JP4524682B2

JP4524682B2 - ダイカスト鋳造方法および装置

Info

Publication number: JP4524682B2
Application number: JP2006179636A
Authority: JP
Inventors: 憲広天野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2026-06-29
Also published as: JP2008006469A

Description

本発明は、ダイカスト鋳造に係り、特に金型のキャビティの背圧を除去つつ該キャビティに溶湯を加圧充填するダイカスト鋳造方法および装置に関する。

この種のダイカスト鋳造方法では、金型のキャビティの背圧を除去することで、キャビティへの溶湯の射出に応じて発生するガスが金型外へ排出され、ガスの巻込みの少ない良好な品質の鋳造品が得られるようになる。ところで、鋳造すべき製品が複雑形状でかつ大型であると、キャビティの一箇所からガス抜きを行うだけでは、ガス抜きが不十分となる。このため、複雑形状でかつ大型の製品を鋳造する場合は、ガス抜きランナを複数金型に設け、該キャビティの複数箇所からガス抜きを行うようにしている。

しかるに、厚肉部と薄肉部とが混在する製品を鋳造する場合、すなわちキャビティに容積の大きい領域と容積の小さい領域とが混在する場合、一般には、容積の大きい領域に対する溶湯の充填に遅れが生じ、これに伴って容積が大きくかつゲートから離れた部分にガスが溜り易くなる。しかし、金型の構造や製品形状との関係、あるいは歩留りとの関係で、ガス抜きランナの設置数並びに設置箇所には自ら制約があり、製品によっては、前記ガスが溜り易い部分からのガス抜きが不十分となって、品質の低下が避けられない、という問題があった。

なお、例えば、特許文献１には、キャビティの背圧を検出して、該背圧が高い場合には、残留するガス量が多いと判断して溶湯の射出速度を低下させることが提案されているが、上記したようにガス抜きランナの設定に制約を受ける場合は、依然としてガス抜きが不十分となり、根本的な対策には至らない。

特開２００５−３１３２３１号公報

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、キャビティ内における湯流れを制御することによりキャビティからのガスの円滑な排出を可能にし、もって形状、大きさによらずガスの巻込みの少ない良好な品質の鋳造品を得ることができるダイカスト鋳造方法および装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明に係るダイカスト鋳造方法は、金型の、厚肉部と薄肉部とが混在する製品を鋳造するための容積の大きい領域と容積の小さい領域とが混在するキャビティの背圧を、複数のガス抜きランナを通じて除去しつつ該キャビティに溶湯を加圧充填するダイカスト鋳造方法において、キャビティ内への射出初期段階で、比較的容積の大きくガスが溜り易い部分を含む第１領域に開口するガス抜きランナの断面積を、比較的容積の小さい第２領域に開口するガス抜きランナの断面積よりも大きくし、前記第１領域に優先的に溶湯が流れ込むようにし、その後、前記第２領域に開口するガス抜きランナの断面積を大きくするように変更して、該他の領域側内に溶湯が流れ込むように、キャビティ内の湯流れを制御することを特徴とする。この場合、キャビティ内の、ガスが溜り易い部分を含む領域に優先的に溶湯が流れ込むように、各ガス抜きランナの断面積を変更する。また、この場合、ガス抜きランナに設定した弁手段の開度を調整してその断面積を変更するのが望ましい。

このように行うダイカスト鋳造方法においては、キャビティ内への射出初期段階で、ガスが溜り易い部分を含む領域に開口するガス抜きランナの断面積を他の領域に開口するガス抜きランナの断面積よりも大きくすることで、ガスが溜り易い部分を含む領域側の背圧が他の領域に優先して除去され、これによって該領域に優先的に溶湯が流れ込む。すなわち、ガスが溜り易い部分を含む領域に優先的に溶湯が充填され、これによって該領域内のガスが他の領域に移動し、その後、他の領域に開口するガス抜きランナの断面積を大きくすれば、該他の領域側の背圧が低下してこの領域内に溶湯が流れ込み、この溶湯の流れに押されてガスが円滑に排出される。

本ダイカスト鋳造方法においては、金型のキャビティの背圧を、減圧手段により強制的に除去するようにしてもよく、この場合は、背圧の除去が促進されるため、ガス抜きランナの断面積の変更によってキャビティ内の湯流れをより確実に制御することができる。

上記課題を解決するための本発明に係るダイカスト鋳造装置は、金型の、厚肉部と薄肉部とが混在する製品を鋳造するための容積の大きい領域と容積の小さい領域とが混在するキャビティの背圧を、複数のガス抜きランナを通じて除去しつつ該キャビティに溶湯を加圧充填するダイカスト鋳造装置において、前記金型に、前記複数のガス抜きランナの断面積をそれぞれ変更できる弁手段を配設したことを特徴とする。この場合、前記弁手段は、ガス抜きランナ内に出没可能な弁体と該弁体を駆動する駆動手段とからなる構成とすることができる。また、前記金型に、減圧手段に通じる減圧通路を設け、該減圧通路に前記複数のガス抜きランナを連通させる構成としてもよい。

本発明に係るダイカスト鋳造方法および装置によれば、複数のガス抜きランナの断面積を変更してキャビティ内における湯流れを制御するようにしたので、キャビティから円滑にガスを排出することが可能になり、形状、大きさによらずガスの巻込みの少ない良好な品質の鋳造品を得ることができる。

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、２は、本発明の一つの実施形態としてのダイカスト鋳造装置を示したものである。本ダイカスト鋳造装置は、図２に示されるように、金型１と、金型１のキャビティ２に溶湯を加圧充填するための射出装置１０と、前記キャビティ２の背圧を除去するための背圧除去機構２０と、この背圧除去機構２０の作動を制御するコントローラ（制御手段）３０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を合せた型閉じ状態で、両者の間には前記キャビティ２が形成される。また、この型閉じ状態において、固定型３と可動型４との間には、キャビティ２に開口するゲート５と、このゲート５を、射出装置１０が接続される湯口部６に連通させるランナ７とが形成される。射出装置１０は、前記湯口部５に結合された射出スリーブ１１とこの射出スリーブ１１内に摺動可能に配設された射出プランジャ１２とを備えており、射出プランジャ１２は、図示を略す駆動手段により射出スリーブ１１内を進退動するようになっている。射出スリーブ１１は、その後端側上部に溶湯を受けるための給湯口１３を有しており、この給湯口１３から射出スリーブ１１内に所定量の溶湯を供給した後、射出プランジャ１２を前進させることで、溶湯は、前記湯口部６からランナ７およびゲート５を経てキャビティ２内に射出される。

背圧除去機構２０は、金型１を構成する固定型３と可動型４との合せ部に形成されたガス抜きランナ２１および排気通路２２と、前記排気通路２２に排気管２３を介して接続された真空タンク２４と、この真空タンク２４に蓄える負圧を発生する真空ポンプ２５と、前記排気管２３に介装され、該排気管２３内の管路を開閉する減圧弁２６とを備えている。

上記ガス抜きランナ２１は、図１によく示されるように、排気通路２２に一端が接続された複数（ここでは、２つ）の主ランナ２１Ａ，２１Ｂと、これら主ランナ２１Ａ，２１Ｂから分岐され、前記キャビティ２に一端を開口させた複数（ここでは、各３つ）の副ランナ２１Ａａ、２１Ｂｂとからなっている。本実施形態において、キャビティ２は、比較的容積の大きい第１領域Ａと比較的容積の小さい第２領域Ｂとからなっており、一方の主ランナ２１Ａから分岐した副ランナ２１Ａａは前記第１領域Ａに対応して、他方の主ランナ２１Ｂから分岐した副ランナ２１Ｂｂは前記第２領域Ｂに対応してそれぞれ配置されている。

上記のように構成された背圧除去機構２０において、真空タンク２４内は、真空ポンプ２５の間欠運転により所定の真空度に維持されるようになっており、いまキャビティ２内に溶湯を射出するタイミングで減圧弁２６を開くと、キャビティ２の背圧が、ガス抜きランナ２１、排気通路２２および排気管２３を経て真空タンク２４へ除去される。したがって、前記真空タンク２４、真空ポンプ２５等はキャビティ２内を減圧する減圧する減圧手段を構成している。

本実施形態において、上記金型１０を構成する固定型３には、前記ガス抜きランナ２１を構成する主ランナ２１Ａ，２１Ｂの断面積を各独立に変更できる弁装置２７（２７Ａ，２７Ｂ）が配設されている。この弁装置（弁手段）２７は、図２に示されるように、主ランナ２１Ａ，２１Ｂ内に出没可能な弁体２８と該弁体を駆動する油圧サーボシリンダ（駆動手段）２９とからなっている。弁体２８は、油圧サーボシリンダ２９の作動により主ランナ２１Ａ，２１Ｂを完全に開く位置（開度１００％）と完全に閉じる位置（開度０％）との間の任意の位置に位置決め可能となっており、該弁体２８の位置に応じて主ランナ２１Ａ，２１Ｂの断面積が変更される。

コントローラ３０は、上記減圧弁２６を開閉制御する機能と、上記弁装置２７を構成する油圧サーボシリンダ２９の作動を制御する機能とを有している。本実施形態においては、キャビティ２内へ溶湯が射出されるタイミングで減圧弁２６が開弁し、かつキャビティ２内の第１領域Ａに溶湯が充填されるタイミングで弁装置２７の開度が２つの主ランナ２１Ａ，２１Ｂの相互間で変更されるようになっている。前記した各タイミングは、例えば、射出装置１０の射出プランジャ１２の位置（ストローク）あるいは射出プランジャ１２が前進を開始した後の経過時間によって把握可能であり、コントローラ３０は、前記射出プランジャ１２の位置信号やタイマー信号に基づいて減圧弁２６および油圧サーボシリンダ２９を制御する。

以下、上記のように構成したダイカスト鋳造装置により行うダイカスト鋳造法を図３および図４も参照して説明する。

鋳造の開始に際しては、減圧弁２６は閉じられている。また、ガス抜きランナ２１に設けた弁装置２７は、キャビティ２内の第１領域Ａに開口する一方の主ランナ２１Ａに配設した弁装置２７Ａ（以下、これをＡ側弁装置２７Ａという）の開度が、キャビティ２内の第２領域Ｂに開口する他方の主ランナ２１Ｂに配設した弁装置２７Ｂ（以下、これをＢ側弁装置２７Ｂという）の開度よりも大きく設定されている。一例として、Ａ側弁装置２７Ａの開度は１００％に、Ｂ側弁装置２７Ｂの開度は５０％にそれぞれ設定される。前記した状態のもと、給湯口１３を通して射出スリーブ１１内に所定量の溶湯Ｍが供給され、この溶湯Ｍの供給完了により射出装置１０の駆動手段が作動し、射出プランジャ１２が所定の速度で前進する。この射出プランジャ１２の前進により、射出スリーブ１１内の溶湯Ｍが金型１のランナ７およびゲート５を経てキャビティ２内に射出される。

そして、上記射出開始にタイミングを合せて、コントローラ３０からの指令で減圧弁２６が開弁する。すると、真空タンク２４内の負圧が排気通路２２からガス抜きランナ２１を経てキャビティ２に導入され、これによりキャビティ２内のガスの多くが排気手段である真空タンク２４側へ排出される。このとき、キャビティ２内のＡ側弁装置２７Ａの開度が、Ｂ側弁装置２７Ｂの開度よりも大きくなっていることから、第１領域Ａに開口する主ランナ２１Ａ内に生じるキャビティ２の背圧が第２領域Ｂに開口する主ランナ２１Ｂ内に生じるキャビティ２の背圧よりも優先して除去される。これにより、図３に矢印にて示すように、キャビティ２内に射出された溶湯Ｍは、第１領域Ａに優先的に流れ込み、この結果、溶湯Ｍは第１領域Ａに優先的に充填される。ところで、この第１領域Ａは、前記したように比較的容積が大きくなっていることから、ゲート５から離れた部分Ｃ（図３で点線で囲む部分）にガスが溜り易い。しかし、本実施形態においては、前記部分Ｃを含む第１領域Ａに溶湯Ｍが優先的に流れ込んで充填されるので、前記部分Ｃ内のガスは溶湯Ｍに押されて第２領域Ｂ側へ移動する。

本実施形態においては、上記キャビティ２内の第１領域Ａに溶湯Ｍが充填されるタイミングで、コントローラ３０から油圧サーボシリンダ２９に変更指令が出力され、Ａ側弁装置２７ＡとＢ側弁装置２７Ｂとの開度が変更される。この場合の開度の変更は、Ａ側弁装置２７Ａの開度よりもＢ側弁装置２７Ｂを開度を大きくする内容を含む。一例として、Ａ側弁装置２７Ａの開度は８０％に、Ｂ側弁装置２７Ｂの開度は１００％にそれぞれ設定される。これにより第２領域Ｂに開口する主ランナ２１Ｂ内に生じるキャビティ２の背圧が、第１領域Ａに開口する主ランナ２１Ａ内に生じるキャビティ２の背圧に優先して除去される。これにより、図４に矢印にて示すように、キャビティ２内の溶湯Ｍの流れが第１領域Ａから第２領域Ｂへ向かい、この溶湯Ｍに押されて第２領域Ｂに滞留するガスが副ランナ２１Ｂｂから主ランナ２１Ｂに排出され、さらに排気通路２２を経て真空タンク２４へと排出される。

このように本実施形態によれば、キャビティ２内の、ガスが溜り易い部分Ｃを含む第１領域Ａに優先的に溶湯Ｍが流れ込んで充填されるので、前記部分Ｃにガスが残留することはなくなり、結果としてキャビティ２内のガスが円滑に外部へ排出される。したがって鋳造すべき製品の形状や大きさに応じて、キャビティ２内の湯流れを制御することで、ガスの巻込みのない良好な品質の鋳造品が得られるようになる。

なお、上記実施形態においては、弁装置２７（２７Ａ，２７Ｂ）における弁体２８の駆動手段として、油圧サーボシリンダ２９を用いたが、この駆動手段の種類は任意であり、モータ（サーボモータ）を用いることができる。ただし、この場合は、モータの回転を直線運動に変換する運動変換機構が必要になる。

また、上記実施形態においては、金型１として、固定型３と可動型４とを水平方向に配列した横型形式のものを用いたが、この金型は、固定型と可動型とを上下方向に配列した縦型形式としてもよいことはもちろんである。

さらに、上記実施形態においては、ガス抜きランナ２１内に生じるキャビティ２の背圧を排気手段（真空タンク２４、真空ポンプ２５等）により強制的に除去するようにしたが、本発明は、必ずしも背圧を強制的に除去しなくてもよいもので、この場合は、ガス抜きランナ２１の一端は、単純に大気開放される。

図１、２に示したダイカスト鋳造装置において、ガス抜きランナ２１（２１Ａ，２１Ｂ）の断面大きさを幅１５ｍｍ、高さ８ｍｍに設定し、内径１４０ｍｍの射出スリーブ１３を用いて、ＡＤＣ１２からなるアルミニウム合金溶湯を射出プランジャ１２の前進速度（射出速度）２．０ｍ／ｓの条件で射出した。そして、この射出開始と同時に減圧弁２６を開き、一方、弁装置２７については、射出開始から１００ｍｓ経過時点（領域Ａが充填完了になる時点）まではＡ側弁装置２７Ａの開度を１００％に、Ｂ側弁装置２７Ｂの開度を０％にそれぞれ設定し、それ以降はＡ側弁装置２７Ａの開度を３０％に、Ｂ側弁装置２７Ｂの開度を１００％にそれぞれ設定し、キャビティ２内の湯流れを制御しながら鋳造を行った（本発明方法）。また、比較のため、前記同じ装置および射出条件で、弁装置２７についてはＡ側弁装置２７Ａ、Ｂ側弁装置２７Ｂ共に開度を１００％に固定して鋳造を行った（比較方法）。そして、得られた鋳造品について破断による破面検査を行った。この結果、本発明方法で得られた鋳造品には、空気巻込みに起因するガス巣は全く認められなかったのに対し、比較方法で得られた鋳造品には、前記部分Ｃ（図３）での凝固部分に空気巻込みに起因するガス巣が認められ、湯流れを制御する本発明方法が、鋳造品質の向上に大きく寄与することを確認できた。

本発明に係るダイカスト鋳造装置の要部構造を模式的に示す平面図である。本ダイカスト鋳造装置の全体的構造を示す断面図である。本ダイカスト鋳造装置によるダイカスト鋳造の実施の初期乃至中期段階を示す断面図である。本ダイカスト鋳造装置によるダイカスト鋳造の実施の最終段階を示す断面図である。

符号の説明

１金型、２キャビティ
３固定型、４可動型
５ゲート、６ランナ
１０射出装置、１１射出スリーブ、１２射出プランジャ
２０背圧除去機構
２１ガス抜きランナ
２１Ａ，２１Ｂ主ランナ
２２排気通路
２４真空タンク（排気手段）
２５真空ポンプ（排気手段）
２６減圧弁
２７（２７Ａ，２７Ｂ）弁装置（弁手段）
２８弁体
２９油圧サーボシリンダ（駆動手段）
３０コントローラ（制御手段）
Ｍ溶湯

Claims

金型の、厚肉部と薄肉部とが混在する製品を鋳造するための容積の大きい領域と容積の小さい領域とが混在するキャビティの背圧を、複数のガス抜きランナを通じて除去しつつ該キャビティに溶湯を加圧充填するダイカスト鋳造方法において、キャビティ内への射出初期段階で、比較的容積の大きくガスが溜り易い部分を含む第１領域に開口するガス抜きランナの断面積を、比較的容積の小さい第２領域に開口するガス抜きランナの断面積よりも大きくし、前記第１領域に優先的に溶湯が流れ込むようにし、その後、前記第２領域に開口するガス抜きランナの断面積を大きくするように変更して、該他の領域側内に溶湯が流れ込むように、キャビティ内の湯流れを制御することを特徴とするダイカスト鋳造方法。
ガス抜きランナに設けた弁手段の開度を調整してその断面積を変更することを特徴とする請求項１に記載のダイカスト鋳造方法。
金型のキャビティの背圧を、減圧手段により強制的に除去することを特徴とする請求項１または２に記載のダイカスト鋳造方法。
金型の、厚肉部と薄肉部とが混在する製品を鋳造するための容積の大きい領域と容積の小さい領域とが混在するキャビティの背圧を、複数のガス抜きランナを通じて除去しつつ該キャビティに溶湯を加圧充填するダイカスト鋳造装置において、前記金型に、前記複数のガス抜きランナの断面積をそれぞれ変更できる弁手段を配設したことを特徴とするダイカスト鋳造装置。
弁手段が、ガス抜きランナ内に出没可能な弁体と該弁体を駆動する駆動手段とからなることを特徴とする請求項４に記載のダイカスト鋳造装置。
金型に、減圧手段に通じる減圧通路を設け、該減圧通路に複数のガス抜きランナを連通させたことを特徴とする請求項４または５に記載のダイカスト鋳造装置。