JP3835673B2 - 軽金属鋳物、特にマグネシウムまたはマグネシウム合金製部品の製造方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軽金属鋳物、特にマグネシウムおよびマグネシウム合金製部品の製造方法およびその方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加圧鋳造製品、特にマグネシウム加圧鋳造製品を製造する方法と装置は DE-OS 44 31 865 により公知である。この方法では液体金属を計量チャンバーに導き、加圧した気体を導入して、その作用により液体金属を予め真空にした鋳型に圧入する。この方法およびそれを実施するための装置には、原型の製作に用いられる気体の圧縮比が量産には適合しない欠点がある。またこの装置においては、型と溶融ルツボとの温度の関係が実用上好ましくなく、溶融ルツボと注湯部分の間に必要とされる温度差が極めて大きいため、複雑な技術を用いない限り実現不可能であり、特にシール要素の過熱が生じやすい。上記 DE-OS 44 31 865 に記載されている開放容器は、特にアルゴンを使用した場合、保護ガス被覆を形成することができないため、軽金属製部品の原型製作から量産に至るまで使用することができない。また量産の際に必要となる液体金属の追加もこの方法では不可能である。DE-OS 44 31 865 で用いられている、溶融ルツボに内蔵された、たとえばカートリッジ状の発熱体では、必要とされる溶融金属の固化が不可能である。
【０００３】
従って本発明の目的は、軽金属鋳物部品を製造するための実用的で高機能な、且つ比較的単純な技術によって実現し得る方法、及びその方法を実施するための装置を提供することである。この目的は特許請求の範囲の各請求項に記載の特徴によって達成される。本発明の態様について例示すれば、液体金属を溶融装置の注湯レトルト（１）に導き、これに加圧したガスを圧入することにより前記液体金属を予め排気した鋳型（１９）に圧入する軽金属から成る鋳物部品の製造方法であって、外部に対して気密な密閉系中で実施され、液体金属の加熱を溶融装置の湯口システム（４） に隣接した溶融装置下部において行うこと、鋳型（１９）側から注湯レトルト（１）の出口開口部までの間で液体金属を温度約６３０°Ｃの溶融状態から固化状態へ移行させること、並びに、該注湯レトルト（１）への保護ガスの供給及び該注湯レトルト（１）からの保護ガスの回収を、該注湯レトルト（１）内と外気との間に差圧を発生させる差圧システムによって行うことを特徴とする方法であり、又、前記溶融装置の注湯レトルト（１）内に、予備溶融炉（１６）から逆止弁（１７）を介して液体金属を供給する、外部に対して気密に設けた金属導管（１８）を配置すること、前記溶融装置の注湯レトルト（１）に前記差圧システムを結合すること、及び前記溶融装置の注湯レトルト（１）に外部に対して気密なゲート装置（１１）を設けることを特徴とする前記方法を実施するための装置、である。
【０００４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の方法とその実施のための装置を、好ましい実施例の一つに基づき更に詳細に説明する。
図１は全システムの模式図であって、軽金属鋳物部品を製造するための、外部に対して耐圧的に密閉されたシステムの構造を原理的に示している。本発明によれば、軽金属鋳物部品の製造に用いられる金属、たとえばマグネシウムまたはマグネシウム合金は、注湯レトルト 1 内で発熱体 2 により約６３０°Ｃに加熱される。注湯レトルト 1 の形状は湯口システム 4 に向かって絞られるように形成されている。湯口システム 4 に至る下部において発熱体 2 が注湯レトルト 1 の周囲に配置されている。注湯レトルト 1 の形状およびその下部の発熱体 2 の配置により、溶解および注湯に必要な温度関係を実現することができ、注湯レトルト 1 を円錐形に形成し架台 5 上に配置することにより、材料の固化に距離と熱エネルギー伝達を実現することができる。発熱体 2 としては抵抗発熱体、赤外線発熱体、あるいは誘導加熱装置を利用することができる。絞り込まれた形状の注湯レトルト１は架台 5 上に置かれ、その際注湯レトルト 1 の出口開口部は架台 5 の開口部に重ねられ、バルブユニット 3 により閉止される。架台 5 の下部には高さ方向および垂直面内に移動可能で真空装置 20 に結合された鋳型 19 が配置される。排気の後、バルブ制御機構 12 により機械的結合部品 13 を介してバルブユニット 3 を開口部から離し、鋳型 19 へ液体金属を流入させる。注湯レトルト 1 への液体金属の供給、特に軽金属鋳物の量産に必要な補給は予備溶融炉 16 からの金属導管 18 によって行われる。また逆止弁 17 により液体金属の逆流や圧力差の消失が防止される。ここで逆止弁 17 は金属導管 18 と共に予備溶融炉 16 内に設置してもよく、あるいは金属導管 18 と共に注湯レトルト 1 内に配置してもよいが、逆止弁 17 を注湯レトルト 1 内に配置することは、金属導管 18 内の圧力が自由である利点がある。閉鎖システム内の保護ガスの供給及び回収は差圧システムにより行われる。本例においては、閉鎖システム内の保護ガスの供給は保護ガス導管 8 を介して圧力変換器 （Druckubersetzer） 9 によりなされる。圧力変換器 9 は保護ガスを供給し、製造工程が終了した後にこれを逆送する。保護ガス導管 8 には圧力を一定に保つための制御ユニットが設けられる。気密でない箇所からのガスの漏洩による圧力低下が発生した場合は保護ガス計量装置 10、たとえば保護ガスボンベによって補償される。バルブ制御機構 12は空気圧式としても液圧式としても形成することができる。バルブストッパー 14 によりバルブユニット 3 を「パルス状」に（短時間）開くことができ、これにより軽金属鋳物中の空孔の形成を防止することができる。
【０００５】
図２に示した模式図は注湯ユニットの第１の変形例である。注湯レトルト 1として形成された溶融装置の下方に向かって絞られた部分には発熱体 2 が設けられる。鋳型 19 に向かう注湯レトルト 1 の出口部分はバルブユニット 3 により閉止される。排気装置 20 による排気の終了後、バルブ制御機構 12 とバルブストッパー 14 によりバルブユニット 3 が短時間で開き、金属が鋳型 19 に流入する。注湯レトルト 1 内における金属損失のため、鋳造される各部品のための金属を準備する際には部品の数倍の量の金属が必要となる。液体金属が湯口システム 4 に供給された後、架台 5 による熱エネルギーの除去により、また鋳型 19 が自動的に湯口システム 4 から引き離されることにより（注湯レトルト 1 を鋳型 19 より上昇させ、次に処理すべき部品の型の側へ移動させてもよい。）、固化プロセスが進行する。注湯レトルト 1 は注湯ユニットの内部にあって断熱材 6 により囲まれている。温度センサー 7 により溶融物の温度が測定され、それに応じた信号がバルブ制御機構 12 に伝達される。
【０００６】
図３は本発明の装置における鋳型および差圧システムの実施例の第２の変形例を示している。
【０００７】
この変形例においては、注湯レトルト 1 は円筒形であり、その下部に発熱体 2 が配置されている。固化に必要な湯口システム 4 と鋳型 19 との温度差は注湯レトルト 1 と鋳型 19 との間に配置された断熱材 6 と、液体金属注入後の鋳型 19 の引き離しにより実現される。この変形例においては保護ガスの供給は、それ自体は公知であるブロワータンク 21 および保護ガスの圧入および吸引のためのポンプシステム 22 から成る差圧システムにより行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】システム全体の模式図である。
【図２】注湯ユニットの第１の変形例である注湯レトルトの模式図である。
【図３】第２の変形例である鋳型と差圧システムの模式図である。
【符号の説明】
1 注湯レトルト
2 発熱体
3 バルブユニット
4 湯口システム
5 架台
6 断熱材
7 温度センサー
8 保護ガス導管
9 圧力変換器
10 保護ガス追加供給装置
11 ゲート装置
12 バルブ制御機構
13 結合部品
14 バルブストッパー
15 バルブパッキン
16 予備溶融炉
17 逆止弁
18 金属導管
19 鋳型
20 排気装置
21 ブロワータンク
22 ポンプシステム

Claims (15)

1. 液体金属を溶融装置の注湯レトルト（１）に導き、これに加圧したガスを圧入することにより前記液体金属を予め排気した鋳型（１９）に圧入する軽金属から成る鋳物部品の製造方法であって、外部に対して気密な密閉系中で実施され、液体金属の加熱を溶融装置の湯口システム（４） に隣接した溶融装置下部において行うこと、鋳型（１９）側から注湯レトルト（１）の出口開口部までの間で液体金属を温度約６３０°Ｃの溶融状態から固化状態へ移行させること、並びに、該注湯レトルト（１）への保護ガスの供給及び該注湯レトルト（１）からの保護ガスの回収を、該注湯レトルト（１）内と外気との間に差圧を発生させる差圧システムによって行うことを特徴とする方法。
2. 前記軽金属がマグネシウム又はマグネシウム合金であることを特徴とする、請求項１の方法。
3. 前記注湯レトルト（１）へ供給される軽金属の量を製造すべき軽金属部品の量の数倍とすることを特徴とする、請求項１又は２の方法。
4. 前記注湯レトルト（１）への軽金属の供給を液体金属として金属導管（１８）を通じ、或いは固体金属としてゲート装置（１１）を通じて行うことを特徴とする、請求項１又は２の方法。
5. 前記密閉系内において、固体軽金属の追加供給を、外気と注湯レトルト（１）内との圧力差が作用しているゲート装置（１１）を通じて行うことを特徴とする、請求項１又は２の方法
6. 前記液体金属の溶融状態から固化状態への移行を鋳型（１９）の引き離しによって行わせることを特徴とする、請求項１の方法。
7. 前記保護ガスの供給および回収を、圧力変換器（９）及び発生する圧力損失を補償する保護ガス追加供給装置（１０）により行うことを特徴とする、請求項１の方法。
8. 前記液体金属の溶融状態から固化状態への移行を、注湯レトルト（１）を鋳型（１９）より上昇させ、次に処理すべき部品の鋳型の側へ移動させることによって行わせることを特徴とする、請求項１の方法。
9. 前記溶融装置の注湯レトルト（１）内に、予備溶融炉（１６）から逆止弁（１７）を介して液体金属を供給する、外部に対して気密に設けた金属導管（１８）を配置すること、前記溶融装置の注湯レトルト（１）に前記差圧システムを結合すること、及び前記溶融装置の注湯レトルト（１）に外部に対して気密なゲート装置（１１）を設けることを特徴とする、請求項１の方法を実施するための装置。
10. 前記差圧システムが圧力変換器（９）とその上流に設けられ圧力損失を補償する保護ガス追加供給装置（１０）とから成ることを特徴とする、請求項９の装置。
11. 前記差圧システムがブロワータンク（２１）とそれに属するポンプシステム（２２）とから成ることを特徴とする、請求項９の装置。
12. 湯口システム（４）に向かって絞られた形状の注湯レトルト（１）に、予備溶融炉（１６）から逆止弁（１７）を経て液体金属を供給する金属導管（１８）を気密に挿入すること、前記注湯レトルト（１）に圧力変換器（９）を結合し、該圧力変換器 （９）に圧力損失を補償する保護ガス追加供給装置（１０）を結合すること、該注湯レトルト（１）に固体軽金属を輸送するためのゲート装置（１１）を気密に設置すること、及び液体金属の輸送を制御するためにバルブユニット（３）を制御するバルブ制御機構（１２）を設け、該バルブ制御機構（１２）に該バルブユニット（３）をパルス状に開閉させ、液体金属の鋳型（１９）への供給をパルス状に行うことのできるバルブストッパー（１４）を備えることを特徴とする、請求項１の方法を実施するための装置。
13. 前記バルブ制御機構（１２）が空気圧式又は液圧式のシステムにより動作し、同システムを液圧、空気圧又は電磁力により駆動されるバルブストッパー（１４）に結合することを特徴とする、請求項１２の装置。
14. 溶融装置の注湯レトルト（１）と鋳型(１９)との間に断熱層（６）を配置し、液体金属の流路の断熱と冷却により前記液体金属の溶融状態から固化状態への移行を行うことを特徴とする、請求項９の装置。
15. 前記溶融装置の注湯レトルト（１）の内部に逆止弁（１７） を設けたことを特徴とする、請求項９又は１２の装置。

Images