JP2004090075A - 鋳型の温度制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】重力鋳造用の鋳型1の温度制御方法であって、次サイクルの注湯開始時Aの前記鋳型1の温度が最適注湯開始温度T1まで強制的に冷却されるように、前記鋳型の型開き工程、製品取出し工程及び前記鋳型の型閉じ工程における鋳型の温度−時間目標特性30を設定しておき、検出手段10,11によって前記鋳型1の温度を検出して前記温度−時間目標特性30にあわせて前記鋳型1を流通する冷却媒体の制御を行う。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、重力鋳造法(グラビティ・ダイ・キャスティング)による鋳造方法に関し、特に重力鋳造法に用いる鋳型の温度制御方法に関するものである。
【0002】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、重力鋳造法に用いられる鋳型は、鋳型に配設された冷却流路にON−OFFバルブを介して冷却水を流通させることで鋳型を冷却する冷却手段と、鋳型に配設された熱電対等のセンサにより鋳型の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段によって検出された鋳型の温度にしたがって冷却手段を制御する制御手段によって鋳型の温度を制御していた。
【0003】
具体的には、図3のグラフに示す様に、全てのサイクルを通じて一定の設定温度T5を設定し、制御手段のメモリに設定温度T5を記憶させ、検出手段によって鋳型の温度と制御手段のメモリの設定温度T5を比較し、鋳型の温度が設定温度T5を超えたら、制御手段が冷却手段のバルブをONさせて冷却水を流し、鋳型の温度が設定温度T5を下回ったらバルブをOFFさせて冷却水を停止させていた。
【0004】
この鋳型の温度制御方法の様に、鋳型の温度が設定温度T5を超えている間だけ冷却水を流すという制御では、鋳造品の品質のバラツキがあり、生産効率を低下させていた。
【0005】
また、鋳型の注湯開始温度を安定させるため、鋳型をヒータ(加熱手段)によって一定温度に保たせる制御方法が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。これは、鋳型の型開き開始時点から次サイクルの注湯開始時点までは、熱源である溶湯もしくは凝固した製品が鋳型内になくなるため、鋳型を注湯開始時点で最適注湯温度にするために、ヒータを用いて最適注湯温度に保持するように制御するというものであった。
【0006】
【特許文献1】
特開平1−237070号公報(特許請求の範囲、図2)
【特許文献2】
特開平9−225617号公報(第4頁、図2)
【0007】
しかしながら、冷却水の制御に加えて加熱手段の制御もしなければならず、設定が煩雑で、制御システムも複雑な上、高価なものであった。
【0008】
本発明者等は、従来の重力鋳造法における鋳型の温度、特に注湯開始時点Aの鋳型の温度が、図3のT6、T7のようにバラツクことに着目した。
【0009】
本発明は、全てのサイクルの注湯開始温度を安定させ、鋳造品の品質を安定させることができる鋳型の温度制御方法を提供することを目的とする。
【0010】
本発明はまた、制御システムを複雑化・高価格化せず、鋳造品の安定した品質が得られる鋳型の温度制御方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の一態様の鋳型の温度制御方法においては、前記鋳型の型開き開始時点から次サイクルの注湯開始時点までの複数点にて、前記鋳型の温度をそれぞれ検出する段階と、検出された温度と、予め設定された温度−時間目標特性とに基いて、前記鋳型を流通する冷却媒体の制御を行う段階と、を有し、前記温度−時間目標特性は、前記鋳型の型開き開始時点の前記鋳型の温度から次サイクルの注湯開始時点の前記注湯開始温度に至る温度降下特性を示すことを特徴とする。
【0012】
本発明の一態様によれば、検出された温度と予め設定された温度−時間目標特性とに基いて、前記鋳型を流通する冷却媒体の制御を行うことで注湯開始時点における前記鋳型の温度が常に最適な注湯開始温度になるように制御することができる。
【0013】
したがって、単に、温度−時間目標特性に従って冷却媒体を制御すればよく、従来の様にヒータによって、最適注湯開始温度に保持する必要はなく、制御のためのシステムも簡単で安定した鋳物製品を生産することができる。
【0014】
また、本発明の一態様の鋳型の温度制御方法においては、前記鋳型への注湯開始時点から次サイクルの注湯開始時点までの複数点にて、前記鋳型の温度をそれぞれ検出する段階と、検出された温度と、予め設定された温度−時間目標特性とに基づいて、前記鋳型を流通する冷却媒体の制御を行う段階と、を有し、前記温度−時間目標特性は、重力鋳造工程中の前記鋳型の温度を予め実測した実測温度に基いて作成され、注湯開始から昇温し、最高温度到達後から所定温度に温度降下するまでの期間の第1の温度−時間目標特性と、前記鋳型の冷却能力に基づいて作成され、前記所定温度から次サイクルの注湯開始までの強制冷却期間の第2の温度−時間目標特性と、を含むことを特徴とする。
【0015】
このような構成とすることで、予め実測した実測温度に基いて作成された第1の温度−時間目標特性と、前記鋳型の冷却能力に基づいて作成された強制冷却期間の第2の温度−時間目標特性から設定されているので、最適な注湯開始温度まで冷却する過程で制御しやすい温度−時間目標特性を設定することができる。したがって、無理なく毎サイクルの注湯開始時点で最適な注湯開始温度に戻すことができ、品質の安定した鋳物を生産することができる。
【0016】
また、本発明においては、前記第1の温度−時間目標特性は、前記注湯開始から前記最高温度到達時までの昇温期間は、前記最高温度に基づいて設定された目標温度一定領域とされ、前記最高温度到達時から前記所定温度までの温度降下期間は、その期間の実測温度に基づいて設定された目標温度変化領域とすることできる。
【0017】
このような構成とすることで、注湯開始から前記最高温度到達時までの急激に温度が上昇する期間を、最高温度に基づいて設定された目標温度一定領域とすることで、最高温度を超えたときにだけ制御を行うことができる。
【0018】
さらに、本発明においては、前記所定温度は、前記鋳型の押湯口内の溶湯が凝固完了した時点の温度に設定することができる。
【0019】
このような構成とすることで、早い段階から鋳型の温度を制御することができるので、さらに無理なく毎サイクルの注湯開始時点で鋳型の温度を最適な注湯開始温度とすることができ、品質の安定した鋳物製品を生産することができる。
【0020】
また、本発明においては、前記冷却媒体の制御は、前記複数点にて検出した前記鋳型の検出温度と、前記温度−時間目標特性から前記複数点毎に求められた目標温度とを比較して、前記検出温度が前記目標温度より高い場合には、前記冷却媒体を前記鋳型内に流通させ、前記検出温度が前記目標温度より低い場合には、前記冷却媒体の前記鋳型内における流通を止めることができる。
【0021】
このような構成とすることで、鋳造加工中は常に鋳型の温度を監視し、設定温度より高い場合にのみ冷却媒体を鋳型内に流通させて効率よく所望の最適注湯温度まで温度を下降制御することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0023】
図1は、本発明の一実施の形態に係る重力鋳造方法の鋳型の温度制御システム100を説明する図である。
【0024】
鋳型1は、例えばアルミニウム溶湯を用いて、重力鋳造法により例えば自動車用ナックルを製造するための鋳型1であり、図1の前後方向に開閉する割型で構成されている。注湯工程では、型閉じされた鋳型1の上方に設けられた湯口4から溶湯を注湯して鋳物製品2を規定するキャビティ3を満たし、さらに湯口4の横に設けられた押湯口5に到達するまで注湯を行う。溶湯が十分に凝固したら鋳型1を型開きして鋳物製品2を鋳型1から取り出し、再び鋳型1を型閉じして次サイクルの注湯が開始される。
【0025】
鋳型1には、所望の箇所に複数、本実施の形態においては2つの冷却流路6、7が設けられ、冷却水供給系12で所定温度に冷却された冷却媒体例えば冷却水が自動流量調節バルブ8,9を介して鋳型1に供給される。
【0026】
冷却流路6,7は、鋳型1のキャビティ3の内、冷却が必要とされる所望冷却箇所、例えば鋳物製品2の厚肉部を規定するキャビティ面X、Yを十分に冷却できる様に配設されている。この厚肉部を規定するキャビティ面X、Yと冷却流路6,7の中心の最短距離を結ぶ線分上にあって、さらに線分上のできるだけキャビティ3に近い位置に、鋳型温度検出手段として各々熱電対10,11が配置されている。
【0027】
熱電対10,11の出力は、CPUとメモリを有する制御手段13に所定間隔ごと例えば0.1秒ごとに検出される。制御手段13は、予め設定されてメモリに記憶させたプログラムに基づいて、各検出時点毎に自動流量調節バルブ8,9を制御、例えばオン/オフ制御して、鋳型1に流通する冷却水の流量を調節することができる。
【0028】
次に、図2の温度−時間グラフを用いて、本発明の一実施の形態に係る鋳型の温度制御方法について説明する。なお、図2の縦軸の鋳型1の温度は、図1の熱電対10によって検出された厚肉部を規定するキャビティ面Xの温度であり、この検出温度に基いて制御手段13によって自動流量調節バルブ8を制御することで、冷却流路6を流通する冷却水の流量を調節して得られたものである。
【0029】
ここでは、注湯開始時点Aから次の注湯開始時点Aまでの間を鋳造加工の1サイクルとしている。
【0030】
まず、注湯開始時点Aにおける最適注湯開始温度T1は、鋳物製品2を予め数回テスト鋳造することによって、その鋳物製品2の最も品質のよい状態の注湯開始温度として経験的に知得される。
【0031】
さらに、予めテスト鋳造によって鋳型1内の熱電対10の出力に基づいて実測した最高温度到達時点Bの温度T2、押湯口凝固時点Cの温度T3及びT1〜T3までの温度変化をグラフ化する。注湯開始時点Aにおける最適注湯開始温度T1から厚肉部を規定するキャビティ面Xに対応する鋳型1の温度は急激に上昇し、最高温度到達時点Bの温度T2でピークを超えると、湯口凝固時点(湯口4及び押湯口5の溶湯が凝固完了した時点)Cの温度T3に向って緩やかな勾配で温度降下するというグラフが得られた。
【0032】
そして、テスト鋳造によって得られた押湯口凝固時点Cの実測温度T3と、次サイクルの注湯開始時点Aにおける最適注湯開始温度T1とを結ぶ直線を、温度−時間目標特性30としてグラフ化する。また、テスト鋳造によって得られた最高温度到達時点Bの実測温度T2と押湯口凝固時点Cの実測温度T3を結ぶ直線を別の温度−時間目標特性31としてグラフ化する。
【0033】
上述した情報に基いて、一サイクル中の制御温度をグラフ化した制御グラフを作成する。この制御グラフは、注湯開始時点Aから最高温度到達時点Bまでの間を一定値とする温度32と、最高温度到達時点Bから押湯口凝固時点Cまでの温度−時間目標特性31と、押湯口凝固時点Cから次サイクルの注湯開始時点Aまでの温度−時間目標特性30とで構成される。この制御グラフを、制御手段13のメモリに記憶させる。
【0034】
このメモリに記憶された制御グラフ上の各検出時間に対応する制御温度に対して、鋳造時の厚肉部を規定するキャビティ面Xの温度を検出する熱電対10での検出温度20が高ければ、自動流量調節バルブ8を開放して鋳型1に冷却水を流通させ、熱電対10の検出温度20が低ければ、自動流量調節バルブ8を閉鎖して鋳型1への冷却水の流通を止めるようにプログラムを作成する。このプログラムもまた、制御手段13のメモリに記憶させる。
【0035】
本実施の形態においては、注湯開始時点Aから最高温度到達時点Bまでは、ピーク値である設定温度32(温度T2)を監視し、最高温度到達時点Bから押湯口凝固時点Cまでの温度−時間目標特性31にて定まる経過時間毎の温度は、テスト鋳造した実測値にほとんど適合している。このため、本実施の形態においては、注湯開始時点Aから押湯口凝固時点Cまでの間は、正常動作をしている限りほとんど冷却水を通水させることなく、単に鋳型1の温度20を監視しているだけでよい。したがって、本実施の形態におけるテスト鋳造によるT1〜T3までの温度変化のグラフは、図2のT1〜T3の曲線とほとんど同じである。
【0036】
本実施の形態において重要なのは、押湯口凝固時点Cから次サイクルの注湯開始時点Aまでの温度−時間目標特性30に従って、鋳型1の温度を最適注湯開始温度T1まで強制的に冷却することにある。よって、設定した温度−時間目標特性30が実際の制御によって再現性の高いものである必要がある。
【0037】
例えば、温度−時間目標特性30の傾斜を急な角度に設定しても、冷却水供給系の冷却能力がそれに合わなければ、次サイクルの注湯開始時点Aで最適注湯開始温度T1まで冷却することができない。このような場合には、もっともサイクルが早く、かつ実際の鋳造時の温度の再現性が高くなるように、温度−時間目標特性をテスト鋳造によって導き出す。
【0038】
このプログラムによって制御された鋳型1の温度20は、図2に示すようになり、特に毎サイクルの注湯開始時点Aにおける鋳型1の温度20は、最適注湯開始温度T1となるように確実に制御されるので、鋳造製品2の品質が安定し、歩留まりが飛躍的に向上した。
【0039】
鋳型1の別の厚肉部を規定するキャビティ面Yにおいても、予めテスト鋳造し、その厚肉部を規定するキャビティ面Yにおける実測値から同様の温度−時間目標特性を得て、プログラムを作成し、制御手段13のメモリに記憶させて、同様に制御を行う。
【0040】
また、特に最適注湯開始温度T1を得るためには、熱源である鋳造製品2を鋳型1から離型する鋳型1の離型開始時点Dから、次サイクルの注湯開始時点Aまで、すなわち鋳型1の型開き工程、製品取出し工程及び鋳型1の型閉じ工程における鋳型1の温度−時間目標特性が重要である。本実施の形態では、これらの工程における鋳型1の温度−時間目標特性を押湯口凝固時点Cから次サイクルの注湯開始時点Aまでを一つの温度−時間目標特性30としたが、さらに好適な温度−時間目標特性を型開き時点Dにおける温度T4から次サイクルの注湯開始時点Aにおける最適注湯開始温度T1まで別途設定してもよい。これらの工程における鋳型1の温度−時間目標特性に従った制御によって、次の注湯開始時点Aにおける鋳型1の温度を最適注湯開始温度T1にすることで、鋳造製品2の品質が安定し、歩留まりを飛躍的に向上させることができる。
【0041】
なお、本発明は、本実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。
【0042】
例えば、前記実施の形態では、冷却媒体を冷却水としたが、鋳型の温度によっては、温調した油を用いてもよいし、効率よく鋳型を温調できるものであれば一般的に用いられる各種温調流体であってもよい。
【0043】
また、前記実施の形態では、自動流量調節バルブを開放、閉鎖していわばON−OFF制御によって冷却水を制御したが、自動流量調節バルブによって流量を複数あるいは無段階で調節することにより、メモリに記憶された温度−時間目標特性30、31に近似させる様に制御することも可能であるし、冷却水供給系12の温調機能を利用して鋳型1に供給する冷却水の温度を変化させることで鋳型1の温度を制御してもよい。
【0044】
さらに、前記実施の形態では、2つの冷却流路と2つの熱電対を用いた冷却回路であったが、その数は特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る鋳型の温度制御システムを示す説明図である。
【図2】本発明の一実施の形態に係る鋳型の温度制御方法を説明するグラフである。
【図3】従来の鋳型の温度制御方法を説明するグラフである。
【符号の説明】
1 鋳型
2 鋳物製品
3 キャビティ
4 湯口
5 押湯口
6、7 冷却流路
8,9 自動流量調節バルブ
12 冷却水供給系
10,11 熱電対
13 制御手段
A 注湯開始時点
T1 最適注湯開始温度
T2 最高温度到達時点Bの温度
T3 押湯口凝固時点Cの温度
30 実測温度T3と最適注湯開始温度T1を結ぶ温度−時間目標特性
100 温度制御システム
Claims (5)
- 重力鋳造用の鋳型の温度制御方法であって、
前記鋳型の型開き開始時点から次サイクルの注湯開始時点までの複数点にて、前記鋳型の温度をそれぞれ検出する段階と、
検出された温度と、予め設定された温度−時間目標特性とに基いて、前記鋳型を流通する冷却媒体の制御を行う段階と、
を有し、
前記温度−時間目標特性は、前記鋳型の型開き開始時点の前記鋳型の温度から次サイクルの注湯開始時点の前記注湯開始温度に至る温度降下特性を示すことを特徴とする鋳型の温度制御方法。 - 重力鋳造用の鋳型の温度制御方法であって、
前記鋳型への注湯開始時点から次サイクルの注湯開始時点までの複数点にて、前記鋳型の温度をそれぞれ検出する段階と、
検出された温度と、予め設定された温度−時間目標特性とに基づいて、前記鋳型を流通する冷却媒体の制御を行う段階と、
を有し、
前記温度−時間目標特性は、
重力鋳造工程中の前記鋳型の温度を予め実測した実測温度に基いて作成され、注湯開始から昇温し、最高温度到達後から所定温度に温度降下するまでの期間の第1の温度−時間目標特性と、
前記鋳型の冷却能力に基づいて作成され、前記所定温度から次サイクルの注湯開始までの強制冷却期間の第2の温度−時間目標特性と、
を含むことを特徴とする鋳型の温度制御方法。 - 請求項2記載の重力鋳造用の鋳型の温度制御方法において、
前記第1の温度−時間目標特性は、前記注湯開始から前記最高温度到達時までの昇温期間は、前記最高温度に基づいて設定された目標温度一定領域とされ、前記最高温度到達時から前記所定温度までの温度降下期間は、その期間の実測温度に基づいて設定された目標温度変化領域とされていることを特徴とする鋳型の温度制御方法。 - 請求項2記載の重力鋳造用の鋳型の温度制御方法において、
前記所定温度は、前記鋳型の押湯口内の溶湯が凝固完了した時点の温度であることを特徴とする鋳型の温度制御方法。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の重力鋳造用の鋳型の温度制御方法において、
前記冷却媒体の制御は、前記複数点にて検出した前記鋳型の検出温度と、前記温度−時間目標特性から前記複数点毎に求められた目標温度とを比較して、前記検出温度が前記目標温度より高い場合には、前記冷却媒体を前記鋳型内に流通させ、前記検出温度が前記目標温度より低い場合には、前記冷却媒体の前記鋳型内における流通を止めることを特徴とする鋳型の温度制御方法。
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JP2002257836A JP2004090075A (ja) | 2002-09-03 | 2002-09-03 | 鋳型の温度制御方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004090076A (ja) * | 2002-09-03 | 2004-03-25 | Nissin Kogyo Co Ltd | 鋳型の温度制御方法 |
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JPH02258139A (ja) * | 1989-03-30 | 1990-10-18 | Toyota Motor Corp | 金型の温度制御方法 |
JPH06262337A (ja) * | 1993-03-16 | 1994-09-20 | Hitachi Metals Ltd | 金型温度制御方法 |
-
2002
- 2002-09-03 JP JP2002257836A patent/JP2004090075A/ja active Pending
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