JP7180498B2 - ダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法 - Google Patents

Description

本発明は、ダイカストマシンの射出装置を構成する部品、例えばプランジャー機構の寿命予測方法に関する。

図７はダイカストマシンの射出装置の説明図である。一般的なダイカストマシンは、固定金型２と可動金型３で構成される金型１のキャビティ８に射出装置を用いて高温の溶湯を高圧で充填して製品を成形している。この製品を成形する際、まず溶湯を給湯機によって射出スリーブ４に充填し、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を射出プランジャー６を介して射出シリンダ７によって低速又は高速で前進させることにより溶湯をキャビティ８内に射出する。
一般に射出装置は、長期間に亘って運転、例えば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、また、射出スリーブ４内に固化した金属粒が付着することで安定した所定の射出速度が達成できなくなり、射出速度が波打つように変化するなどいわゆるかじりが発生する。

このようなかじりは、異音が発生したり、摺動抵抗が発生したりする。このうち摺動抵抗は、プランジャーチップ５や射出スリーブ４の摩耗を促進し、鋳造部品の寿命が低下する。そうすると消耗品コスト及び交換時間が増加して、結果的に製造コストが増加する。
また摩耗が進行すると充填完了位置の近傍で、プランジャーチップ５と射出スリーブ４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できず、短時間の停止が繰り返し発生する。極端な場合にはバックフラッシュが発生し、火災等に繋がるおそれがある。
さらにプランジャーチップ５と射出スリーブ４の隙間が増加すると、アルミが差し込み、所望の射出速度が得られず製品不良が発生する。
また、溶湯温度の低下を生じさせて溶湯へ空気を巻き込むことがある。そうすると、キャビティ８内への湯まわりの悪化や製品における巣の発生などの欠陥を生じさせたり、プランジャーチップ５や射出スリーブ４の寿命を短くしたりするおそれがあった。

一般に、ダイカストマシンの射出装置を構成する部品、例えばプランジャー機構に用いる鋳込み部品は、熱変形やアルミの固着、潤滑剤の付着状況等によって経年劣化する。各部品はかじりの程度によって摩耗の進展速度に差異が生じている。図８は従来のショット数とかじり度合い関係を示すグラフであり、縦軸にかじり度合い（点数）、横軸にショット数を示している。同図（１）に示すようにかじり度合いが悪いほど、チップＡのように少ないショット数でバックフラッシュ等の生産阻害要因が生じて、早期の交換が必要となる。交換したチップＢはかじり度合いがＡほど悪くない場合、ショット数もＡより多くなっている。
バックフラッシュ等の生産阻害要因が発生すると稼働停止してチップを交換するなど生産ロスが大きいため、同図（２）に示すように過去の経験に基づいてあらかじめ定めた交換のタイミング（ショット数量など）に達した時点でチップＡからチップＢへ、チップＢからチップＣに交換している。この場合、現時点のかじり度合いによらず一律のタイミングで交換するため、実際にはまだ十分に使用できる部品（同図中のＢの使用ロス参照）を廃棄することがあった。

従って、このような欠陥を生じさせるプランジャーチップ機構のかじりを早期に発見してプランジャーチップ５や射出スリーブ４の保守を行うことは、製品の高い品質維持や、ダイカストマシンの破損防止かつ安全維持のために重要であり、従来、種々のかじり検出方法が提案されている（例えば特許文献１に開示有り）。
特許文献１に開示のかじり度合検出方法は、１ショット毎に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している。しかしながら構成部品の現状のかじり度合いを認識することができるが、その後の寿命に関する情報が得られず、直近の１ショットデータから交換のタイミングを決定するため、急に生産計画の変更が生じるおそれや、交換部品の手配が遅れて稼働停止するおそれなどがあった。

特開２０１７－１０４８７１号公報

本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑み、ダイカストマシンの射出装置を構成する部品の寿命（残ショット数）を精度良く予測可能な予測方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、射出プランジャーの移動範囲内に評価区間を設定してＮ分割し、各分割区間にかかる鋳造圧力の平均値をＰｍ値（ｍ＝１、２、…Ｎ）とし、前記評価区間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値とし、前記評価区間Ｘ～Ｙの鋳造圧力Ｐｍ値の最大値をＰｍａｘ値とし、その発生ストローク値をＳｔ値としたとき、前記Ｐａｖ値と前記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、前記Ｐａｖ値と前記Ｐｍａｘ値をそれぞれの隔たりと比較し、前記Ｐａｖ値と前記Ｐｍａｘ値のそれぞれにかじり度合いの点数を付ける工程と、
前記射出プランジャーのショット数ごとに前記点数の積算値が、あらかじめ定めた直ちに部品交換が必要ではなく、まだ数ショット行える状態の寿命積算値に達したときに部品交換と判断する工程と、を有することを特徴とするダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法を提供することにある。
上記第１の手段によれば、構成部品の交換時期を高精度で予測することができる。

本発明は、上記課題を解決するための第２の手段として、第１の手段において、前記かじり度合いの点数は、かじり度合いに応じて任意の値を加算したことを特徴とするダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法を提供することにある。
上記第２の手段によれば、寿命予測の精度を高めることができる。

本発明は、上記課題を解決するための第３の手段として、第１又は第２の手段において、前記積算値が、前記寿命積算値に達したとき部品交換のアラームを発生することを特徴とするダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法を提供することにある。
上記第３の手段によれば、部品交換が必要となる前にあらかじめ交換部品を手配するなど稼働時間のロスを少なくできる。

本発明によれば、構成部品の残ショット数などを高精度で寿命予測することができる。

射出ストローク、射出速度、鋳造圧力の関係を示すグラフである。 評価区間Ｘ－Ｙの説明図である。 本発明のダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法の処理フロー図である。 図３の処理Ａの詳細フロー図である。 評価点数の説明図である。 本発明のショット数とかじり度合いの関係を示す説明図である。 ダイカストマシンの射出装置の説明図である。 従来のショット数とかじり度合い関係を示すグラフである。

本発明のダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法の実施形態について、図面を参照しながら、以下詳細に説明する。図１は射出ストローク、射出速度、鋳造圧力の関係を示すグラフである。図２は評価区間Ｘ－Ｙの説明図である。図３は本発明のダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法の処理フロー図である。図４は図３の処理Ａの詳細フロー図である。図５は評価点数の説明図である。図６は本発明のショット数とかじり度合いの関係を示す説明図である。
一般的なダイカストマシンの鋳造作業は、型締め、注湯、射出開始、冷却（凝固）、型開き、製品取出、製品検知、金型スプレー、射出後退、チップ潤滑までの工程で製品１つが成形される１ショット（１サイクルともいう）とし、このショットを繰り返し行っている（図３参照）。本発明は射出開始時の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（具体的に射出波形を採取した後（図３中のＳ１）、時間、射出ストローク、射出速度、ヘッド圧、ロッド圧、鋳造圧力などの採取データを得る（図３中のＳ２）。）そして、鋳造圧力の値（図３中のＳ３）からかじり大きさと位置を検出している。

図１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（ｍ／ｓ）と鋳造圧力（ＭＰａ）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。本実施形態では、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）。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。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。

次に、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（図２参照）。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。
前記圧力Ｐｍの定義をもとに、図２は鋳造圧力と射出速度の波形を書き直したものである。
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２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。

前にも述べたようにＰｍ値（ＭＰａ）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（図３中のＳ４）。
評価区間Ｘ～Ｙ（ｍｍ）（図４中のＳ５）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（図４中のＳ６）。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（図４中のＳ７）。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（図４中のＳ８）。

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（図４中のＳ９）。
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。隔たりＢｂは変更できるようにし、固定しておいてもよい（図４中のＳ１０）。
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（図４中のＳ１１）。
かじり度合いの点数付け、すなわちａ，ｂ段階評価の点数（図４中のＳ９とＳ１１）の合計を算出する（図３中のＳ１２）。

図５は実際の鋳造（ショット数（Ｎｏ）３５回）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。
かじり度合いの点数（合計）の積算を行い、所定稼働時間経過後に残寿命（残ショット数）の予測計算を行う（図３中のＳ１３）。図６は本発明のショット数とかじり度合いの関係を示す説明図である。同図（２）に示すように、１ショット毎の点数を積算していくと、チップＡ積算値ａのような右肩上がりのほぼ直線状に現れる。

なおショット毎のかじり度合いの点数（平均値）をショット数の時系列にプロットした場合には、かじり度合いの点数の平均値、ショット毎のかじり度合いの点数の傾向、例えば、かじり度合いがショット毎に増加しているのか、又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、又はショットの局部的に大きな点数が出ているのかなどが視覚的に認識できる。
またかじり度合い（摩耗の具合等）に応じて、合計点数が大きいときなどの場合に任意の値を加算しても良い。これにより高精度の寿命予測が行える。
すでに部品交換した実績値がある場合、部品寿命に至るまでの残ショット数Ｌは、部品寿命をＭ、鋳造済みのショット数をＮ、累積点数をＡとしたとき、Ｌ＝Ｍ／（Ａ／Ｎ）－Ｎから求めることができる。なお、鋳造済みのショット数Ｎは多いほど、寿命予測の精度は上がる。

Ｓ１３で得られたかじり度合いの積算値と、残寿命（残ショット数）の予測値を記憶する（図３中のＳ１４）。
かじり度合いの累積値と残寿命予測値を表示する（図３中のＳ１５）。
かじり度合い点数の積算値を設定する（寿命積算値）（図３中のＳ１６）。あらかじめ部品寿命となる寿命積算値ｃを決定する。本実施形態の寿命積算値ｃとは、例えば、過去に交換した部品の使用実績値を参考にして決定することができ、直ちに部品交換が必要ではなく、まだ数ショット行える状態の積算値である。
積算値が寿命積算値に達したとき警報を発し又は警告する（図３中のＳ１７）。これにより、部品交換が必要となる前にあらかじめ交換部品を手配するなど稼働時間のロスを少なくできる。
警告後、必要に応じて、次サイクルは行わず（Ｎｏ）鋳造終了して部品交換を行う。一方、積算値が寿命積算値に達するまでは、次サイクルを行う（Ｙｅｓ）。
このような本発明のダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法によれば、図６（１）に示すようにチップＡの製品寿命（要部品交換）に達する前にチップＢを手配し、部品交換を行うことができ、チップＡの使用ロスを大幅に削減できる。またダイカストマシンの射出装置を構成する部品、例えばプランジャー機構、射出スリーブ、プランジャーチップの残ショット数などを高精度で寿命予測することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。
また、本発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。

本発明のダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法は特に、ダイカストマシンの射出装置において産業上の利用可能性を有する。

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 射出プランジャー
８ キャビティ

Claims (3)

1. 射出プランジャーの移動範囲内に評価区間を設定してＮ分割し、各分割区間にかかる鋳造圧力の平均値をＰｍ値（ｍ＝１、２、…Ｎ）とし、前記評価区間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値とし、前記評価区間Ｘ～Ｙの鋳造圧力Ｐｍ値の最大値をＰｍａｘ値とし、その発生ストローク値をＳｔ値としたとき、前記Ｐａｖ値と前記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、前記Ｐａｖ値と前記Ｐｍａｘ値をそれぞれの隔たりと比較し、前記Ｐａｖ値と前記Ｐｍａｘ値のそれぞれにかじり度合いの点数を付ける工程と、
   前記射出プランジャーのショット数ごとに前記点数の積算値が、あらかじめ定めた直ちに部品交換が必要ではなく、まだ数ショット行える状態の寿命積算値に達したときに部品交換と判断する工程と、を有することを特徴とするダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法。
2. 請求項１に記載されたダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法において、
   前記かじり度合いの点数は、かじり度合いに応じて任意の値を加算したことを特徴とするダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載のダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法において、
   前記積算値が、前記寿命積算値に達したとき部品交換のアラームを発生することを特徴とするダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法。

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