JP2006102809A - Die casting method and die casting apparatus - Google Patents

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逸雄 大中
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a die casting method and a die casting apparatus which can correspond to a small type, energy-saving, high quality and also, many kinds-small quantity in comparison with the conventional die casting apparatus. <P>SOLUTION: In addition to molten metal injection plunger tip for injecting the molten metal, a molten metal pressurizing plunger for pressurizing the molten metal is set at the front of a gate and the molten metal is injected at injection pressure not higher than the ordinary injection pressure of the die casting machine by the molten metal injection plunger and thereafter, the molten metal is pressurized by the molten metal pressurizing plunger. Further, the molten metal injection plunger tip is driven by electric-motor and furthermore, if necessary, the die temperature is controlled and the directive solidification toward the gate is attained when possible and also, the die manufactured with a die material or rapid prototyping easily machined, is used. Alternatively, the variation of the molten metal filling up ratio is prevented by setting the plurality of molten metal pouring holes. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、主に、Al合金やMg合金鋳造品などのダイカスト法およびダイカスト装置に関するものである。  The present invention mainly relates to a die casting method and a die casting apparatus for an Al alloy or Mg alloy casting.

需要の多様化、商品の短寿命化、開発途上国の追い上げ等により、より低コストで、多品種少量生産に適したダイカスト法が望まれている。また、自動車等の軽量化のため、大型のダイカスト品を高品質、低コストで製造する技術も望まれている。  Due to diversification of demand, shortening of product life, catching up with developing countries, etc., a die casting method suitable for low-cost, high-mix low-volume production is desired. In addition, in order to reduce the weight of automobiles and the like, a technology for manufacturing large-sized die cast products with high quality and low cost is also desired.

一方、従来のダイカスト法では、非特許文献1、2などに示されるように溶湯射出と加圧が油圧駆動される一つのプランジャにより行なわれている。  On the other hand, in the conventional die casting method, as shown in Non-Patent Documents 1 and 2, etc., molten metal injection and pressurization are performed by one hydraulically driven plunger.

従って、プランジャチップの移動距離は長く、また高圧で加圧されるため、高圧大容量の油圧システムが必要で、大型装置となり、装置コストが高く、使用エネルギも大きい。これは大型製品を製造する場合には特に問題となる。さらに、完全液相部分に高圧をかけても品質は良くならず、鋳型寿命を短くするだけであるし、安価な鋳型材料を使用することもできない。加圧するのは凝固収縮によるひけ巣を防止するためであり、このためには固液共存域を加圧すべきであるが、プランジャチップの周囲は凝固が早く、凝固層が存在するため、プランジャチップの移動抵抗が大きく、高圧を必要とする。つまり、エネルギを無駄に使用していることになる。さらに、キャビティとプランジャスリーブがつながっているため、キャビティだけを減圧することが困難である。
ダイカスト技能者ハンドブック,全国ダイカスト工業協同組合連合会,(昭和56),9 素形材、Vol.44(2003)1、6 (財)素形材センター
Therefore, since the plunger tip has a long moving distance and is pressurized at a high pressure, a high-pressure and large-capacity hydraulic system is required, resulting in a large-sized device, high device cost, and large energy consumption. This is particularly a problem when manufacturing large products. Furthermore, even if high pressure is applied to the complete liquid phase part, the quality is not improved, the mold life is shortened, and an inexpensive mold material cannot be used. Pressurization is to prevent shrinkage due to coagulation shrinkage. For this purpose, the solid-liquid coexistence area should be pressurized, but since the coagulation layer exists quickly around the plunger tip, the plunger tip The movement resistance is large and requires high pressure. That is, energy is wasted. Furthermore, since the cavity and the plunger sleeve are connected, it is difficult to decompress only the cavity.
Die Casting Technician Handbook, National Die Casting Industrial Cooperative Federation, (Showa 56), 9 Raw material, Vol. 44 (2003) 1, 6 Material Center

従来のダイカスト装置より、小型で省エネルギかつ高品質で多品種少量生産にも対応できるダイカスト法およびダイカスト装置を提供する。  Provided is a die casting method and a die casting apparatus that are smaller, save energy, have higher quality, and can cope with small-lot production of various products than conventional die casting apparatuses.

溶湯を射出するための溶湯射出プランジャチップの他に、溶湯を加圧するための溶湯加圧プランジャチップをゲートの前に設置し,溶湯射出プランジャチップで溶湯を通常のダイカストの射出圧力以下で溶湯を射出し、その後溶湯加圧プランジャチップで溶湯を加圧する。また、溶湯射出プランジャチップを電動モータあるいはリニアモータで駆動する。さらに、金型を温度制御し,ゲートに向けての指向性凝固を極力実現すると共に、加工が容易な金型材料やラピッドプロトタイピングで作製した金型を使用する。また、必要に応じて溶湯射出前に溶湯加圧プランジャチップでゲートをシールし、キャビティとプランジャスリーブの減圧が独立にできるようにする。  In addition to the molten metal injection plunger tip for injecting the molten metal, a molten metal pressure plunger tip for pressurizing the molten metal is installed in front of the gate, and the molten metal is injected with the molten metal injection plunger tip below the normal die casting injection pressure. After injection, the molten metal is pressurized with a molten metal pressure plunger tip. Further, the molten metal injection plunger tip is driven by an electric motor or a linear motor. Furthermore, the temperature of the mold is controlled to achieve directional solidification toward the gate as much as possible, and a mold material that is easy to process and a mold manufactured by rapid prototyping are used. If necessary, the gate is sealed with a molten metal pressure plunger tip before the molten metal is injected so that the cavity and the plunger sleeve can be decompressed independently.

溶湯射出と加圧という2つの機能を持っているプランジャチップを、溶湯射出プランジャチップと溶湯加圧プランジャチップに分けることで、溶湯射出時には低圧、加圧時には高圧を効率よく作用させることが可能となる。  By dividing the plunger tip that has two functions of molten metal injection and pressurization into the molten metal injection plunger tip and the molten metal pressure plunger tip, it is possible to efficiently operate the low pressure during molten metal injection and the high pressure during pressurization. Become.

すなわち、溶湯射出プランジャは高圧である必要がないため電動モータやリニアモータ駆動とすることが可能となり、装置の小型化、省エネルギ化になる。また、射出速度の細かい制御が可能となる。溶湯加圧プランジャチップの駆動は油圧とするが、移動距離が短いので、小型油圧装置ですむ。また、プランジャスリーブ周囲の凝固した部分に力を作用させるのではなく、一番高温の部分を加圧できるので、効率的に加圧でき金型への負担も少ない。このため、従来のような高価な金型材料を使用しなくても良く、加工性の良い金属材料を高速切削した金型や種々のラピッドプロトタイピングで製作した金型が利用でき、多品種少量生産にも対応できる。  That is, since the molten metal injection plunger does not need to be at a high pressure, it can be driven by an electric motor or a linear motor, thereby reducing the size and energy of the apparatus. In addition, fine control of the injection speed is possible. The molten metal pressure plunger tip is driven by hydraulic pressure, but the moving distance is short, so a small hydraulic device is sufficient. In addition, since the force is not applied to the solidified portion around the plunger sleeve but the hottest portion can be pressurized, the pressure can be efficiently applied and the burden on the mold is reduced. For this reason, it is not necessary to use expensive mold materials as in the past, and molds produced by high-speed cutting of metal materials with good workability and various rapid prototyping can be used. Can also be used for production.

溶湯加圧プランジャチップでゲートをシールした場合には、申請中の特許(整理番号DC0001−1、出願人 大中逸雄)に記載の効果が得られる。  When the gate is sealed with the molten metal pressure plunger tip, the effect described in the patent pending (reference number DC0001-1, applicant: Ikuo Ohnaka) is obtained.

発明を実施するための形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

次に本発明を実施するための実施形態について図1〜図5を参照して説明する。  Next, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は実施例1におけるゲート近傍の側面図である。溶湯射出プランジャチップ2で溶湯7を射出した後、溶湯加圧プランジャチップ5を一点鎖線で示す位置に押出す。プランジャスリーブ3や固定型の溶湯接触面には凝固層があり、溶湯射出プランジャチップ2はこれを一部前面に押出しながら射出するため射出終了近くではかなりの圧力をかけないと移動できない。しかし、溶湯加圧プランジャチップ5の位置は高温部にあり、溶湯射出プランジャチップ2に比べ容易に移動させることができる。しかもこの移動距離は、キャビティ4での疑固収縮量を補う程度(数10mm以下)であり、溶湯射出プランジャチップ2の移動距離に比較してはるかに短い。  FIG. 1 is a side view of the vicinity of the gate in the first embodiment. After injecting the molten metal 7 with the molten metal injection plunger tip 2, the molten metal pressure plunger tip 5 is pushed out to a position indicated by a one-dot chain line. There is a solidified layer on the plunger sleeve 3 and the fixed-type molten metal contact surface, and the molten metal injection plunger tip 2 is ejected while being partially pushed out to the front surface, so that it cannot move unless a considerable pressure is applied near the end of the injection. However, the position of the molten metal pressure plunger tip 5 is in the high temperature portion and can be easily moved as compared with the molten metal injection plunger tip 2. In addition, this moving distance is such that it compensates for the suspicious shrinkage in the cavity 4 (several tens of mm or less), and is much shorter than the moving distance of the molten metal injection plunger tip 2.

また、キャビティ部で指向性凝固が生じるように鋳型の温度制御、熱設計の最適化、製品の肉厚設計を実施することで、溶湯加圧力を低下でき、さらに鋳型に加工性の良い鋳鉄等で製作した入子型あるいはラピッドプロトタイピングで製作した比較的機械的強度の弱い入子型を使用することができ、多品種少量生産に対応できる。  Also, by controlling the mold temperature, optimizing the thermal design, and designing the thickness of the product so that directional solidification occurs in the cavity, the molten metal pressure can be reduced, and cast iron with good workability in the mold, etc. Can be used, or can be used for rapid prototyping and relatively low mechanical strength, and can be used for low-volume production.

この方法では、溶湯射出圧力が低いため、プランジャスリーブの剛性も従来ほど高くする必要はなく、例えば、図1に示すように注湯口1a,1bを複数設置して、大製品では注湯口1aを使用し、小製品では注湯口1bを使用することでプランジャスリーブ3における溶湯充填率の変化を最小限にでき、品質の安定化が図れる。  In this method, since the molten metal injection pressure is low, it is not necessary to increase the rigidity of the plunger sleeve as much as in the prior art. For example, as shown in FIG. 1, a plurality of pouring ports 1a and 1b are installed, and for large products, the pouring port 1a is not provided. For small products, by using the pouring port 1b, the change in the molten metal filling rate in the plunger sleeve 3 can be minimized, and the quality can be stabilized.

図2は、実施例2のゲート近傍の側面図であり、溶湯加圧プランジャチップを2重にしてしかもゲート6をシールできるようにしたもので、プランジャスリーブに溶湯を供給した状態を示す。図3は、溶湯加圧最終段階時の状況を示している。  FIG. 2 is a side view of the vicinity of the gate of Example 2, in which the molten metal pressure plunger tip is doubled and the gate 6 can be sealed, and the molten metal is supplied to the plunger sleeve. FIG. 3 shows the situation at the final stage of molten metal pressurization.

操業に際しては、キャビティを減圧中あるいは減圧後、溶湯を供給し、溶湯射出プランジャチップ2を左方に移動させ注湯口を塞ぎ、溶湯加圧プランジャチップ5a,5bを左方に後退させてゲートを開き、溶湯射出プランジャチップ2で溶湯を射出する。その後、まず、溶湯加圧プランジャチップ5a,5b全体を右方に移動させて溶湯を加圧する。最後に図3に示すように溶湯加圧プランジャチップ5bをさらに右方に移動させて高温部を加圧する。ただし、ゲート部の凝固が進んでいるとキャビティには圧力は伝達されないので、ゲート部の凝固が過度に進行しないように寸法と冷却に注意する必要がある。  During operation, during or after decompression of the cavity, the molten metal is supplied, the molten metal injection plunger tip 2 is moved to the left to close the pouring port, and the molten metal pressure plunger tips 5a and 5b are moved backward to the left to open the gate. The molten metal injection plunger tip 2 injects the molten metal. Thereafter, the molten metal pressurizing plunger tips 5a and 5b are first moved rightward to pressurize the molten metal. Finally, as shown in FIG. 3, the molten metal pressurizing plunger tip 5b is moved further to the right to pressurize the high temperature part. However, since the pressure is not transmitted to the cavity when the gate portion is solidified, it is necessary to pay attention to the dimensions and cooling so that the gate portion does not proceed excessively.

図4、図5は、実施例3の側面図であり、溶湯射出プランジャチップ2の駆動をサーボモータ14で実施した例を示す。  4 and 5 are side views of the third embodiment, and show an example in which the molten metal injection plunger tip 2 is driven by the servo motor 14.

すなわち、図4は溶湯射出前の状態を示しており、サーボモータ14の回転をボールねじ15に伝え、溶湯射出プランジャの直線運動に変換し、溶湯を射出する。その後、溶湯加圧段階で、ストッパ16を下降させサーボモータの出力があまり大きくなくても溶湯射出プランジャが右方に移動するのを防ぐ。サーボモータ14を使用することで、射出速度を製品構造、寸法に合わせて時間的に変化させ、欠陥の少ない製品を得ることもできる。  That is, FIG. 4 shows a state before the molten metal is injected. The rotation of the servo motor 14 is transmitted to the ball screw 15 and converted into a linear motion of the molten metal injection plunger, and the molten metal is injected. Thereafter, in the molten metal pressurization stage, the stopper 16 is lowered to prevent the molten metal injection plunger from moving to the right even if the output of the servo motor is not so large. By using the servo motor 14, the injection speed can be changed over time according to the product structure and dimensions, and a product with few defects can be obtained.

なお、モータの回転運動を直線運動に変換する方法は、ボールねじ以外にラックと歯車の組み合わせ等、他の方法でもよい。また、サーボモータの他、リニアモータ等の電磁気力を利用した他の方法でもよい。  In addition, the method of converting the rotational motion of the motor into a linear motion may be other methods such as a combination of a rack and a gear other than the ball screw. In addition to the servo motor, another method using an electromagnetic force such as a linear motor may be used.

高品質のダイカスト製品の製造に利用できる。  It can be used to manufacture high quality die casting products.

実施例1におけるゲート近傍の側面図である。2 is a side view of the vicinity of a gate in Embodiment 1. FIG. 実施例2におけるゲート近傍の側面図で、溶湯射出前の状態を示す。In the side view of the gate vicinity in Example 2, the state before melt injection is shown. 実施例2におけるゲート近傍の側面図で、溶湯加圧最終段階の状態を示す。In the side view of the gate vicinity in Example 2, the state of the molten metal pressurization final stage is shown. 実施例3の側面図で溶湯射出前の状態を示す。The side view of Example 3 shows the state before molten metal injection. 実施例3の側面図で溶湯加圧状態を示す。The molten metal pressurization state is shown in the side view of the third embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1,1a,1b 注湯口
2 溶湯射出プランジャチップ
3 プランジャスリーブ
4 キャビティ
5 溶湯加圧プランジャチップ
5a 内側加圧プランジャチップ
5b 外側加圧プランジャチップ
6 ゲート
7 溶湯
8 固定プレート
9 固定型
10 可動型
11 シール
12 溶湯加圧プランジャチップの摺動面の入子(プランジャスリーブ側)
13 溶湯加圧プランジャチップの摺動面の入子(可動型側)
14 電動モータ
15 ボールねじ
16 ストッパ
1, 1a, 1b Pouring port 2 Molten injection plunger tip 3 Plunger sleeve 4 Cavity 5 Molten pressure plunger tip 5a Inner pressure plunger tip 5b Outer pressure plunger tip 6 Gate 7 Molten metal 8 Fixed plate 9 Fixed type 10 Movable type 11 Seal 12 Insertion of sliding surface of molten metal pressure plunger tip (plunger sleeve side)
13 Insertion of sliding surface of molten metal pressure plunger tip (movable side)
14 Electric motor 15 Ball screw 16 Stopper

Claims (9)

溶湯を射出するための溶湯射出プランジャチップの他に、溶湯を加圧するための溶湯加圧プランジャチップをゲートの前に設置し,溶湯射出プランジャチップで通常のダイカストの射出圧力以下で溶湯を射出し、その後溶湯加圧プランジャチップで溶湯を加圧することを特徴とするダイカスト法およびダイカスト装置  In addition to the molten metal injection plunger tip for injecting the molten metal, a molten metal pressure plunger tip for pressurizing the molten metal is installed in front of the gate, and the molten metal injection plunger tip injects the molten metal below the normal die casting injection pressure. , And then pressurizing the molten metal with a molten metal pressurizing plunger tip and a die casting apparatus, 請求項1において,溶湯加圧プランジャを内側と外側の2重構造として,最初は両方で同時に溶湯を加圧し,後で内側のプランジャにより高温部を加圧することを特徴とするダイカスト法およびダイカスト装置  2. A die casting method and a die casting apparatus according to claim 1, wherein the molten metal pressure plunger has a double structure of the inner side and the outer side, the molten metal is first pressurized simultaneously in both, and the high temperature portion is pressurized by the inner plunger later. 請求項1において,溶湯射出プランジャチップを電動モータあるいはリニアモータで駆動することを特徴とするダイカスト法およびダイカスト装置  2. A die casting method and a die casting apparatus according to claim 1, wherein the molten metal injection plunger tip is driven by an electric motor or a linear motor. 請求項1あるいは2あるいは3において,溶湯加圧プランジャチップでゲート部をシールしてキャビティあるいはプランジャスリーブを減圧することを特徴とするダイカスト法およびダイカスト装置  4. A die casting method and a die casting apparatus according to claim 1, wherein the gate portion is sealed with a molten metal pressure plunger tip to depressurize the cavity or the plunger sleeve. 請求項1あるいは2あるいは3あるいは4において,溶湯射出プランジャにストッパを設けて、溶湯加圧による溶湯射出プランジャの移動を防止することを特徴とするダイカスト法およびダイカスト装置  5. A die casting method and a die casting apparatus according to claim 1, wherein a stopper is provided on the molten metal injection plunger to prevent movement of the molten metal injection plunger due to molten metal pressurization. 請求項1あるいは2あるいは3あるいは4あるいは5において低圧鋳造と同様に金型をゲートに向けての指向性凝固となるように温度制御することを特徴とするダイカスト法およびダイカスト装置  6. A die casting method and a die casting apparatus according to claim 1, wherein the temperature is controlled so that the die is directionally solidified toward the gate as in the low pressure casting. 請求項4において溶湯加圧プランジャチップの摺動面を入子構造とすることを特徴とするダイカスト法およびダイカスト装置  5. A die casting method and a die casting apparatus according to claim 4, wherein the sliding surface of the molten metal pressure plunger tip has a nested structure. 請求項1あるいは2あるいは3あるいは4あるいは5あるいは6あるいは7において、キャビティを構成する入子型を鋳鉄などの切削性の良い材料あるいはラピッドプロトタイピングで作製した金型を使用することを特徴とするダイカスト法およびダイカスト装置  9. The method according to claim 1, wherein the insert mold that constitutes the cavity is made of a material having good cutting properties such as cast iron or a mold produced by rapid prototyping. Die casting method and die casting equipment 上記において給湯口を複数設特徴とするダイカスト法およびダイカスト装置  Die casting method and die casting apparatus characterized in that a plurality of hot water outlets are provided in the above
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