CN111693564B - 包紧力评价方法和收缩量评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种包紧力评价方法和收缩量评价方法。首先，在线膨胀系数获取工序(S1)中，通过实测求出由金属材料构成的熔融金属的线膨胀系数。接着，在收缩量获取工序(S2)中，基于线膨胀系数获取工序(S1)中求出的线膨胀系数，求出熔融金属变为铸件(凝固件)时的收缩量。进而，在包紧力评价工序(S3)中，将收缩量作为应变来求出应力，并将所述应力评价为包紧力。此外，为了根据相当于应变的收缩量来求出应力，而使用材料模型。据此，能够适当地评价铸件相对于金属模具的包紧力，并且能够适当地评价铸件的来自熔融金属的收缩量。

Description

包紧力评价方法和收缩量评价方法

技术领域

本发明涉及一种包紧力评价方法和收缩量评价方法，其中，包紧力评价方法用于评价由金属材料构成的熔融金属凝固而得到的铸件相对于形成型腔的金属模具的包紧力，收缩量评价方法用于评价来自被填充于型腔内的熔融金属的收缩量。

背景技术

铸造加工作为将熔融金属填充到多个金属模具彼此抵接而形成的型腔内，使该熔融金属凝固而得到铸件(成型件)的方法而被公知，并被广泛地实施。在此，为了取出在型腔内得到的铸件，首先，使金属模具彼此分离。此时，铸件附着在一个金属模具(通常为被定位固定的定模)上。因此，在铸造装置中设置有用于使铸件从金属模具脱离的多个脱模顶销。

即，脱模顶销相对于金属模具滑动，其顶端以从该金属模具突出的方式露出。随着该露出，铸件受到脱模顶销的推压，其结果，该铸件从金属模具中脱离。脱模顶销例如被设计为通过将其直径设定得足够大等方式而使得其相对于该推压具有足够的刚性。

然而，与预测(评价)相反，铸件对金属模具的包紧力变大，因此，有可能对一部分的脱模顶销作用较大的反作用力。在这种情况下，难以使铸件从金属模具脱离。与此相反，若包紧力与评价相比过小，则为了使直径被设定得过大的脱模顶销动作而需要施加较大能量的大型的驱动装置，不经济实惠。基于这种观点，要求预测铸件相对于金属模具的包紧力。

作为分析铸件的应变、应力的方法，已知一种日本发明专利公开公报特开2015-132564号所记载的分析方法。

发明内容

根据本案发明人的专心研究，即使实施日本发明专利公开公报特开2015-132564号记载的分析方法，包紧力也被较大地评价。

本发明的主要目的在于提供一种能够适当地评价铸件相对于金属模具的包紧力的包紧力评价方法。

本发明的另一目的在于提供一种能够适当地评价铸件的来自熔融金属的收缩量的收缩量评价方法。

为了达成上述目的，根据本发明第一技术方案，提供一种包紧力评价方法，其对通过使由金属材料构成的熔融金属在铸造装置的型腔内凝固而得到的铸件相对于形成所述型腔的金属模具的包紧力进行评价，该包紧力评价方法具有：线膨胀系数获取工序，向测定装置的型腔填充熔融金属，测定所述熔融金属凝固时的收缩量，并基于所测定出的所述收缩量来求出所述金属材料的线膨胀系数；收缩量获取工序，基于所述线膨胀系数来求出所述熔融金属变为所述铸件时的收缩量；和包紧力评价工序，使用材料模型将所述收缩量作为应变来求出应力，并将所述应力评价为包紧力。

另外，也可以按照上述方法来评价铸件的收缩量。即，根据本发明的另一技术方案，提供一种收缩量评价方法，其评价通过使由金属材料构成的熔融金属在铸造装置的型腔内凝固而得到的铸件的来自所述熔融金属的收缩量，该收缩量评价方法具有：线膨胀系数获取工序，向测定装置的型腔填充熔融金属，测定所述熔融金属凝固时的收缩量，并基于所测定出的所述收缩量来求出所述金属材料的线膨胀系数；和收缩量获取工序，基于所述线膨胀系数来求出所述熔融金属变为所述铸件时的收缩量。

根据本发明，由于通过实测求出线膨胀系数，因此，能够高精度地评价熔融金属凝固前后的收缩量。将该收缩量作为应力-应变曲线的应变来求出应力，并将该应力作为对金属模具的包紧力进行评价。由于高精度地评价收缩量，因此，也高精度地评价包紧力。

基于所评价的包紧力，在设计铸造装置时，能够对设置具有何种程度的刚性的脱模顶销为好，而进行高精度的判断。因此，能够设置可易于使铸件从金属模具脱离的脱模顶销。而且，由于能够选定适当大小的驱动装置作为用于使该脱模顶销驱动的驱动装置，因此，能够避免因设置大型的驱动装置而使铸造装置大型化，并且能够实现成本的低廉化。

根据参照附图对以下实施方式进行的说明，可容易地理解上述目的、特征和优点。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的包紧力评价方法的概略流程图。

图2是概略地表示用于求出线膨胀系数的测定装置的侧面剖视图。

图3是Ohno-Wang模型的25℃下的应力-应变曲线。

图4是Ohno-Wang模型的200℃下的应力-应变曲线。

图5是Ohno-Wang模型的250℃下的应力-应变曲线。

图6是Ohno-Wang模型的300℃下的应力-应变曲线。

图7是Ohno-Wang模型的350℃下的应力-应变曲线。

图8是Ohno-Wang模型的400℃下的应力-应变曲线。

图9是Ohno-Wang模型的450℃下的应力-应变曲线。

具体实施方式

下面，关于本发明所涉及的收缩量评价方法，以该收缩量评价方法与包紧力评价方法的关系，列举优选的实施方式，参照附图详细地进行说明。

图1是本实施方式所涉及的包紧力评价方法的概略流程图。该包紧力评价方法具有线膨胀系数获取工序S1、收缩量获取工序S2和包紧力评价工序S3。此外，本实施方式所涉及的收缩量评价方法是包紧力评价方法的一部分，其能够通过进行线膨胀系数获取工序S1和收缩量获取工序S2来实施。

在现有技术中，在设计铸造装置时，以同一种金属材料的线膨胀系数恒定为前提。本案发明人推测出，该前提是包紧力的过大评价或过小评价的一个原因。因此，在线膨胀系数获取工序S1中，实测金属材料的线膨胀系数。

在线膨胀系数获取工序S1中，求出由金属材料构成的熔融金属凝固时的线膨胀系数。图2表示用于此的测定装置10。该测定装置10具有基台12、呈大致长方体形状的下模14和上模16(均为金属模具)，由这些下模14和上模16形成型腔18。优选下模14和上模16的原材料、面向型腔18的部位的表面粗糙度与以工业方式制作铸件的铸造装置的金属模具的原材料、面向型腔18的部位的表面粗糙度匹配。作为下模14和上模16的原材料，例如可列举出合金工具钢。

在下模14的多个部位设置热电偶20。热电偶20的顶端面向型腔18，因此，能够始终测定型腔18内的熔融金属M的温度。在一方的上模16上形成有用于将熔融金属M浇注到型腔18内的浇口22和浇道24。

在基台12的与下模14及上模16的长度方向端部相向的位置分别竖立设置有支承板26a、26b，并且在各支承板26a、26b上设置有第一基座28a、第二基座28b。在第一基座28a上定位固定有第一激光收发器30a，并且在第二基座28b上也同样定位固定有第二激光收发器30b。另外，第一位移棒32a、第二位移棒32b以可位移的方式被支承在支承板26a、26b上。这些第一位移棒32a、第二位移棒32b由石英玻璃构成，在第一位移棒32a的面向第一激光收发器30a的一端上设置有第一反射板34a，在第二位移棒32b的面向第二激光收发器30b的一端上设置有第二反射板34b。第一激光收发器30a和第一反射板34a以及第二激光收发器30b和第二反射板34b分别由树脂盖36覆盖。

第一位移棒32a、第二位移棒32b的另一端被插入到型腔18内。因此，第一位移棒32a、第二位移棒32b的另一端由被填充于型腔18的熔融金属M覆盖，并且，之后，当熔融金属M凝固时，被埋入作为铸件的凝固件的内部。

在以上结构中，热电偶20、第一激光收发器30a和第二激光收发器30b被电连接于个人计算机(PC)38，该个人计算机(PC)38兼作为运算电路和控制电路。

线膨胀系数获取工序S1使用这样构成的测定装置10如下这样实施。

首先，启动第一激光收发器30a和第二激光收发器30b，并且从各个激光收发器发送激光B。激光B被第一反射板34a和第二反射板34b反射，然后返回至第一激光收发器30a和第二激光收发器30b。第一激光收发器30a和第二激光收发器30b接收返回的激光B。PC38基于从开始发送到开始接受光的经过时间，分别计算从第一激光收发器30a到第一反射板34a的距离和从第二激光收发器30b到第二反射板34b的距离。

在该状态下，例如从浇口22浇注由铝合金等金属材料构成的熔融金属M。熔融金属M经由浇道24到达型腔18并被蓄积。换言之，熔融金属M被填充到型腔18内。通过该填充，第一位移棒32a、第二位移棒32b的另一端被熔融金属M覆盖。此外，浇注量为熔融金属M的液面处于浇道24的中途的程度即可。另外，熔融金属M的温度始终由多个热电偶20检测，并作为信息被发送到PC38。

浇注后，自然冷却熔融金属M。伴随该冷却，熔融金属M凝固，并且第一位移棒32a、第二位移棒32b的另一端被埋入凝固件的内部。

熔融金属M在凝固而变为凝固件的过程中引起体积收缩。因此，在型腔18的长度方向端部，第一位移棒32a、第二位移棒32b被收缩的熔融金属M拉拽而分别向远离第一激光收发器30a、第二激光收发器30b的方向直线位移。因此，在第一激光收发器30a和第二激光收发器30b中，从开始发送到开始接受光的经过时间比浇注前长。

在此，石英玻璃的热膨胀率小。因此，第一位移棒32a和第二位移棒32b的收缩量与熔融金属M凝固时的收缩量相比小到可以忽略的程度。因此，可以将第一位移棒32a、第二位移棒32b的位移量评价为是熔融金属M的收缩量。

当体积收缩结束时，第一位移棒32a、第二位移棒32b的位移也结束。其结果，在第一激光收发器30a和第二激光收发器30b中，从开始发送到开始接受光的经过时间是恒定的。PC38求出到此时为止的熔融金属M(凝固件)的温度变化和经过时间、以及第一位移棒32a和第二位移棒32b的位移距离。然后，基于温度变化量(降温量)和经过时间来计算降温速度，基于凝固前的距离和凝固前后的位移距离来计算线膨胀系数。综上，按照设置有热电偶20的每个部位来获取降温速度和线膨胀系数。

根据需要，作为下模14和上模16，使用原材料或面向型腔18的面的表面粗糙度不同的材料，来进行上述线膨胀系数获取工序S1。例如，可以将下模14、上模16的至少任意一方变更为由隔热材料构成的结构。在该情况下，能够评价由铸造装置制作的铸件的壁厚部位的线膨胀系数。此外，在下模14和上模16双方由合金工具钢构成的情况下，评价由铸造装置制作的铸件的薄壁部位的线膨胀系数。

接着，进行收缩量获取工序S2。即，PC38根据凝固件的温度分布和所求出的线膨胀系数，来计算该凝固件的收缩量。另外，进行开模来取出凝固件，并测定实际收缩量。其结果，所计算出的收缩量与实际收缩量大致一致，其误差为1％以下。与此相对，使用公知的线膨胀系数计算出的收缩量为实际收缩量的约三倍，误差为166％。

通过进行到该收缩量获取工序S2，能够按照每个温度来评价由铸造装置得到的铸件的收缩量。根据通过实测求出的线膨胀系数来评价收缩量，因此，具有与收缩量相关的评价结果精确的优点。而且，在将下模14和上模16变更为原材料等不同的结构的情况下，能够评价铸件中厚度不同的部位的收缩量。

接着，进行包紧力评价工序S3。此时，使用材料模型。作为材料模型，公知有弹性模型、弹塑性模型、弹塑性蠕变模型等，但优选使用Ohno-Wang模型。这是因为在该情况下，获得了与实测值的误差较小的评价结果。

在Ohno-Wang模型中，通过模拟，针对每种应变速度得到任意温度下的应力-应变曲线。作为一例，将在25℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃下应变速度为10^－2/秒、10^－3/秒、10^－4/秒时的应力-应变曲线与通过拉伸试验得到的实测结果分别一并示于图3～图9。但是，在图3中，仅示出了应变速度为10^－3/秒时的情况。另外，虚线是利用Ohno-Wang模型的模拟而求出的应力-应变曲线，实线是通过实测而求出的应力-应变曲线。

由这些图3～图9可知，在25℃～450℃(特别是200℃～400℃)的较宽温度区域中，通过Ohno-Wang模型的模拟而求出的应力-应变曲线与通过实测而得到的应力-应变曲线高精度地一致。

在收缩量获取工序S2中被评价的收缩量相当于应力-应变曲线中的应变。另外，降温速度可近似于应变速度。因此，在规定温度下的包紧力可以如下那样进行评价。即，例如，在评价25℃下的包紧力的情况下，首先，将25℃下的收缩量设为应变，并绘制在图3所示的图表的X轴上。

接着，从该绘制点向接近降温速度的应变速度下的应力-应变曲线引垂线L1。进而，从该垂线L1和应力-应变曲线的交点P向曲线图的Y轴引水平线L2。L2的Y轴坐标值为应力，但可以将该应力评价为是该温度下的熔融金属M的包紧力。因此，在求出降温至室温的铸件的包紧力时，可以使用Ohno-Wang模型的室温下的应力-应变曲线。

如上所述，通过Ohno-Wang模型求出的应力-应变曲线与通过实测得到的应力-应变曲线高精度地近似。因此，能够高精度地评价包紧力。另外，在将下模14和上模16变更为原材料等不同的材料而求出线膨胀系数的情况下，能够评价在铸件中厚度不同的部位的包紧力。

基于这样评价的包紧力，在设计铸造装置时，能够对每个部位判断作为脱模顶销具有何种程度的刚性为好。因此，可以设置能够易于使铸件从金属模具脱离的脱模顶销。而且，作为使该脱模顶销驱动的驱动装置，容易选定适当大小的驱动装置。因此，能够避免因设置大型的驱动装置而导致铸造装置大型化，并且能够实现成本的低廉化。

本发明并不特别限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变更。

例如，还可以使用除Ohno-Wang模型之外的材料模型。

Claims (9)

1.一种包紧力评价方法，对通过使由金属材料构成的熔融金属在铸造装置的型腔内凝固而得到的铸件相对于形成所述型腔的金属模具的包紧力进行评价，其特征在于，

具有：

线膨胀系数获取工序，使测定装置(10)的金属模具(14、16)的表面状态与所述铸造装置的金属模具的表面状态相匹配，向由所述测定装置的所述金属模具形成的型腔(18)填充熔融金属(M)，测定所述熔融金属凝固时的收缩量，并基于所测定出的所述收缩量来求出所述金属材料的线膨胀系数；

收缩量获取工序，基于所述线膨胀系数来求出所述熔融金属变为所述铸件时的收缩量；和

包紧力评价工序，使用材料模型将所述收缩量作为应变来求出应力，并将所述应力评价为包紧力。

2.根据权利要求1所述的包紧力评价方法，其特征在于，

使用Ohno-Wang模型作为所述材料模型。

3.根据权利要求1或2所述的包紧力评价方法，其特征在于，

变更所述测定装置的金属模具的原材料，并测定各自的所述金属材料的线膨胀系数。

4.根据权利要求1所述的包紧力评价方法，其特征在于，

在所述熔融金属中设置随着该熔融金属的收缩而与该熔融金属一起位移的位移体(32a、32b)，对所述位移体发射激光(B)，并且由激光接收器(30a、30b)接收从所述位移体返回来的所述激光。

5.根据权利要求4所述的包紧力评价方法，其特征在于，

在所述位移体上设置反射体(34a、34b)，并且由所述反射体向所述激光接收器反射激光。

6.一种收缩量评价方法，其评价通过使由金属材料构成的熔融金属在铸造装置的型腔内凝固而得到的铸件的来自所述熔融金属的收缩量，其特征在于，

具有：

线膨胀系数获取工序，使测定装置的金属模具(14、16)的表面状态与所述铸造装置的金属模具的表面状态相匹配，向由所述测定装置的所述金属模具形成的型腔填充熔融金属，测定所述熔融金属凝固时的收缩量，并基于所测定出的所述收缩量来求出所述金属材料的线膨胀系数；和

收缩量获取工序，基于所述线膨胀系数来求出所述熔融金属变为所述铸件时的收缩量。

7.根据权利要求6所述的收缩量评价方法，其特征在于，

变更所述测定装置的金属模具的原材料，并测定各自的所述金属材料的线膨胀系数。

8.根据权利要求6或7所述的收缩量评价方法，其特征在于，

在所述熔融金属中设置有随着该熔融金属的收缩而与该熔融金属一起位移的位移体(32a、32b)，对所述位移体发射激光(B)，并且利用激光接收器(30a、30b)接收从所述位移体返回来的所述激光。

9.根据权利要求8所述的收缩量评价方法，其特征在于，

在所述位移体上设置反射体(34a、34b)，并且由所述反射体向所述激光接收器反射激光。