JP7222751B2 - ダイカストマシン、金型付ダイカストマシン、ダイカストマシン用制御装置及びダイカスト方法 - Google Patents

ダイカストマシン、金型付ダイカストマシン、ダイカストマシン用制御装置及びダイカスト方法 Download PDF

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Description

本開示は、ダイカストマシン、金型付ダイカストマシン、ダイカストマシン用制御装置及びダイカスト方法に関する。
コールドチャンバマシン等のダイカストマシンにおいては、一般に、1対の金型の型閉じ及び型締めがなされ、その後、1対の金型の間の空間に通じているスリーブに溶湯(溶融状態の金属)が供給され、スリーブ内の溶湯がプランジャによって前記空間へ射出される。すなわち、まず、型締めが行われ、その後、溶湯の供給及び射出が行われる。これにより、例えば、スリーブ内に供給された溶湯が1対の金型の合わせ面の間から1対の金型の外部へ流れ出ることが防止されている。
特許文献1では、上記の一般的な動作とは異なる動作を行う縦型締縦射出のダイカストマシンが開示されている。このダイカストマシンでは、上型及び下型の合わせ面間に隙間が構成された半型閉状態において、下型に通じるスリーブ内の溶湯がプランジャによって押し上げられる。溶湯が下型のゲートに到達すると、プランジャは停止される。プランジャの停止後、完全型閉じが行われる。その後、プランジャを高速で押し上げる高速射出が行われる。
特開平4-172162号公報
特許文献1の技術は種々の不都合を内包している。例えば、縦型締縦射出が前提となっており、汎用性が低い。また、例えば、溶湯を押し上げている途中でプランジャを一旦停止させる必要があり、サイクルタイムが長くなる。
このような課題の少なくとも一つを解決しつつ、射出中における1対の金型の内部のガス抜き効率を向上できるダイカストマシン、金型付ダイカストマシン、ダイカストマシン用制御装置及びダイカスト方法が提供されることが望まれる。
本開示の一態様に係るダイカストマシンは、1対の金型の型開閉及び型締めを行う横型締式の型締装置と、前記1対の金型間のキャビティに通じるスリーブ内でプランジャを前進させて前記キャビティに溶湯を射出する横射出式の射出装置と、前記スリーブ内に溶湯を供給する給湯装置と、前記型締装置、前記射出装置及び前記給湯装置を制御する制御装置と、を有しており、前記制御装置は、前記1対の金型の合わせ面同士を、前記1対の金型の外部に開放されている隙間を介して対向させ、前記キャビティと前記1対の金型の外部とを前記隙間を介して通じさせるように前記型締装置を制御する隙間制御部と、前記隙間が維持されているときに溶湯を前記スリーブ内に供給するように前記給湯装置を制御する給湯制御部と、前記隙間が維持されており、かつ前記スリーブ内に溶湯があるときに前記プランジャの前進を開始するように前記射出装置を制御する射出制御部と、前記プランジャの前進が開始された後、前記隙間へ溶湯が流れ込む湯面高さに溶湯が到達する前に、前記合わせ面同士を当接させて前記隙間を無くすように前記型締装置を制御する型締制御部と、を有している。
一例において、前記射出制御部は、前記隙間が維持されている状態で前記プランジャの前進が開始されてから、前記隙間が無くされて前記キャビティへの溶湯の充填が完了するまで、前記プランジャを停止させることなく前記プランジャを前進させるように前記射出装置を制御する。
一例において、前記型締制御部は、前記隙間へ溶湯が流れ込む湯面高さに溶湯が到達する前に、型締めが完了するように前記型締装置を制御する。
一例において、前記射出制御部は、前記プランジャの前進開始後、前記プランジャの速度を所定の低速射出速度から当該低速射出速度よりも高速の所定の高速射出速度へ切り換えるように前記射出装置を制御し、前記型締制御部は、前記プランジャの速度が前記高速射出速度に切り換えられる前に型締めが完了するように前記型締装置を制御する。
一例において、前記射出制御部は、前記プランジャが所定の高速切換位置に到達したときに、前記プランジャの速度を所定の低速射出速度から当該低速射出速度よりも高速の所定の高速射出速度へ切り換えるように前記射出装置を制御し、前記制御装置は、前記高速切換位置よりも所定の移動距離だけ手前の位置を型締開始位置として特定する型締開始位置特定部を有しており、前記型締制御部は、前記プランジャが前記型締開始位置に到達したときに、前記隙間を縮小する制御を開始する。
一例において、前記型締開始位置特定部は、前記低速射出速度に所定の型締時間を乗じた距離を前記移動距離として特定する。
一例において、前記型締開始位置特定部は、前記隙間の縮小を開始してから型締めが完了するまでに必要な時間と所定の余裕時間との合計を前記型締時間として特定する。
一例において、前記制御装置は、所定の湯面高さに係る情報を取得し、取得した前記所定の湯面高さに溶湯が到達するときの前記プランジャの位置を特定し、この位置よりも所定の余裕距離で手前の位置を型締開始位置として特定する型締開始位置特定部を有しており、前記型締制御部は、前記プランジャが前記型締開始位置に到達したときに、前記隙間を縮小する制御を開始する。
一例において、前記ダイカストマシンは、前記スリーブ内の溶湯が所定の湯面高さに到達したことを検出する湯面センサを更に有しており、前記型締制御部は、前記湯面センサによって溶湯が前記所定の湯面高さに到達したことが検出されたときに、前記隙間を縮小する制御を開始する。
本開示の一態様に係るダイカストマシンは、固定金型及び移動金型からなる1対の金型の型開閉及び型締めを行う型締装置と、前記1対の金型間のキャビティに通じるスリーブ内でプランジャを前進させて前記キャビティに溶湯を射出する射出装置と、前記スリーブ内に溶湯を供給する給湯装置と、前記型締装置、前記射出装置及び前記給湯装置を制御する制御装置と、を有しており、前記制御装置は、前記1対の金型の合わせ面同士を、前記1対の金型の外部に開放されている隙間を介して対向させ、前記キャビティと前記1対の金型の外部とを前記隙間を介して通じさせるように前記型締装置を制御する隙間制御部と、前記隙間が維持されているときに溶湯を前記スリーブ内に供給するように前記給湯装置を制御する給湯制御部と、前記隙間が維持されており、かつ前記スリーブ内に溶湯があるときに前記プランジャの前進を開始するように前記射出装置を制御する射出制御部と、前記プランジャの前進が開始された後、前記隙間へ溶湯が流れ込む湯面高さに溶湯が到達する前に、前記合わせ面同士を当接させて前記隙間を無くすように前記型締装置を制御する型締制御部と、を有しており、前記射出制御部は、前記隙間が維持されている状態で前記プランジャの前進が開始されてから、前記隙間が無くされて前記キャビティへの溶湯の充填が完了するまで、前記プランジャを停止させることなく前記プランジャを前進させるように前記射出装置を制御する。
本開示の一態様に係る金型付ダイカストマシンは、上記ダイカストマシンと、前記型締装置に保持されている前記1対の金型と、を有しており、前記1対の金型は、前記隙間が構成されているときに前記スリーブの前記1対の金型側の開口のうちの下方側の一部に嵌合して前記スリーブ内の溶湯を堰き止める分流子を含んでいる。
本開示の一態様に係るダイカストマシン用制御装置は、横型締横射出式ダイカストマシンのマシン本体を制御する制御装置であって、1対の金型の合わせ面同士を、前記1対の金型の外部に開放されている隙間を介して対向させ、前記1対の金型のキャビティと前記1対の金型の外部とを前記隙間を介して通じさせるように前記マシン本体を制御する隙間制御部と、前記隙間が維持されているときに溶湯を前記キャビティに通じているスリーブ内に供給するように前記マシン本体を制御する給湯制御部と、前記隙間が維持されており、かつ前記スリーブ内に溶湯があるときに前記スリーブ内のプランジャの前記1対の金型への前進を開始するように前記マシン本体を制御する射出制御部と、前記プランジャの前進が開始された後、前記隙間へ溶湯が流れ込む湯面高さに溶湯が到達する前に、前記合わせ面同士を当接させて前記隙間を無くすように前記マシン本体を制御する型締制御部と、を有している。
本開示の一態様に係るダイカスト方法は、横型締横射出のダイカストマシンを用いたダイカスト方法であって、1対の金型の合わせ面同士を、前記1対の金型の外部に開放されている隙間を介して対向させ、前記1対の金型間のキャビティと前記1対の金型の外部とを前記隙間を介して通じさせる隙間構成ステップと、前記隙間が維持されているときに溶湯を前記キャビティに通じているスリーブ内に供給する給湯ステップと、前記隙間が維持されており、かつ前記スリーブ内に溶湯があるときに前記スリーブ内のプランジャの前記1対の金型への前進を開始する射出ステップと、前記プランジャの前進が開始された後、前記隙間へ溶湯が流れ込む湯面高さに溶湯が到達する前に、前記合わせ面同士を当接させて前記隙間を無くす型締ステップと、を有している。
上記の構成又は手順によれば、射出中における1対の金型の内部のガス抜き効率を向上できる。
本発明の実施形態に係る金型付ダイカストマシンの要部の構成を示す側面図。 図2(a)は図1の金型付ダイカストマシンの射出駆動部の構成の一例を示す模式図、図2(b)は図1の金型付ダイカストマシンの給湯装置の一例を示す模式図。 図3(a)は金型付ダイカストマシンの金型等を示す模式的な断面図、図3(b)は図3(a)の一部拡大図。 図3(a)の金型の下方側の一部を示す模式的な斜視図。 図5(a)は図4の一部拡大図、図5(b)は図3(b)のVb-Vb線における断面図。 図1の金型付ダイカストマシンの信号処理系に係る構成を示すブロック図。 図7(a)及び図7(b)は図1の金型付ダイカストマシンが実行する鋳造サイクルの概要を模式的に示す断面図。 図8(a)及び図8(b)は図7(b)の続きを示す断面図。 図9(a)及び図9(b)は図8(b)の続きを示す断面図。 図1の金型付ダイカストマシンにおける種々の物理量の経時変化の例を示す図。 図1の金型付ダイカストマシンの制御装置が実行するサイクル処理の手順の一例を示すフローチャート。 図12(a)及び図12(b)は変形例を説明するための断面図及びブロック図。 他の変形例を説明するための断面図。
(ダイカストマシンの全体構成)
図1は、実施形態に係る金型付ダイカストマシンDC1の要部の構成を示す、一部に断面図を含む側面図である。
なお、以下に示す図は、模式的なものである。従って、各種の寸法等は、現実の寸法と必ずしも一致しない。また、細部は適宜に省略されることがある。図面には、図面相互の関係の理解を容易にするために、金型付ダイカストマシンDC1の非可動部分(例えば後述する固定ダイプレート15)に固定的な直交座標系xyzを付すことがある。z方向は、例えば、鉛直方向である。
金型付ダイカストマシンDC1は、ダイカストマシン1と、ダイカストマシン1に保持されている金型101とを含んでいる。なお、上記から理解されるように、本実施形態の説明では、ダイカストマシンの語は、金型101を含まないように定義されている。
ダイカストマシン1は、金型101の内部(図3(a)に示す空間SP。以下同様。)に溶湯(溶融金属、液状金属)を射出し、その溶湯を金型101内で凝固させることにより、ダイカスト品(成形品)を製造する。金属は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金である。なお、ダイカストマシン1は、固液共存金属の成形に転用可能であっても構わない。
金型101は、固定金型103及び移動金型105を含んでいる。特に図示しないが、金型101は、固定金型103及び移動金型105の他に、中子などを含んでいてもよい。
固定金型103は、(基本的に)移動不可能にダイカストマシン1に保持されている。移動金型105は、固定金型103に対して型開閉方向(図1の紙面左右方向)に移動可能にダイカストマシン1に保持されている。図1では、型開状態が実線で示され、また、型閉状態の移動金型105の一部が点線で示されている。型開状態は、固定金型103及び移動金型105が互いに離間している状態である。型閉状態は、固定金型103及び移動金型105が互いに当接している状態である。
型開状態において、固定金型103と移動金型105との距離は、少なくとも、固定金型103と移動金型105との間からダイカスト品を取り出し可能な大きさとされている。また、型開状態において、移動金型105は、型開限(紙面左側の駆動限)に位置していてもよい。型閉状態は、本実施形態の説明では、後述する型接触がなされた状態及び型締めがなされた状態の双方を含む広い概念であるものとする。
図1等においては、便宜上、固定金型103又は移動金型105の断面の全部又は大部分は、1種類のハッチングで示されている。ただし、これらの金型は、直彫り式のものであってもよいし、入れ子式のものであってもよい。
ダイカストマシン1は、例えば、成形のための機械的動作を行うマシン本体3と、マシン本体3の動作を制御する制御ユニット5とを有している。
(マシン本体)
マシン本体3の構成は、公知の種々の構成と同様とされて構わない。以下では、マシン本体3の構成の一例について述べる。マシン本体3は、例えば、金型101の開閉及び型締めを行う型締装置7と、金型101の内部に溶湯を射出する射出装置9と、ダイカスト品を固定金型103又は移動金型105(図1では移動金型105)から押し出す押出装置11とを有している。また、マシン本体3は、射出装置9に溶湯を供給する給湯装置13(図2(b)参照)を有している。
(型締装置)
型締装置7は、例えば、基本的な構成として、固定金型103を保持する固定ダイプレート15と、移動金型105を保持する移動ダイプレート17と、両ダイプレートに架け渡される1以上(通常は複数。例えば4本)のタイバー19とを有している。
固定ダイプレート15及び移動ダイプレート17は互いに対向して配置されており、その対向側(前面側)に固定金型103又は移動金型105を保持している。移動ダイプレート17が固定ダイプレート15との対向方向(型開閉方向)において移動されることによって、金型101の型開閉がなされる。また、例えば、金型101が型閉じ(型接触)された状態で、固定ダイプレート15に固定されたタイバー19の、移動ダイプレート17側部分が移動ダイプレート17の背後(紙面左側)へ引っ張られることによって、タイバー19の伸張量に応じた型締力(金型101を締め付ける力)が得られる。なお、型締力は、目標値に到達した後、当該目標値に維持される(型締めが継続される)が、本実施形態の説明では、型締力が目標値に到達することを型締めが完了すると表現することがある。
また、型締装置7は、例えば、型開閉及び型締めを実現するための駆動部として、電動式かつトグル式の型締駆動部21を有している。具体的には、型締駆動部21は、例えば、移動ダイプレート17の背後に位置するリンクハウジング23と、リンクハウジング23と移動ダイプレート17との間に介在する複数のリンク25と、複数のリンク25に駆動力を付与する型締電動機27とを有している。
リンクハウジング23は、タイバー19の紙面左側部分と固定されている。また、上述のように、タイバー19の紙面右側部分は、固定ダイプレート15と固定されている。従って、型締電動機27によって複数のリンク25に駆動力が付与され、リンクハウジング23と移動ダイプレート17とが互いに離反すると、移動ダイプレート17が固定ダイプレート15へ向かって移動し、型閉じがなされる。この駆動力の付与が、型接触がなされて移動ダイプレート17の固定ダイプレート15側への移動が規制された後も継続されると、タイバー19が移動ダイプレート17の背後へ引っ張られることになり、型締力が生じる。
型締電動機27は、例えば、回転式の電動機である。型締電動機27の回転は、例えば、ねじ機構29によって並進運動に変換されてリンク25に伝達される。ねじ機構29は、例えば、リンクハウジング23に対する軸方向の移動が規制され、型締電動機27によって軸回りに回転されるねじ軸31と、ねじ軸31に螺合され、リンク25に連結され、軸回りの回転が規制されたナット33(クロスヘッド)とを有している。
また、型締装置7は、型締電動機27の回転を検出するエンコーダ35と、型締力を検出する型締力センサ37とを有している。特に図示しないが、型締装置7は、上記の他、型締限を検出するリミットスイッチ等を有していてもよい。
エンコーダ35は、インクリメンタル型であってもよいし、アブソリュート型であってもよい。エンコーダ35及び/又は制御ユニット5は、エンコーダ35において生成されるパルスの数を積算することによって、移動ダイプレート17と、リンクハウジング23(タイバー19のリンクハウジング23側部分)との相対位置を検出することができる。従って、エンコーダ35は、型接触前は、移動ダイプレート17の位置を検出でき、型接触後は、タイバー19の伸びを検出することができる。
型締力センサ37は、例えば、ひずみゲージを含んで構成され、タイバー19のうち型締めにおいて伸長される部分に取り付けられ、タイバー19のひずみに応じた信号を生成する。型締力センサ37及び/又は制御ユニット5は、生成された信号(ひずみ)と、タイバー19の情報とに基づいて、型締力を算出することができる。型締力の算出に用いられるタイバー19の情報は、例えば、タイバー19の、本数、ヤング率及び断面積(径)である。
(射出装置)
射出装置9は、例えば、金型101内に通じるスリーブ39と、スリーブ39内を摺動可能なプランジャ41と、プランジャ41を駆動する射出駆動部43とを有している。なお、射出装置9の説明においては、金型101側を前方、その反対側を後方ということがある。
溶湯がスリーブ39内に配置された状態で、プランジャ41が図示の位置からスリーブ39内を前方へ摺動することにより、溶湯が金型101の内部へ押し出される(射出される)。その後、金型101内で溶湯が凝固することにより、ダイカスト品が形成される。
スリーブ39は、例えば、固定金型103に連結された筒状(例えば円筒状)部材であり、上面には溶湯をスリーブ39内に受け入れるための給湯口39aが開口している。プランジャ41は、スリーブ39内を前後方向に摺動可能なプランジャチップ41aと、先端がプランジャチップ41aに固定されたプランジャロッド41bとを有している。
図2(a)は、射出駆動部43の構成の一例を示す模式図である。
射出駆動部43は、例えば、液圧式のものであり、射出シリンダ45と、射出シリンダ45に対する作動液の流れを制御する液圧装置47と、を含んで構成されている。なお、ここでは、いわゆる単胴式の射出シリンダ45を例示するが、増圧式のものなど、他の方式の射出シリンダが用いられてもよい。射出シリンダ45は、シリンダ部45aと、シリンダ部45a内を摺動可能なピストン45bと、ピストン45bに固定されているピストンロッド45cとを有している。
ピストンロッド45cは、シリンダ部45aの前方へ延び出て、プランジャロッド41bの後端と連結されている。シリンダ部45aの内部は、ピストン45bによって、ピストンロッド45cが延び出る側のロッド側室45rと、その反対側のヘッド側室45hとに区画されている。ヘッド側室45h及びロッド側室45rに選択的に作動液が供給されることによって、ピストン45b(プランジャ41)は前進又は後退する。
液圧装置47は、例えば、作動液を送出可能な液圧源49と、作動液を貯留するタンク51と、液圧源49からヘッド側室45hへの作動液の供給を許容及び禁止する流入側バルブ53と、ロッド側室45rからタンク51への作動液の排出を許容及び禁止する流出側バルブ55とを有している。
液圧源49は、例えば、アキュムレータを含んで構成されており、アキュムレータによって蓄圧された作動液が液圧源49から放出される。流入側バルブ53が開かれ、液圧源49からヘッド側室45hへ作動液が供給され、かつ流出側バルブ55が開かれ、ロッド側室45rからタンク51への作動液の排出が許容されることにより、ピストン45bは前進する。
また、流入側バルブ53として流量制御弁が用いられてメータイン回路が構成されることにより、及び/又は流出側バルブ55として流量制御弁が用いられてメータアウト回路が構成されることにより、ピストン45bの前進速度は制御される。なお、流量制御弁は、例えば、負荷変動等に関わらずに流量を設定値に調整可能な圧力補償付き流量制御弁であり、また、サーボ機構の中で使用され、入力された信号に応じて無段階で流量を調整可能なサーボバルブである。
なお、図2(a)では、本実施形態においてピストン45bの前進に係る主要な構成のみを簡略的に示している。従って、液圧装置47は、図示以外にも構成要素を含んでいる。例えば、液圧装置47は、作動液をアキュムレータ及び/又は射出シリンダ45に送出するポンプ、ピストン45bを後退させるためにロッド側室45rに作動液を供給する流路、当該流路における作動液の流れを制御するバルブ等を有している。また、ロッド側室45rから排出される作動液は、いわゆるランアラウンド回路を介してヘッド側室45hへ流れてもよい。
射出装置9(ダイカストマシン1)は、プランジャ41の位置を検出する位置センサ57を有している。なお、特に図示しないが、射出装置9は、プランジャ41がスリーブ39内の溶湯に付与している圧力を検出するために、ヘッド側室45hの圧力を検出する圧力センサ、(又は、当該圧力センサに加えてロッド側室45rの圧力を検出する圧力センサ)等の他のセンサを有していてもよい。
位置センサ57は、例えば、リニアエンコーダを構成している。例えば、位置センサ57は、不図示のスケール部に対して当該スケール部の軸方向に直交する方向において対向し、スケール部との軸方向における相対移動に応じてパルスを生成する。そして、位置センサ57及び/又は制御ユニット5は、生成されたパルスの数を積算することによって位置センサ57とスケール部との相対位置を特定可能であり、また、時間当たりのパルスの数を特定することによって速度を特定可能である。
そして、位置センサ57は、シリンダ部45aに対して固定的に設けられ、スケール部は、ピストンロッド45c又はピストンロッド45cに固定的な部材に設けられる。従って、ピストンロッド45cの位置及び/又は速度が検出されることによって、間接的にプランジャ41の位置及び/又は速度が検出される。
なお、位置センサ57は、パルスを出力するだけであってもよいし、位置及び/又は速度を特定し、その特定した位置及び/又は速度に応じた信号を出力してもよい。前者であっても、位置に応じてパルスの総数が異なるから位置に応じた信号を出力しているといえ、また、速度に応じて単位時間当たりのパルス数が異なるから速度に応じた信号を出力しているといえる。後者の場合の信号は、例えば、位置及び/又は速度の変化に応じて信号レベルが変化する信号である。
位置センサ57は、リニアエンコーダ以外の構成であってもよい。例えば、位置センサ57は、シリンダ部45aに対して固定的に設けられ、ピストンロッド45c又はピストンロッド45cに対して固定的な部材との距離を測定するレーザ測長器であってもよい。
(押出装置)
図1に戻って、押出装置11は、例えば、特に符号を付さないが、移動金型105に対して型開閉方向に挿通されている押出ピンと、当該押出ピンを型開閉方向に駆動する押出駆動部とを有している。金型101の内部に射出された溶湯が凝固してダイカスト品が成形され、その後、型開きが行われると、ダイカスト品は、固定金型103から離型して移動金型105とともに移動する。この型開きの際、又は型開きの後、押出駆動部によって押出ピンが駆動され、押出ピンが移動金型105から固定金型103側へ突出することにより、ダイカスト品が移動金型105から押し出される。
(給湯装置)
図2(b)は、給湯装置13の一例を示す模式図である。給湯装置13は、例えば、溶湯Mを保持する保持炉59と、保持炉59から1ショット分の溶湯Mを汲み出してスリーブ39に注ぐ注湯装置61とを有している。
保持炉59は、例えば、上面が開放された炉体に金属材料を収容するとともにその金属材料を加熱して液状に保つ。なお、保持炉59は、溶解炉を兼ねるものであってもよい。
注湯装置61は、例えば、ラドル63と、ラドル63を搬送するラドル搬送装置65とを含んで構成されている。ラドル搬送装置65は、例えば、ラドル63を保持しているアーム65aと、ラドル63を搬送するようにアーム65aを駆動する不図示の電動機と、ラドル63を傾斜させる不図示の電動機とを有している。
アーム65aは、複数のリンク(符号省略)を含んで構成されている。なお、図2(b)では、アーム65aは、実際のものよりもリンクの数を減らして模式的に示されている。アーム65aは、不図示の電動機によって駆動されることによって、ラドル63を保持炉59内からスリーブ39の給湯口39a上へ搬送可能である。また、ラドル63は、アーム65aに設けられた不図示の巻掛伝動機構を介して不図示の電動機の回転が伝達されることによって、図2の紙面貫通方向に平行な軸回りにアーム65aに対して回転し、これにより、適宜な傾斜角で傾斜可能である。
ラドル63が所定の傾斜角で傾斜された状態で、保持炉59から引き揚げられることにより、1ショットの湯量に対応した溶湯が汲み上げられる。又は、ラドル63によって1ショットの湯量を超える溶湯が汲み上げられた後に、保持炉59の湯面よりも上方でラドル63を所定の傾斜角に傾斜させることによって、1ショット分の湯量が計量される。その後、ラドル63が給湯口39a上へ搬送され、ラドル63が上記の傾斜角よりも大きな傾斜角で傾斜されることによって、1ショット分の溶湯が給湯口39aへ注がれる。
(制御ユニット)
図1に戻って、制御ユニット5は、例えば、各種の演算を行って制御指令を出力する制御装置67(図6参照)と、オペレータの入力操作を受け付ける入力装置69と、画像を表示する表示装置71と、を有している。また、別の観点では、制御ユニット5は、例えば、電源回路及び制御回路等を有する不図示の制御盤と、ユーザインターフェースとしての操作部73とを有している。
制御装置67は、例えば、不図示の制御盤及び操作部73に設けられている。制御装置67は、適宜に分割乃至は分散して構成されてよい。例えば、制御装置67は、型締装置7、射出装置9、押出装置11及び給湯装置13毎の下位の制御装置と、この下位の制御装置間の同期を図るなどの制御を行う上位の制御装置とを含んで構成されてよい。
表示装置71及び入力装置69は、例えば、操作部73に設けられている。操作部73は、図示の例では、型締装置7の固定ダイプレート15に設けられている。表示装置71は、例えば、液晶表示ディスプレイ乃至は有機ELディスプレイを含んだタッチパネルによって構成されている。入力装置69は、例えば、機械式のスイッチ及び前記のタッチパネルによって構成されている。
(金型)
図3(a)は、型閉状態の金型101等を示す模式的な断面図である。
固定金型103の移動金型105側の面及び移動金型105の固定金型103側の面の少なくとも一方には凹部が形成されており、金型101が型閉じされると、金型101内に空間SPが構成される。当該空間SPは、例えば、キャビティCa(製品部)と、当該キャビティCaとスリーブ39(鋳込口)とをつないでいるランナー101a(湯道)と、キャビティCaの外周につながる不図示のオーバーフロー部(湯だまり)とを有している。
キャビティCaは、製品を直接に形成する部分であり、製品の形状に対応する形状を有している。ランナー101aは、スリーブ39からの溶湯をキャビティCaへ導く部分である。キャビティCaとランナー101aとの境界はゲート101b(湯口)であり、一般に、スリーブ39からキャビティCaまでの空間において最も断面積が小さい。ただし、図3(a)等では、そのような断面積の変化の図示は省略されている。不図示のオーバーフロー部は、例えば、余剰な溶湯を収容することに寄与する。これらの形状は、製品の形状に応じて適宜に設定されてよい。図示の例では、1つの金型101に1つのキャビティCaが構成されているが、1つの金型101に複数のキャビティCaが構成されてもよい。
固定金型103の移動金型105に対向する面は、空間SPの内面となる面(符号省略)と、その周囲に位置する合わせ面103aとを有している。同様に、移動金型105の固定金型103に対向する面は、空間SPの内面となる面(符号省略)と、その周囲に位置する合わせ面105aとを有している。合わせ面103a及び105aは、基本的に、空間SPとなる面を囲むように構成されている。型閉じ及び型締めがなされると、合わせ面103aと合わせ面105aとは互いに当接する。これにより、空間SPは基本的に密閉される。合わせ面103a及び105aは、別の観点では、金型101の分割面である。
なお、チルベント(不図示)が設けられることなどにより、型締めがなされた状態においても空間SPの周囲の一部に空間SPと金型101の外部とを連通する隙間が存在してもよい。また、空間SPの周囲の一部においては、固定金型103と移動金型105との間に不図示の中子が挟まれていてもよい。このように、型締めにおいて互いに直接に当接する合わせ面103a及び105aは、空間SPの全周に亘っていなくてもよい。
スリーブ39は、固定金型103に挿通されており、その一端は固定金型103の移動金型105に対向する面において開口している。スリーブ39の先端面は、例えば、その全体が合わせ面105aと同一平面上に位置している。ただし、スリーブ39の先端面の一部又は全部は、合わせ面105aに対してスリーブ39の軸方向(y方向)にずれていてもよい。スリーブ39は、図3(a)に例示するように、複数の部材が組み合わされて構成されてよい。
移動金型105には、分流子107が設けられている。本実施形態の説明では、分流子107は、移動金型105の一部を構成するものであると捉え、移動金型105のうち分流子107以外の部分を金型本体105bということがある。分流子107は、移動金型105のうち、スリーブ39からの溶湯の流れを受け止める部分を構成している。移動金型105において、スリーブ39からの溶湯の流れを受け止める部分は、他の部分に比較して溶湯による消耗が大きくなりやすいことから、一般に、他の部分(金型本体105b)とは別の部品である分流子107によって構成されている。分流子107の構成及び材料は、従来の公知の種々のものと同様とされて構わない。以下では、分流子107の構成の一例について示す。
図3(b)は、図3(a)のうち分流子107及びその周辺を拡大して示す断面図である。図4は、金型101の下方側の一部を示す模式的な斜視図である。図5(a)は、図4のうち分流子107及びその周辺を拡大して示す斜視図である。図5(b)は、図3(b)のVb-Vb線における断面図である。
分流子107は、移動金型105の金型本体105bに埋設されている取付部107aと、金型本体105bの固定金型103側の面(合わせ面105a等)から突出している突部107bとを有している。なお、既に述べたように、金型本体105bは、直彫り式であってもよいし、入れ子式であってもよい。後者の場合において、取付部107aは、特に図示しないが、例えば、おも型及び入れ子に跨るようにして金型本体105bに埋設されている。なお、スリーブ39も同様である。
分流子107は、型閉状態においてスリーブ39の開口を塞ぐことが可能な形状から上方側の一部が除去された形状とされている。この除去部分は、スリーブ39からランナー101aに続く流路101cを構成する。なお、当該流路101cは、ランナー101aの一部として捉えられてもよいが、本実施形態の説明では、便宜上、ランナー101aとは別の部位として表現する。
より詳細には、分流子107のうち突部107bは、例えば、スリーブ39に嵌合する円柱形状の上面に凹溝107cが形成された形状である。この凹溝107cは、流路101cのうちのスリーブ39に接続される一部を構成する部分であり、突部107bの先端から取付部107aへ延びている。突部107bの突出量、並びに凹溝107cの幅及び深さは適宜に設定されてよい。なお、突部107bは、先端ほど縮径する錐体状に形成されてもよい。また、突部107bは、凹溝107cが形成されるのではなく、概略水平な1つの平面によって上方側の一部が切り取られた形状とされたりしてもよい。
分流子107のうち取付部107aの概略形状は、円柱状(図示の例)及び直方体等の適宜な形状とされてよい。取付部107aは、金型本体105bから固定金型103側へ露出している露出面(符号省略)を有している。この露出面は、突部107bを囲むように形成されており、スリーブ39の先端面に当接する。なお、当該露出面は、固定金型103(スリーブ39の周囲部分)にも当接して構わない。この露出面は、例えば、基本的に平面状とされ、また、流路101cの一部となる凹溝(符号省略)が形成されている。なお、取付部107aにおける凹溝の形成に加えて、又は代えて、スリーブ39の先端に流路101cを構成する凹部が形成されてもよい。
(信号処理系の構成)
図6は、ダイカストマシン1の信号処理系に係る構成を示すブロック図である。
制御装置67は、例えば、特に図示しないが、CPU、RAM、ROM及び外部記憶装置を含むコンピュータによって構成されている。CPUがROM及び外部記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、種々の制御乃至は演算を担う複数の機能部(75、77、79、81、83及び85)が構築される。また、外部記憶装置(一時的にはRAMでもよい)には、制御に利用される情報を含むデータDTが記憶される。
制御装置67に構築される複数の機能部において、隙間制御部75及び型締制御部77は型締装置7を制御する。射出制御部79は射出装置9を制御する。給湯制御部81は給湯装置13を制御する。これらの機能部が行う制御の詳細については、後述する動作の説明(図11等)において説明する。
入力設定部83は、入力装置69からの信号に基づいて、データDTに保持される情報を設定乃至は更新する。型締開始位置特定部85は、データDTに保持される情報のうち、型締制御部77によって参照される型締開始位置を特定する。データDTに保持される種々の情報及び型締開始位置については、後述する動作の説明(図11等)において説明する。
(鋳造サイクルの概要)
図7(a)~図9(b)は、ダイカストマシン1が実行する鋳造サイクルの概要を模式的に示す断面図である。鋳造サイクルは、図7(a)から図9(b)へ順に進む。
図7(a)に示すように、鋳造サイクルの開始時において、移動金型105は、固定金型103から比較的離れた所定の型開位置に配置されており、金型101は型開状態とされている。
次に、図7(b)に示すように、型締装置7によって移動金型105が固定金型103に向かって駆動され、型閉じが行われる。この型閉じは、移動金型105が固定金型103に当接する手前(型接触の手前)まで行われる。換言すれば、固定金型103及び移動金型105は、合わせ面103aと合わせ面105aと間に隙間109を構成した状態で対向する。隙間109は、金型101の内部と金型101の外部とを連通している。
ここでいう金型101の内部は、固定金型103と移動金型105との間の空間のうち、完全に型閉じされたときに空間SP(図3(a))となる部分を指すものとする。すなわち、金型101の内部は、固定金型103及び移動金型105の互いに対向する面のうち、空間SPの内面となる領域に挟まれた領域を指す。
隙間109の大きさ(合わせ面103aと合わせ面105aとの距離。以下、同様。)は、分流子107の突部107bの突出量よりも小さい。従って、突部107bの先端はスリーブ39の先端に嵌合している。すなわち、スリーブ39の先端の開口は、下端から所定の高さまで塞がれている。
次に、図8(a)に示すように、給湯装置13によってスリーブ39に溶湯Mが供給される。スリーブ39の先端の開口が下端から所定の高さまで分流子107によって塞がれていることなどにより、溶湯Mは、隙間109には流れ込まず、ひいては、金型101の外部へ流れ出ない。
次に、図8(b)に示すように、射出装置9によって射出が開始される。すなわち、プランジャ41の前方への移動が開始される。プランジャ41の前方への移動に伴って、溶湯Mの湯面は上昇していく。ただし、射出開始前と同様に、スリーブ39の先端の開口が下端から所定の高さまで分流子107によって塞がれていることなどにより、溶湯Mは、隙間109には流れ込まず、ひいては、金型101の外部へ流れ出ない。
図3(a)及び図3(b)に示したように完全に型閉じされた状態においてプランジャ41が前進する場合においては、スリーブ39内の気体(例えば空気)は、プランジャ41によって押し出され、流路101c及びランナー101aを介してキャビティCaに流れ込む。一方、図8(b)に示すように、隙間109が構成されている状態においては、スリーブ39内の気体は、隙間109から金型101の外部へ流れ出る。これにより、金型101の内部のガス抜きが速やかに行われる。
図9(a)に示すように、プランジャ41の前進が継続されている状態において、型締装置7によって移動金型105が固定金型103側へ駆動される。これにより、隙間109が縮小され、さらには、合わせ面103a及び105aが互いに当接して隙間109が無くされる。すなわち、型接触がなされる。さらに、型締装置7は、合わせ面103a及び105aの接触圧を上昇させる型締めを行う。
型締めは、例えば、溶湯Mが隙間109に流れ込み得る湯面高さに溶湯Mが到達する前に完了するように行われる。ただし、そのような湯面高さに溶湯Mが到達する前に、少なくとも型接触がなされ、上記のような湯面高さに溶湯Mが到達した後に、型締めが完了してもよい。本実施形態の説明では、主として、溶湯Mが隙間109に流れ込む湯面高さに溶湯Mが到達する前に型締めが完了する態様を例に取る。
その後、図9(b)に示すように、射出開始から継続してプランジャ41が前進していることにより、スリーブ39の溶湯Mは、流路101c及びランナー101a(いずれも符号は図3(b))を介してキャビティCaに流れ込み、キャビティCaに充填される。金型101は、既に型締めされているから、キャビティCaに流れ込んだ溶湯Mが金型101の外部へ流れ出る蓋然性は極めて低い。
次に、キャビティCa内の溶湯Mの圧力をプランジャ41によって上昇させて鋳造圧力に到達させる昇圧(増圧)、及び鋳造圧力を維持する保圧が行われる。その後、型開き、製品の取り出し等が行われ、鋳造サイクルは終了する。また、鋳造サイクルが繰り返し行われるようにダイカストマシン1に対して操作が行われていた場合においては、次の鋳造サイクルが開始される。
このように、本実施形態のダイカストマシン1は、型締めした状態で射出を行うのではなく、隙間109が構成されている状態で、給湯(図8(a))及び射出開始(図8(b)がなされ、その後、型締めが行われ(図9(a))、射出が完了する(図9(b))。このような動作により、例えば、射出初期におけるガス抜きが効率的に行われる。
(隙間の大きさ)
上記のように、隙間109の大きさは、分流子107の突部107bの突出量よりも小さい限り(分流子107によってスリーブ39の前方の開口のうち下方側の一部を塞ぐことができる限り)、適宜に設定されてよい。隙間109の大きさは、鋳造サイクル開始前におけるオペレータの入力装置69に対する操作によって設定されてもよいし、ダイカストマシン1の製造者によって設定されていてもよいし、金型101の情報等に基づいて制御装置67によって設定されてもよい。また、隙間109の大きさは、金型101の種類毎に設定されてもよいし、金型101の種類によらずに一定に設定されてもよい。設定された隙間109の大きさは、データDTに記憶される。隙間109の具体的な大きさは適宜に設定されてよい。一例を挙げると、隙間109の大きさは、0.1mm以上3.0mm以下である。
(溶湯が隙間に流れ込む湯面高さ)
図5(b)に示すように、分流子107の凹溝107cの底面の上下方向の位置を湯面高さH1とする。また、凹溝107cの内壁上端の上下方向の位置を湯面高さH2とする。図3(b)~図5(b)から理解されるように、隙間109が構成されていても、溶湯の湯面が湯面高さH1よりも下方に位置している間は、溶湯はスリーブ39内に留まり、隙間109へは流れ込まない。また、湯面が湯面高さH1を超えると、溶湯はスリーブ39から凹溝107cに流れ込み始めるが、湯面が湯面高さH2よりも下方に位置している限りは、溶湯は隙間109へ流れ込まない。そして、湯面が湯面高さH2を超えると、溶湯は隙間109へ流れ込む。
従って、溶湯が隙間109へ流れ込まないようにするために、図9(a)の型接触又は型締めは、少なくとも溶湯が湯面高さH2に到達する前に行われる。型接触又は型締めは、溶湯が湯面高さH1に到達した後かつ湯面高さH2に到達するまでの間に行われてもよいし、溶湯が湯面高さH1に到達する前に行われてもよい。
上記のように溶湯が所定の湯面高さに到達するまでに型締めが行われるという場合、溶湯が所定の湯面高さに到達するとき、型締めは、完了していてもよいし、完了していなくてもよい。型締めが完了していない場合、溶湯が所定の湯面高さに到達するときの型締力の値は、例えば、溶湯が所定の湯面高さに到達するときまでに到達すべき値として設定されたものであってもよいし、そのような特別な意味を有さないものであってもよい。特に断りが無い限り、以下の説明においても同様である。
図示の例とは異なり、分流子107に凹溝107cが形成されずに、分流子107の上方側が一平面(ここでは凹溝107cの底面に位置するものと仮定する)によって除去されたような形状である場合においては、型接触又は型締めは、溶湯が湯面高さH2に到達する前に行われる。
湯面高さH1及び/又はH2(すなわち分流子107の形状)は、適宜に設定されてよい。これらの湯面高さは、従来と同様に設定されてよい。また、隙間109が構成されている状態でプランジャ41が前進できる距離を極力長くするために、これらの湯面高さを従来の設定方法によるものよりも高くするなど、本開示の技術に限った事情が考慮されて湯面高さH1及び/又はH2が設定されてもよい。
型接触又は型締めのタイミングの決定に際しては、湯面高さH1及び/又はH2に対して任意の余裕量だけ下方に位置する湯面高さHtを設定し、この湯面高さHtに到達するとき、又は到達する前に、型接触又は型締めがなされるように決定されてよい。
湯面高さH1、H2及び/又はHtの具体的な値は適宜に設定されてよい。例えば、湯面高さH1、H2及び/又はHtは、分流子107(スリーブ39)の上下方向の中央位置に対して、下方に位置していてもよいし、一致していてもよいし、上方に位置していてもよい。また、別の観点では、溶湯が湯面高さH1、H2及び/又はHtに到達するとき、スリーブ39における溶湯の充填率(スリーブ39のうちプランジャ41よりも前方における容積に溶湯の体積が占める割合)は、50%未満であってもよいし、50%以上であってもよい。
(射出における物理量の経時変化)
図10は、射出における種々の物理量の経時変化の一例を示す模式的な折れ線グラフである。
同図において、横軸は時間tを示している。縦軸は種々の物理量の大きさを示している。種々の物理量は、射出速度V(プランジャ41の前進速度)、射出圧力P(プランジャ41が溶湯に付与する圧力)、プランジャ41の位置S及び型締力F(金型101を締め付ける力)である。図中の線L、L、L及びLは、それぞれ、射出速度V、射出圧力P、プランジャ41の位置S及び型締力Fの経時変化を示している。
時間tは、射出開始時点(プランジャ41の前進開始時点)が0とされている。プランジャ41の位置は、図7(a)等に示すようなプランジャチップ41aが給湯口39aよりも後方に位置している状態(給湯時の待機位置)を0とし、前進するほど値が大きくなるように定義されている。
図示した4つの物理量のうち、射出速度V、射出圧力P及びプランジャ41の位置Sの経時変化は、公知の種々のダイカストマシンにおけるものと同様とされて構わない。本実施形態においては、型締力Fの経時変化が従来とは異なっている。例えば、以下のとおりである。
射出速度Vの経時変化(線L)から理解されるように、射出装置9は、比較的低速でプランジャ41を前進させる低速射出(概ね時点t0~t4)と、比較的高速でプランジャ41を前進させる高速射出(概ね時点t4~t5)とを順に行う。射出の初期段階において、低速射出が行われることによって、例えば、溶湯による空気の巻き込みが抑制される。続いて、高速射出が行われることによって、例えば、溶湯の凝固に遅れずに速やかに溶湯が金型101内に充填される。
低速射出(時点t0~t4)においては、プランジャ41の速度(低速射出速度V)が比較的低いことから、射出圧力Pは比較的低い。そして、高速射出が開始されると(t4)、射出圧力Pは上昇する。さらに、高速射出によってキャビティCa内に溶湯が(概ね)充填されると(時点t5)、溶湯の行き場がなくなるから、射出圧力Pは急激に上昇し、また、射出速度Vは急激に低下する。そして、射出圧力Pは鋳造圧力Pe(終圧)に至り、射出速度Vは0となる(時点t6)。
プランジャ41の位置Sは、射出速度Vの積分値であるから、射出速度Vの上記の経時変化を反映した経時変化を示す。具体的には、低速射出(t0~t4)においては、位置Sの値は、低速射出速度Vを変化率として大きくなっていく。高速切換位置Sに到達すると、位置Sの値は、変化率を大きくしてさらに値を大きくしていく。そして、射出速度Vが0に至ると、位置Sの値は一定となる。すなわち、プランジャ41は、充填完了位置Seに至って停止する。
一般には、型締めは射出開始前(時点t0前)に完了する。すなわち、一般には、型締力Fは、時点t0前から最終的な型締力Feを維持する。ただし、図7(a)~図9(b)を参照して説明したように、本実施形態では、射出開始後に型締めがなされるから、線Lによって示されている型締力Fは、射出開始後(t2)において上昇を開始している。
より具体的には、時点t1において、金型101の隙間109の縮小が開始される。そして、時点t2において型接触がなされる。型接触後、型締力Fは徐々に上昇し、最終的な型締力Feに到達する。この最終的な型締力Feが得られる時点(すなわち型締め完了時点)は、図示の例では、高速射出開始(時点t4)よりも前(時点t3)である。
射出速度V、射出圧力P及びプランジャ41の位置Sの経時変化における各種の目標値の具体的な大きさ及びその設定方法等は、公知の種々のダイカストマシンにおけるものと同様とされて構わない。型締力Fについても、最終的な型締力Feの目標値の具体的な大きさ及びその設定方法等は、公知の種々のダイカストマシンにおけるものと同様とされて構わない。
例えば、低速射出速度V、高速射出速度V、鋳造圧力Pe及び型締力Feの目標値は、例えば、鋳造サイクル開始前における入力装置69に対するオペレータの操作によって、直接に設定され、又は関連するパラメータの値の設定によって間接に設定され、データDTに記憶されている。低速射出速度Vは、例えば、1m/s未満の範囲で設定されてよい。高速射出速度Vは、例えば、低速射出速度Vよりも速い速度であり、また、例えば、1m/s以上の範囲で設定されてよい。低速射出速度V及び高速射出速度Vは、例えば、一定速度(当該一定速度への加速等を除く)である。ただし、変速がなされてもよい。
低速射出から高速射出への切換え(時点t4)は、例えば、プランジャ41の位置が所定の高速切換位置Sに到達したときになされる。高速切換位置Sは、例えば、鋳造サイクル開始前における入力装置69に対するオペレータの操作によって直接に又は間接に設定され、データDTに記憶されている。例えば、オペレータは、入力装置69に対してビスケット厚(目標値)及び高速区間の長さd(高速射出の間にプランジャ41が前進する距離。目標値)を入力する。そして、制御装置67は、ビスケット厚に基づいて充填完了位置Se(目標値乃至は予測値)を特定し、その充填完了位置Seから高速区間の長さd(目標値)を差し引いて高速切換位置Sを算出する。
なお、本実施形態の説明では、昇圧が完了してプランジャ41が完全に停止した位置を充填完了位置Seとし、かつ高速切換位置Sから充填完了位置Seまでを高速区間としている。ただし、充填完了位置Se及び高速区間等の定義は、本開示の技術の趣旨から逸脱しない範囲で適宜に定義されてよい。例えば、昇圧が完了してプランジャ41が完全に停止する前の時点t5における位置を充填完了位置Seとして定義してもよいし、及び/又は高速切換位置Sから時点t5における位置までを高速区間としてもよい。
(型締開始条件)
金型101の隙間109の縮小を開始する条件は、意図した時期までに型接触又は型締めを行うことができる限り、適宜に設定されてよい。本実施形態では、高速射出開始までに型締めを完了する場合を例に取る。また、隙間109の縮小を開始する条件は、例えば、プランジャ41が所定の型締開始位置Scに至ったこととされてよい。型締開始位置Scは、適宜に設定されてよい。図10に示す例では、以下のように型締開始位置Scが設定されている。
隙間109の縮小を開始してから型締めが完了するまでに必要な時間T2(時点t1~t3)の値を特定する。なお、便宜上、必要な時間と表現するが、当該時間は、型締装置7の駆動力を限界又は定格まで発揮させた場合に必要とされる時間に限定されず、種々の事情を考慮して型締装置7の駆動力を抑えた場合に必要とされる時間も含まれる。
また、型締めが完了してから高速射出が開始されるまでの余裕時間T3(時点t3~t4)の値を設定する。この余裕時間T3は、例えば、制御の誤差等によって型締め完了前に高速射出が開始されてしまう蓋然性を下げることに寄与する。
そして、必要時間T2と余裕時間T3とを合計した型締時間T1を特定し、低速射出速度V(その目標値)に型締時間T1を乗じる。これにより、型締時間T1の間においてプランジャ41が移動する距離d1の値(予測値)が算出される。高速切換位置S(目標値)に対して移動距離d1(予測値)だけ手前の位置を型締開始位置Scとする。これにより、高速射出の開始前に型締めを完了することができる。
必要時間T2は、隙間109の縮小を開始してから型接触がなされるまでに必要な時間T4(時点t1~t2)と、型接触がなされてから型締めが完了するまでに必要な時間T5(時点t2~t3)とに分けることができる。
隙間109の縮小開始から型接触までに必要な時間T4の値は、例えば、隙間109の大きさ及び型締装置7の型閉じに係る性能によって特定される。すなわち、加速度を無視して簡便に考えれば、隙間109の大きさを、型締装置7が移動金型105を移動させる速度で割れば時間T4の値は求められる。制御装置67の型締開始位置特定部85は、適宜な方法によって、時間T4の値を特定してよい。例えば、型締開始位置特定部85は、隙間109の種々の値と時間T4の種々の値とを対応付けたマップ(別の観点ではテーブル。以下、他のマップについても同様。)をデータDTに保持し、このマップを参照して、設定されている隙間109の大きさに対応する時間T4の値を特定してよい。また、型締開始位置特定部85は、設定されている隙間109の大きさをパラメータとする所定の計算式によって時間T4の値を特定してもよい。
なお、例えば、金型101の種類によらずに隙間109の大きさが一定の場合、又は隙間109の設定可能範囲が比較的狭い範囲に限られている場合においては、型締開始位置特定部85は、隙間109の大きさに基づく時間T4の値の特定を行わずに、データDTに保持されている所定値(隙間109の大きさによらない1つの値)を時間T4の値として用いてもよい。当該所定値は、例えば、ダイカストマシン1の製造者によって設定されてもよいし、オペレータによって設定されてもよい。また、上記では、隙間109の大きさに応じた時間T4の値の特定を型締開始位置特定部85が行っているが、この特定をオペレータが行い、入力装置69及び制御装置67の入力設定部83を介して時間T4の値をデータDTに記憶させてもよい。
型接触から型締め完了までに必要な時間T5の値は、例えば、最終的な型締力Fe及び型締装置7の型締めに係る性能によって特定される。制御装置67の型締開始位置特定部85は、適宜な方法によって、時間T5の値を特定してよい。例えば、型締開始位置特定部85は、型締力Feの種々の値と時間T5の種々の値とを対応付けたマップをデータDTに保持し、このマップを参照して、設定されている型締力Feの値に対応する時間T5の値を特定してよい。また、型締開始位置特定部85は、設定されている型締力Feの値をパラメータとする所定の計算式によって時間T5の値を特定してもよい。
なお、金型101の種類によらずに型締力Feの値が一定の場合、又は型締力Feの設定可能範囲が比較的狭い範囲に限られている場合においては、型締開始位置特定部85は、型締力Feの値に基づく時間T5の値の特定を行わずに、データDTに保持されている所定値(型締力Feの大きさによらない1つの値)を時間T5の値として特定してもよい。当該所定値は、例えば、ダイカストマシン1の製造者によって設定されてもよいし、オペレータによって設定されてもよい。また、上記では、型締力Feの大きさに応じた時間T5の値の特定を型締開始位置特定部85が行っているが、この特定をオペレータが行い、入力装置69及び制御装置67の入力設定部83を介して時間T5の値をデータDTに記憶させてもよい。
必要時間T2は、時間T4及びT5の和である。制御装置67の型締開始位置特定部85は、上記のようにして特定した時間T4及びT5の値から必要時間T2の値を特定する。
なお、上記のように時間T4及びT5それぞれが所定値(1つの値)の場合においては、型締開始位置特定部85は、時間T4及びT5の値をそれぞれ特定せずに、必要時間T2の値として予めデータDTに記憶されている所定値(1つの値)を必要時間T2の値として特定してもよい。当該所定値は、例えば、ダイカストマシン1の製造者によって設定されてもよいし、オペレータによって設定されてもよい。また、時間T5が所定値(型締力Feによらない1つの値)の場合においては、時間T4及びT5の値を特定せずに、隙間109の値から直接的に必要時間T2の値を特定してもよいし、時間T4が一定値の場合においては、時間T4及びT5の値を特定せずに、型締力Feの値から直接的に必要時間T2の値を特定してもよい。また、上記では、隙間109の大きさ及び/又は型締力Feの大きさに応じた必要時間T2の値の特定を型締開始位置特定部85が行っているが、この特定をオペレータが行い、入力装置69及び制御装置67の入力設定部83を介して必要時間T2の値をデータDTに記憶させてもよい。
余裕時間T3の値は、鋳造サイクル開始前におけるオペレータの入力装置69に対する操作によって設定されてもよいし、ダイカストマシン1の製造者によって設定されていてもよいし、鋳造条件等に基づいて制御装置67の型締開始位置特定部85によって設定されてもよい。また、余裕時間T3の値は、金型101の種類又は鋳造条件に応じて設定されてもよいし、これらによらずに所定値(1つの値)に設定されてもよい。設定された余裕時間T3の値は、データDTに記憶され、型締開始位置特定部85によって参照される。
上記のように、必要時間T2及び余裕時間T3はそれぞれ、種々の条件によらない所定値(1つの値)とされても構わない。両者が所定値の場合、制御装置67の型締開始位置特定部85は、必要時間T2と余裕時間T3とを加算する演算を行わずに、型締時間T1の値として予めデータDTに記憶されている所定値(1つの値)を型締時間T1の値として特定してもよい。当該所定値は、例えば、ダイカストマシン1の製造者によって設定されてもよいし、ユーザによって設定されてもよい。また、上記のように、種々の条件を考慮した必要時間T2及び余裕時間T3の値の特定は、型締開始位置特定部85が行わずに、オペレータが行ってもよく、この場合においては、オペレータが型締時間T1の値を入力装置69及び制御装置67の入力設定部83を介してデータDTに記憶させてもよい。
型締時間T1の値の特定を制御装置67の型締開始位置特定部85が行わず、オペレータが行う場合においては、入力装置69及び制御装置67の入力設定部83を介して型締時間T1の値がデータDTに記憶されるのではなく、入力装置69及び入力設定部83を介して移動距離d1の値がデータDTに記憶されてもよい。そして、型締開始位置特定部85は、そのデータDTに記憶されている移動距離d1の値を利用して、型締開始位置Scを特定してもよい。さらに、移動距離d1の値ではなく、型締開始位置Sc自体が入力装置69及び制御装置67の入力設定部83を介してデータDTに記憶され、型締装置7の制御を行う型締制御部77に参照されてもよい。
一般に、高速切換位置Sは、溶湯がゲート101b(図3(a))付近に到達したときに開始される。一方、金型101の構成にもよるが、一般に、溶湯が隙間109に流れ込む湯面高さは、ゲート101bよりも下方となる。従って、高速射出の開始前に型締めが完了することは、上記湯面高さに溶湯が到達する前に、型接触又は型締めがなされることを担保しない。
しかし、多くの金型付ダイカストマシンDC1においては、高速射出の開始前に型締めが完了すれば、隙間109に流れ込む湯面高さに溶湯が到達する前に、少なくとも型接触がなされると期待される。また、個々の金型付ダイカストマシンDC1の事情を考慮して、隙間109に流れ込む湯面高さに溶湯が到達する前に、型接触又は型締めがなされるように余裕時間T3が設定されてもよい。
高速射出は、いわゆるゲート前高速、ゲート高速及びゲート後高速に分類可能である。ゲート前高速では、溶湯がゲート101bに到達する(少し)手前で射出速度が高速射出速度Vに切り換えられる。ゲート高速では、溶湯がゲート101bに到達するときに射出速度が高速射出速度Vに切り換えられる。ゲート後高速では、溶湯がゲート101bを(少し)過ぎたときに射出速度が高速射出速度Vに切り換えられる。上記のように高速射出の開始前に型締めが完了するように型締めを行う場合においては、ゲート前高速を採用することによって、溶湯が隙間109に流れ込む湯面高さに溶湯が到達する前に型接触又は型締めがなされることの信頼性を向上させてもよい。
(制御装置による処理の手順の一例)
図11は、これまでに説明した鋳造サイクルを実現するために制御装置67が実行するサイクル処理の手順の一例を示すフローチャートである。この処理は、例えば、入力装置69に対するサイクル開始の操作をトリガとして繰り返し実行される。
ステップST1の前において、ダイカストマシン1は、図1及び図7(a)に示す状態となっている。すなわち、型締装置7において、金型101は型開状態とされている。射出装置9において、プランジャ41は給湯口39aよりも後方の初期位置に位置している。スリーブ39内に溶湯は配置されていない。
ステップST1では、制御装置67(隙間制御部75)は、型閉じを行うように型締装置7を制御する(図7(b))。ただし、既に述べたように、この型閉じは、型接触手前まで行われ、これにより、隙間109が構成される。具体的には、例えば、隙間制御部75は、移動ダイプレート17が型閉方向へ移動する回転方向へ型締電動機27を回転させるように型締電動機27へ制御指令を出力する。このとき、隙間制御部75は、例えば、エンコーダ35の検出値に基づいて、データDTに記憶されている隙間109の大きさが実現されるように位置フィードバック制御を行う。
ステップST2では、制御装置67(給湯制御部81)は、溶湯がスリーブ39に供給されるように給湯装置13を制御する(図8(a))。具体的には、給湯制御部81は、ラドル63によって保持炉59の溶湯Mを汲み出してスリーブ39に注ぐようにラドル搬送装置65の不図示の電動機を制御する。
ステップST3では、制御装置67(射出制御部79)は、射出(本実施形態では具体的には低速射出)が開始されるように射出装置9を制御する(図10の時点t0及び図8(b))。射出装置9が図2(a)に例示した構成の場合においては、射出制御部79は、流入側バルブ53を開いて液圧源49からヘッド側室45hへ作動液を供給するとともに、流出側バルブ55を開いてロッド側室45rからの作動液の排出を許容する。
低速射出中のプランジャ41の速度は、例えば、位置センサ57の検出値に基づいてフィードバック制御される。この速度フィードバック制御は、所定のタイムスケジュールデータに基づいて時々刻々と更新される目標位置に対する位置フィードバック制御によって実現されるものとされてよい。タイムスケジュールデータは、例えば、所定の時間刻みで作成された目標位置の時系列データである。もちろん、通常の速度フィードバック制御(速度自体の偏差に基づいて操作量を決定する制御)がなされてもよい。また、図2(a)に例示した構成の場合においては、具体的には、流出側バルブ55の開度がフィードバック制御される。
ステップST4では、制御装置67(型締制御部77)は、型締開始条件が満たされたか否か判定する。具体的には、本実施形態では、型締制御部77は、図10を参照して説明したように、プランジャ41が型締開始位置Scに到達したか否か判定する。そして、型締制御部77は、否定判定のときは待機し、肯定判定のときはステップST5に進む。
この判定は、例えば、位置センサ57が検出するプランジャ41の位置が型締開始位置Scに到達したか否かによって判定されてよい。また、上記のように、時々刻々と更新される目標位置に対する位置フィードバック制御によって実質的に速度フィードバック制御が行われる場合においては、型締開始位置Scの値に最も近い目標位置、又は当該目標位置から時間刻み1つ分だけ前又は後にずれた目標位置に相当する時点が到来したか否かによって、プランジャ41が型締開始位置Scに到達したか否か判定されてもよい。
ステップST5では、制御装置67(型締制御部77)は、隙間109の縮小を開始し(図10の時点t1)、型接触(時点t2)及び型締め(時点t2~)を行う(図9(a))。具体的には、型締制御部77は、移動ダイプレート17を型閉方向へ移動させる回転方向へ型締電動機27を回転させるように型締電動機27に制御指令を出力し、型締力センサ37によって検出される型締力FがデータDTに記憶されている最終的な型締力Feに到達するまで型締電動機27を回転させる。型締制御部77は、例えば、型締力Fが最終的な型締力Feに収束するように型締力センサ37の検出値に基づいてフィードバック制御を行ってもよい。
上記では、便宜上、プランジャ41が型締開始位置Scに到達したか否かの判定を行い、肯定判定のときに隙間109の縮小を開始しているが、そのような判定がなされないようにすることも可能である。例えば、適宜な時期まで(例えば型接触まで)型締電動機27の目標位置の時系列データを作成しておき、プランジャ41の目標位置の時系列データに基づく制御と同期して、型締電動機27の目標位置の時系列データに基づく制御を行うだけであってもよい。
ステップST6では、制御装置67(射出制御部79)は高速射出(図10の時点t4~t5又はt6)を行うように射出装置9を制御する。すなわち、射出制御部79は、プランジャ41が高速切換位置Sに到達すると(時点t4)、プランジャ41の速度が低速射出速度Vから高速射出速度Vへ切り換えられるように射出駆動部43を制御する。射出駆動部43が図2(a)に例示した構成の場合においては、例えば、射出制御部79は、低速射出に引き続いて流入側バルブ53の開状態を維持しつつ、流出側バルブ55の開度を低速射出のときよりも大きくする。
高速射出中のプランジャ41の速度は、例えば、低速射出中のプランジャ41の速度と同様に、位置センサ57の検出値に基づいてフィードバック制御されてよい。すなわち、時々刻々と更新される目標位置に対する位置フィードバック制御によって実質的に速度フィードバック制御が行われてもよいし、速度自体の偏差に基づく通常の速度フィードバック制御がなされてもよい。
なお、低速射出から高速射出へ引き続き、時々刻々と更新される目標位置に対する位置フィードバック制御を行う場合においては、低速射出の開始から高速射出の終了までに跨る、目標位置の時系列データの作成の際に高速切換位置Sが利用される。換言すれば、射出中にプランジャ41が高速切換位置Sに到達したか否かの判定はなされなくてよい。もちろん、プランジャ41が高速切換位置Sに到達したか否かの判定を行って、速度自体の偏差に基づく通常の速度フィードバック制御における目標速度を切り換えるなどしてもよい。
ステップST7では、制御装置67(射出制御部79)は昇圧(図10の時点t5~t6)及び保圧(時点t6~)を行うように射出装置9を制御する。ただし、高速射出と昇圧とは必ずしも明確に区別可能又は定義可能でなくてよい。特に、図2(a)に示したような単胴式の射出シリンダ45を用いた場合においては、両者は明確に区別可能又は定義可能でなくてよい。もちろん、速度制御から圧力制御に切り換え、その切換時点を高速射出から昇圧への切換時点として明確に区別又は定義したりしてもよい。
ステップST8では、制御装置67は、経過時間などに基づいて溶湯が凝固したか否か判定し、凝固したと判定すると、型開きを行うように型締装置7を制御したり、製品を金型101から取り出すように押出装置11を制御したりする。そして、制御装置67は、サイクル処理を終了する(次のサイクル処理を開始する。)。なお、特に図示しないが、この他、適宜な時期に金型101の洗浄や離型剤の塗布が行われるなど、適宜なステップが挿入されてよい。
以上のとおり、本実施形態に係るダイカストマシン1は、横型締式の型締装置7と、横射出式の射出装置9と、給湯装置13と、制御装置67とを有している。型締装置7は、金型101(固定金型103及び移動金型105)の型開閉及び型締めを行う。射出装置9は、金型101のキャビティCaに通じるスリーブ39内でプランジャ41を前進させてキャビティCaに溶湯を射出する。給湯装置13は、スリーブ39内に溶湯を供給する。制御装置67は、型締装置7、射出装置9及び給湯装置13を制御する。制御装置67は、隙間制御部75と、給湯制御部81と、射出制御部79と、型締制御部77とを有している。隙間制御部75は、金型101の合わせ面103a及び105a同士を隙間109を介して対向させ、キャビティCaと金型101の外部とを隙間109を介して通じさせるように型締装置7を制御する(図7(b))。給湯制御部81は、隙間109が維持されているときに溶湯をスリーブ39内に供給するように給湯装置13を制御する(図8(a))。射出制御部79は、隙間109が維持されており、スリーブ39内に溶湯があるときにプランジャ41の前進を開始するように射出装置9を制御する(図8(b))。型締制御部77は、プランジャ41の前進が開始された後、隙間109へ溶湯が流れ込む湯面高さH2に溶湯が到達する前に、合わせ面103a及び105a同士を当接させて隙間109を無くすように型締装置7を制御する(図9(a))。
別の観点では、本実施形態に係る金型付ダイカストマシンDC1は、上記のようなダイカストマシン1と、型締装置7に保持されている金型101と、を有している。金型101は、隙間109が構成されているときにスリーブ39の金型101側の開口のうちの下方側の一部に嵌合してスリーブ39内の溶湯を堰き止める分流子107を含んでいる。
さらに別の観点では、本実施形態に係るダイカスト方法は、横型締横射出のダイカストマシン1を用いたダイカスト方法であって、隙間構成ステップ(ST1)と、給湯ステップ(ST2)と、射出ステップ(ST3及びST6)と、型締ステップ(ステップST5)とを有している。隙間構成ステップは、金型101の合わせ面103a及び105a同士を隙間109を介して対向させ、金型101のキャビティCaと金型101の外部とを隙間109を介して通じさせる(図7(b))。給湯ステップは、隙間109が維持されているときに溶湯をキャビティCaに通じているスリーブ39内に供給する(図8(a))。射出ステップは、隙間109が維持されており、かつスリーブ39内に溶湯があるときにスリーブ39内のプランジャ41の金型101への前進を開始する(図8(b))。型締ステップは、プランジャ41の前進が開始された後、隙間109へ溶湯が流れ込む湯面高さH2に溶湯が到達する前に、合わせ面103a及び105a同士を当接させて隙間109を無くす(図9(a))。
従って、本実施形態では、横型締横射出のダイカストマシン1であっても、隙間109が構成されている状態でスリーブ39内に溶湯を供給したときに直ちに溶湯が隙間109へ流れ込むわけではない事象を利用して、隙間109が構成されている状態で射出の初期動作を行うことができる。その結果、例えば、射出の初期においてキャビティCaのガス抜きを効率的に行うことができる。これにより、例えば、ダイカスト品における鋳巣及びガス量を低減したり、引張強度を向上させたり、外観品質を向上させたりすることができる。また、金型内の背圧が低減され、ひいては、背圧が射出制御及び湯流れに及ぼす影響が低減され、これによってもダイカスト品の品質を向上させることができる。
本願発明者は、上記効果が奏されることを実験によって確認した。その一部を以下に示す。型締めを行ってから射出を開始する通常のダイカスト法(比較例)と、隙間109の大きさを2mmとした本実施形態のダイカスト法(実施例)とによって鋳造を行った。その結果、実施例の鋳巣割合(鋳巣体積が製品体積に占める割合)は、比較例の鋳巣割合の8割~9割であった。鋳造後、熱処理を行うと、比較例と実施例との鋳巣割合の相違は顕著となり、実施例の鋳巣割合は、比較例の鋳巣割合の4割~8割であった。製品の単位質量当たりの、製品に含まれるガス(ガスの種別は問わない)の体積は、実施例は比較例の約9割であった。より詳細には、単位質量当たりのHガスの体積は、実施例は比較例の7割~9割であった。これは、離型剤湿分が蒸発して隙間109から排出されたことによると推測される。単位質量当たりのC系ガスの体積は、実施例は比較例の約8割であった。これは、プランジャ41を潤滑させるための油によって発生したガスが隙間109から排出されたことによると推測される。実施例の引張強度は、比較例の引張強度の1.02倍~1.12倍であった。
本実施形態では、射出制御部79は、隙間109が維持されている状態でプランジャ41の前進が開始されてから、隙間109が無くされてキャビティCaへの溶湯の充填が完了するまで(図10の時点t0から時点t5又は時点t6まで)、プランジャを停止させることなくプランジャ41を前進させるように射出装置9を制御する。
この場合、例えば、プランジャ41の前進開始後、プランジャ41の前進を一旦停止し、その一旦停止している間に型接触及び型締めを行う態様(当該態様も本開示に係る技術に含まれてよい。)に比較して、サイクルタイムを短くすることができる。別の観点では、サイクルタイムを従来と同程度にすることができる。なお、本実施形態からは、横型締横射出を前提としない、上記のプランジャ41が一旦停止しない点に着目した技術を抽出することもできる。
また、本実施形態では、型締制御部77は、隙間109へ溶湯が流れ込む湯面高さH2に溶湯が到達する前に、型締めが完了するように型締装置7を制御する。
この場合、例えば、溶湯が湯面高さH2に到達したときに、型接触がなされる、又は途中まで型締めがなされている態様(当該態様も本開示に係る技術に含まれてよい。)に比較して、溶湯が隙間109に流れ込む蓋然性を低減することができる。なお、本実施形態とは異なり、溶湯が湯面高さH2に到達したときに、型接触がなされる、又は途中まで型締めがなされている態様においては、例えば、隙間109の縮小を開始する時期を遅くして、隙間109を介したガス抜きがなされる時間を長くすることができる。
また、本実施形態では、射出制御部79は、プランジャ41の前進開始後、プランジャ41の速度を所定の低速射出速度Vから、これよりも高速の所定の高速射出速度Vへ切り換えるように射出装置9を制御する。型締制御部77は、プランジャ41の速度が高速射出速度Vへ切り換えられる前に型締めが完了するように型締装置7を制御する。
この場合、例えば、高速射出の開始前に型締めを完了させてしまうから、高速射出を開始したときに、型接触がなされる、又は途中まで型締めがなされている態様(当該態様も本開示に係る技術に含まれてよい。)に比較して、高速射出時の射出圧力によって溶湯が隙間109に侵入してバリが生じる蓋然性を下げることができる。なお、本実施形態とは異なり、高速射出の開始時に、型接触がなされる、又は途中まで型締めがなされている態様においては、例えば、隙間109の縮小を開始する時期を遅くして、隙間109を介したガス抜きがなされる時間を長くすることができる。
また、本実施形態では、射出制御部79は、プランジャ41が所定の高速切換位置Sに到達したときに、プランジャ41の速度を所定の低速射出速度Vから、これよりも高速の所定の高速射出速度Vへ切り換えるように射出装置9を制御する。制御装置67は、高速切換位置Sよりも所定の移動距離d1だけ手前の位置を型締開始位置Scとして特定する型締開始位置特定部85を有している。型締制御部77は、プランジャ41が型締開始位置Scに到達したときに、隙間109を縮小する制御を開始する。
この場合、例えば、プランジャ41の位置の変化に基づいて隙間109の縮小を開始することから、プランジャ41の位置誤差に起因して実際の溶湯の湯面高さに誤差が生じても、隙間109が無くされる前に溶湯が湯面高さH2に到達してしまう蓋然性を低下させることができる。また、例えば、高速切換位置Sを基準として型締開始位置Scを設定していることから、高速射出の開始位置と、隙間109の縮小開始位置との関係を明確にして、高速射出の開始時に所望の型締力を得ることが容易化される。例えば、移動距離d1を適宜に設定することによって、高速射出の開始時までに確実に型締めを完了させることができる。
また、本実施形態では、型締開始位置特定部85は、低速射出速度Vに所定の型締時間T1を乗じた距離を移動距離d1として特定する。
この場合、隙間109の縮小を開始する時期は、低速射出速度Vに応じて設定されることになる。その結果、例えば、低速射出速度Vが相対的に速いときは早期に隙間109の縮小を開始して、溶湯が隙間109に流れ込む蓋然性を低下させることができる。その一方で、低速射出速度Vが相対的に遅いときは隙間109の縮小の開始を遅らせて、ガス抜きの時間を長くすることができる。
また、本実施形態では、型締開始位置特定部85は、隙間109の縮小を開始する制御を開始してから型締めが完了するまでに必要な必要時間T2と所定の余裕時間T3との合計を型締時間T1として特定する。
この場合、隙間109の縮小を開始する時期は、隙間109の大きさ及び型締装置7の性能に応じて設定されることになる。その結果、例えば、隙間109が相対的に大きいときは、早期に隙間109の縮小を開始して、溶湯が隙間109に流れ込む蓋然性を低下させることができる。その一方で、隙間109が相対的に小さいときは隙間109の縮小の開始を遅らせて、ガス抜きの時間を長くすることができる。さらに、余裕時間T3を加味することによって、例えば、制御の誤差等によって不測の事態が生じる蓋然性を低下することができる。
<変形例>
以下の変形例の説明においては、基本的に、実施形態との相違部分について述べる。特に断りがない事項については、実施形態と同様とされてよい。また、便宜上、実施形態の構成と差異がある構成についても、実施形態の構成に付した符号を付すことがある。
(第1変形例)
図12(a)は、第1変形例を説明するための模式的な断面図であり、図9(a)と図9(b)との間の状態に相当する。図12(b)は、第1変形例を説明するためのブロック図であり、図6の一部に相当する。
実施形態では、隙間109の縮小を開始する型締開始位置Scは、高速切換位置Sを基準として設定された。本実施形態では、図12(a)に示すように、型締開始位置Scは、溶湯が隙間109に流れ込む湯面高さH2(図5(b)参照)に到達するときのプランジャ41の位置(限界位置S)を基準として設定される。具体的には、以下のとおりである。
スリーブ39内の形状及び寸法、ランナー101aの形状及び寸法、並びに1ショット分の溶湯Mの体積が既定であるとすると、スリーブ39内の溶湯Mの湯面高さは、プランジャ41の位置によって一意に求まる。換言すれば、隙間109に溶湯が流れ込むときのプランジャ41の位置(限界位置S)は、湯面高さH2から一意に求まる。この限界位置Sに対して所定の余裕距離d2で手前の位置を型締開始位置Scとする。そして、実施形態と同様に、プランジャ41が型締開始位置Scに到達したときに、隙間109の縮小を開始する。これにより、溶湯が隙間109に流れ込む前に、型接触を行ったり、途中まで型締めを行ったり、又は型締めを完了したりすることができる。
このような型締開始位置Scの設定において、湯面高さH2に代えて、湯面高さH1又は湯面高さHt(図5(b))が用いられてもよい。湯面高さHtは、例えば、湯面高さH1及び/又はH2等に基づいて、ダイカストマシン1の製造者、オペレータ又は制御装置67が設定してよい。また、湯面高さHtは、湯面高さH1又はH2であっても構わない。従って、以下の説明では、湯面高さH1、H2及びHtを代表して、湯面高さHtを用いることがある。また、スリーブ39における溶湯の充填率の値がダイカストマシン1の製造者、オペレータ又は制御装置67によって設定され、この充填率の値から上記の湯面高さHtが算出されてもよい。
型締開始位置Scの設定における制御装置67の役割分担は適宜に設定されてよい。例えば、データDTには、スリーブ39内の形状及び寸法、並びにランナー101aの形状及び寸法の情報と、1ショットの溶湯Mの体積と、湯面高さHtの値とが記憶されている。制御装置67の型締開始位置特定部85は、これらの情報に基づいて、限界位置Sの値を特定する。また、データDTには、余裕距離d2の値が記憶されている。型締開始位置特定部85は、特定した限界位置Sの値と、データDTの余裕距離d2の値とから型締開始位置Scを算出する。
このように型締開始位置特定部85が型締開始位置Scを特定する場合において、データDTに記憶されるスリーブ39内の形状及び寸法、並びにランナー101aの形状及び寸法の情報は、限界位置Sの値の特定に必要な値を含んでいればよい。例えば、溶湯が湯面高さHtに到達する前において、ランナー101aの形状及び寸法がプランジャ41の位置と溶湯Mの実際の湯面高さとの相関関係に及ぼす影響が無い、又は小さい場合は、ランナー101aの形状及び寸法に関する情報はデータDTに記憶されていなくてもよい。スリーブ39の形状が円筒状であることを前提として、スリーブ39の径の値のみがデータDTに記憶されていてもよい。
限界位置Sの値の特定に必要な各種の情報は、例えば、オペレータの入力装置69に対する操作によって、直接に入力され、又は関連する情報の入力によって間接に入力され、データDTに記憶されてよい。例えば、スリーブ39の径(別の観点ではプランジャチップ41aの径)は、入力装置69に対する操作によって直接入力される。1ショットの溶湯の体積は、例えば、入力装置69に対する操作によって入力された充填質量、及び入力装置69に対する操作によって選択された溶湯の材料の種類(当該種類に対応付けてデータDTに記憶されている溶湯の密度)等に基づいて算出される。湯面高さHtの値は、例えば、オペレータの入力装置69に対する操作によってデータDTに記憶される。ただし、湯面高さHtの値は、データDTに記憶されているスリーブ39内の形状及び寸法、並びにランナー101aの形状及び寸法の情報に基づいて、型締開始位置特定部85が算出しても構わない。
湯面高さHtから限界位置Sを特定する演算は、適宜なものとされてよい。例えば、型締開始位置特定部85は、計算式によって湯面高さHtから限界位置Sを算出してもよいし、プランジャ41の位置Sと、その位置Sにプランジャ41があるときの溶湯の湯面高さとを対応付けたマップを生成し、このマップを参照して、湯面高さHtに対応する位置Sを限界位置Sとして特定してもよい。
以下に計算式の一例を示す。図5(b)において二点鎖線で示すように溶湯Mが円筒状のスリーブ39内にある場合を考える。スリーブ39の下端から溶湯Mの湯面までの高さをhとする。スリーブ39の半径をrとする。溶湯Mの、スリーブ39の軸方向に直交する横断面の面積をAとする。図8(b)に示すように溶湯Mのスリーブ39の軸方向の長さをLとする。溶湯Mの体積をV(図示省略)とする。このとき、下記の(1)式及び(2)式が成り立つ。
V=A×L (1)
A=h×√(r-h)-rcos-1(h/r)+πr (2)
(1)式から、A=V/Lであり、これを(2)式に代入して変形すると、
L=(h×√(r-h)-rcos-1(h/r)+πr)/V (3)
が成り立つ。
ここで、V及びrの値は、例えば、オペレータの入力装置69に対する操作によって直接に又は間接に既定値とされる。従って、hとして湯面高さHtを用いれば、溶湯Mが湯面高さHtに到達するときの長さLが算出され、ひいては、そのときのプランジャ41の位置S(限界位置S)が算出される。
なお、厳密には、図8(b)から理解されるように、隙間109の大きさは限界位置Sに影響する。ただし、通常、隙間109の大きさは、溶湯Mが湯面高さHtに到達するときの長さLに対して十分に小さいから、隙間109の大きさは無視されてよい。もちろん、溶湯Mの湯面が相対的に高くなる隙間109が無くされた状態を基準として、上記のような計算がなされてもよい。
余裕距離d2は、適宜に設定されてよい。例えば、余裕距離d2は、実施形態の移動距離d1と同様の算出方法によって算出されてよい。この場合、溶湯が湯面高さHtに到達する前に確実に型締めを完了することができる。この他、余裕距離d2は、低速射出速度Vに必要時間T2を乗じた値とされてもよいし、低速射出速度Vに時間T4を乗じた値とされてもよい。余裕距離d2は、ダイカストマシン1の製造者が設定してもよいし、オペレータが入力装置69を介して設定してもよいし、制御装置67の型締開始位置特定部85が算出してもよい。
上記の説明では、制御装置67の型締開始位置特定部85が限界位置Sを算出した。ただし、オペレータが限界位置Sを算出して入力装置69及び制御装置67の入力設定部83を介して限界位置SをデータDTに記憶させてもよい。さらに、オペレータが限界位置Sと余裕距離d2とに基づいて型締開始位置Scを算出し、入力装置69及び入力設定部83を介して型締開始位置ScをデータDTに記憶させてもよい。
以上のとおり、第1変形例では、制御装置67は、所定の湯面高さ(例えば、隙間109に溶湯が流れ込む湯面高さH2)に係る情報を取得して、当該湯面高さH2に溶湯が到達するときのプランジャ41の位置を特定し、この位置よりも所定の余裕距離d2で手前の位置を型締開始位置Scとして特定する型締開始位置特定部85を有している。型締制御部77は、プランジャ41が型締開始位置Scに到達したときに、隙間109を縮小する制御を開始する。
この場合、例えば、既述のように、溶湯が湯面高さH2に到達する限界位置Sを基準として型締開始位置Scを設定していることから、溶湯が隙間109に到達する前に、隙間109を無くすことが容易化される。なお、実施形態では、湯流れに影響を及ぼす高速切換位置Sを基準として、ガス抜きに影響を及ぼす型締開始位置Scを設定していることから、ガス抜きが湯流れに及ぼす影響を調整しやすい。
なお、所定の湯面高さに係る情報は、湯面高さ自体であってもよいし、スリーブ39における溶湯の充填率のように、湯面高さを特定可能な情報であってもよい。所定の湯面高さ(湯面高さH2等)に溶湯が到達するときのプランジャ41の位置の特定は、既述のように、隙間109が無くされた状態を基準として算出されてもよい。
(第2変形例)
図13は、第2変形例を説明するための模式的な断面図であり、図8(b)のような状態の一部に相当する。
実施形態及び第1変形例では、プランジャ41の位置Sに基づいて隙間109の縮小が開始された。これに対して、第2変形例では、スリーブ39内に湯面センサ91が設けられており、湯面センサ91によって溶湯Mが所定の湯面高さHtに到達したことが検出されたときに、隙間109の縮小が開始される。湯面高さHtは、例えば、湯面高さH1及び/又はH2等に基づいて、ダイカストマシン1の製造者又は使用者によって設定され、湯面高さH1又はH2であってもよいし、これらとは異なる高さであってもよい。
湯面センサ91の構成は、適宜なものとされてよい。例えば、湯面センサ91は、通電センサとされてよい。通電センサは、例えば、特に図示しないが、スリーブ39内に露出し、かつ湯面高さHtに位置している1対の電極を有している。そして、スリーブ39内の溶湯が1対の電極に接触すると1対の電極が通電される。そして、湯面センサ91は、1対の電極が通電されると、そのことを示す信号を出力する。この他、湯面センサ91は、例えば、溶湯の温度を検出する温度センサ、又は溶湯の圧力を検出する圧力センサによって構成することも可能である。
以上のとおり、第2変形例では、ダイカストマシン1は、スリーブ39内の溶湯が所定の湯面高さHtに到達したことを検出する湯面センサ91を更に有している。型締制御部77は、湯面センサ91によって溶湯が湯面高さHtに到達したことが検出されたときに、隙間109を縮小する制御を開始する。
この場合、例えば、プランジャ41によって押されている溶湯の湯面高さを直接に検出することから、計量誤差により1ショットの溶湯の量が多くなっているような場合において、溶湯が隙間109に流れ込む蓋然性を低減することができる。
本開示に係る技術は、以上の実施形態及び変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
例えば、実施形態において言及したように、ダイカストマシンは、横型締横射出のものに限定されない。また、横型締横射出のダイカストマシンは、型開閉方向及びプランジャの駆動方向が水平なものに限定されず、型開閉方向及びプランジャの駆動方向が水平方向に対して所定の角度未満(例えば45°未満、30°未満又は15°未満)で傾斜しているものであってもよい。また、ダイカストマシンは、ラドルによってスリーブに溶湯を供給するものに限定されず、いわゆるセミホットチャンバ式のダイカストマシンのように、スリーブに連結されている給湯管から溶湯が供給されるものであってもよい。
実施形態では、型締装置が電動式とされ、射出装置が液圧式とされた。ただし、電動式及び液圧式は適宜に組み合わされてよい。例えば、型締装置及び射出装置の双方が電動式とされたり、双方が液圧式とされたり、型締装置が液圧式とされるとともに射出装置が電動式とされたりしてもよい。また、型締装置及び射出装置の少なくとも一方は、電動式と液圧式とを組み合わせたハイブリッド式とされてもよい。型締装置は、トグル式のものに限定されず、例えば、型開閉を行う駆動部(例えばねじ機構)と、型締めを行う駆動部(例えば型締シリンダ)とが別個に設けられるものであってもよい。
射出装置は、低速射出と高速射出とを行うものに限定されず、いわゆる層流充填を行うものであってもよい。また、射出装置は、低速射出と高速射出とで、単に速度だけでなく、動作が異なっていてもよい。例えば、低速射出が電動で行われるとともに高速射出が液圧で行われてもよい。低速射出がポンプからの液圧で行われるとともに高速射出がアキュムレータからの液圧で行われてもよい。射出(狭義)と昇圧とについても同様に、種々の相違があってよい。
各種のセンサも実施形態に示したものに限定されない。例えば、実施形態では、金型の合わせ面間の距離は電動機のエンコーダによって検出されたが、金型又はダイプレートに設けられたレーザ測長器又はリニアエンコーダ等によって測定されてもよい。また、例えば、型締力センサは、型締ピストンの位置を検出する位置センサによって構成されてもよい。
金型の合わせ面間の隙間は、型接触の手前まで型閉じを行うことによって構成されるのではなく、型閉状態から僅かに型開きを行うことによって構成されてもよい。また、隙間を構成する前に型接触位置を特定するための動作を行い、隙間の大きさの精度を向上させてもよい。このような技術は、特開2017-094367号公報に開示されており、特開2017-094367号公報の内容は、本開示に対して、参照による組み込み(incorporation by reference)がなされてよい。なお、上記公報は、固液共存状態の金属の成形に係るものであり、金属材料のキャビティへの充填が完了した後に型接触及び型締めがなされる点等において本開示に係る技術と相違する。
金型の合わせ面間の隙間の縮小を開始する時期の決定方法は、実施形態及び変形例に示した以外にも種々可能である。例えば、チルベントに設けられた背圧センサによって検出される圧力が所定の圧力まで上昇したときに隙間の縮小を開始してもよい。また、実施形態及び変形例の内容は、適宜に組み合わされてよい。例えば、実施形態で示した高速切換位置を基準として設定した型締開始位置を基本的に用いることとしつつ、この型締開始位置が第1変形例で示した湯面高さを基準として設定した型締開始位置を過ぎているか否か判定し、過ぎている場合に、警告画像を表示装置に表示させてもよい。
横型締横射出式において、隙間が構成されている状態でスリーブに溶湯を供給したときに溶湯が隙間に流れ込まないようにするための構成は、分流子によるものに限定されない。例えば、金型側が上方になるようにスリーブが傾斜していることによって、溶湯が隙間に流れ込まないようにされてもよい。また、金型本体に一体的に堰となる部位が構成されてもよいし、スリーブ(固定金型側)に堰が設けられてもよいし、射出が進行中に湯道から退避するような可動式の堰が設けられてもよい。
1…ダイカストマシン、7…型締装置、9…射出装置、13…給湯装置、39…スリーブ、41…プランジャ、67…制御装置、75…隙間制御部、77…型締制御部、79…射出制御部、81…給湯制御部、101…金型、103…固定金型(金型)、103a…(固定金型の)合わせ面、105…移動金型(金型)、105a…(移動金型の)合わせ面、107…分流子、109…隙間、M…溶湯。

Claims (12)

  1. 1対の金型の型開閉及び型締めを行う横型締式の型締装置と、
    前記1対の金型間のキャビティに通じるスリーブ内でプランジャを前進させて前記キャビティに溶湯を射出する横射出式の射出装置と、
    前記スリーブ内に溶湯を供給する給湯装置と、
    前記型締装置、前記射出装置及び前記給湯装置を制御する制御装置と、
    を有しており、
    前記制御装置は、
    前記1対の金型の合わせ面同士を、前記1対の金型の外部に開放されている隙間を介して対向させ、前記キャビティと前記1対の金型の外部とを前記隙間を介して通じさせるように前記型締装置を制御する隙間制御部と、
    前記隙間が維持されているときに溶湯を前記スリーブ内に供給するように前記給湯装置を制御する給湯制御部と、
    前記隙間が維持されており、かつ前記スリーブ内に溶湯があるときに前記プランジャの前進を開始するように前記射出装置を制御する射出制御部と、
    前記プランジャの前進が開始された後、前記隙間へ溶湯が流れ込む湯面高さに溶湯が到達する前に、前記合わせ面同士を当接させて前記隙間を無くすように前記型締装置を制御する型締制御部と、を有しており、
    前記射出制御部は、前記プランジャの前進開始後、前記プランジャの速度を所定の低速射出速度から当該低速射出速度よりも高速の所定の高速射出速度へ切り換えるように前記射出装置を制御し、
    前記型締制御部は、前記プランジャの速度が前記高速射出速度に切り換えられる前に型締めが完了するように前記型締装置を制御する
    ダイカストマシン。
  2. 1対の金型の型開閉及び型締めを行う横型締式の型締装置と、
    前記1対の金型間のキャビティに通じるスリーブ内でプランジャを前進させて前記キャビティに溶湯を射出する横射出式の射出装置と、
    前記スリーブ内に溶湯を供給する給湯装置と、
    前記型締装置、前記射出装置及び前記給湯装置を制御する制御装置と、
    を有しており、
    前記制御装置は、
    前記1対の金型の合わせ面同士を、前記1対の金型の外部に開放されている隙間を介して対向させ、前記キャビティと前記1対の金型の外部とを前記隙間を介して通じさせるように前記型締装置を制御する隙間制御部と、
    前記隙間が維持されているときに溶湯を前記スリーブ内に供給するように前記給湯装置を制御する給湯制御部と、
    前記隙間が維持されており、かつ前記スリーブ内に溶湯があるときに前記プランジャの前進を開始するように前記射出装置を制御する射出制御部と、
    前記プランジャの前進が開始された後、前記隙間へ溶湯が流れ込む湯面高さに溶湯が到達する前に、前記合わせ面同士を当接させて前記隙間を無くすように前記型締装置を制御する型締制御部と、を有しており、
    前記射出制御部は、前記プランジャが所定の高速切換位置に到達したときに、前記プランジャの速度を所定の低速射出速度から当該低速射出速度よりも高速の所定の高速射出速度へ切り換えるように前記射出装置を制御し、
    前記制御装置は、前記高速切換位置よりも所定の移動距離だけ手前の位置を型締開始位置として特定する型締開始位置特定部を有しており、
    前記型締制御部は、前記プランジャが前記型締開始位置に到達したときに、前記隙間を縮小する制御を開始する
    イカストマシン。
  3. 1対の金型の型開閉及び型締めを行う横型締式の型締装置と、
    前記1対の金型間のキャビティに通じるスリーブ内でプランジャを前進させて前記キャビティに溶湯を射出する横射出式の射出装置と、
    前記スリーブ内に溶湯を供給する給湯装置と、
    前記型締装置、前記射出装置及び前記給湯装置を制御する制御装置と、
    を有しており、
    前記制御装置は、
    前記1対の金型の合わせ面同士を、前記1対の金型の外部に開放されている隙間を介して対向させ、前記キャビティと前記1対の金型の外部とを前記隙間を介して通じさせるように前記型締装置を制御する隙間制御部と、
    前記隙間が維持されているときに溶湯を前記スリーブ内に供給するように前記給湯装置を制御する給湯制御部と、
    前記隙間が維持されており、かつ前記スリーブ内に溶湯があるときに前記プランジャの前進を開始するように前記射出装置を制御する射出制御部と、
    前記プランジャの前進が開始された後、前記隙間へ溶湯が流れ込む湯面高さに溶湯が到達する前に、前記合わせ面同士を当接させて前記隙間を無くすように前記型締装置を制御する型締制御部と、を有しており、
    前記制御装置は、所定の湯面高さに係る情報を取得し、取得した前記所定の湯面高さに溶湯が到達するときの前記プランジャの位置を特定し、この位置よりも所定の余裕距離で手前の位置を型締開始位置として特定する型締開始位置特定部を有しており、
    前記型締制御部は、前記プランジャが前記型締開始位置に到達したときに、前記隙間を縮小する制御を開始する
    イカストマシン。
  4. 1対の金型の型開閉及び型締めを行う横型締式の型締装置と、
    前記1対の金型間のキャビティに通じるスリーブ内でプランジャを前進させて前記キャビティに溶湯を射出する横射出式の射出装置と、
    前記スリーブ内に溶湯を供給する給湯装置と、
    前記型締装置、前記射出装置及び前記給湯装置を制御する制御装置と、
    を有しており、
    前記制御装置は、
    前記1対の金型の合わせ面同士を、前記1対の金型の外部に開放されている隙間を介して対向させ、前記キャビティと前記1対の金型の外部とを前記隙間を介して通じさせるように前記型締装置を制御する隙間制御部と、
    前記隙間が維持されているときに溶湯を前記スリーブ内に供給するように前記給湯装置を制御する給湯制御部と、
    前記隙間が維持されており、かつ前記スリーブ内に溶湯があるときに前記プランジャの前進を開始するように前記射出装置を制御する射出制御部と、
    前記プランジャの前進が開始された後、前記隙間へ溶湯が流れ込む湯面高さに溶湯が到達する前に、前記合わせ面同士を当接させて前記隙間を無くすように前記型締装置を制御する型締制御部と、を有しており、
    前記スリーブ内の溶湯が所定の湯面高さに到達したことを検出する湯面センサを更に有しており、
    前記型締制御部は、前記湯面センサによって溶湯が前記所定の湯面高さに到達したことが検出されたときに、前記隙間を縮小する制御を開始する
    イカストマシン。
  5. 前記射出制御部は、前記隙間が維持されている状態で前記プランジャの前進が開始されてから、前記隙間が無くされて前記キャビティへの溶湯の充填が完了するまで、前記プランジャを停止させることなく前記プランジャを前進させるように前記射出装置を制御する
    請求項1~4のいずれか1項に記載のダイカストマシン。
  6. 前記型締制御部は、前記隙間へ溶湯が流れ込む湯面高さに溶湯が到達する前に、型締めが完了するように前記型締装置を制御する
    請求項1~5のいずれか1項に記載のダイカストマシン。
  7. 前記型締開始位置特定部は、前記低速射出速度に所定の型締時間を乗じた距離を前記移動距離として特定する
    請求項に記載のダイカストマシン。
  8. 前記型締開始位置特定部は、前記隙間の縮小を開始してから型締めが完了するまでに必要な時間と所定の余裕時間との合計を前記型締時間として特定する
    請求項に記載のダイカストマシン。
  9. 固定金型及び移動金型からなる1対の金型の型開閉及び型締めを行う型締装置と、
    前記1対の金型間のキャビティに通じるスリーブ内でプランジャを前進させて前記キャビティに溶湯を射出する射出装置と、
    前記スリーブ内に溶湯を供給する給湯装置と、
    前記型締装置、前記射出装置及び前記給湯装置を制御する制御装置と、
    を有しており、
    前記制御装置は、
    前記1対の金型の合わせ面同士を、前記1対の金型の外部に開放されている隙間を介して対向させ、前記キャビティと前記1対の金型の外部とを前記隙間を介して通じさせるように前記型締装置を制御する隙間制御部と、
    前記隙間が維持されているときに溶湯を前記スリーブ内に供給するように前記給湯装置を制御する給湯制御部と、
    前記隙間が維持されており、かつ前記スリーブ内に溶湯があるときに前記プランジャの前進を開始するように前記射出装置を制御する射出制御部と、
    前記プランジャの前進が開始された後、前記隙間へ溶湯が流れ込む湯面高さに溶湯が到達する前に、前記合わせ面同士を当接させて前記隙間を無くすように前記型締装置を制御する型締制御部と、を有しており、
    前記射出制御部は、前記隙間が維持されている状態で前記プランジャの前進が開始されてから、前記隙間が無くされて前記キャビティへの溶湯の充填が完了するまで、前記プランジャを停止させることなく前記プランジャを前進させるように前記射出装置を制御し、かつ前記プランジャの前進開始後、前記プランジャの速度を所定の低速射出速度から当該低速射出速度よりも高速の所定の高速射出速度へ切り換えるように前記射出装置を制御し、
    前記型締制御部は、前記プランジャの速度が前記高速射出速度に切り換えられる前に型締めが完了するように前記型締装置を制御する
    ダイカストマシン。
  10. 請求項1~のいずれか1項に記載のダイカストマシンと、
    前記型締装置に保持されている前記1対の金型と、を有しており、
    前記1対の金型は、前記隙間が構成されているときに前記スリーブの前記1対の金型側の開口のうちの下方側の一部に嵌合して前記スリーブ内の溶湯を堰き止める分流子を含んでいる
    金型付ダイカストマシン。
  11. 横型締横射出式ダイカストマシンのマシン本体を制御する制御装置であって、
    1対の金型の合わせ面同士を、前記1対の金型の外部に開放されている隙間を介して対向させ、前記1対の金型のキャビティと前記1対の金型の外部とを前記隙間を介して通じさせるように前記マシン本体を制御する隙間制御部と、
    前記隙間が維持されているときに溶湯を前記キャビティに通じているスリーブ内に供給するように前記マシン本体を制御する給湯制御部と、
    前記隙間が維持されており、かつ前記スリーブ内に溶湯があるときに前記スリーブ内のプランジャの前記1対の金型への前進を開始するように前記マシン本体を制御する射出制御部と、
    前記プランジャの前進が開始された後、前記隙間へ溶湯が流れ込む湯面高さに溶湯が到達する前に、前記合わせ面同士を当接させて前記隙間を無くすように前記マシン本体を制御する型締制御部と、を有しており、
    前記射出制御部は、前記プランジャの前進開始後、前記プランジャの速度を所定の低速射出速度から当該低速射出速度よりも高速の所定の高速射出速度へ切り換えるように前記マシン本体を制御し、
    前記型締制御部は、前記プランジャの速度が前記高速射出速度に切り換えられる前に型締めが完了するように前記マシン本体を制御する
    ダイカストマシン用制御装置。
  12. 横型締横射出のダイカストマシンを用いたダイカスト方法であって、
    1対の金型の合わせ面同士を、前記1対の金型の外部に開放されている隙間を介して対向させ、前記1対の金型間のキャビティと前記1対の金型の外部とを前記隙間を介して通じさせる隙間構成ステップと、
    前記隙間が維持されているときに溶湯を前記キャビティに通じているスリーブ内に供給する給湯ステップと、
    前記隙間が維持されており、かつ前記スリーブ内に溶湯があるときに前記スリーブ内のプランジャの前記1対の金型への前進を開始する射出ステップと、
    前記プランジャの前進が開始された後、前記隙間へ溶湯が流れ込む湯面高さに溶湯が到達する前に、前記合わせ面同士を当接させて前記隙間を無くす型締ステップと、
    を有しており、
    前記射出ステップでは、前記プランジャの前進開始後、前記プランジャの速度を所定の低速射出速度から当該低速射出速度よりも高速の所定の高速射出速度へ切り換え、
    前記型締ステップでは、前記プランジャの速度が前記高速射出速度に切り換えられる前に型締めを完了する
    ダイカスト方法。
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