JP7315893B2 - ダイカストマシンの製品不良判定方法 - Google Patents

Description

本発明はダイカストマシンの射出スリーブ（以下、単にスリーブということあり）内で射出プランジャーチップがスリーブとかじる場合のダイカストマシンの製品不良判定方法に関する。

ダイカストマシンは、スリーブ内の溶湯が金型ゲート部に差し掛かる直前まで低速で充填する（低速充填段階）。ゲート部からは高速に切り替えて（高速充填段階）、充填が完了すると増圧工程に入る。
この低速充填段階で、速度が安定しないとスリーブ内の溶湯面が波打ち、ランナー部に溶湯が飛び込むことで凝固し、ランナー面積が小さくなってしまい湯流れが変化して種々の製品不良が発生する。
また高速充填段階で速度が遅い場合、金型内に充填された溶湯が急速に金型から熱を奪われてしまい溶湯の流動性が低下して凝固するため、湯じわ、湯境などの製品不良が発生する。

一方、高速充填段階で速度が速すぎる場合、バリや金型にヒートクラックを引き起こして製品の品質が悪化してしまう。
このため、従来、鋳造した製品が基準を満たしているかを出荷前に全数又は抜き取り検査を行い、良品又は不良品を見極める必要がある。
一般的な欠陥検査には、寸法（けがき測定、三次元測定等）、外観（目視、浸透探傷法、蛍光浸透探傷法等）、内部品質（非破壊検査、破壊検査等）などの検査がある。

上記の鋳造した製品から不良品を判定する方法以外にも、運転中にダイカストマシンの動作状態から不良品を判定する方法がある。この方法はダイカストマシンを構成する装置から得られるデータによって判定するものである。例えば、増圧工程において製品に掛かる圧力（以下、単にメタル圧ということあり）を判定に用いる方法や、低速充填段階と高速充填段階の速度による判定などがあり、ダイカストマシンの異常動作や金型などに損傷の問題があるなどの不具合のある状態で鋳造した製品は不良品であるという判定を行う方法である。

ダイカストマシンやその周辺装置に不具合があって不良品が鋳造されていても、気付かずに運転を続けた場合、不良品を大量に鋳造してしまうため、速やかな判定が求められている。そこで、従来、ダイカストマシンを構成する装置や機構の動作状態からダイカストマシンの不具合を検出して、早期に不具合を検知して不良品の判定を行う方法が採用されてきた。
例えば、増圧工程中のメタル圧による判定では、メタル圧を射出シリンダヘッド側、ロッド側圧力とチップ径面積により算出し、又は射出プランジャーロッドの歪みを計測して算出する特殊な方法により求めていた。

しかし、増圧工程中にスリーブ（又はダイスリーブ）にかじりが発生した場合でも、最終的に得られるメタル圧は正常時と差異がない値となるため、見逃されてしまい、未充填、湯じわ、湯境などの不良品を招いてしまう。
また、特許文献１、２に開示のようなダイカストマシンの鋳造工程において得られる射出波形（例えば、圧力と時間の関係など）を解析して不良品を判定する方法がある。この方法では射出プランジャーロッドの移動に際して、射出プランジャーロッドの加速度、速度、移動距離又は時間を測定してかじり度合を判定している。
しかしこの方法によれば、不良品に繋がる増圧時間のずれが給湯量のずれに因るものなのか、又はかじりが原因なのか区別をすることができなかったため判定において欠点があった。

この他、スリーブ内のかじりなどが発生すると射出プランジャーチップの摺動抵抗に異常が発生してサーボモータのトルク値が閾値を超えることを応用してトルク検出によって不良品を早期に判定する方法がある。
しかしトルク値が異常値を示したとしても、スリーブに潤滑剤が供給されて次のサイクルが行われるとトルク値が正常値に戻る場合があるため、不具合を検出できないまま運転を継続してしまい不良品を見逃すおそれがあった。
このため、製品の正確な不良品判定の検知方法の確立が望まれている。

特公平２－３２０６６号公報 特公昭６３－６２３０２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増圧工程において製品に掛かる圧力不足による不良品を検知可能なダイカストマシンの製品不良判定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、ダイカストマシンの射出シリンダヘッドの圧力が増圧工程に入ったときを変化点として、前記変化点から前記射出シリンダヘッドの最大圧力までの変位時間と、射出プランジャーチップの前記変化点における位置から最終充填ストローク位置までの移動時間を検出する工程と、
前記最大圧力までの変位時間が設定範囲内であるか否かと、前記移動時間が設定範囲内であるか否かを判定し、前記変位時間及び前記移動時間の少なくともいずれか一方が設定範囲外のとき鋳造品のメタル圧不足による製品不良と判定する工程と、
を有することを特徴とするダイカストマシンの製品不良判定方法を提供することにある。
上記第１の手段によれば、増圧開始の変化点から圧力の立ち上がり時間と、ストローク変位を正常時の波形と比べることにより、鋳造品のメタル圧不足による製品不良を判定することができる。

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、前記変位時間が前記設定範囲外で前記最大圧力に達する時間が早いときに、前記鋳造品に前記メタル圧が掛からないと判定することを特徴とするダイカストマシンの製品不良判定方法を提供することにある。
上記第２の手段によれば、射出プランジャーチップがスリーブとかじることにより鋳造品にメタル圧が掛からないと判定することができる。

本発明は、上記課題を解決するための第３の手段として、第１の手段において、前記変位時間が前記設定範囲外で前記最大圧力に達する時間が遅いときに、前記鋳造品のメタル圧不足と判定することを特徴とするダイカストマシンの製品不良判定方法を提供することにある。
上記第３の手段によれば、前記鋳造品の凝固が進行して鋳造品のメタル圧不足と判定することができる。

本発明は、上記課題を解決するための第４の手段として、第１ないし第３のいずれか１の手段において、前記変化点が正常時からずれたときに、前記鋳造品の不良と判定することを特徴とするダイカストマシンの製品不良判定方法を提供することにある。
上記第４の手段によれば、鋳造品に給湯量が不足していると判定することができる。

本発明によれば、増圧開始の変化点から圧力の立ち上がり時間と、ストローク変位を正常時の波形と比べることにより、鋳造品のメタル圧不足や給湯量不足による製品不良を判定することができる。

本発明のダイカストマシンの製品不良判定装置の構成概略図である。 本発明のダイカストマシンの製品不良判定方法の処理フロー図である。 射出シリンダヘッドの圧力と変位時間の関係を示すグラフである。 ストローク変位と移動時間の関係を示すグラフである。

本発明のダイカストマシンの製品不良判定方法の実施形態について、添付図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
［ダイカストマシンの製品不良判定装置１０］
図１は本発明のダイカストマシンの製品不良判定装置の構成概略図である。同図中の１は固定盤、２は可動盤、３は固定金型、４は可動金型、５は射出プランジャーロッドである。ダイカストマシンは、キャビティ６内に溶融金属を鋳造する際、まず、溶湯をスリーブ７に供給して射出プランジャーチップ８を射出シリンダ９からなる油圧源により所定速度で前進させてキャビティ６内へ圧入して鋳造する。図示のようにダイカストマシンの製品不良判定装置１０は、射出シリンダヘッド圧力を測定可能な圧力センサ２２と、射出シリンダ９のストローク変位を測定可能なストロークセンサ２４を有する検出部２０と、前記検出部２０の測定値を受信可能とし、あらかじめ設定範囲を定めておき、前記変位時間が設定範囲内であるか否かと、前記移動時間が設定範囲内であるか否かを判定する判定部３０と、設定範囲外で鋳造品不良と判断されたときに警告するアラーム４０を有している。

検出部２０は、圧力センサ２２とストロークセンサ２４を有している。圧力センサ２２は射出シリンダ９（射出シリンダヘッド）の液圧を測定可能なセンサである。ストロークセンサ２４の具体的な構成は、射出プランジャーロッド５に連結する連結棒に連結されて射出プランジャーロッド５の移動と同期してパルスを発生する磁気スケールが設置されている。また射出シリンダ９には磁気スケールの移動によりパルスを発生する磁気ヘッドが設置されている。磁気ヘッドの出力信号からストローク距離及び位置を検出できる。
判定部３０は、検出部２０と電気的に接続して検出値を入力可能としている。判定部３０はダイカストマシンの射出シリンダヘッドの圧力が増圧工程に入ったときを変化点として、この変化点から射出シリンダヘッドの最大圧力までの変位時間の許容範囲をあらかじめ設定している。また射出プランジャーチップ８の変化点における位置から最終充填ストローク位置までの移動時間の許容範囲をあらかじめ設定している。変位時間の許容範囲及び移動時間の許容範囲は、いずれも運転条件（給湯量、射出スピード、最大圧力などダイカストマシンのスペック）によって任意に設定変更可能な範囲である。そして検出値が設定範囲内であるか否かを判定し、設定範囲外であるときに鋳造品の不良と判定している。

上記構成による本発明のダイカストマシンの製品不良判定装置１０を用いた製品不良判定方法について、以下説明する。図２は本発明のダイカストマシンの製品不良判定方法の処理フロー図である。図３は射出シリンダヘッドの圧力と変位時間の関係を示すグラフであり、縦軸は射出シリンダヘッドの圧力を示し、横軸は変位時間を示している。図４はストローク変位と移動時間の関係を示すグラフであり、縦軸は射出プランジャーチップのストローク位置を示し、横軸は移動時間を示している。

図３に示すように正常時は変化点から最大圧力に一気に圧力が加わる（破線）。このときの変位時間を設定範囲の最小値とする。そして、鋳造ショットが所定回数経過すると、射出プランジャーチップ８とスリーブ７の間でかじりが生じて変化点から波打ちしながら最大圧力に達する（実線）。変位時間の設定範囲の最大値は、前記運転条件（給湯量、射出スピード、最大圧力などダイカストマシンのスペック）によって変化し、この最大値を超えて最大圧力までに達する時間が遅すぎると、鋳造した製品の凝固が進みメタル圧が掛かっていない鋳造品となる。一方、最小値に満たず最大圧力までに達する時間が早すぎると射出プランジャーチップ８とスリーブ７（又はダイスリーブ）が完全にかじり、メタル圧が掛かっていない鋳造品となる。

図４に示すように正常時は変化点から最終充填ストロークに一気に移動する（破線）。このときの移動時間を設定範囲の最小値とする。そして、鋳造ショットが所定回数経過すると、射出プランジャーチップ８とスリーブ７の間でかじりが生じて変化点から波打ちしながら最終充填ストロークに達する（実線）。移動時間の設定範囲の最大値は、前記運転条件（給湯量、射出スピード、最大圧力などダイカストマシンのスペック）によって変化し、この最大値を超えて最大圧力までに達する時間が遅すぎると、鋳造した製品の凝固が進みメタル圧不足の鋳造品となる。一方、最小値に満たず最大圧力までに達する時間が早すぎると射出プランジャーチップ８とスリーブ７（又はダイスリーブ）が完全にかじり、メタル圧が掛かっていない鋳造品となる。

射出シリンダヘッドの圧力が増圧工程に入ったときを変化点として射出プランジャーチップ８のストローク位置が適正か否かを判断する（ステップ１）。この変化点は射出ヘッドの圧力又はストロークの変化点の位置がずれているか否かにより判断できる。その結果ずれているとき（ＮＯ）、給湯量の過不足が原因の鋳造品不良と判定できる（ステップ２）。アラーム４０による警告を出力し異常と判断する。

ステップ１で変化点がずれていないとき（ＹＥＳ）、最大圧力までの時間が設定範囲内であるか否かの判定を行う（ステップ３）。その結果設定範囲外のとき（ＮＯ）、例えば、最大値を超えて最大圧力までに達する時間が遅すぎると、鋳造した製品の凝固が進みメタル圧不足の鋳造品となる。一方、最小値に満たず最大圧力までに達する時間が早すぎると射出プランジャーチップ８とスリーブ７（又はダイスリーブ）が完全にかじり、メタル圧が掛かっていない鋳造品となる（ステップ２）。アラーム４０による警告を出力し異常と判断する。

ステップ３で設定範囲内のとき（ＹＥＳ）、射出プランジャーチップ８の変化点における位置から最終充填ストロークまでの移動時間が設定範囲内であるか否かの判定を行う（ステップ４）。その結果設定範囲外のとき（ＮＯ）、例えば、最大値を超えて最終充填ストロークまでに達する時間が遅すぎると、鋳造した製品の凝固が進みメタル圧不足の鋳造品となる。一方、最小値に満たず最終充填ストロークまでに達する時間が早すぎると射出プランジャーチップ８とスリーブ７（又はダイスリーブ）が完全にかじり、メタル圧が掛かっていない鋳造品となる（ステップ２）。アラーム４０による警告を出力し異常と判断する。
このような本発明のダイカストマシンの製品不良判定方法によれば、増圧開始の変化点から圧力の立ち上がり時間と、ストローク変位を正常時の波形と比べることにより、鋳造品にメタル圧が不足している、掛かっていないことによる製品不良を判定することができる。

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。

１ 固定盤
２ 可動盤
３ 固定金型
４ 可動金型
５ 射出プランジャーロッド
６ キャビティ
７ スリーブ
８ 射出プランジャーチップ
９ 射出シリンダ
１０ ダイカストマシンの製品不良判定装置
２０ 検出部
２２ 圧力センサ
２４ ストロークセンサ
３０ 判定部
４０ アラーム

Claims (4)

1. ダイカストマシンの射出シリンダヘッドの圧力が増圧工程に入ったときを変化点として、前記変化点から前記射出シリンダヘッドの最大圧力までの変位時間と、射出プランジャーチップの前記変化点における位置から最終充填ストローク位置までの移動時間を検出する工程と、
   前記最大圧力までの変位時間が設定範囲内であるか否かと、前記移動時間が設定範囲内であるか否かを判定し、前記変位時間及び前記移動時間の少なくともいずれか一方が設定範囲外のとき鋳造品のメタル圧不足による製品不良と判定する工程と、
   を有することを特徴とするダイカストマシンの製品不良判定方法。
2. 請求項１に記載のダイカストマシンの製品不良判定方法において、
   前記変位時間が前記設定範囲外で前記最大圧力に達する時間が早いときに、前記鋳造品に前記メタル圧が掛からないと判定することを特徴とするダイカストマシンの製品不良判定方法。
3. 請求項１に記載のダイカストマシンの製品不良判定方法において、
   前記変位時間が前記設定範囲外で前記最大圧力に達する時間が遅いときに、前記鋳造品のメタル圧不足と判定することを特徴とするダイカストマシンの製品不良判定方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１に記載されたダイカストマシンの製品不良判定方法であって、
   前記変化点が正常時からずれたときに、前記鋳造品の不良と判定することを特徴とするダイカストマシンの製品不良判定方法。

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