JP2008264796A - 竪型鋳造装置及び竪型鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化物の混入のない溶湯を短時間で金型キャビテイに充填し、閉塞されたキャビテイ内の溶湯を有効に加圧して、ひけ巣の発生がなく、かつ、ガスの巻き込みのない鋳造品を簡便に、効率よく、メンテナンスの容易な竪型鋳造装置及び竪型鋳造方法を提供すること。
【解決手段】金型キャビテイを形成することができる下側の固定金型１及び上側の可動金型２と、固定金型１に形成された、溶湯流入ゲート１０を介して金型キャビテイに連通する鋳込通路穴１５と、鋳込通路穴１５に形成された溶湯送出開口１６を介して鋳込ストーク１７を通じて下方から金型キャビテイ内へ溶湯を供給充填する、ガス加圧注湯鍋７を具備し、鋳込通路穴１５内を摺動し溶湯送出開口１６を塞ぐと共に溶湯を加圧する閉塞プランジャー１２とを備え、ガス加圧注湯鍋７が、その溶湯給湯口が装置本体の外側に位置するように構成される該竪型鋳造装置を用いる竪型鋳造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、軽金属合金等の鋳造品を鋳造することができる、金型キャビテイ内へ溶湯を下方から充填する竪型鋳造装置、特にガス加圧注湯鍋を用いて金型キャビテイ内へ溶湯を下方から供給充填する竪型鋳造装置や、これを用いた竪型鋳造方法に関する。

従来より、アルミニウム合金等の鋳造品、特に強度が必要とされる部品等を鋳造する場合、溶湯鋳込時におけるガスの巻込みを防止するために、竪型鋳造装置が使用されている。そして、本発明者らは、加圧ガス注湯鍋を有する鋳込手段を用いた装置及びかかる装置を用いた方法を提案している（特許文献１参照）。

ＰＣＴ／ＪＰ２００５／８８７４

竪型鋳造装置による鋳造において、高品質の鋳造品、特に薄肉で大型の鋳造品を鋳造するためには、溶湯を途中で停滞させることなく、短時間内に金型キャビテイに充填する必要がある。また、鋳造品の不良欠陥の原因となる酸化物の混入やガスの巻き込みを防止し、凝固収縮によって発生するひけ巣を防止するためには、下方から溶湯を充填すると共に、凝固収縮体積を補充するための、充分量の溶湯を有効に加圧して補充する必要がある。また、その際、稼動運転中のトラブルを少なくするために、実用上キャビテイの構造や鋳造装置全体の構造を簡単にする必要がある。そして、作業効率やメンテナンスの容易さも重要な要素である。本発明者らが提案した上記特許文献１に記載された竪型鋳造装置はこれらの要求をほぼ満たすものであったが、本発明者らはさらなる研究を行った。

本発明の課題は、酸化物の混入のない溶湯を高速で短時間内に金型キャビテイに充填し、閉塞されたキャビテイ内の溶湯を有効に加圧して、ひけ巣の発生がなく、かつ、ガスの巻き込みのない鋳造品を簡便に鋳造することのできる、作業効率がよく、メンテナンスの容易な、設備費の安い竪型鋳造装置及び該竪型鋳造装置を用いる竪型鋳造方法を提供することにある。

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究した結果、溶湯給湯口が装置本体の外側に位置するように構成されたガス加圧注湯鍋を用い、かかる溶湯給湯口を鍋蓋により閉塞して密閉構造を形成することにより、作業効率がよく、メンテナンスの容易な設備費の安い装置とすることができると共に、かかるガス加圧注湯鍋のガス圧力を高くすることによって溶湯を高速で短時間内に供給、且つ、完全に充填することができ、酸化膜の混入及びガスの巻き込みのない鋳造品を鋳造することができることを見い出し、本発明を完成するに至った。さらに、鋳込まれた溶湯がキャビテイ内を充填した後、閉塞プランジャーが追加押し込みを行うと共に、必要に応じて閉塞状態の溶湯を複数箇所の加圧ピンにより圧力伝達距離を短くして有効に加圧すると、ひけ巣の発生がなく、かつ、酸化膜の混入及びガスの巻き込みのない鋳造品を鋳造することができることを見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、（１）金型キャビテイを形成することができる下側の固定金型及び上側の可動金型と、該固定金型に形成された、溶湯流入ゲートを介して金型キャビテイに連通する鋳込通路穴と、該鋳込通路穴に形成された溶湯送出開口を介して鋳込ストークを通じて下方から金型キャビテイ内へ溶湯を供給充填する、ガス加圧注湯鍋を具備した鋳込手段と、前記鋳込通路穴内を摺動し、溶湯送出開口を塞ぐと共に溶湯を加圧する閉塞プランジャーとを備えた竪型鋳造装置であって、前記ガス加圧注湯鍋が、その溶湯給湯口が装置本体の外側に位置するように構成されると共に、該溶湯給湯口を閉塞して密閉構造を形成する鍋蓋を有していることを特徴とする竪型鋳造装置や、（２）ガス加圧注湯鍋が装置本体に装脱着可能な構成であると共に、ガス加圧注湯鍋が鋳込ストークを備えていることを特徴とする上記（１）に記載の竪型鋳造装置や、（３）ガス加圧注湯鍋が鍋本体部及び該鍋本体部の上方に位置する溶湯供給小径部を有すると共に、該鍋本体部の側部から突出して鋳込みストークが斜めに設けられていることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の竪型鋳造装置や、（４）ガス加圧注湯鍋の容量が、１回の鋳込みに必要な溶湯を収容可能な容量であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の竪型鋳造装置に関する。

また本発明は、（５）鋳込通路穴の溶湯送出開口周辺部に、断熱材からなるスリーブが設けられていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の竪型鋳造装置や、（６）ガス加圧注湯鍋及び／又は鋳込ストークが、加熱手段を備えていることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の竪型鋳造装置や、（７）金型キャビテイ内の溶湯を加圧する加圧手段を備えていることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の竪型鋳造装置や、（８）上記（１）〜（７）のいずれかに記載の竪型鋳造装置を用いる鋳造方法であって、ガス加圧注湯鍋から鋳込ストーク及び鋳込通路穴を通じて溶湯を金型キャビテイ内へ鋳込み、溶湯がキャビテイ内を充填した後、鋳込通路穴に形成された溶湯送出開口を閉塞プランジャーで閉塞し、その後金型キャビテイ内の溶湯を加圧することを特徴とする竪型鋳造方法に関する。

さらに本発明は、（９）金型キャビテイ内の溶湯を加圧する時、型開力又は型開量を検出し、その値が規定値以上に大きくなった場合、加圧速度を遅くし、発生する型開力を小さくすることを特徴とする上記（８）に記載の竪型鋳造方法や、（１０）鋳込通路穴に形成された溶湯送出開口を閉塞プランジャーで閉塞した後、直ちにガス加圧注湯鍋内のガス圧を大気開放すると共に、鍋蓋を開放して、次回に必要な溶湯をガス加圧注湯鍋に供給し、再び鍋蓋を閉塞して、次回の鋳造に備えることを特徴とする上記（８）又は（９）に記載の竪型鋳造方法や、（１１）鋳込み終了時のガス圧を１ｋｇ／ｃｍ^２以上に制御して溶湯を鋳込むことを特徴とする上記（８）〜（１０）のいずれかに記載の竪型鋳造方法や、（１２）鋳造品が、軽金属合金の薄肉で大型の鋳造品であることを特徴とする上記（８）〜（１１）のいずれかに記載の竪型鋳造方法に関する。

本発明によれば、酸化物の混入のない溶湯を高速で短時間内に金型キャビテイに充填し、閉塞されたキャビテイ内の溶湯を有効に加圧して、ひけ巣の発生がなく、かつ、ガスの巻き込みのない鋳造品を簡便に鋳造することのできる、作業効率がよく、メンテナンスの容易な、設備費の安い竪型鋳造装置及び該竪型鋳造装置を用いる竪型鋳造方法を提供することができる。

本発明の竪型鋳造装置としては、金型キャビテイを形成することができる下側の固定金型及び上側の可動金型と、該固定金型に形成された、溶湯流入ゲートを介して金型キャビテイに連通する鋳込通路穴と、該鋳込通路穴に形成された溶湯送出開口を介して鋳込ストークを通じて下方から金型キャビテイ内へ溶湯を供給充填する、ガス加圧注湯鍋を具備した鋳込手段と、前記鋳込通路穴内を摺動し、溶湯送出開口を塞ぐと共に溶湯を加圧する閉塞プランジャーとを備えた竪型鋳造装置であって、前記ガス加圧注湯鍋が、その溶湯給湯口が装置本体の外側に位置するように構成されると共に、該溶湯給湯口を閉塞して密閉構造を形成する鍋蓋を有している竪型鋳造装置であれば特に制限されるものではなく、本発明の竪型鋳造装置は、作業効率がよく、メンテナンスの容易な設備費の安い竪型鋳造装置であると共に、本発明の竪型鋳造装置を用いることにより、酸化物の混入もなく凝固時にひけ巣の発生がなく、かつ、ガスの巻き込みのない鋳造品、特に薄肉で大型の鋳造品を好適に鋳造することができる。そして、かかる鋳造品としては特に限定されるものではないが、軽金属合金、特に約７％と凝固収縮が大きいアルミニウム合金を用いて薄肉で大型の鋳造品を鋳造する場合に、有利に適用することができる。

本発明の竪型鋳造装置における鋳込手段としては、鋳込通路穴に形成された溶湯送出開口を介して鋳込ストークを通じて下方から金型キャビテイ内に溶湯を供給充填する、ガス加圧注湯鍋を具備した手段であり、かかるガス加圧注湯鍋が、その溶湯給湯口が装置本体の外側に位置するように構成されると共に、溶湯給湯口を閉塞して密閉構造を形成する鍋蓋を有している手段であれば特に制限されるものではなく、かかる鋳込手段を用いることにより、例えば給湯ラドルを用いて、装置本体の外側に位置する溶湯給湯口から溶湯を導入し、鍋蓋を閉塞することにより密閉構造が形成することができるので、作業が容易となり、作業効率が向上する。

かかるガス加圧注湯鍋としては、鍋本体部及び該鍋本体部の上方に位置する溶湯供給小径部を有すると共に、前記鍋本体部の側部から突出して鋳込みストークが斜めに設けられている注湯鍋を挙げることができる。ガス加圧注湯鍋における溶湯供給小径部の径は、１００〜３００ｍｍ程度であることが好ましく、１５０〜２００ｍｍであることがより好ましい。また、鍋本体部は、傾斜した鋳込ストークが安定して保持されるように、鋳込ストークに対して垂直な壁面を有する形状であることが好ましい。

本発明におけるガス加圧注湯鍋は、溶湯供給小径部を有しており、かかる小径部まで溶湯を満たすことにより、ガス部の面積を小さくできるので、ガス圧の高圧化を可能にして容易に金型キャビテイ内まで溶湯を充填することができ、また、金型キャビテイへの定量的な溶湯の供給や供給速度の高速化及びショットタイムラグの短縮化を可能とし、高品質な鋳造や薄肉で大型の鋳造品の鋳造が可能となる。さらに、このような注湯鍋を用いることにより、生産サイクルタイムが短くなるので、生産性も向上する。

上記ガス加圧注湯鍋は、装置本体に固定されたものであってもよいが、装置本体に装脱着可能な構成であると共に、ガス加圧注湯鍋が鋳込ストークを備えていることが好ましい。ガス加圧注湯鍋を脱着して、装置本体の鋳込通路穴の清掃や潤滑のためのスプレー作業を行うことができるので非常にメンテナンスを行いやすい。

また、ガス加圧注湯鍋は、１回の鋳込みに必要な溶湯を収容可能な容量とすることにより、各鋳込み時の注湯鍋内の溶湯量が常に一定なので圧力補正を行う必要がなく、より精度よく溶湯の充填速度の制御を行うことができる。すなわち、複数回分の容量の場合には、各鋳込み時の液面レベルが異なり、圧力の微妙な調整を行う必要があるが、１回の鋳込みに必要な溶湯を収容可能な容量とすることにより、このような微妙な調整を行う必要がなく、本発明のように、特に微妙な調整を行う必要がある場合には有効である。

かかるガス加圧注湯鍋及び／又は鋳込ストークは、加熱手段を備えていることが好ましく、これにより、凝固層の発生を抑制し、湯廻りが良好で鋳造製品の不良発生を極力抑制することが可能となる。

ガス加圧注湯鍋に導入するガス（不活性ガス）の制御は、圧力制御弁を用いて行ってもよいが、ガスシリンダー及びピストンを有した加圧ガス導入手段を用いて、ピストン速度を制御することにより行うことが好ましい。加圧ガス導入手段におけるピストンは、プログラム制御されたパルスモーターにより駆動されることが好ましく、具体的には、パルスモーターにより駆動されるスクリュー軸によりピストンの進退を精度よく制御する。かかる加圧ガス導入手段を用いることにより、加圧ガスを正確に制御して溶湯の鋳込み速度をより確実に制御することができる。例えば、通過面積の狭い鋳込通路穴入口の溶湯送出開口や溶湯流入ゲートを通過する時に一時的に溶湯速度を低下させて噴流の発生を防止すると共に、鋳込み速度を上げても問題のないところでは鋳込み速度を上げて、全体としては高速に鋳込むことができ、高品質の鋳造品をより確実に製造することができる。また、加圧ガス導入手段は、さらに蓄圧タンク（アキュムレーター）を有していることが好ましい。これにより、瞬時に加圧充填を行うことが可能になり、上記ピストン機構と組み合わせることにより、より短時間に、且つ制御して溶湯を鋳込むことができ、薄肉鋳造に対応することができる。

また、鋳込手段は、上記ガス加圧注湯鍋に加えて、金型キャビテイ内のガスを排出する排気手段を備えていることが好ましい。該排気手段は、真空ポンプによる真空吸引であってもよいが、ガスシリンダー及びピストンを有して、該ピストン速度を制御することにより、金型キャビテイ内のガス排出速度を制御できるよう構成されている排気手段が好ましい。これにより、金型キャビテイへの溶湯のより高速な充填を可能とすると共に、金型キャビテイ内のガスを制御よく排出することができ、鋳込み時にもこの排気速度を精度よく制御することができるので、より正確に鋳込み速度を制御することができる。この排気手段におけるピストンもガス導入手段同様、プログラム制御されたパルスモーターにより駆動されることが好ましく、パルスモーターにより駆動されるスクリュー軸によりピストンの進退を精度よく制御することができる。

鋳込通路穴は、上方に位置する金型キャビテイに溶湯流入ゲートを介して連通するものであって、固定金型に形成されたものであれば特に制限されるものではなく、好ましくは円形断面であって、例えば、固定金型に略垂直方向にあけられた穴を例示することができる。かかる鋳込通路穴の径としては、例えば、５０ｍｍφ〜１５０ｍｍφ程度であり、８０ｍｍφ〜１２０ｍｍφであることが好ましく、また、長さとしては、例えば、１００ｍｍ〜２００ｍｍ程度であり、１２０ｍｍ〜１６０ｍｍであることが好ましい。溶湯流入ゲートの形状としては特に制限されないが、加工の容易さ等からして通常断面が円形の形状（円形ゲート）が好ましい。

また、この鋳込通路穴の側部には、鋳込ストークとの連通部である溶湯送出開口が設けられている。かかる溶湯送出開口の形状としては特に制限されないが、加工の容易さ等から、断面が隅角を丸めた四角形であることが好ましく、この場合、溶湯送出開口の一辺の長さはストークの内径よりも小さくすることが好ましい。また、鋳込通路穴の溶湯送出開口周辺部には、セラミックス等の断熱材からなるスリーブが設けられていることが好ましく、これにより、溶湯の冷却を抑制し、凝固物の発生を防止することができる。

前記鋳込通路穴内を摺動し、溶湯送出開口を塞ぐと共に溶湯を加圧する閉塞プランジャーは、金型キャビテイに充填された溶湯の逆流を防止するために溶湯送出開口を閉塞し、さらに前進して金型キャビテイ内に充填された溶湯を加圧する手段である。かかる閉塞プランジャーとしては、鋳込通路穴内を気密下に摺動しうるプランジャーチップ（プランジャーヘッド）と、前記プランジャーチップを進退させることができるプランジャーロッドを有するものを例示することができ、プランジャーロッドの往復動の駆動源としては、油圧シリンダやサーボモータを挙げることができる。かかる閉塞プランジャーは、下方から鋳込通路穴の溶湯送出開口を塞ぐように配置されたものであり、溶湯送出開口の直下にプランジャーチップが配置されるように配設されることが好ましい。

閉塞プランジャーによって溶湯流入ゲートを上方から塞ぐ従来の装置においては、溶湯の流れ方向とは逆方向から流入ゲートを閉塞した後、加圧手段による加圧を行うので、閉塞手段による閉塞作業の間、溶湯は流れを停止すると共に加圧されず、金型キャビテイの狭い通路内等で凝固が進行し、ひいては加圧溶湯補充に大きな圧力が必要となり、場合によってはそのタイミングが合わすにひけ巣が発生する場合があったが、本発明においては、閉塞プランジャーによって溶湯流入ゲートを下方から塞ぎ、溶湯の流れと同方向に作動するので、溶湯の流れは停止することなく、まだ凝固の進行の少ない段階から閉塞プランジャーによって加圧して溶湯を補充充填することができ、小さい圧力で均一かつ充分な補充充填を行うことができる。また、加圧開始速度が従来の方法よりも早いことにより、より薄肉鋳造も可能になる。

また、プランジャーチップが鋳込穴の前進限に位置したときに、プランジャーチップ後端が溶湯送出開口まで進出し、溶湯送出開口を開放するよう構成することが好ましく、その場合、プランジャーチップの後方のプランジャーロッド挿通部内（例えば、油圧シリンダー及びプランジャーチップとの間）にガス室を形成することが好ましい。すなわち、先方に位置するプランジャーチップ及び後方に位置する油圧シリンダーとの間にガス室を形成し、かかるガス室にガス供給手段を用いてガスを送入し、プランジャーチップの後端を溶湯送出開口に到達させてガス室とストークを連結させ、ガス室からのガス圧により、鋳込ストーク内の溶湯を注湯鍋に落下させるようにする構成とすることができる。これにより、鋳込ストーク内に溶湯を残存させることなく、すべての溶湯を確実に溶湯鍋に導くことが可能となり、プランジャーチップ後退時の溶湯のさしこみや、溶湯流入ゲート入口及び鋳込ストーク内での凝固固着などのトラブルの発生を防止することができる。前記ガス室内のガス圧としては特に制限されないが、溶湯鋳込み圧力と同等であることが好ましく、かかるガス室へのガスの導入は、注湯鍋にガスを導入する加圧ガス導入手段を用いることができる。また、加圧ガスは不活性ガスであることが溶湯の酸化を防止できることから好ましい。

また、本発明の竪型鋳造装置においては、閉塞された金型キャビテイ内の溶湯を加圧する加圧手段を備えていることが好ましい。すなわち、前記閉塞プランジャーと共に金型キャビテイ内の溶湯を加圧する加圧手段を備えていることが好ましい。加圧手段を設けるために金型キャビテイが加圧手段用のキャビテイ湯溜部を備えていることが好ましく、かかるキャビテイ湯溜部としては、溶湯流入ゲートの上方に位置するキャビテイ第１湯溜部と、キャビテイ第１湯溜部とはキャビテイ製品部を介して離れた位置にある１又は２以上のキャビテイ第２湯溜部からなるものがより好ましい。かかるキャビテイ第１湯溜部は、キャビテイ第２湯溜部に比べてより大きい容積を有しているものが好ましい。閉塞プランジャー及び複数の加圧ピンによって溶湯を加圧することによって、キャビテイ内の溶湯への圧力伝達距離を短くすることにより、キャビテイ製品部に均一に圧力を伝えることができ、小さい加圧圧力で凝固時にひけ巣の発生しない鋳造品を鋳造することが可能となる。また、加圧ピンを製品の形態に応じて適当な位置に配置することによって、キャビテイ製品部の溶湯の圧力伝達距離をさらに短くし、圧力伝達をより均一かつ充分なものとすると、より小さな加圧圧力でひけ巣の発生を防止することができる。また、本発明の竪型鋳造装置は、小さな圧力で十分な溶湯の加圧を行うことができるので、従来の高圧法の１／３〜１／５の型締力で対応することができ、製造コストの大幅な低減が可能となる。

続いて、本発明の竪型鋳造方法について説明する。本発明の竪型鋳造方法としては、上記本発明の竪型鋳造装置を用いた鋳造方法であって、ガス加圧注湯鍋から鋳込ストーク及び鋳込通路穴を通じて溶湯を金型キャビテイ内へ鋳込み、溶湯がキャビテイ内を充填した後、鋳込通路穴に形成された溶湯送出開口を閉塞プランジャーで閉塞し、その後金型キャビテイ内の溶湯を加圧する方法であれば特に制限されるものではなく、溶湯の鋳込みにおいては、溶湯の先湯が、溶湯流入ゲートを通過する時に、鋳込速度を低下させるよう制御して溶湯を鋳込む方法であることが好ましく、溶湯の先湯が溶湯流入ゲートを通過する時に、鋳込み速度が最も低くなるよう制御することがより好ましい。これにより、噴流の発生を防止して、溶湯へのガスの巻き込みを防止することができると共に、装置トラブルを回避することができる。なお、鋳込み速度が最も低くなるよう制御するとは、鋳込み開始時の圧力上昇時の鋳込み速度を除いて、それ以外の鋳込み全体の速度の中で最も低くなるように制御することをいう。また、閉塞プランジャーや加圧手段で加圧する時には、型開力又は型開量を検出し、その値が規定値以上に大きくなった場合、閉塞プランジャーや加圧手段の加圧速度を遅くし、発生する型開力を小さくすることが好ましい。

また、鋳込み終了時のガス注湯鍋内の圧力が１ｋｇ／ｃｍ^２以上になるよう制御して溶湯を鋳込むことが好ましく、これにより、全体としての鋳込み時間を短縮することができると共に、完全充填を行い、高品質の鋳造品を製造することができる。

なお、鋳込通路穴に形成された溶湯送出開口を閉塞プランジャーで閉塞した後、直ちにガス加圧注湯鍋内のガス圧を大気開放すると共に、鍋蓋を開放して、次回に必要な溶湯をガス加圧注湯鍋に供給し、再び鍋蓋を閉塞して、次回の鋳造に備えることが好ましい。

以下、アルミホイールを製造する竪型鋳造装置により本発明をより具体的に説明するが、本発明の竪型鋳造装置はアルミホイール以外の鋳造品の製造にも用いることができるものであり、本発明の技術的範囲はこの例示に限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る竪型鋳造装置の概略縦断面図であり、図２は図１に続く溶湯の押し上げ状態を示す説明図であり、図３は図２に続く作動状態を示す説明図であり、図４は図３に引き続く作動状態のハブ穴をあける状態を示す説明図であり、図５は図４に引き続く作業状態で、型を開き、鋳造品を取り出すと共に、給湯する状態を示す説明図である。

図１及び図５に示すように、本発明の一実施形態に係る竪型鋳造装置は、装置本体下部の水平な固定盤３に取り付けられた固定金型１と、固定金型１に固定された横型５と、上下に移動して型閉型開を行うことができる、装置本体上部の水平な可動盤４に、可動金型ホルダー６を介して取り付けられた可動金型２と、これら固定金型１及び可動金型２を具備する装置本体の斜め下方に配置されたガス加圧注湯鍋７とを備えている。かかる固定金型１、横型５及び可動金型２により、金型キャビテイＣが形成されるようになっている。

ガス加圧注湯鍋７は、鍋本体部７ａ及び鍋本体部７ａの上方に位置する溶湯供給小径部７ｂを有しており、溶湯供給小径部（溶湯供給口）７ｂは、装置本体の外側に位置する。溶湯供給小径部７ｂの溶湯給湯口には、ガス加圧注湯鍋７を密閉する鍋蓋２８が設けられている。また、鍋本体部７ａの側部の傾斜壁には、かかる傾斜壁に垂直に（図面上、斜めに）鋳込ストーク１７が設けられている。鋳込ストーク１７の下端入口は、金型キャビテイＣへの１回の注湯により下降する湯面の下方に配置されており、溶湯が送出される際、溶湯の上の加圧ガスや溶湯表面近傍の酸化膜等を鋳込通路穴１５内へ混入することはない。また、鋳込ストーク１７には、加熱ヒーター３３が設けられ、溶湯の凝固を防止する。

固定金型１には、固定金型１を貫通した垂直な鋳込通路穴１５が穿設されており、かかる鋳込通路穴１５の側部には溶湯送出開口１６が形成され、かかる溶湯送出開口１６を介して、鋳込通路穴１５と鋳込ストーク１７とが連通している。また、鋳込通路穴１５の上方には、溶湯流入ゲート１０が設けられており、かかる溶湯流入ゲート１０を介して鋳込通路穴１５及び金型キャビテイが連通している。なお、図６に示すように、鋳込通路穴１５の溶湯送出開口１６周辺部にセラミックス等の断熱材からなるスリーブ２１を設けて、溶湯の冷却を防止することが好ましい。

また、鋳込通路穴１５には、油圧シリンダー２２により駆動する閉塞プランジャー１２が設けられており、鋳込手段によって、金型キャビテイＣ内に完全に溶湯を充填（充満）した後、閉塞プランジャー１２を油圧シリンダー２２により前進させて溶湯送出開口１６を閉塞し、引き続いて前進させ、金型キャビテイ内の凝固収縮体積分の溶湯を鋳込通路穴１５から加圧補給する。

また、溶湯流入ゲート１０の上方には、ハブ部湯溜部（キャビテイ第１湯溜部）１１が形成されており、かかるハブ部湯溜部１１には、油圧シリンダー２３により駆動する第１加圧ピン１４が導入され、金型キャビテイＣ内の溶湯を加圧する。同様に、金型キャビテイＣの上方端部には、１又は２以上の小さなリム部湯溜部（キャビテイ第２湯溜部）１９が形成されており、かかるリム部湯溜部１９には、油圧シリンダー２４により駆動する第２加圧ピン２０が導入され、金型キャビテイＣ内の溶湯を加圧する。すなわち、閉塞プランジャー１４と共に、これら第１加圧ピン１４及び第２加圧ピン２０を押出し、キャビテイ第２湯溜部１９を介して金型キャビテイＣの溶湯を加圧するようになっている。

次に、上記説明した竪型鋳造装置の動作及び鋳造方法について説明する。
図１〜図３に示すように、給湯が完了したガス加圧注湯鍋７の鍋蓋２８が閉塞されると、ガス加圧注湯鍋７内の溶湯湯面にかかるガス圧と、ガス排気手段による真空吸引とによって、ガス加圧注湯鍋７内の溶湯が、鋳込ストーク１７、溶湯送出開口１６、鋳込通路穴５及び溶湯流入ゲート１０を通じて金型キャビテイ内へ充填される。

このとき、図７に示すように鋳込速度を制御して溶湯を金型キャビテイ内に充填する。ガス加圧注湯鍋７内への加圧ガスの導入をガスシリンダーによる加圧ガス導入手段を用いて行うことにより、図７に示すような鋳込み速度により正確に制御することができる。

すなわち、溶湯の鋳込み段階においては、溶湯が冷却凝固しない短時間内に金型キャビテイへの充填を完了する必要があるので、溶湯が溶湯流入ゲート１０に到達するまでは早く押し上げるが、湯先が溶湯流入ゲート１０を通り過ぎる時には、鋳込み速度を遅くし、図２に示すように、溶湯が溶湯流入ゲート１０の周辺の底面から離れることなく、また、湯面がハブ部湯溜１１の上部に残ったガスを巻き込まないようにする。仮に、この時の速度が速いと、溶湯は噴流となって、溶湯流入ゲート１０周辺の底面から離れ、その溶湯の先端は、ハブ部湯溜１１の天井に衝突してガスを巻き込む。その後、徐々に速度を上げ、リム部９ｃを充填する時は、鋳込み速度を速くして、全体の充填時間を短く、充填を完了する。この充填完了時、ガス加圧注湯鍋７内のガス圧が１ｋｇ／ｃｍ^２以上の圧力となって溶湯を加圧していることが完全充填、ひけ巣発生防止の上で有効である。

図３に示すように、金型キャビテイ内の溶湯の流れが充填完了で停止し、加圧ガスの圧力が上昇すると、これを充填完了の信号として検知して、直ちに閉塞プランジャー１２で溶湯送出開口１６を閉塞、鋳込通路穴５内の溶湯を加圧する。この時、閉塞プランジャーチップ１３の後端が、溶湯送出開口１６に達すると加圧ガスが鋳込ストーク１７に流入し、鋳込ストーク１７内の溶湯はガス加圧注湯鍋７内へ落下する。

他方、金型キャビテイ内においては、溶湯の凝固収縮が生起するため、閉塞プランジャー１２及び加圧ピン１４，２０を進出させ、凝固収縮体積に応じた補充を行う。閉塞プランジャー１２の進出による凝固収縮体積に応じた加圧補充は、金型キャビテイの反対側の端部までは圧力伝達が難しい場合があるので、端部周辺の加圧ピン１４，２０を作動させて加圧することにより、全面的に凝固収縮によるひけ巣のない緻密な組織の製品を得ることができる。次いで、図４に示すように、閉塞プランジャー１２をさらに前進させてハブ穴を形成する。その後、図５に示すように、金型キャビテイ内の溶湯の冷却凝固が完了すると、型開きを行い、可動金型２で持ち出された製品素材は各加圧ピン及び押出ピンによって押し出され、取り出すことができる。

本発明の一実施形態に係る竪型鋳造装置の概略縦断面図である。 図１に続く溶湯の押し上げ状態を示す説明図である。 図２に続く作動状態を示す説明図である。 図３に続く作動状態のハブ穴をあける状態を示す説明図である。 図４に引き続く作業状態で、型を開き、鋳造品を取り出すと共に、給湯する状態を示す説明図である。 図１に示す竪型鋳造装置において、鋳込通路穴の溶湯送出開口周辺部にスリーブを設けた場合の説明図である。 図１に示す竪型鋳造装置の鋳込み速度の一例を示す図である。

符号の説明

１ 固定金型
２ 可動金型
３ 固定盤
４ 可動盤
５ 横型
６ 金型ホルダー
７ ガス加圧注湯鍋
７ａ 鍋本体部
７ｂ 溶湯供給小径部
９ 金型キャビテイ
９ａ アルミホイールのハブ部
９ｂ アルミホイールのスポーク部
９ｃ アルミホイールのリムフランジ部
１０ 溶湯流入ゲート（円形ゲート）
１１ ハブ部湯溜部（キャビテイ第１湯溜部）
１２ 閉塞プランジャー
１３ 閉塞プランジャーチップ
１４ 第１加圧ピン
１５ 鋳込通路穴
１６ 溶湯送出開口
１７ 鋳込ストーク
１９ キャビテイ第２湯溜部
２０ 第２加圧ピン
２１ 鋳込通路穴スリーブ
２２ 閉塞プランジャー用油圧シリンダー
２３ 第１加圧ピン用油圧シリンダー
２４ 第２加圧ピン用油圧シリンダー
２５ 第２加圧ピン取付板
２６ 押出ピン取付板
２７ 注湯鍋給湯口
２８ 注湯鍋給湯口蓋
２９ 注湯鍋給湯口蓋シールパッキング
３０ 注湯鍋加圧ガス入口
３１ 閉塞プランジャー加圧ガス入口
３２ 給湯ラドル
３３ 加熱ヒーター
３４ ガス弁
３５ ガス弁
３６ 鋳造品

Claims (12)

1. 金型キャビテイを形成することができる下側の固定金型及び上側の可動金型と、該固定金型に形成された、溶湯流入ゲートを介して金型キャビテイに連通する鋳込通路穴と、該鋳込通路穴に形成された溶湯送出開口を介して鋳込ストークを通じて下方から金型キャビテイ内へ溶湯を供給充填する、ガス加圧注湯鍋を具備した鋳込手段と、前記鋳込通路穴内を摺動し、溶湯送出開口を塞ぐと共に溶湯を加圧する閉塞プランジャーとを備えた竪型鋳造装置であって、
   前記ガス加圧注湯鍋が、その溶湯給湯口が装置本体の外側に位置するように構成されると共に、該溶湯給湯口を閉塞して密閉構造を形成する鍋蓋を有していることを特徴とする竪型鋳造装置。
2. ガス加圧注湯鍋が装置本体に装脱着可能な構成であると共に、ガス加圧注湯鍋が鋳込ストークを備えていることを特徴とする請求項１に記載の竪型鋳造装置。
3. ガス加圧注湯鍋が鍋本体部及び該鍋本体部の上方に位置する溶湯供給小径部を有すると共に、該鍋本体部の側部から突出して鋳込みストークが斜めに設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の竪型鋳造装置。
4. ガス加圧注湯鍋の容量が、１回の鋳込みに必要な溶湯を収容可能な容量であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の竪型鋳造装置。
5. 鋳込通路穴の溶湯送出開口周辺部に、断熱材からなるスリーブが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の竪型鋳造装置。
6. ガス加圧注湯鍋及び／又は鋳込ストークが、加熱手段を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の竪型鋳造装置。
7. 金型キャビテイ内の溶湯を加圧する加圧手段を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の竪型鋳造装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の竪型鋳造装置を用いる鋳造方法であって、ガス加圧注湯鍋から鋳込ストーク及び鋳込通路穴を通じて溶湯を金型キャビテイ内へ鋳込み、溶湯がキャビテイ内を充填した後、鋳込通路穴に形成された溶湯送出開口を閉塞プランジャーで閉塞し、その後金型キャビテイ内の溶湯を加圧することを特徴とする竪型鋳造方法。
9. 金型キャビテイ内の溶湯を加圧する時、型開力又は型開量を検出し、その値が規定値以上に大きくなった場合、加圧速度を遅くし、発生する型開力を小さくすることを特徴とする請求項８に記載の竪型鋳造方法。
10. 鋳込通路穴に形成された溶湯送出開口を閉塞プランジャーで閉塞した後、直ちにガス加圧注湯鍋内のガス圧を大気開放すると共に、鍋蓋を開放して、次回に必要な溶湯をガス加圧注湯鍋に供給し、再び鍋蓋を閉塞して、次回の鋳造に備えることを特徴とする請求項８又は９に記載の竪型鋳造方法。
11. 鋳込み終了時のガス圧を１ｋｇ／ｃｍ^２以上に制御して溶湯を鋳込むことを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の竪型鋳造方法。
12. 鋳造品が、軽金属合金の薄肉で大型の鋳造品であることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の竪型鋳造方法。

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