JP2010253541A

JP2010253541A - ダイカスト金型冷却システム

Info

Publication number: JP2010253541A
Application number: JP2009109704A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Hagiwara; 孝明萩原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】簡単な構成で、ダイカスト金型の各流路に冷却流体を安定して供給して部分的に精度よく冷却することができるダイカスト金型冷却システムを提供する。
【解決手段】ダイカスト金型冷却システムは、ダイカスト金型１の内部に形成された流路２に冷却流体を供給する冷却流体供給ユニット３を備えており、流路２が、冷却流体を常時循環供給する常時供給系流路21,22,24,25と、冷却流体を断続的に制御して循環供給する制御供給系流路23とを有しており、冷却流体供給ユニット３から供給された冷却流体を貯留するタンク51と、タンク51に貯留された冷却流体を所定の温度に調整する熱交換器52と、タンク51に貯留され所定の温度に調整された冷却流体を制御供給系流路23に送り出すポンプ53とを備えてなる制御供給系流路専用サブユニット５が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイカスト金型冷却システムに関し、特に、ダイカスト金型の内部に形成された流路に所定の温度の冷却流体を所定の流量で冷却流体を供給する冷却流体供給ユニットを備えており、前記流路が、冷却流体を常時供給する常時供給系流路と、冷却流体を断続的に制御して供給する制御供給系流路とを有するダイカスト金型冷却システムに関する。

一般に、ダイカスト金型内には、冷却水などの冷却流体を流通させるための流路が形成されており、この流路には冷却流体供給ユニットが接続されて、所定の温度に調整された冷却流体が所定の流量で供給されて、ダイカスト金型冷却システムを構成している。そして、ダイカスト成形品の形状やキャビティ内に射出充填された溶湯を指向性凝固させるなど、高品質のダイカスト成形品を製造するために、ダイカスト金型を部分によって冷却する程度が異なるよう温度制御する必要がある。

このようにダイカスト金型を部分によって温度制御するための従来の技術としては、たとえば特許文献１が知られている。特許文献１には、金型に、金型温度分布等に対応して複数の温度帯域を設定し、各温度帯域ごと、それぞれの冷却通路に制御された流量の冷却媒体を流通させることなどを特徴とする金型温度制御方法が開示されている。そして、特許文献１には、「冷却通路を流通する冷却水の流量制御は、水圧を変化させることにより単位時間に通過する冷却水を増やしたり、減らしたりするようにしている。」（００１２）、「水圧の強い２５０℃以上の制御バルブでは冷却水の流量が多くなって冷却効果が高く、水圧の弱い１５０℃以下の制御バルブでは冷却水の流量が少なくなって冷却効果が低くなる。」（００１４）などと記載されている。すなわち、特許文献１では、制御バルブの調整によって冷却流体を異なる圧力でダイカスト金型の流路に供給することにより、冷却流体の流量を調整し、ダイカスト金型に対する冷却効果を設定された温度帯域にしたがって異ならせることが開示されている。

また、ダイカスト金型を部分によって温度制御するための別の従来の技術としては、図３に示すように、ダイカスト金型１’内に形成される流路２’として、冷却流体を常時供給する常時供給系流路２１’、２２’、２４’、２５’と、冷却流体を断続的に制御して供給する制御供給系流路２３’とを有しているものがある。ダイカスト金型１’に形成される流路２’には、冷却流体供給ユニット３’から高圧ポンプ４６’によって冷却流体が高圧で送り出される系の流路２１’、２３’、２４’と低圧ポンプ４５’によって冷却流体が低圧で送り出される系の流路２２’、２５’がある。そして、図３に示した冷却流体供給ユニット３’は、熱交換器３０’から送られ、チラー３２’によって所定の温度に調整された状態で冷却流体タンク３１’に貯留された冷却流体を各流路２１’〜２５’に送り出している。常時冷却流体が流通される流路２１’、２２’、２４’、２５’では、その排出側に流量計Ｍ’と制御バルブＶａ’とがそれぞれ設けられており、流量計Ｍ’によって各流路２１’、２２’、２４’、２５’から排出される冷却流体の単位時間あたりの流量を検知しつつ、制御バルブＶａ’により流路２１’、２２’、２４’、２５’から排出される冷却流体の流量をそれぞれ制御するよう構成されている。一方、制御供給系流路２３’の排出側には流量計Ｍ’とタイマＴ’によって制御される制御バルブＶｂ’が設けられている。制御供給系流路２３’の制御バルブ’Ｖｂ’の開閉は、タイマＴ’によってＯＮ／ＯＦＦ制御される。したがって、制御供給系流路２３’における冷却流体の流通時間は、タイマＴ’によって決定される。

ところで、ダイカスト成形を行うための設備では、ダイカスト成形により製造する成形品の量などにもよるが、一般に、複数のダイカスト成形ラインが並設されており、一のラインとこれに隣接するラインとでは、所定の形状のキャビティを形成するダイカスト金型や、このダイカスト金型を型締するための型締装置、ダイカスト金型内に溶湯を射出充填するためのプランジャ、そしてダイカスト金型の流路に冷却流体を供給するための冷却ユニットが、両ラインの境界線を中心として対称に所謂鏡配置されていることが多い。そのため、ダイカスト金型の各流路に接続される冷却ユニットの配管なども、一のラインとこれに隣接するラインとでは、対称的に配置されることから、所謂右勝手と左勝手が存在する。

特開２００８−１４９３３５号公報

しかしながら、上記従来の技術のうち、特許文献１や図３に示したものにあっては、いずれの場合にも、冷却流体供給ユニット３’から各流路２１’〜２５’（特許文献１では冷却通路）に供給される冷却流体の温度が均一であるため、各流路２１’〜２５’の流量または圧力を変化させることによりダイカスト金型１’に対する冷却効果を設定された温度帯域にしたがって異ならせても、ダイカスト金型１’を部分によって精度よく設定された温度に冷却することが困難であった。

そして、冷却流体供給ユニット３’によって最も高い冷却効率で冷却する必要がある部分に合わせて調整された温度の冷却流体（つまり、最も冷却が必要な部分に合わせて比較的低い温度に調整した冷却流体）を各流路に供給する場合には、比較的低い冷却効率で冷却する必要がない部分または冷却しなくてもよい部分と対応する流路に対して比較的低い圧力または低い流量で流通させたとしても、かかる部分が過度に冷却されて設定された温度よりも低い温度となり、また、冷却流体供給ユニットによって最も低い冷却効率で冷却する必要がある部分に合わせて調整された温度の冷却流体（つまり、比較的高い温度に調整した冷却流体）を供給する場合には、高い冷却効率で冷却する必要がある部分が冷却されず設定された温度まで低下しないこととなり、したがって、いずれの場合でも、ダイカスト金型部分によってそれぞれ設定された温度に調整することができずダイカスト成形品の品質を保証することが困難であった。

また、図３に示した制御供給系流路においては、制御バルブの開閉動作による冷却流体の流量は、図２に破線で示すように変化することが理想であるが、ダイカスト金型と冷却流体供給ユニットが離れているために流路に供給される冷却流体の流量や圧力が安定せず、制御バルブが作動してから実際に冷却流体の流通が変化するまでにタイミングがずれるなどして、実際には実線で示すように変化することとなり、制御供給系流路における温度を精度よく制御することが困難であった。

さらに、ダイカスト金型の各流路における冷却効果を正確にモニタリングするためには、図３に示したように、各流路のダイカスト金型からの熱を受けた状態である排出側に流量計と制御バルブを設けて所謂アウト側制御することが望ましいが、上述したように流路に供給される冷却流体の流量や圧力が安定しないなどの理由で冷却流体がダイカスト金型の熱を受けて沸騰した状態で排出される場合があり、この場合には各流路の排出側に設けられた流量計がハンチング現象によってその経路を流通する冷却流体の流量を正確に測定することが困難となり、その結果各流路の流量を適切に制御することが困難となる場合が有るなどの問題もあった。さらにまた、一の流路における冷却流体の流量を変更すると、他の流路における冷却流体の流量が影響を受けるため、冷却流体を各流路に設定された流量で流通させることが困難であるという問題もあった。上述した問題は、ダイカスト成形品に所謂水残りや湯じわなどの鋳造不良を引き起こす原因となる。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、ダイカスト金型の各流路に冷却流体を安定して供給して部分的に精度よく冷却することができ、もって、高品質のダイカスト成形品を製造することができるダイカスト金型冷却システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１のダイカスト金型冷却システムに係る発明は、ダイカスト金型の内部に形成された流路に所定の温度の冷却流体を所定の流量で冷却流体を供給する冷却流体供給ユニットを備えており、前記流路が、冷却流体を常時循環供給する常時供給系流路と、冷却流体を断続的に制御して循環供給する制御供給系流路とを有するダイカスト金型冷却システムであって、前記冷却流体供給ユニットから供給された冷却流体を貯留するタンクと、該タンクに貯留された冷却流体を所定の温度に調整する熱交換器と、タンクに貯留され所定の温度に調整された冷却流体を前記制御供給系流路に送り出すポンプとを備えてなる制御供給系流路専用サブユニットを設けたことを特徴とするものである。

請求項１のダイカスト金型冷却システムに係る発明によれば、冷却流体供給ユニットから供給された冷却流体を貯留するタンクと、該タンクに貯留された冷却流体を所定の温度に調整する熱交換器と、タンクに貯留され所定の温度に調整された冷却流体を制御供給系流路に送り出すポンプとを備えてなる制御供給系流路専用サブユニットを設けることにより、ダイカスト金型の内部に形成された流路のうち、冷却流体を断続的に制御して循環供給する制御供給系流路に対しては制御供給系流路専用サブユニットにより適切な温度の冷却流体を適切な流量で安定して供給することができ、また、冷却流体を常時循環供給する常時供給系流路に対しては冷却流体供給ユニットにより所定の温度の冷却流体を所定の流量で供給することができるため、簡単な構成で、ダイカスト金型の各流路に冷却流体を安定して供給して部分的に精度よく冷却することができ、もって、高品質のダイカスト成形品を製造することができるダイカスト金型冷却システムを提供することができる。

本発明のダイカスト金型冷却システムの実施の一形態を説明するために示した概念図である。制御供給系流路における時間に対する冷却水の流量の変化を示すグラフである。従来の技術の一例を説明するために示した概念図である。

本発明のダイカスト金型冷却システムの実施の一形態を、図１に基づいて詳細に説明する。なお、図において同じ符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明のダイカスト金型冷却システムは、概略、ダイカスト金型１の内部に形成された流路２に所定の温度の冷却流体を所定の流量で供給する冷却流体供給ユニット３を備えており、流路２が、冷却流体を常時循環供給する常時供給系流路２１、２２、２４、２５・・・と、冷却流体を断続的に制御して循環供給する制御供給系流路２３・・・とを有するものであって、冷却流体供給ユニット３から供給された冷却流体を貯留するタンク５１と、このタンク５１に貯留された冷却流体を所定の温度に調整する熱交換器５２と、タンク５１に貯留され所定の温度に調整された冷却流体を制御供給系流路２３に送り出すポンプ５３とを備えてなる制御供給系流路専用サブユニット５が、冷却流体供給ユニット３とダイカスト金型１の制御供給系流路２３との間に設けられている。なお、以下の説明では、制御供給系流路専用サブユニット５と明確に区別するために、冷却流体供給ユニット３を冷却流体供給メインユニット３と称して説明する。また、この実施の形態においては、冷却流体が工業用水など冷却水である場合により説明する。

ダイカスト金型１は、固定型１１と可動型１２とにより構成されている。固定型１１の内部には、高圧常時供給系流路２１と、低圧常時供給系流路２２とが形成されている。一方、可動型１２の内部には、高圧制御供給系流路２３と、高圧常時供給系流路２４と、低圧常時供給系流路２５とが形成されている。各常時供給系経路２１、２２、２４、２５の排出側には流量計Ｍと制御バルブＶａがそれぞれ設けられている。一方、高圧制御供給系流路２３の排出側には流量計Ｍと制御バルブＶｂが設けられており、高圧制御供給系流路２３の制御バルブＶｂは、その開閉がタイマによってＯＮ／ＯＦＦ制御されるよう構成されている。タイマは、たとえば、ダイカスト金型１へのプランジャによる溶湯の射出開始直前に高圧制御供給系流路２３の制御バルブＶｂを開き（ＯＮ）、射出完了と略同時に高圧制御供給系流路２３の制御バルブＶｂを閉じる（ＯＦＦ）よう設定される。なお、固定型１１と可動型１２の高圧常時供給系流路２１、２４と低圧常時供給系流路２２、２５、および、高圧制御供給系流路２３は、図１ではそれぞれ１つづつしか示していないが、実際にはダイカスト成形品の形状などに応じて複数形成することができる。

冷却流体供給メインユニット３は、熱交換器３０から送られた冷却水を貯留する冷却水タンク３１と、冷却流体タンク３１に貯留された冷却水を所定の温度に調整するチラー３２と、冷却水タンク３１からチラー３２に送られる冷却水を脱気する脱気装置３３とを備えている。なお、冷却水タンク３１には、冷却水の蒸発などによる減少を補充するため、図１に破線の矢印で示すように、冷却水となる工業用水などを補充するための補充供給管３４が接続されている。

冷却流体供給メインユニット３の冷却水タンク３１には、所定の温度に調整され貯留された冷却水をダイカスト金型１の各流路２１〜２５に供給するための供給管４１と、ダイカスト金型１の各流路２１〜２５から排出された冷却水を戻すための還流管４２とが接続されている。供給管４１は、冷却水タンク３１側に低圧ポンプ４５が介装されており、この低圧ポンプ４５の下流側が低圧供給管４１ａと高圧供給管４１ｂに分岐されており、高圧供給管４１ｂには高圧ポンプ４６が介装され、固定型１１と可動型１２の高圧常時供給系流路２１、２４の導入口が接続されており、また、低圧供給管４１ａには固定型１１と可動型１２の低圧常時供給系流路２２、２５の導入口が接続されている。ダイカスト金型１の各流路２１〜２５の排出口は、それぞれ還流管に接続されている。

さらに、低圧供給管４１ａには制御供給系流路専用サブユニット５が分岐して接続されている。制御供給系流路専用サブユニット５は、低圧ポンプ４５から送られた冷却水を貯留する冷却水タンク５１と、この冷却水タンク５１に貯留された冷却水をさらに所定の温度に冷却する熱交換器５２と、冷却水タンク５１内のさらに所定の温度に冷却された冷却水を高圧で送り出す高圧ポンプ５３と、高圧制御供給系流路２３の制御バルブＶｂが閉じられているときに高圧ポンプ５３によって送り出される冷却水を冷却水タンク５１に戻すリリーフ弁５４とを備えている。そして、制御供給系流路専用サブユニット５は、冷却水タンク５１と熱交換器５２と高圧ポンプ５３とリリーフ弁５４とが比較的小型の移動可能な筐体５５内に収容されており、ダイカスト金型１の近傍に配置することが可能となっている。高圧ポンプ５３の吐出口は、この実施の形態の場合、可動型１２に形成された高圧制御供給系流路２３の導入口に接続される。

次に、上述したように構成された本発明のダイカスト金型冷却システムの作動を説明する。本発明のダイカスト金型冷却システムは、ダイカスト成形機の配列（ライン）が複数ある場合には、各ダイカスト成形機と対応して設けられている。ここで、ダイカスト成形機のラインを複数配列する場合は、一般的に、隣接する互いのラインが対称的な所謂鏡配置されており、ダイカスト金型１の流路２に接続される冷却流体供給メインユニット３および制御供給系流路専用サブユニット５の配管なども対称的に配置されることから、所謂右勝手と左勝手が存在する。しかしながら、本発明の制御供給系流路専用サブユニット５は、比較的小型の筐体５５内に収容されているため、右勝手と左勝手に関わらず、高い自由度で配置することができ、また、各ダイカスト成形機のダイカスト金型１の近傍に配置することができる。

ダイカスト金型冷却システムの低圧ポンプ４５は、冷却流体供給メインユニット３のチラー３２および熱交換３１によって所定の温度（たとえば３６゜Ｃ）に調整された冷却水を冷却水タンク３１から低圧供給管４１ａを介して固定型１１と可動型１２の低圧常時供給系流路２２、２５に、また、高圧供給管４１ｂを介して高圧ポンプ４６に、さらに、制御供給系流路専用サブユニット５タンク５１に、常時冷却水を比較的低圧でそれぞれ供給している。高圧ポンプ４６は、低圧ポンプ４５から送られた冷却水を固定型１１と可動型１２の高圧常時供給系流路２１、２４に常時冷却水を比較的高圧でそれぞれ供給している。固定型１１と可動型１２の低圧常時供給系流路２２、２５および高圧常時供給系流路２１、２４を流通する冷却水は、それぞれ排出側に設けられた流量計Ｍによってその流量が検知され、この検知結果が制御バルブＶａにフィードバックされて設定された流量に調整される。

一方、低圧ポンプ４５によって制御供給系流路専用サブユニット５に送られた冷却水は、熱交換器５２によってさらに所定の温度（たとえば３２゜Ｃ以下）に調整されタンク５１に貯留されている。そしてこの冷却タンク５１に貯留されて所定の温度にさらに冷却された冷却水は、高圧ポンプ５３によって送り出されるが、高圧制御供給系流路２３の制御バルブＶｂが閉じられているときにはリリーフ弁５４によってタンク５１に戻される。そして、たとえばプランジャによりダイカスト金型１のキャビティに溶湯が射出充填される直前に高圧制御供給系流路２３の制御バルブＶｂが開かれると、タイマが作動して、高圧制御供給系流路２３に比較的高圧で低温の冷却水が所定時間供給される。このタイマの、高圧制御供給系流路２３の制御バルブＶｂが開いて冷却水を供給する状態を維持させる時間（すなわち、制御バルブＶｂを閉じさせる時）は、プランジャによるダイカスト金型１のキャビティへの溶湯の射出充填にかかる時間（すなわち、溶湯の射出充填が完了する時）に合わせて設定することができる。

そして、上述したように、本発明の制御供給系流路専用サブユニット５はダイカスト金型１の近傍に配置することができることから、図２に破線で示したように、高圧制御供給系流路２３に対して理想的な流量波形に近い波形で、所定の温度の冷却水を所定の圧力で安定して供給することができる。そして、本発明の制御供給系流路専用サブユニット５は、そのタンク５１に貯留された冷却水を高圧制御供給系流路２３へ供給するため、固定型１１と可動型１２の低圧常時供給系流路２２、２５および高圧常時供給系流路２１、２４に安定して冷却水を常時供給することができる。

本発明は、冷却流体として、工業用水などの冷却水に限定されることはなく、他の液体または気体を作用することもできる。また、制御供給系流路専用サブユニット５は、可動型１２に設けられた制御供給系流路２３へ冷却流体を供給するものに限定されることなく固定型１１に制御供給系流路が設けられている場合には、かかる制御供給系流路に接続することもできる。

１：ダイカスト金型、２：流路、３：冷却流体供給メインユニット（冷却流体供給ユニット）、５：制御供給系流路専用サブユニット、２１：高圧常時供給系流路、２２：低圧常時供給系流路、２３：高圧制御供給系流路、２４：高圧常時供給系流路、２５：低圧常時供給系流路、５１：タンク、５２：熱交換器、５３：高圧ポンプ、５４：リリーフ弁、５５：筐体、Ｖａ：常時供給系流路の制御バルブ、Ｖｂ：制御供給系流路の制御バルブ、Ｍ：流量計

Claims

ダイカスト金型の内部に形成された流路に所定の温度の冷却流体を所定の流量で冷却流体を供給する冷却流体供給ユニットを備えており、前記流路が、冷却流体を常時循環供給する常時供給系流路と、冷却流体を断続的に制御して循環供給する制御供給系流路とを有するダイカスト金型冷却システムであって、
前記冷却流体供給ユニットから供給された冷却流体を貯留するタンクと、該タンクに貯留された冷却流体を所定の温度に調整する熱交換器と、タンクに貯留され所定の温度に調整された冷却流体を前記制御供給系流路に送り出すポンプとを備えてなる制御供給系流路専用サブユニットを設けたことを特徴とするダイカスト金型冷却システム。