JP2008511442A - 合金鋳造装置 - Google Patents

Abstract

鋳造作業において合金の重力による流れ込み及び供給を可能とする鋳造装置であって、その装置は、投入された合金の保持する供給容器と、かかる容器を含み、合金を好適な鋳造温度で供給するために容器を加熱することができる炉と、容器から炉に対して側方外側に据え付けられた金型とを有する。また、容器と金型とを連通させる導管を有する。更に、かかる容器から金型により規定される金型内の空間へと合金を流し込むことを許容する又は阻止するために、実質的に水平な軸線の近傍に炉、容器及び金型を含むアセンブリを双方に傾動させる手段を有する。

Description

この発明は、合金鋳造装置に関する。

これまで、鋳造工場で高い品質の部品を経済的に生産することのニーズに適した、多目的重力鋳造装置が求められてきた。

この発明は、特には、マグネシウム合金を鋳造する鋳造装置を提供して、かかるニーズを満たすことを目的としている。

この発明に従う鋳造装置は、鋳造操作時に重力により合金を流し込み、供給することを可能とする可逆的に旋回可能なアセンブリを有する。そのアセンブリは、リザーバポット、（レトルトとも呼ばれる容器）又はタンク状の合金供給容器、その容器を含む炉、及び、その容器が連通している金型を含む。かかるアセンブリは、実質的に水平な軸線の周りで一方向に傾動して、金型により規定される少なくとも一つの金型内の空間へと合金を流し込むこと、そしてその反対方向に流れ出ることを阻止することを可能とする。

この装置は、重力により鋳造可能な任意の金属を使用することに適合している又は好適である。しかしながら、その装置にマグネシウム及びマグネシウムの合金（以後、それらをまとめてマグネシウム合金とする）を使用することが特に好適である。なぜなら、この装置は、溶融マグネシウム合金の取り扱い及び鋳造に固有の問題を解決することができるからである。そのことから、この発明はより広範に実施可能ではあるが、ここではマグネシウム合金について特に説明することとする。

この発明に従う鋳造装置は、投入された合金を保持する供給容器、その容器を含み、かつ容器を加熱して好適な鋳造温度での合金の供給を維持することができる炉、その炉内又は炉上において、容器の側方外側に据え付けられた金型、容器と金型間とを連通させる導管、及び容器から金型により規定される金型内の空間へと合金を流し込むことを許容するため又はそれを阻止するために、炉、容器及び金型を含むアセンブリを実質的に水平な軸線において可逆的に傾動させる手段を有する。

その装置において、アセンブリを可逆的に傾動する手段は、二つの選択可能なモードのうちの、少なくとも一方のモードにより操作することができる。第一のモードは、複数の連続的な鋳造サイクル下にある装置の操作に使用することができる。第一モード下にあるアセンブリは、容器から金型への合金の流れ込みを阻止し、一サイクルが終了した後であって、次のサイクルの開始する前にある第一の、非鋳造位置と、合金を容器から金型へと流し込むことができる第二の、鋳造位置との間を傾動することができる。第二モードは、鋳造作業を完了させるため、又は装置を維持する若しくは修復するために使用することができる。その第二モードにおいて、アセンブリは、鋳造位置から離間する方向へと非鋳造位置を越えた第三の、保存位置まで傾動することができる。アセンブリが保存位置にある場合には、導管内に保持されている合金が容器内に流し戻される。

容器内には鋳造サイクルで消費される合金よりも多量の溶融合金を保持することができる。アセンブリが非鋳造位置にあるとき、容器は、合金の上方の自由面を容器に対して実質的に一定の液面高さに維持するために必要な新しい合金を受容し得ることが好ましい。しかし、合金表面の高さは一定の液面高さから小さな範囲内で異なる。その範囲の幅は装置の寸法によって異なるが、好適な液面高さの範囲が約±１５ｍｍにある場合には、例えば約±３０ｍｍを越えない範囲内としなければならない。装置の近傍にある大きな保持炉から容器へとサイフォン作用などにより合金を供給することができる。あるいは、容器内で溶解される凝固合金を追加することなどして、連続サイクルにおいて合金を容器内へと必要に応じて度々追加することができる。

アセンブリを傾動し得る限界の位置には、固定された角度位置まで旋回させることで、到達することとなる。その位置は、上記において詳細に説明した３種の位置、及び以下に詳細に説明する第四の位置をも含む。しかし、アセンブリを非鋳造位置から鋳造位置へと傾動して、角度を大きくすることで、連続鋳造サイクルの各サイクルにおける圧力ヘッドを相当に均一とすることができる点で有利である。そのことから、傾動角度が増加するように設計することは、各鋳造サイクルにおいて、溶融合金が損失することを許容することにつながる。もちろん、サイクル数には制限があり、容器内の合金を増加させる前には、傾動角度を増加させることが重要となる。

この発明に従う一実施形態において、アセンブリが非鋳造位置にあるときに、容器内の合金の液面高さよりも低い位置に、容器に導管の第一端を有することが好ましい。その構成において、その位置よりも上部にある溶融合金の圧力ヘッドは、第一モードにおけるアセンブリの旋回時に維持することができ、アセンブリが非鋳造位置から鋳造位置まで傾動することに伴い、合金の圧力ヘッドが増加する。アセンブリが鋳造位置にあるときに、圧力ヘッドが最大値に達し、容器内の合金の液面高さが金型内の空間内の最も高い位置を充分に越えるので、金型内の空間の充填を確実に完了させることができる。

導管が延在する位置から、導管は容器から離間し、炉の壁内を側方向に通り、金型の第二端へと外側に延びる。この発明に従う好ましい実施形態おいて、少なくとも導管は金型と連通しており、アセンブリが鋳造位置にあるときに、容器内で生じた合金の圧力ヘッドにより、合金が上方へと流れ込み、金型内の空間を充填する。必須ではないが、アセンブリが非鋳造位置にあるときには、導管は金型内の空間の直下で金型内の空間と連通していることが好ましい。いかなる場合においても、金型は、容器の側方外側に位置していること、及びアセンブリ非鋳造位置にあり、金型が開いているときに、夫々の容器内及び導管における合金の液面高さが、導管の第二端及び金型の固定部分の近傍まで拡がる同一の平面となることが好ましい。

導管は比較的長いことが好ましい。炉内の導管の第一部分は、炉により加熱されるので、合金を金型へと流す際に超過冷却されるリスクを減少させることができる。また、炉と金型との間にある導管の第二部分は、超過冷却されないように保護されることが好ましい。なお、導管を耐熱性断熱材により構成すること、又は第二部分に断熱スリーブを設けることで保護することができる。しかしながら、導管の第二部分は、特には、第二部分の周りの電気抵抗コイルの設備などにより、スチールなどの好適な金属を過熱することが好ましい。

導管は、非鋳造位置において、その第一端からの長手方向における主要部分を有し、炉内を通り、炉の外側に延びており、アセンブリに対して下方に傾く。例えば、主要部分は水平状態から約５°〜１５°まで傾けることができる。導管は、容器から離間した主要部分の端部から、金型へと上方に延在する、実質的には垂直となる短い部分を有している。主要部分及び短い部分の相対的な長さ、及び水平状態から下方に傾いた主要部分の角度から、非鋳造位置と鋳造位置との間でアセンブリを旋回させるために相当に小さい角度の旋回が必須となる。その旋回角度は、例えば、約１５〜３０°又は約２０〜２５°などとすることができる。短い部分は主要部分から上方に向かって、主要部分が水平面に対し傾いた余角に実質的に対応する鋭角に延在することができる。また、導管には、主要部分から短い部分へと湾曲して移動させる中間部分を設けることができる。

容器から延在する導管の配置により、非鋳造位置と鋳造位置との間を相当に小さな角度で旋回させることを容易にすることが好ましい。上記したように、その配置は、アセンブリが非鋳造位置にある場合に、合金の液面高さの下方となることがより好ましい。また、容器は導管が延在する直立壁部を有することが好ましく、アセンブリが非鋳造位置にあるときには、壁部は垂直な角度からわずかにずれた範囲内の角度となることが好ましい。このように、アセンブリがその位置から旋回すると、導管が延在する配置の上方にある合金の圧力ヘッドは、鋳造位置へと旋回することに伴い相当に増加させることができる。この効果を最大限に引き出すために、アセンブリが周りを傾動する軸線は、容器の中心線を越えてその配置から離れる方向に向かって水平方向に離間しており、軸線とその配置との間隔は導管の主要部分の長さに相関している。かかる間隔は、例えば、導管の主要部分の長さの少なくとも約４０％とすることができ、かかる長さの約５０％を超過することが好ましい。

この発明に従う一実施形態において、容器は傾動軸線に対して垂直な断面の形状がＵ字状となるトラフを具える。かかる形状において、導管はＵ字状として規定される両側壁の一方の側壁から延在し、傾動軸線がもう一方の側壁に向かって、又は必要に応じてそれを越えてオフセットしている。その形状の容器は、夫々の端部において、夫々に上方に延在する壁部を有し、それらの壁部は傾動軸線に対して横方向に、すなわち実質的に垂直方向に延在することができる。その形状又はその他の形状において、容器は、合金表面上の保護雰囲気を必要に応じて調整することができるカバーを有することが好ましい。そのカバーは、開口可能なポートを有し、新たな合金を容器へと供給することができる。あるいは、カバーを通してサイフォンパイプを延在させて、サイフォン作用により容器内の合金の液面高さを調整することができる。

容器は、容器の内部を二つのチャンバ又はセクションに分割する横方向バッフル又は隔壁を有する。また、上記したように、容器がトラフであることから、横方向バッフルは例えば端壁間の途中の部分である中間部分となる。このとき、導管は第一のチャンバ又はセクションから延在し、新たな合金は第二のチャンバ又はセクションに供給することができる。バッフルは、第二チャンバに供給された新しい合金を導管が延在する第一チャンバへと流すことができるように、その内部に開口部を有し、又はバッフルの端縁と容器の基本表面との間に規定される開口部を有する。その構成において、合金の凝固塊は、鋳造操作の際に、第一の、鋳造チャンバから導管へと流し込むことを妨げることなく、第二のチャージングチャンバ内に含めることができる。

この発明に従う装置の実施形態において、金型は、炉に装着される下部、及び炉に対して移動可能であり、金型を開閉するための上部を有する。その実施形態では、金型が開いている場合に、導管の第二端において、金型は保護カバーガスを金型内の空間に供給して、溶融合金の表面を保護する供給手段を有する。その供給手段は、鋳造位置から非鋳造状態に傾ける直前に、金型内の空間に凝固する合金を流し込む金型に保護ガスを提供するために操作することができることが好ましい。この構成において、溶融合金が金型から流し戻されると、導管の第二端における圧力の減少は導管の第二端へと保護ガスを流すことが可能となる。このことから明らかなように、保護ガスは若干の陽圧条件下で供給されるので、金型内の空間内に流し込み、それを導管の第二端まで流し込むことを可能とする。保護ガスを金型内の空間から導管に流し込むことは、製品表面と金型内の空間を規定する金型表面の掃除を提供する鋳造された製品固有の収縮により促進される。

カバーガスは分離面における一つ又は複数のときには夫々の金型部分に形成される一つ以上のチャネルに沿って金型内の空間に流し込まれることが好ましい。そのガスは分離面が規定される金型部分の外側の周縁部に供給することができる。この発明に従う好ましい実施形態において、ガスは、ペリフェリ近傍から延在して、チャンバから金型内の空間に、例えば金型の分離面などにより規定される多数の通路を介して送気することができる簡易供給源からチャンバへと供給されることが好ましい。

アセンブリが鋳造位置に傾動することにより、金型内の空間に流し込まれる合金は空気及び保護ガスと置換される。このように夫々の鋳造サイクルにおいて、新しい保護ガスが金型へと供給される必要がある。その装置は、関連操作パラメータに応じて、保護ガスを適切に供給するタイミングを計る手段を有することが好ましい。

保護カバーガスを供給する手段は、ガスを供給源から供給される金型の供給ポートから金型内の空間へと連通させる通気システムを含むことが好ましい。この通気システムは、鋳造操作を開始するときに、溶融合金を金型内の空間内に流し込んで、金型内の空間内のガスを奪気することができ、掃気ポートを介して通器路から奪気されたガスを掃気する。相対バルブは、その他のポートが開いているときに、ポートの一つを閉じるように操作することができる。

金型が長期間開いている場合には、導管の金型端にカバーカスを供給することが好ましい。そのことは、供給ホース、供給ガン、供給スプレー缶などにより実行することができる。

この発明を撚り深く理解するために図面を参照しつつこの発明を説明する。

図１及び図２に示すように、装置１０は、溶融金属１５の供給を維持する供給容器１４、及びその容器１４を含み、合金１５の鋳造温度を維持するために加熱可能である炉１６を含むアセンブリ１２を有している。そのアセンブリ１２は、容器１４の一側方から外側にある、炉１６に対して装着される金型１８を更に含んでおり、その容器１４と金型１８との間は導管２０により連通する。

そのアセンブリ１２は、図１及び図２にて法線方向に延びる実質的に水平な軸線「Ｘ」にて傾動することができるように据え付けられる。このことを実現するために、炉１６の夫々の端から突出しているトラニオン２２は、ベースＢに固定された一対の支柱２４の夫々に対する軸端となる。また、炉１６の夫々の端には、アセンブリ１２を傾動するために伸縮可能な水圧ラム２６が取り付けられている。

容器１４は、Ｕ字形状を有する周囲プレート２８及び一対の端壁３０により規定される比較的短いトラフの形状となる。また、端壁３０の中間において、容器１４は開口部を有する隔壁２９上に横方向バッフルを有し、そのことを以下に詳細に説明する。導管２０は、プレート２８の一方の側壁３４から延在し、その近傍の炉１６の側壁３６を通り、金型１８の下方位置まで延在する主要部分３２を有する。導管２０は、主要部分３２の外側端から上方に短く延在する、金型１８と連通させる部分３８を有する。図６から明らかなように、導管部分３２の内部端は、容器１４のコネクタ４２上に設けられた管状フランジ４０に接続している。そのフランジ４０は同様のフランジ４４に当接しており、フランジ４０及び４４は以下に詳細に説明するクランプ装置４５により固定される。

金型１８は下部４６及び上部４８を有する。図１及び図２において、上部４６は炉１６上にマウントされている。しかし、より一般的な構成では、符号４９に示すように、炉１６は、下部４６を支持するためにサイドブラケット又はエプロンを有する。上部４８は、下部４６及び上部４８が金型内の空間５０を規定している図２の位置（図３参照）と持ち上げた状態の図1の位置との間を移動することができる。この移動のために、装置はその上端に水圧ラム５４が据え付けられている直立したガイド部５２を有する。そのラム５４が伸縮自在であり、拡縮自在であることから、金型部分４６に対して金型部分４８を上下させることが可能となる。

容器１４は、アセンブリ１２が図１に示す、容器１４と導管２０との間を連通させる溶融合金１５の自由面がコネクタ４２の配置の上部にあるような、非鋳造位置にあるときに、溶融合金１５の容量を保持できるように設計されている。かかる位置から、導管２０の部分３２は容器１４に対して外側及び下方に延在する。その構成は、アセンブリ１２が非鋳造位置にあり、（導管２０の外側の端部が大気圧となるように）金型が開いており、導管２０内の合金１５の自由面が金型１８の直下に位置するような構成となる。水圧ラム２６の収縮により、アセンブリ１２は軸線Ｘにおいて、図１及び図２に示す図に対して時計方向に傾動することができ、アセンブリ１２を図２に示す鋳造位置とすることができる。しかし、かかる傾動に先立ち、ラム５２が伸長して、下方の金型部分４６と係合するように上方の金型部分４８を下方へと移動させて、金型１８を閉じることで鋳造作業の準備を完了させる。

アセンブリ１２が図１の非鋳造位置から図２の鋳造位置へと移動することにより、容器１４から延在している導管２０の位置が容器１４内の合金の表面よりも相当に低くなる。その位置の上方における圧力ヘッドは、鋳造位置において最大値まで増加する。また、導管２０の外部端及び閉じられた金型１８は容器１４内の合金１５の自由表面よりも低くなる。その結果、合金は重力により導管内へと流れ、そして導管２０から金型内の空間５０へと流れる。空間５０の上部は、鋳造位置の範囲内となる容器１４内の合金の表面の下方にあり、相当の圧力ヘッド「Ｈ」が空間５０の上方に存在することとなる。このように、金型内の空間を充填することについては、完全な充填及び一定の収縮によるオフセットは、充分な圧力をかけることにより確実に達成される。

導管２０の主要部分３２の長さから、比較的小さな角度の傾動により、圧力ヘッドＨを発生させ、非鋳造位置から鋳造位置へと移動することができる。その角度は、例えば約１５〜３０°としたり、例えば約２０〜２５°としたりすることができる。充分な圧力ヘッドの実現は、アセンブリ１２が非鋳造位置にある容器１４に対して導管２０を下方に傾けることにより支持され、導管２０は相互に傾斜した部分３２、３８により曲げ形状又はくの字形状となる。また、圧力ヘッドの発達は、導管２０が延在する容器１４の側部から離れる方向において、容器１４の中央線から離間した位置の軸線Ｘ、及びプレート２８の側壁３４の相対的に直立した部分から延在している導管２０により補助される。

少なくともマグネシウム合金を鋳造する場合において、容器１４内に保護雰囲気が供給されることが最も好ましく、そうすることで、導管２０の外側端において金型１８が開いたときに、合金が酸化及び燃焼してしまうことのリスクを回避する。容器１４内において、合金１５上の容積は、比較的容易に保護することができる。好適な保護ガスは空気よりも密度が高いので、容易に保持することができ、ガスの保持は容器１４を覆う蓋５５を設けることにより補助される。したがって、合金が導管２０の一部分３８の上方端内にあるときには、問題が若干複雑となる。しかし、図３〜図５に示す構成の実施形態は有利な効果を有している。

図３は、非鋳造位置からのアセンブリ１２の傾動を開始する直前の金型１８を示す。したがって、このとき金型が閉じている。図４は、鋳物５６を金型内の空間５０から取り外すために金型１８を開ける直前である、非鋳造位置に戻った後の状態を示す。

図３〜図５に示すように、金型部分の下部４６及び上部４８は夫々に対応する周囲フランジ５８及び６０を有する。図３において、金型部分４８のフランジ６０は下向きに曲がった外側リム６２を有しており、リム６２の下方端において、シール６４が溝６５に沿って嵌め込まれ、上部４８のフランジ６０の上面に対する軸受けとなる。図４及び図５において、上部４６のフランジ５８は上方に曲がった外側リム６２を有し、リム６２の上端に対して軸受けとなるシール６４が、上部４８のフランジ６０の底面で溝６５に沿って嵌め込まれる。その構成は、離間させる平面Ｐにおいて、下部４６及び上部４８が接触するように金型が閉じて、フランジ５８及び６０が連結管６６を形成する。連結管６６において、チャンバ６８は、平面Ｐが延在する金型部分４６及び４８の周囲により規定されている。金型内の空間５０の周りにおいて、チャンバ６８及び空間５０は、部分４６及び４８の少なくとも一つの表面にある多数のスロット７０により連通することにより、図示したように、部分４６には空間５０とチャンバ６８との間に細い通路７１が規定される。

連結管６６はチャンバ６８と連通する少なくとも一本のコネクタ７２を含んでいる。コネクタ７２は保護カバーガスをチャンバ６８に供給することができる供給管７４に連結する。また、連結管６６は少なくとも一本のコネクタ７５を含み、排気管７６を介して回収することにより、ガスをチャンバ６８から排気することができる。

上記したように、アセンブリが非鋳造位置にあり、金型１８が開いている場合には、導管２０内の合金１５の表面は、金型１８の直下に位置する。このことは、図３に示すように、その位置から傾動する前において、金型１８を閉じても維持される。アセンブリ１２が鋳造位置に移動すると、合金が導管２０内に流れ込み、その合金は注入湯口７８を介して金型１８まで流れ込み、金型内の空間５０を充填する。金型内の空間を充填する工程において、導管２０の排出端及び空間５０内にあるガスは、合金へと置換される。その置換されたガスは、通路７１を通ってチャンバ６８へと送り込まれる。そのチャンバ６８において、置換されたガスは管７６から排気される。このことを可能とするために、管７４のバルブ８２は閉じられ、管７６のバルブ８０が開かれる。バルブ８０及び８２は電磁バルブであることが好ましい。

鋳造位置まで傾動させて、金型内の空間を充填することにより生産される鋳物５６を凝固する際には、合金がかかる鋳物から注入部の細いネック部、湯口７８まで戻って凝固することとなる。合金の凝固すると、アセンブリ１２は非鋳造位置に戻る。アセンブリが傾動して鋳造位置から離れると、導管２０内に残った溶融合金は容器１４内に戻り、導管２０内の溶融金属の表面と湯口７８内の凝固した合金との間に隙間を設ける。

鋳造位置からの傾動の開始前に、バルブ８０は閉じられ、バルブ８２は開けられる。バルブ８２を開けることにより、保護ガスがチャンバ６８に供給され、かかる保護ガスは通路７１及び金型内の空間５０を通って、導管２０の端部まで供給される。このことは、合金が凝固して空間５０内で収縮することにより可能となり、鋳物５６及び湯口金属から導管２０までの周りで、通路７１から保護ガスを送り、製造される鋳物５６の周辺を充分に掃除することができる。また、保護ガスをチャンバ６８に供給するためには大気圧よりも大きな圧力により供給することが必要であり、図示したように、導管２０内で収縮した合金は導管２０内を減圧させる傾向にある。

アセンブリ１２が非鋳造位置に戻ると、バルブ８２は閉じられる。そして、金型部分４８は持ち上げられ、鋳物が取り除かれる。しかし、金型１８が開いても、保護ガスが空気よりも密度が高いことから、保護ガスは導管２０の端部において充分に保持される。このように、鋳造サイクルの比較的短時間のインターバルにおいて、かかるガスは、導管２０内の金属の上面を酸化から守ることができる。

アセンブリ１２を鋳造位置と非鋳造位置との間を傾動することができることに加え、ラム２６を操作して、保存位置までアセンブリ１２を傾動することができる。このことから、ラム２６は、アセンブリ１２を鋳造位置から非鋳造位置まで戻すために必要な長さよりも大きく伸長する。つまり、アセンブリ１２は、非鋳造位置にある図１及び図２に対し、反時計回りに傾動する。アセンブリが非鋳造位置から保存位置まで傾動する角度は、導管２０内の合金の全てが、容器１４に戻るために充分な角度となっている必要がある。

鋳造活動を完了させるためにその保存位置とすることができる。また、容器１４内で凝固した合金は炉から熱エネルギーを加えることにより再び融解させることができる。しかし、合金を導管２０内で再融解させることには困難が伴うので、合金を導管２０内で凝固させてはならない。アセンブリ１２を保存位置まで傾動させることは、導管２０内で合金が凝固してしまうことを防止する。

保存位置まで傾動させることは、容器１４から溶融合金が炉１６内に流れ出すような不具合が発生したときにも利用することができる。図示しているように、炉１６は排水ポート８４を有するので、アセンブリ１２が保存位置にあるときに、溶融合金を、金型１８から離間した位置に炉１６の側部に沿って据え付けられたチャンバ８６内へと流し込むことができる。チャンバ８６には、溶融合金のスラグを形成させるために好適なフラックス８７を添加することができる。チャンバ８６を比較的冷却した状態で保持することができる場合には、フラックスは合金と接触すると溶解するプラスチックバッグに入れておくことができる。傾斜ベース部８８は合金をチャンバ８６内に排出することを促進する。

導管２０は点検のための除去又は交換を時々必要とする。そのことはクランプ装置４５及び図６に示す構成により促進される。図６に示すように、フランジ４０と４４の面は、陥凹座部８９を有するフランジ４４と突出した中央ハブ９０を有するフランジ４０により内部係合する。波形ガスケット９１は座部８９とハブ９０との間に取り付けられ、フランジ４０及び４４は装置４５によりガスケット９１において密閉することができる。

フランジ４０及び４４は夫々に先細となる外側の側面を有する。装置４５は向かい合った一対のクランプ部材９２及び９３を有し、その夫々がフランジ４０及び４４が着座する半円状の溝を規定する。その下方の部材９２は、その部材９２から突出している、一対の平行であり、上方の部材の孔を通されるネジロッド９４を有する。部材９３の上部には、ナット９６をロッド９４及びスペーサ９５上に嵌合させることにより、圧縮スペーサチューブ９５が、夫々のロッド９４に取り付けられ、そのことにより部材９２及び９３が接触させる。このように、ナット９６又はロッド９４を締め付けることにより、フランジ４０及び４４をグリップガスケット９１に堅固に固定する。

図１及び図２に示すように、ロッド９４の上方端及びチューブ９５は、炉１６の上方に突出する。このように、ナット９６は必要に応じて締めたり緩めたりすることができる。また、図７において明らかなように、上方部材９３にはロッド９４の間に配置された上方に突出したロッド９７が設けられている。ロッド９７は操作装置４５のハンドルとして使用される。しかし、図８に示すように、ナット９８を緩めた後に部材９２及び９３を分離させるためにインパクトハンマーを操作することができる構成を有し、ロッド９７上に重いスリーブ９９を配置した後に、ロッド９７のネジ上方端にナット９８を取り付けることができる。

図９は容器１４の断面斜視図であり、その内部にあるバッフル２９を示している。そのバッフルはプレート２８のＵ字状の内部表面に適合するような形状となっており、プレート２８に溶接されることで固定されている。バッフル２９は容器１４の端壁３０に実質的に平行であり、かつその中間に配置されている。したがって、容器２４の内部は、導管２０が延びる第一チャンバ１４ａと第二チャンバ１４ｂに分割される。新たな合金はチャンバ１４ｂに供給され、チャンバ１４ａにおいて所望される合金の液面高さを維持するために、バッフル２９には孔３１が設けられており、合金をチャンバ１４ｂからチャンバ１４ａへと流すことができる。バッフル２９は、非鋳造位置にあるアセンブリ１２に対して実質的に水平な中央セクション２９ａ並びに中央セクション２９ａの夫々の外側には、外側方向及び上側方向に傾斜した端部セクション２９ｂを有する上方端を具える。容器１４内において所望される合金の液面高さは、アセンブリ１２が非鋳造位置にあるときには中央セクション２９ａよりも低くなり、アセンブリが鋳造位置及び保存位置にあるときには、端部セクション２９ｂよりも低くなる。

図１０〜図１３に示す装置１１０は夫々、図１及び図２に示す装置１０に類似している。装置１１０の構造及び鋳造作業は、図１及び図２に関する記載から略理解することができる。装置１１０の部品の参照符号は、装置１０の部品の参照符号に１００を加算した符号と対応している。しかし、図１に示す止め具２４及びラム２６に対応する止め具及びラムは図面を簡略化するために省略している。

図１１及び図１２の装置１１０は、図１の非鋳造位置にある装置１０及び図２の鋳造位置にある装置１０に夫々対応している。したがって、図１１において装置１１０は図１２に示す鋳造位置に移動する準備が整った非鋳造位置にある。これらの位置間における移動に関する作業は、図１及び図２における作業の説明と実質的には同様となる。

図１０は、図１２の鋳造位置から図１１に示す非鋳造位置まで移動し、そして、その非鋳造位置を越えて停止位置又は保存位置まで移動する装置１１０を示す。鋳造作業完了とみなされる保存位置では、導管１２０の主要部分１３２は容器１１４に対して例えば水平よりもわずかに上方に傾斜する。その結果、合金１１５は開いた金型１１８の下方金型部分１４６から導管１２０へと流れ、容器１１４へと流し戻される。

図１３は空の位置にあるアセンブリ１１２を示す。アセンブリは、図１０に示す停止位置又は保存位置から、図１１に示す非鋳造位置へと傾動し、次いで図１２に示す鋳造位置を越えて傾動させることにより、かかる空の位置へと移動する。しかし、停止位置又は保存位置から移動する前に導管２０が修正される。このことにより、多数の異なる構成とすることができる。第一の構成では、導管１２０をその他の導管１２０ａと交換した後に、導管１２０を取り除くために、クランプ装置１４５が緩められる。図１３に示すように、導管１２０ａは直線状であり、容器１１４のコネクタ１４２に一列に並んだ連続性を付与する。アセンブリ１１２が空の位置まで移動した場合には、合金を容器１１４から排出して、それを好ましい受容部１００により受容するような構成となる。

図１２に示す第二の構成において、コネクタ１４２から離間している主要部分１３２の端部は着脱自在なキャップ１１０を有する。容器１１４を空にする必要があるときには、図１０に示す停止位置においてキャップ１０１をアセンブリ１１２から取り外し、図１２において破線で示される一列になった短い導管１０２が取り付けられる。また、実施形態を変更して、１０１は導管１０２を取り付けることができるバルブ部材とすることができる。バルブ部材１０１は、そのバルブ部材１０１が導管１０２内に流し込むことを許容する位置と流し込むことを阻止する位置との間を調節することができるように、導管１０２を任意の位置に取り付けることができる。

図１４〜図１６は、図４及び図５に示す構成に対して金型の形状、保護ガスの分配と大気中のガスとの置換を行うシステムが異なっているその他の構成を示す。図１４〜１６に示す構成における部分は、図４及び５に示す構成の部分に対応しており、図１４〜１６に示す構成における部分の参照符号は、図４及び５に示す構成における部分の参照符号に１００を加算した参照符号に対応している。

図１４は、上方金型部分１４８、下方金型部分１４６、及び金型１１８が閉じた状態での部分１４６及び１４８の間の周囲金型本体アセンブリ１０２を有する金型１１８の部分断面図である。部分１４６、部分１４８は本体アセンブリ１０２とともに金型内の空間１５０を規定する。そのことから、部分１４６と部分１４８とが部分平面で接するよりも、夫々の部分１４６、１４８は対応する本体アセンブリ１０２に接する。

本体アセンブリ１０２は多数の延在部材１０３を含んでおり、その一つが図１５及び図１６に示されている。部材１０３は希望の部材１０３が接する部分に留め継ぎ端を有する。また、部材１０３は、金型内の空間１５０に保護ガスを供給して、大気ガスを排出することができるフローシステムを規定している。

夫々の部材１０３の上面及び下面１０３ａにおいて、外側面１０３ｂ近傍に長手方向の溝１０４が規定されている。夫々の溝１０４から、浅く広い経路１０５が金型内の空間が規定している面１０３ｃの内側へと延在している。ボア１０６は夫々の溝１０４を連通させ、外面１０３ｂの注入ポート１０７はボア１０６と連通する。図１４に示すように、金型が閉じていると、夫々の溝及びその経路１０５は近傍にある金型部分１４６及び１４２のいずれかにより覆われ、長手方向の通路１０４ａ及び浅い通路１０５ａを夫々に規定する。その構成において、ガスは１０８として部分的に示されているガスフロー管により流し込んで、通路１０５ａを介して、ポート１０７から通路１０４ａへと送られ、金型内の空間１５０へと流し込むことができ、又はその空間１５０から管１０８を介してそれとは反対の方向に排出することができる。

夫々の部材１０３の一方の留め継ぎ端１０３ｄ、夫々の部材１０３の夫々に異なる留め継ぎ端１０３ｄ、又は、夫々の部材１０３の夫々の留め継ぎ端１０３ｄにおいては、ガスを流し込むことに関しては同等である設備を有する。したがって、図１５及び図１６に示すように、外面１０３ｂの近傍には垂直方向の溝１０９、及び溝１０９から内面１０３ｃまで延在する多数の浅いが比較的広い経路１１１がある。溝１０９と連通するポート１１３は、金型内の空間１５０へのガスの出し入れを可能とする。金型を閉じている場合には、近傍の部材１０３の両端が当接して、溝１０９と経路１１１が金型内の空間１５０とポート１１３との間に通路を提供することとなる。

その構成は、図４及び図５についての説明したものと類似している。したがって、少なくとも一つの部材１０３のフローシステムにおいて、そのガスフロー管１０８には、保護カバーガスを必要に応じて金型内の空間へと供給するために、保護カバーガスを供給する供給源が接続されており、その他の少なくとも一つの部材１０３において、管１０８は必要に応じて空間１５０からガスを排出することができる。この場合、留め継ぎ端１０３ｄにおけるガスフローの設備は、管１０８内をフローさせるシステムと内部接続させることができる。必要に応じて合金を流し込むことで、金型内の空間１５０からガスを排出して、そのガスを受容することができる要件を満たしている限りは、多数の構成を実施することが可能である。

この発明に従う鋳造装置における実用的な多数の利点は、図及びそれに関する記載から明らかである。このように、装置の性能を相当に向上させつつも、コストを削減して、高性能部材を含む広い範囲の部材についての鋳型鋳造を実施することができる。また、その装置は、電気抵抗加熱に変更することができ、かつ、少ない資本で、金型のコストが低くしつつもランニングコストを抑えることができる。この装置は、設置面積が小さいことから、空気をかき混ぜる必要も、金型内の空間を充填するために圧力を加える必要も無い。この装置は、約９５％の鋳造金属について一般に高い生産性を実現する。

この鋳造装置は、熱処理が可能であり、溶接が可能である高品質な生産を可能とする。砂のコアを使用することにより、複雑な内部形状の鋳造も可能である。この装置は、自動車などの産業において、広い範囲の製品について少量生産から大量生産まで実施することに適している。

この発明に従う装置により製造された鋳物は、金型から極めて容易に取り出すことができ、フロー管も無く、退色することも無く、かつ全体にわたってきれいな外観を有する。表面に優良な詳細及び基準を有し、誤った操作となることを妨げる。また、機械的な鋳物はとても良いブライト仕上げとなる。その装置により製造された鋳物において測定される引張特性は、ＡＺ−９１などの重力永久金型鋳造合金において報告されている引張特性に比べ、同等かそれを超える測定値となる。

この発明に従う装置では、同等のマグネシウム重力永久金型鋳物において、ライザを必要とすることなくサイクル時間を短縮することができる。また、同等のマグネシウム重力永久金型鋳物についても、サイクル時間は短縮される。更に、市販の金型コートを使用することもできるが、保護カバーガスにより価格も一般に低く抑えることができる。鋳物壁の厚さは一般に永久金型鋳物である。また、労働コストを低く抑えることができる。

そのことから、上記したこの発明に従う構成は、この発明の範囲内であれば、変更を加えたり、修正を加えたり及び／又は追加物を付したりすることができる。

非鋳造位置にある、この発明に従う鋳造装置の断面図である。 鋳造位置にある、図１に示す装置の断面図である。 図２示す装置の一部を拡大した図である。 図３と類似しているが、わずかに修正された構成の制御システムを有する装置の一部を拡大した図である。 図４に示す装置の一部を拡大した分解斜視図である。 図１及び図２に示す装置を拡大した縮尺の一部を示す図である。 図６に示す装置の部品の斜視図である。 図７に示す部品を遊離する機構を示す概略図である。 図１及び図２に示す装置の断面斜視図である。 図１及び図２に示す炉の概略図である。 図１及び図２に示す炉の概略図である。 図１及び図２に示す炉の概略図である。 図１及び図２に示す炉の概略図である。 図４及び図５に示す制御システムの対応図である。 図４及び図５に示す制御システムの対応図である。 図４及び図５に示す制御システムの対応図である。

Claims (31)

1. 鋳造作業において合金を重力により流し込み、供給することを可能とする鋳造装置であって、該装置は、
   ・投入された合金を保持する供給容器、
   ・該容器を含み、合金を好適な鋳造温度で維持するために該容器を加熱することができる炉、
   ・該容器から炉に対して側方外側に据え付けられた金型、
   ・該容器と該金型とを連通させる導管、及び
   ・該容器から該金型により規定される金型内の空間への合金のフローを許容する又は阻止するために、該炉、容器及び金型を含むアセンブリを実質的に水平な軸線の周りで可逆的に傾動させる手段を有することを特徴とする鋳造装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、前記アセンブリを可逆的に傾動する手段は、前記容器から前記金型への合金のフローが妨げられている、一サイクルが完了した後であり、次のサイクルの開始する前の、第一の、非鋳造位置と、該容器から該金型へと流すことを可能とする第二の、鋳造位置との間を傾動するように操作することができる鋳造装置。
3. 請求項２に記載の装置であって、前記アセンブリを可逆的に傾動する手段は、鋳造位置から離間する方向に向かって、非鋳造位置を越えた第三の、保存位置へと傾動させるように操作することができ、前記導管内の合金を前記容器内へと流し戻すことができる鋳造装置。
4. 請求項３に記載の装置であって、前記アセンブリを可逆的に傾動する手段は、該アセンブリの前記第三の位置から離間する方向に向かって、鋳造位置を通る又は越えた、合金を空にする第四の位置へと傾動するように操作することができる鋳造装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置であって、前記容器は、鋳造サイクルで消費される合金量よりも多量の溶融合金を保持することができる鋳造装置。
6. 請求項５に記載の装置であって、前記容器は、前記アセンブリが非鋳造位置にある場合に、該容器内の合金の上方の自由面を該容器に対して実質的に一定の液面高さに維持するために新たな合金を受容することができる鋳造装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置であって、前記導管は、前記アセンブリが非鋳造位置にあるときに、前記容器内の合金の液面高さよりも低い位置に、該容器に第一端を有し、その位置よりも上方にある溶融合金の圧力ヘッドは非鋳造位置から鋳造位置へと該アセンブリを旋回したときにも維持することができ、該アセンブリが非鋳造位置から鋳造位置へと傾動することで、合金の圧力ヘッドが増加する鋳造装置。
8. 請求項７に記載の装置であって、前記アセンブリが鋳造位置にある場合に、加圧ヘッドが最大値に達し、前記容器内の合金の液面高さが前記金型内の空間の最も高い位置を充分越えることにより、該金型内の空間を確実に充填する鋳造装置。
9. 請求項７又は８に記載の装置であって、前記導管が延在を開始する位置から、該導管は前記容器から離間して延び、炉の壁内を側方に通り、金型の第二端へと外側に延びており、前記アセンブリが鋳造位置にある場合に、該容器内で生じた圧力ヘッドにより、合金が上方へと流れ込み、前記金型内の空間を充填するように該導管が該金型と連通している鋳造装置。
10. 請求項９に記載の装置であって、前記アセンブリが非鋳造位置にあるときに、前記導管は前記金型内の空間の直下で金型内の空間と連通する鋳造装置。
11. 請求項７〜１０のいずれか一項に記載の装置であって、前記金型は前記容器の側方外側に位置している鋳造装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置であって、前記炉内における前記導管の第一部分を該炉により加熱可能とし、これにより、合金を前記金型へと流す際に超過冷却のリスクを減少させ、該炉と該金型との間にある該導管の第二部分を超過冷却から保護する鋳造装置。
13. 請求項１２に記載の装置であって、前記導管は耐熱性断熱材から構成される、又は前記導管の第二部分には断熱材スリーブが設けられている鋳造装置。
14. 請求項１２に記載の装置であって、前記導管の第二部分は、その周りの電気抵抗コイルにより加熱することができる装置。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置であって、前記導管は、その長手方向における主要部を有し、該主要部は、非鋳造位置にある場合に、前記炉内を通り、その外側へと延在し、前記アセンブリに対して下方に傾斜する鋳造装置。
16. 請求項１５に記載の装置であって、前記導管の主要部分は水平面に対し約５〜１５°の範囲内で傾斜している鋳造装置。
17. 請求項１５又は１６に記載の装置であって、前記容器から離間している主要部分の端部からの前記導管は、前記金型まで上方に延びる短い部分を有する鋳造装置。
18. 請求項１７に記載の装置であって、前記主要部分と前記短い部分の相対的な長さ及び該主要部分が水平面に対して下方に傾斜している角度を、前記アセンブリを非鋳造位置と鋳造位置との間で旋回させるために、比較的小さな角度の旋回が必要とされるように定める鋳造装置。
19. 請求項１８に記載の装置であって、旋回角度は約１５〜３０°である鋳造装置。
20. 請求項１〜１９のいずれか一項に記載の装置であって、前記容器は前記導管が延在する直立した壁部を有し、前記アセンブリが非鋳造位置にある場合には、該壁部は垂直方向に対してわずかな角度で傾斜しており、かかる位置から該アセンブリが旋回した場合において、該導管が延在する位置の上方にある合金の圧力ヘッドを、該アセンブリを鋳造位置に旋回させる際に増加させる鋳造装置。
21. 請求項２０に記載の装置であって、前記アセンブリの傾動軸線は、前記容器の中央線を越えて、その位置から離れる方向に向かって水平方向へと離間しており、該軸線とその位置との間隔は前記導管の主要部分の長さに相対しており、その間隔はその長さの少なくとも約４０％である鋳造装置。
22. 請求項１〜２１のいずれか一項に記載の装置であって、前記容器は、前記傾動軸線に対して垂直な断面がＵ字状となるトラフを具え、前記導管はＵ字状であることにより規定される両側壁の一方から延在し、該傾動軸線はもう一方の壁部に向かって又は越えてオフセットする鋳造装置。
23. 請求項２２に記載の装置であって、前記容器は合金表面の上部の保護雰囲気を維持するためのカバーを有する鋳造装置。
24. 請求項２２又は２３に記載の装置であって、前記容器は、該容器の内部を二つのチャンバ又はセクションに分割する横方向バッフル又は隔壁を有し、前記導管は一方の第一のチャンバ又はセクションから延在し、該容器は新たな合金を第二のチャンバ又はセクションに供給することができる装置。
25. 請求項２４に記載の装置であって、前記バッフルは前記第二チャンバへと供給された新たな合金を前記導管が延在する第一チャンバへと流すことができ、第二のチャージングチャンバ内における合金の固体塊は、鋳造操作の際に、第一の、鋳造チャンバから導管への流れを妨げないようにした鋳造装置。
26. 請求項１〜２５のいずれか一項に記載の装置であって、前記金型は、該金型が前記炉に対して据え付けられる下部、及び該金型を開閉するために該炉に対して移動可能である上部を有する鋳造装置。
27. 請求項２６に記載の装置であって、前記金型が開いている場合に、前記導管の第二端において、溶融合金の表面を保護するための保護カバーガスを前記金型内の空間に供給する供給手段を前記金型に設けてなる鋳造装置。
28. 請求項２７に記載の装置であって、前記供給手段は、アセンブリを鋳造位置から非鋳造位置に傾動させる直前に、前記金型内に保護ガスを供給して、合金を凝固させる際に前記金型内の空間に流し込むように操作することができ、溶融合金が該金型から流し戻されると、該導管の第二端における圧力が低下して保護ガスを該導管の第二端へと流し込むことができる鋳造装置。-
29. 請求項２８に記載の装置であって、前記カバーガスは、分離面の一つの金型部分又は複数の場合には夫々の金型部分に形成される一つ以上のチャネルに沿って前記金型内の空間に流し込むことができる鋳造装置。
30. 請求項２９に記載の装置であって、前記ガスを、前記金型の周縁部に沿って延びて、前記チャンバから該金型内の空間に、多数の通路を介して流し込むことで該チャンバに供給することができる手段を含む鋳造装置。
31. 請求項２７〜３０のいずれか一項に記載の装置であって、鋳造操作パラメータに応答して、保護ガスを適切に供給するタイミングを調整する手段を具える鋳造装置。

Images