JP6075533B2

JP6075533B2 - 成型装置

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Publication number: JP6075533B2
Application number: JP2012224690A
Authority: JP
Inventors: 充晴津田
Original assignee: KIMURA INDUSTRY CO.,LTD.
Current assignee: KIMURA INDUSTRY CO.,LTD.
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: JP2014076461A

Description

本発明は、形状が複雑で、かつ、欠陥のないアルミニウム合金などの各種合金製品をキャビティ内で成型するための成型装置に関するものである。

アルミニウム合金などの合金製品を成型する製法として、鋳造法、ダイキャスト法（例えば、特許文献１参照）、および押出成型材に機械加工を施す製法が存在する。

特開２００５−３０５４６６号公報

しかし、鋳造法によるものは、合金製品の隅部分や角部分が鈍角に形成されると共に、肉厚を薄く形成することが困難であり、また、金型からの抜き勾配を大きく設定する必要があるため、複雑な形状を備えた合金製品の製造には適さない。また、金型内で溶湯が冷却されて収縮する際に発生する鋳巣（収縮巣）を防ぐために押湯を設ける必要があり、後からの該押湯の除去が大変である。さらに、凝固させるまでの時間が多くかかるという問題もある。

ダイキャスト法によるものは、合金製品の隅部分、角部分及び抜き勾配を小さくでき、肉厚も薄く形成することができるため、他の製法よりも複雑な形状を備えた合金製品の製造に対応することができる。しかし、キャビティに溶湯を高速充填する際に外気などのガスがピンホールとなって合金製品の内部に封じ込まれる場合があり、さらに収縮巣の発生防止のために厚肉部位に凝固中に油圧機構によりピンを押し込むという局部加圧を行うが、該ピンの摺動部は断層になるため該断層部位を製品として使用できないという問題がある。

また、通常、湯だまりに供給した溶湯をシリンダーによってキャビティに高速充填するが、この湯だまりにおいて金型面と接触している溶湯が凝固してしまい、その凝固物が異物としてキャビティに送られてしまうといった問題もある。

また、特許文献１に記載の技術は、上下方向に作動する第一加圧ピストンからの力をキャビティの左右面の一方の壁面に設けた狭い湯道を通じてかける圧力と、水平方向に作動する第二加圧ピストンからの力をキャビティの湯道側に対向する左右方向の壁面に設けた孔部から突出したピストンロッドでかける圧力を、キャビティ内の溶湯にかけているので、加圧力がキャビティ内に均等にかからないため金属組織や機械的特性が不均一になるという問題がある。さらに、特に狭い湯道を通じた圧力は湯道の周壁との摩擦により圧力の低下が生じ圧力損失が生じるという問題もある。

また、特許文献１に記載の技術は、狭い湯道からの圧力をかけることから、湯道やキャビティ内の溶湯が凝固し始める前に圧力を加えることが示唆されていることから、凝固された金属組織の結晶粒の方向がさまざまであり、従来よりも高い強度を有する合金を製造することに問題があった。

押出成型材に機械加工を施す製法は、上記二つの製法によるもののような問題は発生しないものの、作業が厄介であると共に多大な製造時間を要するため、生産性が極めて悪いといった問題がある。

本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、形状が複雑で、欠陥のないアルミニウム合金などの各種合金製品をキャビティ内で成型することができ、かつ高い生産性で製造することのできる成型装置を提供することを課題とする。

請求項１に記載の成型装置１は、成型用のキャビティＣを形成可能な下型ユニット１０と上型ユニット３０とを備える成型装置１であって、前記下型ユニット１０が、少なくとも、所定位置に保持された下ダイベース２０と、該下ダイベース２０に立設された下型受け台１９と、該下型受け台１９に載設し固定され、２つの上下方向の貫通孔を設けた下型主型１８と、該下型主型１８内に嵌設した、上面を開口部とする凹部及び下型主型１８と同軸の２つの貫通孔を設けた下型入子１７とを備え、該下型主型１８より下方に設置されたプランジャーチップ用シリンダー１６のピストンロッド２２上端に連結され、該下型主型１８及び下型入子１７に設けた上下方向の一方の貫通孔内を昇降するプランジャーチップ１３の上面と、該下型入子１７に形成した上面が開口部を有する凹部とにより溶湯Ｍの湯だまり部１１を形成し、かつ、下ダイベース２０の下方に設けた形状加圧シリンダー１５の形状加圧ピンロッド１４上端に連結され、該下型主型１８及び下型入子１７に設けた他方の貫通孔内を昇降する形状加圧ピン１２の上部に下型キャビティＣ１を形成し、該下型キャビティＣ１と該湯だまり部１１とを連通させるように設けた下型ランナーＲ１と、下型キャビティＣ１の該湯だまり部１１には接しない側に平面視でキャビティを囲繞するように設けた略環状の湯口ゲートＥと、該湯口ゲートＥの下流側に設けた、押圧により流出した形状加圧断層部を貯留する平面視でキャビティを囲繞するように設けた略環状の貯留部Ｄとを含む構成からなり、前記上型ユニット３０が、少なくとも、前記下型部の真上に昇降動自在に設けられ、下降移動して前記湯だまり部１１の上端開口部１１ａを閉鎖し、前記下型キャビティＣ１と対向状態で接合してキャビティＣを形成する上型キャビティＣ２を備えるとともに、前記下型ランナーＲ１と対向状態で接合してランナー部Ｒを形成する上型ランナーＲ２を備える上型入子３１と、該上型入子３１の上方に設けられた型締めラム加圧機構３２と、該上型入子３１の内部に設けられた上下方向の貫通孔に昇降自在に設けられ、下端面が該上型キャビティＣ２又は該湯だまり部１１に当接する押出ピン３３、３４と、上型ユニット３０を昇降動させる昇降用サーボ機構３５とを含む構成からなり、該昇降用サーボ機構３５により上型ユニット３０が下降して下型ユニット１０と当接し、型締めラム加圧機構３２による加圧で上下型ユニット１０を乖離できないようにし、前記プランジャーチップ１３による上昇の圧力で溶湯ＭをキャビティＣ内に侵入させてさらに溶湯Ｍに圧力を加えた状態で、前記キャビティＣ内に充満した溶湯Ｍに対して溶湯Ｍの凝固が始まったタイミングで形状加圧ピン１２が上昇して溶湯Ｍ全域に亘り加圧することを特徴とする。

請求項２に記載の成型装置１は、請求項1に記載の発明において、溶湯Ｍが湯だまり部１１に貯留された後に上型ユニット３０が昇降用サーボ機構３５で高速降下し上下型ユニット１０、３０が当接して型締めされる過程の中で、前記型締め前の段階から前記プランジャーチップ１３を上昇させて溶湯Ｍを流動させることを特徴とする。

請求項３に記載の成型装置１は、請求項1又は２に記載の発明において、前記キャビティＣ内に溶湯Ｍが充満した後に形状加圧ピン１２を上昇させて湯口ゲートＥの断面積及びランナーＲの断面積を小さくすることを特徴とする。

請求項1に記載の成型装置１は、キャビティＣ内に充満した溶湯Ｍが凝固し始めたタイミングで、形状加圧ピン１２を上昇移動させることによってキャビティＣに供給された溶湯Ｍを全体に亘って均等に高い加圧を行うことができる。これにより、凝固し始めたときに金属組織の結晶粒の方向が定まる段階で一定方向から高圧を加圧するので指向性加圧ができ金属組織の結晶粒の方向が一定方向に揃い均一な金属組織を有する合金が得られるとともに、凝固し始めたときに高圧力を加圧するので溶湯Ｍを鍛錬する効果が生じ従来よりも金属組織が高密度になり高強度を有する合金を得ることができる。

また、プランジャーチップ１３による加圧及び形状加圧ピン１２による加圧によって、キャビティＣ内の複雑な形状にも隙間なく溶湯Ｍを充填でき、キャビティＣの周辺部に設けたランナー部Ｒや形状加圧断層部貯留部Ｄに、溶湯Ｍの収縮巣や、摺動部により生じる断層部を浸入させることができる。これにより、複雑な形状でありながらも高精度の製品が得られ、かつ品質欠陥がない製品を得ることができる。

請求項２に記載の成型装置１は、請求項１に記載の効果を奏するとともに、さらに溶湯Ｍが湯だまり部１１に注湯され始めて注湯完了までの間で型に接した部位は温度が低下して型から乖離した部位との金属組織が変わってくるので、これを防止するために溶湯Ｍが注湯されると型締めが完了する前の段階で、プランジャーチップ１３を上昇させて湯だまり部１１の溶湯Ｍを流動させる。これによって、湯だまり部１１の溶湯Ｍの温度の均一化を図り温度低下を防止して、注湯後の溶湯Ｍの凝固が始まる前にキャビティＣへの充填が実現でき、酸化物などの異物の発生防止を図り金属組織の均一化を実現できる。また、上下型の接合を高速作動が可能な昇降用サーボ機構３５で行うので溶湯Ｍの温度が低下しにくい。

請求項３に記載の成型装置１は、請求項１又は２に記載の効果を奏するとともに、さらにキャビティＣで成型される製品の周囲に付設されるランナーＲや湯口ゲートＥの断面積を溶湯ＭのキャビティＣへの侵入時は大きくして侵入しやすくし、キャビティＣ内に溶湯Ｍを充満させたときに前記断面積を小さくし薄肉化することができる。これにより、ランナーＲや湯口ゲートＥの除去が容易にできるので、生産性が向上する。

本発明に係る成型装置の一実施形態を示す縦断面図である。（注湯前の状態を示す。）図１におけるキャビティ周辺の上下型ユニットの拡大図で、（ａ）はイ部の、（ｂ）はロ部の各拡大図である。本発明に係る成型装置の一実施形態を示す縦断面図である（注湯ロボットで溶湯を湯だまり部に充填する状態を示す）。本発明に係る成型装置の一実施形態を示す要部縦断面図である（溶湯が湯だまり部に充填された状態を示す）。本発明に係る成型装置の一実施形態を示す要部縦断面図である（型締めし、溶湯をプランジャーチップで加圧して湯だまり部からキャビティに供給する状態を示す）。本発明に係る成型装置の一実施形態を示す要部縦断面図である（形状加圧ピンを上昇させて、指向性加圧及び、ランナーと湯口ゲートを薄肉化している）。本発明に係る成型装置の一実施形態を示す縦断面図である（半製品等を取り出す状態を示す）。

本発明に係る成型装置１の実施形態を、図１乃至図７に示す。この成型装置１は、アルミニウム合金製等の複雑な形状を持つ鋳造製品（例えば自動車部品）を製造するためのものであり、下型ユニット１０と上型ユニット３０とを備える。

下型ユニット１０は、少なくとも、平板状の下ダイベース２０と、該下ダイベース２０上面に立設させた複数本の柱状の下型受け台１９と、該下ダイベース２０上面に設けたプランジャーチップ用シリンダー１６と、該下ダイベース２０下面に接して垂設させた形状加圧シリンダー１５と、前記下型受け台１９上端に設置し、垂直断面が略凹型形状を有し、該略凹型形状部の底壁に、前記プランジャーチップ用シリンダー１６の上端に連結させたピストンロッド２２を貫通させる孔と、前記形状加圧シリンダー１５の上端に連結させた形状加圧ピンロッド１４を貫通させる孔とが穿孔され、該凹型形状部の中央部に上部が開口した空洞部を有する下型主型１８と、前記ピストンロッド２２の上端に連結され、該ピストンロッドの外径と同じ外径を有するプランジャーチップ１３と、前記形状加圧ピンロッド１４の上端に連結され、該形状加圧ピンロッド１４の外径と同じ外径を有し、上端面に形成した形状部と上型ユニット３０に設けた上型入子３１の形状部とで上下型ユニット１０、３０による型締めによってキャビティＣとなる下型キャビティＣ１を形成する形状加圧ピン１２と、該下型主型１８の略凹型形状部の空洞部に嵌設され上方に開口部を有する凹部を複数設け、該プランジャーチップ１３が昇降する側に形成させた凹部は湯だまり部１１を形成し、該形状加圧ピン１２が昇降する側に形成させた凹部は、キャビティＣから溢れる溶湯Ｍを貯留する形状加圧断層部貯留部Ｄ、その溶湯Ｍの該貯留部Ｄへの流出路である湯口ゲートＥ、及び該湯だまり部１１から該キャビティＣへの溶湯Ｍの流入路である下型ランナーＲ１を形成した下型入子１７と、下型主型１８の上端部の両側に設けた、上方を開口部とする上下方向のガイドブッシュ２１とを含む構成からなる。

下ダイベース２０は、下型ユニット１０の一部であり、鋳造装置（図示せず）にクランプ（図示せず）で固定されている。そして、プランジャーチップ１３と連結したプランジャーチップ用シリンダー１６を固定して設け、昇降動する形状加圧シリンダー１５を垂設し該形状加圧シリンダー１５より上方へ形状加圧ピンロッド１４を上下動可能なように該形状加圧ピンロッド１４を貫通させる孔を設けている。該プランジャーロッド１３の上方に湯だまり部１１を設け、該形状加圧シリンダー１５の上方にキャビティＣが形成される。

形状加圧シリンダー１５は、鋳造装置の一部であり、該形状加圧シリンダー１５とその上部に接続させて昇降動する形状加圧ピンロッド１４とはカップリング（図示せず）で取り付けてある。さらに、該形状加圧ピンロッド１４の上部に接続させて一体となって昇降動する形状加圧ピン１２が、該形状加圧ピンロッド１４に対してねじ込み式（図示せず）に取り付けられ、かつ下型入子１７の廻り止め（図示せず）にて水平方向における回転方向の位置が定めっている。そして、該形状加圧ピン１２の上部には、下型キャビティＣ１が形成されている。

プランジャーチップ用シリンダー１６は、金型の一部であり、プランジャーチップ１３にカップリング（図示せず）にて取り付けてある。該プランジャーチップ１３は、プランジャーチップ用シリンダー１６の昇降動により下型入子１７及び下型主型１８に設けられた孔部を上下方向に摺動しながら昇降動する。そして、該プランジャーチップ１３の上部は上昇時には湯だまり部１１に対して下方から突出しながら圧力を加える。

下型受け台１９は、下ダイベース２０の上面に立設されてボルト（図示せず）で固定され、下型主型１８を載設して該下型主型１８とはボルト（図示せず）で固定している。

下型主型１８は、下型受け台１９とはボルト（図示せず）で固定されており、垂直方向の断面が上方に開口部を有する空洞部を構成する凹型形状であって、該凹型形状の中央部の空洞部には下型入子１７が嵌設されている。そして、該下型主型１８の周壁の上端には上下方向に設けたガイドブッシュ２１が内設されており、該ガイドブッシュ２１は、上下型ユニット１０、３０を合わせて型締めするときのガイド用に使用され上型ユニット３０のガイドピン４２を嵌入させる。

下型入子１７は、２つの孔が設けてあり、一つはプランジャーチップ１３の昇降時のガイドの役割を担う孔であり、もう一つは形状加圧ピンロッド１４及び形状加圧ピン１２の昇降時のガイドの役割を担う孔である。そして、各孔部の周辺には凹部がそれぞれ形成されている。また、該下型入子１７の上端面と、該下型主型１８の上端面とは高さ方向で同一な高さを有するようにしている。これにより、上型ユニット３０が下降して下型ユニット１０と接したときに上下型を密着させることができる。

プランジャーチップ１３が昇降する孔の周囲には、湯だまり部１１となる凹部が形成されている。溶湯Ｍが未注入の状態では該プランジャーチップ１３の上端部は、下型入子１７の凹部の底面高さよりさらに低い位置まで下降しており、溶湯Ｍを可能な限り多くの量を貯留可能としている。一方、溶湯Ｍが湯だまり部１１に充満され出したら、該プランジャーチップ１３はプランジャーチップ用シリンダー１６の上昇と一体的に上昇し、湯だまり部１１内の溶湯Ｍに圧力をかけることができる。該圧力によって、湯だまり部１１内の溶湯Ｍは該形状加圧ピン１２の上部に形成されるキャビティＣに送り込まれ、キャビティＣ内に充満した後も圧力をかけ続ける。

そして、前記形状加圧ピン１２の孔の周囲の凹部は、浅底の凹部であり、前記プランジャーチップ１３側の凹部は湯だまり部１１と連通している下型ランナーＲ１で、該形状加圧ピン１２が下降端にある時は該下型ランナーＲ１が該湯だまりからの押し出された溶湯Ｍの侵入路として使用され、該形状加圧ピン１２が凝固しつつある溶湯Ｍに加圧をかけながら上昇してきて最後に上昇端である上型ユニット３０の下面に該形状加圧ピン１２の上端面が到達したときに該下型ランナーＲ１の縦断面は消滅する。

一方、平面視で湯だまり部１１側とは直接には接しない側については、該形状加圧ピン１２の上部に形成されたキャビティＣ内から溢れた溶湯Ｍを貯留する形状加圧断層部貯留部Ｄが設けられ、該貯留部ＤとキャビティＣとを連通させた湯口ゲートＥが形成されている。該形状加圧ピン１２が下降端にある時は該湯口ゲートＥが該キャビティＣからの押し出された溶湯Ｍの流動路として使用され、該形状加圧ピン１２が凝固しつつある溶湯Ｍに加圧をかけながら上昇してきて最後に上昇端である上型ユニット３０の下面に該形状加圧ピン１２の上端面が到達したときに下型ユニット１０側の該湯口ゲートＥの縦断面は消滅する。なお、該形状加圧ピン１２が上昇してきて最後に上昇端である上型ユニット３０の下面に該形状加圧ピン１２の上端面が到達したときにおいても、上型ユニット３０側の上型ランナーＲ２及び上型側の湯口ゲートＥは連通状態を維持している。ここで、湯口ゲートＥは上型ユニット３０側の湯口ゲートと下型ユニット１０側の湯口ゲートが上下方向で合わさって形成されている。

下型キャビティＣ１は、下型入子１７内に穿孔された孔部を上下方向で摺動する形状加圧ピン１２の上端面を底面とし、下型入子１７に穿孔された該孔部の内周壁面を内周壁として形成されている。下型キャビティＣ１は複雑な形状から形成されていてもよい。また、該内周壁面には下型ランナーＲ１や湯口ゲートＥが形成されている。

次に、上型ユニット３０は、少なくとも、筒状の上ダイベース４０と、該上ダイベース４０の周壁上端部に固設し、上面に型締めラム加圧機構３２を設置し、該型締めラム加圧機構３２の周囲に穿孔した昇降するノックアウトピン３７用の少なくとも左右２箇所の孔を有し、上型ユニット３０を昇降させる昇降用サーボ機構３５と連結した上ダイプレート３６と、全てのノックアウトピン３７の下端に水平状態になるように固設された平板状の上押出板３８と、該上押出板３８の下面に密着させて固設した下押出板３９と、該下押出板３９から垂設させた、上型ユニット３０側に着接した半製品を突き放して落下させる複数の押出ピン３３、３４と、該上ダイベース４０の下端に固設され、垂直断面で上下逆凹型形状の底壁に該押出ピン３３、３４が昇降するときに摺動する孔、及び垂直断面で上下逆凹型形状の中央部で下方が開口部となる空洞部を形成する上型主型４１と、該上型主型４１の該空洞部に嵌設され、該押出ピン３３、３４が昇降するときに摺動する、該上型主型４１に穿孔した孔と同軸の孔を穿孔し、下型の前記形状加圧ピン１２の上端面に対向する部分に上型キャビティＣ２、溶湯Ｍが湯だまり部１１からキャビティＣへ向かって流動する経路であるランナーＲを形成する上型ランナーＲ２、及びキャビティＣから溢れ出た溶湯Ｍが流動する湯口ゲートＥを形成する上型側湯口ゲートを設け、前記下型ユニット１０の湯だまり部１１に対向する部分は該上型主型４１の下端面と同じ下面位置となるようにした上型入子３１とを含む構成からなる。

上ダイプレート３６は鋳造装置（図示せず）の一部であり、上ダイベース４０は該上ダイプレート３６にクランプ（図示せず）されている。上ダイベース４０と上型主型４１とはボルト（図示せず）で固定してされている。上ダイプレート３６には、上面に上型ユニット３０を昇降動させる昇降用サーボ機構３５が接続され、型締めラム加圧機構３２が接続されており、下面には上昇時の上押出板３８及び下押出板３９を下方から当接させている。

該昇降用サーボ機構３５は、上ダイプレート３６と接続され、昇降用サーボモータ（図示せず）が回転するとボールネジ軸（図示せず）が回転し該ボールネジ軸に螺合されたボールナット（図示せず）が昇降する機構となっている。これによって、上ダイプレート３６を含む上型ユニット３０を高速で昇降動させることができる。

該型締めラム加圧機構３２は、前面視でほぼ中央に配設した上型ユニット３０のラムシリンダーと、補助シリンダー（図示せず）と油圧回路（図示せず）から構成されている。上型ユニット３０が昇降用サーボ機構３５により下降し下型ユニット１０に当接した後に、下型ユニット１０に対して上型ユニット３０を強く密着させるように上方から押圧をかけるときに該型締めラム加圧機構３２を使用する。

押出板３８、３９は上下方向で２枚の板が密着した形態をしており、下押出板３９には垂直方向に柱状の押出ピン３３、３４が複数本垂設されている。該垂設された押出ピン３３、３４は上型主型４１の孔を貫通し、該押出ピン３３の下端部は上型キャビティＣ２の上端部、該押出ピン３４の下端部は湯だまり部１１の上面に当接するように延設されている。

上押出板３８の上面には少なくとも左右１つずつのノックアウトピン３７が垂直方向に立設されており、該ノックアウトピン３７は上ダイプレート３６に穿設されたガイド孔４４に挿通している。ノックアウトピン３７は、昇降機構（図示せず）によって昇降動する。該ノックアウトピン３７を下降させることによって、上押出板３８及び下押出板３９が上ダイプレート３６から下方に向けて離隔し、上型主型４１の上面に近接する。これによって、下押出板３９の下面に垂設されている押出ピン３３、３４が上型入子３１の下面から突出するので、溶湯Ｍが凝固してできて上型入子３１に付着していた半製品を上型入子３１から分離させる。

上型主型４１は、垂直方向の断面が下方に開口部を有する空洞部を構成する上下逆凹型形状であって、該上下逆凹型形状の内部の空洞部には上型入子３１が嵌設されている。そして、該上型主型４１の周壁の下端には下方向に向けたガイドピン４２が突設されており、該ガイドピン４２は、上下型ユニット１０、３０を合わせて型締めするときのガイド用に使用され下型ユニット１０のガイドブッシュ２１に嵌入される。

上型入子３１は、上型主型４１内の空洞部に嵌設され上型主型４１とボルト（図示せず）で締結されており、下型ユニット１０の下型キャビティＣ１又は下型ランナーＲ１に上下方向で対向する位置に、それぞれ上型キャビティＣ２又は上型ランナーＲ２なる凹部を設けている。そして、上型キャビティＣ２は、下型キャビティＣ１と上下方向で合わさって空洞部となるキャビティＣを形成し、上型ランナーＲ２は、下型ランナーＲ１と上下方向で合わさってランナーＲを形成する。

また、本実施形態においては、押出ピン３２と上型入子３１との間に、キャビティＣのガスを抜くためのガス抜き通路４３を設けている。このガス抜き通路４３は、湯だまり部１１側に設けた押出ピン３２に設けることもできる。

次に、本実施形態に係る成型装置１の作用を説明する。
まず、溶湯Ｍを、注湯ロボット２によって湯だまり部１１に充填する（図３）。また、溶湯Ｍを充填後、昇降用サーボ機構３５により上下型ユニット１０、３０が閉じられる前に、直ちにプランジャーチップ用シリンダー１６を駆動してプランジャーチップ１３用のプランジャーチップ用シリンダー１６を上昇移動させる（図４）。これにより、溶湯Ｍを流動させ、それより低温の下型入子１７に接触し続けることによって凝固物が発生するのを防止する。

また、これと同時に、昇降用サーボ機構３５を駆動して上型ユニット３０を下降移動させる。この下降移動により、上型主型４１のガイドピン４２が下型主型１８のガイドブッシュ２１に嵌入すると共に、上型ユニット３０と下型ユニット１０とが対向して型締めされた状態となって上下型ユニット１０、３０が閉じられ、上型キャビティＣ２と下型キャビティＣ１とでキャビティＣが形成され、上型ランナーＲ２と下型ランナー部Ｒ１とでランナー部Ｒが形成され、上型側と下型側の湯口ゲートで湯口ゲートＥが形成される（図５）。

なお、昇降用サーボ機構３５を使用したことにより、上型ユニット３０の下降移動を高速で行い、湯だまり部１１を短時間で塞ぐことができる。その結果、湯だまり部１１に充填された溶湯Ｍが外気に触れて温度低下が早まり凝固が開始されるのを防止することができる。

上型ユニット３０と下型ユニット１０との型締めが完了した後、型締めラム加圧機構３２を駆動して上型ユニット３０を下方に押圧し、下型ユニット１０との型締めをより強固なものとし高い内圧が生じても上下型が開かないようにする。また、プランジャーチップ１３の上昇移動を継続して行い、湯だまり部１１の溶湯Ｍを、ランナー部Ｒを通してキャビティＣに供給する。注湯後の溶湯Ｍの凝固が始まる前にキャビティＣ内への充填が可能になり、下型入子１７などとの摺動部近傍の温度低下によって生ずる異物の発生をなくすことができる。

所定量の溶湯ＭがキャビティＣに充満されプランジャーチップ１３による加圧が設定圧に到達した時点から０〜５秒内のいずれかの経過後に、溶湯Ｍの凝固が開始されるタイミングに合わせて、形状加圧シリンダー１５を駆動して形状加圧ピン１２を上昇移動させる（図６）。この状態で、キャビティＣの溶湯Ｍは、プランジャーチップ１３上昇による横方向への圧力と、形状加圧ピン１２による上方向への全域に亘って均一な圧力と、型締めラム加圧機構３２による反力とを受ける。

溶湯Ｍは、温度が低下してきて凝固が開始されたときの結晶の粒子の方向性が定まる段階において、特にキャビティＣの下面全域に亘って均一な高圧力を加圧するので、複雑な形状の製品に対しても高精度の製品を造ることができ、また指向性に富んだ加圧をすることになるので、溶湯Ｍ中の収縮巣の発生を阻止できる。なお、この際、キャビティＣに存在するガスは、ガス抜き通路４３を通って排出されるので、ピンホールの発生も阻止される。以上の凝固が始まる前にキャビティＣ内に溶湯Ｍを充満させることと、キャビティＣ内の溶湯Ｍの凝固が開始されたタイミングでキャビティＣ内の溶湯Ｍに全面に亘って均一に高圧力をかけるので、指向性のある加圧ができることもあり、欠陥がないアルミニウム合金などの合金を造ることができる。

また、形状加圧ピン１２が上昇移動することによって、前記したように、ランナーＲ及び湯口ゲートＥの上下寸法が狭くなり、必然的にランナーＲや湯口ゲートＥに残存した溶湯Ｍで形成されるランナーＲ及び湯口ゲートＥ等の肉厚が薄くなる。これにより、ランナーＲや湯口ゲートＥの除去作業が容易となる。

また、形状加圧ピン１２を上昇移動させることによってキャビティＣに供給された溶湯Ｍの全体を下から均一に高圧力で加圧することができ、キャビティＣの周囲には形状加圧断層部貯留部Ｄを設けたので、摺動部によって生じた断層を形状加圧断層部貯留部Ｄに流動させることができ、キャビティＣで形成される半製品Ｓに断層が残存することがない。従って、品質欠陥のない製品を造ることができる。

上記の工程を完了後、キャビティＣの溶湯Ｍを所定温度まで冷却する。この際、押出ピン３３、３４の下端が、キャビティＣで冷却されて形成された半製品Ｓの上端や、湯だまり部１１で冷却した湯だまり残存材Ｆ２の上端に固着する。

この状態から、昇降用サーボ機構３５を駆動して上型ユニット３０を上昇移動させて下型ユニット１０から離脱させる共に、昇降機構によってノックアウトピン３７を下降移動させる（図７）。これにより、キャビティＣから取り出された半製品Ｓが押出ピン３２によって保持され、湯だまり部１１から取り出された湯だまり残存材Ｆ２も押出ピン３２に保持された状態で、一体的に露出する。この半製品Ｓと湯だまり残存材Ｆ２を押出ピン３３、３４から取り外した後、所定の後工程を加えて鋳造製品とする。

このように本実施形態に係る成型装置１は、湯だまり部１１に充填された溶湯Ｍを、充填直後からプランジャーチップ１３を上昇させて移動させるので凝固物の発生を防止することができる。従って、鋳造製品の品質の向上を図ることができる。

また、キャビティ内の溶湯Ｍに、主に下面からの全域にわたる均一で高圧力を、溶湯Ｍの凝固開始のタイミングで加圧開始することによって、指向性のある加圧をすることができるので、組織は緻密で高強度の製品を造ることができる。

該指向性のある加圧による効果としては、材質ＡＣ４Ｃ（アルミニウム合金鋳物）の破断強度を特許文献１に記載の製法と同様な機構による鋳造と比較すると、特許文献１に記載の製法による場合は３３．４Ｎ・ｍであるのに対し、本願発明による製法の場合は３７．５Ｎ・ｍの破断強度が得られ、特許文献１に記載の製法と同様な機構による鋳造と比較して、約１１％の破断強度向上が得られた。

また、形状加圧ピン１２を上昇移動させることによって、ランナー部Ｒに残存したランナー残存材Ｆ１や湯口の残存材を肉薄とすることができる。これにより、ランナーや湯口の残存材の除去を容易化でき生産性を高めることができる。

さらに、押出ピン３３と上型入子３１との間にガス抜き通路４３を形成することによってキャビティＣに存在するガスを排出し、鋳造製品にピンホールが形成されるのを防止している。これにより、鋳造製品の品質欠陥をなくすことができる。

１成型装置
２注湯ロボット
１０下型ユニット
１１湯だまり部
１１ａ上端開口部
１２形状加圧ピン
１３プランジャーチップ
１４形状加圧ピンロッド
１５形状加圧シリンダー
１６プランジャーチップ用シリンダー
１７下型入子
１８下型主型
１９下型受け台
２０下ダイベース
２１ガイドブッシュ
２２ピストンロッド
３０上型ユニット
３１上型入子
３２型締めラム加圧機構
３３押出ピン
３４押出ピン
３５昇降用サーボ機構
３６上ダイプレート
３７ノックアウトピン
３８上押出板
３９下押出板
４０上ダイベース
４１上型主型
４２ガイドピン
４３ガス抜き通路
４４ガイド孔
Ｃキャビティ
Ｃ１下型キャビティ
Ｃ２上型キャビティ
Ｄ形状加圧断層部貯留部
Ｅ湯口ゲート
Ｆ１ランナー残存材
Ｆ２湯だまり残存材
Ｍ溶湯
Ｒランナー
Ｒ１下型ランナー
Ｒ２上型ランナー
Ｓ半製品

Claims

成型用のキャビティを形成可能な下型ユニットと上型ユニットとを備える成型装置であって、
前記下型ユニットが、少なくとも、所定位置に保持された下ダイベースと、該下ダイベースに立設された下型受け台と、該下型受け台に載設し固定され、２つの上下方向の貫通孔を設けた下型主型と、該下型主型内に嵌設した、上面を開口部とする凹部及び下型主型と同軸の２つの貫通孔を設けた下型入子とを備え、該下型主型より下方に設置されたプランジャーチップ用シリンダーのピストンロッド上端に連結され、該下型主型及び下型入子に設けた上下方向の一方の貫通孔内を昇降するプランジャーチップの上面と、該下型入子に形成した上面が開口部を有する凹部とにより溶湯の湯だまり部を形成し、かつ、下ダイベースの下方に設けた形状加圧シリンダーの形状加圧ピンロッド上端に連結され、該下型主型及び下型入子に設けた他方の貫通孔内を昇降する形状加圧ピンの上部に下型キャビティを形成し、該下型キャビティと該湯だまり部とを連通させるように設けた下型ランナーと、下型キャビティの該湯だまり部には接しない側に平面視でキャビティを囲繞するように設けた略環状の湯口ゲートと、該湯口ゲートの下流側に設けた、押圧により流出した形状加圧断層部を貯留する平面視でキャビティを囲繞するように設けた略環状の貯留部とを含む構成からなり、
前記上型ユニットが、少なくとも、前記下型部の真上に昇降動自在に設けられ、下降移動して前記湯だまり部の上端開口部を閉鎖し、前記下型キャビティと対向状態で接合してキャビティを形成する上型キャビティを備えるとともに、前記下型ランナーと対向状態で接合してランナー部を形成する上型ランナーを備える上型入子と、該上型入子の上方に設けられた型締めラム加圧機構と、該上型入子の内部に設けられた上下方向の貫通孔に昇降自在に設けられ、下端面が該上型キャビティ又は該湯だまり部に当接する押出ピンと、上型ユニットを昇降動させる昇降用サーボ機構とを含む構成からなり、
該昇降用サーボ機構により上型ユニットが下降して下型ユニットと当接し、型締めラム加圧機構による加圧で上下型ユニットを乖離できないようにし、前記プランジャーチップによる上昇の圧力で溶湯をキャビティ内に侵入させてさらに溶湯に圧力を加えた状態で、前記キャビティ内に充満した溶湯に対して溶湯の凝固が始まったタイミングで形状加圧ピンが上昇して溶湯全域に亘り加圧することを特徴とする成型装置。
溶湯が湯だまり部に貯留された後に上型ユニットが昇降用サーボ機構で高速降下し上下型ユニットが当接して型締めされる過程の中で、前記型締め前の段階から前記プランジャーチップを上昇させて溶湯を流動させることを特徴とする請求項１に記載の成型装置。
前記キャビティ内に溶湯が充満した後に形状加圧ピンを上昇させて湯口ゲートの断面積及びランナーの断面積を小さくすることを特徴とする請求項１又は２に記載の成型装置。