JP2005246402A

JP2005246402A - 金型予熱装置および予熱方法並びに金型予熱装置の設計方法

Info

Publication number: JP2005246402A
Application number: JP2004057553A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Koyama; 友宏小山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-03-02
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】鋳造用金型を予熱する際の、金型表面の温度分布の最適化を短時間で行い、捨て打ち工程を完全に排除して、製品歩留まりの向上を図る。
【解決手段】必要な温度域毎に、複数のバーナー７、８、９の系統別けを行う。また、各バーナー７、８、９に対するガスおよびエアーの供給手段の、各系統12、13へのガスおよびエアーの供給量の調整を、制御手段14により行う。鋳造金型の所定部位毎に必要な熱量を付与し、短時間で、良好な鋳造品質が確保されるための金型表面の温度分布を実現することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、低圧鋳造法、重力鋳造法等に用いられる鋳造用金型の予熱装置および予熱方法ならびに金型予熱装置の設計方法に関するものである。

低圧鋳造法、重力鋳造法等においては、良好な鋳造品質を確保するために、鋳造用金型の表面温度を部位毎に所定の温度域に設定する必要がある。そこで、従来は、鋳造用金型の表面温度を上昇させる手法として、溶湯を金型キャビティに注湯して、溶湯の熱を金型に伝える手法が用いられていた。しかしながら、金型温度が適正値になるまでの鋳造サイクルは、いわゆる捨て打ち工程となり、製品歩留まりを悪化させる原因となっていた。そこで、捨て打ち工程を行うことなく鋳造用金型を予熱することを可能とするため、ガスバーナーを用いた予熱装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。また、鋳造用金型の予熱に予熱炉を用い、保温のためにガスバーナーを用いた予熱装置を使用する例もある（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００１−１１２７号公報（〔００２７〕、〔００３０〕、図１）特開平５−２１２５２５号公報（〔０００６〕、〔００１３〕、〔００１４〕、図１）

しかしながら、従来の金型予熱装置には、次のような問題点が存在していた。図９には、バーナーを用いた従来の金型予熱装置６を、金型断面と共に模式的に示している。鋳造用金型１は、固定型である下型２と、スライド型である横型３と、可動型である上型４とで構成され、下型２には、溶湯を金型キャビティ５内に注湯するための堰部２ａを備えている。一方、金型予熱装置６は、主に下型２の堰部２ａを加熱するためのバーナー７と、主に横型３を加熱するためのバーナー８と、主に上型４を加熱するためのバーナー９とを備え、これらの複数のバーナー７、８、９に対し、ガスおよびエアーを供給する供給管10を備える構造を有している。なお、各バーナー７、８、９の先端には、火炎の調整を行うためのチップ（ノズル）７ａ、８ａ、９ａが装着されている。

そして、鋳造用金型１の予熱は、図９のごとく上型４の型開き状態において、金型キャビティ５内に金型予熱装置６を挿入し、供給管10から各バーナー７、８、９にガスおよびエアーを供給して、各バーナーから火炎を噴出させて、金型表面を加熱することにより行われる。この際、良好な鋳造品質が確保されるために必要な金型表面温度分布となるように、金型表面を加熱する必要があり、例えば、下型２の堰部２ａを、他の部分と比較して高温とすることが求められる。そこで、従来は、各バーナー７、８、９の本数、チップ７ａ、８ａ、９ａの形状、チップと金型表面との距離を変更することによって、加熱温度を調整していたが、必要な温度分布とすることが困難であるといった問題が指摘されていた。このため、従来は、捨て打ち工程を完全に排除するには至っていない。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鋳造用金型を予熱する際の、金型表面の温度分布の最適化を短時間で行い、捨て打ち工程を完全に排除して、製品歩留まりの向上を図ることにある。

上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係る金型予熱装置は、鋳造用金型の所定部位を複数のバーナーの火炎によって予熱する金型予熱装置であって、前記複数のバーナーへのガスおよびエアーの供給手段が、多系統に構成されると共に、前記供給手段の各系統毎にガスおよびエアーの供給量を任意に制御する制御手段を備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、必要な温度域毎に前記複数のバーナーの系統別けを行い、かつ、前記供給手段の各系統に対するガスおよびエアーの供給量の調整を、前記制御手段により行うことにより、前記鋳造金型の所定部位毎に直接的かつ効果的に必要な熱量を付与し、短時間で、良好な鋳造品質が確保されるための金型表面の温度分布を実現することが可能となる。

また、上記課題を解決するための、本発明の請求項２に係る金型予熱方法は、鋳造用金型において良好な鋳造品質が確保されるために必要な金型表面の連続的温度分布を把握し、金型各部が当該温度分布となるように、ガスおよびエアーの供給量が系統毎に任意に制御される、多系統の供給手段を備える複数のバーナーの、火力の強度を系統毎に調整して、前記鋳造金型の所定部位を加熱することを特徴とするものである。
本発明によれば、前記鋳造金型の所定部位毎に直接的かつ効果的に必要な熱量を付与し、短時間で、良好な鋳造品質が確保されるための金型表面の温度分布を実現することが可能となる。

また、上記課題を解決するための、本発明の請求項３に係る金型予熱装置の設計方法は、鋳造用金型の所定部位を複数のバーナーの火炎によって予熱する金型予熱装置の設計方法であって、良好な鋳造品質が確保されるために必要な金型表面の連続的温度分布を把握するステップと、当該必要な連続的温度分布を得るべく前記鋳造用金型の所定部位を加熱するための、複数のバーナーの配置、当該複数のバーナーの系統別け、および、各系統へのガスおよびエアーの供給量の決定を行うステップと、当該決定に基づき製作された金型予熱装置を用い予熱を行った後の金型表面の連続的温度分布を、前記把握された温度分布と比較し、その結果をフィードバックして、必要に応じ複数のバーナーの配置、当該複数のバーナーの系統別け、および、各系統へのガスおよびエアーの供給量の調整を行うステップとを含むことを特徴とするものである。
本発明によれば、前記良好な鋳造品質が確保されるために必要な金型表面の連続的温度分布を把握するステップで得た、必要な連続的温度分布を十分に反映させて、複数のバーナーの配置、当該複数のバーナーの系統別け、および、各系統へのガスおよびエアーの供給量の決定、調整を行うことで、前記鋳造金型の所定部位毎に直接的かつ効果的に必要な熱量を付与することが可能な、金型予熱装置を提供することが可能となる。

本発明はこのように構成したので、鋳造用金型を予熱する際の、金型表面の温度分布の最適化を短時間で行い、捨て打ち工程を完全に排除して、製品歩留まりの向上を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。

図１には、本発明の実施の形態に係る金型予熱装置11を、金型断面と共に模式的に示している。金型予熱装置11は、主に下型２の堰部２ａを加熱するためのバーナー７と、バーナー７にガスおよびエアーを供給する供給手段である第１の供給管12とを備えている。また、主に横型３を加熱するためのバーナー８と、主に上型４を加熱するためのバーナー９と、これらのバーナー８、９に対し、ガスおよびエアーを供給する供給手段である第２の供給管13を備えている。すなわち、金型予熱装置11は、２つの系統に分れた供給手段（第１の供給管12、第２の供給管13）を有するバーナー部11Ａを備えている。
また、金型予熱装置11は、２つの系統に分れた供給手段の各系統毎に、供給量を任意に制御してガスおよびエアーを供給するための制御手段14を有する、制御部11Ｂを備えている。

図２から図６には、バーナー部11Ａの具体的構造例を示している。図示の例では、最も高温に加熱する必要がある下型２の堰部２ａ（図１）を加熱するためのバーナー７は、第１の供給管12の適切な位置から３本枝分かれして、必要な方向へと適切な長さで延びている。また、主に横型を加熱するバーナー８は合計17本が、主に上型を加熱するバーナー９は合計11本が、各々第２の供給管13の適切な位置から枝分かれして、必要な方向へと適切な長さで延びている。さらに、各バーナー７、８、９の先端部には、適切な態様の火炎を吹出すためのチップ７ａ、８ａ、９ａが装着されているが、図示の便宜上、各チップの符号は図４にのみ示している。
なお、各図において、符号15、16は各ハンドル、符号17はバーナースタンドである。

図７には、制御部11Ｂの制御手段14を概略的に示している。制御手段14は、供給源からガス元栓18を介してガスを導入するガス管19を、２系統19ａ、19ｂに分岐させると共に、工場のエアー配管からエアー元栓20を介してエアーを導入するエアー管21を、２系統21ａ、21ｂに分岐させ、さらに、各系統毎にガスおよびエアーを混合させて、第１の供給管12、第２の供給管13へと各々送るものである。さらに、ガス管19に関しては、点火用バーナー22へとガスを送るための分岐管路19ｃも備えている。

なお、図７の例では、ガス管19は、ガス電磁弁23と、低燃焼用ニードルバルブ24およびガス電磁弁25の並列回路とを介した後に２系統19ａ、19ｂに分岐し、分岐後において各々ボールバルブ27、カプラ28、ゴムホース29、カプラ28を介して、各系統の混合器30へと接続されている。一方、エアー管21に関しては、２系統21ａ、21ｂに分岐後、各々低燃焼用ニードルバルブ24および高燃焼エアー用電磁弁26の並列回路、ボールバルブ27、カプラ28、ゴムホース29、カプラ28を介して、各系統の混合器30へと接続されている。かかる構成により、２つの系統に分れた供給手段（第１の供給管12、第２の供給管13）の各系統毎に、ガスおよびエアーの供給量を任意に制御して供給することを可能としている。

続いて、本発明の実施の形態に係る金型予熱装置11を設計するための具体的手順を、図８を参照しながら、順を追って説明する。
ステップ(i)：鋳込み安定期のターゲット温度を調査、把握する。この際、良好な鋳造品質が確保されるために必要な金型表面の連続的温度分布を高精度に把握するために、サーモビュウアーを用いることが望ましい。
ステップ(ii)：ステップ(i)で把握された温度分布（ターゲット温度）を、予熱段階で短時間に実現するため、前記鋳造用金型の所定部位毎に必要な熱量を付与するための、複数のバーナーの配置（位置、金型表面との距離等）、当該複数のバーナーの系統別け、および、各系統へのガスおよびエアーの供給量の決定を行い、それに基づき金型予熱装置11の設計を行う。
ステップ(iii)：ステップ(ii)の設計に基づき金型予熱装置11を実際に製作し、金型予熱装置11を用いて鋳造用金型の予熱を行った後の金型表面の温度を測定する。この際、サーモビュウアーを用いて、金型表面の連続的温度分布を高精度に測定することが望ましい。
ステップ(iv)：ステップ(iii)で測定された温度分布がステップ(i)で把握された温度分布となっていない場合（ＮＧ）には、その結果をフィードバックすべく、再びステップ(ii)へと戻る。
ステップ(v)：ステップ(iv)での比較の結果、ステップ(iii)で測定された温度分布がステップ(i)で把握された温度分布となっている場合（ＯＫ）には、所望の金型予熱装置11の完成となる。

上記構成をなす、本発明の実施の形態により得られる作用効果は、以下の通りである。
まず、本発明の実施の形態に係る金型予熱装置によれば、必要な温度域毎に、複数のバーナー７、８、９の系統別けを行い、かつ、供給手段の各系統12、13に対するガスおよびエアーの供給量の調整を、制御手段14により行うことで、鋳造金型の所定部位毎に直接的かつ効果的に必要な熱量を付与することができる。よって、短時間で、良好な鋳造品質が確保されるための金型表面の温度分布を実現することが可能となる。なお、本発明の実施の形態では、ガスおよびエアーの供給手段を２系統に別けた例を示しているが、必要に応じ更なる多系統化も可能である。

また、本発明の実施の形態に係る金型予熱方法によれば、鋳造用金型において良好な鋳造品質が確保されるために必要な金型表面の連続的温度分布を把握して、金型各部が必要な温度分布となるように、多系統の供給手段を備える複数のバーナー７、８、９の火力の強度を系統毎に調整して、鋳造金型の所定部位毎に直接的かつ効果的に必要な熱量を付与する。よって、短時間で、良好な鋳造品質が確保されるための金型表面の温度分布を実現することが可能となり、鋳造工程の１ショット目から高品質の製品を得ることができる。
しかも、必要な金型表面の連続的温度分布を把握する際に、サーモビュウアーを用いることで、温度分布を極めて高精度に把握して、それに基づき鋳造金型の所定部位を加熱することが可能となるので、上記効果を最大限に発揮することが可能となる。

また、本発明の実施の形態に係る金型予熱装置の設計方法によれば、良好な鋳造品質が確保されるために必要な金型表面の連続的温度分布を把握するステップ（ステップ(i)）で得た、必要な連続的温度分布を十分にフィードバックさせて、ステップ(ii)において、複数のバーナーの配置、当該複数のバーナーの系統別け、および、各系統へのガスおよびエアーの供給量の決定、調整を行うことが可能となる。よって、鋳造金型の所定部位毎に直接的かつ効果的に必要な熱量を付与することが可能な、金型予熱装置11を提供することが可能となる。
しかも、必要な金型表面の連続的温度分布を把握する際に、サーモビュウアーを用いることで、温度分布を極めて高精度に把握することが可能となり、上記効果を最大限に発揮することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る金型予熱装置を、金型断面と共に示した模式図である。図１に示す金型予熱装置のバーナー部の具体的構造例に係る上面図である。図１に示す金型予熱装置のバーナー部の具体的構造例に係る側面図である。図１に示す金型予熱装置のバーナー部の具体的構造例に係る正面図である。図２のＡ―Ａ線における断面図である。図２のＢ―Ｂ線における断面図である。図１に示す金型予熱装置を構成する制御部の、制御手段を示す概略図である。図１に示す金型予熱装置の設計手順を示すフローチャートである。従来の金型予熱装置を、金型断面と共に示した模式図である。

符号の説明

２：下型、２ａ：堰部、３：横型、４：上型、５：金型キャビティ、７、８、９：バーナー、７ａ、８ａ、９ａ：チップ、11：金型予熱装置、12：第１供給管、13：第２供給管、14：制御手段

Claims

鋳造用金型の所定部位を複数のバーナーの火炎によって予熱する金型予熱装置であって、前記複数のバーナーへのガスおよびエアーの供給手段が、多系統に構成されると共に、前記供給手段の各系統毎にガスおよびエアーの供給量を任意に制御する制御手段を備えることを特徴とする金型予熱装置。
鋳造用金型において良好な鋳造品質が確保されるために必要な金型表面の連続的温度分布を把握し、
金型各部が当該温度分布となるように、ガスおよびエアーの供給量が系統毎に任意に制御される、多系統の供給手段を備える複数のバーナーの、火力の強度を系統毎に調整して、前記鋳造金型の所定部位を加熱することを特徴とする金型予熱方法。
鋳造用金型の所定部位を複数のバーナーの火炎によって予熱する金型予熱装置の設計方法であって、
良好な鋳造品質が確保されるために必要な金型表面の連続的温度分布を把握するステップと、
当該必要な連続的温度分布を得るべく前記鋳造用金型の所定部位を加熱するための、複数のバーナーの配置、当該複数のバーナーの系統別け、および、各系統へのガスおよびエアーの供給量の決定を行うステップと、
当該決定に基づき製作された金型予熱装置を用い予熱を行った後の金型表面の連続的温度分布を、前記把握された温度分布と比較し、その結果をフィードバックして、必要に応じ複数のバーナーの配置、当該複数のバーナーの系統別け、および、各系統へのガスおよびエアーの供給量の調整を行うステップとを含むことを特徴とする金型予熱装置の設計方法。