JP2012121030A - 半凝固金属の供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半凝固金属を金型のキャビティに射出する際に、半凝固金属が射出スリーブの開口からこぼれることを防止することができる半凝固金属の供給方法を提供する。
【解決手段】半凝固金属８を金型２のキャビティ４にプランジャチップ５を用いて射出する射出スリーブ３において、射出スリーブ３の開口７を通じて半凝固金属８が供給される射出スリーブ３内の供給位置１１を連続的に変化させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半凝固金属の供給方法に関する。

従来より、アルミニウムやマグネシウム、又はそれぞれの合金等の溶融状態の金属を冷却して固液共存状態の半凝固金属、すなわちスラリーを製造し、半凝固金属を用いて金属成形品の鋳造が行われている。半凝固金属を用いて金属成形品の鋳造を行う場合、特に成形品の表面精度及び内部品質に優れる等の利点があることが知られている。

半凝固金属を用いた金属成形品の鋳造には、開口が形成された射出スリーブと、射出スリーブ内部を進退可能に設けられたプランジャチップとを備える装置が用いられ、まず、半凝固金属が開口を通じて射出スリーブ内に供給される。次に、プランジャチップにより、射出スリーブに供給された半凝固金属が押し出され、射出スリーブに接続された金型内に射出される。次に、金型内に射出された半凝固金属を冷却して凝固させる。以上により、金型内部の形状に応じた金属成形品を製造する。

半凝固金属は固相と液相とが混ざった状態であるため、半凝固金属を射出スリーブの開口を通じて射出スリーブ内に供給すると、半凝固金属が射出スリーブ内部全体に流動せずに、射出スリーブ内の半凝固金属の供給位置付近に堆積する。

射出スリーブに供給された半凝固金属は、射出スリーブと接触した半凝固金属が射出スリーブ内の接触面に応じた形状の凝固層を形成し、残りが凝固層の上に半凝固金属として射出スリーブ内に供給された形状を維持する。そして、プランジャにより半凝固金属を射出スリーブから金型内に射出すると、半凝固金属は凝固層と共に凝固層上での形状を維持したまま射出される。

従来の半凝固金属の供給方法では、凝固層が十分な厚さを有さない場合、射出する際の射出圧力により、凝固層の厚さの薄い部分が破壊され、凝固層上の半凝固金属が形状を維持できず、射出スリーブ内に堆積した半凝固金属が射出スリーブからこぼれ、安定鋳造を阻害するという問題がある。

そのため、射出スリーブの開口形状を改良し、開口からこぼれた半凝固金属を容易に除去できる供給装置を用いた半凝固金属の供給方法が提案されている（特許文献１参照）。また、半凝固金属が開口からこぼれることを防止するため、射出スリーブの開口を上方から覆い、開口を閉塞自在なカバーを備えた供給装置を用いた半凝固金属の供給方法が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００８−０４９３５０号公報 特開２０００−１６７６５３号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法を実施しても、射出スリーブの開口から半凝固金属がこぼれること自体を防止していない。そのため、半凝固金属がこぼれ、半凝固金属量不足により成形品の歩留りが低下する。

また、特許文献２記載の方法では、溶湯が接触する射出スリーブの高温部分に熱歪みが生じ、カバーのシール部におけるクリアランスの変化により、シール性が低下し、稼動しない場合も生じる。また、カバーの開閉動作を可能にする新規な機構の追加により設備費用が増加するだけでなく、カバーの動作時間によりサイクルタイムが増加して、生産性が低下するという不都合がある。

そこで、本発明は、かかる不都合を解消して、射出の際に、半凝固金属が射出スリーブの開口からこぼれることを防止することができる半凝固金属の供給方法を提供することを目的とする。

本発明は、半凝固金属を金型のキャビティにプランジャチップを用いて射出する射出スリーブに、該射出スリーブの開口を通じて該半凝固金属を供給する方法であって、該半凝固金属が供給される該射出スリーブ内の供給位置を連続的に変化させることを特徴とする。

本発明の半凝固金属の供給方法によれば、まず、半凝固金属が供給される射出スリーブ内の供給位置を連続的に変化させながら、射出スリーブの開口を通じて射出スリーブ内に半凝固金属を供給する。

射出スリーブ内に供給された半凝固金属は、射出スリーブの内面に接触し、冷却される。そして、射出スリーブと接触した半凝固金属により、射出スリーブ内の接触面に応じた形状の凝固層が形成される。

ここで、射出スリーブ内の半凝固金属の供給位置を連続的に変化させながら、半凝固金属が供給されるので、半凝固金属の熱量が射出スリーブの供給位置である一点に集中することを防止することができる。従って、射出スリーブ内の供給位置及びその近傍において、局所的な温度上昇を抑制することができ、凝固層の厚さが均一化された凝固層を形成することができる。

射出スリーブ内の凝固層の厚さが均一化されたことにより、所望の凝固層の厚さより厚い部分が形成されない。そのため、凝固層部分が金型のキャビティに入ることにより、周囲の半溶融金属と完全に融合しないために成形品に発生する湯境による欠陥を低減できるので、成形品の製品品質を向上させることができる。さらに、凝固層の破壊を防止するために、必要以上の厚さの凝固層を形成する必要がなく、凝固層の厚さを薄くできるので、半凝固金属の供給量も低減することができる。

また、凝固層の厚さが均一化されたことにより、所望の厚さより薄い部分が形成されないので、射出スリーブから金型のキャビティに射出する際、射出スリーブ内の接触面に応じた形状の凝固層が破壊されることを防止できる。これにより、凝固層上の半凝固金属の形状を維持したまま、射出スリーブから金型のキャビティに射出することができるので、凝固層と共に凝固層上の半凝固金属を射出スリーブの開口からこぼれることを防止できる。

さらに、半凝固金属が射出スリーブの開口からこぼれることを防止するので、こぼれた半凝固金属を取り除く必要がなくなり、半凝固金属を用いた成形品の連続した安定鋳造を実現することができる。

本発明の半凝固金属の供給方法において、前記射出スリーブ内の前記キャビティの側から前記プランジャチップの側に、前記供給位置を連続的に変化させ、該射出スリーブ内の該プランジャチップの側から該キャビティの側に、該供給位置を連続的に変化させることが好ましい。

この好ましい供給方法によれば、まず、射出スリーブ内のキャビティの側から、射出スリーブの開口を通じて半凝固金属を供給する。

半凝固金属は溶湯と比較すると小さいものの若干の流動性を有するので、射出スリーブの開口のキャビティ側から射出スリーブ内に半凝固金属を供給することにより、供給位置から射出スリーブ内のキャビティ側に流動させることができる。半凝固金属が供給位置から射出スリーブのキャビティ側に流動するので、射出スリーブのキャビティ側の供給位置での半凝固金属の堆積量を低減することができる。

次に、射出スリーブ内のキャビティの側からプランジャチップの側に、供給位置を連続的に変化させ、そして、射出スリーブ内のプランジャチップの側からキャビティの側に、供給位置を連続的に変化させる。

供給位置を連続的に変化させるので、射出スリーブ内の供給位置及びその近傍において、局所的な温度上昇を抑制することができ、凝固層の厚さがさらに均一化された凝固層を形成することができる。

また、本発明の半凝固金属の供給方法において、さらに、前記開口の全領域を通じて該半凝固金属を供給することが好ましい。

この好ましい供給方法によれば、開口の全領域を通じて半凝固金属を供給することより、開口全領域に対応する供給位置に半凝固金属が供給される。従って、凝固層の厚さが均一化された凝固層を形成するだけでなく、射出の際、開口から半凝固金属をこぼすことなく、半凝固金属の所望の供給量を確実に金型のキャビティ内に射出することができる。

本発明の半凝固金属の供給方法が使用される鋳造装置の一構成例を示す図。 キャビティ側から開口を通じて半凝固金属を供給する状態を示す図。 プランジャ側で開口を通じて半凝固金属を供給する状態を示す図。 開口の全領域を通じて半凝固金属を供給する状態を示す図。 凝固層と共に凝固層上の半凝固金属を金型内に射出する状態を示す図。 鋳造日と鋳造日に対するこぼれ率と鋳造回数とを示すグラフ。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図１は、本実施形態の半凝固金属の供給方法に使用される鋳造装置１の一構成例を示している。鋳造装置１は、固定金型２ａと５つの可動金型２ｂ〜２ｆとからなる金型２と、固定金型２ａに設けられた射出スリーブ３とを備える。

可動金型２ｂ〜２ｆは、図示しない駆動手段により移動可能な金型で、固定金型２ａに対して対向し、移動可能な可動金型２ｂと、固定金型２ａと可動金型２ｂとに対して鉛直方向に移動可能な可動金型２ｃ及び可動金型２ｄと、可動金型２ｃ〜２ｄの移動方向と垂直な水平方向に移動可能で、図示しない可動金型２ｅ及び可動金型２ｆとから構成されている。そして、型閉時には固定金型２ａと５つの可動金型２ｂ〜２ｆとの間にキャビティ４が形成されるように構成されている。

射出スリーブ３は、一端が固定金型２ａに接続され、他端にはプランジャチップ５が挿入される円筒状の部材である。プランジャチップ５は、射出スリーブ３内に移動自在に設けられている。プランジャチップ５がキャビティ４方向、すなわち射出方向に移動することにより、射出スリーブ３内の半凝固金属がランナ６を介してキャビティ４内に射出されるように構成されている。

射出スリーブ３の上面部には、射出スリーブ３内に半凝固金属を供給するための開口７が設けられている。開口７は、図１に示すように射出スリーブ３の長手方向に延びるように形成されている。

本実施形態に係る半凝固金属の供給方法では、図２（ａ），（ｂ）に示すように、まず、射出スリーブ３の開口７を通じて、射出スリーブ３内のキャビティ４側に、半凝固金属８が供給される。図２（ａ）は、キャビティ４側から開口７を通じて半凝固金属８を供給する状態図の断面図であり、図２（ｂ）は平面図である。

半凝固金属８として、例えば、アルミニウム、その合金、マグネシウム、その合金等が挙げられる。

半凝固金属８の射出スリーブ３への供給は、図２（ａ）に示すように、図示しない搬送ロボットにより、半凝固金属８が供給されたるつぼ９が射出スリーブ３の開口７上に移送された後、るつぼ９を傾斜させ、るつぼ９から射出スリーブ３の開口７に半凝固金属８を投入することにより行われる。射出スリーブ３の開口７を通じて射出スリーブ３内に供給された半凝固金属８のうち、射出スリーブ３と接触した半凝固金属８は射出スリーブ３の接触面に応じた舟形状の凝固層１０を形成する。

半凝固金属８は、射出スリーブ３の開口７を通じて、射出スリーブ３内のキャビティ４側に供給されるので、図２（ｂ）で示した射出スリーブ３内のキャビティ４側の供給位置１１に供給される。

また、キャビティ４側の供給位置１１よりも射出スリーブ３内を金型２側に半凝固金属８を流動させるため、半凝固金属８がるつぼ９から落下する方向を、るつぼ９端部から金型２側に指向させるように、るつぼ９を傾斜させる。

次に、図３に示すように、射出スリーブ３内のキャビティ４側からプランジャチップ５側に供給位置１１を一定速度で変化させながら、半凝固金属８が連続的に一定流量で供給される。図３（ａ）は、プランジャチップ５側から開口７を通じて半凝固金属８を供給する状態図の断面図であり、図３（ｂ）は平面図である。

キャビティ４側からプランジャチップ５側に供給位置１１を一定速度で変化させながら、半凝固金属８を連続的に一定流量で供給することにより、射出スリーブ３内に形成される凝固層１０の厚さを均一化することができる。

また、キャビティ４側からプランジャチップ５側に射出スリーブ３内の供給位置１１を変化させる半凝固金属８の供給は、図示しない搬送ロボットによりるつぼ９を傾斜させながら、搬送することにより行われる。そして、半凝固金属８の供給は、るつぼ９から落下した半凝固金属８がプランジャチップ５にかからない、プランジャチップ５近傍の射出スリーブ３内の供給位置１１まで行われる。

次に、射出スリーブ３内のプランジャチップ５側からキャビティ４側に供給位置１１を一定速度で変化させながら、半凝固金属８が連続的に一定流量で供給される。プランジャチップ５側からキャビティ４側に射出スリーブ３内の供給位置１１を変化させる半凝固金属８の供給は、図示しない搬送ロボットによりるつぼ９を傾斜させながら、プランジャチップ５側からキャビティ４側に搬送することにより行われる。

さらに、図４に示すように、るつぼ９を開口７上空に搬送した後に傾斜させることにより、開口７の全領域を通じて、半凝固金属８が供給される。図４（ａ）は、開口７の全領域を通じて半凝固金属８を供給する状態図の断面図であり、図４（ｂ）は平面図である。

そして、図５に示すように、射出スリーブ３内のプランジャチップ５を金型２側に押し出すことにより、射出スリーブ３内の凝固層１０及び凝固層１０上に堆積した半凝固金属８が金型２のキャビティ４に射出される。

図６に、供給位置を連続的に変化させない従来の半凝固金属の供給方法と本実施形態に係る半凝固金属の供給方法とを実施した結果を示す。図６は、一日毎の鋳造回数を右縦軸に、半凝固金属が開口からこぼれたこぼれ率を左縦軸に示したグラフである。

射出スリーブ３として半径８ｃｍの円筒部材を、プランジャチップ５として半径８ｃｍの円筒部材を用いた。射出スリーブ３の開口７は１２ｃｍ×４７．５ｃｍの略矩形の形状とした。

半凝固金属８はアルミニウムであり、るつぼ９から射出スリーブ３に供給される半凝固金属８の温度は５９５℃、固相率１４％であり、流量１８５０ｍｌ／ｓで供給した。

また、本実施形態の半凝固金属の供給方法を実施する際、るつぼ９の移動速度は、キャビティ４側からプランジャチップ５側へ６．３ｃｍ／ｓ、プランジャチップ５側からキャビティ４側へ６．０ｃｍ／ｓと設定した。

図６より、従来の半凝固金属の供給方法を実施した１日目〜１４日目の間は、半凝固金属８が開口７からこぼれた場合があった。本実施形態に係る半凝固金属の供給方法を実施した１５日以降では、半凝固金属８が開口７からこぼれることはなかった。この結果、開口７からこぼれた半凝固金属を装置から取り除く作業が必要なくなり、連続した安定鋳造が可能になった。

１…鋳造装置、 ２…金型、 ３…射出スリーブ、 ４…キャビティ、 ５…プランジャチップ、 ７…開口、 ８…半凝固金属、 ９…るつぼ、 １０…凝固層、 １１…供給位置。

Claims (3)

1. 半凝固金属を金型のキャビティにプランジャチップを用いて射出する射出スリーブに、該射出スリーブの開口を通じて該半凝固金属を供給する方法であって、
   該半凝固金属が供給される該射出スリーブ内の供給位置を連続的に変化させることを特徴とする半凝固金属の供給方法。
2. 請求項１記載の半凝固金属の供給方法であって、
   前記射出スリーブ内の前記キャビティの側から前記プランジャチップの側に、前記供給位置を連続的に変化させ、
   該射出スリーブ内の該プランジャチップの側から該キャビティの側に、該供給位置を連続的に変化させることを特徴とする半凝固金属の供給方法。
3. 請求項２記載の半凝固金属の供給方法であって、
   さらに、前記開口の全領域を通じて該半凝固金属を供給することを特徴とする半凝固金属の供給方法。

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