JPH0292446A - 加圧鋳造方法および装置 - 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］ 本発明は、金型のキャビティ内に溶湯を射出して成形品
を成形する鋳造方法および装置に係り。

特に、金型内の溶湯を加圧する工程を改良し、コンピュ
ータコントロール化した加圧鋳造方法および装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 第２図は、例えば、特開昭６３−１４０７４７号公報で
公知の自動車用ディスクホイールを成形する加圧鋳造装
置の主要部を示す縦断面図である。

第２図（ａ）に示すように上下方向に開閉可能な上型４
１．下型３２、および、水平方向に移動可能な４個の中
子４６を合わせ、図示していない型締機構により図中の
上下方向からクランプし、それにより形成されたキャビ
ティ８内に、射出スリーブ４７内の溶湯６７を、図示し
ていない射出シリンダの作用による射出プランジャ４８
およびプランジャチップ４８ａの上昇作用で充填する。

溶湯６７の充填完了時から所定の時間経過後、すなわち
所定の加圧タイムラグの後、第２図（ｂ）に示すように
、加圧プランジャ６３を図示していない加圧シリンダの
作用によりキャビティ８内へ突出させ、キャビティ８内
の溶湯６７を加圧し、押湯作用を行わせる。すなわち、
溶湯６７が完全に固化する前に、加圧プランジャ６３を
、第２図（ｂ）に示すゲートシール位置まで下降させ２
下型３２のゲート４９に薄肉の溶湯固化物６８を残して
貫通させるようにして射出を完了させる。その後、冷却
が完了し、溶湯６７が完全に固化すれば、第２図（Ｃ）
に示すように加圧プランジャ６３を後退させ、型開して
、第２図（ｂ）に示す操作でできたゲート４９の薄肉部
から切断するようにしている。その後、第２図（ｄ）に
示すように中子４６を開き、押出ピン７８などを作動さ
せて、成形品ｌＯＯを取出す。

上記の加圧プランジャ６３の加圧力は、従来は。

例えば第３図に示すように時間に対して制御していた。

第３図に示した例では、加圧プランジャ６３の加圧力、
すなわち、スクイズ圧ＰＳＱを４段に変更しており、時
間ｔが０の時点が、加圧開始時点。

すなわち、充填完了から例えばＯ点数秒ないし１秒前後
の所定の加圧タイムラグが経過した時点に相当する。こ
の加圧開始時点は、充填完了したことをキャビティ内圧
か射出シリンダの作動圧の上昇度合、または、射出プラ
ンジャの前進ストロークの値で検知し、それからタイマ
を作動させて定める。

ここで、溶湯が金型と接する表面は、溶湯のキャビティ
８内への充填と同時に急冷されており。

チル層と呼ばれる硬質表面層が形成される。

第３図において、時間０〜ｔ１の間は、加圧プランジャ
６３がこのチル層を突き破る領域であり、加圧プランジ
ャ６３がこれを突き破って未だ半凝固状態にある溶湯内
部に押し入るためには相当に高い圧力を必要とする０時
間ｔＩ−ｔ２は、未だ溶融状態にあるキャビティ８内の
溶湯が冷却される間、冷却に伴って溶湯が収縮する。い
わゆる、ヒケの速度に見合った圧力でほどほどに加圧さ
れるための領域である。このｔ１〜ｔ２の間の加圧力は
、射出圧力Ｐｍより若干高いか、または、成形品の形状
によっては射出出力Ｐｍよりも若干低く設定する時や、
殆ど射出圧力Ｐｍに等しく設定することもある。ｔ２〜
ｔ３の間は、キャビティ８内の溶湯が半凝固状態になり
、その冷却収縮のためヒケ巣が極めて発生し易い状態と
なっている。

そこで、時刻ｔ２に達した時は加圧プランジャ６３によ
る加圧力を高くし、ヒケ巣防止を図る。

ｔ３〜ｔ４の間は、成形品が複雑な形状である場合、あ
るいは、加圧プランジャ６３の本数に限りがある場合に
、該加圧プランジャ６３から遠く離隔したキャビティ８
内において、ヒケ巣が発生することを防止するための加
圧を行うなど、付加的な領域であって、前例の第２図に
示したホイール成形では、第２図（ｂ）の操作でゲート
４９に薄肉部を形成させる最終加圧領域としての意味合
いを持っている。

［本発明が解決しようとする課題］ 第４図に従って説明する。金型が冷間状態にあるときか
ら鋳造を開始していくと、加圧プランジャ６３と上型４
１は、溶湯６７により加熱されていくが、加圧プランジ
ャ６３と上型４１の熱膨張係数の違い、あるいは、冷却
方法、重量・吸収熱量の違いから、大きさが変化し、第
４図においてＡ部として示した加圧プランジャ６３と上
型４１の摺動部の摩擦抵抗力が変わる。また、溶湯６７
が第４図においてＢ部として示した加圧プランジャ６３
と上型４１間のクリアランスに差し込むことにより、そ
の抵抗力が変化する。

このように、加圧プランジャ６３に対する抵抗力が変化
する要因は多々あるのに対し、従来の第３図に示したよ
うな加圧プランジャ６３の所定の段階状の制御のみでは
、作動圧力を多段に変化させることはできても、その負
荷が変わることから。

時間の経過に対する加圧プランジャ６３のキャビティ８
内への突出移動代、すなわち突出による移動ストローク
が負荷により変化することになる。

例えば、金型を冷間状態から鋳造を開始していくと、第
３図に示した特定の圧力制御では１次第に成形数が増す
につれて、第５図に示すように時間が経過するにしたが
って加圧プランジャ６３の移動ストロークＳｔは全体的
に徐々に小さくなってい〈、すなわち、鋳造を開始した
最初の射出時である１シヨツト目には、時間に対する加
圧プランジャ６３の移動ストローク曲線は、例えば、第
５図において（ａ）で示した状態になるが、連続運転に
よりショツト数が増加するにしたがって、前記したよう
に、加圧プランジャ６３に対する作動抵抗が徐々に増し
、負荷が徐々に増してくるので、加圧プランジャ６３の
突出度合は徐々に小さくなり、加圧プランジャ６３の移
動ストローク曲線は。

例えば、第５図において（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）で示す
ように、ショツト数の増加、すなわち時間の経過にした
がって徐々に小さくなる。

加圧プランジャ６３による加圧は、前述のように、ヒケ
、すなわち、溶湯の冷却収縮代に相当する容積の溶湯を
加圧充填することが主目的であるから、このように加圧
プランジャ６３の摩擦抵抗や溶湯の差し込みなどによる
外部要因により、そのストロークの出方が一様にならな
いということは、このしケの発生を防止できないことに
他ならない。

さらには、第２図（ｂ）に示したゲートシール位置まで
、最終的に加圧プランジャ６３が出ないと、ゲート部４
９の溶湯固化物の断面積はゲート面積に等しくなること
から、正常時に比較して、極めて大きくなる。したがっ
て、引続いて行われる第２図（ｃ）に示すゲート切断の
操作では、その切断に要する力は非常に大きくなる。今
、第２図（Ｃ）に示したように、このゲート切断は、中
子４６を入れたまま所定の型開力で型開することによっ
て行っているため、切断力が大きいということは、成形
品１００であるホイールのハブ面を第２図（ｃ）におい
て下方に引張る力が大きいことに他ならない、そのため
、第２図（ｅ）において２点鎖線で示したように、成形
品１００が歪むことにもなる。

以上に示したように、第３図に示した段階的な加圧の方
法のみでは、加圧プランジャの庁擦力、溶湯の差し込み
、型温などによる金型の状態が完全に安定していれば問
題はないが、実際には、作業者が加圧プランジャ６３の
動きを観察して頻繁に加圧力やタイミングを変更するの
が現状であった。しかも、その作業者の操作による制御
は非常に熟練度を要し、極めて難しいので、事実上は満
足に実現することはできていなかった。

［課題を解決するための手段］ 本発明においては、このような課題を解決するために、
射出装置の作用によって金型内に溶湯を充填するととも
に、加圧プランジャを有する加圧装置の作用によって金
型内の溶湯を加圧する加圧鋳造方法において、加圧プラ
ンジャの作動開始時点からの時間を基準として、加圧プ
ランジャの金型キャビティ内への移動ストローク量を目
標軌跡としてあらかじめ定めておき、この目標軌跡に倣
うように加圧プランジャの作動を制御するようにした。

また、このような加圧鋳造方法を実施するための装置と
して、金型と、金型内に溶湯を鋳込む射出プランジャ装
置と、金型の一部に摺動自在に設けて金型キャビティ内
まで先端部を突出可能に設けた加圧プランジャと、加圧
プランジャの突出位置を検知してその位置に応じた電気
的な信号を出力する位置検出器と、入力信号の大きさに
応じて加圧プランジャの突出圧力を制御しうる圧力調整
弁と、時間に対する加圧プランジャの金型キャビティ内
への突出による移動ストロークの変化量を目標軌跡とし
て設定、指令する指令信号設定部を有し、前記位置検出
器からの出力信号と指令信号設定部からの出力信号の偏
差量に応じた出力信号を前記圧力調整弁の圧力調整駆動
部に送るフィードバック制御器を備えた加圧鋳造装置と
した。

［作用］ 射出装置の作用によって金型内に溶湯を充填すると共に
、加圧プランジャを有する加圧装置の作用によって金型
内の溶湯を加圧するに際して、加圧プランジャの作動開
始時点からの時間を基準として、加圧プランジャの金型
キャビティ内への移動ストローク量を目標軌跡としてあ
らかじめ定めておき、この目標軌跡とした加圧プランジ
ャの金型キャビティ内への移動ストローク量と、加圧プ
ランジャの実移動ストロークとの偏差量に応じて、加圧
プランジャを駆動する作用圧力を変化させることにより
１時間に対する加圧プランジャの移動ストローク量が前
記目標軌跡に倣うように、加圧プランジャの作動を制御
する。このことにより。

押湯作用が常に確実容易に行えるようにする。

［実施例］ 第１図に従って説明する。第１図における金型袋を部は
、上型４１．下型３２．中子４６で形成されたキャビテ
ィ８内に、射出プランジャ４８およびプランジャチップ
４８ａの上昇により、射出スリーブ４７内の溶湯６７を
充填した状態である。

射出プランジャ４８に対向して、上型４１の軸心部には
加圧プランジャ６３を摺動自在に、かつ。

キャビティ８内に突出可能に配し、加圧プランジャ６３
は図示していない可動盤に取付けられている加圧シリン
ダｌのピストンｌｃに連結されている。加圧プランジャ
６３の先端部は、金型キャビティ８部のゲートシール位
置まで突出可能に設けられているが、他の場所に設ける
こともできる。

加圧シリンダｌの作動は、油圧源５および方向切換弁３
で行う、すなわち、方向切換弁３のソレノイド５ＱＬ−
ａを励磁して、油圧源５の圧油を加圧シリンダｌのヘッ
ド室１ａに導き、同時に。

ロッド室１ｂの作動油をタンク６に解放すれば、ピスト
ンｌｃは前進し、加圧プランジャ６３の先端部は第１図
に示したようにキャビティ８内に突出する。また、逆に
、方向切換弁３のソレノイド５ＱＬ−ｂを励磁すれば、
前記と反対の作動になり、加圧プランジャ６３の先端部
はキャビティ８内から上型４１内に収納されるように戻
る。４は電磁比例自動圧力調整弁である電磁リリーフ弁
で。

油圧源５の圧力を随意に制御可能としている。すなわち
、この圧力調整弁４で、入力信号の大きさに応じて加圧
プランジャ６３の突出圧力を制御しうるようにしている
。さらに、２はポテンショメータからなる位置検出器で
、加圧シリンダｌのピストンｌｃ、すなわち、加圧プラ
ンジャ６３の突出ストローク位置を検出して、その位置
に応じた電気信号を出力しうるようにしている。

７ａは、時間に対する加圧プランジャ６３の金型キャビ
ティ８内への突出による移動ストロークの変化量を目標
軌跡として設定し、指令するパソコンに創成しであるモ
デル部、すなわち指令信号設定部であり、７ｂは位置検
出器２からの入力信号と指令信号設定部７ａからの入力
信号を比較し、これら両方の入力信号の偏差値に応じた
出力信号を出す偏差検出部、７Ｃは偏差検出部７ｂから
の出力信号を受けて適宜処理し、それに応じた所定の出
力信号を出すゲイン設定部であり、これら指令信号設定
部７ａ、偏差検出部７ｂおよびゲイン設定部７Ｃはフィ
ードバック制御器を構成している。９はゲイン設定部７
Ｃからの出力信号の大きさに応じて圧力調整弁４の圧力
を制御するドライバであり、圧力調整駆動部を構成して
いる。

今、第１図に示したように、射出プランジャ４８による
溶湯の充填が完了し、所定の加圧タイムラグが経過した
時点で１図示していないコントローラが加圧プランジャ
の作動指令をフィードバック制御器７に与えると共に、
方向切換弁３のソレノイド５ＱＬ−ａを励磁する。

ここで、フィードバック制御器７のモデル部７ａには、
時間ｔに対する加圧プランジャ６３の移動ストロークＳ
ｔの所望の軌跡があらかじめプログラムされており、前
記の作動指令を受けて目標となる移動ストロークＳｔを
例えば数ミリ秒ごとに時分割処理して、偏差検出部７ｂ
に入力する。偏差検出部７ｂでは、位置検出器２で検知
される加圧プランジャ６３の実位２１ｓｔ’　との偏差
Δｓｔ　　（＝ｓｔ−ｓｔ’　）を演算し、これをゲイ
ン設定部７Ｃに入力する。ゲイン設定部７Ｃは。

偏差ΔＳｔの結果を基に、所定のＰ（比例）■（積分）
Ｄ（微分）ゲインを乗し、ストロークの偏差量ΔＳｔに
対し、制御量である圧力指令値Ｐｃに変換する。ここで
、ＰＩＤの各ゲインは、実際に作動させてみて、経験を
生かし、最も追従性が上るように決定する。ドライバ９
は圧力指令値Ｐｃを得て、実際に電磁リリーフ弁４を駆
動する信号ＰＲｆに変換し、圧力ｓ５の圧力を制御して
いる。このように、目標となる加圧プランジャ６３の移
動ストロークと、実際の動きとの偏差を基準に、加圧シ
リンダｌを作動させる圧力を制御することにより、加圧
プランジャ６３の実移動ストロークをフィードバック制
御するようにした。

第６図はその結果の一例をモニタ装置に示したもので、
電磁リリーフ弁４の周波数応答と加圧プランジャ６３の
速度などを考慮して数ミリ秒毎の時分割処理で制御した
ところ目標に対する偏差は、任意の時点、図示例では１
時の目標ストロークＳｔａに対して、１％以下の追従性
を得ることが可能となった。すなわち、第６図および第
６図のＣ部拡大図である第６図（ａ）において、滑かな
曲線（ｅ）で示すものが、モデル部でもある指令信号設
定部７ａに設定した加圧プランジャ６３の目標ストロー
ク曲線であり、ＣＲＴ上にメニュー表示し、マウスによ
ってグラフを描くだけで設定できるようにし、設定者や
操作者のイメージを容易にマシンの動作に反映できるよ
うにした。また、ジグザグな線（ｆ）で示したものが本
発明の制御によって得られた加圧プランジャ６３の実ス
トロークである。

なお、本発明は、前記したような竪型締竪鋳込型のダイ
カストマシンやスクイズキャスティングに使用すること
ができるだけでなく、横型締竪鋳込型のダイカストマシ
ンやその他のダイカストマシンに使用することもできる
し、また、射出プランジャに直面しない他の金型キャビ
ティ部分に加圧プランジャを突出させるようにして使用
することもできる。

［効果］ 本発明においては、特許請求の範囲に記載したような方
法および装置にし、射出装置の作用によって金型内に溶
湯を充填すると共に、加圧プランジャを有する加圧装と
の作用によって金型内の溶湯を加圧する加圧鋳造方法に
おいて、加圧プランジャの作動開始時点からの時間を基
準として、加圧プランジャの金型キャビティ内への移動
ストローク量を目標軌跡としてあらかじめ定めておき。

この目標軌跡に倣うように加圧プランジャの作動を制御
するようにしたので、加圧プランジャの金型に対する摺
動部の摩擦抵抗の変化や溶湯の差込などの外乱に影響を
受けることなく、加圧プランジャの作動を自動的に、安
定化させることができる。そして、その結果、作業者の
頻繁な調整が不要になると共に、成形条件を安定化させ
ることに寄与できるので、品質の管理が極めて容易とな
り、良品質の成形品を常に確実容易に得やすくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するための装置の１実施例
を示すもので、金型装置部の縦断面図および油圧、電気
の制御回路図、第２図（ａ）〜第２図（ｄ）は一般的な
加圧鋳造装置の作動順序を示す縦断面図、第３図は本発
明に類した従来の制御方法を示す時間−圧力線図、第４
図は従来の装置における作用上の欠点を説明するための
縦断面図、第５図は従来の方法における加圧プランジャ
の移動ストロークが時間経過にともなって減少する状態
を示す時間−移動ストローク線図、第６図は本発明の方
法による制御状態を示す時間−移動ストローク線図、第
６図（ａ）は第６図のＣ部拡大図である。 １・・・・・・加圧シリンダ、　　　２・・・・・・位
置検出器、４・・・・・・圧力調整弁（電磁リリーフ弁
）、７・・・・・・フィードバック制御器、７ａ・・・
指令信号設定部（モデル部）、７ｂ・・・偏差検出部、
　　　　７Ｃ・・・ゲイン設定部、８・・・・・・金型
キャビティ、　　９・・・・・・ドライバ、３２・・・
・・・下型、　　　　　　４１・・・・・・上型、４６
・・・・・・中子、　　　　　　４７・・・・・・射出
スリーブ、４８・・・・・・射出プランジャ、４９・・
・・・・ゲート。 ６３・・・・・・加圧プランジャ、６７・・・・・・溶
湯。 ６８・・・・・・薄肉の溶湯固化物、 １００・・・成形品。 特許出願人　　宇部興産株式会社 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）射出装置の作用によって金型内に溶湯を充填する
   と共に、加圧プランジャを有する加圧装置の作用によっ
   て金型内の溶湯を加圧する加圧鋳造方法において、加圧
   プランジャの作動開始時点からの時間を基準として、加
   圧プランジャの金型キャビティ内への移動ストローク量
   を目標軌跡としてあらかじめ定めておき、この目標軌跡
   に倣うように加圧プランジャの作動を制御するようにし
   たことを特徴とする加圧鋳造方法。
2. （２）前記目標軌跡とした加圧プランジャの金型キャビ
   ティ内への移動ストローク量と、加圧プランジャの実移
   動ストロークとの偏差量に応じて、加圧プランジャを駆
   動する作用圧力を変化させることにより、加圧プランジ
   ャの移動ストローク量を制御するようにしたことを特徴
   とする請求項１記載の加圧鋳造方法。
3. （３）金型と、金型内に溶湯を鋳込む射出プランジャ装
   置と、 金型の一部に摺動自在に設けて金型キャビティ内まで先
   端部を突出可能に設けた加圧プランジャと、 加圧プランジャの突出位置を検知してその位置に応じた
   電気的な信号を出力する位置検出器と、入力信号の大き
   さに応じて加圧プランジャの突出圧力を制御しうる圧力
   調整弁と、時間に対する加圧プランジャの金型キャビテ
   ィ内への突出による移動ストロークの変化量を目標軌跡
   として設定、指令する指令信号設定部を有し、前記位置
   検出器からの出力信号と指令信号設定部からの出力信号
   の偏差量に応じた出力信号を前記圧力調整弁の圧力調整
   駆動部に送るフィードバック制御器を備えたことを特徴
   とする加圧鋳造装置。