JP2002144001A - ホットチャンバ加圧鋳造機械を駆動する方法とそのためのホットチャンバ加圧鋳造機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホットチャンバ加圧鋳造方法では最終圧力が
より低いにもかかわらず、コールドチャンバ方法で形成
された加圧鋳造部品と同じ特性を有する加圧鋳造部品が
形成できるようにする。 【解決手段】 ホットチャンバ加圧鋳造機械を駆動する
方法において、型の充填後に登り孔とオリフィスと型の
間の結合部の、少なくとも最も狭い断面において圧力振
動が発生され、それが溶湯の急速な凝固を阻止する。こ
のようにして、従来のホットチャンバ加圧鋳造方法に比
べて、型内の溶湯に作用する追加圧力を高くし、それに
よってより高い品質の鋳造部品を得ることが可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホットチャンバ加
圧鋳造機械を駆動する方法に関するものであって、同方
法においては金属溶湯が鋳込み容器から登り孔、オリフ
ィスおよび結合部を介して型内へ圧入される。本発明
は、この方法を実施することのできるホットチャンバ加
圧鋳造機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】ホットチャンバ方法においては、液状の
金属は鋳込み容器と鋳込みピストンを介して型内へ給送
される。その場合に鋳込み容器と鋳込みピストンは、常
に金属浴液内にある。ピストン運動の間およびピストン
運動の最後においても、それぞれ金属溶湯温度に従って
ピストンリングと鋳込み容器孔との間で損失が発生す
る。従ってホットチャンバ方法においては、約４２０℃
の金属浴液温度を有する、亜鉛を鋳造する場合に、充填
プロセスの最後に約３００バールの金属圧力を発生させ
ることができる。約６５０℃の金属浴液温度を有するマ
グネシウムを加圧鋳造する場合には、同様に充填プロセ
スの最後において約２５０バールの金属圧力しか達成す
ることができない。

【０００３】また、コールドチャンバ加圧鋳造方法（Ｄ
Ｅ２９２２９１４Ｃ２）も存在し、同方法においては型
充填段階は、ホットチャンバ加圧鋳造方法におけるのと
同様に遂行される。鋳込み容器と鋳込みピストンが液状
の溶湯内に配置されない、コールドチャンバ方法におい
ては、４００バールから７００バールの大きさのより高
い最終圧力を発生させることが可能である。これは、コ
ールドチャンバ方法においては金属圧力が高いために、
より高い密度を有する部品を形成することができること
を意味している。これはまた、加圧鋳造部品の空隙率が
少なく、剛性と伸び率がより高く、かつ表面密度がより
高いことを意味している。

【０００４】ホットチャンバ加圧鋳造方法においては、
型の充填プロセスは、約７ｍｓから２０ｍｓ続く。充填
プロセスの最後には、すでに説明したように、最大の鋳
込み圧力が構築される。この鋳込み圧力は、結合部を介
してすでに型中空室内にある金属に作用する。結合部の
厚みは部品の材圧と表面品質および後処理に依存してお
り、かつ結合部の最も薄い材料厚みはゲートの厚みであ
るので、金属溶湯はまずこの個所で凝固する。それによ
って結合部は型中空室から隔離され、鋳込みピストンか
らもたらされる後期圧力はもはや、あるいはもはや完全
には、作用しない。説明するために指摘しておくが、ゲ
ートの最も薄い材厚はたとえば亜鉛部品の場合には０．
３ｍｍから０．６ｍｍであり、マグネシウム部品の場合
には０．４ｍｍから０．８ｍｍである。この領域で発生
する冷却によって、材料はこの個所において比較的急速
に凝固する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で挙げた種類の方法において、ホットチャンバ加圧鋳造
方法では最終圧力がより低いにもかかわらず、コールド
チャンバ方法で形成された加圧鋳造部品と同じ特性を有
する加圧鋳造部品が形成できるようにすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、冒頭で挙げた種類の方法において、型充填プロセス
の最後に、少なくとも結合部の最も狭い断面において圧
力振動が発生され、それが溶湯の急速な凝固を阻止する
ことが、提案される。圧力を変化させることによって、
金属溶湯内で運動が得られ、それによって上述した、薄
い材圧を有するゲート断面は余り急速に凝固せず、従っ
て「凍結」しない。このようにして圧力が型内へ長く作
用し、それに伴って溶湯の体積に基づく収縮にも拮抗作
用することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の望ましい形態において
は、タイミング素子を介して圧力は所定の期間後に増大
され、その場合に脈動が維持されるので、溶湯がいわゆ
る準固体状態に達した場合に、最高の圧縮が発生する。
この段階においては、加圧鋳造部品の外側輪郭にもはや
バリは形成されない。比較的高い周波数で導入すること
のできる振動によって、圧力は型内にある金属へ完全に
伝達される。このようにして、充填された型へのある種
のハンマーが生じ、それが材料の最終圧縮をもたらす。

【０００８】本発明の望ましい形態においては、その場
合に電動駆動装置を介して移動される鋳込みピストンが
存在する、方法において、脈動する圧力は駆動装置に振
動が重畳されることによって発生される。この振動は、
本発明の望ましい形態においては、約３００Ｈｚであっ
て、鋳込みピストン速度が予め定められたように減速さ
れた場合に導入される。鋳込みピストン速度は、公知の
ように距離に従って求められるので、脈動する圧力を必
要とする時点を求めるのに問題はない。

【０００９】本発明の望ましい形態においては、圧力を
最大の鋳込み圧力に対して脈動しつつ低下または増大さ
せることができ、その場合にすでに示唆したように、圧
力は最終段階において、溶湯の完全な凝固が生じる前
に、第１の短い期間の間低下され、第２の期間の間増大
される。

【００１０】本発明はまた、それによって新しい方法を
実施することのできる、ホットチャンバ加圧鋳造機械に
関する。このホットチャンバ加圧鋳造機械は、鋳込みピ
ストン駆動装置とそれを制御する制御装置とを有してお
り、その場合に鋳込みピストン駆動装置には、充填プロ
セスの最終段階において接続可能な脈動装置が付設され
ており、その脈動装置の振動が鋳込みピストンの駆動軸
に作用する。鋳込みピストン駆動装置が電動駆動される
鋳込みピストンを有する場合には、脈動装置は電気的な
サーボ駆動装置とそれに作用する制御装置とからなり、
その場合にこの制御装置は、適切に設計されたソフトウ
ェアによって駆動される電子的な計算機とすることがで
きる。サーボ駆動装置自体は、低い振動モーメントを有
するブラシレス電動機とすることができる。この種の駆
動装置は、慣性力が鋳込みピストンに作用するのをほぼ
防止するが、その慣性力は公知のように駆動モータと鋳
込みピストンとの間に弾性的な部材を介在させることに
よって、あるいはサーボ駆動装置を制御して制限するこ
とによっても緩和させることができる。

【００１１】

【実施例】本発明を、実施例を用いて添付図面を参照
し、以下で説明する。

【００１２】図１は、金属溶湯を加工するホットチャン
バ加圧鋳造機械の圧入ユニットを示しており、そのホッ
トチャンバ加圧鋳造機械にはその他知られているよう
に、溶湯浴液内に配置された鋳込み容器、その中で圧入
ユニットを介して移動可能な鋳込みピストンおよび登り
孔とその端部に配置されたオリフィスが設けられてい
る。鋳込みプロセスにおいては、同様に公知の方法で、
金属溶湯がオリフィスから結合部を介して型へ案内され
る。

【００１３】図１に示す圧入ユニットにおいては、電動
機１、たとえば非同期モータまたは、詳しく図示されて
いないトランスミッションおよび結合部分２を有するサ
ーボモータの他の変形例が設けられており、その電動機
はねじスピンドル３を駆動して回転運動させる。ねじス
ピンドル３は、保護ハウジング５内でシールされて案内
されている。そのねじスピンドル上で、スピンドル３の
ねじと協働するナット４が案内されており、そのナット
の案内カム６がハウジング５の内部の溝７へ嵌入して、
それによってナットはハウジング５内で回動しないよう
に案内されている。ナット４は、スピンドル３の自由端
部を把持する延長部８を介してスライドロッド９と結合
されており、そのスライドロッドはハウジング５からシ
ールされて導出されており、かつより小さい直径を備え
た突出部１０を有している。突出部１０上で第１のディ
スク１１が移動可能に案内されており、そのディスクは
圧力センサ１２に添接しており、その圧力センサはたと
えば圧電素子の形式で形成することができる。この圧力
センサ１２は、信号導線１３を介してマルチパラメータ
制御器２０と接続されており、そのマルチパラメータ制
御器を介してモータ１はその回転数を制御される。

【００１４】突出部１０上にはさらに、終端ディスク１
５を備えたジャケット１４が摺動可能に軸承されてお
り、その場合に終端ディスク１５と、圧力センサ１２に
添接しているディスク１１との間には、プラスチックリ
ング１６の形状のばね部材が配置されており、そのばね
部材も同様に突出部１０によって貫通されている。ジャ
ケット１４の、ディスク１５とは反対側の端部には、図
示されていない鋳込みピストンと接続するための接続端
部１７が設けられており、その場合に突出部１０の自由
端部には、より大きい直径の段部１８が設けられてお
り、その段部はジャケットを突出部１０に保持し、かつ
プラスチックリング１６を所定に付勢するためにも用い
ることができる。この段部１８は、ジャケット１４の内
側の終端面１９から距離区間ａだけ離れている。この圧
入ユニットは、金属溶湯を公知の方法でホットチャンバ
加圧鋳造機械のるつぼから型へ圧入使用とする場合に、
駆動される。その場合に電気駆動装置１は、マルチパラ
メータ制御器２によってスピンドル３を回転させるよう
に励磁され、それによってナット４は図示の位置からス
ピンドル３に沿って下方へ移動し、その場合にスライド
ロッド９を同様に下方へ、特に鋳込み型の充填プロセス
に必要な速度で、押圧する。

【００１５】型が充填された場合には、スピンドル３の
回転駆動装置を速度制御からトルク制御へ切り換えなけ
ればならない。その場合に鋳込みピストンが駆動装置の
質量に基づく慣性によってさらに、型内にある非圧縮性
の溶湯を押圧して、それによって駆動機構内に、損傷を
もたらす恐れのある望ましくない圧力ピークが発生する
ことを防止するために、ばね部材１６が設けられてお
り、そのばね部材が圧縮されて、そうでない場合に鋳込
みピストンがさらに移動したはずの距離を吸収する。

【００１６】その場合に配置は、駆動装置がさらに移動
する距離が、寸法ａよりも小さいように考慮される。従
ってばね部材１６は、ａよりもわずかに小さい距離だけ
圧縮されて、付勢される。その場合に配置は、ばね部材
１６によってジャケット１４と鋳込みピストンへもたら
される反応力が十分に大きく、それによって溶湯内にた
とえば７から８トン（７０から８０キロＮ）の力に基づ
く必要な後期圧力がもたらされるように、設計すること
ができる。

【００１７】図２は、電動機１の回転数とトルクを制御
するために、制御器２０に鋳込みピストンのための目標
位置２１が設けられ、その目標位置が、駆動装置の出力
において取り出される実際位置２２と比較されること
を、示している。制御器２０にはさらに、目標速度と目
標トルクが供給される。それからもたらされる目標回転
数２４が詳しく図示されていない、モータ１のためのデ
ジタルまたはアナログの回転数およびトルク制御へ供給
されて、実際回転数２５と実際トルクがその後、公知の
ようにして、３つの公知の型充填段階において、溶融材
料の供給（充填プロセス）をもたらす。その位置におい
て型が充填されている、実際位置（２２）が達成される
と、上述したようにトルク制御へ切り換えられて、ここ
では鋳込みピストン速度が予め定められた減速値に達し
た時点で、トルクに振動が重畳される。

【００１８】図３は、この圧入プロセスが詳細にはどの
ように行われるかを示している。その場合に図３におい
ては、ｘ座標上に型充填時間が記載され、ｙ座標上には
ピストン速度Ｖと前進する鋳込みピストンによって溶湯
内に発生される圧力Ｐが記載されている。図３は、線分
２６によって特徴づけられる第１の時間部分において、
充填段階がまず３つの−あるいはそれより多くの−異な
る速度で行われ、その場合にその後線分２６と線分２７
によって示唆される時点の間で、ピストンおよび充填速
度の著しい上昇が行われることを示している。線分２７
の時点からは、時間ｔＦにわたって型の充填プロセスが
行われる。従ってこの充填プロセスは、高い速度で行わ
れ、その場合に圧力Ｐも、型が充填された場合にその最
終上昇の直前で、ピストン速度Ｖが再びゼロへと減少す
る時に、再度最終圧力へ上昇するために、強制的にそれ
に応じて上昇する。

【００１９】図３は、ピストンおよび充填速度の、（秒
当たり約１．２ｍの値から下降する）秒当たり０．１ｍ
の、予め定められた所定の減速値Ｖ_Zに達した場合に、
圧入ユニット（図１）によってもたらされる圧力に、第
１の期間ｔ１の間振動が、値ΔＰを中心に脈動する圧力
が発生するように重畳され、その最大値はまず達成され
た最終圧力となる。それに対して第２の時間部分ｔ２に
おいては、圧力は元の最終圧力に対して値ΔＰだけ増大
されるが、その場合に作動された振動にさらされ続け
る。

【００２０】この手段によって、冒頭ですでに説明した
ように、型が充填された場合に型中空室とホットチャン
バ加圧鋳造機械のオリフィスとの間の結合部内に、そし
てまた溶湯によって占められている全空間内にも、時間
部分ｔ１とｔ２の間圧力変動が発生する。それによっ
て、ゲート内に生じる、結合部の最も狭い断面内でも、
この時点で脈動する圧力が発生し、その圧力が、ここで
溶湯が早期に凝固して、従って型中空室への接続が遮断
されることを防止する。従って期間ｔ２の間に行われる
圧力上昇は、さらに型中空室全体とそこにある溶湯にも
作用することができる。この時点で、溶湯はいわゆる準
固体状態にあって、本発明によれば、ここで最高の圧縮
を達成することが可能となる。この段階において、型内
の加圧鋳造部品の外側輪郭にバリはもはや形成されな
い。値ΔＰを中心とする振動によって、鋳込みピストン
から溶湯へもたらされる圧力は、型内にある金属にある
種のハンマー作用を伝達し、その金属はそれによって、
そうでない場合にホットチャンバ加圧鋳造方法において
通常圧縮されるよりも多く圧縮されることが可能であ
る。新しい方法によって、その密度、剛性および空隙率
が、そうでない場合にはコールドチャンバ加圧鋳造方法
においてのみ形成可能であったものに相当する、加圧鋳
造部品が得られることが、明らかにされた。

【００２１】本発明に基づく方法を、圧入ユニットが電
気的なサーボモータを介して駆動される、実施例を用い
て説明する。この種のサーボ制御される機械において
は、充填プロセスの最後に制動点を設定することができ
る。それによって、−冒頭で述べたように−制動されな
い充填プロセスの最後に発生した、圧力ピークの発生を
防止することができる。従って充填速度は型充填の終了
前に低下されるので、この手段によってバリのない部品
を生産することができる。従って予め定められた減速が
存在する、この制動点を、圧力振動の開始点として設け
ることができる。

【００２２】しかしまた容易に考えられるように、液圧
を供給される鋳込みピストンを備えたホットチャンバ加
圧鋳造機械において、型の充填後に液圧装置を適当な圧
力変動の下におくことができるので、この種の装置によ
っても本発明を実現することができる。そしてまた、別
体の装置を介して、型の充填後の決定的な段階において
結合部内およびゲート内で振動を発生させ、それによっ
て結合部内での溶湯のいわゆる「凍結」を防止すること
も、考えられる。その場合いは、鋳込みピストンを介し
ての脈動する圧力供給は、不要である。

【００２３】電動駆動される鋳込みピストンを備えた圧
入ユニットにおいて新しい鋳込み方法を図示のように使
用することは、もちろん、極めて簡単に実現される。と
いうのは、電子的な計算機を介して制御するための適切
なソフトウェアを提供し、その計算機が図３を用いて説
明した時点でトルク制御へ切り換える際に所望の振動を
導入すれば十分だからである。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、ホットチャンバ加圧鋳
造方法では最終圧力がより低いにもかかわらず、コール
ドチャンバ方法で形成された加圧鋳造部品と同じ特性を
有する加圧鋳造部品が形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、電動機と振動を発生させる制御装置と
を備えた鋳込みピストン駆動装置の概略図である。

【図２】図２は、制御装置の一部を概略的に示すブロッ
ク回路図である。

【図３】図３は、本発明に基づく方法による圧入プロセ
スの圧力および体積推移を示すグラフである。

【符号の説明】

１…電動機（モータ） ２…結合部分 ３…ねじスピンドル ４…ナット ５…保護ハウジング ６…案内カム ７…溝 ８…延長部 ９…スライドロッド １０…突出部 １１…第１のディスク １２…圧力センサ １３…信号導線 １４…ジャケット １５…終端ディスク １６…プラスチックリング １７…接続端部 １８…段部 １９…終端面 ２０…マルチパラメータ制御器 ２１…目標位置 ２２…実際位置 ２４…目標回転数 ２５…実際回転数 ２６…線分 ２７…線分

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホットチャンバ加圧鋳造機械を駆動する
   方法であって、その場合に金属溶湯が鋳込み容器から登
   り孔、オリフィスおよび結合部を介して型内へ圧入され
   る、前記方法において、 型充填プロセスの最後に、少なくとも結合部の最も狭い
   断面において、溶湯が急速に凝固するのを阻止する圧力
   振動が発生されることを特徴とするホットチャンバ加圧
   鋳造機械を駆動する方法。
2. 【請求項２】 鋳込みピストンが圧入プロセスの間に適
   切な型充填段階へ移動し、かつ充填プロセスの最後にお
   いて最大の鋳込み圧力を供給され、かつ鋳込みピストン
   は、充填プロセスの最後に、脈動する圧力（ΔＰ）を供
   給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 電動駆動装置（１）を介して駆動される
   鋳込みピストンを有し、かつ脈動する圧力は、駆動装置
   に振動が重畳されることによって発生されることを特徴
   とする請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 約３００Ｈｚを有する振動が行われ、鋳
   込みピストン速度の予め設定された減速（Ｖ_Z）が導入
   されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】 圧力（Ｐ）が、最大の鋳込み圧力（Ｐｍ
   ａｘ）に対して脈動しつつ低下または増大されることを
   特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 【請求項６】 圧力（Ｐ）は最終段階において、溶湯の
   完全な凝固が生じる前に、第１の短い期間（ｔ１）の間
   低下され、かつ第２の期間（ｔ２）の間増大されること
   を特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 【請求項７】 請求項１から６のいずれか１項に記載の
   方法を実施するためのホットチャンバ加圧鋳造機械にお
   いて、 鋳込みピストン駆動装置とそれを制御する制御装置とを
   有し、かつ鋳込みピストン駆動装置（１）に、充填プロ
   セスの最終段階（ｔＦ）において接続可能な脈動装置が
   付設されており、前記脈動装置の振動が鋳込みピストン
   の駆動軸（１０）へ作用することを特徴とするホットチ
   ャンバ加圧鋳造機械。
8. 【請求項８】 電動駆動される鋳込みピストンを有し、
   かつ脈動装置が、電気的なサーボ駆動装置（１）とそれ
   に作用する制御装置（２０）とからなることを特徴とす
   る請求項７に記載のホットチャンバ加圧鋳造機械。
9. 【請求項９】 制御装置（２０）は、然るべく設計され
   たソフトウェアによって駆動される、マルチパラメータ
   制御器（２０）の形状の電子的な計算機であることを特
   徴とする請求項８に記載のホットチャンバ加圧鋳造機
   械。
10. 【請求項１０】 サーボ駆動装置（１）は、低い振動モ
    ーメントを有するブラシレス電動機であることを特徴と
    する請求項８に記載のホットチャンバ加圧鋳造機械。