JPH0255145B2

JPH0255145B2 -

Info

Publication number: JPH0255145B2
Application number: JP58002828A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Anami
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1983-01-13
Filing date: 1983-01-13
Publication date: 1990-11-26
Also published as: JPS59127965A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、アルミ、亜鉛、その他のダイカスト
等、金型を用いかつ金型の冷却に冷却水を必要と
する鋳造法における金型温度の制御技術に関し、
とくに冷却水の流量制御により金型の温度を制御
する金型冷却水の制御システムに関する。

［従来の技術］ダイカスト等の金型の温度は鋳造１サイクル中
に注湯、製品取出し等により上下に大きく変化す
るが、この鋳造サイクルが連続して行なわれる鋳
造工程においては、金型の温度は、良好な鋳造品
を得るためにある最適範囲に制御されることが望
まれる。とくに金型の温度があるレベル以下にな
ると不良品が多発するおそれがあるので、あるレ
ベル以下の温度にある金型をできる限り速く適正
レベルにまで昇温するとともに、適正なレベルに
ある金型の温度をできる限り低下させず、また低
下を遅らせる制御が望まれる。

従来、金型の温度制御方法には、金型の昇温に
水蒸気、熱風、油等の加熱媒体を用いる方法と、
加熱媒体を用いずに溶湯の温度により昇温すると
ともに冷却水による冷却によつて温度制御する方
法とがある。

加熱媒体を用いた金型温度制御システムにおい
ては、加熱媒体により金型温度上昇を速めるとと
もに温度低下を遅らせるという利点はあるもの
の、加熱媒体を加熱して金型温度を上昇させ、上
昇後は冷却水で冷却するため、熱効率が悪く、エ
ネルギ損失が大であり、ランニングコストが高い
という問題がある。また、加熱系を要する分だけ
イニシヤルコストも高くなる。また、加熱媒体に
油を用いた場合、冷却水とは別の流路が金型内に
必要となり、金型設計上の制約が大となるという
問題もある。さらに、100℃ないし300℃の高温加
熱媒体を取扱うため、金型の交換作業等の高温作
業が伴なうという問題もある。

一方、加熱媒体を用いずに冷却水によつて温度
制御を行なうシステムにおいては、加熱媒体を用
いる場合のエネルギ損失、ランニングコスト、イ
ニシヤルコスト、高温作業等の問題は改善される
反面、加熱媒体を用いる場合に比べて、鋳造工程
の立上り時や温度低下後の金型温度の上昇速度が
遅く、しかも冷却水で冷却しているため金型温度
の低下速度が速いという問題があり、とくに金型
温度があるレベル以下に低下すると、鋳造品の不
良品が多発する。本発明は、加熱媒体を用いない
ことの利点を生かしながら冷却水制御による問題
の改善をねらつたものである。

この冷却水による金型温度制御には従来各種の
方法がある。まず、手作業による冷却水量の調整
では、作業者の勘に頼るところが大となり制御の
安定性、再現性に欠ける。

また、金型の温度を検知し、温度調節計からの
信号により冷却水通路に介装された電磁弁を単に
オンオフ制御する方法では、制御の単位が粗く適
正な温度制御が困難であり、制御状態を改善する
ために制御系統の数を多くすれば、それだけイニ
シヤルコストの高騰を招く。

また、単に金型温度により冷却水量を制御する
方法では、鋳造サイクル１サイクル中の金型の注
湯、製品取出しによる温度変化に応じて冷却水量
が制御されてしまい、金型に温度変化があること
を前提とした、あるいは判断した上での制御をす
ることができない。したがつて、金型温度を速く
上昇させたいときにも、１サイクル中の高温時に
は冷却水が多量に流されることになり、金型の温
度上昇がそれだけ遅れ、また金型温度を低下させ
たくないときにも、１サイクル中の高温時に冷却
水が多量に流されるので金型の温度低下がそれだ
け速まる。

また、単に金型温度のみで冷却水量を制御する
方法では、鋳造機のトラブル発生時等も冷却水を
流し続けることになり、好ましくないときに金型
温度の低下を速めてしまい、不良品の多発の原因
となる。

さらに、特開昭57−97838号公報には、金型温
度を検知して電磁弁に開閉信号を発する温度調節
計と、冷却水通路に介装した電磁弁とにより、加
熱媒体を使用することなく金型の温度制御を行な
う装置が開示されている。しかし、この技術は、
型温を鋳造サイクルに沿つて連続して測定し、こ
の型温を予め設定された温度あるいは演算処理さ
れた温度と比較し、型温が所定の温度になつたと
きに、電磁弁の閉信号を発して冷却水の通水を止
め、それによつて通水時間を制御するようにした
ものである。連続的に型温を測定しながら、型温
が設定温度あるいは演算温度になつたか否かを検
出し、それに基づいて弁開閉等を行う制御では、
型温の変化の影響を受けやすい。たとえば、何ら
かの不具合で極く短時間一時的に設定温度オーバ
が生じても、冷却水の通水が開始されてしまうの
で、不必要な時に型が冷却されてしまうことがあ
り、型温の昇温が悪くなつたり、逆に型温が何ら
かの不具合で一時的に低下した場合には、その低
下を検出して冷却水の通水が停止されてしまうの
で、冷却が行われなくなり、型温が所望の温度よ
りも高い範囲に保持されてしまう、といつた問題
が生じる。また、鋳造サイクル中に外的要因によ
り型温が変化したときにもその変化の都度影響を
直接受ける等の問題もあつた。

［発明が解決しようとする課題］本発明は、加熱媒体を用いずに冷却水によつて
金型の温度を制御する方式において、金型温度の
上昇を速めるとともに低下を遅らせ、金型温度を
適正範囲に精度良く制御することを目的とし、金
型温度が低いことによる不良品の発生を低減する
とともに不良品発生の低減により省エネルギ、省
資源をはかることを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］この目的に沿う本発明の金型冷却水の制御シス
テムは、金型の温度を測定する温度センサと、金型の冷却水の流量を制御する流量制御弁と、金型の温度と冷却水の流量との関係を予め設定
する流量制御カードと、前記温度センサと前記流量制御弁とに接続さ
れ、一つの鋳造サイクル中予め定められた測定時点
においてのみ温度センサからの信号を入力し、該入力に応じて前記流量制御カードにより設定
された条件で冷却水の流量を演算し、演算結果に基づき前記流量制御弁に制御信号を
出力し、該制御信号を、次の制御信号が出力されるまで
一定値に保持する、制御ユニツトと、を備えたものから成る。

［作用］このように構成された制御システムにおいて
は、金型の温度測定は１鋳造サイクル中の予め定
められた測定時点でのみ行なわれるので、１鋳造
サイクル中の金型の温度変化にとらわれることな
く、金型の温度のレベルが、それを代表する上記
時点での測定温度とし検知され、この温度測定時
点以後次の測定時点までの冷却水流量制御による
金型温度の昇温、降温あるいは現状維持の制御
が、金型温度と制御すべき冷却水流量との関係が
予め設定されている流量制御カードの条件にした
がつて行なわれる。流量制御カードには、金型温
度に対応する制御すべき冷却水流量の最適値が設
定されているので、測定された金型温度レベルが
低い場合には金型が極力速く昇温するように冷却
水流量が絞られ、高い場合には流量制御弁の開度
が大となつて冷却水が多量に流され、さらに適正
な範囲にある場合には現状維持させて温度レベル
が低下しないように精度良く流量制御される。し
たがつて、鋳造工程の立上り時には金型温度の上
昇は促進され、上昇された後は適正範囲を維持す
るように制御される。そして鋳造サイクル間が通
常の間隔よりも長くなつて金型の温度が低下しよ
うとするときには、冷却水流量は極力絞られてそ
の低下は極力遅延される。この金型温度の上昇の
促進および低下の遅延により、金型温度が低いた
めに発生する不良品は大幅に低減される。

また、不良品の発生が低減されると、不良品の
再溶解エネルギ、鋳造機の稼動エネルギ等がそれ
だけ低減されるので省エネルギが促進され、不良
品の再溶解時のメタルロス、補助材料等が低減さ
れるので省資源がはかられる。

そして本発明による制御においては、流量制御
カードに基づく流量制御弁の制御信号は、次の制
御信号が出力されるまで一定値に保持されるの
で、その間に、金型温度変化があつたとしても、
あるいは一時的な又は外乱による、通常の温度変
化とは異なる金型温度変化がたとえ生じたとして
も、冷却水流量制御には全く悪影響を及ぼさな
い。したがつて、１鋳造サイクル中で金型温度変
化があることを前提とした上で、正確に、その鋳
造サイクルにおける金型温度が所定の望ましい温
度範囲内に入るように制御される。

さらに、流量制御カードの採用により、金型を
交換した場合の金型に応じた最適な制御、金型の
各部に応じた最適な制御、複数の冷却水系の１台
の制御ユニツトによる制御等を容易に行なうこと
ができるとともに、金型温度に対応した無段階の
流量制御を行なうこともできる。

［実施例］以下に本発明の金型冷却水の制御システムの望
ましい実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の第一の実施例に係る金型冷
却水の制御システムを示しており、図中１は金型
である。金型１には、金型１の温度を測定する熱
電対あるいは測温抵抗体等から成る温度センサ
２，３，４が取付けられており、温度センサ２，
３，４は、補償導線等を介して制御ユニツト１０
の温度センサ２，３，４と対になつた入力端子１
３，１４，１５に接続されている。温度センサ
２，３，４と一対一で対応する、金型１の冷却水
取入口５，６，７は、流量制御弁２６，２８，３
０および流量計３２，３３，３４を介して、冷却
水供給源２５と配管等で接続される。

流量制御弁のコントロール部２７，２９，３１
は、制御ユニツト１０の出力端子１９，２０，２
１と接続されており、制御ユニツト１０の制御信
号にしたがつて制御される。

流量計３２，３３，３４は、制御ユニツト１０
の入力端子１６，１７，１８と接続されており、
測定された流量信号は制御ユニツト１０に入力さ
れる。

また、制御ユニツト１０は１枚以上の差し換え
可能な流量制御カード２２，２３，２４と接続さ
れる。流量制御カード２２，２３，２４には、金
型の温度と冷却水の流量との関係が予めパターン
として設定されている。

測温ポイント信号８およびサイクルタイムオー
バー信号９はそれぞれ制御ユニツト１０の入力端
子１１，１２に接続され、それぞれの信号が入力
されている。測温ポイント信号８は、温度センサ
２，３，４が金型１の温度を測定すべき測定時点
を制御する信号であり、サイクルタイムオーバー
信号９は、１鋳造サイクルの時間が予め設定され
た時間よりも長くなつたときに発せられる信号で
ある。なお、温度センサ、流量制御カード、流量
制御弁、流量計は全て一対一の対応関係にある。

制御ユニツト１０は、測温ポイント信号８の入
力により、温度センサ２，３，４からの入力（金
型１の温度）を読み取り、流量制御カード２２，
２３，２４の制御パターンに基づき冷却水量を演
算し、この結果と、流量計３２，３３，３４から
の入力（流量）を比較し流量制御コントロール部
２７，２９，３１に信号を送り、流量制御弁２
６，２８，３０を演算結果と流量計３２，３３，
３４の入力とが一致するように制御する。そし
て、この流量制御弁２６，２８，３０の制御信号
は、次に測温ポイント信号８が入力されるまで、
つまり次の制御信号が出力されるまで、一定値と
して保持される。

また、制御ユニツト１０は、サイクルタイムオ
ーバー信号９が入力されると、その信号がリセツ
トされるまで金型温度を０と仮定し、流量制御カ
ード２２，２３，２４の制御パターンに基づき冷
却水量を制御する（絞る）。

このように構成された本発明の制御システムに
おいては、金型の温度および冷却水の流量はつぎ
のように制御される。

第２図に示すように、金型の温度Ｔの測定時点
が、測温ポイント信号８により、各鋳造サイクル
C₁，C₂，C₃，…のうち、注湯工程A₁に入つてか
ら一定時間経過後の測定時点P₁，P₂，P₃，…に
設定されている場合について述べる。なお、A₂
はキユアリング工程、A₃は製品取出しおよび離
型剤塗布工程、A₄は型締め工程である。

たとえば、いま鋳造サイクルC₄中に測温ポイ
ント信号８が発せられたとすると、鋳造サイクル
C₄中のP₄点の金型温度T₄が、温度センサ２，３，
４のいずれかの対応する部分の温度センサによつ
て測定される。測定された金型温度T₄の信号は、
制御ユニツト１０に入力される。制御ユニツト１
０では、予め設定された温度に対するT₄の比率
が演算され、予め設定された温度に対し％表示の
信号T₄′に変換される。一方、制御ユニツト１０
には流量制御カード２２，２３，２４が接続され
ており、流量制御カード２２，２３，２４には、
第３図に示すような金型温度と冷却水量との関係
がパターンとして予め設定されている。このパタ
ーンは１枚のカードに一パターンが設定されてい
る。

いまT₄′信号に対応する流量制御カードにNo.３
のパターンが設定されていたとすると、制御ユニ
ツト１０では、T₄′信号に対する冷却水流量Q₄が
演算される。このQ₄の出力に基づいて流量制御
弁２６，２８，３０のうち対応する流量制御弁が
制御される。すなわち、流量計３２，３３，３４
のうち対応する流量計により検出される冷却水の
流量が、演算された冷却水流量Q₄と一致するよ
うに流量制御弁のコントロール部２７，２９，３
１に信号が出力され、流量制御弁の開度が制御さ
れて、実際の冷却水量がQ₄に制御される。

このような冷却水流量の制御においては、金型
１の温度測定は、１鋳造サイクル中の予め定めら
れた測定時点でのみ行なわれるので、１鋳造サイ
クル中の注湯A₁等による金型１の温度変化は検
出せずに、金型１の温度レベルすなわち現在の鋳
造サイクルがどのような温度範囲で行なわれてい
るかが、代表点P₁，P₂，P₃，…によつて検出さ
れる。そして代表点P₁，P₂，P₃，…で測定され
た金型温度に基づいて、その測定時点から次の測
定時点までの金型１の温度制御仕様が決定され
る。この温度制御仕様は流量制御カード２２，２
３，２４に予め設定されたパターンによつて決め
られ、冷却水量がパターンに基づいて決定され
る。このパターンは金型温度に対して最適な冷却
水の流量が設定されたものであるから、またはそ
のような最適なパターンが設定されているカード
を選ぶことにより、冷却水の流量は、金型温度が
適正な範囲になるように最適な流量に制御され
る。

たとえば、第２図における鋳造サイクルC₁の
ような場合、すなわち鋳造サイクルが連続して行
なわれる鋳造工程の立上りの１鋳造サイクルであ
つてまだ金型１の温度が低い場合、金型温度は鋳
造サイクルC₁中には一時的に高くなることがあ
るが鋳造サイクルC₁全体の温度レベルが低いこ
とがP₁時点の測定によつて判断され、この測定
温度に基づき冷却水量は絞られることになり、注
湯される溶湯からの受熱により金型１の温度は上
昇する。そして、１鋳造サイクル中に金型の温度
が一時的に高い点があつても冷却水量は変わらな
いことにより、また最適な冷却水量として冷却水
量が極力絞られることにより、金型１の温度上昇
は、従来の方式よりも大幅に促進される。また、
C₄サイクルのように金型１の温度レベルが高く
なつたときには、逆に冷却水量は増大される。こ
のような冷却水の流量制御により、金型１の温度
は、す早く上昇されるとともに、上昇された後は
若干の上下変動はあるが適正範囲Ｂ内に収めら
れ、適正な温度の鋳造サイクルC₅，C₆，C₇が得
られる。そして、C₆のように適正範囲Ｂの中で
あつても若干低いレベルになつたときには、冷却
水量が絞られてそれ以上の低下が抑えられるとと
もに再び適正範囲Ｂの中心レベルに戻るような冷
却水の流量に制御される。すなわち、流量制御カ
ード２２，２３，２４には、金型温度に対する冷
却水量が無段階に設定されているので、冷却水量
は細かくかつ正確に制御され、金型温度は適正範
囲Ｂの中でもより中心レベルへと制御される。

また、鋳造サイクルC₈のように何らかの支障
でサイクル時間が延びたような場合、サイクルタ
イムオーバー信号９により金型温度０と判断され
るので、冷却水流量は流量制御カードのパターン
の一番小なる流量に絞られる。たとえばNo.３パタ
ーンの場合流量は０である。流量が絞られること
により、金型温度の低下速度は遅くされ、そのま
まの冷却水量を流しつづけた場合の金型温度
T₈′に比べ、金型温度T₈の低下は大幅に抑制され
る。

なお、本実施例では、金型温度を％表示に換算
しているが、金型温度そのものを制御に使用して
もよい。ただしこの場合、金型の種類、熱容量、
測温位置等により、最大流量を必要とする温度が
変わるため、金型温度入力の設定範囲が変化し、
制御精度も変化する。

つぎに、第４図に本発明の第二実施例に係る制
御システムを示す。本実施例は、第１図の制御シ
ステムにおける流量フイードバツク制御をやめ、
流量制御弁３５，３６，３７の開度を制御ユニツ
ト１０からの信号に基づいてオープン制御する方
式である。つまり流量をオープン制御する方式で
ある。この場合一次側の冷却水圧力の変動による
流量のばらつきを除去するためには、定量弁ある
いは減圧弁３８，３９，４０が必要となる。ま
た、本実施例では流量制御カード２２，２３，２
４には、金型温度と流量制御弁３５，３６，３７
の開度との関係が設定される。その他基本的な構
成、作用は第一実施例に準じる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の金型冷却水の制
御システムによるときは、つぎのような種々の効
果が得られる。

まず、金型の温度測定を１鋳造サイクル中の予
め定められた測定時点でのみ行ない、測定された
温度により流量制御カードに予め設定された最適
なパターンに基づいて冷却水の流量を制御し、そ
の制御を次の制御信号出力まで保持するようにし
たので、鋳造サイクル中の全体の金型温度を適正
な範囲にす早く昇温することができるとともに、
金型温度を適正な範囲内に精度良く納めることが
できる。また、何らかの支障により金型温度が低
下する際にも、その低下の速度を極力遅くするこ
とができる。金型温度の上昇促進と低下遅延によ
り、金型温度が適正範囲以下になることを極力避
けることができ、金型温度が低いために発生する
不良品を大幅に低減できる。不良品の低減によ
り、不良品の再溶解エネルギ、再溶解時のメタル
ロス等を低減することができ、省エネルギ、省資
源をはかることもできる。

また、金型温度と冷却水量の関係を流量制御カ
ードによつて設定するようにしたことにより、金
型を交換した場合でも流量制御カードの交換で対
応でき、金型をいくつかの部分に分けて冷却水量
の制御を行なう場合にも、それぞれの部分に流量
制御カード１枚を対応させることによりそれぞれ
の部分で最適な条件を設定することができ、さら
に複数の冷却水量を同時に制御する場合にも、流
量制御カードを増やすのみで制御ユニツトは１台
で対応させることができる。

さらに、金型温度に対する冷却水量の出力を流
量制御カードで任意の近似曲線でかつ連続的な曲
線に設定できることにより、冷却水の無段階の流
量制御が可能となり、しかも金型測温位置をラフ
に設定しても、近似曲線が可変であるので、対応
が可能となるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例に係る金型冷却水
の制御システムの構成図、第２図は各鋳造サイク
ルにおける金型温度の特性図、第３図は流量制御
カードに設定される金型温度と冷却水量との関係
図、第４図は本発明の第二実施例に係る金型冷却
水の制御システムの構成図、である。１……金型、２，３，４……温度センサ、８…
…測温ポイント信号、９……サイクルタイムオー
バー信号、１０……制御ユニツト、２２，２３，
２４……流量制御カード、２５……冷却水供給
源、２６，２８，３０，３５，３６，３７……流
量制御弁、３２，３３，３４……流量計、C₁，
C₂，C₃，C₄，C₅，C₆，C₇，C₈……鋳造サイクル。

Claims

【特許請求の範囲】１金型の温度を測定する温度センサと、金型の冷却水の流量を制御する流量制御弁と、金型の温度と冷却水の流量との関係を予め設定
する流量制御カードと、前記温度センサと前記流量制御弁とに接続さ
れ、一つの鋳造サイクル中予め定められた測定時点
においてのみ温度センサからの信号を入力し、該入力に応じて前記流量制御カードにより設定
された条件で冷却水の流量を演算し、演算結果に基づき前記流量制御弁に制御信号を
出力し、該制御信号を、次の制御信号が出力されるまで
一定値に保持する、制御ユニツトとを、備えたことを特徴とする金型冷却水の制御システ
ム。２前記温度センサによる金型の温度測定を、一
つの鋳造サイクル中の一時点でのみ行なわしめる
特許請求の範囲第１項に記載の金型冷却水の制御
システム。３前記制御ユニツトに、鋳造サイクルのタイム
オーバー信号を入力した特許請求の範囲第１項に
記載の金型冷却水の制御システム。４前記流量制御弁が設けられた冷却水系に流量
計を設けた特許請求の範囲第１項に記載の金型冷
却水の制御システム。