JP6079195B2

JP6079195B2 - 鋳造装置及び鋳造方法

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Publication number: JP6079195B2
Application number: JP2012271702A
Authority: JP
Inventors: 三吉　博晃; 博晃三吉
Original assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Current assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: JP2014113638A

Description

本発明は、低圧鋳造又は低中圧鋳造に用いられる鋳造装置及び鋳造方法に関する。

従来から、アルミホイール等のアルミニウム複合製品を低圧鋳造又は低中圧鋳造により製造する鋳造装置が知られている。この種の鋳造装置では、加圧室（るつぼ）内に溶湯を収容した状態で加圧室内の圧力を高め、この圧力により溶湯を加圧室からストークを介して金型のキャビティに充填する。続いて、所定の加圧状態を維持しつつ、溶湯をキャビティ内で凝固させて鋳造製品を鋳造する。最後に型開を行って、鋳造製品を取り出す。

上述した従来の鋳造装置では、鋳造ストローク毎に加圧室から金型のキャビティ分の溶湯が減少していくので、加圧室の湯面レベルが徐々に低下して、圧力変動が発生し、これによるキャビティへの溶湯の充填不良が発生するという問題がある。

そこで、キャビティ内に溶湯が充填されたことを検知したら、基準加圧パターンを補正することにより、溶湯の湯面状態により生じる鋳造欠陥を無くすようにした技術が知られている（特許文献１）。また、加圧室の湯面レベルに応じてるつぼを昇降させることにより、鋳造サイクルの初期状態において、常に溶湯の湯面レベルを一定に保つようにした技術も知られている（特許文献２）。更に、溶湯を保持する保持室と、加圧室と、金型キャビティに連通するストークとを分離して、これらを連通させると共に、保持室と加圧室とをつなぐ連通路には遮断弁を設け、鋳造サイクルの初期状態においては、常に加圧室に一定の溶湯が収容されるようにすることにより、鋳造欠陥を無くすようにした技術も知られている（特許文献３）。

特開平７−３０３９５５特開平６−３２０２５０特開平１１−１３８２５０

しかしながら、引用文献１に開示の技術においては、鋳造サイクルの初期状態で常に湯面レベルを一定にするものではないので、加圧パターンの補正では、完全に鋳造欠陥を無くすことは困難である。また、引用文献２，３においては、加圧室の溶湯レベルをモニタしているが、これは加圧前の溶湯レベルを一定にするために使用されており、加圧開始から充填完了までの細かな加圧パターンの制御を行うことはできない。このため、キャビティへの効率的な充填ができず、製品の品質を劣化させたり、充填時間が長くなる等の問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、製品の品質を劣化させることなく製造時間の短縮を図ることができる鋳造装置、及び鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る鋳造装置は、溶湯を保持する保持室と、前記保持室に第１連通路を介して連通し前記保持室から供給される溶湯を収容すると共に前記溶湯の上面に密閉空間を形成する加圧室と、前記加圧室と第２連通路を介して連通し上端開口が金型のキャビティの開口に連通するストークと、鋳造サイクルの開始時において前記保持室から前記加圧室に予め設定された湯面レベルの前記溶湯を供給する溶湯供給手段と、前記加圧室の密閉空間に加圧ガスを供給するガス供給手段と、前記加圧室内の前記溶湯の湯面の変位を検知する変位計と、前記溶湯を前記キャビティに供給する工程において前記加圧室に前記加圧ガスを供給しつつ前記変位計の出力に基づき前記キャビティへの前記溶湯の充填が完了したことを検出し、前記溶湯を加圧・冷却する工程において前記加圧ガスの圧力を所定時間一定に維持するように前記ガス供給手段を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明に係る鋳造方法は、溶湯を保持する保持室から加圧室に溶湯を供給し、加圧室の圧力を増加させることにより前記加圧室からストークに前記溶湯を充填し、前記ストークから金型のキャビティに前記溶湯を充填する鋳造方法において、鋳造サイクルの開始時において前記保持室から前記加圧室に予め設定された湯面レベルの前記溶湯を供給する工程と、前記加圧室の湯面のレベルを変位計で検知して前記変位計の出力に基づいて前記加圧室の圧力を増加させることにより前記溶湯を前記キャビティに充填する工程と、前記キャビティに充填された溶湯の圧力を所定時間一定に維持する工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、溶湯をキャビティに供給する工程において加圧室内の湯面の変位を検出する変位計の出力に基づきキャビティへの溶湯の充填状態を把握して加圧室内の圧力を制御するので、製品の品質を劣化させることなく製造時間の短縮を図ることができる。

実施の形態に係る鋳造装置を示す概略図である。実施の形態に係る圧力制御のフローチャートである。実施の形態に係る各時点での湯面の状態を示す図である。実施の形態に係る圧力及び湯面レベルの変化パターンである。他の実施の形態に係る鋳造装置を示す概略図である。

以下、添付の図面を参照して実施の形態に係る鋳造装置、及び鋳造方法を詳細に説明する。

図１は、実施の形態に係る鋳造装置を示す概略図である。本実施の形態に係る鋳造装置は、主に０．２ＭＰａ未満の圧力を加える低圧鋳造に用いられる。鋳造装置は、図１に示すように、溶湯１０を保持する保持室２０と、この保持室２０と第１連通路７０を介して連通されて保持室２０から供給された溶湯１０を保持する加圧室３０と、この加圧室３０と第２連通路８０を介して連通されたストーク４０とを有する。ストーク４０は、その上端が固定金型５１及び可動金型５２からなる金型５０のキャビティ５３に連通する固定金型５１の開口に接続されており、溶湯１０をキャビティ５３に供給する。なお、保持室２０、第１連通路７０及び第２連通路８０には、各々溶湯１０を５００℃〜７００℃程度の溶融状態を維持するのに必要な温度まで加熱するヒータ２１，７１、８１が設けられる。

保持室２０には、溶湯１０の加圧室３０への供給を制御するストッパー２２が設けられている。ストッパー２２は、鋳造工程の始めの状態において、加圧室３０内に常に一定の溶湯１０が収容されるように、後述する制御部６０の制御に基づき、保持室２０の第１連通路７０への入口を開閉する。

加圧室３０の上端開口部は、蓋体３４によって閉塞され、加圧室３０内の溶湯１０の上面空間は密閉空間となる。この密閉空間にガス導入口３１を介してガス供給部９０が接続されている。ガス供給部９０は、ガス導入口３１を介して、不活性ガスを加圧室３０内に供給する。また、蓋体３４には溶湯１０の液面に向けて湯面検知棒３２が設置されている。湯面検知棒３２は、保持室２０から加圧室３０に溶湯１０が送られる際、加圧室３０内の溶湯１０の湯面レベルが所定レベルに達したか否かを検知する。また、蓋体３４の上部には、変位計３３が設置されている。変位計３３は、加圧室３０内の溶湯１０の湯面レベルの変位を検知する。変位計３３は、例えば、レーザセンサ、超音波センサ、フロートセンサ等である。

制御部６０は、湯面検知棒３２からの検知出力に基づき、ストッパー２２を開閉制御すると共に、溶湯１０をキャビティ５３に供給する際に変位計３３により検知した溶湯１０の湯面の変位に基づき、ガス導入口３１から供給される不活性ガスの量を調整する。これにより、制御部６０は、加圧室３０内の圧力を制御する。例えば、制御部６０はコンピュータにより構成される。なお、制御部６０には、湯面の変位によって圧力制御をするために必要な既知のパラメータ、即ち加圧室３０の断面積、ストーク４０の容積、及びキャビティ５３の容積などの情報が予め記憶された記憶部６１が設けられている。

次に、図２〜図４を参照して、キャビティ５３に溶湯１０を充填する際の加圧室３０内の溶湯１０の湯面の変位と加圧室３０内の圧力との関係を説明する。図２は圧力制御のフローチャート、図３は各時点での湯面の状態、図４は圧力及び湯面レベルの変化パターンをそれぞれ示している。図４に示すように、鋳造工程は、ストーク充填工程である第１工程、キャビティ充填工程である第２工程、及び加圧・冷却工程である第３工程を備える。第１工程と第２工程は湯面レベルで制御を行う工程であり、第３工程は経過時間（時間レベル）で制御を行う工程である。

［湯面レベルの制御工程］
制御部６０は、まず圧力増加速度をＶ１に設定し（Ｓ１）、図３（ａ）に示す初期状態（図４の時刻ｔ０）から、加圧室３０の圧力を大気圧から徐々に増加させていく。次に、図３（ｂ）に示す状態（図４の時刻ｔ１）のようにキャビティ５３の直前まで溶湯１０が充填されたかどうかが判定される（Ｓ２）。すなわち、ステップＳ２においては、ストーク４０への溶湯１０の充填が完了したかどうかが判定される。ステップＳ２の判定は、予め記憶部６１に記憶された加圧室３０の断面積及びストーク４０の容量の情報と、加圧室３０の湯面の変位を検知する変位計３３の出力とによりなされる。すなわち、ストーク４０への溶湯１０の充填が完了すれば、図３（ｂ）及び図４の時刻ｔ１に示すように、加圧室３０の溶湯１０の湯面は初期レベルＬ０からレベルＬ１まで下がる。従って、加圧室３０の断面積と湯面の変化分Ｌ１−Ｌ０との積が既知のストーク４０の容積と一致したかどうかを判定する。

ステップＳ２において、ストーク４０への溶湯１０の充填が完了していないと判定されると（Ｓ２，Ｎｏ）、繰り返しステップＳ２が実行される。一方、ストーク４０への溶湯１０の充填が完了したと判定されると（Ｓ２，Ｙｅｓ）、制御部６０は圧力増加速度をＶ２（Ｖ２＜Ｖ１）に設定し（Ｓ３）、図３（ｂ）に示す状態（図４の時刻ｔ１）から、加圧室３０の圧力を徐々に増加させていく。続いて、図３（ｃ）に示す状態（図４の時刻ｔ２）のようにキャビティ５３のα％まで溶湯１０が充填されたかどうかが判定される（Ｓ４）。ステップＳ４の判定は、キャビティ５３の容量の情報と、加圧室３０の湯面の変位を検知する変位計３３の出力とによりなされる。すなわち、キャビティ５３のα％まで溶湯１０が充填されていれば、図３（ｃ）及び図４の時刻ｔ２に示すように、加圧室３０の溶湯１０の湯面はレベルＬ１からレベルＬ２まで下がる。従って、加圧室３０の断面積と湯面の変化分Ｌ２−Ｌ１との積が既知のキャビティ５３のα％の容積と一致したかどうかを判定する。

ステップＳ４において、キャビティ５３のα％まで溶湯１０が充填されていないと判定されると（Ｓ４，Ｎｏ）、繰り返しステップＳ４が実行される。一方、キャビティ５３のα％まで溶湯１０が充填されたと判定されると（Ｓ４，Ｙｅｓ）、制御部６０は圧力増加速度をＶ３（Ｖ３＞Ｖ２）に設定し（Ｓ５）、図３（ｃ）に示す状態（図４の時刻ｔ２）から、加圧室３０の圧力を徐々に増加させていく。続いて、図３（ｄ）に示す状態（図４の時刻ｔ３）のようにキャビティ５３への溶湯１０の充填が完了したかどうかを判定する（Ｓ６）。ステップＳ６の判定は、キャビティ５３の容量の情報と、加圧室３０の断面積と湯面の変位を検知する変位計３３の出力とによりなされる。すなわち、キャビティ５３の充填が完了すれば、図３（ｄ）及び図４の時刻ｔ３に示すように、加圧室３０の溶湯１０の湯面はレベルＬ２からレベルＬ３まで下がる。従って、加圧室３０の断面積と湯面の変化分Ｌ３−Ｌ１との積が既知のキャビティ５３の容積と一致したかどうかを判定する。

ステップＳ６において、キャビティ５３への溶湯１０の充填が完了していないと判定されると（Ｓ６，Ｎｏ）、繰り返しステップＳ６が実行される。一方、キャビティ５３への溶湯１０の充填が完了したと判定されると（Ｓ６，Ｙｅｓ）、時間レベルの制御に移行する。

［時間レベルの制御工程］
時間レベルの制御では、加圧室３０の圧力を所定圧力に保持する（Ｓ７）。続いて、制御部６０は、加圧室３０の圧力の保持を開始してから所定時間が経過したかどうかを判定する（Ｓ８）。

ステップＳ８において、所定時間が経過していないと判定されると（Ｓ８，Ｎｏ）、繰り返しステップＳ８が実行される。一方、所定時間が経過したと判定されると（Ｓ８，Ｙｅｓ）、図４の時刻ｔ４に示すように、制御部６０は加圧室３０を大気開放させる（Ｓ９）。続いて、制御部６０は型開を行い（Ｓ１０）、鋳造製品が取り出される。

以上、本実施の形態は、溶湯１０をキャビティ５３に供給する工程において加圧室３０内の湯面の変位を検出する変位計３３の出力に基づきキャビティ５３への溶湯１０の充填状態を把握して加圧室３０内の圧力を制御する。したがって、本実施の形態は、製品の品質を劣化させることなく製造時間の短縮を図ることができる。

以上、発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。例えば、図５に示すように、加圧室３０内の側面に沿って円筒状のスリーブ３５を設けても良い。このようにすると、スリーブ３５の厚みが大きくなるほど加圧室３０の断面積は小さくなるため、溶湯１０の湯面の変位は大きくなる。これにより、先の実施形態よりも更に細かい湯面レベル制御が可能になるという利点がある。

１０…溶湯、２０…保持室、３０…加圧室、４０…ストーク、５０…金型、６０…制御部、７０…第１連通路、８０…第２連通路。

Claims

溶湯を保持する保持室と、
前記保持室に第１連通路を介して連通し前記保持室から供給される溶湯を収容すると共に前記溶湯の上面に密閉空間を形成する加圧室と、
前記加圧室と第２連通路を介して連通し上端開口が金型のキャビティの開口に連通するストークと、
鋳造サイクルの開始時において前記保持室から前記加圧室に予め設定された湯面レベルの前記溶湯を供給する溶湯供給手段と、
前記加圧室の密閉空間に加圧ガスを供給するガス供給手段と、
前記加圧室内の前記溶湯の湯面の変位を検知する変位計と、
前記加圧室の断面積、前記ストークの容量及び前記キャビティの容量を含む既知のパラメータを記憶すると共に、前記変位計の出力及び前記既知のパラメータとに基づいて前記ガス供給手段を制御して前記加圧室内の圧力を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記溶湯を前記キャビティに供給する工程において前記加圧室に前記加圧ガスを供給しつつ前記変位計の出力に基づき前記キャビティへの前記溶湯の充填が完了する前の前記溶湯が前記キャビティの全容量のα％まで充填されたことを検出した際に前記加圧室内の圧力の増加速度を上げ、前記キャビティへの前記溶湯の充填が完了したことを検出した際に前記溶湯を加圧・冷却する工程に移行して前記加圧室内の圧力を所定時間一定に維持する
ことを特徴とする鋳造装置。
前記制御部は、前記変位計の出力に基づいて前記溶湯がストーク内に充填されたことを検出し、前記加圧室に加える圧力の増加速度を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の鋳造装置。
溶湯を保持する保持室から加圧室に溶湯を供給し、加圧室の圧力を増加させることにより前記加圧室からストークに前記溶湯を充填し、前記ストークから金型のキャビティに前記溶湯を充填する鋳造方法において、
鋳造サイクルの開始時において前記保持室から前記加圧室に予め設定された湯面レベルの前記溶湯を供給する工程と、
前記加圧室の湯面のレベルを変位計で検知して前記変位計の出力及び予め記憶された前記加圧室の断面積、前記ストークの容量及び前記キャビティの容量を含む既知のパラメータに基づいて前記加圧室の圧力を増加させ、前記キャビティへの前記溶湯の充填が完了する前の前記溶湯が前記キャビティの全容量のα％まで充填されたことを検知した際に前記加圧室の圧力の増加速度を上げることにより前記溶湯を前記キャビティに充填する工程と、
前記キャビティに充填された溶湯の圧力を所定時間一定に維持する工程と
を有する
ことを特徴とする鋳造方法。