JP3900424B2

JP3900424B2 - 鋳型の温度制御方法及び鋳型

Info

Publication number: JP3900424B2
Application number: JP2002257838A
Authority: JP
Inventors: 良昭梅原; 勇次田井
Original assignee: Nissin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nissin Kogyo Co Ltd
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2022-09-03
Also published as: JP2004090077A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳造方法に関し、特に鋳造法に用いる鋳型とその鋳型の温度制御方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、鋳造法に用いられる鋳型は、鋳型に配設された１個の熱電対に対し１個の冷却水通路で温度制御を行っていた（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。さらに、熱電対の位置と冷却水通路の位置は、図に見られるように、あまりその相互配置関係については考慮されていなかった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１−２３７０７０（第４頁、図１）
【特許文献２】
特開平９−２２５６１７（第３−４頁、第１図）
【０００４】
しかしながら、このような熱電対と冷却水通路の配置関係は、短い経過時間毎に熱電対の温度を検出して、その検出された温度にしたがって制御目標値である設定温度に近づける様に制御する場合には、その検出された温度と冷却水通路が離れていては、制御の応答性が緩慢で、所望の制御が行うことができなかった。
【０００５】
本発明は、冷却媒体によって冷却されるキャビティの温度を正確に測定し、検出することで、応答性のよい鋳型の温度制御を実現することのできる鋳型の温度制御方法および鋳型を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第一の態様に係る鋳型の温度制御方法においては、前記鋳型の温度を温度検出手段により検出する工程と、検出温度に基づいて、前記鋳型に内蔵された冷却流路に流通される冷却媒体を制御して、前記鋳型を冷却する工程と、を有し、前記温度検出工程は、前記鋳型においてヒケや巣が発生しやすい所望冷却箇所のキャビティ面と前記冷却流路との最短距離を結ぶ線分上に前記温度検出手段を配置して、前記鋳型の前記所望冷却箇所の温度を検出することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の第二の態様に係る鋳造用の鋳型においては、前記鋳型の温度を検出する温度検出手段と、前記鋳型に内蔵された冷却流路に冷却媒体を流通させて鋳型を冷却する冷却手段と、前記温度検出手段によって検出された前記鋳型の温度にしたがって前記冷却手段を制御する制御手段と、を有し、前記温度検出手段は、前記鋳型においてヒケや巣が発生しやすい所望冷却箇所のキャビティ面と前記冷却流路との最短距離を結ぶ線分上に配置されたことを特徴とする。
【０００８】
このような第一、第二の態様に係る本発明によれば、鋳型の所望冷却箇所に配置された冷却流路と所望冷却箇所のキャビティ面との最短距離を結ぶ線分上に温度検出手段を配置し、温度を検出することにより、所望冷却箇所のキャビティが、制御手段によって制御された冷却流路によってどのように制御されているかを確実でかつ応答性よく確認することができる。したがって、鋳型の温度制御が従来よりも各段に正確でかつ非常に応答性のよいものとなり、良品率の高い鋳型の温度制御方法および鋳型を提供することができる。
【０００９】
本発明の第一の態様に係る鋳型の温度制御方法においては、前記温度検出工程では、複数の温度検出手段により前記鋳型の複数箇所の温度が検出され、前記冷却工程では、複数の検出温度の各々に基づいて、前記鋳型の内蔵された複数の冷却流路の各々に流通される冷却媒体が制御ことができる。
【００１０】
また、本発明の第二の態様に係る鋳造用の鋳型においては、前記冷却手段は、複数の前記冷却流路を有すると共に、前記温度検出手段を各冷却流路に対してそれぞれ１つずつ配置することができる。
【００１１】
このような構成とすることにより、複数の冷却流路に対応した鋳型のそれぞれの温度を検出することで、鋳型の複数箇所でそれぞれ独立した冷却手段の制御が可能となり、より精度の高い鋳型の温度制御が可能とすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る重力鋳造方法の鋳型１の温度制御システム１００を説明する図である。
【００１４】
鋳型１は、例えばアルミニウム溶湯を用いて、重力鋳造法により例えば自動車用ナックルを製造するための鋳型１であり、図２に示すように、開閉する割型１ａ，１ｂで構成されている。注湯工程では、型閉じされた鋳型１の上方に設けられた湯口４から溶湯を注湯して鋳物製品２を規定するキャビティ３を満たし、さらに湯口４の横に設けられた押湯口５に到達するまで注湯を行う。溶湯が十分に凝固したら鋳型１を型開きして鋳物製品２を鋳型１から取り出し、再び鋳型１を型閉じして次サイクルの注湯が開始される。
【００１５】
鋳型１の割型１ａには、２つの冷却流路６、７が設けられ、冷却水供給系１２で所定温度に冷却された冷却媒体例えば冷却水が自動流量調節バルブ８、９を介して割型１ａに供給される。
【００１６】
冷却流路６，７は、鋳型１の割型１ａのキャビティ３の内、冷却が必要とされる所望冷却箇所、例えば鋳物製品２の厚肉部を規定するキャビティ面Ｘ、Ｙを十分に冷却できる様に配設されている。この厚肉部を規定するキャビティ面Ｘ、Ｙがキャビティ３と冷却流路６，７の中心との最短距離を結ぶ線分上にあって、さらに該線分上のできるだけ厚肉部を規定するキャビティ面Ｘ、Ｙに近い位置に鋳型温度検出手段として各々熱電対１０，１１が配置されている。
【００１７】
また、図２に示すように、鋳型１の割型１ｂには、２つの冷却流路７０、７１が設けられ、冷却水供給系１２で所定温度に冷却された冷却水が図示しない自動流量調節バルブを介して割型１ａに供給される。
【００１８】
冷却流路７０、７１は、鋳型１の割型１ｂのキャビティ３の内、冷却が必要とされる所望冷却箇所、例えば鋳物製品２の厚肉部を規定するキャビティ面Ｗ、Ｚを十分に冷却できる様に配設されている。この厚肉部を規定するキャビティ面Ｗ、Ｚがキャビティ３と冷却流路７０、７１の中心との最短距離を結ぶ線分上にあって、さらに線分上のできるだけ厚肉部を規定するキャビティ面Ｗ、Ｚに近い位置に鋳型温度検出手段として各々熱電対７２、７３が配置されている。
【００１９】
この所望冷却箇所を規定するキャビティ面Ｘ、Ｙ、Ｗ、Ｚと冷却流路６、７、７０、７１と熱電対１０、１１、７２、７３の配置関係を詳細に説明するために、キャビティ面Ｗ、冷却流路７０および熱電対７２の部分拡大図である図３にしたがって説明する。
【００２０】
キャビティ面Ｗは、鋳造中にヒケや巣などが発生しやすい鋳物製品２の厚肉部分であり、この部分の鋳造工程中の温度制御を行うことで、ヒケや巣などの不良を減少させることが望まれている所望冷却箇所である。そのキャビティ面Ｗの温度状態を的確に測定することのできる位置に熱電対７２を配置させている。
【００２１】
所望冷却箇所であるキャビティ面Ｗと熱電対７２の中心を結ぶ仮想線分の延長線上に冷却流路７０を配置させている。したがって、図３に示すように、冷却流路７０の中心とキャビティ面Ｗを結ぶ仮想線分７４は、冷却流路７０とキャビティ３との最短距離を結ぶ仮想線分であり、この仮想線分上であって冷却流路７０とキャビティ面Ｗの間に熱電対７２が配置されている。
【００２２】
冷却流路７０は、キャビティ面Ｗを効率的に冷却できる位置に配置され、熱電対７４は、キャビティ面Ｗの温度を的確に測定することのできる位置に配置されているので、制御手段１３によってキャビティ面Ｗの温度を冷却水によって応答性よく制御することができる。
【００２３】
本実施の形態においては、キャビティ面Ｗから熱電対７２の中心までの距離は５〜１０ｍｍに設定され、熱電対７２の中心から冷却配管７０の中心までの距離は２５ｍｍに設定されている。
【００２４】
熱電対７２の出力は、ＣＰＵとメモリを有する制御手段１３に０．１秒ごとに検出され、制御手段１３は、予め設定されてメモリに記憶させたプログラムに基づいて各検出時点毎に自動流量調節バルブを制御して、冷却流路７０に流通する冷却水の流量を調節することができる。
【００２５】
次に、図４の温度-時間グラフを用いて、本発明の一実施の形態に係る鋳型１の温度制御方法について説明する。なお、図４の縦軸の鋳型１の温度は、図１の熱電対１０によって検出された厚肉部を規定するキャビティ面Ｘに最も近い位置の温度であり、この温度を制御するために制御手段１３によって自動流量調節バルブ８を制御することで、冷却水路６を流通する冷却水の流量を調節して得られたものである。
【００２６】
ここでは、注湯開始時点Ａから次サイクルの注湯開始時点Ａまでの間を鋳造加工の１サイクルとしている。
【００２７】
制御手段１３に記憶されたプログラムには、１サイクルの経過時間によって変化する制御目標値である設定温度が設定されている。本実施の形態における設定温度は、注湯開始時点Ａから最高温度到達時点Ｂまでを一定値である温度３２（Ｔ２）と、最高温度到達時点Ｂから湯口凝固時点Ｃ（湯口及び押湯口の溶湯が凝固する時点）までの温度−時間目標特性３１と、湯口凝固時点Ｃから次サイクルの注湯開始時点Ａまでの温度−時間目標特性３０とを連続させた複数の温度設定のある制御グラフからなり、制御手段１３のメモリに記憶されている。
【００２８】
また、制御手段１３に記憶されたプログラムは、メモリに記憶された設定温度に対して、熱電対１０の検出温度（鋳型１の温度）２０が高ければ、自動流量調節バルブ８を開放して鋳型１に冷却水を流通させ、鋳型１の熱電対１０の検出温度２０が低ければ、自動流量調節バルブ８を閉鎖して鋳型１への冷却水の流通を止めるようにプログラムされている。
【００２９】
この制御手段１３のプログラムに基づいて制御された鋳型１の温度２０は、図４に示すように、注湯開始時点Ａの温度Ｔ１から急激に上昇して最高温度到達時点Ｂ付近において設定温度３２（温度Ｔ２）に基づいて制御され、そして湯口凝固時点Ｃの温度Ｔ３に向けて緩やかに下降し、かつ設定温度３２から連続する温度−時間目標特性３１に基づいて制御され、さらに温度−時間目標特性３１に連続して湯口凝固時点Ｃから次サイクルの注湯開始時点Ａの温度Ｔ１に向けて急速冷却する温度−時間目標特性３０に基づいて制御される。
【００３０】
このとき、重力鋳造法においてもっとも重要な注湯開始時点Ａの温度Ｔ１は、毎サイクルとも常に一定の最適注湯開始温度となるように制御されている。
【００３１】
本実施の形態においては、最高温度到達時点Ｂから湯口凝固時点Ｃまでの温度−時間目標特性３１は、冷却水を通水しないテスト鋳造の実測値とほとんど同じであるため、このＢ−Ｃ間においてはほとんど冷却水を通水させることはない。したがって、テスト鋳造によるＴ１〜Ｔ３までの温度変化のグラフは、図４のＴ１〜Ｔ２の曲線とほとんど同じである。
【００３２】
設定温度３２および温度下降関数３０，３１のように、時間の経過にしたがって設定温度が徐々に変化するような高い応答性が要求される制御であっても、キャビティ３と冷却流路６、７、７０、７１を結ぶ線分上に熱電対１０、１１、７２、７３と配置することで正確な温度変化を把握し、的確な制御が可能となる。
【００３３】
さらに、制御手段１３に記憶されたプログラムは、検出手段１０によって検出された鋳型１の温度２０が設定温度に対して高すぎたり、低すぎたりしていないかを監視する監視領域が設定されている。
【００３４】
本実施の形態の監視領域は、Ａ−Ｂ間、Ｂ−Ｃ間、Ｃ−Ｄ間のそれぞれに対応して第１監視領域５２、第２監視領域５５、第３監視領域５８が設定されている。
【００３５】
第１監視領域５２においては、鋳型１の温度２０が急激に上昇することと、この領域においては、ほとんど冷却水を流通させる制御を行わないため、設定温度３２（最高温度到達時点Ｂの温度Ｔ２）よりも少し高い温度を上限温度５０とし、最適注湯開始温度Ｔ１よりも少し低い温度を下限温度５１としている。
【００３６】
第２監視領域５５においては、設定温度である温度−時間目標特性３１にしたがって変化する上限温度５３と下限温度５４が設定されている。この第２監視領域５５においては、温度−時間目標特性３１が冷却水を流通させないテスト鋳造の温度変化とほぼ同じで、ほとんど冷却水を流通させる制御を行わないため、設定温度の温度−時間目標特性３１を中心に対称で比較的狭い幅の監視領域に設定されている。
【００３７】
第３監視領域５８は、設定温度である温度−時間目標特性３０にしたがって変化する上限温度５６と下限温度５７が設定されている。この第３監視領域５８においては、温度−時間目標特性３０がＣ−Ａ間で最適注湯開始温度Ｔ１まで急速に冷却するように設定されているため、比較的鋳型１の温度にもバラツキが大きくなるので、設定温度の温度−時間目標特性３０を中心に対称で比較的広い幅の監視領域に設定されている。
【００３８】
図４に示すＣ−Ａ間の鋳型１の温度５９のように、監視領域を外れた（上限温度５６よりも高い）温度が検出された場合には、制御手段１３は異常信号を表示手段１６に出力する。この表示手段１６に表示された異常発生出力を鋳造加工者が確認し、鋳造加工後、取り出された鋳物製品２を詳細に検査し、不良品を発見することができる。
【００３９】
また、鋳型１の別の厚肉部を規定するキャビティ面Ｙにおいても、厚肉部を規定するキャビティ面Ｙの鋳造温度特性にしたがって設定温度及び監視領域を作成し、制御手段１３のメモリに記憶させて、同様に制御を行っている。
【００４０】
図４に示されるように、鋳造製品２と鋳型１から離型する鋳型１の型開開始時点Ｄから次サイクルの注湯開始時点Ａの間は、比較的鋳型１の温度は安定する。そこで、Ｄ−Ａ間における鋳型１の設定温度である温度−時間目標特性３０は、Ｃ−Ａ間と同じであるが、監視領域の幅をより狭くすることができる。
【００４１】
このように、設定温度の関数が同じでも、時間の経過によって設定温度に対する温度の変動が少ないような場合には、途中から監視領域の幅を狭くしてもよいし、また逆に温度の変動が大きくなるが、あまり鋳物製品２の品質に影響のない時間帯では、途中から監視領域の幅を広く設定してもよい。
【００４２】
また、このように、設定温度の変化や経過時間にしたがって監視領域を変化させて制御する場合には、キャビティ３と冷却流路６、７、７０、７１を結ぶ線分上に熱電対１０、１１、７２、７３と配置することで、監視領域から外れた検出温度を確実に把握することができ、鋳造工程における異常を確認できる。
【００４３】
なお、本発明は、本実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。
【００４４】
例えば、前記実施の形態では、冷却媒体を冷却水としたが、鋳型の温度によっては、温調した油を用いてもよいし、効率よく鋳型を温調できるものであれば一般的に用いられる各種温調流体を用いることができる。
【００４５】
また、前記実施の形態では、自動流量調節バルブを開放、閉鎖していわばＯＮ-ＯＦＦ制御によって冷却水を制御したが、自動流量調節バルブによって流量を複数段階で調節することにより、メモリに記憶された下降速度関数３０、３１にスムーズに近似させる様に制御することも可能であるし、冷却水供給系１２の温調機能を利用して鋳型１に供給する冷却水の温度を変化させることで鋳型１の温度を制御してもよい。
【００４６】
さらに、前記実施の形態では、２つの冷却流路と熱電対を用いた冷却回路であったが、その数は限定されるものではない。
【００４７】
また、前記実施の形態では、１サイクル中に異なる設定温度が複数あり、さらにその設定温度の内の２つが異なる温度−時間目標特性である場合について説明したが、これに限らず、設定温度が１つであるものや、設定温度が時間経過とともに変化する複数の点で構成されるものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る鋳型の温度制御システムを示す説明図
【図２】図１のii−ii断面図
【図３】図２の部分拡大図
【図４】本発明の一実施の形態に係る鋳型の温度制御方法を説明するグラフ
【符号の説明】
１鋳型
２鋳物製品
３キャビティ
４湯口
５押湯口
６、７、７０、７１冷却流路
８、９自動流量調節バルブ
１０、１１、７２、７３熱電対
１２冷却水供給系
１３制御手段
１６表示手段
３０、３１、３２設定温度
５０、５３、５６上限温度
５１、５４、５７下限温度
５２第１監視領域
５５第２監視領域
５８第３監視領域
１００温度制御システム
Ａ注湯開始時点
Ｔ１最適注湯開始温度
Ｔ２最高温度到達時点Ｂの温度
Ｔ３湯口凝固時点Ｃの温度

Claims

鋳造用の鋳型の温度制御方法であって、
前記鋳型の温度を温度検出手段により検出する工程と、
検出温度に基づいて、前記鋳型に内蔵された冷却流路に流通される冷却媒体を制御して、前記鋳型を冷却する工程と、
を有し、
前記温度検出工程は、前記鋳型においてヒケや巣が発生しやすい所望冷却箇所のキャビティ面と前記冷却流路との最短距離を結ぶ線分上に前記温度検出手段を配置して、前記鋳型の前記所望冷却箇所の温度を検出することを特徴とする鋳型の温度制御方法。
請求項１記載の鋳造用の鋳型の温度制御方法において、
前記温度検出工程では、複数の温度検出手段により前記鋳型の複数箇所の温度が検出され、
前記冷却工程では、複数の検出温度の各々に基づいて、前記鋳型の内蔵された複数の冷却流路の各々に流通される冷却媒体が制御されることを特徴とする鋳型の温度制御方法。
鋳造用の鋳型において、
前記鋳型の温度を検出する温度検出手段と、
前記鋳型に内蔵された冷却流路に冷却媒体を流通させて鋳型を冷却する冷却手段と、
前記温度検出手段によって検出された前記鋳型の温度にしたがって前記冷却手段を制御する制御手段と、
を有し、
前記温度検出手段は、前記鋳型においてヒケや巣が発生しやすい所望冷却箇所のキャビティ面と前記冷却流路との最短距離を結ぶ線分上に配置されたことを特徴とする鋳造用の鋳型。
請求項３記載の鋳造用の鋳型において、
前記冷却手段は、複数の前記冷却流路を有し、
前記温度検出手段が各冷却流路に対してそれぞれ１つずつ配置されていることを特徴とする鋳造用の鋳型。