JP2007083275A - 金型の制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 鋳造時に被鋳造材の凝固層と非凝固層との境界面からの反射波を検出して凝固層の割合（固相率）を求める際に、検出した超音波信号が真の反射波信号であるかノイズ信号であるかを正確に判断することが重要である。
【解決手段】 溶湯３１の温度と溶湯中の超音波速度の関係を求め、キャビティ内へ超音波を照射し、その超音波が金型表面２ａから戻った第１の反射波及び金型表面２ｂから戻った第２の反射波を検出し、第１の反射波の検出時刻から第２の反射波の検出時刻までの超音波伝播時間ｔを計測し、溶湯温度と超音波速度の関係から溶湯の凝固直前の超音波速度ｖ１、及び凝固直後の超音波速度ｖ２を求め、超音波伝播時間ｔ、及び凝固直前後の超音波速度に基づいて溶湯の固相率を算出し、第２の反射波の検出レベルに対して閾値レベルＴｈを設定し、検出レベルが閾値レベルよりも大きい状態にあるときに算出された溶湯の固相率を用いて金型２の制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋳造時における金型キャビティ内の溶融金属の挙動、特に溶融金属の固相率を算出し、算出した固相率に基づいて金型の制御を行う、金型の方法および装置に関する。

ダイカスト等の鋳造を行う際には溶融金属の凝固という現象を伴い、金型形状や金型温度等により溶融金属の凝固状態が変化するため、最適な凝固状態となるように金型形状や温度等の設計を行うことが重要である。
そして、金型設備や設計の最適化を図るためには、金型のキャビティ内における溶融金属の挙動を把握することが必要である。
従って、鋳造時の溶融金属の挙動を把握すべく、以下のような技術が考案されている。
つまり、特許文献１に記載されるように、鋳造機に超音波を照射して、鋳造機内の被鋳造材の凝固層と非凝固層との境界面からの反射波を検出することで、凝固層の厚みを把握する技術が考案されている。
特開昭５８−１５９９６０号公報

前述の特許文献１記載の技術では、被鋳造材のある断面において、中央部の非凝固層の両側に存在する凝固層のうち、一方の凝固層厚みのみを測定するので、断面全体に対する凝固層の割合を求めることができない。
また、鋳造時には、凝固層の増大速度（被鋳造材の凝固速度）が速いため、凝固界面からの反射波を安定的に検出することができなかった。特に、ダイカストの場合は凝固速度が速いため、反射波の検出が困難であった。
また、前述の反射波の超音波を検出する際には、検出した超音波信号が、真の反射波信号であるか、ノイズ信号であるかを正確に判断することが、凝固層の割合（固相率）を正しく算出して、適切な金型の制御を行うために重要である。

上記課題を解決する溶湯の金型の制御方法および装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、金型のキャビティ内部に充填された溶湯の温度と、該溶湯中を伝播する超音波の速度との関係を予め求めておき、金型外部からキャビティ内へ向かって超音波を照射し、照射された超音波が超音波照射側の金型表面にて反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が超音波照射側の金型表面と対向する金型表面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出し、第１の反射波を検出した時刻から、第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測するとともに、前記溶湯の温度と超音波の速度との関係から、溶湯の凝固直前の超音波速度、および溶湯の凝固直後の超音波速度を求めて、前記超音波伝播時間、溶湯の凝固直前の超音波速度、および溶湯の凝固直後の超音波速度に基づいて溶湯の固相率を算出し、前記第２の反射波の検出レベルに対して、予め所定の閾値レベルを設定しておき、検出された第２の反射波の信号レベルが、予め設定された閾値レベルよりも大きい状態にあるときに算出された溶湯の固相率を用いて、金型の制御を行う。
このような溶湯の固相率の算出を、溶湯の充填時に行うことで、充填時にどれだけの割合の溶湯が凝固しているかを把握することができ、金型温度や溶湯温度の設定等といった鋳造条件を最適化するための指標として用いることができる。
特に、検出された第２の反射波の信号レベルが、予め設定された閾値レベルよりも大きい状態にあるときに算出された溶湯の固相率、つまり、設定された閾値レベルよりも第２の反射波の検出レベルが大きい領域である適正検出領域において算出された、溶湯の固相率を用いて金型の制御を行うことで、正しく検出した第２の反射波の検出信号に基づく固相率と、誤って検出したノイズの検出信号に基づく固相率とを分離して、固相率を正確に把握することができ、金型の制御を適正に行うことができる。
また、実際に算出した固相率をダイカスト凝固ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）の評価ツールとして用い、該ダイカスト凝固ＣＡＥにて求めた理論上のデータとの比較評価を行うことにより、ダイカスト凝固ＣＡＥの評価を行うことができる。例えば、ダイカスト凝固ＣＡＥでの各メッシュの固相率を平均して、実際の現象との比較や評価を行うことが可能となる。

また、請求項２記載の如く、前記溶湯の固相率を用いて行う金型の制御は、キャビティ内へ充填された溶湯を加圧する加圧ピンの動作の制御、および金型の型開きの制御である。
これにより、適切な時期に加圧ピンを動作させたり、適切な時期に金型２の型開きを行ったりすることで、鋳造されるダイカストの品質向上を図るとともに、タクトタイムの短縮を図ることが可能となる。

また、請求項３記載の如く、金型のキャビティ内部に充填された溶湯の温度と、該溶湯中を伝播する超音波の速度との関係を表わす温度−速度テーブルと、金型外部からキャビティ内へ向かって超音波を照射する超音波照射手段と、超音波照射手段から照射された超音波が、超音波照射側の金型表面にて反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および超音波照射手段から照射された超音波が、超音波照射側の金型表面と対向する金型表面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出する超音波検出手段と、第１の反射波を検出した時刻から第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測する時間計測手段と、前記温度−速度テーブルから、溶湯の凝固直前の超音波速度、および溶湯の凝固直後の超音波速度を抽出する速度抽出手段と、抽出された溶湯の凝固直前の超音波速度、および溶湯の凝固直後の超音波速度と、計測された前記超音波伝播時間とに基づいて、溶湯の固相率を算出する固相率算出手段と、前記第２の反射波の検出レベルに対して予め設定された、所定の閾値レベル値と、検出された第２の反射波の信号レベルが、予め設定された閾値レベルよりも大きい状態にあるときに算出された溶湯の固相率を用いて、金型の制御を行う制御手段とを備える。
このような溶湯の固相率の算出を、溶湯の充填時に行うことで、充填時にどれだけの割合の溶湯が凝固しているかを把握することができ、金型温度や溶湯温度の設定等といった鋳造条件を最適化するための指標として用いることができる。
特に、検出された第２の反射波の信号レベルが、予め設定された閾値レベルよりも大きい状態にあるときに算出された溶湯の固相率、つまり、設定された閾値レベルよりも第２の反射波の検出レベルが大きい領域である、適正検出領域において算出された溶湯の固相率を用いて金型の制御を行うことで、正しく検出した第２の反射波の検出信号に基づく固相率と、誤って検出したノイズの検出信号に基づく固相率とを分離して、固相率を正確に把握することができ、金型の制御を適正に行うことができる。
また、実際に算出した固相率をダイカスト凝固ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）の評価ツールとして用い、該ダイカスト凝固ＣＡＥにて求めた理論上のデータとの比較評価を行うことにより、ダイカスト凝固ＣＡＥの評価を行うことができる。例えば、ダイカスト凝固ＣＡＥでの各メッシュの固相率を平均して、実際の現象との比較や評価を行うことが可能となる。

本発明によれば、正しく検出した第２の反射波の検出信号に基づく固相率と、誤って検出したノイズの検出信号に基づく固相率とを分離して、固相率を正確に把握することができ、金型の制御を適正に行うことができる。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。

図１には、ダイカストマシーンに適用された金型２が示されており、該ダイカストマシーンにおいては、プランジャロッド５ａの先端に取り付けたプランジャチップ５ｂが、射出スリーブ３内に摺動自在に嵌装されている。
そして、射出スリーブ３内の溶湯をプランジャチップ５ｂにより押し出して、ランナ６を通じて金型２のキャビティ２１へ射出するように構成されている。

また、金型２の制御装置１は、アルミダイカスト等の鋳造を行う際に、金型２のキャビティ２１内の溶湯の固相率を算出し、算出した溶湯の固相率を用いて、キャビティ２１内へ充填された溶湯を加圧する加圧ピンの動作の制御、や金型の型開きの制御等といった、金型２の制御を行うものであり、超音波送受信装置１１と、高速ＡＤ変換器１２と、時間計測部１３ａ、速度抽出部１３ｂ、および固相率算出部１３ｃを備えるコンピュータ装置１３と、溶湯温度と超音波速度との関係を示す温度−速度テーブル１４ａを記憶した記憶部１４と、コンピュータ装置１３にて算出された溶湯の固相率を用いて金型２の制御を行う制御部１５とを備えている。この温度−速度テーブル１４ａは、予め実験により求めたものであり、温度と超音波速度との相関関係を読み出し可能なデータ形式で構成されている。

超音波送受信装置１１は超音波の送受信を行う超音波センサ１１ａを有しており、超音波センサ１１ａは金型２の外部に取り付けられている。
図２に示すように、超音波センサ１１ａは金型２のキャビティ２１内へ向けて超音波を照射可能であるとともに、金型２における超音波センサ１１ａ取付側の表面（キャビティ面）２ａにて反射して戻ってきた超音波（以降「第１の反射波」と記載する）、および前記表面（キャビティ面）２ａとは反対側の表面（キャビティ面）２ｂにて反射して戻ってきた超音波（以降「第２の反射波」と記載する）を受信可能に構成されている。
つまり、超音波送受信装置１１は、金型２の外部からキャビティ２１内へ向かって超音波を照射する超音波照射手段であるとともに、前記第１の反射波および第２の反射波を検出する超音波検出手段でもある。

金型２のキャビティ２１内に充填される被鋳造材である溶湯（例えばアルミダイカストの場合はアルミ溶湯）３１は、充填後に温度が低下してその溶湯の凝固温度に達すると凝固するが、凝固時にはキャビティ２１の表面２ａ・２ｂに接している側から凝固し始める、表皮形成型の凝固現象をとる。
つまり、溶湯３１の凝固過程におけるキャビティ２１内には、表面２ａ・２ｂ側に凝固層３１ａが存在し、中央側に非凝固層３１ｂが存在することとなる。

図３に示すように、記憶部１４の温度−速度テーブル１４ａには、溶湯の温度と、溶湯中を伝播する超音波の速度との関係を示すテーブルが格納されている。
この溶湯の温度と超音波速度との関係は、予め実験や試験により求めて記憶部１４に格納されたものである。
記憶部１４の温度−速度テーブル１４ａによれば、溶湯３１の凝固温度であるＴ０を境界として、溶融側（高温側）では超音波速度が遅く、凝固側（低温側）では超音波速度が速くなっている。
次に、温度−速度テーブル１４ａについて詳細に説明する。温度−速度テーブル１４ａは、実験等により求めた溶湯の温度と溶湯中を伝播する超音波速度との相関関係を、読み取り可能な電子データとして構築したものであり、例えば図３に示すような横軸を温度、縦軸を超音波速度としたグラフに表わされるデータを含んでいる。
ダイカスト等の溶湯は、溶湯中の温度が凝固温度を下回るとことで凝固を開始するが、このような溶湯中を伝播する超音波の速度は、前記凝固温度を境界として大きく変化することが実験等により明らかとなっている。図３のグラフに示すように、溶湯３１の凝固温度Ｔ０を境界として、溶融側（高温側）では溶湯中を伝わる超音波速度が急激に遅くなり、凝固側（低温側）では急激に速くなる。したがって、溶湯中を伝わる超音波速度を計測することで、計測時の溶湯の状態を知ることが可能となる。
以下、詳細に説明する。

前記コンピュータ装置１３は、超音波センサ１１ａが超音波を照射してから、キャビティ２１の表面２ａにて反射した超音波（第１の反射波）を受信して検出するまでの時間、超音波センサ１１ａが超音波を照射してから、キャビティ２１の表面２ｂにて反射した超音波（第２の反射波）を受信して検出するまでの時間、および第１の反射波を検出した時刻から第２の反射波を検出した時刻までの時間等を計測可能な時間計測部１３ａと、前記温度−速度テーブル１４ａから、凝固直前状態にある（凝固温度Ｔ０よりも若干高く溶湯３１が非凝固状態となっている温度Ｔ１になっている）溶湯３１内を伝播する超音波の速度ｖ１、および凝固直後の状態にある（凝固温度Ｔ０よりも若干低く溶湯３１が凝固状態となっている温度Ｔ２になっている）溶湯内を伝播する超音波の速度ｖ２を抽出する速度抽出部１３ｂと、時間計測部１３ａにて計測した時間と速度抽出部１３ｂにて抽出した超音波速度とに基づいて、キャビティ２１内の溶湯３１の固相率を算出する固相率算出部１３ｃとを備えている。

このように構成される金型２の制御装置１では、鋳造時における溶湯の固相率の算出を、次のようにして行うことができる。
まず、被鋳造物である溶湯３１の温度と超音波速度との関係を実験や試験により求めて、前述の温度−速度テーブル１４ａを予め作成して記憶部１４に記憶させておく。

次に、超音波送受信装置１１の超音波センサ１１ａからキャビティ２１内へ向けて超音波を照射する。照射された超音波は、キャビティ２１内に充填された溶湯３１内を伝播して、金型２における超音波センサ１１ａ取付側の表面２ａとは反対側の表面２ｂに到達し、該表面２ｂにて反射する。
表面２ｂで反射した第２の反射波は超音波センサ１１ａにより受信される。
また、照射された超音波の一部は、金型２の超音波センサ１１ａ取付側の表面２ａで反射し、第１の反射波として超音波センサ１１ａにより受信される。

超音波送受信装置１１からは、表面２ａで反射した超音波の波形、および表面２ｂで反射した超音波の波形が高速ＡＤ変換器１２に出力され、高速ＡＤ変換器１２にてデジタルデータに変換された後、コンピュータ装置１３に入力される。
コンピュータ装置１３では、入力された超音波波形および温度−速度テーブル１４ａを用いてキャビティ２１内の溶湯の固相率を算出する。

次に、コンピュータ装置１３での溶湯の固相率を算出について具体的に説明する。
まず、パーソナルコンピュータ１３では、時間計測部１３ａにて、照射された超音波が表面２ａから表面２ｂまでの間を往復するのに要した時間（以降超音波伝播時間ｔと記載する）を、入力された波形に基づいて計測する。

この場合、超音波伝播時間ｔは、表面２ａにて反射された超音波（第１の反射波）を受信した時刻から、表面２ｂにて反射された超音波（第２の反射波）を受信した時刻までの間の時間となる。つまり、超音波伝播時間ｔは、超音波を照射してから表面２ｂにて反射された超音波（第２の反射波）を受信するまでの時間ｔ２から、超音波を照射してから表面２ａにて反射された超音波（第１の反射波）を受信するまでの時間ｔ１を引いた時間となる。
具体的には、図４に示すような、超音波センサ１１ａにて受信した第１の反射波および第２の反射波との超音波波形を用いており、第１の反射波の受信時刻から第２の反射波の受信時刻までの間の時間を、超音波伝播時間ｔとして計測している。
なお、図４に示すような波形を得るためには、（時間ｔ１＞＞超音波伝播時間ｔ）となるような位置に、前記超音波センサ１１ａの配置位置を決定することが好ましい。

また、パーソナルコンピュータ１３の速度抽出部１３ｂでは、温度−速度テーブル１４ａから、凝固直前状態にある溶湯（即ち、非凝固相となっている溶湯）３１内の超音波速度ｖ１、および凝固直後の状態にある溶湯（即ち、凝固相となっている溶湯）３１内の超音波速度ｖ２を抽出する。

超音波伝播時間ｔを計測し、非凝固相の溶湯の超音波速度ｖ１および凝固相の溶湯の超音波速度ｖ２を抽出した後、固相率算出部１３ｃにてキャビティ２１内の溶湯の固相率を算出する。

ここで、キャビティ２１内における溶湯３１の表面２ａ側の凝固層（凝固相が層状に存在している部分）３１ａの厚さ寸法をｘ１とし、表面２ｂ側の凝固層（凝固相が層状に存在している部分）３１ｃの厚さ寸法をｘ３とし、溶融状態にある溶湯３１の非凝固層（非凝固相が層状に存在している部分）３１ｂの厚さ寸法をｘ２とし、キャビティ２１の厚さ寸法（表面２ａから表面２ｂまでの寸法）をｘとし、凝固層３１ａの厚さ寸法ｘ１と凝固層３１ｃの厚さ寸法ｘ３とを加えた凝固層総厚さ寸法をｘ４とすると、次の式（１）および式（２）の関係が成立する。

この前記式（１）および式（２）を用いて、キャビティ２１内における溶湯の凝固層３１ａ・３１ｃの総厚さ寸法ｘ４と、溶湯３１の非凝固層３１ｂの厚さ寸法ｘ２とを算出し、さらに、前記寸法ｘに対する寸法ｘ４の割合で示される固相率を算出するようにしている。

このような固相率算出装置１による溶湯の固相率の算出を、溶湯の充填時に行うことで、充填時にどれだけの割合の溶湯が凝固しているかを把握することができる。
また、固相率の算出を、溶湯の充填時から離型時までにかけて継続的に行うことで、正凝固層の進展速度を求めることができる。
そして、このように求めた溶湯の固相率や凝固層の進展速度等は、金型温度や溶湯温度の設定等といった鋳造条件を最適化するための指標として用いることができる。

また、算出されたキャビティ２１内における溶湯の固相率は、制御装置１の制御部１５に入力されるように構成されており、該制御部１５は、入力された固相率に応じてプランジャロッド５ａの移動速度を制御して溶湯の射出速度を調節したり、キャビティ内へ充填された溶湯を加圧する加圧ピンの動作の制御や金型の型開きの制御等といった金型２の動作の制御を行ったりする。
このように、溶湯の射出速度を調節したり、金型２の動作の制御を行ったりすることで、リアルタイムで鋳造条件の最適化を図ることが可能となっている。
なお、溶湯の固相率の算出は、凝固直前状態にある溶湯（非凝固相となっている溶湯）３１および凝固直後の状態にある溶湯（凝固相となっている溶湯）３１が、それぞれ本例の非凝固層３１ｂおよび凝固層３１ａ・３１ｃのように層状に存在している場合のみならず、凝固層３１ａ・３１ｃが非凝固層３１ｂの中に不連続状に存在していたり、浮島状に存在していたりした場合でも、また非凝固相と凝固相とが不規則に混じり合った状態にある場合でも行うことができる。

ここで、図５に、コンピュータ装置１３にて算出したキャビティ２１内における溶湯の固相率を示しており、溶湯の固相率は溶湯のキャビティ２１内への鋳造圧力の加圧時から上昇している。
溶湯の固相率は、前述のように、金型２の表面２ｂにて反射した第２の反射波の受信時刻等を用いて算出されるが、図５に示すように、第２の反射波の超音波センサ１１ａによる受信レベル（超音波送受信装置１１により検出される第２の反射波の信号の大きさのレベル）は、溶湯のキャビティ２１への鋳造圧力の加圧時から時間が経過するに従って低下していくため、算出された固相率が、いつの時点まで正確に算出されているのかが問題になる。

つまり、キャビティ２１への溶湯の充填および凝固が進むにつれて、検出される第２の反射波の信号の大きさが減少するため、検出した第２の反射波の信号が小さくなったときに、ノイズ信号を第２の反射波の信号として誤って検出してしまうことがある。このように、第２の反射波の信号として誤って検出したノイズ信号に基づいて算出した固相率を用いて金型２の制御を行ったのでは、適切な制御を行うことができない。

そこで、図５に示すように、本発明においては、超音波送受信装置１１により検出される第２の反射波の信号の大きさのレベル（第２の反射波の検出レベル）に、予め所定の閾値レベルｔｈを設定しておき、検出した第２の反射波の信号レベルが、前記閾値レベルＴｈよりも大きい値を保っている状態にある範囲を、第２の反射波の信号を正しく検出している適正検出領域Ｒａと判断し、検出した第２の反射波の信号レベルが前記閾値レベルｔｈ以下となる状態にある範囲を、ノイズ信号を誤って検出している誤検出領域Ｒｂと判断して、前記適正検出領域Ｒａで算出された固相率を用いて金型２の制御を行うようにしている。
つまり、検出された第２の反射波の信号レベルが、予め設定された閾値レベルよりも大きい状態にあるときに算出された固相率を用いて、金型２の制御が行われる。

本例の場合、第２の反射波の信号レベルの閾値レベルＴｈは、例えばＳ/Ｎ比が２となるように設定されており、適正検出領域Ｒａは溶湯の充填開始直後から第２の反射波の信号レベルが閾値レベルＴｈに達する時間ｔ１までの範囲となり、誤検出領域Ｒｂは第２の反射波の信号レベルが閾値レベルＴｈ以下となる時間ｔ１以降の範囲となっている。

そして、前記制御部１５は、前記適正検出領域Ｒａにて固相率がＳａとなる時刻ｔａの時点で、金型２に備えられる加圧ピン１８をキャビティ２１内へ押し出して充填された溶湯を加圧し、適正検出領域Ｒａにて固相率がＳｂとなる時刻ｔａ以降の時刻ｔｂの時点で、前記加圧ピン１８による溶湯の加圧を停止する、といった制御を行う。
さらに、第２の反射波の信号レベルが閾値レベルＴｈ以下となった時点では、キャビティ２１内へ充填された溶湯の凝固がかなり進んで、凝固引けが発生している状態と判断できるので、制御部１５は、適正検出領域Ｒａが終了して誤検出領域Ｒｂへ移行した後の時刻ｔｃにて、金型２を型開きする制御を行っている。

次に、以上のような制御装置１による金型２の制御を、図６に示すフローを用いて説明する。
まず、金型２の外側に設置された超音波送受信装置１１の超音波センサ１１ａからキャビティ２１内へ向けて超音波を送信する（Ｓ０１）。
次に、第１の反射波および第２の反射波を超音波送受信装置１１により検出し（Ｓ０２）、第２の反射波の検出レベルを取得する（Ｓ０３）。

そして、予め設定された前期閾値レベルＴｈと、取得した第２の反射波の検出レベルとを比較する（Ｓ０４）。比較の結果、第２の反射波の検出レベルが閾値レベルＴｈよりも大きければ、第１の反射波の検出時刻と第２の反射波の検出時刻との差を計測し（Ｓ０５）、記憶部１４に予め記憶された温度−速度テーブル１４ａにから、凝固直前状態にある温度Ｔ１での超音波の速度ｖ１、および凝固直後の状態にある温度Ｔ２での超音波の速度ｖ２を求め（Ｓ１１）、求めた超音波の速度ｖ１・ｖ２等に基づいて、前述のようにキャビティ２１内に充填された溶湯の固相率を算出する（Ｓ０６）。

このようにして行われる固相率の算出を、キャビティ２１内で凝固引けが発生して第２の反射波の検出レベルが閾値レベルＴｈ以下となるまで繰り返される。
そして、算出した固相率を用いて、制御部１５により、金型２における加圧ピン１８の動作の制御や金型２の型開きの制御を行う（Ｓ０７）。
なお、ステップＳ０４にて、第２の反射波の検出レベルが閾値レベルＴｈ以下であった場合には、第２の反射波の検出信号がノイズの検出信号であったと判断し、ステップＳ０３に戻って再度第２の反射波の検出レベルを取得する。

以上のように、前記第２の反射波の検出レベルに対して、予め所定の閾値レベルｔｈを設定しておき、前記検出レベルが閾値レベルｔｈよりも大きい適正検出領域Ｒａにおいて算出された溶湯の固相率を用いて金型の制御を行うことで、正しく検出した第２の反射波の検出信号に基づく固相率と、誤って検出したノイズの検出信号に基づく固相率とを分離して、固相率を正確に把握することができ、金型２の制御を適正に行うことができる。
また、適切な時期に加圧ピンを動作させたり、適切な時期に金型２の型開きを行ったりすることで、鋳造されるダイカストの品質向上を図るとともに、タクトタイムの短縮を図ることが可能となる。

また、実際に算出した固相率をダイカスト凝固ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）の評価ツールとして用い、該ダイカスト凝固ＣＡＥにて求めた理論上のデータとの比較評価を行うことにより、ダイカスト凝固ＣＡＥの評価を行うことができる。例えば、ダイカスト凝固ＣＡＥでの各メッシュの固相率を平均して、実際の現象との比較や評価を行うことが可能となる。

本発明にかかる、ダイカストマシーンに適用された金型の制御装置を示すブロック図である。 制御装置により制御される金型を示す拡大側面断面図である。 溶湯温度と溶湯中を伝播する超音波速度との関係を示す図である。 超音波送受信装置により検出した第１の反射波および第２の反射波の波形を示す図である。 固相率および超音波の検出レベルの経時変化を示す図である。 本発明にかかる金型の制御方法のフローを示す図である。

符号の説明

１ 制御装置
２ 金型
１１ 超音波送受信装置
１１ａ 超音波センサ
１３ コンピュータ装置
１４ 記憶部
１４ａ 温度−速度テーブル
１５ 制御部
１８ 加圧ピン
２１ キャビティ
３１ 溶湯
３１ａ・３１ｃ 凝固層
３１ｂ 非凝固層

Claims (3)

1. 金型のキャビティ内部に充填された溶湯の温度と、該溶湯中を伝播する超音波の速度との関係を予め求めておき、
   金型外部からキャビティ内へ向かって超音波を照射し、
   照射された超音波が超音波照射側の金型表面にて反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が超音波照射側の金型表面と対向する金型表面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出し、
   第１の反射波を検出した時刻から、第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測するとともに、
   前記溶湯の温度と超音波の速度との関係から、溶湯の凝固直前の超音波速度、および溶湯の凝固直後の超音波速度を求めて、
   前記超音波伝播時間、溶湯の凝固直前の超音波速度、および溶湯の凝固直後の超音波速度に基づいて溶湯の固相率を算出し、
   前記第２の反射波の検出レベルに対して、予め所定の閾値レベルを設定しておき、
   検出された第２の反射波の信号レベルが、予め設定された閾値レベルよりも大きい状態にあるときに算出された溶湯の固相率を用いて、金型の制御を行う、
   ことを特徴とする金型の制御方法。
2. 前記溶湯の固相率を用いて行う金型の制御は、
   キャビティ内へ充填された溶湯を加圧する加圧ピンの動作の制御、および金型の型開きの制御である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の金型の制御方法。
3. 金型のキャビティ内部に充填された溶湯の温度と、該溶湯中を伝播する超音波の速度との関係を表わす温度−速度テーブルと、
   金型外部からキャビティ内へ向かって超音波を照射する超音波照射手段と、
   超音波照射手段から照射された超音波が、超音波照射側の金型表面にて反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および超音波照射手段から照射された超音波が、超音波照射側の金型表面と対向する金型表面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出する超音波検出手段と、
   第１の反射波を検出した時刻から第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測する時間計測手段と、
   前記温度−速度テーブルから、溶湯の凝固直前の超音波速度、および溶湯の凝固直後の超音波速度を抽出する速度抽出手段と、
   抽出された溶湯の凝固直前の超音波速度、および溶湯の凝固直後の超音波速度と、計測された前記超音波伝播時間とに基づいて、溶湯の固相率を算出する固相率算出手段と、
   前記第２の反射波の検出レベルに対して予め設定された、所定の閾値レベル値と、
   検出された第２の反射波の信号レベルが、予め設定された閾値レベルよりも大きい状態にあるときに算出された溶湯の固相率を用いて、金型の制御を行う制御手段と、
   を備えることを特徴とする金型の制御装置。
   

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