JP2014042926A - プレス鋳造装置およびプレス鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡素・小型でかつ汎用性が高く、かつ溶湯材の流入、遮断およびガスの排出を効率よく行うことができるプレス鋳造装置およびプレス鋳造方法を提供する。
【解決手段】固定型１１と該固定型１１に対する位置が第１加圧手段６によって移動可能な可動型９とからなる鋳型を有するプレス鋳造装置１において、可動型９に対する位置が第２加圧手段７によって移動可能な第２可動型１０を具備する。鋳造製品５０の形状をなす製品キャビティ２６が固定型１１と第２可動型１０とで構成される。可動型９を固定型１１に近接した所定位置まで移動させることで、製品キャビティ２６の外側でかつ可動型９と固定型１１との間の位置に、製品キャビティ２６に連通する湯路２３およびガス排出口２２が形成される。可動型９が所定位置にある状態で第２可動型１０を第２所定位置まで移動させると、製品キャビティ２６と湯路２３およびガス排出口２２との連通が遮断される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プレス鋳造装置およびプレス鋳造方法に係り、特に、可動型に圧力をかけながら製品キャビティに注湯した溶湯材を凝固させるようにしたプレス鋳造装置およびプレス鋳造方法に関する。

従来から、固定型および可動型によって鋳造製品の形状をなす製品キャビティを構成すると共に、製品キャビティに流し込んだ溶湯材を可動型で加圧しながら凝固させるようにしたプレス鋳造装置が知られている。

特許文献１には、溶湯材の湯口を固定型に設けると共に、溶湯材の遮断部およびガス排出通路を可動型に設けるようにしたプレス鋳造装置が開示されている。

特開２００５−１２５４０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたプレス鋳造装置では、１つの製品の型ごとに流入口やガス排出口等を形成して、さらに、溶湯を加圧しながら凝固する機構も組み込む必要があるため、プレス鋳造装置自体の大型化や複雑化を招きやすく、自動二輪車等に使用される比較的小さな部品には不向きであった。また、複数の試作品を製作する場合など、製品キャビティの一部のみを変更したいことがあるが、そのような要望に対して上記したプレス鋳造装置で対応するのは難かった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、比較的簡素・小型でかつ汎用性が高く、かつ溶湯材の流入、遮断およびガスの排出を効率よく行うことができるプレス鋳造装置およびプレス鋳造方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、固定型（１１）と、該固定型（１１）に対する位置が第１加圧手段（６）によって移動可能な可動型（９）とからなる鋳型を有するプレス鋳造装置（１）において、前記可動型（９）に対する位置が第２加圧手段（７）によって移動可能な第２可動型（１０）を具備し、溶湯材（５０）が注湯されて鋳造製品（５０ａ）の形状をなす製品キャビティ（２６）が、前記固定型（１１）と前記第２可動型（１０）とによって構成される点に第１の特徴がある。

また、前記可動型（９）を前記固定型（１１）に接する所定位置まで移動させると、前記製品キャビティ（２６）の外側で前記可動型（９）と前記固定型（１１）との間の位置に、前記製品キャビティ（２６）に連通する湯路（２３）およびガス排出口（２２）が形成される点に第２の特徴がある。

また、前記可動型（９）が前記所定位置にある状態で、前記第２可動型（１０）を第２所定位置まで移動させると、前記製品キャビティ（２６）と前記湯路（２３）および前記ガス排出口（２２）との連通が、前記第２可動型（１０）によって遮断されるように構成されている点に第３の特徴がある。

また、前記ガス排出口（２２）が前記製品キャビティ（２６）の上方側に設けられると共に、前記湯路（２３）が前記製品キャビティ（２６）の下方側に設けられる点に第４の特徴がある。

また、前記第１加圧手段（６）および前記第２加圧手段（７）が油圧機構で構成されている点に第５の特徴がある。

また、前記第２可動型（９）を前記第２所定位置まで移動させることで、前記連通の遮断と前記溶湯材（５０）の加圧凝固とが連続的に行われる点に第６の特徴がある。

また、前記所定位置は、前記固定型（１１）と前記可動型（９）とが当接することにより規定され、前記第２所定位置は、前記第２可動型（１０）に設けられたストッパ（１０ａ）が前記可動型（９）に形成された段差部（９ａ）に当接することにより規定される点に第７の特徴がある。

さらに、固定型（１１）と、該固定型（１１）に対する位置が第１加圧手段（６）によって移動可能な可動型（９）と、該可動型（９）に対する位置が第２加圧手段（７）によって移動可能な第２可動型（１０）からなる鋳型を有するプレス鋳造装置（１）を用いたプレス鋳造方法において、前記可動型（９）を、前記第１加圧手段（１）によって前記固定型（１１）に近接した所定位置まで移動させる手順（Ｓ２）と、溶湯材（５０）を前記製品キャビティ（２６）に注入して満充填させる手順（Ｓ４，Ｓ５）と、前記第２可動型（１０）を、前記第２加圧手段（７）によって移動させることで、前記製品キャビティ（２６）の外側に形成された前記湯路（２３）と前記ガス排出口（２２）との連通を遮断する手順（Ｓ７）と、さらに、前記第２可動型（１０）を、前記第２加圧手段（７）によって第２所定位置まで移動させることで、前記製品キャビティ（２６）内の溶湯材（５０）を加圧しながら凝固させる手順（Ｓ９）とを含む点に第８の特徴がある。

第１の特徴によれば、可動型に対する位置が第２加圧手段によって移動可能な第２可動型を具備し、溶湯材が注湯されて鋳造製品の形状をなす製品キャビティが、固定型と第２可動型とによって構成されるので、第２可動型を変更することで製品キャビティの一面側の形状変更が可能となり、装置全体を変更することなく部品形状の一部を変更することができる。これにより、鋳造部品の設計変更が容易となり、試作品などの少量から大量生産品の製作等に適した汎用性の高いプレス鋳造装置を得ることができる。

第２の特徴によれば、可動型を固定型に接する所定位置まで移動させると、製品キャビティの外側で可動型と固定型との間の位置に、製品キャビティに連通する湯路およびガス排出口が形成されるので、第２可動型に湯路やガス排出口を設ける必要がなく、第２可動型の設計変更が容易となる。

第３の特徴によれば、可動型が所定位置にある状態で、第２可動型を第２所定位置まで移動させると、製品キャビティと湯路およびガス排出口との連通が、第２可動型によって遮断されるように構成されているので、製品キャビティ内の溶湯材を加圧凝固させる処理に連動して、湯路およびガス排出口部分の凝固物を製品キャビティ内の鋳造製品から切り離すことが可能となる。これにより、鋳型から鋳造製品を取り出した後に別個独立した切断作業を行う必要がなくなり、生産工程を低減することができる。

第４の特徴によれば、ガス排出口が製品キャビティの上方側に設けられると共に、湯路が製品キャビティの下方側に設けられるので、溶湯材の注湯とガスの排出とを効率よく実行することができる。

第５の特徴によれば、第１加圧手段および第２加圧手段が油圧機構で構成されているので、油圧ジャッキ等の汎用性の高い機器を用いることで、多様な仕様に対応でき、プレス鋳造装置の生産コストを低減することができる。

第６の特徴によれば、第２可動型を第２所定位置まで移動させることで、連通の遮断と溶湯材の加圧凝固とが連続的に行われるので、湯路およびガス排出口部分の凝固物を製品キャビティ内の鋳造製品から切り離す作業を別個独立して行う必要がなくなり、生産工程を削減することができる。また、溶湯凝固時に加圧するためヒケや巣の発生が抑制され、形状の転写精度が高められると共に、油回り不良や充填不良も低減できる。

第７の特徴によれば、所定位置は、固定型と可動型とが当接することにより規定され、第２所定位置は、第２可動型に設けられたストッパが可動型に形成された段差部に当接することにより規定されるので、油圧ジャッキ等の大きな力で加圧しても、可動型および第２可動型の位置を正確に合わせることが容易となる。

第８の特徴によれば、可動型を、第１加圧手段によって固定型に近接した所定位置まで移動させる手順と、溶湯材を製品キャビティに注入して満充填させる手順と、第２可動型を、第２加圧手段によって移動させることで、製品キャビティの外側に形成された湯路とガス排出口との連通を遮断する手順と、さらに、第２可動型を、第２加圧手段によって第２所定位置まで移動させることで、製品キャビティ内の溶湯材を加圧しながら凝固させる手順とを含むので、可動型と別個独立した第２可動型を設けることによって、製品キャビティ内の溶湯材から湯路およびガス排出口を切り離す作業と、製品キャビティ内の溶湯材を加圧凝固して鋳造製品を形成する作業とを連続的に実行することが可能となる。

本実施形態に係るプレス鋳造装置の一部断面左側面図である。 プレス鋳造装置の後方側から見た固定型の正面図である。 型開き状態を示す手順説明図である。 型閉め状態を示す手順説明図である。 注湯状態を示す手順説明図である。 注湯満充填状態を示す手順説明図である。 加圧＋切除状態を示す手順説明図である。 本実施形態に係るプレス鋳造装置によるプレス鋳造の手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプレス鋳造装置１の一部断面左側面図である。以下では、図示左方向をプレス鋳造装置１の前方向、図示右方向をプレス鋳造装置１の後方向として説明する。プレス鋳造装置１は、固定型１１と可動型９との間に形成される製品キャビティにアルミ等の溶融金属からなる溶湯材５０を流し込み、これを加圧しながら凝固させることで鋳造製品５０ａを製作する装置である。本実施形態では、製品５０ａの形状をなす製品キャビティ部分に、可動型９に対して別個独立に移動可能な第２可動型１０が設けられている点に特徴がある。

プレス鋳造装置１の本体フレーム２は、土台部分に固定された前方壁５および後方壁３を有する。前方壁５と後方壁３との間には、プレス鋳造装置１の前後方向に指向して両壁間を連結する連結フレーム１６が設けられている。連結フレーム１６には、該連結フレーム１６に沿って前後方向に摺動可能な可動壁４が係合している。後方壁３には、第１加圧手段としての第１油圧ジャッキ６が固定されており、第１油圧ジャッキ６の作動により伸縮する押圧ロッド１３の先端が可動壁４に接続されている。これにより、可動壁４は、油圧ジャッキ６の作動に応じて前後方向に摺動可能とされる。

固定型１１および可動型９は、その前後方向の両端部に厚さ調整部材３０，３１を挟み、前後上下が外枠１２で囲まれた状態で鋳造開始の準備が整う。これにより、第１油圧ジャッキ６により可動壁４を前方側に押圧すると、外枠１２は、前方壁５と可動壁４との間で加圧されることとなる。可動壁４には、第２加圧手段としての第２油圧ジャッキ７が固定されており、この第２油圧ジャッキ７の押圧ロッド１４の先端が第２可動型１０に接続されている。第２油圧ジャッキ７は、外枠１２に形成された貫通孔から外枠１２の内部に挿入されており、第２可動型１０は、外枠１２が可動壁４によって押圧された状態で、可動壁４と別個独立して前後方向に摺動可能とされる。

外枠１２に囲まれて所定位置に収められた固定型１１および可動型９には、製品キャビティ２６の上下外側の位置に、ガス排出口２２および湯路２３が形成される。なお、前方壁５には、押圧ロッド１５によって固定型１１の背面を押圧可能な第３油圧ジャッキ８が取り付けられている。この第３油圧ジャッキ８によれば、第２油圧ジャッキ７と連動して加圧動作を行うこともできるが、以下では、第３油圧ジャッキ８は固定したまま、第１油圧ジャッキ６および第２油圧ジャッキ７のみの動作例を説明する。

図２は、固定型１１の正面図である。この図は、プレス鋳造装置１の後方側から見た状態を示している。固定型１１と可動型９との間には、製品５０ａの形状をなす製品キャビティ２６、容器４０から溶湯材５０を流し込むための湯口２１、底部における溶湯材５０の通り道である湯路２３、湯路２３から製品キャビティ２６へ通じる堰２４、溶湯材５０から発生するガスが抜けるガス排出口２２、溶湯材５０の上部湯だまりである押し湯部２０が形成される。

湯口２１から溶湯材５０が流し込まれると、湯路２３が湯５１で満たされた後に、堰２４を通って製品形状２５を有する製品キャビティ２６が満たされて、ガス排出口２２および押し湯部２０に至ることとなる。なお、前記した図１および以下の図３〜７における断面部分は、この図のＡ−Ａ線断面に相当する断面を示している。

以下、図３〜７の手順説明図を参照して、プレス鋳造装置１による鋳造手順を説明する。図３の型開き状態は、固定型１１、可動型９および第２可動型１０をプレス鋳造装置１にセットした初期状態に相当する。固定型１１および第２可動型１０には、それぞれ、製品形状２５，３５が形成されている。

製品キャビティ２６は、固定型１１の製品形状２５と、第２可動型１０の製品形状３５との間に形成されるものであり、また、ガス排出口２２や湯路２３等は、固定型１１と可動型９と固定型１１との間に形成されるものである。

第２可動型１０は、可動型９の略中央に形成された開口に収まる外郭形状を有しており、その外郭に形成されたストッパ１０ａが可動型９の段差部９ａに当接するまでの範囲で、前後方向（図示左右方向）に摺動可能に構成されている。

なお、本実施形態に係る固定型１１、可動型９および第２可動型１０は、グラファイト（黒鉛）で形成されている。また、厚さ調整部材３０，３１は、固定型１１および可動型９の大きさや厚みに応じて変更可能とされる。なお、可動型９側の厚さ調整部材３０は、第２可動型１０の後方側への動きを規制するストッパとしても機能する。

図４に示す型閉め状態は、各鋳型のセットが完了して、溶湯材５０を注湯する準備が整った状態に相当する。固定型１１および可動型９の前後上下を外枠１２で囲み、固定型１１および可動型９が互いに接する所定位置に収まると、固定型１１と可動型９との間に、ガス排出口２２、湯路２３、堰２４、湯口２１（図２参照）が形成される。この状態において、第１加圧手段（第１油圧ジャッキ）６によって外枠１２の外側から加圧し、固定型１１と可動型９との間の接触面圧を高めた状態が、型締め状態となる。この第１油圧ジャッキ６による圧力は、外枠１２および厚さ調整部材３０を介して可動型９に伝達されるが、第２油圧ジャッキ７を作動させない限り第２可動型１０には伝達されない。

図５に示す注湯初期状態は、湯口２１から注入された溶湯材５０が、湯路２３を満たした後に製品キャビティ２６の中ほどまで到達した状態である。

図６に示す注湯満充填状態は、溶湯材５０の注湯がさらに進んで、製品キャビティ２６の上端まで溶湯材５０で満たされた状態である。

図７の加圧＋切除状態では、薄型の第２加圧手段（第２油圧ジャッキ）７によって第２可動型１０の移動が行われる。第２可動型１０が前方に押されるにつれて、ガス排出口２２に溶湯材５０の余剰分５２が押し出され、製品キャビティ２６の溶湯材５０に圧力が加わる。そして、第２可動型１０のストッパ１０ａが可動型９の段差部９ａに当接する第２所定位置まで押圧されると、湯路２３の湯５１およびガス排出口２２の余剰分５２が、第２可動型１０によって製品キャビティ２６の製品５０ａから切り離されることとなる。これは、製品キャビティ２６と湯路２３との間の通路と、製品キャビティ２６とガス排出口２２との間の通路とが、それぞれ、第２可動型１０を第２所定位置に移動させる途中で遮断（閉塞）されるように設定されているためである。

ここで、各通路の遮断は、ストッパ１０ａが段差部９ａに当接することで規定される第２所定位置に到達する前に実行される。すなわち、第２可動型１０を固定型１１の方向に移動していくと、先に各通路の遮断が行われ、続いて、切り離された製品キャビティ２６内の鋳造製品５０ａの加圧が行われる。この２段階設定により、「通路の遮断」および「製品の加圧」の連続的な実行が可能となる。

上記したプレス鋳造方法によれば、鋳造製品５０ａの加圧凝固と、湯５１および余剰分５２の切り離しとが、第２油圧ジャッキ７による加圧動作中に連続的に行われることとなる。すなわち、固定型１１と可動型９とを離間させて鋳型から製品５０ａを抜く際には、すでに不要部分が切除された状態が得られる。したがって、製品５０ａを鋳型から抜いた後に不要部分を切り離すための別工程を設ける必要がなく、作業工程が削減される。

そして、本実施形態に係るプレス鋳造装置１においては、製品キャビティ２６を構成する第２可動型（製品型）１０が可動型９と別個独立しているため、この第２可動型１０を交換するのみで、製品５０ａの片面の形状を変更することができる。これにより、例えば、一部の形状が異なる複数の試作品を作成する際の鋳型作成コストが抑えられる。

なお、一般にプレス鋳造では、溶湯材に圧力をかけることで鋳型への密着性が高く、転写精度に優れており、圧力がかかることで内部の引け巣や外引けの抑制力も高い。さらに、本実施形態では、鋳型がグラファイトで形成されており、かつ鋳型の抜き方向が上下方向ではなく前後方向であるため、砂型のような砂落ちによる不良も生じない。なお、上記実施形態では、鋳型の素材をグラファイトとしたが、鋳型の素材は鋳造する材料に応じて変更してもよい。

図８は、本実施形態に係るプレス鋳造装置１によるプレス鋳造の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１では、プレス鋳造装置に固定型および可動型を開いた状態でセットする（図３参照）。次に、ステップＳ２では、可動型を固定型の方向へ移動して所定位置まで閉じ、ステップＳ３では、固定型および可動型によって、湯路、ガス排出口および製品キャビティを形成する。

そして、ステップＳ４では、湯路を介して溶湯材を製品キャビティ内へ注湯する。続くステップＳ５では、溶湯材が満充填状態であるか否かが判定され、肯定判定されるとステップＳ６に進み、否定判定されるとステップＳ５の判定に戻る。

ステップＳ６は、製品型（第２可動型）の固定型方向への加圧移動を開始し、ステップＳ７では、製品型によってガス排出口および湯路を遮断・切除する。次に、ステップＳ８では、加圧しながら製品キャビティ内の溶湯材の形状成形が行われ、ステップＳ９では、製品型によって溶湯材を加圧しながら凝固させる。そして、ステップＳ１０において、鋳造形状（鋳造製品）が完成し、一連の手順が完了する。

なお、プレス鋳造装置の構成、固定型および可動型の形状や材質、第２可動型の形状や材質、第１加圧手段および第２加圧手段の構成、溶湯材の種類等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。例えば、固定型および可動型の製品キャビティ、湯路、堰、湯口等の形状は、鋳造製品の形状等に応じて任意に変更することができる。

１…プレス鋳造装置、２…本体フレーム、３…後方壁、５…前方壁、６…第１油圧ジャッキ（第１加圧手段）、７…第２油圧ジャッキ（第２加圧手段）、９…可動型、１０…第２可動型、１１…固定型、１２…外枠、１３，１４…押圧ロッド、２０…押し湯部、２１…湯口、２２…ガス排出口、２３…湯路、２４…堰、２６…製品キャビティ、３０，３１…厚さ調整部材、５０…溶湯材、５０ａ…鋳造製品

Claims (8)

1. 固定型（１１）と、該固定型（１１）に対する位置が第１加圧手段（６）によって移動可能な可動型（９）とからなる鋳型を有するプレス鋳造装置（１）において、
   前記可動型（９）に対する位置が第２加圧手段（７）によって移動可能な第２可動型（１０）を具備し、
   溶湯材（５０）が注湯されて鋳造製品（５０ａ）の形状をなす製品キャビティ（２６）が、前記固定型（１１）と前記第２可動型（１０）とによって構成されることを特徴とするプレス鋳造装置。
2. 前記可動型（９）を前記固定型（１１）に接する所定位置まで移動させると、前記製品キャビティ（２６）の外側で前記可動型（９）と前記固定型（１１）との間の位置に、前記製品キャビティ（２６）に連通する湯路（２３）およびガス排出口（２２）が形成されることを特徴とする請求項１に記載のプレス鋳造装置。
3. 前記可動型（９）が前記所定位置にある状態で、前記第２可動型（１０）を第２所定位置まで移動させると、前記製品キャビティ（２６）と前記湯路（２３）および前記ガス排出口（２２）との連通が、前記第２可動型（１０）によって遮断されるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のプレス鋳造装置。
4. 前記ガス排出口（２２）が前記製品キャビティ（２６）の上方側に設けられると共に、前記湯路（２３）が前記製品キャビティ（２６）の下方側に設けられることを特徴とする請求項２または３に記載のプレス鋳造装置。
5. 前記第１加圧手段（６）および前記第２加圧手段（７）が油圧機構で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレス鋳造装置。
6. 前記第２可動型（９）を前記第２所定位置まで移動させることで、前記連通の遮断と前記溶湯材（５０）の加圧凝固とが連続的に行われることを特徴とする請求項３に記載のプレス鋳造装置。
7. 前記所定位置は、前記固定型（１１）と前記可動型（９）とが当接することにより規定され、
   前記第２所定位置は、前記第２可動型（１０）に設けられたストッパ（１０ａ）が前記可動型（９）に形成された段差部（９ａ）に当接することにより規定されることを特徴とする請求項３に記載のプレス鋳造装置。
8. 固定型（１１）と、該固定型（１１）に対する位置が第１加圧手段（６）によって移動可能な可動型（９）と、該可動型（９）に対する位置が第２加圧手段（７）によって移動可能な第２可動型（１０）からなる鋳型を有するプレス鋳造装置（１）を用いたプレス鋳造方法において、
   前記可動型（９）を、前記第１加圧手段（１）によって前記固定型（１１）に近接した所定位置まで移動させる手順（Ｓ２）と、
   溶湯材（５０）を前記製品キャビティ（２６）に注入して満充填させる手順（Ｓ４，Ｓ５）と、
   前記第２可動型（１０）を、前記第２加圧手段（７）によって移動させることで、前記製品キャビティ（２６）の外側に形成された前記湯路（２３）と前記ガス排出口（２２）との連通を遮断する手順（Ｓ７）と、
   さらに、前記第２可動型（１０）を、前記第２加圧手段（７）によって第２所定位置まで移動させることで、前記製品キャビティ（２６）内の溶湯材（５０）を加圧しながら凝固させる手順（Ｓ９）とを含むことを特徴とするプレス鋳造方法。