JP2007167864A - 金属成形機の材料溶解供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】横向きの溶解筒におけるビレット挿入時の溶解筒温度の制御ばらつきを、ビレットが溶解筒の筒壁に常に線接触する部位に温度センサを設置することにより解決する。
【解決手段】材料溶解供給装置は、後部上側にビレットの投入口を有する筒体の外周囲に加熱手段を備え、その温度センサを設置した溶解筒と、その溶解筒内に後端から進退自在に挿入した押出プランジャと、その押出プランジャの駆動装置とからなる。上記温度センサを溶解筒の筒体下側の筒壁に取付けて、該溶解筒を金属成形機の射出加熱筒に横向きに接続する。上記温度センサを、筒体下側の筒壁とビレットの接触中心線の左右４５°の角度範囲内で溶解筒の長手方向に加熱手段ごとに配設する。
【選択図】図２

Description

この発明は、マグネシウム合金、アルミニウム合金等の低融点金属を溶融して丸棒状に鋳造したビレットを成形材料とし、そのビレットの溶解筒を備えた金属成形機の材料溶解供給装置に関するものである。

ビレットの溶解筒を備えた金属成形機としては、射出装置の上に溶解シリンダを横向きに設け、その溶解シリンダに収容した丸棒状のビレットをシリンダ周囲のヒータにより溶解し、プッシャにより溶解シリンダから溶融金属を射出スリーブに押出供給する構造のものがある。
また射出加熱筒に立設した保温貯溜筒の上部に溶解筒を横向きに接続し、その溶解筒に収容した丸棒状のビレットを筒体周囲のヒータにより溶解し、押込ロッドにより溶解筒から溶融金属を保温貯溜筒に押出供給するものもある。
特開２００４−１６７４９９号公報 特開２００５−４０８０７号公報

射出装置の上に溶解筒を備えた材料溶解供給装置を設置して、溶解筒を横向きに取付けた上記従来装置では、温度センサは取付けの容易性とメンテナンスのし易さなどから溶解筒の側面の上半部に設置している。横向きに設置された溶解筒では、投入したビレットＭは筒体下側の筒壁内面に線接触して筒体に支えられるので、筒体上側の筒壁とビレットとの間にはクリアランスが介在している。このクリアランスはビレットの下側への片寄により上方になるほど大く生ずることから、溶解筒の上半部にビレットが接触することはなく、溶解筒と接触した下側よりも材料温度による影響を受け難い。

このため材料温度により溶解筒の下半部の温度が設定温度以下になっても、上半部に設置した温度センサではそれを検出することができず、溶解筒温度はそのまま設定温度に維持される。この結果、ビレットが加熱されて溶解するまでの時間が長く掛かり、また上半部でも温度センサの設置位置によって溶解時間にばらつきが生ずるなどの課題があった。

この発明は、上記従来技術の課題を解決するために考えられたものであって、その目的は、ビレットが溶解筒の筒壁に常に線接触する部位の温度を検出できるようにし、これにより材料温度により低下する溶解筒温度の制御をばらつきなく行えるようにして、ビレットの溶解効率を改善することができる新たな金属成形機の材料溶解装置を提供することにある。

上記目的によるこの発明は、後部上側にビレットの投入口を有する筒体の外周囲に加熱手段を備え、その温度センサを設置した溶解筒と、その溶解筒内に後端から進退自在に挿入した押出プランジャと、その押出プランジャの駆動装置とからなり、上記温度センサを溶解筒の筒体下側の筒壁に取付けて、該溶解筒を金属成形機の射出加熱筒に横向きに接続してなるというものである。また上記温度センサは、筒体下側の筒壁とビレットの接触中心線の左右４５°の角度範囲内で溶解筒の長手方向に配設されている、というものでもある。

上記構成では、溶解筒に投入したビレットが、溶解筒下側の筒壁内面に線接触し、そのビレットが線接触した部位での検出温度を、溶解筒温度として常にヒータ出力の制御が行えるので、材料温度による溶解筒温度の低下に対応した温度制御が迅速に行われ、この結果、ビレットの溶解時間が著しく短縮されて、成形サイクルの向上に寄与するようになる。また温度センサの設置範囲が接触中心線に限定されず、接触中心線の左右４５°の角度範囲内であれば許容されるので、射出装置との相関位置から接触中心線上に設置できなくとも、その許容範囲での設置により目的を達成することができる。

図中１は型締装置、２は射出装置で、両装置は横長に連結した機台４，５の上に水平に設置してある。３は材料溶解供給装置で、射出装置２の射出加熱筒２０の側面に溶解筒３０を水平に連結して、該射出装置２の側部に設置してある。

上記型締装置１は、受圧盤１１と、その受圧盤１１と所要間隔を置いて対設した連結盤１２と、両盤間の中央に配置した型置盤１３とを、四隅部に挿通したクランプシャフト１４．１４により連結して備え、その受圧盤１１と型置盤１３との間に、可動盤１５をクランプシャフト１４．１４に挿通支持して進退自在に有する。この可動盤１５の背面には、受圧盤１１の中央部にシリンダ１６ａを一体に設けた型締機構１６の型締ラム１６ｂが連結してあり、その型締ラム１６ｂの伸縮作動により可動盤１５が進退移動して、該可動盤１５と型置盤１３とに分割して取付けた金型の可動型１７ａの固定型１７ｂと型開閉及び型締とを行う構造からなる。

上記射出装置２は、連結盤１２の外側盤面に射出シリンダ２１を取付けて機台５上に設置した油圧作動の射出駆動装置２２と、上記型締装置１の型置盤１３に先端部を挿通固定して、先端の射出口を上記固定型１７ｂに当接した上記射出加熱筒２０と、射出シリンダ２１のピストンロッド２３と連結して射出加熱筒２０に進退自在に挿入した射出プランジャ２４とからなる。

上記材料溶解供給装置３は、上記連結盤１２と型置盤１３との間の機台側部に張り出して取付けた台座６の上のベース盤３１に設置した押出装置３２と、その押出装置３２の前面板３３の後部の保持板３４に後端を取付けて、先端を上記射出加熱筒２０の後側面に突設したブロック２０ａに連結し、射出加熱筒２０の側面に横向きに、かつ水平に取付けた上記溶解筒３０と、その溶解筒３０と並行に前面板３３の両側に取付けた駆動シリンダ３５と、駆動シリンダ３５のピストン３５ａと連結して前面板３３の後方のベース盤上に進退自在に設けた押圧板３６と、押圧板３６に後端を連結して先端部を溶解筒３０の内部に後端から挿入した押出プランジャ３７とからなる。

また溶解筒３０は、通常寸法（例えば、マグネシウム合金、長さ３００ｍｍ、直径６０ｍｍ）の短棒状（短柱状ともいう）のビレットＭの少なくとも３本を収容できる長さの筒体からなり、筒体の内径は加熱効率を考慮してビレットＭの外径φ６０ｍｍの場合、内径φ６２ｍｍ程度に設定してある。

上記筒体の後部上にはビレットＭの投入口３０ａが長手方向に開口してあり、その投入口３０ａの部位を含めて筒体周囲に、バンドヒータによる加熱手段３８が、複数の温度制御ゾーンに分けて筒体全長にわたり取付けてある。また筒体下側の筒壁には各バンドヒータごとに熱電対による温度センサ３９，３９が、溶解筒３０の長手方向に直列に取付けてある。

上記溶解筒３０では、溶解筒３０に投入したビレットＭは、図３に示すように、温度センサ３９，３９を設置した筒体下側の筒壁内面に重力により片寄って線接触する。反対に筒体上側の筒壁とビレットＭとの間にはクリアランスによる空間が片寄により大きく生ずる。このクリアランスはビレットＭの熱膨張により小さくなると考えられるが、熱膨張は加熱時間の経過に伴うものであるから、ビレットＭが筒体上側の筒壁に接触するのは後のこととなる。このためクリアランスにより隔離された部位の筒壁に取付けた温度センサでは、ビレットＭとの接触により低下する溶解筒温度を確実に検出することが難しい。

溶解筒３０に対する温度センサ３９，３９の位置は、図３に示すように、ビレットＭの接触中心線上が最も好ましい。しかし、中心線の左右４５°の角度範囲であれば、材料温度による筒壁の温度変化を中心線における検出と同様に行えるので、温度センサー３９の配置はその範囲内であれば、ビレット投入時の温度低下から溶解に至るまでの筒壁温度を各部位の温度センサ３９，３９により検出し、その検出温度からヒータ出力を制御して、設定温度に加熱された溶解筒３０の温度をフィードバック制御することができる。

上記構成の材料溶解供給装置３では、投入口３０ａから筒体の後部内に投入したビレットＭを、押出プランジャ３７により筒体前方へ順に送込むことができる。成形材料がマグネシウム合金で、溶融によりチクソトロピー性状を呈するビレットＭの場合には、溶解筒温度をビレットＭが半溶融状態となるように予め５５０°〜５９０℃に設定し、溶解筒３０でビレットＭを半溶融材料に溶解する。半溶融材料は押出プランジャ３７の更なる前進移動により、上記射出加熱筒２０の内部に押出供給される。また新たなビレットＭの投入は押出プランジャ３７を後退して行われる。

溶解筒３０の温度制御は、定められた制御周期（時間）を繰り返して行われ、制御周期内のヒータをＯＮさせる時間を制御することで実現している。溶解筒３０にはビレットＭを完全溶融又は半溶融状態に溶解するための目標温度が設定され、その目標温度とフィードバックされた検出温度との偏差に応じて、制御周期内でのヒータ出力を１００％としてＯＮ，ＯＦＦの時間を制御している。

図４（Ａ）に示すように、溶解筒３０から検出された温度と目標温度の偏差が小さく筒壁温度が安定している時には、制御周期内でのヒータ出力ＯＮ，ＯＦＦの時間はそれぞれ５０％として制御され、そのＯＮ，ＯＦＦ時間を制御周期ごとに繰り返して目標温度を維持している。筒壁温度が低下して目標温度と検出温度の偏差が大きくなると、図４（Ｂ）に示すように、１例ではあるが制御周期内でのヒータ出力ＯＮの時間が長く（８０％）、ＯＦＦの時間が短く（２０％）制御され、そのヒータ出力ＯＮ，ＯＦＦの時間が目標温度に到達するまで制御周期ごとに繰り返し行われる。目標温度を超えるとヒータ出力ＯＮの時間が、ＯＦＦの時間よりも短く制御されて目標温度が維持される。

図５は、マグネシウム合金のビレットＭが重力により常時線接触している筒体下側の筒壁と、クリアランスが介在している筒体上側の筒壁に温度センサを取付け、その両方の検出位置における材料挿入時からの検出温度及び材料温度を比較したグラフである。設定クリアランスは２．０ｍｍで、材料温度はビレットＭに埋込んだ熱電対による温度センサが検出した温度である。また目標温度としてマグネシウム合金が溶解しない３００℃に設定してある。

比較グラフから、ビレットＭが接触していない検出点での筒壁温度Ａは、ビレットＭを溶解筒３０に挿入しても大きく変わらず、材料温度により内部温度が低下しても、目標温度と温度センサによる筒壁温度Ａの検出温度との対比から偏差はないとして、制御周期内でのヒータ出力ＯＮ，ＯＦＦの時間は同じに維持されている（図４（Ａ）参照）。このため挿入後のビレットＭの材料温度Ｍａが目標温度に昇温するまでの時間は１０２４ｓｅｃ（１７分）を要している。

一方、ビレットＭが接触した検出点では、ビレット挿入時から以後の筒壁温度Ｂが連続して検出される。ビレットＭの材料温度Ｍｂにより筒壁温度Ｂが低下すると、それを温度センサが検出して溶解筒温度とし、検出温度と目標温度とが対比される。検出温度は目標温度よりも低くそこに温度偏差があるので、制御周期内のヒータ出力ＯＮの時間が、ヒータ出力ＯＦＦの時間よりも長く制御される（図４（Ｂ）参照）。これにより挿入後のビレットＭの材料温度Ｍｂが目標温度に昇温するまで５４２ｓｅｃ（９分）となる。これをビレットＭが接触していない筒壁での温度検出と比較すると溶解時間が８分も短縮されており、その時間差が成形サイクル時間の短縮に寄与することになる。

なお、上記実施形態では、材料溶解供給装置を射出加熱筒の側面に溶解筒を接続して射出装置の側部に設置しているが、射出装置の構成によっては従来と同様に射出装置の上部に設置することもできる。したがって、この発明は図示の実施形態に限定されないものである。

この発明に係わる材料溶解供給装置を備えた金属成形機の一部を断面で示す平面図である。 この発明に係わる材料溶解供給装置の縦断側面図である。 溶解筒の縦断面図である。 ヒータ出力の制御説明図である。 温度の比較グラフである。

符号の説明

１ 型締装置
２ 射出装置
３ 材料溶解供給装置
４，５ 機台
６ 台座
２０ 射出加熱筒
２２ 射出駆動装置
２４ 射出プランジャ
３０ 溶解筒
３０ａ 投入口
３１ ベース盤
３２ 押出装置
３４ 保持板
３５ 駆動シリンダ
３７ 押出プランジャ
３８ 加熱手段
３９ 温度センサ

Claims (2)

1. 後部上側にビレットの投入口を有する筒体の外周囲に加熱手段を備え、その温度センサを設置した溶解筒と、その溶解筒内に後端から進退自在に挿入した押出プランジャと、その押出プランジャの駆動装置とからなり、上記温度センサを溶解筒の筒体下側の筒壁に取付けて、該溶解筒を金属成形機の射出加熱筒に横向きに接続してなることを特徴とする金属成形機の材料溶解供給装置。
2. 上記温度センサは、筒体下側の筒壁とビレットの接触中心線の左右４５°の角度範囲内で溶解筒の長手方向に配設されていることを特徴とする請求項１記載の金属成形機の材料溶解供給装置。

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