JP2005118813A - ダイカストマシンの給湯方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 射出スリーブ内への給湯を穏やかに行うことにより、溶湯内への空気の巻込みや酸化を防止し、巣や酸化物の無い高品質な鋳造成形品が得られる給湯方法を提供する。
【解決手段】 ホッパーの下端部にある給湯口と射出スリーブ下側内壁面までの間隔が、所定の距離になるようホッパーの下部域を射出スリーブ内に挿入し、その後溶湯の入ったラドルを動作させてホッパー上側の開口部に溶湯を注ぎ、ホッパーの給湯口から射出スリーブ内へ溶湯の排出を開始するとともに、給湯口と射出スリーブ内に貯留される溶湯の上昇する湯面との間隔が、前述の所定の距離と略同一となるよう、ホッパーを上昇させながら給湯を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶湯を金型のキャビティ内に射出充填し、所望する形状の金属製品を得るダイカスト成形の給湯方法に関するものである。

はじめに、横鋳込み式ダイカストマシンでアルミニウム合金などを成形する方法を簡単に説明する。図３が示すように、まず可動金型１と固定金型２を閉じてキャビティ部６およびランナー部７を形成するとともに、固定金型２に固設された射出スリーブ３内にラドル１０を用いて溶湯を給湯する（給湯工程）。その後プランジャロッド５に連結された図示しない油圧シリンダーなどを動作させ、プランジャロッド５およびプランジャチップ４を前進させ金型のキャビティ内に溶湯を射出充填する（射出充填工程、図４参照）。
溶湯が金型内で冷却凝固した後、金型を開き、図示しない押出し装置を作動させることにより、キャビティ部６、ランナー部７、ビスケット部８からなる成形品を金型から取り出し、所望する形状の金属製品を得る。

良品の製品を成形するためには、溶湯の中へ空気の巻込みや凝固物、酸化物の混入を避ける必要があり、さらに溶湯の温度が下がらないうちに、射出スリーブ３内に溶湯を素早く給湯し、短時間で金型内に鋳込むことが重要である。

そのため給湯工程においては、溶湯炉からラドル１０により汲み上げた溶湯を、射出スリーブ３内に素早く注ぎ込まねばならない。しかし、射出スリーブ３の上からラドル１０より勢いよく注ぎ込むと、溶湯が射出スリーブ３の底面に当たって飛び散り酸化物が増加したり、あるいは図５が示すように射出スリーブ３内部の両端にあるプランジャチップ４と可動金型１で大きくはね返り、波を打ち、溶湯内に空気を巻込むことになる。巻込まれた空気は射出充填後も製品内に残り巣という欠陥になり、強度低下を引き起こす。このことは溶湯の落下距離が大きくなる大径の射出スリーブほど顕著になる。

これらのことを回避するため特許文献１には、図６に示すように、ラドルの下端部に給湯口１４を設け、溶湯を下から排出するボトムタップ式ラドル４０を採用した。このラドルは、弁棒４１が図示しないシリンダーにより上下方向に動作可能で、下に動かした時は給湯口１４をシールして内部に溶湯を貯留することができ、また上に動かした時は給湯口１４を開放し溶湯を下側に排出することができることが記載されている。
特公平２−５４１８３号公報

この給湯工程においては、まず図示しない炉の溶湯の中にボトムタップ式ラドル４０の下部を入れ、弁棒４１を上昇させ給湯口１４を開き所望の量の溶湯を入れる。次に弁棒４１を下降させ給湯口１４を閉じ内部に溶湯を貯留した状態で、射出スリーブ３の上に移動させる。そして、給湯口１４が射出スリーブ下側内壁面の近傍に位置するよう射出スリーブ３内にボトムタップ式ラドル４０の下部域を挿入する（図６（ａ）参照）。その後弁棒４１を上方に動かし給湯口１４を開いて溶湯の排出を開始し、射出スリーブ３内に貯留される溶湯の上昇する湯面と給湯口１４が、ほぼ同じ位置（高さ）になるよう、ボトムタップ式ラドル４０を上昇させながら給湯を行っていた（図６（ｂ）参照）。

しかしながら、ボトムタップ式のラドルは、下端部にある給湯口に弁棒を押し付けて溶湯の漏れをシールするため、シール面に合金の凝固物などが付着しやすく安定したシールが非常に困難である。そのため、炉から溶湯を汲み上げ射出スリーブの上まで移動する間に、溶湯が給湯口のシール部分より漏れ出し、床面にポタポタ落ちるという問題がどうしても回避できなかった。

このような課題を解決するために、本発明に係る第１の発明では、ホッパーの下端部にある給湯口と射出スリーブ下側内壁面までの間隔が、所定の距離になるようホッパーの下部域を射出スリーブ内に挿入し、その後溶湯の入ったラドルを動作させてホッパー上側の開口部に溶湯を注ぎ、ホッパーの給湯口から射出スリーブ内へ溶湯の排出を開始しするとともに、給湯口と射出スリーブ内に貯留される溶湯の上昇する湯面との間隔が、前述の所定の距離と略同一となるよう、ホッパーを上昇させながら給湯を行うこととした。

また第２の発明では、ホッパーの給湯口から射出スリーブ内へ溶湯の排出を開始後、射出スリーブ内に貯留される溶湯の上昇する湯面が、給湯口の位置より高くなってからホッパーを上昇させ始め、給湯口の位置が湯面より下でかつ湯面近傍に位置する状態を保持するよう、ホッパーを上昇させながら給湯を行うこととした。

第３の発明では、溶湯輸送管の射出スリーブ側の下端部にある給湯口と射出スリーブ下側内壁面までの間隔が、所定の距離になるよう溶湯輸送管の射出スリーブ側の下部域を射出スリーブ内に挿入し、その後溶湯輸送管に配設された電磁ポンプを作動させ、溶湯輸送管の給湯口から射出スリーブ内へ溶湯の排出を開始するとともに、給湯口と射出スリーブ内に貯留される溶湯の上昇する湯面との間隔が、前述の所定の距離と略同一となるよう、溶湯輸送管を上昇させながら給湯を行うこととした。

さらに、第４の発明では、溶湯輸送管の給湯口から射出スリーブ内へ溶湯の排出を開始後、射出スリーブ内に貯留される溶湯の上昇する湯面が、給湯口の位置より高くなってから溶湯輸送管を上昇させ始め、給湯口の位置が湯面より下でかつ湯面近傍に位置する状態を保持するよう、溶湯輸送管を上昇させながら給湯を行うこととした。

本発明では、シール部を持つラドルが無いため、給湯時においてラドルからの溶湯の漏れ出しによる床面への滴下が無く、作業環境を汚すことがない。さらに、溶湯内への空気の巻き込みを防止することができ、酸化物や巣の少ない良品質な製品を得ることが可能である。

発明の実施の形態を、実施例にもとづき図面を参照して説明する。

図１を用いて実施例１を説明する。図１において、１は可動金型、２は固定金型、３は射出スリーブ、４はプランジャチップ、５はプランジャロッド、６はキャビティ部、７はランナー部である。また、１０はラドル、２０はホッパー、１４はホッパー２０の下端部に位置する給湯口、である。

ラドル１０は図示しないラドル搬送装置の動作により、図示しない溶湯炉から溶湯を汲み上げ、ホッパー２０の上側の開口部へ注ぎ込むことができる。ホッパー２０は、上側が広く開いている一方下部域は細い形状になっているため、上側の開口部より注ぎ込まれた溶湯は、下部域で絞られ給湯口１４から緩やかに下側に排出される。また、ホッパー２０は、図示しないホッパー移動装置により射出スリーブ３の周辺で上下左右に移動可能となるよう構成されており、下部域は射出スリーブ３内の下側内壁面近傍まで挿入することができる。

射出スリーブ３内に溶湯を供給するためには、まず、図示していない溶湯炉から溶湯をラドル１０で所望の量だけ汲み上げる。次に、給湯口１４が射出スリーブ３の下側内壁面より距離ｔだけ上に位置するよう、ホッパー移動装置を動作しホッパー２０の下部域を射出スリーブ３内に挿入する。その後、ラドル搬送装置によりラドル１０をホッパーの上まで搬送する。この状態を図１（ａ）に示す。ホッパー２０を射出スリーブ内に移動する動作と、ラドル１０が溶湯を汲み上げホッパー２０上まで搬送する動作は、両者が干渉しない範囲で同時でも可能である。
また、距離ｔは溶湯を射出スリーブ３内に穏やかに給湯するために短い方がよく、射出スリーブの内径や給湯口の大きさによっても異なるが、例えば５〜２０ｍｍ程度が適当である。

続いてラドル１０を動作してホッパー２０内に溶湯を注ぎ込む。この時溶湯の温度を下げないために、溶湯が飛び散らない範囲でできるだけ短時間に注ぎ込みを終える方が好ましい。勿論、注ぎ込む速度はホッパー２０の給湯口１４より溶湯が排出される速度より速い必要がある。
ホッパー２０に溶湯を注ぎ込むと、下部域で流路を絞られた溶湯が、給湯口１４より穏やかに排出され始める。溶湯が落下する落差は距離ｔと短いため、排出された溶湯は射出スリーブ３内部の底面で飛び散ることなく穏やかに広がり、また射出スリーブ３や可動金型１で跳ね返り波打って空気を巻込むことも無い。
そして、溶湯が射出スリーブ３内の底部に溜り始め、溶湯の湯面が上昇しだすと、給湯口１４と湯面までの距離がｔで概略一定となるよう、移動装置を用いてホッパー２０を上昇させる。（図１（ｂ）参照）

ホッパー２０を湯面の上昇に合わせて上げるパターンは、前述したように給湯口１４が湯面よりｔだけ上に位置するような状態でも良いし、また湯面が給湯口１４よりわずかに上になってからその状態を保持するよう上げても良い。

射出スリーブ３内の溶湯上面が給湯口１４より常に距離ｔだけ下に位置する状態でホッパー２０を上昇させる方法としては、
時間とホッパー２０からの溶湯排出速度の関係を予め実験か計算で求めておき、それに射出スリーブの径や長さを考慮し、時間−ホッパー上昇曲線を事前に算出設定しておいて、経過時間とその曲線に応じてホッパー２０を順次上昇させる方法がある。
また、射出スリーブ３内の溶湯上面を監視しながらホッパー２０を上昇させる方法がある。

時間とホッパー２０からの溶湯排出速度の関係は、排出速度がホッパー２０内の溶湯高さの平方根に比例することと、ホッパー２０内の形状により決まる溶湯上面の面積との関係から導き出せる。
また、射出スリーブ３内の溶湯上面を監視する方法としては、給湯口１４よりも少し低い位置に、溶湯面検知用の２個または１個のセンサをホッパー２０の外面に直接取り付けるか、または、溶湯面検知用の検知棒をホッパー２０の上部から出してホッパー２０の外面より少し離れた位置に２個または１個配置しておいて、湯面が上昇して上のセンサが作動したらホッパー２０を上昇させ、ホッパー２０の上昇により下のセンサが湯面まできて作動したらホッパー２０の上昇を止めるという動作を繰返しながらホッパー２０を上昇させ、射出スリーブ３内の溶湯の上面が常に２個のセンサ等の間に位置するか、あるいは、１個のセンサ部に位置するような状態になるように、射出スリーブ３内の湯面を監視する方法もある。
溶湯面検知用の２個または１個のセンサを給湯口１４よりも少し高い位置に取付ければ、給湯口１４が湯面より少し低い状態でホッパー２０を上昇させることもできる。

このようにして、給湯口１４より溶湯を排出させながらホッパー２０を順次上昇させ、射出スリーブ３内に溶湯を給湯する。

ホッパー２０内の溶湯が射出スリーブ３内にほぼ排出され終わったことを検知する方法としては、時間−ホッパー上昇曲線に基づく場合は経過時間、ヘッド−ホッパー上昇曲線に基づく場合はヘッド（ホッパー内湯量）の測定による方法がある。また、ホッパー２０が所定量だけ上昇したことを検知する方法、検知棒等を用いて射出スリーブ３内の溶湯の上面を検知する方法、あるいは、前記したように、ホッパー２０の外面下部に２個の湯面検知用のセンサを用いた場合は、ホッパー２０を一定量ずつ上昇させるごとに、下のセンサが作動して上のセンサが作動するまでの時間を測定し、この時間が所定時間以上かかったら溶湯の排出が終わったか、あるいは、完全に終わったことを検知する、いわゆる湯面の移動速度を検知して行う方法がある。

このようにして、ホッパー２０内の溶湯を排出し終えれば、ホッパー２０を射出スリーブ３の外まで引続き移動させて、給湯工程を終える。そして次の射出工程を開始する。

本発明においては、下部域を伸ばして溶湯の落下距離を小さくしうるホッパーを用い、上記実施例で記載したような方法で給湯を行い、溶湯の排出状態に対応させてホッパーを上昇させ、給湯口が常に射出スリーブ内の溶湯上面の少し上にあるような状態で給湯するようにしたので、ホッパー内の溶湯を常にホッパー下端部から射出スリーブ内に順次静かに出しながら給湯することになる。

したがって、給湯時に溶湯が射出スリーブ内で波立つこともなく、溶湯が空気にふれるのも少なく、空気の巻込みもなく、酸化アルミニウムなどもほとんど生じない。また、溶湯を静かに排出するので、溶湯温度の低下も比較的少ない。そしてこれらのことにより、巣のない良品質な製品を得ることができる。
また、炉から汲み上げた溶湯を下端部に給湯口を持たないラドルにより射出スリーブ上まで搬送するため、溶湯が床面に滴下することがない。

次に、図２を用いて実施例２を説明する。実施例２は実施例１と共通点が多いため、相違する部分について説明する。
図２において、３０は溶湯炉、３１は溶湯輸送管、３２は電磁ポンプ（溶湯輸送手段）、１４は溶湯輸送管３１の射出スリーブ側の下端部にある給湯口である。溶湯輸送手段は、電磁ポンプ２２ばかりでなく、スクリューポンプ、メタルポンプ等の他のポンプをも用いることもできる。さらに、溶湯炉３０内を密閉しておき上蓋を介して圧縮空気を吹き込むことにより、溶湯を給湯口１４側へ輸送することもできる。

溶湯輸送管３１は溶湯炉３０に固設されており、給湯口１４と反対側の端部は溶湯炉３０内の溶湯の中に浸漬されている。また、電磁ポンプ３２が配設されているので、電磁ポンプに通電し作動すると、溶湯炉３０内の溶湯が、溶湯輸送管３１を介して給湯口１４より射出スリーブ３内に給湯される。
溶湯炉３０には、油圧シリンダ３３のロッド部が取付けられており、油圧シリンダ３３を作動させると、溶湯炉３０およびそれと一体の溶湯輸送管３１を上昇、下降できるようになっている。この動作により、給湯口１４は射出スリーブ３内に挿入されることができる。
また、溶湯輸送管３１が溶湯炉３０に対して動ける状態にし、直接油圧シリンダを取付けて、溶湯輸送管３１のみ上昇下降する構造にしてもよい。

射出スリーブ３内に溶湯を供給するためには、まず、油圧シリンダ３３を動作して給湯口１４が射出スリーブ３の下側内壁面より距離ｔだけ上の位置なるよう、溶湯輸送管３１を射出スリーブ３内に挿入する。距離ｔは、前述したように、例えば５〜２０ｍｍ程度が適当である。

続いて電磁ポンプ３２に通電し、給湯口１４より溶湯の排出を開始する。溶湯が射出スリーブ３内の底部に溜り始め、溶湯の湯面が上昇しだすと、給湯口１４と湯面までの距離がｔで概略一定となるよう、油圧シリンダ３３を作動し溶湯炉３０と溶湯輸送管３１を上昇させる。

射出スリーブ３内の溶湯上面が給湯口１４部より常に距離ｔだけ下に位置する状態で溶湯輸送管３１を上昇させる方法としては、溶湯の排出速度と射出スリーブの径や長さから、時間−溶湯輸送管上昇曲線をあらかじめ設定しておいて、その曲線に応じて溶湯輸送管３１を順次上昇させる方法がある。また、実施例１で詳述したように常に射出スリーブ３内の溶湯上面を監視しながら溶湯輸送管３１を上昇させる方法もある。
そして、溶湯の排出速度と時間の換算により所望の量を給湯し終われば、電磁ポンプ３２を停止し、溶湯輸送管３１を射出スリーブ３の外まで引続き移動させて、次の射出工程を開始する。

本実施例では、横鋳込み式ダイカストマシンにおいて説明したが、勿論縦鋳込み式においても実施することは可能である。
また、溶湯温度に余裕がある場合には、射出スリーブ内に給湯口を挿入した状態で、この位置を保持して給湯を行い、排出完了直前にホッパーを射出スリーブ外へ移動することもできる。このようにすれば移動制御も簡単となり装置もシンプルとなる。

第１の発明の実施形態を示す、ダイカスト成形法の縦断面図である。 第３の発明の実施形態を示す、ダイカスト成形法の縦断面図である。 一般的ダイカスト成形法の縦断面図であり、スリーブ内に溶湯を給湯し終えた状態を示す。 一般的ダイカスト成形法の縦断面図であり、プランジャチップが前進しキャビティ内に溶湯が充填された状態を示す。 従来の給湯方法での給湯状態を示す、ダイカスト成形法の縦断面図である。 ボトムタップ式ラドルを用いた給湯方法を示す、ダイカスト成形法の縦断面図である。

符号の説明

１ 可動金型
２ 固定金型
３ 射出スリーブ
４ プランジャチップ
５ プランジャロッド
６ キャビティ部
７ ランナー部
８ ビスケット部
１０ ラドル
１４ 給湯口
２０ ホッパー
３０ 溶湯炉
３１ 溶湯輸送管
３２ 電磁ポンプ（溶湯輸送手段）
３３ 油圧シリンダ
４０ ボトムタップ式ラドル
４１ 弁棒

Claims (4)

1. ホッパーの下端部にある給湯口と射出スリーブ下側内壁面までの間隔が、所定の距離になるよう前記ホッパーの下部域を射出スリーブ内に挿入し、その後溶湯の入ったラドルを動作させ前記ホッパー上側の開口部に溶湯を注ぎ、ホッパーの給湯口から射出スリーブ内へ溶湯の排出を開始するとともに、前記給湯口と射出スリーブ内に貯留される溶湯の上昇する湯面との間隔が、前記所定の距離と略同一となるよう、ホッパーを上昇させながら給湯を行う、ダイカストマシンの給湯方法。
   
2. ホッパーの給湯口から射出スリーブ内へ溶湯の排出を開始後、射出スリーブ内に貯留される溶湯の上昇する湯面が、前記給湯口の位置より高くなってからホッパーを上昇させ始め、前記給湯口の位置が湯面より下でかつ湯面近傍に位置する状態を保持するよう、ホッパーを上昇させながら給湯を行う、請求項１記載のダイカストマシンの給湯方法。
   
3. 溶湯輸送管の射出スリーブ側の下端部にある給湯口と射出スリーブ下側内壁面までの間隔が、所定の距離になるよう前記溶湯輸送管の射出スリーブ側の下部域を射出スリーブ内に挿入し、その後前記溶湯輸送管に配設された電磁ポンプを作動し、溶湯輸送管の給湯口から射出スリーブ内へ溶湯の排出を開始するとともに、前記給湯口と射出スリーブ内に貯留される溶湯の上昇する湯面との間隔が、前記所定の距離と略同一となるよう、前記溶湯輸送管を上昇させながら給湯を行う、ダイカストマシンの給湯方法。
   
4. 溶湯輸送管の給湯口から射出スリーブ内へ溶湯の排出を開始後、射出スリーブ内に貯留される溶湯の上昇する湯面が、前記給湯口の位置より高くなってから溶湯輸送管を上昇させ始め、前記給湯口の位置が湯面より下でかつ湯面近傍に位置する状態を保持するよう、溶湯輸送管を上昇させながら給湯を行う、請求項３記載のダイカストマシンの給湯方法。
   
   

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