JP5772683B2

JP5772683B2 - 鋳造方法及び鋳造装置

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Publication number: JP5772683B2
Application number: JP2012081398A
Authority: JP
Inventors: 亮菊池
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: CN104203455B; CN104203455A; JP2013208646A; WO2013144698A1; US20150083357A1; DE112013001797T5

Description

本発明は、鋳造方法及び鋳造装置に関し、具体的には、金型のキャビティ内に溶湯を射出して行うダイカスト鋳造技術に関する。

従来のダイカスト鋳造においては、給湯口を有する射出スリーブ内に、給湯口を通して溶湯を定量給湯し、この給湯終了後、所定のタイミングで駆動手段により射出チップを前進させ、射出スリーブから金型のキャビティへ溶湯を高圧で射出する技術が用いられている（例えば、特許文献１から特許文献４を参照）。

特開２００３−２９０８９９号公報特開２００５−４６９０５号公報特開２０１１−１３１２６５号公報

前記特許文献１で開示される鋳造装置においては、溶湯保持炉からラドルで溶湯を汲み上げ、このラドルによって射出スリーブの給湯口に給湯するように構成されている。
しかし、上記の構成では、ラドルから射出スリーブに給湯する際に溶湯が大気に触れて、溶湯の温度が低下したり、溶湯に発生する酸化膜や溶湯に溶解する水素ガスによって製品の品質が低下したりするという問題があった。さらに、溶湯内に溶解する水素ガスの量を低減させるために、溶湯に不活性ガスを注入する工程を行う必要があった。

一方、前記特許文献２及び特許文献３で開示される鋳造装置においては、溶湯管と射出スリーブの給湯口とを直接接合し、この給湯管を介して給湯することにより、溶湯が大気に触れないように構成されている。
しかし、上記のような構成においても、給湯管の内部で溶湯が空気と触れることにより、前記の如く酸化膜や溶解水素によって製品の品質低下を十分に防ぐことはできなかった。

本発明は上記の問題を鑑み、簡易な構成で製品の品質を向上させることができる鋳造装置を提案するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、キャビティが形成された金型と、給湯口が形成されて前記キャビティに連通された射出スリーブと、溶湯を内部に貯溜する溶湯保持炉と、その一端が前記溶湯保持炉に接続され、他端が前記給湯口に対向する箇所に接続されて、前記溶湯保持炉と前記射出スリーブとを連結する連結部と、前記連結部に配置されて前記溶湯保持炉から溶湯を汲み上げるポンプと、を具備する鋳造装置において、前記ポンプにより前記溶湯保持炉から前記連結部を介して前記射出スリーブ内に供給した溶湯を、前記キャビティ内へ射出する射出動作を行うことにより鋳造を行う鋳造方法であって、前記連結部には開閉部材が配設され、該開閉部材を閉塞することにより、前記連結部の内部空間が、前記ポンプを駆動していない時の前記溶湯の液面と前記開閉部材との間で前記ポンプによって汲み上げられた溶湯を保持する溶湯保持空間と、前記給湯口側の空間と、に分割され、前記連結部における前記溶湯保持空間が位置する部分には、前記溶湯保持空間を減圧する連結部減圧手段が配設され、前記開閉部材を閉じることにより前記連結部の内部に前記溶湯保持空間を形成する、溶湯保持空間形成工程と、前記ポンプにより前記溶湯保持炉から前記連結部の前記溶湯保持空間内に溶湯を汲み上げる、汲上工程と、前記溶湯保持空間内に汲み上げられた溶湯を前記連結部減圧手段により減圧する、溶湯減圧工程と、前記開閉部材を開くことにより前記連結部の前記溶湯保持空間と前記射出スリーブの前記給湯口とを連通する、連通工程と、前記溶湯保持空間内で減圧された溶湯を射出スリーブ内に供給する、供給工程と、を備えるものである。

また、請求項２においては、前記キャビティ内へ射出する溶湯と同じ量の溶湯を、前記汲上工程において前記ポンプを駆動していない時の前記溶湯の液面から前記溶湯保持空間内に汲み上げるものである。

また、請求項３においては、前記溶湯減圧工程の間、前記汲上工程と逆向きに前記ポンプを動作することにより、前記溶湯保持炉から前記連結部への溶湯の移動を停止させるものである。

また、請求項４においては、溶湯を前記キャビティ内へ射出する工程、溶湯を前記キャビティ内で凝固させる工程、前記キャビティ内で溶湯が凝固した成形品を離型する工程、及び、前記キャビティ内に離型剤を塗布する工程を備え、これらの工程のうち何れかの継続中に、次サイクルにおける前記溶湯保持空間形成工程、汲上工程、及び、溶湯減圧工程を行うものである。

また、請求項５においては、キャビティが形成された金型と、給湯口が形成され、前記キャビティに連通された射出スリーブと、溶湯を内部に貯溜する溶湯保持炉と、その一端が前記溶湯保持炉に接続され、他端が前記給湯口に対向する箇所に接続されて、前記溶湯保持炉と前記射出スリーブとを連結する連結部と、前記連結部に配置されて前記溶湯保持炉から溶湯を汲み上げるポンプと、前記連結部に配設されて、前記連結部の内部空間を、前記ポンプを駆動していない時の前記溶湯の液面と前記開閉部材との間で前記ポンプによって汲み上げられた溶湯を保持する溶湯保持空間と、前記給湯口側の空間と、に分割する開閉部材と、前記連結部における前記溶湯保持空間が位置する部分に配設された、前記溶湯保持空間を減圧する連結部減圧手段と、を具備し、前記ポンプにより前記溶湯保持炉から前記連結部を介して前記射出スリーブ内に供給した溶湯を、前記キャビティ内へ射出する射出動作を行うことにより鋳造を行う鋳造装置であって、前記開閉部材を閉じることにより前記連結部の内部に前記溶湯保持空間を形成し、前記ポンプにより前記溶湯保持炉から前記連結部の前記溶湯保持空間内に溶湯を汲み上げ、前記連結部減圧手段により前記溶湯保持空間内に汲み上げられた溶湯を減圧し、前記開閉部材を開くことにより前記連結部の前記溶湯保持空間と前記射出スリーブの前記給湯口とを連通し、前記溶湯保持空間内で減圧された溶湯を射出スリーブ内に供給するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

本発明により、鋳造装置において、簡易な構成で製品の品質を向上させることができる。

一実施形態に係る鋳造装置を示す概略断面図。減圧鋳造方法のフローチャートを示した図。注湯時のフローチャートを示した図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。

［減圧鋳造装置３０の構成］
本発明の一実施形態に係る減圧鋳造装置３０について、図１を用いて説明する。本明細書では便宜上、図１における右側を減圧鋳造装置３０の右側方、左側を減圧鋳造装置３０の左側方として説明する。

図１に示すごとく、減圧鋳造装置３０における金型１にはキャビティ４が形成され、キャビティ４に連通された略円筒形状の射出スリーブ２が左側方に突出して付設されている。そして、射出スリーブ２内にて短円柱状の射出チップ３を右側方に摺動させ、射出スリーブ２内に供給されたアルミニウムなどの溶湯５を押し出してキャビティ４内に射出する構造としている。

射出スリーブ２には、給湯口６が形成されており、この給湯口６から溶湯５が後述する連結部４１を介して射出スリーブ２内に供給される。
支持軸９は射出スリーブ２に挿通され、エアシリンダや油圧シリンダ等からなる図示せぬアクチュエータによって進退するように制御されている。そして、支持軸９の先端部に配設された射出チップ３が射出スリーブ２の内部を軸心方向に摺動する構造となっている。

金型１には、キャビティ４内に通じ、キャビティ４内の空気を吸引するための吸引口１６が設けられている。また、キャビティ４と吸引口１６を結ぶ経路には、シャットバルブ１７が設けられている。吸引口１６が減圧手段（本実施例では減圧タンク２１及び真空ポンプ２２）に接続されることにより、減圧手段はキャビティ４内と連通される。減圧タンク２１と吸引口１６との接続経路上には接続経路を開閉する開閉バルブ２３が設けられている。そして、その接続経路上の開閉バルブ２３を射出制御と連動して開くことよって、キャビティ４の減圧が開始されるようになっている。

減圧鋳造装置３０は、溶湯５を内部に貯溜する溶湯保持炉５０と、その一端が溶湯保持炉５０に接続され、他端が給湯口６に対向する箇所に接続されて、溶湯保持炉５０と射出スリーブ２とを連結する連結部４１と、連結部４１に配置されて溶湯保持炉５０から溶湯５を汲み上げる電磁ポンプ４０と、を備える。連結部４１及び電磁ポンプ４０は内周部がセラミックで形成されている。そして、射出制御と連動して電磁ポンプ４０が内蔵するコイルに電圧を加えることにより電磁力で溶湯５を汲み上げる。なお、本実施形態においては電磁ポンプ４０を用いるが、回転子を使うターボ形ポンプや容積ポンプなどの他のポンプを用いる構成とすることも可能である。また、本実施形態において溶湯保持炉５０は、溶湯５を大気から遮断した状態で溶湯を貯溜している。

連結部４１は、振動吸収部である蛇腹構造を備えた中継管６１を介して、射出スリーブ２に連結される。具体的には、射出スリーブ２の給湯口６に連通する管状に形成された、金属製又はセラミック製の断熱部材７１を射出スリーブ２に配設する。さらに、断熱部材７１の上側に中継管６１を配設し、この中継管６１で連結部４１を支持する。即ち、中継管６１における連結部４１の側である上端部が連結部４１の中途部に連結されることにより、連結部４１の他端部が給湯口６の近傍に位置するのである。中継管６１は、管状の蛇腹構造が伸縮可能及び屈曲可能に形成されており、中継管６１における上端部又は下端部における変形や振動を吸収するように形成されている。

連結部４１には、連結部４１の内部で溶湯５を保持する溶湯保持空間４１ａを形成する開閉部材として、開閉バルブ４２が配設される。換言すれば、開閉バルブ４２が閉塞されることにより、連結部４１の内部は溶湯保持空間４１ａと給湯口側空間４１ｂとに分割されて、溶湯保持空間４１ａが形成されるのである。また、開閉バルブ４２が開かれることにより、連結部４１の内部の溶湯保持空間４１ａと給湯口側空間４１ｂとが連通されて、溶湯保持空間４１ａと射出スリーブ２の給湯口６とが連通されるように構成されている。

また、連結部４１における溶湯保持空間４１ａが位置する部分には、開閉バルブ４２によって連結部４１の内部が溶湯保持空間４１ａと給湯口側空間４１ｂとに分割された際に、溶湯保持空間４１ａを減圧する連結部減圧手段が配設されている。具体的には、連結部４１には、溶湯保持空間４１ａの内部と連通する吸引口４３が設けられている。吸引口４３は連結部減圧手段である減圧タンク４５及び真空ポンプ４６に接続されている。つまり、連結部減圧手段は吸引口４３を介して溶湯保持空間４１ａと連通されている。減圧タンク４５と吸引口４３との接続経路上にはこの接続経路を開閉する開閉バルブ４４が設けられている。そして、開閉バルブ４４を射出制御と連動して開くことよって、溶湯保持空間４１ａの減圧が開始されるようになっている。

本実施形態に係る減圧鋳造装置３０は上記の如く構成されて、減圧手段によりキャビティ４の内部を減圧した状態で、電磁ポンプ４０により溶湯保持炉５０から連結部４１を介して射出スリーブ２の内部に供給した溶湯５を、射出チップ３により右側方に押し出してキャビティ４内へ射出する射出動作を行うことにより、鋳造を行うのである。

［減圧鋳造装置３０による減圧鋳造方法］
次に、図１及び図２を用いて、本実施形態に係る減圧鋳造装置３０による減圧鋳造方法について説明する。

まず、図２中のステップＳ０１においては、金型１の可動型を固定型に近接させて型締めを行い、キャビティ４を形成する。
次に、図２中のステップＳ０２においては、射出スリーブ２の内周面に、射出チップ３の摺動を円滑にするためのチップ潤滑剤を塗布する。

次に、図２中のステップＳ０３においては、電磁ポンプ４０により溶湯保持炉５０から連結部４１を介して溶湯５を射出スリーブ２の内部に供給する。この注湯工程についての詳細は後述する。

次に、図２中のステップＳ０４においては、減圧手段である減圧タンク２１及び真空ポンプ２２によってキャビティ４を減圧する。具体的には、溶湯５が沈静した後に開閉バルブ２３を開くことにより、減圧タンク２１及び真空ポンプ２２によるキャビティ４内の空気を吸引し、減圧を開始するのである。なお、減圧の開始前においては、ステップＳ０３の注湯によって揺れている溶湯５を沈静させるため、しばらく時間を置くことが望ましい（例えば、数秒程度）。

次に、図２中のステップＳ０５においては、射出チップ３により溶湯５を押し出してキャビティ４内へ射出する射出動作を行うことにより鋳造を行う。具体的には、図示せぬアクチュエータを駆動させて行う射出チップ３の射出動作により、溶湯５を所定の減圧度が確保されたキャビティ４内へと射出するのである。

次に、図２中のステップＳ０６においては、開閉バルブ２３を閉じることにより、減圧タンク２１及び真空ポンプ２２によるキャビティ４内の空気の吸引を停止し、減圧状態を解除する。この工程により、溶湯５をキャビティ４の内部で凝固させるのである。

次に、図２中のステップＳ０７においては、金型１の可動型を固定型から離間させて型開きを行い、キャビティ４内で溶湯５が凝固した成形品を離型する。
次に、図２中のステップＳ０８においては、キャビティ４内で成形された製品を取出し、次回のサイクルのためにキャビティ４に離型剤を塗布する。

［注湯方法］
次に、図１及び図３を用いて、本実施形態に係る減圧鋳造装置３０による注湯方法について説明する。

まず、図３中のステップＳ００１においては、開閉バルブ４２を閉塞することにより連結部４１の内部を溶湯保持空間４１ａと給湯口側空間４１ｂとに分割し、溶湯保持空間４１ａを形成する（溶湯保持空間形成工程）。

次に、図３中のステップＳ００２においては、電磁ポンプ４０により溶湯保持炉５０から溶湯保持空間４１ａに溶湯５を汲み上げる（汲上工程）。本実施形態においては、キャビティ４の内部へ射出する溶湯５と同じ量の溶湯５を、汲上工程において溶湯保持空間４１ａに汲み上げる構成としている。

次に、図３中のステップＳ００３においては、溶湯保持空間４１ａ内に汲み上げられた溶湯５を連結部減圧手段により減圧する（溶湯減圧工程）。具体的には、開閉バルブ４４を開くことよって、減圧タンク４５及び真空ポンプ４６に接続された溶湯保持空間４１ａの減圧を開始することにより、溶湯保持空間４１ａ内の溶湯５を減圧するのである。
本実施形態においては、この溶湯減圧工程の間、電磁ポンプ４０を動作することにより、溶湯保持炉５０から連結部４１への溶湯の移動を停止させる構成としている。このため、連結部減圧手段による溶湯保持空間４１ａの減圧に伴って溶湯保持炉５０から溶湯５が引き上げられることはない。

次に、図３中のステップＳ００４においては、開閉バルブ４２を開くことにより連結部４１の内部の溶湯保持空間４１ａと給湯口側空間４１ｂとを連通して、溶湯保持空間４１ａと射出スリーブ２の給湯口６とを連通する（連通工程）。
次に、図３中のステップＳ００５においては、電磁ポンプ４０を駆動して、溶湯保持空間４１ａ内で減圧された溶湯５を射出スリーブ２の内部に供給する（供給工程）。つまり、この供給工程が前記ステップＳ０３となる。

本実施形態においては、ステップＳ００１である溶湯保持空間形成工程、ステップＳ００２である汲上工程、及び、ステップＳ００３である溶湯減圧工程は、その前サイクルにおけるステップＳ０５で溶湯５をキャビティ４内へ射出する工程、ステップＳ０６で減圧状態を解除して溶湯５をキャビティ４の内部で凝固させる工程、ステップＳ０７でキャビティ４内において溶湯５が凝固した成形品を離型する工程、及び、ステップＳ０８でキャビティ４内に離型剤を塗布する工程のうち、何れかの継続中に行うこととしている。換言すれば、ステップＳ０５からステップＳ０８の各工程のうち、何れかの継続中に、次サイクルにおける溶湯保持空間形成工程（ステップＳ００１）、汲上工程（ステップＳ００２）、及び、溶湯減圧工程（ステップＳ００３）を行う構成としている。

上記の如く、本実施形態に係る減圧鋳造装置３０は、開閉バルブ４２を閉じることにより連結部４１の内部を溶湯保持空間４１ａと給湯口側空間４１ｂとに分割して溶湯保持空間４１ａを形成し、電磁ポンプ４０により溶湯保持炉５０から連結部４１の溶湯保持空間４１ａ内に溶湯５を汲み上げる。そして、連結部減圧手段により溶湯保持空間４１ａ内に汲み上げられた溶湯５を減圧し、開閉バルブ４２を開くことにより連結部４１の内部の溶湯保持空間４１ａと射出スリーブ２の給湯口６とを連通し、溶湯保持空間４１ａ内で減圧された溶湯５を射出スリーブ２内に供給する構成としている。

本実施形態に係る減圧鋳造装置３０は上記の如く、溶湯５を溶湯保持炉５０から連結部４１を介して射出スリーブ２の内部に供給することにより、注湯時に溶湯５が大気と触れないように構成している。このため、溶湯５の温度が低下したり、溶湯５に酸化膜が発生したりすることを防ぎ、また、溶湯５に溶解する水素ガスを低減させて製品の品質低下を防止することができる。

さらに、本実施形態においては、溶湯保持空間４１ａ内に汲み上げられた溶湯５を連結部減圧手段により減圧する構成としている。これにより、連結部４１の内部で溶湯５が空気と触れることを防ぐことができ、溶湯５に溶解する水素ガスをさらに低減させて製品の品質低下をより防止することができる。本願出願人が行った実験によれば、連結部４１の内部で溶湯５を減圧しない構成と比較して、本実施形態においては溶解水素ガスの量を数分の１に低減させることができた。

また、本実施形態においては、１ショット（１サイクル）毎に溶湯５を減圧する構成としているため、射出、成形までの時間を短くして水素ガスの溶解をより抑制することができる。即ち、本実施形態に係る減圧鋳造装置３０は、簡易な構成で製品の品質を向上させることが可能となるのである。

また、本実施形態においては、キャビティ４の内部へ射出する溶湯５と同じ量の溶湯５を、汲上工程において溶湯保持空間４１ａに汲み上げる構成としている。
これにより、溶湯５の給湯効率を向上させることができ、溶湯５に溶解する水素ガスをさらに低減させることが可能となる。

また、本実施形態においては、溶湯減圧工程の間、電磁ポンプ４０を動作することにより、溶湯保持炉５０から連結部４１への溶湯の移動を停止させる構成としている。
これにより、溶湯保持空間４１ａ内において１ショット（１サイクル）分の溶湯５をより正確に保持して減圧することが可能となる。

また、本実施形態においては、ステップＳ０５からステップＳ０８の各工程のうち、何れかの継続中に、次サイクルにおける溶湯保持空間形成工程（ステップＳ００１）、汲上工程（ステップＳ００２）、及び、溶湯減圧工程（ステップＳ００３）を行う構成としている。
これにより、従来から行っていたステップＳ０５からステップＳ０８の各工程のサイクルタイム中に溶湯５の減圧を行うことができる。つまり、サイクルタイムの増加を伴うことなく、溶湯５に溶解する水素ガスを低減させることが可能となるのである。

１金型
２射出スリーブ
３射出チップ
４キャビティ
６給湯口
３０鋳造装置
４０電磁ポンプ
４１連結部
４１ａ溶湯保持空間
４１ｂ給湯口側空間
４２開閉バルブ

Claims

キャビティが形成された金型と、給湯口が形成されて前記キャビティに連通された射出スリーブと、溶湯を内部に貯溜する溶湯保持炉と、その一端が前記溶湯保持炉に接続され、他端が前記給湯口に対向する箇所に接続されて、前記溶湯保持炉と前記射出スリーブとを連結する連結部と、前記連結部に配置されて前記溶湯保持炉から溶湯を汲み上げるポンプと、を具備する鋳造装置において、前記ポンプにより前記溶湯保持炉から前記連結部を介して前記射出スリーブ内に供給した溶湯を、前記キャビティ内へ射出する射出動作を行うことにより鋳造を行う鋳造方法であって、
前記連結部には開閉部材が配設され、該開閉部材を閉塞することにより、前記連結部の内部空間が、前記ポンプを駆動していない時の前記溶湯の液面と前記開閉部材との間で前記ポンプによって汲み上げられた溶湯を保持する溶湯保持空間と、前記給湯口側の空間と、に分割され、前記連結部における前記溶湯保持空間が位置する部分には、前記溶湯保持空間を減圧する連結部減圧手段が配設され、
前記開閉部材を閉じることにより前記連結部の内部に前記溶湯保持空間を形成する、溶湯保持空間形成工程と、
前記ポンプにより前記溶湯保持炉から前記連結部の前記溶湯保持空間内に溶湯を汲み上げる、汲上工程と、
前記溶湯保持空間内に汲み上げられた溶湯を前記連結部減圧手段により減圧する、溶湯減圧工程と、
前記開閉部材を開くことにより前記連結部の前記溶湯保持空間と前記射出スリーブの前記給湯口とを連通する、連通工程と、
前記溶湯保持空間内で減圧された溶湯を射出スリーブ内に供給する、供給工程と、を備える、
ことを特徴とする、鋳造方法。
前記キャビティ内へ射出する溶湯と同じ量の溶湯を、前記汲上工程において前記ポンプを駆動していない時の前記溶湯の液面から前記溶湯保持空間内に汲み上げる、
ことを特徴とする、請求項１に記載の鋳造方法。
前記溶湯減圧工程の間、前記汲上工程と逆向きに前記ポンプを動作することにより、前記溶湯保持炉から前記連結部への溶湯の移動を停止させる、
ことを特徴とする、請求項２に記載の鋳造方法。
溶湯を前記キャビティ内へ射出する工程、溶湯を前記キャビティ内で凝固させる工程、前記キャビティ内で溶湯が凝固した成形品を離型する工程、及び、前記キャビティ内に離型剤を塗布する工程を備え、これらの工程のうち何れかの継続中に、次サイクルにおける前記溶湯保持空間形成工程、汲上工程、及び、溶湯減圧工程を行う、
ことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の鋳造方法。
キャビティが形成された金型と、
給湯口が形成され、前記キャビティに連通された射出スリーブと、
溶湯を内部に貯溜する溶湯保持炉と、
その一端が前記溶湯保持炉に接続され、他端が前記給湯口に対向する箇所に接続されて、前記溶湯保持炉と前記射出スリーブとを連結する連結部と、
前記連結部に配置されて前記溶湯保持炉から溶湯を汲み上げるポンプと、
前記連結部に配設されて、前記連結部の内部空間を、前記ポンプを駆動していない時の前記溶湯の液面と前記開閉部材との間で前記ポンプによって汲み上げられた溶湯を保持する溶湯保持空間と、前記給湯口側の空間と、に分割する開閉部材と、
前記連結部における前記溶湯保持空間が位置する部分に配設された、前記溶湯保持空間を減圧する連結部減圧手段と、を具備し、
前記ポンプにより前記溶湯保持炉から前記連結部を介して前記射出スリーブ内に供給した溶湯を、前記キャビティ内へ射出する射出動作を行うことにより鋳造を行う鋳造装置であって、
前記開閉部材を閉じることにより前記連結部の内部に前記溶湯保持空間を形成し、前記ポンプにより前記溶湯保持炉から前記連結部の前記溶湯保持空間内に溶湯を汲み上げ、前記連結部減圧手段により前記溶湯保持空間内に汲み上げられた溶湯を減圧し、前記開閉部材を開くことにより前記連結部の前記溶湯保持空間と前記射出スリーブの前記給湯口とを連通し、前記溶湯保持空間内で減圧された溶湯を射出スリーブ内に供給する、
ことを特徴とする、鋳造装置。