，内筒10被间接地冷却。作为冷却介质，能够使用水、空气、油。在此，外筒20的平面部20s相当于本发明的“第一平面部”，冷却装置40的平面部41a相当于本发明的“第二平面部”。[0052]另外，管状部45除了如上所述形成为大致u字状以外，还能够形成为曲折状、直线状。[0053]在图1中，图示了冷却装置40在使其平面部41a与外筒20的平面部20s直接抵接的状态下安装于外筒20的情况。由于平面部彼此(平面部41a和平面部20s)抵接，因此贴紧性高，能够利用冷却装置40高效地冷却外筒20，进而能够高效且间接地冷却内筒10。[0054]如图2b所例示，也可以在冷却装置40的平面部41a与外筒20的平面部20s之间夹入石墨片50。石墨片50具有柔软性、挠性，因此平面部20s及平面部41a即使不是镜面研磨后的面那样平滑的面，石墨片也分别与平面部20s、41a贴紧。由此，能够隔着热传导性优异的石墨片，使冷却装置40和外筒20在热传导中贴紧。[0055]在金属熔液接受区域中，相对于外筒20安装冷却装置40的位置能够不设为注入孔30的正下方，而设为从自注入孔30的中心下垂的垂直线z偏向一侧的位置。已判明这是因为，通过向套筒供给熔融金属而在筒部的内表面受到损伤的部分如本领域技术人员目前所考虑的那样，不仅是注入孔的正下方，而且到达偏向一方的位置。[0056]作为其理由，一般认为是，如图3所示，在一般的压铸装置dm中，注入孔30开口的位置是对构成模具的固定模111进行支承的固定盘121、使用于驱动柱塞头70的驱动装置(省略图示)对固定盘121进行支承的框架122等的附近。这样，由于使用于向注入孔30注入熔融金属的铸勺130移动的装置(省略图示)与固定盘121、框架122干涉，因此，难以使铸勺130移动到注入孔30的正上方，如图4示意地表示的那样，熔融金属通过铸勺130的倾动而从斜上方注入到注入孔30。其结果是，筒部1的内表面不是在注入孔30的正下方而是在从垂直线z偏向一侧的部分温度最高，容易受到损伤。[0057]因此，如图4所示，在与筒部1的中心轴x正交的截面中，能够将冷却装置40的位置设定成，连结冷却装置40的中心线c和中心轴x的线与从注入孔30垂下的垂直线z所成的角度β在一侧为0度～60度。更优选将冷却装置40的中心线设定成，角度β在一侧为10度～60度的范围r2内。[0058]根据本实施方式的套筒s1，至少在供给熔融金属时成为高温的金属熔液接受区域中，使内筒10的材质为tc复合材料，且在金属熔液接受区域中，通过冷却装置40对外筒20进行冷却，即，从外侧间接地对由热传导率小的tc复合材料形成的内筒10进行冷却，由此，能够将tc复合材料冷却到熔融金属的温度不降低的程度，能够抑制凝固片的生成并有效地抑制内筒的损伤，能够延长套筒的耐用期间。[0059]而且，由于冷却装置40安装于在外筒20形成的平面部20s，因此能够防止冷却装置40从筒部1较大地突出，能够形成紧凑且轻量的结构。另外，由于金属制的块即套本体41是具备一对平面部41a的平坦的长方体，因此，与形成为从外侧包围筒部1那样的截面圆弧状的套本体的情况相比，加工容易，在套本体41上设置管状部45的加工也容易。[0060]另外，外筒20与冷却装置40的接触是通过平面部20s与平面部41a的抵接而实现的，因此容易提高贴紧性，能够提高冷却装置40对外筒20的冷却效率。此外，在平面部20s和平面部41a之间夹入石墨片50的情况下，即使平面部20s和平面部41a的平滑性不那么高，也能够隔着石墨片50在热传导中使平面部20s和平面部41a贴紧，能够通过冷却装置40更高效地冷却外筒20。并且，通过利用冷却装置40高效地冷却外筒20，能够有效地进行来自外侧的内筒10的间接的冷却。[0061]并且，由于是在外筒20上形成平面部20s，并在平面部20s上外置冷却装置40的结构，因此，与在外筒的内部设置管状部的情况不同，即使在外筒20的壁厚较小的情况下，也能够没有问题地在套筒s1具备冷却装置40。[0062]以上，列举优选的实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，如下所示，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种改良以及设计的变更。[0063]例如，能够在内筒10的内表面设置利用氮化处理、碳化处理、硼化处理等表面处理而形成的表面处理层。[0064]另外，在上述中，作为tc复合材料的原料的陶瓷，例示了碳化硅(sic)，但不限于此，也能够单独或混合多种使用si3n4、tin、aln等氮化物系陶瓷、tic、b4c、crc2等碳化物系陶瓷、zrb2、tib2等硼化物系陶瓷、cr2o3、tio2、zro2、mgo、y2o3等氧化物系陶瓷、及赛隆(英文：sialon)。[0065]另外，在上述中，例示了内筒10整体由tc复合材料形成的情况，但能够在内筒10中由钢形成注入孔30的周缘部。在从注入孔30供给熔融金属时，金属熔液接受区域成为非常高的温度，另一方面，在从注入孔供给的时刻，熔融金属的液面没有达到内筒的内表面的上部的程度，因此注入孔的周缘部不会成为那么高的温度。其结果是，成为非常高温的金属熔液接受区域较大地热膨胀，在筒部的轴向也较大地延伸，与此相对，相向的注入孔的周缘部的热膨胀的程度也小，在轴向并不那么延伸，因此，套筒的注入孔侧的端部容易以朝向上方翘曲的方式变形。[0066]因此，除了在外筒20上安装冷却装置40来冷却金属熔液接受区域之外，通过由热传导率大的钢形成注入孔的周缘部，能够更有效地使金属熔液接受区域的热膨胀与注入孔的周缘部的热膨胀平衡，能够更有效地抑制注入孔侧的端部翘起的变形。









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