JP2008142735A - 鋳造装置および鋳造装置の給湯方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶湯の充填速度を上げて充填時間の短縮を図ることなく、溶湯が射出スリーブ内で急速冷却されて凝固進行するのを防止する。
【解決手段】型締め状態で、溶湯保持炉１５内の溶湯１７を、真空吸引により給湯パイプ１３を介して射出スリーブ９に導入する際に、分岐管３１を介して大気を給湯パイプ１３に吸入し、溶湯とともに射出スリーブ９に導入する。このとき、射出スリーブ９内は高真空状態なので、溶湯１７ａ中に混入した空気は、溶湯１７ａの表面から一斉に放出されて、溶湯１７ａの表面と射出スリーブ９との間に空気断熱層を形成して溶湯１７ａの熱伝達性を鈍化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金型内のキャビティに連通する射出スリーブに、溶湯保持炉内の溶湯を、給湯通路を介して真空吸引して導入する鋳造装置および鋳造装置の給湯方法に関する。

ダイカスト鋳造法は、薄肉で精密な鋳物製品を大量に生産する方法として知られているが、そのための要素技術として、凝固が進行する前に金型キャビティ内に短時間で溶湯を充填完了することが要求され、高速・高圧での溶湯充填が必要な鋳造技術である。このため、キャビティ内にあらかじめ存在する大気は、その大部分が高速でキャビティ内に流入してくる溶湯に捕捉され、鋳巣欠陥などが多い不完全な鋳物となることがある。

このような欠点に対し、金型キャビティ内および金型キャビティと連通する射出スリーブ内を真空吸引し、かつ溶湯保持炉から射出スリーブ内への溶湯移送を、給湯パイプを介して真空吸引による差圧を利用して行うダイカスト鋳造機が提案され（下記特許文献１参照）、これにより鋳巣および酸化物が少ない高品質鋳物が製造できることが知られている。なお、ここで言う真空とは、１００ｈＰａ以下に減圧することを意味するものであり、鋳造技術の慣用語として通常真空と称している。
特許第２６４５４８８号公報

ところで、このような真空ダイカスト鋳造法を用いても、射出スリーブに給湯された溶湯は急速冷却され、冷却された溶湯は、キャビティに充填されながら多数の個々の凝固片となり、充填完了時に加圧されて個々が互いに溶融できずに脆い組織を形成しやすい。

特に、大型鋳物や多数個取りの成形を対象とする場合、金型サイズが大型化するために、溶湯の充填すべき距離が長くなることから、上記した問題はさらに顕在化する。具体的には、金型キャビティ内の溶湯流入口付近では、鋳造品の機械的特性が高く安定するものの、溶湯流入口から離れて充填距離が長くなるに従って上記問題点が生じやすい。

このような問題に対し、溶湯の充填速度を上げ充填時間の短縮を図ることによって、凝固進行の影響を小さくすることが考えられるが、この場合には、充填時の溶湯の挙動が乱雑になってキャビティ内で気体の巻き込みが生じたり、金型が損傷する虞があるので、良品率が低下し品質保証のための手直しに多くの時間を費やし、金型の稼働率を極端に下げてしまうという問題が発生する。

そこで、本発明は、溶湯の充填速度を上げて充填時間の短縮を図ることなく、溶湯が射出スリーブ内で急速冷却されて凝固進行するのを防止することを目的としている。

本発明は、金型内のキャビティに連通する射出スリーブに、溶湯保持炉内の溶湯を、給湯通路を介して真空吸引して導入する鋳造装置において、前記溶湯保持炉内の溶湯を前記射出スリーブに真空吸引する際に、前記溶湯中に気体を導入する気体導入通路を設けたことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、溶湯保持炉内の溶湯を、真空吸引にて給湯通路を介して射出スリーブに導入する際に、気体導入通路を介して気体が溶湯中に導入され、この気体が溶湯とともに射出スリーブに導入される。このとき、射出スリーブ内は高真空状態なので、溶湯中に導入した気体は、溶湯表面から一斉に放出されて、溶湯表面と射出スリーブとの間に気体断熱層を形成して溶湯の熱伝達性を鈍化させ、その後射出スリーブからキャビティへ射出される際の溶湯の凝固進行を妨げる。

射出スリーブ内の溶湯中の気体は、溶湯表面から放出された後、溶湯がキャビティに射出供給されて鋳造される過程で、キャビティに連通する真空吸引経路を通じて金型外に放出されるので、品質上の問題はない。この際、溶湯の充填速度を上げて充填時間の短縮を図っているわけではないので、充填時の溶湯の挙動が乱雑になってキャビティ内で空気の巻き込みが生じたり、金型が損傷する虞はない。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態を示す鋳造装置として、ダイカスト鋳造装置の全体構成を示す断面図である。固定金型１と可動金型３との間にはキャビティ５が形成され、このキャビティ５内に、図１のように型締め状態で溶湯を供給することで製品を鋳造成形する。キャビティ５の外周側の固定金型１と可動金型３との間にはシール材７を設け、キャビティ５内の気密性を高めている。

固定金型１の図１中で下部には、水平方向に延びる円筒形状の射出スリーブ９の一端部を接続し、この射出スリーブ９内は、前記したキャビティ５に連通している。射出スリーブ９の他端部は固定金型１の外部に突出させ、この突出端部の開口から射出ピストン１１を移動可能に挿入する。射出ピストン１１は、図示しない射出シリンダによって射出スリーブ９内を進退移動する。

固定金型１の外部に位置する射出スリーブ９の下部には、円筒形状の給湯通路としての給湯パイプ１３の上端を連通接続し、給湯パイプ１３の下部側は、溶湯保持炉１５内の溶湯１７中に挿入している。給湯パイプ１３と射出スリーブ９との接続部には、シール材としてセラミックシール１９を設けて気密性を高めている。また、給湯パイプ１３の下端部は、溶湯保持炉１５の底部近傍に位置し、その開口端部には、オリフィス２１を設けている。

以上の構成によって、金型（固定金型１と可動金型３）から溶湯保持炉１５までの鋳造空間が密閉系となり、この密閉系におけるキャビティ５の図１中で上端部には、固定金型１と可動金型３との間に位置する真空吸引通路２３を設け、真空吸引通路２３の外部開口には真空吸引パイプ２５を介して真空容器２７を接続する。

上記した真空吸引通路２３は、可動金型３の固定金型１に対向する面に形成した溝によって構成してあり、その途中に真空バルブ２９を設けてある。この真空バルブ２９を型締め状態で開放することで、真空容器２７によって密閉系を真空吸引する。

そして、前記した給湯パイプ１３の溶湯１７内に挿入された部位には、気体導入通路としての分岐管３１の一端を連通接続し、分岐管３１の他端は溶湯１７の外部に引き出して大気中に開口させる。また、この気体導入口となる開口部には、流量調整手段としての分岐管オリフィス３３を設けてある。

なお、給湯パイプ１３と分岐管３１との接続部は、常に溶湯１７中に浸漬しているので、特にシール材を設けることなく真空シール性を確保できる。

次に作用を説明する。図１のように型締めした状態で、真空バルブ２９を開放すると、キャビティ５と真空容器２７とが連通し、これにより上記した密閉系内が負圧となり、溶湯保持炉１５内の溶湯１７が、図１のように射出スリーブ９に吸引されて溶湯１７ａとして導入される。この際、分岐管３１の大気中に開放したオリフィス３３から、気体としての空気が導入されて給湯パイプ１３内に吸入され、溶湯に混入して溶湯とともに射出スリーブ９に導入される。

このとき、射出スリーブ９内は高真空状態なので、溶湯１７ａ中に混入している空気は、溶湯１７ａの表面から、過飽和状態となって一斉に放出され、溶湯１７ａの表面と、射出スリーブ９との間に空気断熱層を形成して溶湯１７ａの熱伝達性を鈍化させる。

そして、図１の状態から射出ピストン１１を前進させることで、射出スリーブ９内の溶湯１７ａが、キャビティ５に射出供給され、この射出供給に対して適宜のタイミングで真空バルブ２９を閉じることで、キャビティ５内が加圧されて鋳造される。

ここで、図１の状態での溶湯１７ａは、空気断熱層によって断熱しているので、急速冷却されることがなく、キャビティ５に射出供給される際に、多数の凝固片が形成されることを防止でき、充填完了時に加圧されて個々が互いに溶融できずに脆く壊れやすい組織を形成するような不具合を防止して、高品質な製品を成形することができる。

なお、溶湯１７ａ中の空気は、溶湯１７ａの表面から放出された後、溶湯１７ａがキャビティ５に射出供給されて鋳造される過程で、キャビティ５に連通する真空吸引経路２３を通じて金型外に放出されるので、成形品の品質上の問題はない。

この際、本実施形態では、溶湯の充填速度を上げて充填時間の短縮を図っているわけではないので、充填時の溶湯の挙動が乱雑になってキャビティ５内で空気の巻き込みが生じたり、金型が損傷する虞はない。

また、分岐管オリフィス３３の口径を適宜選択することで、給湯パイプ１３に導入する空気の量を調整することができる。このような分岐管オリフィス３３に代えて流量調整弁を設けてもよく、流量調整弁を設けることで、導入する空気量の調整を容易に行うことができる。

また、本実施形態では、分岐管３１を、溶湯保持炉１５内の溶湯１７中に位置する給湯パイプ１３に接続しているので、射出スリーブ９に導入する溶湯１７ａに空気を確実に混入させることができる。

さらに、本実施形態では、分岐管３１の上流側の気体気導入口となる分岐管オリフィス３３を、単に大気に開放させているだけなので、分岐管オリフィス３３を含む分岐管３１以外は、特別な装置が不要であり、簡素な構成で高品質な製品を成形することができる。

図２は、本発明の第２の実施形態を示す鋳造装置として、ダイカスト鋳造装置の全体構成を示す断面図である。この実施形態は、前記図１に示した第１の実施形態に対し、分岐管３１の溶湯保持炉１７から外部に引き出した他端に、さらに連通管３５を介して圧縮気体容器３７を接続している。すなわち、気体導入通路の上流側の気体導入口を、圧縮気体を充填した圧縮気体容器２７に接続していることになる。

また、上記した分岐管３１の溶湯１７から外部に突出した部位より圧縮気体容器３７に至る気体通路の適宜位置には、流量調整手段としての圧力リリーフ弁３９を設けている。

圧縮気体容器３７には、空気でもよいが、窒素（Ｎ₂）やアルゴン（Ａｒ）などの不活性気体や水素（Ｈ₂）を充填することが好ましい。

上記第２の実施形態では、図２のように型締めした状態で、真空バルブ２９を開放すると、キャビティ５と真空容器２７とが連通し、これにより前述した密閉系内が負圧となり、溶湯保持炉１５内の溶湯１７が、図２のように射出スリーブ９に吸引されて溶湯１７ａとして導入される。

この際、分岐管３１内に存在する溶湯も給湯パイプ１３内に吸引され、これとともに圧縮気体容器３７内の気体圧力によって圧力リリーフ弁３９が開放し、圧縮気体容器３７内の気体が、給湯パイプ１３に吸入され、溶湯に混入して溶湯とともに射出スリーブ９に導入される。

したがって、第２の実施形態においても、射出スリーブ９内の溶湯１７ａ中に導入した気体は、溶湯１７ａの表面から、過飽和状態となって一斉に放出され、溶湯１７ａの表面と、射出スリーブ９との間に空気断熱層を形成して溶湯１７ａの熱伝達性を鈍化させるので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、第２の実施形態では、圧縮気体容器３７にＮ₂やＡｒなどの不活性気体を充填することで、空気を利用する場合に比較して、溶湯の酸化を抑制することができ、より高品質な製品を成形することができる。

また、圧縮気体容器３７にＨ₂を充填することで、空気を利用する場合に比較して、アルミニウム合金とした場合の溶湯に混入しやすく、溶湯中に気体を均一に分散させることができ、溶湯パイプ１３に導入後、射出スリーブ９内にて溶湯１７ａの表面から放出する気体を分散させて気体断熱層を容易に形成することができる。

なお、第２の実施形態において、流量調整手段として圧力リリーフ弁３９に代えて流量調整弁を設けてもよい。

図３は、本発明の第３の実施形態を示す鋳造装置として、ダイカスト鋳造装置の全体構成を示す断面図である。この実施形態は、溶湯保持炉１５の溶湯１７中に気体導入通路としての気体放出管４１を挿入し、気体放出管４１の上流側の端部には、気体送出手段としての例えばコンプレッサ４３を接続する。

そして、上記した気体放出管４１の先端の気体放出口となるノズル４１ａから、気体を溶湯１７中に直接放出する。このような気体放出は、常時行っておくことで、溶湯１７をガスリッチな状態とすることができ、射出スリーブ９内に導入する溶湯１７ａ中への気体の混入を確実なものとすることができる。また、ノズル４１ａを、給湯パイプ１３のオリフィス２１近傍に設置することで、真空吸引する溶湯１７とともに気体も同時に吸引しやすくなる。

本発明の第１の実施形態を示す鋳造装置として、ダイカスト鋳造装置の全体構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す鋳造装置として、ダイカスト鋳造装置の全体構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態を示す鋳造装置として、ダイカスト鋳造装置の全体構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 固定型（金型）
３ 可動型（金型）
５ キャビティ
９ 射出スリーブ
１３ 給湯パイプ（給湯通路）
１５ 溶湯保持炉
１７ 溶湯保持炉内の溶湯
１７ａ 射出スリーブ内の溶湯
２７ 圧縮気体容器
３１ 分岐管（気体導入通路）
３３ オリフィス（流量調整手段）
３５ 連通管３５（気体導入通路）
３９ 圧力リリーフ弁（流量調整手段）
４１ 気体放出管（気体導入通路）
４１ａ ノズル（気体放出口）
４３ コンプレッサ（気体送出手段）

Claims (12)

1. 金型内のキャビティに連通する射出スリーブに、溶湯保持炉内の溶湯を、給湯通路を介して真空吸引して導入する鋳造装置において、前記溶湯保持炉内の溶湯を前記射出スリーブに真空吸引する際に、前記溶湯中に気体を導入する気体導入通路を設けたことを特徴とする鋳造装置。
2. 前記気体導入通路を、前記溶湯保持炉内の溶湯中に位置する前記給湯通路に接続したことを特徴とする請求項１に記載の鋳造装置。
3. 前記気体導入通路に、気体の流量を調整する流量調整手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の鋳造装置。
4. 前記流量調整手段は、オリフィスからなることを特徴とする請求項３に記載の鋳造装置。
5. 前記流量調整手段は、流量調整弁からなることを特徴とする請求項３に記載の鋳造装置。
6. 前記気体導入通路の上流側の気体導入口を大気に開放したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の鋳造装置。
7. 前記気体導入通路の上流側の気体導入口を、圧縮気体を充填した圧縮気体容器に接続したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の鋳造装置。
8. 前記気体導入通路の気体放出口を、前記溶湯保持炉内の溶湯中に設置し、前記気体導入通路の上流側には、前記溶湯保持炉内の溶湯中に気体を送り込む気体送出手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の鋳造装置。
9. 前記気体を不活性気体としたことを特徴とする請求項１ないし５，７，８のいずれか１項に記載の鋳造装置。
10. 前記溶湯がアルミニウム合金であって、前記気体を水素としたことを特徴とする請求項１ないし５，７，８のいずれか１項に記載の鋳造装置。
11. 金型内のキャビティに連通する射出スリーブに、溶湯保持炉内の溶湯を、給湯通路を介して真空吸引して導入する鋳造装置の給湯方法において、前記溶湯保持炉内の溶湯を前記射出スリーブに真空吸引する際に、前記溶湯中に気体を導入することを特徴とする鋳造装置の給湯方法。
12. 前記溶湯保持炉内の溶湯中に位置する前記給湯通路に、前記溶湯の真空吸引に伴って気体を導入することを特徴とする請求項１１に記載の鋳造装置の給湯方法。

Images