JP2004195472A

JP2004195472A - 鋳造装置

Info

Publication number: JP2004195472A
Application number: JP2002363582A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Aoki; 達也青木
Original assignee: Asahi Tec Corp
Current assignee: Asahi Tec Corp
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】汎用性が高く、製品厚肉部の強度を向上させることが可能な鋳造装置を提供する。
【解決手段】保持炉２と、保持炉２の上方に配置される、複数の湯口３ａ〜３ｃを有する鋳型３と、保持炉２内に挿入される第１ストーク４と、第１ストーク４から分岐され、鋳型３の複数の湯口３ａ〜３ｃに連通する、複数の第２ストーク５ａ〜５ｃと、溶湯８に差圧を付与するための加圧手段６及び／又は減圧手段と、湯切りガス供給源１１とを備えた鋳造装置１である。第１ストーク４に湯切りガス供給口１２を設ける。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低圧鋳造法、減圧鋳造法を実施するための鋳造装置に関し、詳しくは、汎用性が高く、製品厚肉部の強度を向上させることが可能な鋳造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】低圧鋳造法は、溶湯に対してガスにより低圧力を加え、重力に逆らって溶湯を押し上げることにより溶湯を鋳型に充填する鋳造法であり、ダイカスト法やスクイズ鋳造法のような機械的加圧手段（シリンダ等）を必要とせず、設備費が安価で済むため、シリンダブロック、クロスメンバー、ロードホイール等の各種工業製品の鋳造において広範に利用されている。
【０００３】低圧鋳造法は、例えば、溶湯を貯留するための保持炉と、保持炉の上方に配置される鋳型と、保持炉と鋳型とを連通するパイプ状のストークと、溶湯に対して低圧力を加えるための加圧ガス供給源とを備えた鋳造装置により実施される。このような鋳造装置においては、まず、保持炉内の溶湯に対して加圧ガス供給源から供給される加圧ガスにより低圧力を加え、重力に逆らってストーク内に溶湯を押し上げることにより溶湯を鋳型に充填する。そして、鋳型内の湯口近傍の溶湯が凝固した後、低圧力を解除し、ストーク内の溶湯を自重により保持炉内に戻すことにより製品との湯切りを行う。鋳型内の溶湯が完全に凝固した後、鋳型を開くことにより製品を取り出すことができる。
【０００４】特に近年においては、上記のような鋳造装置の中でも、複数の湯口を有する鋳型を備えたマルチゲート式の鋳造装置が利用されている（例えば、特許文献１参照）。マルチゲート式鋳造装置は、溶湯を複数の湯口から鋳型内に充填するため、溶湯が鋳型内を流れる距離が短く、溶湯の温度低下が少ないという特徴がある。従って、鋳型内での湯流れが良くなり、鋳造欠陥が少なく、薄肉製品にも対応可能であるという利点がある。
【０００５】ところで、上記のようなマルチゲート式鋳造装置において保持炉内の溶湯に対して作用させていた低圧力を解除すると、通常は、鋳型の複数の湯口が同時に湯切りされることになる。しかしながら、複数の湯口が同時に湯切りされた場合、溶湯の凝固速度が製品の厚肉部では遅く、薄肉部では速いことに起因して、厚肉部に開口する湯口と連通するストークから完全に凝固していない溶湯が保持炉内に戻され、製品に欠陥を生じたり、逆に、薄肉部に開口する湯口と連通するストーク内で溶湯が凝固してしまい、次の鋳造に支障を来す事態が生じ得る。
【０００６】そこで、本出願人は、図２に示すように、溶湯２８を一時貯留するためのチャンバ２７を備え、保持炉２２（蓋体２２ａと容体２２ｂとからなる）内に挿入される第１ストーク２４と、鋳型２３の複数の湯口２３ａ〜２３ｃに連通し、チャンバ２７内に挿入される第２ストーク２５ａ〜２５ｃとを、チャンバ２７を介して連通する構成とし、かつ、第２ストーク２５ａ〜２５ｃの下端部の位置を異ならしめた鋳造装置２１を提案している（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】図示の鋳造装置２１においては、チャンバ２７の上面部（下型支持板３６）に設けられた湯切りガス供給口３２から湯切りガスをチャンバ２７内に供給してチャンバ２７内の溶湯面を徐々に下降させ、下端部がより高い位置にある第２ストーク２５ｂ，２５ｃから湯切りを行うことが可能である。即ち、図示の如く、厚肉部に開口する湯口２３ａと連通する第２ストーク２５ａの下端をより低い位置に、薄肉部に開口する湯口２３ｂ，２３ｃと連通する第２ストーク２５ｂ，２５ｃの下端をより高い位置に設定することにより厚肉部の湯切りのタイミングを遅らせることができ、製品に欠陥を生じたり、次の鋳造に支障を来す事態が回避される。また、溶湯の自重により湯切りを行う場合に比して迅速な湯切りを行うことが可能となる。なお、図２において、符号２６は加圧手段、符号２９はヒータ、符号３０は加圧ガス供給口、符号３４は上型支持板、符号３５は支持部材、符号３７は鋳型支持台、符号３８は断熱材、符号３９は鋳型支持プレートを示す。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−２６９５６３号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２１６５９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図示の鋳造装置２１は、上記のような種々の利点を有しているものの、チャンバ２７の上端近傍に湯切りガス供給口３２が設けられているため、汎用性に劣るという問題があった。即ち、図２に示すように、鋳造装置２１は、鋳型２３とチャンバ２７上面部（下型支持板３６）が一体化した構造となっており、その構造上、鋳型２３交換時には、チャンバ２７の上面部（下型支持板３６）も鋳型２３と一緒に取り外さなければならない。従って、湯切りガス供給口３２がチャンバ２７の上面部（下型支持板３６）に設けられていると、鋳型２３交換時に、湯切りガス供給口３２と、湯切りガス供給源３１とを脱着させる必要が生じ、鋳型２３の交換が煩雑になるという点で問題であった。
【００１０】また、図示の鋳造装置２１は、厚肉部における製品の欠陥を防止するため、厚肉部に開口する湯口２３ａと連通する第２ストーク２５ａの下端をより低い位置に設定して厚肉部の湯切りのタイミングを遅らせるものであるが、この場合には溶湯と接触している時間が長い厚肉部は、凝固が遅く、結晶が大きく成長してしまい、強度が低下するという問題があった。即ち、厚肉部の強度向上を図るという観点からは未だ不十分なものであった。
【００１１】本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、汎用性が高く、製品厚肉部の強度を向上させることが可能な鋳造装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明者が鋭意検討した結果、既述の鋳造装置において、保持炉内に挿入される第１ストークに湯切りガス供給口を設けることにより、上記従来技術の問題点を解決できることを見出して本発明を完成した。
【００１３】即ち、本発明によれば、保持炉と、前記保持炉の上方に配置される、複数の湯口を有する鋳型と、保持炉内に挿入される第１ストークと、前記第１ストークから分岐され、前記鋳型の複数の湯口に連通する、複数の第２ストークと、溶湯に差圧を付与するための加圧手段及び／又は減圧手段と、湯切りガス供給源とを備えた鋳造装置であって、前記第１ストークに湯切りガス供給口を設けたことを特徴とする鋳造装置が提供される。
【００１４】本発明の鋳造装置においては、前記湯切りガスとして、不活性ガスを用いることが好ましい。即ち、本発明の鋳造装置においては、前記湯切りガス供給源が不活性ガス供給源であり、前記湯切りガス供給口が不活性ガス供給口であることが好ましい。
【００１５】本発明の鋳造装置の実施形態としては、溶湯を一時貯留するためのチャンバを備え、当該チャンバを介して第１ストークと第２ストークを連通したものが挙げられる。
【００１６】本発明の鋳造装置は、複数の第２ストークのうち、鋳型の製品厚肉部の成形空間に開口する湯口と連通する第２ストークを、第１ストークの直上に配置したものが好ましく、鋳型の製品厚肉部の成形空間近傍に冷却手段を配置したものが更に好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図１を参照しながら、本発明の鋳造装置について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施態様に限定されるものではない。
【００１８】（１）本発明の鋳造装置の特徴
本発明の鋳造装置の特徴は、第１ストークに湯切りガス供給口を設けた点にある。図示の鋳造装置１の如く、第１ストーク４に湯切りガス供給口１２を設けることにより、チャンバ７上面部（下型支持板１６）に湯切りガス供給口１２を設けた場合に比して、鋳型３交換時に、湯切りガス供給口１２と、湯切りガス供給源１１とを脱着させる必要がなく、鋳型３の交換が極めて簡便となるため、鋳造装置１の汎用性が飛躍的に向上するという顕著な効果を奏する。
【００１９】また、本発明の鋳造装置は、図示の鋳造装置１の如く、複数の第２ストーク５ａ〜５ｃのうち、鋳型３の製品厚肉部の成形空間（鋳型３の中央部）に開口する湯口３ａと連通する第２ストーク５ａを、第１ストーク４の直上に配置することにより、製品厚肉部の強度を向上させるという効果をも奏する。
【００２０】第１ストーク４に設けられた湯切りガス供給口１２から供給された湯切りガスは第１ストーク４の溶湯内を略直線的に上昇するため、第１ストーク４の直上に配置された第２ストーク５ａ内に優先的に溜まっていく。そして、第２ストーク５ａが湯切りガスで満たされない限り、他の第２ストーク５ｂ，５ｃに湯切りガスが行き渡ることはない。即ち、製品厚肉部は高温の溶湯から最も早いタイミングで縁切りされ、迅速に冷却されるため、厚肉部の凝固は速くなり、結晶成長を抑制することができ、強度向上を図ることが可能となる。また、従来は、湯切りのタイミングを合わせるために冷却を弱めることが必要であったが、本発明の鋳造装置であれば、厚肉部を強力に冷却することが可能となる。
【００２１】なお、図示の鋳造装置１は鋳型中央部が製品厚肉部となっている例であるが、厚肉部の位置は特に限定されるものではない。例えば、鋳型端部が厚肉部となっている場合には、当該厚肉部の成形空間（鋳型の端部）に開口する湯口と連通する第２ストークを、第１ストークの直上に配置すればよい。
【００２２】図示の鋳造装置１の如く、厚肉部の成形空間に開口する湯口３ａと連通する第２ストーク５ａを、第１ストーク４の直上に配置した場合には、鋳型３の製品厚肉部の成形空間近傍に冷却手段１３を配置することが好ましい。こうすることにより、溶湯の凝固速度が遅い厚肉部を最も早いタイミングで縁切りした場合でも、厚肉部に開口する湯口から完全に凝固していない溶湯が保持炉内に戻され、製品に欠陥を生じる事態を防止することが可能となる。
【００２３】冷却手段の種類は特に限定されないが、水冷配管、ミストの散布機等が挙げられる。また、鋳型の製品厚肉部の成形空間を冷却し得る限りにおいて、必ずしも図示の如く冷却手段１３と鋳型３を一体的に形成する必要はない。
【００２４】（２）本発明の鋳造装置の構成
続いて、本発明の鋳造装置の構成を説明する。
【００２５】▲１▼加圧手段・減圧手段
本発明の鋳造装置は、低圧鋳造法の実施に好ましく用いられるものであるが、溶湯に対して減圧力を加えて吸引し、重力に逆らって溶湯を引き上げることにより溶湯を鋳型に充填する減圧鋳造法の実施にも用いることができる。加圧と減圧の違いはあるものの、減圧鋳造法も低圧鋳造法と同様に溶湯に対して差圧を付与する鋳造方法であり、基本的な装置構成は同様のものを用いることができるからである。
【００２６】本発明の鋳造装置を低圧鋳造に用いる場合には、溶湯に差圧を付与するための加圧手段を備えることが必要である。本発明にいう「加圧手段」は「溶湯に差圧を付与する」ものであるところ、シリンダ等の機械的加圧手段ではなく、コンプレッサ、圧縮ボンベ等の専らガスにより加圧を行う加圧手段を意味する。例えば、図１に示す鋳造装置１は低圧鋳造用の鋳造装置の一の実施態様を示したものであり、そのような加圧手段６を備えるとともに、保持炉２に加圧ガスを供給するための加圧ガス供給口１０を穿設し、加圧手段６と加圧ガス供給口１０を配管接続する構造としている。
【００２７】加圧手段は、重力に逆らって溶湯を押し上げる必要から、０．３〜０．５ＭＰａ程度の圧力で加圧を行い得るものが用いられる。供給する加圧ガスの種類は特に限定されないが、溶湯の酸化を防止するべく、窒素、アルゴン等の不活性ガスを用いることが好ましい。
【００２８】一方、減圧鋳造用の鋳造装置においては、真空ポンプ等の減圧手段を備えることが必要である。減圧鋳造用の鋳造装置の場合には、鋳型を気密的に被包する減圧室を設け、当該減圧室に減圧吸引のための吸引口を穿設し、当該吸引口を介して減圧室と減圧手段を配管接続する構造等が採用される。減圧手段は、重力に逆らって溶湯を引き上げる必要から、−０．３〜−０．５ＭＰａ程度の減圧度（真空度）で減圧を行い得るものが用いられる。
【００２９】本発明の鋳造装置には、加圧手段と減圧手段の一方を備えたもののみならず、加圧手段と減圧手段の双方を備えたものも包含される。かかる鋳造装置によれば、加圧手段により溶湯をチャンバに充填し、当該溶湯を減圧手段により鋳型内に充填する方法を採ることも可能となる。このような方法は、減圧度が低い場合でも溶湯を充填可能であるため、鋳型の密閉度が低くても鋳造が可能となる点において好ましい。
【００３０】なお、加圧手段と加圧ガス供給口の間、又は減圧手段と吸引口との間には圧力センサ、排気弁、調整弁等を設け、演算処理装置により加圧ガスの圧力、流量、或いは減圧度を制御することが好ましい。
【００３１】▲２▼保持炉
本発明にいう保持炉とは、溶湯を貯留し、所定の温度に保持し続けるための炉を意味する。
【００３２】保持炉の形状・構造は、溶湯を貯留し得る内室を備える限りにおいて特に限定されないが、例えば図１に示す如く、溶湯８を貯留し得る箱状の容体２ｂの上部開口部を板状の蓋体２ａで封止する構造の保持炉２等を好適に用いることができる。また、保持炉には、図１に示す如く溶湯８を供給するための第１ストーク４が挿入されるとともに、図示しない溶湯注入口を設けることが一般的である。
【００３３】保持炉においては、隔壁を設けることにより、保持炉内を、第１ストークが挿入された溶湯供給室と前記注入口を設けた溶湯注入室の２室に区分し、当該２室を連通口により相互に連通せしめる構成としても良い。
【００３４】保持炉は、溶湯を所定の温度に保持し続けるという機能上、耐熱性・断熱性に優れたものであることが必要であり、例えば、アルミナ、シリカ、カルシア等の耐熱性・断熱性に優れた材質で保持炉を構成することが好ましい。
【００３５】また、少なくとも溶湯との接触面については溶湯に対する耐食性に優れた材質で構成することが好ましい。使用する溶湯の金属種により異なるが、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等の軽金属の溶湯を用いる場合には、ジルコニア系、アルミナ系等の材質により構成することが好ましい。
【００３６】保持炉は、溶湯を所定の温度に保持し続けるためヒータを備えることが一般的である。かかる機能を担保し得る限りにおいてヒータの形状、数、配設位置等は特に限定されないが、例えば図１に示す如く、保持炉２の天井近傍にヒータ９を４基備えた構造等が挙げられる。ヒータとしては、ガスヒータ等を用いることができるが、安全面を考慮すると、電気ヒータを用いることが好ましい。
【００３７】▲３▼鋳型
鋳型は製品形状の成形空間を有する型である。図１に示す鋳造装置１においては中央が厚肉、端部が薄肉の成形空間を有する鋳型３が用いられている。
【００３８】本発明の鋳造装置は低圧鋳造又は減圧鋳造に用いるものであるため、鋳型は保持炉の上方に配置される。例えば、図１に示す鋳型３は上下分割型の例であるが、下型を保持炉２の上方に配置された下型取付板１６上に固定し、当該下型の上部に上型を載置することにより、鋳型３を保持炉２の上方に配置している。
【００３９】また、本発明の鋳造装置は、鋳型内での湯流れを向上させ、鋳造欠陥を低減し、薄肉製品に対応可能とするべく、鋳型には複数の湯口を形成する。例えば、図１に示す鋳型３は、複数の湯口３ａ〜３ｃを有し、製品厚肉部の成形空間に湯口３ａが、製品薄肉部の成形空間に湯口３ｂ，３ｃが開口する構造を採っている。
【００４０】鋳型は、高温の溶湯に耐え得る材料で構成することが一般的であり、本発明においては、ＳＫＤ６１、ＦＣＤ４００等の金属からなる鋳型を好適に用いることができる。また、鋳型は必要に応じて割型としても良く、所望により製品の健全性を確保するための押湯やガス抜き等を形成してもよい。
【００４１】▲４▼ストーク
本発明にいうストークとは溶湯の流路を形成するパイプ状の部材を意味し、本発明の鋳造装置は保持炉に挿入される第１ストークと、前記第１ストークから分岐され、前記鋳型の複数の湯口に連通する、複数の第２ストークとを備える。
【００４２】図１に示す鋳造装置１においては、蓋体２ａを貫通して保持炉２に挿入される第１ストーク４と、第１ストーク４から分岐される、複数の第２ストーク５ａ〜５ｃとを備えており、第２ストーク５ａは製品厚肉部の成形空間に開口する湯口３ａに、第２ストーク５ｂ，５ｃは製品薄肉部の成形空間に開口する湯口３ｂ，３ｃに連通する構造を採っている。
【００４３】ストークも保持炉と同様の理由から耐熱性や耐食性が要求される。従って、これらの特性に優れるアルミナ、シリカ、ジルコニアをはじめとするセラミック等により構成することが好ましい。
【００４４】本発明の鋳造装置は、第１ストークに湯切りガス供給口が設けられる。湯切りガス供給口の構造は特に限定されないが、例えば、特開２００１−２８７０１５号公報に記載の鋳造装置と同様の構造とすることが好ましい。
【００４５】第２ストークは第１ストークから直接分岐しても良いが、チャンバを介して第１ストークと第２ストークを連通する構造としても良い。このような構造は、溶湯の湯面レベルを一定とし易く、同じタイミングで鋳型に溶湯を充填することができる点において好ましい。
【００４６】チャンバの構造は特に限定されないが、図１に示す如く、すり鉢状のチャンバ７の上部開口部を下型支持板１６により封止する構造等が挙げられる。図示の例では、第１ストーク４はすり鉢の底部に接合され、第２ストーク５ａ〜５ｃは下型支持板１６を貫通してチャンバ７に挿入されている。このような構造は湯切りした溶湯８を保持炉２に戻す際にチャンバ７内に溶湯８が残存することを防止できる点において好ましい。
【００４７】チャンバの設置方法も特に限定されないが、図１に示す如く、鋳型支持プレート１９、鋳型支持台１７によりチャンバ７を固定するとともに、チャンバ７と鋳型支持台１７の間にアルミナ、シリカ、ジルコニア等の断熱材１８を配置することが好ましい。
【００４８】▲５▼湯切りガス供給源
本発明の鋳造装置は、鋳型内外の溶湯を縁切りする湯切りガスを供給するための湯切りガス供給源を備える。
【００４９】湯切りガス供給源は、既述の加圧手段と同様に、コンプレッサ、圧縮ボンベ等の専らガスにより加圧を行う加圧手段を好適に用いることができ、図１に示す如く、第１ストーク４に穿設した湯切りガス供給口１２と湯切りガス供給源１１とを配管接続する構造とすればよい。また、湯切りガス供給源１１と湯切りガス供給口１２との間には圧力センサ、排気弁、調整弁等を設け、演算処理装置により加圧ガスの圧力、流量、或いは減圧度を制御することが好ましい。
【００５０】湯切りガス供給源は、ストーク内の溶湯の内圧に逆らって湯切りガスを供給する必要から、保持炉の内部圧力である０．３〜０．５ＭＰａより０．０２ＭＰａ程度大きい圧力で加圧を行い得るものが用いられる。供給する湯切りガスの種類は特に限定されないが、溶湯の酸化及び水素ガスの吸収を防止するべく、窒素、アルゴン等の不活性ガスを用いることが好ましい。
【００５１】▲６▼その他
図１に示す１４は上型取付板、１５は支持部材である。鋳造装置１においては、鋳型３の上型が支持部材１５を介して上型支持板１４に固定されており、上型支持板１４は図示されない油圧装置に接続されている。このような構造は、油圧装置を作動させることにより上型を上方へ引き上げることが可能であるため、鋳造後の製品の取出しが容易となる。
【００５２】（３）本発明の鋳造装置の用途
本発明の鋳造装置は汎用性が高いため、各種工業製品の鋳造に広範に用いることができる。また、製品厚肉部の強度向上が可能であるため、肉厚変化の大きい車両用ホイールの鋳造等に特に好適に用いられる。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の鋳造装置は、保持炉内に挿入される第１ストークに湯切りガス供給口を設けたので、汎用性が高く、製品厚肉部の強度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鋳造装置の一の実施態様を示す概略断面図である。
【図２】従来の鋳造装置の一の実施態様を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１…鋳造装置、２…保持炉（２ａ…蓋体、２ｂ…容体）、３…鋳型（３ａ，３ｂ，３ｃ…湯口）、４…第１ストーク、５ａ，５ｂ，５ｃ…第２ストーク、６…加圧手段、７…チャンバ、８…溶湯、９…ヒータ、１０…加圧ガス供給口、１１…湯切りガス供給源、１２…湯切りガス供給口、１３…冷却手段、１４…上型支持板、１５…支持部材、１６…下型支持板、１７…鋳型支持台、１８…断熱材、１９…鋳型支持プレート、２１…鋳造装置、２２…保持炉（２２ａ…蓋体、２２ｂ…容体）、２３…鋳型（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…湯口）、２４…第１ストーク、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…第２ストーク、２６…加圧手段、２７…チャンバ、２８…溶湯、２９…ヒータ、３０…加圧ガス供給口、３１…湯切りガス供給源、３２…湯切りガス供給口、３４…上型支持板、３５…支持部材、３６…下型支持板、３７…鋳型支持台、３８…断熱材、３９…鋳型支持プレート。

Claims

保持炉と、前記保持炉の上方に配置される、複数の湯口を有する鋳型と、保持炉内に挿入される第１ストークと、前記第１ストークから分岐され、前記鋳型の複数の湯口に連通する、複数の第２ストークと、溶湯に差圧を付与するための加圧手段及び／又は減圧手段と、湯切りガス供給源とを備えた鋳造装置であって、
前記第１ストークに湯切りガス供給口を設けたことを特徴とする鋳造装置。
前記湯切りガス供給源が不活性ガス供給源であり、前記湯切りガス供給口が不活性ガス供給口である請求項１に記載の鋳造装置。
溶湯を一時貯留するためのチャンバを備え、当該チャンバを介して第１ストークと第２ストークを連通した請求項１又は２に記載の鋳造装置。
複数の第２ストークのうち、鋳型の製品厚肉部の成形空間に開口する湯口と連通する第２ストークを、第１ストークの直上に配置した請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋳造装置。
鋳型の製品厚肉部の成形空間近傍に冷却手段を配置した請求項４に記載の鋳造装置。