JP3990654B2 - Semi-solid metal slurry manufacturing apparatus and control method thereof, and semi-solid metal slurry manufacturing method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金などの半凝固金属スラリーを対象とした半凝固金属スラリーの製造装置及びこれの制御方法並びに半凝固金属スラリーの製造方法に関する。
ただし、固相率＝固相／（液相＋固相）（％）とする。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金などの金属の溶湯をダイカスト成形する技術は、現在広く用いられており、最近では、金型の寿命向上やダイカスト成形品の寸法精度向上に適するとされる固液共存状態の半凝固金属スラリーを用いたダイカスト法が注目されている。
【０００３】
半凝固金属スラリーを用いるダイカスト法では、溶湯合金の固液の割合を表す固相率の管理が重要となる。この固相率の管理に係る発明では、例えば、半凝固金属スラリーの変態点までは温度管理で、変態点から一定時間は攪拌して冷却する時間管理を行うことで、目標固相率を得ようとする方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１５３９４５公報（第３ー４頁、第６−７頁、図５、図９）
【０００５】
図１０は特許文献１の図５の再掲図である。ただし、一部省略する。
まず、制御開始時間Ｔｓをインプットする。次にルツボに満たした半凝固金属スラリーを攪拌しながら冷却を開始し、熱電対で計測した半凝固金属スラリー温度を読み込む。
ここで、冷却開始からの経過時間（Ｔｉｍｅ）がＴｓに達するまで攪拌冷却を継続し、半凝固金属スラリー温度の読み込みを続ける。経過時間（Ｔｉｍｅ）がＴｓに達したら次のＳＴ０５に進む。
【０００６】
ＳＴ０５は冷却カーブから変態点Ｐｔを推定する。ＳＴ０６は変態点Ｐｔに対応するＴｆ（Ｐｔから目標固相率までの冷却時間）を求める。ＳＴ０７はＰｔ後の冷却時間がＴｆに達したら攪拌冷却を終了し、速やかにダイカストを開始する。
【０００７】
図１１は特許文献１の図９の再掲図であり、図１０のＳＴ０７の補足図でもある。半凝固金属スラリーの変態点ＰｔからＴｆ時間だけ攪拌すれば、目標固相率にすることができるというものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では、変態点の前後で冷却速度が変化しないことを前提としている。
しかし、一般に金属は変態点の前後で物性が異なり、必然的に変態点以前での冷却速度と変態点以降での冷却速度に差が生じる。
この差が、目標固相率と実際の固相率との差となって現れ、結果として、固相率の管理精度が低下する。
【０００９】
近年、鋳造技術の高度化要求に伴って、半凝固金属スラリーを対象とした固相率の管理精度をより高めることが必要となった。そこで、従来の時間による固相率の管理に代わる管理技術を提供することが、本発明の目的となる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、半凝固金属スラリーをルツボに供給し、前記ルツボ内の半凝固金属スラリーを冷却するとともに、攪拌手段を水平方向に移動させて該半凝固金属スラリーを攪拌し、前記半凝固金属スラリーが所望の固相率になった後、前記冷却を終了する半凝固金属スラリーの製造装置において、ルツボに入れた半凝固金属スラリーを攪拌する攪拌手段を備え、前記攪拌手段の移動とともにルツボの形状に沿うように水平方向に移動し、下部を半凝固金属スラリーに差込まれる片持ち梁状の計測子と、この計測子が前記半凝固金属スラリーから受ける力を計測するロードセルと、このロードセルで検出した力から半凝固金属スラリーの粘度を換算する換算手段とからなる半凝固金属スラリーの粘度計測手段を備え、前記換算手段は、換算された半凝固金属スラリーの粘度のデータのうち、測定子が同一方向に、一定速度で移動しているときのデータを取出すものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項１では、半凝固金属スラリーの粘度計測装置を、撹拌手段と、攪拌手段の移動とともにルツボの形状に沿うように水平方向に移動し、下部を半凝固金属スラリーに差込まれる片持ち梁状の計測子と、かかる計測子移動手段と、ロードセルと、換算手段とで構成した。いずれも、入手が容易で簡便な手段若しくは部品であり、粘度計測装置の低コスト化並びにコンパクト化が容易に達成できる。
【００１２】
請求項２は、請求項１記載の半凝固金属スラリーの製造装置を制御する制御方法において、金属成分別の半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関を表すマップを利用して目標固相率に対応する目標粘度を定める工程と、前記測定子が受けた半凝固金属スラリーから受ける力を、前記ロードセルで検出し、前記ロードセルで検出した力から半凝固金属スラリーの粘度を、前記換算手段で換算する工程と、この換算手段は、換算された半凝固金属スラリーの粘度のデータのうち、測定子が同一方向に、一定速度で移動しているときのデータを取出すようにした演算部を含有するものであり、その後、前記換算手段で換算した粘度と前記目標粘度とを比較する工程とを有し、換算された粘度が該目標粘度以上となれば、冷却を終了することを特徴とする。
請求項３は、半凝固金属スラリーをルツボに供給し、前記ルツボ内の半凝固金属スラリーを冷却するとともに、攪拌手段を水平方向に移動させて半凝固金属スラリーを攪拌し、前記半凝固金属スラリーが所望の固相率になった後に前記冷却を終了する半凝固金属スラリーの製造方法であって、金属成分別に半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関を表すマップを準備する工程と、このマップを利用して目標固相率に対応する目標粘度を定める工程と、ルツボに入れた半凝固金属スラリーを冷却しつつその粘度をルツボの形状に沿うように計測する粘度計測工程と、この粘度が前記目標粘度に到達するまで冷却を実施する工程とからなることを特徴とする。
請求項４は、請求項３記載の半凝固スラリーの製造方法において、前記粘度計測工程は、前記攪拌手段の移動とともに水平方向に移動し、下部を半凝固金属スラリーに差込まれる計測子が、前記半凝固金属スラリーから受ける力から、半凝固金属スラリーの粘度を換算し、換算された半凝固金属スラリーの粘度のデータのうち、測定子が同一方向に、一定速度で移動しているときのデータを取出すようにするものであり、これら工程群を半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関を表すマップの準備から、半凝固金属スラリーの冷却終了までの間に実施することで、半凝固金属スラリーの固相率を目標固相率に合致させることを特徴とする。
【００１３】
請求項２及び請求項３では、半凝固金属スラリーを冷却する過程で、それの粘度を検出し、この粘度により、半凝固金属スラリーの固相率を管理する。
粘度を検出するため、冷却速度の変化や時間の影響を排除することができ、従来の時間による管理より、大幅に半凝固金属スラリーの固相率の管理精度を高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る粘度計測装置の実施例を示す図であり、粘度計測装置１０は、撹拌手段１１、１２と、片持ち梁状の計測子１３と、この計測子１３を水平方向に移動させる計測子移動手段１４と、この計測子１３が受ける力を計測するロードセル１５と、このロードセル１５を固定する固定部品１６と、ロードセル１５からの物理量を粘度変換するための力換算手段２１、粘度換算手段２２を備えた力ー粘度換算手段２３とからなることを特徴とする構成体である。
【００１５】
ルツボ３１に満たされた半凝固金属スラリー３２中において、粘度計測装置１０は、撹拌手段１１、１２が移動することと、計測子１３が計測子移動手段１４により水平方向に移動することにより、撹拌手段１１、１２や、計測子１３が半凝固金属スラリー３２から受ける力をロードセル１５で例えば歪電圧Ｖ１として認知し、その後、力ー粘度換算手段２３により粘度Ｂを求める装置である。
【００１６】
図２は図１の２−２矢視図であり、撹拌手段１１、１２はその間に計測子１３を備え、ルツボ３１に満たした半凝固金属スラリー３２中を、矢印の如く水平方向に移動させてルツボ３１の形状に沿うように矩形に動いて半凝固金属スラリー３２を撹拌する。
【００１７】
撹拌手段１１、１２と計測子１３が一体になっているので、撹拌手段１１、１２の矩形動作に合わせて計測子１３は動くことができる。その結果、計測子１３が計測子移動手段１４（図示せず）によって水平方向に動いていても、撹拌手段１１、１２と計測子１３が半凝固金属スラリー３２から受ける力はほぼ同じものとしてロードセル１５に伝えることができる。
【００１８】
図３は時間経過に伴う粘度変化を調べたグラフであり、図１の装置を用いて、ルツボに満たした半凝固金属スラリーの粘度を調べてみた。なお、撹拌及び冷却の初期では、撹拌手段の進入直後のノイズが大きいことより安定した粘度が測定できないため、初期ノイズをカットした後の粘度を示した。
【００１９】
装置の都合で、計測子は移動、停止、方向の変化を繰り返す。そのために、グラフが上下に波打つ。
計測子が同一方向に、一定速度で移動しているときのデータのみを取出すことを試みる。すなわち、＋側のピークＰ1、Ｐ2…ＰNを結ぶと、右上がりの曲線Ｑを得ることができる。
【００２０】
ところで、半凝固金属スラリーは、液相と固相との混合体であり、時間経過と共に温度が下がり、液相が凝固して固相の割合が増加する。この結果、時間と共に粘度が増加する。このことから、横軸を固相率に変えても、曲線Ｑに近似する曲線が得られる。この考えに基づいて、データを整理して得たのが次の図である。
【００２１】
図４は固相率と粘度との相関を表すグラフであり、横軸は固相率で縦軸は粘度を表し、そこへ右上がりの曲線Ｒを描くことができる。この曲線Ｒを合金の種類毎に作成しておけば、次の要領で目標粘度Ａを求めることができる。
【００２２】
例えば横軸に示したアルミニウム合金ダイカスト原料であるアルミニウム合金溶湯の目標固相率を決め、その目標固相率から垂直上向きに延ばした線▲１▼とグラフ上の交点を求め、その交点から粘度軸に垂直に交わる線▲２▼を延ばして粘度軸と交わった点を目標粘度Ａとして決める。
【００２３】
金属成分別に半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関を表すマップを準備することは、あらかじめ目標固相率に対応する目標粘度を決定でき、その後の工程を円滑に進めることができる。
【００２４】
図５は歪電圧と粘度との相関を表すグラフであり、図１で説明した装置を用いて、既知の粘度の流体に対する歪電圧を計測し、この計測値（×印）をプロットして曲線Ｓを求めた。この曲線Ｓがあれば、次の要領で計測値（歪電圧）からそのときの粘度Ｂを求めることができる。
【００２５】
ロードセルにより測定した歪電圧を横軸にとり、測定した歪電圧から垂直上向きに延ばした線▲３▼とグラフ上の交点を求め、その交点から粘度軸に垂直に交わる線▲４▼を延ばして粘度軸と交わった点を粘度Ｂとして決める。
【００２６】
図６は本発明方法の好適フロー図であり、ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ０１：まず、金属成分別に半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関図を準備する（図４参照）。
ＳＴ０２：ＳＴ０１で準備した相関図を用いて、目標固相率に対応する目標粘度Ａを定める（図４参照）。
ＳＴ０３：ルツボに満たした半凝固金属スラリーを撹拌しながら冷却開始する。
【００２７】
ＳＴ０４：半凝固金属スラリーを冷却して、ロードセルにより歪電圧を測定し、力ー粘度換算手段により粘度Ｂを求める（図５参照）。
ＳＴ０５：ＳＴ０４の工程で得られた粘度Ｂが目標粘度Ａ以上になれば、ＳＴ０６に進み冷却終了となるが、粘度Ｂが目標粘度Ａ未満であれば、目標粘度Ａ以上になるまで冷却を続ける。
【００２８】
このように、本発明方法は目標粘度Ａを検出して固相率を管理するため、冷却速度の変化や時間の影響を排除することができ、従来の時間による管理より、大幅に半凝固金属スラリーの固相率の管理精度を高めることができる。
【００２９】
図７は図１の別実施例図であり、粘度計測装置１０は、撹拌手段１１、１２が半凝固金属スラリー３２から受ける力を、ロボットアーム４３を使って動かすリンク機構４４を介してロードセル１５に伝える。ロードセル１５は、リンク機構４４を介して半凝固金属スラリー３２から受ける力を歪電圧Ｖ１として認知する。その後、歪電圧Ｖ１は力ー粘度換算手段２３により粘度Ｂに換算される。
【００３０】
この場合において、粘度計測装置１０は、ルツボ３１内を動く撹拌手段１１、１２から受ける力を、ロボットアーム４３を使って動かすリンク機構４４を介してロードセル１５に伝えるため、計測子１３（図示せず）にロードセル１５を結合する必要はなく、また、計測子１３（図示せず）の位置を特定する必要はない。
【００３１】
図８は図１の更なる別実施例図であり、粘度計測装置１０は、撹拌手段１１、１２と、片持ち梁状の計測子１３と、この計測子１３が受ける力を計測するロードセル１５と、このロードセル１５を固定する固定部品１６と、計測子１３を回転するモータ４１と、これら計測子１３、ロードセル１５、固定部品１６、モータ４１を取付ける固定部材４２と、ロードセル１５からの物理量を粘度変換するための力換算手段２１、粘度換算手段２２を備えた力ー粘度換算手段２３とからなることを特徴とする構成体である。
【００３２】
すなわち、図８では、計測子１３が図１に示す計測子移動手段１４と一体でない点が図１との違いで、この計測子１３はモータ４１で回転することにより、半凝固金属スラリー３２から受ける力をロードセル１５に伝える役目をする。ロードセル１５は、半凝固金属スラリー３２から計測子１３が受ける力を歪電圧Ｖ１として認知する。その後、歪電圧Ｖ１は力ー粘度換算手段２３により粘度Ｂに換算される。
【００３３】
この場合において、計測子１３は、ルツボ３１内を動く撹拌手段１１、１２により撹拌され粘性が一定になった半凝固金属スラリー３２中で、さらにモータ４１により回転するので、均一な状態の溶湯から受ける力をロードセル１５に伝えることができる。
【００３４】
図９は図８の９−９矢視図であり、撹拌手段１１、１２とルツボ３１に満たされた半凝固金属スラリー３２の中央に配置した計測子１３がある。撹拌手段１１、１２は半凝固金属スラリー３２中を矢印▲５▼の如く矩形に動いて、ルツボ３１に満たした半凝固金属スラリー３２を撹拌する。同時に計測子１３はモータにより矢印▲６▼の如く回転し、計測子１３の回りの半凝固金属スラリー３２を撹拌する。
【００３５】
撹拌手段１１、１２はルツボ３１中の半凝固金属スラリー３２を矩形に撹拌すると同時に、計測子１３が半凝固金属スラリー３２の中央で半凝固金属スラリー３２を回転させて撹拌する。この結果、計測子１３は、撹拌手段１１、１２と計測子１３自体の両方による撹拌で十分に均一な状態の溶湯から受ける力をロードセル１５に伝えることができる。
【００３６】
尚、本発明の粘度計測装置において、撹拌手段１１、１２は動かないで固定のまま半凝固金属スラリー３２中を矩形に動くが、撹拌手段１１、１２が回転などで動きながら半凝固金属スラリー３２中を動いても良い。
また、撹拌手段１１、１２及び撹拌手段１１、１２を含めた計測子移動手段１４は、半凝固金属スラリー３２中を矩形以外（例えばジグザグ移動）の動きをしても良い。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１によれば、半凝固金属スラリーをルツボに供給し、前記ルツボ内の半凝固金属スラリーを冷却するとともに、攪拌手段を水平方向に移動させて該半凝固金属スラリーを攪拌し、前記半凝固金属スラリーが所望の固相率になった後、前記冷却を終了する半凝固金属スラリーの製造装置において、ルツボに入れた半凝固金属スラリーを攪拌する攪拌手段を備え、前記攪拌手段の移動とともにルツボの形状に沿うように水平方向に移動し、下部を半凝固金属スラリーに差込まれる片持ち梁状の計測子と、この計測子が前記半凝固金属スラリーから受ける力を計測するロードセルと、このロードセルで検出した力から半凝固金属スラリーの粘度を換算する換算手段とからなる半凝固金属スラリーの粘度計測手段を備え、前記換算手段は、換算された半凝固金属スラリーの粘度のデータのうち、測定子が同一方向に、一定速度で移動しているときのデータを取出すものであることを特徴とする。
請求項１では、半凝固金属スラリーの粘度計測装置を、撹拌手段と、攪拌手段の移動とともにルツボの形状に沿うように水平方向に移動し、下部を半凝固金属スラリーに差込まれる片持ち梁状の計測子と、かかる計測子移動手段と、ロードセルと、換算手段とで構成したので、いずれも、入手が容易で簡便な手段若しくは部品であり、粘度計測ができる半凝固金属スラリーの製造装置の低コスト化並びにコンパクト化が容易に達成できる。
【００３８】
請求項２、請求項１記載の半凝固金属スラリーの製造装置を制御する制御方法において、金属成分別の半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関を表すマップを利用して目標固相率に対応する目標粘度を定める工程と、前記測定子が受けた半凝固金属スラリーから受ける力を、前記ロードセルで検出し、前記ロードセルで検出した力から半凝固金属スラリーの粘度を、前記換算手段で換算する工程と、この換算手段は、換算された半凝固金属スラリーの粘度のデータのうち、測定子が同一方向に、一定速度で移動しているときのデータを取出すようにした演算部を含有するものであり、その後、前記換算手段で換算した粘度と前記目標粘度とを比較する工程とを有し、換算された粘度が該目標粘度以上となれば、冷却を終了することを特徴とする。
請求項３は、半凝固金属スラリーをルツボに供給し、前記ルツボ内の半凝固金属スラリーを冷却するとともに、攪拌手段を水平方向に移動させて半凝固金属スラリーを攪拌し、前記半凝固金属スラリーが所望の固相率になった後に前記冷却を終了する半凝固金属スラリーの製造方法であって、金属成分別に半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関を表すマップを準備する工程と、このマップを利用して目標固相率に対応する目標粘度を定める工程と、ルツボに入れた半凝固金属スラリーを冷却しつつその粘度をルツボの形状に沿うように計測する粘度計測工程と、この粘度が前記目標粘度に到達するまで冷却を実施する工程とからなることを特徴とする。
請求項４は、請求項３記載の半凝固スラリーの製造方法において、前記粘度計測工程は、前記攪拌手段の移動とともに水平方向に移動し、下部を半凝固金属スラリーに差込まれる計測子が、前記半凝固金属スラリーから受ける力から、半凝固金属スラリーの粘度を換算し、換算された半凝固金属スラリーの粘度のデータのうち、測定子が同一方向に、一定速度で移動しているときのデータを取出すようにするものであり、これら工程群を半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関を表すマップの準備から、半凝固金属スラリーの冷却終了までの間に実施することで、半凝固金属スラリーの固相率を目標固相率に合致させることを特徴とする。
本発明では、半凝固金属スラリーを冷却する過程で、それの粘度を検出し、この粘度により、半凝固金属スラリーの固相率を管理する。
粘度を検出するため、冷却速度の変化や時間の影響を排除することができ、従来の時間による管理より、大幅に半凝固金属スラリーの固相率の管理精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る粘度計測装置の実施例を示す図
【図２】 図１の２−２矢視図
【図３】 時間経過に伴う粘度変化を調べたグラフ
【図４】 固相率と粘度との相関を表すグラフ
【図５】 歪電圧と粘度との相関を表すグラフ
【図６】 本発明方法の好適フロー図
【図７】 図１の別実施例図
【図８】 図１の更なる別実施例図
【図９】 図８の９−９矢視図
【図１０】 特許文献１の図５の再掲図
【図１１】 特許文献１の図９の再掲図
【符号の説明】
１０…粘度計測装置、１１…撹拌手段、１２…撹拌手段、１３…計測子、１４…計測子移動手段、１５…ロードセル、２１…力換算手段、２２…粘度換算手段、２３…力ー粘度換算手段、３１…ルツボ、３２…半凝固金属スラリー。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for producing a semi-solid metal slurry for a semi- solid metal slurry such as an aluminum alloy, a control method therefor, and a method for producing a semi-solid metal slurry.
However, solid phase ratio = solid phase / (liquid phase + solid phase) (%).
[0002]
[Prior art]
The technology of die-casting molten metal such as aluminum alloy is widely used nowadays. Recently, it is a semi-solid metal in a solid-liquid coexistence state, which is suitable for improving die life and dimensional accuracy of die-cast products. A die casting method using a slurry has attracted attention.
[0003]
In the die casting method using a semi-solid metal slurry, it is important to manage the solid phase ratio representing the solid-liquid ratio of the molten alloy. In the invention relating to the management of the solid phase ratio, for example, the temperature control is performed up to the transformation point of the semisolid metal slurry, and the target solid phase ratio is obtained by performing the time management of stirring and cooling for a certain time from the transformation point. There is a method to try (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-153945 (pages 3-4, 6-7, FIG. 5, FIG. 9)
[0005]
FIG. 10 is a reprint of FIG. However, some are omitted.
First, the control start time Ts is input. Next, cooling is started while stirring the semi-solid metal slurry filled in the crucible, and the temperature of the semi-solid metal slurry measured with a thermocouple is read.
Here, the stirring and cooling is continued until the elapsed time (Time) from the start of cooling reaches Ts, and the reading of the semi-solid metal slurry temperature is continued. When the elapsed time (Time) reaches Ts, the process proceeds to the next ST05.
[0006]
In ST05, the transformation point Pt is estimated from the cooling curve. In ST06, Tf (cooling time from Pt to the target solid phase ratio) corresponding to the transformation point Pt is obtained. In ST07, when the cooling time after Pt reaches Tf, the stirring cooling is finished, and die casting is started immediately.
[0007]
FIG. 11 is a reprint of FIG. 9 of Patent Document 1, and also a supplementary diagram of ST07 of FIG. The target solid phase ratio can be achieved by stirring for a period of Tf from the transformation point Pt of the semi-solid metal slurry.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In Patent Document 1, it is assumed that the cooling rate does not change before and after the transformation point.
However, in general, metal has different physical properties before and after the transformation point, and inevitably there is a difference between the cooling rate before the transformation point and the cooling rate after the transformation point.
This difference appears as a difference between the target solid phase rate and the actual solid phase rate, and as a result, the management accuracy of the solid phase rate decreases.
[0009]
In recent years, with the demand for advanced casting technology, it has become necessary to further improve the accuracy of solid phase ratio management for semi-solid metal slurries. Therefore, it is an object of the present invention to provide a management technique that replaces the conventional management of the solid phase rate by time.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to claim 1, the semi-solid metal slurry is supplied to the crucible, the semi-solid metal slurry in the crucible is cooled, and the stirring means is moved in the horizontal direction so that the semi-solid metal slurry is Stirring, and after the semi-solid metal slurry has reached a desired solid phase ratio, in the semi-solid metal slurry manufacturing apparatus that terminates the cooling, provided with stirring means for stirring the semi-solid metal slurry placed in a crucible, With the movement of the stirring means, it moves in the horizontal direction along the shape of the crucible, and the cantilever-shaped probe inserted into the semi-solid metal slurry at the bottom, and the force that this probe receives from the semi-solid metal slurry A semi-solid metal slurry viscosity measuring means comprising a load cell for measurement and a conversion means for converting the viscosity of the semi-solid metal slurry from the force detected by the load cell; Conversion means among the data of the viscosity of semi-solid metal slurry is converted, the measuring element is in the same direction, and characterized in that retrieving the data when traveling at a constant speed.
[0011]
In claim 1, the semi-solid metal slurry viscosity measuring device is moved in the horizontal direction along the shape of the crucible with the movement of the stirring means and the stirring means, and the lower part is a cantilever beam inserted into the semi-solid metal slurry. and Jo measurement element, and such measurement piece moving unit, and a load cell was constructed by the conversion means. Both are easy-to-obtain and simple means or parts, and the viscosity measuring device can be easily reduced in cost and compact.
[0012]
A second aspect of the present invention provides a control method for controlling a semi-solid metal slurry manufacturing apparatus according to the first aspect, using a map representing a correlation between a solid phase ratio and a viscosity of a semi-solid metal slurry for each metal component. The step of determining the target viscosity corresponding to the phase ratio and the force received from the semi-solid metal slurry received by the probe are detected by the load cell, and the viscosity of the semi-solid metal slurry is converted from the force detected by the load cell to the conversion The step of converting by means, and this conversion means is an arithmetic unit that takes out data when the probe moves in the same direction at a constant speed from the converted viscosity data of the semi-solid metal slurry. And then, comparing the viscosity converted by the conversion means with the target viscosity, and cooling is terminated when the converted viscosity is equal to or higher than the target viscosity. To.
According to a third aspect of the present invention, the semi-solid metal slurry is supplied to the crucible, the semi-solid metal slurry in the crucible is cooled, the stirring means is moved in the horizontal direction, the semi-solid metal slurry is stirred, and the semi-solid metal slurry A method for producing a semi-solid metal slurry in which the cooling is terminated after the solid phase ratio reaches a desired solid phase ratio, and a step of preparing a map representing the correlation between the solid phase ratio and the viscosity of the semi-solid metal slurry for each metal component; A step of determining a target viscosity corresponding to the target solid phase ratio using this map, a viscosity measuring step of measuring the viscosity along the shape of the crucible while cooling the semi-solid metal slurry put in the crucible , the viscosity is equal to or comprising the step of performing a cooling until reaching the target viscosity.
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for producing a semi-solid slurry according to the third aspect, the viscosity measuring step moves in a horizontal direction along with the movement of the stirring means, and a measuring element inserted into the semi-solid metal slurry at the lower portion is provided. From the force received from the semi-solid metal slurry, the viscosity of the semi-solid metal slurry is converted. Among the converted viscosity data of the semi-solid metal slurry, the probe is moving in the same direction at a constant speed. By taking these data from the preparation of a map showing the correlation between the solid fraction and the viscosity of the semi-solid metal slurry until the end of the cooling of the semi-solid metal slurry, The solid phase ratio of the semi-solid metal slurry is matched with the target solid phase ratio.
[0013]
In the second and third aspects, the viscosity of the semi-solid metal slurry is detected in the course of cooling the semi-solid metal slurry, and the solid phase ratio of the semi-solid metal slurry is controlled based on this viscosity.
Since the viscosity is detected, changes in the cooling rate and the influence of time can be eliminated, and the management accuracy of the solid phase ratio of the semi-solid metal slurry can be greatly improved as compared with the conventional management by time.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a viscosity measuring device according to the present invention. A
[0015]
In the
[0016]
2 is a view taken along arrow 2-2 in FIG. 1, and the stirring means 11 and 12 are provided with a measuring
[0017]
Since the stirring means 11 and 12 and the measuring
[0018]
FIG. 3 is a graph showing the change in viscosity with time. Using the apparatus shown in FIG. 1, the viscosity of the semi-solid metal slurry filled in the crucible was examined. In addition, since the stable viscosity cannot be measured at the initial stage of stirring and cooling due to the large noise immediately after entering the stirring means, the viscosity after the initial noise was cut is shown.
[0019]
For convenience of the device, the probe repeats moving, stopping, and changing direction. Therefore, the graph undulates up and down.
Attempt to retrieve data only when the probe is moving in the same direction at a constant speed. That is, a curve Q that rises to the right can be obtained by connecting the peaks P1, P2,.
[0020]
By the way, the semi-solid metal slurry is a mixture of a liquid phase and a solid phase, the temperature decreases with time, the liquid phase solidifies and the ratio of the solid phase increases. As a result, the viscosity increases with time. From this, even if the horizontal axis is changed to the solid phase ratio, a curve approximating the curve Q is obtained. Based on this idea, the following figure was obtained by organizing the data.
[0021]
FIG. 4 is a graph showing the correlation between the solid phase rate and the viscosity. The horizontal axis represents the solid phase rate and the vertical axis represents the viscosity, and a curve R rising to the right can be drawn there. If this curve R is prepared for each type of alloy, the target viscosity A can be obtained in the following manner.
[0022]
For example, the target solid phase ratio of the aluminum alloy molten metal, which is the aluminum alloy die casting raw material shown on the horizontal axis, is determined, the line (1) extending vertically upward from the target solid ratio and the intersection point on the graph is obtained, and the viscosity is determined from the intersection point. The point (2) extending perpendicularly to the axis is extended to determine the point where it intersects the viscosity axis as the target viscosity A.
[0023]
Preparing a map representing the correlation between the solid phase ratio and the viscosity of the semi-solid metal slurry for each metal component can determine the target viscosity corresponding to the target solid phase ratio in advance, and can smoothly proceed with the subsequent steps.
[0024]
FIG. 5 is a graph showing the correlation between the strain voltage and the viscosity. Using the apparatus described in FIG. 1, the strain voltage for a fluid having a known viscosity is measured, and the measured value (x mark) is plotted to curve. S was determined. If this curve S exists, the viscosity B at that time can be obtained from the measured value (strain voltage) in the following manner.
[0025]
Taking the strain voltage measured by the load cell on the horizontal axis, the line (3) extending vertically upward from the measured strain voltage and the intersection on the graph are obtained, and the line (4) perpendicular to the viscosity axis is extended from the intersection to increase the viscosity. The point that intersects the axis is determined as the viscosity B.
[0026]
FIG. 6 is a preferred flowchart of the method of the present invention, where STxx indicates a step number.
ST01: First, a correlation diagram between the solid phase ratio and the viscosity of the semi-solid metal slurry is prepared for each metal component (see FIG. 4).
ST02: The target viscosity A corresponding to the target solid phase ratio is determined using the correlation diagram prepared in ST01 (see FIG. 4).
ST03: Start cooling while stirring the semi-solid metal slurry filled in the crucible.
[0027]
ST04: The semi-solid metal slurry is cooled, the strain voltage is measured by a load cell, and the viscosity B is obtained by force-viscosity conversion means (see FIG. 5).
ST05: If the viscosity B obtained in the process of ST04 is equal to or higher than the target viscosity A, the process proceeds to ST06 and the cooling is completed. If the viscosity B is less than the target viscosity A, the cooling is continued until the viscosity becomes equal to or higher than the target viscosity A. .
[0028]
Thus, since the method of the present invention detects the target viscosity A and manages the solid phase ratio, it is possible to eliminate the influence of the change in cooling rate and the time, and the semi-solid metal is significantly more than the conventional management by time. The management accuracy of the solid phase ratio of the slurry can be increased.
[0029]
FIG. 7 is a diagram showing another embodiment of FIG. 1, and the
[0030]
In this case, the
[0031]
FIG. 8 is a diagram showing still another embodiment of FIG. 1, in which the
[0032]
8 is different from FIG. 1 in that the measuring
[0033]
In this case, the measuring
[0034]
FIG. 9 is a view taken in the direction of arrows 9-9 in FIG. 8 and has a measuring
[0035]
The stirring means 11 and 12 stir the
[0036]
In the viscosity measuring device of the present invention, the stirring means 11 and 12 do not move but move in a rectangular shape in the
Moreover, the measuring element moving means 14 including the stirring means 11 and 12 and the stirring means 11 and 12 may move in the
[0037]
【The invention's effect】
The present invention exhibits the following effects by the above configuration.
According to claim 1, the semi-solid metal slurry is supplied to the crucible, the semi-solid metal slurry in the crucible is cooled, the stirring means is moved in the horizontal direction, and the semi-solid metal slurry is stirred, After the solidified metal slurry has reached a desired solid phase ratio, the semi-solid metal slurry manufacturing apparatus that terminates the cooling includes stirring means for stirring the semi-solid metal slurry placed in a crucible, along with the movement of the stirring means A cantilever-shaped measuring element that moves horizontally along the shape of the crucible and is inserted into the semi-solid metal slurry at the bottom, and a load cell that measures the force that the measuring element receives from the semi-solid metal slurry, A semi-solid metal slurry viscosity measuring means comprising a conversion means for converting the viscosity of the semi-solid metal slurry from the force detected by the load cell; Among the data of the viscosity of semi-solid metal slurry, the measuring element is in the same direction, and wherein the data is intended to take out when moving at a constant speed.
In claim 1, the semi-solid metal slurry viscosity measuring device is moved in the horizontal direction along the shape of the crucible with the movement of the stirring means and the stirring means, and the lower part is a cantilever beam inserted into the semi-solid metal slurry. The measuring device, the measuring device moving means, the load cell, and the conversion means are both easy to obtain, simple means or parts, and a semi-solid metal slurry manufacturing apparatus capable of measuring viscosity. Cost reduction and compactness can be easily achieved.
[0038]
2. A control method for controlling a semi-solid metal slurry production apparatus according to
According to a third aspect of the present invention, the semi-solid metal slurry is supplied to the crucible, the semi-solid metal slurry in the crucible is cooled, the stirring means is moved in the horizontal direction, and the semi-solid metal slurry is stirred. A method for producing a semi-solid metal slurry in which the cooling is terminated after the solid phase ratio reaches a desired solid phase ratio, and a step of preparing a map representing the correlation between the solid phase ratio and the viscosity of the semi-solid metal slurry for each metal component; A step of determining a target viscosity corresponding to the target solid phase ratio using this map, a viscosity measuring step of measuring the viscosity along the shape of the crucible while cooling the semi-solid metal slurry put in the crucible , the viscosity is equal to or comprising the step of performing a cooling until reaching the target viscosity.
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for producing a semi-solid slurry according to the third aspect, the viscosity measuring step moves in the horizontal direction along with the movement of the stirring means, and a measuring element inserted into the semi-solid metal slurry at the lower portion. From the force received from the semi-solid metal slurry, the viscosity of the semi-solid metal slurry is converted. Among the converted viscosity data of the semi-solid metal slurry, the probe is moving in the same direction at a constant speed. By taking these data from the preparation of a map representing the correlation between the solid phase ratio and viscosity of the semi-solid metal slurry to the end of cooling of the semi-solid metal slurry, The solid phase ratio of the semi-solid metal slurry is matched with the target solid phase ratio.
In the present invention, in the process of cooling the semi-solid metal slurry, its viscosity is detected, and the solid phase ratio of the semi-solid metal slurry is managed by this viscosity.
Since the viscosity is detected, the change in cooling rate and the influence of time can be eliminated, and the management accuracy of the solid phase ratio of the semi-solid metal slurry can be greatly improved as compared with the conventional management by time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a viscosity measuring apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a view taken along arrow 2-2 in FIG. 1. FIG. 3 is a graph showing changes in viscosity with time. FIG. 5 is a graph showing the correlation between the strain voltage and the viscosity. FIG. 6 is a preferred flow chart of the method of the present invention. FIG. 7 is another embodiment of FIG. FIG. 9 is a view taken along arrow 9-9 in FIG. 8. FIG. 10 is a reprint of FIG. 5 of Patent Document 1. FIG. 11 is a reprint of FIG. 9 of Patent Document 1. Explanation】
DESCRIPTION OF
Claims (4)
ルツボに入れた半凝固金属スラリーを攪拌する攪拌手段を備え、前記攪拌手段の移動とともにルツボの形状に沿うように水平方向に移動し、下部を半凝固金属スラリーに差込まれる片持ち梁状の計測子と、この計測子が前記半凝固金属スラリーから受ける力を計測するロードセルと、このロードセルで検出した力から半凝固金属スラリーの粘度を換算する換算手段とからなる半凝固金属スラリーの粘度計測手段を備え、
前記換算手段は、換算された半凝固金属スラリーの粘度のデータのうち、測定子が同一方向に、一定速度で移動しているときのデータを取出すものであることを特徴とする半凝固金属スラリーの製造装置。The semi-solid metal slurry is supplied to the crucible, the semi-solid metal slurry in the crucible is cooled, and the agitation means is moved in the horizontal direction to stir the semi-solid metal slurry. In the apparatus for producing a semi-solid metal slurry that finishes the cooling after reaching the phase ratio,
A stirring means for stirring the semi-solid metal slurry placed in the crucible is moved in the horizontal direction along the shape of the crucible along with the movement of the stirring means, and the lower part is in a cantilever shape inserted into the semi-solid metal slurry. Viscosity measurement of a semi-solid metal slurry comprising a measuring element, a load cell for measuring the force that the measuring element receives from the semi-solid metal slurry, and a conversion means for converting the viscosity of the semi-solid metal slurry from the force detected by the load cell With means,
The conversion means is for extracting data when the probe is moving in the same direction at a constant speed from the converted viscosity data of the semi-solid metal slurry. Manufacturing equipment.
金属成分別の半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関を表すマップを利用して目標固相率に対応する目標粘度を定める工程と、
前記測定子が受けた半凝固金属スラリーから受ける力を、前記ロードセルで検出し、前記ロードセルで検出した力から半凝固金属スラリーの粘度を、前記換算手段で換算する工程と、
この換算手段は、
換算された半凝固金属スラリーの粘度のデータのうち、測定子が同一方向に、一定速度で移動しているときのデータを取出すようにした演算部を含有するものであり、
その後、前記換算手段で換算した粘度と前記目標粘度とを比較する工程とを有し、
換算された粘度が該目標粘度以上となれば、冷却を終了する、
ことを特徴とする半凝固金属スラリーの製造装置の制御方法。In the control method which controls the manufacturing apparatus of the semi-solid metal slurry according to claim 1,
A step of determining a target viscosity corresponding to the target solid phase ratio using a map representing a correlation between the solid phase ratio and the viscosity of the semisolid metal slurry for each metal component;
Detecting the force received from the semi-solid metal slurry received by the probe with the load cell, and converting the viscosity of the semi-solid metal slurry from the force detected with the load cell with the conversion means;
This conversion means is
Among the converted data of the viscosity of the semi-solid metal slurry, it contains a calculation unit that is adapted to take out data when the probe is moving in the same direction at a constant speed,
Then, the step of comparing the viscosity converted by the conversion means and the target viscosity,
If the converted viscosity is equal to or higher than the target viscosity, cooling is terminated.
A method for controlling a semi-solid metal slurry production apparatus, comprising:
金属成分別に半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関を表すマップを準備する工程と、
このマップを利用して目標固相率に対応する目標粘度を定める工程と、
ルツボに入れた半凝固金属スラリーを冷却しつつその粘度をルツボの形状に沿うように計測する粘度計測工程と、
この粘度が前記目標粘度に到達するまで冷却を実施する工程と、
からなることを特徴とする半凝固金属スラリーの製造方法。The semi-solid metal slurry is supplied to the crucible, the semi-solid metal slurry in the crucible is cooled, and the stirring means is moved in the horizontal direction to stir the semi-solid metal slurry. A method for producing a semi-solid metal slurry that terminates the cooling after reaching a rate,
Preparing a map representing the correlation between the solid phase ratio and viscosity of the semi-solid metal slurry for each metal component;
Using this map to determine the target viscosity corresponding to the target solid fraction,
A viscosity measuring step of measuring the viscosity of the semi-solid metal slurry placed in the crucible while cooling it along the shape of the crucible ;
Cooling until the viscosity reaches the target viscosity ; and
A process for producing a semi-solid metal slurry, comprising:
前記粘度計測工程は、前記攪拌手段の移動とともに水平方向に移動し、下部を半凝固金属スラリーに差込まれる計測子が、前記半凝固金属スラリーから受ける力から、半凝固金属スラリーの粘度を換算し、換算された半凝固金属スラリーの粘度のデータのうち、測定子が同一方向に、一定速度で移動しているときのデータを取出すようにするものであり、これら工程群を半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関を表すマップの準備から、半凝固金属スラリーの冷却終了までの間に実施することで、半凝固金属スラリーの固相率を目標固相率に合致させることを特徴とする半凝固金属スラリーの製造方法。In the viscosity measuring step, the viscosity of the semi-solid metal slurry is converted from the force received from the semi-solid metal slurry by the measuring element that moves horizontally with the movement of the stirring means and the lower part is inserted into the semi-solid metal slurry. Of the viscosity data of the converted semi-solid metal slurry, the data when the probe is moving in the same direction at a constant speed is taken out. By carrying out from the preparation of the map showing the correlation between the solid phase rate and viscosity of the semi-solid metal slurry to the end of cooling of the semi-solid metal slurry, it is possible to match the solid phase rate of the semi-solid metal slurry with the target solid phase rate. A method for producing a semi-solid metal slurry.
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