JPH0741398B2 - 鋳造方法および鋳造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、重力鋳造法による鋳造方法およびその方法を
実施する際に用いて好適な鋳造装置に関する。

「従来の技術」 周知のように、重力鋳造法はたとえばアルミニウム合金
の鋳造法として広く採用されているものであるが、重力
鋳造法では溶湯の凝固が金型の下部の成形部から上部の
押湯部に向かって進行すること、すなわち上方に向かっ
て指向性凝固することが重要であり、この凝固の指向性
が適正でないと引け巣等ができてしまい高品質な鋳物が
得られないという問題がある。

このため、従来より適正な指向性を得るために種々の手
法が採用されているが、その一例を第３図に示す。これ
は、上部が開口するキャビティ２を形成をする一対の金
型1,1の下部にそれぞれ貫通孔４を設け、それら貫通孔
４に冷却水の供給管3aおよび排出管3bを接続して貫通孔
４内に冷却水を流通させることで金型１の下部を強制冷
却し、以て、金型１の温度が上部から下部にかけて漸次
低くなるような温度勾配を形成するようにしたものであ
る。この場合、キャビティ２の上部が押湯部2aとなると
ともに、キャビティ２の下部が成形部2bとなる。

これによれば、キャビティ２内の溶湯の凝固が下方から
上方に向かうような適正な指向性が得られるとともに、
注湯後に金型１が所定の温度に低下するまでに要する時
間が短縮されて作業効率が向上する、という利点があ
る。

なお、金型１の下部に貫通孔４を設けることに代えて、
金型１を支持して架台に取り付けるための取付板の下部
に貫通孔を設けることにより、その取付板を介して金型
１の下部を冷却するようにしたものもある。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上記のような金型1,1を用い、それを冷却水
により強制冷却しながら連続的に鋳造を繰り返す場合に
は、次のような不具合が生じるものであった。

すなわち、上記の金型1,1により鋳造を連続的に繰り返
して行うには、キャビティ２内で凝固したワークを型開
きを行って取り出した後、キャビティ２内をエアブロー
して異物を除去し、しかる後に型閉じを行って再び溶湯
を注湯するのであるが、その間、貫通孔４に冷却水を連
続的に供給しておくこが通常であり、このため、金型１
が過度に冷却されて第４図に破線で示すように金型温度
が漸次低下してしまうものである。特に、休憩時間や何
等かのトラブルに起因してある程度の長時間にわたって
鋳造を休止した場合には、金型が十分に冷却されてしま
って鋳造再開時に湯流れ等の欠陥を生じる。このため、
鋳造休止中は冷却水の供給を停止することも考えられる
が、その場合は貫通孔４内に残留した冷却水が沸騰して
しまってその気化熱で金型がやはり冷却されてしまうば
かりでなく、排出管3bから蒸気や高温水が激しく噴出し
てくるので危険であった。

このように、上記のような金型1,1を用いて連続的に鋳
造を繰り返す場合においては、第４図に実線で示すよう
な好ましい温度条件を保持することが困難であって、そ
の結果、均質な製品が得られないという問題点があり、
その解決策が要望されていた。

「課題を解決するための手段」 上記問題点を解決するべく、請求項１の発明は、金型も
しくは金型を支持する取付板の下部に形成した貫通孔に
冷却水を流通させることで、金型の温度が上部から下部
にかけて漸次低下するような温度勾配を形成し、その状
態でキャビティ内に注湯した溶湯を凝固させて鋳物を製
造する鋳造方法において、前記貫通孔に冷却水を供給し
ながら鋳造を行い、溶湯が凝固した時点またはその直前
もしくは直後に冷却水の供給を停止させ、それと同時に
貫通孔に加圧空気を供給することで貫通孔内の残留冷却
水を排出することを特徴とするものである。

また、請求項２の発明は、金型もしくは金型を支持する
取付板の下部に形成した貫通孔に冷却水を流通させるこ
とで、金型の温度が上部から下部にかけて漸次低下する
ような温度勾配を形成し、その状態でキャビティ内に注
湯された溶湯を凝固させて鋳物を製造するように構成さ
れてなる鋳造装置において、前記貫通孔に冷却水を供給
するための冷却水供給手段と、その貫通孔に加圧空気を
供給して貫通孔内の残留冷却水を排出するための加圧空
気供給手段とを具備してなることを特徴とするものであ
る。

さらに、請求項３の発明は、請求項２の発明において、
金型の温度を測定する温度検出手段と、その温度検出手
段の検出結果に基づいて前記冷却水供給手段および前記
加圧空気供給手段を作動させるための制御装置とを具備
したことを特徴とするものである。

「作用」 本発明では、貫通孔に冷却水を供給して金型の下部を直
接的にもしくは取付板を介して強制冷却し、それによっ
て金型の下部が上部に比して低温となるような温度勾配
を形成しつつ、鋳造を繰り返して行う。そして、溶湯が
凝固した時点あるいはその前後の時点で、もしくは必要
に応じて適宜の時点で、冷却水の供給を停止して金型の
過冷を防止するが、冷却水の供給を停止した際には同時
に貫通孔に加圧空気を供給し、これによって貫通孔内の
残留冷却水を排出してその沸騰を防止し、以て、沸騰に
伴う気化熱による冷却をも防止するととともに蒸気や高
温水の噴出を防止する。

「実施例」 以下、本発明に係る鋳造装置の一実施例を第１図を参照
して説明する。

第１図に示す鋳造装置は、第３図に示した従来のものと
同様に、冷却水が流通する貫通孔４が下部に形成されて
いる１対の金型1,1に対し、供給管3aおよび排出管3bを
通して貫通孔４内に冷却水を流通させることでこの金型
1,1の下部を強制冷却し、これによってキャビティ２内
における溶湯の凝固の指向性を適正に保つようにしたも
のである。キャビティ２は従来と同様にその上部が押湯
部2aとなり、下部は成形部2bとなっている。

そして、上記の供給管3aにはバルブ９および流量計11を
介して冷却水供給源（図示せず）が接続されているとと
もに、上記バルブ９の金型１側には、エアコンプレッサ
12からの加圧空気を供給するための空気管６がバルブ７
を介して接続されたものとなっている。上記供給管3a、
バルブ９、流量計11、冷却水供給源は貫通孔４に冷却水
を供給するための冷却水供給手段Ａを構成するものであ
り、上記空気管６、バルブ７、エアコンプレッサ12は貫
通孔４に加圧空気を供給するための加圧空気供給手段Ｂ
を構成するものである。なお、上記のエアコンプレッサ
12は専用のものを用いても良いが、キャビティ２内をエ
アブローするために備えられているものを兼用しても良
い。

上記のバルブ7,9としてはいずれも電磁弁あるいは電動
２方弁が用いられ、これらバルブ7,9は制御装置10によ
り連動して開閉操作されるようになっている。その制御
装置10には、上記金型１の貫通孔４の近傍に位置して取
り付けられた熱電対温度計（温度検出手段）５の検出信
号が入力されるようになっていて、制御装置10は上記温
度計５の検出値すなわち金型１の代表点温度に基づいて
各バルブ7,9を開閉操作するようになっている。

上記構成の装置では、バルブ９を開、バルブ７を閉とし
て貫通孔４内に冷却水を供給し、金型１の下部を強制冷
却して上部から下部にかけて温度が低下するような温度
勾配を形成しつつ、キャビティ２内に注湯した溶湯を凝
固させて鋳造を行う。

そして、上記の金型１を用いて鋳造を連続的に繰り返し
て行った場合には、従来の場合と同様に凝固したワーク
を取り出してエアブローを行っている間に金型１の温度
が低下していき、そのままでは金型１が過度に冷却され
てしまうことになるが、この装置では、金型１の温度が
所定温度以下に低下すると制御装置10によりバルブ９が
閉じられて冷却水の供給が停止され、これによってそれ
以上の温度低下が抑制され、過冷が防止される。それば
かりでなく、冷却水の供給が停止されると同時にバルブ
７が開かれて加圧空気が空気管６および供給管3aを通し
て貫通孔４に吹き込まれ、貫通孔４内の残留冷却水は排
出管3bを通って速やかに排出されてしまう。このため、
冷却水の供給を単に停止したのみの場合には生じてしま
う残留冷却水の沸騰が生じることがなく、したがって、
その気化熱による金型１の冷却が防止されるし、蒸気や
高温水が噴出するようなことも防止される。

そして、その後、温度計５の検出値が所定値となった時
点で新たな溶湯が再びキャビティ２内に注湯されると同
時に貫通孔４への冷却水の供給が再開される。これによ
り、金型1,1は湯温により温度上昇するが、下部が冷却
されることで温度勾配が生じる。なお、貫通孔４内から
残留冷却水を排出した時点で、バルブ７を閉じて加圧空
気の供給を速やかに停止させるようにしても良い。

このように、上記の装置によれば、鋳造を連続的に繰り
返す際に、金型１の温度に基づいてバルブ7,9が自ずと
開閉操作されて冷却水の供給、停止がなされると同時に
貫通孔４内の残留冷却水が加圧空気により排出されるの
で、従来のように冷却水を連続的に供給しておく場合の
ように、あるいは、冷却水の供給を単に停止する場合の
ように、金型１が過度に冷却されてしまうようなことが
なく、したがって、均質な製品を得ることができるとと
もに、残留冷却水が沸騰してしまうことによる危険を未
然に防止できる。

また、鋳造工程の途中で何等かのトラブルで金型１の温
度が変動したような場合においても、金型１の温度が上
限値と下限値の範囲内を越えないように冷却水の供給が
自ずと停止、再開されるので、金型温度の大きな変動を
未然に防止することができ、良好な製品を得ることがで
きる。

上記構成の鋳造装置によりアルミニウム合金を鋳造する
場合の作業手順の一例をより具体的に説明する。

まず、操業開始時には、双方のバルブ7,9を閉じて冷却
水および加圧空気の供給を停止している状態で、タイマ
制御もしくは手動操作により２〜３回の捨て打ちを行っ
て金型温度を昇温させる。

金型の代表点温度（温度計５の検出値）が所定の注湯開
始温度たとえば220〜260℃程度となったら、キャビティ
２に注湯を行うと同時に貫通孔４への冷却水の供給を開
始する。

温度計５の検出値が所定温度たとえば270〜310℃程度と
なった時点で成形部2bにおいて溶湯が凝固し、この時点
でバルブ９が閉じられて冷却水の供給が停止され、同時
にバルブ７が開かれて加圧空気が供給されて貫通孔４内
の残留冷却水が強制的に排出される。なお、冷却水の供
給停止のタイミングは成形部2bにおける溶湯の凝固完了
時点と厳密に同時である必要はなく、若干の時間的なず
れがあっても良い。また、貫通孔４内から残留冷却水を
排出した時点で加圧空気の供給を停止するようにしても
良いし、次に冷却水が供給されるまではそのまま加圧空
気の供給を継続するようにしても良い。

続いて、押湯部2aにおいて溶湯が凝固していき、温度計
５の検出値が250〜290℃程度となったら型開きを行って
製品を取り出し、キャビティ２内をエアブローして異物
を除去し、しかる後に型閉じを行い、金型温度が注湯開
始温度（220〜260℃程度）となったら再び溶湯を注湯
し、同時に冷却水の供給を再開する。以降、以上の手順
を繰り返す。

なお、上記の温度計５および制御装置10を省略し、上記
のような作業手順の各工程に対応して各バルブ7,9をそ
の都度手動により開閉操作することにより、冷却水と加
圧空気の供給や停止を最適のタイミングで行うようにし
ても良い。そして、たとえば、上記では注湯と冷却水供
給とを同時に行うようにしたが、鋳造条件によっては必
ずしもそうすることはなく、冷却水供給を注湯に先立っ
て行ったり、若干後から行うようにしても良い。

また、第２図に示すように、冷却水の排出管3bにバルブ
９に連動して開閉されるバルブ13を取り付けるととも
に、バルブ７に連動して開閉されるバルブ14が取り付け
られた空気抜管15を接続し、それらバルブ13,14を上記
各バルブ7,9とともに制御装置10により制御するように
構成しても良く、このようにすれば、貫通孔４内からの
残留冷却水の排出、エア抜きをより確実に行うことがで
きる。

さらに、上記実施例では、金型１の下部に貫通孔４を設
けるようにしたが、金型１を取付板により支持して架台
に取り付けるように構成されたものにおいては、金型の
下部に貫通孔を設けることに代えて取付板の下部に冷却
水の通じる貫通孔を設け、その取付板を介して金型の下
部を冷却するようにしても良い。

さらになお、上記実施例では金型の一点で測定した温度
を用いて制御を行うようにしたが、たとえば押湯部と成
形部等で個別に温度を測定し、それらの温度を用いて制
御しても良い。

「発明の効果」 以上で詳細に説明したように、請求項１の発明の鋳造方
法は、金型もしくは取付板に形成した貫通孔に冷却水を
供給しながら鋳造を行い、溶湯が凝固した時点もしくは
その前後の時点で冷却水の供給を停止させると同時に貫
通孔に加圧空気を供給することで貫通孔内の残留冷却水
を排出するので、鋳造完了後における金型の過冷を有効
に防止でき、したがって同一温度条件で鋳造を繰り返す
ことができて均質な製品を得ることができるとともに、
残留冷却水の沸騰を防止できるので危険を招くことがな
い、という利点がある。

また、請求項２の発明の鋳造装置は、貫通孔に冷却水を
供給するための冷却水供給手段と、加圧空気を供給する
ための加圧空気供給手段とを具備したので、それら供給
手段を操作して貫通孔に対して冷却水と加圧空気の供
給、停止を行うことで金型の温度を最適に制御でき、上
記方法を実施する用いて好適である。そして、請求項３
の発明は、金型の温度を測定する温度検出手段と、その
温度検出手段の検出結果に基づいて前記冷却水供給手段
および前記加圧空気供給手段を作動させるための制御装
置とを具備したので、各供給手段が金型の温度に応じて
自動的に操作され、鋳造作業の自動化、省力化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る鋳造装置の一実施例を示す概略構
成図、第２図は他の実施例を示す概略構成図である。 第３図は冷却水を通すための貫通孔が形成された金型を
示す斜視図、第４図はその金型によって鋳造を繰り返す
場合の金型温度と時間との関係を表す図である。 Ａ……冷却水供給手段、Ｂ……加圧空気供給手段、１…
…金型、２……キャビティ、2a……押湯部、2b……成形
部、3a……冷却水供給管、3b……冷却水排出管、４……
貫通孔、５……温度計（温度検出手段）、６……空気
管、７……バルブ、９……バルブ、10……制御装置、11
……流量計、12……エアコンプレッサ、13……バルブ、
14……バルブ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金型もしくは金型を支持する取付板の下部
   に形成した貫通孔に冷却水を流通させることで、金型の
   温度が上部から下部にかけて漸次低下するような温度勾
   配を形成し、その状態でキャビティ内に注湯した溶湯を
   凝固させて鋳物を製造する鋳造方法において、前記貫通
   孔に冷却水を供給しながら鋳造を行い、溶湯が凝固した
   時点またはその直前もしくは直後に冷却水の供給を停止
   させ、それと同時に貫通孔に加圧空気を供給することで
   貫通孔内の残留冷却水を排出することを特徴とする鋳造
   方法。
2. 【請求項２】金型もしくは金型を支持する取付板の下部
   に形成した貫通孔に冷却水を流通させることで、金型の
   温度が上部から下部にかけて漸次低下するような温度勾
   配を形成し、その状態でキャビティ内に注湯された溶湯
   を凝固させて鋳物を製造するように構成されてなる鋳造
   装置において、前記貫通孔に冷却水を供給するための冷
   却水供給手段と、その貫通孔に加圧空気を供給して貫通
   孔内の残留冷却水を排出するための加圧空気供給手段と
   を具備してなることを特徴とする鋳造装置。
3. 【請求項３】金型の温度を測定する温度検出手段と、そ
   の温度検出手段の検出結果に基づいて前記冷却水供給手
   段および前記加圧空気供給手段を作動させるための制御
   装置とを具備したことを特徴とする請求項２に記載の鋳
   造装置。