JP3908341B2 - 鋳造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低圧鋳造法によって鋳造を実施する鋳造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動二輪車用エンジンのシリンダヘッドなどを鋳造するためには、低圧鋳造法によって実施している。この低圧鋳造法を実施するために用いる鋳造装置は、金型の下方に溶湯を溜めるための炉体を配設し、これら両者を給湯管で連通している。
【０００３】
前記金型は、給湯口を下端部に設け、この給湯口の下側に溶湯を給湯口へ導くための湯口カップを装着している。この湯口カップに前記給湯管の上端部を接続している。また、金型には、鋳造を実行する以前に鋳造温度まで予め昇温させるためのヒータを設けている。
【０００４】
前記炉体は、溶湯を溜めるためのるつぼや電気式ヒータを備えた箱状の本体と、この本体の上部開口を開閉する蓋体とから構成し、蓋体を閉じた状態で密閉容器になるようにしている。前記給湯管は、前記蓋体を上下方向に貫通し、その下端をるつぼ内の溶湯中に臨ませている。また、この炉体には、炉体内に高圧の空気を供給するための加圧装置を接続している。
【０００５】
このように構成した鋳造装置によって低圧鋳造を実施するためには、先ず、前記炉体内に溶湯を溜め、次いで、加圧装置によって高圧の空気を炉体内に供給し、炉体の内圧を上昇させる。この加圧によって、るつぼ内の溶湯は給湯管内に押上げられ、湯口カップを通ってから金型に注入される。
【０００６】
注湯後、加圧装置による加圧を一定時間継続させる。これは、金型内の溶湯に対して押湯を行うためである。押湯工程が終了した後、溶湯が凝固してから金型を開き、鋳造物を離型させることによって、１サイクルの鋳造工程が終了する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上述した鋳造方法では、鋳造装置を始動させたときには、捨打を１回〜数回実施しなければならないという問題があった。この捨打とは、鋳造工程で鋳造開始から良品が出始めるまでに行う予備的な鋳造のことであり、給湯管から金型まで通常通りに溶湯を供給することにより給湯系全体の温度状態を整えるために実施している。なお、捨打を実施しないと、引け巣が鋳造物内に発生してしまう。
【０００８】
引け巣が生じるのは、湯口カップ内の溶湯が金型内の溶湯より先に凝固してしまい、押湯が湯口部分で断たれ、金型内で凝固収縮が起こったところへ溶湯を補充することができなくなるからである。良品を得るためには、湯口部分が最終凝固部になるようにしなければならない。この不具合を解消するために湯口カップを金型と同様にヒータによって予熱することも考えられるが、湯口カップは金型と炉体との間の狭い部分に配設してあり、ヒータを取付けるスペースはない。
【０００９】
低圧鋳造法は、他の鋳造方法に較べて１回の鋳造に要する時間が長い。しかも、自動二輪車用エンジンのシリンダヘッドを鋳造する場合には、１個のシリンダヘッドに中子を多数使用する。このため、捨打１回当たりの損失が多く、コスト低減を図るために捨打を行わなくてもよいようにすることが要請されている。
【００１０】
本発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、鋳造装置の始動時に捨打を実施しなくても良品を鋳造することができる鋳造方法および鋳造装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る鋳造方法は、密閉容器に溶湯を給湯した後の最初の注湯時であって溶湯を金型内に注入する以前に、溶湯を金型の給湯口に予め定めた時間だけ押上げてから一旦密閉容器に戻し、続いて再び内圧を上昇させて、捨打をすることなく溶湯を金型に注入することによって実施される。
本発明によれば、金型の湯口が溶湯によって予熱される。
【００１２】
上述した発明に係る鋳造方法においては、溶湯の湯面が金型の給湯口に達する状態を保持しているときに、密閉容器内の溶湯の温度を予め定めた温度だけ上昇させることができる。
この方法を採ると、給湯口を加温して相対的に温度が低下した溶湯が密閉容器に戻ることによって密閉容器内の溶湯の温度が元の設定温度より低下することはない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る鋳造方法を実施する際に使用する鋳造装置を図１ないし図４によって詳細に説明する。
図１は本発明に係る鋳造装置の側面図で、同図は要部を破断して描いてある。図２は本発明に係る鋳造装置に使用する制御装置のブロック図、図３は制御装置の動作を説明するためのフローチャート、図４は鋳造時の各部の温度変化を示すグラフである。
【００１４】
これらの図において、符号１はこの実施の形態による鋳造装置で、この鋳造装置１は、低圧鋳造によって自動二輪車用エンジンのシリンダヘッドを鋳造するものである。前記鋳造装置１は、溶湯２を溜めるための炉体３と、この炉体３の上方に配設した金型４と、炉体３に圧縮空気を供給するための加圧装置５と、この加圧装置５および炉体３や金型４のヒータなどを制御するための制御装置６とから構成している。
【００１５】
前記炉体３は、断熱材によって箱形に形成して内部にるつぼ７を備えた本体８と、この本体８の上部開口を開閉する蓋体９とから構成し、図１に示すように蓋体９で本体８の上部開口を閉じた状態で密閉容器になる構造を採っている。また、前記本体８は、ヒータ１０を内蔵しており、るつぼ７内の溶湯２を加温する電気炉を構成している。前記蓋体９の中央部には給湯管１１が貫通する状態で取付けてある。
【００１６】
前記金型４は、上金型１２と下金型１３とから構成し、駆動装置１４に支持させている。上金型１２は、下方に向けて開口するキャビティ（図示せず）を有し、駆動装置１４の昇降部１４ａに取付けている。下金型１３は、上方に向けて開口するキャビティ（図示せず）を有する下金型本体１３ａと、この下金型本体１３ａの下端部に取付けた湯口カップ保持部材１３ｂとからなり、駆動装置１４の基台１４ｂに固定している。この基台１４ｂには、前記給湯管１１の上端部が臨む穴１４ｃを形成している。
【００１７】
また、前記上金型１２および下金型本体１３ａは、これらを鋳造温度まで予熱するためのヒータ（図示せず）と、鋳造時の金型温度を一定に保つための水冷式冷却装置（図示せず）とを備えている。これらのヒータや冷却装置も後述する制御装置６が制御する。
【００１８】
前記湯口カップ保持部材１３ｂは、下金型本体１３ａの下端に開口する給湯口１３ｃに溶湯２を導くための湯口カップ１５を保持している。また、この湯口カップ保持部材１３ｂは、湯口カップ１５の周囲の下面が基台１４ｂの前記穴１４ｃを上方から閉塞し、この穴１４ｃ内に下方から臨む前記給湯管１１の上端面を当接させている。
【００１９】
前記加圧装置５は、密閉容器からなる炉体３の内部に圧縮空気を供給する構造のものである。すなわち、加圧装置５から圧縮空気が炉体３内に供給されて炉体３の内圧が上昇することによって、るつぼ７内の溶湯２が給湯管１１の上端部側へ押上げられて湯口カップ１５を通って金型４内に注入される。
【００２０】
加圧装置５やヒータを制御する制御装置６は、この鋳造装置１による鋳造の自動化を図るためのもので、図２に示すように、鋳造条件設定器２１と、加圧圧力制御器２２と、金型４の温度を調整する金型温調計２３と、炉体３内の溶湯の温度を調整する湯温温調計２４とから構成している。前記鋳造条件設定器２１は、良品条件監視手段２５と、加圧時間演算手段２６と、条件自動設定・補正手段２７と、鋳造モード選択手段２８と、湯口カップ予熱手段２９とから構成している。
【００２１】
前記良品条件監視手段２５は、金型４や溶湯２の温度が良品範囲に入っているか否かを判定し、良品範囲に入っていない場合に、金型４および溶湯２の温度が良品範囲に入るように金型温調計２３および湯温温調計２４を制御する構成を採っている。
【００２２】
前記加圧時間演算手段２６は、加圧開始時の金型温度および溶湯温度に基づいて加圧装置５による鋳造時の加圧時間を演算し、前記条件自動設定・補正手段２７は、鋳造回数に応じて金型や溶湯の温度、加圧圧力、加圧時間などの初期値を設定するとともに、この初期値を金型の塗型の劣化に対応させて補正する構成を採っている。この塗型とは、金型内面に被覆させた保護層のことである。
【００２３】
前記鋳造モード選択手段２８は、通常通りに鋳造を行う通常モードと、湯口カップ１５を予熱してから通常通りに鋳造を行うカップ予熱モードとを切替えるスイッチである。
前記湯口カップ予熱手段２９は、前記鋳造モード選択手段２８がカップ予熱モードを選択しているときに前記加圧時間演算手段２６が設定した加圧時間を予め定めた湯口カップ予熱時間に変更するとともに、湯温温調計２４の設定値を予め定めた温度だけ上昇させるように構成している。なお、この実施の形態では、湯口カップ予熱モードにあるときには金型４の水冷式冷却装置を停止させるようにしている。
【００２４】
前記加圧圧力制御器２２は、炉体３の内圧の上昇率を制御する炉内加圧圧力制御手段３０を有し、前記加圧時間演算手段２６や湯口カップ予熱手段２９が設定した加圧時間に基づいて加圧装置５を予め定めた加圧パターンが得られるように駆動する構成を採っている。湯口カップ予熱モードにあるときには、この加圧圧力制御器２２は、溶湯を湯面が下金型１３の給湯口１３ｃに達するまで押上げた状態で予め定めた時間だけ保持し、その後、炉体３の内圧を下げて溶湯２をるつぼ７内に戻してから再び加圧して金型４に注入する。また、通常モードの場合には、給湯口１３ｃで止めずに溶湯２を金型４内に注入する。
【００２５】
次に、上述した鋳造装置１を用いて実施する鋳造方法を図３のフローチャートによって詳細に説明する。ここでは、鋳造装置１の始動から鋳造を連続して実行するまでの動作を説明する。
【００２６】
鋳造装置１の始動前にステップＳ１で示すように金型４の予熱を開始する。その温度は制御装置６で制御される。また、このときには、鋳造モード選択手段２８でカップ予熱モードを選択する。この結果、湯口カップ予熱手段２９が加圧時間を前記湯口カップ予熱時間に設定し、加圧圧力制御器２２が湯口予熱用の加圧パターンを選択する。これとともに、金型４の冷却装置がオフ状態になる。
【００２７】
金型４の温度が予熱温度に達した後、制御装置６がステップＳ２で示すように金型４のヒータを停止させる。次いで、ステップＳ３で示すように、金型４のキャビティにエアブローを実施するとともに、中子を装填する。その後、図示してない鋳造開始スイッチをオン操作する（ステップＳ４）。この操作によって駆動装置１４の昇降部１４ａが下降して金型４が型締めされ、加圧装置５が湯口予熱用の加圧パターンをもって加圧を開始する。また、カップ予熱モードを選択することによって、湯温温調計２４の設定温度が予め定めた温度だけ上昇する。
【００２８】
加圧装置５が加圧を開始することにより、炉体３内の溶湯２が給湯管１１を通って給湯口１３ｃまで押上げられる。加圧装置５は、溶湯２の湯面が給湯口１３ｃに達した状態、すなわち湯口カップ１５が溶湯２で満たされた状態をステップＳ５で示すように予め設定した時間だけ保持する。このときに溶湯２の熱で下金型１３の給湯口１３ｃおよび湯口カップ保持部材１３ｂと、湯口カップ１５などが加温される。
【００２９】
湯口カップ１５は、溶湯２の供給により図４中に符号Ａで示すように温度が上昇する。なお、図４から、このときには下金型本体１３ａの温度は上昇しないことが分かる。一方、湯口カップ１５や湯口カップ保持部材１３ｂを加温することにより溶湯２は温度が低下する。
【００３０】
しかる後、加圧装置５は、ステップＳ６で示すように加圧を停止して炉体３の内圧を下げる。この減圧により、給湯管１１内で押上げられていた溶湯２がるつぼ７内に戻る。炉体３の温度は上述したように予め定めた温度だけ上昇しているので、湯口カップ１５や湯口カップ保持部材１３ｂを加熱して温度が低下した溶湯２がるつぼ７内に戻ることによってるつぼ７内の溶湯２の温度が元の設定温度より低下することはない。
【００３１】
減圧工程が終了した後、鋳造モード選択手段２８が自動的に通常モードに切替わる。この結果、加圧時間演算手段２６が金型４および溶湯２の温度に応じた加圧時間を設定し、加圧圧力制御器２２が前記加圧時間に対応する加圧パターンを選択してステップＳ７で示すように実際の鋳造が開始される。また、湯温温調器２４での設定温度が通常鋳造時の設定温度に変更されるとともに、冷却装置が作動して金型４内に冷却水が流され、金型４の温度が予め定めた鋳造温度になるように制御される。
【００３２】
通常モードでは、溶湯２が給湯管１１から湯口カップ１５に押上げられ、金型４の給湯口１３ｃに注入されるように加圧装置５が加圧を実施する。この加圧は、金型４内が溶湯で満たされた後も押湯を行うために継続して実施する。このとき、金型４の温度は、図４に示すように、上述したカップ予熱モードでの予熱によって湯口部分が最も高いので、溶湯２が凝固するときには湯口部分が最後になる。このため、凝固の途中で押湯が断たれることはない。
【００３３】
加圧開始から予め定めた時間（溶湯２の凝固が完了するに足りる時間）が経過した後、ステップＳ８で加圧装置５を停止させて加圧を止め、炉体３内の圧力を下げる。溶湯２が給湯管１１からるつぼ７内に戻った後、ステップＳ９で示すように、駆動装置１４によって上金型１２を上昇させて金型４を開き、製品を取出す。このように１回目の鋳造が終了した後、制御装置６は２回目以降の鋳造をステップＳ１０〜Ｓ１３に示すように実施する。ステップＳ１０での作業内容は前記ステップＳ３での作業内容と同じであり、同様に、ステップＳ１１は前記ステップＳ４と同じであり、ステップＳ１２は前記ステップＳ８と同じであり、ステップＳ１３は前記ステップＳ９と同じである。この鋳造装置１は、炉体３内に溶湯２がなくなるまでステップＳ１０〜Ｓ１３からなる鋳造を繰返し実施する。
【００３４】
したがって、上述した鋳造装置１を用いた鋳造方法によれば、金型４の湯口部分（下金型１３の給湯口１３ｃ、湯口カップ保持部材１３ｂおよび湯口カップ１５）が溶湯２によって予熱され、しかも、この予熱を行うことによって温度が低下した溶湯２が金型４に注入されることはないから、鋳造装置１の始動時に捨打を実施しなくても当初から良品を鋳造することができる。
【００３５】
また、溶湯２の湯面が金型４の給湯口１３ｃに達する状態を保持しているときに、炉体３内の溶湯２の温度を予め定めた温度だけ上昇させる鋳造方法を採っているため、給湯口１３ｃを加温することにより相対的に温度が低下した溶湯２が炉体３に戻ることによって炉体３内の溶湯２の温度が元の設定温度より低下することはない。このため、給湯口１３ｃや湯口カップ１５などを予熱した後に炉体３内の溶湯２の温度が鋳造温度に上昇するまで待機しなくてよく、予熱を含めた鋳造時間を短縮することができる。
【００３６】
上述したように構成した鋳造装置１を用いてカップ予熱モードを採用するようにしたところ、捨打率が０．１％に激減するという好結果を得た。また、炉体３内の溶湯の温度や下金型１３の温度の変動が少なくなったことに加え、これらの温度を良品範囲に設定することが容易になったため、鋳造品の品質も向上した。
【００３７】
なお、この実施の形態では、るつぼ７に溶湯２を溜める構造の炉体３を用いたが、炉体３の内側に溶湯２を直接溜める構造を採ることもできる。また、この実施の形態では自動二輪車用エンジンのシリンダヘッドを鋳造する例について説明したが、鋳造の対象とする物品は適宜変更することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、金型の湯口が溶湯によって予熱され、しかも、この予熱を行うことによって温度が低下した溶湯が金型に注入されることはないから、鋳造装置の始動時に捨打を実施しなくても当初から良品を鋳造することができる。
したがって、捨打を行うことによる無駄を省き、コストダウンを図ることができる。
【００３９】
また、溶湯を湯口まで上昇させているときに密閉容器内の溶湯の温度を上昇させる鋳造方法を採ることにより、給湯口を加温して相対的に温度が低下した溶湯が密閉容器に戻ることによって密閉容器内の溶湯の温度が元の設定温度より低下することを阻止することができる。
したがって、湯口を予熱した後に密閉容器内の溶湯の温度が鋳造温度に上昇するまで待機しなくてよく、予熱を含めた鋳造時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る鋳造装置の側面図である。
【図２】 本発明に係る鋳造装置に使用する制御装置のブロック図である。
【図３】 制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】 鋳造時の各部の温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１…鋳造装置、２…溶湯、３…炉体、４…金型、５…加圧装置、６…制御装置、９…蓋体、１１…給湯管、１３ｂ…湯口カップ保持部材、１５…湯口カップ。

Claims (2)

1. 溶湯を溜めた密閉容器内に気体を圧送して内圧を上昇させることによって、気体の圧力で前記溶湯を給湯管に押上げて金型に注湯する鋳造方法において、前記密閉容器に溶湯を給湯した後の最初の注湯時であって溶湯を金型内に注入する以前に、溶湯の湯面が金型の給湯口に達するまで押上げた状態で予め定めた時間だけ保持し、その後、前記密閉容器の内圧を下げて溶湯を給湯口から密閉容器に戻し、続いて再び内圧を上昇させて、捨打をすることなく溶湯を金型に注入することを特徴とする鋳造方法。
2. 請求項１記載の鋳造方法において、溶湯の湯面が金型の給湯口に達する状態を保持しているときに、密閉容器内の溶湯の温度を予め定めた温度だけ上昇させることを特徴とする鋳造方法。

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