JP2004090076A - 鋳型の温度制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御手段には、設定温度30,31,32が設定され、かつ設定温度を挟んで上限温度50,53,56と下限温度51,54,57からなる監視領域52,55,58が注湯開始時点Aからの経過時間に応じて変化させて設定されており、前記検出手段によって検出した前記鋳型の温度59が、その検出時点の前記監視領域58から外れた場合には、異常信号を出力する。
【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目標値である設定温度T5を設定し、制御手段のメモリに設定温度5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】
そして、設定温度T5を中心に上限温度T8と下限温度T9をほぼ対称にとった監視領域41が設定されていたが、図3のグラフに示す様にその上限温度T8と下限温度T9がほぼ一定であったため、最も高温になる製品凝固時点の温度と最も低温になる注湯開始時点Aの温度に対する監視領域41としては有効であるものの、鋳造工程の各段階における温度監視を細かく行うことができなかった。したがって、鋳造工程で一時的に異常な温度変化があってもそれを確認することができなかった。
【0005】
本発明は、1サイクル内で鋳型の温度の監視領域を変化させて設定し、鋳造工程の途中における温度異常を発見することの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。
【0006】
【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期間中の複数ポイントにて、前記鋳型の温度をそれぞれ検出する段階と、検出される温度が、予め設定された温度−時間目標特性に基づいて、前記鋳型を流通する冷却媒体の制御を行う段階と、検出された温度が、前記温度監視領域から外れた場合には、異常信号を出力する段階と、を有し、前記温度監視領域は、温度−時間目標特性を挟んで設定される上限温度及び下限温度を有し、かつ、前記温度−時間目標特性が、注湯開始時点からの経過時間に応じて変化する時間帯を含むことを特徴とする。
【0007】
本発明によれば、鋳型の型開き開始時点からの経過時間に応じて上限温度と下限温度を変化させて設定させることができ、鋳造工程の進行程度に応じて鋳型から検出される温度に異常がないかどうかを詳細に設定できるため、鋳造製品の不良を発見することができる。
【0008】
また、前記温度監視領域では、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期間に亘る前記温度−時間目標特性が、温度降下特性を示すことができる。
【0009】
このような構成とすることで、重力鋳造法で最も重要な注湯開始時点における温度を制御するための温度−時間目標特性を、経過時間に応じて温度監視領域を設定することができ、この期間の温度降下特性から鋳型の検出される温度が一時的に大きく外れた不良の鋳型製品なども監視することができる。
【0010】
さらに、前記温度監視領域では、前記注湯開始から前記最高温度到達時までの昇温期間中の前記温度−時間目標特性は、前記最高温度に基づいて設定された一定温度とされ、前記最高温度到達時から所定温度までの温度降下期間の前記温度−時間目標特性は、第1の温度降下特性を示し、前記所定温度から次のサイクルの注湯開始時点までの強制冷却期間の前記温度−時間目標特性は、前記第1の温度降下特性よりも温度降下速度が速い第2の温度降下特性を示すことができる。
【0011】
このような構成とすることで、経過時間に応じて変化する前記温度−時間目標特性(設定温度)に応じて温度監視領域を設定することができ、温度監視領域の基準を複数の異なる設定温度としたことで、その時点の設定温度から大きく外れた異常も監視することができる。
【0012】
また、前記所定温度は、前記鋳型の押湯口の溶湯が凝固完了した時点の温度とすることができる。
【0013】
このような構成とすることで、鋳造工程の早い時点から強制的に冷却する第2の温度降下特性を設定することができる。
【0014】
また、前記温度監視領域は、注湯開始時点から次サイクルの注湯開始時点までの期間中に複数の温度監視分割領域を含み、前記上限温度は、前記温度監視領域毎に設定された複数の上限温度−時間特性を有し、前記下限温度は、前記温度監視領域毎に設定された複数の下限温度−時間特性を有していることができる。
【0015】
このような構成とすることで、複数の温度監視分割領域毎に上限温度−時間特性と下限温度−時間特性をそれぞれ設定することができ、各温度監視分割領域に合わせた上限温度と下限温度とすることができる。
【0016】
さらに、前記温度−時間目標特性は、前記鋳型で鋳造したときの前記鋳型の温度変化の実際値に基づいて設定されており、前記複数の温度監視分割領域の各々における上限温度−時間特性と下限温度−時間特性との間の幅が、前記温度−時間目標特性に対する前記実際値の偏差が少ない温度監視領域になるにしたがって、狭く設定されるすることができる。
【0017】
このような構成とすることで、実際の鋳型の温度(実際値)と温度−時間目標特性との偏差が少ない温度監視分割領域になるにしたがって、上限温度−時間特性と下限温度−時間特性との幅を狭く設定することで、異常な温度変化を確実に確認することができる。
【0018】
【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。
【0019】
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1の温度制御システム100を説明する図である。
【0020】
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。
【0021】
鋳型1には、所望個所に複数、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。
【0022】
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の中心と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。
【0023】
熱電対10,11の出力は、CPUとメモリを有する制御手段13に0.1秒ごとに検出され、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。
【0024】
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1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、この検出温度に基づいて制御手段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。
【0025】
ここでは、注湯開始時点Aから次サイクルの注湯開始時点Aまでの間を鋳造加工の1サイクルとしている。
【0026】
制御手段13に記憶されたプログラムには、1サイクルの経過時間によって変化する制御目標値である設定温度が、鋳型にテスト鋳造したときの前記鋳型の実際の温度変化の実際値を基づいて設定されている。本実施の形態における設定温度は、注湯開始時点Aから最高温度到達時点Bまでを一定値である温度32(T2)と、最高温度到達時点Bから湯口凝固時点C(湯口及び押湯口が凝固する時点)までの温度−時間目標特性31と、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とを連続させた制御グラフからなり、制御手段13のメモリに記憶されている。
【0027】
また、制御手段13に記憶されたプログラムは、メモリに記憶された設定温度に対して、熱電対10の検出温度(鋳型1の温度)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、鋳型1の熱電対10の検出温度が低ければ、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されている。
【0028】
この制御手段13のプログラムに基づいて制御された鋳型1の温度20は、図2に示すように、注湯開始時点Aの温度T1から急激に上昇して最高温度到達時点B付近において設定温度32(温度T2)に基づいて制御され、そして湯口凝固時点Cの温度T3に向けて緩やかに下降し、かつ設定温度32から連続する温度−時間目標特性31(第1の温度降下特性)に基づいて制御され、さらに温度−時間目標特性31に連続して湯口凝固時点Cから次サイクルの注湯開始時点Aの温度T1に向けて急速冷却する温度−時間目標特性30(第2の温度降下特性)に基づいて制御される。
【0029】
このとき、重力鋳造法においてもっとも重要な注湯開始時点Aの温度T1は、毎サイクルとも常に一定の最適注湯開始温度となるように制御されている。
【0030】
本実施の形態においては、最高温度到達時点Bから湯口凝固時点Cまでの温度−時間目標特性31は、冷却水を通水しないテスト鋳造の実測値とほとんど同じであるため、このB−C間においてはほとんど冷却水を通水させることはない。したがって、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〜T2の曲線とほとんど同じである。
【0031】
さらに、制御手段13に記憶されたプログラムは、検出手段10によって検出された鋳型1の温度20が設定温度に対して高すぎたり、低すぎたりしていないかを監視する温度監視領域が設定されている。
【0032】
本実施の形態の温度監視領域は、A−B間、B−C間、C−D間のそれぞれに対応して第1監視領域52、第2監視領域55、第3監視領域58に分割されている。
【0033】
第1監視領域52においては、鋳型1の温度20が急激に上昇することと、この領域においては、ほとんど冷却水を流通させる制御を行わないため、設定温度32(最高温度到達時点Bの温度T2)よりも少し高い温度をA−B間において一定の上限温度50とし、最適注湯開始温度T1よりも少し低い温度をA−B間において一定の下限温度51としている。
【0034】
第2監視領域55においては、設定温度である温度−時間目標特性31にしたがって変化する上限温度−時間特性(上限温度)53と下限温度−時間特性(下限温度)54が設定されている。上限温度−時間特性(上限温度)53と下限温度−時間特性(下限温度)54は、図2に示されるように、温度−時間目標特性31に対して平行に設定されている。この第2監視領域55においては、温度−時間目標特性31が冷却水を流通させないテスト鋳造の実際の温度変化とほぼ同じ(つまり、温度−時間目標特性31に対する実際値との偏差が小さい)で、ほとんど冷却水を流通させる制御を行わなないため、温度−時間上限温度特性(上限温度)53と温度−時間下限温度特性(下限温度)54は、設定温度の温度−時間目標特性31を中心に対称で比較的狭い幅の温度監視領域に設定されている。
【0035】
第3監視領域58は、設定温度である温度−時間目標特性30にしたがって変化する上限温度−時間特性(上限温度)56と下限温度−時間特性(下限温度)57が設定されている。この第3監視領域58においては、温度−時間目標特性30がC−A間で最適注湯開始温度T1まで急速に冷却するように設定されているため、比較的鋳型1の実際の温度にもバラツキが大きくなる(つまり、温度−時間目標特性31に対する実際値との偏差が大きい)ので、温度−時間上限温度特性(上限温度)56と温度−時間下限温度特性(下限温度)57は、設定温度の温度−時間目標特性30を中心に対称で比較的広い幅の温度監視領域に設定されている。
【0036】
図2に示すC−A間の鋳型1の温度59のように、温度監視領域を外れた(上限温度56よりも高い)温度が検出された場合には、制御手段13は異常信号を表示手段16に出力する。この表示手段16に表示された異常発生出力を鋳造加工者が確認し、鋳造加工後、取り出された鋳物製品2を詳細に検査し、不良品を発見することができる。
【0037】
また、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、厚肉部を規定するキャビティ面Yの鋳造温度特性にしたがって設定温度及び温度監視領域を作成し、制御手段13のメモリに記憶させて、同様に制御を行っている。
【0038】
図2に示されるように、鋳造製品2と鋳型1から離型する鋳型1の型開開始時点Dから次サイクルの注湯開始時点Aの間は、比較的鋳型1の温度は安定する。そこで、D−A間における鋳型1の設定温度である温度−時間目標特性30は、C−A間と同じであるが、温度監視領域の幅をより狭くすることができる。
【0039】
このように、設定温度の関数が同じでも、時間の経過によって設定温度に対する温度の変動が少ないような場合には、途中から温度監視領域の幅を狭くしてもよいし、また逆に温度の変動が大きくなるが、あまり鋳物製品2の品質に影響のない時間帯では、途中から温度監視領域の幅を広く設定してもよい。
【0040】
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。
【0041】
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を用いることができる。
【0042】
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段階で調節することにより、メモリに記憶された下降速度関数30、31にスムーズ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。
【0043】
さらに、前記実施の形態では、2つの冷却流路と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。
【0044】
また、前記実施の形態では、1サイクル中に異なる設定温度が複数あり、さらにその設定温度の内の2つが異なる温度−時間目標特性である場合について説明したが、これに限らず、設定温度が1つであるものや、設定温度が時間経過とともに変化する複数の点で構成されるものでもよい。
【0045】
またさらに、前記実施の形態では、異常信号を表示手段16に出力していたが、アラーム音、回転灯、プリンターなどに出力してもよいし、複数の鋳造システムを統括管理するコンピュータがある場合には、そのコンピュータに出力してもよい。
【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
【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
【図3】従来の鋳型の温度制御方法を説明するグラフ
【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
10,11 熱電対
12 冷却水供給系
13 制御手段
16 表示手段
30、31、32 設定温度
50、53、56 上限温度(上限温度−時間特性)
51、54、57 下限温度(下限温度−時間特性)
52 第1監視領域
55 第2監視領域
58 第3監視領域
100 温度制御システム
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 湯口凝固時点Cの温度
Claims (6)
- 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期間中の複数ポイントにて、前記鋳型の温度をそれぞれ検出する段階と、
検出される温度が、予め設定された温度−時間目標特性に基づいて、前記鋳型を流通する冷却媒体の制御を行う段階と、
検出された温度が、前記温度監視領域から外れた場合には、異常信号を出力する段階と、
を有し、
前記温度監視領域は、温度−時間目標特性を挟んで設定される上限温度及び下限温度を有し、かつ、前記温度−時間目標特性が、注湯開始時点からの経過時間に応じて変化する時間帯を含むことを特徴とする鋳型の温度制御方法。 - 請求項1記載の重力鋳造用の鋳型の温度制御方法において、
前記温度監視領域では、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期間に亘る前記温度−時間目標特性が、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。 - 請求項1記載の重力鋳造用の鋳型の温度制御方法において、
前記温度監視領域では、前記注湯開始から前記最高温度到達時までの昇温期間中の前記温度−時間目標特性は、前記最高温度に基づいて設定された一定温度とされ、前記最高温度到達時から所定温度までの温度降下期間の前記温度−時間目標特性は、第1の温度降下特性を示し、前記所定温度から次のサイクルの注湯開始時点までの強制冷却期間の前記温度−時間目標特性は、前記第1の温度降下特性よりも温度降下速度が速い第2の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。 - 請求項3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記載の重力鋳造用の鋳型の温度制御方法において、
前記温度監視領域は、注湯開始時点から次サイクルの注湯開始時点までの期間中に複数の温度監視分割領域を含み、
前記上限温度は、前記温度監視領域毎に設定された複数の上限温度−時間特性を有し、
前記下限温度は、前記温度監視領域毎に設定された複数の下限温度−時間特性を有していることを特徴とする鋳型の温度制御方法。 - 請求項5記載の重力鋳造用の鋳型の温度制御方法において、
前記温度−時間目標特性は、前記鋳型で鋳造したときの前記鋳型の温度変化の実際値に基づいて設定されており、
前記複数の温度監視分割領域の各々における前記上限温度−時間特性と前記下限温度−時間特性との間の幅が、前記温度−時間目標特性に対する前記実際値の偏差が少ない温度監視領域になるにしたがって、狭く設定されることを特徴とする鋳型の温度制御方法。
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