JP7415884B2

JP7415884B2 - 鋳造装置及び鋳造方法

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Publication number: JP7415884B2
Application number: JP2020188675A
Authority: JP
Inventors: 晃伸河合
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2024-01-17
Anticipated expiration: 2040-11-12
Also published as: JP2022077712A; CN114472853A

Description

本発明は鋳造装置及び鋳造方法に関し、例えば低圧鋳造で用いられる鋳造装置及び鋳造方法に関する。

金属を所望の形状に形成する方法として、鋳造がある。鋳造は、金属材料を融点よりも高い温度で熱して液体にしたあと、型に流し込み、冷やして目的の形状に固める方法である。例えば、特許文献１には、一般的な鋳造工程である、型閉め工程・注湯工程・冷却工程・型開き工程を順に行い、鋳造製品を製造することが記載されている。

特開２００６－３５２４０号公報

このような鋳造工程では、生産性向上のため、サイクルタイムの短縮が求められる。しかし、上述の注湯工程・冷却工程の鋳造製品の品質維持のため、短縮することが容易ではない。また、型閉め工程・型開き工程については、そもそもサイクルに占める割合が短いので、さらに短縮するためには多額の追加設備投資が必要となってしまう。
すなわち、鋳造サイクルの大部分は品質要件サイクルが占めている。

このように、品質要件サイクルを短縮せずに、鋳造工程を短くすることが求められているという課題があった。

本発明は、品質要件サイクルを短縮せずに、鋳造工程の時間を短くすることができる鋳造装置及び鋳造方法を提供することを目的としている。

一実施形態の鋳造装置は、型閉めが終了する前に加圧注湯を実行するようにした。

本発明の鋳造装置及び鋳造方法によれば、品質要件サイクルを短縮せずに、鋳造工程の時間を短くすることができる。

実施の形態１にかかる鋳造装置の一例を示す断面図である。実施の形態１にかかる鋳造装置の制御系の一例を示すブロック図である。実施の形態１にかかる鋳造装置の動作の一例を示すタイムチャートである。実施の形態１にかかる鋳造装置のタイミング設定の一例を示すタイムチャートである。実施の形態２にかかる鋳造装置の一例を示す断面図である。実施の形態２にかかる鋳造装置の制御系の一例を示すブロック図である。

（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１にかかる鋳造装置の一例を示す断面図である。図１において鋳造装置１００は、鋳造型１０１と、アクチュエータ１０２と、保持炉１０３と、加圧部１０４と、流路１０５を備える。また、図２は、実施の形態１にかかる鋳造装置の制御系の一例を示すブロック図である。図２において、鋳造装置１００は、制御部１１０と、型閉め検知部１１１と、記憶部１１２と、温度取得部２０１を備える。

鋳造型１０１は、成形する形状に対応する鋳型である。鋳造型１０１は、複数の鋳造型を備える。そして、複数の鋳造型の開閉により、整形した金属の取り出しを行う。例えば、鋳造型１０１は、上部鋳造型１０１－１、側部鋳造型１０１－２、側部鋳造型１０１－３及び下部鋳造型１０１－４を備える。また、鋳造型１０１は前部、後部に鋳造型を備えるようにしてもよい。

アクチュエータ１０２は、鋳造型１０１を開閉するアクチュエータである。アクチュエータ１０２は、アクチュエータ１０２－１、アクチュエータ１０２－２及びアクチュエータ１０２－３を備える。

アクチュエータ１０２－１は、上部鋳造型１０１－１を垂直方向に移動させるアクチュエータである。アクチュエータ１０２－２は側部鋳造型１０１－２を水平方向に移動させるアクチュエータである。アクチュエータ１０２－３は側部鋳造型１０１－３を水平方向に移動させるアクチュエータである。

また、アクチュエータ１０２は、型閉め検知部１１１を備える。型閉め検知部１１１は、アクチュエータ１０２の型閉め完了を検知するセンサである。そして型閉め検知部１１１は、型閉め完了を知らせる信号を制御部１１０に出力する。

保持炉１０３は、流路１０５を介して鋳造型１０１の１つに連通し、溶湯を保持する。図１の例では、保持炉１０３は、流路１０５を介して下部鋳造型１０１－４と連通している。

加圧部１０４は、保持炉１０３内を加圧することにより鋳造型１０１に溶湯を注湯する。例えば、加圧部１０４は、外部から気体を圧入するポンプを備える。そして、気体の圧入により溶湯の液面が下がり、溶湯は流路１０５に流入する。

流路１０５は、加圧部１０４の内部空間と鋳造型１０１の内部空間とを連通する管である。図１の例では、加圧部１０４と下部鋳造型１０１－４とを連通している。

制御部１１０は、型閉め検知部１１１から型締めの信号を受ける。また、制御部１１０は、アクチュエータ１０２の動作を制御する。また、制御部１１０は加圧部１０４の圧力も制御する。制御部１１０の詳細は後述する。

記憶部１１２は、加圧部１０４により加圧が開始されてから鋳造型１０１の型内に注湯されるまでの時間を予め計測した計測時間を記憶する。

次に鋳造装置１００の動作について説明する。図３は、実施の形態１にかかる鋳造装置の動作の一例を示すタイムチャートである。図３の上段に一般的な鋳造工程におけるタイムチャートを示す。また図３の下段に実施の形態１にかかる鋳造装置のタイムチャートを示す。

まず図３の上段の一般的な鋳造工程について説明する。
最初にマシンサイクルの型閉め工程が行われる。

そして型閉め工程の終了後、品質要件サイクルの加圧注湯工程が行われる。加圧注湯工程の終了後、品質要件サイクルの保圧工程が行われる。保圧工程の終了後、品質要件サイクルの排気工程が行われる。

排気工程の終了後、型開き及び離型工程が行われる。以上の工程によりサイクルが終了する。

次に図３の下段の実施の形態１にかかる鋳造装置の鋳造工程について説明する。
最初にマシンサイクルの型閉め工程が行われるとともに、品質要件サイクルの加圧注湯工程が行われる。型閉め工程と加圧注湯工程は、一部が時期的に重なっていればよい。例えば、型閉め工程と加圧注湯工程が同時に開始されていなくてもよい。すなわち、鋳造型１０１の型内に注湯が到達する前に、型閉め工程が終了するタイミングであれば、加圧注湯工程は、いずれのタイミングで実行されてもよい。すなわち、型閉め工程が終了する前に加圧注湯工程が実行されていればよい。

型閉め工程及び加圧注湯工程の終了後、品質要件サイクルの保圧工程が行われる。保圧工程の終了後、品質要件サイクルの排気工程が行われる。
排気工程の終了後、型開き及び離型工程が行われる。以上の工程によりサイクルが終了する。

一般的な鋳造工程と実施の形態１にかかる鋳造装置の鋳造工程とを比較すると、実施の形態１では、型閉め工程の時間分、短縮できている。

このように、実施の形態１の鋳造装置によれば、品質要件サイクルを短縮せずに、鋳造工程の時間を短くすることができる。

また、加圧部１０４により加圧を開始した後、鋳造型１０１の型内に注湯が到達する予想時刻までの所定の時間内にアクチュエータ１０２により型閉めが完了していない場合、制御部１１０は、加圧の停止を加圧部１０４に指示する。

このように、実施の形態１の鋳造装置によれば、型閉めが完了していない状態で鋳造型の型内に注湯が流入することを防ぐことができる。

そして、制御部１１０は、記憶部１１２に記憶された所定の時間を計測時間以下に設定する。

図４は、実施の形態１にかかる鋳造装置のタイミング設定の一例を示すタイムチャートである。図４に示すように、計測時間は、加圧を開始した後、鋳造型１０１の型内に注湯が到達する時間である。この計測時間内に型閉めが完了しない場合、注湯が鋳造型１０１から流出してしまう。したがって、計測時間内に型閉めが完了しない場合、加圧を止める。

このように、実施の形態１の鋳造装置によれば、型閉めが完了していない状態で鋳造型の型内に注湯が流入することを防ぐことができるタイミングを予め設定できる。

（実施の形態２）
実施の形態２では、温度測定により、溶湯が鋳造型に到達することを検出する例について説明する。図５は、実施の形態２にかかる鋳造装置の一例を示す断面図である。図５において鋳造装置２００は、鋳造型１０１と、アクチュエータ１０２と、保持炉１０３と、加圧部１０４と、流路１０５と、温度取得部２０１を備える。また、図６は、実施の形態２にかかる鋳造装置の制御系の一例を示すブロック図である。図６において、鋳造装置１００は、制御部２１０と、記憶部１１２と、温度取得部２０１を備える。図５において、図１と同一の構成は同じ番号を付し、説明を省略する、同様に、図６において、図２と同一の構成は同じ番号を付し、説明を省略する。

温度取得部２０１は、鋳造型１０１と流路１０５との接続部分に溶湯の温度を取得する。例えば、温度取得部２０１は、熱電対が好適である。

温度取得部２０１は、溶湯が鋳造型に到達することを検出できる位置であればよい。例えば、温度取得部２０１の位置は、鋳造型と溶湯の流路の境界近傍であってもよい。言い換えれば、鋳造型１０１の溶湯の流入口の近傍であってもよい。具体的には、温度取得部２０１の位置は、鋳造型１０１と溶湯の流路１０５の接続部分が好適である。また、温度取得部２０１の位置は、鋳造型１０１と溶湯の流路１０５の接続位置から流路よりに２０ｍｍほど離間した位置が好適である。

温度取得部２０１により取得された温度が所定値以上になったときに、アクチュエータ１０２により型閉めが完了していない場合、制御部２１０は、加圧を停止を加圧部１０４に指示する。ここで所定値は、溶湯が鋳造型１０１に到達することに該当する温度である。鋳造型１０１の雰囲気温度は、溶湯が到達することにより上昇する。この上昇した温度が所定値である。例えば鋳造型１０１の雰囲気温度が３００℃であり、溶湯が鋳造型１０１に到達することにより５００～６００℃に上昇する。例えば、所定値を５００～６００℃の間の値としてもよい。
また、制御部２１０は、実施の形態１の制御部１１０と同じ機能も有する。

このように、実施の形態２の鋳造装置によれば、鋳造型の型内に注湯が到達する時刻が予め予測しなくても、型閉めが完了していない状態で鋳造型の型内に注湯が流入することを防ぐことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、制御部１１０と記憶部１１２は別体でも一体でもよい。

また，様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。

また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

また，様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、電子回路，FPGA（Field-Programmable Gate Array）またはASIC（Application Specific Integrated Circuit）で構成してもよい。

１００、２００鋳造装置
１０１鋳造型
１０１－１上部鋳造型
１０１－２、１０１－３側部鋳造型
１０１－４下部鋳造型
１０２、１０２－１、１０２－２、１０２－３アクチュエータ
１０３保持炉
１０４加圧部
１０５流路
１１０、２１０制御部
１１１検知部
１１２記憶部
２０１温度取得部

Claims

複数の鋳造型と、
少なくとも１つの鋳造型を動かすことにより、前記鋳造型を開閉するアクチュエータと、
流路を介して前記鋳造型の１つに連通し、溶湯を保持する保持炉と、
前記保持炉内を加圧することにより前記鋳造型に溶湯を注湯する加圧部と、
前記アクチュエータ及び前記加圧部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記アクチュエータにより鋳造型の型閉めが完了する前に、保持炉の加圧の開始を前記加圧部に指示することを特徴とする鋳造装置であって、
前記アクチュエータによる型閉め完了を検知する型閉め検知部を備え、
前記制御部は、前記加圧部により加圧を開始した後、前記鋳造型の型内に注湯が到達する予想時刻までの所定の時間内に前記アクチュエータにより型閉めが完了していない場合、加圧の停止を前記加圧部に指示する鋳造装置。
前記加圧部により加圧が開始されてから前記鋳造型の型内に注湯されるまでの時間を予め計測した計測時間を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記所定の時間を前記計測時間以下に設定することを特徴とする、請求項１に記載の鋳造装置。
複数の鋳造型と、
少なくとも１つの鋳造型を動かすことにより、前記鋳造型を開閉するアクチュエータと、
流路を介して前記鋳造型の１つに連通し、溶湯を保持する保持炉と、
前記保持炉内を加圧することにより前記鋳造型に溶湯を注湯する加圧部と、
前記アクチュエータ及び前記加圧部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記アクチュエータにより鋳造型の型閉めが完了する前に、保持炉の加圧の開始を前記加圧部に指示することを特徴とする鋳造装置であって、
前記鋳造型と前記流路との接続部分に溶湯の温度を取得する温度取得部を備え、
前記制御部は、取得された温度が所定値以上になったときに、前記アクチュエータにより型閉めが完了していない場合、加圧の停止を前記加圧部に指示する鋳造装置。
鋳造型を閉じる型閉め工程と、
保持炉内を加圧することにより前記鋳造型に溶湯を注湯する加圧工程と、を備え、
前記型閉め工程が完了する前に、加圧工程を開始することを特徴とする鋳造方法であって、
前記加圧工程により加圧を開始した後、前記鋳造型の型内に注湯が到達する予想時刻までの所定の時間内に前記型閉め工程により型閉めが完了していない場合、加圧を停止する鋳造方法。
鋳造型を閉じる型閉め工程と、
保持炉内を加圧することにより前記鋳造型に溶湯を注湯する加圧工程と、を備え、
前記型閉め工程が完了する前に、加圧工程を開始することを特徴とする鋳造方法。
前記鋳造型と、溶湯が流れる流路との接続部分で溶湯の温度を取得し、
取得された温度が所定値以上になったときに、前記型閉め工程により型閉めが完了していない場合、加圧を停止する鋳造装置。