JPH0426935B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は低圧鋳造法における金型温度制御方法
に関し、一層詳細には、金型のキヤビテイに溶湯
を充填した後、この金型の型温度を検出して予め
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にする低圧
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
品に対応したキヤビテイ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、キヤビテイ内に充
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
キヤビテイ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つ
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、型開きを行つて鋳造品を取
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
に従つて、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つくりと進行
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つてしま
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
の中子のセツ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つの鋳造サイクルは変動す
るのが普通であつて、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
たものであつて、金型内のキヤビテイに溶湯を充
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
を可能とすべく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
低圧鋳造法にお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ヤビテイに充填
して鋳造を行う低圧鋳造法において、溶湯を前記
キヤビテイに加圧充填した後、金型の型温度を所
定時間毎に検出し、次いで、溶湯の所望の凝固進
行を可能にすべく鋳造条件により予め設定された
金型の型開き温度に至る基準型温度冷却曲線か
ら、前記検出された型温度の検出時に対応する基
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
金型を前記基準型温度冷却曲線に沿つて前記型開
き温度まで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１
８に摺動自在に嵌合するように配置される摺動型
２０，２２とを含む。さらに、これら下型１６、
上型１８および摺動型２０，２２によりキヤビテ
イ２４が画成され、前記キヤビテイ２４は自動車
等の内燃機関を構成するシリンダヘツドを鋳造す
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
ヤビテイ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３２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
ないアクチユ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１
８の間には冷却ブロツク４０が介装され、この冷
却ブロツク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ヤビテイ
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２
０，２２は夫々連結部材４９，５０を介して図示
しないシリンダ等のアクチユエータに連結され、
水平方向に変位自在である。また、前記摺動型２
０，２２には冷却水が通流する通路５２，５４が
形成される。なお、図中、参照符号５６ａ乃至５
６ｆ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のキヤ
ビテイ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エースを介し
て前記温度センサ６０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ユータ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ユータ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７６，７８並びに流量計８０，８２が配設さ
れる。前記流量計８０，８２の下流において当該
管路６８，７０は合流し、その後、再び管路８
４，８６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0.28Kg／cm²
としてシリンダヘツドを鋳造する。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内に画成されるキヤビテイ
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ユエータの
作用下に下方向に変位させると共に、摺動型２
０，２２を連結部材４８，５０を介して連結され
る図示しないアクチユエータの作用下に近接変位
させ、型締めを行う。型締めを行つた後、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３２を介してキヤビテ
イ２４に当該溶湯を注湯する。以下、第２図に示
すフローチヤートに従つて、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図のタイムチヤ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ピユータ６６の図示しない
ROMには第２図のフローチヤートで示される手
順のプログラムが書き込まれており、CPU（図示
せず）はこのフローチヤートに沿つて動作するも
のである。 第３図ａにおいて、参照符号１００は実際の型
の温度（T_d）の変化の推移を表す型温度曲線で
ある。第２図に示すステツプ１において、加圧開
始時刻t₀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T_d1を検出する（STP2）。この
型温度T_d1は図示しないインタフエースを介して
温度データとしてマイクロコンピユータ６６に導
入される。この時刻t₁以降はキヤビテイ２４内の
溶湯は所定圧、この場合、0.28Kg／cm²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。 ステツプ３において、前記型温度（T_d）と、
予め鋳造条件に基づいて設定されると共にマイク
ロコンピユータ６６に入力されている型開き温度
T_sとの比較処理が当該マイクロコンピユータ６
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
ステツプ４に移る。 ステツプ４では前記型開き温度T_sと同様に、
鋳造条件から設定される基準型温度冷却曲線１０
２に基づいて基準型温度（T_0bj）と、この基準型
温度（T_0bj）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Ｄ
を算出する。この場合、予め、第３図ａ中、プロ
ツトされるような複数の型温度データをマイクロ
コンピユータ６６に入力しておき、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_d）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（T_0bj）と温度ゾーン
Ａ乃至Ｄは次のようにしてマイクロコンピユータ
６６のCPU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t₁における基準型温度
（T_0bj）を演算する。 前記基準型温度（T_0bj）に基づいて以下の温
度範囲を温度ゾーンＡ乃至Ｄとする。 Ａ：T_d≧T_0bj＋θ₁＋θ₂ Ｂ：T_pbj＋θ₁≦T_d＜T_0bj＋θ₁＋θ₂ Ｃ：T_pbj＜T_d＜T_0bj＋θ₁ Ｄ：T_d≦T_0bj 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、ステツプ５、ステツプ６において実測さ
れた型温度（T_d）がマイクロコンピユータ６６
のCPUにより基準型温度（T_0bj）と比較処理が
なされ、且つ前記型温度（T_d）が温度ゾーンＡ
乃至Ｄ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Ａ、
Ｂ、Ｃ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。

【表】 但し、Q₂（ソレノイドバルブ７２側の流量）＞
Q₁（ソレノイドバルブ７４側の流量）であり、且
つこの流量Q₁、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、ステツプ７において、前記ステツプ
５、ステツプ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t₁における型温度T_d1は温度ゾーンＡ
に含まれ、第１表に示したように、水量Q₁＋Q₂
を供給すべくソレノイドバルブ７２，７４はマイ
クロコンピユータ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２０，２２に形成された通路５２，５４に
導入されることになる。ステツプ８において、こ
の状態を次回の型温度（T_d）の検出時まで所定
時間継続した後、ステツプ２に戻る。 こうして、以後、所定時間間隔をあけて時刻
t₂、t₃…t_o…、において第２図のフローチヤート
の手順、すなわち、ステツプ２乃至ステツプ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ｂ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_d）は実際、第３図ａの型温度曲線１
００に示す推移を辿る。 最終的に、型温度（T_s）に達したら（時刻t_s）、
ステツプ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１
２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１
２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１
２の温度、つまり、鋳造品の温度が一定となる。
従つて、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］ 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ヤビテイ内に溶湯を充
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
くように制御している。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
となつ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
明するフローチヤート、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ヤートであ
る。 １０……鋳造装置、１２……鋳造金型、１６…
…下型、１８……上型、２０，２２……摺動型、
２４……キヤビテイ、６０……温度センサ、６６
……マイクロコンピユータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ヤビ
   テイに充填して鋳造を行う低圧鋳造法において、
   溶湯を前記キヤビテイに加圧充填した後、金型の
   型温度を所定時間毎に検出し、次いで、溶湯の所
   望の凝固進行を可能にすべく鋳造条件により予め
   設定された金型の型開き温度に至る基準型温度冷
   却曲線から、前記検出された型温度の検出時に対
   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基準型温度冷却曲線に沿つて
   前記型開き温度まで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 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
   予め設定された型温度を検出してから溶湯の加圧
   を開始し、溶湯がキヤビテイに充填された後、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。