CN113000809B - 铸造方法 - Google Patents

Abstract

一种铸造方法，包括：将熔融金属从套筒填充到腔内的工序；通过将气体从除了套筒以外的腔外送入腔内，对腔内的气体进行加压，并将腔内的气体的压力值提高到大气压以上的工序。由此，使压缩至大气压以上的气体进入熔融金属。该进入的空气膨胀，由此补偿施加于熔融金属的压力。能够向熔融金属整体施加压力，因此能够在铸造产品整体中抑制铸件气孔的产生。

Description

铸造方法

技术领域

本发明涉及一种铸造方法，特别涉及一种对熔融金属进行加压的铸造方法。

背景技术

在日本特开2016-196009中公开的铸造产品的制造方法中，使挤压销向腔内移动，对填充到腔的熔融金属前侧的熔融金属局部地进行加压。由此，抑制铸件气孔的产生。

发明内容

本发明人发现了以下现象。在铸造产品中存在从挤压销加压的部位离开规定的距离的部位。与该加压的部位相比，在这种离开的部位经常产生大的铸件气孔。即，不能够在铸造产品的整体中抑制铸件气孔的产生。作为一个原因，认为挤压销针对熔融金属的压力未传递到整个熔融金属。

图11所示的截面是在铸造产品SL9中从挤压销加压的部位离开规定的距离的部位的截面。在该截面产生铸件气孔DF9。铸件气孔DF9具有规定的大小，铸造产品SL9的机械强度有可能降低。因此，铸件气孔DF9被认为是铸造产品SL9的缺陷。

本发明涉及一种抑制作为铸造产品的缺陷的铸件气孔的产生的铸造方法。

本发明的铸造方法包括：将熔融金属从套筒填充到型腔内；通过将气体从除了所述套筒以外的型腔外送入所述型腔内，对所述型腔内的气体进行加压，并将所述型腔内的气体的压力值提高到大气压以上。

根据这样的构成，使压缩至大气压以上的气体进入熔融金属。当熔融金属凝固时，该进入的空气膨胀，由此对熔融金属施加压力。由此，在熔融金属凝固时，即使产生大的凝固收缩，进入熔融金属的空气也会膨胀，从而补偿传递到熔融金属的压力。因此，能够对熔融金属整体施加压力，因此气孔大量地分散并微细化，能够抑制作为铸造产品的缺陷的气孔的产生。

此外，也可以在开始将所述熔融金属从套筒填充到型腔内之后，从所述熔融金属的一部分通过浇口的时间点起，开始将所述型腔内的气体的压力值提高到大气压以上。

根据这种构成，从熔融金属的一部分通过浇口的时间点开始向型腔内输送气体。由此，在熔融金属到达产品型腔内的时间点，由于型腔内气体的压力值为大气压以上，所以压力能够可靠地施加于熔融金属。

此外，也可以还包括：在实施了将所述型腔内的气体的压力值提高到大气压以上之后，从所述熔融金属的一部分到达了在所述型腔内位于最终填充部侧的再加压开始位置的时间点起，对所述型腔内的气体进行再加压并将所述型腔内的气体的压力值再次提高到大气压以上。

根据这样的构成，即使从熔融金属的一部分通过浇口的时间点起至到达了再加压开始位置的时间点，型腔内的气体从模具彼此的接合面泄漏而压力降低，也能够再次提高腔内的气体的压力。

另外，在将所述型腔内的气体的压力值提高到大气压以上时，通过从比所述再加压开始位置更靠所述浇口的那侧送入气体，对所述型腔内的气体进行加压。

根据这种构成，由于从比再加压开始位置更靠浇口那侧送入气体，所以能够从距通过浇口后的熔融金属近的位置对气体进行加压。

本发明能够抑制作为铸造产品的缺陷的铸件气孔的产生。

附图说明

下面，将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

图1是表示在实施方式1的铸造方法中能够使用的铸造装置的一个结构例的概要图。

图2是表示实施方式1的铸造方法的一例的一部分的概要图。

图3是表示实施方式1的铸造方法的一例的其余部分的概要图。

图4是表示压力和加压开启关闭相对于时间的图表的一例。

图5是表示铝熔融金属的计数相对于铝熔融金属的直径的计算例的图表。

图6是表示实施方式1的铸造方法的一例中的型腔内的铝熔融金属的动向的概要图。

图7是表示试验片的立体图。

图8是表示气孔的总体积相对于气孔直径的图表。

图9是表示实施方式1的铸造方法的一个变形例中的一个工序的立体图。

图10是表示压力和加压开启关闭相对于时间的图表的另一例。

图11是表示相关技术的铸造方法中的型腔内的铝熔融金属的动向的概要图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明应用了本发明的具体实施方式。但是，本发明并不限定于以下的实施方式。另外，为了使说明明确，适当地简化了以下的记载以及附图。

参照图1～图4对实施方式1的铸造方法进行说明。图1是表示在实施方式1的铸造方法中能够使用的铸造装置的一个结构例的概要图。

另外，不言自明的是图1和其它附图中所示的右手xyz坐标系是为了便于描述结构元件的位置关系。通常，z轴正方向为竖直向上，xy平面为水平面，在不同的附图上是同样的。

(装置)如图1所示，铸造装置100包括铸造机10、模具20和加压单元30。使用铸造装置100，能够执行实施方式1的铸造方法。

铸造机10具有固定盘11、可动盘12、套筒13、柱塞杆14以及控制装置16。铸造机10也可以具有未图示的C形框架、液压缸、肘节以及出射缸。

固定盘11通过C形框架等固定在规定位置。可动盘12设置为使用液压缸、肘节等接近固定盘11而进行压合、或者离开固定盘11。

套筒13组装在固定盘11上。柱塞杆14设置为通过未图示的出射缸能够在套筒13内沿套筒13的轴向(在此为X轴方向滑动)。套筒13具有供液口13a。套筒13使用图2所示的浇包15等从供液口13a供给熔融金属。

控制装置16生成控制铸造机10的各结构元件的动作的信号，并将该产生的信号发送到各结构元件以进行控制。控制装置16例如也可以在铸造工序中的熔融金属出射时，取得表示柱塞杆14开始移动的信号。控制装置16例如也可以对应于从该取得后的经过时间而生成表示熔融金属到达了型腔C1内的规定的位置的信号，并发送给阀35。腔C1内的规定的位置为浇口C3、后述的再加压开始位置C1c(参照图9)等。

模具20具有固定模21和可动模22。固定模21安装在固定盘11，可动模22安装在可动盘12。

当可动模22压合至固定模21时，形成型腔C1。型腔C1具有与铸造产品大致相同的形状的空间。型腔C1经由浇道C2、浇口C3与套筒13的内侧连接。套筒13、浇道C2、浇口C3、型腔C1和通气口C4的一部分以熔融金属和气体能够通过的方式连续。为了抑制型腔C1内的气体从可动模22和固定模21的接触面泄漏，可动模22和固定模21也可以适当地具有O型环、密封衬垫。

可动模22具有挤压机构22a。挤压机构22a设置为挤压销能够向固定模21侧突出。

加压单元30具有加压罐31和压缩机32。

压缩机32通过流道33与加压罐31连接。加压罐31只要经由流道34与除套筒13以外的型腔C1外连接即可。除套筒13以外的型腔C1外，只要是在型腔C1外表面处套筒13与型腔C1的连接部位的外侧即可。另外，除套筒13以外的型腔C1外例如为通气口、溢流口。这样的通气口可以是多个，也可以设置在腔C1的通气口C4侧、浇口C3侧。这样的通气口可以设置在型腔C1中的最终填充部的附近。本实施方式1的加压罐31经由流道34与通气口C4连接。阀35和压力传感器36设置在流道34。型腔C1经由通气口C4与流道34连接。阀35和压力传感器36从加压罐31朝向通气口C4侧依次设置。

压力传感器36经由流道33和通气口C4检测型腔C1内的气体的压力。压力传感器36生成表示对型腔C1内的气体的压力进行检测的结果的压力信号，并将该生成的压力信号经由信号线发送至阀35。加压罐31和压缩机32经由流道34连接。

加压罐31贮存具有比型腔C1内的气体的压力高的压力的气体。加压罐31贮存的气体的压力只要为大气压以上即可。作为这样的气体，例如可以使用空气、氮气。压缩机32经由流道34将气体送入加压罐31内，提高加压罐31内的气体的压力。

阀35根据从控制装置16取得的信号、从压力传感器36取得的压力信号进行开闭。具体而言，未图示的驱动装置取得该信号，驱动装置使阀35开闭。从控制装置16取得的信号表示出射开始时间点、从出射开始时间点起的经过时间。从出射开始时间点起的经过时间是熔融金属到达型腔C1内的规定位置的时间，具体而言，是熔融金属的一部分通过浇口的时间、熔融金属到达最终填充部的时间。从压力传感器36取得的压力信号表示型腔C1内的气体的压力。

当阀35打开时，加压罐31内的气体通过流道34及通气口C4，被送入到型腔C1内。即，对型腔C1内的气体进行加压。

当阀35关闭时，加压罐31内的气体不能够通过流道34以及通气口C4，停止加压罐31内的气体向型腔C1内的送入。即，停止对型腔C1内的气体的加压。另外，加压单元30也可以具有与阀35不为同一个的另外的阀，通过打开该不同的阀，可以使型腔C1内的气体释放到大气中。

(铸造方法)接着，参照图2～图4对实施方式1的铸造方法的一例进行说明。在该一例中，使用所述的铸造装置100实施。图2及图3是表示实施方式1的铸造方法的一例的一部分的概要图。图3表示图2所示的铸造方法的一例的一部分的延续。在图2及图3中，为了便于观察，适当地省略了铸造装置100的结构的一部分的图示。图4是表示压力和加压开启关闭相对于时间的图的一个例子。

首先，如图2所示，使用浇包15将熔融金属M1供给至套筒13(供给熔融金属步骤ST1)。熔融金属M1是熔化了金属材料的熔融金属，例如可以保持在保持炉。作为这样的金属材料，可以使用各种各样的纯金属或合金。这样的金属材料的一个例子为铝合金。

接着，使柱塞杆14向可动模22侧(在此为X轴负侧)移动，使熔融金属M1从套筒13向模具20的型腔C1出射(出射步骤ST2)。

具体地，开始柱塞杆14的移动(出射开始步骤ST21)。在开始了柱塞杆14的移动的出射开始时间点T0，柱塞杆14位于在柱塞杆14行进方向(在此为X轴负侧)上相比于套筒13的供液口13a的后侧。如图4所示，型腔C1内的气体的压力为P0。压力P0只要为大气压以下即可。压力P0例如为0.01atm(＝1013.25Pa)以上且1.00atm(＝101325Pa)以下。

接着，如图2所示，继续使柱塞杆14向可动模22侧移动，熔融金属M1的前端部通过浇口C3(浇口通过步骤ST22)。在熔融金属M1的前端部通过浇口C3的浇口通过时间点Tg，打开阀35，将加压罐31内的气体经由通气口C4送入型腔C1内。由此，对型腔C1内的气体进行加压。如图4所示，在浇口通过的时间点Tg，打开阀35(加压开启)，型腔C1内的气体压力从P0升高到P1。压力P1只要为大气压以上即可。压力P1例如为1.00atm以上且10.0atm(＝1013250Pa)以下，进一步优选为2.50atm(＝253312.5Pa)以上且7.50atm(＝759937.5Pa)以下。当型腔C1内的气体的压力成为P1时，关闭阀35(加压关闭)。

进而，继续使柱塞杆14移动，将熔融金属M1填充到型腔C1内(填充步骤ST23)。在从型腔C1内的气体压力升高到P1之后起到熔融金属M1到达最终填充部的最终填充部到达时间点Te为止的期间，型腔C1内的气体压力维持为P1。另外，此后也可以适当地将型腔C1内的气体向大气释放。

随后，如图3中所示，使熔融金属M1凝固，并且形成铸造成型体SL1(凝固步骤ST3)。关闭阀35，停止向型腔C1送入气体。另外，也可以在熔融金属M1凝固到某种程度之后，使用其他阀释放型腔C1内的气体。

使可动模22移动而从固定模21离开，进行脱模(脱模步骤ST4)。推出机构22a从可动模22推出铸造成型体SL1(推出步骤ST5)。通过所述步骤，能够制造铸造成型体SL1。从铸造成型体SL1去除不需要的部位，能够得到铸造产品。在铸造成型体SL1及铸造产品的内部，气孔大量分散且微细化。因此，能够抑制作为铸造产品的缺陷的气孔的产生。

此外，在推出步骤ST5之后，使用喷雾装置17将脱模剂涂敷于固定模21和可动模22(脱模剂涂敷步骤ST6)，并使用润滑剂供给装置18将润滑剂供给于柱塞杆14的前端部外周面(润滑剂供给步骤ST7)。返回到供给熔融金属步骤ST1，再次进行出射步骤ST2至推出步骤ST5，由此能够进一步制造其它铸造成型体SL1。即，通过重复供给熔融金属步骤ST1至润滑剂供给步骤ST7，能够连续地大量制造铸造成型体SL1。

另外，在所述实施方式1的铸造方法的一例中，在图4所示的浇口通过时间点Tg、或在浇口通过步骤ST22中对型腔C1内的气体进行了加压，但也可以在出射开始步骤ST21中柱塞杆14通过套筒13的供液口13a之后开始，对型腔C1内的气体进行加压。只要是柱塞杆14通过套筒13的供液口13a之后，型腔C1内的气体就不会从供液口13a泄漏，因此优选。

(计算例)接着，参照图5说明计算示例。图5是表示铝熔融金属的计数相对于铝熔融金属的直径的计算结果的图表。

关于该计算例，是除去了图2所示的出射步骤ST2中型腔C1内的气体的压力P为固定的情况，对与所述的实施方式1的铸造方法相同的铸造方法进行的计算。该计算例使用CAE(Computer Aided Engineering：计算机辅助工程)解析来进行。

在该计算例中，熔融金属为铝合金。另外，在出射步骤ST2中，型腔C1内的气体压力P为0.1atm(＝10132.5Pa)、1atm、5atm(＝506625Pa)这三个水平。在该计算例中，在填充步骤ST23中，计算了向型腔C1内出射的铝熔融金属的直径及其计数(个数)。图5示出了计算结果。

如图5所示，在压力P为1atm或5atm的情况下，铝熔融金属的直径为0mm以上且1.0mm以下的计数比压力P为0.1atm的情况下的计数多。在压力P为5atm的情况下，铝熔融金属的直径为0mm以上且1.0mm以下的计数比压力P为1atm的情况下的计数多。由此，当压力P高时，有小直径的铝熔融金属在型腔C1内大量分散的倾向。由此，小直径的铝熔融金属大量分散，内压高的气孔进入熔融金属中。

在此，参照图6，对在基于图5所示的计算例的凝固步骤ST3中的熔融金属M1内产生的凝固现象进行说明。图6是表示实施方式1的铸造方法的一例中的型腔内的铝熔融金属的动向的概要图。图6表示填充步骤ST23及凝固步骤ST3中的型腔内的铝熔融金属的动向。

如图6所示，将相当于铝熔融金属的熔融金属M1填充到型腔C1内。当熔融金属M1向型腔C1内的填充结束时，在熔融金属M1内产生内压高的大量气泡DF1。当熔融金属M1凝固时，形成铸造成型体SL1。在铸造成型体SL1形成时，铸造成型体SL1的体积因凝固收缩而比熔融金属M1小，但由于大量气泡DF1具有高内压，因此会膨胀。因此，由于大量气泡DF1膨胀，所以对正在凝固的熔融金属M1补充压力。在铸造成型体SL1形成后，气孔DF1大量分散于铸造成型体SL1内并微细化。熔融金属M1内的气泡DF1相当于铸造成型体SL1内的气孔DF1。气孔DF1的直径是不影响铸造成型体SL1及铸造产品的机械强度的大小。因此，气孔DF1不是铸造产品的缺陷。由此，能够抑制作为铸造成型体SL1及铸造产品的缺陷的铸件气孔的产生。

此外，在开始出射步骤ST2之后，从熔融金属M1的一部分通过浇口C3的浇口通过时间点Tg起开始浇口通过步骤ST22。在浇口通过步骤ST22中，将型腔C1内的气体的压力值提高到大气压以上。因此，在从熔融金属M1的一部分通过浇口C3的时间点起开始向型腔C1内输送气体。由此，在熔融金属M1到达腔C1内的时间点，型腔C1内的气体的压力值为大气压以上，因此能够可靠地对熔融金属施加压力。通气口C4在型腔C1中设置在最终填充部附近，气体通过通气口C4送入型腔C1。因此，能够持续将型腔C1内的气体的压力值提高到大气压以上，直至熔融金属M1填充最终填充部为止，是优选的。

(实验)接着，参照图7和图8对实验进行说明。该实验是使用所述的实施方式1的铸造方法的一个具体例来制造图2所示的铸造成型体SL2并对其进行评价的结果。铸造成型体SL2为试验片。图7是表示试验片的立体图。图8是表示气孔的总体积相对于气孔直径的图表。

如图7所示，铸造成型体SL2包括平板状部SL21。平板状部SL21具有浇口侧板状部SL21a、连接部SL21b、以及通气口侧板状部SL21c。浇口侧板状部SL21a、连接部SL21b、以及通气口侧板状部SL21c依次相连。浇口侧板状部SL21a比连接部SL21b厚。使用所述第一实施方式的铸造方法的具体例形成铸造成型体SL2。

在实施方式1的铸造方法的一具体例中，作为熔融金属，使用铝熔融金属。柱塞杆14的速度即出射速度为1m/sec。在实施例1、2以及比较例1中，在出射步骤ST2中型腔C1内的气体的压力P1分别设为5atm、1atm、0.1atm。

对平板状部SL21内部的气孔进行了调查。图8示出了调查结果。在此，直径1mm以上的气孔被评价为缺陷，直径0mm以上且小于1mm的气孔被评价为非缺陷。其原因为，当气孔的直径为1mm以上时，有可能平板状部SL21的机械强度降低。

如图8所示，实施例1、2的直径1mm以上的气孔的总体积与比较例1相比而较大。实施例1、2的铸造成型体SL2与比较例1的铸造成型体相比，作为缺陷的气孔少。作为一个原因，可以举出实施例1、2的压力P1高于比较例1的压力P1。

(变形例)接着，参照图9及图10，对实施方式1的铸造方法的一个变形例进行说明。图9是表示实施方式1的铸造方法的一个变形例的一个工序的立体图。图9所示的一个工序相当于填充步骤ST23。图10是表示压力和加压开启关闭相对于时间的图的另一个例子。

实施方式1的铸造方法的一个变形例除了在从浇口通过步骤ST22到填充步骤ST23之间具有对型腔C1内的气体再次进行加压的再加压步骤ST221以外，与所述的实施方式1的铸造方法相同。另外，型腔C1a与搭载于四轮车辆的悬架构件为大致相同的形状。在实施方式1的铸造方法的一个变形例中能够使用的铸造装置100a除了具有通气口C4b、阀35b以及流道34b以外，具有与图1所示的铸造装置100相同的结构。另外，图9所示的铸造装置100a的其他结构为铸造装置100的结构的一个具体例。为了便于理解，简略了图9所示的铸造装置100a的结构的图示。流道34a、34b与图1所示的加压罐31连接。

在浇口通过步骤ST22中，在熔融金属M1a的前端部通过浇口C3a的浇口通过时间点Tg，打开阀35a，将加压罐31内的气体经由通气口C4a送入到型腔C1a内。即，对型腔C1a内的气体进行加压。如图10所示，在熔融金属M1a的前端部通过浇口C3a的浇口通过时间点Tg，打开阀35a(加压开启)，型腔C1a内的气体的压力从P0升高到P1。在该应用例中，压力P0设为1.0atm，压力P1设为5.0atm。当型腔C1a内的气体的压力成为P1时，关闭阀35a(加压关闭)。

在浇口通过步骤ST22结束后，进一步继续使柱塞杆14移动，在再加压开始位置到达时间点Th，使熔融金属M1a到达再加压开始位置C1c。再加压开始位置C1c位于型腔C1a内的最终填充部侧。再加压开始位置C1c在型腔C1a内比浇口C3a更靠近通气口C4b即可。例如，在型腔C1a内再加压开始位置C1c位于通气口C4a与通气口C4b之间。在此，从浇口通过时间点Tg到再加压开始位置到达时间点Th为止的期间内，气体会泄漏到型腔C1a外。因此，如图10所示，在再加压开始位置到达时间点Th，型腔C1a内的气体压力P降低至P2。

在再加压开始位置到达时间点Th，打开阀35b，将加压罐31(参照图1)内的气体经由通气口C4b送入型腔C1a中最终填充部侧部分C1b。即，对型腔C1a内的气体进行再加压(再加压步骤ST221)。打开阀35a(加压开启)，型腔C1a内的气体压力从P2升高到P1。另外，也可以在此后适当地关闭阀35a(加压关闭)。

进而，与图1～图4所示的实施方式1的铸造方法同样地进行填充步骤ST23、凝固步骤ST3至推出步骤ST5。由此，能够制造作为与型腔C1a形状大致相同的悬架构件的铸造成型体。

根据所述实施方式1的铸造方法的一个变形例，即使在从浇口通过时间点Tg到再加压开始位置到达时间点Th为止的期间，型腔C1a内的气体压力从压力P1下降到P2，也将在再加压步骤ST221中对型腔C1a内的气体进行再加压。因此，能够将型腔C1a内的气体的压力保持得高，使被压缩为比大气压高的气体进入熔融金属。即使熔融金属M1a的体积由于其凝固而收缩，也由于该进入的空气的膨胀而使施加于熔融金属M1a的压力难以减小。能够对熔融金属M1a整体施加压力，因此能够抑制在铸造产品整体中产生铸件气孔。

另外，所述一个变形例的浇口通过步骤ST22中，通过将气体从比再加压开始位置C1c更靠近浇口侧的通气口C4a送入，对型腔C1a内的气体进行加压。因此，由于从比再加压开始位置C1c更靠近浇口C3a侧的位置送入气体，所以能够从靠近通过浇口后的熔融金属M1a的位置对气体进行加压。

另外，本发明不限于所述实施例，可以在不脱离本发明的范围的情况下进行适当的改变。此外，本发明也可以将所述实施方式、其一例适当组合来实施。例如，在实施方式1的铸造方法中，使用了通常的压铸铸造法，但也可以使用通过将机械的结构部件推抵于熔融金属而对熔融金属进行加压的铸造方法。作为这样的铸造方法，可以举出例如使用挤压销的压铸法、挤压铸件法(高压铸造法)。

Claims (3)

1.一种铸造方法，其特征在于，包括：

将熔融金属从套筒填充到型腔内；

通过将气体从除了所述套筒之外的型腔外送入所述型腔内，对所述型腔内的气体加压，将所述型腔内的气体的压力值提高到大气压以上，

在开始将所述熔融金属从所述套筒填充到所述型腔内之后，从所述熔融金属的一部分通过浇口的时间点起，开始将所述型腔内的气体的压力值提高到大气压以上。

2.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，还包括：

在执行了将所述型腔内的气体的压力值提高到大气压以上之后，从所述熔融金属的一部分到达了在所述型腔内位于最终填充部侧的再加压开始位置的时间点起，将所述型腔内的气体再加压，将所述型腔内的气体的压力值再次提高到大气压以上。

3.根据权利要求2所述的铸造方法，其特征在于，

在将所述型腔内的气体的压力值提高到大气压以上时，通过从比所述再加压开始位置更靠所述浇口的那侧送入气体，对所述型腔内的气体加压。

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