CN107614154B - 抽吸加压铸造方法 - Google Patents

Abstract

一种抽吸加压铸造方法，其中，使用铸造装置(1)，对根据铸造过程预先设定好的设定减压模式和在实际的铸造过程中测定到的模腔和型芯的测定压力模式进行比较，基于双方的差值算出校正减压模式，利用校正减压模式对下一次铸造时的设定减压模式进行校正，即使是在型芯的水分量、粘合剂的硬化状态不同的情况下，也抑制浇不足、气体缺陷的产生，该铸造装置(1)具备：保持炉(3)，其储存有熔液(2)；模具(6)，其与型芯(4)一起形成模腔(5)；熔液加压部件(7)，其供给加压用气体；抽吸排气部件(8)，其对模腔(5)内进行抽吸排气。

Description

抽吸加压铸造方法

技术领域

本发明涉及向模具的模腔加压填充熔液、并且对模腔进行抽吸排气的抽吸加压铸造方法。

背景技术

作为在熔液的填充时进行模腔的抽吸排气的铸造方法，存在以铸件的局部减压浇注方法的名称记载于引用文献1的铸造方法。在引用文献1所记载的铸造方法中，使用与型芯一起形成模腔的铸模，熔液向模腔流入，并且，利用排气泵对模腔进行抽吸排气。在引用文献1的铸造方法中，利用重力来填充熔液，但也众所周知有抽吸加压铸造方法，在该抽吸加压铸造方法中，使用例如低压铸造装置而在向模腔加压填充熔液之际对该模腔进行抽吸排气。

另外，在抽吸加压铸造方法中，在模腔的抽吸排气的控制中，采用如下方法：使用真空罐和对从真空罐到模腔的抽吸排气路径进行开闭的排气阀，对排气阀的开度进行调整。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-33944号公报

发明内容

发明要解决的问题

不过，在上述的抽吸加压铸造方法中，使用真空罐和排气阀来进行抽吸排气的控制，因此，若与排气泵相比的话，虽然响应性变高，但在熔液的填充时间较短的情况下，排气阀的动作产生延迟，难以基于模腔内的压力实时地对排气阀的开度进行反馈控制。因此，使用根据一系列的铸造工序预先设定好的设定减压模式(排气阀的开度模式)，按照该设定减压模式对排气阀的开度进行了控制。

然而，在使用型芯的铸造过程中，型芯所含有的水分量、粘合剂的硬化状态(粘合剂的烧制状态、聚合状态)等不同，即使是由于型芯的制造批次、保管状态的不同，水分量、硬化状态也不同。因此，在以往的抽吸加压铸造方法中，在铸造时从型芯产生的气体量变化，在设定减压模式与包括实际上产生的气体量在内地进行抽吸排气所需要的理想的减压模式之间产生差异，由于该差异而有可能产生浇不足(日文：湯周り不良)、气体缺陷，因此，解决这样的问题点是课题。

本发明是着眼于上述以往的课题而做成的，其目的在于提供一种抽吸加压铸造方法，在使用型芯的抽吸加压铸造方法中，在铸造时测定模腔和型芯的压力，基于其测定结果对下一次铸造过程中的设定减压模式进行校正，从而即使是型芯的水分量、硬化状态不同的情况下，也能够抑制浇不足、气体缺陷的产生。

用于解决问题的方案

本发明的抽吸加压铸造方法使用铸造装置，向模具的模腔加压填充熔液，并且对模腔进行抽吸排气，该铸造装置具备：保持炉，其储存有熔液；模具，其与型芯一起形成模腔；熔液加压部件，其用于向保持炉内供给加压用气体；抽吸排气部件，其用于对模腔内进行抽吸排气。

此时，抽吸加压铸造方法设为如下构成：对根据铸造过程预先设定好的抽吸排气部件的设定减压模式与在实际的铸造过程中测定到的模腔和型芯的测定压力模式进行比较，基于双方的差值算出抽吸排气部件的校正减压模式，利用校正减压模式对下一次铸造时的设定减压模式进行校正，具有上述构成来作为用于解决以往的课题的手段。

发明的效果

本发明的抽吸加压铸造方法通过采用了上述构成，即使是型芯的水分量、粘合剂的硬化状态不同的情况下，也使设定减压模式与包括实际上产生的气体量在内地进行抽吸排气所需要的理想的减压模式之间缩小差异，能够抑制浇不足、气体缺陷的产生。

附图说明

图1是说明可适用本发明的抽吸加压铸造方法的抽吸加压铸造装置的系统图。

图2是表示使用了壳形型芯的铸造过程中的保持炉和型芯的压力变化的图表。

图3是表示使用了无机型芯的铸造过程中的保持炉和型芯的压力变化的图表。

图4的(A)是说明抽吸加压铸造方法的工序的流程图，图4的(B)是表示铸造时的模腔的减压状态和减压设定模式的图表。

图5的(A)是表示用于求出作为基准的型芯的内压的实验装置的剖视图，图5的(B)是表示型芯的内压的变化的图表。

图6的(A)是表示用于求出被熔液加压了之际的型芯的内压的实验装置的剖视图、图6的(B)是表示壳形型芯的内压的变化的图表，图6的(C)是表示无机型芯的内压的变化的图表。

图7的(A)是表示用于求出产生熔液的粘砂(日文：差し込み)的压力的实验装置的剖视图，图7的(B)是表示压力变化的图表。

具体实施方式

图1所示的抽吸加压铸造装置1是可适用本发明的抽吸加压铸造方法的装置，以低压铸造装置为基本结构，具备用于向模腔填充熔液的部件、用于对模腔进行排气的部件、这些部件的控制系统。

即、抽吸加压铸造装置1具备：保持炉3，其储存有熔液2；模具6，其与型芯4一起形成模腔5；熔液加压部件7，其用于向保持炉3内供给加压用气体；抽吸排气部件8，其用于对模腔5内进行抽吸排气。

另外，抽吸加压铸造装置1具备：底座9，其用于上下配置模具6和保持炉3；供液管10，其是从保持炉3到模腔5的熔液2的上升路径；减压用壳体11，其在底座9上气密地包围模具6。

保持炉3在上侧的开放部3A中保持着供液管10的上部，具备用于对熔液2进行加热的加热器(未图示)等。供液管10在上部具有储液部，并且下端部处于浸渍到保持炉3的熔液2中的状态。减压用壳体11由省略图示的多个外壳形成，能与模具6同样地开闭。

模具(成形模具/铸模)6具备：下模6L，其固定于底座9；上模6U，其可相对于下模6L升降；能进退的中模6M，其配置于下模6L与上模6U之间，模具6与型芯4一起形成作为铸造空间的模腔5。下模6L具备与供液管10的上侧连通的浇口12。

型芯4使用型芯砂和粘合剂的混合物，是利用成形模具将该混合物成形成预定形状并使其硬化而成的，存在使用了有机粘合剂的型芯4(以下称为“壳形型芯”。)和使用了无机粘合剂的型芯(以下称为“无机型芯”。)。另外，图示例的型芯4在两侧具有芯头4A，在模具6内，设为将芯头4A夹在下模6L与中模6M之间的状态而进行定位。

熔液加压部件7具备：加压气体罐7A，其填充有加压用气体；供气配管7B，其从加压气体罐7A到保持炉3；对供气配管7B的中途进行开闭的供气阀V1。作为一个例子，加压用气体是空气。另外，在保持炉3设置有通过传感器用配管7C而对保持炉3内的压力进行检测的保持炉压力传感器S1。

抽吸排气部件8具备：真空罐8A；真空泵8B，其对真空罐8A内进行抽吸排气；罐压力传感器S2，其对真空罐8A内的压力进行检测。而且，抽吸排气部件8具备：第1排气配管8C，其从真空罐8A到模具6的模腔5；第2排气配管8D，其从真空罐8A到模具6内的型芯4的芯头4A的部分；第3排气配管8E，其从真空罐8A到减压用壳体11。在第1排气配管8C～第3排气配管8E分别设置有对其中途进行开闭的第1排气阀V2～第3排气阀V4。

另外，抽吸排气部件8具备：模腔压力传感器S3，其经由传感器用配管8F对模腔5内的压力进行检测；型芯压力传感器S4，其经由另一传感器用配管8G对型芯4的芯头4A的部分的压力进行检测；减压用壳体压力传感器S5，其经由又一传感器用配管8H对减压用壳体11内的压力进行检测。而且，在各传感器用配管8F～8G除了设置有各压力传感器S3～S5之外，还设置有压力计M1～M3。

而且，抽吸加压铸造装置1具备：主控制装置13，其由计算机构成；作为显示部件的监控器14，其显示各种数据类。来自各压力传感器S1～S5的检测信号输入主控制装置13，并且主控制装置13将驱动用的指令信号向真空泵8B、供气阀V1、和第1排气阀～第3排气阀V2～V4输出。

该主控制装置13用于使用上述的抽吸加压铸造装置1来执行本发明的抽吸加压铸造方法，根据一系列的铸造工序预先设定好的抽吸排气部件8的设定减压模式输入该主控制装置13。该设定减压模式能够通过实验求出，随后叙述其具体例子。

在此，在图1所示的抽吸加压铸造装置1的型芯4中，所含有的水分量、粘合剂的硬化状态(烧制状态、聚合状态)等不同，也由于制造批次、保管状态而水分量、硬化状态不同。因此，在铸造时在熔液2与型芯4接触了之际，从型芯4产生的气体量变化，由于与设定减压模式之间的差异，有可能产生浇不足、气体缺陷。

在图2和图3中示出随着保持炉3的压力变化而产生的型芯4的压力变化。在图2中示出型芯4是前述的壳形型芯的情况下的压力变化，在图3中示出型芯4是前述的无机型芯的情况下的压力变化。保持炉3的压力直接是加压用气体的供给压力，但间接地表示熔液2的填充压力、模腔5内的熔液压力。

与此相对，主控制装置13作为执行抽吸加压铸造方法的功能，具有如下功能：对设定减压模式和在实际的铸造过程中测定到的模腔5和型芯4的测定压力模式进行比较，基于双方的差值算出抽吸排气部件8的校正减压模式，利用校正减压模式对下一次铸造时的设定减压模式进行校正。

即、在抽吸加压铸造方法中，如图4的(A)所示，若在步骤ST1中开始铸造，则在步骤ST2中对设定减压模式进行设定，在步骤ST3中按照设定减压模式进行铸造。

具体而言，利用熔液加压部件7向保持炉3内加压供给加压用气体(空气)，从而将熔液2经由供液管10向模具6的模腔5填充，并且，利用抽吸排气部件8使各排气阀V2～V4动作而对模腔5内和减压用壳体11内进行抽吸排气。此时，设定减压模式是对排气阀V2～V4的开度进行控制的模式，在图4的(B)代表性地示出对模腔5进行抽吸排气的第1排气阀V2的开度模式。

另外，在步骤ST3的铸造时，基于模腔压力传感器S3、型芯压力传感器S4、以及减压用壳体传感器S5的测定值算出测定压力模式。之后，在步骤ST4中，根据设定减压模式与测定压力模式之差算出应该校正的抽吸排气量，根据真空罐8A的容量、内部压力算出排气阀V2～V4所需要的开度。由此，在步骤ST5中算出校正减压模式。此时，校正减压模式与之前的设定减压模式同样地是对排气阀V2～V4的开度进行控制的模式。

并且，在抽吸加压铸造方法中，在步骤ST6中利用校正减压模式对初始的设定减压模式进行校正(更新)，在步骤ST7中转换成下一次铸造周期。由此，自下次起的铸造从步骤ST8中的前周期开始，另外，步骤ST2的设定减压模式在步骤ST6中被更新，以下，反复进行同样的工序。

如此，在上述的抽吸加压铸造方法中，对设定减压模式和测定压力模式进行比较，基于双方的差值算出校正减压模式，利用校正减压模式对下一次铸造时的设定减压模式进行校正，因此，即使是型芯4的水分量、粘合剂的硬化状态不同的情况下，也能够缩小设定减压模式(排气阀的开度模式)与包括实际上产生的气体量在内地进行抽吸排气所需要的理想的减压模式之差异，抑制浇不足、气体缺陷的产生。

此外，在以上述抽吸加压铸造方法连续地大量生产铸造品的情况下，型芯4也同样被连续地生产。因此，型芯4各自的水分量、硬化状态明显不同的可能性较低，在连续地生产出的型芯中，水分量、硬化状态的差异比较小，在制造批次、保管状态不同的型芯中，水分量、硬化状态的差异变得比较大。因而，在抽吸加压铸造方法中，各型芯4的状态并不是明显不同，因此，通过使所算出来的校正减压模式反映在下一次铸造，能缩小模式的误差而抑制浇不足、气体缺陷的产生。

另外，在抽吸加压铸造方法中，作为更优选的实施方式，如图4的(B)所示，模腔5和型芯4的测定压力模式包括：从熔液2的填充开始到填充完成的第1时间段；从熔液2的填充完成到在型芯4的周围形成熔液2的凝固膜的第2时间段；从在型芯4的周围形成熔液2的凝固膜到停止模腔5的抽吸排气的第3时间段。并且，在抽吸加压铸造方法中，基于设定减压模式与测定压力模式之差值算出抽吸排气部件8的校正减压模式，并且，利用监控器(显示部件)14显示哪一时间段的测定压力相对于设定减压模式偏离。

在上述的第1时间段～第3时间段中，从熔液2的填充开始到填充完成的第1时间段是主要受到型芯4的水分量的影响的时间段。另外，从熔液2的填充完成到在型芯4的周围形成熔液2的凝固膜的第2时间段主要是受到型芯4的粘合剂的硬化状态(烧制度、聚合度)的影响的时间段。而且，从在型芯4的周围形成熔液2的凝固膜到停止模腔5的抽吸排气的第3时间段是受到由模具6的密封劣化导致的泄漏的影响的时间段。

而且，在抽吸加压铸造方法中，作为更优选的实施方式，使用根据一系列的铸造过程预先设定好的熔液加压部件7的设定加压模式，在上述的第2时间段中，在型芯4的测定压力比根据熔液加压部件7的设定加压模式求出来的型芯4的周围的熔液压力高的情况下，判断成铸造品产生异常。该异常的判断结果也能够显示于监控器14。

再者，在抽吸加压铸造方法中，作为更优选的实施方式，使用根据一系列的铸造过程预先设定好的熔液加压部件7的设定加压模式，在上述的第2时间段中，以根据熔液加压部件7的设定加压模式求出来的型芯4的周围的熔液压力与型芯4的测定压力之差成为预定值以下的方式算出校正减压模式。

在此，在图2和图3中，型芯4的周围的熔液压力到熔液2向模腔5的填充完成为止(第1时间段)与模腔5内的压力大致相等。另外，型芯4的周围的熔液压力在熔液2的填充后(第2时间段)是从保持炉3内的压力减去与从保持炉3内的熔液液面到型芯4的中心的高度相当的熔液压力而得到的压力。

在填充熔液2之前，向模腔5喷出的来自型芯4的气体主要是型芯4所含有的水分蒸发而成的，被引入铸造品而成为气体缺陷的情况较少，但使模腔5和减压用壳体11内的应该抽吸排气的气体量变化。因此，在型芯4所含有的水分量较多的情况下，提高抽吸排气部件8的抽吸量，在水分量较少的情况下，降低抽吸量，若不如此设定，则无法维持所期望的设定减压模式，在薄壁部等产生填充不良的可能性变高。

另外，在如图2所示那样使用了壳形型芯的情况下，在将熔液2向模腔5填充了之后从型芯4产生的气体主要是通过对粘合剂进行热改性而产生的，由于型芯4的粘合剂添加量的变动、烧制度而变动。直到在型芯4的周围形成凝固膜为止(第2时间段)，若型芯4内的气体压力比型芯4的周围的熔液压力高，则气体向熔液2内喷出，该气体被引入铸造品而成为气体缺陷。型芯4内的气体经由芯头4A等向抽吸排气部件8引导。

因而，对抽吸排气部件8的压力进行监控，在该压力比所期望的设定压力高的情况下，来自型芯4的气体产生量比抽吸量多，气体从型芯4向熔液2内喷出而产生气体缺陷的可能性较高。

而且，对抽吸排气部件8的压力进行监控，该压力比所期望的设定压力低的情况是来自型芯4的气体产生量比抽吸量少的情况，若抽吸排气部件8的压力相对于型芯4的周围的熔液压力变低，则产生熔液2进入型芯4的砂间的粘砂而成为粘砂不良。

而且，在型芯4的周围的熔液2形成了凝固膜之后(第3时间段)的减压用壳体11、模腔5的压力由于来自减压用壳体11的密封的泄漏量而变动。在该第3时间段中，对抽吸排气部件8的压力进行监控，在该压力没有降低到所期望的设定压力的情况下，泄漏增大的可能性较高。

针对这样的状况，在抽吸加压铸造方法中，如先前所述那样，算出抽吸排气部件8的校正减压模式，并且，利用监控器14显示第1时间段～第3时间段中的哪一时间段的测定压力相对于设定减压模式偏离。由此，在抽吸加压铸造方法中，能够迅速地把握型芯4的水分量、粘合剂的硬化状态(烧制度、聚合度)、或者由密封劣化导致的气体泄漏等状况，而能够例如迅速地使操作者知晓异常，能够实现抽吸排气部件8的更准确的控制，并且谋求设备保全的提前应对等。

另外，在抽吸加压铸造方法中，如先前所述那样，使用熔液加压部件7的设定加压模式，在第2时间段中，在型芯4的测定压力比根据熔液加压部件7的设定加压模式求出来的型芯4的周围的熔液压力高的情况下，判断为铸造品产生异常。也就是说，在抽吸加压铸造方法中，在型芯4的测定压力比型芯4的周围的熔液压力高的情况下，产生气体缺陷的可能性非常高，因此，对其进行异常处理，从而能够防止次品的流出。

而且，在抽吸加压铸造方法中，如先前所述那样，使用熔液加压部件7的设定加压模式，在第2时间段中，以根据设定加压模式求出来的型芯4的周围的熔液压力与型芯4的测定压力之差成为预定值以下的方式算出校正减压模式。由此，在抽吸加压铸造方法中，施加过剩的压力被阻止于未然，熔液2不会向型芯砂间渗透(粘砂)，能够防止粘砂不良的产生。

图5～图7是说明为了对抽吸排气部件8的设定减压模式(排气阀的开度模式)进行设定而进行的实验装置的图。

图5的(A)所示的实验装置E1是用于求出成为基准的型芯的内压的装置，将在中心设置有测压用管21的型芯4以保持芯头4A的方式收容于真空腔室22，对真空腔室22内进行减压而求出真空腔室22内的压力P1-1、型芯4的芯头4A的压力P1-2、以及型芯4的中心的压力P2。

其结果，如图5的(B)所示，对于真空腔室22的压力P1-1和型芯4的芯头4A的压力P1-2，压力值与抽吸排气一起降低而维持恒定的压力。另外，对于型芯4的中心压力P2，逐渐减少而达到模腔5的压力。

图6所示的实验装置E2是用于求出被熔液2加压之际的型芯4的内压的装置，将在中心设置有测压用管的型芯4以保持芯头4A并施加水头压的方式浸渍于容器23内的熔液2，此时，芯头4A利用空心体24保持而暴露于与大气压相当的压力中，对型芯4的中心压力P3和芯头4A的压力P1-2进行测定。

图6的(B)为型芯4是壳形型芯的情况(参照图2)的压力变化，在经过由水蒸气的产生导致的峰值之后，具有由因粘合剂的热改性产生的气体导致的峰值，之后减少。图6的(C)为型芯4是无机型芯的情况(参照图3)的压力变化，在经过由水蒸气的产生导致的峰值之后减少。

图7所示的实验装置E3是用于求出产生熔液2的粘砂的压力的装置，以型芯材料26暴露的方式设置在真空箱25的底面，使真空箱25内的压力变化，如图中以假想线所示那样进行使型芯材料26与容器27内的熔液2接触的实验，对在型芯材料26的表面不产生粘砂的压力P4进行测定。其结果，如图7的(B)所示，在急剧地降低之后平缓地减少。

用于设定减压模式、设定加压模式的型芯4的中心压力使用上述的中心压力P2和熔液压力P3之和。另外，型芯4的中心压力也可以加进根据芯头4A的压力推定的校正量。

型芯4的周围的熔液压力在熔液2的填充中设为模腔5的压力，在熔液2的填充完成时间点，设为从保持炉3的压力减去与熔液高度相应的压力而成的压力，该熔液高度是将从保持炉3内的熔液液面到浇口的高度和从型芯中心到铸造品上表面的高度相加而成的。

粘砂极限压使用从中心压力P2和熔液压力P3之和减去不产生粘砂的压力P4而得到的压力。或者也可以是，从保持炉3的压力减去与熔液高度相应的压力而成的压力与不产生粘砂的压力P4之差，熔液高度是将从保持炉3内的熔液液面到浇口的高度和从型芯中心到铸造品上表面的高度相加而成的。

并且，从熔液填充即将完成之前(例如几秒前)到熔液填充完之后(例如几秒后)，在到形成距型芯4的表面预定厚度的凝固膜为止的期间内，对保持炉3的压力进行控制，以使型芯4的周围的熔液压力超过型芯4的中心压力，且低于粘砂极限压。

出于这样的想法，制作抽吸排气部件8的设定减压模式(排气阀的开度模式)。阀控制不是反馈控制而设为模式控制。另外，在铸造的周期中，对模腔5的压力、芯头4A的压力进行监控，对与设定减压模式之间的偏移量进行评价。

并且，使用上述的评价值而对下一次铸造周期的设定减压模式进行校正(更新)。另外，更优选的是，设为如下方式：作为实测值与设定减压模式的偏移量评价法，关注于型芯刚刚浸渍之后的区间、粘合剂的改性时间段、以及型芯气体稳定的区间，在模式控制之际，在同一系统设置多个阀，分别设有优先顺序等而谋求控制的响应速度的改善。

本发明的抽吸加压铸造方法的具体的构成并不只限定于上述各实施方式，可在并不脱离本发明的主旨的范围内适当变更构成的细节。

附图标记说明

1、抽吸加压铸造装置；2、熔液；3、保持炉；4、型芯；5、模腔；6、模具；7、熔液加压部件；8、抽吸排气部件；8A、真空罐；V2～V4、排气阀。

Claims (5)

1.一种抽吸加压铸造方法，其特征在于，在该抽吸加压铸造方法中，在使用铸造装置来进行向模具的模腔加压填充熔液、并且对模腔进行抽吸排气的抽吸加压铸造之际，

对根据铸造过程预先设定好的抽吸排气部件的设定减压模式和在实际的铸造过程中所测定到的模腔和型芯的测定压力模式进行比较，基于双方的差值算出抽吸排气部件的校正减压模式，

利用校正减压模式对下一次铸造时的设定减压模式进行校正，

该铸造装置具备：保持炉，其储存有熔液；模具，其与型芯一起形成模腔；熔液加压部件，其用于向保持炉内供给加压用气体；抽吸排气部件，其用于对模腔内进行抽吸排气。

2.根据权利要求1所述的抽吸加压铸造方法，其特征在于，

模腔和型芯的测定压力模式包括：从熔液的填充开始到填充完成的第1时间段；从熔液的填充完成到在型芯的周围形成熔液的凝固膜的第2时间段；从在型芯的周围形成熔液的凝固膜到停止模腔的抽吸排气的第3时间段，

基于设定减压模式与测定压力模式之差值算出抽吸排气部件的校正减压模式，并且利用显示部件显示哪一时间段的测定压力相对于设定减压模式偏离。

3.根据权利要求2所述的抽吸加压铸造方法，其特征在于，

使用根据铸造过程预先设定好的熔液加压部件的设定加压模式，

在从熔液的填充完成到在型芯的周围形成熔液的凝固膜的第2时间段中，

在型芯的测定压力比根据熔液加压部件的设定加压模式求出来的型芯的周围的熔液压力高的情况下，判断为铸造品产生异常。

4.根据权利要求2所述的抽吸加压铸造方法，其特征在于，

使用根据铸造过程预先设定好的熔液加压部件的设定加压模式，

在从熔液的填充完成到在型芯的周围形成熔液的凝固膜的第2时间段中，

以根据熔液加压部件的设定加压模式求出来的型芯的周围的熔液压力与型芯的测定压力之差成为预定值以下的方式算出校正减压模式。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的抽吸加压铸造方法，其特征在于，

抽吸排气部件具备真空罐和对从真空罐到模腔的抽吸排气路径进行开闭的排气阀，

设定减压模式和校正减压模式是对排气阀的开度进行控制的模式。