JP2008149358A - 鋳造方法及び鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】差圧給湯式の真空ダイカスト法において、射出スリーブ内への給湯量が変化しても鋳造品質に影響しない、安定化した鋳造を可能にする。
【解決手段】鋳造用金型２内の製品キャビティ以降の溶湯経路３の一部に湯溜まり部１５を設けると共に、前記湯溜まり部１５に、当該湯溜まり部１５内の体積を溶湯保持炉９内の湯面レベルの低下に応じて減少させて、鋳造用金型２内の溶湯充填体積を変化させる湯溜まり体積調整機構（１６、１７）を設け、射出スリーブ４内の溶湯のビスケット１１の厚さを一定化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、差圧給湯式の真空ダイカスト鋳造法において、金型への給湯量が変化しても鋳造品質を安定化させることができる鋳造方法と鋳造装置に関する。

ダイカスト鋳造法は薄肉で精密な鋳物製品を大量に生産する方法として知られているが、そのための要素技術として凝固が進行する前に金型のキャビティ内に短時間で溶湯を充填完了させることが要求され、高速・高圧での溶湯充填が必要な鋳造技術である。このため、キャビティ内に予め存在する大気はその大部分が高速でキャビティ内に流入して来る溶湯にトラップされ、鋳巣欠陥等が多い不健全な鋳物となることがある。

このような欠点に対し、真空ポンプにて、鋳造用金型の製品形状部空間として機能するキャビティと、これに連通されて湯口外部に設けられた射出スリーブとを真空吸引することにより、差圧を利用して溶湯保持炉から射出スリーブの内部に所定量の溶湯を移送した後、当該溶湯を、射出スリーブ内の射出ピストンのストローク運動によって、射出スリーブからキャビティに押し込んで充填する差圧給湯式の真空ダイカスト装置が知られている（例えば特許文献１、特許文献２を参照。）。なお、ここで言う真空とは１００ｈＰａ以下に減圧することを言うものであり、鋳造技術の慣用語として真空と称している。

上記の真空ダイカスト鋳造法では、射出スリーブ内の湯口前に、金型と射出ピストンにて挟まれて押圧される溶湯部分（いわゆる「ビスケット」）を存在させ、このビスケットを介して製品キャビティ内の鋳物に高圧を掛ける。このため、鋳巣および酸化物が少ない高品質の鋳物が製造できることが知られている。

しかしながら、差圧給湯式の真空ダイカスト鋳造法では、一般に溶湯保持炉から射出スリーブ内に真空吸引する溶湯給湯時間を制御して給湯量を決定する。射出ピストンが射出動作する鋳造ショット毎に溶湯保持炉内の溶湯湯面が下降して行き、射出スリーブ内に給湯される溶湯量が減少していく。そのため、金型、射出スリーブ、射出ピストンにて成型される上述のビスケットの厚さが変動して、キャビティ内の鋳物に伝わる鋳造圧力にバラツキが生じ、鋳造品質が安定しない原因となる、という問題がある。すなわち、ビスケットの厚さが薄いときは、すぐに凝固して圧力が伝わり難くなり、ビスケットの部分のみに圧力がかかるという傾向になる。また、ビスケットの厚さが厚すぎるときは、キャビティ内の鋳物に圧力がうまく伝わらない状態となる。

この問題の解決策として、溶湯保持炉内の溶湯レベルがあまり減少しない段階で、溶湯保持炉へ溶湯を補給することを行っているが、射出スリーブ内への給湯量を安定させるためには、頻繁に溶湯保持炉へ溶湯補給を行う必要があり、多大な補給工数が発生する。
特開昭５７−１５２３６１号公報 特許第２６４５４８８号公報

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、差圧給湯式の真空ダイカスト法において、射出スリーブ内への給湯量が変化しても鋳造品質に影響しない、安定化した鋳造が可能な鋳造方法と鋳造装置を提供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明の鋳造方法は、真空ポンプにて、鋳造用金型内の製品キャビティを含む溶湯経路と、この溶湯経路に連通されて湯口外部に設けられた射出スリーブ内とを真空状態にすることにより、溶湯保持炉から射出スリーブの内部に所定量の溶湯を真空吸引して保持した後、当該溶湯を、前記射出スリーブ内の射出ピストンのストローク運動によって、前記射出スリーブから製品キャビティに高圧で押し込んで充填すると共に、前記射出スリーブ内の前記湯口前に形成される溶湯のビスケットを介して前記製品キャビティ内の鋳物に圧力を加える鋳造方法において、前記鋳造用金型内の前記製品キャビティ以降の前記溶湯経路の一部に湯溜まり部を設け、当該湯溜まり部内の体積を、前記溶湯保持炉内の湯面レベルの低下に応じて減少させることにより、前記鋳造用金型内の溶湯充填体積を変化させ、前記溶湯のビスケットの厚さを一定化することを特徴とする。

ここで「湯溜まり部」とはオーバーフロー部や製品キャビティに設ける場合のように、実際に溶湯が入ることになる文字通りの湯溜まり部の形態のみならず、ガス抜きランナー部に設ける場合のように、溶湯が入らない空洞部として存在する形態をも含む概念である。

また本発明の鋳造装置は、内部に湯口から湯口ゲート部を経て製品キャビティに至り、更にオーバーフロー部を経てガス抜きランナー部へと続く溶湯経路を有する鋳造用金型と、前記鋳造用金型の前記湯口と連通して設けられ、溶湯保持炉から吸引管を通じて所定量の溶湯を内部に真空吸引し保持する射出スリーブと、前記射出スリーブ内に進退移動可能に挿入され、前進射出動作により前記射出スリーブ内の溶湯を前記製品キャビティ内に充填すると共に、前記射出スリーブ内の前記湯口前に形成される溶湯のビスケットを介して前記製品キャビティ内の鋳物に圧力を加える射出ピストンとを備えた鋳造装置において、前記鋳造用金型内の前記製品キャビティ以降の前記溶湯経路の一部に湯溜まり部を設けると共に、前記湯溜まり部に、当該湯溜まり部内の体積を前記溶湯保持炉内の湯面レベルの低下に応じて減少させて、前記鋳造用金型内の溶湯充填体積を変化させる湯溜まり体積調整機構を設けたことを特徴とする。

本発明では、溶湯保持炉の湯面レベルの低下（給湯量減少）に合わせて溶湯充填体積を減少させるので、常に一定のビスケット厚を成形することができ、ヒケ巣不良のない高品質の製品を安定して鋳造することができる。また、湯溜まりは製品キャビティ以降に設けられているので、製品部への圧力伝播を一定にすることができる。更にまた、溶湯保持炉の湯面が下降してもビスケット厚が一定になるため、溶湯保持炉内の溶湯量の下限まで使用することができ、これにより給湯サイクルが伸びるため、溶湯保持炉への給湯工数を低減することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る鋳造装置を示す概要図、図２は図１の鋳造用金型の片側の金型２ａを示した正面図である。

この鋳造装置１は、溶湯凝固後の製品離型時に分割することができるように、２つの金型２ａ、２ｂを、シールパッキン５を介して接合した鋳造用金型２を有する。この鋳造用金型２の内部には、湯口３ａから湯口ゲート部１２を経て製品キャビティ１０に至り、更に４つのオーバーフロー部１４を経てガス抜きランナー部１３へと続く溶湯経路３が形成されている。

この溶湯経路３のガス抜きランナー部１３は一箇所に集合されて、そこに真空バルブ１８が設けられ、この真空バルブ１８を介して鋳造用金型２の外部に導かれ、鋳造用金型２の外部に設けてある真空ポンプ１９に接続されている。

また、この鋳造装置１は、鋳造用金型２に注入される前のアルミ溶湯８を溶解状態のまま収容保持する溶湯保持炉９を有する。

鋳造用金型２の湯口３ａの外部には、射出スリーブ４が湯口３ａと連通して設けられている。また、射出スリーブ４には吸引管７の一端が連結され、吸引管７の他端は、溶湯保持炉９に収容されたアルミ溶湯８の中に浸かっている。

上記射出スリーブ４内には、射出ピストン６が進退移動可能に挿入され、射出ピストン６が射出スリーブ４と吸引管７との連結部分よりも鋳造用金型２から遠ざかった位置（後退位置）にある時に、射出スリーブ４と吸引管７とが連通した開状態となる。この開状態にある場合に、真空バルブ１８が開かれることで、真空ポンプ１９によって鋳造用金型２の製品キャビティ１０と共に、射出スリーブ４内部が真空吸引される。そして、この真空吸引による差圧に基づき、上記射出スリーブ４内には、溶湯保持炉９から吸引管７を通じて所定量のアルミ溶湯８が内部に移動して保持される仕組みとなっている。

射出ピストン６は、シリンダから成る駆動部２０により水平方向に駆動され、図１に破線で示す射出位置まで移動する前進射出動作をする。この射出ピストン６の前進射出動作により、射出スリーブ４内のアルミ溶湯８が製品キャビティ１０内に充填されると共に、射出スリーブ４内の湯口３ａの前に形成されるアルミ溶湯８のビスケット１１を介して、製品キャビティ１０内の鋳物に高圧が伝達される。なお、射出ピストン６が射出スリーブ４と吸引管７との連結部分より前に移動することにより、吸引管７は射出スリーブ４に対し閉じられた閉状態となる。

上記射出ピストン６による射出動作を繰り返して行くことにより、溶湯保持炉９のアルミ溶湯８の湯面は、図３（ａ）の上限レベルＬ１から図３（ｂ）の下限レベルＬ２へと低下し、アルミ溶湯量の差Ａが生じる。これに伴い、射出スリーブ４内の給湯前のアルミ溶湯量、すなわち湯口３ａの前に形成されるアルミ溶湯８のビスケット１１の厚さが減少し、図４（ａ）の厚さのビスケット１１ａであったものが、図４（ｂ）の厚さのビスケット１１ｂに変わり、ビスケット厚の差Ｂだけ薄くなる。
このため、製品キャビティ１０内の溶融金属に欠陥を押し潰すだけの圧力が伝わらなくなる。すなわち、射出ピストン６の射出動作（ショット）間で、鋳物内に伝わる鋳造圧力にバラツキが生じ品質が安定しない原因となる。

そこで、このビスケット厚の差Ｂをなくし、常に所望する一定のビスケット厚とするため、本発明に従い、鋳造用金型２内の製品キャビティ以降の溶湯経路３の一部に湯溜まり部を設けると共に、湯溜まり部に、当該湯溜まり部内の体積を溶湯保持炉９内の湯面レベルの低下に応じて減少させて、鋳造用金型２内の溶湯充填体積を変化させる湯溜まり体積調整機構を設ける。

この図１の実施形態では、鋳造用金型２のオーバーフロー部１４を湯溜まり部１５として利用し、この湯溜まり部１５に、湯溜まり体積調整機構を設ける。図５は、この湯溜まり体積調整機構を拡大して示したもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は断面図である。この図５から判るように、湯溜まり体積調整機構は、湯溜まり部１５の内へ部分的に差し込まれ、その差し込み量によって湯溜まり部１５内の体積を可変する可動ピン又はコマから成る差込部材１６と、この差込部材１６を駆動するシリンダから成る駆動ユニット１７とにより構成されている。湯溜まりの体積を変動させる手段として、このような可動ピン、可動コマから成る差込部材１６を設ける構造とすることで、容易に湯溜まりの体積を変動させることができる。この差込部材１６には、冷却回路を設け、これによりアルミ溶湯８の熱での焼き付を防止することが好ましい。

更に、上記鋳造装置１には、上記アルミ溶湯８のビスケット１１の厚さが一定となるように上記湯溜まり体積調整機構を制御する制御手段が設けられている。この制御手段を構築するため、図１に示すように、溶湯保持炉９内の湯面レベルをリニアに又は段階的に検出する湯面レベル検出手段２１が設けられると共に、コンピュータを主体に構成された制御装置２２が設けられる。湯面レベル検出手段２１としては、例えば光電センサの如く湯面レベルをリニアに検出する構成のセンサや、又はフロートと複数個の近接スイッチの組み合わせにより段階的に検出する構成のセンサが使用できる。また、制御装置２２には、湯溜まり体積調整機構の駆動ユニット１７を駆動して、アルミ溶湯８のビスケット１１の厚さが一定となるように差込部材１６の差し込み量を調整する機能部がソフトウエアにより構築される。

この制御装置２２は、まず次のような一般的な制御機能を有する。すなわち、鋳造する際に、常時真空ポンプが作動している状態下で、真空バルブ１８を開いて射出スリーブ４内へのアルミ溶湯８の真空吸引を開始する処理（真空バルブ開）、真空バルブ１８が開いてから所定量のアルミ溶湯８が射出スリーブ４内へ移動するまでの予め定められた一定の吸引時間（溶湯給湯時間）を計測する処理（溶湯給湯時間の計時処理）、この溶湯給湯時間が経過した後に、真空バルブ１８を閉じると共に駆動部２０を作動させて、射出ピストン６の前進射出動作を開始させる処理（射出動作処理）、その後に凝固時間が経過（保圧処理）してから、型開き後に射出ピストン６を後退させる処理（射出ピストン６の後退処理）などである。

上記に加えて、制御装置２２は次のような制御を行う。すなわち、上記射出ピストン６が射出動作を繰り返すと、その射出動作回数（ショット回数）に応じて溶湯保持炉９のアルミ溶湯８の湯面が低下することから、湯面レベル検出手段２１により、その低下量が例えばリニアに検出される。制御装置２２は、この湯面レベル検出手段２１からの検出信号を受け、検出された湯面レベルの低下量に比例して、上記湯溜まり体積調整機構における差込部材１６の差し込み量を大きくし、又は４つの差込部材１６のうちの１つ以上を選択的に押し込んで、上記アルミ溶湯８のビスケット１１の厚さが一定となるように、上記鋳造用金型２内の溶湯充填体積を変化させる。

このように制御すると、溶湯保持炉９内の湯面レベルが下降してもビスケット厚が一定になるため、保持炉内の溶湯量下限まで使用することができ、給湯サイクルが伸びるため給湯工数を低減することができる。

しかし制御装置２２において、上記湯溜まり体積調整機構に対する制御機能部は、実際には次のように構成すると良い。

まず湯面レベル検出手段２１として、溶湯保持炉９内の湯面レベルを段階的に検出するセンサを用いる。ここでは、長さの異なる複数個の棒状の検出子を溶湯保持炉９内に差し込んで構成したセンサを用い、湯面レベルが一定高さずつ下降する毎に検出信号を得る。この検出信号が出力される間隔は、射出ピストン６により予め定めた複数回の射出動作が行われたときに検出信号が１回出力される関係にあるものとする。制御装置２２は、射出ピストン６により予め定めた複数回の射出動作が行われたときに、湯溜まり体積調整機構の駆動ユニット１７を作動して、上記湯溜まり体積調整機構における差込部材１６の差し込み量を大きくし、又は４つの差込部材１６のうちの１つ以上を選択的に押し込んで、上記アルミ溶湯８のビスケット１１の厚さが一定となるように、上記鋳造用金型２内の溶湯充填体積を変化させる。

また、湯面レベル検出手段２１が液面を段階的に検出している関係上、湯面レベルが低下した量が射出スリーブ４内へ真空吸引された量と一致しなくなるので、溶湯給湯時間や充填体積等をフィードバックすることで、湯溜まり体積を最適化する。このようにフィードバック制御して湯溜まり体積を最適化すると、鋳造中に自動で湯溜まり体積を変更することができ、条件変更の工数が不要となる。

上記実施形態では、溶湯保持炉９内の湯面レベルの低下量を検出する湯面レベル検出手段２１として、溶湯保持炉９に実際の湯面レベルを検出するセンサを設けているが、１回の射出ピストン６の射出動作により真空吸引される湯面レベルの低下量（既知量）と、実際に行った射出ピストン６の射出動作回数（ショット回数）との積から、湯面レベルの低下量を演算により求めることもでき、この演算機能を以て湯面レベル検出手段２１とすることができる。

図６は本発明の第２の実施形態として、湯溜まり部１５ａを、鋳造用金型２のガス抜きランナー部１３に設けた例を示したもので、（ａ）はそのガス抜きランナー部１３のＴ字部分（図２のＧ１部に相当）を示した金型２ａの正面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

鋳造用金型２のガス抜きランナー部１３に設けた湯溜まり部１５ａの場合、内部が空洞となるが、ガス抜きランナー部１３は真空バルブ１８の側で閉塞されているので、図１に示した第１の実施形態の場合と同様に、この湯溜まり部１５ａの体積を変化させることで、溶湯充填体積（製品キャビティ以降の体積）を変化させる湯溜まり体積調整機構を構築することができる。この湯溜まり体積調整機構の構成は、図５で説明した第１の実施形態の場合と同じであり、湯溜まり部１５ａの内へ部分的に差し込まれ、その差し込み量によって湯溜まり部１５ａ内の体積を可変する可動ピン又はコマから成る差込部材１６と、この差込部材１６を駆動する駆動ユニット１７とで構成される。

図７は本発明の第３の実施形態として、湯溜まり部１５ｂを、鋳造用金型２の製品キャビティ１０に設けた例を示したもので、（ａ）はその製品キャビティ１０を示した金型２ａの正面図、（ｂ）はそのＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

鋳造用金型２の製品キャビティ１０に湯溜まり部１５ｂを設ける場合、製品キャビティ１０（図２のＧ２部に相当）内の製品形状に寄与しない部位、すなわち後に切り落とす部分に湯溜まり部１５ｂを設ける。図７では、差込部材１６が差し込まれている中央の円形部分が後に切り落とされる部分である。この構成の下でも、図１に示した第１の実施形態の場合と同様に、この湯溜まり部１５ｂの体積を変化させることで、溶湯充填体積を変化させる湯溜まり体積調整機構を構築することができる。この湯溜まり体積調整機構の構成は、図５で説明した第１の実施形態の場合と同じであり、湯溜まり部１５ｂの内へ部分的に差し込まれ、その差し込み量によって湯溜まり部１５ｂ内の体積を可変する可動ピン又はコマから成る差込部材１６と、この差込部材１６を駆動する駆動ユニット１７とで構成される。

本発明は、鋳造の分野において利用可能である。

本発明の第１の実施形態に係る鋳造装置を示す概要図である。 図１の鋳造用金型を構成する片側の金型を示した正面図である。 溶湯保持炉内の湯面レベルが低下する様子を示した図である。 射出スリーブ内のビスケットの厚さが減少する様子を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係る湯溜まり体積調整機構を拡大して示したもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る湯溜まり体積調整機構を示したもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る湯溜まり体積調整機構を示したもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。

符号の説明

１ 鋳造装置、
２ 鋳造用金型、
３ 溶湯経路、
３ａ 湯口、
４ 射出スリーブ、
５ シールパッキン、
６ 射出ピストン、
７ 吸引管、
８ アルミ溶湯、
９ 溶湯保持炉、
１０ 製品キャビティ、
１１ ビスケット、
１２ 湯口ゲート部、
１３ ランナー部、
１４ オーバーフロー部、
１５、１５ａ、１５ｂ 湯溜まり部、
１６ 差込部材、
１７ 駆動ユニット、
１８ 真空バルブ、
１９ 真空ポンプ、
２０ 駆動部、
２１ 湯面レベル検出手段、
２２ 制御装置。

Claims (8)

1. 真空吸引手段にて、鋳造用金型内の製品キャビティを含む溶湯経路と、この溶湯経路に連通されて湯口外部に設けられた射出スリーブ内とを真空状態にすることにより、溶湯保持炉から射出スリーブの内部に溶湯を真空吸引して保持した後、当該溶湯を、前記射出スリーブ内の射出ピストンのストローク運動によって、前記射出スリーブから製品キャビティに押し込んで充填すると共に、前記射出スリーブ内の前記湯口前に形成される溶湯のビスケットを介して前記製品キャビティ内の鋳物に圧力を加える鋳造方法において、
   前記鋳造用金型内の前記製品キャビティ以降の前記溶湯経路の一部に湯溜まり部を設け、
   当該湯溜まり部内の体積を、前記溶湯保持炉内の湯面レベルの低下に応じて減少させることにより、前記鋳造用金型内の溶湯充填体積を変化させ、前記溶湯のビスケットの厚さを制御する
   ことを特徴とする鋳造方法。
2. 前記湯溜まり部を、前記鋳造用金型のガス抜きランナー部、オーバーフロー部又は製品キャビティのいずれかに設けることを特徴とする請求項１に記載の鋳造方法。
3. 内部に湯口から湯口ゲート部を経て製品キャビティに至り、更にオーバーフロー部を経てガス抜きランナー部へと続く溶湯経路を有する鋳造用金型と、
   前記鋳造用金型の前記湯口と連通して設けられ、溶湯保持炉から吸引管を通じて所定量の溶湯を内部に真空吸引し保持する射出スリーブと、
   前記射出スリーブ内に進退移動可能に挿入され、前進射出動作により前記射出スリーブ内の溶湯を前記製品キャビティ内に充填すると共に、前記射出スリーブ内の前記湯口前に形成される溶湯のビスケットを介して前記製品キャビティ内の鋳物に圧力を加える射出ピストンとを備えた鋳造装置において、
   前記鋳造用金型内の前記製品キャビティ以降の前記溶湯経路の一部に湯溜まり部を設けると共に、
   前記湯溜まり部に、当該湯溜まり部内の体積を前記溶湯保持炉内の湯面レベルの低下に応じて減少させて、前記鋳造用金型内の溶湯充填体積を変化させる湯溜まり体積調整機構を設けた、
   ことを特徴とする鋳造装置。
4. 前記湯溜まり部が、前記鋳造用金型のガス抜きランナー部、オーバーフロー部又は製品キャビティのいずれかに設けられていることを特徴とする請求項３に記載の鋳造装置。
5. 前記溶湯のビスケットの厚さが一定となるように前記湯溜まり体積調整機構を制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項３又は４に記載の鋳造装置。
6. 前記湯溜まり体積調整機構が、前記湯溜まり部内へ部分的に差し込まれ、その差し込み量によって前記湯溜まり部内の体積を可変する差込部材と、この差込部材を駆動する駆動ユニットとから構成され、
   前記制御手段が、前記湯溜まり体積調整機構の駆動ユニットを駆動して、前記溶湯のビスケットの厚さが一定となるように前記差込部材の差し込み量を調整する機能を有する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の鋳造装置。
7. 前記制御手段が、前記溶湯保持炉内の湯面レベルをリニアに又は段階的に検出する湯面レベル検出手段を含み、この湯面レベル検出手段からの出力信号に基づき、前記差込部材の差し込み量を制御することを特徴とする請求項６に記載の鋳造装置。
8. 前記制御手段が、前記射出ピストンにより予め定めた複数回の射出動作が行われたときに、前記湯溜まり体積調整機構の駆動ユニットを作動することを特徴とする請求項６に記載の鋳造装置。

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