JP6992085B2 - 非鉄合金のホットチャンバーダイカスト装置 - Google Patents

Description

本発明は、非鉄合金のホットチャンバーダイカストのための装置に関し、特に大きな構造部片の製造のための装置に関する。

溶融合金の射出ポンプが大気中にあるコールドチャンバーシステムと、射出ポンプが溶融合金中に浸漬されるホットチャンバーシステムとの両方において、溶融合金の温度よりも数百度低い温度である金属鋳型内への合金の射出のために、鋳物の凝固時間、およびそれゆえ金型の充填時間は、構造鋳物の厚さが減少するにつれてより短く、２０ミリ秒にまで短くなることさえあり、それゆえ高い充填速度および高い射出圧力が必要とされることが知られている。

ホットチャンバープロセスの速度および圧力は、コールドチャンバープロセスの速度および圧力よりもはるかに低く、これは、金型内の合金の経路がより短く、また鋳物供給システムが加熱されるためである。このためホットチャンバーダイカストプロセスには、類似のコールドチャンバープロセスに対して以下のような多くの利点がもたらされる。
－ 温度の閉鎖系（クローズドシステム）
－ 気泡、スラグ、酸化物、一次結晶化、潤滑剤からの多孔性、低温降下などの、鋳物中の無視できる量
－ 金型における熱衝撃の減少、したがって金型のより長い寿命
－ 鋳物の総質量と正味質量との間の比の低下
－ 合金に対するより低い圧力
－ 金型の閉鎖力の低下、したがって金型および関連する閉鎖グループのコストの低下
－ 生産性の向上、および廃棄の減少
－ エネルギーの削減

しかし、従来技術のホットチャンバー装置は、図１および図２に概略的に示す従来技術を参照して以下に説明するように、大きな構造部片のような部品に適したサイズの装置を管理するコストおよび困難さのために、大きな構造部片のダイカストには適していない。

図１（縮尺通りではない）には、既知のホットチャンバー装置の金型閉鎖グループ（すなわちプレス）１５および射出グループ１２が示されている。射出グループアクチュエータ８は、通常、油圧式であり、溶融合金のるつぼ１７の外部になければならず、垂直に近い運動をしなければならず、ポンプは、単一のシリンダを有する往復ポンプでなければならない（例えば欧州特許第０４００２７４号明細書、欧州特許第１０４４７４３号明細書、米国特許第４５６６５２２号明細書、米国特許第４５０５３１７号明細書を参照）。

金型の固定部分との接続は、ダクト１と、ポンプ本体２に形成されたいわゆる「グースネック（Ｓ字形管）」（サイホン構造）と、本体２に接続され且つ合金の凝固および接続の妨害を回避するために高温に加熱されたダクト１の延長部３とを介して行われる。延長部３は、水平姿勢に対してポンプに向かって必然的に傾けられなければならず、それにより凝固した鋳物に使用されない溶融合金のポンプに向かう下降流を可能にし、また後続の鋳物の品質を損なう酸化または半固体合金の停滞を助長しないようにしている。

合金の耐圧性は、２つの油圧ジャッキ１４によって、延長部３のノズル４に対して金型の２つの部分１０、１１を十分な力で押圧することによって得られ、２つの油圧ジャッキ１４は、延長部３に対して対称的に配置され、且つプレス１５のヘッドと射出グループ１２との間に固定され、射出グループ１２は、地面に固定された装置のベース１３と一体化され、それにより地面に対して摺動可能なプレス１５を引っ張る。

製造プロセス中、いわゆる「キャロット（ニンジン）」５を介して延長部３のノズル４に接続された鋳物６の凝固がキャロット５を越えて延長部３に向かって続き、鋳物６がポンプサブグループから分離するのが妨げられることが時々起こる。金型１０／１１の閉鎖－開放を担当する部分、すなわちプレス１５は、延長部３と同じ傾斜で水平方向に傾斜しており、したがって、プレス１５（および閉鎖された金型）を射出グループ１２から強制的に取り外すことを可能にし、その結果、適切に成形されたノズル４からのキャロット５の取り外し７がもたらされる。この状況は、取り外し７の最大行路を表す図２に示されており、ノズル４および延長部３のメンテナンス作業のためのノズル４へのアクセスがもたらされる（ノズルは、延長部上に堅固にクランプされ、または延長部内に形成されなければならない）。

取り外し７は、金型を延長部３に密着するために使用される同じ対の油圧ジャッキ１４の作動によって可能にされ、こらは、傾斜ガイド９、閉鎖グループ１５および金型１０／１１に沿って、ベース１３と一体化された射出グループ１２から離れるように移動する複動ジャッキであり、摺動部分の質量は、数十ｋｇから数百ｋｇまで変化する。

摩耗しやすい部品であるインジェクタピストン１６は、数千個の鋳物毎に交換しなければならず、前記要素が操作者によって取り扱い可能であり、重量が持続可能である限り、操作は可能であるが、予熱しなければならないので、操作は危険になることがある。

より古い従来技術では、水平閉鎖および垂直射出を有する小型機械の構成もあり、ここでは延長部は傾斜しており、接触およびシールの一方または両方の球形端部を有する。しかし、そのような構造は、閉塞した場合、延長部の複雑な分解を、またはオキシアセチレン火炎などによるまたはその過熱を必要とし、これは球状接続部の不安定なシールを考慮せず、延長部の整合性のために構造的に危険である（例えば米国特許第６４８１４８９号明細書参照）。

図１および図２に示す構造は、摺動部、プレスおよびモールドの質量が数万ｋｇに達し、ステムおよびインジェクタピストンの質量が１００ｋｇを十分に超えて高温に予熱されるので、現在の装置と比較してより大きな装置の発展にとって重大な障害である。

射出ポンプ上の金型を閉じるための摺動および傾斜結合は、結合の容積と質量との間の比が、現在使用されているホットチャンバーシステムにおけるもののように合理的である限り、小型または中小型機械に対して正当化される。このシステムは、大きな構造部片を受け入れるために過度に高価に、また困難になり、大きな構造部片では、表面と厚さとの間の比がますます大きくなり、したがって金型の質量の体積の比すなわち閉鎖プレスの体積の比が射出グループと比較してますます大きくなる。

大きな構造部片のためのホットチャンバープロセスの開発もまた、インジェクタピストン１６の頻繁な交換の必要性によって妨げられており、インジェクタピストン１６のシールは、取扱いが重く高温であるために、この要素を取り扱うことが困難であるため、数千サイクルの寿命を有する。加えて、ノズル、加熱バンド等のような他の寿命が限られた器官を含む溶融合金ポンプサブグループを維持することには困難がある。

欧州特許第０４００２７４号明細書 欧州特許第１０４４７４３号明細書 米国特許第４５６６５２２号明細書 米国特許第４５０５３１７号明細書 米国特許第６４８１４８９号明細書

したがって本発明の目的は、ホットチャンバープロセスの前述の欠点および現在の寸法限界を克服し、それを大型構造鋳物に拡張するホットチャンバーダイカスト装置を提供することである。この目的は、固定プレスと射出グループとを有する装置であって、射出グループは、定置部分と、延長部に平行な傾斜ガイド上および水平レール上で移動可能な部分とに分割され、そのような動きを互いに両立する装置によって達成される。他の有利な構成（ｆｅａｔｕｒｅ）は従属請求項に記載される。

本発明の装置の第１の重要な利点は、ホットチャンバープロセスによって大きな構造部片も実現することが明確に可能であることにあり、したがってコールドチャンバープロセスに関して前述したすべての利点が得られる。

第２の重要な利点は、インジェクタピストンを自動または半自動装置に交換することができる可能性、およびるつぼの洗浄および／または溶融合金ポンプサブグループの保守または交換の間でさえ安全に動作することができる可能性のおかげで、保守段階の管理も簡略化されるという事実に由来する。

提案された構成のさらに別の利点は、既存の装置のコールドチャンバー噴射グループを新しいホットチャンバー噴射グループと容易に交換できる可能性にあり、すべての中型および大型の装置において、噴射グループが装置の残りの部分から分離され、したがって数作業日で古いグループを切り離して新しいグループを接続することが容易である。

さらに、提案された構成は、２つ以上の射出グループを、水平または垂直に、同じ金型閉鎖システムに関連付けることを可能にすることを可能にし、前記実施形態では、同じキャビティ内に異なる合金さえも射出することを可能にする。

本発明によるダイカスト装置のこれらおよび他の利点および特徴は、添付の図面を参照して以下の２つの実施形態の詳細な説明から当業者には明らかであろう。

（満たされたキャビティを有する）閉じた金型の位置における従来技術の装置の縦断面概略図である。 キャロットの分離位置における従来技術の装置の縦断面概略図である。 （満たされたキャビティを有する）閉じた金型の位置における、本発明によるホットチャンバーダイカスト装置の第１の実施形態の縦断面概略図である。 キャロットの分離位置における、本発明によるホットチャンバーダイカスト装置の第１の実施形態の縦断面概略図である。 前記装置の断面概略図である。 インジェクタピストンを交換するための位置にある前記装置の縦断面部分概略図である。 るつぼの洗浄および／または溶融合金ポンプサブグループの保守／交換のための位置における前記装置の縦断面部分概略図である。 金型の垂直閉鎖および２つの射出グループを有する、装置の第２の実施形態の縦断面概略図である。

図３～図５を参照すると、本発明の好ましい実施形態によるホットチャンバーダイカスト装置は、２つの半金型１１０および１１１の閉鎖グループ１１５を担持するベース１３０を有し、２つの半金型１１０および１１１は、金型のキャビティ１０６を取り囲み、閉鎖グループ１１５は水平姿勢であり、一般的なコールドチャンバー装置のように案内することが分かる。延長部１０３の軸線がその代わりに、現在のホットチャンバー装置と同様に水平に対して傾斜しており、溶融合金ポンプおよびそのアクチュエータ１０８の軸線は垂直である。

ポンプの本体１０２は、それが浸漬されるポット１２４の構造によって、既知のタイプの支持体１２２により拘束され且つ弾性的に支持され、また注入フェーズにおいて、注入ピストン１１６のアクチュエータ１０８に同心に接続される。必要であれば、本体１０２は、アクチュエータ１０８を担持するクロスバー１１３と一体である上部水平ガイド１１８上で自由にスライドすることができ、アクチュエータ１０８の軸線に対して対称である２つのブラケット１１９によってクロスバー１１３に吊り下げられる。注入の間、ブラケット１１９は、ポンプとそのアクチュエータとの間に力の閉ループを生成するように働く。

射出グループ１１２は、射出グループ１１２の側面に位置するベース１３０の部分の頂部に配置された（好ましくは転動タイプの）２つの傾斜ガイド１０９上で自由に摺動する。ガイド１０９は、延長部１０３の傾斜軸線および密接ジャッキ１１４の軸線に平行であり、また好ましくはノズル１０４の軸線とキャロット１０５の軸線との間の交点および延長部１０３に対するモーメントを伝達しないように、延長部１０３の前記軸線およびジャッキの軸線と同一平面（図５の軌跡ｂ－ｂを有する平面）上にさえある。

ガイド１０９上の移動は、図示されていない調節可能且つ弾性的な機械的ストッパによって、キャロット１０５の分解時の最大伸張分に制限することができる。ガイド１０９に沿った移動がノズル１０４の金型１１０／１１１への密着を保証しなければならないという事実にもかかわらず、前述の弾性ストッパは、前記移動の仮想中心を確立するように働いてもよく、これはいずれにしても、ジャッキ１１４に接続された位置トランスデューサなど、当技術分野で知られている方法のいずれかによって決定することができる。

製造サイクルの操作は、中小鋳物のための最新の技術と、すなわち金型の閉鎖、鋳物の射出および圧縮、鋳物の凝固、鋳物の冷却およびインジェクタピストンの戻り、インジェクタシリンダの開放および充填、鋳物の抽出、金型の洗浄および潤滑および冷却、金型の閉鎖などと同様である。

従来技術は各サイクルでのキャロット分離に備えていたが、現在の製造技術は、温度制御の進歩のおかげで、金型への延長部の密着が、金型の開放中に低減されたままであること、および鋳物の凝固がノズルに伝播する場合にのみそれが中断されることを必要とする。この不測の事態は、温度制御の異常の場合には避けることができず、この場合、延長部と金型との間の接合部は製造サイクルの継続を妨げ、したがって装置は、いずれにしてもキャロット分離に備えなければならない。

図４は分離を実行する際の装置を表し、これは、ポンプ本体１０２をプレス１１５から離れるように移動させ、注入グループ１１２を傾斜ガイド１０９に沿って摺動させ、したがってポット１２４を水平レール１２０に沿って引っ張ることによって十分な力およびストロークで介在する密接ジャッキ１１４のおかげであり、そのような運動は、弾性的な支持体１２２のおかげで互換性がある。ジャッキ、ポンプ本体、延長部、ノズルおよびキャロットは、力の閉ループを形成する。

このようにして、プレス１１５と金型１１０／１１１からなる装置の最も重い部分は静止したままであり、一方、容易に摺動可能で、はるかに軽く、かさばる射出グループ１１２のみが移動される。

さらに、注入グループ１１２は、ガイド１１８を備えたクロスバー１１３に取り付けられたアクチュエータ１０８を有する上部と、注入ピストン１１６を収容し且つポット１２４に収容されるポンプ本体１０２を有する底部とに分割される。

図６は、インジェクタピストン１１６を交換するための位置にある装置を示しており、この位置には、ジャッキ１１４の作用のおかげであるが、通常の動作ステップの間のピストン１１６とアクチュエータ１０８との間の同心性およびキャロットの生じ得る分離を保証するように働くボルト１２３（図５）を開いて侵入運動に同意を与えた後にのみ到達する。ボルト１２３が開き、アクチュエータ１０８と連結されると、ジャッキ１１４はポンプ本体１０２を押し、ポンプ本体１０２はブラケット１１９によってガイド１１８上で摺動し、それと共にポット１２４を引っ張り、したがってピストン１１６をアクチュエータ１０８に対して軸線から動かす。

図４に示すキャロット取り外しフェーズで起こることとは異なり、この場合、アクチュエータ１０８がピストン１１６から係合解除され、したがってポンプ本体１０２上のジャッキ１１４の作用が、支持体１２２およびそのカバー１１７を介してポット１２４にのみ伝達されるので、注入グループ１１２の上部は静止したままである。ポンプは、弾性的支持システム１２２を介してポット１２４のカバー１１７によって主に支持され、それにより、システムがレール１２０上に乗っているが、ポンプの位置を決定するようにガイド１１８によって方向付けられると仮定すると、ガイド１１８に沿った摺動は、これらのガイドが実質的に無負荷であるので、滑らかであることに留意されたい。これにより、自動または半自動ローダ、好ましくは直交座標（Ｃａｒｔｅｓｉａｎ）且つ専用の（図示せず）ローダによって、インジェクタピストン１１６を完全な安全性で迅速に交換することが可能になる。

同様に、図７は、ポット１２４の清掃および／または、重量が数千ｋｇでさえある溶融合金ポンプサブグループの安全な保守または交換のための位置にある装置を示しており、この操作は、ポット１２４のケーシングへのポンプサブグループの弾性サスペンション１２２によって容易且つ安全に行われる。この場合にも、アクチュエータ１０８がピストン１１６から係合解除されるので、注入グループ１１２の上部は静止したままであり、しかし、ポット１２４は図示されない任意の従来技術のシステムによって移動される。これはなぜなら、必要な変位はジャッキ１１４のストロークよりも大きいからであり、それらの２つの端部（例えば図７のポンプ端部）の１つでジャッキは係合解除され、それによりポンプサブグループが、ガイド１１８から係合解除されたブラケット１１９とともにレール１２０に沿って戻ることができる。

図８は、２つの同一または異なる合金を金型内に同時にまたは連続して射出することができる２つの射出グループを備えた、金型の垂直閉鎖部を有する装置を表す。これにより、２つ以上の可能性がある専用の注入基を介して、バイメタルまたはポリメタリックでさえも、現在の技術では想像できない寸法の鋳物を製造することが可能になる。

上述し、図示した本発明による装置の実施形態は、多くの変形が可能な例に過ぎないことは明らかである。特に、要素は、それらを他の技術的に同等のもので置き換えることが当業者の通常の能力の範囲内であるので、概略的な方法で説明されており、例えば複動油圧ジャッキ１１４は、ノズル１０４への金型１１０／１１１の密接、キャロット１０５の分離１０７、およびその置き換えのためのピストン１１６の後退という同じ機能を実行することができる同様のアクチュエータによって置き換えることができる。

Claims (7)

1. 非鉄合金のホットチャンバーダイカストのための装置であって、
   ａ） ２つの半金型（１１０、１１１）から構成される金型と、
   ｂ） 前記金型（１１０、１１１）を開閉するためのプレス（１１５）と、
   ｃ） 前記プレス（１１５）を担持するベース（１３０）と、
   ｄ） 射出グループ（１１２）であって、
   ｉ） ポット（１２４）に含まれる溶融合金に部分的にまたは完全に浸漬されるポンプ本体（１０２）、
   ｉｉ） 前記ポンプ本体（１０２）内で摺動するインジェクタピストン（１１６）、
   ｉｉｉ） 前記ポット（１２４）の上のクロスバー（１１３）に取り付けられ且つ前記インジェクタピストン（１１６）に可逆的に接続されるアクチュエータ（１０８）であって、前記インジェクタピストン（１１６）を往復運動するように駆動するアクチュエータ（１０８）、
   ｉｖ） ポンプ本体（１０２）内に形成されたグースネック、および
   ｖ） 前記グースネックの外端に配置され、且つ金型（１１０、１１１）への接続のためのノズル（１０４）を備えた加熱延長部（１０３）であって、前記ノズル（１０４）は前記延長部（１０３）の反対側の端部よりも高い位置に配置され、それにより前記延長部（１０３）は前記グースネックに向かって傾斜を有している、延長部（１０３）
   を有する射出グループ（１１２）と、
   ｅ） 前記延長部（１０３）に対して対称に配置された少なくとも２つの複動油圧ジャッキ（１１４）であって、前記射出グループ（１１２）の前記ポンプ本体（１０２）と、前記射出グループ（１１２）に最も近い前記プレス（１１５）の部分との間に前記延長部（１０３）の前記傾斜と同じ傾斜で取り付けられる油圧ジャッキ（１１４）と
   からなる装置において、
   前記プレス（１１５）が固定され、また前記射出グループ（１１２）が、前記ベース（１３０）上に配置された傾斜ガイド（１０９）に沿って移動可能であり、前記傾斜ガイド（１０９）が、前記延長部（１０３）および前記油圧ジャッキ（１１４）の長手方向軸線と平行であり、且つ同一平面上にあること、および
   前記射出グループ（１１２）が、前記アクチュエータ（１０８）および前記クロスバー（１１３）を含む上部と、前記ポンプ本体（１０２）、前記インジェクタピストン（１１６）および前記ポット（１２４）を含む下部とに分割され、前記ポット（１２４）は水平レール（１２０）上に取り付けられること
   を特徴とする装置。
2. 前記ポンプ本体（１０２）は、弾性支持体（１２２）を介して前記ポット（１２４）に拘束されており、またそれは、前記クロスバー（１１３）と一体の上部水平ガイド（１１８）にブラケット（１１９）を介して吊り下げられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 通常の動作フェーズの間の前記インジェクタピストン（１１６）と前記アクチュエータ（１０８）との間の同心性を保証するボルト（１２３）であって、開放された時に、前記ブラケット（１１９）が前記上部水平ガイド（１１８）に沿って摺動することを可能にするボルト（１２３）をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記ブラケット（１１９）が前記上部水平ガイド（１１８）に沿って摺動されて、前記インジェクタピストン（１１６）が前記アクチュエータ（１０８）から軸線外に係合解除されたときに前記インジェクタピストン（１１６）の迅速な交換をするための自動または半自動の直交座標型ローダをさらに有することを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
5. 前記インジェクタピストン（１１６）が前記アクチュエータ（１０８）から係合解除され、また前記油圧ジャッキ（１１４）がその一端で係合解除されたとき、前記ポット（１２４）が前記射出グループ（１１２）の上部から係合解除されるまで、前記ポット（１２４）を前記水平レール（１２０）に沿って移動させるデバイスをさらに有することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の装置。
6. 同じ金型に接続された２以上の射出グループを有し、それにより同じまたは異なる合金を同時にまたは連続して金型内に射出することを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載の装置。
7. 前記プレス（１１５）は、水平軸線または垂直軸線を備えるように配置されることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の装置。

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