JP2018039034A

JP2018039034A - キャビティ内の圧力推定方法

Info

Publication number: JP2018039034A
Application number: JP2016175054A
Authority: JP
Inventors: 友宏小山; Tomohiro Koyama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-09-07
Filing date: 2016-09-07
Publication date: 2018-03-15

Abstract

【課題】キャビティ内の任意の箇所における凝固直前の溶湯の圧力を推定する技術を提供する。
【解決手段】キャビティ２内の任意の箇所における凝固直前の溶湯Pの圧力を推定する圧力推定方法は、充填工程（S120）と推定工程（S160）を含む。充填工程（S120）では、外圧に応じて粒径が変化する粒子Qが混入された溶湯Pをキャビティ２内に充填する。推定工程（S160）では、溶湯Pの凝固後に粒子Qの粒径を測定し、測定結果に基づいて粒子Qの周辺における溶湯Pの凝固直前の圧力を推定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、キャビティ内の圧力推定方法に関し、詳しくは、キャビティ内で射出からの溶湯へ伝わる圧力を推定する方法に関する。

特許文献１は、鋳造品質に主に影響するキャビティ内の減圧度（真空度）を直接的に検出すべく、キャビティの成形面の一部を構成する入れ子に、例えばピラニ真空度計などの圧力センサを設けた構成を開示している。

特開2007-175737号公報

上記特許文献１の構成では、圧力センサを設置する必要があることから、減圧度を検出できる箇所は限られてしまう。

ところで、鋳造品質にとっては、上記の減圧度の他、凝固直前の溶湯の圧力も支配的である。換言すれば、鋳造品質は、溶湯の充填時における圧力伝播が支配的とされる。そして、凝固直前の溶湯の圧力は、キャビティ内であれば何れの箇所においても一定となるわけではなく、キャビティ内における溶湯の流動性の如何によってはバラツキが生じることがある。

そこで、本発明の目的は、キャビティ内の任意の箇所における凝固直前の溶湯の圧力を推定する技術を提供することにある。

本発明の観点によれば、キャビティ内の任意の箇所における凝固直前の溶湯の圧力を推定する圧力推定方法であって、外圧に応じて粒径が変化する粒子が混入された前記溶湯を前記キャビティ内に充填し、又は、前記キャビティ内に前記粒子を配置した状態で前記溶湯を前記キャビティ内に充填する充填工程と、前記溶湯の凝固後に前記粒子の前記粒径を測定し、測定結果に基づいて前記粒子の周辺における前記溶湯の凝固直前の圧力を推定する推定工程と、を含む、圧力推定方法が提供される。以上の方法によれば、キャビティ内の任意の箇所における凝固直前の溶湯の圧力を推定することができる。

本発明によれば、キャビティ内の任意の箇所における凝固直前の溶湯の圧力を推定することができる。

鋳造装置の全体概略図である。（第１実施形態）鋳造装置の動作のフローチャートである。（第１実施形態）粒子の粒径が変化する様子を示す図である。（第１実施形態）鋳造装置の動作のフローチャートである。（第２実施形態）

（第１実施形態）
以下、図１から図３までを参照して、第１実施形態を説明する。

図１に示すように、本実施形態の鋳造装置１は、成形型として、固定盤３に取り付けられる固定型４と、可動盤５に取り付けられて固定型４に対して近接離間方向に移動可能に設けられる可動型６とを備え、可動型６が固定型４に対して進退することにより型締め及び型開きされる鋳型を構成する。可動型６の移動は図示しないシリンダ装置などにより行われる。

固定型４と可動型６との間には、キャビティ２が形成されている。つまり、固定型４が有する成形面と可動型６が有する成形面とにより、キャビティ２の成形面が形成される。

また、固定盤３及び固定型４に形成される孔部に挿嵌されることにより射出スリーブ１２が設けられており、射出スリーブ１２内はキャビティ２内と連通される。射出スリーブ１２内には、図示せぬシリンダ装置によりロッド１４を介して進退可能に設けられるプランジャチップ１３が摺動可能に設けられている。

射出スリーブ１２には、給湯口１２ａが設けられており、給湯口１２ａの上方に設けられるラドル１５から注がれる溶湯P（溶融金属）が給湯口１２ａを介して射出スリーブ１２内に供給される構成となっている。溶湯Pは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金である。

次に、図２を参照して、鋳造装置１を用いた鋳造方法を説明する。

先ず、可動型６を固定型４に対して近接させることにより、所定の型締め力による型締めを行なう（S100）。

次に、溶湯Pに、図３に示す粒子Qを混入させる（S110）。粒子Qは、溶湯Pとの接触により昇温するとある程度柔軟な性質を呈するものが好ましい。また、粒子Qは、溶湯Pとの接触により昇温しても溶融しない融点を有することが求められる。このような条件を満たす粒子Qとしては、ガラスビーズが挙げられる。図３に示すように、好ましくは、粒子Qの内部にはガスが封入されている。ガスは、例えばアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスである。このような粒子Qは、図３に示すように、外圧に応じて粒径が変化する。即ち、相対的に低い外圧が粒子Qに作用すると粒子Qの粒径は若干小さくなる程度である。これに対し、相対的に高い外圧が粒子Qに作用すると粒子Qの粒径は相当小さくなる。

次に、粒子Qが混入された溶湯Pをキャビティ２内に充填する（S120）。具体的には、プランジャチップ１３が射出スリーブ１２の給湯口１２ａよりも後退した状態で、ラドル１５から給湯口１２ａを介して射出スリーブ１２内に溶湯Pを供給する。そして、プランジャチップ１３が押し出されて前進し、射出スリーブ１２内の溶湯Pをキャビティ２内に充填する。

次に、キャビティ２に充填された溶湯Pが凝固したら（S125）、可動型６を固定型４から離間することにより型開きを行ない（S130）、鋳造品を取り出す（S140）。

次に、鋳造品を部分的に切断し、又は、鋳造品を部分的に破砕することで、鋳造品の内部に埋まっている粒子Qを露出させ、粒子Qの粒径を測定する（S150）。なお、粒子Qが鋳造品の表面に既に露出している場合、及び、X線を用いる場合は、鋳造品を部分的に切断したり粉砕する必要はない。

そして、粒子Qの粒径の測定結果に基づいて、その粒子Qが埋まっている箇所における、溶湯Pの凝固直前の圧力を推定する（S160）。即ち、どの程度の圧力が外力として粒子Qに作用するとどの程度粒子Qの粒径が小さくなるかは、公知の有限要素法を用いた数値計算またはオフライン実験により容易に算出することができる。従って、粒子Qの粒径の測定結果に基づいて、その粒子Qが埋まっている箇所における溶湯Pの凝固直前の圧力を推定することができる。

そして、上記の推定技術を用いて溶湯Pの凝固直前の圧力の分布を綿密に調査し、例えば溶湯Pの初期温度、プランジャチップ１３の移動速度及び移動距離、キャビティ２の形状等に適宜にフィードバックすることで、鋳造品の品質を向上させることができる。

なお、溶湯Pに粒子Qを混入させるのは、好ましくは鋳造品の試作段階もしくは試し打ちに限られる。しかしながら、鋳造品に粒子Qが埋もれていても鋳造品としての品質に問題を生じないのであれば、鋳造品の量産段階でも溶湯Pに粒子Qを混入させ、所定のロットごとに、溶湯Pの凝固直前の圧力の分布を上記推定技術を用いて調査することとしてもよい。

また、上記実施形態では、射出スリーブ１２に溶湯Pを供給する前に溶湯Pに粒子Qを混入させることとしたが、これに代えて、射出スリーブ１２内で溶湯Pに粒子Qを混入させてもよいし、射出スリーブ１２とキャビティ２を連通するランナー内で溶湯Pに粒子Qを混入させてもよい。

なお、「溶湯Pの凝固直前の圧力」とは、厳密に言えば、「溶湯Pの凝固過程の終了時における圧力」を意味する。

上記第１実施形態は、以下の特徴を有する。即ち、キャビティ２内の任意の箇所における凝固直前の溶湯Pの圧力を推定する圧力推定方法は、充填工程（S120）と推定工程（S160）を含む。充填工程（S120）では、外圧に応じて粒径が変化する粒子Qが混入された溶湯Pをキャビティ２内に充填する。推定工程（S160）では、溶湯Pの凝固後に粒子Qの粒径を測定し、測定結果に基づいて粒子Qの周辺における溶湯Pの凝固直前の圧力を推定する。以上の方法によれば、キャビティ２内の任意の箇所における凝固直前の溶湯Pの圧力を推定することができる。

（第２実施形態）
次に、図４を参照して、第２実施形態を説明する。以下、本実施形態が上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、重複する説明は省略する。

先ず、キャビティ２内に粒子Qを配置する（S200）。粒子Qは、キャビティ２内であって圧力を調査したい箇所に集中的に配置することが好ましい。

次に、可動型６を固定型４に対して近接させることにより、所定の型締め力による型締めを行なう（S210）。

次に、キャビティ２内に粒子Qが配置された状態で、溶湯Pをキャビティ２内に充填する（S220）。

次に、キャビティ２に充填された溶湯Pが凝固したら（S225）、可動型６を固定型４から離間することにより型開きを行ない（S230）、鋳造品を取り出す（S240）。

次に、鋳造品を部分的に切断し、又は、鋳造品を部分的に破砕することで、鋳造品の内部に埋まっている粒子Qを露出させ、粒子Qの粒径を測定する（S250）。なお、粒子Qが鋳造品の表面に既に露出している場合、及び、X線を用いる場合は、鋳造品を部分的に切断したり粉砕する必要はない。

そして、粒子Qの粒径の測定結果に基づいて、その粒子Qが埋まっている箇所における、溶湯Pの凝固直前の圧力を推定する（S260）。

上記第2実施形態は、以下の特徴を有する。即ち、キャビティ２内の任意の箇所における凝固直前の溶湯Pの圧力を推定する圧力推定方法は、充填工程（S220）と推定工程（S260）を含む。充填工程（S220）では、キャビティ２内に粒子Qを配置した状態で溶湯Pをキャビティ２内に充填する。推定工程（S260）では、溶湯Pの凝固後に粒子Qの粒径を測定し、測定結果に基づいて粒子Qの周辺における溶湯Pの凝固直前の圧力を推定する。以上の方法によれば、キャビティ２内の任意の箇所における凝固直前の溶湯Pの圧力を推定することができる。

上記第2実施形態の圧力推定方法は、凝固直前の溶湯Pの圧力を調査したい任意の箇所に充填前に予め粒子Qを配置するので、第1実施形態の圧力推定方法と比較して、より確実に、当該箇所の圧力を調査することができるようになる。

なお、上記の推定技術は、ダイカストのみならず、砂型鋳造や金型鋳造、低圧鋳造などの他の鋳造プロセス、樹脂の射出成形プロセスなどにも適用することができる。

１鋳造装置
２キャビティ
３固定盤
４固定型
５可動盤
６可動型
７真空ベント
８真空バルブ
９減圧配管
１０真空ポンプ
１１真空タンク
１２射出スリーブ
１２ａ給湯口
１３プランジャチップ
１４ロッド
１５ラドル
P 溶湯
Q 粒子

Claims

キャビティ内の任意の箇所における、凝固直前の溶湯の圧力を推定する圧力推定方法であって、
外圧に応じて粒径が変化する粒子が混入された前記溶湯を前記キャビティ内に充填し、又は、前記キャビティ内に前記粒子を配置した状態で前記溶湯を前記キャビティ内に充填する充填工程と、
前記溶湯の凝固後に前記粒子の前記粒径を測定し、測定結果に基づいて前記粒子の周辺における前記溶湯の凝固直前の圧力を推定する推定工程と、
を含む、
圧力推定方法。