JP2013049083A - 鋳造装置及び鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】押湯効果を損なうことなく押湯部の体積をより多く削減できる鋳造装置及び鋳造方法を提供する。
【解決手段】キャビティ２に開口する各押湯口４に、各押湯口４毎の保温手段６を挿入してキャビティ２に溶湯５を各押湯口４まで充填し、各押湯口４内の溶湯５を保温する。各押湯口４への各保温手段６の挿入は、各保温手段６の抑制面９ａが同一の高さに位置するように行われる。抑制面９ａは、保温手段６が挿入された押湯口４内の溶湯５が、抑制面９ａを超えて上昇するのを抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳造装置及び鋳造方法に関する。

従来、重力鋳造においては、引け巣の発生を防止し、良品歩留りを向上させる技術として、押湯が用いられている。押湯は、溶湯の凝固収縮分を補うために、最後に凝固しなければならないので、ある程度余裕のある体積のものを確保して、押湯の効果を不足なく実現させている。

しかし、そうすると、鋳造後に切除される押湯部の体積が大きいので、鋳造に用いる押湯の比率が高くなり、歩留りが悪化する。そこで、押湯を加熱して押湯部の凝固を遅延させることにより、押湯部の体積を減らす試みがなされている。

例えば、特許文献１に記載の非鉄金属鋳造用押湯装置では、強磁性金属製の母筒体と、その内周面に設けた非金属系耐火材製の伝熱調整層とにより押湯収容部を構成し、この押湯収容部の外側に、母筒体を誘導加熱する誘導子を配置して、押湯収容部内の押湯を加熱するようにしている。

また、特許文献２に記載の重力鋳造方法では、ゲート部に設けた電磁コイルに磁性体を挿入して通電することにより、発熱と電磁撹拌を生じさせ、ゲート部における溶湯の凝固を遅延させるようにしている。

特開２００５−３２９４５０号公報 特開平２−０７０３７１号公報

しかしながら、特許文献１の技術によれば、押湯収容部を加熱して、押湯収容部内の押湯を加熱するようにしているので、押湯が過剰に保温され、押湯の凝固時間が遅延し、鋳造時間が長期化するおそれがある。また、単に加熱して押湯の凝固を遅延させるようにしているだけであるので、押湯部の体積をそれほど削減することはできない。

また、一般に、１つのキャビティに対し、複数の押湯口を設ける場合、押湯口毎に押湯の高さが異なる場合がある。そうすると、押湯の高さが低い押湯口では、押湯効果が十分得られず、引け巣等の欠陥が発生するおそれがある。

また、特許文献２の技術によれば、金型表面から内部に凝固が進展するに伴い、ゲート部中央付近の溶湯が押湯としてキャビティに供給されることになるが、ゲート部中央に磁性体が存在するので、押湯として供給される溶湯を十分確保することができない。

本発明の目的は、かかる従来技術の問題点に鑑み、押湯効果を損なうことなく押湯部の体積をより多く削減できる鋳造装置及び鋳造方法を提供することにある。

本発明の鋳造装置は、キャビティを形成する金型と、前記キャビティに開口する複数の押湯口と、各押湯口にそれぞれ挿入され、該押湯口内の溶湯を保温する複数の保温手段とを備え、各保温手段は、前記溶湯の保温を行うためのヒータと、該ヒータの上部に設けられた抑制面とを備え、各保温手段の抑制面は、該保温手段が挿入される前記押湯口内の溶湯が該抑制面のレベルを超えて上昇するのを抑制するものであり、前記押湯口への保温手段の挿入は、各保温手段の抑制面の高さが所定の高さとなるように行われることを特徴とする。

本発明によれば、押湯口内に挿入され、押湯口内の溶湯を保温する保温手段を備えるので、必要な押湯の圧力が得られる湯面の高さを、挿入された保温手段のヒータが排除する溶湯の体積分だけ少ない溶湯の量で、確保することができる。したがって、押湯口内の溶湯により形成される押湯部の体積を、押湯口内の溶湯を外部から保温する場合よりも、より多く削減することができる。

また、押湯口への保温手段の挿入は、各保温手段の抑制面の高さが所定の高さとなるように行われるので、キャビティへの溶湯の充填時に各押湯口を上昇する溶湯の湯面の高さを、対応する抑制面の高さに制限することができる。したがって、ある押湯口での湯面の高さが高すぎた分だけ他の押湯口での湯面の高さが低くなることにより押湯効果が損なわれるのを防止することができる。

本発明においては、前記キャビティ内の溶湯が凝固した後に各押湯口から各保温手段を引抜く引抜き手段を備えていてもよい。

これによれば、キャビティ内の製品部の溶湯が凝固した後、各押湯口から各保温手段を引き抜くことにより、各押湯口内の溶湯で形成される押湯部は、放熱が支障なく進行し、凝固が速やかに完了する。このとき、各押湯口の溶湯内に挿入されていた各保温手段のヒータが引き抜かれるので、各押湯部の表面積が広がり、高い効率で放熱が進行する。

したがって、キャビティ内の製品部の溶湯が凝固した後、各押湯部が凝固して型開きできるようになるまでの期間を短縮することができる。

本発明の鋳造方法は、金型が形成しているキャビティに開口した複数の押湯口に、複数の保温手段をそれぞれ挿入する挿入工程と、前記キャビティ内に溶湯を各押湯口まで充填する充填工程と、前記充填工程で各押湯口内に達した溶湯を、前記挿入工程で挿入された各保温手段により保温する保温工程と、前記充填工程で前記キャビティに充填された溶湯が凝固した後、各保温手段を各押湯口から引き抜く引抜き工程とを備え、各保温手段は、前記保温工程における溶湯の保温を行うヒータと、該ヒータの上部に設けられた抑制面とを備え、各保温手段の抑制面は、該保温手段が挿入される前記押湯口内の溶湯が該抑制面のレベルを超えて上昇するのを抑制するものであり、前記挿入工程における各保温手段の挿入は、各保温手段の抑制面の高さが所定の高さとなるように行われることを特徴とする。

これによれば、上述の鋳造装置の場合と同様に、押湯部の体積の削減量を増大させることができる。また、キャビティへの溶湯の充填時に各押湯口を上昇する溶湯の湯面の高さを制限し、押湯効果の劣化を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る鋳造装置の一部を示す断面図である。 図１の装置における１つの押湯口部分の断面図である。 図１の装置の押湯口において湯面が下がった様子を示す図である。 図１の装置における保温手段の別の例を示す断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る鋳造装置の一部を示す断面図である。この鋳造装置１は、重力鋳造法により鋳造を行うものである。

図１に示すように、鋳造装置１は、キャビティ２を形成する金型３と、キャビティ２に開口する複数の押湯口４と、押湯口４毎の保温手段６と、各押湯口４に対する保温手段６の挿入及び引抜きを行う挿抜手段７とを備える。各保温手段６は、各押湯口４に挿入され、押湯口４内の溶湯５を保温し、キャビティ２内の溶湯５が凝固した後に押湯口４から引き抜かれる。

図２（ａ）は１つの押湯口４部分の断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図２のように、押湯口４は、水平方向の断面が長方形である四角錐台状の形状を有する。

保温手段６は、２つのヒータブロック８と、各ヒータブロック８の上端部に各端部がそれぞれ固定された抑制部材９とを備える。各ヒータブロック８は、カートリッジヒータ８ａを、金属ブロック８ｂに挿入して構成される。

保温手段６の抑制部材９の下面は、水平な抑制面９ａとなっている。抑制面９ａは、その保温手段６が挿入された押湯口４内の溶湯５の湯面が抑制面９ａのレベルを超えて上昇するのを抑制する。

金属ブロック８ｂは横断面が長方形である角柱状の形状を有する。保温手段６は、押湯口４に対し、図２（ｂ）の断面で見て、金属ブロック８ｂの長辺が、押湯口４の短辺に平行となるように、挿入される。これにより、各ヒータブロック８は、押湯口４の軸方向に沿った中央部を両側から囲うように配置される。

挿抜手段７は、下端部が保温手段６の上端部に固定された部材を油圧シリンダ等により上下動させることにより、保温手段６を昇降させる。これにより、押湯口４への保温手段６の挿入及び押湯口４からの保温手段６の引抜きが行われる。なお、カートリッジヒータ８ａへの通電は、図示していないリード線を介して行われる。

この構成において、鋳造に際しては、まず、各保温手段６を各押湯口４に挿入する挿入工程が行われる。各押湯口４の挿入は、対応する挿抜手段７により、図１のように、各保温手段６の抑制面９ａが、同一の高さに位置するように行われる。なお、各保温手段６のカートリッジヒータ８ａへの通電は、後述の保温工程が支障なく行われるように、所定のタイミングで開始される。

また、これに併行して、キャビティ２に溶湯５を各押湯口４まで充填する充填工程が行われる。充填される溶湯５は、キャビティ２内を満たし、さらに、必要な押湯による圧力が得られるレベルに至るまで、各押湯口４内を上昇する。上述の抑制面９ａの高さ位置は、このような圧力が得られる溶湯５の湯面のレベルを考慮して設定されている。

したがって、各押湯口４内における溶湯５の上昇は、必要以上の上昇が生じないように、保温手段６の抑制面９ａによって制限される。これにより、ある押湯口４において過剰に溶湯５が上昇し、その分だけ他の押湯口４において必要な溶湯５の上昇が得られないというような不都合が回避される。

このような、各押湯口４内における溶湯５の上昇により、各押湯口４内に挿入されている保温手段６のヒータブロック８は、図２（ａ）に示されるように、押湯口４内の溶湯５に浸漬される。これにより、押湯口４内の溶湯５を保温手段６で保温する保温工程が開始されることになる。

例えば、鋳造される製品が車輪用のアルミホイールである場合、充填される溶湯５の温度は６６０℃、金型３の温度は４００℃、ヒータブロック８の温度は溶湯５の固相線温度以上、例えば５８０℃程度とされる。これにより、ヒータブロック８で囲まれた押湯口４中央部の溶湯５からの金型３への熱の移動が抑制され、押湯口４中央部の溶湯５が保温される。

その後、キャビティ２における溶湯５の凝固の進行に伴い、溶湯５の凝固した部分の体積は減少するが、保温手段６により保温されている押湯口４中央部の溶湯５が、その減少分を補う。

これにより、図３に示すように、押湯口４中央部の溶湯５のレベルは下がる。しかしながら、押湯口４中央部を囲うように配置されているヒータブロック８と溶湯５との接触が維持されるので、押湯口４中央部の溶湯５による押湯機能は、支障なく維持される。

キャビティ２内の製品となる部分の溶湯５が凝固すると、保温手段６を、挿抜手段７により、押湯口４から引き抜く引抜き工程が行われる。これにより、上述の保温工程は終了する。また、これにより、押湯口４内の溶湯５で形成される押湯部の表面積は、保温手段６が存在していた部分だけ拡がるので、押湯部の放熱が促進される。したがって、押湯部の凝固が促進され、押湯部の凝固は短時間で終了する。

押湯部が凝固すると、金型３が開かれ、鋳造物が取り出される。押湯部の体積は、従来に比べて小さいので、鋳造物は、押湯部が容易に切除され、製品に加工される。

本実施形態によれば、保温手段６を押湯口４内に挿入し、押湯口４内の溶湯５を保温するようにしたので、必要な押湯の圧力が得られる湯面の高さを、挿入された保温手段６が排除する溶湯５の体積分だけ少ない溶湯５の量で、確保することができる。したがって、押湯口４内の溶湯５により形成される押湯部の体積を、押湯口４内の溶湯を外部から保温する場合よりも、より多く削減することができる。

また、押湯口４への保温手段６の挿入は、各保温手段６の抑制面９ａの高さが同一となるように行われるので、キャビティ２への溶湯５の充填時に各押湯口４を上昇する溶湯５の湯面の高さを、抑制面９ａの高さに制限することができる。したがって、ある押湯口４での湯面の高さが高すぎた分だけ他の押湯口での湯面の高さが低くなることにより押湯効果が損なわれるのを防止することができる。

また、キャビティ２内の製品部の溶湯５が凝固した後、各押湯口４から各保温手段６を引き抜くようにしたため、各押湯口４内の溶湯５で形成される押湯部の放熱を支障なく進行させ、押湯部の凝固を速やかに完了させることができる。

また、このとき、各押湯口４の溶湯５内に挿入されていた各保温手段６のヒータブロック８が引き抜かれるので、各押湯部の表面積を拡大し、高い効率で放熱を進行させることができる。したがって、キャビティ２内の製品部の溶湯５が凝固した後、各押湯部が凝固して型開きできるようになるまでの期間を短縮することができる。

図４は、押湯口４に挿入される保温手段の別の例を示す断面図である。この保温手段１０は、上述の保温手段６において、抑制部材９の中央下部から下方に延びた柱状部材１１を付加したものである。他の構成は、保温手段６の場合と同様である。柱状部材１１は保温手段６が押湯口４に挿入されたときに排除する押湯口４内の溶湯５の体積を増大させる機能を有する。

これによれば、押湯口４内において、より少ない溶湯５により必要な押湯の圧力が得られる湯面の高さを得ることができる。したがって、押湯部の体積をさらに減少させて歩留りを向上させることができる。

なお、本発明は、上述実施形態に限定されない。例えば、上述においては、押湯口４内の溶湯５を保温する保温手段として、２つのヒータブロック８及び抑制部材９を備えた保温手段６又は１０を用いているが、この代わりに、４つのヒータブロックを備えたものや、円筒状のヒータブロックを備えたものを用いてもよい。

１…鋳造装置、２…キャビティ、３…金型、４…押湯口、５…溶湯、６，１０…保温手段、７…挿抜手段（引抜き手段）、８…ヒータブロック（ヒータ）、９ａ…抑制面。

Claims (3)

1. キャビティを形成する金型と、
   前記キャビティに開口する複数の押湯口と、
   各押湯口にそれぞれ挿入され、該押湯口内の溶湯を保温する複数の保温手段とを備え、
   各保温手段は、前記溶湯の保温を行うためのヒータと、該ヒータの上部に設けられた抑制面とを備え、
   各保温手段の抑制面は、該保温手段が挿入された前記押湯口内の溶湯が該抑制面のレベルを超えて上昇するのを抑制するものであり、
   前記押湯口への保温手段の挿入は、各保温手段の抑制面の高さが所定の高さとなるように行われることを特徴とする鋳造装置。
2. 前記キャビティ内の溶湯が凝固した後に各押湯口から各保温手段を引抜く引抜き手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の鋳造装置。
3. 金型が形成しているキャビティに開口した複数の押湯口に、複数の保温手段をそれぞれ挿入する挿入工程と、
   前記キャビティ内に溶湯を各押湯口まで充填する充填工程と、
   前記充填工程で各押湯口内に達した溶湯を、前記挿入工程で挿入された各保温手段により保温する保温工程と、
   前記充填工程で前記キャビティに充填された溶湯が凝固した後、各保温手段を各押湯口から引き抜く引抜き工程とを備え、
   各保温手段は、前記保温工程における溶湯の保温を行うヒータと、該ヒータの上部に設けられた抑制面とを備え、
   各保温手段の抑制面は、該保温手段が挿入された前記押湯口内の溶湯が該抑制面のレベルを超えて上昇するのを抑制するものであり、
   前記挿入工程における各保温手段の挿入は、各保温手段の抑制面の高さが所定の高さとなるように行われることを特徴とする鋳造方法。

Images