JP2004195533A - Method for controlling cooling of metallic mold in low-pressure casting apparatus, and metallic mold in low-pressure casting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低圧鋳造装置の金型冷却制御方法および低圧鋳造装置の金型に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、アルミニウム合金等の鋳造には、大量生産ができ、凝固過程も合理的で、緻密かつ寸法精度も良好であり、さらに設備費が比較的安価であることから低圧鋳造法が広く行われている。
【0003】
低圧鋳造法は、金属溶湯を密閉された溶湯槽内に入れ、圧縮空気を溶湯槽内に供給して溶湯面を加圧し、その加圧力で溶湯をストークを通して押し上げ、その上に設置された金型のキャビティ内に供給し、キャビティ内に充填した溶湯を加圧状態のまま一定時間保持した後、加圧を解除しながら冷却させ、溶湯が凝固したとき型開きして鋳造品を搬出する鋳造方法である。
【0004】
低圧鋳造の際の加圧時間および冷却時間を自動的に設定することによって、溶湯の凝固状態を安定させて、生産性の向上および品質の安定化を図る低圧鋳造装置の加圧制御方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。
【0005】
この低圧鋳造装置の加圧制御方法について図8に示す概略システム図を参照して説明する。
【0006】
低圧鋳造装置101は、上型102aと、この上型102aと共にキャビティ103を形成する横型102bと、湯口104を有する下型102cとからなる金型102を上面に設置するダイベース105と、ダイベース105上に設置した金型102を型締めする型締め装置106と、ダイベース105の下方に設置される溶湯槽107と、ダイベース105を貫通して溶湯槽107内に垂下するストーク108によって構成され、ストーク108に溶湯温度を検知する第1温度センサ109aを設置し、下型102cに湯口104の温度を検知する第2温度センサ109bを設置し、横型102bに第3温度センサ109cを設置する。
【0007】
そして、鋳造時におけるこれら第1、第2、第3温度センサ109a、109b、109cの検知温度に応じて予め実験あるいはシミュレーション等によって確認して設定されたマップ等により加圧時間と冷却時間を自動的に設定して溶湯の凝固状態を安定化させるものである。
【0008】
また、金型の各部に温度検出手段を設けると共に冷却水通路を形成し、各温度検出手段の検知温度に基づいてそれぞれの冷却水通路に冷却水を供給して金型の各部の温度制御を行う金型冷却制御方法がある。
【0009】
この金型冷却制御方法について図9および図10を参照してエンジンのシリンダヘッドを鋳造する場合を例に説明する。
【0010】
図9は低圧鋳造用の金型110の構成図であって、この金型110は上型111と、一対の横型112と、下型113とを有し、上型111と、横型112と、下型113の各キャビティサイド111a、112a、113aによって中空状のキャビティ114を形成している。
【0011】
下型113には上下方向に延在して図示しないストーク側とキャビティ114側を連通する湯口115が形成されている。
【0012】
上型111には、それぞれ上下方向に貫通して形成される鋳抜きピン装着孔117、点火プラグ入れ子装着孔118、リフター入れ子装着孔119が穿設されている。
【0013】
鋳抜きピン装着孔117、点火プラグ入れ子装着孔118、リフター入れ子装着孔119には、それぞれ鋳抜きピン121、点火プラグ入れ子122、リフター入れ子123が嵌合して取り付けられる。
【0014】
鋳抜きピン121は、基部121aが鋳抜きピン装着孔117に嵌合して装着される柱状で、先端121bがキャビティ114内を貫通して下型113の湯口115の上部内に達している。
【0015】
点火プラグ入れ子122は、基部122aが上型111の点火プラグ入れ子装着孔118に嵌合して装着され、先端122bがキャビティ114内に突出する柱状であって、鋳造品であるシリンダヘッドの点火プラグ孔を成形する入れ子である。リフター入れ子123は、リフター入れ子装着孔119に基部123aが装着されて先端123bがキャビティ114内に突出する柱状であって、シリンダヘッドにバルブリフターを取り付けるバルブリフター装着孔を成形する入れ子である。
【0016】
上型111には、キャビティ114の近傍に対応して温度測定点131aが設定された熱電対温度計131が内装され、かつ端部に冷却水入口132aが形成されてキャビティ114の近傍で折り返されて冷却水入口132aの近傍に冷却水出口132bが形成された上型冷却水通路132が穿設されている。
【0017】
点火プラグ入れ子122には、その先端122bの近傍に対応して温度測定点133aが設定された熱電対温度計133が内装され、かつ基部122aに冷却水入口134aが形成されて先端122bの近傍で折り返されて冷却水出口134bが基部122aに形成された点火プラグ入れ子冷却水通路134が穿設されている。
【0018】
リフター入れ子123には、その内部に温度測定点135aが設定された熱電対温度計135が内装され、かつ基部123aに冷却水入口136aが形成されて先端123bの近傍で折り返されて冷却水出口136bが基部123aに形成されたリフター入れ子冷却水通路136が穿設されている。
【0019】
横型112には、キャビティ114の近傍に対応して温度測定点137aが設定された熱電対温度計137が内装され、かつ端部に冷却水入口138aが形成されてキャビティ114の近傍で折り返されて端部に冷却水出口138bが形成された横型冷却水通路138が穿設されている。
【0020】
下型113には、湯口115の近傍に対応して温度測定点139aが設定された熱電対温度計139が内装され、かつ端部に冷却水入口140aが形成されて湯口115の近傍で折り返されて冷却水入口140aの近傍に冷却水出口140bが形成された下型冷却水通路140が穿設されている。
【0021】
図10は、上型冷却水通路132、点火プラグ入れ子冷却水通路134、リフター入れ子冷水却通路136、横型冷却水通路138、下型冷却水通路140の各冷却水通路に冷却水を供給する冷却水制御図である。
【0022】
冷却水供給源141がそれぞれ上型冷却水制御弁143、点火プラグ入れ子冷却水制御弁146、リフター入れ子冷却水制御弁149、横型冷却水制御弁152、下型冷却水制御弁155が介在する供給路142、145、148、151、154を介して上型冷却水通路132、点火プラグ入れ子冷却水通路134、リフター入れ子冷却水通路136、横型冷却水通路138、下型冷却水通路140の各冷却水入口132a、134a、136a、138a、140aに接続されている。
【0023】
上型冷却水制御弁143は上型温度コントローラ144によって開閉制御され、鋳造時に熱電対温度計131からの検出値が上型温度コントローラ144に入力され、上型温度コントローラ144はその検出値に基づいて上型冷却水制御弁143を開き上型冷却水通路132に冷却水を供給して上型111を冷却する。
【0024】
点火プラグ入れ子冷却水制御弁146は点火プラグ入れ子温度コントローラ147によって開閉制御され、鋳造時に熱電対温度計133からの検出値が点火プラグ入れ子温度コントローラ147に入力され、点火プラグ入れ子温度コントローラ147はその検出値に基づいて点火プラグ入れ子冷却水制御弁146を開き点火プラグ入れ子冷却水通路134に冷却水を供給して点火プラグ入れ子122を冷却する。
【0025】
リフター入れ子冷却水制御弁149はリフター入れ子温度コントローラ150によって開閉制御され、鋳造時に熱電対温度計135からの検出値がリフター入れ子温度コントローラ150に入力され、リフター入れ子温度コントローラ150はその検出値に基づいてリフター入れ子冷却水制御弁149を開きリフター入れ子冷却水通路136に冷却水を供給してリフター入れ子123を冷却する。
【0026】
横型冷却水制御弁152は横型温度コントローラ153によって開閉制御され、鋳造時に熱電対温度計137からの検出値が横型温度コントローラ153に入力され、横型温度コントローラ153はその検出値に基づいて横型冷却水制御弁152を開き横型冷却水通路138に冷却水を供給して横型112を冷却する。
【0027】
下型冷却水制御弁155は下型温度コントローラ156によって開閉制御され、鋳造時に熱電対温度計139からの検出値が下型温度コントローラ156に入力され、下型温度コントローラ156はその検出値に基づいて下型冷却水制御弁155を開き下型冷却水通路140に冷却水を供給して下型113を冷却する。
【0028】
そして、予め実験的にあるいはシミュレーションにより鋳造品の内部に巣の発生しない各部の冷却温度を確認して設定し、その設定温度となるように各温度コントローラ144、147、150、153、156により上型冷却制御弁143、点火プラグ入れ子冷却水制御弁146、リフター入れ子冷却水制御弁149、横型冷却水制御弁152、下型冷却水制御弁155を開閉制御して上型111、点火プラグ入れ子122、リフター入れ子123、横型112、下型113を冷却する。
【0029】
【特許文献1】
特開平6−114535号公報
【0030】
【発明が解決しようとする課題】
上記図8に示す特許文献1の加圧制御方法によると、ストーク108に設けた第1温度センサ109a、下型102cに設けた第2温度センサ109b、横型102bに設けた第3温度センサ109cによってそれぞれ検知した溶湯温度と、湯口温度と、横型102bの温度とに基づいて予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認して設定されたマップ等により加圧時間と冷却時間を決定することによって、金型の温度の変動に対応した加圧制御が行われる。
【0031】
しかし、金型の各部、例えば上型、下型、横型、さらに各種の入れ子を有する金型にあってはそれらの入れ子を含む各部分の温度をそれぞれ適切に制御することが困難であり、毎鋳造サイクルでの指向性凝固温度勾配に追従できないため、鋳造品における肉厚変化の大きい厚肉部に巣が発生する等の鋳造欠陥の発生が懸念される。
【0032】
また、ストーク108、下型102c、横型102bにそれぞれ第1、第2、第3温度センサ109a、109b、109cを配設することから金型102の複雑化を招くと共に、各温度センサの精度低下や補償導線の絶縁不良等の不具合の発生要因が多くなり、鋳造品の品質低下を招く要因となる。これらの不具合の発生を防止するためには多くのメンテナンス工数を要する。
【0033】
一方、上記図9および図10に示す冷却制御方法によると、金型110を形成する上型111、横型112、下型113、点火プラグ入れ子122、リフター入れ子123にそれぞれ熱電対温度計131、137、139、133、135および各冷却水路132、138、140、134、136を設け、予め実験的にあるいはシミュレーションにより鋳造品の内部に巣の発生しない各部の冷却温度を確認し、その温度となるように各冷却水通路132、138、140、134、136に冷却水を供給して金型の各部の温度制御をすることができる。
【0034】
しかし、これらの温度制御は、毎鋳造サイクルで異なる指向性凝固温度勾配に厳密には追従することができず、特に複雑形状の鋳造品における肉厚変化の大きい厚肉部に巣が発生する等の鋳造欠陥の発生が懸念される。
【0035】
また、金型110を形成する上型111、横型112、下型113、点火プラグ入れ子122、リフター入れ子123にそれぞれ温度を検知する熱電対温度計131、137、139、133、135を配設することから金型の複雑化を招くと共に、各熱電対温度計131、137、139、133、135の精度低下や補償導線の絶縁不良等の不具合の発生要因が多く、鋳造品の品質低下を招く要因となる。これらの不具合の発生を防止するには多くのメンテナンス工数を要する。
【0036】
従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、単一の温度検出手段による検知温度により理想的な金型の冷却が得られ、鋳造品の品質向上および鋳造サイクルの短縮による生産性の向上が期待できる低圧鋳造装置の金型冷却制御方法および低圧鋳造装置の金型を提供することにある。
【0037】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項1に記載の低圧鋳造装置の金型冷却制御方法の発明は、上下方向に延在するストークおよび該ストークの上端に湯口を介して連続するキャビティが形成された金型を有し、上記ストークを介して金属溶湯を上記キャビティ内に充填して鋳造する低圧鋳造装置の金型冷却制御方法において、上記湯口部分の溶湯温度を検出し、この検出温度に応じて上記金型の各部分に設けられた冷却手段を制御することを特徴とする。
【0038】
請求項1の発明は、キャビティ内に充填された溶湯の最終凝固部となると共に鋳造サイクル毎に変化する湯口の部分の溶湯温度が金型の各部分における温度変化と対応することに着目してなされたもので、湯口部分における溶湯温度変化に対応する金型の各部分において指向性凝固が得られる冷却温度となる冷却手段の制御タイミングを、予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認して設定し、湯口部分の溶湯温度変化に基づいて金型の各部分に設けられた冷却手段を制御することによって、指向性凝固を図りながら凝固速度を促進することが可能になり、理想的な金型冷却が得られ、鋳造品の品質向上および鋳造サイクルの短縮による生産性の向上が期待できる。
【0039】
請求項2に記載の低圧鋳造装置の金型冷却制御方法の発明は、複数の金型構成部材によってキャビティが形成された金型と、上下方向に延在して上端が上記金型構成部材に形成された湯口を介してキャビティに連続するストークとを有し、上記ストークを介して金属溶湯を上記キャビティ内に充填して鋳造する低圧鋳造装置の金型冷却制御方法において、上記湯口部分の溶湯温度を検出する温度検出手段と、各冷却水制御弁を介して冷却水供給源に連続する上記各金型構成部材にそれぞれ形成された冷却水通路とを備え、上記温度検出手段の検出温度に応じて上記各冷却水制御弁を開閉制御して上記それぞれの冷却水通路に冷却水供給源からの冷却水を供給することを特徴とする。
【0040】
請求項2の発明によると、湯口部分における溶湯温度変化に対応する金型の各金型部材における指向性凝固が得られる冷却温度となる各冷却水制御弁による各冷却水路への冷却水供給タイミングを、予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認して設定し、湯口部分における温度検出手段による検出温度に応じて上記各冷却水制御弁を開閉制御して上記それぞれの冷却水通路に冷却水を供給して下型および各金型部材を段階的に冷却することによって、指向性凝固を図りながら凝固速度を促進することが可能になり、理想的な金型冷却が得られ、鋳造品の品質向上および鋳造サイクルの短縮による生産性の向上が期待できる。
【0041】
さらに、単一の温度検出手段による湯口部分の溶湯温度検出に基づいて各冷却水制御弁を開閉制御することから、冷却制御の簡素化および不具合の発生要因が少なくなり、鋳造品の品質低下が回避できる。
【0042】
上記目的を達成する請求項3に記載の低圧鋳造装置の金型の発明は、複数の金型構成部材によってキャビティが形成された金型と、上下方向に延在して上端が上記金型構成部材に形成された湯口を介してキャビティに連続するストークとを有し、上記ストークを介して金属溶湯を上記キャビティ内に充填して鋳造する低圧鋳造装置の金型において、上記湯口部分の溶湯温度を検出する温度検出手段と、上記温度検出手段の検出温度に応じてそれぞれ開閉制御される各冷却水制御弁を介して冷却水供給源に連続する上記各金型構成部材にそれぞれ形成された冷却水通路とを備えたことを特徴とする。
【0043】
請求項3の発明によると、湯口部分の溶湯温度変化に対応する金型の各金型部材における指向性凝固が得られる冷却温度となる冷却水制御弁によるそれぞれの冷却水路への冷却水供給タイミングを、予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認して設定し、温度検出手段による検出温度に基づいて各冷却水制御弁を制御してそれぞれの冷却水通路に冷却水を供給して各金型構成部材を冷却することによって、指向性凝固を図りながら凝固速度を促進することが可能になり、理想的な金型冷却が得られ、鋳造品の品質向上および鋳造サイクルの短縮による生産性の向上が期待できる。
【0044】
さらに、また、単一の温度検出手段による測定温度に基づいて各冷却水制御弁を制御することから、各金型構成部材にそれぞれ温度検出手段を配置する必要がなくなり、金型の簡素化が得られると共に温度検出手段の精度低下や補償導線の絶縁不良等の不具合の発生要因が極めて少なくなり、鋳造品の品質低下が回避でき、かつメンテナンスの簡素化が得られる。
【0045】
請求項4に記載の低圧鋳造装置の金型の発明は、上型と、湯口が形成された下型と、これら下型と上型との間に配置される横型によってキャビティが形成された金型と、上下方向に延在して上端が上記湯口を介してキャビティに連続するストークとを有し、上記ストークを介して金属溶湯を上記キャビティ内に充填して鋳造する低圧鋳造装置の金型において、上記湯口部分の溶湯温度を検出する温度検出手段と、上記温度検出手段による検出温度に応じて開閉制御される上型冷却水制御弁を介して冷却水供給源に連続する上記上型に形成された上型冷却水通路と、上記温度検出手段による検出温度に応じて開閉制御される下型冷却水制御弁を介して冷却水供給源に連続する上記下型に形成された下型冷却水通路と、上記温度検出手段による検出温度に応じて開閉制御される横型冷却水制御弁を介して冷却水供給源に連続する横型に形成された横型冷却水通路とを備えたことを特徴する。
【0046】
請求項4の発明によると、湯口部分における溶湯温度変化に対応する金型の上型、横型、下型において指向性凝固が得られる冷却温度となる各上型冷却制御弁、横型冷却水制御弁、下型冷却水制御弁による上型冷却水通路、横型冷却水通路、下型冷却水通路への冷却水供給タイミングを予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認して設定し、温度検出手段による検出温度変化に基づいて上型冷却水制御弁、横型冷却水制御弁、下型冷却水制御弁を制御して上型、横型、下型を冷却することによって、指向性凝固を図りながら凝固速度を促進することが可能になり、理想的な金型冷却が得られ、鋳造品の品質向上および鋳造サイクルの短縮による生産性の向上が期待できる。
【0047】
さらに、単一の温度検出手段による検出温度に基づいて、上型冷却水制御弁、横型冷却水制御弁、下型冷却水制御弁を制御することから、上型、横型、下型への各部に温度検出手段の配置が不必要になり、金型の簡素化が得られると共に温度検出手段の精度低下や補償導線の絶縁不良等の不具合の発生要因が極めて少なくなり鋳造品の品質低下が回避でき、メンテナンスの簡素化ができる。
【0048】
請求項5に記載の発明は、請求項4の低圧鋳造装置の金型において、上記金型は入れ子を有し、上記温度検出手段による検出温度に応じて開閉制御される入れ子冷却水制御弁を介して冷却水供給源に連続する上記入れ子に形成された入れ子冷却水通路を備えたことを特徴する。
【0049】
請求項5の発明によると、請求項4の発明に加え、湯口部分における溶湯温度変化に対応する入れ子における指向性凝固が得られる冷却温度となる入れ子冷却水制御弁による入れ子冷却水通路への冷却水供給タイミングを、予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認して設定し、温度検出手段による検出温度に基づいて入れ子冷却水制御弁を制御して入れ子冷却水通路に冷却水を供給して入れ子を冷却することによって、入れ子を有する金型においても指向性凝固を図りながら凝固速度を促進することが可能になり、鋳造品の品質向上が期待できる。
【0050】
請求項6に記載の発明は、請求項3〜5のいずれかの低温鋳造装置の金型において、上記金型は、上記湯口内に先端が突出する鋳抜きピンを有し、上記温度検出手段は、上記鋳抜きピンに設けられ、かつ鋳抜きピンの先端近傍に温度測定点を有する熱電対温度計であることを特徴とする。
【0051】
請求項6の発明によると、湯口内に先端が突出する鋳抜きピンに熱電対温度計を設けることによって、金型の構成を複雑化することなく温度検出手段である熱電対温度計を配設することができる。
【0052】
【発明の実施の形態】
本発明による低圧鋳造装置の金型冷却制御方法および低圧鋳造装置の金型装置の金型の実施の形態をアルミニウム合金によりエンジンのシリンダヘッドを鋳造する場合を例に図1乃至図7を参照して説明する。
【0053】
図1は、保持炉10および鋳造機30を備えた低圧鋳造装置1の概念図、図2は低圧鋳造装置1の要部概略図、図3は鋳造機30に配置される金型40の説明図である。
【0054】
保持炉10は、溶湯保持炉11に支持されて溶湯80を保持する溶湯槽12を有し、溶湯槽12の上方に設けられた支持枠13によって溶湯供給装置15が吊り下げ支持されている。
【0055】
溶湯供給装置15は、図2に示すように吊り下げ支持された基部16に上端が密閉状態で支持され下部が溶湯槽12内に貯留されたアルミニウム合金の金属溶湯80に浸漬される有底筒状の加圧ポット17が設けられている。
【0056】
加圧ポット17の底部には溶湯槽12内と連通する吸込口17aが穿設されている。加圧ポット17の側部には先端が基部16を経由して鋳造機30のストーク33に連通する給湯管19の基端が挿入され、かつ給湯管19に穿設された吐出口19aが加圧ポット17内に開口している。これら吸込口17aと吐出口19aはそれぞれ加圧ポット17内に設けられた吸込口側弁体18および吐出口側弁体20によって開閉される。
【0057】
さらに、溶湯供給装置15には、吸引兼送気管21を介して加圧ポット17内を減圧する真空ポンプ22および加圧ポット17内に圧力ガス体、本実施の形態では圧縮空気を送り込むことによって加圧する加圧ポンプ23等によって構成される加圧ポット減圧加圧手段24が設けられている。また、加圧ポット17内には溶湯80の液面を検出するレベルセンサ(図示せず)が設けられている。なお、これら吸込口側弁体18、吐出口側弁体20、真空ポンプ22、加圧ポンプ23等の各作動制御は、制御部(図示せず)によってなされる。
【0058】
一方、鋳造機30は、ダイベース31にストークプレート32を介して上端が取り付けられて上下方向の延在する筒状のストーク33を有し、ストーク33の下端に保持炉10から導かれた給湯管19の先端が接続され、ダイベース31上にシリンダヘッドを鋳造する金型40が設置されている。
【0059】
金型40は、図3に示すように、金型構成部材である上型41、一対の横型42、下型43を有し、油圧シリンダ等によって構成された型締装置35(図1参照)によってダイベース31に結合された下型43に対し接離可能に上型41が昇降し、かつ一対の横型42が互いに接離する水平方向に移動するように構成され、上型41と、横型42と、下型43の各キャビティサイド41a、42a、43aによって中空状のキャビティ44を形成している。
【0060】
上型41には、それぞれ上下方向に貫通し、かつ段部を介して上方の大径部47aおよび下方の小径部47bによって形成される鋳抜きピン装着孔47が穿設され、同様に段部を介して上方の大径部48aと下方の小径部48bによって形成される点火プラグ入れ子装着孔48、および段部を介して上方の大径部49aと下方の小径部49bによって形成されるリフター入れ子装着孔49が穿設されている。また、上型41には、端部に冷却水入口55aが形成されてキャビティ44の近傍で折り返されて冷却水入口55aの近傍に冷却水出口55bが形成された上型冷却水通路55が穿設されている。
【0061】
鋳抜きピン装着孔47、点火プラグ入れ子装着孔48、リフター入れ子装着孔49には、金型構成部材である鋳抜きピン51、点火プラグ入れ子52、リフター入れ子53が嵌合して上型41に取り付けられる。
【0062】
鋳抜きピン51は、鋳抜きピン装着孔47の大径部47aに嵌合する比較的大径の基部51aと小径部47bに嵌合する軸部51bを有する棒状であって、軸部51bがキャビティ44内を貫通して先端51cが下型43の湯口45の上部に達する長さを有し、鋳抜きピン装着孔47に基部51aを嵌合することによって所定位置に保持される。
【0063】
鋳抜きピン51には、その先端51cの近傍に対応して温度測定点aが設定された温度検出手段である熱電対温度計54が内装され、鋳抜きピン51を鋳抜きピン装着孔47に装着することによって湯口45内の上部位置の温度検出が可能になる。また、熱電対温度計54を内装することによって金型40を複雑化することなく熱電対温度計54を配設することができる。
【0064】
点火プラグ入れ子52は、点火プラグ装着孔48の大径部48aに嵌合する比較的大径の基部52aと小径部48bに嵌合する軸部52bを有する棒状であって、先端52cがキャビティ44内に突出する長さを有し、点火プラグ入れ子装着孔48に基部52aを嵌合することによって所定位置に保持される。さらに、点火プラグ入れ子52には、基部52aに冷却水入口56aが形成されて先端52cの近傍で折り返されて冷却水出口56bが基部52aに形成された点火プラグ入れ子冷却水通路56が穿設されている。
【0065】
リフター入れ子53は、リフター入れ子装着孔49の大径部49aに嵌合する比較的大径の基部53aと小径部49bに嵌合する軸部53bを有する棒状であって、先端53cがキャビティ44内に突出する長さを有し、リフター入れ子装着孔49に基部53aを嵌合することによって所定位置に保持される。さらに、リフター入れ子53には、基部53aに冷却水入口57aが形成されて先端53cの近傍で折り返されて冷却水出口57bが基部57aに形成されたリフター入れ子冷却水通路57が穿設されている。
【0066】
横型42には、端部に冷却水入口58aが形成されてキャビティ44の近傍で折り返されて端部に冷却水出口58bが形成された横型冷却水通路58が穿設されている。
【0067】
下型43には、上下方向に延在してストーク33側とキャビティ44側を連通し、かつ中間部の開口面積が比較的小さく上方および下方に移行するに従って次第に増大する湯口45が形成され、さらに、端部に冷却水入口59aが形成されて湯口45の近傍で折り返されて冷却水入口59aの近傍に冷却水出口59bが形成された下型冷却水通路59が穿設されている。
【0068】
図4は、冷却手段である上型冷却水通路55、点火プラグ入れ子冷却水通路56、リフター入れ子冷水却通路57、横型冷却水通路58、下型冷却水通路59の各冷却水通路に冷却水を供給する冷却水制御回路図50である。
【0069】
図4において符号61は冷却水供給源であって、冷却水供給源61から分岐してそれぞれ上型冷却水制御弁63が介在する供給路62を介して上型冷却水通路55の冷却水入口55aに、点火プラグ入れ子冷却水制御弁66が介在する供給路65を介して点火プラグ入れ子冷却水通路56の冷却水入口56aに、リフター入れ子冷却水制御弁69が介在する供給路68を介してリフター入れ子冷却水通路57の冷却水入口57aに、横型冷却水制御弁72が介在する供給路71を介して横型冷却水通路58の冷却水入口58aに、下型冷却水制御弁75が介在する供給路74を介して下型冷却水通路59の冷却水入口59aに接続されている。
【0070】
上型冷却水制御弁63は上型温度コントローラ64によって開閉制御され、鋳造時に熱電対温度計54からの検出温度が上型温度コントローラ64に入力され、上型温度コントローラ64はその検出温度に基づいて上型冷却水制御弁63を開き上型冷却水通路55に冷却水を供給して上型41を冷却する。
【0071】
点火プラグ入れ子冷却水制御弁66は点火プラグ入れ子温度コントローラ67によって開閉制御され、鋳造時に熱電対温度計54からの検出値が点火プラグ入れ子温度コントローラ67に入力され、点火プラグ入れ子温度コントローラ67はその検出値に基づいて点火プラグ入れ子冷却水制御弁66を開き点火プラグ入れ子冷却水通路56に冷却水を供給して点火プラグ入れ子52を冷却する。
【0072】
リフター入れ子冷却水制御弁69はリフター入れ子温度コントローラ70によって開閉制御され、鋳造時に熱電対温度計54からの検出値がリフター入れ子温度コントローラ70に入力され、リフター入れ子温度コントローラ70はその検出値に基づいてリフター入れ子冷却水制御弁69を開きリフター入れ子冷却水通路57に冷却水を供給してリフター入れ子53を冷却する。
【0073】
横型冷却水制御弁72は横型温度コントローラ73によって開閉制御され、鋳造時に熱電対温度計54からの検出値が横型温度コントローラ73に入力され、横型温度コントローラ73はその検出値に基づいて横型冷却水制御弁72を開き横型冷却水通路58に冷却水を供給して横型42を冷却する。
【0074】
下型冷却水制御弁75は下型温度コントローラ76によって開閉制御され、鋳造時に熱電対温度計54からの検出値が下型温度コントローラ76に入力され、下型温度コントローラ76はその検出値に基づいて下型冷却水制御弁75を開き下型冷却水通路59に冷却水を供給して下型43を冷却する。
【0075】
そして、冷却を行うときには、先に溶湯80が注湯された湯口45から最も遠いキャビティ44の上部から凝固が行われるように配慮し、指向性凝固して最終的に湯口45が凝固するように冷却を制御をする。
【0076】
ここで、熱電対温度計54により検出される温度測定点aは、湯口45の部分の溶湯温度でキャビティ44に充填された溶湯の最終凝固部となる位置であり、温度測定点aの温度は図5に鋳抜きピン先端温度を示すように鋳造サイクル毎に変化する。この温度変化は金型40の各部分、すなわち上型41、横型42、下型43、点火プラグ入れ子52、リフター入れ子53の温度変化と対応し、鋳造の指向性凝固を代表する温度である。
【0077】
この温度測定点aの温度は、ストーク33内の溶湯80の溶湯面80aが上昇して温度測定点aに接近するに従って上昇することから、所定位置の溶湯面80aにおける温度測定点aの温度を予め実験あるいはシミュレーションにより得ることによって、ストーク33内の溶湯面80aの位置を検出することができ、熱電対温度計54が溶湯面位置センサとして機能し、熱電対温度計54によって検知された溶湯面検出信号として溶湯供給装置15に設けられた制御部に送られる。
【0078】
また、この温度測定点aの温度は、湯口45からキャビティ44内に注湯された溶湯80の溶融熱によって次第に上昇し、最高値に達した後に溶湯80が先に注湯された湯口45から最も遠い上端から凝固が行われて次第に降下することから、温度測定点aの温度に対する鋳造品の内部に巣が発生しないように冷却水による冷却開始時を、予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認して設定し、その温度測定点aの検出温度に基づいて各温度コントローラ64、67、70、73、76からの冷却開始信号により上型冷却水制御弁63、点火プラグ入れ子冷却水制御弁66、リフター入れ子冷却水制御弁69、横型冷却水制御弁72、下型冷却水制御弁75を開制御して上型41、点火プラグ入れ子52、リフター入れ子53、横型42、下型43の冷却を制御をする。
【0079】
この上型冷却水制御弁63の開制御タイミングは、熱電対温度計54による温度測定点aの検出温度に対応する上型41の部分において指向性凝固が得られる冷却温度となるように上型冷却水制御弁63の開による上型冷却水通路55への冷却水供給開始タイミングを、予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認することによって設定される。
【0080】
点火プラグ入れ子冷却水制御弁66の開制御タイミングは、熱電対温度計54による温度測定点aの検出温度に対応する点火プラグ入れ子52の部分において指向性凝固が得られる冷却温度となるように点火プラグ入れ子冷却水制御弁66の開による点火プラグ入れ子冷却水通路56への冷却水供給開始タイミングを、予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認することによって設定される。
【0081】
リフター入れ子冷却水制御弁69の開制御タイミングは、熱電対温度計54による温度測定点aの検出温度に対応するリフター入れ子53の部分において指向性凝固が得られる冷却温度となるようにリフター入れ子冷却水制御弁69の開によるリフター入れ子冷却水通路57への冷却水供給開始タイミングを、予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認することによって設定される。
【0082】
横型冷却水制御弁72の開閉制御タイミングは、熱電対温度計54による温度測定点aの検出温度に対応する横型42の部分において指向性凝固が得られる冷却温度となるように横型冷却水制御弁72の開による横型冷却水通路58への冷却水供給開始タイミングを、予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認することによって設定される。
【0083】
同様に、下型冷却水制御弁75の開閉制御タイミングは、熱電対温度計54による温度測定点aの検出温度に対応する下型43の部分において指向性凝固が得られる冷却温度となるように下型冷却水制御弁75の開による下型冷却水通路59への冷却水供給開始タイミングを、予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認することによって設定される。
【0084】
さらに、温度測定点aの温度が予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認して設定された温度にまで下降した時点で熱電対温度計54の給湯時間解除信号として制御部に発信する。さらに凝固が進行して温度測定点aの温度が下降し続けて鋳物となったものが金型40を離型しても変形やかじりが発生しない温度まで降下した時点の温度を予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認して設定しておき、この温度に達した時点で熱電対温度計54から凝固時間設定解除信号として制御部に電気信号を発する。
【0085】
次に、このように構成される低圧鋳造装置1による鋳造法について、図5の鋳造サイクル説明図、図6の湯詰め動作フローチャート、図7の充填および冷却動作フローチャートを参照して説明する。
【0086】
金型40のキャビティ44内への溶湯80の注湯に先立って鋳造機30のストーク33の上端あるいは上端近傍位置に設定された定湯面位置に溶湯面80aが達するまで湯詰めする。
【0087】
この湯詰め動作は、予め保持炉10の溶湯槽12内にアルミニウム合金を溶解した溶湯80を注入して所定量貯留して準備する。
【0088】
そして、予め設定されたプログラムに従って制御部からの指示により吐出口側弁体20によって給湯管19の基端に開口する吐出口19aを閉じる(ステップS1)。続いて吸込口側弁体18によって閉じていた加圧ポット17の吸込口17aを開き溶湯槽12内と加圧ポット17内とを連通する(ステップS2)。次に吸引兼送気管21を介して真空ポンプ22により加圧ポット17内を減圧して、吸込口17aから溶湯槽12内の溶湯80を加圧ポット17内の上端近傍まで吸い込む(ステップS3)。加圧ポット17の上端近傍まで溶湯80が吸い込まれたことがレベルセンサで検知されると、真空ポンプ22による加圧ポット17内の減圧を停止し、かつ吸込口側弁体18により吸込口17aを閉じる(ステップS4)。
【0089】
次に、加圧ポンプ23によって吸引兼送気管21から加圧ポット17内に圧縮空気を供給して溶湯面を加圧し、かつ吐出口側弁体20により閉じられていた吐出口19aを開き(ステップS5)、加圧ポット17内の溶湯80を給湯管19を通してストーク33に設定された定溶湯面位置Lまで押し上げる(ステップS6)。
【0090】
この定溶湯面位置まで溶湯80を押し上げる際、溶湯80の押し上げに伴ってストーク33内の溶湯面80aが鋳抜きピン51に設けられた熱電対温度計54の温度測定点aに向かって上昇し、図5の鋳造サイクル説明図に示すように温度測定点aの温度が上昇し、この温度が予め実験的にあるいはシミュレーションにより得られた定溶湯面位置に溶湯面80aが位置する温度Aに達したことを熱電対温度計54によって検知することによって検出される。熱電対温度計54によって、定溶湯面位置まで押し上げられた溶湯面80aを検知する(ステップS7)と、その溶湯面検出信号が熱電対温度計54から制御部に送られ、加圧ポンプ23による加圧ポット17内の加圧が停止し、かつ同時に吐出口19aを吐出口側弁体20によって閉じてストーク33からの溶湯80の逆流を防止して、定溶湯面圧力を維持することによって容湯面80aを定溶湯面位置に保持する(ステップS8)。
【0091】
ステップS1からステップS8までの湯詰め動作に続いて金型40のキャビティ44内に溶湯80を充填する充填動作が開始される。この充填動作および冷却動作について図5の鋳造サイクル説明図および図7の充填および冷却動作フローチャートを参照して説明する。
【0092】
吐出口側弁体20によって吐出口19aを閉じてストーク33内の容湯面80aを定溶湯面位置に保持した状態(ステップS11)で、吸込口側弁体18によって閉じていた吸込口17aを開き加圧ポット17内の定溶湯面圧力保持を解放する(ステップS12)。
【0093】
次に、吸引兼送気管21を介して真空ポンプ22により加圧ポット17内を減圧して、吸込口17aからキャビティ44の1鋳造分の溶湯80を加圧ポット17内に吸い込む(ステップS13)。加圧ポット17内に1鋳造分の容湯80を吸い込むと、真空ポンプ22による減圧を停止し、かつ吸込口側弁体18によって吸引口17aを閉じる(ステップS14)。この加圧ポット17に吸い込み供給された1鋳造分の溶湯量は、予め実験的にあるいはシミュレーションにより求められ、加圧ポット17に設けられたレベルセンサによって一定位置までの吸い込みを検知することによって一定量を確保する。
【0094】
続いて、加圧ポンプ23によって吸引兼送気管21から加圧ポット17内に圧縮空気を供給して溶湯面を加圧し、かつ吐出口側弁体20によって閉じていた吐出口19aを開く(ステップS15)。開放された吐出口19aから給湯管19を通してストーク33内に溶湯80を圧送して容湯面80aが押し上げられて金型40のキャビティ44内に充填され、かつこの充填に要する圧力、すなわち充填圧力が維持される(ステップS16)。このキャビティ44内に充填された溶湯80の溶湯熱により図5に示すように鋳抜きピン51に設定された温度測定点aの温度が上昇を開始し、熱電対温度計54の検出温度が上昇する。
【0095】
溶湯熱により温度測定点aの温度が予め設定された上型冷却開始温度B、例えば590℃に達すると、熱電対温度計54によるその温度検知に基づく上型温度コントローラ64からの開信号によって上型冷却水制御弁63が開き、冷却水供給源61から供給路62を介して上型冷却水通路55に冷却水が供給され、上型41の冷却が開始する(ステップS17)。さらに溶融熱により温度測定点aの温度が上昇し、最高点、例えば600℃に達した後、キャビティ44内に充填された溶湯80が湯口45から遠い上端から凝固を開始し、この凝固の進行に伴って温度測定点aの温度は降下を開始する。
【0096】
温度測定点aの温度が予め設定されたリフター入れ子冷却開始温度C、例えば595℃まで下降すると、熱電対温度計54によるその温度検知に基づくリフター入れ子温度コントローラ70からの開信号によってリフター入れ子冷却水制御弁69が開き、冷却水供給源61から供給路68を介してリフター入れ子冷却水通路57に冷却水が供給され、リフター入れ子53の冷却が開始する(ステップS18)。
【0097】
さらに、温度測定点aの温度が下降して予め設定された点火プラグ入れ子冷却開始温度D、例えば583℃に達すると、熱電対温度計54によるその温度検知に基づく点火プラグ入れ子温度コントローラ67からの開信号によって点火プラグ入れ子冷却水制御弁66が開き、冷却水供給源61から供給路65を介して点火プラグ入れ子冷却水通路56に冷却水が供給され、点火プラグ入れ子52の冷却が開始する(ステップS19)。
【0098】
さらに、温度測定点aの温度が下降して予め設定された横型冷却開始温度E、例えば572℃に達すると、熱電対温度計54によるその温度検知に基づく横型温度コントローラ73からの開信号によって横型冷却水制御弁72が開き、冷却水供給部61から供給路71を介して横型冷却水通路58に冷却水が供給され、横型42の冷却が開始する(ステップS20)。
【0099】
さらに、温度測定点aの温度が下降して予め設定された下型冷却開始温度F、例えば548℃に達すると、熱電対温度計54によるその温度検知に基づく下型温度コントローラ76からの開信号によって下型冷却水制御弁75が開き、冷却水供給源61から供給路74を介して下型冷却水通路59に冷却水が供給され、下型43の冷却が開始する(ステップS21)。
【0100】
湯口45の部分まで凝固が進行し、温度設定点aの温度が下降して予め設定された温度測定点aまで凝固が進行した時点の温度、すなわち加圧停止温度G、例えば530℃を熱電対温度計54が検知する(ステップS22)と、熱電対温度計54から注湯時間解除信号を制御部に送り、加圧ポンプ23による加圧ポット17内の加圧を停止して充填圧力を解除し、かつ同時に吐出口19aを吐出口側弁体20によって閉じてストーク33からの溶湯80の逆流を防止し、定溶湯面圧力を維持することによって溶湯面80aを定溶湯面位置に保持する(ステップS23)。
【0101】
さらに、キャビティ44内の凝固が進行して温度設定点aの温度が降下し続けて、凝固して鋳物となったものが金型40を離型しても変形やかじりが発生しない離型温度H、例えば490℃を熱電対温度計54が検知すると、熱電対温度計54によるその温度検知に基づく上型温度コントローラ64、点火プラグ入れ子温度コントローラ67、リフター入れ子温度コントローラ70、横型温度コントローラ73、下型温度コントローラ76の各コントローラからの閉信号によって上型冷却水制御弁63、点火プラグ入れ子冷却水制御弁66、リフター入れ子冷却水制御弁69、横型冷却水制御弁72、下型冷却水制御弁75の各制御弁が閉じ、上型冷却水通路55、点火プラグ入れ子冷却水通路56、リフター入れ子冷却水通路57、横型冷却水通路58、下型冷却水通路59の各冷却水通路への冷却水供給を停止する(ステップS24)と共に、熱電対温度計54から凝固時間解除信号を制御部に送り、型締装置35等によって金型40を開き、キャビティ44内で凝固した鋳物を取り出して1鋳造サイクルが終了する(ステップS25)。しかる後、金型40を閉じ次の溶湯充填待機状態にする。
【0102】
続く繰り返し行われる充填および冷却動作は、吐出口側弁体20によって吐出口19aを閉じてストーク33内の溶湯面80aを定溶湯面位置に保持した状態で、吸込口側弁体18によって吸込口17aを開放して加圧ポット17内の定溶湯面圧力を開放するステップS11から、金型40を開きキャビティ44内で凝固した鋳物を取り出すステップS25を経て金型40を閉じ次の溶湯充填待機状態にするステップを繰り返すことによって連続して鋳造が繰り返し行われる。
【0103】
本実施の形態によると、キャビティ44内に充填された溶湯の最終凝固部となると共に鋳造サイクル毎に変化する湯口45の部分を温度測定点aとし、その検出温度変化に対応する上型41、点火プラグ入れ子52、リフター入れ子53、横型42、下型43において指向性凝固が得られる冷却温度となる各上型冷却制御弁63、点火プラグ入れ子冷却水制御弁66、リフター入れ子冷却水制御弁69、横型冷却水制御弁72、下型冷却水制御弁75の開による上型冷却水通路55、点火プラグ入れ子冷却水通路56、リフター入れ子冷却水通路57、横型冷却水通路58、下型冷却水通路59への冷却水供給タイミングを、予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認して設定し、温度測定点aの温度変化に基づいて上型冷却水制御弁63、点火プラグ入れ子冷却水制御弁66、リフター入れ子冷却水制御弁69、横型冷却水制御弁72、下型冷却水制御弁75を制御して上型冷却水通路55、点火プラグ入れ子冷却水通路56、リフター入れ子冷却水通路57、横型冷却水通路58、下型冷却水通路59に冷却水を供給して上型41、点火プラグ入れ子52、リフター入れ子53、横型42、下型43を段階的に冷却することから、指向性凝固を図りながら凝固速度を促進することが可能になり、理想的な金型冷却が得られ、鋳造品の品質向上および鋳造サイクルの短縮による生産性の向上が期待できる。
【0104】
さらに、鋳抜きピン51に設けた熱電対温度計54による温度測定点aの測定温度に基づいて上型冷却水制御弁63、点火プラグ入れ子冷却水制御弁66、リフター入れ子冷却水制御弁69、横型冷却水制御弁72、下型冷却水制御弁75を制御することから、上型41、点火プラグ入れ子52、リフター入れ子53、横型42、下型43の各部に熱電対温度計の配置が省略でき、金型の簡素化が得られると共に、熱電対温度計の精度低下や補償導線の絶縁不良等の不具合の発生要因が極めて少なくなり、鋳造品の品質低下が回避できる。さらに、これらの発生を防止するためのメンテナンスの簡素化が得られる。
【0105】
なお、この低圧鋳造装置1により重量約9kgのアルミニウム合金水冷エンジン用のシリンダヘッドを鋳造するにあたり、上記図9および図10に示す従来の鋳造方法に比べ、指向性凝固が図れ、鋳造サイクルを約1/3に短縮できた。また内部巣等の内部欠陥の発生率においても3%改善された。
【0106】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では上型41、横型42、下型43、鋳抜きピン51、点火プラグ入れ子52、リフター入れ子53を有するシリンダヘッドを鋳造する金型40を例に説明したが、他の鋳造品を鋳造する金型に適用することができる。また、上記実施の形態では、保持炉10および鋳造機30を備えた低圧鋳造装置1を例に説明したが、金型の下方に溶湯槽が配置され、金型から溶湯槽内に垂下するストークを有する低圧鋳造装置の金型冷却に適用することもできる。
【0107】
【発明の効果】
以上説明した低圧鋳造装置の金型冷却制御方法および低圧鋳造装置の金型の発明によると、キャビティ内に充填された溶湯の最終凝固部となると共に鋳造サイクル毎に変化する湯口の部分の溶湯温度変化に対応する金型の各部分における指向性凝固が得られる冷却温度となる冷却手段の制御タイミングを、予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認して設定し、湯口の部分の溶湯温度検出に基づいて金型の各部分に設けられた冷却手段を制御することによって、指向性凝固を図りながら凝固速度を促進することが可能になり、理想的な金型冷却が得られ、鋳造品の品質向上および鋳造サイクルの短縮による生産性の向上が期待できる。
【0108】
さらに、また、単一の温度検出手段による検出温度に基づいて金型の各部分の冷却を制御することから、各金型構成部材にそれぞれ温度検出手段を配置する必要がなくなり、金型の簡素化が得られると共に温度検出手段の精度低下や補償導線の絶縁不良等の不具合の発生要因が極めて少なくなり、鋳造品の品質低下が回避でき、かつメンテナンスの簡素化が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による低圧鋳造装置の金型冷却制御方法および低圧鋳造装置の金型の実施の形態の概要を示す低圧鋳造装置の概念図である。
【図2】同じく、図1における低圧鋳造装置の要部概略図である。
【図3】同じく、金型の説明図である。
【図4】同じく、冷却水制御回路図である。
【図5】同じく、鋳造サイクル説明図である。
【図6】同じく、湯詰め動作フローチャートである。
【図7】同じく、充填および冷却動作フローチャートである。
【図8】従来の低圧鋳造装置の概要説明図である。
【図9】同じく、従来の金型の説明図である。
【図10】同じく、冷却水制御回路図である。
【符号の説明】
1 低圧鋳造装置
33 ストーク
40 金型
41 上型(金型構成部材)
42 横型(金型構成部材)
43 下型(金型構成部材)
44 キャビティ
45 湯口
51 鋳抜きピン
51c 先端
52 点火プラグ入れ子(金型構成部材、入れ子)
53 リフター入れ子(金型構成部材、入れ子)
54 熱電対温度計(温度検出手段)
55 上型冷却水通路(冷却手段、冷却水通路)
56 点火プラグ入れ子冷却水通路(冷却手段、冷却水通路)
57 リフター入れ子冷却水通路(冷却手段、冷却水通路)
58 横型冷却水通路(冷却手段、冷却水通路)
59 下型冷却水通路(冷却手段、冷却水通路)
61 冷却水供給源
62 供給路
63 上型冷却水制御弁
64 上型温度コントローラ
65 供給路
66 点火プラグ入れ子冷却水制御弁
67 点火プラグ入れ子温度コントローラ
68 供給路
69 リフター入れ子冷却水制御弁
70 リフター入れ子温度コントローラ
71 供給路
72 横型冷却水制御弁
73 横型温度コントローラ
74 供給路
75 下型冷却水制御弁
76 下型温度コントローラ
80 溶湯[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mold cooling control method for a low-pressure casting apparatus and a mold for a low-pressure casting apparatus.
[0002]
[Prior art]
For example, in the casting of aluminum alloys and the like, mass production is possible, the solidification process is rational, dense and dimensional accuracy is good, and the equipment cost is relatively low, so the low pressure casting method is widely used. I have.
[0003]
In the low-pressure casting method, a molten metal is placed in a closed molten metal tank, compressed air is supplied into the molten metal tank to pressurize the molten metal surface, the molten metal is pushed up through a stalk by the applied pressure, and the metal placed on the molten metal is placed on the molten metal. After casting the molten metal supplied into the mold cavity and holding the molten metal in the cavity for a certain period of time while maintaining the pressurized state, it is cooled while releasing the pressure, and when the molten metal solidifies, the mold is opened and the casting is carried out. Is the way.
[0004]
By automatically setting the pressurization time and cooling time during low-pressure casting, the solidification state of the molten metal is stabilized, and a pressure control method for a low-pressure casting device that aims to improve productivity and stabilize quality is proposed. (For example, see Patent Document 1).
[0005]
The pressurization control method of the low-pressure casting device will be described with reference to a schematic system diagram shown in FIG.
[0006]
The low-
[0007]
Then, the pressurizing time and the cooling time are automatically determined by a map or the like which is previously confirmed by experiments or simulations according to the detected temperatures of the first, second, and
[0008]
Further, a temperature detecting means is provided in each part of the mold and a cooling water passage is formed, and cooling water is supplied to each cooling water passage based on the detected temperature of each temperature detecting means to control the temperature of each part of the mold. There is a mold cooling control method to be performed.
[0009]
This mold cooling control method will be described with reference to FIGS. 9 and 10 by taking as an example a case where a cylinder head of an engine is cast.
[0010]
FIG. 9 is a configuration diagram of a
[0011]
The
[0012]
The
[0013]
A
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
A
[0017]
In the spark plug insert 122, a
[0018]
The lifter insert 123 has a
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
FIG. 10 shows cooling for supplying cooling water to each of the upper
[0022]
The cooling water supply source 141 is provided by an upper cooling water control valve 143, an ignition plug nested cooling water control valve 146, a lifter nested cooling water control valve 149, a horizontal cooling water control valve 152, and a lower cooling water control valve 155. Each cooling of the upper
[0023]
The upper mold cooling water control valve 143 is controlled to be opened and closed by an upper
[0024]
The ignition plug nest cooling water control valve 146 is controlled to open and close by an ignition plug
[0025]
The lifter nest cooling water control valve 149 is controlled to be opened and closed by a lifter nest temperature controller 150, and a detected value from a
[0026]
The horizontal cooling water control valve 152 is controlled to be opened and closed by a horizontal temperature controller 153, and a detection value from a
[0027]
The lower mold cooling water control valve 155 is controlled to be opened and closed by a lower mold temperature controller 156, and a detected value from a
[0028]
Then, the cooling temperature of each part where no cavities are formed inside the casting is confirmed and set in advance by experiment or simulation, and the temperature is controlled by each of the
[0029]
[Patent Document 1]
JP-A-6-114535
[0030]
[Problems to be solved by the invention]
According to the pressurization control method of Patent Document 1 shown in FIG. 8, the
[0031]
However, it is difficult to appropriately control the temperature of each part including the nests in the molds, for example, the upper mold, the lower mold, the horizontal mold, and the mold having various nests. Since it is not possible to follow the directional solidification temperature gradient in the casting cycle, there is a concern about occurrence of casting defects such as formation of cavities in thick portions of the cast product where the thickness changes greatly.
[0032]
In addition, since the first, second, and
[0033]
On the other hand, according to the cooling control method shown in FIGS. 9 and 10, the
[0034]
However, these temperature controls cannot strictly follow the directional solidification temperature gradient that differs in each casting cycle, and nests are generated particularly in a thick portion where the thickness changes greatly in a casting having a complicated shape. There is a concern that casting defects may occur.
[0035]
In addition,
[0036]
Accordingly, an object of the present invention in view of such a point is that an ideal mold cooling can be obtained by a temperature detected by a single temperature detecting means, and the quality of a cast product is improved, and the productivity is improved by shortening a casting cycle. It is an object of the present invention to provide a mold cooling control method for a low-pressure casting apparatus and a mold for a low-pressure casting apparatus that can be expected.
[0037]
[Means for Solving the Problems]
The invention of a mold cooling control method for a low-pressure casting apparatus according to claim 1, which achieves the above object, is a mold having a stalk extending in the vertical direction and a continuous cavity formed at the upper end of the stalk via a sprue. A mold cooling control method for a low-pressure casting apparatus for filling and casting a molten metal into the cavity via the stalk, wherein a temperature of the molten metal at the gate is detected, and the metal is cooled in accordance with the detected temperature. The cooling means provided in each part of the mold is controlled.
[0038]
The invention of claim 1 focuses on the fact that the temperature of the molten metal at the gate, which becomes the final solidified portion of the molten metal filled in the cavity and changes at each casting cycle, corresponds to the temperature change at each part of the mold. The control timing of the cooling means at which the cooling temperature at which directional solidification can be obtained in each part of the mold corresponding to the change in the molten metal temperature in the gate portion is confirmed and set in advance experimentally or by simulation, By controlling the cooling means provided in each part of the mold based on the change in the temperature of the molten metal at the gate, it is possible to promote the solidification rate while achieving directional solidification, and ideal mold cooling is achieved. As a result, it is expected that the quality of the cast product is improved and the productivity is improved by shortening the casting cycle.
[0039]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a mold cooling control method for a low-pressure casting apparatus, comprising: a mold having a cavity formed by a plurality of mold components; A method of controlling cooling of a mold of a low-pressure casting apparatus, comprising: a stalk continuous with a cavity through a formed gate, and filling and casting a molten metal into the cavity through the stalk. Temperature detecting means for detecting a temperature, and cooling water passages formed in each of the mold components connected to the cooling water supply source via each cooling water control valve, and the temperature detected by the temperature detecting means The cooling water control valves are controlled to open and close in response to supply cooling water from a cooling water supply source to the respective cooling water passages.
[0040]
According to the second aspect of the present invention, the timing of supplying cooling water to each cooling water passage by each cooling water control valve at which a cooling temperature at which directional solidification can be obtained in each mold member of the mold corresponding to a change in the temperature of the molten metal at the gate. Is set beforehand experimentally or by simulation, and the respective cooling water control valves are controlled to open and close according to the temperature detected by the temperature detecting means at the gate to supply cooling water to the respective cooling water passages. By gradually cooling the lower mold and each mold member, it is possible to promote the solidification rate while aiming for directional solidification, and to achieve ideal mold cooling, to improve the quality of the cast product and Productivity can be improved by shortening the casting cycle.
[0041]
Further, since each cooling water control valve is controlled to open and close based on the detection of the molten metal temperature at the gate portion by a single temperature detecting means, the cooling control is simplified and causes of troubles are reduced, and the quality of the cast product is reduced. Can be avoided.
[0042]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a mold for a low-pressure casting apparatus, wherein a cavity is formed by a plurality of mold components, and the upper end of the mold extends in the up-down direction. A stalk continuous with the cavity through a sprue formed in the member, and a mold of a low-pressure casting device for filling and casting a molten metal into the cavity through the stalk, the temperature of the molten metal at the sprue portion And a cooling unit formed in each of the mold components connected to the cooling water supply source through each of the cooling water control valves that are respectively opened and closed according to the temperature detected by the temperature detecting unit. And a water passage.
[0043]
According to the third aspect of the present invention, the timing of supplying the cooling water to the respective cooling water passages by the cooling water control valve which becomes the cooling temperature at which the directional solidification can be obtained in each mold member of the mold corresponding to the change of the molten metal temperature at the gate. Is set in advance by experiment or by simulation, and each cooling water control valve is controlled based on the temperature detected by the temperature detecting means to supply cooling water to the respective cooling water passages so that each mold component is Cooling allows the solidification rate to be accelerated while achieving directional solidification, resulting in ideal mold cooling, and expected to improve the quality of castings and improve productivity by shortening the casting cycle. it can.
[0044]
Furthermore, since each cooling water control valve is controlled based on the temperature measured by the single temperature detecting means, it is not necessary to arrange the temperature detecting means in each mold constituent member, and simplification of the mold can be achieved. In addition to the above, factors that cause problems such as a decrease in accuracy of the temperature detecting means and an insulation failure of the compensating lead wire are extremely reduced, a decrease in quality of the cast product can be avoided, and maintenance can be simplified.
[0045]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a mold for a low pressure casting apparatus, wherein a cavity is formed by an upper mold, a lower mold having a gate, and a horizontal mold disposed between the lower mold and the upper mold. A mold having a mold and a stalk extending vertically and having an upper end connected to the cavity via the gate, and filling the cavity with the molten metal through the stalk to perform casting; In the above, the upper mold connected to the cooling water supply source via a temperature detecting means for detecting the temperature of the molten metal in the gate section, and an upper cooling water control valve which is opened and closed according to the temperature detected by the temperature detecting means. Lower mold cooling formed in the lower mold connected to the cooling water supply source through the formed upper mold water passage and the lower mold water control valve that is opened and closed according to the temperature detected by the temperature detecting means. The water passage and the temperature detection means To characterized in that a horizontal cooling water passage formed in the horizontal continuous to the cooling water supply source through a horizontal cooling water control valve which is opened and closed controlled according to the temperature.
[0046]
According to the invention of claim 4, the upper cooling control valve and the horizontal cooling water control valve which have the cooling temperatures at which the directional solidification can be obtained in the upper mold, the horizontal mold and the lower mold corresponding to the change in the molten metal temperature at the gate. The cooling water supply timing to the upper cooling water passage, the horizontal cooling water passage, and the lower cooling water passage by the lower cooling water control valve is set beforehand experimentally or by simulation and set. Cools the upper, horizontal, and lower molds by controlling the upper, horizontal, and lower cooling water control valves based on the change, thereby accelerating the solidification rate while achieving directional solidification. It is possible to achieve ideal mold cooling, and it is expected that the quality of cast products is improved and the productivity is improved by shortening the casting cycle.
[0047]
Further, since the upper cooling water control valve, the horizontal cooling water control valve, and the lower cooling water control valve are controlled based on the temperature detected by the single temperature detecting means, each part of the upper, horizontal, and lower molds is controlled. In addition, it is not necessary to dispose the temperature detecting means, which simplifies the mold, and reduces the accuracy of the temperature detecting means and the occurrence of problems such as insulation failure of the compensating lead wire. And maintenance can be simplified.
[0048]
According to a fifth aspect of the present invention, in the mold for the low pressure casting apparatus according to the fourth aspect, the mold has a nest, and a nested cooling water control valve that is controlled to open and close according to the temperature detected by the temperature detecting means. A nested cooling water passage formed in the nest connected to the cooling water supply source through the nest.
[0049]
According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the fourth aspect, cooling to the nested cooling water passage by the nested cooling water control valve which has a cooling temperature at which directional solidification in the nest corresponding to the temperature change of the molten metal at the gate is obtained. The water supply timing is set beforehand experimentally or by simulation, and the nest cooling water control valve is controlled based on the temperature detected by the temperature detecting means to supply cooling water to the nest cooling water passage to cool the nest. By doing so, it is possible to accelerate the solidification speed while achieving directional solidification even in a mold having a nest, and it is expected that the quality of a cast product will be improved.
[0050]
According to a sixth aspect of the present invention, in the mold for a low-temperature casting apparatus according to any one of the third to fifth aspects, the mold has a cast pin whose tip projects into the gate, and the temperature detecting means is provided. Is a thermocouple thermometer provided on the cast pin and having a temperature measuring point near the tip of the cast pin.
[0051]
According to the invention of claim 6, the thermocouple thermometer is provided on the cast pin whose tip projects into the gate so that the thermocouple thermometer as the temperature detecting means is provided without complicating the configuration of the mold. can do.
[0052]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the mold cooling control method of the low-pressure casting apparatus and the mold of the low-pressure casting apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. Will be explained.
[0053]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a low-pressure casting apparatus 1 including a holding
[0054]
The holding
[0055]
As shown in FIG. 2, the molten
[0056]
At the bottom of the
[0057]
Further, a
[0058]
On the other hand, the casting
[0059]
As shown in FIG. 3, the
[0060]
The
[0061]
In the cast
[0062]
The blanking
[0063]
A
[0064]
The
[0065]
The
[0066]
The
[0067]
The
[0068]
FIG. 4 shows the cooling water passages of the upper
[0069]
In FIG. 4, reference numeral 61 denotes a cooling water supply source, which is branched from the cooling water supply source 61 and is provided with a cooling water inlet of an upper
[0070]
The upper mold cooling water control valve 63 is controlled to be opened and closed by an upper mold temperature controller 64, and the temperature detected by the
[0071]
The ignition plug nest cooling water control valve 66 is controlled to be opened and closed by an ignition plug nest temperature controller 67, and a detected value from the
[0072]
The lifter nesting cooling water control valve 69 is controlled to be opened and closed by a lifter nesting temperature controller 70, and a detected value from the
[0073]
The horizontal cooling water control valve 72 is controlled to be opened and closed by a horizontal temperature controller 73, and a detected value from the
[0074]
The lower mold cooling water control valve 75 is controlled to be opened and closed by a lower
[0075]
Then, when performing cooling, care is taken so that solidification is performed from the upper part of the
[0076]
Here, the temperature measurement point a detected by the
[0077]
Since the temperature of the temperature measuring point a rises as the
[0078]
Further, the temperature at the temperature measurement point a gradually increases due to the heat of fusion of the
[0079]
The opening control timing of the upper mold cooling water control valve 63 is adjusted so that the cooling temperature at which the directional solidification is obtained at the portion of the
[0080]
The opening control timing of the spark plug nest cooling water control valve 66 is set such that the
[0081]
The opening control timing of the lifter nest cooling water control valve 69 is adjusted so that the cooling temperature at which the directional solidification can be obtained at the portion of the
[0082]
The opening / closing control timing of the horizontal cooling water control valve 72 is set so that the cooling temperature at which the directional solidification can be obtained at the horizontal 42 corresponding to the temperature detected at the temperature measurement point a by the
[0083]
Similarly, the opening / closing control timing of the lower mold cooling water control valve 75 is set to a cooling temperature at which directional solidification can be obtained in the
[0084]
Further, when the temperature at the temperature measurement point a has dropped to the set temperature confirmed experimentally or by simulation in advance, a signal is sent to the control unit as a hot water supply time release signal of the
[0085]
Next, the casting method using the low-pressure casting apparatus 1 configured as described above will be described with reference to the explanatory diagram of the casting cycle in FIG. 5, the flowchart of the filling operation in FIG. 6, and the flowchart of the filling and cooling operation in FIG.
[0086]
Prior to pouring the
[0087]
This filling operation is prepared by injecting a
[0088]
Then, the
[0089]
Next, compressed air is supplied from the suction and
[0090]
When the
[0091]
Following the filling operation from step S1 to step S8, a filling operation for filling the
[0092]
In a state where the
[0093]
Next, the pressure inside the
[0094]
Subsequently, compressed air is supplied from the suction /
[0095]
When the temperature of the temperature measuring point a reaches a preset upper mold cooling start temperature B, for example, 590 ° C., due to the heat of the molten metal, an upper signal is outputted from the upper mold temperature controller 64 based on the temperature detection by the
[0096]
When the temperature of the temperature measurement point a falls to a preset lifter nest cooling start temperature C, for example, 595 ° C., the lifter nest cooling water is supplied by an open signal from the lifter nest temperature controller 70 based on the temperature detection by the
[0097]
Further, when the temperature of the temperature measurement point a falls and reaches a preset ignition plug nest cooling start temperature D, for example, 583 ° C., the ignition plug nest temperature controller 67 based on the temperature detection by the
[0098]
Further, when the temperature of the temperature measurement point a decreases and reaches a preset horizontal cooling start temperature E, for example, 572 ° C., the horizontal type cooling controller 73 receives an open signal from the horizontal temperature controller 73 based on the detection of the temperature by the
[0099]
Further, when the temperature of the temperature measurement point a falls and reaches a preset lower mold cooling start temperature F, for example, 548 ° C., an open signal from the lower
[0100]
The solidification proceeds to the
[0101]
Further, the solidification in the
[0102]
Subsequently, the filling and cooling operations performed repeatedly are performed by the suction port
[0103]
According to the present embodiment, the part of the
[0104]
Further, based on the temperature measured at the temperature measurement point a by the
[0105]
In casting a cylinder head for an aluminum alloy water-cooled engine weighing about 9 kg with the low-pressure casting apparatus 1, directional solidification can be achieved and the casting cycle can be shortened as compared with the conventional casting method shown in FIGS. 9 and 10 described above. It was reduced to 1/3. Further, the incidence of internal defects such as internal cavities was improved by 3%.
[0106]
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, but can be variously modified without departing from the spirit of the invention. For example, in the above embodiment, the
[0107]
【The invention's effect】
According to the mold cooling control method of the low-pressure casting machine and the invention of the mold of the low-pressure casting machine described above, the temperature of the molten metal at the gate portion that changes with each casting cycle becomes the final solidification part of the molten metal filled in the cavity. The control timing of the cooling means, which is the cooling temperature at which the directional solidification can be obtained in each part of the mold corresponding to the change, is set beforehand experimentally or by simulation and set, and based on the molten metal temperature detection at the gate section. By controlling the cooling means provided in each part of the mold, it is possible to promote the solidification rate while aiming for directional solidification, and to achieve ideal mold cooling, to improve the quality of the cast product and Productivity can be improved by shortening the casting cycle.
[0108]
Furthermore, since the cooling of each part of the mold is controlled based on the temperature detected by the single temperature detecting means, it is not necessary to arrange the temperature detecting means in each mold constituent member, and the mold can be simplified. As a result, the occurrence of problems such as a decrease in the accuracy of the temperature detecting means and an insulation failure of the compensating lead wire is extremely reduced, the deterioration of the quality of the cast product can be avoided, and the maintenance can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a low-pressure casting apparatus showing an outline of an embodiment of a mold cooling control method of a low-pressure casting apparatus and a mold of the low-pressure casting apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a main part of the low-pressure casting apparatus in FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory view of a mold.
FIG. 4 is also a cooling water control circuit diagram.
FIG. 5 is also an explanatory diagram of a casting cycle.
FIG. 6 is also a flowchart of a hot water filling operation.
FIG. 7 is a flowchart of a charging and cooling operation.
FIG. 8 is a schematic explanatory view of a conventional low pressure casting apparatus.
FIG. 9 is an explanatory view of a conventional mold.
FIG. 10 is also a cooling water control circuit diagram.
[Explanation of symbols]
1 Low pressure casting equipment
33 Stoke
40 mold
41 Upper mold (mold component)
42 horizontal type (mold component)
43 Lower mold (mold component)
44 cavities
45 gate
51 Cast Pin
51c tip
52 Ignition plug nest (mold component, nest)
53 Lifter nesting (mold components, nesting)
54 Thermocouple thermometer (temperature detection means)
55 Upper cooling water passage (cooling means, cooling water passage)
56 Ignition plug nested cooling water passage (cooling means, cooling water passage)
57 Lifter nested cooling water passage (cooling means, cooling water passage)
58 Horizontal cooling water passage (cooling means, cooling water passage)
59 Lower cooling water passage (cooling means, cooling water passage)
61 Cooling water supply source
62 Supply path
63 Upper type cooling water control valve
64 Upper mold temperature controller
65 Supply channel
66 Ignition plug nested cooling water control valve
67 Spark plug nesting temperature controller
68 Supply path
69 Lifter nesting cooling water control valve
70 Lifter Nesting Temperature Controller
71 Supply channel
72 Horizontal cooling water control valve
73 Horizontal Temperature Controller
74 Supply channel
75 Lower cooling water control valve
76 Lower temperature controller
80 molten metal
Claims (6)
上記湯口部分の溶湯温度を検出し、この検出温度に応じて上記金型の各部分に設けられた冷却手段を制御することを特徴とする低圧鋳造装置の金型冷却制御方法。A low-pressure casting apparatus having a mold having a vertically extending stalk and a continuous cavity formed at the upper end of the stalk via a sprue, and filling and casting the molten metal into the cavity via the stalk. Mold cooling control method,
A mold cooling control method for a low-pressure casting apparatus, comprising: detecting a temperature of a molten metal in a gate section; and controlling cooling means provided in each section of the mold in accordance with the detected temperature.
上記湯口部分の溶湯温度を検出する温度検出手段と、
各冷却水制御弁を介して冷却水供給源に連続する上記各金型構成部材にそれぞれ形成された冷却水通路とを備え、
上記温度検出手段の検出温度に応じて上記各冷却水制御弁を開閉制御して上記それぞれの冷却水通路に冷却水供給源からの冷却水を供給することを特徴とする低圧鋳造装置の金型冷却制御方法。A mold having a cavity formed by a plurality of mold components; and a stalk extending vertically and having an upper end continuous with the cavity through a gate formed in the mold component. In a mold cooling control method of a low-pressure casting apparatus for casting by filling a molten metal into the cavity through the above,
Temperature detection means for detecting the temperature of the molten metal at the gate,
A cooling water passage formed in each of the mold components that is continuous with the cooling water supply source through each cooling water control valve,
A mold for a low-pressure casting apparatus, wherein the cooling water control valve is opened and closed according to the temperature detected by the temperature detecting means to supply cooling water from a cooling water supply source to the respective cooling water passages. Cooling control method.
上記湯口部分の溶湯温度を検出する温度検出手段と、
上記温度検出手段の検出温度に応じてそれぞれ開閉制御される各冷却水制御弁を介して冷却水供給源に連続する上記各金型構成部材にそれぞれ形成された冷却水通路とを備えたことを特徴とする低圧鋳造装置の金型。A mold having a cavity formed by a plurality of mold components; and a stalk extending vertically and having an upper end continuous with the cavity through a gate formed in the mold component. In a mold of a low-pressure casting apparatus for filling and casting a molten metal into the cavity through the above,
Temperature detection means for detecting the temperature of the molten metal at the gate,
A cooling water passage formed in each of the mold components connected to the cooling water supply source via each cooling water control valve that is controlled to open and close in accordance with the temperature detected by the temperature detecting means. Die for low pressure casting equipment.
上記湯口部分の溶湯温度を検出する温度検出手段と、
上記温度検出手段による検出温度に応じて開閉制御される上型冷却水制御弁を介して冷却水供給源に連続する上記上型に形成された上型冷却水通路と、
上記温度検出手段による検出温度に応じて開閉制御される下型冷却水制御弁を介して冷却水供給源に連続する上記下型に形成された下型冷却水通路と、
上記温度検出手段による検出温度に応じて開閉制御される横型冷却水制御弁を介して冷却水供給源に連続する横型に形成された横型冷却水通路とを備えたことを特徴する低圧鋳造装置の金型。An upper mold, a lower mold having a sprue formed therein, a mold having a cavity formed by a horizontal mold disposed between the lower mold and the upper mold, and a vertically extending upper end passing through the sprue. Having a continuous stalk with the cavity, and a mold of a low-pressure casting apparatus for filling the cavity with the molten metal through the stalk and casting.
Temperature detection means for detecting the temperature of the molten metal at the gate,
An upper cooling water passage formed in the upper die that is continuous with the cooling water supply source through an upper cooling water control valve that is controlled to open and close according to the temperature detected by the temperature detecting unit;
A lower cooling water passage formed in the lower die connected to a cooling water supply source via a lower cooling water control valve that is opened and closed according to the temperature detected by the temperature detecting means,
A horizontal cooling water passage formed in a horizontal shape that is continuous with a cooling water supply source via a horizontal cooling water control valve that is opened and closed according to the temperature detected by the temperature detecting means. Mold.
上記温度検出手段による検出温度に応じて開閉制御される入れ子冷却水制御弁を介して冷却水供給源に連続する上記入れ子に形成された入れ子冷却水通路を備えたことを特徴する請求項4に記載の低圧鋳造装置の金型。The mold has a nest,
5. A nested cooling water passage formed in the nest connected to a cooling water supply source via a nested cooling water control valve that is controlled to open and close according to the temperature detected by the temperature detecting means. A mold for the low-pressure casting apparatus as described.
上記温度検出手段は、上記鋳抜きピンに設けられ、かつ鋳抜きピンの先端近傍に温度測定点を有する熱電対温度計であることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の低圧鋳造装置の金型。The mold has a cast pin whose tip projects into the gate,
6. The low pressure device according to claim 3, wherein the temperature detecting means is a thermocouple thermometer provided on the casting pin and having a temperature measuring point near a tip of the casting pin. Mold for casting equipment.
Priority Applications (1)
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