JPH0673737B2 - 加圧鋳造方法および装置 - Google Patents

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型品
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、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100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Ｐ_SQ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０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
の値で検出し、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〜ｔ_１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。時間ｔ
_１〜ｔ_２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ｔ_１〜ｔ_２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。ｔ_２〜ｔ_３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ｔ_２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。ｔ_３〜ｔ_４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41
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
のギャビティ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、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
小さくなっていく。すなわち、鋳造を開始した最初の射
出時である１ショット目には、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ッ
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、ショット数の増加、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、このヒ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49
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（ｃ）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、加圧プランジャの摩擦力、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、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図における金型装置部
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１のピストン
1c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１の作動は、油圧源５および対向切換弁３で行
う。すなわち、方向切換弁３のソレノイドSOL−ａを励
磁して、油圧源５の圧油を加圧シリンダ１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1c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SOL−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１のピストン1c、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てあるモデル
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7c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、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SOL−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St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の実位置St′との偏差△St（＝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△Stの結果を基に、所定のＰ（比較）Ｉ
（積分）Ｄ（微分）ゲインを乗し、ストロークの偏差量
△St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Ｐ_Rfに変換し、圧力源５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１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ｔ_ａ
時の目標ストロークSt_ａ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
頻繁な調整が不用になると共に、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。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。