JP4531803B2

JP4531803B2 - 金型成型機械及び金型鋳造方法

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Publication number: JP4531803B2
Application number: JP2007319734A
Authority: JP
Inventors: 英明恩田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2027-12-11
Also published as: CN101456067B; CN101456067A; US20090145571A1; JP2009142826A; US7997326B2

Description

本発明は、金型成型機械及び金型鋳造方法に関し、特に、固定プラテンとエンドフレームとの間をタイロッドに案内されて移動可能な可動プラテンを備える金型成型機械及び金型鋳造方法に関する。

金型成型機械又は射出成型機械においては、互いに当接してキャビティを構成する固定型及び可動型が用いられ、キャビティに対して溶けた材料を注湯して鋳造品を成型している。可動型は固定型に対して相対的に移動する必要があり、特許文献１及び特許文献２では、可動型を保持した可動プラテンを複数のタイロッドで案内することが提案されている。固定型は固定プラテンに固定され、タイロッドは固定プラテンとエンドフレームとの間に設けられている。

ところが、可動型は相当に重量が重く、そのままではタイロッドが撓んでしまう。タイロッドを相当に太くして剛性を高めれば撓みも少なくなるが、装置が大型化し、しかも装置費用が高騰する。

そこで、特許文献１では、ベース上にリニアガイドを設けて可動プラテンを支えている。特許文献２では、ベースに対して可動プラテンを車輪で支えている。

特許第２７９２４３１号公報実公平０５−０３８８９０号公報

特許文献１及び特許文献２記載の装置では、リニアガイド又は車輪によって可動プラテンを支えており、タイロッドが撓むことを防止できる。

しかしながら、特許文献１のようなリニアガイドでは、リニアガイドが接する該可動プラテンに対する該リニアガイドの相対高さが低すぎるとタイロッドの撓みを防止できず、可動プラテンに対する相対高さが高すぎるとタイロッドを逆方向に撓ませることになり、相当な高精度が求められる。また、リニアガイドではどうしてもある程度の摩擦が発生し、可動プラテンの動作がスムーズに行えない。

特許文献２のように車輪を用いる場合でも、高さに関して相当に高精度が求められる。また、車輪は可動プラテンの下面に設けられており、該可動プラテンの重量については適切に支持することができるが、重量の重い可動型については直接的に支持する部分がなく、重心を中心に回転モーメントが発生してタイロッドが撓みうる。

さらに、車輪の表面はどうしても摩耗することが避けられず、結果として高さが維持できなくなり、タイロッドが撓んでしまう。

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、可動プラテン及び可動型を適切に支持してタイロッドの撓みを防止し、しかも可動プラテンをスムーズに移動させることのできる金型成型機械及び金型鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る金型成型機械は、互いに当接してキャビティを構成する固定型及び可動型と、ベッドに固定されて前記固定型を保持する固定プラテンと、前記固定プラテンに対して１以上のタイロッドで連結され、前記ベッドに固定されたエンドフレームと、前記固定プラテンと前記エンドフレームとの間を前記タイロッドに案内されて移動可能で、前記可動型を保持する可動プラテンと、前記ベッドに対して前記可動プラテンを支持する転がり支持機構とを有し、前記転がり支持機構は、前記可動プラテンに設けられた支軸を中心として揺動可能な揺動アームと、前記揺動アームにおける前記固定プラテンの側に設けられ、前記ベッドに接する車輪と、前記揺動アームにおける前記エンドフレームの側で、前記可動プラテンの一部との間に設けられ、前記車輪を押し下げる方向に弾性力を付勢する弾性体とを有することを特徴とする。

このように、転がり支持機構の揺動アームは弾性体によって弾性的に支持されており、可動プラテン及び可動型を適切に支持してタイロッドの撓みを防止することができる。

前記車輪は、側面視で、前記可動型と前記可動プラテンとの複合的な重心位置の直下に設けられていてもよい。これにより、車輪は可動型と可動プラテンとを統合的に支持し、モーメントの発生及びタイロッドの撓みを防止することができる。

前記車輪は、側面視で、前記可動型の下に設けられていてもよい。これにより、車輪は可動型と可動プラテンとを統合的に支持し、モーメントの発生及びタイロッドの撓みを相当に防止することができ、特に、可動型が交換された場合でもタイロッドの撓みを相当に防止することができる。

前記支軸から前記弾性体までの距離は、前記支軸から前記車輪までの距離よりも大きくすると、弾性体に加わる力が小さくなり、弾性体のばね定数及び大きさを小さくすることができる。

本発明に係る金型成型機械の金型鋳造方法は、前記可動プラテンを一方に移動させて、前記可動型を前記固定型に当接させて前記キャビティを構成する工程と、前記キャビティに鉄系の溶湯を注湯する工程と、前記溶湯が冷却されて前記可動型及び前記固定型に当接する部分の表層が殻状の凝固層になったときに、前記可動プラテンを他方に所定距離移動させて、前記可動型を前記固定型から離型させる工程とを有することを特徴とする。

このように、溶湯が冷却されて表層が殻状の凝固層になったときに離型すると、固定型及び可動型の焼き付きを防止することができる。

本発明に係る金型成型機械によれば、転がり支持機構の揺動アームは弾性体によって弾性的に支持されており、可動プラテン及び可動型を適切に支持してタイロッドの撓みを防止することができる。また、車輪を用いていることから可動プラテンをスムーズに移動させることができる。さらに、揺動アームを適度な長さに設定して、車輪の位置を適切な箇所に配置すると、可動プラテンだけでなく、重量の重い可動型についても支持してモーメントの発生及びタイロッドの撓みを防止することができる。

本発明に係る金型成型機械による金型鋳造方法では、溶湯が冷却されて表層が殻状の凝固層になったときに離型するので、固定型及び可動型の焼き付きを防止することができる。また、上記のように本願の金型成型機械では、タイロッドの撓みを防止することができるため、離型しても固定型と可動型は同じ高さに正確に保たれ、製造される鉄系部品の精度が向上する。

以下、本発明に係る金型成型機械及び金型鋳造方法について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図７を参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、本実施の形態に係る金型成型機械１０は、互いに当接してキャビティを構成する固定型１２及び可動型１４と、ベッド１６に固定されて固定型１２を保持する固定プラテン１８と、固定プラテン１８に対して４本のタイロッド２０で連結され、ベッド１６に固定されたエンドフレーム２２と、固定プラテン１８とエンドフレーム２２との間をタイロッド２０に案内されて移動可能で、可動型１４を保持する可動プラテン２４と、ベッド１６に対して可動プラテン２４を支持する一対の転がり支持機構２６とを有する。４本のタイロッド２０は、固定プラテン１８の四隅のガイド孔２７にそれぞれほとんど隙間なく貫装されている。

固定型１２と可動型１４のそれぞれ対抗する面には凹部１２ａ及び凹部１４ａが設けられており、これらの凹部１２ａ及び１４ａがつながって１つのキャビティが構成される。

エンドフレーム２２には、シリンダ２８が設けられており、そのロッド２８ａが進退することによって可動プラテン２４を移動させることができる。可動プラテン２４の移動量はセンサ３０によって計測され所定の制御部に供給され、例えば位置フィードバック制御が行われる。可動プラテン２４に対して必要な流体管路又は電気配線は、フレキシブルチューブ３２で移動可能な状態で保護されている。

固定プラテン１８の図１における左側には、支柱３４と、レール３６が設けられている。レール３６は、支柱３４と固定プラテン１８との間を連接している。レール３６にはポット３８が移動可能に設けられており、支柱３４の位置で図示しない溶湯供給手段から溶湯が注がれ、固定プラテン１８の位置まで移動して傾動し、漏斗４０を介してキャビティ内に注湯する。ポット３８に対して必要な流体管路又は電気配線は、フレキシブルチューブ４２で移動可能な状態で保護されている。

次に、転がり支持機構２６について説明する。

図３及び図４に示すように、転がり支持機構２６は、可動プラテン２４に設けられた支軸５０を中心として揺動可能な揺動アーム５２と、揺動アーム５２における固定プラテン１８の側（図４のＸ１方向）に設けられ、ベッド１６に接する車輪５４と、揺動アーム５２におけるエンドフレーム２２の側（図４のＸ２方向）に設けられた一対のばね受け機構５６とを有する。

支軸５０は、可動プラテン２４の下面に設けられた一対の支持板６０及び滑り軸受６２によって回転自在に支持されている。支軸５０は、可動プラテン２４におけるＸ１方向端部近傍に設けられている。

車輪５４は、揺動アーム５２のＸ１方向端部近傍に設けられており、揺動アーム５２に設けられたボルト６４に対して一対の転がり軸受６６を介して支持され、下部が揺動アーム５２の下面より僅かに突出してベッド１６に接触する。

ばね受け機構５６は、可動プラテン２４の下面から下方に突出しているピン６５と、該ピン６５の下面に固定されたフランジ６７と、スプリング（弾性体）６８とを有する。可動プラテン２４は、ピン６５が設けられている箇所にザグリ部２４ａが設けられており、高さが調整されている。揺動アーム５２のＸ２方向端部には、下方に開口する凹部７０ａを備える揺動アーム端部部材７０が設けられている。ピン６５は、凹部７０ａの天板に設けられた孔７０ｂを通っており、フランジ６７は、揺動アーム５２が略水平時に該揺動アーム５２の下面と略同じ高さに設けられている。凹部７０ａの天板下面には複数枚重ねられた薄板状のシム７２が設けられており、スプリング６８はシム７２とフランジ６７との間に介装されている。側面視で凹部７０ａの天板上面にはストッパ７４が設けられ、ザグリ部２４ａの下面には交換可能な当接板７６が設けられている。ストッパ７４は、幅方向（図５参照）では揺動アーム５２の中央に設けられている。

スプリング６８は圧縮されており、揺動アーム５２のＸ２方向端部を上方に向かって弾性付勢することになる。揺動アーム５２は支軸５０で軸支されていることから、反時計方向の回転力を受け、車輪５４を押し下げる方向に力が働く。なお、凹部７０ａの天板下面とスプリング６８との間に挿入された複数枚重ねられた薄板状のシム７２、７２は容器に抜き差し可能であり、該シム７２の枚数を変更することによりスプリング６８の弾性力を容易に調整することができる。

支軸５０からスプリング６８までの距離Ｌ２は、支軸５０から車輪５４までの距離Ｌ１よりも大きく、例えば、Ｌ２＝Ｌ１×２である。支軸５０を中心としたモーメントは釣り合っており、合計４つのばね受け機構５６のスプリング６８が発生する弾性力と距離Ｌ２との積は、車輪５４がベッド１６から受ける反力と距離Ｌ１との積に等しい。距離Ｌ２は距離Ｌ１より大きく、しかもばね受け機構５６は一対設けられ且つ転がり支持機構２６は一対設けられていることから、１つ当たりのスプリング６８に加わる力が小さくなり、スプリング６８のばね定数及び大きさを小さくすることができる。また、同様の理由によりピン６５、フランジ６７等の強度も比較的小さくしてもよい。

なお、ストッパ７４は、図５に示す空隙寸法ｈを変更可能に設けられ、製造時には、空隙寸法ｈが規定寸法とになるよう調整されている。ストッパ７４は、Ｗ１×Ｌ１≦Ｗ２×Ｌ２のときに可動プラテン２４の当接板７６に当接しており、Ｗ１×Ｌ１＞Ｗ２×Ｌ２となったときに該当接板７６から離間してばね受け機構５６が働く。すなわち、固定プラテン１８に対して可動プラテン２４が前進や後退時の早送り時等に、ばね受け機構５６が不用意に働かないようにしている。

スプリング６８に代えて、例えばエアダンパや皿ばねの積層体などの他の弾性体を用いてもよい。エアダンパを使用する場合、該エアダンパの内圧を所定の圧力制御手段によって調整して弾性力を可変にすると好適である。可動プラテン２４及び固定プラテン１８の可動型１４、固定型１２の重量は、成形されるワークによって異なり、型の重量に合わせて、ダンパの圧力を変更することにより、容易に弾性力を変更できるからである。

図３及び図５に示すように、揺動アーム端部部材７０は揺動アーム５２の主部５２ａに対して直角に設けられており、揺動アーム５２全体としては平面視（図３参照）、略Ｔ字形状になっている。一対のばね受け機構５６は、揺動アーム端部部材７０の両端近傍で、対称位置に設けられており、Ｘ方向矢印軸線を中心に、例えば時計方向や反時計方向に揺動アーム５２が傾くことを防止できる。図５を参照すると、揺動アーム５２は、一対のばね受け機構５６によりバランスよく支えられており、時計方向、反時計方向のいずれにも傾きにくいことが理解されよう。

図２に示すように、転がり支持機構２６は重心を中心に対称位置に一対設けられており、可動プラテン２４はバランスよく支えられ、左右いずれにも傾きにくい。

図６に示すように、側面視において、車輪５４は、可動型１４と可動プラテン２４との複合的な重心位置Ｇの直下に設けられている。つまり、車輪５４は可動プラテン２４の下ではなく、揺動アーム５２がＸ１方向に延在していることから、重心位置Ｇの直下に配置が可能となっている。これにより、車輪５４は可動型１４と可動プラテン２４とを統合的に支持し、モーメントの発生及びタイロッド２０の撓みを防止することができる。

ところで、重心位置Ｇは必ずしも正確に求められない場合もあり、しかも可動型１４は重量の異なる別のものに交換する場合がある。このような状況を考慮すると車輪５４は、側面視で、可動型１４の下のどこかの位置に設けておくとよい。これにより、車輪５４は可動型１４と可動プラテン２４とを統合的に支持し、モーメントの発生及びタイロッドの撓みを相当に防止することができ、特に、可動型１４が交換された場合でもタイロッド２０の撓みを相当に防止することができる。

可動型１４及び可動プラテン２４の重量は、そのほとんどが転がり支持機構２６によって支えられることになり、タイロッド２０にはほとんど荷重がかからなくなり、撓みが発生しない。したがって、タイロッド２０は、可動プラテン２４及び可動型１４の重量を支持するための強度は必要なく、可動プラテン２４を案内するのに適当な強度だけあればよい。

図４に示すように、可動型１４及び可動プラテン２４の重量Ｗ１を全て車輪５４で支えるためには、全４つのスプリング６８にかかる荷重Ｗ２は、Ｗ２＝Ｗ１×Ｌ１／Ｌ２となる。スプリング６８は圧縮量に比例した弾性力を発生することから、例えば、揺動アーム５２が水平位置になったときに荷重Ｗ２を発生するようにばね定数を設定するとよい。

転がり支持機構２６では、スプリング６８を介して可動プラテン２４を支えているので、車輪５４や揺動アーム５２の寸法精度は多少粗くても問題がない。寸法精度の誤差は、スプリング６８の撓みとして吸収されるためである。また、車輪５４が多少摩耗しても、径の変化分はスプリング６８の撓みとして吸収される。スプリング６８のたわみ量が僅かに変化しても可動プラテン２４を支持する作用にはほとんど影響がない。転がり支持機構２６では、車輪５４が回転するので、可動プラテン２４をスムーズに移動させることができる。

また、図６に示すように、シリンダ２８のロッド２８ａは、可動プラテン２４の背面中央部を力Ｆで押し出す。従来の金型成型機械では、可動プラテン２４の下部の点Ｐの周辺で支持をしていたことから、該点Ｐまわりに可動プラテン２４を倒す方向に作用するモーメントＭが発生し易かった。本実施の形態に係る金型成型機械１０では、支持点は点Ｐよりも前方の車輪５４であり、さらに複合的な重心Ｇの直下付近にあることから、モーメントＭは十分に小さい。

上述したように、本実施の形態に係る金型成型機械１０によれば、転がり支持機構２６の揺動アーム５２はスプリング６８によって弾性的に支持されており、可動プラテン２４及び可動型１４を適切に支持してタイロッド２０の撓みを防止することができる。また、車輪５４を用いていることから可動プラテン２４をスムーズに移動させることができる。さらに、揺動アーム５２を適度な長さに設定して、車輪５４の位置を可動プラテン２４よりもＸ１方向側に配置すると、可動プラテン２４だけでなく、重量の重い可動型１４についても支持してモーメントの発生及びタイロッド２０の撓みを防止することができる。

次に、このように構成される金型成型機械１０を用いた金型鋳造方法について説明する。

先ず、可動プラテン２４をＸ１方向に移動させて、可動型１４を固定型１２に当接させてキャビティを構成する。

次に、形成されたキャビティに対してポット３８及び漏斗４０を用いて鉄系（例えば、球状黒煙鋳鉄）の溶湯を適量注湯する。

さらに、溶湯が冷却（自然冷却又は強制冷却）されて可動型１４及び固定型１２に当接する部分の表層が殻状の凝固層になったときに、図７に示すように、可動プラテン２４をＸ２方向に微少量距離移動させて、可動型１４を固定型１２から離型させる。このとき、溶湯の表層は凝固層になっていることから、該溶湯が漏れ出ることはない。また、溶湯が冷却されて表層が殻状の凝固層になったときに離型するので、固定型１２及び可動型１４の焼き付きを防止することができる。さらに、上記のように金型成型機械１０では、タイロッド２０の撓みを防止することができるため、離型しても固定型１２と可動型１４は同じ高さに正確に維持され、製造される鉄系部品、例えばカムシャフトの精度が向上する。

従来の金型成型機械では、可動プラテンの点Ｐの周辺で支持していたことから、離型した瞬間に重い可動型１４により可動プラテン２４は図６における反時計方向に倒れるモーメントＭを受け易くなっていた。したがって、表層が殻状の凝固層になったときに離型された内部が比較的まだ軟らかい製造物、例えばカムシャフトが、例えば反り返るという不都合が生じるおそれがあった。本実施の形態に係る金型成型機械１０では、このような不都合の発生するおそれがなくなった。

表層が殻状の凝固層になるタイミングは、実験によりその時間を予め求めておき、又は所定の温度センサ等の温度情報から推定し、若しくはこれらの手段を複合的に行えばよい。

この後、溶湯が完全に凝固したら可動プラテン２４をＸ２方向に十分移動させ、鋳造品を取り出す。

本発明に係る金型成型機械及び金型鋳造方法は、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。

本実施の形態に係る金型成型機械の側面図である。本実施の形態に係る金型成型機械の平面図である。転がり支持機構の断面平面図である。図３におけるＩＶ−ＩＶ矢視による、転がり支持機構の断面側面図である。転がり支持機構を後面方向からみた断面図である。金型成型機械の模式図である。固定型から可動型を離型する状態を示す図である。

符号の説明

１０…金型成型機械１２…固定型
１４…可動型１６…ベッド
１８…固定プラテン２０…タイロッド
２２…エンドフレーム２４…可動プラテン
２６…転がり支持機構５０…支軸
５２…揺動アーム５４…車輪
５６…ばね受け機構６２…滑り軸受
６４…ボルト６５…ピン
６６…転がり軸受６８…スプリング

Claims

互いに当接してキャビティを構成する固定型及び可動型と、
ベッドに固定されて前記固定型を保持する固定プラテンと、
前記固定プラテンに対して１以上のタイロッドで連結され、前記ベッドに固定されたエンドフレームと、
前記固定プラテンと前記エンドフレームとの間を前記タイロッドに案内されて移動可能で、前記可動型を保持する可動プラテンと、
前記ベッドに対して前記可動プラテンを支持する転がり支持機構と、
を有し、
前記転がり支持機構は、前記可動プラテンに設けられた支軸を中心として揺動可能な揺動アームと、
前記揺動アームにおける、前記支軸よりも前記固定プラテンの側に設けられ、前記ベッドに接する車輪と、
前記揺動アームにおける、前記支軸よりも前記エンドフレーム側で、前記揺動アームと前記可動プラテンの一部との間に設けられ、前記車輪を押し下げる方向に弾性力を付勢する弾性体と、
を有することを特徴とする金型成型機械。
請求項１記載の金型成型機械において、
前記車輪は、側面視で、前記可動型と前記可動プラテンからなる結合体の重心位置の真下に設けられていることを特徴とする金型成型機械。
請求項１記載の金型成型機械において、
前記車輪は、側面視で、前記可動型の下に設けられていることを特徴とする金型成型機械。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の金型成型機械を用い、
前記可動プラテンを一方に移動させて、前記可動型を前記固定型に当接させて前記キャビティを構成する工程と、
前記キャビティに鉄系の溶湯を注湯する工程と、
前記溶湯が冷却されて前記可動型及び前記固定型に当接する部分の表層が殻状の凝固層になった後、前記可動型及び前記固定型が焼き付く前に、前記可動プラテンを他方に所定距離移動させて、前記可動型を前記固定型から離型させる工程と、
を有することを特徴とする金型成型機械の金型鋳造方法。