JP2010167430A - 縦型鋳造装置及び鋳造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】溶湯、半凝固インゴット及び半溶融インゴットの少なくとも1種の出発材料を押し上げて上方の鋳型に導入することにより鋳造体を製造する装置であって、(1)底部に注湯口が設けられた鋳型、(2)鋳型に前記出発材料を導入するための導入手段及び(3)前記注湯口と前記導入手段との間を開閉できる遮断部材を含み、前記遮断部材が、a)前記注湯口と接する側に形成された副生物捕捉空隙、b)副生物が捕捉された後の出発材料を鋳型の空隙部に導入するための開口部を含む、縦型鋳造装置に係る。
【選択図】図1
Description
1. 溶融状態、半凝固状態又は半溶融状態の出発材料を押し上げて上方の鋳型に導入することにより鋳造体を製造する装置であって、
(1)底部に注湯口が設けられた鋳型、
(2)出発材料を収容し、注湯口から出発材料を鋳型に導入するための材料導入手段、
(3)注湯口と導入手段との間を開閉できる開閉用部材を含み、
前記開閉用部材が、a)前記部材において出発材料と接する側に形成された副生物捕捉空隙部、b)注湯口を経て鋳型空隙部に出発材料を導入するための開口部を有する、
ことを特徴とする縦型鋳造装置。
2. 前記材料導入手段が、
(a)スリーブ及びそれに対応するプランジャ・チップを有する装置又は
(b)b−1)溶湯を収容する保持炉、b−2)前記保持炉中の溶湯に浸漬されるストーク及びb−3)保持炉中の出発材料をストークに導入して押し上げるための加圧手段を有する装置
である、前記項1に記載の縦型鋳造装置。
3. 前記加圧手段が、i)溶湯導入口が設けられたストーク内において配置されたプランジャ・チップ、ii)前記プランジャ・チップを駆動軸を介して上下運動させる駆動部、iii)前記駆動軸が前記保持炉を貫通する貫通部が出発材料に浸漬されないように前記貫通部に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入口を含む加圧装置である、前記項2に記載の縦型鋳造装置。
4. 開口部の口径が前記スリーブの内径又は前記ストークの内径よりも小さい、前記項2に記載の縦型鋳造装置。
5. 出発材料の側面の表面部分を取り除くために、前記スリーブの内径又は前記ストークの内径よりも小さい内径を有するリング状部材が設置されている、前記項2に記載の縦型鋳造装置。
6. 副生物捕捉空隙中のガスを装置外部に排気するための排気通路が遮断部材に形成されている、前記項1に記載の縦型鋳造装置。
7. (a)開口部において少なくとも出発材料と接触する部位及び(b)副生物捕捉空隙において少なくとも出発材料と接触する部位の少なくとも一方が耐摩耗性材料により形成されている、前記項1に記載の縦型鋳造装置。
8. 溶融状態、半凝固状態又は半溶融状態の出発材料を押し上げて上方の鋳型に導入することにより鋳造体を製造する方法であって、
(1)出発材料を収容し、注湯口から出発材料を鋳型に導入するための材料導入手段によって、出発材料を当該材料導入手段の収容部に導入するに際し、当該収容部を減圧することなく出発材料を押し上げて前記収容部に導入する第1工程、
(2)前記収容部に収容された出発材料の表面部分を取り除く第2工程及び
(3)表面部分が取り除かれた後の出発材料を鋳型空隙内に導入する第3工程
を含むことを特徴とする鋳造方法。
9. 第3工程において、出発材料を鋳型空隙内に導入するに際し、前記鋳型空隙内を減圧下ないしは真空下とする、前記項8に記載の縦型鋳造方法。
10. 鋳型空隙内に出発材料を充填した後、当該出発材料を鋳型空隙内で加圧する工程を含む、前記項8に記載の縦型鋳造方法。
(2)スリーブ内径又はストーク内径より小さい内径をもつ開口部から出発材料が鋳型空隙部に挿入される場合は、溶湯周囲の酸化・凝固層が鋳型空隙部に入りにくくすることができる。特に、開口部の入口周囲に設けた窪み(副生物捕捉空隙)により、酸化被膜等が捕捉され、鋳型空隙内への侵入をおさえることができる。
(3)開口部断面積(これはゲート断面積に相当する)は従来のダイカスト法に比較しかなり大きくできるので、たとえゲート部での出発材料(溶湯等)の移動速度は低速であっても鋳型空隙内を迅速に充満でき、空気又はガスの巻き込みも少なくすることができる。
(4)鋳型空隙内を開閉用部材で密閉して減圧する場合には、生産性を損なうことなく、あるいは大容量真空系を使用しなくても、鋳型空隙内部を容易に高真空化することができる。
(5)鋳型空隙部が出発材料で充満された後、開閉用部材で鋳型空隙部をシールできるので、プランジャ・チップ以外でも出発材料を加圧でき、空隙部細部への溶湯充填、凝固収縮による引け巣防止あるいは塗型から発生したガス気泡の圧縮等を容易に行うことができる。
(6)本発明方法又は本発明装置では、副生物捕捉空隙部及び開口部で出発材料(特に溶湯)を切断する際に出発材料をかみ込む可能性があり、開閉用部材及び開閉用部材支持部材の耐久性が問題となるような場合は、これらの部分に優れた耐摩耗性材料を部分的に適用することにより、より低コストでより高い耐久性を得ることができる。
(7)半溶融インゴットの外径より内径が小さいリング状の部分を通して半溶融インゴットを鋳造する場合には、酸化物に覆われているインゴット外面部が削り取られ、また、上部は副生物捕捉空隙部で除去されるため、出発材料のうち清浄な部分だけが鋳型空隙内に導入されることから、高品質な鋳造体を得ることができる。
(8)スリーブとプランジャ・チップの代わりとして、開閉用部材の下部にストークを設置し、保持炉又は溶解炉中の溶湯を前記ストークを通じて押し上げるように設計した場合でも、上記と同様の効果が得られる上、プランジャを利用するよりも装置コストが安くすることができる。但し、この場合、プランジャ・チップの場合ほど溶湯を加圧できないので、必要に応じて、鋳型空隙部が溶湯で充満された後、溶湯遮断部材で鋳型空隙部をシールした後の加圧又は押湯を実施すれば良い。この場合、加圧等をすることにより、鋳物と鋳型間の隙間が小さくなり、熱移動が促進され、凝固時間が短縮されるので、ダイカスト法と同様の生産性が得られる。さらに、鋳型空隙部を高真空として空気又はガスあるいは酸化皮膜の巻き込みを最小限にでき、より高品質な鋳造体を得ることが可能になる。
2 鋳型空隙部
3 開閉用部材
4 スリーブ
5 出発材料(溶湯又は半凝固インゴット)
6 副生物捕捉空隙部
7 開口部
8 排気溝
9 プランジャ・チップ
9.1 チップ外筒
9.2 チップ内筒
10 押出しピン
11 油圧パイプ
12 加圧ピストン
13 副生物捕捉空隙部
14 開閉用部材支持体
15 電動サーボモータ
16 ボールねじ
17 排気口
18 耐摩耗性材料
19 リング保持板
20 酸化皮膜除去リング
21 酸化皮膜受け板
22 除去された酸化皮膜
23 清掃チップ
24 オーバーフロー
25 タイバー
26 凝固物
27 保持炉
28 ストーク
29 加圧用ガス口
30 プランジャ駆動部
31 駆動軸
32 貫通部
33 不活性ガス導入口
34 溶湯導入口
本発明の縦型鋳造装置は、溶融状態、半凝固状態又は半溶融状態の出発材料を押し上げて上方の鋳型に導入することにより鋳造体を製造する装置であって、
(1)底部に注湯口が設けられた鋳型、
(2)出発材料を収容し、注湯口から出発材料を鋳型に導入するための材料導入手段、
(3)注湯口と導入手段との間を開閉できる開閉用部材を含み、
前記開閉用部材が、a)前記部材において出発材料と接する側に形成された副生物捕捉空隙部、b)注湯口を経て鋳型空隙部に出発材料を導入するための開口部を有する、
ことを特徴とする
本発明の鋳造方法は、溶融状態、半凝固状態又は半溶融状態の出発材料を押し上げて上方の鋳型に導入することにより鋳造体を製造する方法であって、
(1)出発材料を収容し、注湯口から出発材料を鋳型に導入するための材料導入手段によって、出発材料を当該材料導入手段の収容部に導入するに際し、当該収容部を減圧することなく出発材料を押し上げて前記収容部に導入する第1工程、
(2)前記収容部に収容された出発材料の表面部分を取り除く第2工程及び
(3)表面部分が取り除かれた後の出発材料を鋳型空隙内に導入する第3工程
を含むことを特徴とする。
第1工程では、出発材料を収容し、注湯口から出発材料を鋳型に導入するための材料導入手段によって、出発材料を当該材料導入手段の収容部に導入するに際し、当該収容部を減圧することなく出発材料を押し上げて前記収容部に導入する。
第2工程では、収容部に収容された出発材料の表面部分を取り除く。出発材料は、収容部に収容された状態にあり、その表面が空気又はガスと接触する。すなわち、空気又はガスと接触している部分は、酸化物、凝固物等の副生物が生成しており、最終的に得られる鋳造体の品質を劣化させる原因となる。このため、出発材料を鋳型空隙内に導入するに先立って、空気又はガスと接触している表面部分を予め取り除く。これによって、高品質な鋳造体を提供することが可能となる。
第3工程では、表面部分が取り除かれた出発材料を鋳型空隙内に導入する。副生物が比較的多量に含まれる表面部分を除去した後の清浄な出発材料を鋳型空隙内に導入することによって高品質な鋳造体を得ることができる。
図1に実施例1における全体の主要構成要素、図2に実施例1で使用した開閉用部材(以下「溶湯遮断部材」ともいう。)3の詳細図、図3に実施例1の主要工程図をそれぞれ示す。本実施例では、鋳型空隙部2を開閉用部材3で密閉し、鋳型1とスリーブ4を分離した状態で(図3(a))、スリーブ4に溶湯5を注入するか、あるいは半凝固インゴットをロボット等を利用して挿入する。注湯する場合、スリーブ4を傾動させて溶湯が静かにスリーブ4に入るようにすることが望ましい。この間に、鋳型空隙部2を真空に減圧する。次にスリーブ4を上昇させ、開閉用部材3に先端を押し当てる、あるいは開閉用部材近傍に位置させる。そして、プランジャ・チップ9を押し上げ、溶湯あるいは半凝固インゴット5の上部(酸化物で覆われている)を副生物捕捉空隙部(以下「酸化皮膜捕捉空洞」ともいう。)6に挿入する(図3(b))。この際、スリーブ4中の空気は、排気溝8を通じて排出される(図2)。溶湯の一部は排気溝8にも多少入ることもあるが、すぐに凝固し、それ以降の空気の排出はなくなる。次に、開閉用部材3を移動させ、副生物捕捉空隙部6の溶湯(一部凝固している)を切断すると共に開口部7をスリーブ中央に位置させ、プランジャ・チップ9で溶湯又は半凝固インゴット5を鋳型空隙部2に挿入する(図3(c))。鋳型空隙部2が溶湯で充満されたら、開閉用部材3をさらに移動させ、鋳型空隙部2を密閉する。同時に鋳型空隙部上部に設けたピストン12で鋳型空隙部の溶湯を加圧する。この間に副生物捕捉空隙部6、開口部7で凝固した凝固物26は、下方に押し出す(図3(d))。また、プランジャ・チップ上部に残った凝固物26は、スリーブ4を下方に移動させ、プランジャ・チップ9で押し出す。これらの間に、スリーブ4を清掃し、溶湯あるいは半凝固インゴット5を挿入する。また、この間に金型1,1’を開き、製品を取り出し、金型に離型剤を塗布し、型を閉じ、次の鋳造に備える。
図4には、実施例2に使用した開閉用部材3の概要図を示す。この場合、副生物捕捉空隙部6の上部に排気口17が設けられており、スリーブ4中の空気やガスはこの排気口17を通じて鋳型中に排出される。本実施例で鋳型空隙部2を減圧したい場合には、開閉用部材3で副生物捕捉空隙部6の溶湯を切断した後、溶湯挿入までの短時間内に鋳型空隙部2を減圧する必要がある。しかし、副生物捕捉空隙部6に生じた凝固物の除去は容易である。また、この実施例では、副生物捕捉空隙部6の近傍及び開口部近傍を例えば高クロム鋳鉄、高バナジュウム鋳鉄及びこれらとセラミックスの複合材料の少なくとも1種の耐摩耗性材料18を部分的に使用して開閉用部材3の寿命を長くすることができる。また、開口部下部の副生物捕捉空隙部13の形状はこのようなもの以外に種々可能である。場合によっては、単純な円筒形開口部(但し、テーパをつけておくことが望ましい。)でも良い。
図5には、半溶融加工法に利用した実施例3におけるスリーブ4及び副生物捕捉空隙部6近傍の構造と鋳造行程を示す。本実施例では、半溶融インゴット5の側面に存在する酸化被膜を射出前に除去するため、スリーブ4の内径より小さい内径の酸化被膜除去リング20、それを保持するリング保持板19、除去した酸化被膜(一部溶湯を含む)の受け板21、酸化被膜や残留凝固物24を押し出す清掃チップ23を有し、スリーブ4内のプランジャ・チップはチップ外筒9−1とチップ内筒9−2の組み合わせとなっている。鋳造工程としては、図5(a)に示すようにスリーブ4を下方に移動させ、半溶融インゴット5をスリーブ4に挿入し、スリーブ4を図5(b)に示すように酸化皮膜受け板21の上端まで移動させ、チップ外筒9−1とチップ内筒9−2を同時に押上げ半溶融インゴット5を酸化被膜除去リング20に押し込む。酸化被膜除去リング20の内径はスリーブ4の内径より小さいため、側面が削り取られ、リング保持板19と酸化被膜受け板21の間に押し出される(図5(c))。チップ外筒9−1が酸化被膜除去リング20の下端に接触したら、その後は、チップ内筒9−2を押し上げて半溶融インゴット5の上部を副生物捕捉空隙部6に押し込む(図5(d))。その後、実施例1と同様に開閉用部材3を移動して開口部7をスリーブ中央に位置させ、酸化物の少ない半溶融インゴット5を鋳型空隙部2に押し込む。その後、さらに開閉用部材3を移動し、凝固が終了したら、製品を鋳型空隙部2から取り出し、鋳型清掃、離型材塗布の間に酸化物受け板21を下方に移動させ、酸化被膜除去リング筒20の下端が酸化物受け板21の下端より少なくとも上になるように位置させ、また、スリーブ外筒9−1、内筒9−2を酸化物受け板21の上端と揃うように引き下げ、清掃チップ23で残留インゴット及び酸化物を押し出すと共に内部を清掃する(図5(e))。その後、図5(a)の工程に戻り、以後これを繰り返す。
図6には、実施例3に使用した開閉用部材3の断面方向の図面であって、断面を矩形ではなく円形とし、鋳型を貫通させて使用したものである。円形断面を使用することにより、金型と開閉用部材間の空隙を適切に設定するための加工コストを低減することができる。また、金属製又はセラミック製リングを酸化皮膜捕捉空洞6あるいは開口部7近傍に設置することにより溶湯のかみ込みを防ぐことができる。なお、開閉用部材の断面は円形や矩形以外のものでも良い。鋳型の分割も図5のような開閉用部材の移動方向と同じでもその直角方向でも良い。
図7には、本発明装置の別の実施態様を示す。この装置では、前述のプランジャ及びプランジャ・チップを使用する代わりに、保持炉中27の溶湯5と開閉用部材3の間にストーク28を設置したものである。保持炉27の内部を加圧してストーク中の溶湯を押し上げ、湯面近傍の汚れた湯を副生物捕捉空隙部10に押し込んだ時点で、開閉用部材3を移動させ、汚れた湯を除去し、さらに開口部7をストーク上部に移動し、清浄な溶湯を鋳型空隙部2に押し入れることができる。
実施例5におけるストーク内に設置した黒鉛製プランジャ・チップを駆動して溶湯を押し上げる例を図8に示す。具体的には、i)溶湯導入口34が設けられたストーク28内に配置されたプランジャ・チップ9、ii)前記プランジャ・チップ9を駆動軸31を介して上下運動させる駆動部30、iii)前記駆動軸31が前記保持炉を貫通する貫通部32が出発材料5に浸漬されないように前記接触部32に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入口33を含む加圧装置が設置されている。
Claims (10)
- 溶融状態、半凝固状態又は半溶融状態の出発材料を押し上げて上方の鋳型に導入することにより鋳造体を製造する装置であって、
(1)底部に注湯口が設けられた鋳型、
(2)出発材料を収容し、注湯口から出発材料を鋳型に導入するための材料導入手段、
(3)注湯口と導入手段との間を開閉できる開閉用部材を含み、
前記開閉用部材が、a)前記部材において出発材料と接する側に形成された副生物捕捉空隙部、b)注湯口を経て鋳型空隙部に出発材料を導入するための開口部を有する、
ことを特徴とする縦型鋳造装置。 - 前記材料導入手段が、
(a)スリーブ及びそれに対応するプランジャ・チップを有する装置又は
(b)b−1)溶湯を収容する保持炉、b−2)前記保持炉中の溶湯に浸漬されるストーク及びb−3)保持炉中の出発材料をストークに導入して押し上げるための加圧手段を有する装置
である、請求項1に記載の縦型鋳造装置。 - 前記加圧手段が、i)溶湯導入口が設けられたストーク内において配置されたプランジャ・チップ、ii)前記プランジャ・チップを駆動軸を介して上下運動させる駆動部、iii)前記駆動軸が前記保持炉を貫通する貫通部が出発材料に浸漬されないように前記貫通部に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入口を含む加圧装置である、請求項2に記載の縦型鋳造装置。
- 開口部の口径が前記スリーブの内径又は前記ストークの内径よりも小さい、請求項2に記載の縦型鋳造装置。
- 出発材料の側面の表面部分を取り除くために、前記スリーブの内径又は前記ストークの内径よりも小さい内径を有するリング状部材が設置されている、請求項2に記載の縦型鋳造装置。
- 副生物捕捉空隙中のガスを装置外部に排気するための排気通路が遮断部材に形成されている、請求項1に記載の縦型鋳造装置。
- (a)開口部において少なくとも出発材料と接触する部位及び(b)副生物捕捉空隙において少なくとも出発材料と接触する部位の少なくとも一方が耐摩耗性材料により形成されている、請求項1に記載の縦型鋳造装置。
- 溶融状態、半凝固状態又は半溶融状態の出発材料を押し上げて上方の鋳型に導入することにより鋳造体を製造する方法であって、
(1)出発材料を収容し、注湯口から出発材料を鋳型に導入するための材料導入手段によって、出発材料を当該材料導入手段の収容部に導入するに際し、当該収容部を減圧することなく出発材料を押し上げて前記収容部に導入する第1工程、
(2)前記収容部に収容された出発材料の表面部分を取り除く第2工程及び
(3)表面部分が取り除かれた後の出発材料を鋳型空隙内に導入する第3工程
を含むことを特徴とする鋳造方法。 - 第3工程において、出発材料を鋳型空隙内に導入するに際し、前記鋳型空隙内を減圧下ないしは真空下とする、請求項8に記載の縦型鋳造方法。
- 鋳型空隙内に出発材料を充填した後、当該出発材料を鋳型空隙内で加圧する工程を含む、請求項8に記載の縦型鋳造方法。
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