CN1836810B

CN1836810B - 铸造装置

Info

Publication number: CN1836810B
Application number: CN2006100588131A
Authority: CN
Inventors: 山本直彰; 桥本修一; 吉田智彦
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2026-02-28
Also published as: JP2006263773A; CN1836810A; JP4419888B2

Abstract

一种铸造装置(1)，包括：铸模(40)，具有砂模和金属模，其中，所述金属模配置在所述砂模的上部并且与该砂模合模后形成模腔，在所述金属模的成型面上形成有具有导电性的涂型层；金属液供应装置(21)，从砂模一侧向所述铸模的模腔供应金属液(M)；充填检测装置(52)，检测出通过金属液与涂型层的接触而该金属液与金属模已电气导通；以及控制装置(51)，基于所述充填检测装置的检测结果控制所述金属液供应装置。由此，可以以简单的构成正确地检测金属液向模腔的充填。

Description

铸造装置

技术领域

本发明涉及具有砂模和金属模的铸模的铸造装置，属于铸造技术的技术领域。

背景技术

直到现在，在铸造汽车用发动机的气缸盖或气缸体时，广泛利用低压铸造法。该低压铸造法构成为：使铝合金等的轻金属所组成的金属融液(以下有时简称为“金属液”)加热保持在密封容器内，通过比较低压的非活性气体或空气来对该金属液的表面加压而将金属液压上去，介由导管将该金属液充填到铸模的模腔。

这时，如果充填到模腔的金属液的流速低的话，则在充填过程中金属液被冷却，导致充型性低下而有可能在铸件的表面产生皱纹等缺陷。

为了防止这点，只要提高金属液的供应压力以使充填到模腔的金属液的流速增大即可，但在采用具有砂模的铸模来进行铸造的情况下，在向模腔的充填结束时，因高的供应压力而使金属液渗出到砂模内，产生所谓的金属液的渗入，产生铸件表面的粗糙度劣化的新问题。

因此，尽管可以考虑控制金属液的供应，以使直到充填结束为止维持高的供应压力，而当充填结束时则使供应压力降低，但是如何检测出充填结束就成了问题。

还有，在日本发明专利公开公报第特开平7-60429号(下面称为专利文献1)中，公开有这样的铸造装置：在采用了金属模的铸造装置中，在上模一侧的金属模上安装有充填检测传感器，检测出该传感器与金属液的液面发生了接触，由此检测到充填结束。

不过，在所述专利文献1所公开的铸造装置中，为了进行金属液的充填检测特别设置了传感器，存在着增大成本和零件个数的问题。又，为了安装充填检测传感器，有必要对金属模进行相应的加工，因此金属模的结构变得复杂，而且，在多个金属模共用一个传感器时，每当更换金属模就必须进行传感器的安装拆卸的作业。

发明内容

本发明是鉴于所述事情完成的发明，目的在于提供一种包括铸模的铸造装置，该铸模具有金属模和砂模，该铸造装置是以简单的结构而正确地检测到金属液向模腔充填的装置。

本发明申请的铸造装置包括：铸模，具有砂模和金属模，其中，所述金属模配置在所述砂模的上部并且与该砂模合模后形成模腔，在所述金属模的成型面上形成有具有导电性的涂型层；金属液供应装置，从砂模一侧向所述铸模的模腔供应金属液；充填检测装置，检测所述金属液与所述金属模是否通过该金属液与所述涂型层接触而已电气导通；以及控制装置，基于所述充填检测装置的检测结果控制所述金属液供应装置，所述控制装置是在所述充填检测装置检测出金属液与金属模导通时，使所述金属液供应装置的金属液供应压力降低的装置。

根据上述构成，利用金属液供应装置从砂模一侧供应金属液，使该金属液的液面上升，当金属液接触于在砂模的上部的金属模的成型面上所形成的具有导电性的涂型层时，则金属液与金属模电气导通。接着，通过充填检测装置检测出该金属模与金属液的导通，基于该导通来控制金属液供应装置，因此可以不另外安装传感器就可以控制金属液供应装置。

因此，与现有的采用专用的传感器的装置相比，可以实现零件个数和成本的削减。而且，采用该装置，具有对金属模不必要进行特殊的加工的优点。

根据上述构成，在通过金属液和金属模的导通检测出金属液向模腔的充填之际，金属液的供应压力被降低，因此在充填途中使金属液的流速大来避免途中冷却所产生的上述问题，同时防止在填充结束后金属液向砂模的渗入，可以防止铸件表面的粗糙度的劣化。

又，本发明的铸造装置还可以包括夹紧所述金属模和所述砂模的夹具，该夹具具有与该金属模接触并具导电性的夹具部件，所述充填检测装置介由所述夹具部件检测金属液与金属模之间的导通。

根据上述构成，通过采用具有导电性的构件作为与金属模接触并夹紧的夹具部件，可以将夹具部件作为充填检测装置的一部分，可以实现该检测装置的简单化。又，在金属模更换时，不必要进行传感器的安装拆卸的作业，由此可以提高作业性。

又，在本发明的铸造装置中，涂型层也可以由含有复制性优良的物质和导电性优良的物质至少各一种以上的材料所形成，特别是，该涂型层最好是含有硅藻土和石墨的材料所形成。

根据上述构成，涂型层由含有复制性优良的物质和导电性优良的物质的材料所形成，因此，复制性和导电性被同时确保，在铸造装置中可以实现所述的充填检测功能和脱模性。在此，“复制性优良的物质”是指具有耐热性及绝热性、并且放气性高(多孔性或者粒子间空隙大)的物质，可以列举出诸如硅藻土、滑石等。又，“导电性优良的物质”是指譬如该物质介在于金属液和金属模之间也好，具有可以得到金属液和金属模之间的稳定的电气导通的水平以上的导电度的物质，可以列举出石墨等。特别是，在涂型层由含有复制性优良的硅藻土、和导电性及热传导性优良的石墨的材料所形成的情况下，通过硅藻土可以确保复制性的同时，通过石墨可以确保导电性和热传导性，除了所述的充填检测功能和脱模性，还可实现铸件的金属模接触面的金属组织的致密化。还有，该材料也可以混合硅藻土和石墨来得到，通过混合，该材料变均匀，可以防止在涂型层上的复制性、导电性或热传导性的波动，由此可以稳定铸件的质量。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的铸造装置的系统概要图。

图2是铸造机的放大主视图。

图3是铸件的放大剖视图。

图4是金属液的充填的说明图。

图5是金属液供应压力的控制的时序图。

图6是本发明的别的实施方式的金属模的主视图。

图7是采用了图6的金属模的情况的金属液供应压力的控制的时序图。

图8所示的是各硅藻土与石墨之比下的试验结果的图表。

具体实施方式

下面说明本发明的实施方式。

图1所示的是本实施方式的铸造装置的系统概要图。该铸造装置1，作为主要的构成要素，包括金属液供应单元2、铸造单元3以及控制单元5。

如图1所示，所述金属液供应单元2具有保持炉20和电磁泵装置21。所述保持炉20具有保持加热的泵室20a，在该泵室20a内收纳有金属液M。又，所述电磁泵装置21下部被浸入所述泵室20a的金属液M中，同时在内部设有用于流通金属液M的连通路径21a，该连通路径21a与在铸造单元3侧开口而设置的连接部21c连接。又，在电磁泵装置21的连通路径21a的周围配设有线圈21b，通过向该线圈21b的通电，发生电磁感应，如箭头A所示，将泵室20a的金属液M吸上来。还有，通过调整附加在线圈21b的电压值来控制金属液M的供应压力。

如图2所示，所述铸造单元3具有铸造机30和铸模40。所述铸造机30具有：主体31；被该主体31所支承的底座32；被该底座32所支承的上下夹具部件33、34；以及触角板35。又，在所述底座32上设有上下延伸的导轨32a，上部夹具部件33的卡合部33a可滑动地被支承在该导轨32a上。而且，在所述底座32的下部固设有驱动缸36，该驱动缸36的活塞杆顶端与所述上部夹具部件33连结。又，在上部夹具部件33的与铸模40之间的接触部上，介由绝缘板37配设有导电性的金属板38。

另一方面，如图3所示，所述铸模40具有砂模41和金属模42。金属模42被配置在砂模41的上部并且与该砂模41合模后形成模腔43。在所述砂模41上设有：从所述电磁泵装置21注入金属液M的注入口41a；与该注入口41a连通的冒口部41b；以及从该冒口部41b与模腔43连通的多个浇道41c…41c。又，在所述金属模42的成型面上形成有涂型层44。该涂型层44由使硅藻土和石墨分别以50重量％混合组成的材料所形成。

又，如图1所示，所述控制单元5具有序列发生器51、信号发生器52和触角板放大器53。序列发生器51和被浸入在所述泵室20a的金属液M内的电极54之间介由导线55电气连接，同时所述信号发生器52和所述上部夹具部件33的金属板38之间介由导线56电气连接。又，来自所述触角板35的信号被输入到触角板放大器53，同时来自所述触角板35以及信号发生器52的信号被输入到序列发生器51。然后，序列发生器51将控制信号输出到所述电磁泵装置21。

还有，所述电磁泵装置21相当于本发明的铸造装置的金属液供应装置，所述信号发生器52相当于本发明的铸造装置的充填检测装置，所述序列发生器51相当于本发明的铸造装置的控制装置。又，所述金属板38相当于本发明的铸造装置的夹具部件。

下面说明该铸造装置1的作用。

首先，在砂模41的注入口41a与电磁泵装置21的连通路径21a连通的位置上，铸模40被铸造机30的上下夹具部件33，34夹紧，然后，通过向电磁泵装置21的线圈21b通电发生的电磁感应，泵室20a的金属液M流过连接路径21a、连接部21c、砂模41的注入口41a、冒口部41b、浇道41c从而被供应到模腔43。然后，如图4所示，金属液M被供应到模腔43内之后，在模腔43内的金属液M的液面开始上升，然后，当该金属液M与在金属模42的成型面上所形成的涂型层44接触之时，金属液M与金属模42之间导电。这时，来自信号发生器52作为信号的电压被附加到序列发生器51，基于该信号，序列发生器51控制电磁泵装置21。

再说，在按涂型层44、金属模42、金属板38、导线56、信号发生器52、序列发生器51、导线55、电极54以及金属液M的顺序串联连结所构成的电气回路中，通过金属液M与涂型层44接触，该回路就封闭，这时，由信号发生器52检测出金属液M与金属模42之间的电气导通。

另一方面，在充填初期，如果不对充填的金属液M确保一定程度的流速的话，由于金属液M的冷却导致金属液充型性低下，产生皱纹的发生等。在充填结束后也维持高的供应压力时，可能产生金属液M向砂模41渗入的问题。因此，向模腔43的金属液M的充填优选：在充填初期以高流速即以高的供应压力供应；并且，在充填结束后使供应压力降低。

与此相对，在所述铸造装置1中，在充填初期，通过触角板35观测金属液M向模腔43的充填速度，基于此通过电磁泵装置21来进行金属液供应压力的反馈控制，以使接近理想的充填速度；并且，在检测出金属液M与金属模42之间的导电之后，进行使供应压力降低的控制。

基于所述触角板35的充填速度是通过测定该触角板35和充填在模腔43里的金属液M的与该触角板35相对的面之间的静电容量来观测的。还有，检测出的静电容量通过触角板放大器53换算成电压后，被输入到序列发生器51。

利用图5的时序图来说明该过程。刚充填开始之后，电磁泵装置2的金属液供应压力被控制成急剧地上升，充填过程中被维持在比较高的充填速度。这时，可以进行金属液供应压力的反馈控制以使由触角板35所检测出的实际的充填速度接近预先设定的理想的充填速度的变化。然后，在时刻t1，模腔43内的金属液M与涂型层44接触，信号从信号发生器52被输入到序列发生器51。基于该信号，在时刻t1～t2间进行使金属液供应压力降低的控制，时刻t2后维持已降低的规定的金属液供应压力。这样，在时刻t2后，不完全停止金属液的供应而保持已充填的金属液M，这时的金属液供应压力与充填过程中相比已有下降，因此金属液M向砂模41的渗入就可以防止。

下面，图6所示的是本发明的其他实施方式的金属模。本金属模142在成型面上设有凹凸，沿着该成型面的凹凸形成有涂型层144。在向这样的金属模142所形成的模腔143充填金属液M的情况下，在时刻t3，涂型层144的下端144a首先与金属液M接触而将信号送到序列发生器51。这时，虽然由金属模142的凹凸和金属液表面所形成的空间144b在于金属液M未被充填的状态之下，但是在时刻t3～t4间被维持高的充填速度，因此在该期间结束金属液M向整个模腔143的充填。再说，按照金属模142的形状(即，在时刻t3的模腔内的未充填的体积)和金属液的充填速度，时刻t3～t4间的时间被预先设定。然后，在时刻t4～t5间使金属液供应压力降低，接着，在时刻t5后，以维持该降低后的供应压力来进行控制。

下面，对改变了作为构成涂型层44的材料的硅藻土和石墨的重量比例时的复制性、热传导性、导电性进行了调查，得到了表1所示的结果。其中，复制性是按照铸件表面尺寸来评价。具体地说，铸件表面尺寸和设计尺寸之差为ΔL，在-0.70mm≤ΔL≤0.70mm的时候，复制性为10分；在-0.75mm≤ΔL＜-0.70mm或者0.70mm＜ΔL≤0.75mm的时候，复制性为9分；在-0.80mm≤ΔL＜-0.75mm或者0.75mm＜ΔL≤0.80mm的时候，复制性为8分；同样地，在-0.95mm≤ΔL＜-0.90mm或者0.90mm＜ΔL≤0.95mm的时候，复制性为5分。热传导性是按照在铸件表层的金属凝固组织中的枝晶臂间距(DAS)来评价。具体地说，在DAS≤22μm的时候，热传导性为10分；在22μm＜DAS≤24μm的时候，热传导性为9分；在24μm＜DAS≤26μm的时候，热传导性为8分。导电性是在金属液M和金属模42之间进行导通检查时，按照在保护电阻检测出的电压(检测电压Dv)来评价。具体地说，在Dv＝0V(即，非导通)的时候，导电性为0分；在0V＜Dv＜1.0V的时候，导电性为1分；在1.0V≤Dv＜1.5V的时候，导电性为2分；在1.5V≤Dv＜2.0V的时候，导电性为3分；同样地，在3.5V≤Dv＜4.0V的时候，导电性为7分；在4.0V≤Dv＜4.5V的时候，导电性为8分；在4.5V≤Dv＜5.0V的时候，导电性为9分；在5.0V≤Dv的时候，导电性为10分。在导电性为7分的情况下，导通就不稳定。以0～10点表示各评价结果，分别将8分以上评价为合格。又，实验采用的硅藻土的平均粒径为15～20μm，石墨的平均粒径为约5μm。

表1

硅藻土与石墨之比	10∶0	7∶3	5∶5	3∶7	0∶10
硅藻土与石墨之比	10∶0	7∶3	5∶5	3∶7	0∶10	复制性(分数)	10	10	10	8	5
热传导性(分数)	8	9	10	10	10	复制性(分数)	10	10	10	8	5
热传导性(分数)	8	9	10	10	10	导电性(分数)	0	7	10	10	10

由此，复制性，在石墨比例为一半以上时，随着石墨比例的增加而分数减少；热传导性随着石墨的增加而分数上升；导电性，在硅藻土100％之时其为0，但随着石墨比例的增加而分数上升。再说，硅藻土与石墨的重量之比为5∶5时，复制性、热传导性以及导电性都获得最良好的结果。而且，将该实验结果在图8所示的图表上作图表示的话，可以看出复制性、热传导性以及导电性同时在8分以上的硅藻土与石墨的重量之比是在6∶4～3∶7的范围，在该范围内的话，可以作为涂型层44良好地使用。

如上所述，通过电磁泵装置21从砂模41一侧供应金属液M，该金属液M的液面上升，在金属液M与在砂模41的上部的金属模42的成型面上所形成的具有导电性的涂型层44接触的时候，金属液M和金属模42之间导电。而且，检测出该金属液M和金属模42之间的导通，基于该导通而进行电磁泵装置21的控制，因此不安装别的传感器也可以控制电磁泵装置21。

故此，与现有的采用专用的传感器的装置相比可以实现零件个数以及成本的削减。而且，采用该装置1，具有不必要对金属模42侧进行特别的加工的优点。

又，通过金属液M与金属模42之间的导通，在检测出金属液M向模腔43充填之际降低金属M的供应压力，因此可以在充填途中使金属液M的流速增大，从而避免在中途冷却而产生问题，同时可防止充填结束后的金属液M向砂模42的渗入，防止铸件表面的粗糙度的劣化。

另一方面，由于通过在铸造机30的与金属模42接触并夹紧的部分采用了具有导电性的金属板38，因此将该金属板38可利用于充填检测，并可以实现充填检测用的机构的简单化。又，根据该构成，在更换金属模时，不需要进行传感器的安装拆卸作业，可提高作业性。

又，涂型层44由使复制性优良的硅藻土、导电性和热传导性优良的石墨混合组成的材料所形成，因此，通过硅藻土确保复制性的同时，通过石墨确保导电性和热传导性，除了实现所述的充填检测功能和脱模性，还可实现铸件的金属模42的接触面的金属组织的致密性。

产业上的利用可能性

本发明目的在于提供包括铸模的铸造装置，并且该铸模具有金属模和砂模，以简单的结构正确地检测出金属液向模腔的充填。本发明涉及具有砂模和金属模的铸模的铸造装置，广泛适用于铸造技术的技术领域。

Claims

1.一种铸造装置，其特征在于包括：

铸模，具有砂模和金属模，其中，

所述金属模配置在所述砂模的上部并且与该砂模合模后形成模腔，

在所述金属模的成型面上形成有具有导电性的涂型层；

金属液供应装置，从砂模一侧向所述铸模的模腔供应金属液；

充填检测装置，检测所述金属液与所述金属模是否通过该金属液与所述涂型层接触而已电气导通；以及

控制装置，基于所述充填检测装置的检测结果控制所述金属液供应装置，

所述控制装置在所述充填检测装置检测出金属液与金属模导通时，使所述金属液供应装置的金属液供应压力降低。

2.如权利要求1所述的铸造装置，其特征在于，

还包括夹紧所述金属模和所述砂模的夹具，该夹具具有与该金属模接触并具导电性的夹具部件，

所述充填检测装置介由所述夹具部件检测金属液与金属模之间的导通。

3.如权利要求1所述的铸造装置，其特征在于，

所述涂型层由含有复制性优良的物质和导电性优良的物质的材料所形成。