サイアロン製ダイカストスリーブ | 射出成形機用部品他

概要

サイアロン製ダイカストスリーブは、溶湯保温性・射出安定性に優れるとともに長寿命という特長を有しています。1986年に開発され、その後改良を重ねて今日に至っていますが、近年、自動車メーカー向けを中心として２，０００～３，０００トン（トン：ダイカストマシンの型締力）用の大型サイズの採用が増加しています。

自動車は、地球環境の保全と省エネルギー推進の観点から軽量化のため、エンジンブロックをはじめとして各種部品のアルミ化が、アルミ合金鋳物の採用増という形で進んでいます。中でもダイカストで製造されるものが多いのですが、ダイカストは、生産性は高いものの製品内部の鋳巣欠陥や破断チル層の製品への巻き込みなど、品質面での問題を抱えており、その改善が課題となっています。

ダイカストの品質問題の改善のためには、金型方案をはじめとする多岐にわたる鋳造条件の最適化が追求されていますが、スリーブ内の溶湯保温性と射出時の射出速度の安定性に関して従来のダイカストにおいては乗り越えることの難かしい壁がありました。それは、ダイカストスリーブが鋼製であるために、注入された溶湯の熱エネルギーが大量に奪われ、溶湯の温度、特にスリーブ内壁に接する溶湯の温度が大きく下がり、凝固層（チル層）が発生し、射出時にチップで破断されて破断チル層となって製品内に巻き込まれ、欠陥の原因となること、また、鋼製であるチップとスリーブとの焼き付きを防止するために多量のチップ潤滑剤が使用され、その結果、潤滑剤の燃焼ガスが大量に発生して内部鋳巣の発生につながることです。

図1：ダイカストスリーブ使用位置

以上のことからダイカスト業界では、保温性に優れ、かつ潤滑剤が少なくても射出安定性が優れるスリーブが求められており、そのため、セラミックスをダイカストスリーブに適用するアイデアがかなり以前（昭和50年頃）からありましたが、実際には、強度、靭性、耐熱性不足のために実用化されていませんでした。そこで、当社は、これらの特性に優れるサイアロンを用い、構造も工夫することによってセラミックス製ダイカストスリーブの実用化に成功しました。

次にサイアロン製スリーブの構造と機能（効果）について述べます。

構造

図２に構造の断面図を、図３に外観写真を示します。構造的には円筒形状であるスリーブを内層と外層の二層に分けて、内層をサイアロンの筒、外層を特殊合金の筒として組立構造としました。内筒のサイアロンには保温性、耐焼き付き性などスリーブの基本機能を持たせ、外筒の特殊合金には荷重などの外力からサイアロンを保護する役目を担わせています。内筒と外筒は焼バメにて一体に組み立てます。

図2：サイアロン製スリーブ構造断面図
図3：サイアロン製スリーブ外観写真

機能（効果）

従来から使用されている鋼製のダイカストスリーブとの対比でその効果を以下に述べます。

1.　溶湯保温性に優れる

実験ならびに実機使用の結果から１０～４０℃の保温性向上効果があることがわかりました。特にスリーブに接する近傍の溶湯温度の低下が小さく、そのため、これによりチル層の発生が少なくなり、金型キャビティー内に巻き込まれる破断チル層が減少し、不良の発生が減少しました。
2.　射出安定性に優れる

サイアロンはアルミ溶湯と反応しないのでスリーブ内壁への溶湯の焼き付き付着がほとんど発生しません。そのためチップの摺動抵抗が小さくなり、射出が安定し、チップ潤滑剤も大幅に減らすことができました。実機使用では１/２～１/５に減らしています。その結果、潤滑剤に起因するガスの発生量が減ってガスによる不良の減少、ならびに工場建屋内の大気環境の改善で評価を受けています。
3.　長寿命

実機使用の結果、鋼製のスリーブに比べて２～５倍の耐用寿命を達成しました。

Sialon Parts for Handling Molten Aluminum

Thermocouple Protection Tube for Measurement of Aluminum Temperature

Figure 1: Sialon protection tube-single pieces

Standard Size(mm)
Outer Diameter	Inner Diameter	Length
11.5	6.5	500
15	9	800
22	14	1,100
28	16	1,100
32	20	1,100
34	20	1,900

Stalk for Low-Pressure Casting Machines

We offer a line-up of stalks and thermocouple protection tubes, as Sialon parts for lowpressure casting machines.
Also, we are attempting to create a good seal against air leakage by making use of a composite metal and Sialon structure so as to maintain the required die load and prevent breakage.

Sizes available
Outer diameter (mm) : Max 234 dia.
Length (mm) : Max 1,400

Figure 2: Stalk

Immersion Heater Tube for Holding Furnaces

Especially useful for disposition of Na fluxes. Applicable to such heat sources as gas burners and electric heaters.

Sizes available
Outer diameter (mm) : Max 300 dia.
Length (mm) : Max 1,600

Figure 3: Heater tube

Degassing Rotor for Molten Aluminum

Sizes available
Outer diameter (mm) : Max 240 dia
Length (mm) : Max 1,300

Figure 4: Degassing Rotor

Shot Sleeve for High-Pressure Diecasting Machines

(1) Reduce Cold Flakes (“Cold Flakes”) :solidified aluminum defect pieces (scattered structure) formed in shot sleeve: Superior heat-retention. “Possibility of no heating equipment“
(2) Stable shots and longer life (Especially at High temperature ≧ 700℃ or 1290°F): Less deformation, High corrosion resistance, Erosion resistance and Wear resistance. “Possibility of no water cooling channel“
(3) Energy saving: Sialon’s superior heat-retention enables lower molten aluminum casting temperature.

Figure 5: Heat-retention
Figure 6: Shot Sleeve (Cut Model)

Sialon and Super Sialon

Hitachi Metals’ Sialon and Super Sialon are ideal for jigs and tools that come into direct contact with molten aluminum on the aluminum melting and casting line.
Hitachi Metals has developed this heat-resisting, highstrength ceramic material based on its long experience in processing metals, and has used it in molten aluminumhandling parts.

Features of Sialon and Super Sialon Parts for Handling Molten Aluminum

(1) Little or no contamination of molten aluminum.
(2) Little or no corrosion from molten aluminum.
(3) Little or no adherence of molten aluminum.
(4) High strength remaining intact within the temperature range of molten aluminum.
(5) Two different thermal conductivity
Low thermal conductivity : Sialon is for higher heat retention required parts such as Stalk.
High thermal conductivity : Super Sialon is for higher heat transfer required parts such as Heater Tube

Characteristics of Sialon

Materials	Density (g/cm³)	4 point Bending strength (MPa)	Young's modules (GPa)	Thermal shock resistance (ΔT°C)	Coefficient of thermal expansion (×10-6/°C) [20～800°C]	Thermal conductivity (W/m・k)	Maximum allowable temperature (°C)
Sialon	3.2	750～950	290	710	3.0	17	1,250
Super Sialon	3.2	800～1050	300	750～1000	3.0	65	1,250

Sialon and Super Sialon are used primarily for the production of parts that come into contact with molten aluminum.
The characteristics of Sialon are given below in comparison with those of structural ceramics.

Figure 7: High-temperature strength
Figure 8: Thermal shock resistance