JP2008149350A - 金属成形機の材料溶解保持装置における棒状材料溶解方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属成形機における成形立上げ時の材料溶解を、棒状材料の溶解に溶解筒と炉体内の溶融材料による浸漬溶解とを採用して効率よく行えるようにする。
【解決手段】金属成形機が備える材料溶解保持装置を、溶解保持炉の炉体と、炉体上部に並設した棒状材料の溶解筒及び棒状材料を炉体内に直接供給する材料供給筒とから構成する。成形立上げ時に溶解筒による棒状材料の溶解を先行する。溶解筒から溶解保持炉内に溶融材料を供給する。その溶融材料により材料供給筒から炉体底部に継続供給される棒状材料を浸漬溶解して成形立上げ後の溶解保持炉内での浸漬溶解を保持する。
【選択図】図４

Description

この発明は、金属成形機の材料溶解保持装置におけるマグネシウム、アルミニウム等の棒状材料の溶解方法に関するものである。

金属成形用射出装置としては、プランジャを内装した射出シリンダの上に溶解炉を設け、その溶解炉により固体材料を溶解して貯留し、プランジャの後退により形成されるプランジャ前部の材料計量室に、溶解炉の溶融材料を吸引により蓄積して１ショット分を計量し、その計量材料をプランジャの前進によりシリンダ先端のノズルから金型に射出する構造のものが知られている。

また棒状材料を成形材料とする金属成形用射出装置として、射出プランジャを内装した射出加熱筒の溶体保持室に保温貯留筒を立設し、その保温貯留筒の上側部に加熱筒を横長に備えた溶解装置を設け、その加熱筒により棒状材料を溶解して保温貯留筒に多数ショット分の溶融材料を貯留して保持し、射出プランジャの後退により形成されるプランジャ前部の材料計量室に、溶体保持室の溶融材料を吸引により蓄積して１ショット分を計量し、その計量材料をプランジャの前進によりシリンダ先端のノズルから金型に射出する構造のものが知られている。

また射出プランジャを内装した加熱保持筒の上に棒状材料の溶解筒を立設し、その溶解筒により棒状材料を溶解して加熱保持筒内に多数ショット分を貯めて保持し、その加熱保持筒内の溶融材料を射出プランジャの後退により形成されるプランジャ前部の材料計量室に吸引により蓄積して、その計量材料をプランジャの前進によりシリンダ先端のノズルから金型に射出する構造のものもある。
特開２００４−２９１０３２号公報 特開２００５−４０８０７号公報 特開２００６−８０９号公報

固体材料を溶解炉により溶解して貯留し、プランジャの後退ごとに１ショット分の溶融材料を計量して射出する従来装置では、溶解炉内で先に溶解した溶融材料により投入した固体材料を浸漬溶解しているので、溶解炉内に溶融材料があるときには棒状材料でも溶解時間が短く済むが、成形立上げ時で溶解炉内に溶融材料がないときには、炉体内に投入した棒状材料の溶解は、浸漬溶解よりも加熱効率が悪い炉体周囲及び底部からの輻射熱によることから、多数本の棒状材料を溶解して、溶融材料により棒状材料を浸漬溶解するのに充分な貯留量にするまでには時間を要する。このため溶解炉による棒状材料の溶解では成形立上げ時間が６０分もかかるようになり、成形稼働効率が悪いという課題を有する。

また溶解炉による材料溶解では、投入材料の温度が溶融材料よりも低いことから、材料投入ごとに固体材料の周囲の溶融材料の温度が低下するので、その温度変動が射出シリンダに供給される溶融材料に及ばないように、他の個所で棒状材料を予備加熱して溶融材料との温度差を小さくしてから溶解炉に運んで投入する不便さがある。

棒状材料を溶解筒に収容して溶解する溶解法では、材料溶解が浸漬溶解よりも溶解効率が劣る輻射熱による溶解となるが、材料全体が周囲からの輻射熱を受けるので加熱効率が著しく高く、また棒状材料を溶解筒に挿入するだけで溶解が継続され、溶融材料を射出加熱筒の保温貯留筒や加熱保持筒に貯めて保持できるので、成形立上げ時間が２０分ほどで済むようになり、棒状材料を溶解炉により直に溶解する場合よりも成形稼働開始が早まる。また溶解炉における材料投入時の温度低下も生じないという利点を有する。しかし、溶解後の貯留量に制限を受けることから、金属製品の重量によっては成形サイクルに適応した材料の溶解供給が難し場合があり、大型機には採用され難いという課題を有する。

この発明は、上記従来の材料溶解の課題を解決するために考えられたものてあって、その目的は、棒状材料の溶解に溶解筒と炉体内の溶融材料による浸漬溶解とを採用し、成形立上げ時には溶解筒による材料溶解を、成形立上げ後には浸漬溶解による材料溶解に移行することによって、従来よりも溶解効率が向上し、また貯留量も充分に確保できる金属成形機の材料溶解保持装置における新たな棒状材料の溶解保持方法を提供することにある。

上記目的によるこの発明は、金属成形機が備える材料溶解保持装置を、溶解保持炉の炉体と、炉体上部に並設した棒状材料の溶解筒及び棒状材料を炉体内に直接供給する材料供給筒とから構成し、成形立上げ時の材料溶解を、上記溶解筒による棒状材料の溶解を先行して、溶解筒から溶解保持炉内に溶融材料を供給し、その溶融材料により上記材料供給筒から炉体底部に継続供給される棒状材料を浸漬溶解して、成形立上げ後の溶解保持炉内での浸漬溶解を保持してなる、というものである。

また上記溶解筒と材料供給筒への棒状材料の投入は成形立上げ時に行い、溶解保持炉内の溶融材料の溶融面が材料供給筒からの棒状材料を浸漬するのに充分なレベルに達したのち、溶解筒による棒状材料の溶解を停止し、材料供給筒により棒状材料を予備加熱して材料投入を継続する、というものである。

また上記溶解筒と材料供給筒への棒状材料の投入は溶解筒側を先行し、材料供給筒側の棒状材料の投入は、溶解保持炉内の溶融材料の溶融面が材料供給筒からの棒状材料を浸漬するのに充分なレベルに達してから行い、材料供給筒により棒状材料を予備加熱して材料投入を継続するというものであり、さらには上記溶解筒による棒状材料の溶解と、溶解保持炉内の溶融材料による棒状材料の浸漬溶解の両方を同時に行う、というものでもある。

上記構成では、溶解筒により棒状材料を溶融材料に溶解して溶解保持炉に供給するので、成形立上げ時に炉体により棒状材料を直接溶解する場合よりも、溶解保持炉における設定量の溶融材料の保持が早く行え、それにより成形立上げ時間が短縮されるようになる。

また溶融材料の溶融面が炉体の設定レベルまで達した後の材料溶解は、材料供給筒から溶解保持炉に挿入供給した棒状材料を溶融材料が浸漬溶解することから、成形立上げ後の成形サイクルに対応した材料溶解と保持とができ、浸漬溶解でも材料全体が溶融材料中に浸漬せず、棒状材料の溶解は溶融材料に浸漬した部分から溶解してゆくので、材料投入時の溶融材料の温度低下は部分的な現象に留まる。さらに予備加熱された棒状材料では溶融材料との温度差が小さいことから、温度低下は直ぐ解消されるので溶融材料の全体にその影響が及ぶことはなく、材料溶解保持装置から金属成形機に供給される溶融材料の温度は常に安定したものとなる。

図中１は射出式金属成形機の射出シリンダ、２は射出シリンダ１の後端に間隔を空けて設けた射出駆動装置、３は射出シリンダ１の前部上に設置した材料溶解保持装置である。射出シリンダ１と射出駆動装置は両側に設けたロッド４により連結してあり、またその両方は各シリンダに一体形成した前部と後部の支脚６，７を、機台８の座盤９に水平に並設した左右一対の支持シャフト１０に挿通して、機台８に水平に設置してある。

上記射出シリンダ１は、図３に示すように、先端にノズル１２を有するシリンダ本体１１の内部中央に射出プランジャ１３を進退自在に備え、その射出プランジャ１３の後退位置の上部に供給口１４を有する通常構造のものからなり、その供給口１４のシリンダ本体１１上に上記材料溶解保持装置３が、シリンダ本体後部上に立設したスタンド１５に支持して設置してある。

上記材料溶解保持装置３は、平面形状が円形で炉内の高さが棒状材料の長さよりも低い炉体３１と、その炉体３１の底面中央に環状底面から胴部を下方に長く一体形成して、下部内壁を下端中央の流出口３２ａまで順次縮径して傾斜面に形成した溶融材料保持用の貯留筒３２とによる溶解保持炉３０と、蓋部材３３に穿設した穴に下端を嵌挿して炉体上部に並設した同一長さで縦長の筒体による材料溶解筒３４と材料供給筒３５とからなる。

炉体３１の底部には炉体内と貯留筒内との間に介在して、炉体３１から貯留筒３２に沈降するスラッジ等の不純物の沈降量を制限する多孔板３６が敷き設けてある。この多孔板３６は溶融材料が半溶融で不純物が沈降し難い場合には不要となるので使用されない。また炉体３１と貯留筒３２の胴部及び材料供給筒３４，３５の外周囲には多数のバンドヒータによる加熱手段３７，３８、３９が取付けてあり、その加熱手段は個々に温度調節ができるようにしてある。

上記溶解筒３４と材料供給筒３５は、図４に示すように、通常寸法の棒状材料Ｍ（例えば、マグネシウム基合金では、長さ３００ｍｍ、直径６０ｍｍ、溶解時間約１２分）の少なくとも２本を収容できる長さと直径の筒体からなる。溶解筒３４は下端開口３４ａを小径に縮径して開口周囲を段部を形成し、その開口に近接した下部内に材料支軸３４ｂを横設して、図４（Ａ）に示すように、棒状材料Ｍを筒内に留めて筒体周囲の加熱手段３９からの輻射熱により加熱し、溶湯又は半溶融状態で炉体内に供給する機能を有する。

また材料供給筒３５は下端開口が縮径されずに炉体内に開口して、棒状材料Ｍが蓋部材３３を通して炉体底面に支持されるところまで挿入できるようにしてあり、筒体周囲の加熱手段３９により棒状材料Ｍの予備加熱筒として機能するようにしてある。

このような材料溶解保持装置３は、貯留筒３２の下端を供給口１４を設けたシリンダ本体１１の上部に設置して、供給口１４の上に流出口３２ａを当接し、溶解筒３４と材料供給３５の上部を上記スタンド１５の上端部に、熱膨張による筒体の伸長を許容する部材１６により支持して射出シリンダ１に垂直に設けてある。

図示の例では、射出式金属成形機の射出シリンダ１に材料溶解保持装置３を設置しているが、金属成形機はコールドチャンバ式ダイカストでもよく、この場合には、プランジャを内装したスリーブの注入口の上に材料溶解保持装置が設置される。

以下に、上記材料溶解保持装置３における成形立上げ時の材料溶解を図４により説明する。

先ず炉体１及び貯留筒３２と溶解筒３４を加熱手段３７，３８，３９により設定温度に加熱される。設定温度は金属材料がマグネシウム基合金（ＡＺ９１Ｄ）の場合で、完全溶融では６００〜６５０℃、半溶融では５７０〜５８５℃である。また材料供給筒３５は予備加熱として加熱手段３９により５００〜５９５℃に設定される。場合によっては６００〜６５０℃に設定して溶解筒として使用されることもある。

次に炉体３１の上部に設けたガス注入管４１からアルゴン等の不活性ガスを注入して、炉体３１及び溶解筒３４、材料供給筒３５の内部を不活性ガス雰囲気とする。内部温度が設定温度に達する前又は達した後、場合によっては加熱前から棒状材料Ｍを溶解筒３４と材料供給筒３５の両方に筒体上端の開口に投入する。その開口は材料投入後に穿孔を有する蓋により塞ぐ。

上記溶解筒３４に収容された２本の棒状材料Ｍは、筒内で加熱手段３９により完全溶融又は半溶融状態に溶解され、図４（Ａ）に示すように、下端開口３４ａから溶融材料Ｍ₁ となって溶解保持炉３０に流出する。この溶解筒３４からの溶融材料Ｍ₁ の供給は溶融面Ｌが設定レベルに達するまで棒状材料Ｍ₁ を追加投入して行われる。設定レベルは炉体３１の上部内に設けたレベル検知棒４１により検出される。

この溶解筒３４による材料溶解では、筒体と材料周囲のギャップが小さく、材料全周が輻射熱による加熱を受けるので加熱効率が高く、２本の棒状材料Ｍを筒体内で溶解して溶解保持炉３０に供給するものであっても、同様な棒状材料の多数本を空の炉体内に投入して一度に溶解する場合よりも効率が高く、溶解保持炉３０における設定レベルまでの溶融材料Ｍ₁ の貯えが早く行えなるようになる。これにより成形立上げ時間が短縮されて成形稼働への移行も早くなる。

溶解筒３４への棒状材料Ｍの投入は、図４（Ｂ）に示すように、材料供給筒３５の棒状材料Ｍが溶融材料Ｍ₁ に浸漬して加熱溶解される状態となった時に停止し、溶解筒３４の加熱は筒内の棒状材料Ｍの全てが溶解して流出してから停止する。以後は材料供給筒３５から溶解保持炉内への棒状材料Ｍの供給のみとし、材料溶解は溶解保持炉３０に保持された溶融材料Ｍ₁ による浸漬溶解となる。

上記材料供給筒３５では、筒内に収容された下位の棒状材料Ｍの下部が、下端開口３５ａから炉体３１の環状底面に支持されるところまで自重により挿入される。筒内では加熱手段３９により予備加熱されるので他の場所で予備加熱する手間が省ける。炉体内では棒状材料Ｍが溶融材料Ｍ₁ に浸るまで炉体３１の加熱手段３７による加熱を受けるが、溶融面Ｌの上昇により浸漬した後には溶融材料Ｍ₁ により加熱されて浸漬部分から溶解してゆく。したがって、溶解筒３４による材料溶解をもって、溶融保持炉３０内での溶融面Ｌの変動に対応させることができる。

棒状材料Ｍの浸漬による溶融材料Ｍ₁ の一時的な温度低下は、筒内で予備加熱された棒状材料Ｍと溶融材料Ｍ₁ との温度差が、予備加熱されていない場合と比べて小さいことから直ぐ解消され、また浸漬溶解は炉体内で浸漬部分から行われるので貯留筒３２の下部内の溶融材料にまでその影響が及ぶことはない。したがって、射出シリンダ１に供給される溶融材料の温度に変動がなく常に安定した材料温度が保持される。

溶融材料Ｍ₁ の溶融面Ｌが下がって設定レベルの許容範囲限に近ずくと、材料供給筒３５に棒状材料Ｍが投入されて浸漬溶解により保持量が増し、溶融面Ｌのレベルが許容範囲に維持されて設定温度を保持する。また溶融材料Ｍ₁ の溶融面Ｌが許容レベルよりも低下して浸漬溶解の限界になると、停止していた溶解筒３４による材料溶解が開始となって材料投入が行われ、溶解筒３４から炉体内に溶融材料をＭ₁ を供給して、溶融面Ｌを設定レベルまで上昇する。これにより材料供給筒３５からの棒状材料Ｍ₁ の浸漬溶解が継続して行えるようになる。

上記材料溶解では、溶解筒３４と材料供給筒３５の両方に棒状材料Ｍを投入して行っているが、材料供給筒３５からの棒状材料Ｍの溶解は炉体内での浸漬溶解によるから、材料供給筒３５への材料投入は溶解筒３４と共に行わずに、溶融材料Ｍ₁ の溶融面Ｌが棒状材料Ｍを浸漬するのに充分なレベルに達してから行ってもよく、以後の浸漬溶解が遅れて溶解保持炉３０における溶融材料Ｍ₁ の保持量が減少するようなことはない。

この発明に係る棒状材料の溶解貯留方法を実施し得る材料溶解保持装置を備えた金属成形機の側面図である。 同上の正面図である。 材料溶解保持装置と射出シリンダの縦断側面図ある。 成形立上げ時の材料溶解貯留方法と（Ａ）と成形稼働時の材料溶解貯留方法（Ｂ）の説明図である。

符号の説明

１ 射出シリンダ
２ 射出駆動装置
３ 材料溶解保持装置
１１ シリンダ本体
１２ ノズル
１３ 射出プランジャ
１５ スタンド
３０ 溶解保持炉
３１ 炉体
３２ 貯留筒
３３ 蓋部材
３４ 溶解筒
３５ 材料供給筒
３６ 不純物沈降制限用の多孔板
３７，３８，３９ 加熱手段
４０ 不活性ガス注入管
４１ レベル検知棒

Claims (4)

1. 金属成形機が備える材料溶解保持装置を、溶解保持炉の炉体と、炉体上部に並設した棒状材料の溶解筒及び棒状材料を炉体内に直接供給する材料供給筒とから構成し、成形立上げ時の材料溶解を、上記溶解筒による棒状材料の溶解を先行して、溶解筒から溶解保持炉内に溶融材料を供給し、その溶融材料により上記材料供給筒から炉体底部に継続供給される棒状材料を浸漬溶解して、成形立上げ後の溶解保持炉内での浸漬溶解を保持してなることを特徴とする金属成形機の材料溶解保持装置における棒状材料溶解方法。
2. 上記溶解筒と材料供給筒への棒状材料の投入は成形立上げ時に行い、溶解保持炉内の溶融材料の溶融面が材料供給筒からの棒状材料を浸漬するのに充分なレベルに達したのち、溶解筒による棒状材料の溶解を停止し、材料供給筒により棒状材料を予備加熱して材料投入を継続す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保持装置における棒状材料溶解方法。
3. 上記溶解筒と材料供給筒への棒状材料の投入は溶解筒側を先行し、材料供給筒側の棒状材料の投入は、溶解保持炉内の溶融材料の溶融面が材料供給筒からの棒状材料を浸漬するのに充分なレベルに達してから行い、材料供給筒により棒状材料を予備加熱して材料投入を継続す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保持装置における棒状材料溶解方法。
4. 上記溶解筒による棒状材料の溶解と、溶解保持炉内の溶融材料による棒状材料の浸漬溶解の両方を同時に行う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保持装置における棒状材料溶解方法。

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