JP2009202177A - 溶解筒への金属材料の自動給送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶解筒への金属材料の給送を保持容器内の溶湯レベルの検出と金属材料の溶解時間の計時とから制御して成形サイクルに対応した自動給送を可能となす。
【解決手段】金属材料の溶解筒への供給を、保持容器内の溶湯レベルの検出と金属材料の溶解時間の計時とから制御して自動化する。溶湯レベルが予め設定した基準レベル以下ではレベルセンサーＯＦＦ、基準レベル以上ではＯＮとして、供給をレベルセンサーＯＦＦで許容する。供給された金属材料の全溶融時間を供給時点からタイマー計時して計時完了まで次の供給を規制する。計時完了後の溶湯レベルがレベルセンサーＯＮのときには、溶湯レベルがレベルセンサーＯＦＦになるまで供給を待機する。
【選択図】図３

Description

この発明は、溶解筒に金属材料を自動給送する方法に関するものである。

棒状の金属材料の溶解と溶湯の貯留保持とを分けて行う金属成形機としては、射出加熱筒の溶体保持室の上に保温貯留筒を立設し、その保温貯留筒の筒体上端に横設した加熱筒により金属材料を溶解して、溶体を保温貯留筒と溶体保持室とに貯留し、射出ロッドにより溶体を１ショツトずつ射出するものがある。また金属成形機の加熱保持筒の上に溶解筒を設置し、その溶解筒により棒状の金属材料を溶解して溶湯を加熱保持筒に蓄え、射出プランジャにより加熱保持筒から１ショツトずつ射出するものもある。
特開２００５−４０８０７号公報 特開２００６−８９０号公報

上記金属成形機における溶湯の貯留保持量は、成形サイクルによる時間当たりの溶湯の消費量から決められ、その貯留保持量を金属材料の溶解により溶湯を供給して一定の範囲に維持している。また消費量は溶湯のショット数をカウントして決める場合と、注入ガスの圧力差や溶湯レベルの検出により行う場合とがあるが、その何れにおいても溶湯の供給は金属材料を溶解して行われるものであるから、溶解時間を考慮して溶解筒への金属材料の給送を行う必要がある。

また溶湯の消費速度は、成形サイクルタイムによって異なるので、これに対応した貯留保持量を維持する必要があり、必然的に金属材料の給送時間の間隔にも長短の差が生ずるようになる。したがって、金属材料の給送を自動化するには、成形サイクルに対応した貯留保持量が不足なく維持できる金属材料の給送制御が必要となる。

この発明は上記事情から考えられたものであって、その目的は、溶湯の保持容器内の溶湯レベルの検出と金属材料（例えば棒状やインゴット）の溶解時間の計時とから金属材料の溶解筒への給送を制御して、成形サイクルに対応した金属材料の給送が行い得る新たな自動給送方法を提供することにある。

上記目的によるこの発明は、金属材料を溶解筒により溶解して溶湯を保持容器に貯留保持し、その保持容器から金属成形機に給湯するにあたり、上記金属材料の溶解筒への給送を、保持容器内の溶湯レベルの検出と金属材料の溶解時間の計時とから制御して自動化し、溶湯レベルが予め設定した基準レベル以下ではレベルセンサーＯＦＦ、基準レベル以上ではＯＮとして、給送をレベルセンサーＯＦＦで許容し、給送された金属材料の全溶融時間を給送完了時点からタイマー計時して計時完了まで次の給送を規制し、計時完了後の溶湯レベルがレベルセンサーＯＮのときには、溶湯レベルがレベルセンサーＯＦＦになるまで給送を待機する、というものである。

また上記自動給送の始動前に、上記基準レベルより上に設定した上位レベルまで溶湯を余剰に貯留保持し、レベルセンサーＯＮの状態で自動給送を始動する、というものであり、上記金属材料は、マグネシウム基合金の棒状材料からなる、というものである。

上記構成では、溶解筒内の金属材料が溶解し終わって空の状態にあっても、保持容器内の溶湯レベルが基準レベル以上では、次回の金属材料の給送は行われないので溶湯の過剰供給が起こらず、成形時間の経過に伴い溶湯の貯留保持量が増して保持容器外へ溢れによるような危険も生じないことから、金属材料の給送と溶湯の貯留保持とを自動化しても安全に行うことができる。

また金属材料の給送間隔が溶湯の時間当たりの消費量に応じて自動的に変わるので、成形サイクルに対応した溶湯の貯留保持と給湯が行え、製品によって成形サイクルがハイサイクルに変更されても、それに対応した給送間隔で金属材料の溶解筒への給送と溶湯の貯留保持とを行うことができることから、サイクル変更に際して自動給送装置の制御変更を行う必要もなく、常に成形サイクルに対応した材料給送と溶湯の貯留保持とが行え、ハイサイクル成形であっても成形途中で給湯不足を来すようなこともない。

図１は、射出シリンダ１の上にマグネシウム基合金などの棒状の金属材料（以下棒状材料という）を溶解して貯留保持する材料溶解保持装置２を備えた金属成形機の１例を示すものである。

上記材料溶解保持装置２は、下端の流出口を射出シリンダ１の前面の供給口１１に接続した溶湯Ｍ₁ の保持容器２１と、蓋部材２２に並行に立設した棒状材料Ｍの溶解筒２３，２３と、蓋部材２２から下向きに保持容器内に設けた溶湯のレベル検出用のセンサー２４とからなる。この材料溶解保持装置２ではマグネシウム基合金などの金属の棒状材料Ｍを、溶解筒２３，２３により溶解し、その溶解により生じた溶湯Ｍ₁ を溶解筒２３に貯留することなく重力により保持容器２１に流出させて貯留保持することができ、その保持容器２１から射出シリンダ内に給湯した溶湯Ｍ₁ が、射出プランジャ１２の前進により図示しない金型に射出充填されて金属製品に成形される。

上記保持容器２１と溶解筒２３，２３は、それぞれの外周囲にバンドヒータ２５，２６を備え、そのバンドヒータ２５，２６により保持容器２１と溶解筒２３，２３の両方が液相線温度以上の温度に加熱され、溶解筒２３，２３では棒状材料Ｍの溶解が、また保持容器２１では貯留した溶湯Ｍ₁ の温度が保持される。

上記溶解筒２３，２３への棒状材料Ｍの給送は、図示しない自動給送装置によりストックヤードから２本ずつ２回に分けて溶解筒２３，２３の筒体上に運んだのち、筒体上端の開口から加熱されている筒体内に同時に落とし入れて行われる。筒体内に収容された棒状材料Ｍは既に加熱されている筒体からの輻射熱により加熱されて昇温し、液相線温度に達した外周囲から徐々に溶解して下端開口から保持容器２１に流出し、最終的には４本の棒状材料Ｍ，Ｍの全部が溶湯Ｍ₁ となって保持容器２１に貯留され、湯温が液相線温度以上の温度に保持される。

溶解筒２３による加熱溶解では、筒体内に収容した２本を同時に加熱溶解する場合でも、上下の棒状材料Ｍの加熱に差がなく、同一条件での加熱となることから、棒状材料Ｍの１本当たりの全溶解時間と変わらない。この全溶解時間は一定なのに対し、成形ごとの溶湯の消費量は製品重量が同一であっても成形サイクル（成形回数／時間）の長短により増減することから、自動給送による溶解筒２３，２３への棒状材料Ｍの給送は、保持容器２１における溶湯Ｍ₁ の貯留保持量が消費量と常にバランスして、成形サイクルに適応した貯留保持量を維持するように制御する必要がある。

そこで、棒状材料Ｍの質量及び全溶解時間と時間当たりの溶湯消費量とから、予め保持容器２１内の溶湯レベルに基準レベルＬｏを設定し、その基準レベルＬｏに上記レベルセンサー２４の検出端を位置させて、溶湯レベルが基準レベル以下か又は以上かを常時検出できるようにし、溶湯レベルが基準レベル以下ではレベルセンサーＯＦＦで給送を許容し、基準レベル以上ではレベルセンサーＯＮで給送を規制するように設定して、棒状材料Ｍの全溶解時間の計時との関連により溶解筒２３，２３への棒状材料Ｍの給送を制御する。

また自動給送の始動前に、手動により棒状材料Ｍを溶解筒２３，２３に供給して溶解し、基準レベルＬｏより上の予め設定した上位レベルＬ₁ まで溶湯Ｍ₁ を余剰に貯留保持する。この上位レベルＬ₁ までの余剰量は自動給送が開始された時のレベルセンサーＯＮを維持するかぶり深さを保証する分量でよく、その上位レベルＬ₁ までの溶湯Ｍ₁ の貯留保持を完了したのち、手動による供給を自動給送に切換えて、成形作業を開始する。

図３は、自動給送の工程を説明するフローチャートで、自動給送の開始時には、手動によるときの溶湯が上位レベルまで貯留保時されていて、溶湯レベルはレベルセンサーＯＮの状態にあることから、溶解筒が空の状態でも棒状材料の給送は行われず、自動給送は待機となっている。

この待機状態において、レベルセンサーによる溶湯レベルの検出が繰り返され、レベルセンサーＯＦＦの確認（Ｙｅｓ，Ｎｏ）が行われる。成形時間の経過に伴う溶湯の消費により溶湯レベルが低下して基準レベル以下なると、これまでのレベルセンサーＯＮがＯＦＦとなり、その確認（Ｙｅｓ）により棒状材料の自動給送が開始されて、両方の溶解筒２３，２３に２本ずつ２回に分けて棒状材料が投入される。給送完了の確認（Ｙｅｓ，Ｎｏ）が行われて確認（Ｙｅｓ）となるとタイマーによる棒状材料の全溶解時間の計時が開始される。

計時完了の確認（Ｙｅｓ，Ｎｏ）が繰り返されて完了が確認（Ｙｅｓ）されると、次に自動給送の停止か否かの確認（Ｙｅｓ，Ｎｏ）が行われ、（Ｙｅｓ）では自動給送停止となり、（Ｎｏ）ではレベルセンサーＯＦＦの確認（Ｙｅｓ，Ｎｏ）に戻って、レベルセンサーＯＦＦが（Ｎｏ）のときには（Ｙｅｓ）になるまで棒状材料の自動給送は待機となる。レベルセンサーＯＦＦが（Ｙｅｓ）になると新たな棒状材料の給送に移行する。

上記のように溶解筒への棒状材料の自動給送を、保持容器内の溶湯レベルの検出と棒状材料の全溶解時間の計時とから制御すると、溶湯レベルが基準レベル以下でも、棒状材料の全溶融時間の計時が完了していなければ新たな給送は行えないので、棒状材料を溶解筒により溶解して溶湯を保持容器に貯留保持する場合であっても、材料給送間隔が一定時間に制御されることから、溶湯の過剰供給による保持容器外への溶湯の溢れが防止される。

また材料給送間隔は、棒状材料の全溶解時間にレベルセンサーがＯＮからＯＦＦになるまでの時間（消費時間）を加算した時間となるので、成形サイクルの変更により溶湯の時間当たりの消費量が変わると、それに応じて材料給送間隔の時間も自動的に変わることから、常に成形サイクルに対応した材料給送と溶湯の貯留保持とが行え、ハイサイクル成形であっても成形途中で給湯不足を来すようなこともない。

以下にマグネシウム基合金（ＡＺ９１Ｄ）による棒状材料の給送について、その具体例を示す。
丸棒材料
長さ：３００ｍｍ、 直径：６０ｍｍ、 質量：１．５ｋｇ
１回の給送本数：４、 総質量：６．０ｋｇ、 製品重量：５０ｇｒ
溶解温度：５９５℃以上、 全溶解時間：１０００秒（供給能力６ｇ／秒） 保持容器内の貯留保持量
自動運転時の溶湯量 ：１２ｋｇ
基準レベルの溶湯量 ： ９ｋｇ

成形サイクル：１５秒 給送間隔：２８分３１秒 タイムラグ：９０秒
経過時間 貯留保持量（ｋｇ） 給送溶解 タイマー計時
自動開始時 １２．０ 待機
９００秒後 ９．０ 開始
９９０秒後 ８．７ 待機 開始
１９９０秒後 １１．４ 待機
２７１０秒後 ９．０ 開始
２８００秒後 ８．７ 待機 開始

成形サイクル：１０秒 給送間隔：１８分３０秒 タイムラグ：９０秒
経過時間 貯留保持量（ｋｇ） 給送溶解 タイマー計時
自動開始時 １２．０ 待機
６００秒後 ９．０ 開始
６９０秒後 ８．６ 待機 開始
１６９０秒後 ９．６ 待機
１８１０秒後 ９．０ 開始
１９００秒後 ８．６ 待機 開始

この発明に係わる金属材料の自動給送方法を実施し得る射出シリンダ上に材料溶解保持装置を備えた金属成形機の要部縦断側面図である。 同上の材料溶解保持装置の縦断正面図である。 この発明に係わる金属材料の自動給送方法のフローチャートによる説明図である。

符号の説明

１ 射出シリンダ
２ 材料溶解保持装置
２１ 保持容器
２２ 蓋部材
２３ 溶解筒
２４ レベルセンサー
２５，２６ バンドヒータ

Claims (3)

1. 金属材料を溶解筒により溶解して溶湯を保持容器に貯留保持し、その保持容器から金属成形機に給湯するにあたり、
   上記金属材料の溶解筒への給送を、保持容器内の溶湯レベルの検出と金属材料の溶解時間の計時とから制御して自動化し、
   溶湯レベルが予め設定した基準レベル以下ではレベルセンサーＯＦＦ、基準レベル以上ではＯＮとして、給送をレベルセンサーＯＦＦで許容し、
   給送された金属材料の全溶融時間を供給完了時点からタイマー計時して計時完了まで次の給送を規制し、
   計時完了後の溶湯レベルがレベルセンサーＯＮのときには、溶湯レベルがレベルセンサーＯＦＦになるまで給送を待機することを特徴とする溶解筒への金属材料の自動給送方法。
2. 上記自動給送の始動前に、上記基準レベルより上に設定した上位レベルまで溶湯を余剰に貯留保持し、レベルセンサーＯＮの状態で自動給送を始動することを特徴とする溶解筒への金属材料の自動給送方法。
3. 上記金属材料は、マグネシウム基合金の棒状材料からなることを特徴とする請求項１記載の溶解筒への金属材料の自動給送方法。

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