JP4481945B2 - Casting mold and casting method - Google Patents
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Description
本発明は、ゲートが形成された第1金型、及び初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第1金型の移動方向と直交する方向である第2金型を備える鋳造金型、及び該鋳造金型を用いて行う鋳造方法に関する。 The present invention is a first mold in which a gate is formed , and a split mold in which a cavity communicating with the gate through the gate in an initial state is formed, the mold opening direction being the first mold The present invention relates to a casting mold provided with a second mold that is in a direction orthogonal to the moving direction , and a casting method performed using the casting mold.
一般的に、鋳造金型は、鋳造品が形成されるキャビティである製品部と、該製品部に溶湯を送り込むための方案部とを有する。方案部は、溶湯を注入する湯口、あかの混入を防止するストレーナ、溶湯を製品部の近傍まで案内する湯道及び該湯道から製品部に連通するゲート(堰とも呼ばれる。)等を有する。方案部は、溶湯による熱衝撃(熱膨脹等による衝撃)、及び溶湯の移動による物理的衝撃が大きいため、製品部と比較して寿命が短い傾向がある。 Generally, a casting mold has a product part which is a cavity in which a cast product is formed, and a plan part for feeding molten metal into the product part. The plan section includes a spout for injecting molten metal, a strainer for preventing the mixing of the molten metal, a runner that guides the molten metal to the vicinity of the product section, and a gate (also referred to as a weir) that communicates from the runway to the product section. The plan part tends to have a shorter life as compared with the product part because the thermal shock (impact due to thermal expansion or the like) due to the molten metal and the physical impact due to the movement of the molten metal are large.
このように方案部の寿命と製品部の寿命が異なることから、特許文献1記載の鋳造金型では、方案部に対応した第1金型と製品部に対応した第2金型とを別個に設けている。この鋳造金型によれば、寿命に達した第1金型のみを交換することができるので、交換の手間や交換のコストを抑制することができて好適である。また、特許文献1では、第1金型と第2金型との合わせ面にばりが発生しないような構成も提案されている。
As described above, since the life of the plan part and the life of the product part are different, in the casting mold described in
ところで、上記特許文献1に記載された鋳造金型では、製品部に対応した第2金型を交換することはほとんどないが、方案部に対応した第1金型は、第2金型に比較すると頻繁に交換しなければならない。
By the way, in the casting mold described in
また、湯口や湯道が鉛直方向に長く延在している場合には、溶湯を注湯する際に該溶湯の位置エネルギーを湯口や湯道の底部で受け止めることになり、物理的衝撃も大きく低寿命化の要因となる。このようなことから、方案部に対応した第1金型の一層の長寿命化が望まれている。 In addition, when the gate and runner are extended in the vertical direction, when pouring the molten metal, the potential energy of the molten metal is received at the bottom of the gate and the runway, resulting in a large physical impact. It becomes a factor of life shortening. For this reason, it is desired to further extend the life of the first mold corresponding to the plan part.
さらに、湯口や湯道が製品部と一部で近接し、又は平行して設けられてている場合には、製品部は湯口や湯道からの熱衝撃を受けることになり、第2金型についても寿命が低減する場合があり、第2金型についても長寿命化が望まれている。 Furthermore, when the gate and the runner are partly close to or in parallel with the product part, the product part receives a thermal shock from the gate and the runner, and the second mold In some cases, the service life of the second mold may be reduced, and it is desired to extend the service life of the second mold.
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、方案部に対応した第1金型と製品部に対応した第2金型とを個別に設ける鋳造金型において、第1金型に対する溶湯による熱衝撃や物理的衝撃を抑制して高寿命化が図られる鋳造金型及び鋳造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such problems, and is a casting mold in which a first mold corresponding to a design part and a second mold corresponding to a product part are separately provided. It is an object of the present invention to provide a casting mold and a casting method capable of suppressing the thermal shock and physical shock caused by the molten metal and extending the service life.
本発明に係る鋳造金型は、湯口が形成された第1金型と、初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第1金型の移動方向と直交する方向である第2金型と、前記ゲートの延在方向に沿って、前記第1金型を移動させる移動手段とを有し、前記湯口は前記キャビティの軸線に対して傾斜して前記ゲートに連通する窪みを含むことを特徴とする。 Casting mold according to the present invention comprises a first mold sprue is formed, a split mold cavity is formed which communicates via a gate to the sprue in the initial state, the mold opening direction A second mold that is perpendicular to a moving direction of the first mold; and a moving unit that moves the first mold along the extending direction of the gate. And a recess which is inclined with respect to the axis and communicates with the gate.
このように、注湯後に移動手段によって第1金型をゲートに沿って退動させることにより、溶湯の膨脹や第1金型自体の熱膨脹が吸収され、第1金型に対する熱衝撃が緩和される。また、湯口はキャビティの軸線に対して傾斜してゲートに連通する窪みを含むことにより、注湯される溶湯は、少なくとも自由落下することはないため、方案部に対して溶湯の位置エネルギーが直接的に作用することはなく、物理的衝撃が緩和される。 In this way, by moving withdrawal along a first mold gate by moving means after pouring, thermal expansion of the expansion or the first mold itself of the molten metal is absorbed, thermal shock to the first mold is mitigated The In addition, since the pouring gate includes a recess that is inclined with respect to the axis of the cavity and communicates with the gate, the molten metal to be poured does not fall at least freely. The physical impact is mitigated.
この場合、前記キャビティは長尺形状であって、前記ゲート及び前記キャビティの延在する方向の角度は、水平を含み上方に30°までの範囲であると、湯口を浅く設定することができ、しかも溶湯の流れが緩やかになって、物理的衝撃が一層緩和される。 In this case, the cavity has an elongated shape, and the gate and the angle in the extending direction of the cavity can be set shallow when the gate is in the range of up to 30 ° including the horizontal, In addition, the flow of the molten metal becomes gentle and the physical impact is further alleviated.
また、前記第2金型は分割金型であって、型開き方向が前記第1金型の移動方向と直交する方向に設定されていると、型開きを行いやすい。 The second mold is a split mold, and if the mold opening direction is set in a direction orthogonal to the moving direction of the first mold, the mold opening is easy.
前記第1金型が膨脹することを検知又は推定する金型膨脹検知手段と、前記金型膨脹検知手段によって前記第1金型が膨脹したことを検知又は推定したときに、前記移動手段により前記第1金型を移動させる制御手段とを有していてもよい。 Mold expansion detecting means for detecting or estimating the expansion of the first mold; and when the mold expansion detecting means detects or estimates that the first mold has expanded, You may have a control means to move a 1st metal mold | die.
この金型膨脹検知手段により、第1金型を適切なタイミングで移動させることができ、第1金型を一層高寿命にすることができる。 By this mold expansion detection means, the first mold can be moved at an appropriate timing, and the first mold can have a longer life.
前記湯口から注湯された溶湯が凝固する際、凝固温度域での体積膨脹をしたことを検知又は推定する溶湯膨脹検知手段と、前記溶湯膨脹検知手段によって前記溶湯が体積膨脹をしたことを検知又は推定したときに、前記移動手段により前記第1金型を移動させる制御手段とを有していてもよい。この溶湯膨脹検知手段により、溶湯が凝固温度域での体積膨脹をしたことを検知、推定して、第1金型を適切なタイミングで移動させることができる。 When the molten metal poured from the gate is solidified, it detects that the volume expansion in the solidification temperature range is detected or estimated, and detects that the molten metal has expanded by the molten metal expansion detecting means. Alternatively, it may have a control means for moving the first mold by the moving means when estimated. By this molten metal expansion detecting means, it is possible to detect and estimate that the molten metal has undergone volume expansion in the solidification temperature region, and to move the first mold at an appropriate timing.
前記湯口から注湯された溶湯が凝固する際、表層が殻状の凝固層になったことを検知又は推定する凝固検知手段と、前記凝固検知手段によって前記溶湯の表層が凝固したことを検知又は推定したときに、前記移動手段により前記第1金型を移動させる制御手段とを有していてもよい。この凝固検知手段により、溶湯が凝固温度域での体積膨脹をしたことを検知、推定して、第1金型を適切なタイミングで移動させることができる。 When the molten metal poured from the gate is solidified, the solidification detecting means for detecting or estimating that the surface layer has become a shell-shaped solidified layer, and detecting that the surface layer of the molten metal has solidified by the solidification detecting means or Control means for moving the first mold by the moving means when estimated. By this solidification detecting means, it is possible to detect and estimate that the molten metal has undergone volume expansion in the solidification temperature region, and to move the first mold at an appropriate timing.
溶湯の表層が殻状の凝固層になったことを検知又は推定したときには、前記移動手段は、前記第1金型を前記第2金型から離間させてもよい。これにより、第1金型は熱膨張による応力が開放されて、さらなる高寿命化が図られる。また、溶湯の表層は殻状に固まっていることから、内部の溶湯が漏れ出すことがない。 When detecting or estimating that the surface layer of the molten metal has become a shell-shaped solidified layer, the moving means may separate the first mold from the second mold. As a result, the stress due to thermal expansion is released from the first mold, thereby further extending the life. Moreover, since the surface layer of the molten metal is solidified in a shell shape, the molten metal inside does not leak out.
次に、本発明に係る鋳造方法は、湯口が形成された第1金型と、初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第1金型の移動方向と直交する方向である第2金型と、を有し、前記湯口は、前記キャビティの軸線に対して傾斜して前記ゲートに連通する窪みを含み、前記第1金型と前記第2金型とを用いて行う鋳造方法であって、前記湯口から注湯された溶湯が凝固する際、凝固温度域での体積膨脹をしたことを溶湯膨脹検知手段により検知又は推定する工程と、前記溶湯膨脹検知手段によって前記溶湯が体積膨脹をしたことを検知又は推定したときに、前記ゲートの延在方向に沿って、移動手段により前記第1金型を移動させて前記第2金型との間で隙間を設ける工程とを有することを特徴とする。 Then, casting method according to the present invention comprises a first mold sprue is formed, a split mold cavity is formed which communicates via a gate to the sprue in the initial state, mold opening A second mold whose direction is a direction orthogonal to the moving direction of the first mold, and the gate includes a recess inclined to the axis of the cavity and communicating with the gate, A casting method performed using the first mold and the second mold, wherein when the molten metal poured from the gate is solidified, the molten metal expansion detection means indicates that the volume has expanded in the solidification temperature range. A step of detecting or estimating, and when detecting or estimating that the molten metal has expanded by the molten metal expansion detecting means, the first mold is moved by the moving means along the extending direction of the gate. And providing a gap between the second mold and Characterized in that it has.
このように、凝固検知手段によって前記溶湯が凝固温度域での体積膨脹をしたことを検知又は推定することにより、第1金型を適切なタイミングで移動させ、第1金型を一層高寿命にすることができる。 Thus, by detecting or estimating that the molten metal has undergone volume expansion in the solidification temperature range by the solidification detection means, the first mold is moved at an appropriate timing, and the first mold has a longer life. can do.
また、本発明に係る鋳造方法は、湯流れ方向が非鉛直の湯口が形成された第1金型と、初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第1金型の移動方向と直交する方向である第2金型と、を有し、前記湯口は、前記キャビティの軸線に対して傾斜して前記ゲートに連通する窪みを含み、前記第1金型と前記第2金型とを用いて行う鋳造方法であって、前記湯口から注湯された溶湯が凝固する際、表層が殻状の凝固層になったことを凝固検知手段により検知又は推定する工程と、前記凝固検知手段によって前記溶湯の表層が凝固したことを検知又は推定したときに、前記ゲートの延在方向に沿って、移動手段により前記第1金型を移動させて前記第2金型との間で隙間を設ける第2工程とを有することを特徴とする。 In addition, the casting method according to the present invention includes a first mold in which a pouring gate having a non-vertical pouring direction is formed, and a split mold in which a cavity communicating with the pouring gate through the gate in an initial state is formed. The mold opening direction is a direction perpendicular to the moving direction of the first mold, and the gate is inclined with respect to the axis of the cavity and communicates with the gate. A casting method that uses the first mold and the second mold to form a shell-shaped solidified layer when the molten metal poured from the gate is solidified. Detecting or estimating this by the solidification detecting means, and when detecting or estimating that the surface layer of the molten metal has solidified by the solidification detecting means, the first means by the moving means along the extending direction of the gate. Move the mold to create a gap with the second mold And having a second step that.
このように、凝固検知手段によって溶湯の表層が殻状の凝固層になったことを検知又は推定することにより、第1金型を適切なタイミングで移動させ、第1金型を一層高寿命にすることができる。 In this way, by detecting or estimating that the surface layer of the molten metal has become a shell-shaped solidified layer by the solidification detecting means, the first mold is moved at an appropriate timing, and the first mold has a longer life. can do.
本発明に係る鋳造金型及び鋳造方法によれば、注湯後に移動手段によって第1金型をゲートに沿って移動させて第2金型との間で隙間を設けることにより、溶湯の膨脹や第1金型自体の熱膨脹が吸収され、第1金型に対する熱衝撃が緩和される。また、湯口の湯流れ方向が非鉛直であることにより、注湯される溶湯は、少なくとも自由落下することはないため、方案部に対して溶湯の位置エネルギーが直接的に作用することがなく、物理的衝撃が緩和される。さらに、溶湯が緩やかに注湯されることになり、溶湯に対する空気の巻き込みが少なく、巣の発生が抑制される。 According to the casting mold and casting method according to the present invention, by Rukoto a gap between the second mold the first mold is moved along the gate by the moving means after pouring, expansion of the molten metal And the thermal expansion of the first mold itself is absorbed, and the thermal shock to the first mold is mitigated. In addition, since the molten metal poured in the pouring direction of the pouring gate does not fall at least freely, the potential energy of the molten metal does not act directly on the design part, Physical shock is alleviated. Furthermore, the molten metal is poured slowly, so that the air is less involved in the molten metal and the formation of nests is suppressed.
凝固検知手段によって溶湯の表層が殻状の凝固層になったこと、又は、前記溶湯が凝固温度域での体積膨脹をしたことを検知又は推定することにより、第1金型を適切なタイミングで移動させ、第2金型との間で隙間を設ける結果、第1金型を一層高寿命にすることができる。 By detecting or estimating that the surface layer of the molten metal has become a shell-shaped solidified layer by the solidification detecting means, or that the molten metal has undergone volume expansion in the solidification temperature range, the first mold is moved at an appropriate timing. As a result of moving and providing a gap with the second mold, the first mold can have a longer life.
以下、本発明に係る鋳造金型及び鋳造方法について実施の形態を挙げ、添付の図1〜図5を参照しながら説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a casting mold and a casting method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、本実施の形態に係る鋳造金型10は、エンジン部品であるクランクシャフトを鋳造する鋳造システム12に適用される。さらに、エンジン部品であるカムシャフト等も好適に鋳造することができる。
As shown in FIG. 1, a
鋳造システム12は、略中央に設けられた鋳造金型10と、該鋳造金型10に溶湯を注湯するための注湯ステーション26とを有する。
The
注湯ステーション26は加圧注湯炉28、重量計30、及び加圧注湯炉28から出湯された溶湯を受け取って鋳造金型10に該溶湯を注湯する取り鍋32を備え、重量計30によって取り鍋32内の溶湯量を一定量にセットした後、該取り鍋32を鋳造金型10上に移動させ、湯口62a(図2参照)からキャビティ(製品部)50内に注湯するようにしている。
The
加圧注湯炉28には、さらに上流側に配置した溶解炉34で生成された溶湯を搬送取り鍋36を介して供給するようにしている。さらに、鋳造金型10の上方には、黒鉛を球状化させるマグネシウム等の添加材を溶湯に添加するための添加剤計量装置38が設けられている。添加剤計量装置38に隣接して、キャビティ面に離型材を塗布するブロースモーク装置40が上下移動自在に設けられている。
In the pressurized
鋳造金型10の下流側上方には、型開きした金型から鋳造品を取り出すワーク取出ロボット42が水平方向に移動自在に設けられ、取り出した鋳造品を矯正・切断装置44に移送する。
Above the downstream side of the
鋳造品は矯正・切断装置44でトリミング等を行った後、移載ロボット46で熱処理炉に向けてコンベア48で移送される。
The cast product is trimmed by the correction /
図2に示すように、鋳造金型10は、キャビティ50を有する製品金型(第2金型)52と、キャビティ50に対して溶湯を導く方案部62を有する方案部金型(第1金型)56とを有する。キャビティ50には図示しないガス抜き孔が設けられている。キャビティ50はクランクシャフトに合わせた長尺形状であって、該キャビティ50とゲート62bの延在する方向は水平であることから、製品金型52及び方案部金型56を低く構成することができる。キャビティ50及びゲート62bが延在する方向は、例えば、水平を含み上方に30°の角度範囲に設定すると、溶湯の流れが緩やかとなって各金型に対する物理的衝撃が緩和される。
As shown in FIG. 2, the
製品金型52は、キャビティ50の部分を境界として下型52aと上型52bとに分割された分割金型であり、熱伝導性のよい金属(例えば、銅合金)で構成されている。下型52aは下ベース55aを介して床面に固定された固定型である。上型52bは上ベース55bを介して2本のシリンダ58a及び58bによって昇降自在な可動型である。上型52bが下降して下型52aに当接することによりキャビティ50が形成され、上昇することによりキャビティ50から鋳造品が抜き取り可能となる。下ベース55a及び上ベース55bは鋳鉄又は鋼等の金属で構成されている。
The
方案部金型56は、下型52aの矢印A1側の面に当接するゲート部下型60aと、上型52bの側面に当接するゲート部上型60bと、これらのゲート部下型60a及びゲート部上型60b(以下、まとめてゲート金型61ともいう。)の矢印A1側の面に当接している湯口形成型60cからなる。方案部金型56ではゲート部下型60a、ゲート部上型60b及び湯口形成型60cにより方案部62が形成されている。方案部62は上面に開口した湯口62aと、該湯口62aからキャビティ50に連通するゲート62bとを有する。方案部62には湯道及びストレーナ等が設けられていてもよい。
The
ゲート62bは、ゲート部下型60aの上面の窪みと、ゲート部上型60bの下面の窪みとによって形成される水平の細い通路であって、キャビティ50に対して同軸上に設定されている。
The
湯口62aはゲート部上型60bの側面と、湯口形成型60cの側面から上面にかけて設けられた窪み63aとによって形成されている。ゲート部上型60bの側面及び窪み63aの面は、それぞれ図2の左上方向に向かって傾斜しており、湯口62aは、全体として傾斜した(非鉛直な)通路となっている。湯口62aの最も低い箇所は、水平で短い底部63bが設けられており、該底部63bとゲート62bの下面とは略同じ高さに設定されている。
The
また、鋳造金型10は、湯口形成型60cをゲート62bの延在方向(つまり、水平方向で、キャビティ50の軸方向)に移動させるシリンダ(移動手段)64を有する。シリンダ64による湯口形成型60cの移動方向と、製品金型52の型開き方向は直交しているので、製品金型52の型開きを行いやすい。すなわち、製品金型52は熱を受けると、製品金型52の型開き方向の直交方向に膨脹しやすいので、シリンダ64による湯口形成型60cの移動方向が、製品金型52が膨脹しやすい方向(つまり、型開きの方向)であると、製品金型52の膨脹等を吸収しやすい。
The casting
湯口形成型60cはシリンダ64の作用下に矢印A2方向に押圧されたときに、矢印A2方向の側面で底部63bよりも下の側面がゲート部下型60aの側面に当接し、矢印A2方向の側面で底部63bよりも上の側面がゲート部上型60bの側面に当接し、窪み63aが湯口62aの一部を形成する。方案部金型56が低く構成されていることから湯口62aも浅く形成されている。
When the
また、湯口形成型60cはシリンダ64の作用下に矢印A1方向に移動したときには、ゲート部下型60a及びゲート部上型60bから離間し(図4参照)隙間Gを設けることができる。
Further, when the
シリンダ64は、コントローラ70の作用下にバルブ72を介して動作する。また、コントローラ70は、シリンダ64の内圧を計測する圧力センサ74と、湯口形成型60cの歪みを計測する歪センサ76と、湯口形成型60cの微小変位を計測する変位計78と、湯口形成型60cにおけるゲート部下型60a、ゲート部上型60bに対する当接部の近傍の温度を計測する温度計80と、に接続されている。圧力センサ74に代えて、シリンダ64が湯口形成型60cを押圧する力を計測するロードセルを用いてもよい。歪センサ76、変位計78及び温度計80による計測対象は、ゲート部下型60a又はゲート部上型60bでもよい。
The
図示を省略するが、コントローラ70は、鋳造システム12の他の各部分にも接続されており、統括的な制御を行っている。コントローラ70の内部にはタイマーが設けられている。
Although not shown, the
コントローラ70は、圧力センサ74、歪センサ76、変位計78、温度計80及びタイマー等の信号に基づいてシリンダ64を制御することができる。
The
次に、このように構成される鋳造金型10を含む鋳造システム12を用いて、クランクシャフトの鋳造を行う鋳造方法について図3を参照しながら説明する。
Next, a casting method for casting the crankshaft using the
先ず、ステップS1において、鋳造金型10の初期設定を行う。つまり、シリンダ58a及び58bの作用下に上型52bを下型52aに当接させてキャビティ50を形成する。また、シリンダ64のロッド64aを矢印A2方向に進出させて湯口形成型60cをゲート金型61の側面に当接させ、湯口62aを形成する。この後、所定の工程により、鋳鉄を溶融させて溶湯を作り、取り鍋32に貯える。
First, in step S1, the casting
また、コントローラ70は、圧力センサ74の信号を参照しながらバルブ72を作用させて、シリンダ64内を所定の圧力Pとなるように設定する。
Further, the
ステップS2において、取り鍋32の溶湯を湯口62aに注湯する。注湯された溶湯はゲート62bを通ってキャビティ50に流れ込む。このとき、窪み63aが傾斜していることから溶湯は窪み63aの面に沿って流れ、しかも湯口62aが浅いことから、底部63bに対して溶湯の位置エネルギーが直接的に作用して物理的衝撃を加えることがない。また、溶湯が緩やかに注湯されることになり、溶湯に対する空気の巻き込みが少なく、巣の発生が抑制される。
In step S2, the molten metal in the
すなわち、湯口62aの湯流れ方向が非鉛直であることにより、注湯される溶湯は、少なくとも自由落下することはないため、方案部62に対して溶湯の位置エネルギーが直接的に作用することはなく、物理的衝撃が緩和される。
That is, since the molten metal flow direction of the pouring
溶湯は、湯面が湯口62aの所定高さに達するまで十分に注湯する。このように湯口62a及びゲート62bを介してキャビティ50内に溶湯を注湯することにより、鋳造金型10は急激に加熱され、熱衝撃を受けることになる。また、鋳造金型10は、長尺なクランクシャフトを成形するものであることから、軸方向に長く、熱膨張も軸方向(つまり水平方向)に大きく膨脹する。
The molten metal is sufficiently poured until the surface of the molten metal reaches a predetermined height of the
一方、鋳鉄がねずみ鋳鉄として凝固する場合、共晶凝固時に膨脹することが知られており、鋳造金型10においても溶湯自体が膨脹をする。また、溶湯が充填されたキャビティ50は長尺であることから、溶湯が凝固する際には、特に軸方向に大きく膨脹する。なお、ねずみ鋳鉄の凝固収縮量は、初晶オーステナイトの晶出時の収縮と共晶凝固時の膨脹との差によって与えられる。
On the other hand, when cast iron solidifies as gray cast iron, it is known to expand during eutectic solidification, and the molten metal itself also expands in the casting
このように、湯口62aから溶湯を注湯することにより、製品金型52が熱膨脹をするとともに、キャビティ50に注湯された溶湯が凝固するときに膨脹をするため、当接する方案部金型56には矢印A1方向に向かう力が加わる。したがって、湯口形成型60cには歪みが生じるとともに、シリンダ64の内圧が昇圧する。
Thus, by pouring the molten metal from the
また、コントローラ70は注湯することを適当な手段によって検知し、内部のタイマーによる計時をスタートする。
Further, the
ステップS3において、コントローラ70は圧力センサ74の信号を監視し、シリンダ64の内圧が所定の閾値圧力Psを超えたか否かを確認する。閾値圧力Psは2つの条件により設定されている。つまり、閾値圧力Psは、第1の条件として、当初に設定された圧力Pよりも僅かに高い圧力であって、製品金型52が熱により膨脹し、又は溶湯が凝固する際に膨脹することにより、方案部金型56が矢印A1方向の力を受け始めた後の直後にシリンダ64の内圧が昇圧して到達可能であることが考慮される。また、第2の条件として、溶湯の表層が凝固して殻100(図4参照)が形成され、且つ内部に未凝固(又は半凝固)の部分が残存している状態となっていることが考慮される。これらの2つの条件を満たすときのシリンダ64の内圧を閾値圧力Psとして予め設定しておく。
In step S3, the
シリンダ64の内圧が閾値圧力Psを超えているときにはステップS8へ移り、閾値圧力Psに未達であるときにはステップS4へ移る。
When the internal pressure of the
ステップS4において、コントローラ70は歪センサ76の信号を監視し、湯口形成型60cの歪みSが所定閾値Ssを超えたか否かを確認する。この閾値Ssは、2つの条件により設定されている。つまり、閾値Ssは、第1の条件として、当初の歪みSが0の状態と比較して僅かに大きい歪みであって、方案部金型56が熱により膨脹し、又は溶湯が凝固する際に膨脹することにより熱応力が生じ始めた後の直後に湯口形成型60cが歪んで到達可能であることが考慮される。また、第2の条件は前記の閾値Psに係る第2条件と同じである。これらの2つの条件を満たすときの湯口形成型60cの歪みを閾値Ssとして予め設定しておく。
In step S4, the
湯口形成型60cの歪みSが閾値Ssを超えているときにはステップS8へ移り、閾値Ssに未達であるときにはステップS5へ移る。
When the distortion S of the
ステップS5において、コントローラ70は変位計78の信号を監視し、湯口形成型60cの変位Aが所定閾値Asを超えたか否かを確認する。この閾値Asは、2つの条件により設定されている。つまり、閾値Asは、第1の条件として、当初の位置と比較して矢印A1方向への僅かな変位であって、製品金型52が熱により膨脹し、又は溶湯が凝固する際に膨脹することにより、熱歪みにより変位をし始めた後の直後に湯口形成型60cが到達可能であることが考慮される。また、第2の条件は前記の閾値Psに係る第2条件と同じである。これらの2つの条件を満たすときの湯口形成型60cの変位を閾値Asとして予め設定しておく。
In step S5, the
湯口形成型60cの変位Aが閾値Asを超えているときにはステップS8へ移り、閾値Asに未達であるときにはステップS6へ移る。
When the displacement A of the
ステップS6において、コントローラ70はタイマーを監視し、注湯から所定の閾値時間Tsが経過したか否かを確認する。この閾値Tsは、湯口形成型60cが所定の熱歪みを受けることになる時間で、且つ前記の閾値Psに係る第2の条件が成立する時間として予め設定されている。
In step S6, the
注湯からの時間Tが閾値Tsを経過しているときにはステップS8へ移り、未経過であるときにはステップS7へ移る。 When the time T from pouring has exceeded the threshold value Ts, the process proceeds to step S8, and when it has not elapsed, the process proceeds to step S7.
ステップS7において、コントローラ70は温度計80の信号を監視し、湯口形成型60cの所定箇所の温度Cが所定の閾値温度Csまで低下したか否かを確認する。この閾値Csは、前記の閾値Psに係る第2の条件が成立する時間として予め設定されている。
In step S7, the
温度Cが閾値温度Csを下回っているときにはステップS8へ移り、それ以外のときにはステップS3へ戻る。 When the temperature C is lower than the threshold temperature Cs, the process proceeds to step S8, and otherwise, the process returns to step S3.
これらのステップS3〜S7の処理により、圧力センサ74、歪センサ76及び変位計78、温度計80及びタイマーは、それぞれ、湯口形成型60cが膨脹することを検知又は推定する金型膨脹検知手段、注湯された溶湯が凝固する際に凝固温度域での体積膨脹をしたことを検知又は推定する溶湯膨脹検知手段、及び溶湯の表層が殻状の凝固層になったことを検知又は推定する凝固検知手段として作用することになる。
By the processing of these steps S3 to S7, the
このようなステップS3〜S7のループを繰り返しながら、シリンダ64の内圧、湯口形成型60cの歪みS、変位A、温度C及び時間Tを監視し、対応する閾値Ps、Ss、As、Cs及びTsを超えたときにはステップS8へ移ることになる。
While repeating the loop of steps S3 to S7, the internal pressure of the
ステップS8において、コントローラ70はバルブ72を介してシリンダ64を動作させて、ロッド64aを矢印A1方向に僅かに移動させ、図4に示すように、湯口形成型60cをゲート金型61から離間させ、隙間Gを設ける。
In step S8, the
このように、湯口形成型60cを矢印A1方向に移動させて隙間Gを設けることにより、製品金型52、ゲート金型61の熱膨脹、並びに溶湯の凝固時膨張に起因する湯口形成型60cに対する熱衝撃を緩和することができる。また、この時点では殻100が形成されていることから、内部の溶融が外部に漏れ出すことがない。さらに、隙間Gを適度に短く設定することにより、殻100が自重等の影響で損傷したり亀裂が生じるようなことがなく、内部の溶湯は殻100の内部に確実に保持される。
In this way, by moving the
また、湯口形成型60cを移動させる方向(矢印A方向)はゲート62bの延在方向に沿っているので、ゲート62bにおける一部凝固した溶湯に対して剪断力や捻り力が加わることがなく、スムーズに移動が可能であって、しかも凝固した表層を損傷することがない。
Further, since the direction (arrow A direction) in which the
ステップS9において、キャビティ50等に充填された溶湯が内部まで凝固するまで待機し(又は所定の手段により冷却し)、凝固後にシリンダ58a、58bによって上型52bを上昇させる。溶湯が内部凝固するまで待機させる例について示したが、待機する時間は、前述の殻100が自重を受けても損傷しない程度に硬い殻100に成長する時間まででよい。この硬い殻100の形成後に、シリンダ58a、58bによって上型52bを上昇させるようにしてもよい。これにより、キャビティ50を形成する製品金型52に対する熱衝撃を緩和することができる。
In step S9, the process waits until the molten metal filled in the
さらに、キャビティ50が形成されていた箇所に得られる鋳造品をワーク取出ロボット42によって取り出し、矯正・切断装置44へ搬送する。この後、前記のとおり、トリミングや所定の熱処理等が行われる。
Further, the cast product obtained at the place where the
上述したように、本実施の形態に係る鋳造金型10及び鋳造方法によれば、注湯後にシリンダ64によって湯口62aをゲートの延在方向に沿って移動することにより、湯口形成型60cの熱膨張及び溶湯の凝固時膨脹が吸収され、湯口形成型60cに対する熱衝撃が緩和される。また、湯口62a湯流れ方向が非鉛直であることにより、注湯される溶湯は、少なくとも自由落下することはないため、ゲート62bや製品金型52に対して溶湯の位置エネルギーが直接的に作用することはなく、物理的衝撃が緩和される。
As described above, according to the casting
なお、上記の実施の形態では、ステップS8において、湯口形成型60cをゲート金型61から離間させて隙間Gを設けることとしたが、湯口形成型60cは必ずしもゲート金型61から離間させる必要はなく、ゲート金型61に接したままま熱衝撃を受けない程度に(熱膨脹を吸収する程度に)矢印A1方向に微小移動させるようにしてもよい。この場合、溶湯に殻100が形成されている必要はないため、前記の第2の条件(殻100が形成されているという条件)は考慮する必要がない。
In the above embodiment, in step S8, the
また、湯口形成型60cの矢印A1方向への移動は一度に移動させるのではなく、段階的又は連続的に移動させるようにしてもよい。この場合、例えば、シリンダ64の内圧が初期圧力Pを維持するように段階的又は連続的に移動させるようにしてもよい。このような手段としては、コントローラ70を用いるのではなく、レギュレータやリリーフ弁等を用いた液圧回路を採用してもよい。
Further, the movement of the
さらに、歪みSが0(又は所定の微小値)を維持するように、又は、側面の変位Asに対応させてシリンダ64を段階的又は連続的に移動させてもよい。経過時間Tをパラメータとした関数(例えば一次関数)にしたがってシリンダ64を段階的又は連続的に移動させてもよい。
Further, the
さらにまた、シリンダ64によって移動させる対象は、湯口形成型60cに限らず、ゲート金型61を含む方案部金型56の全体を移動させるようにしてもよい。この場合、ゲート金型61を湯口形成型60cに仮固定しておくとよい。
Furthermore, the object to be moved by the
また、製品金型52と方案部金型56との区別は上記の例に限らず、例えば、図5に示すように、ゲート金型61が製品金型52に含まれるようにしてもよい。すなわち、シリンダ64によって移動させる対象物は、方案部62のうち、移動をしないと熱衝撃によるダメージが大きいと想定される箇所を含んでいればよく、個々の鋳造金型において適宜設定すればよい。
Further, the distinction between the
湯口形成型60cを移動させる手段はシリンダ64に限らず、ソレノイド、ボールねじ、歯車機構等の種々の移動手段が適用可能である。上記の閾値Ps、Ss、As、Cs及びTsは計算、シミュレーション及び実験等によって求めることができる。また、これらの閾値は固定値にしておく必要はなく、雰囲気温度等によって適宜変更してもよい。
The means for moving the
本発明に係る鋳造金型及び鋳造方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 Of course, the casting mold and the casting method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
10…鋳造金型 12…鋳造システム
50…キャビティ 52…製品金型
52a…下型 52b…上型
56…方案部金型 60a…ゲート部下型
60b…ゲート部上型 60c…湯口形成型
61…ゲート金型 62…方案部
62a…湯口 62b…ゲート
64…シリンダ 70…コントローラ
72…バルブ 74…圧力センサ
76…歪センサ 78…変位計
80…温度計 100…殻
DESCRIPTION OF
Claims (6)
初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第1金型の移動方向と直交する方向である第2金型と、
前記ゲートの延在方向に沿って、前記第1金型を移動させる移動手段と、
前記第1金型が膨脹することを検知又は推定する金型膨脹検知手段と、
前記金型膨脹検知手段によって前記第1金型が膨脹したことを検知又は推定したときに、前記移動手段により前記第1金型を移動させる制御手段と、を有し、
前記湯口は前記キャビティの軸線に対して傾斜して前記ゲートに連通する窪みを含み、
前記移動手段は、前記第1金型が膨張したことを検知又は推定したときに前記第1金型を前記第2金型から離間させて該第2金型との間で隙間を設けることを特徴とする鋳造金型。 A first mold in which a gate is formed ;
A split mold in which a cavity communicating with the gate via the gate is formed in an initial state, and a mold opening direction is a direction perpendicular to the moving direction of the first mold ;
Moving means for moving the first mold along the extending direction of the gate;
Mold expansion detecting means for detecting or estimating the expansion of the first mold;
Control means for moving the first mold by the moving means when detecting or estimating that the first mold has expanded by the mold expansion detecting means,
The gate includes a depression that is inclined with respect to the axis of the cavity and communicates with the gate,
The moving means is configured to separate the first mold from the second mold and provide a gap with the second mold when detecting or estimating that the first mold has expanded. Characteristic casting mold.
初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第1金型の移動方向と直交する方向である第2金型と、
前記ゲートの延在方向に沿って、前記第1金型を移動させる移動手段と、
前記湯口から注湯された溶湯が凝固する際、凝固温度域での体積が膨脹したことを検知又は推定する溶湯膨脹検知手段と、
前記溶湯膨脹検知手段によって前記溶湯が膨脹したことを検知又は推定したときに、前記移動手段により前記第1金型を移動させる制御手段と、を有し、
前記湯口は前記キャビティの軸線に対して傾斜して前記ゲートに連通する窪みを含み、
前記移動手段は、前記溶湯が膨張したことを検知又は推定したときに前記第1金型を前記第2金型から離間させて該第2金型との間で隙間を設けることを特徴とする鋳造金型。 A first mold in which a gate is formed ;
A split mold in which a cavity communicating with the gate via the gate is formed in an initial state, and a mold opening direction is a direction perpendicular to the moving direction of the first mold ;
Moving means for moving the first mold along the extending direction of the gate;
When the molten metal poured from the gate is solidified, molten metal expansion detection means for detecting or estimating that the volume in the solidification temperature range has expanded,
Control means for moving the first mold by the moving means when detecting or estimating that the molten metal has expanded by the molten metal expansion detecting means,
The gate includes a depression that is inclined with respect to the axis of the cavity and communicates with the gate,
The moving means separates the first mold from the second mold when detecting or estimating that the molten metal has expanded, and provides a gap between the second mold and the second mold. Casting mold.
初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第1金型の移動方向と直交する方向である第2金型と、
前記ゲートの延在方向に沿って、前記第1金型を移動させる移動手段と、
前記湯口から注湯された溶湯が凝固する際、表面が殻状の凝固層になったことを検知又は推定する凝固検知手段と、
前記凝固検知手段によって前記溶湯の表面が凝固したことを検知又は推定したときに、前記移動手段により前記第1金型を移動させる制御手段と、を有し、
前記湯口は前記キャビティの軸線に対して傾斜して前記ゲートに連通する窪みを含み、
前記移動手段は、前記溶湯の表面が凝固したことを検知又は推定したときに、前記第1金型を前記第2金型から離間させて該第2金型との間で隙間を設けることを特徴とする鋳造金型。 A first mold in which a gate is formed ;
A split mold in which a cavity communicating with the gate via the gate is formed in an initial state, and a mold opening direction is a direction perpendicular to the moving direction of the first mold ;
Moving means for moving the first mold along the extending direction of the gate;
When the molten metal poured from the gate is solidified, solidification detection means for detecting or estimating that the surface has become a shell-shaped solidified layer;
Control means for moving the first mold by the moving means when detecting or estimating that the surface of the molten metal is solidified by the solidification detecting means,
The gate includes a depression that is inclined with respect to the axis of the cavity and communicates with the gate,
When the moving means detects or estimates that the surface of the molten metal has solidified, the moving means separates the first mold from the second mold and provides a gap with the second mold. Characteristic casting mold.
前記キャビティは長尺形状であって、前記ゲート及び前記キャビティの延在する方向の角度は、水平を含み上方に30°までの範囲であることを特徴とする鋳造金型。 The casting mold according to any one of claims 1 to 3,
The casting mold according to claim 1, wherein the cavity has an elongated shape, and an angle in a direction in which the gate and the cavity extend is in a range of up to 30 ° including the horizontal.
初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第1金型の移動方向と直交する方向である第2金型と、を有し且つ、
前記湯口は前記キャビティの軸線に対して傾斜して前記ゲートに連通する窪みを含み、
前記第1金型と前記第2金型とを用いて行う鋳造方法であって、
前記湯口から注湯された溶湯が凝固する際、凝固温度域での体積膨脹をしたことを溶湯膨脹検知手段により検知又は推定する工程と、
前記溶湯膨脹検知手段によって前記溶湯が体積膨脹をしたことを検知又は推定したときに、前記ゲートの延在方向に沿って、移動手段により前記第1金型を移動させて前記第2金型との間で隙間を設ける工程と、
を有することを特徴とする鋳造方法。 A first mold in which a gate is formed ;
A split mold in which a cavity communicating with the gate via the gate is formed in an initial state, and a mold opening direction is a direction perpendicular to the moving direction of the first mold ; And
The gate includes a depression that is inclined with respect to the axis of the cavity and communicates with the gate,
A casting method performed using the first mold and the second mold,
When the molten metal poured from the gate is solidified, the step of detecting or estimating the volume expansion in the solidification temperature range by the molten metal expansion detection means,
When the molten metal expansion detecting means detects or estimates that the molten metal has expanded in volume, the first mold is moved by moving means along the extending direction of the gate, and the second mold Providing a gap between them,
A casting method characterized by comprising:
初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第1金型の移動方向と直交する方向である第2金型と、を有し且つ、
前記湯口は前記キャビティの軸線に対して傾斜して前記ゲートに連通する窪みを含み、
前記第1金型と前記第2金型とを用いて行う鋳造方法であって、
前記湯口から注湯された溶湯が凝固する際、表層が殻状の凝固層になったことを凝固検知手段により検知又は推定する工程と、
前記凝固検知手段によって前記溶湯の表層が凝固したことを検知又は推定したときに、前記ゲートの延在方向に沿って、移動手段により前記第1金型を移動させて前記第2金型との間で隙間を設ける第2工程と、
を有することを特徴とする鋳造方法。 A first mold in which a gate is formed ;
A split mold in which a cavity communicating with the gate via the gate is formed in an initial state, and a mold opening direction is a direction perpendicular to the moving direction of the first mold ; And
The gate includes a depression that is inclined with respect to the axis of the cavity and communicates with the gate,
A casting method performed using the first mold and the second mold,
A step of detecting or estimating by a solidification detecting means that the surface layer has become a shell-shaped solidified layer when the molten metal poured from the gate is solidified;
When the solidification detecting means detects or estimates that the surface layer of the molten metal has solidified, the first mold is moved by the moving means along the extending direction of the gate, and the second mold is moved. A second step of providing a gap between,
A casting method characterized by comprising:
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