JP6485696B2 - Pressure casting apparatus and casting method - Google Patents
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Description
本発明は、加圧鋳造装置及び鋳造方法に係り、更に詳細には、金属溶湯の清浄度を維持できる加圧鋳造装置及び鋳造方法に関する。 The present invention relates to a pressure casting apparatus and a casting method, and more particularly, to a pressure casting apparatus and a casting method capable of maintaining the cleanliness of a molten metal.
従来から、薄肉製品が製造でき、金属溶湯の加熱温度や鋳型温度を低く抑えられる鋳造法として、吸引差圧鋳造法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, a suction differential pressure casting method is known as a casting method capable of producing a thin-walled product and suppressing the heating temperature and mold temperature of the molten metal (see, for example, Patent Document 1).
このような吸引差圧鋳造法においては、金属溶湯が凝固し成形品が形成された後、金型キャビティや、金型を気密に保持する密閉室(チャンバ)に通じる吸引系のバルブを閉じ、大気開放バルブを開いて、キャビティやチャンバの中に空気を導入し、また保持炉の加圧状態を開放して復圧する。そうすると、鋳型の隙間や給湯管の継ぎ目等から鋳型内に空気が入り込み、鋳型と成形品との隙間等を通って湯溜まりに到達し、ストーク内の溶湯が保持炉内に戻る。 In such a suction differential pressure casting method, after the molten metal is solidified to form a molded product, the mold cavity and the valve of the suction system leading to a sealed chamber (chamber) that holds the mold in an airtight state are closed, Open the atmosphere release valve to introduce air into the cavity or chamber, and release the pressurized state of the holding furnace to restore pressure. If it does so, air will enter into a mold from a crevice of a mold, a joint of a hot-water supply pipe, etc., will reach a hot water pool through a crevice between a mold and a molded article, etc., and a molten metal in stalk will return to a holding furnace.
このような従来の吸引差圧鋳造法においては、ストーク内を金属溶湯が下がっていく際、金型の隙間や給湯管の接続部位から酸素を含む空気を吸い込むので、金属溶湯(以下、単に溶湯ということがある。)と酸素とが接触して溶湯面に酸化膜が生成し、その清浄度が低下する。
生成した酸化膜は、鋳造欠陥の原因となるものであり、溶湯面に浮遊して次回の鋳造時(次ショット時)にキャビティに入り込み、鋳造製品の強度等の機能を低下させる。
In such a conventional suction differential pressure casting method, when the molten metal is lowered in the stalk, oxygen-containing air is sucked from the gaps in the mold or the connecting portion of the hot water supply pipe. Oxygen) comes into contact with oxygen and an oxide film is formed on the molten metal surface, and the cleanliness is lowered.
The generated oxide film causes casting defects, floats on the molten metal surface, enters the cavity at the next casting (at the time of the next shot), and lowers functions such as strength of the cast product.
また、上述の溶湯下降時の空気吸引により、ストーク内が酸素を含む空気で満たされてしまう。したがって、次回の鋳造時に、金属溶湯の上昇に伴って生じる金属溶湯の新生面とストーク内の酸素含有空気とが接触して、さらに溶湯を酸化し溶湯中の酸化物量を増加させる。
そして、増加した酸化物は上記溶湯面に浮遊してキャビティ内に侵入するので、上述のように鋳造製品の強度等を低下させる原因となる。
Moreover, the inside of stalk will be filled with the air containing oxygen by the above-mentioned air suction when the molten metal descends. Therefore, at the next casting, the new surface of the molten metal that is generated as the molten metal rises and the oxygen-containing air in the stalk come into contact with each other to further oxidize the molten metal and increase the amount of oxide in the molten metal.
The increased oxide floats on the surface of the molten metal and enters the cavity, causing the strength of the cast product to decrease as described above.
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鋳造工程を繰り返し行っても金属溶湯の清浄性を維持できる加圧鋳造装置及び鋳造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a pressure casting apparatus and a casting method capable of maintaining the cleanliness of the molten metal even when the casting process is repeated. Is to provide.
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、キャビティに充填した金属溶湯が凝固した後に復圧する際、キャビティに不活性ガスを供給し、復圧することで上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventor can achieve the above-mentioned object by supplying an inert gas to the cavity and restoring the pressure when the metal melt filled in the cavity is restored after solidification. As a result, the present invention has been completed.
即ち、本発明の加圧鋳造装置は、
鋳型と、
金属溶湯を保持する保持炉と、
上記鋳型に形成されたキャビティと保持炉内とを連通させ、下端が上記保持炉内の金属溶湯に浸漬されたストークと、
上記保持炉内の圧力を制御する保持炉圧制御装置及び/又は上記鋳型内に形成されたキャビティの圧力を制御する吸引装置と、を備え、
さらに、金属溶湯を充填し該金属溶湯が凝固した後、鋳型開け前に、不活性ガスを直接又は間接的にキャビティに供給する金属溶湯清浄度維持装置を備えることを特徴とする。
That is, the pressure casting apparatus of the present invention is
A mold,
A holding furnace for holding molten metal;
Stoke in which the cavity formed in the mold communicates with the inside of the holding furnace, and the lower end is immersed in the molten metal in the holding furnace,
A holding furnace pressure control device for controlling the pressure in the holding furnace and / or a suction device for controlling the pressure of the cavity formed in the mold,
Furthermore, after the metal melt is filled and solidified , the metal melt cleanliness maintaining device for supplying the inert gas directly or indirectly to the cavity is provided before opening the mold.
また、本発明の鋳造方法は、鋳型内のキャビティを減圧及び/又は保持炉内を加圧して、保持炉からキャビティに金属溶湯を充填する充填工程と、上記キャビティに充填した溶湯を金属凝固させる凝固工程と、上記金属溶湯が凝固した後に、キャビティ及び/又は保持炉の圧力を開放して溶湯を保持炉に戻す復圧工程とを有するものであり、該復圧工程が、キャビティに不活性ガスを供給した後、大気を導入して復圧するものであることを特徴とする。 Further, the casting method of the present invention includes a filling step in which the cavity in the mold is decompressed and / or pressurized in the holding furnace, and the molten metal is filled from the holding furnace into the cavity, and the molten metal filled in the cavity is solidified. A solidification step, and after the metal melt has solidified, a pressure reduction step of releasing the pressure of the cavity and / or holding furnace and returning the molten metal to the holding furnace. The pressure reduction step is inert to the cavity. After supplying the gas , the atmosphere is introduced and the pressure is restored.
本発明によれば、溶湯が凝固した後にキャビティに不活性ガスを供給した後、復圧することとしたため、ストーク内に酸素を含む空気が入り込まず、金属溶湯面の酸化防止が可能な金属溶湯清浄度維持装置を備えた加圧鋳造装置を提供することができる。 According to the present invention, since the inert gas is supplied to the cavity after the molten metal is solidified and then the pressure is restored, the molten metal can prevent oxidation of the molten metal surface without air containing oxygen entering the stalk. A pressure casting apparatus provided with a cleanliness maintaining apparatus can be provided.
本発明の金属溶湯清浄度維持装置を、該金属溶湯清浄度維持装置が用いられる鋳造装置と共に詳細に説明する。 The molten metal cleanliness maintaining apparatus of the present invention will be described in detail together with a casting apparatus in which the molten metal cleanliness maintaining apparatus is used.
<加圧鋳造装置>
本発明の加圧鋳造装置を図1により説明する。
本発明の加圧鋳造装置100は、金属溶湯1を保持する保持炉2と、内部にキャビティ31を形成する分割可能な金型で形成される鋳型3と、金属溶湯清浄度維持装置8とを備え、上記キャビティ31と保持炉2とはストーク4により連通される。上記ストークの下端は、保持炉2内の金属溶湯1に浸漬され、保持炉2内の圧力とキャビティ31の圧力との圧力差圧によってキャビティ31に金属溶湯が1充填される。
<Pressure casting equipment>
The pressure casting apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
The
上記保持炉2は気密に形成され、保持炉2内の圧力を調整する保持炉圧制御装置5が設けられる。該保持炉圧制御装置5は、二酸化炭素等の不活性ガスを圧送し、保持炉2内を加圧するポンプ等の加圧手段51、保持炉内の圧力を開放する保持炉圧開放制御バルブ52、保持炉加圧制御バルブ53等を備える。
The
上記鋳型3には、必要に応じて中子32を設置してもよく、さらに、鋳型全体を覆い気密状態にするチャンバ6が設けられていてもよい。
The
また、上記鋳型3には、キャビティ31内のガスを吸引し減圧する吸引装置7が接続される。
上記吸引装置7は、減圧ポンプ71、減圧タンク72、吸引制御バルブ73、大気導入制御バルブ74等を備え、吸引管75によってキャビティ31に接続される。
上記吸引装置7は、図2に示すように、上記鋳型3に加えてチャンバ6内をも吸引するものであることが好ましい。チャンバ6内をも吸引し、キャビティ31内の圧力と鋳型3を覆うチャンバ6内の圧力とを同程度にすることで、鋳型3の隙間からキャビティ31内にガスが漏出することが防止される。
The
The
As shown in FIG. 2, the
<金属溶湯清浄度維持装置>
上記金属溶湯清浄度維持装置8は、金属溶湯1の充填後、鋳型開け前に、キャビティ31に不活性ガスを供給し、酸素等の酸化性ガスを含む空気等と金属溶湯1との接触を防止して金属溶湯1の酸化を防止するものである。
上記金属溶湯清浄度維持装置8は、不活性ガスを貯留する不活性ガスタンク81、ブロア82、不活性ガス供給制御バルブ83、不活性ガス供給管84等を有する。
<Metal melt cleanliness maintenance device>
The molten metal
The molten metal
キャビティ31への不活性ガスの供給は、金属溶湯1の充填後、鋳型開け前に行う。金属溶湯1が凝固した後に、吸引制御バルブ73を閉じ、不活性ガス供給制御バルブ83を開いて不活性ガスを供給する。そして、大気導入制御バルブ74や保持炉圧開放制御バルブ52を開いて、キャビティ31及び/又は保持炉2の圧力を開放して復圧し、ストーク4内の金属溶湯1を保持炉2内に戻すことで、ストーク4内が不活性ガスで満たされる。
すなわち、キャビティ31に不活性ガスを供給することで、不活性ガスが、金属溶湯1が凝固することで体積収縮して生じた成形品と鋳型3との間の隙間や、鋳型の隙間等を通り、ストーク4内の溶湯面低下に伴って、ストーク4内に不活性ガスが導入される。
したがって、金属溶湯1と空気等との接触が防止され、金属溶湯1の清浄度が維持される。
なお、復圧とは、キャビティ31内の圧力を、金属溶湯充填時の大気圧未満の減圧状態から実質的に大気圧に戻す操作、及び/又は、保持炉2内の圧力を、金属溶湯充填時の大気圧を超える加圧状態から実質的に大気圧に戻す操作を意味する。
The inert gas is supplied to the
That is, by supplying an inert gas to the
Accordingly, contact between the
The return pressure is an operation for returning the pressure in the
上記キャビティ31への不活性ガスの供給は、キャビティ31に直接、又は、図3に示すように、チャンバ6内に不活性ガスを供給し、鋳型3の隙間等を介して間接的に行うことができる。
上記金属溶湯清浄度維持装置8の不活性ガス供給管84は、図1、図2に示すように、キャビティ31及び/又はチャンバ6に接続される上記吸引装置7の吸引管75に接続されてもよい。また、上記吸引管75とは別系統として不活性ガス供給管84を、図3、図4に示すように、キャビティ31及び/又はチャンバ6に直接接続してもよい。
The inert gas is supplied to the
The inert
さらに、図5に示すように、上記鋳型3と該鋳型に溶湯を供給するストーク4との接続部9の周囲に不活性ガスを供給するものであることが好ましい。
上記接続部9の周囲に不活性ガスを供給することで、金属溶湯1がストーク4内を降下する速度に対して鋳型3側からのストーク4への不活性ガスの流入が充分でなく、ストーク4内の圧力が低下して上記接続部9からストーク内にガスが流入する場合であっても、ストーク4内に空気が流入することがない。
Furthermore, as shown in FIG. 5, it is preferable to supply an inert gas around the
By supplying an inert gas around the connecting
上記接続部9への不活性ガスの供給は、不活性ガス供給管84を用いて、上記接続部9の周囲に不活性ガスを供給し、上記接続部の周囲の空気を不活性ガスで置換することで不活性ガスを供給できる。具体的には、鋳型3とストーク4との接続部9をシールするシール部材91に不活性ガスを吹き付けてもよいが、図6に示すように、上記シール部材91を囲む密閉された空間を設け、該密閉空間92に不活性ガスを供給することが好ましい。
The inert gas is supplied to the connecting
上記密閉空間92に供給する不活性ガスの供給圧は、上記密閉空間92に供給する不活性ガスの圧力は、ストーク4内の圧力より高いことが好ましい。ストーク4内の圧力より高い圧力とすることで、金属溶湯1が上記接続部9以上の高さまで上昇するまでの間に、ストーク4から上記密閉空間92内にガスが漏れることがない。
The supply pressure of the inert gas supplied to the sealed
また、上記密閉空間92に供給する不活性ガスの圧力は、上記鋳型3とストーク4との接続面93からキャビティ下端面33の高さに相当する溶湯圧以下であることが好ましい。
上記溶湯圧以下であることで、キャビティ31に金属溶湯1が流入した後は、ストーク4内から接続部9にかかる圧力が上記密閉空間92の圧力よりも高くなり、上記接続部9からストーク4内に不活性ガスが漏出することを防止でき、ガス欠陥の発生が防止される。
ここで本発明において、溶湯圧とは、所定の高さの金属溶湯柱を支えるのに必要な圧力をいう。また、接続面とは、ストーク4と鋳型3との間をシールするシール部材91が設置される面をいい、キャビティ下端面とは金属溶湯がキャビティに流れ込む湯口の上端面をいう。
The pressure of the inert gas supplied to the sealed
By being below the molten metal pressure, after the
Here, in the present invention, the molten metal pressure refers to a pressure necessary to support a molten metal column having a predetermined height. The connection surface refers to the surface on which the sealing
また、上記接続部9の周囲への不活性ガスの供給を、全鋳造工程を通して行うことが好ましい。全鋳造工程を通して不活性ガスを供給することで、接続部9の周囲において酸素等の酸化性ガスの濃度が上昇することがなく、ストーク4内への酸化性ガスの侵入を防止できる。
上記全鋳造工程とは、鋳型3を閉じて成形品を鋳造し、鋳型3を開いて成形品を取り出し、再度、鋳型3を閉じるまでの一連の鋳造サイクルすべての工程をいう。
Moreover, it is preferable to supply the inert gas to the circumference | surroundings of the said
The whole casting process refers to all processes of a series of casting cycles from closing the
さらに、型開けした鋳型3内の下面に不活性ガスを供給することが好ましい。ストーク内の不活性ガスは、金属溶湯1の熱によって膨張するため型開けに伴って上昇し、空気と置換されることがある。鋳型を開け成形品を取り出したら、鋳型3内の下面に不活性ガスを供給することで、鋳型開け前からストーク4内に存在した不活性ガスが上昇しても、金属溶湯1で熱せられていない新たな不活性ガスがストーク4内に入り込むため、金属溶湯1と空気との接触が防止される。
Furthermore, it is preferable to supply an inert gas to the lower surface of the
鋳型3内の下面への不活性ガスの供給は、図7に示すように、不活性ガス供給管84を鋳型内に侵入させ、図示しない不活性ガスタンクに接続されたブロア82により、鋳型3内の下面に不活性ガスを供給してもよく、また、鋳型内の下面近傍に不活性ガス供給管84を接続することで供給してもよい。
As shown in FIG. 7, the inert gas is supplied to the lower surface of the
上記不活性ガスとしては、金属溶湯1を酸化しないものであれば使用することができ、例えば、希ガス、窒素ガス、二酸化炭素等を挙げることができるが、空気よりも平均分子量が大きい二酸化炭素等であることが好ましい。
空気の平均分子量よりも分子量が大きい不活性ガスを用いることで、鋳型3を開けて成形品を取り出す際にも、ストーク4内に入り込んだ不活性ガスが空気と置換され難く、金属溶湯1の清浄度が維持される。
The inert gas can be used as long as it does not oxidize the
By using an inert gas having a molecular weight larger than the average molecular weight of air, when the
<吸引鋳造方法>
次に本発明の鋳造方法について説明する。
本発明の鋳造方法は、充填工程と、凝固工程と、復圧工程とを有する。
まず、必要に応じて中子32を鋳型3内に設置して鋳型3を閉じて、充填工程に移行しキャビティ31に金属溶湯1を充填する。
<Suction casting method>
Next, the casting method of the present invention will be described.
The casting method of the present invention includes a filling step, a solidification step, and a decompression step.
First, if necessary, the
上記充填工程は、鋳型3内のキャビティ31の減圧及び/又は保持炉2内の加圧により、ストーク4を介して保持炉2からキャビティ31に金属溶湯1を充填する工程である。
The filling step is a step of filling the
キャビティ31の減圧と保持炉2内の加圧とは、それぞれ単独で行ってもよく、また同時に並行して行ってもよいが、保持炉2内を加圧して金属溶湯1を湯口まで上昇させた後にキャビティ31の減圧を開始し、保持炉2内の加圧とキャビティ31の減圧とを合わせてキャビティ31内に金属溶湯1を充填することが好ましい。
保持炉2内の加圧とキャビティ31の減圧とを合わせて行うことで、湯廻り性が向上し鋳造欠陥の発生が防止される。
The depressurization of the
By performing the pressurization in the holding
キャビティ31に金属溶湯が1充填されたら、保持炉加圧制御バルブ53及び/又は吸引制御バルブ73を閉じて凝固工程に移行し、キャビティ31及び又は保持炉2の圧力を維持したまま金属溶湯1を凝固させる。
When the
金属溶湯1が凝固したら、不活性ガス供給制御バルブ83を開いてキャビティ31に不活性ガスを供給し、キャビティ31及び/又は保持炉2の圧力を開放して、ストーク4内の金属溶湯1を保持炉2に戻す。
具体的には、キャビティ31及び/又はチャンバ6に接続された、吸引管75に設けられた吸引制御バルブ73により吸引系統を閉じ、不活性ガス供給管84の不活性ガス供給制御バルブ83により不活性ガス供給系統を開いてキャビティ31及び/又はチャンバ6に不活性ガスを供給する。
When the
Specifically, the suction system is closed by the
その後、保持炉圧開放制御バルブ52及び/又は大気導入制御バルブ74を開き、キャビティ31及び/又は保持炉2の圧力を開放して復圧する。不活性ガスの供給後に圧力を開放することで、ストーク4内に不活性ガス以外の空気等が漏出することを防止できる。
Thereafter, the holding furnace pressure
その後、鋳型3を開いて成形品を取り出し、次回の鋳造工程(次ショット)に移行する。
Thereafter, the
1 金属溶湯
2 保持炉
3 鋳型
31 キャビティ
32 中子
33 下端面
4 ストーク
5 保持炉圧制御装置
51 加圧手段
52 保持炉圧開放制御バルブ
53 保持炉加圧制御バルブ
6 チャンバ
7 吸引装置
71 減圧ポンプ
72 減圧タンク
73 吸引制御バルブ
74 大気導入制御バルブ
75 吸引管
8 金属溶湯清浄度維持装置
81 不活性ガスタンク
82 ブロア
83 不活性ガス供給制御バルブ
84 不活性ガス供給管
9 接続部
91 シール部材
92 密閉空間
93 接続面
100 加圧鋳造装置
DESCRIPTION OF
Claims (6)
鋳型と、
金属溶湯を保持する保持炉と、
上記鋳型に形成されたキャビティと保持炉内とを連通させ、下端が上記保持炉内の金属溶湯に浸漬されたストークと、
上記保持炉内の圧力を制御する保持炉圧制御装置及び/又は上記鋳型内に形成されたキャビティの圧力を制御する吸引装置と、を備え、
さらに、金属溶湯を充填し該金属溶湯が凝固した後、鋳型開け前に、不活性ガスを直接又は間接的にキャビティに供給する金属溶湯清浄度維持装置を備えることを特徴とする加圧鋳造装置。 A pressure casting apparatus that fills and molds a molten metal into a cavity formed in a mold,
A mold,
A holding furnace for holding molten metal;
Stoke in which the cavity formed in the mold communicates with the inside of the holding furnace, and the lower end is immersed in the molten metal in the holding furnace,
A holding furnace pressure control device for controlling the pressure in the holding furnace and / or a suction device for controlling the pressure of the cavity formed in the mold,
Further, a pressure casting apparatus comprising a molten metal cleanliness maintaining device for supplying an inert gas directly or indirectly to the cavity after filling the molten metal and solidifying the molten metal before opening the mold .
上記キャビティに充填した金属溶湯を凝固させる凝固工程と、
上記金属溶湯が凝固した後に、キャビティ及び/又は保持炉の圧力を開放して溶湯を保持炉に戻す復圧工程とを有し、
上記復圧工程が、キャビティに不活性ガスを供給した後、大気を導入して復圧するものであることを特徴とする加圧鋳造方法。 A filling step of decompressing the cavity in the mold and / or pressurizing the inside of the holding furnace to fill the cavity with the molten metal from the holding furnace;
A solidification step of solidifying the molten metal filled in the cavity;
After the metal melt has solidified, it has a pressure-reducing step of releasing the pressure of the cavity and / or holding furnace and returning the molten metal to the holding furnace,
The pressure casting method according to claim 1, wherein the return pressure step is a step of supplying the inert gas to the cavity and then returning the pressure by introducing the atmosphere .
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