JP7440656B2 - 低圧鋳造装置 - Google Patents
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Description
この気づきに基づいて鋭意研究を進めた結果、本発明者らは、保持炉の溶湯面レベルがショット毎にばらつく事象と、鋳造品の成形品質がショット毎にばらつく事象との間に相関があることを突き止めた。
かかる相関に基づき保持炉の溶湯面レベルをショット毎に均一化する要件についてさらに研究を進めた結果、発明者らは遂に本発明を完成させた。
すなわち、(1)に係る発明は、略U字状の槽体に溶湯を保持する保持炉と、前記槽体に連通するように設けられるキャビティを有する金型と、を備え、略U字状の前記槽体の一側には、溶湯を加圧するための加圧室が設けられる一方、前記槽体の他側には、前記キャビティに溶湯を充填するための充填室が設けられ、前記加圧室の内圧を前記充填室の内圧に対し相対的に加圧することにより、当該キャビティに溶湯を充填するように構成された低圧鋳造装置であって、前記加圧室の内圧を検知する内圧検知部と、前記加圧室の溶湯面レベルLVhs1を検知する湯面レベル検知部と、前記加圧室の内圧調整を行う内圧調整部と、前記加圧室の溶湯面レベルLVhs1及び予め定められる基準レベルの対比結果に基づいて、前記キャビティに溶湯を充填する際の準備区間内に前記加圧室の溶湯面レベルLVhs1が充填開始レベルLVsf1に到達する条件を充足可能な加圧速度を算出する算出部と、を備え、前記準備区間は、前記金型の湯口に前記充填室の溶湯面レベルが到達する迄の区間であって、鋳造工程に係る所定のサイクルタイムに基づく所定の時間長に設定されており、前記内圧調整部は、前記準備区間において、前記算出された加圧速度を所定の第1速度として用いて前記加圧室の内圧を高める調整を行い、前記準備区間での前記第1速度は、前記加圧室の溶湯面レベルLVhs1の高低に応じて、当該溶湯面レベルLVhs1が低いほど高速となるように算出されることを最も主要な特徴とする。
この気づきに基づいて鋭意研究を進めた結果、本発明者らは、保持炉の溶湯面レベルがショット毎にばらつく事象と、鋳造品の成形品質がショット毎にばらつく事象との間に相関があることを突き止めた。
かかる相関に基づき保持炉の溶湯面レベルをショット毎に均一化する要件についてさらに研究を進めた結果、発明者らは遂に本発明を完成させた。
すなわち、(1)に係る発明は、溶湯を保持する保持炉と、当該保持炉に連通するように設けられるキャビティを有する金型と、を備え、前記保持炉の内圧を前記キャビティの内圧に対し相対的に加圧することにより、当該キャビティに溶湯を充填するように構成された低圧鋳造装置であって、前記保持炉の内圧を検知する内圧検知部と、前記保持炉の溶湯面レベルを検知する湯面レベル検知部と、前記保持炉の内圧調整を行う内圧調整部と、を備え、前記内圧調整部は、前記キャビティに溶湯を充填する際の準備区間において、所定の第1速度をもって前記保持炉の内圧を高める調整を行い、前記準備区間での前記第1速度は、溶湯面レベルの高低に応じて可変設定されることを最も主要な特徴とする。
なお、以下に示す図面において、共通の機能を有する部材には同一の参照符号を付するものとする。また、部材のサイズ及び形状は、説明の便宜のため、変形又は誇張して模式的に表す場合がある。
はじめに、本発明の実施形態に係る低圧鋳造装置11の概要について、図1A~図1Cを参照して説明する。
図1Aは、低圧鋳造装置11において、鋳造工程前の初期状態を表す図である。図1Bは、低圧鋳造装置11において、充填工程前の待機状態を表す図である。図1Cは、低圧鋳造装置11において、充填工程後の充填状態を継続している様子を表す図である。
なお、金型19周りの構成は従来技術と同等であるため、その詳細な説明を割愛する。
充填工程前の待機状態において、充填室23の側での溶湯面レベルが金型19の湯口19aの高さに対応する充填側溶湯面レベルLVsf1に到達すると、キャビティ17に溶湯を充填する準備が整う(準備区間の終了)。
要するに、充填工程の実行区間(充填区間)において、加圧側内圧Pprは充填側内圧Pfiに対して常に相対的に高められている。ただし、充填区間での前記第2速度は、充填側溶湯面レベルの高低に関わらず一定の値に保持される。
充填室23の側での溶湯面レベルが充填終了レベルLVsf3に到達すると、キャビティ17への溶湯の充填処理(充填区間)が終了する。
所定長の充填状態継続区間が終了すると、一連の充填処理が終了する。
次に、本発明の実施形態に係る低圧鋳造装置11に備わるプロセス制御装置51の内部及び周辺部の構成について、図2を参照して説明する。
図2は、低圧鋳造装置11に備わるプロセス制御装置51の内部及び周辺部の構成を表すブロック図である。
詳しく述べると、内圧調整部55は、基本的には、加圧室21の側の加圧側内圧Pprの調整を行う。
特に、内圧調整部55は、キャビティ17に溶湯を充填する際の準備区間において、所定の第1速度をもって保持炉15における槽体13のうち加圧室21の側の加圧側内圧Pprを高める調整を行う。前記準備区間での前記第1速度は、溶湯面レベルの高低に応じて可変設定される。
次に、本発明の実施形態に係る低圧鋳造装置11の動作について、図3A及び図3Bを参照して説明する。
図3Aは、低圧鋳造装置11が行う内圧調整処理(実施例1)の動作説明に供するタイムチャート図である。図3Bは、低圧鋳造装置11が行う内圧調整処理(実施例2)の動作説明に供するタイムチャート図である。
これについて、保持炉15の溶湯面レベルがショット毎にばらつく例として、図3Aに示すように、保持炉15の溶湯面レベルが基準レベルLVhs0よりも高低差h11だけ低位であるケースにおいて、充填開始レベルに対する補正を施さない比較例1と、充填開始レベルに対する補正を施した実施例1と、を対比して説明する。
充填開始レベルに対する補正を施さない比較例1では、図3Aに示すように、準備区間が終了した時点(図3Aの時刻t1参照)の充填室23の溶湯面レベル(充填開始レベル)は、本来の充填開始レベルLVsf1よりも高低差h11だけ低位の溶湯面レベル(充填開始レベル)LVsf11を呈する。
比較例1では、準備区間が終了した時点(図3Aの時刻t1参照)の充填室23の溶湯面レベル(充填開始レベル)が、本来の充填開始レベルLVsf1よりも高低差h11だけ低位の充填開始レベルLVsf11を呈するため、その後の充填区間及び充填状態継続区間を経た後において、キャビティ17内での湯回り不良が生じてしまう。
その結果、鋳造品の成形品質が劣化するという課題が生じる。
なお、充填区間、充填状態継続区間における比較例1及び実施例1の加圧側内圧特性は共通である。
実施例1では、準備区間が終了した時点(図3Aの時刻t1参照)の充填室23の溶湯面レベル(充填開始レベル)が、本来の充填開始レベルLVsf1を呈するため、その後の充填区間及び充填状態継続区間を経た後において、キャビティ17内での湯回り不良が生じることはない。
その結果、鋳造品の成形品質を安定的に高めることができる。
充填開始レベルに対する補正を施さない比較例2では、図3Bに示すように、準備区間が終了した時点(図3Bの時刻t1参照)の充填室23の溶湯面レベル(充填開始レベル)は、本来の充填開始レベルLVsf1よりも高低差h12だけ高位の溶湯面レベル(充填開始レベル)LVsf12を呈する。
比較例2では、準備区間が終了した時点(図3Bの時刻t1参照)の充填室23の溶湯面レベル(充填開始レベル)が、本来の充填開始レベルLVsf1よりも高低差h12だけ高位の充填開始レベルLVsf12を呈するため、その後の充填区間及び充填状態継続区間を経た後において、キャビティ17内での湯回り不良が生じてしまう。
その結果、ばり・逆ばり等の成形不良を生じ、鋳造品の成形品質が劣化するという課題が生じる。
なお、充填区間、充填状態継続区間における比較例2及び実施例2の加圧側内圧特性は共通である。
実施例2では、準備区間が終了した時点(図3Bの時刻t1参照)の充填室23の溶湯面レベル(充填開始レベル)が、本来の充填開始レベルLVsf1を呈するため、その後の充填区間及び充填状態継続区間を経た後において、キャビティ17内での湯回り不良が生じることはない。
その結果、鋳造品の成形品質を安定的に高めることができる。
図4は、低圧鋳造装置11が行う鋳造処理の流れを表すフローチャート図である。
ここで、仮に、加圧室21の溶湯面レベルLVhs1が、基準レベルLVhs0と比べて高低差h12だけ低位であるとする(図3Aの実施例1参照)。こうしたケースでは、ステップS3で算出された加圧速度(PS=PS1A)を用いて準備工程を実行する。すると、図3Aに示すように、準備区間が終了した時点(図3Aの時刻t1参照)の充填室23の溶湯面レベル(充填開始レベル)は、本来の充填開始レベルLVsf1を呈するように補正される。
また、仮に、加圧室21の溶湯面レベルLVhs1が、基準レベルLVhs0と比べて高低差h11だけ高位であるとする(図3Bの実施例2参照)。こうしたケースでは、ステップS3で算出された加圧速度(PS=PS1B)を用いて準備工程を実行する。すると、図3Bに示すように、準備区間が終了した時点(図3Bの時刻t11参照)の充填室23の溶湯面レベル(充填開始レベル)は、本来の充填開始レベルLVsf1を呈するように補正される。
ここで、仮に、加圧室21の溶湯面レベルLVhs1が、基準レベルLVhs0と比べて高低差h12だけ低位であるとする(図3Aの実施例1参照)。こうしたケースでは、ステップS3で算出された加圧速度(PS=PS1A)を用いて準備工程を実行する。すると、図3Aに示すように、準備区間が終了した時点(図3Aの時刻t1参照)の充填室23の溶湯面レベル(充填開始レベル)は、本来の充填開始レベルLVsf1を呈するように補正される。
また、仮に、加圧室21の溶湯面レベルLVhs1が、基準レベルLVhs0と比べて高低差h11だけ高位であるとする(図3Bの実施例2参照)。こうしたケースでは、ステップS3で算出された加圧速度(PS=PS1B)を用いて準備工程を実行する。すると、図3Bに示すように、準備区間が終了した時点(図3Bの時刻t1参照)の充填室23の溶湯面レベル(充填開始レベル)は、本来の充填開始レベルLVsf1を呈するように補正される。
すなわち、図3Aの実施例1では、時刻t1~t2の充填区間において、第2速度(PS=PS2)を用いてキャビティ17に溶湯を充填する充填工程が実行される。
また、図3Bの実施例2では、時刻t11~t12の充填区間において、第2速度(PS=PS2)を用いてキャビティ17に溶湯を充填する充填工程が実行される。
すなわち、図3Aの実施例1では、時刻t2~t3の充填状態継続区間において、充填区間の終了時点における加圧側内圧(Ppr=Ppr1)を保持するように、充填状態継続工程が実行される。
また、図3Bの実施例2では、時刻t12~t13の充填状態継続区間において、充填区間の終了時点における加圧側内圧(Ppr=Ppr2)を保持するように、充填状態継続工程が実行される。
次に、本発明の実施形態に係る低圧鋳造装置11の作用効果について説明する。
第1の観点に基づく低圧鋳造装置11は、溶湯を保持する保持炉15と、保持炉15に連通するように設けられるキャビティ17を有する金型19と、を備え、保持炉15の内圧をキャビティ17の内圧に対し相対的に加圧することにより、キャビティ17に溶湯を充填するように構成された低圧鋳造装置11が前提となる。
第1の観点に基づく低圧鋳造装置11は、保持炉15の内圧を検知する内圧センサ(内圧検知部)31と、保持炉15の溶湯面レベルを検知するレベルセンサ(湯面レベル検知部)33と、保持炉15の内圧調整を行う内圧調整部55と、を備え、内圧調整部55は、キャビティ17に溶湯を充填する際の準備区間において、所定の第1速度をもって保持炉15の内圧を高める調整を行い、前記準備区間での前記第1速度は、溶湯面レベルの高低に応じて可変設定される。
ここで、前記準備区間とは、キャビティ17に溶湯を充填するために必要な区間であって、準備区間の終了時点において、溶湯面レベルを金型19の湯口19a(図1A~図1C参照)に合わせる動作を含む。準備区間の終了時点において、溶湯面レベルを金型19の湯口19a(充填開始レベルLVsf1に相当する)に合わせる目的で、前記準備区間での前記第1速度は、溶湯面レベルの高低に応じて可変設定される。
第1の観点に基づく低圧鋳造装置11によれば、キャビティ17内での溶湯の不足又は過剰を排除し湯回りを良好に保つことができるため、鋳造品の成形品質を安定的に高めることができる。
第5の観点に基づく低圧鋳造装置11は、加圧室21の内圧を検知する内圧センサ(内圧検知部)31と、槽体13の溶湯面レベルを検知するレベルセンサ(湯面レベル検知部)33と、加圧室21の内圧調整を行う内圧調整部55と、を備え、内圧調整部55は、キャビティ17に溶湯を充填する際の準備区間において、所定の第1速度をもって加圧室21の内圧を高める調整を行い、前記準備区間での前記第1速度は、溶湯面レベルの高低に応じて可変設定される。
第5の観点に基づく低圧鋳造装置11によれば、キャビティ17内での湯回りを良好に保つことができるため、鋳造品の成形品質を安定的に高めることができる。
以上説明した実施形態は、本発明の具現化の例を示したものである。したがって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。
13 槽体
15 保持炉
17 キャビティ
19 金型
21 加圧室
23 充填室
29 圧力制御バルブ
31 内圧センサ(内圧検知部)
33 レベルセンサ(湯面レベル検知部)
55 内圧調整部
Claims (3)
- 略U字状の槽体に溶湯を保持する保持炉と、前記槽体に連通するように設けられるキャビティを有する金型と、を備え、略U字状の前記槽体の一側には、溶湯を加圧するための加圧室が設けられる一方、前記槽体の他側には、前記キャビティに溶湯を充填するための充填室が設けられ、前記加圧室の内圧を前記充填室の内圧に対し相対的に加圧することにより、当該キャビティに溶湯を充填するように構成された低圧鋳造装置であって、
前記加圧室の内圧を検知する内圧検知部と、
前記加圧室の溶湯面レベル(LVhs1)を検知する湯面レベル検知部と、
前記加圧室の内圧調整を行う内圧調整部と、
前記加圧室の溶湯面レベル(LVhs1)及び予め定められる基準レベル(LVhs0)の対比結果に基づいて、前記キャビティに溶湯を充填する際の準備区間内に前記加圧室の溶湯面レベル(LVhs1)が充填開始レベル(LVsf1)に到達する条件を充足可能な加圧速度を算出する算出部と、を備え、
前記準備区間は、前記金型の湯口に前記充填室の溶湯面レベルが到達する迄の区間であって、鋳造工程に係る所定のサイクルタイムに基づく所定の時間長に設定されており、
前記内圧調整部は、前記準備区間において、前記算出された加圧速度を所定の第1速度として用いて前記加圧室の内圧を高める調整を行い、
前記準備区間での前記第1速度は、前記加圧室の溶湯面レベル(LVhs1)の高低に応じて、当該溶湯面レベル(LVhs1)が低いほど高速となるように算出される
ことを特徴とする低圧鋳造装置。 - 請求項1に記載の低圧鋳造装置であって、
前記内圧調整部は、前記準備区間の経過後の前記キャビティに溶湯を充填するための区間である充填区間において、所定の第2速度をもって前記加圧室の内圧を高める調整を行い、
前記充填区間での前記第2速度は、溶湯面レベルの高低に関わらず一定の値に保持される
ことを特徴とする低圧鋳造装置。 - 請求項2に記載の低圧鋳造装置であって、
前記内圧調整部は、前記充填区間の経過後の前記キャビティへの溶湯の充填状態を継続する区間である充填状態継続区間において、前記充填区間の終了時点における前記加圧室の内圧を保持する調整を行う
ことを特徴とする低圧鋳造装置。
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山下和秀ら,定湯面保持炉を用いた低圧鋳造法によるアルミニウム合金鋳物の品質・生産性の向上,鋳造工学,日本,社団法人日本鋳造工業会 ,2010年07月25日,Vol.82, No.7,p.439-445 |
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