JP2009241137A - 成形型予熱装置及び成形型予熱方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
本発明の成形型予熱装置10は、キャビティ230と、キャビティ230に連通する連通孔254、224を備えた成形型200を予熱する。この成形型予熱装置10は、加熱した気体を前記連通孔254、224からキャビティ230内に導入する。これによって、キャビティ230の表面を加熱する。加熱した気体をキャビティ230内に送り込めば、火炎を用いる場合のようにキャビティ230の表面が局所的に高温となったりすることがない。したがって、キャビティ230の表面を均一に加熱することができる。
【選択図】図4
Description
特許文献1には、鋳造用金型を予熱する金型予熱装置が開示されている。この金型予熱装置は、火炎を放射する放射口を複数個備えている。この金型予熱装置で鋳造用金型を予熱する際には、まず、鋳造用金型を開く。そして、開いた鋳造用金型のキャビティ内に金型予熱装置を挿入する。このとき、各放射口を鋳造用金型のキャビティの表面に向けてセットする。そして、各放射口からキャビティの表面に向けて火炎を放射する。これによって、鋳造用金型が加熱され、鋳造に適した温度まで昇温される。
なお、本明細書において、キャビティとは、流動状態の成形材料を受け入れる成形型内の空間をいう。キャビティ内には、成形材料が直接充填される場合と、砂型等の中子が設置される(すなわち、キャビティ内に設置された中子の内部に成形材料が充填される)場合とがある。
この成形型予熱装置は、連通孔を介してキャビティ内に加熱した気体を送り込む。これによって、キャビティの表面を加熱する。加熱した気体をキャビティ内に送り込めば、火炎を用いる場合のようにキャビティの表面が局所的に高温となったりすることがない。したがって、火炎により加熱する場合に比べて、キャビティの表面を均一に加熱することができる。
このような構成によれば、閉じた成形型のキャビティ内に加熱された気体が導入される。キャビティ内に導入された気体は、成形型のパーティション部等から成形型外に流出する。また、成形型には、通常、ガス抜き用の連通孔が形成されているため、このガス抜き用の連通孔からキャビティ内の気体が成形型外に流出する場合もある。このように、成形型を閉じた状態でキャビティ内に加熱した気体を導入すると、キャビティ内に導入された気体がキャビティ内に滞留する。したがって、キャビティ内の気体の温度がより均一となり、キャビティの表面全体がより均一に加熱される。
このような構成によれば、キャビティの表面と同時に成形材料導入路の表面を加熱することができる。成形材料導入路の表面を加熱することで、予熱後の成形をより好適に実施することが可能となる。
一方で、成形材料導入路は、キャビティに比べて気体が流れる流路の断面積が小さいので、気体の流速が速くなる。気体の流速が速いと、気体と成形材料導入路の表面との間で熱交換する時間が短時間となり、成形材料導入路の表面の温度が上昇し難くなる。すなわち、成形材料導入路の表面は、キャビティの表面に比べて温度が上昇し難いという問題がある。
上記の問題を解決するために、成形型予熱装置が成形材料導入路に導入する気体の流量が、成形材料導入路の表面がキャビティの表面より高温となる流量に制限されていることが好ましい。
成形型予熱装置が成形材料導入路に導入する気体の流量は、成形材料導入路とキャビティの温度に影響を与える。すなわち、成形型予熱装置が導入する気体の流量が少ない場合には、成形材料導入路を流れる気体の流速が遅くなる。すると、気体と成形材料導入路の表面との間で熱交換が行われる時間が長くなり、成形材料導入路の表面の温度は上昇し易くなる。また、気体と成形材料導入路との熱交換が多くなるので、キャビティ内に導入される気体の温度は気体の流量が少ないほど低温となる。したがって、キャビティの表面の温度は上昇し難くなる。すなわち、導入される気体の流量が少ないほど、キャビティの表面よりも成形材料導入路の方が高温となり易い。
この成形型予熱装置は、成形材料導入路に導入する気体の流量が、成形材料導入路の表面がキャビティの表面より高温となる流量に制限されている。したがって、気体がゆっくりと成形材料導入路内を流れ、気体と成形材料導入路の表面との間で熱交換が行われる時間が長くなる。これによって、成形材料導入路の表面がキャビティの表面より高温に加熱される。
なお、蓄熱体とは、成形材料導入路の表面に比べて温度上昇し易い物体をいう。例えば、金属ウール(繊維状の金属材料が絡み合っている物体)を蓄熱体に用いることができる。
このような構成によれば、成形材料導入路を流れる気体によって、蓄熱体が加熱される。蓄熱体は、成形材料導入路よりも温度上昇し易いので、成形材料導入路よりも高温となる。すると、蓄熱体からの熱放射によって、成形材料導入路の表面が加熱される。これによって、成形材料導入路の表面を効率よく加熱することが可能となる。
成形型から排出されるキャビティ内を通過した後の気体は、成形型との熱交換により冷却されているとはいえ、高温の気体である。したがって、成形型から排出された気体を再度キャビティ内に導入することによって、高いエネルギー効率で成形型を加熱することができる。
このような構成によれば、成形型から排出される気体がフード内で滞留する。したがって、フード内の気体によって成形型が外側からも加熱される。したがって、均一に成形型を加熱することができる。
この成形型予熱方法は、キャビティと成形型外とを連通する連通孔を備えた成形型において、加熱した気体を前記連通孔からキャビティ内に導入することによって成形型を予熱する。
この方法によれば、成形型を均一に加熱することができる。
(特徴1)成形型予熱装置は、気体を加熱する加熱装置と、加熱装置によって加熱された気体を成形型の連通孔からキャビティ内に導入する気体導入装置を備えている。
(特徴2)気体導入装置は、加熱装置によって加熱された気体を成形型に導入する送気管と、成形型から排出された気体を加熱装置に供給する排気管を備えている。
(特徴3)成形型は、成形型本体と、成形型本体に取り付けられている成形材料導入部を備えている。成形型本体は、キャビティと、キャビティに連通する第1流路を備えている。成形材料導入部は、前記第1流路に繋がる第2流路を備えている。第1流路と第2流路によって、成形材料をキャビティ内に導入する成形材料導入路が形成されている。成形型予熱装置は、成形材料導入路(すなわち、第2流路と第1流路)を介して、キャビティ内に加熱した気体を導入する。
(特徴4)成形材料導入部は、成形型本体に比べて温度上昇し難い材質により構成されている。例えば、成形型本体は金属により構成されており、成形材料導入部はセラミックスにより構成されている。
(特徴5)成形型予熱装置は、成形型導入部が第1流路よりも高温となり、第1流路がキャビティよりも高温となる流量で気体を導入する。
(特徴6)蓄熱体は、成形材料導入路の表面を構成する材料に比べて、単位体積あたりの熱容量が小さい。
金型本体202は、上金型210と、下金型220を備えている。下金型220は、支持台240に固定されている。下金型220には、下側キャビティ面222と、溶湯導入路224が形成されている。上金型210は、図示しない移動装置に接続されており、上下に移動可能とされている(すなわち、上金型210は下金型220に向かって進退動可能とされている)。なお、図1は、上金型210を下金型220に当接させた状態(すなわち、金型本体202を閉じた状態)を示している。上金型210には、上側キャビティ面212と、ガス抜き孔214が形成されている。図1に示すように、金型200を閉じることで、上側キャビティ面212と下側キャビティ面222によってキャビティ230が形成される。
湯口入子250は、下金型220の下面に固定されている。湯口入子250は、セラミックスにより形成されており、金型本体202に比べて比熱が高い。湯口入子250には、溶湯導入路254が形成されている。溶湯導入路254は、上部が広く形成されており、下金型220の各溶湯導入路224に繋がっている。
ストーク260は筒状の部材であり、湯口入子250の溶湯導入路254に接続されている。ストーク260は、セラミックスにより形成されている。
次に、空気導入路282からるつぼ280内に加圧した空気を導入する。るつぼ280内に空気が導入されると、空気の圧力により溶湯の液面が下方に押し下げられる。これによって、るつぼ280内の溶湯が、ストーク260、溶湯導入路254、溶湯導入路224、溶湯導入路274の順に流れて、砂型270の成形空間272内に導入される。これによって、成形空間272内に溶湯が充填される。
溶湯を砂型270内に充填したら、砂型270内の溶湯が冷却されるまで待機する。
溶湯が冷却されて固化したら、金型200を開き、砂型270ごと鋳物を取り出す。鋳物を取り出すときには、砂型270内の鋳物は固化している必要がある一方で、溶湯導入路224及び254内の溶湯は溶融状態に維持されている必要がある。溶湯導入路224及び254内の溶湯が固化してしまうと、次の鋳造処理をスムーズに開始することができなくなるためである。したがって、鋳物の取り出しは、砂型270内の鋳物が固化しており、溶湯導入路224及び254内の溶湯が溶融状態にあるタイミングで行われる。
金型予熱装置300により金型200を予熱するときには、図3に示すように、金型本体202を開き、キャビティ230内に金型予熱装置300を挿入する。そして、各バーナ310から上側キャビティ面212及び下側キャビティ面222に向けて火炎を放射する。これにより、金型200が加熱される。
(1)バーナ310による加熱では、火炎の放射が強い箇所ではキャビティ230の表面の温度が高温となるが、火炎の放射が弱い箇所ではキャビティ230の表面の温度があまり上昇しない。すなわち、キャビティ230の表面が不均一に加熱される。キャビティ230の表面の温度が不均一となることにより、以下の問題が生じる。
(1−1)予熱後の最初の鋳造処理で製造される鋳物の品質(寸法等)が安定しない。
(1−2)金型本体202が歪み易い。
(2)金型200を開いた状態でキャビティ230の表面を加熱するため、以下の問題が生じる。
(2−1)火炎からの熱の多くが外部に逃げてしまい、金型本体202に熱が伝わり難い。したがって、エネルギー効率が非常に悪い。また、予熱行程に長時間を要する。
(2−2)上金型210を吊り下げた状態(すなわち、吊り下げによる応力が上金型210に加わった状態)で加熱するので、上金型210が特に歪み易い。
(3)キャビティ230の表面だけが加熱され、金型本体202の他の箇所が加熱されない。このことによって、以下の問題が生じる。
(3−1)金型本体202が歪み易い。
(3−2)予熱終了後に短時間でキャビティ230の表面の温度が低下してしまう。したがって、キャビティ230の表面の温度が十分な温度に達していない状態で、予熱後の最初の鋳造処理が開始される。したがって、最初の鋳造処理で製造される鋳物の品質が安定しない。また、キャビティ230の表面の温度が十分な温度に達していない状態で鋳造処理を開始すると、その鋳造処理の最初にキャビティ230内に塗布する塗型剤が鋳造処理中に剥離してしまう。
(4)断面積が小さい溶湯導入路224の内部や、溶湯導入路224より上流側の溶湯導入路254の内部まで火炎が届かないため、溶湯導入路224と溶湯導入路254の表面を加熱できない。このため、予熱後の金型200内の温度分布は、キャビティ230の表面の方が溶湯導入路224と溶湯導入路254の表面より高温な分布となる。この温度分布は、上述した鋳造処理(2回目以降の鋳造処理)の温度分布とは異なる。したがって、最初の鋳造処理により製造される鋳物の品質(寸法等)が、後の鋳造処理により製造される鋳物の品質と異なってしまう。
図4は、金型予熱装置10を金型200に取り付けた状態を示している。図4に示すように、金型予熱装置10は、燃焼装置12と、送気管20と、送気ブロワ22と、フード30と、排気管24と、排気ブロワ26と、蓄熱ユニット40を備えている。
送気室12aと燃焼室12bは隔壁12dにより仕切られている。隔壁12dには連通孔が形成されている。この連通孔によって、送気室12aと燃焼室12bは連通している。送気室12aには、送気管20が接続されている。
バーナ12cは、燃焼室12b内に設置されている。バーナ12cには、外部から燃焼ガス(可燃性ガスと空気の混合気体)が供給される。バーナ12cは、燃焼ガスを燃焼室12b内で燃焼させる。
金型200を予熱するときには、まず、金型本体202を開き、キャビティ230内に蓄熱ユニット40を設置する。すなわち、各溶湯導入路224内に各蓄熱体42を挿入する。蓄熱ユニット40を設置したら、金型本体202を閉じる。そして、図4に示すようにフード30を支持台240に取り付ける。また、下流側送気管20bを、図4に示す位置までストーク260内に挿入する。このように金型予熱装置10を接続することによって、上流側送気管20aから、送気室12a、下流側送気管20b、金型200内、金型200外(すなわち、フード30内)、及び、排気管24を経て上流側送気管20aに戻る循環経路が形成される。
なお、溶湯導入路224は、その断面積がキャビティ230に比べて非常に小さい。したがって、溶湯導入路224を流れる燃焼ガスの流速は、キャビティ230内を流れる燃焼ガスの流速より速くなる。このため、溶湯導入路224と燃焼ガスとの間で熱交換が行われる時間が短時間となる。したがって、溶湯導入路224の表面は、キャビティ230の表面に比べて昇温し難い。しかしながら、溶湯導入路224には蓄熱体42が挿入されている。蓄熱体42は、熱容量が小さい金属ウールである。したがって、蓄熱体42は、燃焼ガスにより急速に昇温される。すなわち、蓄熱体42は、溶湯導入路224の表面よりも高温となる。すると、蓄熱体42からの熱放射によって、溶湯導入路224の表面が加熱される。これによって、溶湯導入路224の表面が効率よく加熱される。溶湯導入路224の表面は、キャビティ230よりも高温に維持される。
また、湯口入子250は、金型本体202より比熱が高いセラミックスにより形成されている。したがって、溶湯導入路254の表面は、キャビティ230の表面より温度上昇し難い。しかしながら、送気ブロワ22及び排気ブロワ26の回転数は、溶湯導入路254の表面がキャビティ230の表面より高温となるように設定されている。すなわち、金型200内を流れる燃焼ガスの流量が、溶湯導入路254の表面がキャビティ230の表面より高温となるように設定されている。つまり、燃焼ガスの流量が多い場合には、溶湯導入路254内を比較的速い流速で燃焼ガスが流れる。したがって、溶湯導入路254の表面と燃焼ガスとの間で熱交換が行われる時間が短時間となり、溶湯導入路254の表面の温度は比較的低温となる。この場合、キャビティ230には比較的温度が高い燃焼ガスが流入することになるので、キャビティ230の温度は比較的高温となる。すなわち、金型200内を流れる燃焼ガスの流量が多いほど、溶湯導入路254に比べてキャビティ230が高温となる傾向にあり、金型200内を流れる燃焼ガスの流量が少ないほど、キャビティ230に比べて溶湯導入路254が高温となる傾向にある。金型予熱装置10では、十分に低い流量の燃焼ガスが流れるように送気ブロワ22と排気ブロワ26の回転数が設定されている。したがって、溶湯導入路254の表面の温度は、キャビティ230の表面の温度より高温となる。
このように、金型予熱装置10では、送気ブロワ22と排気ブロワ26の回転数と、蓄熱体42によって、溶湯導入路254の表面及び溶湯導入路224の表面がキャビティ230の表面より高温となるように構成されている。また、溶湯導入路254の表面が溶湯導入路224の表面より高温となるように、送気ブロワ22と排気ブロワ26の回転数が設定されている。
また、金型本体202を閉じた状態でキャビティ230内に燃焼ガスを送り込むので、燃焼ガスがキャビティ230内に留まる時間が長くなる。したがって、キャビティ230内をより均一に加熱することが可能となる。また、燃焼ガスが留まる時間が長くなるので、燃焼ガスと金型200との間で十分に熱交換が行われる。したがって、効率よく金型200を昇温させることができ、金型200を短時間で目的の温度に昇温させることができる。また、上金型210に吊り下げによる応力が加わることがないため、上金型210の歪みを抑制することができる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
12:燃焼装置
12a:送気室
12b:燃焼室
12c:バーナ
20:送気管
22:送気ブロワ
24:排気管
26:排気ブロワ
28:排出口
30:フード
40:蓄熱ユニット
42:蓄熱体
200:金型
202:金型本体
210:上金型
212:上側キャビティ面
214:ガス抜き孔
220:下金型
222:下側キャビティ面
224:溶湯導入路
230:キャビティ
240:支持台
250:湯口入子
254:溶湯導入路
260:ストーク
Claims (8)
- キャビティと、キャビティに連通する連通孔を備えた成形型を予熱する装置であって、
加熱した気体を前記連通孔からキャビティ内に導入することを特徴とする成形型予熱装置。 - 成形型を閉じた状態で、加熱した気体をキャビティ内に導入することを特徴とする請求項1に記載の成形型予熱装置。
- 前記連通孔が、成形時に成形材料をキャビティ内に導入する成形材料導入路であることを特徴とする請求項1または2に記載の成形予熱装置。
- 成形材料導入路に導入する気体の流量が、成形材料導入路の表面がキャビティの表面より高温となる流量に制限されていることを特徴とする請求項3に記載の成形予熱装置。
- 成形材料導入路に挿入する蓄熱体をさらに備えていることを特徴とする請求項3または4に記載の成形予熱装置。
- 成形型から排出されるキャビティ内を通過した後の気体の少なくとも一部を、再度、キャビティ内に導入することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の成形型予熱装置。
- 成形型の周囲を覆うフードをさらに備えていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の成形型予熱装置。
- キャビティと成形型外とを連通する連通孔を備えた成形型において、加熱した気体を前記連通孔からキャビティ内に導入することによって成形型を予熱する方法。
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