JP4078552B2

JP4078552B2 - 加圧鋳造方法

Info

Publication number: JP4078552B2
Application number: JP2003344460A
Authority: JP
Inventors: 浩之生田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2003-10-02
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2023-10-02
Also published as: JP2005103634A

Description

本発明は、射出スリーブ内に供給した金属溶湯をプランジャの前進により金型のキャビティに射出する加圧鋳造方法に関する。

この種の加圧鋳造方法としては、ダイカスト鋳造法がよく知られているが、このダイカスト鋳造法では、金属溶湯を金型のキャビティに高温、高速で射出するため、キャビティ内で乱流を起こし易く、空気の巻込みに起因するガス欠陥が鋳造品に発生し易いという問題がある。なお、この種のダイカスト鋳造法では、射出スリーブの耐溶損性や耐摩耗性を高めるため、特に温度が上昇し易い、射出スリーブの先端部を冷却手段により強制冷却する場合がある（特許文献１）。また、射出スリーブの温度を検出して、その温度上昇の程度から、射出スリーブ内面を覆う断熱層の破壊を予知することも行っている（特許文献２）。

一方、最近、金属溶湯を半凝固状態にして、金型のキャビティに低速で射出する、いわゆるレオキャスト法が注目を集めている（例えば、特許文献３参照。）。このレオキャスト法によれば、粘性の高い半凝固状態の金属（金属スラリー）を低速で射出するため、上記したダイカスト鋳造法のような空気の巻込みが抑制され、ガス欠陥のほどんどない鋳造品が得られるようになる。

特開平１０−３２８８０４号公報特開昭６０−２２１１６３号公報特開２００１−２７６９６０号公報

しかしながら、上記したレオキャスト法によれば、粘性の高い金属スラリーを低速で射出するため、金型のキャビティ内での合流部分の融合（溶込み）が不十分で、いわゆる湯境欠陥が発生し易いという問題があった。
なお、上記特許文献１および２における対策は、何れも凝固相（層）を発生させないことを前提としてなされたものであり、これらの対策では、空気の巻込みに起因するガス欠陥の発生を防止することはできない。

本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、空気の巻込みに起因するガス欠陥はもとより、粘性不足に起因する湯境欠陥の発生をも抑制することを可能にし、もって品質的に優れた鋳造品を安定して得ることができる高圧鋳造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、射出スリーブ内に供給した金属溶湯をプランジャの前進により金型のキャビティに射出する加圧鋳造方法において、前記キャビティに連通する金型の湯道に最初に到達する溶湯流の先端部が所定の固相率となるように、該溶湯流の先端部を強制冷却することを特徴とする。
このように行う高圧鋳造方法においては、溶湯流の先端部の固相率を制御することで、該溶湯流の先端部の粘性が高まり、結果としてキャビティ内での乱流が抑制される。また、後続の溶湯流は高粘性を維持するので、キャビティ内で十分に溶湯の融合が進む。

本発明は、溶湯流の先端部の固相率をセンサ好ましくは超音波センサにより測定し、この測定結果に基いて冷却を制御すると共に射出速度を制御するようにしてもよい。このようにする場合は、溶湯流の先端部の固相率が適性となる条件でタイミングよく射出を行うことができる。

本発明に係る高圧鋳造方法によれば、キャビティに連通する金型の湯道に最初に到達する溶湯流の先端部の固相率を制御するようにしたので、空気の巻込みに起因するガス欠陥はもとより、粘性不足に起因する湯境欠陥の発生が著しく抑制され、鋳造品質に優れた鋳造品を安定して得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る高圧鋳造方法の実施に用いる鋳造装置を示したものである。本鋳造装置は、ダイカスト鋳造装置と実質同じ構造を有しており、金型１と射出機構２とから概略構成されている。金型１は、固定型３と可動型４とからなっており、固定型３に対して可動型４を合せた状態すなわち型閉じ状態で、両者の間には鋳造空間としてのキャビティ５が区画形成されるようになっている。一方、射出機構２は、給湯口６を有する射出スリーブ７と、駆動手段により駆動され射出スリーブ７内を進退動するプランジャチップ８とを備えている。射出スリーブ７は、その先端部を固定型３に設けた嵌合穴３ａに嵌入させることにより該固定型３に結合され、この状態で、射出スリーブ７の先端開口部が、固定型３と可動型４との相互間に形成された湯道９を通じて前記キャビティ５に連通されるようになっている。

本実施形態において、上記射出スリーブ７の先端部と固定型３の、湯道９近傍部とには冷却通路１０が形成されている。この冷却通路１０には、図示を略す冷却液供給手段から冷却液（冷却水等）が給送されるようになっている。また、射出スリーブ７の先端部には、超音波センサ１１を構成する超音波送受信素子１２が埋設されている。この超音波センサ１１は、射出スリーブ７内から前記湯道９に到達する溶湯Ｍの最初の溶湯流の先端部の固相率を測定する機能を有するもので、前記超音波送受信素子１２からの信号に基いて前記固相率を演算する演算回路１３をさらに備えている。この演算回路１３の信号は、本加圧鋳造装置全体の作動を制御する制御装置１４へ送出されるようになっている。制御装置１４は、前記演算回路１３により得られた固相率を予め設定した固相率（設定値）と比較し、前記冷却通路１０に対する冷却手段を制御すると共に上記射出機構２の作動を制御する機能を有している。なお、固相率の測定に超音波センサを利用することは、例えば連続鋳造の分野で多用されている（例えば、特開平１１−１８３４４９号公報、特開２００３−１０３３５１号公報等参照。）。

以下、上記のように構成した加圧鋳造装置による高圧鋳造方法について説明する。
鋳造に際しては、予め固定型３に対して可動型４を型閉じすると共に、プランジャチップ８を後退位置に位置決めし、ラドル１５から給湯口６を通して射出スリーブ７内に所定量の溶湯Ｍを給湯する。この給湯完了により、射出機構２内の駆動手段が作動し、プランジャチップ８が低速で前進する。すると、この前進に応じてプランジャチップ８の前面側の湯面が盛上がり、溶湯Ｍは、次第にその盛上がりの量を増しながら前方へ流動する。そして、遂には射出スリーブ７内に溶湯Ｍがフィルアップし、図示のように溶湯流の先端部が湯道９に到達し、この段階で、一旦プランジャチップ８の前進が停止される。一方、射出スリーブ７の先端部と固定型３の、湯道９近傍部とに設けられた冷却通路１０には、前記給湯開始と前後して冷却液供給手段から冷却液が給送されており、この冷却液により前記溶湯流の先端部が強制冷却される。

上記した強制冷却により、溶湯流の先端部の凝固が次第に進み、その固相率が次第に高まる。しかして、この固相率は、前記超音波センサ１１により監視されており、該固相率が設定値を超えると、制御装置１４から冷却液供給手段と射出機構２内の駆動手段とに制御信号が出力される。すると、冷却通路１０に供給される冷却液の流量が絞られ（冷却が緩められ）、または供給停止される一方で、プランジャチップ８が高速で前進する。これにより、溶湯Ｍは、湯道９を経てキャビティ５内に高速、高圧で射出される。この時、溶湯流の先端部は所定の固相率の半凝固状態となっており、これにより、溶湯Ｍは大きな乱流を起こすことなくキャビティ５内に充填される。一方、前記溶湯流の先端部に続く溶湯Ｍは、完全液相の状態を維持しているので、その粘性（流動性）は十分に高く、したがって、キャビティ５内で十分に融合する。すなわち、キャビティ５内での乱流が抑制されかつ融合も進むことで、乱流に起因するガス欠陥および融合不足に起因する湯境欠陥の発生が抑制され、品質的に優れた鋳造品が安定して得られるようになる。ここで、溶湯流の先端部の固相率としては、あまり低いと前記乱流発生を抑えるのが困難となり、逆にあまり高いと射出に大きな圧力を要するので、５〜３０％範囲で適当な値を選択するのが望ましい。

なお、上記実施形態においては、射出スリーブ７の先端部の壁内に冷却通路１０を設けるようにしたが、この冷却通路１０は、射出スリーブ７の外周面を囲むジャケット（ウォータジャケット）に代えることができる。
また、上記実施形態においては、溶湯流先端部の固相率を計測する超音波センサ１１として、送受信機能を有する１つの超音波送受信素子１２を用いたが、この素子は、超音波送信素子と超音波受信素子に分けて設けてもよいものである。送信素子と受信素子とに分けて設ける場合は、両素子を射出スリーブ７の先端部に対向して配置するのが望ましい。

本発明は、溶湯流先端部の固相率を計測できるものであれば、上記超音波センサ１１に代えて他のセンサを用いることができる。例えば、前記固相率は温度と相関するので、温度センサがこれに相当する。
さらに、本発明は、上記した横型の加圧鋳造装置に代えて、金型の下方に射出スリーブを配して、下方から溶湯を射出する縦型の加圧鋳造装置にも適用できることはもちろんである。

本発明に係る加圧鋳造方法を実行するための加圧鋳造装置の構造を示す断面図である。

符号の説明

１金型
２射出機構
５キャビティ
７射出スリーブ
８プランジャチップ
９湯道
１０冷却通路
１１超音波センサ
１２超音波送受信素子

Claims

射出スリーブ内に供給した金属溶湯をプランジャの前進により金型のキャビティに射出する加圧鋳造方法において、前記キャビティに連通する金型の湯道に最初に到達する溶湯流の先端部が所定の固相率となるように、該溶湯流の先端部を強制冷却することを特徴とする加圧鋳造方法。
溶湯流の先端部の固相率をセンサにより測定し、この測定結果に基いて冷却を制御すると共に射出速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の加圧鋳造方法。
センサとして、超音波センサを用いることを特徴とする請求項２に記載の加圧鋳造方法。