JP2014014865A - Apparatus and method for manufacturing semi-solidified metal and semi-solidified metal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半凝固金属の製造装置、半凝固金属の製造方法及び半凝固金属に関する。半凝固金属は、例えば、半凝固ダイカスト法において利用される。 The present invention relates to a semi-solid metal production apparatus, a semi-solid metal production method, and a semi-solid metal. Semi-solid metal is used, for example, in a semi-solid die casting method.
半凝固金属の製造方法として、加熱されて液状となっている金属材料を、予め冷却された容器に注ぐことにより、金属材料を冷却し、金属材料を半凝固状態とするものが知られている(特許文献1及び2)。
As a method for producing a semi-solid metal, a metal material that is heated and in a liquid state is poured into a pre-cooled container to cool the metal material and bring the metal material into a semi-solid state. (
特許文献1及び2の技術においては、容器内の底部中央に比較的小さい孔部が形成されている。液状の金属材料は、その孔部が塞がれた状態で容器内へ注がれる。そして、容器内の金属材料が半凝固状態になると、孔部が開放され、半凝固金属に含まれる液相部分の一部が孔部を介して排出される。特許文献1及び2では、このような液相部分の一部の排出により、温度変化を伴わずに固相率を高くすることができるとしている。
In the techniques of
特許文献1及び2の技術では、液相部分の一部を容器から排出することから、種々の不都合を生じる。例えば、液相部分が排出されると、半凝固金属には空洞が形成されることになるから、当該空洞にガス(例えば空気)が侵入し、製品品質が悪化する。また、どの程度の量の液相部分が排出されるかを予測することは困難であることから、鋳込み重量を正確に制御することができない。
In the techniques of
一方、固相率は、金属材料の温度制御を適切に行うことにより制御可能であり(特許文献3)、液相部分の一部の容器からの排出は、必須の工程ではない。 On the other hand, the solid phase ratio can be controlled by appropriately controlling the temperature of the metal material (Patent Document 3), and discharging from a part of the liquid phase part is not an essential process.
しかし、容器から液相部分の一部を排出しない場合、容器から半凝固金属を取り出して射出装置へ供給する過程において、半凝固金属から液相部分が垂れてしまう等の不都合が生じることが考えられる。特に、容器の壁部から離れた位置(容器の中央)においては、固相率が低くなる傾向にあり、半凝固金属の底部中央から液相部分が垂れるおそれがある。すなわち、半凝固金属の一部において好適に固相率が制御されていないことに起因して、液相部分の一部を排出しない場合、半凝固金属の取り扱い性が低下する。 However, when a part of the liquid phase part is not discharged from the container, it is considered that inconveniences such as the liquid phase part dripping from the semi-solid metal occur in the process of taking out the semi-solid metal from the container and supplying it to the injection device. It is done. In particular, at a position away from the wall of the container (center of the container), the solid phase ratio tends to be low, and the liquid phase portion may hang from the center of the bottom of the semi-solid metal. That is, when a part of the liquid phase portion is not discharged due to the fact that the solid phase ratio is not suitably controlled in a part of the semi-solid metal, the handleability of the semi-solid metal is lowered.
従って、固相率の制御を好適に行うことができる半凝固金属の製造装置及び製造方法が提供されることが望ましく、また、固相率が好適に制御された半凝固金属が提供されることが望ましい。 Therefore, it is desirable to provide a semi-solid metal production apparatus and production method capable of suitably controlling the solid phase rate, and to provide a semi-solid metal having a solid phase rate suitably controlled. Is desirable.
本発明の第1の観点の半凝固金属の製造装置は、金属材料を加熱する加熱装置と、容器と、前記容器を冷却する冷却装置と、加熱された前記金属材料を冷却された前記容器に注ぐ注湯装置と、を有し、前記容器は、当該容器の壁部を構成し、上下両端が開口しており、上方の開口から前記金属材料が注がれる中空部材と、前記中空部材の下方の開口を塞ぎ、前記容器の底部を構成する底部材と、を有し、前記底部材による前記金属材料の冷却速度は、前記中空部材による前記金属材料の冷却速度よりも速い。 A semi-solid metal production apparatus according to a first aspect of the present invention includes a heating device that heats a metal material, a container, a cooling device that cools the container, and the heated metal material in the cooled container. A pouring device, and the container constitutes a wall portion of the container, both upper and lower ends are open, and the metal material is poured from the upper opening, and the hollow member A bottom member that closes the lower opening and forms the bottom of the container, and the cooling rate of the metal material by the bottom member is faster than the cooling rate of the metal material by the hollow member.
好適には、前記底部材の厚みは、前記中空部材の厚みよりも厚い。 Preferably, the thickness of the bottom member is thicker than the thickness of the hollow member.
好適には、前記底部材の材料は、前記中空部材の材料と同一である。 Preferably, the material of the bottom member is the same as the material of the hollow member.
好適には、前記底部材の材料は、前記中空部材の材料よりも熱伝導率が高い。 Preferably, the material of the bottom member has a higher thermal conductivity than the material of the hollow member.
好適には、前記冷却装置は、前記底部材を前記中空部材よりも低い温度に冷却する。 Preferably, the cooling device cools the bottom member to a temperature lower than that of the hollow member.
好適には、前記容器の下方側には、前記金属材料に含まれる液相の部分が前記容器外へ流出することが不可能で、且つ、前記容器内の気体が前記容器外へ流出することが可能な径の孔部が形成されている。 Preferably, on the lower side of the container, the liquid phase part contained in the metal material cannot flow out of the container, and the gas in the container flows out of the container. A hole having a diameter capable of being formed is formed.
好適には、前記中空部材と前記底部材とは離間可能であり、前記孔部は、前記中空部材と前記底部材との間の隙間により構成されている。 Preferably, the hollow member and the bottom member can be separated from each other, and the hole is formed by a gap between the hollow member and the bottom member.
好適には、前記中空部材の下方の開口を構成する縁部は、前記底部材の上面に当接し、当該縁部には、前記中空部材と前記底部材との間の隙間を構成する切り欠きが形成されている。 Preferably, an edge portion that forms an opening below the hollow member abuts on an upper surface of the bottom member, and a notch that forms a gap between the hollow member and the bottom member is formed on the edge portion. Is formed.
本発明の第2の観点に係る半凝固金属の製造方法は、金属材料を当該金属材料の液相線温度よりも高い温度の状態で前記液相線温度よりも低い温度の容器に注ぎ、前記金属材料の温度を当該金属材料の固相線温度と前記液相線温度との間の温度に至らせることにより、前記金属材料を半凝固状とする半凝固金属の製造方法であって、前記容器は、当該容器の壁部を構成し、上下両端が開口しており、上方の開口から前記金属材料が注がれる中空部材と、前記中空部材の下方の開口を塞ぎ、前記容器の底部を構成する底部材と、を有し、前記底部材による前記金属材料の冷却速度は、前記中空部材による前記金属材料の冷却速度よりも速い。 In the method for producing a semi-solid metal according to the second aspect of the present invention, the metal material is poured into a container having a temperature lower than the liquidus temperature in a state higher than the liquidus temperature of the metal material, A method for producing a semi-solid metal that makes the metal material semi-solid by bringing the temperature of the metal material to a temperature between the solidus temperature of the metal material and the liquidus temperature, The container constitutes a wall portion of the container, the upper and lower ends are open, the hollow member into which the metal material is poured from the upper opening, the lower opening of the hollow member is closed, and the bottom of the container is covered And a cooling rate of the metal material by the bottom member is faster than a cooling rate of the metal material by the hollow member.
本発明の第3の観点に係る半凝固金属の製造方法は、金属材料を当該金属材料の液相線温度よりも高い温度の状態で前記液相線温度よりも低い温度の容器に注ぎ、前記金属材料の温度を当該金属材料の固相線温度と前記液相線温度との間の温度に至らせることにより、前記金属材料を半凝固状とする半凝固金属の製造方法であって、前記金属材料において前記容器の底部に接する部分の冷却速度を前記容器の壁部に接する部分の冷却速度よりも速くする。 In the method for producing a semi-solid metal according to the third aspect of the present invention, the metal material is poured into a container having a temperature lower than the liquidus temperature in a state higher than the liquidus temperature of the metal material, A method for producing a semi-solid metal that makes the metal material semi-solid by bringing the temperature of the metal material to a temperature between the solidus temperature of the metal material and the liquidus temperature, In the metal material, the cooling rate of the portion in contact with the bottom of the container is made faster than the cooling rate of the portion in contact with the wall of the container.
本発明の第4の観点に係る半凝固金属は、容器内にて液状から半凝固状とされた半凝固金属であって、前記半凝固金属の下部は、前記半凝固金属の上部よりも固相率が高い。 The semi-solid metal according to the fourth aspect of the present invention is a semi-solid metal that has been changed from liquid to semi-solid in a container, and the lower portion of the semi-solid metal is more solid than the upper portion of the semi-solid metal. High phase ratio.
本発明によれば、固相率の制御を好適に行うことができる。 According to the present invention, the solid phase ratio can be suitably controlled.
<第1の実施形態>
(製造装置の構成)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半凝固金属の製造装置1の要部の構成を示す模式図である。
<First Embodiment>
(Configuration of manufacturing equipment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a main part of a semi-solid
製造装置1は、例えば、液状の金属材料101を保持する保持炉3と、保持炉3から液状の金属材料を汲み出す注湯装置5と、注湯装置5により液状の金属材料が注がれ、注がれた液状の金属材料を半凝固状態とする半凝固化装置7と、これら各装置を制御する制御装置9とを有している。金属材料101は、例えば、アルミニウム合金である。
The
保持炉3は、公知の構成とされてよい。また、保持炉3は、溶解炉を兼ねるものであってもよい。例えば、保持炉3は、金属材料101を収容する炉体11と、炉体11に収容されている金属材料101を加熱する加熱装置13と、炉体11に収容されている金属材料101の温度を検出する第1温度センサ15とを有している。
The holding furnace 3 may have a known configuration. The holding furnace 3 may also serve as a melting furnace. For example, the holding furnace 3 includes a
炉体11は、例えば、特に図示しないが、セラミック等の断熱性に優れた材料からなる容器内に、金属材料101の液相線温度よりも固相線温度若しくは融点が高い金属からなる容器が配置されて構成されている。加熱装置13は、例えば、金属材料101を電磁誘導により加熱するコイル、若しくは、ガスを燃焼して金属材料101を加熱する燃焼装置を含んで構成されている。第1温度センサ15は、例えば、熱電対式の温度センサ若しくは放射温度計により構成されている。
Although the
注湯装置5は、公知の構成とされてよい。例えば、注湯装置5は、ラドル17と、ラドル17を駆動可能な搬送装置19とを有している。
The
ラドル17は、金属材料101の液相線温度よりも固相線温度若しくは融点が高い材料からなる、注ぎ口17aを有する容器であり、1ショット分の金属材料101を収容可能である。搬送装置19は、例えば、多関節ロボットにより構成されており、ラドル17を上下方向及び水平方向へ移動させることが可能であるとともに、注ぎ口17aを上下させるようにラドル17を傾斜させることが可能である。
The
半凝固化装置7は、例えば、注湯装置5により金属材料101が注がれる容器21と、容器21を冷却する冷却装置23と、容器21の温度を検出する第2温度センサ25とを有している。
The
容器21は、金属材料101の液相線温度よりも固相線温度若しくは融点が高く、好適には熱伝導率が比較的高い材料(好適には金属)により構成されている。容器21は、1ショット分の金属材料101を収容可能である。
The
冷却装置23及び第2温度センサ25は、公知の構成とされてよい。例えば、冷却装置23は、特に図示しないが、容器21の周囲に冷媒を流すための流路、冷媒を冷却する熱交換器、冷媒を送出するポンプを含んで構成されている。なお、好適には、冷却装置23は、容器21の壁部及び底部の双方を冷却可能である。例えば、冷媒が流れる流路は、壁部及び底部の双方に隣接するように延びている。第2温度センサ25は、例えば、抵抗式の温度センサにより構成されている。
The
制御装置9は、例えば、CPU、ROM、RAM及び外部記憶装置等を含むコンピュータにより構成されている。制御装置9には、第1温度センサ15、第2温度センサ25及び搬送装置19の不図示のエンコーダ等の検出値が入力される。また、制御装置9は、加熱装置13、搬送装置19の不図示のモータ及び冷却装置23(例えば冷媒を送出するポンプ)に制御信号を出力する。
The
図2(a)は、容器21を示す斜視図であり、図2(b)は図2(a)のIIb−IIb線における断面図である。
2A is a perspective view showing the
容器21は、当該容器21の壁部を構成する中空部材31と、容器21の底部を構成する底部材33とを有している。
The
中空部材31は、例えば、上下両端が開口する中空形状に形成されている。中空部材31の開口方向に見た形状は適宜に設定されてよいが、金属材料101を均等に冷却する観点からは円形が好ましい(中空部材31は筒状であることが好ましい。)。また、中空部材31の内径及び外形は、例えば、上下方向において一定とされ、また、厚みも一定とされている。ただし、上方若しくは下方ほど内径が大きくされたり、上方若しくは下方ほど厚みが大きくされたりしてもよい。
The
底部材33は、例えば、概ね板状の部材である。底部材33の平面形状は適宜に設定されてよく、本実施形態では矩形を例示している。底部材33の平面視における外形は、中空部材31の開口よりも広く設定されている。底部材33の厚みは、例えば、一定とされている。ただし、中央側と外周側とで厚みが異なっていてもよい。また、底部材33の上面33aは、中央側と外周側とで高さが異なるなど、傾斜が設けられていてもよい。
The
そして、中空部材31が底部材33の上面33aに載置されて、中空部材31の下方の開口が底部材33により塞がれることにより、容器21が構成されている。なお、中空部材31及び底部材33は、特に図示しないが、クランプ機構や、固定治具等の適宜の固定装置により互いに移動不可能に保持される。中空部材31及び底部材33は、固定装置を用いずに、水平に置かれた底部材33上に中空部材31が載置されるだけでもよい。また、中空部材31及び底部材33には、互いに位置決めするための位置決め部が適宜に形成されてもよい。例えば、底部材33には、中空部材31の下方の縁部31aを収容する溝部が形成されていてもよい。
The
中空部材31と底部材33との間には、容器21の内外を連通する複数の隙間21h(孔部)が形成されている。隙間21hは、容器21内の気体(例えば空気)を容器21外へ逃がすためのものである。具体的には、複数の隙間21hは、中空部材31の下方の縁部31aに複数の切り欠き部31bが形成されることにより構成されている。複数の切り欠き部31bは、例えば、互いに同一の形状及び大きさに形成され、縁部31a(円周)に沿って均等に配置されている。各切り欠き部31bの形状は適宜に設定されてよく、本実施形態では、縁部31aに沿う方向に長いスリット状(より具体的には細長い矩形状)である場合を例示している。
Between the
隙間21hの径(特に最小径)は、金属材料101に含まれる液相の部分が容器21の内部から外部へ通過することが不可能な大きさとされている。なお、ここでいう通過不可能は、液状の金属材料101が容器21内に注がれてから半凝固状態となるまでの過程において通過不可能であれば足り、その過程においては付与されないような高い圧力下等の条件下において、通過不可能であることは要しない。
The diameter (particularly the minimum diameter) of the
例えば、本実施形態では、後述するように、金属材料101は、冷却された容器21に注がれるだけで半凝固状態とされ、電磁攪拌若しくは機械攪拌は行われない。従って、隙間21hの径は、金属材料101の自重及び注がれたときの運動エネルギーによる圧力下において金属材料101が通過不可能な大きさであればよい。また、金属材料101は、容器21に注がれた直後から一部が固相となり粘性が上昇するが、その実際の粘性で通過不可能であればよい。
For example, in this embodiment, as will be described later, the
このような隙間21hの径(本実施形態では図2(b)に示すスリットの幅w)は、例えば、金属材料101がアルミニウム合金であれば、0.1mm以下である。また、隙間21hの径は、加工精度の許す範囲で小さくされてよい。ただし、隙間21hは、容器21内の気体を逃がすためのものであるから、速やかに容器21内の気体を容器21外へ排出する観点からは、ある程度の大きさであることが好ましい。
The diameter of the
底部材33を構成する材料は、中空部材31を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料により構成されている。例えば、中空部材31がステンレス鋼により構成されているのに対して、底部材33は、銅(純銅)により構成されている。
The material constituting the
従って、底部材33を中空部材31と同一材料により構成した場合に比較して、金属材料101の容器21の底部における冷却速度は速くなる。また、別の観点では、容器21の各部の厚み等にもよるが(第2の実施形態参照)、容器21の底部における金属材料101の冷却速度は、容器21の壁部における金属材料101の冷却速度よりも速くなる。
Therefore, compared with the case where the
これにより、容器21内の金属材料は、容器21に接する側ほど温度が低く、また、下部側ほど温度が低くなるように、温度勾配が付与されることになる。その結果、容器21内で生成される半凝固状の金属材料101の凝固率(乃至は凝固作用の高さ)は、底部材33付近>中空部材31の内面付近>中空部材31の中央という関係を満たすことになる。
Thereby, the metal material in the
よって、製造される半凝固状の金属材料101(のスラリー)は、その上部よりもその下部の方が固相率が高い(凝固されている)。好ましくは、半凝固状の金属材料101は、その底面から半凝固状の金属材料101の高さの1/5(より好ましくは1/10)までの部分が、上部(例えば半凝固状の金属材料101の中央よりも上方側部分)よりも凝固されている。
Therefore, the semi-solid metal material 101 (slurry) to be manufactured has a higher solid phase ratio (solidified) in the lower part than in the upper part. Preferably, in the
(製造装置の動作)
次に、製造装置1の動作を説明する。
(Operation of manufacturing equipment)
Next, the operation of the
まず、制御装置9は、第1温度センサ15の検出値に基づいて加熱装置13を制御し、ひいては、炉体11に収容されている金属材料101の温度を所定の第1温度T1に維持する。第1温度T1は、金属材料101の液相線温度よりも高い温度であり、金属材料101は、その全部が液状とされている。
First, the
また、制御装置9は、第2温度センサ25の検出値に基づいて冷却装置23を制御し、ひいては、容器21の温度を所定の第2温度T2に維持する。第2温度T2は、金属材料101の液相線温度よりも低い温度である。なお、中空部材31及び底部材33は、例えば、互いに同一の温度とされている。
Further, the
そして、制御装置9は、注湯装置5を制御して、炉体11に収容されている金属材料101を容器21に供給する。具体的には、まず、搬送装置19は、所定の角度で傾斜されたラドル17を炉体11に収容されている液状の金属材料101に浸してから上昇させることにより(若しくは上昇させてから傾斜させることにより)、1ショット分の金属材料101を計量しつつ汲み出す。そして、搬送装置19は、容器21上へラドル17を移動させ、ラドル17を更に傾斜させることにより、金属材料101を容器21内へ注ぐ。なお、冷却装置23は、金属材料101を容器21へ注ぐときに容器21の冷却を停止する。ただし、冷却装置23は、後述する熱平衡に至る時期まで等、適宜な時期まで冷却を継続してもよい。
Then, the
容器21内へ注がれた金属材料101は、容器21に接触することにより急冷され、これにより、金属材料101内には多数の結晶核が生成される。多数の結晶核は、金属材料101がある程度の高さから容器21内へ注がれることにより生じた流れにより攪拌される。これにより、析出した樹脂状結晶の枝が、せん断力により切断若しくは溶融して切断され、更に結晶核が増殖する。
The
容器21は、金属材料101が注がれることにより急激に温度が上昇し、容器21の金属材料101を冷却する機能は急激に低下する。その結果、多数の結晶核が形成された後、結晶成長速度は急激に低下し、結晶は樹脂状に成長せずに丸く成長する。
The temperature of the
そして、金属材料101及び容器21は、熱交換の結果、熱平衡の状態となる。このときの金属材料101及び容器21の温度(第3温度T3)は、金属材料101の固相線温度よりも大きく、液相線温度よりも小さい。これにより、金属材料101は、液相と固相とが混在し得る温度とされる。
And the
第3温度T3と、固相率との間には相関があり、第3温度T3は、所望の固相率が得られるように設定されている。そして、第1温度T1及び第2温度T2は、第3温度T3が所望の値となるように、金属材料101及び容器21それぞれの密度、体積及び比熱、金属材料101の凝固潜熱を考慮して設定されている。
A third temperature T 3, there is a correlation between the solid fraction, the third temperature T 3 is set such that a desired solid fraction is obtained. The first temperature T 1 and the second temperature T 2 are the density, volume and specific heat of the
ここで、既に述べたように、底部材33は、中空部材31よりも熱伝導率が高い。従って、容器21の底部付近においては、底部材33の熱伝導率が中空部材31の熱伝導率と同等である場合に比較して、結晶核が多く発生しやすく、及び/又は、結晶が成長しやすい。その結果、金属材料101は、注がれたときの運動エネルギーにより攪拌されているものの、底部付近において固相率が高くなる。
Here, as already described, the
液状の金属材料101が容器21に注がれる際には、容器21内に収容されていた気体(例えば空気)は、容器21の外側へ押し出される。しかし、容器21の下方側においては、気体の逃げ場が失われ、その結果、気体が金属材料101に巻き込まれ、巣が発生するおそれがある。ここで、本実施形態では、容器21の下方側には、隙間21hが形成されている。従って、気体は、隙間21hから流出可能であり、巣の発生が抑制される。
When the
隙間21hは、容器21の下方側に形成されており、一方、上述のように、容器21の底部においては、金属材料101が急冷されやすくなっている。従って、金属材料101が底部付近において急冷されて粘性が上昇することにより、隙間21hからの金属材料101の流出が抑制される。換言すれば、隙間21hを極力大きくして、気体を排出しやすくすることができる。
The
金属材料101及び容器21が熱平衡に至ると、若しくは、それからある程度の冷却期間が経過すると、半凝固状の金属材料101は、容器21から取り出される。例えば、中空部材31と底部材33とが離間されて中空部材31の下方側の開口が開放され、半凝固状の金属材料101は、自重により及び/又は適宜な押出手段(例えば、押出装置)により、中空部材31の下方又は上方から取り出される。
When the
中空部材31から取り出された半凝固状の金属材料101は、射出装置の射出スリーブへ供給され、そのまま成形品の形成に供されてもよいし、急冷凝固されて、半溶融状金属の素材(ビレット)とされてもよい。
The
ここで、上述のように半凝固状の金属材料101は、底部において固相率が高くなっていることから、半凝固状の金属材料101を容器21から取り出して射出スリーブ等へ供給する過程において、半凝固状の金属材料101の底部から液相部分が垂れることが抑制される。
Here, as described above, the
半凝固状の金属材料101が取り出された容器21は、残存した金属材料101を除去する洗浄が行われる。このとき、隙間21hは、中空部材31と底部材33との隙間により構成されていることから、中空部材31と底部材33とを離間させることにより、隙間21hの洗浄が容易に行われる。
The
以上のとおり、本実施形態では、半凝固金属の製造装置1は、金属材料101を加熱する加熱装置13と、容器21と、容器21を冷却する冷却装置23と、加熱された金属材料101を冷却された容器21に注ぐ注湯装置5と、を有する。
As described above, in the present embodiment, the semi-solid
そして、容器21は、当該容器21の壁部を構成し、上下両端が開口しており、上方の開口から金属材料101が注がれる中空部材31と、中空部材31の下方の開口を塞ぎ、容器21の底部を構成する底部材33と、を有する。また、底部材33による金属材料101の冷却速度は、中空部材31による金属材料101の冷却速度よりも速い。
And the
従って、既に述べたように、半凝固状の金属材料101の底部における固相率を高くすることが容易であり、底部から液相部分が垂れるおそれが低減される。その結果、例えば、底部材33の中央に開口を形成して、半凝固状の金属材料101に含まれる液相部分の一部を排出する必要性を無くすことができる。液相部分の一部の排出が行われないことにより、鋳込重量の制御を正確に行うことができ、また、液相部分が排出された空洞に気体が入り込んで巣が形成されることも抑制される。その結果、成形品の品質が向上する。
Therefore, as already described, it is easy to increase the solid phase ratio at the bottom of the
別の観点では、本実施形態では、半凝固金属の製造装置1は、金属材料101を加熱する加熱装置13と、容器21と、容器21を冷却する冷却装置23と、加熱された金属材料101を冷却された容器21に注ぐ注湯装置5と、を有し、容器21の下方側に、金属材料101に含まれる液相の部分が容器21外へ流出することが不可能で、且つ、容器21内の気体が容器21外へ流出することが可能な径の孔部(隙間21h)が形成される。
In another aspect, in this embodiment, the semi-solid
従って、既に述べたように、容器の下方側において、気体が逃げ場を失うことが抑制され、半凝固金属の気体の含有量が低減される。それにより、半凝固金属から形成された成形品に巣が発生することが抑制され、成形品の品質が向上する。 Therefore, as described above, the gas is prevented from losing the escape field on the lower side of the container, and the gas content of the semi-solid metal is reduced. As a result, the formation of nests in the molded product formed from the semi-solid metal is suppressed, and the quality of the molded product is improved.
<第2の実施形態>
第2の実施形態は、第1の実施形態と、容器の材料及び寸法のみ、より具体的には底部材の材料及び寸法のみが相違する。従って、第1の実施形態と同様の符号を用い、図1及び図2を参照するものとする。また、特に言及しない点については、第1の実施形態と同様である。
<Second Embodiment>
The second embodiment differs from the first embodiment only in the material and dimensions of the container, more specifically, only in the material and dimensions of the bottom member. Therefore, the same reference numerals as those in the first embodiment are used and FIGS. 1 and 2 are referred to. Further, points not particularly mentioned are the same as those in the first embodiment.
第2の実施形態においては、底部材33を構成する材料は、中空部材31を構成する材料と同一であり、底部材33の厚みは、中空部材31の厚みと比べて、厚くなっている。例えば、底部材33の厚みは、中空部材31の厚みの1.5倍以上である。より好適には、底部材33の厚みは、中空部材31の厚みの2〜3倍以上である。
In the second embodiment, the material constituting the
なお、中空部材31及び底部材33の厚みが一定でない場合は、例えば、中空部材31の最大の厚みと底部材33の最小の厚みとを比較して、底部材33の厚みが中空部材31の厚みよりも厚いか否かを判断してよい。また、例えば、中空部材31の厚みの平均と底部材33の厚みの平均とを比較して、底部材33の厚みが中空部材31の厚みの1.5倍以上であるか否かを判断してよい。
In addition, when the thickness of the
ただし、上記の判断においては、容器21のうち金属材料101の冷却以外の観点から厚く又は薄くされている部分については、考慮しないことが妥当である。例えば、底部材33の上面に中空部材31の下方縁部を嵌合させるための溝が形成されて底部材33が薄くされていたとしても、当該部分は除外して上記の判断をすることが妥当である。
However, in the above determination, it is appropriate not to consider the portion of the
上記のように底部材33の厚みが中空部材33の厚みよりも厚くされていることにより、底部材33の厚みを中空部材31の厚みと同一とした場合に比較して、容器21の底部における金属材料101の冷却速度は速くなる。また、別の観点では、容器21の各部の材料等にもよるが(第1の実施形態参照)、容器21の底部における金属材料101の冷却速度は、容器21の壁部における金属材料101の冷却速度よりも速くなる。また、別の観点では、容器21の底部の方が、容器21の壁部よりも金属材料101への冷却力を有している。また、底部材33による金属材料101の冷却速度は、中空部材31による金属材料101の冷却速度よりも速い。
Since the thickness of the
従って、金属材料101が容器21に注がれたとき、容器21の底部付近の金属材料101の方が壁部付近の金属材料101よりも、金属材料内に結晶核が多く発生し、及び/又は、結晶が成長する。その結果、金属材料101は、注がれたときの運動エネルギーにより攪拌されているものの、底部付近においては壁部付近よりも固相率が高くなる。
Therefore, when the
すなわち、第1の実施形態と同様に、半凝固状の金属材料101の底部における固相率を高くすることが容易であり、底部から液相部分が垂れるおそれが低減される。その結果、第1の実施形態と同様に、液相部分の一部を排出する必要性を無くし、ひいては、鋳込重量の制御を正確に行うことができ、また、液相部分が排出された空洞に気体が入り込んで巣が形成されることも抑制される。その結果、成形品の品質が向上する。
That is, as in the first embodiment, it is easy to increase the solid phase ratio at the bottom of the
なお、上記の説明では、中空部材31の材料と底部材33の材料とが同一材料であるものとしたが、これらは互いに異なっていてもよい。
In the above description, the material of the
例えば、第1の実施形態と同様に、底部材33の材料の熱伝導率が中空部材31の材料の熱伝導率よりも高くなるように、各部材の材料を選定してもよい。この場合、底部材33よる冷却速度が中空部材31による冷却速度よりも速くなる効果が増大する。
For example, as in the first embodiment, the material of each member may be selected so that the thermal conductivity of the material of the
逆に、底部材33の材料の熱伝導率が中空部材31の材料の熱伝導率よりも低くなるように、各部材の材料を選定してもよい。ただし、この場合、底部材33による冷却速度が中空部材31による冷却速度よりも速くなるように、底部材33の厚みを中空部材31の厚みに対して十分に厚くする必要がある。
Conversely, the material of each member may be selected so that the thermal conductivity of the material of the
<第3の実施形態>
第3の実施形態は、第1の実施形態と、液状の金属材料が注がれる直前の底部材及び中空部材の温度のみが相違する。従って、第1の実施形態と同様の符号を用い、図1及び図2を参照するものとする。また、特に言及しない点については、第1の実施形態と同様である。
<Third Embodiment>
The third embodiment differs from the first embodiment only in the temperature of the bottom member and the hollow member immediately before the liquid metal material is poured. Therefore, the same reference numerals as those in the first embodiment are used and FIGS. 1 and 2 are referred to. Further, points not particularly mentioned are the same as those in the first embodiment.
第3の実施形態では、底部材33及び中空部材31は、液状の金属材料101が注がれる直前において、冷却装置23によって互いに異なる温度とされる。具体的には、中空部材31は、金属材料101の液相線温度よりも低い第4温度T4とされ、底部材33は、第4温度T4よりも更に低い第5温度T5とされる。
In the third embodiment, the
従って、例えば、底部材33及び中空部材31の厚み及び材料が同一の場合においては、底部材33による金属材料101の冷却速度は、中空部材31の冷却速度よりも速くなる。
Therefore, for example, when the thickness and material of the
第3の実施形態においても、第1及び第2の実施形態で説明した、底部材33による冷却速度を中空部材31による冷却速度よりも速くする方法が採用されてよい。すなわち、底部材33を構成する材料を中空部材31を構成する材料よりも熱伝導率が高いものとしたり、底部材33の厚みを中空部材31の厚みよりも厚くしたりしてもよい。
Also in the third embodiment, the method described in the first and second embodiments for making the cooling rate by the
また、第3の実施形態においては、底部材33を構成する材料を中空部材31を構成する材料よりも熱伝導率が低いものとしたり、及び/又は、底部材33の厚みを中空部材31の厚みよりも薄くしたりしてもよい。このような場合であっても、第5温度T5を第4温度T4に対して十分に低い温度に設定すれば、底部材33による冷却速度を中空部材31による冷却速度よりも大きくすることができる。
In the third embodiment, the material constituting the
なお、第3の実施形態においては、中空部材31及び底部材33それぞれに温度センサ及び冷却装置が設けられ、互いに独立に温度のフィードバック制御が行われることが好ましい。
In the third embodiment, it is preferable that a temperature sensor and a cooling device are provided in each of the
以上のとおり、第3の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、底部材33による金属材料101の冷却速度は、中空部材31による金属材料101の冷却速度よりも速い。
As described above, also in the third embodiment, similarly to the first embodiment, the cooling rate of the
従って、第1の実施形態と同様に、半凝固状の金属材料101の底部における固相率を高くすることが容易であり、底部から液相部分が垂れるおそれが低減される。その結果、第1の実施形態と同様に、液相部分の一部を排出する必要性を無くし、ひいては、鋳込重量の制御を正確に行うことができ、また、液相部分が排出された空洞に気体が入り込んで巣が形成されることも抑制される。その結果、成形品の品質が向上する。
Therefore, as in the first embodiment, it is easy to increase the solid phase ratio at the bottom of the
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and may be implemented in various aspects.
製造装置の全体構成は、保持炉から液状の金属材料をラドルにより汲み出して容器に注ぐ構成に限定されない。例えば、保持炉及びラドルに代えて、1ショット分の金属材料を溶融するるつぼを用い、当該るつぼにより容器に金属材料を注いでもよい。また、例えば、保持炉から容器へ適宜な流路を介して液状の金属材料を注いでもよい。 The entire configuration of the manufacturing apparatus is not limited to a configuration in which a liquid metal material is pumped out from a holding furnace by a ladle and poured into a container. For example, instead of the holding furnace and the ladle, a crucible for melting one shot of metal material may be used, and the metal material may be poured into the container with the crucible. Further, for example, a liquid metal material may be poured from the holding furnace to the container through an appropriate flow path.
半凝固金属の製造は、その全ての工程が製造装置により自動的に行われる必要はない。例えば、加熱装置の制御、冷却装置の制御及び注湯装置の制御の少なくともいずれか一つは、作業者により行われてもよい。また、例えば、加熱、冷却及び注湯の少なくともいずれか一つについては、装置といえるほどの設備によらずに実現されてもよい。 The production of semi-solid metal does not have to be performed automatically by the production equipment in all steps. For example, at least one of the control of the heating device, the control of the cooling device, and the control of the pouring device may be performed by an operator. Further, for example, at least one of heating, cooling, and pouring may be realized without using equipment that can be said to be an apparatus.
本実施形態では、ある程度の高さから液状の金属材料を容器に注ぐだけで半凝固金属を得たが、適宜に攪拌等がなされてもよい。また、本実施形態では、半凝固金属から液相部分の一部の排出を全く行わなかったが、当該排出が行われてもよい。この場合においても、底部における固相率が高くされることにより、排出量が従来に比較して抑制される効果が奏される。 In the present embodiment, a semi-solid metal is obtained by simply pouring a liquid metal material into a container from a certain height, but stirring or the like may be appropriately performed. Further, in the present embodiment, a part of the liquid phase portion is not discharged at all from the semi-solid metal, but the discharge may be performed. Even in this case, an effect of suppressing the discharge amount as compared with the related art is obtained by increasing the solid phase ratio at the bottom.
中空部材及び底部材は、互いに着脱可能であるものに限定されず、互いに離間不可能に接合されていてもよい。容器に孔部(隙間21h)は設けられなくてもよい。孔部は、中空部材及び底部材の隙間により形成されるものに限定されず、中空部材自体若しくは底部自体に形成された孔部であってもよい。
The hollow member and the bottom member are not limited to being detachable from each other, and may be joined so as not to be separated from each other. The container may not be provided with a hole (
容器に孔部(隙間21h)が設けられることを特徴とする場合においては、容器は、中空部材及び底部材からなるものに限定されず、全体が一体成形されたものであってもよい。また、孔部(隙間21h)は、中空部材及び底部材の隙間により形成されるものに限定されず、一体形成された容器に形成された孔部であったり、中空部材自体若しくは底部材自体に形成された孔部であってもよい
In the case where the hole (
中空部材と底部材との間の隙間は、中空部材の縁部に切り欠きが形成されることにより構成されるものに限定されない。例えば、底部材の縁部に切り欠きを設けることにより、中空部材の開口の一部に塞がれない部分が生じて隙間が構成されてもよい。また、中空部材を底部材から浮かすように中空部材及び底部材を保持したり、中空部材の開口よりも底部材の外形を小さくし、中空部材及び底部材を適宜に保持したりしてもよい。 The gap between the hollow member and the bottom member is not limited to one configured by forming a notch at the edge of the hollow member. For example, by providing a notch at the edge of the bottom member, a portion that cannot be blocked by a part of the opening of the hollow member may be generated to form a gap. Further, the hollow member and the bottom member may be held so as to float from the bottom member, or the outer shape of the bottom member may be made smaller than the opening of the hollow member, and the hollow member and the bottom member may be appropriately held. .
冷却装置は、中空部材の冷却能力と底部材の冷却能力とに差があってもよい。例えば、冷媒用の流路は、底部材の単位面積当たりの流路長さが中空部材の単位面積当たりの流路長さよりも大きくなるように設けられてもよい。また、冷却装置は、中空部材の温度と底部材の温度と別個に制御可能であってもよい。例えば、中空部材及び底部材とで別個に冷媒の流路、熱交換器及びポンプ等を設け、また、中空部材及び底部材とで別個に温度センサを設けてもよい。なお、このような場合、底部材の熱伝導率が中空部材の熱伝導率よりも高くなくても、底部材に接する金属材料の冷却速度を中空部材に接する金属材料の冷却速度よりも速くして、金属材料及び容器を熱平衡に至らせ、実施形態と同様の効果を得ることが可能である。 The cooling device may have a difference between the cooling capacity of the hollow member and the cooling capacity of the bottom member. For example, the flow path for the refrigerant may be provided such that the flow path length per unit area of the bottom member is larger than the flow path length per unit area of the hollow member. The cooling device may be controllable separately from the temperature of the hollow member and the temperature of the bottom member. For example, a refrigerant flow path, a heat exchanger, a pump, and the like may be provided separately for the hollow member and the bottom member, and a temperature sensor may be provided separately for the hollow member and the bottom member. In such a case, even if the thermal conductivity of the bottom member is not higher than the thermal conductivity of the hollow member, the cooling rate of the metal material in contact with the bottom member is made higher than the cooling rate of the metal material in contact with the hollow member. Thus, the metal material and the container can be brought into thermal equilibrium, and the same effect as in the embodiment can be obtained.
本願において、容器の下方側は、特に断りがない限り、容器を上方側及び下方側に2等分したときの下方側をいうものとする。容器の孔部は、好ましくは、容器の底部から容器の高さの1/5までの範囲に設けられ、より好ましくは1/10までの範囲に設けられている。 In the present application, the lower side of the container means the lower side when the container is divided into two equal parts, the upper side and the lower side, unless otherwise specified. The hole of the container is preferably provided in the range from the bottom of the container to 1/5 of the height of the container, more preferably in the range of 1/10.
1…製造装置、5…注湯装置、9…制御装置、13…加熱装置、21…容器、21h…隙間(孔部)、23…冷却装置、31…中空部材、33…底部材、101…金属材料。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
容器と、
前記容器を冷却する冷却装置と、
加熱された前記金属材料を冷却された前記容器に注ぐ注湯装置と、
を有し、
前記容器は、
当該容器の壁部を構成し、上下両端が開口しており、上方の開口から前記金属材料が注がれる中空部材と、
前記中空部材の下方の開口を塞ぎ、前記容器の底部を構成する底部材と、
を有し、
前記底部材による前記金属材料の冷却速度は、前記中空部材による前記金属材料の冷却速度よりも速い
半凝固金属の製造装置。 A heating device for heating the metal material;
A container,
A cooling device for cooling the container;
A pouring device for pouring the heated metal material into the cooled container;
Have
The container is
Constituting the wall portion of the container, the upper and lower ends are open, and a hollow member into which the metal material is poured from the upper opening;
A bottom member that closes the lower opening of the hollow member and constitutes the bottom of the container;
Have
The cooling rate of the metal material by the bottom member is faster than the cooling rate of the metal material by the hollow member.
請求項1に記載の半凝固金属の製造装置。 The semi-solid metal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein a thickness of the bottom member is thicker than a thickness of the hollow member.
請求項2に記載の半凝固金属の製造装置。 The semi-solid metal manufacturing apparatus according to claim 2, wherein a material of the bottom member is the same as a material of the hollow member.
請求項1又は2に記載の半凝固金属の製造装置。 The semi-solid metal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the material of the bottom member has higher thermal conductivity than the material of the hollow member.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の半凝固金属の製造装置。 The semi-solid metal production apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the cooling device cools the bottom member to a temperature lower than that of the hollow member.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の半凝固金属の製造装置。 On the lower side of the container, the diameter of the liquid phase contained in the metal material cannot flow out of the container and the gas in the container can flow out of the container. The semi-solid metal manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 5.
前記孔部は、前記中空部材と前記底部材との間の隙間により構成されている
請求項6に記載の半凝固金属の製造装置。 The hollow member and the bottom member are separable,
The semi-solid metal manufacturing apparatus according to claim 6, wherein the hole is formed by a gap between the hollow member and the bottom member.
請求項7に記載の半凝固金属の製造装置。 An edge that constitutes an opening below the hollow member is in contact with an upper surface of the bottom member, and a notch that forms a gap between the hollow member and the bottom member is formed on the edge. The apparatus for producing a semi-solid metal according to claim 7.
前記容器は、
当該容器の壁部を構成し、上下両端が開口しており、上方の開口から前記金属材料が注がれる中空部材と、
前記中空部材の下方の開口を塞ぎ、前記容器の底部を構成する底部材と、を有し、
前記底部材による前記金属材料の冷却速度は、前記中空部材による前記金属材料の冷却速度よりも速い
半凝固金属の製造方法。 A metal material is poured into a container having a temperature lower than the liquidus temperature in a state higher than the liquidus temperature of the metal material, and the temperature of the metal material is set to the solidus temperature of the metal material and the liquid phase. A method for producing a semi-solid metal that makes the metal material semi-solid by reaching a temperature between the line temperature,
The container is
Constituting the wall portion of the container, the upper and lower ends are open, and a hollow member into which the metal material is poured from the upper opening;
A bottom member that closes the lower opening of the hollow member and constitutes the bottom of the container;
The method for producing a semi-solid metal, wherein the cooling rate of the metal material by the bottom member is faster than the cooling rate of the metal material by the hollow member.
前記金属材料において前記容器の底部に接する部分の冷却速度を前記容器の壁部に接する部分の冷却速度よりも速くする
半凝固金属の製造方法。 A metal material is poured into a container having a temperature lower than the liquidus temperature in a state higher than the liquidus temperature of the metal material, and the temperature of the metal material is set to the solidus temperature of the metal material and the liquid phase. A method for producing a semi-solid metal that makes the metal material semi-solid by reaching a temperature between the line temperature,
A method for producing a semi-solid metal, wherein a cooling rate of a portion in contact with the bottom portion of the container in the metal material is made higher than a cooling rate of a portion in contact with a wall portion of the container.
前記半凝固金属の下部は、前記半凝固金属の上部よりも固相率が高い
半凝固金属。 A semi-solid metal that is liquid to semi-solid in a container,
The lower part of the semi-solid metal has a higher solid phase ratio than the upper part of the semi-solid metal.
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