JP2019118948A - Semi-solidified casting method - Google Patents
Semi-solidified casting method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019118948A JP2019118948A JP2018002229A JP2018002229A JP2019118948A JP 2019118948 A JP2019118948 A JP 2019118948A JP 2018002229 A JP2018002229 A JP 2018002229A JP 2018002229 A JP2018002229 A JP 2018002229A JP 2019118948 A JP2019118948 A JP 2019118948A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semi
- container
- metal slurry
- end opening
- solid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
この明細書に開示される技術は、半凝固金属スラリーを作製し、作製された半凝固金属スラリーを鋳造装置に供給することにより鋳造製品を成形する半凝固鋳造方法に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a semisolid casting method for producing a semisolid metal slurry and forming the cast product by supplying the produced semisolid metal slurry to a casting apparatus.
従来より、半凝固鋳造方法では、溶融金属を固液共存状態まで冷却することで半凝固状態の金属スラリー(半凝固金属スラリー)を作製し、作製された半凝固金属スラリーを鋳造装置に供給することにより鋳造製品を成形するようにしている。ここで、鋳造材料としての半凝固金属スラリーが高固相率を有することから、鋳造製品における収縮巣の発生を抑え、鋳造製品の機械的強度の信頼性及び品質を向上させることができる。一方、半凝固金属スラリーは、液体状態に比べて粘性が高く流動性は劣る。そのため、半凝固金属スラリーは、初晶が液状マトリックスによって互いに分離した状態で維持され、その結晶粒子が微細で均一な非樹枝状(球状)であることが望まれる。この点については多くの研究がなされている。 Conventionally, in a semi-solid casting method, a metal slurry in a semi-solid state (semi-solid metal slurry) is produced by cooling a molten metal to a solid-liquid coexistence state, and the produced semi-solid metal slurry is supplied to a casting apparatus In some cases, the cast product is formed. Here, since the semi-solidified metal slurry as the casting material has a high solid phase ratio, the occurrence of shrinkage cavities in the cast product can be suppressed, and the reliability and the quality of the mechanical strength of the cast product can be improved. On the other hand, the semi-solidified metal slurry is higher in viscosity and inferior in fluidity than the liquid state. Therefore, it is desirable that the semi-solid metal slurry is maintained in such a state that primary crystals are separated from each other by the liquid matrix, and that crystal particles are fine and uniform non-dendritic (spherical). Much research has been done on this point.
ここで、下記の特許文献1〜3には、この種の半凝固金属スラリーの作製方法やそれを使用した半凝固鋳造方法に関する技術が記載されている。特許文献1に記載の技術(従来例1)は、短時間かつ簡単に、対象金属の種類・組成に限定されることなく半凝固金属スラリー、半凝固成形品を作製することを課題としている。この技術は、所定の熱容量と初期温度に設定された溶融金属を、単一のカップからなる有底の容器に注ぎ込むことで所望の固相率を有する半凝固金属スラリーを作製するようにしている。また、溶融状態の金属スラリーを容器に注いだとき、その金属スラリーが、初期凝固層を生じさせることなく過冷却状態になると共に、容器内で自己撹拌が生じるように注湯するようにしている。詳しくは、溶融金属を所定の高さから容器に注いで容器に接触させることで過冷却現象を生じさせ、初期凝固層を生じさせないで核を生じさせ、溶融金属を撹拌させる。これにより、冷却温度勾配をなくして半凝固金属スラリーを作製するようにしている。ここでは、所望の固相率が得られる平衡温度となるように、容器の熱容量と初期温度を設定するようにしている。 Here, Patent Documents 1 to 3 listed below disclose techniques relating to a method for producing a semi-solid metal slurry of this type and a semi-solid casting method using the same. The technique (conventional example 1) described in Patent Document 1 has an object of producing a semi-solid metal slurry and a semi-solid formed article in a short time and easily without being limited to the type and composition of a target metal. This technique is intended to produce a semi-solid metal slurry having a desired solid phase ratio by pouring molten metal set to a predetermined heat capacity and initial temperature into a single-cup bottomed container. . In addition, when a molten metal slurry is poured into a container, the metal slurry is supercooled without producing an initial solidified layer, and is poured to cause self-stirring in the container. . Specifically, the molten metal is poured from a predetermined height into a vessel and brought into contact with the vessel to cause a supercooling phenomenon, to generate nuclei without causing an initial solidification layer, and to stir the molten metal. This eliminates the cooling temperature gradient and produces a semi-solid metal slurry. Here, the heat capacity and the initial temperature of the vessel are set so as to achieve an equilibrium temperature at which a desired solid phase ratio can be obtained.
また、特許文献2に記載の技術(従来例2)は、半凝固金属スラリーを容器から好適に取り出すことができ、成形品の品質を向上させることができる半凝固金属スラリーの製造装置を提供することを課題としている。この技術において、半凝固金属スラリーの製造装置は、容器と、補助冷却装置とを有する。容器は、上下両端が開口する中空部材と、中空部材の下端開口を閉塞可能かつ中空部材から分離可能に構成された底部材とを有し、容器の中に液状の金属材料を注ぐようにしている。補助冷却装置は、底部材が中空部材よりも低い温度に冷却できるように構成される。
Moreover, the technique (conventional example 2) of
更に、特許文献3に記載の技術(従来例3)は、微細で均一な球状粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを、比較的簡易で安価な設備により比較的短時間に作製することを課題としている。この技術は、溶融金属を、その溶融金属よりも低い温度にある有底の容器に注いで固液共存状態にまで冷却することで半凝固金属スラリーを作製している。ここで、溶融金属を冷却するに際し、容器を水平方向における一方向へ機械的に振動させることで、容器に注がれた溶融金属に運動を与えて容器内にて溶融金属を対流させるようにしている。ここでは、容器の振動は、容器に溶融金属を注ぐ前から行うようにしている。 Furthermore, the technique described in Patent Document 3 (Conventional Example 3) is to manufacture a high quality semi-solid metal slurry containing fine and uniform spherical particles in a relatively short time by a relatively simple and inexpensive facility. It is an issue. In this technique, a molten metal is poured into a bottomed vessel at a temperature lower than that of the molten metal and cooled to a solid-liquid coexisting state to produce a semi-solid metal slurry. Here, when cooling the molten metal, the container is mechanically vibrated in one direction in the horizontal direction to give movement to the molten metal poured into the container so that the molten metal is convected in the container. ing. Here, the container is vibrated before pouring the molten metal into the container.
ところが、特許文献1及び3に記載の技術(従来例1及び従来例3)では、容器が有底であることから、作製された半凝固金属スラリーを容器から取り出すために、容器に衝撃を与えたり、容器の底面を叩いたりする手法をとる必要があり、それによって容器が変形するおそれがあった。また、半凝固金属スラリーの状態によっては、容器からその金属スラリーを取り出すまでの時間にばらつきが生じることがあり、金属スラリーを取り出せないおそれがあった。これに対し、特許文献2に記載の技術(従来例2)では、容器が中空部材と、それと分離可能な底部材とから構成され、底部材が中空部材よりも低い温度に冷却可能に構成される。そのため、容器の中に注がれた溶融金属の底部分は、他の部分に比べて速く冷やすことができ、その底部分を先に凝固させることができる。そして、容器の中で半凝固金属スラリーができた後は、中空部材を底部材から分離し、その下端開口を介して半凝固金属スラリーを押圧するようにしている。これにより、金属スラリーを中空部材から安定して取り出すことができる。 However, in the techniques described in Patent Documents 1 and 3 (Conventional Example 1 and Conventional Example 3), since the container is bottomed, the container is shocked to take out the produced semi-solid metal slurry from the container. Or the bottom of the container needs to be hit, which may cause the container to deform. In addition, depending on the state of the semi-solidified metal slurry, the time to take out the metal slurry from the container may vary, and there was a possibility that the metal slurry could not be taken out. On the other hand, in the technique described in Patent Document 2 (Conventional Example 2), the container is formed of a hollow member and a separable bottom member, and the bottom member is configured to be able to cool to a lower temperature than the hollow member. Ru. Therefore, the bottom portion of the molten metal poured into the container can be cooled faster than the other portions, and the bottom portion can be solidified first. Then, after the semisolid metal slurry is formed in the container, the hollow member is separated from the bottom member, and the semisolid metal slurry is pressed through the lower end opening. Thereby, the metal slurry can be stably taken out from the hollow member.
しかしながら、従来例2では、取り出された半凝固金属スラリーの底部分に冷却による厚い凝固層ができるため、半凝固金属スラリーとしての材料歩留まりが低下する問題があった。また、この従来例2でも、従来例3のように、容器に振動を与えることが考えられるが、中空部材と底部材との隙間距離が短いため、振動を与えると中空部材と底部材との間から溶融金属が漏れるおそれがある。また、中空部材の下端は単に筒状に開口しているだけなので、その開口部分の強度が不十分となり、開口部分が振動によって変形するおそれがあった。中空部材に変形が生じると、中空部材と底部材との間から溶融金属が更に漏れ易くなってしまう。 However, in Conventional Example 2, there is a problem that the material yield as the semi-solidified metal slurry is lowered because a thick solidified layer is formed on the bottom portion of the taken out semisolidified metal slurry by cooling. Also in this prior art example 2, as in the prior art example 3, it is conceivable to give vibration to the container, but since the gap distance between the hollow member and the bottom member is short, when vibration is given, the hollow member and the bottom member Molten metal may leak from the gap. In addition, since the lower end of the hollow member is merely opened in a cylindrical shape, the strength of the opening is insufficient, and the opening may be deformed by vibration. When the hollow member is deformed, the molten metal is more likely to leak from between the hollow member and the bottom member.
この開示技術は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、鋳造製品を製造する過程で、微細で均一な球状粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを、比較的簡易で安価な設備により比較的短時間に、材料歩留まりを低下させることなく作製し、その作製過程では容器を振動させても容器底部からの溶融金属の漏れを防止し、更に、作製された半凝固金属スラリーを容器から安定して容易に取り出すことを可能とした半凝固鋳造方法を提供することにある。 This disclosed technology is made in view of the above-mentioned circumstances, and its object is to make a high quality semi-solid metal slurry containing fine and uniform spherical particles relatively simple in the process of producing a cast product. Produced in a relatively short time by inexpensive equipment without lowering the material yield, and in the production process prevents leakage of molten metal from the bottom of the container even if the container is vibrated, and further, the produced semi-solid metal It is an object of the present invention to provide a semi-solid casting method which enables the slurry to be stably and easily removed from the container.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の技術は、鋳造材料となる半凝固金属スラリーを金属スラリー作製装置により作製する半凝固金属スラリー作製工程と、半凝固金属スラリー作製工程で作製された半凝固金属スラリーを鋳造装置に供給することにより鋳造製品を成形する鋳造工程とを備えた半凝固鋳造方法において、金属スラリー作製装置は、溶融金属が注がれる容器と、容器を振動させるための振動発生機とを備え、半凝固金属スラリー作製工程は、溶融金属を溶融金属よりも低い温度にある容器に注いで固液共存状態になるまで冷却することにより半凝固金属スラリーを作製することと、溶融金属を冷却するに際して、振動発生機により容器を機械的に振動させることと、容器は、上端開口と下端開口を有する中空の筒部材と、下端開口を閉鎖可能かつ筒部材と分離可能な底部材とを含み、下端開口には半径方向に所定寸法を有する内フランジが設けられることと、筒部材が下端開口を下にして底部材の上に載せられることで下端開口が閉鎖されて容器が構成され、振動発生機により底部材を振動させることにより容器を振動させるように構成されることとを備え、鋳造装置は、半凝固金属スラリーの押出し機と、半凝固金属スラリーの射出装置と、キャビティを含む金型とを備え、鋳造工程は、容器にて半凝固金属スラリーが作製された後、筒部材を底部材から分離し、押出し機により筒部材から半凝固金属スラリーを押し出して射出装置へ装填することと、射出装置に装填された半凝固金属スラリーを射出装置により金型のキャビティに充填することにより鋳造製品を成形することとを備えたことを趣旨とする。 In order to achieve the above object, the technique according to claim 1 is produced by a semi-solid metal slurry production step of producing a semi-solid metal slurry to be a casting material by a metal slurry production device and a semi-solid metal slurry production step In a semi-solid casting method comprising a casting step of forming a cast product by supplying a semi-solid metal slurry to a casting device, the metal slurry producing device vibrates a container into which molten metal is poured and a container for vibrating the container. The process for preparing a semi-solid metal slurry includes preparing a semi-solid metal slurry by pouring molten metal into a container at a temperature lower than that of the molten metal and cooling it to a solid-liquid coexistence state. And, when cooling the molten metal, mechanically vibrating the container with a vibration generator, and the container is a hollow cylindrical member having an upper opening and a lower opening. A lower end opening is closable and includes a bottom member which is separable from the cylindrical member, and the lower end opening is provided with an inner flange having a predetermined dimension in the radial direction; And the lower end opening is closed to form a container, and the container is configured to be vibrated by vibrating the bottom member by a vibration generator, and the casting apparatus comprises In the casting process, the cylinder member is separated from the bottom member after the semisolid metal slurry is produced in the container, and the extruder is provided with an extruder, an injection device for semisolid metal slurry, and a mold including a cavity. The semisolid metal slurry is extruded from the cylindrical member from the cylinder member and loaded into the injection device, and casting is performed by filling the semisolid metal slurry loaded in the injection device into the cavity of the mold by the injection device And purpose that a molding the article.
上記技術の構成によれば、半凝固金属スラリー作製工程において、容器を機械的に振動させることで容器の内周面に生じる金属の固相が粒子状に遊離し、それら粒子が分散する。また、それら粒子が溶融金属の対流によって相互に干渉し合いながら流動するので、粒子がより微細な丸みを帯びた形状となる。更に、容器を機械的に振動させるので、電磁的な振動発生装置と比べ振動発生機の構成を簡略化することが可能となる。また、容器を構成する筒部材の下端開口に内フランジが設けられるので、筒部材の下端部の機械的強度(剛性)が増す。 According to the configuration of the above technology, in the semi-solidified metal slurry preparation step, by mechanically vibrating the container, the solid phase of the metal generated on the inner peripheral surface of the container is liberated in the form of particles, and the particles are dispersed. In addition, since the particles flow while interfering with each other by the convection of the molten metal, the particles have a finer rounded shape. Furthermore, since the container is mechanically vibrated, the configuration of the vibration generator can be simplified as compared with an electromagnetic vibration generator. Further, since the inner flange is provided at the lower end opening of the cylindrical member constituting the container, the mechanical strength (rigidity) of the lower end portion of the cylindrical member is increased.
上記目的を達成するために、請求項2に記載の技術は、請求項1に記載の技術において、筒部材は周壁を含み、周壁には、上端開口へ向けて拡径するようにテーパが設けられることを趣旨とする。
In order to achieve the above object, the technique according to
上記技術の構成によれば、請求項1に記載の技術の作用に加え、筒部材の上端開口を下方へ向けて傾けたときに、半凝固金属スラリーの筒部材からの離脱が容易となり、半凝固金属スラリーが筒部材から落下し易くなる。 According to the configuration of the above technology, in addition to the function of the technology according to claim 1, when the upper end opening of the cylindrical member is inclined downward, detachment of the semi-solid metal slurry from the cylindrical member is facilitated, The solidified metal slurry easily falls from the cylindrical member.
上記目的を達成するために、請求項3に記載の技術は、請求項1又は2に記載の技術において、内フランジの半径方向における寸法は、下端開口の内径に関わらず一定値に設定されることを趣旨とする。 In order to achieve the above object, according to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the radial dimension of the inner flange is set to a constant value regardless of the inner diameter of the lower end opening. The purpose is that.
上記技術の構成によれば、請求項1又は2に記載の技術の作用に加え、あらゆる大きさの容器につき、内フランジの寸法の面倒な設計が不要となる。
According to the configuration of the above-mentioned technology, in addition to the operation of the technology according to
請求項1に記載の技術によれば、鋳造製品を製造する過程で、微細で均一な球状粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを、比較的簡易で安価な設備により比較的短時間に、材料歩留まりを低下させることなく作製することができる。また、その作製過程では容器を水平方向へ振動させても容器の底部からの溶融金属の漏れを防止することができ、更に、作製された半凝固金属スラリーを容器から安定して容易に取り出すことができる。更には、作製された半凝固金属スラリーを鋳造材料として使用することで高品質の鋳造製品を成形することができる。 According to the technique of claim 1, in the process of producing a cast product, a high-quality semi-solid metal slurry containing fine and uniform spherical particles can be relatively easily and inexpensively installed in a relatively short time, It can be produced without lowering the material yield. In addition, even if the container is vibrated in the horizontal direction in the manufacturing process, the molten metal can be prevented from leaking from the bottom of the container, and furthermore, the prepared semi-solid metal slurry can be stably and easily taken out from the container. Can. Furthermore, high quality cast products can be formed by using the produced semi-solid metal slurry as a cast material.
請求項2に記載の技術によれば、請求項1に記載の技術の効果に加え、半凝固金属スラリーを筒部材から安定して取り出すことができる。
According to the technique of
請求項3に記載の技術によれば、請求項1又は2に記載の技術の効果に加え、各種大きさの容器に対し内フランジを容易に設けることができる。
According to the technique of
以下、半凝固鋳造方法を高圧ガス用部品の鋳造に具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a semi-solidified casting method will be described in detail with reference to the drawings for an embodiment in which the casting of high pressure gas components is embodied.
[半凝固鋳造方法の概要について]
図1に、この実施形態の半凝固鋳造方法の概要をフローチャートにより示す。この半凝固鋳造方法は、鋳造材料となる半凝固金属スラリーMS(図9等参照)を金属スラリー作製装置1(図2等参照)により作製する半凝固金属スラリー作製工程と、同工程で作製された半凝固金属スラリーMSを鋳造装置21(図9等参照)に供給することにより鋳造製品CP(図12参照)を成形する鋳造工程とを備える。
[About the outline of semi-solid casting method]
The outline | summary of the semi-solid casting method of this embodiment is shown with a flowchart by FIG. This semi-solid casting method is produced in the same step as the semi-solid metal slurry production step of producing semi-solid metal slurry MS (see FIG. 9 etc.) to be cast material by metal slurry production apparatus 1 (see FIG. 2 etc) Forming the cast product CP (see FIG. 12) by supplying the semi-solidified metal slurry MS to the casting apparatus 21 (see FIG. 9 etc.).
[金属スラリー作製装置について]
初めに、半凝固金属スラリーを作製するための金属スラリー作製装置について説明する。図2に、金属スラリー作製装置1の概略を分解斜視図により示す。図3に、金属スラリー作製装置1を一部切断した正面図により示す。図2、図3に示すように、この金属スラリー作製装置1は、基台2と、溶融金属が注がれる容器3と、容器3を水平方向へ振動させるための振動発生機4と、容器3へ溶融金属を注ぎ易くし、容器3の蓋としても機能する漏斗5とを備える。
[About metal slurry preparation device]
First, a metal slurry production apparatus for producing a semi-solid metal slurry will be described. The outline of the metal slurry production apparatus 1 is shown in FIG. 2 by an exploded perspective view. In FIG. 3, the front view which cut the metal slurry preparation apparatus 1 in part is shown. As shown in FIGS. 2 and 3, the metal slurry production apparatus 1 comprises a
容器3は、上端開口6aと下端開口6bを有する中空の筒部材6と、下端開口6bを閉鎖可能かつ筒部材6と分離可能な底部材7とを含む。筒部材6の下端開口6bには、半径方向に所定の寸法D1を有する内フランジ8が設けられる。ここで、内フランジ8の半径方向の寸法D1は、下端開口6bの内径の大きさに関わらず一定値に設定することができる。例えば、この一定値を「5mm」にすることができる。あるいは、内フランジ8の寸法D1を適宜に変更することもできる。この場合、筒部材6の下端全体の投影面積に対する下端開口6bの面積の割合を「60%以上96%以下」に設定することが望ましい。筒部材6は円筒状の周壁6cを含み、この周壁6cには、上端開口6aへ向けて拡径するようにテーパTPが設けられる。このテーパTPを、一例として「0.5°以上10°以下」に設定することができる。底部材7は、円板状をなし、平坦な上面7aを有し、基台2の上面にて水平方向へ振動可能に支持される。ここで、底部材7の「円板状」は一例であり、四角形状等の他の形状であってもよい。
The
振動発生機4は、底部材7に対し振動を供給できるように接続される。振動発生機4は、容器3を水平方向における特定方向(図2等の矢印A1の方向)へ機械的に振動させるように構成される。筒部材6が、その下端開口6bを下にして底部材7の上面7aに載せられることで、下端開口6bが閉鎖されて容器3が構成される。そして、容器3が構成された状態で、振動発生機4により底部材7を矢印A1で示す特定方向へ振動させることで、容器3をその特定方向へ振動させるようになっている。
The vibration generator 4 is connected to the
漏斗5は、入口5aと出口5bを有する筒部5cと、入口5aの外周に形成された外フランジ5dとを含む。筒部5cは、出口5bへ向けて収束するように形成される。なお、容器3を振動させるときに筒部材6と底部材7の密着性を確保するために、漏斗5の上から容器3を適宜押さえてもよい。
The
[半凝固金属スラリー作製工程について]
次に、半凝固金属スラリー作製工程について説明する。図4〜図8に、半凝固金属スラリー作製工程の一連の過程における金属スラリー作製装置1を一部切断した正面図により示す。半凝固金属スラリーを作製するには、第1に、図4に示すように、基台2の上の底部材7の上面7aに、下端開口6bを封鎖するように筒部材6を載せる。第2に、図5に示すように、筒部材6の上端開口6aに漏斗5を載せる。第3に、図6に示すように、例えば、ラドル9から漏斗5へ向けて溶融金属MMを注ぐことにより、溶融金属MMよりも低い温度状態にある容器3に溶融金属MMを注いで溶融金属MMを固液共存状態になるまで冷却することにより半凝固金属スラリーMS(図9等参照)を作製する。ここで、溶融金属MMを冷却するに際して、図6〜図8に示すように、振動発生機4により容器3を機械的に所定の特性をもって水平方向における特定方向(矢印A1の方向)へ振動させることで、容器3に注がれた溶融金属MMに運動を与えて、図8に矢印A2で示すように、容器3の中にて溶融金属MMを対流させる。
[Semi-solidified metal slurry preparation process]
Next, the semi-solidified metal slurry production process will be described. FIGS. 4 to 8 show a partially cut front view of the metal slurry production apparatus 1 in a series of processes of the semi-solidified metal slurry production process. In order to produce the semi-solidified metal slurry, first, as shown in FIG. 4, the
ここで、容器3は、室温状態に保たれながら振動する。図6に示すように、振動している容器3に、高温の溶融金属MMを注ぐと、溶融金属MMは急速に冷却され、その冷却の際に筒部材6の内周面6dに結晶としての金属の固相SPが生じる。そして、図7に示すように、これら固相SPが容器3の振動によって粒子PAの形となって遊離する。これにより、筒部材6の内周面6dにて固相SPが樹枝状に成長することを妨げるようになっている。
Here, the
すなわち、室温状態の容器3に高温の溶融金属MMを注ぐと、溶融金属MMは容器3に熱を奪われて急速に温度が下がり、筒部材6の内周面6dに急速に固相SPが生じる。このとき、容器3を予め振動させておくことにより、筒部材6の内周面6dに生じた固相SPが内周面6dから粒子PAの形となって遊離し、それら粒子PAが容器3の中心部へ移動、分散する。一方、筒部材6の内周面6dでは、新たな固相SPが生じ、遊離した粒子PAは振動によって容器3の中心部へ移動、分散する。このとき、容器3の中では、振動によって運動エネルギーが与えられた溶融金属MMに、図8に矢印A2で示すような対流が生じる。この対流は、筒部材6の内周面6dと容器3の中心部との間を巡回する流れを形成する。ここで、容器3は、溶融金属MMから熱を奪うことで温度が上昇するので、溶融金属MMが冷却される速度は次第に低下することになる。これにより、筒部材6の内周面6dでの固相SPの発生量が減少し、数分間だけ固液共存状態が保たれる。この結果、微細な粒子PAが分散した固液共存状態の半凝固金属スラリーを得ることができる。
That is, when the high temperature molten metal MM is poured into the
この実施形態では、溶融金属MMの材料として、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金又は鉄系合金などの金属を適用することができる。容器3は、鉄等の金属により形成することができる。
In this embodiment, as the material of the molten metal MM, a metal such as an aluminum alloy, a magnesium alloy, a copper alloy or an iron-based alloy can be applied. The
この実施形態の振動発生機4は、容器3を、水平方向における特定方向(矢印A1の方向)へ機械的に振動させるので、超音波振動を発生させる装置や電磁的に振動を発生させる装置よりも構成が簡易である。特に、機械的な振動は、電磁的な振動よりも大きな変位、すなわち大きな運動エネルギーを溶融金属MMに与えることができる点で有利である。また、機械的な振動を発生させる振動発生機4は、各種振動条件を容易にコントロールできることから、多様で安定した品質の半凝固金属スラリーを作製することができる。その他、電磁的な振動発生装置では、磁場発生装置や電流発生装置などの大きな付帯設備が必要になるところ、この振動発生機4では、これらの付帯設備が不要になる。
The vibration generator 4 of this embodiment mechanically vibrates the
この実施形態では、振動発生機4の各種振動条件として、振動周波数、振動加速度、振動速度振幅及び振動変位振幅をコントロールするようになっている。 In this embodiment, as the various vibration conditions of the vibration generator 4, the vibration frequency, the vibration acceleration, the vibration velocity amplitude and the vibration displacement amplitude are controlled.
この実施形態では、容器3に溶融金属MMを注ぐ前から容器3を振動させるようにしている。また、図6に示すように、容器3への溶融金属MMの注入は、溶融金属MMを一旦漏斗5に注ぐことで、溶融金属MMが筒部材6の内周面6dに当たることなく容器3の中心部へ注ぐようにしている。
In this embodiment, the
[金属スラリー作製装置及び半凝固金属スラリー作製工程の作用及び効果]
以上説明したこの実施形態の構成によれば、容器3を機械的に振動させることで筒部材6の内周面6dに生じる金属の固相SPが粒子状に遊離し、それら粒子PAが分散することになる。また、それら粒子PA同士が溶融金属MMの対流によって相互に干渉し合いながら流動するので、粒子PAがより微細な丸みを帯びた形状となる。更に、容器3を機械的に振動させるので、電磁的な振動発生装置と比べて振動発生機4の構成を簡略化することが可能となる。このため、微細で均一な非樹枝状(球状)の粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを、比較的簡易で安価な設備により比較的短時間に作製することができる。すなわち、溶融金属MMに不純物や空気が混入することなく、微細で均一な非樹枝状(球状)の粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを容易に作製することができる。また、溶融金属MMを温度管理する必要がなく、比較的簡易で安価な振動発生機4を使用することで比較的短時間に半凝固金属スラリーを作製することができる。
[Operation and effect of metal slurry production apparatus and semi-solid metal slurry production process]
According to the configuration of this embodiment described above, when the
この実施形態の構成によれば、容器3を構成する筒部材6の下端開口6bに内フランジ8が設けられるので、筒部材6の下端部の機械的強度(剛性)が増す。そのため、溶融金属MMを注入した状態で容器3を水平方向へ振動させても筒部材6の下端部の変形を防止することができ、容器3の底部から、すなわち筒部材6と底部材7との間から溶融金属MMが漏れることを防止することができる。
According to the configuration of this embodiment, since the
この実施形態の構成によれば、内フランジ8の半径方向における寸法D1が、下端開口6bの内径の大きさに関わらず一定値に設定される。従って、あらゆる大きさの容器3につき、内フランジ8の寸法に関する面倒な設計が不要となる。このため、各種大きさの容器3に対し内フランジ8を容易に設けることができる。
According to the configuration of this embodiment, the dimension D1 in the radial direction of the
この実施形態の構成によれば、容器3に溶融金属MMを注ぐ前から容器3が振動しているので、溶融金属MMを容器3に注ぐタイミングの自由度が増す。この意味でも、比較的簡易で安価な設備で半凝固金属スラリーMSを容易に作製することができる。
According to the configuration of this embodiment, since the
この実施形態の構成によれば、漏斗5が蓋としても機能するので、振動によって容器3から溶融金属MMが溢れ出るおそれがない。このため、比較的簡易で安価な設備により半凝固金属スラリーMSを歩留まりよく作製することができる。特に、この実施形態では、従来例2とは異なり、底部材7を冷却することがないので、容器3の中にできる半凝固金属スラリーMSの底部における凝固層が薄くなる。このため、従来例2に比べて歩留まりのよい半凝固金属スラリーMSを得ることができる。
According to the configuration of this embodiment, since the
この実施形態の構成によれば、容器3が金属製であることから、容器3の熱伝導性が良好となり、溶融金属MMの冷却効率がよくなる。この意味でも、比較的短時間に半凝固金属スラリーMSを作製することができる。
According to the configuration of this embodiment, since the
この実施形態の構成によれば、溶融金属MMがアルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金又は鉄系合金であることから、従前の材料の使用が可能となる。この意味でも、比較的簡易で安価に半凝固金属スラリーMSを作製することができる。 According to the configuration of this embodiment, since the molten metal MM is an aluminum alloy, a magnesium alloy, a copper alloy or an iron-based alloy, it is possible to use a conventional material. In this sense as well, the semi-solid metal slurry MS can be produced relatively easily and inexpensively.
[鋳造装置について]
次に、鋳造装置について説明する。図9〜図11に、後述する鋳造工程の一連の各過程における鋳造装置21を一部破断した正面図により示す。図9〜図11に示すように、鋳造装置21は、半凝固金属スラリーMSの押出し機22と、半凝固金属スラリーMSの射出装置23と、キャビティ24を含む金型25とを備える。
[About casting equipment]
Next, the casting apparatus will be described. FIGS. 9 to 11 are front views in which the
押出し機22は、ピストンロッド26aを有する周知のエアシリンダ26と、ピストンロッド26aの先端に固定された押圧板27とを含む。押圧板27は、円板状をなし、筒部材6の下端開口6bを通過可能な大きさに形成される。そして、エアシリンダ26を作動させて押圧板27を、図9、図10に示すように、下端開口6bから筒部材6の中へ移動させることにより、作製された半凝固金属スラリーMSを筒部材6から押し出すようになっている。
The
金型25は、周知のように型締め、型開き可能に構成された二つのブロック25A,25Bを備え、両ブロック25A,25Bが型締めされた状態で、その内部にキャビティ24が形成されるようになっている。
The
射出装置23は、スリーブ28と、スリーブ28にて往復動可能に設けられたプランジャ29とを含む。スリーブ28は、周知のように、長尺な筒状をなし、その先端部28aが金型25のキャビティ24に連通するように一方のブロック25Bに接続される。スリーブ28の基端部28bの上面には、半凝固金属スラリーMSを投入するための投入口28cが形成される。プランジャ29は往復動することで、スリーブ28の中に投入された半凝固金属スラリーMSを加圧するようになっている。
The
容器3にて半凝固金属スラリーMSが作製された後は、筒部材6がクランプ30を含む搬送装置により底部材7から分離され、スリーブ28と押出し機22との間へ運ばれて、上端開口6aが投入口28cへ向くように筒部材6が傾けられるようになっている。
After the semi-solidified metal slurry MS is produced in the
[鋳造工程について]
次に、鋳造工程について説明する。先ず、図9に示すように、クランプ30に保持されて底部材7から分離された筒部材6は、スリーブ28と押出し機22との間へ運ばれて、上端開口6aが投入口28cへ向くように筒部材6が傾けられる。
[About the casting process]
Next, the casting process will be described. First, as shown in FIG. 9, the
次に、図10に示すように、押出し機22を筒部材6へ近付けると共に、エアシリンダ26のピストンロッド26aを繰り返し往復動させる。これにより、押圧板27が、筒部材6の中の半凝固金属スラリーMSの底面に、下端開口6bを介して繰り返し衝突する。この結果、半凝固金属スラリーMSが筒部材6の内周面6dから剥がされ、その筒部材6から投入口28cへ落下してスリーブ28に装填される。
Next, as shown in FIG. 10, the
この実施形態の構成では、筒部材6の周壁6cに、上端開口6aへ向けて拡径するようにテーパTPが設けられる。従って、上端開口6aを下方へ向けて筒部材6を傾けたときに、半凝固金属スラリーMSの筒部材6からの離脱が容易となり、半凝固金属スラリーMSが筒部材6から落下し易くなる。このため、半凝固金属スラリーMSを、筒部材6から安定して取り出すことができる。また、半凝固金属スラリーMSが筒部材6から落下し易いので、押出し機22による押出し力を必要以上に大きくする必要がなく、その押出し力を小さく設定することができる。
In the configuration of this embodiment, a taper TP is provided on the
次に、図11に示すように、プランジャ29をスリーブ28の中で往動(前進)させることにより、半凝固金属スラリーMSが加圧され、スリーブ28から金型25のキャビティ24の中へ射出されて充填される。その後、半凝固金属スラリーMSがキャビティ24の中で冷却されて凝固することにより鋳造製品が成形される。
Next, as shown in FIG. 11, the semi-solid metal slurry MS is pressurized by moving the
その後、金型25を型開きすることにより、図12に示すような鋳造製品CPが取り出される。図12に、取り出された鋳造製品CPを断面図により示す。図12に示す鋳造製品CPの形状は、特定の製品形状を示すものではなく、鋳造製品一般を概念的に示すものである。
Thereafter, the
[鋳造工程の作用及び効果]
この実施形態の鋳造工程によれば、鋳造材料として、前段の半凝固金属スラリー作製工程で作製された微細で均一な非樹枝状(球状)の粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーMSを使用している。そのため、鋳造製品CPにおける収縮巣の発生を抑えることができ、鋳造製品CPの機械的強度の信頼性及び品質を向上させることができる。
[Operation and effect of casting process]
According to the casting process of this embodiment, high-quality semi-solid metal slurry MS containing fine and uniform non-dendritic (spherical) particles produced in the above-described semi-solid metal slurry production process is used as a casting material doing. Therefore, the occurrence of shrinkage cavities in the cast product CP can be suppressed, and the reliability and quality of the mechanical strength of the cast product CP can be improved.
[半凝固鋳造方法の効果]
以上説明したこの実施形態の半凝固鋳造方法によれば、鋳造製品CPを製造する過程で、微細で均一な球状粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーMSを、比較的簡易で安価な設備により比較的短時間に、材料歩留まりを低下させることなく作製することができる。また、その作製過程では容器3の底部からの溶融金属MMの漏れを防止することができ、更に、作製された半凝固金属スラリーMSを容器3から安定して容易に取り出すことができる。更には、作製された半凝固金属スラリーMSを鋳造材料として使用することで高品質の鋳造製品CPを成形することができる。
[Effect of semi-solid casting method]
According to the semi-solidified casting method of this embodiment described above, in the process of producing the cast product CP, high-quality semi-solid metal slurry MS containing fine and uniform spherical particles is obtained by relatively simple and inexpensive equipment. It can be produced in a relatively short time without lowering the material yield. Further, in the manufacturing process, leakage of the molten metal MM from the bottom of the
なお、この開示技術は前記実施形態に限定されるものではなく、開示技術の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。 Note that the disclosed technology is not limited to the above embodiment, and part of the configuration may be changed as appropriate without departing from the scope of the disclosed technology.
(1)前記実施形態では、図3に示すように、容器3を構成する底部材7の上面を平坦に構成したが、図13に示すように、底部材7の上面7aに、筒部材6の下端開口6bに整合する凸部7bを一体に設けることもできる。この場合、凸部7bが下端開口6bに嵌め合わされる。そのため、容器3を振動させたときの、筒部材6と底部材7との一体性を高めることができ、底部材7に対する筒部材6の位置ずれを防止することができる。あるいは、図14に示すように、底部材7の上面7aに、筒部材6の下端外周に整合するように複数のリブ7cを一体に設けることもできる。この場合も、複数のリブ7cが筒部材6の下端外周に嵌め合わされる。そのため、容器3を振動させたときの、筒部材6と底部材7との一体性を高めることができ、底部材7に対する筒部材6の位置ずれを防止することができる。図13、図14は、図3に準ずる正面図である。
(1) In the above embodiment, as shown in FIG. 3, the upper surface of the
(2)前記実施形態の半凝固金属スラリー作製工程では、容器3に溶融金属MMを注ぐ前から容器3を振動させるようにした。これに対し、容器3の振動を開始するタイミングとして、容器3に溶融金属MMを注いで所定時間(例えば「10秒以内の時間」)が経過してから容器3の振動を開始することもできる。この場合は、容器3に溶融金属MMを注ぎ始めるときに容器3が振動していないので、溶融金属MMが容器3に注ぎ易くなる。この意味で、半凝固金属スラリーMSを容易に作製することができる。
(2) In the semi-solidified metal slurry preparation step of the embodiment, the
この開示技術は、各種鋳造製品の成形に利用することができ、特に鋳造巣が低減できることから高圧用部品の鋳造に有効に利用することができる。 The disclosed technology can be used to form various cast products, and can be effectively used to cast high pressure parts because casting cavities can be particularly reduced.
1 金属スラリー作製装置
3 容器
4 振動発生機
6 筒部材
6a 上端開口
6b 下端開口
6c 周壁
7 底部材
8 内フランジ
21 鋳造装置
22 押出し機
23 射出装置
24 キャビティ
25 金型
D1 寸法
TP テーパ
MM 溶融金属
MS 半凝固金属スラリー
CP 鋳造製品
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 metal
Claims (3)
前記半凝固金属スラリー作製工程で作製された前記半凝固金属スラリーを鋳造装置に供給することにより鋳造製品を成形する鋳造工程と
を備えた半凝固鋳造方法において、
前記金属スラリー作製装置は、溶融金属が注がれる容器と、前記容器を振動させるための振動発生機とを備え、
前記半凝固金属スラリー作製工程は、
前記溶融金属を前記溶融金属よりも低い温度にある前記容器に注いで固液共存状態になるまで冷却することにより前記半凝固金属スラリーを作製することと、
前記溶融金属を冷却するに際して、前記振動発生機により前記容器を機械的に振動させることと、
前記容器は、上端開口と下端開口を有する中空の筒部材と、前記下端開口を閉鎖可能かつ前記筒部材と分離可能な底部材とを含み、前記下端開口には半径方向に所定寸法を有する内フランジが設けられることと、
前記筒部材が前記下端開口を下にして前記底部材の上に載せられることで前記下端開口が閉鎖されて前記容器が構成され、前記振動発生機により前記底部材を振動させることにより前記容器を振動させるように構成されることと
を備え、
前記鋳造装置は、前記半凝固金属スラリーの押出し機と、前記半凝固金属スラリーの射出装置と、キャビティを含む金型とを備え、
前記鋳造工程は、
前記容器にて前記半凝固金属スラリーが作製された後、前記筒部材を前記底部材から分離し、前記押出し機により前記筒部材から前記半凝固金属スラリーを押し出して前記射出装置へ装填することと、
前記射出装置に装填された前記半凝固金属スラリーを前記射出装置により前記金型の前記キャビティに充填することにより前記鋳造製品を成形することと
を備えたことを特徴とする半凝固鋳造方法。 A step of preparing a semi-solid metal slurry, wherein a semi-solid metal slurry to be cast material is produced by a metal slurry production apparatus;
And a casting process for forming a cast product by supplying the semi-solid metal slurry produced in the semi-solid metal slurry production process to a casting apparatus,
The metal slurry production apparatus includes a container into which molten metal is poured, and a vibration generator for vibrating the container.
The semi-solid metal slurry production process
Preparing the semi-solid metal slurry by pouring the molten metal into the vessel at a temperature lower than the molten metal and cooling to a solid-liquid coexistence state;
Mechanically vibrating the container by the vibration generator when cooling the molten metal;
The container includes a hollow cylindrical member having an upper end opening and a lower end opening, a bottom member capable of closing the lower end opening and separable from the cylindrical member, and having a predetermined dimension in the radial direction at the lower end opening. A flange is provided,
The lower end opening is closed by the cylindrical member being placed on the bottom member with the lower end opening downward, thereby forming the container, and the container is configured by vibrating the bottom member by the vibration generator. And being configured to vibrate
The casting apparatus includes an extruder for the semi-solid metal slurry, an injection device for the semi-solid metal slurry, and a mold including a cavity.
The casting process is
After the semi-solidified metal slurry is produced in the container, the cylindrical member is separated from the bottom member, and the semi-solidified metal slurry is extruded from the cylindrical member by the extruder and loaded into the injection device. ,
Forming the cast product by filling the semisolid metal slurry loaded in the injection device into the cavity of the mold by the injection device.
前記筒部材は周壁を含み、前記周壁には、前記上端開口へ向けて拡径するようにテーパが設けられることを特徴とする半凝固鋳造方法。 In the semi-solid casting method according to claim 1,
The semi-solidified casting method, wherein the cylindrical member includes a peripheral wall, and the peripheral wall is tapered so as to expand in diameter toward the upper end opening.
前記内フランジの前記半径方向における寸法は、前記下端開口の内径にかかわらず一定値に設定されることを特徴とする半凝固鋳造方法。 In the semi-solid casting method according to claim 1 or 2,
The dimension in the said radial direction of the said inner flange is set to a constant value irrespective of the internal diameter of the said lower end opening, The semi-solid casting method characterized by the above-mentioned.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018002229A JP2019118948A (en) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Semi-solidified casting method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018002229A JP2019118948A (en) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Semi-solidified casting method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019118948A true JP2019118948A (en) | 2019-07-22 |
Family
ID=67306744
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018002229A Pending JP2019118948A (en) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Semi-solidified casting method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019118948A (en) |
-
2018
- 2018-01-10 JP JP2018002229A patent/JP2019118948A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4836244B2 (en) | Casting method | |
JP5068835B2 (en) | Casting apparatus and casting method | |
EP1259344B8 (en) | A method and means for producing moulded foam bodies | |
JP4154385B2 (en) | Solid-liquid coexistence state metal material manufacturing equipment | |
JP5068836B2 (en) | Casting apparatus and casting method | |
JP5068837B2 (en) | Casting apparatus and casting method | |
US7051784B2 (en) | Method of producing semi-solid metal slurries | |
JP3630327B2 (en) | Solid-liquid coexistence state metal slurry production equipment | |
KR20000071729A (en) | Pressure die-casting method and device for carrying out same | |
JP2015074027A (en) | Molding device, semi-solid metal manufacturing device, molding method and semi-solid metal manufacturing method | |
JPS6029431A (en) | Production of alloy | |
JP6132642B2 (en) | Method for preparing semi-solid metal slurry | |
JP2006289486A (en) | Casting method by die casting and thixomolding method using ultrasonic wave for core-removed product member dispensing with post work | |
JP5032422B2 (en) | Electromagnetic stirring casting method and apparatus | |
KR20130041473A (en) | Manufacturing method of high pressure rheocasting and apparatus thereof | |
JP2019118948A (en) | Semi-solidified casting method | |
US20220241853A1 (en) | Electromagnetic vibration stirring device of semi-solid high pressure casting equipment | |
CN103143695B (en) | Technology and die-casting device for aluminium silicon carbide accurate die-casting forming | |
JPS60250866A (en) | Die casting machine | |
JP2001303150A (en) | Metallic grain for casting, its producing method and injection-forming method for metal | |
JP2004322201A (en) | Manufacturing device of billet for molding metal in solid-liquid coexisting state | |
JP3246358B2 (en) | Forming method of semi-molten metal | |
JP2008279477A (en) | Vibration solidification casting method and vibration solidification casting apparatus | |
WO2005065866A1 (en) | Method and apparatus for manufacturing forming material with spherical structure | |
JPH0299260A (en) | Casting method |