JP2004058122A

JP2004058122A - 真空ダイカスト装置

Info

Publication number: JP2004058122A
Application number: JP2002222917A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Kaneuchi; 金内　良夫; Minoru Kanai; 金井　稔
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】金型内で真空排気し、その吸引力を利用して溶湯を射出スリーブに注湯する高真空ダイカストでは溶湯の吸引量を制御することが品質の安定性、歩留まり改善に多大な影響を与える。溶解金属の優れた金属供給量の精度を得るのは極めて困難であり、これを改善する。
【解決手段】金型内を真空排気するための真空手段と、前記真空手段により保持炉内の溶湯が給湯管を介して横型の射出スリーブに給湯される構造である溶湯射出装置と、前記保持炉に溶湯を補給するための補給炉を有し、前記保持炉の溶湯湯面のバラツキが３０ｍｍ以下となるように補給炉から溶湯を補給する湯面制御手段を具備することを特徴とする
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空ダイカスト装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常のダイカスト法は、保持炉内の溶湯を、ラドルなどで射出スリーブに給湯し、プランジャチップを作動させて狭いゲートを通らせ、金型のキャビティに射出する鋳造法である。このダイカスト法は、寸法精度の高い鋳物が得られ、サイクルタイムも短いことから、アルミニウム合金鋳物などの製造に広く適用されている。一方、ダイカスト法は、溶湯を高速で射出するので、空気や酸化膜を巻き込みやすい。そこで、近年では、キャビティを含めた全てを真空雰囲気に保って給湯する真空ダイカスト法が開発、実用化されている。
【０００３】
従来の真空ダイカスト装置としては、例えば、図５に示す特開２００１−７９６５４号公報のものがある。図６の真空ダイカスト装置は、固定型１５３に固定プラテン１５１を介して固定されて、金型のキャビティ１５８と連通する射出スリーブ１４１と、溶湯Ｍを収容して昇降可能な保持炉１１１と、一端が吊り具（図示せず）を介して射出スリーブ１４１に着脱自在に連結されかつ他端が保持炉１１１内の溶湯Ｍに没入されて、横型の射出スリーブ１４１内の真空排気により溶湯Ｍを射出スリーブ１４１に吸い上げる給湯管１２１とを備えている。また、給湯管１２１の流入側にはオリフィス１３２が設けられている。そして、オリフィス１３２により、射出スリーブ１４１内への給湯量に応じた最適吸引速度とし、ガスの巻き込みを無くそうとしている。また、この特開２００１−７９６５４号公報では、射出スリーブ１４１への溶湯Ｍの給湯を精度良く行うために、センサ１１４により保持炉１１１中の溶湯Ｍを実測し、この実測値を目標値を計算機１１７で比較して、真空排気装置及び／又は真空弁を制御している。なお、図３で、１１５は温度センサ、１１６は重量計、１４２はプランジャチップ、１５４は可動プラテン、１５７は可動型、１６６は真空系としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
金型内で真空排気し、その吸引力を利用して溶湯を射出スリーブに注湯する高真空ダイカストでは溶湯の吸引量を一定になるよう制御することが品質の安定性、歩留まり改善に多大な影響を与える。特に金型内で真空排気し、その吸引力を利用して溶湯を射出スリーブに注湯する高真空ダイカストでは影響が大きい。前記特許にも記載されているように、溶解金属の優れた金属供給量の精度を得るのは極めて困難である。特開２００１−７９６５４号公報では、溶湯炉の湯面と真空排気装置とを連動させることで前記問題点を改善しているが、それでも溶湯量を一定量となるよう制御して保持炉から射出スリーブに注湯するのは困難であり、この点で改良の余地があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決すべく、溶湯炉の湯面の位置に対して真空排気装置の制御を行うのではなく、真空排気装置の作動を各サイクルで変動させずに定常状態にした方が射出スリーブへの給湯量を一定にすることができ、このような特別の高真空ダイカスト装置として適していることをランニング作業上の結果から確認したものである。
【０００６】
つまり、本発明は、金型内を真空排気するための真空手段と、前記真空手段により保持炉内の溶湯が給湯管を介して横型の射出スリーブに給湯される構造である溶湯射出装置と、前記保持炉に溶湯を補給するための補給炉を有し、前記保持炉の溶湯湯面のバラツキが３０ｍｍ以下となるように補給炉から溶湯を補給する湯面制御手段を具備することを特徴とする。
【０００７】
真空ダイカストにおける不具合の要因は様々である。例えば不具合が出た場合、ランニングの作業の中で改善するにはなるべく不具合の発生原因を少なくし、原因の究明をすみやかにする必要が有る。しかしながら、前記のように真空手段自体のエア排気力を保持炉の湯面レベルによって逐次変えると、金型の密閉度等の問題から不具合が発生しているのか、真空手段と湯面との制御が動作不一致を起しているのかなどの原因の特定が非常に困難である。原因の究明が即座にできるようでないとランニング作業における不具合復旧が迅速に行えない。また、製品品質に大きく影響を及ぼす。キャビティ真空度を生み出す原動力である真空手段はどのサイクルでも常時一定にすることが好ましい。これらの真空手段を定常化することを前提に品質の安定化、不具合発生の抑制を計るには、保持炉の湯面を常に一定に保つことが最重要なテーマであることを実際のランニング作業から確認し、上記本発明に至った。
【０００８】
一般にダイカストは保持炉の湯面変動による、鋳造機への溶湯供給量のばらつきが大きい。供給量の変動が大きいと、製品の品質も大きくばらつく。高真空ダイカストの中でもキャビティ中の真空排気を用いて保持炉の溶湯を射出スリーブに注湯でき、しかも高精度射出コントローラを持つマシンでは、この供給量変動を押さえることにより、品質のばらつきを格別に押さえることができる。
また、湯面変動を繰り返すと、保持炉側面や給湯管部に酸化物が多く生成され、品質を阻害する要因となるため、これを最小限にすることができる。供給システムは補給炉と保持炉とを樋などで結合する構造とすれば、保持炉への溶湯供給を、取り鍋補給に比較して静かに行うことができる。これにより、溶湯内のガス増加、酸化物の生成を防止できる。
また、前記真空手段はキャビティ内圧力を１０ｋＰａ以下とすることが可能なものであることが好ましい。１０ｋＰａ以上であるとキャビティ中の真空度が低下し、鋳造品質に影響を与えるだけでなく、保持炉内の溶湯を給湯管を介して射出スリーブに給湯するのに必要以上の時間がかかり、サイクルが長くなったり、スリーブ中溶湯の湯面低下が著しくなる。
【０００９】
例えば図３に示すように、前記給湯管には着脱可能なオリフィスを設け、前記の真空手段による真空度に対して適宜径の異なるものを使用し、溶湯の射出スリーブへの給湯量を定量化することができる。このオリフィスは加熱保持可能なマウスピースの内部に設け、給湯前の溶湯の湯面がマウスピース内にある状態とすることが好ましい。これにより、給湯前の溶湯の温度低下を防止でき、また真空排気後、保持炉に戻る溶湯の温度低下が少なくなる。また凝固片が無くなることで給湯管の口径の変化が少なくなり、最適吸引速度が連続して確保される。
【００１０】
また図３のように給湯管が略くの字形状のものであれば、保持炉側の給湯管は保持炉に向かって１〜１０°傾斜して保持炉と連結されていることが好ましい。給湯管が、保持炉側に向け１°以上傾斜して保持炉と連結することで、ダイカスト作業を終了後、射出スリーブ内の溶湯が殆ど保持炉に戻され、給湯管には残存しなくなる。そして、給湯管、マウスピース、オリフィスなどへの溶湯の凝固片を少なくして、次回のダイカスト作業でも容易に最適吸引速度とすることが可能となる。一方、給湯管が、保持炉側に向け１０°を超え傾斜して保持炉と連結されると、溶湯の上下移動の落差が多くなって、ハートスポットの発生、酸化物の巻き込みや、ガス欠陥などが発生するおそれがある。また、給湯管の着脱や保守作業は、保持炉内の溶湯の湯面高さを保持炉との連結部以下にすることで行うことができる。
【００１１】
本発明の真空ダイカスト装置では、保持炉の溶湯の湯面がバラツキを３０ｍｍ以下、さらに好ましくは１５ｍｍ以下として保持することが好ましい。これにより、射出スリーブへの給湯量の安定化を図ることができる。
【００１２】
マウスピースは溶湯の乱流防止効果をもつ。例えばマウスピースにＬ形、Ｓ形、Ｚ形などの曲回した溶湯の乱流防止部を設けることで、溶湯の乱流を和らげ射出スリーブ内に給湯することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、実施の形態での真空ダイカスト装置の全体図であり、９は溶湯５ａの給湯炉、１０は射出スリーブ（図示せず）に隣接し昇降機構を具備する保持炉、３は溶湯５ａを給湯炉から保持炉へ給湯するための樋である。５０は保持炉や射出スリーブと連通するキャビティを有する金型である。また、給湯炉１０には給湯炉内の溶湯５ａの湯面を検知するための検知手段７と溶湯５ａを樋３に流すためのポンプ６を備えている。
【００１４】
先ず、図１により全体の構成を示すと共に、溶湯の流れを説明する。給湯炉１０には溶解炉（図示せず）が隣接し、ダイカスト合金（ＪＩＳ規格：ＡＤＣ１２材相当）が溶解され、溶湯が給湯炉９に貯められる。給湯炉９は保温手段が設けられ、かつ湯面を管理するためのセンサ７が備えられている。また、給湯炉９には樋３へ溶湯を流すためのポンプ６が備えられ、一度の始動で所定量を吸上げるように設定されている。ポンプ６の横には樋３が備えられ、下単部を保持炉の注湯口に固定されている。そのさらに下部には保持炉１０が備えられている。保持炉１０に給湯された溶湯は鋳造サイクル毎に所定量が減少していく。また、図示されていないが保持炉には湯面レベルセンサが設けられ、上限と下限が決められている。上限と下限の差は１５ｍｍであり、センサが湯面が下限に近づくのを感知すると給湯炉のポンプに備えられたコンピューターに指令を出し、所定回数ポンプが作動し、保持炉の湯面が上限に近付くまで溶湯を保持炉に給湯する。また、センサには最上限も決められ、センサとポンプの連動に不備があって湯面が最上限にまで来た場合などには、ダイカスト鋳造装置全体が停止するように安全面で配慮されている。
【００１５】
次に図３により溶湯５ｂの保持炉１０、給湯部２０、流量制御部３０、及び射出部４０について説明する。
溶湯５ｂの保持炉１０は、溶湯５ｂをガスで加熱保持する保持部１１と、この保持部１１内で上下する鋳鉄にコーティングを施した耐火製のフロート１３と、このフロート１３の上部に備えられた棒と保持部に固定されたセンサ部により構成される湯面センサ１４と、給湯装置２０への保持炉１１に形成した接続口１１ａなどからなる。
【００１６】
溶湯５ｂの給湯部２０は、保持部１１の接続口１１ａに一端を連結し、他端を後述する流量制御部３０にパッキン２４を介し接続する、セラミック製で内面にＢ−Ｎコーティングで施して溶湯との反応を防止した内径３０ｍｍの給湯管２１と、この給湯管２１を包囲するヒーター２２と、給湯管２１の温度を検出する熱電対２３などからなる。そして、給湯管２１は、５°保持炉１１側に傾斜（θ）させている。また、ヒーター２２と熱電対２３とにより、給湯管２１を溶湯５ｂの温度近くに保持している。
【００１７】
溶湯５ｂの流量制御部３０は、一端を給湯管２１に接続し、他端をパッキン３３を介して射出スリーブ４１の下端での内径２０ｍｍの開口部４１ｂと接続している、有効内径５０ｍｍでセラミック製のマウスピース３１と、このマウスピース３１の流入側には着脱可能なオリフィス３２とを有する。このオリフィス３２は、その一部に小孔３２ａを形成し、給湯量に応じて複数作製している。そして、オリフィス３２の小孔３２ａの口径を変えることで、射出スリーブ４１への溶湯の給湯量に応じて最適吸引速度となるよう調整している。また、マウスピース３１でのオリフィス３２の出口には略Ｌ形に曲回した乱流防止部３１ａを設けている。また、マウスピース３１は断熱材３５で覆うと共に、ヒーター３６と熱電対３７とにより、マウスピース３１を溶湯５ｂの温度近くに保持している。また、溶湯５ｂの落差Ｈが射出スリーブ４１の底面４１ａから１００ｍｍ以内で、マウスピース３１内の溶湯５ｂの温度が一定に保持されてないと、溶湯５ｂを真空排気し、後述するプランジャチップ４２が動作しないようにしている。
【００１８】
溶湯の射出部４０は、内径７０ｍｍの射出スリーブ４１と、この射出スリーブ４１に嵌合させた、プランジャチップ４２とを有する。
【００１９】
次に図４により、金型部５０、真空制御部６０について説明する。金型部５０は、固定プラテン５１に入れ子５２と共に取り付けた固定型５３と、可動プラテン５４に押し出しベース５５を介して入れ子５６と共に取り付けた可動型５７とからなり、入れ子５２、５６でキャビティ５８を形成し、このキャビティ５８はゲート５９を挟んで射出スリーブ４１と連通している。
【００２０】
真空制御部６０は、真空ポンプ６１と、この真空ポンプでの真空圧を貯留する真空槽６２と、真空槽６２から、（電磁弁、マノメータ、フィルター）のセット６４、シャットオフバルブ６３を介してキャビティ５８に接続する配管系を有する。そして、シャットオフバルブ６３を開いて、キャビティ５８から射出スリーブ４１内までの雰囲気を真空とし、図２（ａ）での保持炉１１内の溶湯５ｂを、給湯管２１、小孔３２ａを有するオリフィス３２、マウスピース３１を経て射出スリーブ４１に給湯している。
【００２１】
本発明の湯面制御を行なった時と行なわなかったときの金型キャビティに圧入される溶湯量のバラツキを検証した。結果を図２に示す。図中、破線が湯面制御を行なわずにラドルにて湯面を目視しながら給湯したものである。横軸が鋳造機のショット回数。縦軸がビスケット厚を表す。ここでビスケットとは金型キャビティ中に圧入しきれずに余った溶湯が射出スリーブ内で固まってできる略円筒状の溶湯凝固部である。
破線の湯面制御を行なわなかったものでは、ショット回数が１５回から３５回の間にかけてビスケット厚が徐々に減少することが確認され、その際のビスケット厚のバラツキは最大で２０ｍｍにも達した。図中、ショット回数２８回目あたりでビスケット厚が厚くなっているのはラドルによる手動給湯を行なったためである。それ以後は再度ビスケット厚が減少していく傾向が見られた。対して実線部分の溶湯制御を行なった方では１８〜２８ｍｍの幅でのみ間だけビスケット厚が変わり、１０ｍｍ以下のバラツキとなり、給湯量が安定することからアルミニウム合金鋳物の品質が向上した。
【００２２】
また、図３の構成としたことで、真空排気後に湯切りされ、射出スリーブ４１から戻る溶湯５ｂの温度低下が少なくなった。また、凝固片によるオリフィス３２の小孔３２ａの口径変化が防止され、ダイカスト作業を繰り返した場合でも最適吸引速度が確保できた。また、射出スリーブ４１内への給湯量に応じて、オリフィス３２の小孔３２ａの口径を変更して、最適吸引速度とすることが容易となった。また、マウスピース３１での略Ｌ形に曲回した乱流防止部３１ａにより、オリフィス３２を通過直後の溶湯５ｂの乱流を発生させないようにして射出スリーブ４１内に溶湯５ｂを給湯することができた。また、ダイカスト作業を終了し、溶湯５ｂを保持炉１０から汲み出したときには、給湯管２１が傾斜しているので、給湯管２１、マウスピース３１内の溶湯５ｂは殆ど残ることなく、給湯管２１、マウスピース３１、オリフィス３２などへの溶湯５ｂの凝固片が少なくなり、次回のダイカスト作業でも容易に最適吸引速度とすることができ、また、給湯量のバラツキが少なくなって、アルミニウム合金鋳物の品質が向上した。
【００２３】
（実施例２）
金型部、真空制御部は図４に示す実施例１と同様のものを用い、保持炉構造を図５に示すものを使用した。図中、実施例１と同様の機能を持つ部分は同一の番号をとした。なお、視野方向は図３の紙面上で右側から見た状態である。
保持炉１０に設けられた保持部１１、フロート１３、湯面センサ１４は実施例１と同様の構造である。また、給湯管２１は屈折部のない略円筒状のものとし、溶湯への接続口にオリフィス３２を設けた。
給湯炉からの溶湯は、樋３を伝わり注湯口１２から保持炉内へ供給される。給湯炉の構造も実施例１と同様である。金型部に備えられた真空ポンプが作動することにより、保持炉内の溶湯５ｂが給湯管２１を介して射出スリーブ４１内へ引き上げられる。その後プランジャチップによって金型内に溶湯が押し込まれることで真空ダイカスト鋳造が行なわれる。保持炉内の溶湯量が少なくなると湯面センサ１４がそれを感知し、上限レベルに到達するまで給湯炉の溶湯を樋に送るよう、接続されたコンピュータを介してポンプを可動させる。
前記湯面制御を行なった時と、行なわない時の金型キャビティに圧入される溶湯量のバラツキを検証したところ、実施例１と同様の結果が得られ、本発明の有効性が確認された。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳細に説明のとおり、本発明の真空ダイカスト装置によれば、湯面制御を別途補給炉を設けて行うことで給湯量のバラツキが少なくなって、アルミニウム合金鋳物の品質が向上させることができた。さらに従来にない保持炉構造としたことで真空排気後に湯切りされた溶湯の温度低下を少なくし、また、凝固片の発生を防止して給湯系の口径変化を少なくしてダイカスト作業を繰り返した場合でも最適吸引速度とし、また、最適吸引速度とするためのオリフィスの口径を任意に設定でき、更に、給湯管の着脱や保守作業が容易となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空ダイカスト装置の全体図を示す一例である。
【図２】湯面制御の有無による給湯量のバラツキを示す図である。
【図３】本発明の保持炉と射出スリーブの一例を示す断面図である。
【図４】本発明の金型と射出スリーブの一例を示す断面図である。
【図５】別の保持炉構造の断面図である。
【図６】別の高真空ダイカスト装置の一例である。
【符号の説明】
３：樋
５：溶湯
６：ポンプ
７：湯面センサ
９：給湯炉
１０：保持炉
１１：保持部
１１ａ：接続口
１２：注湯口
１３：フロート
１４：湯面センサ
２０：溶湯の給湯部
２１：給湯管
２２：ヒーター
２３：熱電対
２４：パッキン
３０：溶湯の流量制御部
３１：マウスピース
３１ａ：乱流防止部
３２：オリフィス
３２ａ：小孔
３３：パッキン
３５：断熱材
３６：ヒーター
３７：熱電対
４０：溶湯の射出部
４１：射出スリーブ
４１ａ：底面
４１ｂ：開口部
４２：プランジャチップ
５０：金型部
５１：固定プラテン
５２：入れ子
５３：固定型
５４：可動プラテン
５５：押し出しベース
５６：入れ子
５７：可動型
５８：キャビティ
５９：ゲート
６０：真空制御部
６１：真空ポンプ
６２：真空槽
６３：シャットオフバルブ
６４：（電磁弁、マノメータ、フィルター）のセット
１１１：保持炉
１１４：センサ
１１５：温度センサ
１１６：重量計
１１７：計算機
１２１：給湯管
１３２：オリフィス
１４１：射出スリーブ
１４２：プランジャチップ
１５１：固定プラテン
１５３：固定型
１５４：可動プラテン
１５７：可動型
１５８：キャビティ
１６６：真空系

Claims

金型内を真空排気するための真空手段と、前記真空手段により保持炉内の溶湯が給湯管を介して横型の射出スリーブに給湯される構造である溶湯射出装置と、前記保持炉に溶湯を補給するための補給炉を有し、前記保持炉の溶湯湯面のバラツキが３０ｍｍ以下となるように補給炉から溶湯を補給する湯面制御手段を具備することを特徴とする真空ダイカスト装置。
前記真空手段はキャビティ内圧力を１０ｋＰａ以下とすることが可能な請求項１に記載の真空ダイカスト装置。
前記給湯管には着脱可能なオリフィスを有することを特徴とする請求項２に記載の真空ダイカスト装置。