金属模装置，压铸方法及压铸制品 本发明是关於一种适用於镁合金的压铸或摇溶模塑(thixomouldirg)制法等金属注射成形的金属模装置，采用该金属模具方案的压铸方法及压铸制品，更详细而言，是关於一种可采用於制造家电制品的框体，汽车的各种容器部件等所要求的薄壁铸造部件的金属模装置，通过采用该金属模装置的压铸方法，例如可以实现最小壁厚1.5mm以下的镁合金的压铸方法及压铸制品。
又，本发明是关於一种室温强度及高温强度优异的镁合金的压铸方法及压铸制品，更详细而言，是关於一种在汽车引擎零件等当中轻量化所要求的至523K左右的高温度也具有充分强度的镁合金的压铸方法及压铸制品。
近年来，轻量材料的需求增加，逐渐使用树脂材料或轻金属材料。但是，树脂材料是一般较难反复使用而在地球环保上有问题，针对此问题，由於金属材料是一般较易再利用，因此，家电制品的框体，汽车地各种容器部件等的制造材料从树脂材料变更为镁系材料或铝系材料等的轻金属，特别是在轻薄短小的趋势中，不但具有作为金属的刚性，且在实用轻金属中密度也最小的轻量镁系材料受注目，形成以汽车或便携家电制品用材料而受注目的潮流。特别是，在笔记型个人电脑或数字摄像机、MD随身听(便携式立体声单放机)、摄像机等的便携商品的框体中，被要求壁厚1.5mm以下，特别是1.2mm以下的制品。
并且，在汽车业界，由於地球环保的意识提高，而增强提高汽车的燃料费的要求，因而强烈要求开发汽车用轻量材料。镁合金在现在被实用的金属材料中密度最低，强烈期待作为今后的汽车用轻量材料，需求正在扩大。特别是，此后开发了适用於要求能耐至约473K的耐热性、耐蠕变性的引擎零件等用途的添加硅的合金，例如AS41合金(Mg-4Al-1Si-0.2Mn)，添加稀土元素的合金，例如AE42合金(Mg-4Al-2RE-0.2Mn)，进而最近开发、提出了添加钙的合金(日本特开平6-25790号公报)，添加钙与稀土元素的合金(日本特开平6-200348号公报，特开平7-11347号公报)，相信用途会扩大。
然而，在镁合金的压铸或金属注射成形中存在粘砂、填充不良、热裂或缩裂、铸件皱纹、缩孔等经常发生等独特的难题。特别是，在近年来所期望的薄物铸造，或在包含硅、稀土元素或钙的合金使用等中，有扩大此等问题的趋势，相对的，在关於确保压铸等的品质上极重要的金属模装置仅是重复以往的经验延长上的尝试法，并没有建立有体系的金属模装置的设计指南。
本发明是鉴于以往技术所具有的问题而完成的，本发明以提供一种在镁合金的压铸及金属注射成形中不产生粘砂、填充不良、热裂或缩裂、铸件皱纹、缩孔等的金属模装置，采用此种金属模装置的压铸方法及压铸制品，以及特别是提供一种薄壁铸造或使用包含硅、稀土元素或钙的合金时采用的金属模装置，采用此种金属模装置的压铸方法及压铸制品作为课题。
本发明人等为了完成上述课题反复进行了种种研究，结果发现，关於在镁合金的压铸及金属注射成形中采用的金属模装置的适当化存在几种规则。亦即，镁合金的压铸及金属注射成形时的重要点是：在模腔内，(1)使无紊乱而顺畅的金属液流，(2)不降低流速，(3)一直尽可能地等速，(4)不扰乱互相的流动，(5)应迅速填充模腔地流入，而采用实现此等条件的金属模装置，且将注射条件及/或金属模条件予以适当化，即可完全的抑制粘砂、填充不良、热裂或缩裂、铸件皱纹、缩孔等。
亦即，本发明的金属模装置，是适用於镁合金的压铸或金属注射成形的金属模装置，其特征在于，
设定数个浇口，并从直浇口至各浇口设置直接流道，以及
将相邻接的浇口间的非浇口部分的距离，除了制品设计上不允许的情形以外，设定为10mm以下。
又本发明的金属模装置，是适用於镁合金的压铸或金属注射成形的金属模装置，其特征在于，以
设定数个浇口，并从直浇口至各浇口设置直接流道，及
将相邻接的浇口间的非浇口部分的距离，除了制品设计上不允许的情形以外，设定为10mm以下作为必须要件；
进而以将直浇口至各浇口的各流道体积设定为相同，
将各浇口的断面积设定成与从该浇口至应填充的制品体积成比例，
将直浇口至各浇口的各流道的总断面积在金属熔液的流动方向维持相同或连续地减少，及
将流道的形状尽可能设定R5以上，以使金属液流成为顺畅的液流中的至少一种作为必要条件。
本发明的镁合金的压铸方法，是从镁合金铸造没有铸件皱纹、表面裂纹、填充不良、金属模具粘砂的压铸制品的压铸方法，其特征在于，
采用上述金属模装置，
将镁合金的熔液温度保持在580至750℃，
将向模腔的填充速度设定为1/100至10/100秒钟，而且
在使用冷室式压铸机时，将填充后的增压设定为200 kgf/cm2以上。
本发明的镁合金的压铸方法，是从镁合金铸造没有铸件皱纹、表面裂纹、填充不良、金属模粘砂的压铸制品的压铸方法，其特征在于，
采用上述金属模装置，
将金属模温度保持在150至350℃，
将在压铸铸造品上容易发生缩裂的模腔部位的金属模的表面温度较之周边部降低10K以上，
将压铸时的金属模内的空气压力设定为100mmHg以下，而且
作为对涂布於金属模内面的脱模剂的添加剂，使用选自由石墨、BN、水玻璃、云母、硅胶、氢氧化镁及氧化镁构成的组中的至少一种。
较理想为，本发明的镁合金的压铸方法，是从镁合金铸造没有铸件皱纹、表面裂纹、填充不良、金属模粘砂的压铸制品的压铸方法，其特征在于，
采用上述金属模装置，
将镁合金的熔液温度保持在580至750℃，
将向模腔的填充速度设定为1/100至10/100秒钟，
在使用冷室式压铸机时，将填充后的增压设定为200kgf/cm2以上，
将金属模温度保持在150至350℃，
将在压铸铸造品上容易发生缩裂的模腔部位的金属模的表面温度较之周边部降低10K以上，
将压铸时的金属模内的空气压力设定为100mmHg以下，而且
作为对涂布於金属模内面的脱模剂的添加剂，使用选自由石墨、BN、水玻璃、云母、硅胶、氢氧化镁及氧化镁构成的组中的至少一种。
进而，在得到室温强度及高温强度优异的镁合金的压铸制品时，本发明的镁合金的压铸方法，作为镁合金是使用含有
i)铝1至10重量％，
ii)选自由稀土元素0.2至5重量％，钙0.02至5重量％，及硅0.2至10重量％所构成的组中的至少一种，及
iii)锰1.5重量％以下，其余由镁及不可避免的杂质所构成的镁合金。
本发明的镁合金压铸制品，是采用上述金属模装置以上述压铸方法能制造的没有铸件皱纹、表面裂纹、填充不良、金属模粘砂的镁合金压铸制品。
以下详述在本发明的压铸方法中适用的镁合金组成，适用於镁合金的压铸或金属注射成形的金属模装置，采用该金属模装置的压铸方法及压铸制品等。
以本发明的压铸方法可铸造的镁合金，只要是可压铸的镁合金，则任何一种均可以，例如可使用MD1A、MD1B、MD1 D、MD2A、MD2B、MD3A等。
但是，以在汽车引擎零件等的轻量化中，即使至所要求的523K左右的高温，也具有充分强度的镁合金压铸制品作为目的时，使用含有
i)铝1至10重量％，
ii)选自由稀土元素0.2至5重量％，钙0.02至5重量％，及硅0.2至10重量％所构成的组中的至少一种，及
iii)锰1.5重量％以下，其余以由镁及不可避免的杂质所构成的镁合金较为理想。
在本发明的金属模装置中以设置数个浇口为前提条件。这样在具有数个浇口的金属模装置中，首先，为了不扰乱金属熔液的流速与金属熔液流动，必须在直浇口至各浇口设置直接流道，即直浇口至各浇口必须分别以各个流道直接连接。各流道内的金属熔液的流动成为均匀化，并同时可设定适应制品形状的浇口断面积，须设两个以上浇口，但是，最终的浇口个数与各浇口的断面积是由制品尺寸(金属熔液量)与制品形状所决定，而依金属模的尺寸、金属模成本、材料收缩率等来规定。但是，仅以金属模具来说，作成多浇口并根据制品形状将各浇口变细较为理想。
如此所设定的横流道与各浇口，如上述，为了尽可能不扰乱，不抑制金属熔液的流动下能够填充於模腔，则宜将若干基本的设计条件作为必需的或较理想的条件。亦即，为了不扰乱金属熔液的流动而填充於模腔，则以将从直浇口至被分割成两个以上的各浇口的各流道的体积互相成为相同为理想，并将各浇口的断面积设计成与从浇口至欲填充的制品体积成比例，从各浇口将金属熔液一齐填充於制品中较为理想。
又为了不降低金属熔液的流速，将从直浇口至浇口的各流道的总断面积在金属熔液的流动方向维持在相同或连续地减少较为理想。将流道的形状尽可能设定R5以上，以使金属熔液流动能顺畅。
如上所述，由於将金属熔液从浇口一直快速地填充於模腔，而在各浇口间容易产生冷隔，因此若采用本发明的金属模装置时，必须将相邻接的浇口间的非浇口部分的距离，除了制品设计上不允许的情形以外，设定为10mm以下。
并且，根据流道的R，垂直於浇口面以外的向量将产生於各浇口的宽度方向。所以对浇口垂直方向的金属熔液速度，在浇口的宽度方向的速度分布中在浇口端部变慢。为了尽可能使速度分布成为一样，例如实测或金属熔液流动计算上希望达到1m/s以内。随着该速度分布中的速度差愈接近零，由於容易产生先前所述的浇口间的冷隔，因此浇口端部的金属熔液流动的趋向须充分地研究。
采用上述金属模装置而实施本发明的压铸方法的注射条件中，有金属熔液温度。在熔化炉中的金属熔液温度不足580℃时，则流动性降低，而向金属模的填充性产生问题。另一方面，若超过750℃，则在保持金属熔液时增加着火的危险性，又会增大从金属熔液至凝固的期间的收缩率，因此容易发生热裂或缩裂。故合金的熔液温度应保持於580至750℃，较理想是须保持在650至710℃。
本发明的压铸方法的注射条件中，有向模腔的填充速度。一般镁合金的凝固潜热小，因而推荐应予以提高注射速度。由於镁合金特别是在凝固相对地慢的粒部分因产生化合物而容易发生裂纹，因此在铸件全区域必须施加铸造压力。所以必须考虑铸造速度与来自金属模的冷却的平衡，经验上向金属模模腔内的填充速度设定为1/100至10/100秒钟，较理想为1/100至5/100秒钟是必要条件。为了满足此种条件，将注射速度设定为2m/s以上，较理想为3.5m/s以上，或将浇口速度设定为30m/s以上，较理想为50m/s以上。在向金属模模腔内的填充速度比10/100秒钟慢时，会在填充性(填充不良)或热裂性的任一方向产生问题。
使用冷室式压铸机时，本发明的压铸方法的注射条件中有填充后的增压。向金属模模腔内的填充后须立即再施加增压，以防止填充不良，并抑制凝固或冷却时的热裂、缩裂的发生。此时的增压条件是200kgf/cm2以上，较理想为400kg/cm2以上。未施加此种增压时，会产生填充不良，或在铸件的壁厚变化部的所有区域会产生裂纹。
以上的压铸注射条件互相关联，缺少此种条件中的一种条件，均无法得到镁合金的健全的薄壁铸件。相反地说，采用上述金属模装置而实施，通过满足这三种注射条件，即，
将镁合金的金属熔液温度保持在580至750℃，
将向模腔的填充速度设定为1/100至10/100秒钟，而且
在使用冷室式压铸机时，将填充后的增压设定为200kgf/cm2以上的条件，即可铸造没有铸件皱纹、表面裂纹、填充不良、金属模粘砂的镁合金压铸件。
采用上述金属模装置而实施本发明的压铸方法的金属模条件中，有金属模温度。在金属模温度未满150℃时，经验上对金属熔液的填充性带来障碍，或即使可填充，也会在铸件皱纹等的表面性上造成问题。另外，在超过350℃时，由於延迟凝固速度而容易产生缩裂或热裂。因此将金属模温度保持在150至350℃，较理想为保持在180至280℃。
本发明的压铸方法的金属模具条件中，有局部冷却。依据铸件的形状，在厚度急变部等形状上有容易发生裂痕的部位。在此等情形下，除了上述的整体的金属模温度的控制以外，还必须作局部的温度控制。为了该温度控制，则可采取在金属模的必要部位设置致冷剂用通路，而在该通路中流动水、油、空气等的致冷剂进行局部冷却的方法，或者在打开金属模时通过吹喷脱模剂或空气而进行局部冷却的方法等。总之均须将金属模需要局部冷却的部位的表面温度比周边的表面温度冷却10K以上，较理想为冷却20K以上，使容易发生缩裂的部位优先凝固以防止缩裂。
本发明的压铸方法的金属模具条件中，有金属模内的减压。为了帮助金属熔液向模腔内填充，同时为了防止由金属模内的空气所产生的金属熔液流动的紊乱，金属模内的减压是必要的。为了达到该目的，须将金属熔液的注射时的金属模内的空气压力设定为100mmHg以下，较理想为50mmHg以下。
本发明的压铸方法的金属模具条件中，有涂布於金属模内面的脱模剂。关於用以凝固的冷却条件，不仅是金属模的温度条件，而且可籍脱模剂的保温效果来延迟凝固而使铸造压力起作用。为了达到该目的，作为脱模剂的添加剂，使用选自由石墨、BN、水玻璃、云母、硅胶、氢氧化镁及氧化镁所构成的组中的至少一种是有效的。
以上的金属模条件互相关联，但是金属模温度特别重要。在压铸铸造品上容易发生缩裂的模腔部位不存在时，并不需要局部冷却，此时局部冷却可由本发明的构成必要条件中予以删除。根据模腔形状及压铸制品形状，虽然金属模内的减压及脱模剂的添加剂并不一定是必要的必要条件，但并用此种构成必要条件可得到更良好的结果，故较理想。
在本发明中，采用上述金属模装置而加以实施，通过满足此等四种金属模条件，即
将金属模温度保持在150至350℃，
将在压铸铸造品上容易发生缩裂的模腔部位的金属模的表面温度，较之周边部降低10K以上，
将压铸铸造时的金属模内的空气压力设定为100mmHg以下，而且
作为对涂布於金属模内面的脱模剂的添加剂，使用选自由石墨、BN、水玻璃、云母、硅胶、氢氧化镁及氧化镁所构成的组中的至少一种，就能够铸造没有铸件皱纹、表面裂纹、填充不良、金属模粘砂的镁合金压铸件。
上述的本发明的金属模装置，采用该金属模装置的压铸方法，对於薄壁铸造，特别是，在1.5mm以下的薄壁铸造或含有硅、稀土元素、钙的合金的铸造是有效的，可得到没有铸件皱纹、表面裂纹、填充不良、金属模粘砂的压铸制品。
以下依据实施例及比较例具体地说明本发明。
实施例1和比较例1至6
金属模装置是采用：
设定四个浇口，并从直浇口到各浇口设置直接流道，
将邻接的浇口间的非浇口部分的距离设定为5mm，
将直浇口至各浇口的各流道体积设定为相同，
将各浇口的断面积设定成与从其浇口至应该填充的制品体积成比例，
将直浇口至各浇口的各流道的总断面积在金属熔液的流动方向维持相同，
将流道的形状设定为R15以上。
采用上述金属模装置，使用AZ91(Mg-9Al-0.7Zn-0.2Mn)合金，冷室式压铸机使用日本宇部公司制的650吨机，将合金熔液温度设定为680℃，将向模腔的填充速度设定为5/100秒钟，将填充后的增压设定为300kgf/cm2，将金属模温度设定为250℃，将压铸时的金属模内的空气压力设定为100mmHg，并且在金属模内面涂布滑石系脱模剂，而实施A4尺寸的笔记型个人电脑壳体(制品厚度0.8mm)的试制品的铸造。铸造结果如表1中所示。将金属模装置如表1所示地变化(未记载於表1的金属模装置仍维持上述而未变化)实施比较例1至6。这些铸造结果如表1中所示。
表1 变化的金属模装置 铸造结果 判断实施例1比较例1比较例2比较例3比较例4比较例5比较例6实施例2标准浇口一处浇口间的距离15mm将流道的一个容积变更成2倍将一个浇口的断面积设定为1.5倍将流道的总断面积在途中设定为1.5倍在流道中设置R3的部分标准良好填充不良填充不良比较例3至6是所有表面性稍差，残留冷隔部良好○××△至○△至○△至○△至○○
实施例2
使用热室式压铸机，将金属熔液温度设定为610℃，除未实施填充后的增压外，其余则与实施例1同样地实施铸造。铸造的结果如表1中所示。实施例3
采用在实施例1所采用的金属模装置，使用热裂敏感性高的Mg-5Al-3Ca-0.2Mn合金，Mg-5Al-4RE-0.2Mn-0.05Ca合金，Mg-5Al-2Si-0.5RE-0.2Mn合金，或Mg-9Al-2Ca-2RE-1Si-0.2Mn合金，冷室式压铸机使用日本宇部公司制的650吨机，将合金熔液温度设定为700℃，将向模腔的填充速度设定为5/100秒钟，将填充后的增压设定为500kgf/cm2，将金属模温度设定为200℃，将压铸时的金属模内的空气压力设定为40mmHg，而以模仿汽车零件的300mm×300mm×180mm的尺寸，实施壁厚3mm的盒型试制品的铸造。在所有四种压铸品中并未看到热裂。实施例4
为使压铸制品成为容易发生缩裂的形状，在实施例3的盒型试制品的四角隅设置壁厚从300mm变化成10mm的部分。使用Mg-5Al-4Ca-1RE-0.2Mn合金，在和实施例3相同条件下铸造该形状的试制品，结果则在壁厚变化部位的边缘部以约10％概率发生缩裂，并且在浇口进入压铸制品的部分每隔100至300次注射发生粘砂。
因此，作为缩裂的对策，将壁厚变化部的金属模部分冷却至230℃(令与周围的金属模温度的差为20K)时，可抑制缩裂的发生。
作为粘砂的对策，将添加BN的脱模剂涂布於在上述产生粘砂的部分而进行铸造时，可抑制粘砂的发生。并且，代替BN，使用石墨、水玻璃、云母、硅胶、氢氧化镁或氧化镁时也可得到同等的效果。
采用本发明的金属模装置的压铸方法，在薄壁铸造，特别是1.5mm以下的薄壁铸造或含有硅、稀土元素、钙的合金铸造上是有效的，以高品质而稳定地可得到没有铸件皱纹、表面裂纹、填充不良、金属模粘砂的压铸制品。