JP3714510B2

JP3714510B2 - Mold temperature control method for casting mold

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Publication number: JP3714510B2
Application number: JP01895298A
Authority: JP
Inventors: 勝安福; 東洋治向山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 2005-11-09
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋳造用金型の型温制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、鋳造用金型に溶湯を注湯し凝固させる金型鋳造においては、金型の型温制御が製品の高品質化のためにきわめて重要である。特に注湯開始時における金型の温度が重要であり、この温度が低いと、溶湯の湯回り不良等の鋳造欠陥が生じるおそれがある。
【０００３】
鋳造用金型の温度変動の特徴としては、注湯開始から製品取出完了までを１サイクルとしたとき、図８の特性線Ｓに示すように、１サイクルにおける金型の温度の変動巾がかなり大きい。具体的には、溶湯の注湯開始時には金型の温度が低くても、注湯直後には短時間のうちに金型の温度が急激に上昇する。そして、注湯完了直後に温度のピークを迎えた後、次回の注湯開始時まで金温の温度は低下する。鋳造サイクルの短縮化のために、金型を強制的に水冷している場合には、注湯完了後において金型の温度の低下も激しくなり、１サイクルにおける金型の温度の変動巾がかなり大きくなる。
【０００４】
しかも金型の温度は金型の熱電対などの温度センサにより検出されるものの、温度センサはキャビティ面近傍の温度を測定しているため、注湯が実行されると、温度センサはみかけ上の型温の上昇を検知し易い。そのため金型の全体の温度はあまり上昇していないものの、みかけ上の型温の上昇により制御回路はヒータをオフとする制御を行ってしまう。その結果、溶湯の湯回り不良等の鋳造欠陥が生じるおそれがある。
【０００５】
また、特開平１−２３７０７０号公報では、金型加熱用ヒータを、金型の温度が許容範囲内である場合と、許容下限値より低い場合とに分けて、制御方法を変えてコントロ−ルするとともに、冷却水の制御も並行して行う方法を開示している。この方法により、注湯開始時の金型の温度が許容下限値よりも低い場合には、速やかに許容下限値まで温度を昇温させ、鋳造不良を防ぐと同時に、サイクルタイムが長くなるのを防いでいる。
【０００６】
また従来より、何らかの事情により鋳造の操業を停止した場合には、金型の温度が大きく低下してしまうのを防止するため、バックアップ用の電気ヒータを設け、バックアップとして電気ヒータに通電することもある。この場合における出力制御方法としては、電気ヒータのＯＮーＯＦＦ制御、電気ヒータのＰＩＤ制御が一般的である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した公報技術（特開平１−２３７０７０号公報）では、注湯が許容される温度範囲はあまり広いものではなく、金型の型温が許容下限値まで昇温するのを待つと、鋳造のサイクルタイムは長くなる。鋳造のサイクルタイムが伸びるのを防ぐために許容温度幅を広げると、許容温度範囲内の下限値付近では、湯回り不良などの鋳造不良が起こるおそれが高くなる。
【０００８】
また電気ヒータをバックアップ用に使用する場合には、注湯開始時の型温の理想温度にヒータの設定温度を設定したとしても、ＯＮーＯＦＦ制御の場合は、設定温度に対するハンチングが大きくなる。ＰＩＤ制御の場合には、ＯＮーＯＦＦ制御と比較すると、設定温度に対してハンチングが少ないコントロ−ルが可能となる。しかしＰＩＤ制御の場合であっても、設定温度以下で注湯を開始した場合には、電気ヒータは注湯開始時には加熱出力状態に維持されているものの、注湯直後には温度が急激に上昇するため、温度センサはみかけ上の型温の上昇を検知し、金型全体としての熱量は充分ではないにもかかわらず、電気ヒータへの通電は極めて短時間でカットされてしまう。従って、注湯開始時において金型が設定温度よりもある範囲以上に低い温度で注湯した場合には、溶湯からの抜熱量が多く、湯廻り不良や、堰詰まり不良等の鋳造不良が発生し易くなる。
【０００９】
本発明は上記した実情に鑑みなされたものであり、注湯開始時の金型の型温が、金型の温度の測定信号を用いて鋳造用金型の型温制御を行なう温度よりも低い場合であっても、注湯を開始するのに有利な鋳造用金型の型温制御方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る鋳造用金型の型温制御方法は、鋳造用金型に付設されたヒータへの電力供給量を制御することで鋳造時における金型の温度を制御する鋳造用金型の型温制御方法であって、第１の比較温度、第１の比較温度より低い値に第２の比較温度、第２の比較温度より低い値に警報温度が設定されており、且つ、第１の比較温度と警報温度との間は複数の温度範囲に区切られており、
注湯開始時の金型の型温が第１の比較温度よりも高い場合には、型温の測定信号を用いて鋳造用金型のＰＩＤ温度制御を行い、
金型の型温が前記第１の比較温度より低く、第１の比較温度および第２の比較温度より低い値に設定されている警報温度よりも高い場合には、ＰＩＤ温度制御を停止し、ヒータに強制的に通電して金型を強制的に加熱し、
前記第２の比較温度より低い値に設定されている警報温度よりも金型の型温が低い場合には、注湯を行わない信号を出力し、
第１の比較温度と警報温度との間を区切る複数の温度範囲において、より低い温度範囲ほど前記ヒータによる強制加熱量を多くすることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る型温制御方法においては、第１の比較温度と警報温度との間を複数の温度範囲に区切り、より低い温度範囲ほどヒータによる強制加熱量を多くすることができる。これにより、金型の温度が低いほど、ヒータへの強制出力による金型への強制加熱量を増やす。そのため、金型のより細かい温度コントロ−ルに有利であり、鋳造不良が起こるおそれをより低くすることができる。
【００１２】
本発明に係る方法においては、鋳造用金型としては、低圧鋳造用金型、ダイカスト用金型、高圧鋳造用金型、重力鋳造用金型等の公知の金型を採用できる。本発明に係る金型に注湯される溶湯としては、アルミ合金などの軽合金系の溶湯を採用できるが、鉄系の溶湯であっても良い。
ヒータとは、金型の少なくとも一部を加熱できるものを意味する。ヒータによる加熱形態としては、誘導加熱、発熱加熱を採用でき、場合によってはバーナによる燃焼炎加熱を採用することもできる。
【００１３】
従ってヒータとしては誘導コイル、発熱線（カートリッジヒータ、巻き線ヒータ）等を採用できる。誘導コイルとしては一般的には高周波用コイルを用いるが、中周波用コイル、低周波用コイルでも良い。
ヒータによる金型の加熱形態としては、金型の全体を加熱する形態でも良いし、金型のうちの一部を加熱する形態でも良い。金型の一部としては、後述する適用例のように、鋳造キャビティに対する溶湯入口通路となる堰を形成する堰型部分を採用できる。誘導加熱の場合には、金型の一部を急速加熱するのに有利であり、燃焼式に比較して燃焼ガスの抑止にも有利である。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。本実施例はアルミ合金鋳物を低圧鋳造する低圧鋳造方法における金型の型温制御に適用した場合である。
本実施例の型温制御方法は、基本的にはＰＩＤ制御による金型の加熱を行いつつ、ＰＩＤ制御による金型の加熱では充分でないときに、つまり注湯開始時において金型の型温が低温のときには、ＰＩＤ制御を停止すると共に、金型の型温をパラメータとする金型への強制加熱を行う制御技術である。ＰＩＤ制御とは、比例動作と積分動作と微分動作とを併有する制御形態を意味する。
【００１５】
図１の左部は、上記した型温制御における各しきい値を示す。図１の左部から理解できるように、高温側から低温側に向かうにつれて、ヒータで加熱する金型の設定温度、比較温度１、比較温度２、比較温度３、比較温度４、警報温度の順に規定されている。ここで比較温度１は、本発明に係る第１の比較温度を意味する。比較温度２〜比較温度４は、本発明に係る第２の比較温度を意味する。
【００１６】
上記した設定温度は金型の型温の目標温度を考慮して設定されるものであり、例えば４００〜７００℃において所定の温度に設定できる。但し必ずしもこの温度範囲に限定されるものではない。
警報温度は金型の温度が過剰に低温のときに警報を報知するための温度であり、例えば、上記した設定温度よりも８０〜１５０℃（１００℃）低い温度にできるが、必ずしもこれに限定されるものではない。比較温度１、比較温度２、比較温度３、比較温度４はそれぞれ、設定温度と警報温度との間において適宜選択できる。
【００１７】
本実施例に係る基本的な制御としては、型温が設定温度になるようにヒータへの電力供給に対してＰＩＤ制御を行う。従って注湯開始時において、金型の型温が設定温度を越えるときには、ＰＩＤ制御による加熱制御が行われる（実際にはＰＩＤの信号によりヒータはオフとなる）。さらに、設定温度よりも低い比較温度１を金型の型温が高温側に越えるときにも、ヒータに対してＰＩＤ制御による加熱制御が行われる。
【００１８】
従って本実施例では、金型の型温が設定温度以下であるものの、このまま鋳造を行っても鋳造不良等の問題が基本的には発生しないと経験上判断されるときには、つまり、金型の型温が比較温度１を越えておれば、注湯を行う許容範囲の温度であるとみなし、ヒータに対してＰＩＤ制御による加熱制御を行う。
換言すれば、本実施例では許容範囲とは、設定温度以下であるものの、このまま鋳造を行っても鋳造不良等問題が基本的には発生しない金型の温度を意味する。
【００１９】
本実施例では、注湯開始時における金型の型温が許容範囲以下の場合であれば、ヒータに対して、予め設定された強制加熱処理のパターンに従い電力供給量を強制的に出力し、金型を強制加熱する。これによりサイクリックに鋳造を継続している時の金型の温度分布に金型の型温を近似させ、鋳造不良を回避、低減させる。
【００２０】
温度センサで測定した金型の型温とヒータによる金型の設定温度とを比較し、図１に示すように、測定した金型の型温が、設定温度＜金型の型温の関係であれば、金型の測定信号に基づいてＰＩＤ制御がヒータに対して実行される。なおＰＩＤ制御は加熱時間で制限しない。また図１に示すように、比較温度１＜金型の型温≦設定温度の関係であれば、同様に、型温の測定信号に基づいてＰＩＤ制御がヒータに対して実行される。
【００２１】
図１に示すように、測定した金型の型温が、比較温度２＜金型の型温≦比較温度１の関係であれば、ＰＩＤ制御よりも加熱量が大きい強制加熱処理Ｐ１をヒータに対して実行する。強制加熱処理Ｐ１の実行回数は、１回の注湯あたり１回を予定している。強制加熱処理Ｐ１の加熱時間はＴ１とし、強制加熱処理Ｐ１を行うまでの遅延時間をＤ１とする。
【００２２】
また図１に示すように、測定した金型の型温が、比較温度３＜金型の型温≦比較温度２の関係であれば、ヒータに対して強制加熱処理Ｐ２を実行する。強制加熱処理Ｐ２の実行回数は、１回の注湯あたり１回を予定している。強制加熱処理Ｐ２の加熱時間はＴ２とし、強制加熱処理Ｐ２を行うまでの遅延時間をＤ２とする。
【００２３】
測定した金型の型温が、比較温度４＜金型の型温≦比較温度３の関係であれば、ヒータに対して強制加熱処理Ｐ３を実行する。強制加熱処理Ｐ３の実行回数は、１回の注湯あたり１回を予定している。強制加熱処理Ｐ３の加熱時間はＴ３とし、強制加熱処理Ｐ３を行うまでの遅延時間をＤ３とする。
また図１に示すように、測定した金型の型温が、警報温度＜金型の型温≦比較温度４の関係であれば、ヒータに対して強制加熱処理Ｐ４を実行する。強制加熱処理Ｐ４の実行回数は、１回の注湯あたり１回を予定している。強制加熱処理Ｐ４の加熱時間はＴ４とし、強制加熱処理Ｐ４を行うまでの遅延時間をＤ４とする。
【００２４】
また図１に示すように、測定した金型の型温が、金型の型温≦警報温度の関係であれば、型温が過剰に低温であるため鋳造に不適当であり、従ってヒータへの出力をオフとするとともに、警報信号及び鋳造不可信号を出力し、注湯を停止する。
ここで強制加熱処理Ｐ１の強制出力量つまり強制加熱量は、ＰＩＤ制御による加熱量よりも大きい。
【００２５】
また、強制加熱処理Ｐ１〜Ｐ４の強制出力量、つまり強制加熱量を比較すると、図１（１）に示すように本実施例では、強制加熱処理Ｐ１≦強制加熱処理Ｐ２≦強制加熱処理Ｐ３≦強制加熱処理Ｐ４とされている。
上記した強制加熱処理Ｐ１〜Ｐ４による強制加熱量によって、金型は設定温度またはその設定温度付近に昇温するようになっている。
【００２６】
また本実施例では、強制加熱処理Ｐ１〜Ｐ４による加熱時間Ｔ１〜Ｔ４を比較すると、図１（２）に示すように加熱時間Ｔ１≦加熱時間Ｔ２≦加熱時間Ｔ３≦加熱時間Ｔ４とされている。
また本実施例では、所定の基準時刻（例えば注湯開始時刻または温度判定時刻など）から強制加熱処理Ｐ１〜Ｐ４を開始するまでの実質的な遅延時間Ｄ１〜Ｄ４を比較すると、遅延時間Ｄ１≧遅延時間Ｄ２≧遅延時間Ｄ３≧遅延時間Ｄ４とされている。なお遅延時間Ｄ４は金型の種類、注湯する溶湯量等の要因に応じて適宜選択するものの、例えばＤ４≧０秒にできる。
【００２７】
上記した強制加熱処理で金型に供給される強制加熱量と、各比較温度との関係の一例を、図２の特性線Ｘに示す。図２の特性線Ｘに示すように、金型の型温が低温側に移行するにつれて、強制加熱処理Ｐ１〜Ｐ４における強制加熱量を増大することが好ましい。
図３は本実施例に係る低圧鋳造工程における基本的な動作流れを示す。この低圧鋳造機は１ショット起動タイプのものであり、作業者が起動スイッチを操作することにより金型の型閉じ及び注湯が行われる。ステップＳ１では低圧鋳造機の起動スイッチがＯＮか判定する。起動スイッチがＯＮであれば、ステップＳ３で金型の型閉じを行い、ステップＳ５で溶湯貯留容器内のアルミ溶湯の液面をガス加圧して注湯を開始する。これにより金型の鋳造キャビティに溶湯が充填される。
【００２８】
ステップＳ７で溶湯貯留容器の排気を行い、これにより金型の鋳造キャビティ以外に装填されている余剰の溶湯を溶湯貯留容器内に戻す。ステップＳ９で金型の型開きを行い、ステップＳ１１で鋳造された製品の取り出しを行い、その後ステップＳ１にリターンする。ステップＳ１において起動スイッチがＯＮであれば、上記した操作を繰り返す。ＯＮでなければ、ステップＳ１からステップＳ１３に進み、鋳造を停止するストップ処理を行う。
【００２９】
図４及び図５は、金型を加熱するヒータへの電力供給量を制御する制御回路のＣＰＵが実行する加熱制御処理のフローチャートを示す。図４においてステップＳ１０２でレジスタなどを初期設定する。ステップＳ１０４でＰＩＤ制御におけるヒータの設定温度、強制加熱処理Ｐ１〜Ｐ４の諸条件を設定する。ステップＳ１０６で金型を加熱するヒータを起動させるヒータ起動スイッチがＯＮか否か判定する。ステップＳ１０６においてＮＯであれば、ステップＳ１０８でヒータに対する出力をオフとし、ステップＳ１１０でストップ処理を行い、終了する。
【００３０】
ステップＳ１０６においてＹＥＳであれば、ステップＳ１１８に進み、金型の測温部分の型温を検出する温度検出を行う。更にステップＳ１２０に進み、型温の測定信号に基づいてヒータに対してＰＩＤ制御を行う。これにより金型の温度が設定温度となるようにヒータへの電力供給量がＰＩＤ制御される。ステップＳ１２２で、注湯開始のためのトリガー信号ともなる金型の型閉じ信号を受け付けたか否か判定する。
【００３１】
受け付けておれば、ステップＳ１２４に進み、設定温度と金型の型温とを比較して、（設定温度＜金型の型温）の関係を満たすか否か判定する。ＹＥＳであれば、型温は適温領域またはそれに近い領域であるため、強制加熱処理を実行するまでもない。よってステップＳ１０６にリターンし、ステップＳ１１８、ステップＳ１２０を経て、型温の測定信号に基づいてヒータに対してＰＩＤ制御を続ける。
【００３２】
ステップＳ１２４で比較した結果がＮＯであれば、型温は低温気味である。よってステップＳ１２６に進み、比較温度１と金型の型温とを比較して、（比較温度１＜金型の型温）の関係を満たすか否か判定する。ＹＥＳであれば、ステップＳ１０６にリターンし、ステップＳ１１８、ステップＳ１２０を経て、型温の測定信号に基づいてヒータに対してＰＩＤ制御を続ける。
【００３３】
換言すれば、比較温度１は、ヒータに対してＰＩＤ制御による加熱を継続するか否かのしきい値となる。従って比較温度１は、ＰＩＤ制御による加熱を継続して良い許容範囲の下限値となる。
ステップＳ１２６で比較した結果がＮＯであれば、ステップＳ１２６からステップＳ１３０に進み、比較温度１よりも低温の比較温度２と金型の型温とを比較して、（比較温度２＜金型の型温）の関係を満たすか否か判定する。ＹＥＳであれば、ＰＩＤ制御で加熱するよりも加熱量が大きい強制加熱処理Ｐ１をヒータに対して開始する。
【００３４】
このとき本実施例ではヒータに対してきめ細かい制御を行うため、強制加熱処理Ｐ１をタイマ制御する。すなわち、ステップＳ１３０からステップＳ１３２に進み、低圧鋳造におけるガス加圧を行う加圧信号を受け付けるまで待機する。つまり、金型への注湯が開始される時刻まで待機する。ステップＳ１３２においてＹＥＳであれば、ステップＳ１３４で遅延タイマのカウントを開始し、ステップＳ１３６で遅延タイマが時間Ｄ１カウントアップしたか否か判定する。つまり注湯開始から遅延時間Ｄ１ぶん、強制加熱処理Ｐ１を遅延させて開始する。従ってステップＳ１３４、Ｓ１３６は、強制加熱処理Ｐ１を時間Ｄ１遅延させて実行する強制加熱遅延手段として機能する。
【００３５】
遅延タイマがカウントアップすれば、ステップＳ１３６からステップＳ１３８に進み、強制加熱処理Ｐ１を開始する。そしてステップＳ１４０で終了用の加熱タイマのカウントを開始する。ステップＳ１４２で加熱タイマが時間Ｔ１カウントアップしたか否か判定する。時間Ｔ１カウントアップすれば、型温が適温領域に到達したとみなし、ステップＳ１４４で強制加熱処理Ｐ１を終了し、ステップＳ１０６にリターンする。
【００３６】
ステップＳ１３０で比較した結果がＮＯであれば、型温がやや低温であるため、ステップＳ１３０からステップＳ１６０に進み、比較温度２よりも低温の比較温度３と金型の型温とを比較して、（比較温度３＜金型の型温）の関係を満たすか否か判定する。ＹＥＳであれば、強制加熱処理Ｐ１よりも強制加熱量が大きい強制加熱処理Ｐ２をヒータに対して開始する。本実施例ではきめ細かい加熱制御を行うため、強制加熱処理Ｐ２を前述同様にタイマ制御する。すなわち、ステップＳ１６０からステップＳ１６２に進み、低圧鋳造におけるガス加圧を行う加圧信号が受付けられるまで待機する。つまり、注湯が開始される時刻まで待機する。次に、ステップＳ１６４で遅延タイマのカウントを開始し、ステップＳ１６６で遅延タイマが時間Ｄ２カウントアップしたか否か判定する。つまり遅延時間Ｄ２ぶん、強制加熱処理Ｐ２を遅延させて開始する。
【００３７】
遅延タイマが時間Ｄ２カウントアップすれば、ステップＳ１６８に進み、強制加熱処理Ｐ２を開始する。従ってステップＳ１６４、Ｓ１６６は、強制加熱処理Ｐ２を時間Ｄ２遅延させて実行する強制加熱遅延手段として機能する。
次にステップＳ１７０で加熱タイマのカウントを開始する。ステップＳ１７０で加熱タイマが時間Ｔ２カウントアップしたか否か判定する。加熱タイマが時間Ｔ２カウントアップすれば、型温が適温領域に到達したとみなし、ステップＳ１７４で強制加熱処理Ｐ２を終了し、ステップＳ１０６にリターンする。
【００３８】
ステップＳ１６０においてＮＯであれば、型温は更に低温であるため、ステップＳ１６０からステップＳ１８２に進み、比較温度３よりも低温の比較温度４と金型の型温とを比較して、（比較温度４＜金型の型温）の関係を満たすか否か判定する。ＹＥＳであれば、強制加熱処理Ｐ２よりも強制加熱量が大きい強制加熱処理Ｐ３をヒータに対して開始する。本実施例ではきめ細かい加熱制御を行うため、強制加熱処理Ｐ３をタイマ制御する。すなわち、ステップＳ１８０からステップＳ１８２に進み、前述同様に、低圧鋳造におけるガス加圧を行う加圧信号が出力されるまで待機する。つまり、注湯が開始される時刻まで待機する。次にステップＳ１８６で遅延タイマが時間Ｄ３カウントアップすれば、ステップＳ１８６からステップＳ１８８に進み、強制加熱処理Ｐ３を開始する。つまり注湯開始から遅延時間Ｄ３ぶん、強制加熱処理Ｐ３を遅延させて開始する。従ってステップＳ１８４、Ｓ１８６は、強制加熱処理Ｐ３を時間Ｄ３遅延させて実行する強制加熱遅延手段として機能する。次にステップＳ１９０で加熱タイマのカウントを開始する。ステップＳ１９２で加熱タイマが時間Ｔ３カウントアップしたか否か判定する。加熱タイマがカウントアップすれば、型温が適温領域に到達したとみなし、ステップＳ１９４で強制加熱処理Ｐ３を終了し、ステップＳ１０６にリターンする。
【００３９】
ステップＳ１８０においてＮＯであれば、型温はかなり低温であるため、ステップＳ１８０からステップＳ２００に進み、比較温度４よりも低温の警報温度と金型の型温とを比較して、（警報温度＜金型の型温）の関係を満たすか否か判定する。ＹＥＳであれば、強制加熱処理Ｐ３よりも強制加熱量が大きい強制加熱処理Ｐ４をヒータに対して実行する。本実施例ではきめ細かい加熱制御を行うため、強制加熱処理Ｐ４をタイマ制御する。すなわち、ステップＳ２００からステップＳ２０２に進み、前述同様に、低圧鋳造におけるガス加圧を行う加圧信号が出力されるまで待機する。つまり、注湯が開始される時刻まで待機する。次に、ステップＳ２０４で遅延タイマのカウントを開始し、ステップＳ２０６で遅延タイマが時間Ｄ４カウントアップしたか否か判定する。遅延タイマがカウントアップすれば、ステップＳ２０６からステップＳ２０８に進み、強制加熱処理Ｐ４を開始する。つまり遅延時間Ｄ４ぶん、強制加熱処理Ｐ４を遅延させて開始する。従ってステップＳ２０４、Ｓ２０６は、強制加熱処理Ｐ４を時間Ｄ３遅延させて実行する強制加熱遅延手段として機能する。次にステップＳ２１０で加熱タイマのカウントを開始する。ステップＳ２１２で加熱タイマが時間Ｔ４カウントアップしたか否か判定する。加熱タイマがカウントアップすれば、型温が適温領域に到達したとみなし、ステップＳ２１４で強制加熱処理Ｐ４を終了し、ステップＳ１０６にリターンする。
【００４０】
ステップＳ２００においてＮＯであれば、鋳造するには金型の型温が低温過ぎるため、何らかの異常が発生しているおそれがある。そのため、ステップＳ２２０に進み警報信号を出力し、ステップＳ２２２で注湯を行わない鋳造不可信号を低圧鋳造機に出力し、ステップＳ２２４でヒータへの出力をオフとする。さらにステップＳ２２６に進み、異常が解消してリセット状態となるまで待機する。異常が解消すれば、ステップＳ２２６からステップＳ１０６にリターンする。
【００４１】
なお前記した遅延タイマ及び加熱タイマは、ソフトウェアタイマまたはタイマＩＣで構成できる。
図６はヒータに対するＰＩＤ制御（ステップＳ１２０）のサブルーチンのフローチャートを示す。ステップＳ３００では、温度センサで測定した型温の測定信号に基づいて求められた現在の型温が所定温度（=ヒータの設定温度）よりも低温か否か判定する。ＮＯであれば、ヒータにより金型を加熱するまでもないため、ステップＳ３８０に進み、ヒータをオフとする。ＹＥＳであれば、ヒータにより金型を加熱する必要があるため、ステップＳ３１０に進み、現在の型温と設定温度との間の偏差ε（偏差ε=設定温度−現在の型温）を求める。ステップＳ３２０では、前回までの偏差累積値に今回の偏差を加えることにより、偏差累積値（∫εdt）を求める。ステップＳ３３０では、今回の偏差と前回の偏差との差（dε/dt）を求める。ステップＳ３４０では、上記した偏差などに基づいて、ヒータへの電力供給に対する操作量を求める。ステップＳ３５０では、操作量をヒータ駆動回路に出力する。これによりヒータにより金型は適温領域に加熱される。
【００４２】
ここで操作量は次式で求めた。
操作量=［Kp×ε］＋［Ki×（∫εdt）］＋［Kd×（dε/dt）］
なおKpは比例動作の定数、Kiは積分動作の定数、Kdは微分動作の定数をそれぞれ意味する。ＰＩＤ制御では、偏差εが大きいほど、［Kp×ε］の量が大きくなり、比例動作が大きくなる。積分動作により、残留偏差を解消し易い。型温の急激な変動があったときには、（dε/dt）の量が大きくなるため、微分動作量が大きくなる。
【００４３】
（他の実施例）
上記した実施例では遅延時間Ｄ１〜Ｄ４を所定値に規定しているものの、鋳造の形態、注湯量、製品の種類などによっては、遅延時間Ｄ１〜Ｄ４は０秒とすることもできる。
上記した実施例では、比較温度１〜比較温度４のように、設定温度以下の温度領域を４水準に区切っているが、これに限らず、使用条件などに応じて任意の数の水準（例えば５水準、６水準、７水準あるいはそれ以上）に区切っても良い。
【００４４】
また本実施例では、比較温度の水準数を予め４個に任意に設定し、各水準に対応する強制加熱処理Ｐ１〜Ｐ４ごとに、ヒータに対する加熱出力値、加熱時間Ｔ1〜Ｔ４、遅延時間Ｄ１〜Ｄ４等を固定値として割り付けている。しかしこれに限らず、ヒータに対する加熱出力値、加熱時間Ｔ1〜Ｔ４、遅延時間Ｄ１〜Ｄ４等を、比較温度１〜警報温度間で金型の型温を変数とする関数として定義することも可能である。即ち、強制加熱処理Ｐ１の電力供給値＝関数ｆ１（型温）、遅延時間Ｔ１＝関数ｆ２（型温）、加熱時間Ｔ２＝関数ｆ３（型温）のようである。
【００４５】
（適用例）
図７は、上記した制御を実行し得る代表的な鋳造方法である低圧鋳造工程に適用した例を示す。図７に示すように、密閉室１０をもつ溶湯貯留容器１１のアルミ系の溶湯Ｗには、縦方向に延設された耐火物製の浸漬管１２の下部が浸漬されている。溶湯貯留容器１１の上方のベース１１ｓには、低圧鋳造用の金型１３が配置されている。
【００４６】
金型１３は鋼系、耐熱鋼系の鉄系材料であり、鋳造キャビティ１３ｄを区画する上型１３ａ、中型１３ｂ、下型１３ｃと、鋳造キャビティ１３ｄに連通する堰通路１３ｅを区画する筒形状をなす堰型１３ｆとで構成されている。堰型１３ｆは、誘導加熱し得るように所定の比透磁率をもつ鋼系、耐熱鋼系の鉄系材料で形成されている。
【００４７】
上記のような低圧鋳造では、溶湯入口となる堰型１３ｆの温度が製品の品質に大きな影響を与える。従って、堰型１３ｆ付近には、測温手段としての温度センサ１９（例えば熱電対）が装備されており、温度センサ１９で検出した堰型１３ｆ付近の温度の測定信号を、信号線１９ｃ及びインターフェース２４を介して制御回路２２に入力している。
【００４８】
下型１３ｃには、複数個のリング状の冷却水用通路１３ｈがほぼ同軸的に埋設されている。堰型１３ｆの外側を包囲するように、堰型１３ｆに対してほぼ同軸的に、ヒータとして機能する誘導コイル２０が配置されている。誘導コイル２０には、コイル駆動回路２１、コイル駆動回路２１を制御する制御回路２２が接続されている。
【００４９】
所定の周波数（例えば１０〜４０ｋＨｚ）をもつ交流の電流が誘導コイル２０に通電されると、交番磁界が生じる。よって、鋼系材料で形成された筒形状の堰型１３ｆに渦電流が発生し、堰型１３ｆは誘導加熱される。誘導加熱を利用すれば、鋳造キャビティ１３ｄへの入口通路を形成する堰型１３ｆを集中的に急速加熱でき、溶湯の湯回り不良、堰詰まりなどを抑えるのに有利となる。
【００５０】
本例では、誘導加熱される堰型１３ｆの型温は、一般的には、堰型１３ｆを構成する鋼系材料の磁気キュリー点を越えないように設定されている。磁気キュリー点を越えると、堰型１３ｆを構成する鋼系材料の比透磁率が大きく変化し、制御則の変化を招来するおそれがあるからである。
加圧信号にも基づいてガス供給装置３０が駆動する。よって、ガス供給装置３０から、エアやアルゴンガスなどのガスが通路３０ｐを経て密閉室１０に送給される。すると、密閉室１０内が増圧するため、溶湯貯留容器１１の溶湯Ｗの液面Ｗ１が加圧される。従って、溶湯貯留容器１１の溶湯Ｗは浸漬管１２の通路をゆっくりと低速度で上昇する。更に、溶湯Ｗは耐火物製の中スリーブ１２ｘ、中スリーブ１２ｘの上方に配置されている堰型１３ｆの堰通路１３ｅを上昇し、金型１３の鋳造キャビティ１３ｄに注湯される。このような低圧鋳造では１回の鋳込みあたりの注湯時間は、製品の種類にもよるが、一般的には１０〜６０秒程度、１５〜２５秒程度である。
【００５１】
本例では一般的には、堰型１２ｆ及び浸漬管１２を溶湯が通過している間、堰型１２ｆを強制的に加熱する処理が実行される。
本例では、ヒータとして機能する誘導コイル２０に通電する高周波電流の周波数としては、強制加熱処理Ｐ１における周波数をｆ１、強制加熱処理Ｐ２における周波数をｆ２、強制加熱処理Ｐ３における周波数をｆ３、強制加熱処理Ｐ４における周波数をｆ４とすれば、ｆ１≦ｆ２≦ｆ３≦ｆ４とされている。
【００５２】
金型１３の堰型１３ｆの型温が低温になるほど、誘導コイル２０に通電する高周波電流の周波数が高くなれば、誘導加熱の際に、堰型１３ｆの堰通路１３ｅを形成する表層を集中加熱する表皮効果性を高め得る。よって、堰通路１３ｅを通過する溶湯に直接触れる堰型１３ｆの表層を集中的に且つ急速に加熱するのに有利となり、湯回り不良などの鋳造不良の低減に有利となる。
【００５３】
上記した例では、ヒータとして機能する誘導コイル２０への電力供給により堰型１３ｆを誘導加熱するが、上型１３ａ、中型１３ｂ、下型１３ｃにはヒータが付設されていない。しかし必要に応じて、上型１３ａ、中型１３ｂ、下型１３ｃの少なくとも一方にヒータを付設し、図１〜図６に示す上記した加熱制御と同様な加熱制御を実行することもできる。
【００５４】
またＰＩＤ制御に代えて、比例動作を行うＰ制御、または、比例動作及び積分動作を行うＰＩ制御にしても良い。
（付記）
上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
・金型を強制的に加熱する処理は、型温が第１の比較温度よりも低いときにおいて、金型の型閉じごと（１回の注湯ごとに）に、注湯している間において実行される請求項１，２に記載の型温制御方法。
・縦方向に延設された浸漬管の下部を溶湯に浸漬させた状態で溶湯の液面を加圧することにより、溶湯が浸漬管を上昇して金型の鋳造キャビティに低速度で注湯される低圧鋳造において、浸漬管を溶湯が通過している間、金型を強制的に加熱する処理を実行する請求項１，２に記載の型温制御方法。
・金型のうち強制加熱される部位は、溶湯が鋳造キャビティに注入される溶湯入口通路を形成する型部分である請求項１，２に記載の型温制御方法。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１に係る制御方法によれば、金型の温度が低い場合には、ヒータに対して強制出力を行って金型を強制加熱するため、金型の温度の測定信号に基づいて金型の型温制御を行う下限値よりも金型の型温が低い場合であっても、注湯を開始することができる。すなわち、注湯可能な許容下限値が広がる。
【００５６】
また、請求項２に係る制御方法によれば、金型の温度が低いほど、ヒータに対する強制出力を増加し、金型への強制加熱量を増加するため、より細かい温度コントロ−ルが行え、鋳造不良が起こるおそれをより低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】しきい値と型温条件と加熱形態との関係を示す表図である。
【図２】しきい値と強制加熱処理の加熱量との関係の一例を示すグラフである。
【図３】低圧鋳造装置の動作フローチャートである。
【図４】ヒータの加熱制御のフローチャートである。
【図５】ヒータの加熱制御のフローチャートである。
【図６】ヒータのＰＩＤ制御のフローチャートである。
【図７】適用例に係り、低圧鋳造をする形態を模式的に示す断面図である。
【図８】従来技術に係り、金型の型温の変動を模式的に示すグラフである。
【符号の説明】
図中、１２は浸漬管、１３は金型、１３ｆは堰型、１９は温度センサ、２０は誘導コイル（ヒータ）、２１はコイル駆動回路、２２は制御回路を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mold temperature control method for a casting mold.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in mold casting in which molten metal is poured into a casting mold and solidified, mold temperature control of the mold is extremely important for improving product quality. In particular, the temperature of the mold at the start of pouring is important, and if this temperature is low, casting defects such as poor hot water around the molten metal may occur.
[0003]
As a characteristic of the temperature variation of the casting mold, when the cycle from the start of pouring to the completion of product removal is defined as one cycle, as shown by the characteristic line S in FIG. large. Specifically, even if the temperature of the mold is low at the start of pouring of the molten metal, the temperature of the mold rapidly rises in a short time immediately after pouring. Then, after reaching the temperature peak immediately after the pouring is completed, the temperature of the gold temperature decreases until the next pouring start. When the mold is forcibly water-cooled for shortening the casting cycle, the temperature of the mold decreases sharply after the pouring is completed, and the fluctuation range of the mold temperature in one cycle is considerable. growing.
[0004]
Moreover, although the temperature of the mold is detected by a temperature sensor such as a thermocouple of the mold, the temperature sensor measures the temperature in the vicinity of the cavity surface. It is easy to detect an increase in mold temperature. Therefore, although the overall temperature of the mold does not increase so much, the control circuit performs control to turn off the heater due to an increase in the apparent mold temperature. As a result, there is a possibility that casting defects such as a defect of molten metal will occur.
[0005]
In JP-A-1-237070, the heater for mold heating is divided into a case where the temperature of the mold is within an allowable range and a case where the temperature is lower than the allowable lower limit value. In addition, a method for controlling the cooling water in parallel is disclosed. By this method, when the mold temperature at the start of pouring is lower than the allowable lower limit value, the temperature is quickly raised to the allowable lower limit value to prevent casting defects and at the same time increase the cycle time. It is preventing.
[0006]
Conventionally, when the casting operation is stopped for some reason, a backup electric heater is provided to prevent the temperature of the mold from greatly decreasing, and the electric heater is energized as a backup. is there. As an output control method in this case, ON / OFF control of the electric heater and PID control of the electric heater are generally used.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-mentioned publication technique (Japanese Patent Laid-Open No. 1-237070), the temperature range in which pouring is allowed is not so wide, and when waiting for the mold temperature to rise to the allowable lower limit, The cycle time becomes longer. If the allowable temperature range is widened in order to prevent the casting cycle time from extending, there is a high risk that casting defects such as poor hot water will occur near the lower limit within the allowable temperature range.
[0008]
When the electric heater is used for backup, even if the heater set temperature is set to the ideal mold temperature at the start of pouring, in the case of ON-OFF control, hunting for the set temperature is increased. In the case of PID control, control with less hunting with respect to the set temperature is possible as compared with ON-OFF control. However, even in the case of PID control, when pouring is started below the set temperature, the electric heater is maintained in the heating output state at the start of pouring, but the temperature rapidly increases immediately after pouring. Therefore, the temperature sensor detects an increase in the apparent mold temperature, and although the amount of heat as a whole mold is not sufficient, the energization to the electric heater is cut in a very short time. Therefore, when the mold is poured at a temperature lower than a certain range than the set temperature at the start of pouring, the amount of heat removed from the molten metal is large, resulting in casting defects such as poor water circulation and clogging. It becomes easy to do.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the mold temperature at the start of pouring is lower than the temperature at which the mold temperature control of the casting mold is performed using the measurement signal of the mold temperature. Even in such a case, it is an object to provide a mold temperature control method for a casting mold which is advantageous for starting pouring.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  A mold temperature control method for a casting mold according to the present invention is a casting mold mold for controlling the temperature of a mold during casting by controlling the amount of power supplied to a heater attached to the casting mold. A temperature control method,The first comparison temperature, the second comparison temperature is set to a value lower than the first comparison temperature, the alarm temperature is set to a value lower than the second comparison temperature, and the first comparison temperature and the alarm temperature are The space is divided into multiple temperature ranges,
  If the mold temperature at the start of pouring is higher than the first comparison temperature, the mold temperature measurement signal is used toPIDTemperature control,
  The mold temperature of the mold is lower than the first comparison temperature, and the first comparison temperature andSecond comparison temperatureSet to a lower valueAlarm temperatureIf it is higher thanStop PID temperature control,Forcibly energize the heater to forcibly heat the mold,
  When the mold temperature of the mold is lower than the alarm temperature set to a value lower than the second comparison temperature, a signal that does not perform pouring is output.And
In a plurality of temperature ranges separating the first comparison temperature and the alarm temperature, the forced heating amount by the heater is increased in the lower temperature range.It is characterized by this.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the mold temperature control method according to the present invention, the first comparative temperature and the alarm temperature are divided into a plurality of temperature ranges, and the forced heating amount by the heater can be increased as the temperature range is lower. Thereby, the lower the temperature of the mold, the greater the amount of forced heating to the mold by the forced output to the heater. Therefore, it is advantageous for finer temperature control of the mold, and the possibility of defective casting can be further reduced.
[0012]
In the method according to the present invention, known molds such as a low pressure casting mold, a die casting mold, a high pressure casting mold, and a gravity casting mold can be employed as the casting mold. As the molten metal poured into the mold according to the present invention, a light alloy-based molten metal such as an aluminum alloy can be adopted, but an iron-based molten metal may also be used.
A heater means what can heat at least one part of a metal mold | die. As a heating mode by the heater, induction heating or heat generation heating can be adopted, and in some cases, combustion flame heating by a burner can also be adopted.
[0013]
Therefore, an induction coil, a heating wire (cartridge heater, winding heater) or the like can be used as the heater. Generally, a high frequency coil is used as the induction coil, but a medium frequency coil or a low frequency coil may be used.
As a heating mode of the mold by the heater, a mode in which the entire mold is heated or a mode in which a part of the mold is heated may be used. As a part of the mold, a dam part that forms a dam serving as a molten metal inlet passage to the casting cavity can be adopted as in an application example described later. In the case of induction heating, it is advantageous for rapidly heating a part of the mold, and it is advantageous for suppressing combustion gas as compared with the combustion type.
[0014]
【Example】
Examples of the present invention will be described below. In this embodiment, the present invention is applied to mold temperature control of a mold in a low pressure casting method for low pressure casting of an aluminum alloy casting.
The mold temperature control method of this embodiment basically performs heating of the mold by PID control, but when the mold heating by PID control is not sufficient, that is, at the start of pouring, the mold temperature of the mold is When the temperature is low, the PID control is stopped and the mold is forcibly heated using the mold temperature as a parameter. PID control means a control mode having both a proportional operation, an integral operation, and a differential operation.
[0015]
The left part of FIG. 1 shows each threshold value in the mold temperature control described above. As can be understood from the left part of FIG. 1, as the temperature increases from the high temperature side to the low temperature side, the set temperature of the mold heated by the heater, the comparison temperature 1, the comparison temperature 2, the comparison temperature 3, the comparison temperature 4, and the alarm temperature are in this order. It is prescribed. Here, the comparative temperature 1 means the first comparative temperature according to the present invention. The comparative temperature 2 to the comparative temperature 4 mean the second comparative temperature according to the present invention.
[0016]
The set temperature described above is set in consideration of the target temperature of the mold temperature of the mold, and can be set to a predetermined temperature, for example, at 400 to 700 ° C. However, it is not necessarily limited to this temperature range.
The alarm temperature is a temperature for notifying the alarm when the temperature of the mold is excessively low. For example, the alarm temperature can be set to 80 to 150 ° C. (100 ° C.) lower than the set temperature described above, but is not necessarily limited thereto. Is not to be done. The comparison temperature 1, the comparison temperature 2, the comparison temperature 3, and the comparison temperature 4 can be appropriately selected between the set temperature and the alarm temperature.
[0017]
As basic control according to the present embodiment, PID control is performed on the power supply to the heater so that the mold temperature becomes the set temperature. Therefore, when the mold temperature exceeds the set temperature at the start of pouring, heating control by PID control is performed (actually, the heater is turned off by the PID signal). Furthermore, even when the mold temperature of the mold exceeds the comparative temperature 1 that is lower than the set temperature, the heater is controlled by PID control.
[0018]
Therefore, in this embodiment, when the mold temperature is equal to or lower than the set temperature, but it is determined from experience that problems such as casting defects do not basically occur even if casting is performed as it is, that is, the mold temperature. If the mold temperature exceeds the comparative temperature 1, it is considered that the temperature is within an allowable range for pouring, and the heater is controlled by PID control.
In other words, in the present embodiment, the allowable range means the temperature of the mold that is below the set temperature but does not cause problems such as defective casting even if casting is performed as it is.
[0019]
In this embodiment, if the mold temperature at the start of pouring is below the allowable range, the heater is forcibly output the power supply amount according to a preset forced heating process pattern, Force the mold to heat. Thereby, the mold temperature of the mold is approximated to the temperature distribution of the mold when cyclic casting is continued, and casting defects are avoided and reduced.
[0020]
The mold temperature measured by the temperature sensor is compared with the set temperature of the mold by the heater. As shown in FIG. 1, the measured mold temperature is such that the set temperature <the mold temperature of the mold. If there is, PID control is performed on the heater based on the measurement signal of the mold. PID control is not limited by the heating time. Further, as shown in FIG. 1, if the relationship of the comparison temperature 1 <the mold temperature of the mold ≦ the set temperature is satisfied, similarly, PID control is executed for the heater based on the mold temperature measurement signal.
[0021]
As shown in FIG. 1, if the measured mold temperature is such that the comparison temperature 2 <the mold temperature of the mold ≦ the comparison temperature 1, the forced heating process P <b> 1 having a larger heating amount than the PID control is used as the heater. Run against. The number of executions of the forced heating process P1 is scheduled to be once for each pouring. The heating time of the forced heating process P1 is T1, and the delay time until the forced heating process P1 is performed is D1.
[0022]
Also, as shown in FIG. 1, if the measured mold temperature is such that the comparison temperature 3 <the mold temperature of the mold ≦ the comparison temperature 2, the forced heating process P2 is performed on the heater. The number of executions of the forced heating process P2 is scheduled to be once per pouring. The heating time of the forced heating process P2 is T2, and the delay time until the forced heating process P2 is performed is D2.
[0023]
If the measured mold temperature is such that the comparison temperature 4 <the mold temperature of the mold ≦ the comparison temperature 3, the forced heating process P3 is performed on the heater. The number of executions of the forced heating process P3 is scheduled to be once per pouring. The heating time of the forced heating process P3 is T3, and the delay time until the forced heating process P3 is performed is D3.
As shown in FIG. 1, if the measured mold temperature is such that the alarm temperature <the mold temperature of the mold ≦ the comparison temperature 4, the forced heating process P <b> 4 is performed on the heater. The number of executions of the forced heating process P4 is scheduled to be once for each pouring. The heating time of the forced heating process P4 is T4, and the delay time until the forced heating process P4 is performed is D4.
[0024]
Also, as shown in FIG. 1, if the measured mold temperature is such that the mold temperature is equal to or less than the alarm temperature, the mold temperature is excessively low, so that it is unsuitable for casting. Is turned off, an alarm signal and a casting impossible signal are output, and pouring is stopped.
Here, the forced output amount of the forced heating process P1, that is, the forced heating amount, is larger than the heating amount by the PID control.
[0025]
Further, when the forced output amounts of the forced heating treatments P1 to P4, that is, the forced heating amounts are compared, in this embodiment, as shown in FIG. 1 (1), the forced heating treatment P1 ≦ forced heating treatment P2 ≦ forced heating treatment P3 ≦. The forced heating process is P4.
The mold is heated to the set temperature or near the set temperature by the forced heating amount by the forced heating processes P1 to P4.
[0026]
Further, in this embodiment, when the heating times T1 to T4 by the forced heating treatments P1 to P4 are compared, as shown in FIG. 1 (2), the heating time T1 ≦ the heating time T2 ≦ the heating time T3 ≦ the heating time T4. .
In this embodiment, when the substantial delay times D1 to D4 from the predetermined reference time (for example, the pouring start time or the temperature determination time) to the start of the forced heating processes P1 to P4 are compared, the delay time D1 ≧ Delay time D2 ≧ delay time D3 ≧ delay time D4. The delay time D4 is appropriately selected according to factors such as the type of mold and the amount of molten metal to be poured, but can be set to D4 ≧ 0 seconds, for example.
[0027]
An example of the relationship between the amount of forced heating supplied to the mold by the above-described forced heating treatment and each comparative temperature is shown by a characteristic line X in FIG. As indicated by the characteristic line X in FIG. 2, it is preferable to increase the amount of forced heating in the forced heating treatments P1 to P4 as the mold temperature shifts to the low temperature side.
FIG. 3 shows a basic operation flow in the low-pressure casting process according to the present embodiment. This low-pressure casting machine is of a one-shot startup type, and the mold is closed and poured by the operator operating the startup switch. In step S1, it is determined whether the start switch of the low pressure casting machine is ON. If the start switch is ON, the mold is closed in step S3, and in step S5, the liquid level of the molten aluminum in the molten metal storage container is gas pressurized to start pouring. Thereby, the molten metal is filled in the casting cavity of the mold.
[0028]
In step S7, the molten metal storage container is evacuated, so that the excess molten metal loaded in a portion other than the casting cavity of the mold is returned to the molten metal storage container. In step S9, the mold is opened. In step S11, the cast product is taken out, and then the process returns to step S1. If the start switch is ON in step S1, the above operation is repeated. If not ON, the process proceeds from step S1 to step S13, and a stop process for stopping casting is performed.
[0029]
4 and 5 show a flowchart of the heating control process executed by the CPU of the control circuit that controls the power supply amount to the heater that heats the mold. In FIG. 4, registers and the like are initialized in step S102. In step S104, the set temperature of the heater in PID control and various conditions of forced heating processing P1 to P4 are set. In step S106, it is determined whether or not the heater activation switch for activating the heater for heating the mold is ON. If NO in step S106, the output to the heater is turned off in step S108, stop processing is performed in step S110, and the process ends.
[0030]
If “YES” in the step S106, the process proceeds to a step S118 to perform temperature detection for detecting the mold temperature of the temperature measuring portion of the mold. In step S120, PID control is performed on the heater based on the mold temperature measurement signal. As a result, the power supply amount to the heater is PID controlled so that the temperature of the mold becomes the set temperature. In step S122, it is determined whether or not a mold closing signal as a trigger signal for starting pouring has been received.
[0031]
If accepted, the process proceeds to step S124, where the set temperature and the mold temperature of the mold are compared to determine whether or not the relationship of (set temperature <mold temperature of the mold) is satisfied. If YES, the mold temperature is in an appropriate temperature region or a region close thereto, and therefore, forced heating processing is not necessary. Therefore, the process returns to step S106, and through steps S118 and S120, PID control is continued for the heater based on the mold temperature measurement signal.
[0032]
If the result of the comparison in step S124 is NO, the mold temperature is low temperature. Therefore, the process proceeds to step S126, where the comparison temperature 1 and the mold temperature of the mold are compared to determine whether or not the relationship of (comparative temperature 1 <mold temperature of the mold) is satisfied. If YES, the process returns to step S106, and through steps S118 and S120, PID control is continued for the heater based on the mold temperature measurement signal.
[0033]
In other words, the comparative temperature 1 is a threshold value for determining whether or not to continue heating by PID control for the heater. Therefore, the comparative temperature 1 is a lower limit value of an allowable range in which heating by PID control can be continued.
If the result of the comparison in step S126 is NO, the process proceeds from step S126 to step S130, the comparison temperature 2 lower than the comparison temperature 1 is compared with the mold temperature of the mold, and (comparison temperature 2 <mould of the mold). It is determined whether or not the relationship of mold temperature is satisfied. If YES, the forced heating process P1 having a heating amount larger than that in the PID control is started for the heater.
[0034]
At this time, in this embodiment, in order to perform fine control on the heater, the forced heating process P1 is controlled by a timer. That is, the process proceeds from step S130 to step S132, and waits until a pressurization signal for performing gas pressurization in low pressure casting is received. That is, it waits until the time when the pouring of the mold is started. If “YES” in the step S132, the delay timer starts counting in a step S134, and it is determined whether or not the delay timer has counted up the time D1 in a step S136. That is, the forced heating process P1 is delayed by the delay time D1 from the start of pouring and started. Accordingly, steps S134 and S136 function as forced heating delay means for executing the forced heating process P1 with a delay of time D1.
[0035]
If the delay timer counts up, the process proceeds from step S136 to step S138, and the forced heating process P1 is started. In step S140, the end heating timer starts counting. In step S142, it is determined whether the heating timer has counted up time T1. If the time T1 is counted up, it is considered that the mold temperature has reached the appropriate temperature range, the forced heating process P1 is terminated in step S144, and the process returns to step S106.
[0036]
If the result of the comparison in step S130 is NO, the mold temperature is slightly low, so the process proceeds from step S130 to step S160, and the comparison temperature 3 lower than the comparison temperature 2 is compared with the mold temperature of the mold. , (Comparison temperature 3 <Die temperature of mold) is determined. If YES, the forced heating process P2 having a larger forced heating amount than the forced heating process P1 is started for the heater. In this embodiment, in order to perform fine heating control, the forced heating process P2 is controlled by the timer as described above. That is, the process proceeds from step S160 to step S162, and waits until a pressurization signal for performing gas pressurization in low pressure casting is received. That is, it waits until the time when pouring starts. Next, in step S164, the delay timer starts counting, and in step S166, it is determined whether or not the delay timer has counted up time D2. That is, the forced heating process P2 is delayed by the delay time D2 and started.
[0037]
If the delay timer counts up the time D2, the process proceeds to step S168, and the forced heating process P2 is started. Accordingly, steps S164 and S166 function as forced heating delay means for executing the forced heating process P2 with a delay of time D2.
In step S170, the heating timer starts counting. In step S170, it is determined whether the heating timer has counted up time T2. If the heating timer counts up for time T2, it is considered that the mold temperature has reached the appropriate temperature range, the forced heating process P2 is terminated in step S174, and the process returns to step S106.
[0038]
If NO in step S160, since the mold temperature is lower, the process proceeds from step S160 to step S182, and the comparison temperature 4 lower than the comparison temperature 3 is compared with the mold temperature of the mold (comparison temperature). It is determined whether or not the relationship 4 <die temperature of the mold) is satisfied. If YES, the forced heating process P3 having a larger forced heating amount than the forced heating process P2 is started for the heater. In this embodiment, in order to perform fine heating control, the forced heating process P3 is controlled by a timer. That is, the process proceeds from step S180 to step S182, and waits until a pressurization signal for performing gas pressurization in low pressure casting is output as described above. That is, it waits until the time when pouring starts. Next, if the delay timer counts up by time D3 in step S186, the process proceeds from step S186 to step S188, and the forced heating process P3 is started. That is, the forced heating process P3 is delayed for a delay time D3 from the start of pouring and started. Accordingly, steps S184 and S186 function as forced heating delay means for executing the forced heating process P3 with a delay of time D3. In step S190, the heating timer starts counting. In step S192, it is determined whether or not the heating timer has counted up time T3. If the heating timer counts up, it is considered that the mold temperature has reached the appropriate temperature range, the forced heating process P3 is terminated in step S194, and the process returns to step S106.
[0039]
If NO in step S180, since the mold temperature is considerably low, the process proceeds from step S180 to step S200, the alarm temperature lower than the comparison temperature 4 is compared with the mold temperature of the mold, and (alarm temperature < It is determined whether or not the relationship of mold temperature is satisfied. If YES, the forced heating process P4 having a larger forced heating amount than the forced heating process P3 is performed on the heater. In the present embodiment, in order to perform fine heating control, the forced heating process P4 is controlled by a timer. That is, the process proceeds from step S200 to step S202, and waits until a pressurization signal for performing gas pressurization in low pressure casting is output as described above. That is, it waits until the time when pouring starts. Next, in step S204, the delay timer starts counting, and in step S206, it is determined whether or not the delay timer has counted up time D4. If the delay timer counts up, the process proceeds from step S206 to step S208, and the forced heating process P4 is started. That is, the forced heating process P4 is delayed and started by the delay time D4. Accordingly, steps S204 and S206 function as forced heating delay means for executing the forced heating process P4 with a delay of time D3. In step S210, the heating timer starts counting. In step S212, it is determined whether the heating timer has counted up time T4. If the heating timer counts up, it is considered that the mold temperature has reached the appropriate temperature range, the forced heating process P4 is terminated in step S214, and the process returns to step S106.
[0040]
If NO in step S200, there is a possibility that some abnormality has occurred because the mold temperature is too low for casting. Therefore, the process proceeds to step S220, an alarm signal is output, a casting impossible signal not to be poured is output to the low pressure casting machine in step S222, and the output to the heater is turned off in step S224. Further, the process proceeds to step S226 and waits until the abnormality is resolved and the reset state is established. If the abnormality is resolved, the process returns from step S226 to step S106.
[0041]
The delay timer and the heating timer described above can be configured by a software timer or a timer IC.
FIG. 6 shows a flowchart of a subroutine of PID control (step S120) for the heater. In step S300, it is determined whether or not the current mold temperature obtained based on the mold temperature measurement signal measured by the temperature sensor is lower than a predetermined temperature (= heater set temperature). If NO, there is no need to heat the mold with the heater, so the process proceeds to step S380, where the heater is turned off. If YES, it is necessary to heat the mold with a heater, and thus the process proceeds to step S310, and a deviation ε (deviation ε = set temperature−current mold temperature) between the current mold temperature and the set temperature is obtained. In step S320, the deviation accumulated value (∫εdt) is obtained by adding the current deviation to the previous accumulated deviation value. In step S330, a difference (dε / dt) between the current deviation and the previous deviation is obtained. In step S340, an operation amount for power supply to the heater is obtained based on the above-described deviation. In step S350, the operation amount is output to the heater drive circuit. Thus, the mold is heated to an appropriate temperature region by the heater.
[0042]
Here, the operation amount was obtained by the following equation.
Manipulation amount = [Kp × ε] + [Ki × (∫εdt)] + [Kd × (dε / dt)]
Kp is a constant for proportional operation, Ki is a constant for integral operation, and Kd is a constant for differential operation. In PID control, the larger the deviation ε, the larger the amount of [Kp × ε], and the proportional action increases. Residual deviation can be easily eliminated by integrating operation. When the mold temperature changes rapidly, the amount of (dε / dt) increases, so that the differential operation amount increases.
[0043]
(Other examples)
Although the delay times D1 to D4 are defined as predetermined values in the above-described embodiments, the delay times D1 to D4 can be set to 0 seconds depending on the form of casting, the amount of pouring, the type of product, and the like.
In the above-described embodiment, the temperature region below the set temperature is divided into four levels, such as the comparative temperature 1 to the comparative temperature 4, but not limited to this, any number of levels (for example, depending on use conditions) (for example, It may be divided into 5 levels, 6 levels, 7 levels or more.
[0044]
In this embodiment, the number of levels of the comparative temperature is arbitrarily set to four in advance, and the heating output value for the heater, the heating time T1 to T4, and the delay time D1 for each of the forced heating processes P1 to P4 corresponding to each level. ˜D4 etc. are assigned as fixed values. However, the present invention is not limited to this, and it is also possible to define the heating output value for the heater, the heating times T1 to T4, the delay times D1 to D4, etc. as a function between the comparative temperature 1 and the alarm temperature with the mold temperature as a variable. It is. That is, the power supply value of the forced heating process P1 = function f1 (mold temperature), delay time T1 = function f2 (mold temperature), and heating time T2 = function f3 (mold temperature).
[0045]
(Application example)
FIG. 7 shows an example applied to a low pressure casting process which is a typical casting method capable of executing the above-described control. As shown in FIG. 7, the lower part of a refractory immersion pipe 12 extending in the vertical direction is immersed in an aluminum-based molten metal W of a molten metal storage container 11 having a sealed chamber 10. A low pressure casting mold 13 is disposed on the base 11 s above the molten metal storage container 11.
[0046]
The mold 13 is a steel-based or heat-resistant steel-based iron-based material, and has a cylindrical shape that defines an upper die 13a, a middle die 13b, a lower die 13c that define a casting cavity 13d, and a weir passage 13e that communicates with the casting cavity 13d. And a weir mold 13f formed. The weir mold 13f is formed of a steel-based or heat-resistant steel-based iron-based material having a predetermined relative magnetic permeability so that induction heating can be performed.
[0047]
In the low-pressure casting as described above, the temperature of the weir mold 13f serving as the molten metal inlet greatly affects the quality of the product. Accordingly, a temperature sensor 19 (for example, a thermocouple) as a temperature measuring means is provided in the vicinity of the weir mold 13f, and a temperature measurement signal detected by the temperature sensor 19 near the weir mold 13f is transmitted to the signal line 19c and the interface. 24 to the control circuit 22.
[0048]
A plurality of ring-shaped cooling water passages 13h are embedded substantially coaxially in the lower mold 13c. An induction coil 20 functioning as a heater is arranged substantially coaxially with respect to the dam 13f so as to surround the outside of the dam 13f. A coil drive circuit 21 and a control circuit 22 that controls the coil drive circuit 21 are connected to the induction coil 20.
[0049]
When an alternating current having a predetermined frequency (for example, 10 to 40 kHz) is supplied to the induction coil 20, an alternating magnetic field is generated. Therefore, an eddy current is generated in the cylindrical weir mold 13f formed of a steel material, and the weir mold 13f is induction-heated. If induction heating is used, the weir mold 13f that forms the inlet passage to the casting cavity 13d can be intensively and rapidly heated, which is advantageous in suppressing poor hot water around the molten metal, clogging of the weir, and the like.
[0050]
In this example, the mold temperature of the weir mold 13f to be induction-heated is generally set so as not to exceed the magnetic Curie point of the steel material constituting the weir mold 13f. This is because if the magnetic Curie point is exceeded, the relative permeability of the steel-based material constituting the weir mold 13f changes significantly, which may cause a change in the control law.
The gas supply device 30 is driven based on the pressurization signal. Therefore, a gas such as air or argon gas is supplied from the gas supply device 30 to the sealed chamber 10 via the passage 30p. Then, since the pressure inside the sealed chamber 10 is increased, the liquid level W1 of the molten metal W in the molten metal storage container 11 is pressurized. Accordingly, the molten metal W in the molten metal storage container 11 slowly rises at a low speed in the passage of the dip tube 12. Further, the molten metal W rises through the dam refractory middle sleeve 12x and the dam passage 13e of the dam mold 13f disposed above the middle sleeve 12x, and is poured into the casting cavity 13d of the mold 13. In such low-pressure casting, the pouring time per casting is generally about 10 to 60 seconds and about 15 to 25 seconds, depending on the type of product.
[0051]
In this example, generally, a process of forcibly heating the weir mold 12f is performed while the molten metal passes through the weir mold 12f and the dip pipe 12.
In this example, the frequency of the high-frequency current to be passed through the induction coil 20 functioning as a heater is f1 in the forced heating process P1, f2 in the forced heating process P2, f3 in the forced heating process P3, and forced heating. If the frequency in process P4 is f4, then f1 ≦ f2 ≦ f3 ≦ f4.
[0052]
If the frequency of the high-frequency current supplied to the induction coil 20 increases as the mold temperature of the weir mold 13f of the mold 13 becomes lower, the surface layer that forms the weir passage 13e of the weir mold 13f is concentratedly heated during induction heating. Can improve the skin effect. Therefore, it is advantageous to heat the surface layer of the weir mold 13f that directly touches the molten metal passing through the weir passage 13e in an intensive and rapid manner, and it is advantageous to reduce casting defects such as defective hot water.
[0053]
In the above example, the weir mold 13f is induction-heated by supplying power to the induction coil 20 functioning as a heater, but the upper mold 13a, middle mold 13b, and lower mold 13c are not provided with heaters. However, if necessary, a heater can be attached to at least one of the upper mold 13a, the middle mold 13b, and the lower mold 13c, and the same heating control as the above-described heating control shown in FIGS.
[0054]
Further, instead of PID control, P control for performing proportional operation or PI control for performing proportional operation and integration operation may be used.
(Appendix)
The following technical idea can also be grasped from the above description.
-The process of forcibly heating the mold is performed when the mold temperature is lower than the first comparison temperature, while the mold is closed every time the mold is closed (every time of pouring). The mold temperature control method according to claim 1, which is executed.
-By pressing the surface of the molten metal while the lower part of the dip tube extending in the vertical direction is immersed in the molten metal, the molten metal ascends the dip tube and is poured into the casting cavity of the mold at a low speed. The mold temperature control method according to claim 1, wherein in the low pressure casting, a process for forcibly heating the mold is performed while the molten metal passes through the dip tube.
The mold temperature control method according to claim 1 or 2, wherein the part of the mold that is forcibly heated is a mold part that forms a molten metal inlet passage through which molten metal is poured into the casting cavity.
[0055]
【The invention's effect】
According to the control method of the first aspect, when the mold temperature is low, the mold is forcibly heated by forcibly outputting to the heater, so that the mold is based on the measurement signal of the mold temperature. Even when the mold temperature of the mold is lower than the lower limit value for performing the mold temperature control, pouring can be started. That is, the allowable lower limit value for pouring can be increased.
[0056]
Further, according to the control method according to claim 2, the lower the mold temperature, the greater the forced output to the heater and the greater the amount of forced heating to the mold, so finer temperature control can be performed, The possibility that casting defects will occur can be further reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a table showing the relationship among threshold values, mold temperature conditions, and heating modes.
FIG. 2 is a graph showing an example of a relationship between a threshold value and a heating amount of forced heating processing.
FIG. 3 is an operation flowchart of the low pressure casting apparatus.
FIG. 4 is a flowchart of heater heating control.
FIG. 5 is a flowchart of heater heating control.
FIG. 6 is a flowchart of heater PID control.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a form of low-pressure casting according to an application example.
FIG. 8 is a graph schematically showing fluctuations in mold temperature of the mold according to the prior art.
[Explanation of symbols]
In the figure, 12 is a dip tube, 13 is a mold, 13f is a weir type, 19 is a temperature sensor, 20 is an induction coil (heater), 21 is a coil drive circuit, and 22 is a control circuit.

Claims

A mold temperature control method for a casting mold that controls the temperature of the mold during casting by controlling the amount of power supplied to a heater attached to the casting mold,
A first comparison temperature, a second comparison temperature lower than the first comparison temperature, an alarm temperature set lower than the second comparison temperature, and
The first comparison temperature and the alarm temperature are divided into a plurality of temperature ranges,
Note when mold temperature of the hot water at the start of the mold is higher than the first comparison temperature performs PID temperature control of the casting mold by using a measuring signal of the mold temperature,
Mold temperature of the mold is lower than the first comparison temperature, the is higher than the first comparison temperature and the second said alarm temperature is set to a value lower than the comparative temperature of the PID temperature control And forcibly energize the heater to forcibly heat the mold,
When the mold temperature of the mold is lower than the alarm temperature set to a value lower than the second comparison temperature, a signal that does not perform pouring is output ,
A mold temperature control method for a casting mold, wherein a forcible heating amount by the heater is increased in a lower temperature range in a plurality of temperature ranges separating the first comparison temperature and the alarm temperature .