JP2010000545A - 鋳造方法及び鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、金属溶湯を高精度の定量規制圧力及び規制温度で金型へ装入し、均質の均一鋳造製品を得ることを目的としたものである。
【解決手段】この発明は、保持炉中へ投入してある送入装置を介して、鋳型へ溶湯を送り、鋳造する方法において、前記送入装置の送入槽の内側上部へ不活性ガスを圧入して、鋳型内へ溶湯を圧入するに際し、圧入開始時の湯面を一定に保つと共に、溶湯圧力を予め定めた加圧パターンにより送湯することを特徴とした鋳造方法により、目的を達成した。
【選択図】図１

Description

この発明は、鋳型へ送入する溶湯の温度を一定にすると共に、溶湯の送入圧力を所定のパターンに沿って変化させて均質鋳造することを目的とした鋳造方法及び鋳造装置に関する。

従来、使用されている定量送湯装置は、図７に示すように、溶解炉外へ保持炉を設置し、保持炉の全湯面を加圧して送湯していた。

また貯湯炉体と、定湯炉体に夫々開閉自在のタップを設けた装置も開示されていた。

更に溶湯を保持炉から吸湯タンクへ流入させる方式の装置も開示されていた。

特開平１１−３３７０６ 特開平１１−１２３５３１ 特開２０００−２１０７６５

従来使用されている低圧鋳造方法は、密閉炉の炉内溶湯上面を加圧し、溶湯を鋳型内に圧入する方法が主流を占めている。

前記のような密閉炉においては、次のような問題点があった。

（１）鋳込みにより、炉内の湯面が変動するので、鋳込み量を正確にするために、湯面位置の計算値を入力し、補正をかけているが、計算値は実際の湯面と誤差があるので、精度の更なる向上ができない。

（２）密閉炉であるために、鋳込み中に配湯できない。

（３）密閉炉のために、鋳込み中に溶湯処理ができない。

（４）炉にシール性を要するために、構造上強固にしなければならず、これにより炉蓋の取り外し又は清掃が容易でなくなる。

（５）その他稼働量が多くなるので、鋳込み量に高精度を求めることが難しくなる。例えば、従来は保持炉２の全液面２０ａを加圧していた（図７）。

この発明は、溶解炉から溶湯を分取した保持炉へ送湯装置を投入すると共に、送湯装置の上方（直上）へ鋳型を設置することにより、前記従来の問題点を解決したのである。

即ち、方法の発明は、保持炉中へ投入してある送入装置を介して、鋳型へ溶湯を送る方法において、前記送入装置の送入槽の内側上部へ不活性ガスを圧入して、鋳型内へ溶湯を圧入するに際し、圧入開始時の湯面を一定に保つと共に、溶湯圧力を予め定めた加圧パターンにより送湯することを特徴とした鋳造方法であり、鋳型への送湯温度と圧力を制御することを特徴としたものであり、加圧鋳造中に保持炉へ溶湯を配湯すると共に、炉内溶湯の処理をすることを特徴としたものである。

また、装置の発明は、保持炉内へ送入装置を投入設置し、前記送入装置の送入槽内へ定湯面とする為の仕切り壁を設け、該仕切り壁で仕切られた加圧室内へ、鋳型への送入筒を挿入設置すると共に、前記加圧室の一側へ溶湯の流入手段を設け、上部へ加圧手段を設置したことを特徴とする鋳造装置であり、送入筒に加熱手段を設けたことを特徴とするものである。

更に、流入手段は、保持炉と連通する吸入槽に送入槽を連結し、前記吸入槽又は送入槽の流入部に弁手段を介装したことを特徴とするものであり、弁手段は、吸入槽の吸入孔へ、止栓を嵌脱自在に設置したことを特徴とするものであり、弁手段は、吸入槽又は送入槽の隔壁へ、通湯路を設け、該通湯路にフロートバルブを介装させたことを特徴とするものである。

この発明において、保持炉中へ投入する送湯装置は、吸入槽、中間槽及び送入槽を一体的に連結した装置、又は吸入槽及び送入槽を一体的に連結した装置、或いは、送入槽のみとすることもあるが、吸入槽と中間槽又は中間槽を送入槽とセットした方が制御容易であり、より高精度の送湯ができる。

この発明における弁装置は、溶湯の逆流を防止するものであって、一旦送湯装置に吸入した溶湯は、保持炉内へ戻さないので、効率上も好ましい手段である。

前記装置によれば、溶湯の温度管理が容易であり、かつ送湯量の規制が高精度になる利点がある。また、送入槽から金型に到る間の送湯筒は、可及的に短くできると共に、送湯筒の露出部に加熱層（例えば電熱線を埋設）を設けることにより温度コントロールが容易となる。

この発明によれば、保持炉中へ投入してある送入装置の送入槽１から所定温度の溶湯を必要量宛、必要圧力で、予め定めたパターンに沿い金型へ送入することができるので、均一製品を自動的かつ低圧鋳造できる効果がある。

特に、溶湯を円滑に移送し、かつ送入圧力をパターン化して継続送入できるので、鋳造に際し、送湯速度の制御と、鋳造精度の向上により、製品を均質化できる効果もある。

この発明の実施例のブロック図。 同じく装置の実施例の一部を省略した断面図。 同じく図２の実施例の溶湯の移動を示す説明図。 （ａ）同じく他の実施例の一部を省略した断面図、（ｂ）同じく自動弁の実施例の一部断面図。 同じく他の実施例の一部を省略した断面図。 同じく送入装置と圧力との関係を示す説明図。 同じく従来の保持炉の説明図。

この発明は、溶解炉から分取した溶湯を入れる保持炉の中へ、送湯装置を投入設置し、該送湯装置の上部へ鋳型を配置して、保持炉内の溶湯を低圧定量送湯するものであって、鋳造時間帯において、圧力に変化を与え、鋳造製品各部の均質化を図ると共に、製品の均一化を達成したものである。

この発明は、金属素材の材質及び製品の形状、構造に対応する鋳型の形状、構造に応じ、送湯圧力に変化を与え、凝縮時の均質化のもとに、鋳造の効率向上を図ったものである。

この発明は、保持炉の中へ、送湯装置を投入する。この送湯装置は、保持炉と連通する吸入槽と、中間槽と、送入槽を順次連設してある。そこで、吸入槽へ溶湯を吸入し、ついで中間槽へ加圧送入し、更に送入槽へ加圧送入する。

また、各槽には、不活性ガスの給排管を連結し、所定の不活性ガスを供給して、湯面を加圧することにより槽内の溶湯を次槽（又は鋳型）へ移送する。次に、不活性ガスを排出することにより保持炉から新たな溶湯を吸入する。前記操作を繰り返して鋳造を続行する。

前記において、吸入槽を大気圧にすれば、送湯装置内の湯面を保持炉の湯面までは自動的に給湯することができるので、吸入槽の必要湯面に達するように、保持炉の湯面を吸入槽の必要湯面と同等高さ以上に保っておけば、吸入槽の操作が簡易化される。

次に、吸入槽から中間槽へ移行する場合には、吸入孔を塞ぎ、吸入槽の上部に不活性ガスを加圧送入する。この場合に、吸入孔を塞がないと、中間槽へ流動する溶湯の一部が吸入孔から保持炉内へ逆流し、中間槽への流入効率が悪くなるおそれがある。

この発明において、溶湯を送入槽から鋳型へ送入するには、送入槽の上部へ不活性ガスを加圧送入するのであるが、このガス送入圧力は鋳造時の金属の凝固特性上、同一圧力でなく、予め定めた圧力変化のパターンによらなければ、不均一凝固を生じ易い。

そこで、予め定めた圧力変化を定めたプログラムに基づいて加圧送入する必要がある。例えば、図６のような変化を示す送入圧力にする必要がある。

この発明の実施例を図１に基づいて説明する。溶解炉１で適切な品質の溶湯を作り、これを保持炉２に分取する。

保持炉２内には、吸入槽３、中間槽４、送入槽５が順次一体的に構成されている。前記送入槽５の上部に金型７が設置されており、送入槽５内と、金型７とは送入筒８で連結され、送入筒８の上部外壁にはヒータ９が埋設してあって、流動する溶湯の温度を調節できるようにしてある。

前記実施例において、吸入槽３の下部に設けた吸入孔１１の止栓１２を引き上げて吸入孔１１を開くと、吸入槽３内へ溶湯が流入する。例えば、溶湯の湯面が保持炉２の湯面と一致（又は所定の湯面に到達）したならば、前記止栓１２を下降して吸入孔１１を閉じる。

ついで、不活性ガスの給排管１３から不活性ガスを吸入槽３内へ加圧流入させると、吸入槽３の溶湯が加圧されて流動し、中間槽４へ入る。次に、吸入槽３へ新たに溶湯を吸入した後、中間槽４の液面を不活性ガスで加圧すると、中間槽４内の溶湯は、送入槽５へ移される。そこで、再び吸入槽３の溶湯を中間槽４へ移し、保持炉２の溶湯を吸入槽３へ移す。前記のようにして、溶湯を保持炉２から吸入槽３、中間槽４及び送入槽５へ順次移動させ、送入槽５から鋳型７へ定量の溶湯を間欠圧入すれば継続して低圧鋳造することができる。

例えば、重さ３０ｋｇのアルミニウム製品は、６２０℃〜７００℃の溶湯温で、０．２５ｋｇ／ｃｍ^２〜０．８ｋｇ／ｃｍ^２の圧力により必要量宛、金型へ流入させた後、４分〜６分で低圧鋳造することができる。

前記において、中間槽４又は送入槽５への加圧送入に際しては、下流側の通路に逆流を阻止する為の弁手段を設置する方がより好ましい。

この発明の装置の実施例を図２、３に基づいて説明する。保持炉２内の支持台６上へ、吸入槽３、中間槽４及び送入槽５よりなる溶湯送入装置１０を設置する。

前記吸入槽３、中間槽４及び送入槽５は夫々頂壁３ａ、４ａ、５ａにより密閉されていると共に、夫々の頂壁に、不活性ガスの給排管１３、１４、１５が連結開口している。

また、吸入槽３の底壁３ｃに、保持炉２と連通する吸入孔１１を穿設し、吸入孔１１へ止栓１２を開閉自在に嵌挿すると共に、頂壁３ａ、４ａから仕切壁３ｂ、４ｂを垂下し、底壁３ｃ、４ｃとの間に連通孔３ｄ、４ｄを設け、前記底壁３ｃと４ｃの間及び４ｃと５ｃの間へ、夫々槽壁３４、４５を設ける。槽壁３４は吸入槽３と、中間槽４の共通壁、槽壁４５は、中間槽４と送入槽５の共通壁である。

次に、送入槽５の上部へ金型７を設置し、鋳型７に、送入筒８の上端を連結し、送入筒８の下部は送入槽５内に挿入させ、前記送入筒８の下端は送入槽５の底壁５ｃと若干の間隔を保って開口させてある。

前記実施例についてその動作を説明する。前記保持炉２には、溶解炉１から適宜送湯されて、その湯面は大気圧下で一定に保たれるものとする。即ち、保持炉２の溶湯が少なくなれば、適宜補給し、過不足がないようにコントロールされている。

まず、止栓１２の弁杆１２ａを矢示１６のように引き上げると共に、各給排管１３、１４、１５から、夫々矢示１７、１８、１９のように排気すると、各槽は減圧されるので、保持炉２内の溶湯２０は矢示２１、２２、２３、２４、２５のように各槽へ入り、湯面２０ａに達した時に、弁杆１２ａを矢示２６のようにもどして止栓１２を閉じると共に、給排管１３、１４、１５からの排気を中止する（図２、湯面２０ａとなる）。

次に、鋳型７へ送湯するには、給俳管１５から矢示２７のように不活性ガス（例えば窒素ガス）を加圧送入すれば、湯面２０ａを矢示２８、２９のように下圧するので、共通壁４５で仕切られた送入槽５内の溶湯は、矢示３０、３１のように送入筒８を上昇し、鋳型７内へ送入される。この場合の送入圧力は、例えば図６のように、常に一定レベルで加圧を開始し、逐次増圧し、同一の加圧パターンで送湯し、鋳造することができる。

次に、吸入孔１１を止栓１２で塞いだ後、吸入槽３の給排管１３から矢示３２のように加圧ガスを送入すれば、吸入槽３内の溶湯は矢示２２、２３、２４、２５のように、中間槽４と、送入槽５へ移動し、再び中間槽４と、送入槽５に溶湯が充満する。この場合に、吸入槽３内の加圧を中止しても槽壁３４、４５により、一旦送られた溶湯は逆流しない。そこで、前記止栓１２を開き、吸入槽３内を減圧して、保持炉２内の溶湯を矢示２１、２２のように流入させ、次の送湯に備える。このようにして、間欠給湯を繰り返し、鋳型７へ溶湯を送り、継続して低圧鋳造することができる。

この発明の他の実施例を図４について説明する。前記実施例２は、鋳造装置の溶湯送入装置１０を、吸入槽３、中間槽４、送入槽５の３種を連結したが、図４の実施例は、吸入槽３と、送入槽５によって構成した。従って、溶湯を中間槽へ一時貯蔵することはないけれども、吸入槽３と、送入槽５の共同により溶湯を支障なく間欠定量送りすることができる。

前記において、吸入槽３と、送入槽５の共通槽壁３５に自動弁３６を設け、吸入槽３の保持炉２との底壁３ｃ（又は側壁）に設けた吸入孔１１へ止栓１２を嵌着し、前記吸入槽３と、送入槽５へ夫々給排管１３、１５を連結すれば、前記実施例２と同一動作をさせることができる。

前記自動弁３６は、連通筒３３の上部内側にセラミックスボールよりなる弁体３７を挿入して構成する。この自動弁３６は、溶湯が矢示３８のように吸入槽３から送入槽５へ送られる際には、溶湯が弁体３７を矢示３９のように押し上げ、連通筒３３の溝３３ａから、矢示５０のように溶湯が送り込まれる。

一方、送入槽５へ不活性ガスを圧入した際に、湯面が共通の槽壁３５の上面に達するまでは、前記溝３３ａから逆流するが、湯面が溝３３ａの下壁３３ｂと同高になると、弁体３７も下降して連通筒３３の上部を塞ぐので溶湯は逆流することなく、送入槽５内の溶湯を、送入筒８を介して鋳型７へ矢示５１、５２のように送り込むことができる。

前記のようにして、送入槽５内の溶湯がなくなったならば、止栓１２を矢示４９のように引き上げ、吸入孔１１を開けて、保持炉２内の溶湯を吸入槽３内へ流入させることができる。この場合に、保持炉２の湯面が高い時には自然吸入し、保持炉２の湯面が吸入槽３内の必要高さに達しない場合には、吸入槽３の上部を減圧して、保持炉２内の溶湯を吸入する。

前記のように、吸入槽３へ溶湯が吸入されたならば、前記止栓１２の弁杆１２ａを下降して、吸入孔１１を塞いだ後、給排管１３から矢示５３のように不活性ガスを流入させ、吸入槽３内を加圧して、吸入槽３内の溶湯を矢示３８、５０のように送入槽５に入れ、前記と同一操作により、送入筒８を経て鋳型７へ送湯することができる（図４）。

この発明の他の実施例を図５について説明する。前記実施例３は、吸入槽３と、送入槽５を連結して使用したが、この実施例は、保持炉２の中へ送入槽５を投入設置し、送入槽５の上部に鋳型７を設置すると共に、鋳型７へ固定した送入筒８を送入槽５内へ挿入し、かつ送入槽５を密閉して、その頂壁へ給排管１５を連結開口し、前記送入槽５の一側下部へ保持炉２と連通する吸入路４０を設け、該吸入路４０に弁体４１を開閉可能にして、自動弁５４を設置したものである。

前記において、給排管１５から送入槽５内の気体を矢示４４のように排気すれば、保持炉２内の溶湯は矢示４２、４３のように弁体４１を押し上げて、送入槽５内へ入り、湯面５５に達する。そこで、給排管１５から、矢示４６のように加圧気体を送入すれば、送入槽５内の湯面は矢示５６のように下圧され、矢示４７、４８のように鋳型７へ送入される。鋳型７へ必要量の溶湯を送入したならば、再び送入槽５内の気体を排出して保持炉２の溶湯を送入槽５内へ吸入する。

このようにして、溶湯の吸入と、鋳型７への送入を間欠的に繰り返し、低圧鋳造することができる。

然して、溶湯は必要量を必要圧力で送ることができるので、均一製品を量産することができる。前記各送入槽５の送入筒８の上部には、加温部５７を設置し、送入筒８の上部を加熱し、溶湯温を調節する。

１ 溶解炉
２ 保持炉
３ 吸入槽
４ 中間槽
５ 送入槽
６ 支持台
７ 鋳型
８ 送入筒
１０ 溶湯送入装置
１１ 吸入孔
１２ 止栓
１３、１４，１５ 給排管
３４，４５ 槽璧
３６、５４ 自動弁

Claims (8)

1. 保持炉中へ投入してある送入装置を介して、鋳型へ溶湯を送る方法において、前記送入装置の送入槽の内側上部へ不活性ガスを圧入して、鋳型内へ溶湯を圧入するに際し、圧入開始時の湯面を一定に保つと共に、溶湯圧力を予め定めた加圧パターンにより送湯することを特徴とした鋳造方法。
2. 鋳型への送湯温度と圧力を制御することを特徴とした請求項１記載の鋳造方法。
3. 加圧鋳造中に保持炉へ溶湯を配湯すると共に、炉内溶湯の処理をすることを特徴とした請求項１記載の鋳造方法。
4. 保持炉内へ送入装置を投入設置し、前記送入装置の送入槽内へ定湯面とする為の仕切り壁を設け、該仕切り壁で仕切られた加圧室内へ、鋳型への送入筒を挿入設置すると共に、前記加圧室の一側へ溶湯の流入手段を設け、上部へ加圧手段を設置したことを特徴とする鋳造装置。
5. 送入筒に加熱手段を設けたことを特徴とする請求項４記載の鋳造装置。
6. 流入手段は、保持炉と連通する吸入槽に送入槽を連結し、前記吸入槽又は送入槽の流入部に弁手段を介装したことを特徴とする請求項４記載の鋳造装置。
7. 弁手段は、吸入槽の吸入孔へ、止栓を嵌脱自在に設置したことを特徴とする請求項６記載の鋳造装置。
8. 弁手段は、吸入槽又は送入槽の隔壁へ、通湯路を設け、該通湯路にフロートバルブを介装させたことを特徴とする請求項６記載の鋳造装置。

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