JP5527451B1

JP5527451B1 - 鋳造装置

Info

Publication number: JP5527451B1
Application number: JP2013057572A
Authority: JP
Inventors: 寛人佐々木; 博晃三吉; 晴生明本
Original assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Current assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: CN105073302A; JP2014180696A; EP2977127A4; CN105073302B; US20160045955A1; KR20150131384A; WO2014147892A1; EP2977127A1

Abstract

【課題】溶湯の飛沫を防止して、製品の品質向上を図る
【解決手段】鋳造装置は、下方に開口を有するキャビティを形成する金型と、金型の下方に配置されて溶湯を収容すると共に溶湯の上部に密閉空間を形成する加圧室と、上端開口がキャビティの開口に連通し下端開口が加圧室内の溶湯の内部に浸漬された筒状のストークと、加圧室の密閉空間にガスを供給して加圧室内を加圧する加圧手段と、キャビティからガスを排出してキャビティ内を減圧する減圧手段と、制御装置とを有する。制御装置は、加圧室からキャビティに溶湯を充填する際、溶湯がキャビティの開口に達するまで加圧手段によって加圧室内を加圧し、溶湯がキャビティの開口に達した後に加圧室内の加圧を続行しつつ、減圧手段によってキャビティ内を減圧する。
【選択図】図１

Description

本発明は鋳造装置に関する。

従来から、アルミホイール等のアルミニウム複合製品を低圧鋳造又は低中圧鋳造により製造する鋳造装置が知られている。この種の鋳造装置では、加圧室（るつぼ）内に溶湯を収容した状態で加圧室内の圧力を高めると共に、金型のキャビティ内の圧力を真空引きする。この加圧と真空引きの圧力差によって溶湯を加圧室からストークを介してキャビティに充填する（特許文献１）。

しかしながら、特許文献１に開示された鋳造装置では、溶湯側を正圧、キャビティ側を負圧とした上でゲートピストンピンを開放するため、開放の瞬間に圧力差によって溶湯が飛沫し、成形品に湯皺及び湯境が生じる。すなわち、成形品の品質低下を招くという問題がある。

特開平５−１４６８６４

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、溶湯の飛沫を防止して鋳造製品の品質を向上させることができる鋳造装置及を提供することを目的とする。

本発明に係る鋳造装置は、金型、加圧室、ストーク、加圧手段、減圧手段、及び制御装置を有する。金型は、下方に開口を有するキャビティを形成する。加圧室は、前記金型の下方に配置されて溶湯を収容すると共に溶湯の上部に密閉空間を形成する。ストークは、上端開口がキャビティの開口に連通し下端開口が加圧室内の溶湯の内部に浸漬された筒状に形成される。加圧手段は、加圧室の密閉空間にガスを供給して加圧室内を加圧する。減圧手段は、キャビティからガスを排出して、キャビティ内を減圧する。制御装置は、加圧室からキャビティに溶湯を充填する際、溶湯がキャビティの開口に達するまで加圧手段によって加圧室内を加圧し、溶湯がキャビティの開口に達した後に加圧室内の加圧を続行しつつ、減圧手段によってキャビティ内を減圧する。

本発明によれば、加圧室からキャビティに溶湯を充填する際、溶湯がキャビティの開口に達するまで加圧手段によって加圧室内を加圧し、溶湯がキャビティの開口に達した後に加圧室内の加圧を続行しつつ、減圧手段によってキャビティ内を減圧する。このような加圧と減圧のタイミングによって、本発明では溶湯の飛沫を防止して製品の品質向上を図ることができる。

実施の形態に係る鋳造装置を示す概略図である。実施の形態に係るキャビティ２２を示す平面図である。実施の形態に係る充填動作の概略図である。実施の形態に係る充填動作の概略図である。実施の形態に係る充填動作の概略図である。実施の形態に係る充填動作の概略図である。実施の形態における経過時間に伴う加圧源１６から加圧室１０に加わる圧力Ｐ１、真空装置３２からキャビティ２２を吸引する圧力Ｐ２及びこれら圧力Ｐ１，Ｐ２の差圧Ｐ３（以下、充填差圧）の変化を示す図である。比較例における経過時間に伴う加圧源１６から加圧室１０に加わる圧力Ｐ１、真空装置３２からキャビティ２２を吸引する圧力Ｐ２及び充填差圧Ｐ３の変化を示す図である。

以下、添付の図面を参照して実施の形態に係る鋳造装置を詳細に説明する。

図１は、実施の形態に係る鋳造装置を示す概略図である。鋳造装置は、図１に示すように、溶湯Ａを加圧する加圧室（るつぼ）１０を有する。加圧室１０内には、溶湯Ａを保持する容器１１が設けられている。加圧室１０の上端開口部は、固定板１２によって閉塞され、加圧室１０内は密閉空間とされている。この密閉空間（加圧室１０）にガス供給路１３、及びガス排出路１４が連通している。ガス供給路１３は、バルブ１５を介して加圧源１６に接続されて不活性ガスを加圧室１０内に供給する。ガス排出路１４は、バルブ１７を介して加圧室１０を大気開放する。

固定板１２の中央には、両端が開口した筒状のストーク１８の上端が固定されている。ストーク１８の下端は、加圧室１０内の溶湯Ａに浸っている。固定板１２の上面には、固定金型１９が装着されている。また、固定金型１９に対して上方に移動可能に構成された可動板２０の下面には、可動金型２１が装着されている。固定金型１９と可動金型２１とは、型閉したときにキャビティ２２を形成する。固定金型１９の中央部には、キャビティ２２に連通するゲート部分に開口２３ａが形成され、この開口２３ａにストーク１８の上端部が連通している。また、固定金型１９には、キャビティ２２からガスを抜くためのガス抜き用通路２３ｂが接続され、キャビティ２２とガス抜き通路２３ｂとの間に溶湯Ａのガス抜き用通路２３ｂへの侵入を防止するチルベント２３ｃが設けられている。

可動金型２１には、ゲートシールピン２４、センター加圧ピン２５、及び部分加圧ピン２６が装着されている。ゲートシールピン２４は、開口２３ａに対して進退自在に構成されて開口２３ａを開閉する。ゲートシールピン２４は略棒状に形成されている。センター加圧ピン２５は、キャビティ２２に連通する湯だまり２７対して進退自在に構成されてキャビティ２２内を加圧する。センター加圧ピン２５は、ゲートシールピン２４を取り囲む筒状に形成されている。部分加圧ピン２６は、キャビティ２２に連通する湯だまり２８対して進退自在に構成されてキャビティ２２内を加圧する。部分加圧ピン２６は、略棒状に形成されている。

ゲートシールピン２４、及びセンター加圧ピン２５は、上端部が駆動手段としてのピストン機構２９に連結されて、各々上下動可能に構成されている。同様に、部分加圧ピン２６は、上端部が駆動手段としてのピストン機構３０に連結されて、各々上下動可能に構成されている。

また、鋳造装置は、図１に示すように、ガス抜き用通路２３ｂにガス抜き用弁３１を介して接続された真空装置３２、及びコントローラ３３を有する。

真空装置３２は、ガス抜き用弁３１及びガス抜き用通路２３ｂを介してキャビティ２２からガスを排出し、キャビティ２２内を減圧する。真空装置３２は、真空タンク３２１、真空タンク３２１を真空引きする真空ポンプ３２２、及び真空ポンプ３２２を駆動するモータ３２３を有する。

コントローラ３３は、バルブ１５及び加圧源１６を制御して加圧室１０内を加圧する。コントローラ３３は、バルブ１７を制御して加圧室１０を大気開放する。コントローラ３３は、バルブ３１及び真空装置３２を制御してキャビティ２２内のガスを排出し、キャビティ２２内を減圧する。コントローラ３３は、ピストン機構２９を制御してゲートシールピン２４により開口２３ａを開閉する。コントローラ３３は、ピストン機構２９，３０を制御してセンター加圧ピン２５及び部分加圧ピン２６によりキャビティ２２内を加圧する。

次に、図２を参照して、キャビティ２２に対するゲートシールピン２４、センター加圧ピン２５及び部分加圧ピン２６の位置を説明する。図２はキャビティ２２を示す平面図である。図２に示すように、キャビティ２２は、ゲートシールピン２４及びセンター加圧ピン２５を中心にＸ方向及びＹ方向に対称に広がる。図２に示す例では、部分加圧ピン２６は、キャビティ２２の端部近傍に６つ設けられている。

次に、図３Ａ〜図３Ｄおよび図４を参照して、加圧室１０からキャビティ２２に溶湯Ａを充填する充填動作を説明する。図３Ａ〜図３Ｄは充填動作の概略図である。図４は、経過時間に伴う加圧源１６からキャビティ２２に加わる圧力Ｐ１、真空装置３２からキャビティ２２を吸引する圧力Ｐ２、及びこれら圧力Ｐ１，Ｐ２の差圧Ｐ３（以下、充填差圧）の変化を示す図である。なお、本実施の形態において、充填動作は経過時間に基づき実行される。例えば、溶湯Ａの湯面が開口２３ａに達する時間を予め測定しておき、その測定された時間に基づき充填動作は実行される。

充填動作において、先ず、図３Ａに示すように、時刻ｔ１１にてコントローラ３３はバルブ１５を開放させる。そして、コントローラ３３は、ガス供給路１３を介して加圧源１６から加圧室１０の密閉空間に不活性ガスを供給する。これにより、図４に示すように、時刻ｔ１１以降、加圧源１６から加圧室１０に加わる圧力Ｐ１は上昇する。したがって、図４に示すように充填差圧Ｐ３は上昇し、溶湯Ａの湯面は上昇する。

次に、図３Ｂに示すように、時刻ｔ１２にて溶湯Ａがキャビティ２２の開口２３ａに達した後も、コントローラ３３は継続してガス供給路１３を介して加圧源１６から加圧室１０の密閉空間に不活性ガスを供給する。また、図３Ｂに示すように、コントローラ３３はバルブ３１を開放してキャビティ２２と真空タンク３２１とを連通させる。これにより、キャビティ２２内のガスはガス抜き用通路２３ｂを介して真空タンク３２１に排出される。なお、溶湯Ａがキャビティ２２の開口２３ａに達したことは、センサで検知しても良いし、所定圧力で湯面が開口２３ａに到達する時間を予め計測しておき、その時間で管理するようにしても良い。

上記図３Ｂに示す制御により、図４に示すように、時刻ｔ１２以降も加圧源１６からキャビティ２２に加わる圧力Ｐ１は上昇し続ける。ただし、キャビティ２２の形状により、圧力Ｐ１の上昇スピードは一定でない。また、上記図３Ｂに示す制御により、キャビティ２２から真空装置３２による排出により金型内の減圧（真空）度が増大する。すなわち、図４に示すようにキャビティ２２に加わる圧力Ｐ２はマイナス方向に低下する。これら圧力Ｐ１，Ｐ２によって、図４に示すように充填差圧Ｐ３は上昇する。

次に、図３Ｃに示すように、時刻ｔ１３にてキャビティ２２内に溶湯Ａが充填されると、キャビティ２２の周辺に配置したチルベント２３ｃに溶湯Ａが突入凝固し、充填工程が完了する。全てのチルベント２３ｃで溶湯Ａが凝固したら、コントローラ３３はバルブ３１を閉じて減圧を停止する。しかし、加圧源１６からの圧力は一定圧力に維持され、キャビティ２２内の溶湯Ａは、この圧力下で凝固する。なお、その際、ゲートシールピン２４を押し下げて開口２３ａを塞ぐ。続いて、図３Ｄに示すように、コントローラ３３はバルブ１７を開放させて加圧室１０を大気開放させ、ストーク１８内の溶湯Ａの湯面を下げる。このとき、コントローラ３３は、図３Ｄに示すように、センター加圧ピン２５を押し下げて、キャビティ２２内を加圧し、この圧力を更に上げるようにしても良い。更に、部分加圧ピン２６による加圧を併用するようにしても良い。また、ゲートシールピン２４とセンター加圧ピン２５は、一体構造でも良く、この場合、単一のシリンダで下降させ、ゲート閉塞と加圧とを連続動作で行うことになる。キャビティ２２内の溶湯Ａが凝固した後、可動金型２１を上昇させて製品を取り出す。

ここで、減圧されたキャビティ２２をゲートシールピン２４で封鎖し、加圧室１０内を加圧し、溶湯Ａをゲートシールピン２４直下まで上昇させ、ゲートシールピン２４を開放し加圧と減圧との圧力差で溶湯Ａをキャビティ２２内に流入させる方法では、溶湯Ａがキャビティ２２内に飛沫となって侵入し、成形品に湯皺、湯境が生じる。これに対して、本実施の形態は、ゲートシールピン２４が開放されている状態で、上述したように溶湯Ａがキャビティ２２の開口２３ａに達するまで加圧室１０内を加圧し、溶湯Ａがキャビティ２２の開口２３ａに達した後に加圧室１０内の加圧は続行することに加えて、図４に示すように、キャビティ２２内を徐々に減圧する。これにより金型への溶湯流入時の充填差圧Ｐ３を緩やかに上昇させることができる。したがって、本実施の形態は、溶湯Ａの飛沫を抑制し、成形品の湯皺及び湯境の発生を抑制できる。

また、本実施の形態においては、真空装置３２と加圧室１０でキャビティ２２内の圧力を制御する。したがって、複数の加圧室を設けてキャビティ２２内の圧力を制御する場合と比較して、本実施の形態は簡素な構造とできる。また、加圧室１０のみでキャビティ２２内の圧力を制御する場合と比較して、本実施の形態は加圧室１０にかかる負荷を抑制でき、加圧室１０の気密性を保つことができる。参考のために、図５に、真空装置３２を併用しない比較例における、経過時間に伴う加圧源１６からキャビティ２２に加わる圧力Ｐ１、キャビティ２２の圧力Ｐ２、及びこれら圧力Ｐ１，Ｐ２の差圧Ｐ３の変化を示す。キャビティ２２の減圧が無い場合、キャビティ２２に溶湯Ａが流入し充填が進むにつれ、残部には背圧が立ち、その背圧は充填終盤にかけて圧縮されて更に大きくなり、最終充填部への溶湯の充填を阻害する。したがって、加圧室の加圧のみでこれを解消しようとすれば、図５に示すように、必然的に加圧力Ｐ１を大きくする必要がある。しかし、７００℃の高温の系を抱えた密閉容器にて圧力を増すことは、それだけ気密シール部を強化し熱的な負荷を軽減する施策が必要となる。すなわち、シール材自体が耐熱性を有するものであることに加えて、フランジ等のシール部材の熱膨張や熱歪みを抑制する対策、例えばシール部付近に冷却回路を設けることなどが必要となる。また、使用する材料も高価になることに加えて設備が複雑になる。このような問題を本実施の形態では解決することができる。

また、本実施の形態においては、真空装置３２によりキャビティ２２内の背圧を抑えることができるので、キャビティ２２内の溶湯Ａの流動性を高めることができる。

以上、発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。

Ａ…溶湯、１０…加圧室、１１…容器、１２…固定板、１３…ガス供給路、１４…ガス排出路、１５…バルブ、１６…加圧源、１７…バルブ、１８…ストーク、１９…固定金型、２０…可動板、２１…可動金型、２２…キャビティ、２３ａ…開口、２３ｂ…ガス抜き用通路、２３ｃ…チルベント、２４…ゲートシールピン、２５…センター加圧ピン、２６…部分加圧ピン、２７，２８…湯だまり、２９，３０…ピストン機構、３１…ガス抜き用弁、３２…真空装置、３３…コントローラ。

Claims

下方に開口を有するキャビティを形成する金型と、
前記金型の下方に配置されて溶湯を収容すると共に溶湯の上部に密閉空間を形成する加圧室と、
上端開口が前記キャビティの開口に連通し下端開口が前記加圧室内の溶湯の内部に浸漬された筒状のストークと、
前記加圧室の密閉空間にガスを供給して前記加圧室内を加圧する加圧手段と、
前記キャビティからガスを排出して、前記キャビティ内を減圧する減圧手段と、
前記加圧室から前記キャビティに溶湯を充填する際、前記溶湯が前記キャビティの開口に達するまで前記加圧手段によって前記加圧室内を加圧し、前記溶湯が前記キャビティの開口に達した後に前記加圧室内の加圧を続行しつつ、前記減圧手段による前記キャビティ内の減圧を開始する制御装置と
を備えたことを特徴とする鋳造装置。
前記開口に対して進退自在に構成されて前記開口を開閉するゲートシールピンを備え、
前記制御装置は、前記キャビティに前記溶湯が充填された後に前記ゲートシールピンにより前記開口を閉塞する
ことを特徴とする請求項１記載の鋳造装置。
前記キャビティに連通する湯だまり対して進退自在に構成されて前記キャビティ内に充填された溶湯を加圧する加圧ピンを更に備える
ことを特徴とする請求項１又は２記載の鋳造装置。