JP2009255138A

JP2009255138A - 低圧鋳造装置及び方法

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Publication number: JP2009255138A
Application number: JP2008108364A
Authority: JP
Inventors: Makoto Matsuura; 誠松浦; Hiroshi Komaki; 博駒木
Original assignee: TAJIMA KEIKINZOKU KK
Current assignee: TAJIMA KEIKINZOKU KK
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2028-04-17
Also published as: JP5221195B2

Abstract

【課題】高品質の鋳造品を効率良く製造可能な低圧鋳造装置及び方法を提供する。
【解決手段】低圧鋳造装置１０の砂型２０は、押湯スリーブ２６が立設された上型２０Ａと、湯口２４及び遮断板３２の収納部２８を備えた下型２０Ｂにより構成されている。前記押湯スリーブ２６には、高周波インバータ電源制御装置４４に接続された高周波コイル４０が装着される。前記遮断板３２の開口３４と湯口２４の位置を合わせた状態で、低圧鋳造炉５０から、給湯管６０を介して砂型２０のキャビティ２２に注湯する。注湯後、前記開口３４と湯口２４が重ならないように遮断板３２をスライドさせて湯口２４を遮断する。湯口遮断後の砂型２０は、高周波コイル４０で押湯スリーブ２６を加熱して溶湯の補給を行いながら、溶湯５８が凝固するまで冷却される。
【選択図】図３

Description

本発明は、低圧鋳造装置及び方法に関し、更に具体的には、砂型を利用した低圧鋳造装置及び方法に関するものである。

従来の低圧鋳造法は、図５に示すように、金型１０２と低圧鋳造炉１１０を含む低圧鋳造装置１００を利用したものであり、前記金型１０２は、上型１０２Ａと下型１０２Ｂで構成されるとともにキャビティ１０４を備えている。また、前記砂型１０２には、前記キャビティ１０４と連通する湯口１０４Ａが形成されている。該湯口１０４Ａは、従来の砂型鋳造法における押湯部を兼ねるものである。前記低圧鋳造炉１１０は、炉体１１２の内側に、台１１４とヒータ１２２を備えており、前記台１１４上に坩堝１１６が設置されている。前記炉体１１２の側面に設けられたパイプ１２４に接続されている図示しない空圧制御装置によって、該坩堝１１６に貯留されている溶湯１１８に圧力をかけると、給湯管１２０及び湯口１０４Ａを介して、前記キャビティ１０４に押し上げられる。加圧による溶湯補給は、前記キャビティ１０４内の溶湯１１８が完全に凝固するまで続けられ、凝固した後に加圧を解除し、鋳物を金型１０２から分離する。

また、下記特許文献１には、湯口の下流に押湯キャビティを介して鋳造キャビティを画成させた型合せ砂型における湯口の側部位置に、遮断ピン挿入用の挿入孔を穿った低圧鋳造用砂鋳型と、この鋳型に溶湯を注湯した後、湯口を遮断するとともに該低圧鋳造用砂鋳型を１８０度垂直回転させて送り出し、溶湯の凝固を成さしめるようにした鋳造方法及び装置が開示されている。
特開２０００−１４１０２０号公報

しかしながら、以上のような背景技術には次のような不都合がある。まず、図５に示す従来の低圧鋳造技術では、鋳型を鋳造炉上に固定してから冷却，製品取出しまでの全工程をその場所で行うとともに、鋳物が凝固するまで加圧を継続しなければならず、次の工程へ進むことができないため、サイクルタイムが長く生産性が低いという不都合がある。また、鋳型に砂型を使う場合、砂型は熱伝導が悪いために凝固時間が長くなる。大型の鋳物の場合は、特にその傾向が顕著になり、生産性が大幅に低下する。次に、前記特許文献１に記載の技術では、サイクルタイムの短縮を図る一方で、鋳型を１８０度回転させるために構造が複雑になり、製造工程も増えるという不都合がある。これに加え、大型のものの場合は、反転ができない又は困難であるという不都合もある。更に、反転させたときに必要となる押湯を、下型の中に埋め込むように設ける必要があり、その位置や大きさ，数などが大きく制約を受けるとともに、押湯の効果が十分ではないという不都合もある。

本発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、高品質の鋳造品を効率良く製造する低圧鋳造装置及び方法を提供することである。

前記目的を達成するため、本発明の低圧鋳造装置は、キャビティに連通する押湯収容部が上方に立設された上型と、前記キャビティに連通する湯口を下方に有する下型とからなる砂型，該砂型の下方に設けられており、坩堝内の溶湯に圧力をかけることによって、前記キャビティに前記湯口を介して注湯する低圧鋳造炉，前記押湯収容部内の押湯を直接又は間接的に加熱する押湯加熱手段，前記湯口の開閉を切り替える湯口遮断手段，を備えたことを特徴とする。

主要な形態の一つは、前記湯口遮断手段が、前記下型内に、前記溶湯の注湯方向と略直交する方向にスライド可能に収納されており、前記湯口を開閉可能な遮断板，該遮断板をスライドさせる駆動機構，を備えたことを特徴とする。他の形態は、前記押湯加熱手段が、前記押湯収容部の外周に設けられる高周波コイル，該高周波コイルに給電する給電手段，を備えたことを特徴とする。

更に他の形態は、前記砂型を、前記低圧鋳造炉へ搬送する第１の搬送手段，前記低圧鋳造炉によって前記キャビティに注湯された砂型を、前記押湯加熱手段で加熱しながら、前記低圧鋳造炉から搬出する第２の搬送手段，を備えたことを特徴とする。更に他の形態は、前記押湯加熱手段が、前記低圧鋳造炉によるキャビティへの注湯前に、前記押湯収容部を予熱する予熱手段を兼ねることを特徴とする。

本発明の低圧鋳造方法は、キャビティに連通する押湯収容部が上方に立設された上型と、前記キャビティに連通する湯口が下方に設けられた下型からなる砂型に、低圧鋳造炉から溶湯を注湯する低圧鋳造方法であって、前記湯口を開いた状態で、前記低圧鋳造炉から前記キャビティ及び押湯収容部内に溶湯を注湯する工程，該注湯工程後に、前記下型内をスライドする遮断板によって、前記湯口を遮断する工程，前記押湯収容部内の押湯を直接又は間接的に加熱しながら、前記キャビティ内の溶湯が凝固するまで冷却する工程，凝固後の鋳物を、前記砂型から分離する工程，を含むことを特徴とする。

主要な形態の一つは、注湯前の砂型を、前記低圧鋳造炉に搬送する工程，湯口遮断後の砂型を、前記低圧鋳造炉から搬出して前記冷却工程へ送る工程，を含むことを特徴とする。他の形態は、前記注湯工程前に、前記押湯収容部を予熱する工程，を含むことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明は、キャビティに連通する押湯収容部が上方に立設された上型と、前記キャビティに連通する湯口が下方に設けられた下型からなる砂型に、前記湯口を開いた状態で、低圧鋳造炉から前記キャビティ及び押湯収容部に溶湯を注湯する。そして、注湯後に湯口遮断手段によって前記湯口を遮断し、押湯加熱手段によって前記押湯収容部内の押湯を加熱して指向性凝固をコントロールしながら、キャビティ内の溶湯が凝固するまで冷却することとした。このため、砂型鋳造と低圧鋳造の特長を併せ持ち、高品質の鋳造品を効率良く製造できるという効果が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

最初に、図１〜図３を参照しながら本発明の実施例１を説明する。図１(A)は、本実施例の低圧鋳造装置を利用した低圧鋳造システムの全体構成を簡略化して示す模式図，図１(B)は前記低圧鋳造装置の構成を示す断面図である。図２は、本実施例の湯口遮断機構を示す図であり、(A)は遮断前の様子を示す主要部の断面図，(B)は遮断板を示す外観斜視図，(C)は遮断後の様子を示す主要部の断面図である。図３は、本実施例の低圧鋳造システムの詳細な構成例を示す図である。本発明の低圧鋳造装置は、従来のフラン自硬性砂型鋳造に低圧鋳造を組み合わせたハイブリッド型低圧鋳造装置であって、砂型鋳造を低圧鋳造に適用するにあたり生じる生産性の低下を解決したものである。

図１(A)及び図３に示すように、本実施例の低圧鋳造製造システムは、造型ステーションＳＡ，注湯ステーションＳＢ，冷却（ないし凝固制御）ステーションＳＣ，バラシ・鋳仕上げステーションＳＤを含んでおり、前記注湯ステーションＳＢは、低圧鋳造装置１０を中心に構成されている。前記低圧鋳造装置１０は、図１(B)に示すように、砂型２０と低圧鋳造炉５０により構成されている。前記砂型２０は、空洞部２２Ａを有する上型２０Ａと、空洞部２２Ｂを有する下型２０Ｂにより構成されており、前記空洞部２２Ａ，２２Ｂによって、製品部のキャビティ２２が形成されている。

前記上型２０Ａの上方には、接続口２３を介して前記キャビティ２２と連通する略円筒状の押湯スリーブ（押湯パイプ）２６が立設されている。該押湯スリーブ２６は、セラミックなどの耐火材あるいは金属によって形成されている。また、該押湯スリーブ２６の外周には、押湯を加熱するための高周波コイル４０が設けられており、該高周波コイル４０は、配線４２を介して図３に示す高周波インバータ電源制御装置４４に接続されている。なお、該高周波インバータ電源制御装置４４は、制御装置４６に接続されており、加熱制御が行われる。

一方、前記下型２０Ｂの下方には、湯口２４を介して収納部２８と、該収納部２８に接続する通路３０が形成されている。前記収納部２８には、前記湯口２４の開閉を切り替えるための遮断板３２が、注湯方向と略直交する方向にスライド可能に収納されている。前記遮断板３２は、図２(B)に示すように、前記湯口２４に連通可能な開口３４を備えており、図２(A)に示すように、前記通路３０を往復移動可能なロッド３６を介して駆動シリンダ３８に接続されている。前記駆動シリンダ３８も、前記制御装置４６に接続されており、所定のタイミングで湯口２４の開放及び遮断が行われる。具体的には、後述する低圧鋳造炉５０から注湯されている間は、図２(A)に示すように開口３４と湯口２４が連通するように遮断板３２を駆動シリンダ３８側に引き寄せた状態を維持し、注湯が完了したら、図２(C)に示すように、駆動シリンダ３８を駆動し、前記開口３４が湯口２４と重ならない位置まで前記遮断板３２を移動させるという具合である。

次に、前記低圧鋳造炉５０は、前記砂型２０の下方に配置されるものであって、炉体５２の内側底面に設けられた台５４の上に、溶湯５８を貯留する坩堝５６が設置されている。本実施例では、前記溶湯５８として、アルミニウム合金の溶湯を利用している。前記坩堝５６の内側には、前記溶湯５８を汲み上げるための給湯管６０が略垂直方向に配置されており、該給湯管６０は、前記炉体５２の上面に設けられた開口６２と前記湯口２４を介して、砂型２０のキャビティ２２に連通可能となっている。また、前記炉体５２の内側には、前記制御装置４６に接続された複数のヒータ６４が設けられており、前記溶湯５８の溶融状態の維持が可能となっている。更に、前記炉体５２の側面の適宜位置には、図３に示す自動注湯空圧制御装置６８に接続されるパイプ６６が設けられている。前記自動注湯空圧制御装置６８によって、前記坩堝５６の溶湯面に低い圧力を加えて溶湯５８を押し上げ注入する。該自動注湯空圧制御装置６８は、前記制御装置４６に接続されており、加圧注湯条件や溶解条件が設定される。このような低圧鋳造炉５０による注湯技術は公知である。

以上のような構成の低圧鋳造装置１０は、前記注湯ステーションＳＢに設置されている。該注湯ステーションＳＢには、図３に示すように、架台１２上に設けられたコンベア１４によって砂型２０が送られ、更に、架台１６上に設けられたコンベア１８によって、注湯後の砂型２０が注湯ステーションＳＢから搬出され、冷却ステーションＳＣを移動する。

次に、本実施例によるアルミニウム合金の鋳造手順を説明する。まず、図３に示すように、造型ステーションＳＡにおいて、上型２０Ａと下型２０Ｂからなる砂型２０が形成されるとともに、該砂型２０に前記押湯スリーブ２６と遮断板３２が取り付けられる。このとき、前記遮断板３２は、図２(A)に示すように、砂型２０の湯口２４と開口３４の位置が合うように、駆動シリンダ３８によって位置が調整される。前記砂型２０は、コンベア１４によって注湯ステーションＳＢに送られ、前記低圧鋳造炉５０上に載置されるとともに、前記押湯スリーブ２６の外周に、前記高周波コイル４０が装着される。

注湯ステーションＳＢでは、図示しない溶解装置によって溶解されたアルミニウム合金の溶湯５８が、ヒータ６４によって凝固しないように加熱されながら坩堝５６内に貯留されている。そして、前記砂型２０が、湯口２４と給湯管６０が一致する位置にセットされると、自動注湯空圧制御装置６８によって、坩堝５６の溶湯面が加圧され、前記溶湯５８が、前記給湯管６０，遮断板３２の開口３４，湯口２４を通過して、製品部であるキャビティ２２に押し上げられる。そして、前記溶湯５８が、前記キャビティ２２を満たし、溶湯スリーブ２６の所定位置まで注湯されたら、図２(C)に示すように、開口３４と湯口２４が重ならないように、駆動シリンダ３８によって前記遮断板３２をスライドさせる。

以上のような注湯及び湯口遮断後、前記砂型２０は、冷却ステーションＳＣに送られ、それと同時に、前記押湯スリーブ２６に装着された高周波コイル４０に、前記高周波インバータ電源制御装置４４からの給電が開始される。本実施例では、アルミニウム合金の鋳造を行うため、前記押湯スリーブ２６を金属製としている。このため、前記高周波コイル４０によって金属製の押湯スリーブ２６が誘導加熱され、該押湯スリーブ２６の熱によって押湯が間接的に加熱される。前記砂型２０は、コンベア１８によって搬送されるが、前記キャビティ２２内の溶湯５８が完全に凝固するまでは、前記高周波コイル４０による押湯の加熱，すなわち、溶湯５８の補給が継続される。そして、前記キャビティ２２内の溶湯５８が凝固して鋳物素材７０となったら、前記バラシ・鋳仕上げステーションＳＤに送られる。該バラシ・鋳仕上げステーションＳＤにおいては、前記鋳物素材７０が砂型２０から分離され、切断装置７２による方案部分の切除や、研磨装置７４によるバリ取りなどの仕上げが行われる。このように連続鋳造ライン化することで、生産性が向上し、従来の砂型鋳造と低圧鋳造を組み合せた場合に比べて、鋳造サイクルタイムを１／２〜１／１０程度に短縮可能である。

このように、実施例１によれば、次のような効果がある。
(1)砂型２０の湯口を遮断する機構を設けることによって、注湯後の砂型２０を低圧鋳造炉５０から移動可能にし、移動後の砂型２０の押湯スリーブ２６をキャビティ２２内の溶湯５８が凝固するまで高周波コイル４０で加熱して溶湯を補給することとしたので、高品質の鋳造品を、効率良く製造することができる。
(2)造型，注湯，冷却，バラシ・鋳仕上げまでを、マルチステーションで作業が行えるように連続ライン化したので、ハイサイクル化が可能となる。
(3)押湯スリーブ２６を最適な位置に自由に設置できるとともに、押湯を加熱して押湯温度を高く維持するため、高い押湯効果が得られる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した形状，寸法は一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。例えば、前記実施例１では、押湯収容部として押湯スリーブ２６を用いたが、これも一例であり、スリーブ状に限定されるものではなく、同様の効果を奏するものであれば適宜変更可能である。
(2)前記低圧鋳造炉５０の構成も一例であり、同様の効果を奏するものであれば、必要に応じて適宜設計変更してよい。

(3)前記遮断板３２を用いた湯口遮断機構も一例であり、同様の効果を奏するものであれば、必要に応じて適宜設計変更可能である。例えば、図４(A)〜(C)に示す例のように、下型２０Ｂの下方に遮断板３２Ａを収納するための収納部２８Ａを設け、前記遮断板３２Ａと駆動シリンダ３８をロッド３６によって接続するようにしてもよい。この場合、前記低圧鋳造炉５０から注湯されている間は、図４(A)に示すように、遮断板３２Ａを駆動シリンダ３８側に引き寄せることで湯口２４を開口し、注湯が完了したら、図４(C)に示すように、駆動シリンダ３８を駆動し、前記湯口２４を塞ぐように遮断板３２Ａを移動させるという具合である。

(4)前記高周波コイル４０による押湯加熱機構も一例であり、同様の効果を奏するものであれば、必要に応じて適宜設計変更可能である。例えば、前記実施例１では、高周波コイル４０によって鉄製の押湯スリーブ２６を誘導加熱することで、間接的にアルミニウム合金の押湯を加熱することとしたが、鉄の鋳造を行う場合には、前記押湯スリーブ２６をセラミックで形成し、直接、鉄の溶湯そのものを誘導加熱するようにしてもよい。また、アーク放電やヒータ，あるいは、発熱材などの利用により、押湯を直接加熱する機構としてもよいし、押湯スリーブ２６自体が発熱性を有するようにしてもよい。これらの手法のうちでも、温度制御性の点からすると、前記高周波コイル４０を用いた加熱が都合がよい。

(5)前記実施例１では、注湯ステーションＳＢにおける注湯後、冷却ステーションＳＣで冷却する際に、前記高周波コイル４０で押湯スリーブ２６を加熱することとしたが、これも一例である。例えば、注湯ステーションＳＢで押湯スリーブ２６に高周波コイル４０を装着したら、図３に点線で示すように、該高周波コイル４０と高周波インバータ電源制御装置４４を接続し、注湯前に押湯スリーブ２６を予熱しておくようにしてもよい。予熱を行うことにより、押湯が冷却されることなく溶湯状態を維持できるため、鋳造品の品質を向上させることができる。なお、前記押湯スリーブ２６以外の押湯収容部を用いた場合や、高周波コイル４０以外の加熱機構を用いた場合も、予熱を行うことにより同様の効果が得られる。

(6)前記実施例で示したシステム構成は一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。例えば、前記実施例では、制御装置４６を設けることとしたが、これも一例であり、制御装置４６は必要に応じて設けるようにしてよい。
(7)本発明の低圧鋳造装置及び方法は、アルミニウム合金が好適な適用例であるが、他の公知の各種の鋳造用金属全般に適用可能である。

本発明によれば、キャビティに連通する押湯収容部が上方に立設された上型と、前記キャビティに連通する湯口が下方に設けられた下型からなる砂型に、前記湯口を開いた状態で、低圧鋳造炉から前記キャビティ及び押湯収容部内に溶湯を注湯する。そして、注湯後に湯口遮断手段によって前記湯口を遮断し、押湯加熱手段によって湯口遮断後の指向性凝固をコントロールしながら、前記キャビティ内の溶湯が凝固するまで冷却することとした。このため、高品質の鋳造品を効率良く製造するための低圧鋳造の用途に適用できる。

本発明の実施例１を示す図であり、(A)は低圧鋳造システムの全体構成を簡略化して示す模式図，(B)は低圧鋳造装置の構成を示す断面図である。前記実施例１の湯口遮断機構を示す図であり、(A)は遮断前の様子を示す主要部の断面図，(B)は遮断板を示す外観斜視図，(C)は遮断後の様子を示す主要部の断面図である。前記実施例１の低圧鋳造システムの詳細な構成例を示す図である。本発明の他の実施例の湯口遮断機構を示す図であり、(A)は遮断前の様子を示す主要部の断面図，(B)は遮断板を示す外観斜視図，(C)は遮断後の様子を示す主要部の断面図である。背景技術の一例を示す図である。

符号の説明

１０：低圧鋳造装置
１２，１６：架台
１４，１８：コンベア
２０：砂型
２０Ａ：上型
２０Ｂ：下型
２２：キャビティ
２２Ａ，２２Ｂ：空洞部
２３：接続口
２４：湯口
２６：押湯スリーブ（押湯パイプ）
２８，２８Ａ：収納部
３０：通路
３２，３２Ａ：遮断板
３４：開口
３６：ロッド
３８：駆動シリンダ
４０：高周波コイル
４２：配線
４４：高周波インバータ電源制御装置
４６：制御装置
５０：低圧鋳造炉
５２：炉体
５４：台
５６：坩堝
５８：溶湯
６０：給湯管
６２：開口
６４：ヒータ
６６：パイプ
６８：自動注湯空圧制御装置
７０：鋳物素材
７２：切断装置
７４：研磨装置
１００：低圧鋳造装置
１０２：金型
１０２Ａ：上型
１０２Ｂ：下型
１０４：キャビティ
１０４Ａ：湯口
１１０：低圧鋳造炉
１１２：炉体
１１４：台
１１６：坩堝
１１８：溶湯
１２０：給湯管
１２２：ヒータ
１２４：パイプ
ＳＡ：造型ステーション
ＳＢ：注湯ステーション
ＳＣ：冷却（凝固制御）ステーション
ＳＤ：バラシ・鋳仕上げステーション

Claims

キャビティに連通する押湯収容部が上方に立設された上型と、前記キャビティに連通する湯口を下方に有する下型とからなる砂型，
該砂型の下方に設けられており、坩堝内の溶湯に圧力をかけることによって、前記キャビティに前記湯口を介して注湯する低圧鋳造炉，
前記押湯収容部内の押湯を直接又は間接的に加熱する押湯加熱手段，
前記湯口の開閉を切り替える湯口遮断手段，
を備えたことを特徴とする低圧鋳造装置。
前記湯口遮断手段が、
前記下型内に、前記溶湯の注湯方向と略直交する方向にスライド可能に収納されており、前記湯口を開閉可能な遮断板，
該遮断板をスライドさせる駆動機構，
を備えたことを特徴とする請求項１記載の低圧鋳造装置。
前記押湯加熱手段が、
前記押湯収容部の外周に設けられる高周波コイル，
該高周波コイルに給電する給電手段，
を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の低圧鋳造装置。
前記砂型を、前記低圧鋳造炉へ搬送する第１の搬送手段，
前記低圧鋳造炉によって前記キャビティに注湯された砂型を、前記押湯加熱手段で加熱しながら、前記低圧鋳造炉から搬出する第２の搬送手段，
を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の低圧鋳造装置。
前記押湯加熱手段が、前記低圧鋳造炉によるキャビティへの注湯前に、前記押湯収容部を予熱する予熱手段を兼ねることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の低圧鋳造装置。
キャビティに連通する押湯収容部が上方に立設された上型と、前記キャビティに連通する湯口が下方に設けられた下型からなる砂型に、低圧鋳造炉から溶湯を注湯する低圧鋳造方法であって、
前記湯口を開いた状態で、前記低圧鋳造炉から前記キャビティ及び押湯収容部内に溶湯を注湯する工程，
該注湯工程後に、前記下型内をスライドする遮断板によって、前記湯口を遮断する工程，
前記押湯収容部内の押湯を直接又は間接的に加熱しながら、前記キャビティ内の溶湯が凝固するまで冷却する工程，
凝固後の鋳物を、前記砂型から分離する工程，
を含むことを特徴とする低圧鋳造方法。
注湯前の砂型を、前記低圧鋳造炉に搬送する工程，
湯口遮断後の砂型を、前記低圧鋳造炉から搬出して前記冷却工程へ送る工程，
を含むことを特徴とする請求項６記載の低圧鋳造方法。
前記注湯工程前に、前記押湯収容部を予熱する工程，
を含むことを特徴とする請求項６又は７記載の低圧鋳造方法。