JP6587139B2 - 射出プランジャー機構のかじり度合評価方法 - Google Patents

Description

本発明はダイカストマシンに係り、ダイカストマシンにおける射出プランジャー機構のかじり度合検出方法に関する。

ダイカストマシンでは、固定金型と可動金型で構成される金型のキャビティに高温の溶湯を高圧で充填して製品を成形する。この製品を成形するに際し、まず溶湯を給湯機によって射出スリーブに充填し、該射出スリーブ内に摺動自在に設けたプランジャーチップをシリンダにより低速及び高速で前進させることにより、溶湯をキャビティに射出する。

ところで、該射出装置を長時間にわたり運転し、溶湯の射出を繰り返すと、プランジャーチップに摩耗が生じ、また、射出スリーブ内に固化した金属粒が存在することが生じ、安定した所定の射出速度が達成できなくなり、射出速度が波打つ様に変化する等のいわゆるかじりが発生する。

この様なかじりは、溶湯温度の低下を生じさせ、又、溶湯へ空気を巻き込むことがあり、キャビティへの湯まわりの悪化や製品における巣の発生等の欠陥を生じさせさせたり、プランジャーチップや射出スリーブの寿命を短くしたりすることになる。

従って、この様な欠陥を生じさせるプランジャー機構のかじりを早期に発見し、射出スリーブとプランジャーチップの保守を行うことは製品の高品質を維持する為、又、ダイカストマシンの破損防止や安全維持の為には重要であり、従来から種々の方法によるかじり検出方法が採用されている。

特開平２―３０３６６７号公報

プランジャーチップとスリーブの間に摺動抵抗が発生しても、実際の射出速度を、設定した射出速度に近づける速度補正制御（リアルタイムフィードバック制御、次サイクルフィードバック制御などが）が働く場合、速度変動が表化されず、かじり検出ができない。速度補正制御ゲイン内のかじり現象を見落としてしまう。

上記のような速度補正制御の制御ゲインを超えた場合や、速度補正制御が無い場合においても、射出速度波形に起伏や傾きが無い場合は、かじりを検出できない。つまり、検出区間において、実際の射出速度が、設定速度より、一様に低い場合などは、かじりが検出されず発見が遅れてしまう。

射出プランジャーの移動範囲内に評価区間を設定し、さらに該評価区間をＮ分割し、各分割区間にかかる鋳造圧力の平均値をＰｍ値とし（ｍ＝１、２、・・・Ｎ）、該評価区Ｘ〜ＹのＰｍ値の積算値Ｐｓｕｍ値を評価区間の長さＹ−Ｘで除した値をＰａｖ、評価区間Ｘ〜Ｙの鋳造圧力Ｐｍ値の最大値とその発生ストローク値を、Ｐｍａｘ値とＳｔ値としたとき、
Ｐａｖ値とＰｍａｘ値のそれぞれに、あらかじめ決めた数値との隔たりに対する基準値を設け、Ｐａｖ値とＰｍａｘ値をそれぞれの隔たりと比較し、Ｐａｖ値とＰｍａｘ値のそれぞれに点数を付けるようにした。

Ｐａｖ値と隔たりとを比較して付けた点数でかじり度合を評価するようにした。

Ｐｍａｘ値と隔たりとを比較して付けた点数でかじり度合を評価するようにした。

Ｐａｖ値と隔たりとを比較して付けた点数と、Ｐｍａｘ値と隔たりとを比較して付けた点数とを和した点数でかじり度合を評価するようにした。

Ｐｍａｘ値と、Ｓｔ値の関係とからかじり発生位置を評価するようにした。

通常、スリーブの熱変形やスリーブ内のアルミ付着などによるかじり現象が発生すると、異音が発生したり、摺動抵抗が発生する。
この摺動抵抗はプランジャーチップやスリーブの摩耗を促進し、鋳込部品の寿命が低下する。消耗品コスト増加、交換時間増加により、製造コストが増加する。
摩耗が進行すると充填完了位置近傍で、プランジャーチップとスリーブの隙間にバリ（カエリバリ）が発生し、突出や射出後退の動作が出来ずチョコ停が増加する。酷い場合は、バックフラッシュが発生し、火災等に繋がるリスクがある。
プランジャーチップとスリーブの隙間が増加し、アルミが差し込み、所望の射出速度が得られず不良が発生する。
よって少しでも早く、かじりを検知し、対策する必要がある。本方法によるプランジャーチップかじり度合検出方法により、以下の効果が得られる。

プランジャーチップとスリーブ間に摺動抵抗は鋳造圧力として現れる。異音発生がなかったり、射出速度に変化が見られない場合でも、鋳造圧力が発生する場合があり、このような、軽微なかじりから検出可能であり、早期対策が可能である。当然、重篤なかじりも検出可能である。

設定した射出速度に近づける速度補正制御（リアルタイムフィードバック制御、次サイクルフィードバック制御など）が働く場合にも、速度補正制御ゲイン内のかじり現象を正確に把握できる。

速度補正制御ゲインを超えた場合や、速度補正制御が無い場合において、摺動抵抗により、射出速度が一様に低くなった場合でも、かじり現象を把握できる。

段階評価によるかじり度合と、良品率の相関を取っておけば、不良品増加前に、鋳込部品を交換でき安定操業が継続可能となる。鋳込部品の適正交換時期が判断しやすい。

段階評価することで、射出波形が読めない方、技術的背景に疎い方でも、プランジャーチップかじりの現在状態を直感的に理解できる。

大型ダイカストのように長いスリーブ内のかじり現象でも、かじりの酷い位置が分かるので、メンテする際に便利である。

本発明のダイカストマシンの射出部分と金型を示す図である。 射出したときの射出速度と鋳造圧力の図である。 射出した時の波形に評価区間を加えて、Ｐｍ値とＰｍａｘ値を記入したもの である。 鋳造圧力の刻み値よりＰｍ値の求め方を示した図である。 かじり度合評価システムのフローチャートである。 算出された各値と隔たり、評価点数をまとめた表である。 ショット毎のＰｍａｘ値とそのときのストロークＳｔ値である。 ショット毎の１０段階評価点数の推移である。

一般にダイカストマシンでは図１に示すように固定金型２と可動金型３とで構成される金型１のキャビティ８へ溶湯を充填して製品を成形するに際し、まず溶湯を射出スリーブ４内に供給し、該射出スリーブ４内に摺動自在に設けたプランジャーチップ５をシリンダ７により低速及び高速で前進することにより溶湯をキャビティ８に射出している。

ところで、該射出装置を長時間にわたり運転し、溶湯の射出を繰り返すと、プランジャーチップ５に摩耗が生じ、又、射出スリーブ内４に固化した金属粒が存在することが生じ、安定した所定の射出速度が達成できなくなり、射出速度が波打つ様に変化する等のいわゆるかじりが発生する。

本発明の詳細を図を用いて以下に説明する。
本発明はプランジャーチップ５にかかる鋳造圧力の値を詳細に検出して、鋳造圧力の値からかじり大きさと位置を検出するものである。
評価区間を一例として２０ｍｍ〜５３５ｍｍとした。また評価区間のＮ等分の幅を１ｍｍとした。
各分割区間にかかる鋳造圧力の平均値をＰｍ値とした。（ｍ＝１、２、・・・Ｎ）

図２に射出プランジャー６で射出した時の、射出速度と鋳造圧力の射出波形を示す。横軸にプランジャーチップ５のストロークをとって、縦軸に射出速度と鋳造圧力を示している。射出速度は低速の区間と高速の区間に分けられ、この図であればストロークが５３５ｍｍまでは低速で、ストロークが５３５ｍｍ以上では高速になっている。
一方、鋳造圧力は、その値は変動しながら、プランジャーチップ５が先に進んでいる。

図３は図２の射出波形に評価区間２０〜５３５ｍｍを記入したものである。この図の中でＰｍ値は鋳造圧力の波形を示し、Ｐｍａｘ値は評価区間のなかのＰｍ値の最大値を示している。

本発明は、まずプランジャーチップ５の移動範囲内に評価区間（Ｘ〜Ｙ）を設定する。次にプランジャーチップ５が移動する時の鋳造圧力を、評価区間でＮ等分する。Ｎ等分したきざみ幅が例えば１ｍｍであれば、幅１ｍｍ区切りで鋳造圧力を計測する。
射出ストローク１ｍｍごとの鋳造圧力平均値をダイカストマシンのＰＣ内で演算しＰｍ値（ＭＰａ）とする。

ここで、評価区間と鋳造圧力の値について模擬的に説明する。評価区間をＸからＹとした時、鋳造圧力のきざみを例として１ｍｍとするとＰｍの値はその１ｍｍ幅の値の平均値をとることにする。

前項の圧力Ｐｍの定義をもとに、鋳造圧力と射出速度の波形を書き直したものを図４に示す。

かじりを評価、管理したい低速区間の射出ストローク範囲を設定する。評価区間Ｘ〜Ｙ（ｍｍ）（Ｙ＞Ｘ）は図４では２０〜５３５ｍｍとなっている。
高速区間も評価可能であるが、高速区間の鋳造圧力値はゲート抵抗や射出速度設定値に依存し変化する。

図５に従って本発明のフローチャートを説明する。前にも述べたようにＰｍ値は評価区間Ｘ〜Ｙの１ｍｍ刻みの分割区間の平均圧力値である。

評価区間Ｘ〜Ｙ（ｍｍ）のＰｍ値（ＭＰａ）を積算してＰｓｕｍ値（ＭＰａ）とする。
評価区間距離Ｙ−Ｘ（ｍｍ）で除して一般化して、Ｐｓｕｍ／（Ｙ−Ｘ）＝Ｐａｖ値（ＭＰａ／ｍｍ）とする。これにより、鋳造圧力と射出ストロークの面積を一般化することができる。これにより、低い鋳造圧力でも、幅が広いとかじり度合が悪いと判定する。

評価区間Ｘ〜Ｙ（ｍｍ）の鋳造圧力またはＰｍ値の最大値とその発生ストローク値を抽出する。Ｐｍａｘ値（ＭＰａ）とＳｔ値（ｍｍ）である。
これは、鋳造圧力のピークの大きさに着目して評価するものである。すなわち幅が狭くても、高い鋳造圧力ピークは悪いと判定する。

Ｐａｖ値（ＭＰａ／ｍｍ）にａ個の隔たりＡａを設け、ａ回の評価を実施し、点数を付ける。
隔たりＡａは変更できるようにしてもよいし、固定値でもよい。
例えば、隔たりＡ１、Ａ２、・・・・Ａａの場合Ｐａｖ値≧Ａ１なら１点、Ｐａｖ値≧Ａ２なら１点追加・・・Ｐａｖ値≧Ａａなら１点追加し、最大ａ点となるようにする。

Ｐｍａｘ値（ＭＰａ）にｂ個の隔たりＢｂを設け、ｂ回の評価を実施する。前記Ｐａｖ値のように点数付ける。
例えば隔たりＢ１、Ｂ２、・・・・Ｂｂの場合Ｐｍａｘ値≧Ｂ１なら１点、Ｐｍａｘ値≧Ｂ２なら１点追加・・・Ｐｍａｘ値≧Ｂｂなら１点追加し、最大ｂ点となるようにする。
隔たりＢｂは変更できるようにし、固定しておいてもよい。

射出波形のかじり度合を、Ｐａｖ値とＰｍａｘ値の点数を合計したｎ＝ａ＋ｂで評価する。点数が多いほど、かじり度合が悪いと判定する。評価の仕方には、かじりの評価を、ａ評価（鋳造圧力の平均値）、ｂ評価（鋳造圧力の最大値）、ｎ評価（鋳造圧力の平均値と最大値の積算）から、選択してもよい。

さらに、鋳造圧力の最大値であるＰｍａｘ値（ＭＰａ）とプランジャーチップのストロークＳｔ値（ｍｍ）にて、かじりの酷いスリーブ位置が判断可能となる。

Ｐａｖ値、Ｐｍａｘ値、評価区間、Ｓｔ値、かじりの評価結果（点数）などの結果を表示する。
結果表示方法は、数値表示、グラフ表示などで行う。

かじり度合点数への隔たりである、ｍ（点）、発生回数（連続ｏｒ不連続）であるｓ（回）などを設定し、条件成立時に、サイクル停止／警報／警告などの動作を選択し、実施可能にする。
動作選択のサイクル停止、警報、警告は例えばかじりの度合を示す点数が７点以上のことが３ショット連続で発生したら動作選択の動作を行うというやり方になっている。

図６に実際の鋳造で得られたＰｓｕｍ値、Ｐａｖ値、Ｐｍａｘ値、Ｓｔ値のそれぞれの値と隔たりとの比較により得られたかじり度合の点数である。
このデータでは、隔たりがＰａｖ値、Ｐｍａｘ値ともに５個で比較している例である。
これから、わかるようにＰａｖ値（ａ評価）、Ｐｍａｘ（ｂ評価）値の点数はともに０〜５までの点数で評価されている。またＰａｖ値とＰｍａｘ値を和したかじり度合の点数（ｎ評価）の点数とＳｔ値がショット毎に表示されている。
これによると、かじり度合の点数（ｎ評価）が１０点の場合最もかじりの可能性が大きいことを示している。
本表では点数の１０の多い場所、すなわちストロークＳｔ値が４５０ｍｍから５３５ｍｍにかじりの度合が大きいことが判断できる。

図７にＰｍａｘ値の値とストロークＳｔ値をショット毎に示したものである。これによると、Ｐｍａｘ値が高い場合のストロークＳｔ値が４５０ｍｍから５３５ｍｍの間に存在することが分かる。すなわち、かじりの度合が大きいのは、ストロークＳｔ値が４５０ｍｍから５３５ｍｍの間であることが類推できる。
このようにＰｍａｘ値の値とストロークＳｔ値をショット毎に示したもののグラフからかじりの度合が判断できる。

図８にショット毎のかじり度合の点数を表示したグラフを示す。このグラフによりかじり度合の点数の平均値、ショット毎のかじり度合の点数の傾向（例えばかじり度合がショット毎に増加しているのか、または減少しているのか、あるいはショット全般に大きい点数が出ているのか、またはショットの局部的に大きな点数が出ているのか等）が視覚的に分かるようになっている。

本発明は、以上の構成であるから以下の効果が得られる。
プランジャーチップとスリーブ間に摺動抵抗は鋳造圧力として現れる。異音発生がなかったり、射出速度に変化が見られない場合でも、鋳造圧力が発生する場合があり、このような、軽微なかじりから検出可能であり、早期対策が可能である。当然、重篤なかじりも検出可能である。

設定した射出速度に近づける速度補正制御（リアルタイムフィードバック制御、次サイクルフィードバック制御など）が働く場合にも、速度補正制御ゲイン内のかじり現象を正確に把握できる。

速度補正制御ゲインを超えた場合や、速度補正制御が無い場合において、摺動抵抗により、射出速度が一様に低くなった場合でも、かじり現象を把握できる。

段階評価によるかじり度合と、良品率の相関を取っておけば、不良品増加前に、鋳込部品を交換でき安定操業が継続可能となる。鋳込部品の適正交換時期が判断しやすい。

段階評価することで、射出波形が読めない方、技術的背景に疎い方でも、プランジャーチップかじりの現在状態を直感的に理解できる。

大型ダイカストのように長いスリーブ内のかじり現象でも、かじりの酷い位置が分かるので、メンテする際に便利である。

１ 金型
２ 固定型
３ 可動型
４ 射出スリーブ
５ プランジャーチップ
６ プランジャー
８ キャビティ

Claims (5)

1. 射出プランジャーの移動範囲内に評価区間を設定し、さらに該評価区間をＮ分割し、各分割区間にかかる鋳造圧力の平均値をＰｍ値とし（ｍ＝１、２、・・・Ｎ）、該評価区Ｘ〜ＹのＰｍ値の積算値Ｐｓｕｍ値を評価区間の長さＹ−Ｘで除した値をＰａｖ値、評価区間Ｘ〜Ｙの鋳造圧力Ｐｍ値の最大値とその発生ストローク値を、Ｐｍａｘ値とＳｔ値としたとき、
   Ｐａｖ値とＰｍａｘ値のそれぞれに、あらかじめ決めた数値との隔たりに対する基準値を設け、Ｐａｖ値とＰｍａｘ値をそれぞれの隔たりと比較し、Ｐａｖ値とＰｍａｘ値のそれぞれに点数を付け、付けた点数でかじり度合を評価することを特徴とする射出プランジャー機構のかじり度合評価方法。
2. Ｐａｖ値と隔たりとを比較して付けた点数が多いほど、かじり度合が大きいと判定することでかじり度合を評価することを特徴とする請求項１に記載の射出プランジャー機構のかじり度合評価方法。
3. Ｐｍａｘ値と隔たりとを比較して付けた点数が多いほど、かじり度合が大きいと判定することでかじり度合を評価することを特徴とする請求項１に記載の射出プランジャー機構のかじり度合評価方法。
4. Ｐａｖ値と隔たりとを比較して付けた点数と、Ｐｍａｘ値と隔たりとを比較して付けた点数とを和した点数が多いほど、かじり度合が大きいと判定することでかじり度合を評価することを特徴とする請求項１に記載の射出プランジャー機構のかじり度合評価方法。
5. Ｐｍａｘ値と、Ｓｔ値の関係とからかじり発生位置を評価することを特徴とする請求項１に記載の射出プランジャー機構のかじり度合評価方法。

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