JPH05318077A

JPH05318077A - 真空立射出鋳造方法とその装置

Info

Publication number: JPH05318077A
Application number: JP15595392A
Authority: JP
Inventors: Takao Nakamura; 孝夫中村; Hiroaki Kawachi; 裕明河内
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Current assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Priority date: 1992-05-22
Filing date: 1992-05-22
Publication date: 1993-12-03
Anticipated expiration: 2014-11-15
Also published as: JP2977374B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、活性金属でも巣の
発生や酸化物の巻き込みがなく、極めて清浄な形で高速
鋳造する事の出来る真空立射出鋳造方法の提供をその目
的とする。【構成】金属塊(K)を射出スリーブ(1
7)に投入し、射出スリーブ(17)を取り囲む雰囲気を真空
状態にした後、前記真空状態を保持しつつ溶解し、然る
後、射出スリーブ(17)を金型(A)の湯口(ウ)に接続して射
出スリーブ(17)内の溶融金属(Y)を真空状態に保持され
た金型(A)内に射出充填する事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は真空立射出鋳造方法とそ
の装置に関する。さらに詳しくは、活性溶融金属を清浄
状態に保ったままで高真空状態で高速射出鋳造する事が
できる真空立射出鋳造方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、希土類元素を含む合金やアモル
ファス合金など、活性な合金を溶解・鋳造する場合、従
来は雰囲気が大気のために注湯時や金型内への充填時に
酸化してしまい、機械的強度の低下やアモルファス形成
機能の低下など種々の問題があった。

【０００３】また、このような活性金属の鋳込み方法と
しては、急速鋳込み・急速冷却が不可欠であるために鋳
込み速度の速いダイカスト法が採用されていたが、射出
速度の速い事が逆に射出スリーブ内や金型内のガスを巻
き込んでしまい、巣が発生し不良品が多発するという問
題があった。そこで、前記問題を解決するために、層流
ダイカスト法や真空ダイカスト法が開発されたが、尚、
活性金属の鋳造に関し、発生する問題の総てを解決する
事が出来なかった。

【０００４】即ち、前記の層流ダイカスト法では、鋳込
み時間を長く取ってゆっくりと溶融金属を金型に鋳込む
のであるが、その場合には金型温度を例えば３００℃〜
４００℃と高温に保持し、鋳込み中の溶融金属の凝固を
防止している。その結果、巣の発生は少なくなるが、鋳
込み完了後の鋳造品の凝固時間が長くなって鋳造品の結
晶粒が粗大化し、機械的強度が低下するという問題や、
凝固時間が長くなるため作業サイクルが長くなって作業
効率が悪くなるという問題、その他金型側でも高温に長
時間さらされるため金型寿命が短くなるという問題もが
あった。

【０００５】また、真空ダイカスト法では、金型内の圧
力が50〜250Torrと真空度が低くて減圧効果しか期待出
来なかった事と、従来の真空ダイカスト法では鋳造方案
が非常に困難で鋳造時のガスの巻き込みによる巣の発生
を防ぐ事も困難であった。更に、プランジャと射出スリ
ーブとのクリアランスから大気の溶湯への流入があり、
溶湯中にガスを含むという問題も解決する事ができなか
った。

【０００６】その他、溶湯をラドルで射出スリーブに注
入する方法もあるが、注湯時にエアーの巻き込みがあり
且つ酸化も生じ、製品に欠陥が生じるため活性金属の鋳
造法としては全く実用的でなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、活性
金属でも巣の発生や酸化物の巻き込みがなく、極めて清
浄な形で高速鋳造する事の出来る真空立射出鋳造方法と
その装置を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に示す真空立射
出鋳造方法は、『金属塊(K)を射出スリーブ(17)に投入
し、射出スリーブ(17)を取り囲む雰囲気を真空状態にし
た後、前記真空状態を保持しつつ溶解し、然る後、射出
スリーブ(17)を金型(A)の湯口(ウ)に接続して射出スリー
ブ(17)内の溶融金属(Y)を真空状態に保持された金型(A)
内に射出充填する』事を特徴とする。これにより、鋳込
まれる金属(Y)は鋳込み完了まで真空中で処理される事
になり、その結果、溶解・鋳込み中での酸化物の発生や
鋳込み時のガス巻き込みによる巣の発生を生じるという
ような事がなく、極めて高品質の鋳造品を得る事ができ
る。しかも、鋳込みは射出充填によって行なわれるた
め、高速鋳込み並びに急冷を行う事ができるため、希土
類元素を含むような合金やアモルファス金属のような活
性金属の鋳造も十分対応出来るものである。

【０００９】請求項２は、請求項１に加えて『真空状態
を保持しつつ溶融金属中に不活性ガス(F)を供給してバ
ブリングを行わせる』事を特徴とする。これにより、溶
融金属(Y)中の不純物や吸蔵ガスが不活性ガスの泡と共
に浮上し、溶融金属(Y)の清浄度を高める事ができる。

【００１０】請求項３の真空立射出鋳造装置(M)は、前
記方法を実施するためのもので、『鋳造用金型(A)と、
金型(A)に溶湯(Y)を射出充填するための射出シリンダ(1
7)と、射出シリンダ(17)に装着され、シリンダロッド先
端のプランジャ(18)がその内部を移動して保持された溶
湯(Y)を金型(A)内に射出充填する射出スリーブ(17)と、
射出シリンダ(13)を移動させ、溶湯(Y)の射出充填時に
射出スリーブ(17)を金型の湯口(ウ)に当接させ、非射出
時には射出スリーブ(17)を金型か(A)ら離間させる移動
用シリンダ(10)と、射出スリーブ(17)の周囲を囲繞し、
閉成状態の鋳造用金型(A)のキャビティ(a)に連通して前
記キャビティ(a)と射出スリーブ(17)の周囲空間とを閉
空間(C)にするための真空用伸縮スリーブチャンバ(9)
と、前記閉空間(C)を真空状態にする排気手段(E)と、射
出スリーブ(17)内に投入された金属塊(K)を加熱溶解す
る加熱溶解手段(H)とで構成された』事を特徴とする。
これにより、金属塊(K)は溶解から鋳込み完了まで真空
中で高速処理され、希土類元素を含むような合金やアモ
ルファス金属のような活性金属でも極めて高品質の鋳造
品を得る事ができる。

【００１２】請求項４は、前記請求項３に加えて『プラ
ンジャ(18)と射出スリーブ(17)との間にガス通過間隙
(S)が形成され、プランジャ(18)を介して溶湯(Y)側と逆
の射出スリーブ(17)の空間部(17a)が不活性ガス(F)で満
たされている』事を特徴とする。これにより、ガス通
過間隙(S)から溶湯(Y)中に不活性ガス(F)が供給されて
効果的なバブリングが行なわれる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳述す
る。第１図は、本発明に使用する立射出鋳造装置(M)の
１実施例で、複数本のタイバー(22)が平行に立設され、
タイバー(22)の上下両端がトッププラテン(2)並びにボ
トムプラテン(6)にてそれぞれ固定されており、前記ボ
トムプラテン(6)はフレーム(20)にて支持されている。
タイバー(22)の本数は、本実施例では４本であるが勿論
これに限られず、３本乃至２本の場合がある。この場
合、タイバー(22)はボトムプラテン(6)の４隅に平行に
立設されており、その上端がトッププラテン(2)に固着
されている。ボトムプラテン(6)の下面には、移動用シ
リンダ(10)が装着されており、そのシリンダロッド(10
a)が射出シリンダ(13)に装着されて射出シリンダ(13)全
体を昇降させるようになっている。移動用シリンダ(10)
は本実施例では２本であるが、２本以上でも良いし、適
当なガイドを設ける事により１本とする事も出来る。

【００１４】このタイバー(22)には可動プラテン(3)が
昇降自在に配設されており、前記トッププラテン(2)上
に装着された型締用の直圧式油圧シリンダ(1)にて前記
可動プラテン(3)が昇降するようになっている。この可
動プラテン(3)の下面には可動金型(4)が装着されてお
り、可動プラテン(3)と共に昇降するようになってい
る。

【００１５】ボトムプラテン(6)上には固定金型(5)が装
着されており、可動プラテン(3)の下面に装着された可
動金型(4)と一体となって鋳造品を成形する。そして、
固定金型(5)と可動金型(4)のパーティング面に形成され
たキャビティ(15)に連通する湯道(ウ)が固定金型(5)に形
成されている。(14)は押出シリンダで、可動プラテン
(3)内に装備されており、可動金型(4)内に装備されてい
るエジェクトピン(14a)を作動するようになっている。

【００１６】ボトムプラテン(6)の下方には前述のよう
に射出シリンダ(13)が昇降自在に配設されているのであ
るが、この射出シリンダ(13)は、シリンダ本体(13b)、
ロッドチャンバ(12)並びにシリンダロッド(13a)にて構
成されている。ロッドチャンバ(12)はシリンダ本体(13
a)の上面に装着されており、更にその上面開口に合わせ
て射出スリーブ(17)が装着されている。シリンダ本体(1
3b)から突出しているシリンダロッド(13a)はロッドチャ
ンバ(12)を通って射出スリーブ(17)内に挿入されてお
り、シリンダロッド(13a)の先端部分であるプランジャ
(18)が射出スリーブ(17)内を摺動するようになってお
り、プランジャ(18)と射出スリーブ(17)との間には溶融
金属(Y)は通過出来ないがガスの通流は可能であるよう
なガス通過間隙(S)が形成されている。

【００１７】ロッドチャンバ(12)には排気・ガス封入口
(11)が設けてあり、この排気・ガス封入口(11)に排気手
段(E)が装着されている。{必要であれば更にこれに追加
して不活性ガス供給手段(FK)が設けてあり、この排気手
段(E)と不活性ガス供給手段(FK)とで置換手段を構成す
る。} 排気手段(E)は例えば排気ポンプのようなもので
あり、不活性ガス供給手段(FK)は例えばアルゴンガスボ
ンベのようなもので、いずれも公知のものである。又、
不活性ガスも例えばアルゴンのような公知のである。シ
リンダロッド(13a)内にはプランジャ(18)のほぼ先端に
達する熱電対(21)が配設されており、プランジャ(18)に
接する溶湯(Y)の温度を測定出来るようになっている。
(21a)は前記熱電対(21)に接続された導線で、ロッドチ
ャンバ(12)を通って外部に引き出され、外部の温度測定
装置(図示せず)に接続される。

【００１８】射出スリーブ(17)は、ロッドチャンバ(12)
の上面開口に一致して固定されたスリーブ固定部(19)
と、スリーブ固定部(19)の上に装着された円筒部(17a)
とで構成されている。スリーブ固定部(19)の上端には嵌
合突起が突設されており、円筒部(17a)の下端に形成さ
れた嵌合凹所に嵌め込まれており、両者(17a)(19)の内
面は面一になっていてプランジャ(18)が円滑に内面を摺
動出来るようになっている。射出スリーブ(17)は本実施
例ではセラミックス製である。

【００１９】(9)は、射出スリーブ(17)の周囲を囲繞す
る真空用伸縮スリーブチャンバで、上下２つに分割され
ており、上部スリーブチャンバ(9a)はボトムプラテン
(6)の下面に固着されており、下部スリーブチャンバ(9
b)はロッドチャンバ(12)の上面に装着されている。上下
スリーブチャンバ(9a)(9b)の端部は嵌め合わせになって
いてその摺接面には耐熱性Ｏリング(8)が装着されてお
り、摺接面から真空用伸縮スリーブチャンバ(9)内に外
気が流入しないようになっている。

【００２０】(H)は射出スリーブ(17)内に投入された金
属塊(K)を加熱溶解する加熱溶解手段で、勿論これに限
られないが本実施例では誘導加熱が使用される。従っ
て、(16)は誘導加熱用コイルである。尚、射出スリーブ
(17)内の溶湯(Y)の保温のための保温材などは省略して
ある。

【００２１】本装置(M)で溶解される金属は特に指定さ
れる事はないが、活性合金、例えば、希土類元素を含む
合金やアモルファス合金の溶解・鋳造に最も好適であ
る。

【００２２】次に、本装置の作用について説明する。 (材料投入)移動用シリンダ(10)を作動させて射出シリン
ダ(13)を降下させ、上部スリーブチャンバ(9a)から下部
スリーブチャンバ(9b)を引き離し、射出スリーブ(17)を
露出させる。この状態で射出スリーブ(17)内に清浄な金
属塊(K)を自動乃至手動にて投入する。金属塊(K)は所定
の組成になるように予め調整されている。

【００２３】(スリーブチャンバ内のガス抜き)移動用シ
リンダ(10)を作動させて射出シリンダ(13)を中断まで上
昇させ、上部スリーブチャンバ(9a)の下面開口部に下部
スリーブチャンバ(9b)の上面開口部を挿入する。この
間、型締用シリンダ(1)を作動させて可動金型(4)を降下
させ、固定金型(5)に押圧して型締めが完了している。
これにより、閉成状態の鋳造用金型(A)のキャビティ(1
5)と、これに連通し且つ射出スリーブ(17)の周囲を囲繞
する周囲空間とが外界と隔絶された閉空間(C)となる。
この時点で排気手段(E)によって前記閉空間(C)とロッド
チャンバ(12)内が例えば１×10^-3Torrというような高真
空になるまで排気される。ロッドチャンバ(12)と閉空間
(C)とはガス通過間隙(S)でわずかにつながっているため
閉空間(C)のみ排気してもロッドチャンバ(12)側の排気
を行わない限り高真空を達成する事ができない。高真空
を得る方法としては、例えば、大容量を持ったタンク
(図示せず)を予め所定の真空度まで排気しておき、この
タンクにロッドチャンバ(12)の排気・ガス封入口(11)と
ボトムプラテン(6)に形成された排気口(7)を接続する事
により行う方法や、直接真空ポンプ(図示せず)によって
排気する方法など公知手段によって所定の真空度迄排気
される。

【００２４】(金属溶解)前記閉空間(C)とロッドチャン
バ(12)内が所定の真空度に達すると誘導加熱用コイル(1
6)によって射出スリーブ(17)内の金属塊(K)を誘導加熱
し素早く溶解する。金属(K)の温度はプランジャ(18)内
に設けられた熱電対(21)で測定され、目的温度まで加熱
昇温される。前記場合は、真空溶解だけの場合でバブリ
ングを行わない方法であるが、バブリングを行う場合に
は次のようにする。即ち、金属(K)が溶解するとボトム
プラテン(6)の排気口(7)からは依然として排気を行いつ
つ、ロッドチャンバ(12)の排気・ガス封入口(11)からア
ルゴンガスなどの不活性ガス(F)を例えば毎分５リット
ルから毎分100リットル供給する。これにより、不活性
ガス(F)はガス通過間隙(S)を通って底部から溶融金属
(Y)の中に泡となって流入し、溶融金属(Y)のバブリング
を行いつつ上昇し、溶融金属(Y)の脱ガスを効果的に行
う。この放出ガスと不活性ガス(F)はボトムプラテン(6)
の排気口(7)から吸引されてしまい溶解作業中は依然と
して高真空状態が保たれている。その結果、溶湯(Y)の
残存ガス量がアルミニウム100グラム当たり従来では３
〜10ccであったものが、0.1ccと極めて少なくする事が
できた。

【００２５】(射出)溶融金属(Y)が所定の温度に達
したところで(バブリングを行う場合は、バブリング作
業が終了し且つ所定温度に達したところで)、誘導加熱
をオフにし、これと同時又はこれに続いて移動用シリン
ダ(10)を再作動させ、射出スリーブ(17)と共に射出シリ
ンダ(13)を持ち上げ、射出スリーブ(17)の上端を固定金
型(5)の湯口(ウ)に素早く接続させる。そして射出シリン
ダ(13)を作動させて射出スリーブ(17)内の溶融金属(Y)
を金型キャビティ(15)内に高速射出により充填する。

【００２６】(型開・押し出し)キャビティ(15)に射出・
充填された溶融金属(Y)は、金型(A)に熱を奪われて急冷
されて凝固し、短いチル・タイムの後、型締シリンダ
(1)が逆作動して可動プラテン(3)と共に可動金型(4)が
上昇し、型開きが行なわれる。凝固した鋳造品は可動金
型(4)と共に固定金型(5)から離脱し、可動金型(4)が上
死点にて停止すると押出シリンダ(14)が作動してエジェ
クトピン(14a)を突き出し、可動金型(4)から鋳造品を離
脱させて装置外に鋳造品を取り出す。鋳造品の取り出し
が完了すると再度型締シリンダ(1)が作動して可動金型
(4)と共に可動プラテン(3)が降下し型閉を行う。そして
以後、前記の動作を繰り返して鋳造作業が行なわれる。

【００２７】一方、射出シリンダ(13)のプランジャ(18)
も鋳造品の固定金型(5)からの離脱を確実に行わせるた
めに押し湯に付いて上死点まで上昇し、然る後、降下し
て下死点に戻り、続いて移動用シリンダ(10)を逆作動さ
せ、射出スリーブ(17)と共に射出シリンダ(13)を下死点
まで降下させ、射出スリーブ(17)の上端を固定金型(5)
の湯口(ウ)から離間させ、次の鋳造作業に備える。

【００２８】

【発明の効果】本発明の請求項１に示すような給湯方法
乃至請求項３に示すような装置によって金属塊の溶解か
ら金型射出迄の全工程を真空状態で行う事により、溶解
・鋳込み中での酸化物の発生や鋳込み時のガス巻き込み
による巣の発生を生じるというような事がなく、極めて
高品質の鋳造品を得る事ができるという利点がある。し
かも、その鋳込みは高速射出充填によって行なわれるた
め、高速鋳込み並びに急冷を行う事ができ、希土類元素
を含むような合金やアモルファス金属のような活性金属
の鋳造も十分対応出来るという利点があるし、高速射出
充填によるガス巻き込みがないので、金型温度を低く出
来て金型の寿命を延長させる事も出来る。更に、急冷に
より鋳造品の結晶粒の微細化やアモルファス化も達成出
来た。

【００２９】又、請求項２に示すような方法乃至請求項
４に示すような装置による真空状態下での不活性ガスに
よるバブリングにより、溶融金属中の不純物除去や脱ガ
スが効果的に行え、溶融金属の清浄度を高める事もでき
ると言う利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空立射出鋳造装置全体の１実施例の
概略断面図

【図２】本発明における原料金属投入時の状態を示す部
分概略断面図

【図３】本発明における原料金属溶解中の状態を示す部
分概略断面図

【図４】本発明における射出直前状態を示す部分概略断
面図

【符号の説明】

(A)…金型 (K)…金属塊 (Y)…溶融金属 (F)…不活性ガス (M)…真空立射出鋳造装置 (C)…閉空間 (E)…排気手段 (H)…加熱溶解手段 (S)…ガス通過間隙 (13)…射出シリンダ (15)…キャビティ (17)…射出スリーブ (18)…プランジャ (ウ)…湯口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属塊を射出スリーブに投入し、
射出スリーブを取り囲む雰囲気を真空状態にした後、前
記真空状態を保持しつつ溶解し、然る後、射出スリーブ
を金型の湯口に接続して射出スリーブ内の溶融金属を真
空状態に保持された金型内に射出充填する事を特徴とす
る真空立射出鋳造方法。
【請求項２】真空状態を保持しつつ溶融金属中
に不活性ガスを供給してバブリングを行わせる事を特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の真空立射出鋳造方
法。
【請求項３】鋳造用金型と、金型に溶湯を射出
充填するための射出シリンダと、射出シリンダに装着さ
れ、シリンダロッド先端のプランジャがその内部を移動
して保持された溶湯を金型内に射出充填する射出スリー
ブと、射出シリンダを移動させ、溶湯の射出充填時に射
出スリーブを金型の湯口に当接させ、非射出時には射出
スリーブを金型から離間させる移動用シリンダと、射出
スリーブの周囲を囲繞し、閉成状態の鋳造用金型のキャ
ビティに連通して前記キャビティと射出スリーブの周囲
空間とを閉空間にするための真空用伸縮スリーブチャン
バと、前記閉空間を真空状態にする排気手段と、射出ス
リーブ内に投入された金属塊を加熱溶解する加熱溶解手
段とで構成された事を特徴とする真空立射出鋳造装置。
【請求項４】プランジャと射出スリーブとの間
にガス通過間隙が形成され、プランジャを介して溶湯側
と逆の射出スリーブの空間部が不活性ガスで満たされて
いる事を特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の真空
立射出鋳造装置。