JP3600797B2 - Reduction casting method and casting apparatus used therefor - Google Patents
Reduction casting method and casting apparatus used therefor Download PDFInfo
- Publication number
- JP3600797B2 JP3600797B2 JP2001021289A JP2001021289A JP3600797B2 JP 3600797 B2 JP3600797 B2 JP 3600797B2 JP 2001021289 A JP2001021289 A JP 2001021289A JP 2001021289 A JP2001021289 A JP 2001021289A JP 3600797 B2 JP3600797 B2 JP 3600797B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- metal
- cavity
- reaction chamber
- reducing compound
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋳造方法および鋳造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
アルミニウムの鋳造方法には、重力鋳造法(GDC)、低圧鋳造法(LPDC)、ダイキャスト(DC)、スクイズ(SC)、チクソモールド等がある。これらの鋳造方法は、いずれも成形型のキャビティ内にアルミニウム溶湯を注湯して鋳造するものである。
一般に、アルミニウム又はその合金は、酸化被膜をつくり易い性質があるため、アルミニウム鋳造過程では、アルミニウムの溶湯表面に簡単に酸化被膜が生成される。その結果、アルミニウム溶湯の表面張力が大きくなって、アルミニウム溶湯の流動性、溶融、溶着性が低下し、種々の鋳物欠陥が生じる。このため、成形型塗型剤の使用、成形型への溶湯の注入方法、溶湯を注入する注入速度や圧力等について様々な改良及び手法が検討されてきた。
【0003】
例えば、溶湯表面に生成された酸化被膜の生長に起因する湯周り不良、湯ジワ、湯境等に対応する対応策として、GDCやLPDCの領域では、断熱離型剤の塗布、ゲートの配置方法やオーバーフローの取り方等の手法によって、アルミニウム溶湯の温度低下を遅延させたり、DCの領域では、アルミニウム溶湯の充填速度、圧力、ゲートの配置やオーバーフローの取り方等による高圧短時間充填が行われている。また、SC等の領域では、GDCの領域で高圧に加圧することによって、アルミニウムの溶湯表面の酸化皮膜を強制的に破壊、融合させることが行われている。
【0004】
しかし、従来のアルミニウムの鋳造方法は一長一短があり、特に、アルミニウムの溶湯表面の酸化被膜に起因して鋳造品に発生する湯ジワ、湯境や微少な未充填を解消することは至難のことであった。このため、アルミニウム鋳造物のうち、表面応力、切欠等が問題となるアルミニウム製品、特に、航空機、自動車等に使用されるアルミニウム製の構造物については、その信頼性にバラツキが存在するため、蛍光探傷等による全数検査、或いは鋳造して得られたアルミニウム鋳造品に表面加工を施して最終製品とすることが行われており、アルミニウム製品のコストアップを招いていた。
【0005】
【背景技術】
かかる従来のアルミニウム鋳造方法では解消することが至難であった、アルミニウムの溶湯表面の酸化被膜に起因して発生する鋳造品の湯ジワ等を解消した技術として特開2000−280063号がある。
上記技術は、窒素ガスとマグネシウムガスとを反応させ、マグネシウム窒素化合物を生成し、マグネシウム窒素化合物を成形型表面に析出させた状態で溶湯を導入し、金属表面の酸化皮膜を還元して、アルミニウム溶湯の表面張力を低減させて、その流動性、成形型との濡れ性(=溶湯の表面張力を落として溶湯が広がりやすくなるようにし、成形型との密着性を向上させる)の向上を図り、よって、溶湯の流動性、湯周り性を改善でき、湯周り性確保のための保温、断熱離型剤の低減、廃止が可能であり、安価で高品質なアルミニウム鋳造法を提供するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記技術によれば、マグネシウム窒素化合物(還元性化合物)を成形型から離れた位置に配置した加熱炉内で生成させ、このマグネシウム窒素化合物を窒素ガスを用いて成形型のキャビティ内に導入するようにしているが、その距離が長いと、マグネシウム窒素化合物が配管内の表面に析出、堆積してしまい、配管が詰まりやすくなってしまうという課題がある。
そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、配管内の詰まりを防止できる鋳造方法および鋳造装置を提供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる還元鋳造方法によれば、成形型のキャビティ表面に還元性化合物を生成させ、キャビティ内に充填された溶湯の表面の金属酸化膜を前記還元性化合物により還元する鋳造方法において、前記成形型の直前に、金属ガスと該金属ガスと反応して前記還元性化合物を生成する反応性ガスとを反応させる反応チャンバを配置し、該反応チャンバで生成した前記還元性化合物を前記キャビティ内に導入してキャビティ表面に還元性化合物を生成させ、しかる後にキャビテイ内に溶湯を充填することを特徴としている。
このように、反応チャンバ(加熱炉)を成形型の直前に配置したから、還元性化合物による配管(導入路)の詰まりが極力防止される。また、還元性化合物が高温状態のまま、より活性化した状態でキャビティ内に導入されるので、溶湯との反応性が向上する。
【0008】
前記反応チャンバ内で生成した還元性化合物を前記反応性ガスにより前記キャビティ内に導入するようにすることができる。
あるいは、別途、前記反応チャンバ内で生成した前記還元性化合物を前記金属ガスを発生させる金属とは反応しないキャリアガスにより前記キャビティ内に導入するようにすることもできる。
前記金属ガスにマグネシウムガスを、前記反応性ガスに窒素ガスを用いることにより、生成したマグネシウム窒素化合物により、アルミニウム溶湯の表面の酸化皮膜を還元して消失させて、アルミニウム溶湯の流動性を高めることができ、湯ジワ、湯境、微少な未充填、引け等の欠陥をなくし、高品質のアルミニウム鋳造品を得ることができる。
前記キャリアガスにはアルゴンガスを好適に用いることができる。
【0009】
また、反応チャンバとは別途設けた金属ガス発生装置により前記金属ガスを発生させ、この金属ガスを前記反応チャンバ内に送り込むようにしてもよい。
この場合、大型の金属ガス発生装置とし、この金属ガス発生装置で発生した金属ガスを複数の反応チャンバに分配することにより、複数の成形型を効率よく作動させることができる。
またこの場合、反応チャンバの壁面温度を400℃以上に維持することにより、還元性化合物が高温の状態のまま、より活性化した状態でキャビティ内に導入されるので、溶湯との反応性が向上する。
【0010】
また本発明に係る鋳造装置では、成形型のキャビティ表面に還元性化合物を生成させ、キャビティ内に充填された溶湯の表面の金属酸化膜を前記還元性化合物により還元する鋳造装置において、前記成形型の直前に、金属ガスと該金属ガスと反応して前記還元性化合物を生成する反応性ガスとを反応させる反応チャンバを成形型と一体的に配置し、該反応チャンバと前記成形型とをバルブを介して連通させたことを特徴としている。
このように、反応チャンバ(加熱炉)を成形型の直前に配置したから、還元性化合物による配管(導入路)の詰まりが極力防止される。また、還元性化合物が高温状態のまま、より活性化した状態でキャビティ内に導入されるので、溶湯との反応性が向上する。
【0011】
前記反応チャンバに、前記金属ガスを発生させるための金属粉末を導入する第1の導入路と、前記反応性ガスを導入する第2の導入路とを設けるとよい。
また、前記反応チャンバに、前記金属ガスを発生させる金属とは反応しないキャリアガスを導入する第3の導入路を設けることができる。
【0012】
前記反応チャンバにて発生した還元性化合物をキャビティ内に導入するための連通路を、前記キャビティの溶湯を導入する湯口またはキャビティの直前に接続することができる。このようにすることで、溶湯がキャビティ12aに導入される直前に還元性化合物と接触してキャビティ内に導入されるので、キャビティ内での溶湯の流動性が向上する。
また、前記反応チャンバを前記成形型の上部に一体的に設けるようにすることができる。
【0013】
反応チャンバとは別途、金属ガス発生装置を設け、該金属ガス発生装置を前記反応チャンバに接続するようにしてもよい。
この場合、反応チャンバの外周壁にヒーターを設けて、反応チャンバの壁面温度を400℃以上に維持すると好適である。
尚、本発明において「アルミニウム」と言う場合は、純粋なアルミニウムは勿論のこと、アルミニウムを基材に、例えば、シリコン、マグネシウム、銅、ニッケル、錫等を含有するアルミニウム合金も含む。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
鋳造装置の一例を図1に示す。12は成形型、28は反応チャンバたる加熱炉である。
加熱炉28には、配管22によって窒素ガスボンベ20と接続され、バルブ24を開放することにより、加熱炉28内に反応性ガスとしての窒素ガスが注入される。
また、アルゴンガスボンベ25は、配管26によって加熱炉28に接続されており、バルブ30を開放することによって加熱炉28内にアルゴンガスを注入できる。この加熱炉28内は、ヒータによって加熱可能に形成されており、炉内温度は、後述する金属ガスとしての気体状のマグネシウム(マグネシウムガス)を発生させるべく、マグネシウム粉末が昇華する800℃以上にされている。
【0015】
かかるアルゴンガスボンベ25は、バルブ33が介装された配管34によって、マグネシウム粉末(金属粉末)が収容されているタンク36に接続され、タンク36は配管38によって、バルブ30よりも下流側の配管26に接続されている。この配管38にもバルブ40が介装されている。
加熱炉28は、配管42およびバルブ45を介して成形型12のキャビティ12a(図3)に接続している。
【0016】
加熱炉28の一例を図2に示す。
50は断熱材で形成され、上面が開放された外ケーシングである。外ケーシング50内には外方に伸びるフランジ51を有し、上面が開放された炉本体52が配置されている。炉本体52は耐熱材で形成されている。
炉本体52を覆って、耐熱材で形成された蓋体54が、耐熱性を有する材料で形成されたボルト55によってフランジ51に固定されている。蓋体54とフランジ51との間にはメタルシール56が介在されている。
炉本体52と外ケーシング50との間の空間内には前記ヒータ32が配設され、炉本体52内を加熱可能になっている。
【0017】
蓋体54には、炉本体52内に開口する4つの開口部58、59、60(1つは不図示)が設けられている。これら開口部58、59、60は蓋体54の上面側が大径となるテーパ孔に形成されている。
前記配管26には、継手61を介して導入管62(導入路)が接続され、導入管62は開口部58を挿通して炉本体52内に進入し、その下端が炉本体52の内底面近傍に開口している。導入管62と開口部58内壁面との管の隙間はメタルシール64でシールされている。
【0018】
前記配管22には、継手71を介して導入管72(導入路)が接続され、導入管72は前記図示しない開口部を挿通して炉本体52内に進入し、その下端が炉本体52の内底面近傍に開口している。導入管72と開口部内壁面との間の隙間も図示しないメタルシールでシールされている。
65は熱電対であり、開口部59を通じて先端が炉本体52内に進入し、炉本体52内の温度を検出しうるようになっている。熱電対65と開口部59との間の隙間もメタルシール66によってシールされている。
【0019】
前記配管42には、継手68を介して送出管69(送出路)が接続され、この送出管69は開口部60を挿通し、その先端が炉本体52の上部空間に開口している。送出管69と開口部60との間の隙間もメタルシール70によってシールされている。45はバルブである。
配管42は成形型12のキャビティ12aに連通されている。
図示のように、加熱炉28と成形型12とは極力近接して、すなわち、成形型12の直前に位置して加熱炉28が配置されることによって、配管42や送出管69が極力その長さが短くなるように設定されている。
【0020】
74は断熱材で形成されたカバーであり、蓋体54、ボルト55、メタルシール64、66、70、導入管62の基部、熱電対65の基部、送出管69の基部等を覆うように設けられている。
76も断熱材で形成されたカバーであり、送出管69、継手68、配管42、バルブ45の露出部をさらに覆うようにしている。
これにより、蓋体54側から炉本体52内の熱が逃げるのを防止している。
【0021】
特に、送出管69や配管42の保温が不充分であると、せっかく生成したマグネシウム窒素化合物が、送出管69や配管42内壁等に付着し、これら配管が詰まるおそれがあるが、上記のように、送出管69や配管42の長さを極力短くすること、またカバー76でさらにこれらの露出部を覆うことによって、詰まりを極力解消することができた。
【0022】
次に、成形型12の一例を図3に示す。
成形型12は、アルミニウム溶湯がキャビティ12a内に注湯される溶湯注入孔11を構成する湯注入口11a内に、ほぞ16が上下方向に移動可能に挿入される。この湯注入口11aとキャビティ12aとは湯注入路11bによって連通されており、湯注入口11aから注入された溶湯は、湯注入路11bを通過してキャビティ12a内に注入される。かかる湯注入路11bの途中には、気体状の還元性化合物(マグネシウム窒素化合物)の注入孔44aが接続されている。この注入孔44aに、前記配管42が接続されるのである。
【0023】
さらに、成形型12には、キャビティ12aを挟んでヘッダ23a,23bが形成されており、減圧孔17aがヘッダ23a,23bに接続されている。かかるヘッダ23a,23bとキャビティ12aとは、図3(b)に示す通路15,15・・によって連結されている。
【0024】
図1に示す鋳造装置10によってアルミニウム鋳造を行う際には、先ず、バルブ24、45を開放し、窒素ガスボンベ20から配管22、配管42を経て加熱炉28内、および成形型12のキャビティ12a内に窒素ガスを注入し、加熱炉28内、キャビティ12a内の空気を窒素ガスによってパージする。キャビティ12a内の空気は減圧孔17aから排出され、キャビティ12a内を窒素ガス雰囲気とし、実質的に非酸素雰囲気とすることができる。その後、バルブ24、45を一旦閉じる。
キャビティ12a内は減圧孔17aを介して図示しない真空装置により吸引して減圧状態としておくのが好ましい。なお減圧孔17aに接続される配管(図示せず)にはバルブを設けておく。
【0025】
なお、バルブ30を開放して加熱炉28内やキャビティ12a内をアルゴンガスによってパージしてもよい。
次いで、バルブ30を閉じ、バルブ33、40、45を開放し、アルゴンガス圧によりタンク36内のマグネシウム粉末をアルゴンガスと共に加熱炉28内に送り込む。同時に、バルブ24を開放し、窒素ガスを加熱炉28内に送り込む。加熱炉28は、ヒータ32によりマグネシウム粉末が昇華する800℃以上の炉内温度になるように加熱されている。このため、加熱炉28に送り込まれたマグネシウム粉末は昇華してマグネシウムガスとなり、窒素ガスと反応してマグネシウム窒素化合物(還元性化合物、Mg3N2)が生成される。このマグネシウム窒素化合物は、キャリアガスとしてのアルゴンガスと共にキャビティ12a内に送り込まれ、キャビティ12a内壁面に粉体として析出する。
【0026】
キャビティ12aの内壁面にマグネシウム窒素化合物が付着した状態で、ほぞ16を引き上げ、注湯槽(図示せず)中のアルミニウム溶湯をキャビティ12a内に注入する。
キャビティ12a内に注湯されたアルミニウム溶湯は、キャビティ12aの内壁面に付着しているマグネシウム窒素化合物と接触し、マグネシウム窒素化合物がアルミニウムの溶湯表面の酸化被膜から酸素を奪うことによって、アルミニウムの溶湯表面が純粋なアルミニウムに還元される。
また、キャビティ12a内に残存する酸素、或いはアルミニウム溶湯内に混入されている酸素は、マグネシウム窒素化合物と反応し酸化マグネシウム又は水酸化マグネシウムとなって溶湯中に取り込まれる。この様にして生成される酸化マグネシウム等は少量であり、且つ安定な化合物であるため、得られるアルミニウム鋳造品の品質に悪影響は与えない。
【0027】
この様に、マグネシウム窒素化合物がアルミニウムの溶湯表面の酸化皮膜から酸素を奪いとって純粋なアルミニウムを形成するため、溶湯表面に酸化皮膜を形成することなく鋳造できる。このため、鋳造工程中にアルミニウム溶湯の表面張力が酸化皮膜によって増大することを防止でき、アルミニウム溶湯の濡れ性、流動性、湯周り性を良好にできる。その結果、キャビティ12aの内壁面の転写性(平滑性)に優れ、且つ湯ジワ等が生じない良好なアルミニウム鋳造品を得ることができる。
【0028】
本実施の形態においては、成形型12のキャビティ12aの表面に付着したマグネシウム窒素化合物が還元性を有していることが必要である。通常、成形型12を形成する金属材は、キャビティ12a内で生成されるマグネシウム窒素化合物に対し、アルミニウム鋳造工程の温度範囲では非反応性である。
しかるに、キャビティ12aの内壁面に、アルミニウム鋳造の際に、キャビティの内壁面の処理として一般に用いられている酸化物系の断熱剤又は離型剤を、キャビティ12aの内壁面に塗布すると、マグネシウム窒素化合物は断熱剤等の酸素基と反応して還元機能を喪失する。このため、キャビティ12aの内壁面を、マグネシウム窒素化合物等の還元性化合物と非反応性の材料で形成することが必要である。
したがって、成形型12のキャビティ12aの内壁面を被覆する場合には、黒鉛等の非酸化物系の材料によって被覆することが好ましい。また、キャビティ12の内壁面に熱処理(四酸化鉄の形成処理)又は窒化処理等の処理を施したものであっても使用できる。
【0029】
これまでの説明では、アルゴンガスをキャリアガスとして用いたが、反応性ガスである窒素ガスそのものをキャリアガスとして用いてもよい。
すなわち、図1において、アルゴンガスボンベ25を用いず、このアルゴンガスボンベ25の位置に窒素ガスボンベ20を配置するのである。配管22やバルブ24等は不要となる。
まず、加熱炉28内およびキャビティ12a内を窒素ガスでパージし、次いで窒素ガスをキャリアガスおよび反応性ガスとしてマグネシウム粉末と共に加熱炉28内に供給するようにすればよい。
【0030】
図4はさらに他の実施の形態を示す。
先の実施の形態と同一の部材は同一の符号を付している。
本実施の形態では加熱炉28と成形型12とをさらに接近させて設けている。すなわち、前記配管42に代わる連通路44bを炉本体52のフランジ51に設けて側壁に開口させている。この連通路44bを成形型12の前記注入口44aに直接接続するのである。バルブ45は成形型12側に配設した。
このようにすることで、保温性がより確保されるから、マグネシウム窒素化合物の連通路44b内等での詰まりを確実に解消できる。
【0031】
上記実施の形態に示す鋳造装置は、重力鋳造法によってアルミニウム鋳造をおこなっているが、本発明は従来から実施されているアルミニウム鋳造方法に適用できる。例えば、図5に示す鋳造装置は、加圧鋳造方法によってアルミウム鋳造を行っているものである。図5に示す鋳造装置では、成形型12を上成形型46と押圧成形型47とによって構成している。図5に示す成形型12は、図3に示した重力鋳造法に用いる成形型とくらべて気密性が高いものとなっている。
この図5に示す鋳造装置10では、真空ポンプ49を配管48を介してキャビティ12aに接続している。配管48にはバルブ53を設けている。また成形型12の内外を配管57によって接続し、配管57にバルブ63を設けている。
【0032】
図5に示す鋳造装置10を使用して鋳造する場合は、先ず、バルブ63を閉じてバルブ53を開放して真空ポンプ49を駆動し、成形型12のキャビティ12a内を減圧する。かかる減圧によって、キャビティ12a内を実質的に非酸素雰囲気とすることができる。
次いで前記と同様にして、バルブ30を開放して窒素ガスボンベ20から加熱炉28に窒素ガスを注入した後、バルブ33を開放してタンク36からマグネシウム粉末および窒素ガスを加熱炉28に送り込んでマグネシウム粉末を昇華させ、窒素ガスと反応させてマグネシウム窒素化合物を生成させる。
【0033】
この生成したマグネシウム窒素化合物を窒素ガスをキャリアガスとしてキャビティ12a内に送り込み、キャビティ12a内壁にマグネシウム窒素化合物を析出させる。
この様に、キャビティ12aの内壁面にマグネシウム窒素化合物の粉体が付着した状態で、押圧成形型51を押し上げることによってアルミニウム溶湯がキャビティ12aに注入される。
この際、キャビティ12aの内壁面にはマグネシウム窒素化合物が付着しているため、前述したと同様の作用によってアルミニウムの溶湯表面に酸化被膜が形成されることを防止して鋳造できる。その結果、良好な品質のアルミニウム鋳造品を得ることができる。
本実施の形態でも、図2あるいは図4に示すのと同様に、加熱炉28と成形型12とを接近させて配置するのである。
【0034】
なお図5に示す成形型12では、キャビティ12aの内壁面を熱処理して四酸化鉄から成る処理膜12bを形成している。四酸化鉄は、マグネシウム窒素化合物との反応性を有しないため、処理膜12bによってマグネシウム窒素化合物の還元機能は損なわれない。
かかるキャビティ12aの内壁面の処理としては、窒化処理も挙げることができる。
また、図5に示す鋳造装置10では、アルミニウム溶湯の注入の際或いは加圧鋳造の際には、バルブ63を開放することによって、アルミニウム溶湯の注入を容易とすることができる。
【0035】
図6は、反応チャンバ28とは別途金属ガス発生装置100を設けた例を示す。
金属ガス発生装置100は、図1に示す加熱炉(反応チャンバ)28において、
反応性ガス(窒素ガス)供給部(窒素ガスボンベ20、配管22、バルブ24等)を取り去ったものである。配管26からアルゴンガス(キャリアガス)によって、金属粉末(マグネシウム粉末)が金属ガス発生装置100内に供給される。そしてヒーター32aによって、金属ガス発生装置100内が800℃以上の温度に加熱され、金属粉末(マグネシウム粉末)が昇華され、金属ガスが発生する。金属ガス発生装置100は図示しない断熱壁によって断熱が図られている。
【0036】
発生した金属ガスは配管102を通じて加熱炉28内に供給される。金属ガスの温度が低下しないように、この配管102内をヒーター104によって加熱すると好適である。
一方加熱炉28内には、配管22を通じて反応性ガス(窒素ガス)が供給される。金属ガスと反応性ガスとがぶつかり合うように、加熱炉28内への配管102と配管22との開口端が互いに対向するように両管を配管するとよい。
加熱炉28は、好ましくはヒーター32によって、壁面温度(加熱炉の内壁面温度)が400℃以上となるように維持すると好適である。また図示しない断熱壁によって、加熱炉の断熱を図るとよい。
【0037】
このようにして両ガスが加熱炉28内に供給され、両ガスが反応して還元性化合物(マグネシウム窒素化合物)が生成される。
ヒーター32によって、加熱炉28内が高温に維持されることにより、両ガスの反応性が高くなり(反応速度が大きくなる)、また生成した還元性化合物が高温の状態のまま、より活性化した状態でキャビティ12a内に導入されるので、溶湯との反応性が向上する。
加熱炉28は、キャビティ12aにより近い成形型12の上部に直接設けるのが好ましい。加熱炉28は短い連通炉106を通じて湯注入口(湯口)もしくはキャビティ12aの直前に接続されている。このようにすることで、溶湯がキャビティ12aに導入される直前に還元性化合物と接触してキャビティ内に導入されるので、キャビティ内での溶湯の流動性が向上する。
【0038】
本実施の形態では、金属ガス発生装置100を反応チャンバとは別個設けたので、金属ガス発生装置100を比較的大型のものにして、発生した金属ガスを複数の反応チャンバ28(したがって、複数の成形型)に分配するようにすることができる。したがって1台の金属ガス発生装置100で複数基の成形型に対応でき、各判反応チャンバを小型のものにすることができる。
なお、金属ガス発生装置100には、図示の例では金属粉末が供給されるようになっているが、ブロック状、あるいは粒状の金属を供給するようにしてもよい。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、配管(連通路)内に還元性化合物(マグネシウム窒素化合物)が堆積しにくくなり、還元性化合物の安定した供給を行うことができる。また、還元性化合物が高温状態のまま、より活性化した状態でキャビティ内に導入されるので、溶湯との反応性が向上する。
成形型と一体的に反応チャンバ(加熱炉)があることによって、装置自体がコンパクトになり、場所をとらない。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋳造装置の一例を示す概略図である。
【図2】反応チャンバの一例を示す断面図である。
【図3】成形型の一例を示す断面図である。
【図4】反応チャンバと成形型の他の接続例を示す説明図である。
【図5】他の鋳造方法で採用する鋳造装置を示す概略図である。
【図6】金属ガス発生装置を反応チャンバとは別途設けた例を示す説明図である。
【符号の説明】
10 鋳造装置
12 成形型
12a キャビティ
12b 処理膜
17a 減圧孔
20 窒素ガスボンベ
25 アルゴンガスボンベ
28 加熱炉(反応チャンバ)
32 ヒータ
36 タンク
44a 注入孔
44b 連通路
100 金属ガス発生装置
106 連通路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a casting method and a casting apparatus.
[0002]
[Prior art]
Aluminum casting methods include gravity casting (GDC), low pressure casting (LPDC), die casting (DC), squeeze (SC), and thixomolding. In each of these casting methods, a molten aluminum is poured into a cavity of a mold to perform casting.
In general, aluminum or an alloy thereof has a property of easily forming an oxide film. Therefore, in the aluminum casting process, an oxide film is easily formed on the surface of a molten aluminum. As a result, the surface tension of the molten aluminum increases, and the fluidity, melting and welding properties of the molten aluminum decrease, and various casting defects occur. For this reason, various improvements and techniques have been studied regarding the use of a mold coating agent, a method for injecting a molten metal into a mold, and an injection speed and pressure for injecting the molten metal.
[0003]
For example, in the area of GDC or LPDC, a method of applying an adiabatic release agent, a method of arranging a gate, and the like in a GDC or LPDC region as a countermeasure against a molten metal run-out due to the growth of an oxide film formed on a molten metal surface, a hot water wrinkle, a hot water boundary, and the like. In addition, in the DC region, high-pressure short-time filling is performed by the filling speed, pressure, gate arrangement, overflow taking, etc. of the aluminum melt in the DC area. ing. In the area of SC or the like, the oxide film on the surface of the molten aluminum is forcibly destroyed and fused by applying high pressure in the area of GDC.
[0004]
However, the conventional aluminum casting method has advantages and disadvantages, and in particular, it is extremely difficult to eliminate hot water wrinkles, hot water boundaries and minute unfilling that occur in cast products due to the oxide film on the surface of the molten aluminum. there were. For this reason, among aluminum castings, aluminum products that are problematic in surface stress, notch, etc., especially aluminum structures used in aircraft, automobiles, etc., have variations in reliability, and therefore,
[0005]
[Background Art]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-280063 discloses a technique for eliminating a wrinkle or the like of a cast product caused by an oxide film on the surface of a molten aluminum, which was difficult to solve by such a conventional aluminum casting method.
The above technology reacts nitrogen gas and magnesium gas to generate a magnesium nitrogen compound, introduces a molten metal in a state where the magnesium nitrogen compound is deposited on the surface of the mold, reduces an oxide film on the metal surface, The surface tension of the molten metal is reduced to improve its fluidity and wettability with the mold (= reducing the surface tension of the molten metal to make it easier to spread and improve the adhesion to the mold). Therefore, it is possible to improve the fluidity of the molten metal and the flowability of the molten metal, and to keep the heat for ensuring the flowability of the molten metal, reduce and eliminate the heat-insulating mold release agent, and provide an inexpensive and high-quality aluminum casting method. is there.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
According to the above technique, a magnesium nitrogen compound (reducing compound) is generated in a heating furnace arranged at a position distant from the mold, and the magnesium nitrogen compound is introduced into a cavity of the mold using nitrogen gas. However, if the distance is long, there is a problem that the magnesium nitrogen compound precipitates and accumulates on the surface in the pipe, and the pipe is easily clogged.
Then, this invention is made in order to solve the said subject, and it aims at providing the casting method and casting apparatus which can prevent the clogging in piping.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the reduction casting method according to the present invention, in a casting method in which a reducing compound is generated on a cavity surface of a mold and a metal oxide film on a surface of a molten metal filled in the cavity is reduced by the reducing compound, Immediately before the mold, a reaction chamber for reacting a metal gas and a reactive gas that reacts with the metal gas to generate the reducing compound is disposed, and the reducing compound generated in the reaction chamber is placed in the cavity. To form a reducing compound on the surface of the cavity, and then fill the cavity with a molten metal.
As described above, since the reaction chamber (heating furnace) is disposed immediately before the mold, clogging of the pipe (introduction path) by the reducing compound is prevented as much as possible. In addition, since the reducing compound is introduced into the cavity in a more activated state in a high temperature state, the reactivity with the molten metal is improved.
[0008]
The reducing compound generated in the reaction chamber may be introduced into the cavity by the reactive gas.
Alternatively, the reducing compound generated in the reaction chamber may be separately introduced into the cavity by a carrier gas that does not react with the metal that generates the metal gas.
By using magnesium gas for the metal gas and nitrogen gas for the reactive gas, the generated magnesium nitrogen compound reduces and eliminates the oxide film on the surface of the aluminum melt, thereby increasing the fluidity of the aluminum melt. This makes it possible to eliminate defects such as hot water wrinkles, hot water borders, minute unfilling and shrinkage, and to obtain a high-quality aluminum casting.
Argon gas can be suitably used as the carrier gas.
[0009]
Also, the metal gas may be generated by a metal gas generator provided separately from the reaction chamber, and the metal gas may be sent into the reaction chamber.
In this case, a large metal gas generator is used, and the metal gas generated by the metal gas generator is distributed to a plurality of reaction chambers, so that a plurality of molds can be operated efficiently.
Further, in this case, by maintaining the wall temperature of the reaction chamber at 400 ° C. or higher, the reducing compound is introduced into the cavity in a more activated state while maintaining a high temperature state, so that the reactivity with the molten metal is improved. I do.
[0010]
Further, in the casting apparatus according to the present invention, in the casting apparatus, a reducing compound is generated on a cavity surface of a mold, and a metal oxide film on a surface of a molten metal filled in the cavity is reduced by the reducing compound. Immediately before, a reaction chamber for reacting a metal gas with a reactive gas that reacts with the metal gas to generate the reducing compound is disposed integrally with a mold, and a valve is provided between the reaction chamber and the mold. It is characterized in that it is communicated via a.
As described above, since the reaction chamber (heating furnace) is disposed immediately before the mold, clogging of the pipe (introduction path) by the reducing compound is prevented as much as possible. In addition, since the reducing compound is introduced into the cavity in a more activated state in a high temperature state, the reactivity with the molten metal is improved.
[0011]
The reaction chamber may be provided with a first introduction path for introducing a metal powder for generating the metal gas and a second introduction path for introducing the reactive gas.
Further, a third introduction path for introducing a carrier gas which does not react with the metal for generating the metal gas can be provided in the reaction chamber.
[0012]
A communication passage for introducing the reducing compound generated in the reaction chamber into the cavity may be connected to a gate or a position immediately before the cavity where the molten metal in the cavity is introduced. By doing so, the molten metal comes into contact with the reducing compound immediately before being introduced into the
Further, the reaction chamber may be integrally provided on an upper portion of the mold.
[0013]
A metal gas generator may be provided separately from the reaction chamber, and the metal gas generator may be connected to the reaction chamber.
In this case, it is preferable to provide a heater on the outer peripheral wall of the reaction chamber to maintain the temperature of the wall surface of the reaction chamber at 400 ° C. or higher.
In the present invention, the term “aluminum” includes not only pure aluminum but also an aluminum alloy containing aluminum as a base material, for example, silicon, magnesium, copper, nickel, tin, or the like.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an example of a casting apparatus.
The
The
[0015]
The
The
[0016]
FIG. 2 shows an example of the
50 is an outer casing formed of a heat insulating material and having an open upper surface. Inside the
A
The
[0017]
The
An introduction pipe 62 (introduction path) is connected to the
[0018]
An introduction pipe 72 (introduction path) is connected to the
[0019]
A delivery pipe 69 (delivery path) is connected to the
The
As shown in the drawing, the
[0020]
This prevents the heat in the furnace
[0021]
In particular, if the heat retention of the
[0022]
Next, an example of the molding die 12 is shown in FIG.
The molding die 12 has a
[0023]
Further,
[0024]
When performing aluminum casting by the
It is preferable that the inside of the
[0025]
The
Next, the
[0026]
With the magnesium nitrogen compound adhered to the inner wall surface of the
The molten aluminum poured into the
Oxygen remaining in the
[0027]
As described above, since the magnesium nitrogen compound removes oxygen from the oxide film on the surface of the molten aluminum to form pure aluminum, casting can be performed without forming an oxide film on the surface of the molten metal. For this reason, it is possible to prevent the surface tension of the molten aluminum from increasing due to the oxide film during the casting process, and it is possible to improve the wettability, fluidity, and flowability of the molten aluminum. As a result, it is possible to obtain a good aluminum casting having excellent transferability (smoothness) of the inner wall surface of the
[0028]
In the present embodiment, it is necessary that the magnesium nitrogen compound attached to the surface of the
However, when an oxide-based heat-insulating agent or release agent, which is generally used as a treatment of the inner wall surface of the cavity, is applied to the inner wall surface of the
Therefore, when coating the inner wall surface of the
[0029]
In the above description, argon gas is used as the carrier gas, but nitrogen gas itself, which is a reactive gas, may be used as the carrier gas.
That is, in FIG. 1, the
First, the inside of the
[0030]
FIG. 4 shows still another embodiment.
The same members as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals.
In the present embodiment, the
By doing so, the heat retention is further secured, so that the clogging of the magnesium nitrogen compound in the communication passage 44b or the like can be surely eliminated.
[0031]
Although the casting apparatus described in the above embodiment performs aluminum casting by gravity casting, the present invention can be applied to a conventionally practiced aluminum casting method. For example, the casting apparatus shown in FIG. 5 performs aluminum casting by a pressure casting method. In the casting apparatus shown in FIG. 5, the molding die 12 is composed of an upper molding die 46 and a pressing molding die 47. The molding die 12 shown in FIG. 5 has higher airtightness than the molding die used in the gravity casting method shown in FIG.
In the
[0032]
In the case of casting using the
Next, in the same manner as above, the
[0033]
The generated magnesium nitrogen compound is fed into the
In this manner, the molten aluminum is injected into the
At this time, since the magnesium nitrogen compound adheres to the inner wall surface of the
Also in the present embodiment, the
[0034]
In the molding die 12 shown in FIG. 5, the inner wall surface of the
As the treatment of the inner wall surface of the
Further, in the
[0035]
FIG. 6 shows an example in which a
The
The reactive gas (nitrogen gas) supply unit (
[0036]
The generated metal gas is supplied into the
On the other hand, a reactive gas (nitrogen gas) is supplied into the
The
[0037]
Thus, both gases are supplied into the
By maintaining the inside of the
The
[0038]
In the present embodiment, since the
Although the metal powder is supplied to the
[0039]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes difficult for a reducing compound (magnesium nitrogen compound) to deposit in a piping (communication path), and stable supply of a reducing compound can be performed. In addition, since the reducing compound is introduced into the cavity in a more activated state in a high temperature state, the reactivity with the molten metal is improved.
The presence of the reaction chamber (heating furnace) integrated with the mold makes the apparatus itself compact and takes up little space.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a casting apparatus.
FIG. 2 is a sectional view showing an example of a reaction chamber.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of a molding die.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing another connection example of the reaction chamber and the mold.
FIG. 5 is a schematic view showing a casting apparatus used in another casting method.
FIG. 6 is an explanatory view showing an example in which a metal gas generator is provided separately from a reaction chamber.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
32
Claims (16)
前記成形型の直前に、金属ガスと該金属ガスと反応して前記還元性化合物を生成する反応性ガスとを反応させる反応チャンバを配置し、該反応チャンバで生成した前記還元性化合物を前記キャビティ内に導入してキャビティ表面に還元性化合物を生成させ、しかる後にキャビテイ内に溶湯を充填することを特徴とする還元鋳造方法。In a casting method, a reducing compound is generated on a cavity surface of a mold, and a metal oxide film on a surface of a molten metal filled in the cavity is reduced by the reducing compound.
Immediately before the mold, a reaction chamber for reacting a metal gas and a reactive gas that reacts with the metal gas to generate the reducing compound is disposed, and the reducing compound generated in the reaction chamber is placed in the cavity. A reducing compound produced on the surface of the cavity by introducing the molten metal into the cavity, and then filling the cavity with the molten metal.
前記成形型の直前に、金属ガスと該金属ガスと反応して前記還元性化合物を生成する反応性ガスとを反応させる反応チャンバを成形型と一体的に配置し、該反応チャンバと前記成形型とをバルブを介して連通させたことを特徴とする鋳造装置。In a casting apparatus that generates a reducing compound on the cavity surface of the mold and reduces the metal oxide film on the surface of the molten metal filled in the cavity by the reducing compound,
Immediately before the mold, a reaction chamber for reacting a metal gas and a reactive gas that reacts with the metal gas to generate the reducing compound is disposed integrally with the mold, and the reaction chamber and the mold are provided. And a valve, which are connected via a valve.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001021289A JP3600797B2 (en) | 2000-05-10 | 2001-01-30 | Reduction casting method and casting apparatus used therefor |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000-137802 | 2000-05-10 | ||
JP2000137802 | 2000-05-10 | ||
JP2001021289A JP3600797B2 (en) | 2000-05-10 | 2001-01-30 | Reduction casting method and casting apparatus used therefor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002028770A JP2002028770A (en) | 2002-01-29 |
JP3600797B2 true JP3600797B2 (en) | 2004-12-15 |
Family
ID=26591640
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001021289A Expired - Fee Related JP3600797B2 (en) | 2000-05-10 | 2001-01-30 | Reduction casting method and casting apparatus used therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3600797B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4448630B2 (en) | 2001-08-03 | 2010-04-14 | 本田技研工業株式会社 | Aluminum casting method with casting mold |
GB2400339B (en) * | 2002-03-13 | 2005-06-29 | Honda Motor Co Ltd | Fine particle generating apparatus, casting apparatus and casting method |
-
2001
- 2001-01-30 JP JP2001021289A patent/JP3600797B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002028770A (en) | 2002-01-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2000280063A (en) | Aluminum casting method | |
JP3600797B2 (en) | Reduction casting method and casting apparatus used therefor | |
JP2002011561A (en) | Method and apparatus for producing light metal casting, particularly magnesium or magnesium alloy-made parts | |
JP3592196B2 (en) | Reduction casting method | |
JP3576460B2 (en) | Metal gas generator and casting apparatus using the same | |
JP3589614B2 (en) | Mold for reduction casting | |
JP3589615B2 (en) | Reduction casting method and reduction casting mold | |
JP3604343B2 (en) | Reduction casting method, aluminum casting method, reduction casting apparatus used therefor, and aluminum casting apparatus | |
JP3422969B2 (en) | Reduction casting method and aluminum casting method using the same | |
JP3592195B2 (en) | Reduction casting method and aluminum casting method using the same | |
JP3604375B2 (en) | Reduction casting method | |
US6802359B2 (en) | Reduction casting method | |
JP3604347B2 (en) | Reduction casting method | |
JP3887579B2 (en) | Metal gas generation method and metal gas generation apparatus in reduction casting method | |
JP3576490B2 (en) | Metal gas generator | |
JP3606848B2 (en) | Reduction casting method | |
JP2003053511A (en) | Reduction-casting method | |
JP4505159B2 (en) | Reduction casting method | |
JP2003053515A (en) | Reduction-casting method and reduction-casting apparatus | |
JP4290497B2 (en) | Reduction casting method and reduction casting apparatus | |
JP3481679B2 (en) | Low pressure casting method | |
JPS61207534A (en) | Manufacture of metal material reinforced with fiber |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040629 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040819 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040914 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040917 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070924 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080924 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080924 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090924 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100924 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100924 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110924 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120924 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130924 Year of fee payment: 9 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |