JPH01148449A - 低圧鋳造法における金型温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は低圧鋳造法における金型温度制御方法に関し、
−層詳細には、金型のキャビティに溶湯を充填した後、
この金型の型温度を検出しで予め設定された金型の冷却
曲線から求めた基準型温度と比較し、この基準型温度と
前記実際の型温度との差に基づいて水量を選択された冷
却水を前記金型に供給することにより、溶湯の指向性凝
固を促進して品質に優れた鋳造品を製造可能とする低圧
鋳造法における金型温度制御方法に関する。

［発明の背景］ 一般に、例えば、自動車部品等を大量生産する場合、低
圧鋳造法が広汎に利用されている。

この低圧鋳造法はアルミニウム合金等の軽合金からなる
溶湯を密封容器で加熱保持し、比較的低圧の不活性ガス
または空気で前記溶湯の表面を加圧して前記溶湯を注湯
管を介して金型内に画成される製品に対応したキャビテ
ィ内に充填して鋳造品を製造する方法である。

このような低圧鋳造法では、キャビティ内に充填した溶
湯がその凝固特性から得られる所定温度まで冷却された
際に金型を型開きして製品を取り出す必要がある。この
ため、従来から、金型内のキャビティに充填された溶湯
がその凝固特性に基づいて凝固するまでの所要時間を実
験的に前もって求め、溶湯の充填と同時にタイマを起動
させて前記所要時間経過後、型開きを行って鋳造品を取
り出す方法が採用されている。

然しながら、この場合、鋳造サイクルを重ねるに従って
、金型内に溶湯を充填開始する時の金型自体の初期温度
が次第に上昇する。その際、金型の初期温度が高いと溶
湯の冷却はゆっくりと進行し、タイマに基づく基準溶湯
温度と実際の溶湯温度との間にずれが生ずる。しかも、
鋳造サイクルの進行と共にそのずれが次第に大きくなっ
てしまい鋳造品が不均一となるという欠点が指、摘され
ている。

また、鋳造工程中には、型開き後の製品の取り出し、そ
の後の金型の清掃、あるいは、金型内への中子のセット
等のために準備時間が存在する。さらには、金型装置に
係る故障、操作ミスによるトラブル等に起因する作業の
中断がある。この結果、鋳造工程の１つ１つの鋳造サイ
ク〆ルは変動するのが普通であって、金型の初期温度は
一定しないことが多い。このため、前記タイマによる温
度管理では、前記のような鋳造サイクルの変動に対応出
来ないという不都合が露呈する。

［発明の目的］ 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、金型内のキャビティに溶湯を充填した後、当該
金型の型温度を実際に測定し、この型温度と鋳造条件に
基づいて溶湯の指向性凝固を可能とすべ（予め設定した
金型の冷却曲線とを比較して前記金型に供給する冷却水
の水量を制御し、当該金型を前記冷却曲線に則して冷却
することにより、溶湯の指向性凝固を促進させると共に
、品質に優れた鋳造品を得ることを可能とする低圧鋳造
法に右ける金型温度制御方法を提供することを目的とす
る。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明は密封容器に貯留
される溶湯の表面を圧力気体で加圧して当該溶湯を金型
内に画成されたキャビティに充填して行う低圧鋳造法に
おいて、溶湯を前記キャビティに加圧充填した後、金型
の型温度を検出し、次いで、予め設定した金型の冷却曲
線から前記型温度に対応する基準型温度を求め、さらに
、当該検出された型温度と前記基準型温度との温度差に
基づいて冷却水の水量を選択し、前記冷却水を金型に供
給して前記金型を前記冷却曲線に沿って冷却せしめるこ
とを特徴とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係る低圧鋳造法における金型温度制御方
法についてこれを実施するための鋳造装置との関連にお
いて好適な実施態様を挙げ、添付の図面を参照しながら
以下詳細に説明する。

第１図において、参照符号１０は鋳造装置を示す。この
鋳造装置１０は鋳造金型１２と金型温度制御機構１４と
から基本的に構成される。前記鋳造金型１２は下型１６
と、この下型１６の上方に配置される上型１８および前
記下型１６、上型１８に摺動自在に嵌合するよう配置さ
れる摺動型２０．２２とを含む。さらに、これら下型１
６、上型１８および摺動型２０．２２によりキャビティ
２４が画成され、前記キャビティ２４は自動車等の内燃
機関を構成するシリンダヘッドを鋳造するのに対応した
形状を呈している。

そこで、前記下型１６にはその所定部位に段付孔部２６
が形成され、この段付孔部２６に前記キャビティ２４と
連通する湯口２８が画成されたノズル３０が装着される
。前記ノズル３０には溶湯を送給するためのストーク３
２が連結され、このストーク３２は下型１６の下方に配
置され溶湯が貯留される溶湯供給手段３４に接続される
。この溶湯供給手段３４には図示しない坩堝が配設され
、この坩堝に溶湯が加温保持される。また、下型１６の
内部には冷却用流体を導入するための孔３６が複数画成
される。

一方、上型１８は可動ダイベース３８に固定され、この
可動ダイベース３８に連結される図示しないアクチュエ
ータの駆動作用下に鉛直方向に変位自在である。前記可
動ダイベース３８と上型１８の間には冷却ブロック４０
が介装され、この冷却ブロック４０には冷却用流体を導
入するための通路４２が形成されている。さらに、可動
ダイベース３８、上型１８を挿通するように型開きした
後、鋳造品を取り出すための押出ピン４４が配設され、
この押出ピン４４はその基端部が取付部材４６に装着さ
れると共にその先端部はキャビティ２４に臨む。

次いで、前記下型１６、上型１８に摺動変位自在に摺動
型２０．２２が嵌合する。この摺動型２０．２２は夫々
連結部材４８．５０を介して図示しないシリンダ等のア
クチュエータに連結され、水平方向に変位自在である。

また、前記摺動型２０．２２には冷却水が通流する通路
５２．５４が形成される。

なあ、図中、参照符号５６ａ乃至５６ｆは砂中子を示し
、また、参照符号５８はガス抜きのための孔を示す。

そこで、前記鋳造金型１２の型温度を制御する金型温度
制御機構１４について説明する。この金型温度制御機構
１４は、例えば、下型１６のキャビティ２４に近接した
部位に配設される熱電対等の温度センサ６０と、冷却水
供給源６２から供給される冷却水の流量を制御するため
の流量制御手段６４と、図示しない入力インタフェース
を介して前記温度センサ６Ｇの出力電圧が型温度データ
として導入され、この型温度データに基づいて前記流量
制御手段６４を構成するバルブ類の開閉動作を制御する
マイクロコンピュータ６６から構成される。

前記流量制御手段６４はソレノイドバルブ、可変絞り弁
を含む流体回路から構成されるものである。すなわち、
冷却水供給源６２から延在する管路６７はその途中で管
路６８と７０とに分岐し、この分岐した管路６８．７０
に夫々ソレノイドバルブ７２．７４が配設される。前記
ソレノイドバルブ７２．７４は前記マイクロコンピュー
タ６６の出力する開成あるいは閉成信号に基づいて開閉
動作されるよう構成されている。そして、このソレノイ
ドバルブ７２．７４の下流には夫々可変絞り弁７６．７
８並びに流量計８０．８２が配設される。前記流量計８
０．８２の下流において当該管路６８．７０は合流し、
その後、再び管路８４．８６に分岐し、夫々が鋳造金型
１２を構成する摺動型２０．２２に画成される通路５２
．５４に接続される。なお、前記通路５２．５４に導入
された冷却水は図示しない管路を介して外部に排出され
る。

次に、以上のように構成される鋳造装置１０を用い、鋳
造条件をＪＩＳ　　ＡＣ２Ｂ相当のアルミニウム合金か
らなる溶湯温度７００℃、加圧力０、２８　ｋｇ／　Ｃ
ａ１１”としてシリンダヘッドを鋳造する。

ここで、鋳造金型１２には試行的な鋳造サイクルが実施
され、これにより当該鋳造金型１２の型温度は実際の鋳
造サイクルを連続的に行うのに適当な温度以上に予め昇
温されているものとする。

先ず、鋳造金型１２内に画成されるキャビティ２４の所
定部位に砂中子５６ａ乃至５６ｆを配置する。

その後、可動ダイベース３８およびこれと一体的な上型
１８を図示しないアクチュエータの作用下に下方向に変
位させると共に、摺動型２０．２２を連結部材４８．５
０を介して連結される図示しないアクチュエータの作用
下に近接変位させ、型締めを行う。型締めを行った後、
金型温度制御機構１４を起動させておく。

そこで、鋳造条件から決定される所定の型温度を温度セ
ンサ６０を介して検出したら溶湯供給手段３４に圧縮空
気を送給して、この溶湯供給手段３４に配設される図示
しない坩堝に貯留される溶湯表面を加圧し、ストーク３
２を介してキャビティ２４に当該溶湯を注湯する。以下
、第２図に示すフローチャートに従って、本発明に係る
金型温度の制御方法を実施しながら、実際の鋳造サイク
ルを第３図のタイムチャートに示すように開始する。な
お、この場合、金型温度制御機構１４を構成するマイク
ロコンビニ−タロ６０図示しないＲＯＭには第２図のフ
ローチャートで示される手順のプログラムが書き込まれ
ており、ＣＰＵ　（図示せず）はこのフローチャートに
沿って動作するものである。

第３図ａにおいて、参照符号１００は実際の型温度（Ｔ
ｄ）の変化の推移を表す型温度曲線である。第２図に示
すステップ１において、加圧開始時刻ｔ。から所定時間
経過し、鋳造金型１２に対する冷却を実行する初期冷却
時間ｔ１に達すると、温度センサ６０を介して当該鋳造
金型１２の時刻ｔ１における型温度Ｔｄ＋を検出する（
ＳＴＰ２）。この型温度Ｔｄｌは図示しないインタフェ
ースを介して温度データとしてマイクロコンピュータ６
６に導入される。この時刻ｔ１以降はキャビティ２４内
の溶湯は所定圧、この場合、０、２８　ｋｇ／　ａｍ２
で加圧保持されると共に、冷却されてその凝固が進行し
ていくことになる。

ステップ３において、前記型温度（Ｔ、）と、予め鋳造
条件に基づいて設定されると共にマイクロコーンビニ−
タロ６に人力されている型開き温度Ｔ、との比較処理が
当該マイクロコンビニ−タロ６のＣＰＵにおいて実行さ
れる。この場合、鋳造サイクルの開始直後であるため、
次の処理手順はステップ４に移る。

ステップ４では前記型開き温度Ｔ、と同様に、鋳造条件
から設定される基準型温度冷却曲線１０２に基づいて基
準型温度（ＴｏｂＪ）　と、この基準型温度（Ｔｏｂｊ
）を基にして冷却水の水量を決定するためのある範囲の
幅を有する温度ゾーンＡ乃至りを算出する。この場合、
予め、第３図ａ中、プロットされるような複数の型温度
データをマイクロコンピュータ６６に人力しておき、こ
の型温度データから前記基準型温度冷却曲線１０２は時
間ｔと型温度（Ｔ、）の関数、すなわち、Ｔ＝ｆ（ｔ）
　　として設定されているものである。

そこで、前記基準型温度（Ｔｏｂｊ）と温度ゾーンＡ乃
至りは次のようにしてマイクロコンピュータ６６のＣＰ
Ｕにより演算される。

■　前記基準型温度冷却曲線１０２を表す関数Ｔ＝ｆ（
ｔ）から時刻１．における基準型温度（Ｔｏｂｊ）を演
算する。

■　前記基準型温度（Ｔｏｂ」）に基づいて以下の温度
範囲を温度ゾーンＡ乃至りとする。

Ａ：Ｔ、≧ＴｏｂＪ＋θ１＋θ２ Ｂ：ＴｏｂＪ十θ１≦ＴｄくＴ。ｂＪ十θ１＋θ２Ｃ：
　Ｔ、ｂ、　＜Ｔａ　＜Ｔ’。、ｊ＋０１Ｄ　：　Ｔ、
≦ＴＯｂ。

ここで、θ１、θ２は温度幅であり、これら温度幅θ１
、θ２は条件に基づいて設定される。

次に、ステップ５、ステップ６において実測された型温
度（Ｔ、）がマイクロコンピュータ６６のＣＰＵにより
基準型温度（ＴｏｂＪ）　と比較処理がなされ、且つ前
記型温度（Ｔ、）が温度ゾーンＡ乃至りのいずれに含ま
れるかが判断される。この場合、第１表に示すように、
前記温度ゾーンＡＳＢＳＣおよびＤに夫々対応してソレ
ノイドバルブ７２．７４の開閉状態並びに冷却水量が設
定されている。

第１表　温度ゾーンと冷却水量の関係 但Ｌ、Ｑ２　（ソレノイドバルブ７２側の流量）〉Ｑ、
　（ソレノイドバルブ７４側の流量）であり、且つこの
流量Ｑ＋　、Ｑ２は夫々鋳造条件に基づいてソレノイド
バルブ７２．７４の下流に配設される可変絞り弁７６．
７８により調整されるものである。

そこで、ステップ７において、前記ステップ５、ステッ
プ６の結果に基づいてマイクロコンピユータ６６はソレ
ノイドバルブ７２．７４に開成あるいは閉成信号を送る
。この場合、第３図において、時刻１．における型温度
Ｔｄ□は温度ゾーンＡに含まれ、第１表に示したように
、水量Ｑ＋　±Ｑ２を供給すべくソレノイドバルブ７２
．７４はマイクロコンピュータ６６から送られる開成信
号により開成される。

この結果、冷却水供給源６２から供給される冷却水は管
路６８．７０を経て管路８４．８６から摺動型２Ｇ、２
２に形成された通路５２．５４に導入されることになる
。ステップ８において、この状態を次回の型温度（Ｔ、
）の検出時まで所定時間継続した後、ステップ２に戻る
。

こうして、以後、所定時間間隔をあけて時刻ｔ２）ｔ３
・・・１．・・・、において第２図のフローチャートの
手順、すなわち、ステップ２乃至ステップ８を繰り返す
。これにより、冷却水供給源６２から供給される冷却水
の水量は、第３図す中、実線で示される。そして、この
冷却水の冷却効果により、型温度（Ｔ、）は実際、第３
図ａの型温度曲線１００に示す推移を辿る。

最終的に、型温度（Ｔｓ）に達したら（時刻ｔｓ）、ス
テッープ３において型開きを行い、鋳造金型１２から鋳
造された製品を取り出せばよい。

次回の鋳造サイクルは前述の工程を同様にして繰り返す
ものである。

このように、本実施態様によれば、鋳造金型１２の冷却
が所望の冷却過程に沿うように、予め設定した型温度か
ら溶湯の充填を開始し、鋳造条件に対応して定めた基準
型温度冷却曲線１０２に基づいて冷却水を制御して前記
冷却水を鋳造金型１２に供給している。このため、鋳造
金型１２の実際の冷却進行過程が理想的な溶湯の凝固進
行を可能とする前記基準型温度冷却曲線１０２に近づい
て行くと共に、最終的に型開きの際の鋳造金型１２の温
度、つまり、鋳造品の温度が一定となる。従って、品質
の均一な鋳造品を得ることが可能となる。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば、予め設定される型温度
を検出してからキャビティ内に溶湯を充填した後、金型
の型温度を検出してこの型温度と溶湯の理想的な凝固を
進行させるべく予め設定した基準型温度冷却曲線から算
出した基準型温度とを比較処理すると共に、この比較処
理に基づいて冷却水の水量を選択して当該金型に供給し
、実際の型温度の冷却が前記基準型温度冷却曲線に近づ
くよう制御している。このため、溶湯の指向性凝固を容
易に達成することが出来、また、鋳造時の金型温度が一
定に制御され鋳造品の品質が一定となって品質に優れた
鋳造品を製造することが可能となる効果が得られる。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
例えば、本実施態様では、摺動型に供給する冷却水の水
量を選択しているが、この摺動型に代替しあるいはこの
摺動型と同様に上型並びに下型に供給する冷却水の水量
を変更することが出来る等、本発明の要旨を逸脱しない
範囲において種々の改良並びに設計の変更が可能なこと
は勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る金型の温度制御方法を実施するた
めの鋳造装置の概略的な構成を示す縦断面図、 第２図は当該金型温度制御方法の手順を説明するフロー
チャート、 第３図は当該金型温度制御方法の実施態様に基づくタイ
ムチャートである。 １０・・・鋳造装置　　　　　１２・・・鋳造金型１６
・・・下型　　　　　　　１８・・・上型２０．２２・
・・摺動型　　　　２４・・・キャビティ６０・・・温
度センサ ６６・・・マイクロコンピュータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）密封容器に貯留される溶湯の表面を圧力気体で加
   圧して当該溶湯を金型内に画成されたキャビティに充填
   して行う低圧鋳造法において、溶湯を前記キャビティに
   加圧充填した後、金型の型温度を検出し、次いで、予め
   設定した金型の冷却曲線から前記型温度に対応する基準
   型温度を求め、さらに、当該検出された型温度と前記基
   準型温度との温度差に基づいて冷却水の水量を選択し、
   前記冷却水を金型に供給して前記金型を前記冷却曲線に
   沿って冷却せしめることを特徴とする低圧鋳造法におけ
   る金型温度制御方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の方法において、予め
   設定した型温度を検出してから溶湯の加圧を開始し、溶
   湯がキャビティに充填された後、所定時間毎に金型の型
   温度を検出して前記型温度と基準型温度とを比較する作
   業を繰り返し、前記金型の型温度を所望の型開き温度ま
   で冷却してなる低圧鋳造法における金型温度制御方法。