JPH05131256A - 固液共存金属の加工方法およびその装置 - Google Patents
固液共存金属の加工方法およびその装置Info
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- JPH05131256A JPH05131256A JP29722891A JP29722891A JPH05131256A JP H05131256 A JPH05131256 A JP H05131256A JP 29722891 A JP29722891 A JP 29722891A JP 29722891 A JP29722891 A JP 29722891A JP H05131256 A JPH05131256 A JP H05131256A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 固液共存金属を用いた成形加工において、加
熱過程における素材の加熱状況を簡便かつ正確に把握す
る。 【構成】 誘導加熱手段によって固液共存領域に加熱し
た金属被加工材に成形加工を施すに当たり、上記金属被
加工材の加熱過程で、該誘導加熱手段の出力電流及び出
力電圧のうちの少なくとも一方の周波数を計測し、その
計測周波数の変動状況を検知して金属被加工材の成形加
工を開始する。
熱過程における素材の加熱状況を簡便かつ正確に把握す
る。 【構成】 誘導加熱手段によって固液共存領域に加熱し
た金属被加工材に成形加工を施すに当たり、上記金属被
加工材の加熱過程で、該誘導加熱手段の出力電流及び出
力電圧のうちの少なくとも一方の周波数を計測し、その
計測周波数の変動状況を検知して金属被加工材の成形加
工を開始する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、鉄系ないしは銅系金
属・合金のような高融点金属をはじめ、これらの金属基
複合材を含めた金属被加工材を固液共存域まで加熱して
ダイカストあるいは型鍛造による加工を行う場合に有用
な固液共存金属の加工方法およびその装置に関するもの
であり、とくに加工対象物の加熱状況を簡便かつ正確に
把握しようとするものである。
属・合金のような高融点金属をはじめ、これらの金属基
複合材を含めた金属被加工材を固液共存域まで加熱して
ダイカストあるいは型鍛造による加工を行う場合に有用
な固液共存金属の加工方法およびその装置に関するもの
であり、とくに加工対象物の加熱状況を簡便かつ正確に
把握しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】金属被加工材を固液共存域まで加熱もし
くは再加熱して半凝固金属としたのち成形加工を施す技
術としては、特願平２−155476号明細書で提案されてい
るようなダイカスト成形方法が参照される。この方法
は、金属被加工材を固相状態にてダイカスト金型の鋳込
口内へ挿入し、ここで電気的又は電磁気的に該金属被加
工材を固液共存状態まで加熱し、これをダイカスト金型
の湯道を通しその内部キャビティへ射出して成形するも
のであって、かかる方法によれば、半凝固金属を用いる
ダイカスト技術の展開において問題となっていた鋳物成
品の品質劣化や結晶粒の肥大化による湯口の閉塞などを
効果的に解消することができた。
くは再加熱して半凝固金属としたのち成形加工を施す技
術としては、特願平２−155476号明細書で提案されてい
るようなダイカスト成形方法が参照される。この方法
は、金属被加工材を固相状態にてダイカスト金型の鋳込
口内へ挿入し、ここで電気的又は電磁気的に該金属被加
工材を固液共存状態まで加熱し、これをダイカスト金型
の湯道を通しその内部キャビティへ射出して成形するも
のであって、かかる方法によれば、半凝固金属を用いる
ダイカスト技術の展開において問題となっていた鋳物成
品の品質劣化や結晶粒の肥大化による湯口の閉塞などを
効果的に解消することができた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半凝固金属
を用いる上記のような技術では、加熱過程における金属
被加工材の加熱状況を正確に把握することが重要なとこ
ろ、従来の熱電対や放射温度計による手段では以下に述
べるような問題があり、簡便で正確に素材の加熱状況を
把握できる測定手段の開発が望まれいてた。すなわち、
熱電対による温度測定は、検出子を素材の表面に貼り付
けるか又は素材に埋め込み、これによって素材の温度を
測定するため、熱電対の取り付けに多大な手間がかかる
こと、また、素材を押し出すタイミングが悪ければ熱電
対が破損するため多数の熱電対を用意しておく必要があ
り経済的でない。一方、放射温度計による温度の測定
は、温度計と加熱素材との間に透明な物体以外のものが
あってはならないため、素材を配置するスリーブや加熱
手段の加熱用コイルに窓孔を設けるなど特別な設計を施
す必要があり、加熱素材の均一加熱を実現する面からも
非常に不利な構造とならざるを得ない。なお、加熱手段
の出力及び加熱時間と素材の固相率との関係を予め把握
しておき、加熱時間の経過によって素材の加熱状況を予
測することもできるが、この場合には素材の初期温度や
寸法、重量、成分などが変わると上記の関係は変動する
ので、常に一定条件にして加工するのは難しい。
を用いる上記のような技術では、加熱過程における金属
被加工材の加熱状況を正確に把握することが重要なとこ
ろ、従来の熱電対や放射温度計による手段では以下に述
べるような問題があり、簡便で正確に素材の加熱状況を
把握できる測定手段の開発が望まれいてた。すなわち、
熱電対による温度測定は、検出子を素材の表面に貼り付
けるか又は素材に埋め込み、これによって素材の温度を
測定するため、熱電対の取り付けに多大な手間がかかる
こと、また、素材を押し出すタイミングが悪ければ熱電
対が破損するため多数の熱電対を用意しておく必要があ
り経済的でない。一方、放射温度計による温度の測定
は、温度計と加熱素材との間に透明な物体以外のものが
あってはならないため、素材を配置するスリーブや加熱
手段の加熱用コイルに窓孔を設けるなど特別な設計を施
す必要があり、加熱素材の均一加熱を実現する面からも
非常に不利な構造とならざるを得ない。なお、加熱手段
の出力及び加熱時間と素材の固相率との関係を予め把握
しておき、加熱時間の経過によって素材の加熱状況を予
測することもできるが、この場合には素材の初期温度や
寸法、重量、成分などが変わると上記の関係は変動する
ので、常に一定条件にして加工するのは難しい。
【０００４】加工すべき素材の初期温度や寸法、重量な
どの変更にかかわらず、常に素材の加熱状況を把握して
固液共存金属の成形加工を行うことができる新規な方法
およびその装置を提案すことがこの発明の目的である。
どの変更にかかわらず、常に素材の加熱状況を把握して
固液共存金属の成形加工を行うことができる新規な方法
およびその装置を提案すことがこの発明の目的である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、誘導加熱手
段によって固液共存領域に加熱した金属被加工材に成形
加工を施すに当たり、上記金属被加工材の加熱過程で、
誘導加熱手段の出力電流及び出力電圧のうちの少なくと
も一方の周波数を計測し、その計測周波数の変動状況を
検知して金属被加工材の成形加工を開始することを特徴
とする固液共存金属の加工方法であり、また、この発明
は、金属被加工材を固液共存領域に加熱する誘導加熱手
段と、固液共存領域に加熱した金属被加工材に成形加工
を施す加工手段とからなる固液共存金属の加工装置にお
いて、上記加熱手段は、該加熱手段の出力電流及び出力
電圧のうちの少なくとも一方の周波数を計測して金属被
加工材の加熱状況を把握する周波数検出器を有すること
を特徴とする固液共存金属の加工装置である。
段によって固液共存領域に加熱した金属被加工材に成形
加工を施すに当たり、上記金属被加工材の加熱過程で、
誘導加熱手段の出力電流及び出力電圧のうちの少なくと
も一方の周波数を計測し、その計測周波数の変動状況を
検知して金属被加工材の成形加工を開始することを特徴
とする固液共存金属の加工方法であり、また、この発明
は、金属被加工材を固液共存領域に加熱する誘導加熱手
段と、固液共存領域に加熱した金属被加工材に成形加工
を施す加工手段とからなる固液共存金属の加工装置にお
いて、上記加熱手段は、該加熱手段の出力電流及び出力
電圧のうちの少なくとも一方の周波数を計測して金属被
加工材の加熱状況を把握する周波数検出器を有すること
を特徴とする固液共存金属の加工装置である。
【０００６】さて、図１にこの発明に従う装置を半凝固
金属のダイカスト機に適用した例で示し、１は金属被加
工材としての素材Ｓを成形加工するための加工手段 (以
下ダイカスト機と記す) であって、このダイカスト機１
は固定盤１ａに固定保持される固定金型１ｂとタイロッ
ド１ｃに沿って移動可能な可動盤１ｄに固定保持される
可動金型１ｅとを備え、これらを組み合わせることによ
って成形品のモールドキャビティＭを形成する。また、
１ｆは素材Ｓを挿入するスリーブであって、このスリー
ブ１ｆの一端はダイカスト金型のモールドキャビティＭ
に連なる鋳込口１ｇに連結する。１ｈは射出シリンダ
ー、１ｉは射出用プランジャーロッド、１ｊは射出用プ
ランジャーロッド１ｉに接続するプランジャーチップで
あって、射出シリンダー１ｈのロッド１ｉを作動させ、
プランジャーロッド１ｉの先端に設けたプランジャーチ
ップ１ｊにて、所定の温度に加熱した素材Ｓを鋳込口１
ｇへ向けて押圧することによってダイカスト金型のモー
ルドキャビティＭ内へ射出する。また、２はスリーブ１
ｇ内の素材Ｓを目標とする固相率となるように加熱する
ための加熱手段であって、ここでは、スリーブ１ｇの周
りを取り囲む加熱用誘導コイル２ａを備えた誘導加熱装
置として示した。この発明に従う誘導加熱装置２は図２
に示すように、装置の出力経路（回路）中に出力電流お
よび出力電圧のうちの少なくとも一方の周波数を検知す
る周波数検出器２ｂを備える。また、２ｃは入力電源、
２ｄはインバータ装置、２ｅは出力経路中の大電流を小
電流にして検出器２ｂに取り込むための計器用変流器
（以下単にＣＴと記す）、２ｆは同じく出力経路中の高
電圧を低電圧にして検出器２ｂに取り込むための計器用
変成器（以下単にＰＴと記す）である。
金属のダイカスト機に適用した例で示し、１は金属被加
工材としての素材Ｓを成形加工するための加工手段 (以
下ダイカスト機と記す) であって、このダイカスト機１
は固定盤１ａに固定保持される固定金型１ｂとタイロッ
ド１ｃに沿って移動可能な可動盤１ｄに固定保持される
可動金型１ｅとを備え、これらを組み合わせることによ
って成形品のモールドキャビティＭを形成する。また、
１ｆは素材Ｓを挿入するスリーブであって、このスリー
ブ１ｆの一端はダイカスト金型のモールドキャビティＭ
に連なる鋳込口１ｇに連結する。１ｈは射出シリンダ
ー、１ｉは射出用プランジャーロッド、１ｊは射出用プ
ランジャーロッド１ｉに接続するプランジャーチップで
あって、射出シリンダー１ｈのロッド１ｉを作動させ、
プランジャーロッド１ｉの先端に設けたプランジャーチ
ップ１ｊにて、所定の温度に加熱した素材Ｓを鋳込口１
ｇへ向けて押圧することによってダイカスト金型のモー
ルドキャビティＭ内へ射出する。また、２はスリーブ１
ｇ内の素材Ｓを目標とする固相率となるように加熱する
ための加熱手段であって、ここでは、スリーブ１ｇの周
りを取り囲む加熱用誘導コイル２ａを備えた誘導加熱装
置として示した。この発明に従う誘導加熱装置２は図２
に示すように、装置の出力経路（回路）中に出力電流お
よび出力電圧のうちの少なくとも一方の周波数を検知す
る周波数検出器２ｂを備える。また、２ｃは入力電源、
２ｄはインバータ装置、２ｅは出力経路中の大電流を小
電流にして検出器２ｂに取り込むための計器用変流器
（以下単にＣＴと記す）、２ｆは同じく出力経路中の高
電圧を低電圧にして検出器２ｂに取り込むための計器用
変成器（以下単にＰＴと記す）である。
【０００７】
【作用】加熱手段としての誘導加熱装置２は、トリップ
ラ、ＭＧ、サイリスタインバータあるいは真空間発振式
のものなどがあるが、現在ではサイリスターインバータ
ーと真空管発振式がおもに製造されていて、一般にこの
両者とも負荷回路のリアクタンスＬの変化に応じて周波
数ｆが下記式の如く自動的に制御されるような仕組みに
なっている。 ｆ＝１／｛２π・ (ＬＣ) 1/2 ｝… (１) ここで、Ｃ：力率改善用コンデンサーの容量 Ｌ：負荷回路のリアクタンス (金属被加工材の抵抗分と
インダクタンス分の関数) 上記 (１) 式中Ｃは装置が決まれば一定であるから、周
波数ｆはリアクタンスＬのみの関数とみなせる。そし
て、リアクタンスＬは素材Ｓの比抵抗、透磁率や形状、
寸法の関数であって、これらは素材Ｓの温度や溶融の度
合いに依存する。一般には金属の比抵抗は温度の上昇と
ともに大きくなるので素材Ｓの温度ＴとリアクタンスＬ
とは図３に示すような関係にある。また、出力電流ある
いは電圧の周波数ｆと素材Ｓの固相率Ｆs とは図４に示
すような関係にある。
ラ、ＭＧ、サイリスタインバータあるいは真空間発振式
のものなどがあるが、現在ではサイリスターインバータ
ーと真空管発振式がおもに製造されていて、一般にこの
両者とも負荷回路のリアクタンスＬの変化に応じて周波
数ｆが下記式の如く自動的に制御されるような仕組みに
なっている。 ｆ＝１／｛２π・ (ＬＣ) 1/2 ｝… (１) ここで、Ｃ：力率改善用コンデンサーの容量 Ｌ：負荷回路のリアクタンス (金属被加工材の抵抗分と
インダクタンス分の関数) 上記 (１) 式中Ｃは装置が決まれば一定であるから、周
波数ｆはリアクタンスＬのみの関数とみなせる。そし
て、リアクタンスＬは素材Ｓの比抵抗、透磁率や形状、
寸法の関数であって、これらは素材Ｓの温度や溶融の度
合いに依存する。一般には金属の比抵抗は温度の上昇と
ともに大きくなるので素材Ｓの温度ＴとリアクタンスＬ
とは図３に示すような関係にある。また、出力電流ある
いは電圧の周波数ｆと素材Ｓの固相率Ｆs とは図４に示
すような関係にある。
【０００８】ところで、実際に上掲図１に示したような
装置を用いて素材Ｓを加熱すると、固相から固相線温度
( Ｔs ) までは図４に示したように周波数ｆが漸減し固
液共存域に入ってもしばらくはそのような傾向を示す
が、固相率Ｆs が特定の値以下(固相率Ｆs ＝0.5 〜0.
3)になると図５に示したように素材Ｓが流動化して形状
が崩れ素材の抵抗分が減少すること、すなわち周波数ｆ
と素材Ｓの固相率Ｆs とは図６に示す関係にあることが
わかった。このためこの発明においては、素材Ｓが流動
化を示す加工に適した固相率Ｆs に達したかどうかを、
誘導加熱装置２の出力経路 (出力回路) の電流および電
圧のうちの少なくとも一方の周波数ｆを測定しこの周波
数ｆの変動状況を検知することによって把握するように
したのである。周波数ｆを検知するには、図２に示した
ように装置の出力経路にＣＴ２ｅやＰＴ２ｆを介して周
波数検出器２ｂを設ければよく、これによれば非接触で
素材Ｓがどのような状態にあるかがわかり、信頼性も極
めて高い。ダイカストを行う場合において素材Ｓを押出
すタイミングは、周波数ｆが急変した時点で、あるいは
この急変した時点から若干時間を遅らせて押し出すよう
にすればよい。
装置を用いて素材Ｓを加熱すると、固相から固相線温度
( Ｔs ) までは図４に示したように周波数ｆが漸減し固
液共存域に入ってもしばらくはそのような傾向を示す
が、固相率Ｆs が特定の値以下(固相率Ｆs ＝0.5 〜0.
3)になると図５に示したように素材Ｓが流動化して形状
が崩れ素材の抵抗分が減少すること、すなわち周波数ｆ
と素材Ｓの固相率Ｆs とは図６に示す関係にあることが
わかった。このためこの発明においては、素材Ｓが流動
化を示す加工に適した固相率Ｆs に達したかどうかを、
誘導加熱装置２の出力経路 (出力回路) の電流および電
圧のうちの少なくとも一方の周波数ｆを測定しこの周波
数ｆの変動状況を検知することによって把握するように
したのである。周波数ｆを検知するには、図２に示した
ように装置の出力経路にＣＴ２ｅやＰＴ２ｆを介して周
波数検出器２ｂを設ければよく、これによれば非接触で
素材Ｓがどのような状態にあるかがわかり、信頼性も極
めて高い。ダイカストを行う場合において素材Ｓを押出
すタイミングは、周波数ｆが急変した時点で、あるいは
この急変した時点から若干時間を遅らせて押し出すよう
にすればよい。
【０００９】
【実施例】内径が100 mmになる加熱用誘導コイルの内側
に内径が62mmになるスリーブを配置した上掲図１に示し
ような装置を適用して、外径60mm, 長さ70mmでSiを４％
含むAl合金の素材によるダイカスト成形をおこなった。
素材をダイカスト金型のモールドキャビティへ射出する
タイミングは装置の出力電流の周波数ｆが急増する時点
とした。その結果、得られた成形品は品質的にも良好な
ものであった。図７はこの実施例における素材の加熱過
程での装置の出力電流の周波数ｆと素材の固相率Ｆs と
の関係を示したものであり、素材の固相率Ｆs が0.5 〜
0.3 で周波数ｆが急増していて、素材がダイカスト成形
に適した状態にあることがわかる。
に内径が62mmになるスリーブを配置した上掲図１に示し
ような装置を適用して、外径60mm, 長さ70mmでSiを４％
含むAl合金の素材によるダイカスト成形をおこなった。
素材をダイカスト金型のモールドキャビティへ射出する
タイミングは装置の出力電流の周波数ｆが急増する時点
とした。その結果、得られた成形品は品質的にも良好な
ものであった。図７はこの実施例における素材の加熱過
程での装置の出力電流の周波数ｆと素材の固相率Ｆs と
の関係を示したものであり、素材の固相率Ｆs が0.5 〜
0.3 で周波数ｆが急増していて、素材がダイカスト成形
に適した状態にあることがわかる。
【００１０】
【発明の効果】かくしてこの発明によれば、取扱いが不
便な熱電対や放射温度計などを使用せずとも簡便かつ正
確に素材の加熱状況を把握することができる。またこの
発明によれば、素材に直接測温手段を取り付ける必要が
ないので、作業の簡略化によって生産性の向上を図るこ
とができる。
便な熱電対や放射温度計などを使用せずとも簡便かつ正
確に素材の加熱状況を把握することができる。またこの
発明によれば、素材に直接測温手段を取り付ける必要が
ないので、作業の簡略化によって生産性の向上を図るこ
とができる。
【図１】この発明の実施に用いて好適な装置の構成説明
図である。
図である。
【図２】誘導加熱手段の構成を示した図である。
【図３】素材の固相率Ｆs とインダクタンスＬとの関係
を示したグラフである。
を示したグラフである。
【図４】素材の固相率Ｆs と周波数ｆの関係を示したグ
ラフである。
ラフである。
【図５】スリーブ内における素材の状況を示した図であ
る。
る。
【図６】素材の固相率Ｆs と周波数ｆの関係を示したグ
ラフである。
ラフである。
【図７】実施例における素材の固相率Ｆs と出力電流の
周波数ｆの関係を示したグラフである。
周波数ｆの関係を示したグラフである。
１ 加工手段 ２ 加熱手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｂ 6/06 ３４１ 8915−3Ｋ 6/10 ３４１ 8915−3Ｋ (72)発明者 竹林 克浩 千葉県千葉市川崎町１番地 株式会社レオ テツク内
Claims (2)
- 【請求項１】 誘導加熱手段によって固液共存領域に加
熱した金属被加工材に成形加工を施すに当たり、上記金
属被加工材の加熱過程で、該誘導加熱手段の出力電流及
び出力電圧のうちの少なくとも一方の周波数を計測し、
その計測周波数の変動状況を検知して金属被加工材の成
形加工を開始することを特徴とする固液共存金属の加工
方法。 - 【請求項２】 金属被加工材を固液共存領域に加熱する
誘導加熱手段と、固液共存領域に加熱した金属被加工材
に成形加工を施す加工手段とからなる固液共存金属の加
工装置において、上記加熱手段は、該加熱手段の出力電
流及び出力電圧のうちの少なくとも一方の周波数を計測
して金属被加工材の加熱状況を把握する周波数検出器を
有することを特徴とする固液共存金属の加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29722891A JPH05131256A (ja) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | 固液共存金属の加工方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29722891A JPH05131256A (ja) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | 固液共存金属の加工方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05131256A true JPH05131256A (ja) | 1993-05-28 |
Family
ID=17843827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29722891A Pending JPH05131256A (ja) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | 固液共存金属の加工方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05131256A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008036705A (ja) * | 2006-08-10 | 2008-02-21 | Toyota Motor Corp | インゴット生産管理装置、インゴット生産管理方法、インゴット加工管理装置、及びインゴット加工管理方法 |
-
1991
- 1991-11-13 JP JP29722891A patent/JPH05131256A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008036705A (ja) * | 2006-08-10 | 2008-02-21 | Toyota Motor Corp | インゴット生産管理装置、インゴット生産管理方法、インゴット加工管理装置、及びインゴット加工管理方法 |
| JP4554572B2 (ja) * | 2006-08-10 | 2010-09-29 | トヨタ自動車株式会社 | インゴット加工管理装置、及びインゴット加工管理方法 |
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