JP2018030163A - 低圧鋳造装置における不純物除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不純物が溶湯の流通経路内に残存しない低圧鋳造装置における不純物除去方法の提供。【解決手段】低圧鋳造装置（１００）は、外側ストーク（３）とストーク本体（４）とに囲まれる空間（Ｒ２）に設けられているフィルタ（６）とを備える。第１の減圧工程（Ｓ５１）では、第１のバルブ（７）及び第２のバルブ（８）の少なくとも一方を用いて、ストーク本体（４）内の圧力を減少させ、ストーク本体（４）内の液面高さ（Ｈ３）をストーク本体（４）の坩堝（１）側の端まで移動させる。第２の減圧工程（Ｓ５２）では、第１の減圧工程（Ｓ５１）の後において、第２のバルブ（８）を用いて、外側ストーク（３）とストーク本体（４）とに囲まれる空間（Ｒ２）内の圧力を減少させ、外側ストーク（３）とストーク本体（４）とに囲まれる空間における液面高さ（Ｈ２）をフィルタ（６）まで移動させる。【選択図】図９

Description

本発明は、低圧鋳造装置における不純物除去方法に関する。

特許文献１には、型の湯口に不純物を吸着することのできる不純物除去用のフィルタを備える低圧鋳造装置が開示されている。

特開平１０−２６３７８９号公報

しかし、特許文献１に開示される低圧鋳造装置では、フィルタが不純物を吸着しても、不純物が溶湯の流通経路内に残存する。不純物として、例えば、酸化膜、介在物などが挙げられる。

本発明に係る低圧鋳造装置は、フィルタが不純物を吸着しても、不純物が溶湯の流通経路内に残存することを防止するものとする。

本発明に係る低圧鋳造装置における不純物除去方法は、
前記低圧鋳造装置は、
溶湯を保持する坩堝と、
型と、
前記坩堝と前記型とを連通するストーク本体と、
前記坩堝内において前記ストーク本体を囲み、前記ストーク本体よりも前記坩堝側に延び出た外側ストークと、
前記坩堝と前記外側ストークとに囲まれる空間において、気体の圧力を変化させることによって、前記溶湯の液面高さを変化させる第１のバルブと、
前記外側ストークと前記ストーク本体とに囲まれる空間において、気体の圧力を変化させることによって、前記溶湯の液面高さを変化させる第２のバルブと、
前記外側ストークと前記ストーク本体とに囲まれる空間において前記ストーク本体の前記坩堝側の端から型側に設けられており、且つ、不純物を吸着するフィルタと、を備え、
前記第１のバルブ及び前記第２のバルブの少なくとも一方を用いて、前記ストーク本体内の圧力を減少させ、前記ストーク本体内の前記液面高さを前記ストーク本体の前記坩堝側の端まで移動させる、第１の減圧工程と、
前記第１の減圧工程の後において、前記第２のバルブを用いて、前記外側ストークと前記ストーク本体とに囲まれる空間内の圧力を減少させ、前記外側ストークと前記ストーク本体とに囲まれる空間における前記液面高さを前記フィルタまで移動させる、第２の減圧工程と、を備える。
このような構成によれば、第１の減圧工程と第２の減圧工程とを経ることによって、ストーク本体と外側ストークとの間に設けられたフィルタが不純物を吸着する。すなわち、フィルタが不純物を吸着した後でも、不純物がストーク本体と外側ストークとの間に溜まるため、不純物が溶湯の流通経路内に残存しない。

本発明に係る低圧鋳造装置における不純物除去方法は、フィルタが不純物を吸着しても、不純物が溶湯の流通経路内に残存することを防止する。

実施の形態１に係る低圧鋳造装置における不純物除去方法を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る低圧鋳造装置における不純物除去方法と、各バルブの制御との関係を説明するための図である。 実施の形態１に係る低圧鋳造装置における不純物除去方法の一工程を示す図である。 実施の形態１に係る低圧鋳造装置における不純物除去方法の一工程を示す図である。 実施の形態１に係る低圧鋳造装置における不純物除去方法の一工程を示す図である。 実施の形態１に係る低圧鋳造装置における不純物除去方法の一工程を示す図である。 実施の形態１に係る低圧鋳造装置における不純物除去方法の一工程を示す図である。 実施の形態１に係る低圧鋳造装置における不純物除去方法の一工程を示す図である。 実施の形態１に係る低圧鋳造装置における不純物除去方法の一工程を示す図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

実施の形態１
図１〜図９を参照して実施の形態１に係る低圧鋳造装置における不純物除去方法について説明する。図１は、実施の形態１に係る低圧鋳造装置における不純物除去方法を示すフローチャートである。図２は、実施の形態１に係る低圧鋳造装置における不純物除去方法と、各バルブの制御との関係を説明するための図である。図３〜図９は、実施の形態１に係る低圧鋳造装置における不純物除去方法の一工程を示す図である。

（低圧鋳造装置）
本不純物除去方法では、図３に示す低圧鋳造装置１００を利用することができる。低圧鋳造装置１００は、坩堝１と、ダイベース２と、外側ストーク３と、ストーク本体４と、ストーク本体支持プレート５と、フィルタ６と、第１のバルブ７と、第２のバルブ８と、中間ストーク９と、下型１０と、上型１１とを備える。

坩堝１は、上部に開口を有する略円筒状の容器であり、溶湯Ｍ１を保持している。溶湯Ｍ１は、低圧鋳造装置を用いて鋳造することのできる金属材料を溶解したものであればよく、例えば、Ａｌ、Ｍｇ又はこれらの合金である。坩堝１は、炉（図示略）の内側に配置され、溶湯Ｍ１を保持するために、炉から熱を与えられるとよい。溶湯Ｍ１は、所定の介在物Ｍ２等を含んでいても構わない。介在物Ｍ２は、坩堝１の底又はその近傍に位置する傾向にあり、そのままその位置にある限り下型１０と上型１１とへ供給されないので、低圧鋳造装置１００を用いて鋳造される鋳物の品質に影響を殆ど与えない。なお、介在物Ｍ２は、浮遊した場合、下型１０と上型１１とへ供給され得て、低圧鋳造装置１００を用いて鋳造される鋳物の品質に影響を与えることがある。坩堝１は、気体を坩堝１の内側に供給し、又は、坩堝１の外側へ排気することができる管１ａを備え、管１ａは、坩堝１の壁面におけるダイベース２側に設けられている。管１ａは、気体を供給し、又は、排気することができるように、コンプレッサ、タンク、真空タンク等に接続されている。

ダイベース２は、外側ストーク３を支持する略板状体であり、所定の位置に固定されている。ダイベース２は、坩堝１の開口又はその近傍に設置されている。坩堝１の開口部における外側ストーク３の外側は、ダイベース２によって、塞がれている。

外側ストーク３は、略筒状体であり、一端部３ａと、フランジ部を有する他端部３ｂとを有する。外側ストーク３の他端部３ｂのフランジ部がダイベース２に掛かることによって、外側ストーク３が支持されて、坩堝１の内側の所定の位置に配置される。

ストーク本体支持プレート５は、外側ストーク３の他端部３ｂのフランジ部に載置されている。ストーク本体支持プレート５は、気体を供給し、又は、排気することができる管５ａを備える。管５ａは、気体を供給し、又は、排気することができるように、コンプレッサ、タンク、真空タンク等に接続されている。

ストーク本体４は、略筒状体であり、一端部４ａと、フランジ部を備える他端部４ｂとを有する。ストーク本体４の他端部４ｂのフランジ部がストーク本体支持プレート５に掛かることによって、ストーク本体４が支持されて、外側ストーク３の内側の所定の位置に配置されている。ストーク本体４の一端部４ａが坩堝１側に配置され、他端部４ｂが下型１０側に配置される。外側ストーク３はストーク本体４を囲む。外側ストーク３はストーク本体４よりも坩堝１側への延び出た形状を有する。

坩堝１の内壁面に囲まれた空間は、坩堝１と外側ストーク３とに囲まれた外側ストーク外側空間Ｒ１と、外側ストーク３とストーク本体４とに囲まれた外側ストーク内側空間Ｒ２と、ストーク本体４の内壁面に囲まれたストーク本体内側空間Ｒ３とを備える。

外側ストーク外側空間Ｒ１における溶湯Ｍ１の液面高さＨ１は、外側ストーク外側空間Ｒ１内の圧力に応じて移動する。外側ストーク内側空間Ｒ２における溶湯Ｍ２の液面高さＨ２は、外側ストーク内側空間Ｒ２内の圧力に応じて移動する。ストーク本体内側空間Ｒ３における溶湯Ｍ３の液面高さＨ３は、ストーク本体内側空間Ｒ３内の圧力に応じて移動する。

フィルタ６は、溶湯に接触すると、溶湯内に浮遊する不純物を吸着するものであり、例えば、セラミックスからなる多孔質体である。不純物として、酸化膜や介在物などが挙げられる。フィルタ６は、外側ストーク内側空間Ｒ２においてストーク本体４の一端部４ａから他端部４ｂまでの間に設けられていればよく、例えば、ストーク本体４の一端部４ａから他端部４ｂまでの間におけるストーク本体４の外壁面、又は外側ストーク３の外壁面に設けられている。

第１のバルブ７が、管１ａに設置されている。第１のバルブ７が開閉することによって、管１ａを介して、外側ストーク３の外壁と坩堝１の内壁に囲まれる外側ストーク外側空間Ｒ１に気体を供給し、又は排出する。これによって、坩堝１内の外側ストーク３外側空間の圧力を調整することができる。気体は、例えば、大気や、Ｎ_２、Ａｒ等の不活性気体である。第１のバルブ７は、坩堝１と外側ストーク３とに囲まれる外側ストーク外側空間Ｒ１において、気体の圧力を変化させることによって、溶湯Ｍ１の液面高さＨ１を変化させる。

第２のバルブ８が、管５ａに設置されている。第２のバルブ８が開閉することによって、管５ａを介して、外側ストーク３の内壁とストーク本体４の外壁に囲まれる外側ストーク内側空間Ｒ２に気体を供給し、又は排出する。これによって、坩堝１内の外側ストーク３内側空間の圧力を調整することができる。気体は、例えば、大気や、Ｎ_２、Ａｒ等の不活性気体である。第２のバルブ８は、外側ストーク３とストーク本体４とに囲まれる外側ストーク内側空間Ｒ２において、気体の圧力を変化させることによって、溶湯Ｍ１の液面高さＨ２を変化させる。

下型１０と上型１１とは、中間ストーク９を介して、ストーク本体４と接続されている。下型１０と上型１１とは、坩堝１の上側に設置されている、又は所定の距離をおいて設置されている。図３〜図９に示す低圧鋳造装置１００の一例では、下型１０と上型１１とは、坩堝１の上方に配置されている。上型１１は、下型１０と着脱可能に移動保持することのできる技術的な移動保持手段（図示略）によって、保持されている。移動保持手段として、例えば、フレームや油圧シリンダ等が挙げられる。下型１０と上型１１とを突き合わすことによって、金型キャビティＣ１を形成される。下型１０は湯口１０ａを備える。下型１０と上型１１とを突き合わしたとき、金型キャビティＣ１は下型１０の湯口１０ａを介してストーク本体内側空間Ｒ３と連続している。下型１０と上型１１とは、金型キャビティＣ１に充填された溶湯を、上型１１から下型１０に向かって凝固させるために必要な技術的な冷却手段を備えるとよい。

中間ストーク９は、筒状体であり、溶湯Ｍ１はその筒状体の内側を通過することができる。中間ストーク９は、ストーク本体４の他端部４ｂに支持されており、下型１０の湯口１０ａに接続するように配置されている。ストーク本体４は、溶湯Ｍ１を坩堝１から中間ストーク９に導き、中間ストーク９は、溶湯Ｍ１をストーク本体４から下型１０の湯口１０ａに導く。言い換えると、坩堝１と下型１０とは、ストーク本体４及び中間ストーク９によって、連通している。

（不純物除去方法）
以下、実施の形態１に係る低圧鋳造装置における不純物除去方法の一例、具体的には、鋳造後に生じた不純物を除去する場合に適用された不純物除去方法について説明する。つまり、鋳造工程と不純物除去工程とを連続して説明する。

まず、図３に示すように、第２のバルブ８を用いて外側ストーク内側空間Ｒ２を減圧して、外側ストーク３内の溶湯Ｍ１の液面高さＨ２を基準高さＨ０に保持させる（液面高さ調整工程Ｓ１）。基準高さＨ０は、フィルタ６よりも低い位置に設けられている。なお、液面高さ調整工程Ｓ１を省略しても構わないが、液面高さ調整工程Ｓ１を経ると、溶湯Ｍ１の液面高さＨ２が一定となるので、安定して後の工程を実施し得る。

続いて、図４及び図５に示すように、外側ストーク３内の溶湯Ｍ１の液面高さＨ２を基準高さＨ０に保持させたまま、ストーク本体４内の溶湯Ｍ１の液面高さＨ３を上昇させることによって、溶湯Ｍ１を金型キャビティＣ１に充填させて、さらに加圧する（充填加圧工程Ｓ２）。

具体的には、第１のバルブ７を用いて外側ストーク外側空間Ｒ１を加圧し、液面高さＨ１を下降させることによって、ストーク本体４内の溶湯Ｍ１の液面高さＨ３を上昇させる。この液面高さＨ３を上昇させる間、第２のバルブ８を用いて外側ストーク内側空間Ｒ２を加圧して、外側ストーク３内の溶湯Ｍ１の液面高さＨ２を基準高さＨ０に保持させる。
さらに、引き続き、第２のバルブ８を用いて外側ストーク内側空間Ｒ２を加圧して、外側ストーク３内の溶湯Ｍ１の液面高さＨ２を基準高さＨ０に保持させたまま、第１のバルブ７を用いて外側ストーク外側空間Ｒ１を加圧することによって、溶湯Ｍ１を金型キャビティＣ１に充填する。そして、第２のバルブ８による外側ストーク内側空間Ｒ２への加圧と、第１のバルブ７による外側ストーク外側空間Ｒ１への加圧とを継続させて、溶湯Ｍ１をそのまま加圧する。金型キャビティＣ１に充填された溶湯Ｍ１が凝固して、鋳物Ｐ１が形成される。必要に応じて上型１１及び下型１０の冷却手段を用いてもよい。

続いて、図６に示すように、第１のバルブ７を用いて溶湯Ｍ１への加圧を停止することによって、鋳物Ｐ１と溶湯Ｍ１とを分離する（鋳物溶湯分離工程Ｓ３）。具体的には、第１のバルブ７を用いて外側ストーク外側空間Ｒ１を減圧する。すると、下型１０と上型１１との間から空気Ａ１が入り込み、ストーク本体４内側における溶湯Ｍ１が鋳物Ｐ１から離れ、その液面高さＨ３が下降する。この液面高さＨ３が下降する間、第２のバルブ８を用いて外側ストーク内側空間Ｒ２を減圧して、外側ストーク３内の溶湯Ｍ１の液面高さＨ２を基準高さＨ０に保持させる。鋳物Ｐ１と溶湯Ｍ１とを分離した後、ストーク本体４内側における溶湯Ｍ１の液面高さＨ３近傍には、酸化膜Ｆ１が形成している。酸化膜Ｆ１は、ストーク本体４内側における溶湯Ｍ１と、ストーク本体内側空間Ｒ３内の気体とが反応することによって、形成される。液面高さＨ３近傍には、酸化膜Ｆ１が浮遊している。介在物Ｍ２が、溶湯Ｍ１の流れの影響を受けて、酸化膜Ｆ１と同様に、液面高さＨ３近傍に浮遊していることもある。

続いて、図７に示すように、上型１１及び鋳物Ｐ１を下型１０から脱離させ、鋳物Ｐ１を上型１１から取り出す（鋳物取出工程Ｓ４）。具体的には、第１のバルブ７を用いた外側ストーク外側空間Ｒ１への減圧を停止し、大気開放する一方で、第２のバルブ８を用いて外側ストーク内側空間Ｒ２を減圧して、外側ストーク３内の溶湯Ｍ１の液面高さＨ２を基準高さＨ０に保持させる。

以上の液面高さ調整工程Ｓ１から鋳物取出工程Ｓ４までの工程を経ると、鋳物Ｐ１を製造することができる。鋳物Ｐ１は、必要に応じて、湯口部を除去したり、仕上げ加工をしたりすることによって、鋳造製品として利用される。

続いて、図８及び図９に示すように、溶湯Ｍ１をフィルタ６に通過させて、不純物である酸化膜Ｆ１を除去する（不純物除去工程Ｓ５）。不純物除去工程Ｓ５は、上型１１と下型１０とが突き合わされているときに実施するとよい。または、不純物除去工程Ｓ５は、例えば、清掃、鋳込み準備、中子を用いる場合において中子納め、つまり、中子を上型１１と下型１０に取り付ける作業において、適宜実施するとよい。

詳細には、図８に示すように、第１のバルブ７を用いて外側ストーク外側空間Ｒ１の圧力を減少させて、ストーク本体４内側の溶湯Ｍ１の液面高さＨ３をストーク本体４の一端部４ａまで移動させる（酸化膜移動工程Ｓ５１（第１の減圧工程とも称する））。この酸化膜移動工程Ｓ５１では、第２のバルブ８を用いて外側ストーク内側空間Ｒ２を減圧して、外側ストーク３内の溶湯Ｍ１の液面高さＨ２を基準高さＨ０に保持させる。

続いて、図９に示すように、第２のバルブ８を用いて外側ストーク内側空間Ｒ２を減圧して、酸化膜Ｆ１をストーク本体４の内側から外側へ移動させ、フィルタ６に吸着させる（酸化膜吸着工程Ｓ５２（第２の減圧工程とも称する））。具体的には、第２のバルブ８を用いて外側ストーク内側空間Ｒ２を減圧して、溶湯Ｍ１の液面高さＨ２が上昇する。さらに、酸化膜Ｆ１が溶湯Ｍ１の流れによって吸引されて、ストーク本体内側空間Ｒ３からストーク本体４の一端部４ａをくぐって、ストーク本体４の外側、具体的には外側ストーク内側空間Ｒ２に侵入する。この酸化膜吸着工程Ｓ５２では、第１のバルブ７を用いて外側ストーク外側空間Ｒ１の減圧を維持して、ストーク本体４内側の溶湯Ｍ１の液面高さＨ３をストーク本体４の一端部４ａ近傍に維持させる。続いて、外側ストーク内側空間Ｒ２に侵入した酸化膜Ｆ１が溶湯Ｍ１の液面高さＨ２近傍に浮遊する。引き続いて、溶湯Ｍ１の液面高さＨ２が上昇し、溶湯Ｍ１がフィルタ６に接触し、又は、通過し、フィルタ６が酸化膜Ｆ１を吸着する。

なお、図９に示す酸化膜吸着工程Ｓ５２の一例では、介在物Ｍ３が、酸化膜Ｆ１と同様に、溶湯Ｍ１の液面高さＨ３近傍に浮遊している。このような一例であっても、フィルタ６が酸化膜Ｆ１及び介在物Ｍ３を吸着する。また、介在物Ｍ３のみが溶湯Ｍ１の液面高さＨ３近傍に浮遊している場合であっても、同様にフィルタ６が介在物Ｍ３を吸着する。

以上より、低圧鋳造装置１００において不純物である酸化膜Ｆ１等を除去できる。

上記した不純物方法によれば、酸化膜移動工程Ｓ５１と酸化膜吸着工程Ｓ５２とを経ることによって、ストーク本体４と外側ストーク３との間に設けられたフィルタ６が不純物、例えば、酸化膜Ｆ１や介在物Ｍ３を吸着する。すなわち、フィルタ６が不純物を吸着した後でも、不純物がストーク本体４と外側ストーク３との間に溜まるため、不純物が溶湯Ｍ１の流通経路内に残存することを抑制する。

また、上記した不純物方法によれば、ストーク本体４と外側ストーク３との間に設けられたフィルタ６が不純物、例えば、酸化膜Ｆ１や介在物Ｍ３を吸着するため、関連する不純物方法における下型の湯口近傍に設置されるフィルタ及びその冶具等を必要としない。そのため、コストを低減し得る。さらに、フィルタ及びその冶具等を下型の湯口近傍に設置する工程を省略し、サイクルタイムを低減し得る。また、フィルタ及びその冶具等を下型の湯口近傍に設置する工程では、下型の湯口が高温となっていることがあるため、本工程を省略することによって、作業性も向上し得る。

なお、再び、液面高さ調整工程Ｓ１に戻り、充填加圧工程Ｓ２から鋳物取出工程Ｓ４を経ることによって、鋳物Ｐ１を再び製造することができる。これらの工程を繰り返すことで連続的に鋳物Ｐ１を鋳造することができる。

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。なお、上記実施の形態１に係る鋳造方法及び不純物除去方法の低圧鋳造装置１００では、上型１１と下型１０とを坩堝１の上方に設置しているが、上型１１と下型１０とを、別の位置、例えば、坩堝１の斜め上方に設置してもよい。また、外側ストーク３内の溶湯Ｍ１に含まれる不純物の量に基づいて、液面高さＨ２の基準高さＨ０等を変更してもよい。

Ｓ５ 不純物除去工程
Ｓ５１ 酸化膜移動工程 Ｓ５２ 酸化膜吸着工程
１００ 低圧鋳造装置
１ 坩堝
３ 外側ストーク ３ａ 一端部
４ ストーク本体 ４ａ 一端部
６ フィルタ ７ 第１のバルブ
８ 第２のバルブ
１０ 下型 １１ 上型
Ｆ１ 酸化膜
Ｍ１ 溶湯 Ｍ２、Ｍ３ 介在物
Ｒ１ 外側ストーク外側空間 Ｒ２ 外側ストーク内側空間
Ｒ３ ストーク本体内側空間

Claims (1)

1. 低圧鋳造装置における不純物除去方法において、
   前記低圧鋳造装置は、
   溶湯を保持する坩堝と、
   型と、
   前記坩堝と前記型とを連通するストーク本体と、
   前記坩堝内において前記ストーク本体を囲み、前記ストーク本体よりも前記坩堝側に延び出た外側ストークと、
   前記坩堝と前記外側ストークとに囲まれる空間において、気体の圧力を変化させることによって、前記溶湯の液面高さを変化させる第１のバルブと、
   前記外側ストークと前記ストーク本体とに囲まれる空間において、気体の圧力を変化させることによって、前記溶湯の液面高さを変化させる第２のバルブと、
   前記外側ストークと前記ストーク本体とに囲まれる空間において前記ストーク本体の前記坩堝側の端から型側に設けられており、且つ、不純物を吸着するフィルタと、を備え、
   前記第１のバルブ及び前記第２のバルブの少なくとも一方を用いて、前記ストーク本体内の圧力を減少させ、前記ストーク本体内の前記液面高さを前記ストーク本体の前記坩堝側の端まで移動させる、第１の減圧工程と、
   前記第１の減圧工程の後において、前記第２のバルブを用いて、前記外側ストークと前記ストーク本体とに囲まれる空間内の圧力を減少させ、前記外側ストークと前記ストーク本体とに囲まれる空間における前記液面高さを前記フィルタまで移動させる、第２の減圧工程と、を備える、
   低圧鋳造装置における不純物除去方法。

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