JP5452955B2 - Preform heating device - Google Patents
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Description
本発明は、強化用繊維からなるプリフォームに溶湯を含浸せしめる前にプリフォームの温度を高める加熱装置に関する。 The present invention relates to a heating apparatus for raising the temperature of a preform before impregnating a preform made of reinforcing fibers with molten metal.
アルミニウム合金は軽量で伝熱係数が大きいため自動車用エンジンの材料として優れている。一方、アルミニウム合金は、耐摩耗性が低く、また熱膨張性も大きいためそのままでは摺動部に用いることができず、摺動性と低熱膨張性に優れた材料をアルミニウム合金に添加した複合材が提案されている。 Aluminum alloys are excellent as materials for automobile engines because they are lightweight and have a large heat transfer coefficient. Aluminum alloy, on the other hand, has low wear resistance and high thermal expansion, so it cannot be used as it is for a sliding part, and is a composite material in which a material excellent in slidability and low thermal expansion is added to an aluminum alloy. Has been proposed.
複合材の１つとしてアルミナ繊維からなるプリフォームを形成し、このプリフォームにアルミニウム合金等の軽金属の溶湯を含浸させることが行われている。しかしながら、アルミナ繊維はアルミニウム合金との濡れ性（馴染み）が悪く、溶湯が含浸しにくい。
プリフォームがシリンダのライナー部のように厚さが薄い場合には大きな問題にはならないが、ジャーナル部などのように厚肉の部位を複合材にて構成するには溶湯の含浸が問題となる。
A preform made of alumina fibers is formed as one of the composite materials, and this preform is impregnated with a molten metal such as an aluminum alloy. However, the alumina fiber has poor wettability (familiarity) with the aluminum alloy and is difficult to impregnate the molten metal.
If the preform is thin like the liner part of the cylinder, it will not be a big problem, but impregnation of the molten metal will be a problem if the thick part like the journal part is made of composite material. .
そこで、特許文献１および特許文献２に記載されるように、溶湯を含浸させる前にプリフォームを予熱しておき、アルミナ繊維とアルミニウム合金との濡れ性を高めた状態で溶湯を含浸させることが知られている。 Therefore, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2, it is possible to preheat the preform before impregnating the molten metal and impregnate the molten metal in a state in which the wettability between the alumina fiber and the aluminum alloy is improved. Are known.
特に、特許文献１では複数のプリフォームを整列させて同時に鋳造を行う場合に、加熱（予熱）時に隣接するプリフォームの対面する部分に挟まれた箇所では高温となり、そのまま整列させて鋳造すると、高温となっている箇所に湯が集中して流れ込み過剰な浸透が起きてしまうので、鋳造の際には他面していた箇所を離反せしめる内容が開示されている。 In particular, in Patent Document 1, when a plurality of preforms are aligned and cast at the same time, the portion sandwiched between the facing portions of adjacent preforms at the time of heating (preheating) becomes high temperature, and when aligned and cast as it is, Since hot water concentrates on a hot spot and excessive permeation occurs, the content of disengaging the spot that has been on the other side during casting is disclosed.
特許文献２には、プリフォームを予熱するための予熱炉（加熱炉）が開示されている。この予熱炉は、熱伝導性金属板からなる遮蔽筐体内に密閉された閉鎖予熱空域を形成し、さらに予熱炉の内壁と遮蔽筐体との間に発熱体を配設して、閉鎖予熱空域に配されたプリフォームに発熱体から発せられた熱が遮蔽筐体を介して伝熱する構造になっている。 Patent Document 2 discloses a preheating furnace (heating furnace) for preheating a preform. In this preheating furnace, a closed preheating air space is formed in a sealed casing made of a heat conductive metal plate, and a heating element is disposed between the inner wall of the preheating furnace and the shielding casing, so that a closed preheating air space is formed. The heat generated from the heating element is transferred to the preform arranged in the heat transfer through the shielding housing.
プリフォームの材料であるアルミナは熱伝導性が悪いため、厚肉のプリフォームの場合には加熱時間を短縮するには加熱温度を高くしなければならない。そして加熱温度を高くすると、表面と内部との温度差が大きくなりクラック（割れ）が発生してしまう。また、予熱炉からプリフォームを取り出して鋳造金型内にセットするまでの間に、急激に温度が下がる場合にもクラック（割れ）が発生しやすい。 Alumina, which is a preform material, has poor thermal conductivity. Therefore, in the case of a thick-walled preform, the heating temperature must be increased in order to shorten the heating time. When the heating temperature is increased, the temperature difference between the surface and the inside increases and cracks occur. In addition, cracks are likely to occur even when the temperature suddenly drops between taking out the preform from the preheating furnace and setting it in the casting mold.
特許文献１では厚肉のプリフォームの加熱を予定しておらず、特別な対策を講じていない。また特許文献２に開示される予熱炉を用いてプリフォームを熱衝撃がないように加熱するには、時間をかけてゆっくり加熱しなければならず、作業効率が悪くなる。 In Patent Document 1, heating of a thick preform is not planned, and no special measures are taken. Moreover, in order to heat a preform so that there is no thermal shock using the preheating furnace disclosed by patent document 2, it must heat slowly over time and work efficiency will worsen.
上記課題を解決すべく本発明は、鋳造金型内でプリフォームに溶湯を含浸させる前に、予めプリフォームを加熱するプリフォームの加熱装置であり、この加熱装置はプリフォームを連続して搬送しつつ加熱する加熱炉と、加熱されたプリフォームを加熱炉から取り出し鋳造金型まで搬送するロボットを備え、前記加熱炉は入口側から出口側に向かって順に、ヒータを設けない予熱ゾーン、加熱ヒータを設けた昇温ゾーン及び保温ヒータを設けた保温ゾーンとし、前記ロボットのチャックハンドは開閉自在なカバーにて覆われており、前記ロボットは前記保温ゾーンに搬送され加熱されたプリフォームを前記カバーを開いた状態で前記チャックハンドで保持し、前記チャックハンドで保持され加熱されたプリフォームを前記カバーを閉じた状態で前記加熱炉から前記鋳造金型まで搬送するようにした。
前記予熱ゾーンでは昇温ゾーンからの熱によってゾーン内を雰囲気加熱する。また前記保温ゾーンでは昇温ゾーンからの熱によってゾーン内を雰囲気加熱するとともに、保温ヒータにより雰囲気加熱する。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a preform heating device that heats a preform in advance before the preform is impregnated with molten metal in a casting mold , and this heating device continuously conveys the preform. preheating zone and a heating furnace, comprising a robot for conveying the heated preform to leave Shi casting mold taken from the heating furnace, the heating furnace in order from the inlet side to the outlet side, which is not provided a heater for heating while A heating zone provided with a heating heater and a heating zone provided with a heating heater, the chuck hand of the robot is covered with an openable / closable cover, and the robot is transported to the heating zone and heated. Is held by the chuck hand with the cover open, and the preform held by the chuck hand and heated is closed. And to convey from the heating furnace to the casting mold.
In the preheating zone, the inside of the zone is heated by the heat from the temperature raising zone. In the heat retaining zone, the inside of the zone is heated by the heat from the temperature raising zone, and the atmosphere is heated by the heat retaining heater.
前記加熱ヒータとしては例えば二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）製のものを使用することが好ましく、また前記ロボットのチャックハンドは開閉自在なカバーにて覆われた構成とすることが好ましい。また、前記保温ヒータとしては例えばニクロム線のような金属ヒータを使用することが好ましい。 As the heater, for example, one made of molybdenum disilicide (MoSi 2 ) is preferably used, and the chuck hand of the robot is preferably covered with an openable / closable cover. Further, it is preferable to use a metal heater such as a nichrome wire as the heat retaining heater.
本発明に係る加熱装置によれば、加熱炉の入口部をヒータを設けない予熱ゾーンとし、出口部を保温ヒータを設けた保温ゾーンとしたので、急激にプリフォームを加熱したり冷却することを避けることができ、厚肉のプリフォームであっても内部と表層部との温度差を小さくして、クラックの発生を防ぐことができる。 According to the heating apparatus according to the present invention, the entrance portion of the heating furnace is a preheating zone without a heater and the exit portion is a heat insulation zone with a heat insulation heater, so that the preform can be rapidly heated or cooled. Even if it is a thick preform, the temperature difference between the inside and the surface layer can be reduced to prevent the occurrence of cracks.
また本発明に係る加熱装置によれば、連続して複数のプリフォームを加熱することができるため、作業効率が高まる。 Moreover, according to the heating apparatus which concerns on this invention, since a several preform can be heated continuously, work efficiency increases.
また、加熱ヒータとして二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）を用いることで、形状の自由度が高くなり、プリフォームの形状に合わせたヒータとすることができ、プリフォームを輻射熱で直接加熱するだけでなく雰囲気全体を加熱するので、均一加熱に効果的である。 In addition, by using molybdenum disilicide (MoSi 2 ) as a heater, the degree of freedom of shape is increased, and a heater that matches the shape of the preform can be obtained. In addition to directly heating the preform with radiant heat, Since the entire atmosphere is heated, it is effective for uniform heating.
更に、ロボットのハンドを開閉自在なカバーで覆い、ロボットがプリフォームを掴む際に該カバーを開き、搬送中などはカバーを閉じておくことで、ハンドのカバー内の雰囲気温度が下がりにくくなり、ハンドの接触やプリフォーム搬送時の外気接触による熱衝撃でプリフォームにクラックが入るのを防止することができる。 Furthermore, by covering the robot hand with an openable / closable cover, opening the cover when the robot grabs the preform, and closing the cover during transportation, etc., the ambient temperature inside the hand cover is less likely to drop, It is possible to prevent the preform from cracking due to the thermal shock due to the contact of the hand or the outside air contact during the preform conveyance.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。本発明に係るプリフォーム加熱装置はプリフォームＰを連続して搬送しつつ加熱する加熱炉１と、加熱されたプリフォームＰを加熱炉から取り出すロボット２０を備える。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The preform heating apparatus according to the present invention includes a heating furnace 1 that heats the preform P while continuously conveying it, and a robot 20 that takes out the heated preform P from the heating furnace.
前記加熱炉１はボックス状下半部２内に搬送機構３を配置している。この搬送機構３は循環軌道上にパレットを載置し、パレットを順次押し出すことで搬送する押し出し方式を採用している。これはチェーンを使用すると熱によってチェーンが伸び、位置決め精度が低下するのを避けるためである。
尚、実施例にあっては加熱炉１の幅方向に複数の搬送機構を平行に配列し同時に複数のプリフォームＰを加熱できる構成にしている。
The heating furnace 1 has a transport mechanism 3 arranged in a box-like lower half 2. The transport mechanism 3 employs an extrusion method in which a pallet is placed on a circulation track and transported by sequentially extruding the pallet. This is to prevent the chain from being stretched by heat and the positioning accuracy from being lowered when the chain is used.
In the embodiment, a plurality of transport mechanisms are arranged in parallel in the width direction of the heating furnace 1 so that the plurality of preforms P can be heated at the same time.
加熱炉１の上流端はプリフォームＰをパレット４に載置するセットゾーンＺ１とされ、このセットゾーンＺ１に続いて入口側から出口側に向かって順に、予熱ゾーンＺ２、昇温ゾーンＺ３及び保温ゾーンＺ４が設けられている。 The upstream end of the heating furnace 1 is a set zone Z1 where the preform P is placed on the pallet 4, and the preheating zone Z2, the temperature raising zone Z3, and the heat insulation are sequentially arranged from the inlet side to the outlet side following the set zone Z1. Zone Z4 is provided.
予熱ゾーンＺ２、昇温ゾーンＺ３及び保温ゾーンＺ４はトンネル状の隔壁５に外部から隔離され、セットゾーンＺ１と予熱ゾーンＺ２との間及び昇温ゾーンＺ３と保温ゾーンＺ４との間にはシャッター６，７が設けられ、プリフォームＰを載置したパレット４が通過する間のみシャッター６，７を開け、予熱ゾーンＺ２及び昇温ゾーンＺ３内の熱が逃げないようにしている。 The preheating zone Z2, the temperature raising zone Z3 and the heat retaining zone Z4 are isolated from the outside by a tunnel-shaped partition wall 5, and a shutter 6 is provided between the set zone Z1 and the preheating zone Z2 and between the temperature raising zone Z3 and the heat retaining zone Z4. 7 are provided, and the shutters 6 and 7 are opened only while the pallet 4 on which the preform P is placed passes, so that the heat in the preheating zone Z2 and the temperature raising zone Z3 does not escape.
前記予熱ゾーンＺ２はプリフォームＰをゆっくりと加熱することを目的としているため、内部にはヒータを配設せずに隣接する昇温ゾーンＺ３からの熱によってゾーン全体の温度がほぼ一定に保持されている。 Since the preheating zone Z2 is intended to heat the preform P slowly, the temperature of the entire zone is kept almost constant by the heat from the adjacent heating zone Z3 without providing a heater inside. ing.
昇温ゾーンＺ３の長さは予熱ゾーンＺ２の約３倍とされ、内部には加熱ヒータ８が配置されている。この加熱ヒータ８の材料としては、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）を使用している。二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）は形状の自由度が大きいため、例えばジャーナル部となるプリフォームＰとした場合、図にも示すように軸を保持する半円形部分に倣ってヒータの形状を決定することができ、無駄な箇所を加熱することなく均一加熱が可能になる。 The length of the temperature raising zone Z3 is about three times that of the preheating zone Z2, and the heater 8 is arranged inside. As a material of the heater 8, molybdenum disilicide (MoSi 2 ) is used. Molybdenum disilicide (MoSi 2 ) has a high degree of freedom in shape, and for example, when the preform P is a journal part, the shape of the heater is determined following the semicircular portion that holds the shaft as shown in the figure. And uniform heating is possible without heating the useless part.
保温ゾーンＺ４の壁面には保温ヒータ９が取り付けられ、天井部にはロボット２０のハンドが進入するための扉１０が設けられ、更にボックス状下半部２内から上方に位置決めピン１１が突出している。この位置決めピン１１は搬送されてくるパレット４の停止位置を確定し、パレット４上のプリフォームＰの正確な位置を決定し、ロボットハンドとの干渉によって割れやクラックが発生しないようにするためのものである。 A heat insulation heater 9 is attached to the wall surface of the heat insulation zone Z4, a door 10 for the hand of the robot 20 to enter is provided on the ceiling, and the positioning pin 11 protrudes upward from inside the box-like lower half 2. Yes. This positioning pin 11 determines the stop position of the pallet 4 being conveyed, determines the exact position of the preform P on the pallet 4 and prevents cracks or cracks from occurring due to interference with the robot hand. Is.
保温ゾーンＺ４の上方に配置されるロボット２０は鋳造用金型と加熱炉１との間を往復動可能とされている。このロボット２０は加熱炉１の幅方向に配列されるプリフォームＰの数と同数のチャックハンド２１と、このチャックハンド２１を昇降せしめるシリンダユニット２２を備える。 The robot 20 disposed above the heat retention zone Z4 can reciprocate between the casting mold and the heating furnace 1. The robot 20 includes the same number of chuck hands 21 as the number of preforms P arranged in the width direction of the heating furnace 1 and a cylinder unit 22 that moves the chuck hands 21 up and down.
前記チャックハンド２１はケース２３内に収納され、このケース２３の下部は開閉可能なカバー２４とされている。 The chuck hand 21 is housed in a case 23, and a lower portion of the case 23 is a cover 24 that can be opened and closed.
以上において、所定数のプリフォームＰをセットゾーンＺ１において並列に並んだパレット４上にセットする。セットされたプリフォームＰは加熱炉１の予熱ゾーンＺ２を通過する間に徐々に加熱される。 In the above, a predetermined number of preforms P are set on the pallets 4 arranged in parallel in the set zone Z1. The set preform P is gradually heated while passing through the preheating zone Z2 of the heating furnace 1.
ジャーナル部となるプリフォームＰを用いて加熱した場合の昇温速度が、３．３℃／ｓｅｃ以上となるとクラックが発生したが、昇温速度が、１．１℃／ｓｅｃ以下であるとクラックの発生はなかった。 Cracks occurred when the heating rate when heated using the preform P as the journal portion was 3.3 ° C./sec or more, but cracks occurred when the heating rate was 1.1 ° C./sec or less. There was no outbreak.
次いで、８５０〜１０００℃に保持されている昇温ゾーンＺ３内を通過する間にプリフォームＰは内部温度が８００℃程度になるまで加熱される。この後、保温ゾーンＺ４まで搬送される。 Next, the preform P is heated until the internal temperature reaches about 800 ° C. while passing through the temperature rising zone Z 3 maintained at 850 to 1000 ° C. Then, it is conveyed to the heat retention zone Z4.
保温ゾーンＺ４には加熱ヒータはないが、周囲を断熱材からなる隔壁５で囲まれ、且つニクロム線などの金属ヒータからなる保温ヒータ９が設けられているので、雰囲気温度は４００℃に維持され、プリフォームＰの内部の降温速度は−０．５５℃／ｓｅｃ以下である。尚、保温ゾーンＺ４を設けずに大気開放した場合には、降温速度は−７．３℃／ｓｅｃであり、昇温ゾーン３から搬入した後、４．５秒でクラックが発生した。 Although there is no heater in the heat insulation zone Z4, the ambient temperature is maintained at 400 ° C. since the heat insulation heater 9 made of a metal heater such as a nichrome wire is provided with a surrounding wall surrounded by a partition wall 5 made of a heat insulating material. The temperature decreasing rate inside the preform P is −0.55 ° C./sec or less. In addition, when it opened to air | atmosphere without providing the heat retention zone Z4, the temperature decreasing rate was -7.3 degreeC / sec, and after carrying in from the temperature rising zone 3, the crack generate | occur | produced in 4.5 second.
更に、保温ゾーンＺ４の扉１０を明け、ロボット２０を下げてチャックハンド２１でプリフォームＰを保持し、カバー２４を閉じた状態で、ロボット２０によってプリフォームＰを鋳造金型まで搬送し、金型内にセットして鋳造を行う。 Further, the door 10 in the heat insulation zone Z4 is opened, the robot 20 is lowered, the preform P is held by the chuck hand 21, and the preform P is conveyed to the casting mold by the robot 20 with the cover 24 closed. Cast in the mold.
カバー２４を閉じた状態で搬送することで、降温速度を−２．２℃／ｓｅｃ以下にすることができ、金型への搬送途中にクラックが発生するのを有効に防止できた。 By transporting the cover 24 in a closed state, the temperature lowering rate can be reduced to −2.2 ° C./sec or less, and cracks can be effectively prevented from occurring during the transportation to the mold.
本発明に係るプリフォームの加熱装置は、比較的厚肉のプリフォームであっても均一加熱が行えてクラックが発生し難いので、ジャーナル部を複合材とする場合などに有効である。 The preform heating apparatus according to the present invention is effective in the case where the journal portion is made of a composite material because even a relatively thick preform can be uniformly heated and hardly cracks.
１…加熱炉、２…加熱炉のボックス状下半部、３…搬送機構、４…パレット、５…隔壁、６，７…シャッター、８…加熱ヒータ、９…保温ヒータ、１０…扉、１１…位置決めピン、２０…ロボット、２１…チャックハンド、２２…シリンダユニット、２３…ケース、２４…カバー。
Ｐ…プリフォーム、Ｚ１…セットゾーン、Ｚ２…予熱ゾーン、Ｚ３…昇温ゾーン、Ｚ４…保温ゾーン。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heating furnace, 2 ... Box-shaped lower half part of heating furnace, 3 ... Conveying mechanism, 4 ... Pallet, 5 ... Partition, 6, 7 ... Shutter, 8 ... Heating heater, 9 ... Insulating heater, 10 ... Door, 11 ... positioning pins, 20 ... robot, 21 ... chuck hand, 22 ... cylinder unit, 23 ... case, 24 ... cover.
P: Preform, Z1: Set zone, Z2: Preheating zone, Z3: Temperature raising zone, Z4: Thermal insulation zone.
Claims (2)
この加熱装置はプリフォームを連続して搬送しつつ加熱する加熱炉と、加熱されたプリフォームを加熱炉から取り出し鋳造金型まで搬送するロボットを備え、前記加熱炉は入口側から出口側に向かって順に、ヒータを設けない予熱ゾーン、加熱ヒータを設けた昇温ゾーン及び保温ヒータを設けた保温ゾーンとし、
前記ロボットのチャックハンドは開閉自在なカバーにて覆われており、前記ロボットは前記保温ゾーンに搬送され加熱されたプリフォームを前記カバーを開いた状態で前記チャックハンドで保持し、前記チャックハンドで保持され加熱されたプリフォームを前記カバーを閉じた状態で前記加熱炉から前記鋳造金型まで搬送することを特徴とするプリフォームの加熱装置 In the preform heating device that heats the preform in advance before the preform is impregnated with the molten metal in the casting mold ,
A heating furnace heating unit for heating while conveying in succession a preform, comprising a robot for transporting Eject the heated preform from the heating furnace to the casting mold, the heating furnace outlet side from the inlet side In order towards the preheating zone without the heater, the temperature raising zone with the heater, and the heat retention zone with the heat insulation heater ,
The robot's chuck hand is covered with an openable / closable cover, and the robot holds the heated preform transported to the heat retaining zone with the chuck hand with the cover open. A preform heating apparatus for conveying a held and heated preform from the heating furnace to the casting mold with the cover closed.
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