JP2008213034A - 高真空吸引鋳造法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 鋳型空隙部2とストーク6の間にシール板7を配置して湯口3をシールし、鋳型空隙部を減圧する。次にシール板の下面に設けられた減圧溝10を通じてストーク内を減圧して溶湯を吸引し、減圧溝に溶湯が進入した時点でシール板を駆動して湯口とストークの間に開口部8を移動し、鋳型空隙部との差圧により鋳型空隙部を溶湯で充満する。この湯口のシールとして消耗式シールを使用することもできる。この場合シール下部を開口部とする。鋳型空隙部が溶湯で充満されたら、直ちにシール板を移動して湯口を閉鎖し、ストーク中の溶湯に外気通気孔11を通じて外気圧を作用させ溶湯を保持炉4中に落下させる。さらに、必要に応じて鋳型空隙部中の未凝固溶湯を加圧する。
【選択図】図1
Description
上記のようにシール板の一部で湯口をシールするのではなく、図3に示すように消耗式シールでシールすることもできる。消耗式シールとしては、溶湯に溶け込んでも有害でない溶湯組成と類似の合金もしくは純金属で板状のもの、あるいは炭素系材料など溶湯と反応の少ない材質で板状のもの、あるいはこれらを組み合わせた板状のもので、かつ前記ストーク中の溶湯と接触することで強度が低下あるいは溶解し、鋳型空隙部とストーク部の差圧で破断するようなものを使用する。また、場合によっては前記消耗式シールに局所的に薄い領域を設けて破断しやすい部分と、折れ曲がりやすい部分を設けて、破断しやすいようにする。このような消耗式シールを使用した場合のシール板としては、図4に示すように、消耗式シールの配置位置(湯口下)を開口部とし、消耗式シールとこの開口部に接するようにストーク内を減圧するための減圧溝を少なくとも加工しておく。そして、この減圧溝は、消耗式シールを使用しない場合と同様に、内部の表面積を大きくして溶湯がある程度流入したら凝固するようにしておく。また、シール板の下部にも同様の減圧溝を設けて、上昇してきた溶湯表面の酸化皮膜等を吸引し、鋳型空隙部への流入を防いでも良い。
鋳型空隙部を液相線温度以上の溶湯で充満するのではなく、ストークの一部を冷却して、溶湯中に固相を晶出させ、かつ電磁気力を作用させて溶湯を攪拌し、晶出した固相を粒状化したスラリーで鋳型空隙部を充満させることもできる。電磁気力としては誘導モータと同様の方法が簡便であるが、永久磁石の回転やリニアモータ形式など他の方法でも良い。
鋳型空隙部が溶湯で充満されると直ちに、前記シール板を移動して、湯口を閉鎖し鋳型空隙部中の溶湯とストーク中の溶湯を遮断し、また、シール板に設けた外気通気孔を通じて外気圧をストーク中の溶湯に作用させ溶湯を保持炉に落下させる。外気としては不活性ガス雰囲気が望ましいが大気としてもよい。また、前記減圧溝あるいは前記開口部近傍約5mm以内に温度センサを設置し、その温度上昇から、上記のシール板駆動のタイミングを判断するが、これ以外の方法、例えば光ファイバーに接続したフォトトランジスタの出力変化を利用しても良い。なお、従来の低圧鋳造法と同様に、湯口が凝固した後、ストーク中の溶湯に外気を作用させて保持炉中に落下させ、製品を取出しても良い。
さらに、上記の湯口閉鎖後、必要に応じて、直ちにあるいは時間をおいて鋳型空隙部の未凝固溶湯をピストン等で加圧する。この後、鋳型を移動させて他の場所で製品取出し、鋳型清掃、再組み立てなどを実施するが、鋳型を移動させず、元の場所で実施してもよい。あるいは鋳型は移動させずにストークと保持炉あるいはストークだけを移動してもよい。また、上記のシール板の駆動、鋳型の型締めや製品押し出しピン等の駆動、未凝固溶湯の加圧などを電動サーボモータで行うが、ウォームギヤとモータの組み合わせや油圧、空圧などを利用しても良い。
また、ダイカスト法では、鋳型空隙部の残留ガスや巻き込んだ気泡を圧縮するため、また、薄いゲート部での凝固による圧力伝播損失を補うため高圧を作用させ、かつ射出と加圧を同一プランジャチップで行うので、ストロークが長い。本発明では、鋳型空隙部を高真空にでき、また、湯口の凝固とは関係なく加圧効果が大きい位置で加圧できるので、加圧力を大幅に低減できる。さらに凝固収縮を補う程度の加圧で良いので加圧ピストンのストロークも短くてよい。このため、使用エネルギーは少なく、装置も小型、低コストとなるし、金型への負荷が少なく金型コストが下がる。また、寸法精度が上がるし、安価な崩壊性中子も使用でき複雑な製品を製造できる。
減圧溝10に流入した溶湯(湯面の酸化皮膜や浮遊ごみなどを含んでいる)は奥の方の断面厚さが薄く冷却面積が大きいため凝固して流動を停止する。また、溶湯が減圧溝10に流入したかどうかの判断は、減圧溝から0.5mmの位置に設置した熱電対の出力から判断しているが、光ファイバーなどを利用しても良い。
この後、直ちにシール板7をさらに左方に移動して、開口部でない部分で湯口3を閉鎖し、鋳型空隙部2の溶湯とストーク6中の溶湯を遮断する。この時、シール板7に設けた外気通気孔11から外部の窒素タンク中の窒素ガスがストーク6に流入し、溶湯は保持炉中に落下し、ストーク6内は窒素ガス雰囲気となり溶湯の酸化が防止される。窒素ガスではなくアルゴンガスなど他のガスを使用しても良い。また、溶湯の酸化があまり問題にならない場合には、外気通気孔は単に大気に開放しているだけで良い。
さらに、溶湯遮断後、必要に応じて直ちに電動サーボモータ駆動の加圧ピストン12で鋳型空隙部2中の未凝固溶湯を加圧して凝固を促進、あるいは凝固収縮を補い引け巣を防止する。加圧ピストンの駆動は油圧などで行っても良い。湯口閉鎖後最短時間で溶湯加圧するには、前記シール板がある距離移動したら加圧を開始するようにリミットスイッチ等を利用して行う。シール板の駆動を電動サーボモータで行っている場合にはその出力情報を利用するが、その他の方法でも良い。
この間に、あるいは加圧が終了してからシール板を駆動して減圧溝10付近の凝固物を除去しやすい位置に移動して除去する。
鋳型空隙部が凝固したら、鋳型1を他の場所に移動し、製品取出し、鋳型清掃などを行い、再びストーク6の上部に設置し、上記の工程を繰り返す。あるいは鋳型は移動せず、保持炉とストーク、あるいはストークのみを移動して他の鋳型に注湯しても良い。あるいは、同一場所で製品取出し、鋳型清掃、塗型などを行い、繰り返し鋳造しても良い。
なお、シール板の駆動は電動サーボモータ14とボールねじ15で行うが、ウォームギヤと電動モータなど他の方法で駆動しても良い。また、鋳型1は図1のような分割面が垂直なものでも図3に示すような水平なものでも良い。
この後、ストーク6の上端の減圧溝10、17に通じているストーク減圧パイプ9からストーク内部を減圧する。湯面が減圧溝17に達すると酸化物やごみが浮遊している可能性がある溶湯が吸引される。次に、後続の清浄な湯が減圧溝10に到達し、流入する。同時に湯面が消耗式シール16に接触し、消耗式シールの強度が低下あるいは溶解し、鋳型空隙部内の圧力と溶湯圧の差圧に耐えられなくなり瞬時に破断して、溶湯が鋳型空隙部2を充満する。この後の工程は実施例1と同じである。なお、溶湯が減圧溝10に達した後、保持炉4中の湯面を加圧し、より高圧で鋳型空隙部を溶湯で充満させることもできるが、装置コスト、保守コストが高くなる。また、ストーク中の湯面の汚れがあまりない場合には、減圧溝17は省略できる。
2 鋳型空隙部
3 湯口
4 保持炉
5 溶湯
6 ストーク
7 シール板
8 開口部
9 ストーク減圧パイプ
10 減圧溝
11 外気通気孔
12 加圧ピストン
13 湯口シール部
14 電動サーボモータ
15 ボールねじ
16 消耗式シール
17 減圧溝(溶湯清浄化用)
18 真空系接続部
19 ストーク冷却部
20 電磁攪拌装置
Claims (10)
- 保持炉の上部に配置した鋳型の鋳型空隙部の下端に設けた湯口と保持炉に浸漬したストークの間に、少なくともシール部となる部分と開口部およびこのシール部の下部の前記ストーク側にストーク内を減圧するための溝である減圧溝を有するシール板を配置し、前記湯口と前記ストークを前記シール部で密閉し、前記鋳型空隙部を減圧し、さらに前記減圧溝から前記ストーク内を減圧して、保持炉内の溶湯を吸引・上昇させ、湯面が前記減圧溝に流入した時点で、前記シール板を駆動して前記湯口と前記ストークの間に前記開口部を移動し、前記鋳型空隙部と前記ストーク内の差圧により前記鋳型空隙部を溶湯で充満することを特徴とする鋳造法および装置。
- 請求項1に記載のシール部となる部分を開口部として、この部分に、溶湯に溶け込んでも有害でない溶湯組成と類似の合金もしくは純金属で板状のもの、あるいは炭素系材料など溶湯と反応の少ない材質で板状のもの、あるいはこれらを組み合わせた板状のもので、かつ前記ストーク中の溶湯と接触することで強度が低下あるいは溶解し、前記鋳型空隙部と前記ストーク部の差圧で破断するような消耗式シールを配置できるようにし、さらに、少なくともこの開口部と消耗式シールに接してストーク内を減圧するための溝である減圧溝を有するシール板を使用することを特徴とする鋳造法および装置。
- 請求項2に記載の消耗式シールとして、局所的に薄い領域を設けて破断しやすい部分と、折れ曲がりやすい部分を設けたものを使用することを特徴とする鋳造法および装置。
- 請求項2において、前記消耗式シール近傍でかつシール板の下面にもストーク内を減圧する減圧溝を設けて溶湯の一部を吸引することを特徴とする鋳造法および装置。
- 請求項1から4において、前記ストークの一部を冷却し、その冷却部分の溶湯に固相を晶出させると共に電磁気力を作用させ溶湯を撹拌することを特徴とする鋳造法および装置。
- 請求項1から5において、鋳型空隙部が溶湯で充満された後、直ちに前記シール板を移動して前記湯口を閉鎖して、前記鋳型空隙部と前記ストーク内の溶湯を分断し、前記ストーク内の溶湯には前記シール板に設けた外気通気孔を通じて外気圧を作用させることを特徴とする鋳造法および装置。
- 請求項6において、前記湯口が閉鎖された後、直ちにあるいはある一定時間後鋳型空隙部の未凝固溶湯を加圧することを特徴とする鋳造法および装置。
- 請求項6あるいは7において、湯口が閉鎖された後、鋳型あるいはストークと保持炉、あるいはストークを移動して、注湯と製品取り出し、鋳型清掃などの工程を、場所を変えて行うことを特徴とする鋳造法および装置。
- 請求項1あるいは2あるいは6において前記減圧溝の近傍あるいは前記開口部近傍に温度センサあるいは光ファイバを設置して、その出力変化から前記シール板の移動時期を判断することを特徴とする鋳造法および装置。
- 請求項1から9において、前記シール板の駆動、型締めや前記未凝固溶湯の加圧、押し出しピンの駆動などを電動サーボモータで行うことを特徴とする鋳造法および装置
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