JP2007330975A - Semi-solid casting apparatus and semi-solid casting method - Google Patents

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浩之 生田
Norihiro Amano
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semi-solid casting apparatus capable of suppressing an oxide, which is formed on the surface layer of a billet, from intruding into local positions of a cast product, so that a cast product of excellent quality is obtained. <P>SOLUTION: A semi-solid casting apparatus 1 is used for casting a cast product by injecting a billet B in a semi-solid state into a mold 30 from a sleeve 11 with a plunger 12. The apparatus 1 is provided with a means 20 for shattering an oxide film f formed on the surface of the billet B. The shattering means 20 is provided with contacts 22 for applying ultrasonic waves to the oxide film f. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半溶融状態にしたビレットを用いて鋳造を行う装置及びその方法に係り、特に、半溶融状態に加熱されたビレット表面に形成された酸化皮膜を破砕するに好適な半溶融鋳造装置及びその方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and a method for casting using a billet in a semi-molten state, and more particularly to a semi-melt casting apparatus suitable for crushing an oxide film formed on a billet surface heated to a semi-molten state. And its method.

従来から、デンドライトを分断した粒状α相と、それらの間を埋める共晶組織と、を含む結晶構造の金属材料を用いた鋳造方法が幅広く知られている。具体的には、この鋳造方法において、金属材料であるビレットを加熱して固相α相と液相(溶融した共晶組織)とが共存する状態(固液共存状態)にし、ビレットを鋳型のキャビティ内に圧入して製品を鋳造している。このような方法によれば、金属材料中のα相が球状に近い形状となることから鋳造の際にはα相同志がからみ合わないので、優れた成形性を得ることができる。さらに、材料の成形温度と凝固温度との温度差が小さいので凝固時の収縮量が小さく、ヒケのない寸法精度のよい良質の鋳造品を得ることができる。   Conventionally, a casting method using a metal material having a crystal structure including a granular α phase in which dendrites are divided and a eutectic structure filling them is widely known. Specifically, in this casting method, a billet that is a metal material is heated to a state where a solid phase α phase and a liquid phase (molten eutectic structure) coexist (solid-liquid coexistence state), and the billet is used as a mold. The product is cast by press-fitting into the cavity. According to such a method, since the α phase in the metal material has a nearly spherical shape, α homology is not entangled at the time of casting, so that excellent formability can be obtained. Furthermore, since the temperature difference between the molding temperature of the material and the solidification temperature is small, a high-quality cast product having a small dimensional shrinkage and a good dimensional accuracy can be obtained.

また、この他にも、金属材料を溶解した後に、晶出したα相を分断するように電磁攪拌しながら冷却し、固相(α相)と液相とが共存する半凝固状態にした金属材料を用いて鋳造する方法が取られることがある。この方法は半凝固鋳造方法と呼ばれることもあり、半溶融鋳造方法と同様の利点があることから、広く用いられる。   In addition to this, after dissolving the metal material, it is cooled with electromagnetic stirring so that the crystallized α phase is divided, and the metal is in a semi-solid state in which the solid phase (α phase) and the liquid phase coexist. A method of casting using a material may be taken. This method is sometimes called a semi-solid casting method, and is widely used because it has the same advantages as the semi-molten casting method.

ところで、ビレットは、遠心攪拌して製造されることが一般的であり、ビレット中の酸化物は比重が大きいため外周方向に移動し易い。さらに、遠心攪拌により製造されたビレットは、鋳造前には固相率が30%〜50%となるように加熱され、ビレット表面は、その内部に比べて大気に触れて酸化し易い。このようにして、鋳造前のビレットには、遠心攪拌と大気接触とにより表面に酸化皮膜が形成される。この酸化皮膜は、成形後の鋳造品の内部に酸化物として局所的に入り込むことがあり、この場合には鋳造品は部分的に所望の強度を得られないことがあった。   By the way, the billet is generally manufactured by centrifugal stirring, and the oxide in the billet has a large specific gravity, so that it easily moves in the outer circumferential direction. Furthermore, the billet manufactured by centrifugal stirring is heated so that the solid phase ratio becomes 30% to 50% before casting, and the billet surface is more likely to be oxidized by touching the atmosphere than the inside. Thus, an oxide film is formed on the surface of the billet before casting by centrifugal stirring and atmospheric contact. This oxide film may locally enter the cast product after molding as an oxide, and in this case, the cast product may not partially obtain a desired strength.

このような問題を鑑みて、例えば、図6に示すように、射出スリーブ71と、該射出スリーブ71内に設置され射出スリーブ71の軸線方向に進退可能なプランジャ72と、射出スリーブ71と鋳型60との間に該射出スリーブ71の内径よりも小さい内径となるように突出部74Aを形成したスライド型74を少なくとも備えた成形装置70が提案されている(特許文献1参照)。このような装置70は、スリーブ径よりも小さい径となるように突出部74Aを形成し、ビレットBを射出する際に、突出部74Aが、ビレットBの表面に形成された酸化皮膜を含む表層部を削り取り、酸化皮膜を鋳造品内に入れないようにしたものである。   In view of such a problem, for example, as shown in FIG. 6, an injection sleeve 71, a plunger 72 installed in the injection sleeve 71 and capable of moving back and forth in the axial direction of the injection sleeve 71, the injection sleeve 71 and the mold 60. A molding apparatus 70 is proposed that includes at least a slide die 74 in which a protrusion 74A is formed so as to have an inner diameter smaller than the inner diameter of the injection sleeve 71 (see Patent Document 1). In such a device 70, the protrusion 74A is formed to have a diameter smaller than the sleeve diameter, and when the billet B is injected, the protrusion 74A includes a surface layer including an oxide film formed on the surface of the billet B. The part is cut away so that the oxide film is not put into the casting.

特開10−175054号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-175054

しかし、特許文献1に記載のような鋳造装置を用いた場合には、プランジャの加圧力を利用して、突出部74AによりビレットBの表層部を削り取ることはできるが、削り取られた酸化皮膜を含んだ固相率の高い皮膜含有物Cは、図6に示すように、突出部74Aのプランジャ射出方向後方側に堆積し、再びビレットB内に巻込まれることがある(図6白抜き矢印)。この結果、ビレットB内に巻込まれた皮膜含有物Cは、塊となって半溶融状態の合金材料と共に、鋳型60のキャビティ61内に流入してしまい、鋳造品の局所に入り込むことがある。この結果、鋳造品は、前記したように所望の強度を得ることができず、品質不良になってしまう。   However, when a casting apparatus as described in Patent Document 1 is used, the surface layer portion of the billet B can be scraped off by the protruding portion 74A using the pressure applied by the plunger, but the scraped oxide film is removed. As shown in FIG. 6, the film-containing material C having a high solid phase ratio is deposited on the rear side in the plunger injection direction of the protrusion 74 </ b> A and may be wound into the billet B again (the white arrow in FIG. 6). . As a result, the film-containing material C wound in the billet B flows as a lump into the cavity 61 of the mold 60 together with the semi-molten alloy material, and may enter the cast product locally. As a result, the cast product cannot obtain a desired strength as described above, resulting in poor quality.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、半溶融又は半凝固状態のビレットを用いて鋳型のキャビティ内に鋳造品を鋳造する半溶融鋳造において、ビレット射出時にビレット表層部に形成される酸化物が、鋳造品の局所に入り込むのを抑制し、良品の鋳造品を得ることができるようにした半溶融鋳造装置及び半溶融鋳造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is in semi-molten casting in which a cast product is cast into a mold cavity using a billet in a semi-molten or semi-solid state. The present invention provides a semi-molten casting apparatus and a semi-molten casting method in which oxides formed on the surface of a billet during billet injection are prevented from entering the cast product locally and a good cast product can be obtained. There is.

そこで、本発明者は、ビレットに形成された酸化皮膜は厚みが薄く、半溶融状態のビレットに比べて脆いため、このような酸化皮膜は細かく破砕し易いという点に着眼した。この点に基づいて、発明者は多くの実験と研究を行うことにより、射出前に予め酸化皮膜を細かく破砕しておけば、たとえ酸化皮膜が鋳造品内に入り込んだとしても、分散して酸化皮膜が鋳造品に入り込み、鋳造品の強度を殆ど低下させることが無いとの新たな知見を得た。   Therefore, the present inventor has focused on the fact that such an oxide film is fine and easily crushed because the oxide film formed on the billet is thin and brittle compared to a semi-molten billet. Based on this point, the inventor conducted a lot of experiments and research, so that if the oxide film is finely crushed in advance before injection, even if the oxide film gets into the casting, it is dispersed and oxidized. A new finding was obtained that the film penetrates into the cast product and hardly reduces the strength of the cast product.

本発明は、このような新たな知見に基づくものであり、本発明に係る半溶融鋳造装置は、半溶融状態のビレットを、プランジャを用いてスリーブから鋳型内に射出して鋳造品を鋳造するための半溶融鋳造装置であって、該装置は前記ビレットの表面に形成された酸化皮膜を破砕する手段を備え、該破砕手段は、前記酸化皮膜に超音波を印加する接触子を少なくとも備えていることを特徴としている。   The present invention is based on such new knowledge, and the semi-molten casting apparatus according to the present invention casts a cast product by injecting a semi-molten billet from a sleeve into a mold using a plunger. A semi-molten casting apparatus for the above-mentioned, the apparatus comprising means for crushing an oxide film formed on the surface of the billet, the crushing means comprising at least a contact for applying ultrasonic waves to the oxide film It is characterized by being.

このような半溶融鋳造装置によれば、前記ビレットの酸化皮膜に接触子を接触させて、射出成形直前のビレットの酸化皮膜を破砕することができる。この結果、酸化皮膜破砕後、放熱によりビレット表面に新たに酸化皮膜が形成される前に、成形性の良い状態のビレットを用いて迅速に鋳造を行うことができるので、品質の良い鋳造品を得ることができる。特に、超音波を印加することにより、酸化皮膜を細かく砕き、鋳造品内に酸化皮膜を均一に分散させることが可能となるので、酸化皮膜が混在することによる鋳造品の強度低下を抑制することができる。   According to such a semi-molten casting apparatus, the billet oxide film immediately before injection molding can be crushed by bringing the contact into contact with the billet oxide film. As a result, after the oxide film is crushed and before a new oxide film is formed on the billet surface by heat dissipation, it is possible to perform casting quickly using a billet in a good formability. Obtainable. In particular, by applying ultrasonic waves, the oxide film can be finely crushed and the oxide film can be uniformly dispersed in the cast product, thus suppressing the strength reduction of the cast product due to the presence of the oxide film. Can do.

前記接触子は、前記ビレットと相対移動可能な位置に配置されていることが好ましい。このような接触子の配置により、ビレット全長に亘り超音波を印加することができる。特に、接触子はプランジャの射出方向に沿って配置されることが好ましく、このような接触子が射出方向に沿って複数配置されていても良い。この場合、既設のプランジャを利用してビレットの全長の酸化皮膜の破砕を行うことができるため、酸化皮膜の破砕を効率良く安価に行うことができる。   It is preferable that the contact is disposed at a position where the contact can move relative to the billet. With the arrangement of such contacts, ultrasonic waves can be applied over the entire length of the billet. In particular, the contacts are preferably arranged along the injection direction of the plunger, and a plurality of such contacts may be arranged along the injection direction. In this case, since the oxide film of the full length of the billet can be crushed using the existing plunger, the oxide film can be crushed efficiently and inexpensively.

また、本発明に係る半溶融鋳造装置は、前記接触子は少なくとも2つあり、前記各接触子は、振幅又は周波数のいずれか一方又は双方が異なる超音波を前記酸化皮膜に印加可能に構成されており、それにより、前記プランジャの射出方向に沿った軸を回転軸として前記ビレットが回転するようになっていることがより好ましい。より効率的にビレットを回転させるためには、2つの接触子はビレットを挟んで対峙するように配置されることが好ましい。このようにビレットを回転させることにより、たとえ接触子と酸化皮膜との接触面積が小さい場合であっても、ビレットの周面全体に超音波を印加することが可能となり、効果的に酸化皮膜を破砕することができる。なお、ビレットが回転可能であるならば、2つの接触子のうち、一方の接触のみに超音波を与えても良い。   The semi-molten casting apparatus according to the present invention includes at least two contacts, and each contact is configured to be able to apply ultrasonic waves having different amplitudes or frequencies to the oxide film. Accordingly, it is more preferable that the billet is rotated about an axis along the injection direction of the plunger as a rotation axis. In order to rotate the billet more efficiently, the two contacts are preferably arranged so as to face each other across the billet. By rotating the billet in this way, even when the contact area between the contact and the oxide film is small, it is possible to apply ultrasonic waves to the entire peripheral surface of the billet, and effectively apply the oxide film. Can be crushed. If the billet is rotatable, ultrasonic waves may be applied to only one of the two contacts.

さらに、本発明に係る半溶融鋳造装置は、前記接触子のうち少なくとも2つの接触子がビレットに接触する板状体をそれぞれに備えており、該2つの板状体は、前記スリーブ内のビレットが前記スリーブの軸芯に一致するように、前記射出方向に対する垂直断面において逆ハの字形に配置されている。   The semi-molten casting apparatus according to the present invention further includes a plate-like body in which at least two of the contacts contact the billet, and the two plate-like bodies are billets in the sleeve. Is arranged in an inverted C shape in a cross section perpendicular to the injection direction so as to coincide with the axis of the sleeve.

このような板状体を備えることにより、超音波を効率よくビレットに印加することができる。また、効率的な超音波の印加を行うためには、板状体の厚みは、2mm〜3mmが好ましい。さらに、板状体は、耐食性、耐久性を考慮すると、SUS304,SUS316(JIS規格)などのステンレス鋼からなることが好ましい。そして、2つの接触子は、前記スリーブ内のビレットが前記スリーブの軸芯に一致するように配置されているので、スリーブ内で酸化皮膜の破砕後に、ビレットとスリーブの芯合わせをすることなくビレットを鋳型内に射出することができる。この結果、ビレットの固相率を殆ど上昇させることなく、成形性の良い状態のビレットから速やかに良品の鋳造品を鋳造することができる。さらに、2つの板状体は、前記射出方向に対する垂直断面において逆ハの字形に配置されているので、ビレットとスリーブの芯合わせを容易に行うことができる。特に、逆ハの字形の接触子に対向する位置のスリーブ上側周面に、ビレット導入用の開口部を設けた場合、ビレットをスリーブ内に投入し易くなり、作業効率を向上させることができる。   By providing such a plate-like body, ultrasonic waves can be efficiently applied to the billet. In order to efficiently apply ultrasonic waves, the thickness of the plate-like body is preferably 2 mm to 3 mm. Furthermore, the plate-like body is preferably made of stainless steel such as SUS304, SUS316 (JIS standard) in consideration of corrosion resistance and durability. The two contactors are arranged so that the billet in the sleeve coincides with the axial core of the sleeve. Therefore, the billet and the sleeve are not aligned after the oxide film is crushed in the sleeve. Can be injected into the mold. As a result, a good casting can be promptly cast from a billet having a good formability without substantially increasing the solid phase ratio of the billet. Furthermore, since the two plate-like bodies are arranged in an inverted C shape in a vertical section with respect to the injection direction, the billet and the sleeve can be easily aligned. In particular, when an opening for introducing a billet is provided on the sleeve upper peripheral surface at a position facing the inverted C-shaped contact, the billet can be easily put into the sleeve, and work efficiency can be improved.

本発明として、このような半溶融鋳造装置を用いたより好適な鋳造方法も開示する。本発明に係る半溶融鋳造方法は、半溶融状態のビレットを、プランジャを用いてスリーブから鋳型内に射出して鋳造品を鋳造する半溶融鋳造方法であって、該半溶融鋳造方法はビレットの表面に形成された酸化皮膜を破砕するための工程を少なくとも含み、該酸化皮膜の破砕工程を、前記スリーブ内において接触子を酸化皮膜に接触させ、該接触子から酸化皮膜に超音波を印加することによって行うことを特徴としている。   As the present invention, a more preferable casting method using such a semi-molten casting apparatus is also disclosed. A semi-molten casting method according to the present invention is a semi-molten casting method in which a billet in a semi-molten state is injected from a sleeve into a mold using a plunger to cast a cast product. The method includes at least a step for crushing an oxide film formed on the surface. The crushing step of the oxide film is performed by bringing a contact into contact with the oxide film in the sleeve and applying ultrasonic waves from the contact to the oxide film. It is characterized by things.

このようにして、半溶融鋳造を行うことにより、ビレット表面に形成された酸化皮膜を、鋳造品内に分散して入り込ませることが可能となり、強度低下の無い良品の鋳造品を得ることができる。   In this way, by performing semi-molten casting, it becomes possible to disperse and enter the oxide film formed on the billet surface into the cast product, and it is possible to obtain a good cast product with no strength reduction. .

本発明の鋳造方法によれば、半溶融状態で鋳造を行うこと、酸化皮膜が形成されることの条件を満たせばビレットの材質は特に限定されるものではないが、特に、酸化皮膜の破砕のし易さ等を考慮するとアルミニウム合金、マグネシウム合金のビレットに有効である。   According to the casting method of the present invention, the material of the billet is not particularly limited as long as it satisfies the conditions of performing casting in a semi-molten state and forming an oxide film, Considering ease of use, it is effective for billets of aluminum alloys and magnesium alloys.

また、このような破砕工程において、前記超音波の印加を、前記ビレットと前記接触子とを相対移動させながら行うことが好ましい。このような相対移動を、前記プランジャの射出方向への移動に合わせて行った場合には、酸化皮膜を破砕する工程とビレットを鋳型内に射出する工程とを連続して行うことが可能となる。この結果、ビレットの放熱による固相率の上昇を抑え、成形性の良い状態のビレットから鋳造品を鋳造することができる。   In such a crushing step, it is preferable to apply the ultrasonic wave while relatively moving the billet and the contactor. When such relative movement is performed in accordance with the movement of the plunger in the injection direction, the step of crushing the oxide film and the step of injecting the billet into the mold can be performed continuously. . As a result, it is possible to suppress a rise in the solid phase ratio due to heat radiation of the billet, and to cast a cast product from the billet having a good formability.

さらに、少なくとも2つの前記接触子を用い、前記各接触子から、振幅又は周波数のいずれか一方又は双方が異なる超音波を前記酸化皮膜に印加し、それにより、前記プランジャの移動方向に沿った軸を回転軸として前記ビレットを回転させながら前記破砕を行うことが好ましい。特に、円柱状のビレットを用いた場合には、容易にビレットを容易に回転させることができ、ビレット全周面の酸化皮膜を好適に破砕することができる。   Furthermore, at least two of the contacts are used, and ultrasonic waves having different amplitudes or frequencies or both are applied to the oxide film from each of the contacts, whereby an axis along the moving direction of the plunger. It is preferable that the crushing is performed while rotating the billet about the rotation axis. In particular, when a columnar billet is used, the billet can be easily rotated, and the oxide film on the entire peripheral surface of the billet can be suitably crushed.

本発明による半溶融装置を用いた場合、又は、半溶融鋳造方法を行った場合には、ビレット表面に形成された酸化皮膜を鋳造品内に分散して取り込ませることが可能となり、鋳造品の強度低下を低減することができる。このような結果、良質の鋳造品を製造することが可能となる。   When the semi-molten apparatus according to the present invention is used, or when the semi-molten casting method is performed, the oxide film formed on the billet surface can be dispersed and taken into the cast product. Strength reduction can be reduced. As a result, it is possible to produce a high-quality cast product.

以下に、図面を参照して、半溶融鋳造装置を一実施形態に基づいて説明する。
図1は、本実施形態に係る半溶融鋳造装置1の全体構成図を示しており、図2は、図1の側面図、図3は、図1のA−A矢視断面図を示している。また、図4は、本実施形態に係る半溶融鋳造方法を説明するための図を示している。
Hereinafter, a semi-molten casting apparatus will be described based on an embodiment with reference to the drawings.
1 shows an overall configuration diagram of a semi-molten casting apparatus 1 according to the present embodiment, FIG. 2 shows a side view of FIG. 1, and FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along line AA of FIG. Yes. FIG. 4 is a diagram for explaining the semi-molten casting method according to this embodiment.

図1に示すように、本実施形態に係る半溶融鋳造装置1は、ビレットBを射出するための射出装置10と、該射出装置10内のビレットBの酸化皮膜を破砕する破砕装置(破砕手段)20とを少なくとも備えている。   As shown in FIG. 1, a semi-molten casting apparatus 1 according to this embodiment includes an injection apparatus 10 for injecting a billet B, and a crushing apparatus (crushing means for crushing an oxide film of the billet B in the injection apparatus 10. ) 20 at least.

射出装置10は、ビレットBを内部に挿入可能な長尺円筒状のスリーブ11と、該スリーブ11の一端から内面に摺動自在に嵌合したプランジャ12と、該プランジャ12を介して射出方向(図1矢印方向)にビレットBを加圧するための加圧装置13と、を少なくとも備えている。また、スリーブ11の他端は、鋳型30に連結されており、射出装置10は、加圧装置13によりプランジャ12を介して加圧されたビレットBが、鋳型30内のキャビティ31に射出可能となっている。さらに、スリーブ11の中央から加圧装置13側寄りの上側周面には、ビレットBを挿入することが可能な開口部11aが形成されている。   The injection device 10 includes a long cylindrical sleeve 11 into which the billet B can be inserted, a plunger 12 slidably fitted from one end of the sleeve 11 to the inner surface, and an injection direction ( And a pressurizing device 13 for pressurizing the billet B in the direction of the arrow in FIG. The other end of the sleeve 11 is connected to the mold 30, and the injection device 10 can inject the billet B pressurized through the plunger 12 by the pressure device 13 into the cavity 31 in the mold 30. It has become. Furthermore, an opening 11 a into which the billet B can be inserted is formed on the upper peripheral surface near the pressure device 13 side from the center of the sleeve 11.

破砕装置20は、超音波を発生させる2つの超音波発生装置21,21と、ビレットBに接触する接触子22,22と、を少なくとも備えている。各超音波発生装置21は、振幅又は周波数のいずれか一方又は双方が異なる超音波を発生するように構成されており、発生した超音波が接触子22に伝達可能に接続されている。   The crushing device 20 includes at least two ultrasonic generators 21 and 21 that generate ultrasonic waves, and contacts 22 and 22 that contact the billet B. Each of the ultrasonic generators 21 is configured to generate ultrasonic waves having different amplitudes or frequencies, or both, and the generated ultrasonic waves are connected to the contactor 22 so as to be transmitted.

各接触子22は、チャンネル等(図示せず)を介して固定されており、接触子22は、超音波発生装置21に接続された柱状の振動子22aと、該振動子22aに脱着可能に接続された板状体22bと、を少なくとも備えている。図2に示すように、板状体22bは、プランジャ12を射出方向に移動させたときに、ビレットBと相対移動可能な位置に配置されている。さらに、図3に示すように、板状体22b,22bの一端は、スリーブ11の開口部11aを介して、スリーブ11内のビレットBが円筒状のスリーブ11の軸芯Lに一致するように、射出方向に対する垂直断面において逆ハの字形に配置されている。なお、本実施形態では、スリーブ11内において対峙するように2つの接触子を設けたが、プランジャ12の射出方向に沿って接触子をさらに設けても良い。   Each contact 22 is fixed via a channel or the like (not shown), and the contact 22 can be attached to and detached from the columnar vibrator 22a connected to the ultrasonic generator 21 and the vibrator 22a. And a connected plate-like body 22b. As shown in FIG. 2, the plate-like body 22 b is arranged at a position where it can move relative to the billet B when the plunger 12 is moved in the injection direction. Further, as shown in FIG. 3, one end of the plate-like bodies 22 b and 22 b is arranged so that the billet B in the sleeve 11 coincides with the axis L of the cylindrical sleeve 11 through the opening 11 a of the sleeve 11. In the vertical cross section with respect to the injection direction, they are arranged in an inverted C shape. In the present embodiment, two contacts are provided so as to face each other in the sleeve 11, but contacts may be further provided along the injection direction of the plunger 12.

このように構成された半溶融鋳造装置1を用いて行う半溶融鋳造方法を、図4を参照しながら以下に説明する。まず、ビレットBを準備し加熱する。具体的に準備するビレットBは、デンドライトを分断した粒状α相と、それらの間を埋める共晶と、を含む結晶構造を有した材料である。そして、ビレットBは、固相と液相とが共存する半溶融状態となるように加熱される。なお、金属材料を溶解した後に、晶出したα相を分断するように電磁攪拌しながら冷却し、固相と液相とが共存する半凝固状態に加熱してもよい。   A semi-molten casting method performed using the semi-molten casting apparatus 1 configured as described above will be described below with reference to FIG. First, billet B is prepared and heated. Specifically, the billet B to be prepared is a material having a crystal structure including a granular α phase in which dendrites are divided and a eutectic filling them. And billet B is heated so that it may be in the semi-molten state in which a solid phase and a liquid phase coexist. In addition, after melt | dissolving a metal material, you may cool with electromagnetic stirring so that the (alpha) phase crystallized may be divided, and you may heat to the semi-solidified state in which a solid phase and a liquid phase coexist.

このように加熱された半溶融または半凝固状態のビレットBを、開口部11aを介してスリーブ11内に投入する(図4(a)参照)。このとき、2つの接触子22,22の板状体22b,22bが、上述したような逆ハの字形となるように配置されているので、ビレットBの軸芯と、スリーブ11の軸芯が一致する。   The billet B in a semi-molten or semi-solid state heated in this manner is put into the sleeve 11 through the opening 11a (see FIG. 4A). At this time, since the plate-like bodies 22b and 22b of the two contactors 22 and 22 are arranged so as to have an inverted C shape as described above, the billet B and the sleeve 11 have a shaft core. Match.

次に、図4(b)に示すような酸化皮膜の破砕工程を行う。具体的には、スリーブ11内において接触子22,22の板状体22b,22bをビレットBの酸化皮膜fに接触させながら、超音波発生装置21の超音波により、板状体22b,22bから酸化皮膜fに超音波を印加する。また、超音波の印加にあたっては、各接触子22,22から振幅又は周波数のいずれか一方又は双方が異なる超音波を酸化皮膜に印加できるように、各超音波発生装置を操作する。このような異なる特性の超音波をビレットBに印加させることにより、プランジャ12の移動方向に沿った軸(具体的には軸芯L)を回転軸としてビレットBを回転させながら酸化皮膜の破砕を行うことができる。   Next, the oxide film crushing step as shown in FIG. Specifically, the plate-like bodies 22b and 22b of the contacts 22 and 22 are brought into contact with the oxide film f of the billet B in the sleeve 11, and the ultrasonic waves of the ultrasonic generator 21 are used to remove the plate-like bodies 22b and 22b. An ultrasonic wave is applied to the oxide film f. In addition, when applying ultrasonic waves, each ultrasonic generator is operated so that ultrasonic waves having different amplitudes or frequencies or both can be applied to the oxide film from the respective contacts 22, 22. By applying ultrasonic waves having such different characteristics to the billet B, the oxide film is crushed while the billet B is rotated about the axis (specifically, the axis L) along the moving direction of the plunger 12 as the rotation axis. It can be carried out.

さらに、ビレットBを回転運動させる一方で、加圧装置13を用いてプランジャ12を射出方向に沿って移動させる。この結果、接触子22の板状体22bと酸化皮膜fとの接触面積が小さい場合であっても効率良く、ビレットBの周方向及び軸線方向の酸化皮膜を破砕することができる。そして、図4(c)に示すように、酸化皮膜が破砕されたビレットBを、プランジャ12を用いてスリーブ11内から鋳型30内のキャビティ31に射出して、鋳造品を鋳造する。このように、射出直前のビレット全周面の酸化皮膜fを破砕して、鋳造品内に分散して取り込ませることが可能となり、強度低下のない良質な鋳造品を鋳造することができる。   Further, while rotating the billet B, the plunger 12 is moved along the injection direction using the pressurizing device 13. As a result, the oxide film in the circumferential direction and the axial direction of the billet B can be efficiently crushed even when the contact area between the plate-like body 22b of the contactor 22 and the oxide film f is small. Then, as shown in FIG. 4C, the billet B with the oxide film crushed is injected from the sleeve 11 into the cavity 31 in the mold 30 using the plunger 12 to cast a cast product. In this manner, the oxide film f on the entire peripheral surface of the billet immediately before injection can be crushed and dispersed and taken into the cast product, and a high-quality cast product with no strength reduction can be cast.

また、長尺円筒状のスリーブ11を用いたため、1つの装置で、第一工程として開口部11aをプランジャ12が通過するまでの間に、ビレットBの表面の破砕を行うことができ、連続して第二工程として、開口部11a通過後のプランジャの射出方向の移動により、鋳造品の鋳造を行うことができ、単純な装置構成で、良品の鋳造品を得ることができる。特に、既存の鋳造設備を利用して本実施形態に示した鋳造を行う場合には、スリーブ11のみを改造すればよいので、安価に本実施形態の鋳造を実施することが可能となる。   In addition, since the long cylindrical sleeve 11 is used, the surface of the billet B can be crushed by one apparatus until the plunger 12 passes through the opening 11a as the first step, and continuously. As a second step, the cast product can be cast by moving the plunger in the injection direction after passing through the opening 11a, and a non-defective cast product can be obtained with a simple device configuration. In particular, when the casting shown in the present embodiment is performed using the existing casting equipment, only the sleeve 11 needs to be modified, so that the casting of the present embodiment can be performed at low cost.

また、スリーブ11に開口部11aを設けて、該開口部11aを介して接触子22,22を配置したことにより、ビレットBの回転の挙動と、射出方向の移動とを目視確認することができ、確実に酸化皮膜fの破砕を行うことが可能となる。   Further, by providing the sleeve 11 with the opening 11a and arranging the contacts 22 and 22 through the opening 11a, the behavior of the rotation of the billet B and the movement in the injection direction can be visually confirmed. The oxide film f can be reliably crushed.

以下に本実施形態に係る実施例を示す。
(実施例1)
前記した図1に示すような半溶融鋳造装置を用いて、鋳造を行った。まず、直径150mm×長さ600mmの円柱状のアルミニウム合金(ADC12:JIS規格)のビレットを準備した。次に、このビレットを半溶融状態に加熱し、加熱したビレットを射出装置のスリーブ内に配置し、破砕装置の2つ接触子にビレットを接触させた。
Examples according to this embodiment will be described below.
Example 1
Casting was performed using a semi-molten casting apparatus as shown in FIG. First, a cylindrical aluminum alloy billet of 150 mm in diameter and 600 mm in length (ADC12: JIS standard) was prepared. Next, this billet was heated to a semi-molten state, the heated billet was placed in the sleeve of the injection device, and the billet was brought into contact with the two contacts of the crushing device.

このような接触状態で、一方の超音波の周波数を20kHz,他方の超音波の周波数を40kHzとなるように、超音波発生装置を操作して、接触子からビレット表面の酸化皮膜に超音波を印加した。それにより、プランジャの射出方向に沿った軸を回転軸としてビレットを回転させた。なお、接触子の板状体には、板厚3mm、幅120mmのステンレス鋼(SUS304:JIS規格)を用いた。一方、プランジャを速度10mm/secで移動させ、回転しているビレットに対して、さらに射出方向の移動を与え、前記ビレットと前記接触子とを相対移動させ、ビレット周全面の酸化皮膜を破砕した。   In such a contact state, the ultrasonic generator is operated so that the frequency of one ultrasonic wave is 20 kHz and the frequency of the other ultrasonic wave is 40 kHz, and ultrasonic waves are applied from the contact to the oxide film on the billet surface. Applied. Thereby, the billet was rotated about the axis along the injection direction of the plunger as the rotation axis. Note that stainless steel (SUS304: JIS standard) having a plate thickness of 3 mm and a width of 120 mm was used for the plate-like body of the contact. On the other hand, the plunger is moved at a speed of 10 mm / sec, and the rotating billet is further moved in the injection direction, the billet and the contact are moved relative to each other, and the oxide film on the entire periphery of the billet is crushed. .

その後、プランジャの速度を500mm/secにして、酸化皮膜が破砕されたビレットを、プランジャを用いてスリーブから鋳型内に射出して、単気筒シリンダブロックの鋳造品を鋳造した。そして、鋳型から鋳造品を取り出し、該鋳造品から平行断面が直径5mmの試験片(JIS14号A相当)に切り出して、該試験片に対して引張り試験を行った。この結果を図5に示す。   Then, the speed of the plunger was set to 500 mm / sec, and the billet in which the oxide film was crushed was injected from the sleeve into the mold using the plunger to cast a cast product of the single cylinder cylinder block. Then, a cast product was taken out from the mold, cut out from the cast product into a test piece (corresponding to JIS No. 14A) having a parallel cross section of 5 mm in diameter, and a tensile test was performed on the test piece. The result is shown in FIG.

(比較例1)
実施例1と同じような鋳造品を鋳造した。実施例1と相違する点は、ビレットの表面に形成された酸化皮膜の破砕を行わずに、鋳造品を鋳造した点である。そして、実施例1と同様に鋳造品から試験片を切り出して、該試験片に対して引張り試験を行った。この結果を、図5に示す。
(Comparative Example 1)
A casting similar to that in Example 1 was cast. The difference from Example 1 is that the cast product was cast without crushing the oxide film formed on the surface of the billet. And the test piece was cut out from the casting similarly to Example 1, and the tension test was done with respect to this test piece. The result is shown in FIG.

(結果)
図5に示すように、実施例1の試験片の引張り強度は、280MPa程度であったのに対し、比較例1のものは、200MPa程度であり、実施例1の鋳造品の強度は、比較例1のものに比べて低くなった。
(result)
As shown in FIG. 5, the tensile strength of the test piece of Example 1 was about 280 MPa, whereas that of Comparative Example 1 was about 200 MPa, and the strength of the cast product of Example 1 was comparative. Lower than that of Example 1.

(考察)
実施例1のように、鋳造前に酸化皮膜を超音波により破砕した場合には、破砕された酸化皮膜は鋳造品内に分散されるため、比較例1のものに比べて、鋳造品の強度が高くなったと考えられる。
(Discussion)
When the oxide film is crushed by ultrasonic waves before casting as in Example 1, the crushed oxide film is dispersed in the cast product, so that the strength of the cast product is higher than that of Comparative Example 1. It is thought that became higher.

本発明に係る半溶融鋳造装置の一実施形態の全体構成図。1 is an overall configuration diagram of an embodiment of a semi-molten casting apparatus according to the present invention. 図1に示す半溶融鋳造装置の側面図。The side view of the semi-molten casting apparatus shown in FIG. 図1のA−A矢視断面図。AA arrow sectional drawing of FIG. 本実施形態に係る半溶融鋳造方法を説明するための図であり、(a)は、ビレットをスリーブ内に配置した図であり、(b)は、ビレット表面に形成された酸化皮膜を破砕する工程を示した図であり、(c)は、ビレットから鋳造品を射出成形する直前の図。It is a figure for demonstrating the semi-molten casting method which concerns on this embodiment, (a) is the figure which has arrange | positioned a billet in a sleeve, (b) crushes the oxide film formed in the billet surface It is the figure which showed the process, (c) is the figure just before inject-molding a casting from a billet. 実施例1及び比較例1の鋳造品の引張り試験の結果を示した図。The figure which showed the result of the tension test of the castings of Example 1 and Comparative Example 1. 従来の半溶融鋳造装置を説明するための図。The figure for demonstrating the conventional semi-molten casting apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1:半溶融鋳造装置,10:射出装置,11:スリーブ,12:プランジャ,13:加圧装置,20:破砕装置,21:超音波発生装置,22:接触子,22a:振動子,22b:板状体   1: semi-molten casting apparatus, 10: injection apparatus, 11: sleeve, 12: plunger, 13: pressurizing apparatus, 20: crushing apparatus, 21: ultrasonic generator, 22: contactor, 22a: vibrator, 22b: Plate

Claims (7)

半溶融状態のビレットを、プランジャを用いてスリーブから鋳型内に射出して鋳造品を鋳造するための半溶融鋳造装置であって、
該装置は前記ビレットの表面に形成された酸化皮膜を破砕する手段を備え、
該破砕手段は、前記酸化皮膜に超音波を印加する接触子を備えていることを特徴とする半溶融鋳造装置。
A semi-molten casting apparatus for casting a semi-molten billet from a sleeve into a mold using a plunger to cast a cast product,
The apparatus comprises means for crushing an oxide film formed on the surface of the billet,
The crushing means includes a contact for applying an ultrasonic wave to the oxide film.
前記接触子は、前記スリーブ内において前記ビレットと相対移動可能な位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半溶融鋳造装置。   The semi-molten casting apparatus according to claim 1, wherein the contact is disposed at a position relatively movable with the billet in the sleeve. 前記接触子は少なくとも2つあり、該各接触子は、振幅又は周波数のいずれか一方又は双方が異なる超音波を前記酸化皮膜に印加可能に構成されており、それにより、前記プランジャの射出方向に沿った軸を回転軸として前記ビレットが回転するようになっていることを特徴とする請求項1または2に記載の半溶融鋳造装置。   There are at least two contacts, and each contact is configured to be able to apply ultrasonic waves having different amplitude or frequency to the oxide film, and thereby in the injection direction of the plunger. The semi-molten casting apparatus according to claim 1 or 2, wherein the billet is rotated about an axis along the rotation axis. 前記接触子のうち少なくとも2つの接触子はビレットに接触する板状体をそれぞれに備えており、該2つの板状体は、前記スリーブ内のビレットが前記スリーブの軸芯に一致するように、前記射出方向に対する垂直断面において逆ハの字形に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の半溶融鋳造装置。   At least two of the contacts are each provided with a plate-like body that contacts the billet, and the two plate-like bodies are arranged so that the billet in the sleeve coincides with the axis of the sleeve. 4. The semi-molten casting apparatus according to claim 3, wherein the semi-molten casting apparatus is arranged in an inverted C shape in a vertical section with respect to the injection direction. 5. 半溶融状態のビレットを、プランジャを用いてスリーブから鋳型内に射出して鋳造品を鋳造する半溶融鋳造方法であって、
該半溶融鋳造方法はビレットの表面に形成された酸化皮膜を破砕するための工程を含み、
該酸化皮膜の破砕工程を、前記スリーブ内において接触子を酸化皮膜に接触させ、該接触子から酸化皮膜に超音波を印加することによって行うことを特徴とする半溶融鋳造方法。
A semi-molten casting method in which a billet in a semi-molten state is injected from a sleeve into a mold using a plunger to cast a cast product,
The semi-molten casting method includes a step for crushing an oxide film formed on the surface of a billet,
The semi-molten casting method, wherein the crushing step of the oxide film is performed by bringing a contact into contact with the oxide film in the sleeve and applying ultrasonic waves from the contact to the oxide film.
前記超音波の印加を、前記ビレットと前記接触子とを相対移動させながら行うことを特徴とする請求項5に記載の半溶融鋳造方法。   The semi-molten casting method according to claim 5, wherein the ultrasonic wave is applied while the billet and the contact are relatively moved. 少なくとも2つの前記接触子を用い、該各接触子から、振幅又は周波数のいずれか一方又は双方が異なる超音波を前記酸化皮膜に印加し、それにより、前記プランジャの移動方向に沿った軸を回転軸として前記ビレットを回転させながら前記破砕を行うことを特徴とする請求項5または6に記載の半溶融鋳造方法。   Using at least two of the contacts, ultrasonic waves having different amplitudes or frequencies or both are applied from the contacts to the oxide film, thereby rotating the axis along the moving direction of the plunger. The semi-molten casting method according to claim 5 or 6, wherein the crushing is performed while rotating the billet as an axis.
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CN109604553A (en) * 2018-12-12 2019-04-12 武汉理工大学 A kind of device for eliminating condensate layer in compression chamber of die casting machine using ultrasonic treatment

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