JP2018030140A - 鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳物を金型から安定して脱離することができる鋳造方法の提供。
【解決手段】溶湯（Ｍ１）を、堰（１１０）を通過させて、金型キャビティ（Ｃ１）に充填させて加圧し、溶湯（Ｍ１）を凝固させる鋳造方法である。堰（１１０）は、堰入口（１４ｂ）と、堰出口（１４ａ）と、堰入口（１４ｂ）と堰出口（１４ａ）と比較して小さい断面積を有する絞り部（１４ｃ）とを備える。溶湯（Ｍ１）を加圧した状態において堰（１１０）における絞り部（１４ｃ）から堰入口（１４ｂ）側を加熱する（ＳＴ３２）。金型キャビティ（Ｃ１）における溶湯（Ｍ１）が凝固温度（Ｔｍ１）に到達したとき、堰（１１０）における絞り部（１４ｃ）から堰出口（１４ａ）側を冷却する（ＳＴ３５）。絞り部（１４ｃ）から堰出口（１４ａ）側における溶湯（Ｍ１）が凝固温度（Ｔｍ２）に到達したとき、溶湯（Ｍ１）の加圧を停止する（ＳＴ３７）。
【選択図】図７

Description

本発明は、鋳造方法に関する。

溶湯を、堰を通過させることによって、金型キャビティに充填させて加圧する工程と、溶湯を金型キャビティ側から堰側へ向かって凝固させる工程とを含む鋳造方法がある。堰は、溶湯が流入する堰入口と、溶湯が金型へ流出する堰出口と、堰入口及び堰出口よりも断面積の小さな絞り部とを備えることが多い。特許文献１には、溶湯の温度を調整する温度調整部を絞り部に設けた鋳造装置及びその鋳造方法が開示されている。

特開２００８−０８０３６７号公報

しかし、特許文献１に開示される鋳造方法では、溶湯が凝固することを遅らせることができるものの、溶湯の最終凝固部が絞り部から堰入口側までの間に達することがあった。このような場合、最終凝固部がアンダーカット形状であるため、鋳物を堰から脱離できない。そのため、離型することができなかった。

本発明に係る鋳造方法は、鋳物を安定して金型から脱離するものとする。

本発明に係る鋳造方法は、
溶湯を、堰を通過させて、金型キャビティに充填させて、加圧し、
前記溶湯を前記金型キャビティ側から前記堰側へ向かって凝固させる鋳造方法であって、
前記堰は、前記溶湯が供給される堰入口と、前記溶湯が前記金型キャビティへ流出する堰出口と、前記堰入口と前記堰出口との間に配置され、前記堰入口と前記堰出口と比較して小さい断面積を有する絞り部と、を備え、
前記溶湯を加圧した状態において、前記堰における前記絞り部から前記堰入口側を加熱し、
前記金型キャビティにおける前記溶湯が凝固温度に到達したとき、前記堰における前記絞り部から前記堰出口側を冷却し、
前記絞り部から前記堰出口側における前記溶湯が凝固温度に到達したとき、前記溶湯の加圧を停止する。
このような構成によれば、絞り部から堰入口側において溶湯が凝固することを抑制し、最終凝固部が堰出口から絞り部までの間に位置させる。そのため、鋳物を堰から安定して取り外すことができ、離型することができる。

本発明に係る鋳造方法は、鋳物を安定して金型から脱離することができる。

実施の形態１に係る鋳造方法の一工程を示す図である。 実施の形態１に係る鋳造方法で利用することのできる鋳造装置の要部を示す図である。 実施の形態１に係る鋳造方法の一工程を示す図である。 実施の形態１に係る鋳造方法の一工程を示す図である。 実施の形態１に係る鋳造方法の一工程を示す図である。 実施の形態１に係る鋳造方法の一工程を示す図である。 実施の形態１に係る鋳造方法の一工程を示すフローチャートである。

実施の形態１
図１〜図７を参照して実施の形態１に係る鋳造方法について説明する。図１、図３〜図６は、実施の形態１に係る鋳造方法の一工程を示す図である。図２は、実施の形態１に係る鋳造方法で利用することのできる鋳造装置の要部を示す図である。図７は、実施の形態１に係る鋳造方法の一工程を示すフローチャートである。なお、図２〜５では、分かり易くするため、上型保持移動部１６の図示を省略した。

（鋳造装置）
実施の形態１に係る鋳造方法では、図１及び図２に示す鋳造装置１００を利用することができる。鋳造装置１００は、金型１０と、ベース２０と、保持炉２２とを含む。図１及び図２に示す鋳造装置１００の一例は、低圧鋳造装置である。

保持炉２２は、鋳造に用いる溶湯Ｍ１を保持し、溶湯Ｍ１の温度を少なくとも維持することができる技術的な加熱手段を備える。溶湯Ｍ１は、鋳造に利用される金属材料を溶解したものであればよい。このような金属材料として、例えば、純Ａｌ又はＡｌ合金が挙げられる。保持炉２２は、溶湯Ｍ１を受け入れるための供給口を有するとよい。また、保持炉２２は、溶湯Ｍ１を金型１０へ供給するために、炉内に気体を供給して溶湯Ｍ１を加圧する技術的な加圧手段や、溶湯の金型１０への供給を停止するために、炉内の気体を排気する技術的な排気手段を備えるとよい。その他に、保持炉２２は、一般的な低圧鋳造装置として機能を動作させるために必要な機能を有してもよい。

金型１０は、下型１１と、横型１２と、上型１３とを含む。金型１０は、ベース２０に支持されている。ベース２０は、所定の高さに位置するように、固定されている。保持炉２２は、ベース２０と密着することなく、所定の距離を離れて配置されている。

下型１１は、ベース２０に脱離可能に固定されている。下型１１は堰１１０を有し、堰１１０は、溶湯を通過させるための通過孔である。堰入子１４が堰１１０の内側に配置されており、堰１１０の内壁面を覆っている。

堰入子１４は、堰出口１４ａと、絞り部１４ｃと、堰入口１４ｂとを備える筒状体である。絞り部１４ｃは、堰入口１４ｂと堰出口１４ａとの間に位置しており、堰入口１４ｂと堰出口１４ａと比較して小さい断面積を有する。蓋１５は、下型１１に取り付けられており、堰入子１４を堰１１０の内側に安定して配置させるように、堰入子１４を下型１１との間に挟み込む。堰入子１４を堰１１０に配置して鋳造を行うと、溶湯が堰入口１４ｂに供給され、絞り部１４ｃを通過した後、堰出口１４ａから金型キャビティＣ１へ流出する。絞り部１４ｃは、断熱構造を備えてもよい。絞り部１４ｃが断熱構造を有する場合、絞り部１４ｃは、具体的には、堰出口１４ａと堰入口１４ｂとを構成する材料をよりも高い断熱性を有する材料からなる。このような高い断熱性を有する材料は、例えば、セラミックスなどが挙げられる。

下型１１は、熱電対１１ａ、１１ｂと、冷却路１１ｃと、ヒータ１１ｄとを含む。熱電対１１ａ、１１ｂは、下型１１の温度測定装置（図示略）に電気的に接続されており、温度測定装置は、順次の温度を計測することができる。熱電対１１ａは下型１１の内部近傍、特に下型１１の金型キャビティＣ１面側近傍に設置されており、熱電対１１ｂは下型１１の内部における堰入子１４近傍、特に絞り部１４ｃ近傍に設置されている。

冷却路１１ｃは、下型１１の内部における堰出口１４ａ近傍に設置されている。冷却路１１ｃは、冷却媒体供給源（図示略）及び冷却媒体排出口（図示略）に接続されており、水などの冷却媒体（図示略）を供給、又は、排出を順次行うことができる。冷却路１１ｃは、冷却媒体が授受可能となるように循環装置（図示略）にそれぞれ接続されていてもよい。冷却路１１ｃは、この循環装置によって、冷却媒体を循環させてもよい。冷却媒体が冷却路１１ｃに供給されると、下型１１における冷却路１１ｃ近傍、すなわち、下型１１の内部における堰出口１４ａ近傍の部位から熱を奪い、冷却することができる。

ヒータ１１ｄは、下型１１の内部における堰入口１４ｂ近傍に設置されている。ヒータ１１ｄは、金型を加熱することのできる技術的な加熱手段であればよく、例えば、電熱ヒータである。ヒータ１１ｄが加熱し始めると、下型１１におけるヒータ１１ｄ近傍、すなわち、下型１１の内部における堰入口１４ｂ近傍の部位に熱を与え、加熱することができる。なお、他に、ヒータ１１ｄの設置方法の一具体例として、堰入子１４そのものにヒータ１１ｄを巻き付ける方法が挙げられる。

横型１２は、横型移動保持部（図示略）によって移動可能に保持されており、下型１１に接近する、又は、オフセットするように移動することができる。上型１３は、上型保持移動部１６によって移動可能に保持される、下型１１に接近する、又は、オフセットするように移動することができる。横型１２及び上型１３は、鋳造時の背圧を解消するための排気孔を備えてもよい。横型１２及び上型１３は、溶湯を上型１３側から横型１２へ向かって凝固させるために、必要に応じて冷却路や冷却装置等を備えるとよい。

ストーク２１は、金型側ストーク２１ａと、内側ストーク２１ｂと、フランジ２１ｃ、２１ｄと、外側ストーク２１ｅとを含む。ストーク２１は、蓋１５を介して、下型１１に結合されている。下型１１は金型側ストーク２１ａに固定されており、金型側ストーク２１ａは、フランジ２１ｃ、２１ｄを介して、内側ストーク２１ｂと、外側ストーク２１ｅと締結している。内側ストーク２１ｂは、外側ストーク２１ｅの内側に挿入されている。

ヒータ３０は、横型１２、上型１３、下型１１に予熱することのできる技術的な加熱手段であればよく、例えば、ガスバーナーや電気ヒータ等を使用することができる。ヒータ３０は、移動可能な技術的な保持手段によって保持されていてもよい。

金型１０、保持炉２２、ヒータ３０の各構成は、制御装置（図示略）に接続されており、制御装置による制御信号に基づいて動作する。制御装置は、ハードウェア構成として、例えば、シーケンス制御装置、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する演算回路と、プログラムメモリやデータメモリその他のＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する記憶装置等を備えてもよい。

（製造方法）
まず、図１に示すように、ヒータ３０を用いて、金型１０を予熱する（予熱工程ＳＴ１）。続いて、図３に示すように、横型１２を下型１１に接近させた後、上型１３を下型１１に接近させることによって、互いに突き合わせて、型閉めを行なう（型閉め工程ＳＴ２）。下型１１と、横型１２と、上型１３とを互いに突き合わすことによって、金型キャビティＣ１が形成される。金型キャビティＣ１が所望の製品の形状と対応する形状を有する。

続いて、図４に示すように、溶湯Ｍ１を充填した後で、凝固させる（充填・凝固工程ＳＴ３）。
具体的には、図４及び図７を参照して、本工程の詳細を説明する。まず、溶湯Ｍ１を金型キャビティＣ１に充填して、加圧する（充填加圧工程ＳＴ３１）。具体的には、保持炉２２内に気体を供給し、ストーク２１の外側における溶湯Ｍ１の液面を加圧する。すると、ストーク２１の内側における溶湯Ｍ１の液面が上昇する。この加圧を継続すると、溶湯Ｍ１が、ストーク２１、堰入子１４等を順々に通過し、金型キャビティＣ１を流入し、最後には、金型キャビティＣ１が溶湯Ｍ１によって満たされる。

続いて、下型１１の内部における堰入口１４ｂ（図２参照）近傍の部位について加熱を開始する（堰入口側加熱開始工程ＳＴ３２）。具体的には、ヒータ１１ｄを起動させて、加熱する。一方、溶湯Ｍ１が上型１３側から保持炉２２側へ向かって凝固し始める。溶湯Ｍ１が凝固した部位と、未だ凝固していない部位（未凝固部位とも称する。）との境界面（凝固界面とも称する。）は、上型１３側から保持炉２２側へ移動し始める。

続いて、熱電対１１ａを用いて下型１１の内部における金型キャビティＣ１面側近傍の部位の温度測定を開始する（鋳物堰出口測温開始工程ＳＴ３３）。下型１１の内部における金型キャビティＣ１面側近傍の部位は、鋳物Ｐ１の底面側の部位に相当する。

続いて、下型１１の内部における金型キャビティＣ１面側近傍の部位の温度が、凝固温度Ｔｍ１に到達したことを確認する（鋳物の堰側温度確認工程ＳＴ３４）。
なお、凝固温度Ｔｍ１は、事前に鋳造装置１００を用いて鋳造することによって計測された温度を利用するとよい。具体的には、凝固温度Ｔｍ１は、溶湯Ｍ１の凝固した部位と未凝固部位との境界面が下型１１の内部における金型キャビティＣ１面側近傍に達したときに、計測した温度を利用するとよい。

続いて、下型１１の内部における金型キャビティＣ１面側近傍の部位の温度が、凝固温度Ｔｍ１に到達したことを確認した場合（鋳物の堰側温度確認工程ＳＴ３４：ＹＥＳ）、堰出口１４ａの冷却を開始する（堰出口冷却工程ＳＴ３５）。具体的には、冷却媒体を冷却路１１ｃに流すことによって、堰出口１４ａを冷却する。

続いて、下型１１の堰出口１４ａから絞り部１４ｃまでにおける温度が、凝固温度Ｔｍ２に到達したことを確認する（堰入子の堰出口側温度確認工程ＳＴ３６）。
なお、凝固温度Ｔｍ２は、事前に鋳造装置１００を用いて鋳造することによって計測された温度を利用するとよい。具体的には、凝固温度Ｔｍ２は、溶湯Ｍ１の凝固した部位と未凝固部位との境界面が下型１１の内部における堰出口１４ａから絞り部１４ｃまでの部位に達したときに、計測した温度を利用するとよい。

続いて、下型１１の堰出口１４ａから絞り部１４ｃまでにおける温度が、凝固温度Ｔｍ２に到達したことを確認した場合（堰入子の堰出口側温度確認工程ＳＴ３６：ＹＥＳ）、ストーク２１の外側における溶湯Ｍ１への加圧を停止する（加圧停止工程ＳＴ３７）。すると、図５に示すように、溶湯Ｍ１が鋳物Ｐ１の最終凝固部Ｐ１ａから分離する。最終凝固部Ｐ１ａは、堰入子１４の堰出口１４ａから絞り部１４ｃまでの間に到達しており、絞り部１４ｃを超えていない。

最後に、図５及び図６に示すように、金型１０を開いて、鋳物Ｐ１を取り出す（加圧停止工程ＳＴ３７）。鋳物Ｐ１の最終凝固部Ｐ１ａは、堰入子１４の堰出口１４ａから絞り部１４ｃまでの間に到達しており、絞り部１４ｃを超えていないため、アンダーカット形状を有するものではない。また、最終凝固部Ｐ１ａは、堰入子１４の内壁面に倣った形状のまま凝固して形成される。そのため、最終凝固部Ｐ１ａは、先端に向うにつれて、断面積が維持される、又は、小さくなるような断面形状を有する。したがって、鋳物Ｐ１を下型１１から脱離しようとした場合、鋳物Ｐ１の最終凝固部Ｐ１ａが堰入子１４の絞り部１４ｃに引っかかることが無いので、鋳物Ｐ１を下型１１、特に堰１１０から安定して脱離することができる。

以上より、鋳物Ｐ１を堰１１０から安定して脱離することができるため、良好に製造することができる。最終凝固部Ｐ１ａ等の必要としない部位を切断したり、必要に応じて表面を仕上げ加工したりすることによって、鋳物製品が得られる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１１０ 堰
１４ 堰入子
１４ａ 堰出口 １４ｂ 堰入口
Ｃ１ 金型キャビティ Ｍ１ 溶湯
Ｔｍ１、Ｔｍ２ 凝固温度
ＳＴ３２ 堰入口側加熱開始工程
ＳＴ３５ 堰出口冷却工程
ＳＴ３７ 加圧停止工程

Claims (1)

1. 溶湯を、堰を通過させて、金型キャビティに充填させて、加圧し、
   前記溶湯を前記金型キャビティ側から前記堰側へ向かって凝固させる鋳造方法であって、
   前記堰は、前記溶湯が供給される堰入口と、前記溶湯が前記金型キャビティへ流出する堰出口と、前記堰入口と前記堰出口との間に配置され、前記堰入口と前記堰出口と比較して小さい断面積を有する絞り部と、を備え、
   前記溶湯を加圧した状態において、前記堰における前記絞り部から前記堰入口側を加熱し、
   前記金型キャビティにおける前記溶湯が凝固温度に到達したとき、前記堰における前記絞り部から前記堰出口側を冷却し、
   前記絞り部から前記堰出口側における前記溶湯が凝固温度に到達したとき、前記溶湯の加圧を停止する、
   鋳造方法。

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