JP4274788B2 - Gravity casting - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重力鋳造法に関する。
【0002】
【従来の技術】
重力鋳造法は、金型のキャビティ内にアルミニウム合金、マグネシウム合金等の金属溶湯を重力による流し込みによって鋳造する方法であって、寸法精度が高く、鋳物の組織が緻密で機械的性質および耐久性に優れると共に、鋳造装置および金型の寿命も長く、設備費が比較的安価であることから広く行われている。
【0003】
しかし、鋳造時の金型温度が低過ぎると溶湯が充填途中において薄肉部で凝固して不廻りや湯ざかい、巣等の鋳造欠陥を引き起こし、また金型温度が高過ぎると熱容量の大きな肉厚部で巣等の鋳造欠陥が発生して不良鋳造品の発生要因となる。
【0004】
この対策として、鋳造サイクル終了から次の鋳造サイクル開始までの時間と溶湯を充填する直前の金型の温度を測定し、この測定時間および測定温度と予め設定した時間および金型温度とを比較演算し、演算結果に基づいて金型が設定温度になるように加熱手段および鋳造サイクル時間を調整することによって、金型温度を所定温度領域に制御して、鋳造欠陥の発生を防止する金型温度制御方法が知られている(例えば特許文献1参照)。
【0005】
一方、重力鋳造法は、金型のキャビティ内での鋳込みが徐々に行われて先に流入した溶湯が先端に流れていくので、先端から先に凝固して押湯部が最後に凝固するように指向性凝固を進行させる必要があり、この押湯部を含む湯口、湯道等の総称が方案部であって、方案部が確実に凝固した時点で金型を開き、製品を取り出している。
【0006】
この方案部は、溶湯をキャビティに注湯、すなわち充填する際の空気の巻き込みおよび酸化物の発生を抑制し、押湯部に向かう指向性凝固を確保しての品質を確保するうえで重要な部分である。
【0007】
また、注湯から型開きまでに要する凝固時間、すなわち型締め時間や型開き時間を決定する凝固状態の把握は、キャビティ内または金型に熱電対温度計等の温度測定手段を設置し、その温度測定手段による温度検出に基づいて鋳物の凝固状態を把握する方法が一般に行われている。
【0008】
例えば、重量約10kgの鋳造品を鋳造するときの金型の温度は、図8に示す金型温度と凝固時間の相関図を示すように湯口からキャビティに充填された溶湯の溶湯熱によって次第に上昇し、最高温度a、例えば491℃に達した後にキャビティ内の溶湯の凝固開始に伴って次第に下降し、押湯部まで凝固が進行して鋳物となったものが金型を開型して離型しても変形やかじりが発生しない凝固温度に達したときの金型の温度b、例えば453℃に達した時間t、例えば210秒を凝固時間として予め実験的に確認して設定しておき、このときの時間tを凝固時間終了、すなわち型開き時間とすることができる。しかし、例えば鋳造作業開始時等における金型の温度は低く、鋳造作業の繰り返しにより次第に金型温度が上昇することから、金型の温度には例えば約±15℃のばらつきがある。したがって、真の凝固温度に対する金型の温度は438℃〜468℃となり、これを考慮して凝固時間を設定しなければならず、真の凝固に要する時間より余分な時間が設定される。
【0009】
【特許文献1】
特開平6−262337号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、凝固した鋳物が金型を開いて離型しても変形やかじりが発生しない温度に鋳物の温度が降下するまでの凝固時間の設定は、予め実験的に確認した時間に基づいて、鋳造毎に鋳造作業者の経験と感で人為的に設定されることから、凝固時間の設定には鋳造作業者による個人差がある。また、実際の鋳造にあたっては雰囲気温度、金型温度、金型熱容量等の不確定な要素が影響し、各鋳造サイクル毎に凝固時間にばらつきが発生する。
【0011】
この金型の凝固時間の設定が適切でなく、方案部の部分が完全に凝固しない状態で開型すると十分な押湯効果が得られず巣が発生する。この巣の発生を回避するために凝固時間を長く設定すると、真の凝固に要する時間より余分な時間が設定されて作業効率の低下を招くことが懸念される。また、必要以上の凝固時間が設定されると溶湯から受けた金型の熱が放熱して良品を鋳造するに必要な金型温度が変化して鋳造品の品質に影響を及ぼすおそれがある。さらに、凝固時間の設定が適切でなく、離型する温度が高過ぎると鋳造品にかじりや変形が発生し、また離型する温度が低過ぎると離型が困難になることが懸念される。
【0012】
一方、キャビティ内または金型に設けられた温度測定手段による温度検出に基づいて溶湯の凝固状態を把握する方法にあっては、金型の製品押出ピン、製品形状等の製品仕様、金型構成等により温度測定手段の設置部位が制約され、かつ金型自体の熱および熱容量の影響により鋳物の凝固状態を高い精度で把握することが困難である。
【0013】
従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、凝固時間を人為によらず適切に設定することによって作業効率の向上を図り、かつ鋳造品の品質向上が得られる重力鋳造法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項1に記載の重力鋳造の発明は、湯口から金型のキャビティ内に溶湯を重力によって充填して凝固時間経過後に型開きして鋳造品を取り出す重力鋳造法において、金型に充填された溶湯の最終凝固部に設定された温度測定点の温度が、予め設定された上記最終凝固部まで凝固が進行したときの温度となった時点を凝固時間終了とすると共に、上記金型のキャビティ内への溶湯充填による凝固時間開始から上記凝固時間終了までの凝固到達時間と、予め設定された基準凝固到達時間範囲とを比較演算して上記凝固到達時間が上記基準凝固到達時間範囲内でないときは鋳造欠陥があると判断することを特徴とする。
【0015】
請求項1に記載の発明によると、雰囲気温度、金型温度、金型熱容量等の不確定な要素による影響が極めて少なく溶湯の凝固状態と極めて高い相関性がある最終凝固部に設定された温度測定点の温度が、予め実験的あるいはシミュレーションにより確認して設定された凝固温度に達した時点を凝固時間終了とすることで、高精度でかつ人為によることなく過不足のない適切な凝固時間が設定され、適切な状態での開型が可能になると共に、凝固到達時間が基準到達時間範囲内でないときには鋳造欠陥があると判断することによって、鋳造品の品質向上が得られる。
【0016】
請求項2に記載の重力鋳造の発明は、湯口から金型のキャビティ内に溶湯を重力によって充填して凝固時間経過後に型開きして鋳造品を取り出す重力鋳造法において、金型に充填された溶湯の最終凝固部に設定された温度測定点の温度が、予め設定された上記最終凝固部まで凝固が進行したときの温度となった時点を凝固時間終了とすると共に、上記最終凝固部の最高温度および上記金型のキャビティ内への溶湯充填による凝固時間開始から上記最高温度に達するまでの最高温度到達時間と、予め設定された基準最高温度範囲および基準最高温度到達時間範囲とを比較演算して上記最高温度および最高温度到達時間が上記基準最高温度範囲あるいは基準最高温度到達時間範囲内でないときには鋳造欠陥があると判断することを特徴とする。
【0017】
請求項2に記載の発明によると、雰囲気温度、金型温度、金型熱容量等の不確定な要素による影響が極めて少なく溶湯の凝固状態と極めて高い相関性がある最終凝固部に設定された温度測定点の温度が、予め実験的あるいはシミュレーションにより確認して設定された凝固温度に達した時点を凝固時間終了とすることで、高精度でかつ人為によることなく過不足のない適切な凝固時間が設定され、適切な状態での開型が可能になると共に、最終凝固部の最高温度および金型のキャビティ内への溶湯充填による凝固時間開始から最高温度に達するまでの最高温度到達時間と、予め設定された基準最高温度範囲および基準最高温度到達時間範囲とを比較演算して最高温度および最高温度到達時間が基準最高温度範囲あるいは基準最高温度到達時間範囲内でないときには鋳造欠陥があると判断することによって、鋳造品の品質向上が得られる。
【0018】
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2の重力鋳造法において、上記温度測定点は、押湯部内に設定されたことを特徴とする。
【0019】
請求項3の発明は、請求項1または請求項2における温度測定点が設定される最終凝固部をより具体的にするものであって、押湯部は湯口からキャビティ内に充填された溶湯が凝固の進行によって体積減少するのを補うために溶湯を供給する役割をし、押湯効果を確保するために押湯部内の溶湯が最後に凝固する最終凝固部となるように設定されている。
【0020】
請求項4に記載の発明は、請求項1または請求項2の重力鋳造法において、上記温度測定点は、湯道内に設定されたことを特徴とする。
【0021】
請求項4の発明は、請求項1または請求項2における温度測定点が設定される最終凝固部をより具体的にするものであって、湯道は湯口からキャビティ内に溶湯を誘導するものであって、最後に凝固する最終凝固部となるものである。また、この湯道は押湯部を兼ねることが多い。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による重力鋳造法の実施の形態をアルミニウム合金の鋳造を例に図1乃至図7を参照して説明する。
【0031】
図1は重力鋳造装置1の概念図であって、基台2に支持軸3によって支持部本体4が傾転自在に支持され、支持部本体4は図示しない傾倒駆動手段によって給湯・開型位置と充填・凝固位置との間で傾転される。図1に示す給湯・開型位置における支持部本体4の上側にキャビティ13を形成する下型11と上型12を備えた金型10が取り付けられている。
【0032】
上型12は、下型11に対して略L字状に形成されたアーム31を介して図1に示す型締め位置と、図2に示すように下型11に対して約90°回動して起立した型開き位置との間で傾転自在に支持され、型締め機構であるアーム31と支持部本体4の下部との間に掛け渡された型締めシリンダ32の伸縮作動によって型締め位置と型開き位置に回動し、かつそれらの位置に保持される。
【0033】
上型12には、キャビティ13内に突出して鋳造された製品を上型12から離型する押出ピンを作動させる上型製品押出用シリンダ33が設けられ、支持部本体4の下部に下型11側からキャビティ13内に突出して鋳造された製品を押し出す押出ピンを作動する下型製品押出用シリンダ34が設けられている。
【0034】
支持部本体4には、揺動自在に軸支された湯受けアーム35によって上方が開放された有底状のラドル36が支持されている。通常時にはラドル36の注湯口36aが後述する金型10の湯口17内に挿入された状態に保持されると共に、仮想線で示すように湯受けアーム35を傾倒可能にしてラドル36内に堆積した溶滓等の排除作業等のメンテナンスを容易にしている。
【0035】
さらに金型10は、支持部本体4を図1に示す給湯・開型位置から90°傾転した充填・凝固位置における要部断面図を図3に示し、かつ図4に図3のI−I線断面図を示すように、充填・凝固位置において下型11のキャビティサイド11aと上型12のキャビティサイド12aによって形成された中空状のキャビティ13の上方に、それぞれのキャビティサイド11a、12aに連続する押湯部サイド11b、12bによって押湯部16が連続形成され、さらに押湯部サイド11b、12bに連続する湯口サイド11c、12cによってテーパ状に拡径して上端が開口する湯口17が連続形成されている。本実施の形態では押湯部16は、湯口17から供給された溶湯をキャビティ13内に誘導する湯道を兼ね、これら押湯部16および湯口17によって方案部15を形成している。
【0036】
金型10には押湯部16内に温度測定点sが設定された温度検出装置21が設けられている。温度検出装置21について図3のII部拡大図を示す図5を参照して説明する。
【0037】
上型12に、外側から押湯部16に貫通し、かつ段部22aを介して外側の大径部22bと押湯部16側の小径部22cによって形成される取付孔22が穿設され、取付孔22に温度検出手段、例えば熱電対による熱電対温度計24を保持する保護ピン23が取り付けられている。保護ピン23は、取付孔22の段部22aに係合可能な段部23aを介して大径部22bに嵌合する比較的大径の基部23bと小径部22cに嵌合する例えば外径が約6mm〜8mmの軸部23cを有する棒状であって、外側から取付孔22に挿入し、その段部23aを取付孔22の段部22aに当接することによって軸部23cの先端が押湯部サイド12bより約10mm〜15mm程度押湯部16内に突出する長さを有し、基部23bから軸部23cの先端近傍に達する保持孔23dが穿設された先端肉厚が約2〜3mmに形成されている。
【0038】
保護ピン23の保持孔23dに、保護ピン23の先端近傍に対応して保持孔23dの先端に接する温度測定点sが設定された熱電対温度計24が挿入され、保護ピン23を取付孔22に装着することによって、最終凝固部となる押湯部16内の温度測定が可能になる。
【0039】
この取付孔22に装着された熱電対温度計24が内装された保護ピン23は、貫通孔25aが穿孔され、図示しない取付ボルトによって上型12に取り付けられたピン押さえプレート25によって取付孔22からの脱落が防止され、かつピン押さえプレート25に螺合する抜け止めボルト27によって熱電対温度計24が固定されている。また、熱電対温度計24を保護ピン23に内装することによって、金型10の構成を複雑にすることなく熱電対温度計24を配設できると共に熱電対温度計24を溶湯等から保護される。
【0040】
また、押湯部16への熱電対温度計24の設置は、金型10の形状等に影響されることなく制約が極めて小さく製品に合わせてその設置部位が容易に選択でき、金型10自体の熱および熱容量の影響を極力排除した状態で設置することができる。
【0041】
ここで、押湯部16の溶湯は、湯口17からキャビティ13内に充填された溶湯が凝固進行中における体積減少を補う溶湯を供給する役割をするものであり、キャビティ13内に注湯された溶湯は、先に注湯された湯口17から遠いキャビティ13の先端、すなわち下端から凝固が行われ、押湯部16内の溶湯が最後に凝固する最終凝固部となるように設定されている。
【0042】
この押湯部16内に設定された温度測定点sの温度は、キャビティ13内に充填された溶湯の凝固状態と極めて高い相関性があり、湯口17から給湯された溶湯が充填されたときを凝固時間開始とし、キャビティ13に注湯された溶湯の溶湯熱によって最高温度に達した後に、溶湯がキャビティ13の先端となる下端からの凝固の開始に伴って次第に下降することから、押湯部16まで凝固が進行して溶湯が凝固して鋳物となったものが金型10を開型して離型しても変形やかじりが発生しない温度まで降下した時点の温度を予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認して設定しておくことにより、熱電対温度計24がこの温度を検知した時点を凝固時間終了とすることができる。
【0043】
また、熱電対温度計24による検出温度と予め設定された温度との比較および各部の作動は制御部によって制御されるが、この作用等については次に説明する鋳造法において逐次説明する。
【0044】
このように構成された重力鋳造装置1による鋳造法について図6に示すフローチャートおよび図7に示す押湯部16内の溶湯温度、すなわち押湯温度と凝固時間の相関図を参照して説明する。
【0045】
図1に示す給湯・型開位置に支持部本体4が保持され、かつ金型10の上型12が型締め位置に保持された状態で、ラドル36に予め設定された1鋳造分の金属溶湯を給湯する(ステップS1)。続いて支持軸3廻りに金型10の湯口17が上方となるまで支持部本体4を傾転駆動手段により90°傾転させる。支持部本体4の傾転に伴って一体的に金型10およびラドル36が充填・凝固位置に傾転する(ステップS2)。
【0046】
金型10およびラドル36の充填・凝固位置への傾転に伴って、ラドル36内の溶湯がその注湯口36aから金型10の湯口17を介してキャビティ13内に流入して充填される(ステップS3)。このキャビティ13内への溶湯充填が凝固時間開始として制御部に送られる。
【0047】
この溶湯充填に伴って、押湯部16に配置された温度測定点sの温度は、例えば図7に示すように、キャビティ13および押湯部16に注湯された溶湯の溶湯熱によって上昇が開始し、熱電対温度計24の検出温度が上昇する。
【0048】
溶湯熱による温度測定点sの温度が凝固時間開始から約85秒経過後に最高温度A、例えば約520℃に程度に達した後、キャビティ13内に充填された溶湯が押湯部16から離れたキャビティ13の下端から凝固を開始し、この凝固に伴って温度測定点sの温度は降下を開始する。
【0049】
この最高温度Aの温度を熱電対温度計24によって検知し、この時点の温度と予め設定された基準最高温度範囲、例えば510℃〜530℃とを制御部で比較演算し、検知温度が基準最高温度範囲内か否を判断する(ステップS4)。
【0050】
ここで、基準最高温度範囲は予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認され設定された良好な鋳造条件であって、検出温度が基準最高温度範囲より高い要因としては、キャビティ13内に注湯された溶湯温度が高い場合や金型10の温度が高過ぎる等があり、一方、基準最高温度範囲より低い要因として溶湯量不足や溶湯温度が低い場合、または金型10の温度が低過ぎる等があり、検出温度が基準最高温度範囲より高いときあるいは低いときには巣等の鋳造欠陥が発生することが懸念される。よって、最終凝固部の最高温度Aが、基準最高温度範囲内でないときは鋳造欠陥があると判断される。
【0051】
熱電対温度計24により検知された最高温度Aと前回鋳造された際の最高温度とを比較演算し、温度差が基準温度差内、例えば差温10℃以内か否か判断する(ステップS5)。ここで前回との温度差が基準温度差を越える要因として、湯温あるいは金型10の温度変化がある場合等がり、巣等の鋳造欠陥の発生が懸念される。最高温度Aの温度検知温度と前回鋳造された際の最高温度との基準温度差内でないときには鋳造欠陥があるものと判断する。
【0052】
凝固開始時間から最高温度Aに到達した時点までの最高温度到達時間T1と予め実験的に確認された適切な基準最高温度到達時間範囲、例えば75秒〜95秒とを比較演算し、最高温度到達時間T1が基準最高温度到達時間範囲内であるか否か判断する(ステップS6)。ここで、最高温度到達時間T1が基準最高温度到達時間範囲より長い要因として、キャビティ13に注湯される溶湯の不足や湯温が低い場合、金型10の温度が低過ぎる等があり、基準最高温度到達時間範囲が短い要因として湯温が高過ぎる場合や金型10の温度が高過ぎる等があり、巣の発生等の鋳造欠陥を引き起こすことが懸念される。したがって、最高温度到達時間T1が基準最高温度到達時間範囲内でないときには鋳造欠陥があるものと判断する。
【0053】
最高温度Aに達した後、キャビティ13内に充填された溶湯が湯口17から最も遠い下端から凝固を開始し、この凝固の進行に伴って温度測定点sの温度は降下を開始する。
【0054】
押湯部16の部分まで凝固が進行し(ステップS7)、凝固して鋳物となったものが金型10を離型しても変形やかじりが発生しない凝固温度B、例えば495℃を熱電対温度計24が検知すると、熱電対温度計24から凝固時間終了として凝固時間解除信号を制御部に発する。この凝固時間解除信号に従って凝固開始時間から凝固温度Bを検出する時点までの凝固到達時間T2と予め設定された基準凝固到達時間範囲、例えば165秒〜185秒と比較演算し、凝固到達時間が基準凝固到達時間範囲内か否か判断する(ステップS8)。ここで、凝固到達時間が基準到達時間範囲より長い要因としては金型10の温度が高過ぎる等があり、短い要因としては金型10の温度が低過ぎる等があり、良好な指向性凝固が得られず巣の発生が懸念される。したがって、凝固到達時間T2が基準凝固到達時間範囲内でないときには鋳造欠陥があるものと判断する。
【0055】
続いて、支持軸3廻りに支持部本体4を傾転駆動手段により90°傾転させて、図1に示す給湯・開型位置に復帰させる(ステップS9)。
【0056】
給湯・開型位置に復帰した後、型締めシリンダ32を伸張させ、図2に示すように上型12を型締め位置から型開き位置に回動させて型開きする。この型締めシリンダ32による型開き動作と連動して上型12に設けられた上型製品押出シリンダ33により押出ピンをキャビティ13内に突出させて上型12からの鋳造品の離型を促進させ、かつ下型製品押出用シリンダ34により押出ピンをキャビティ13内に突出させて下型11からの離型を促進させる(ステップS10)。
【0057】
しかる後、型開きされた鋳造品を金型10からローダ等によって取り出す(ステップS11)。ここでステップS4、ステップS5、ステップS6、ステップS8においてすべてが予め実験的にあるいはシミュレーションにより確認されて設定された範囲内であると判断されたものは巣等の鋳造欠陥がない高品質の鋳造品であり、コンベヤ等によって次の工程へ移送する。
【0058】
一方、ステップS4、ステップS5、ステップS6のいずれかにおいて否と判断されたものは、鋳造欠陥がある可能性があり、未凝固状態であることから開型を容易にするため凝固させる(ステップS12)。また、ステップS8で否と判断されたものは、巣等の鋳造欠陥があることが懸念され、これらは金型10を給湯・開型位置に傾転させて(ステップS13)、型開きし(ステップS14)、ローダー等で取り出され、NGパレット等に搬出される。
【0059】
従って、本実施の形態によると、雰囲気温度、金型温度、金型熱容量等の不確定な要素による影響が極めて少なく、溶湯の凝固状態と極めて相関性がある最終凝固部となる押湯部16に温度測定点sを設定し、その温度測定点sにおける最高温度および最高温度到達時間T1と、予め設定された基準最高温度範囲および基準最高温度到達時間範囲と比較演算して最高温度Aおよび最高温度到達時間T1が上記基準温度最高範囲あるいは基準最高温度到達時間範囲内か否かを判断することによって、また、凝固時間開始から上記凝固時間終了までの凝固到達時間T2と、予め設定された基準凝固到達時間範囲とを比較演算して凝固到達時間T2が基準到達時間範囲内か否かを判断することよって鋳造欠陥を検知することができる。よって、人為によることなく過不足のない凝固時間の設定がなされて鋳造品の品質が確保できると共に作業効率が向上する。
【0060】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば上記実施の形態では金型10が傾転する重力鋳造装置について説明したが、金型が傾転しない重力鋳造装置や、湯口からキャビティに溶湯を誘導する湯道と押湯部がそれぞれ独立した重力鋳造装置に適用することもできる。また、湯道と押湯部が独立した重力鋳造装置にあっては最終凝固部となる湯道あるいは押湯部に温度測定点sを設定することもできる。
【0061】
さらに、鋳造品の形状や肉厚等により金型に冷却水通路を形成し、冷却水によりキャビティ内の凝固速度を制御することも可能である。また、アルミニウム合金の鋳造以外に、銅や鉄等の高融点合金の鋳造も可能である。
【0062】
【発明の効果】
以上説明した本発明の重力鋳造法によると、湯口からキャビティ内に注湯して充填された溶湯が最終的に凝固する金型等の温度等による影響が極めて少なく溶湯の凝固状態と極めて高い相関性がある最終凝固部の温度が、予め実験的に或いはシミュレーションにより確認して設定された凝固温度に達した時点を凝固時間終了とすることで、人為によることなく過不足のない適切な凝固時間が設定されると共に、凝固到達時間が基準到達時間範囲内でないときには鋳造欠陥があると判断し、或いは、最高温度および最高温度到達時間が基準最高温度範囲あるいは基準最高温度到達時間範囲内でないときには鋳造欠陥があると判断することで、鋳造品の品質が確保できると共に、作業効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による実施の形態の概要を示す重力鋳造装置の概念図である。
【図2】型開状態を示す重力鋳造装置の要部側面図である。
【図3】金型の要部断面図である。
【図4】図3のI−I線断面図である。
【図5】図3のII部拡大図である。
【図6】重力鋳造装置の動作フローチャートである。
【図7】押湯温度と凝固時間の相関図である。
【図8】金型温度と凝固時間の相関図である。
【符号の説明】
1 重力鋳造装置
10 金型
11 下型
12 上型
13 キャビティ
15 方案部
16 押湯部(湯道)
17 湯口
21 温度検出装置
23 保護ピン
24 熱電対温度計(温度検出手段)
s 温度測定点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention also relates to gravity casting process.
[0002]
[Prior art]
Gravity casting is a method in which a molten metal such as an aluminum alloy or magnesium alloy is cast into the cavity of a mold by gravity pouring, and the dimensional accuracy is high, the casting structure is dense, and the mechanical properties and durability are improved. In addition to being excellent, the casting apparatus and the mold have a long life, and the equipment cost is relatively low.
[0003]
However, if the mold temperature at the time of casting is too low, the molten metal solidifies in the thin wall part during filling and causes casting defects such as non-rotating, hot water, and nests, and if the mold temperature is too high, the wall thickness has a large heat capacity. A casting defect such as a nest occurs in the part, which becomes a cause of defective casting.
[0004]
As a countermeasure, measure the time from the end of the casting cycle to the start of the next casting cycle and the temperature of the mold immediately before filling the molten metal, and compare the measurement time and measured temperature with the preset time and mold temperature. Then, by adjusting the heating means and the casting cycle time so that the mold reaches the set temperature based on the calculation result, the mold temperature is controlled to a predetermined temperature range and the occurrence of casting defects is prevented. A control method is known (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
On the other hand, in the gravity casting method, since the casting in the mold cavity is gradually performed, the molten metal that has flowed in first flows to the tip, so that it solidifies first from the tip and the feeder part solidifies last. It is necessary to make directional solidification proceed, and the generic name of the sprue, runner, etc. including this feeder is the design part, and when the design part is solidified, the mold is opened and the product is taken out. .
[0006]
This plan part is important for ensuring the quality of molten metal by pouring molten metal into the cavity, that is, suppressing the entrainment of air and the generation of oxide when filling, and ensuring the directional solidification toward the feeder part. Part.
[0007]
In addition, the solidification time required from pouring to mold opening, that is, the solidification state that determines the mold clamping time and mold opening time is determined by installing a temperature measurement means such as a thermocouple thermometer in the cavity or mold. A method of grasping the solidification state of a casting based on temperature detection by a temperature measuring means is generally performed.
[0008]
For example, the temperature of the mold when casting a casting with a weight of about 10 kg is gradually increased by the melt heat of the melt filled in the cavity from the gate as shown in the correlation diagram between the mold temperature and the solidification time shown in FIG. Then, after reaching the maximum temperature a, for example, 491 ° C., it gradually descends with the start of solidification of the molten metal in the cavity. The mold temperature b when the mold has reached a solidification temperature at which no deformation or galling occurs, for example, a time t reaching 453 ° C., for example, 210 seconds, is experimentally confirmed and set in advance as a solidification time. The time t at this time can be the end of the coagulation time, that is, the mold opening time. However, the temperature of the mold is low at the start of the casting operation, for example, and the mold temperature gradually rises as the casting operation is repeated, so that there is a variation of about ± 15 ° C. in the mold temperature, for example. Therefore, the mold temperature relative to the true solidification temperature is 438 ° C. to 468 ° C., and the solidification time must be set in consideration of this, and an extra time is set from the time required for the true solidification.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-6-262337
[Problems to be solved by the invention]
However, the setting of the solidification time until the temperature of the casting drops to a temperature at which the casting does not deform or galvanize even when the mold is opened and released is set based on the time experimentally confirmed in advance. Since each time is artificially set based on the experience and feeling of the casting worker, there are individual differences in the setting of the solidification time depending on the casting worker. In actual casting, uncertain factors such as the atmospheric temperature, mold temperature, mold heat capacity, etc. affect the solidification time for each casting cycle.
[0011]
Setting of the solidification time of this mold is not appropriate, and when the mold is opened in a state where the portion of the design portion is not completely solidified, a sufficient feeder effect cannot be obtained and a nest is generated. If the coagulation time is set to be long in order to avoid the formation of the nest, it is feared that an extra time than the time required for the true coagulation is set and the work efficiency is lowered. If the solidification time is longer than necessary, the heat of the mold received from the molten metal is dissipated and the mold temperature required to cast a good product may change, affecting the quality of the cast product. Furthermore, the setting of the solidification time is not appropriate, and if the temperature for releasing is too high, the cast product may be galled or deformed, and if the temperature for releasing is too low, the release may be difficult.
[0012]
On the other hand, in the method of grasping the solidification state of the molten metal based on the temperature detection by the temperature measuring means provided in the cavity or in the mold, the product specifications such as the product extrusion pin of the mold, the product shape, the mold configuration For example, it is difficult to grasp the solidified state of the casting with high accuracy due to the influence of the heat and heat capacity of the mold itself.
[0013]
Accordingly, an object of the present invention made in view of the above point is to provide a gravity casting method capable of improving the work efficiency by appropriately setting the solidification time regardless of human beings and improving the quality of the cast product. It is in.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The invention of the gravity casting according to claim 1, which achieves the above object, is a method of gravity casting in which molten metal is filled into the cavity of the mold by gravity from the gate and the mold is opened after the solidification time has elapsed. the temperature of the mold is set to the final solidification portion of the filled molten metal temperature measurement points, and ends preset the last to the freezing unit when the coagulation was a temperature at which progressed clotting time, the The solidification arrival time from the start of the solidification time by filling the mold cavity to the end of the solidification time is compared with a preset reference solidification arrival time range, and the solidification arrival time is compared with the reference solidification arrival time. When it is not within the range, it is judged that there is a casting defect .
[0015]
According to the first aspect of the present invention, the temperature set in the final solidification part is hardly affected by uncertain factors such as the atmospheric temperature, mold temperature, mold heat capacity, etc. and has a very high correlation with the solidification state of the molten metal. By ending the solidification time when the temperature at the measurement point reaches a solidification temperature that has been set in advance by experimental or simulation, it is possible to obtain a suitable solidification time that is highly accurate and free from excess or deficiency without human intervention. By setting, it becomes possible to open the mold in an appropriate state, and when the solidification arrival time is not within the reference arrival time range, it is determined that there is a casting defect, thereby improving the quality of the cast product.
[0016]
The invention of gravity casting according to claim 2 is a method of gravity casting in which the molten metal is filled into the mold cavity from the gate by gravity and the mold is opened after the solidification time has elapsed, and the cast product is taken out. The time at which the temperature at the temperature measurement point set in the final solidification part of the molten metal becomes the temperature at which solidification has progressed to the preset final solidification part is the end of the solidification time, and the maximum of the final solidification part Comparing the maximum temperature arrival time from the start of solidification time by filling the mold cavity into the mold cavity to reaching the maximum temperature, and the preset reference maximum temperature range and reference maximum temperature arrival time range When the maximum temperature and the maximum temperature attainment time are not within the reference maximum temperature range or the reference maximum temperature attainment time range, it is determined that there is a casting defect .
[0017]
According to the second aspect of the present invention, the temperature set in the final solidified portion is less affected by uncertain factors such as the atmospheric temperature, mold temperature, mold heat capacity, etc. and has a very high correlation with the solidified state of the molten metal. By ending the solidification time when the temperature at the measurement point reaches a solidification temperature that has been set in advance by experimental or simulation, it is possible to obtain a suitable solidification time that is highly accurate and free from excess or deficiency without human intervention. The mold can be opened in an appropriate state, and the maximum temperature of the final solidification part and the maximum temperature arrival time from the start of the solidification time by filling the mold cavity to the maximum temperature, Comparing the set reference maximum temperature range and the reference maximum temperature arrival time range to calculate the maximum temperature and maximum temperature arrival time The reference maximum temperature range or reference maximum temperature arrival time By determining that there is a casting defects when not囲内, improving the quality of castings can be obtained.
[0018]
According to a third aspect of the present invention, in the gravity casting method according to the first or second aspect , the temperature measurement point is set in a feeder part .
[0019]
According to a third aspect of the present invention, the final solidified portion where the temperature measurement point is set in the first or second aspect is made more concrete, and the feeder portion is formed by a molten metal filled in the cavity from the gate. In order to compensate for the decrease in volume due to the progress of solidification, it serves to supply molten metal, and in order to secure the effect of the molten metal, the molten metal in the molten metal part is set to be the final solidified part that solidifies last .
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, in the gravity casting method of the first or second aspect, the temperature measurement point is set in a runner .
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, the final solidified portion where the temperature measurement point in the first or second aspect is set is made more concrete, and the runner guides the molten metal from the gate into the cavity. Thus, it becomes the final solidified part that solidifies last. In addition, this runway often serves as a feeder.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the gravity casting method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0031]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a gravity casting apparatus 1 in which a support body 4 is tiltably supported on a base 2 by a
[0032]
The
[0033]
The
[0034]
A bottomed
[0035]
Further, the
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
A
[0039]
The
[0040]
In addition, the
[0041]
Here, the molten metal in the
[0042]
The temperature at the temperature measuring point s set in the
[0043]
Further, the comparison between the temperature detected by the
[0044]
A casting method using the gravity casting apparatus 1 configured as described above will be described with reference to a flowchart shown in FIG. 6 and a molten metal temperature in the
[0045]
In the state where the support body 4 is held at the hot water supply / die opening position shown in FIG. 1 and the
[0046]
As the
[0047]
As the molten metal is filled, the temperature at the temperature measurement point s disposed in the
[0048]
After the temperature at the temperature measurement point s due to the molten metal reaches a maximum temperature A, for example, about 520 ° C. after about 85 seconds from the start of the solidification time, the molten metal filled in the
[0049]
The temperature of this maximum temperature A is detected by the
[0050]
Here, the reference maximum temperature range is a good casting condition confirmed and set in advance experimentally or by simulation, and a factor that the detected temperature is higher than the reference maximum temperature range is that the molten metal poured into the
[0051]
The maximum temperature A detected by the
[0052]
Comparing and calculating the maximum temperature arrival time T1 from the solidification start time to the time when the maximum temperature A is reached and an appropriate reference maximum temperature arrival time range that has been experimentally confirmed in advance, for example, 75 seconds to 95 seconds, reaches the maximum temperature. It is determined whether or not the time T1 is within the reference maximum temperature arrival time range (step S6). Here, as a factor that the maximum temperature attainment time T1 is longer than the reference maximum temperature attainment time range, when the molten metal poured into the
[0053]
After reaching the maximum temperature A, the molten metal filled in the
[0054]
Solidification proceeds to the feeder part 16 (step S7), and a solidified temperature B, for example, 495 ° C. at which the solidified cast product does not cause deformation or galling even when the
[0055]
Subsequently, the support body 4 is tilted by 90 ° around the
[0056]
After returning to the hot water supply / opening position, the
[0057]
Thereafter, the cast product whose mold has been opened is taken out from the
[0058]
On the other hand, what is determined to be negative in any of step S4, step S5, and step S6 may have a casting defect and is solidified to facilitate mold opening because it is in an unsolidified state (step S12). ). In addition, it is feared that there is a casting defect such as a nest in the case determined to be negative in step S8, and these tilt the
[0059]
Therefore, according to this embodiment, the influence of uncertain factors such as the atmospheric temperature, the mold temperature, the mold heat capacity and the like is extremely small, and the
[0060]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the gravity casting apparatus in which the
[0061]
Furthermore, it is possible to form a cooling water passage in the mold according to the shape and thickness of the cast product, and to control the solidification rate in the cavity by the cooling water. In addition to casting an aluminum alloy, casting of a high melting point alloy such as copper or iron is also possible.
[0062]
【The invention's effect】
According to the gravity casting method of the present invention described above, the molten metal poured into the cavity from the pouring gate is hardly affected by the temperature of the mold or the like where the molten metal finally solidifies, and the solidified state of the molten metal is extremely high. Appropriate solidification without excess or deficiency without human intervention by ending the solidification time when the temperature of the final solidification zone that has correlation reaches the solidification temperature that has been set by experimental confirmation or simulation. When the time is set and the solidification arrival time is not within the reference arrival time range, it is determined that there is a casting defect, or when the maximum temperature and the maximum temperature arrival time are not within the reference maximum temperature range or the reference maximum temperature arrival time range By determining that there is a casting defect , the quality of the cast product can be ensured and the working efficiency is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a gravity casting apparatus showing an outline of an embodiment according to the present invention.
FIG. 2 is a side view of a main part of a gravity casting apparatus showing a mold open state.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of a mold.
4 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
FIG. 5 is an enlarged view of a portion II in FIG. 3;
FIG. 6 is an operation flowchart of the gravity casting apparatus.
FIG. 7 is a correlation diagram between a feeder temperature and a solidification time.
FIG. 8 is a correlation diagram between mold temperature and solidification time.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
17
s Temperature measurement point
Claims (4)
金型に充填された溶湯の最終凝固部に設定された温度測定点の温度が、予め設定された上記最終凝固部まで凝固が進行したときの温度となった時点を凝固時間終了とすると共に、
上記金型のキャビティ内への溶湯充填による凝固時間開始から上記凝固時間終了までの凝固到達時間と、予め設定された基準凝固到達時間範囲とを比較演算して上記凝固到達時間が上記基準凝固到達時間範囲内でないときは鋳造欠陥があると判断することを特徴とする重力鋳造法。In the gravity casting method, the molten metal is filled from the gate into the mold cavity by gravity, and the mold is opened after the solidification time has elapsed.
While the temperature at the temperature measurement point set in the final solidification part of the molten metal filled in the mold becomes the temperature when solidification has progressed to the preset final solidification part, the solidification time ends ,
The solidification arrival time from the start of the solidification time to the end of the solidification time by filling the molten metal into the cavity of the mold is compared with a preset reference solidification arrival time range, and the solidification arrival time is the reference solidification arrival time. Gravity casting characterized by determining that there is a casting defect when not within the time range .
金型に充填された溶湯の最終凝固部に設定された温度測定点の温度が、予め設定された上記最終凝固部まで凝固が進行したときの温度となった時点を凝固時間終了とすると共に、
上記最終凝固部の最高温度および上記金型のキャビティ内への溶湯充填による凝固時間開始から上記最高温度に達するまでの最高温度到達時間と、予め設定された基準最高温度範囲および基準最高温度到達時間範囲とを比較演算して上記最高温度および最高温度到達時間が上記基準最高温度範囲あるいは基準最高温度到達時間範囲内でないときには鋳造欠陥があると判断することを特徴とする重力鋳造法。In the gravity casting method, the molten metal is filled from the gate into the mold cavity by gravity, and the mold is opened after the solidification time has elapsed.
While the temperature at the temperature measurement point set in the final solidification part of the molten metal filled in the mold becomes the temperature when solidification has progressed to the preset final solidification part, the solidification time ends ,
Maximum temperature of the final solidification part and the maximum temperature arrival time from the start of solidification time by filling the mold cavity to the maximum temperature, and the preset reference maximum temperature range and reference maximum temperature arrival time A gravity casting method characterized by determining that there is a casting defect when the maximum temperature and the maximum temperature arrival time are not within the reference maximum temperature range or the reference maximum temperature arrival time range by comparing and calculating a range .
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