JPH0744376Y2

JPH0744376Y2 - 加圧鋳造装置

Info

Publication number: JPH0744376Y2
Application number: JP12801589U
Authority: JP
Inventors: 宏和大西; 厚太田; 稔魚住
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-11-01
Filing date: 1989-11-01
Publication date: 1995-10-11
Anticipated expiration: 2004-11-01
Also published as: JPH0368955U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この考案は、金型鋳造装置に関し、特にキャビティー内
の溶湯を凝固前に加圧する加圧鋳造装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の加圧鋳造装置は、第６図に示されているように、
アルミニューム合金の溶湯が保持された溶解炉101と、
この溶湯を案内するために下金型103の下部に耐熱Ｏリ
ング104を介して固着されたストーク105と、このストー
ク105の上部に連通して、溶湯を一時的に溜めるために
下金型103に形成されたリザーバ107と、この下金型10
3、及び上金型109とで形成されるキャビティー111と、
このキャビティー111内へリザーバ107の溶湯を供給・遮
断するゲートピストン113等から構成されている。

このような加圧鋳造装置は、本願出願人が、平成１年７
月26日に出願した出願明細書『名称：加圧鋳造装置、願
番：実願平１−87586』に開示されている。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかし、前述の加圧鋳造装置では、リザーバが下金型内
に形成、配置され、このリザーバ内の溶湯を保温するた
めにヒータ等の加熱手段を下金型内に設置していたため
に、下金型のリザーバ近傍への熱伝導による放熱が大き
く、前述のヒータ等の加熱手段だけでは、溶湯の安定し
た保温が難しかった。

そこで、この考案は、上記問題点を解決するために、リ
ザーバを金型外に設置することにより、リザーバ内の溶
湯の保温性を十分に確保できるようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

そのため、この考案の加圧鋳造装置は、鋳型に形成され
たキャビティーと、このキャビティー内の空気を排出す
る真空ポンプと、このキャビティーと溶解炉との連通を
開閉するゲート手段と、キャビティー内の溶湯を加圧す
る加圧手段とを備えた加圧鋳造装置において、溶解炉の
溶湯を案内するために鋳型外に設置されたストークと、
溶湯を鋳型外の所定高さで一時的に溜めるためにストー
クの上部に設置されたリザーバと、このリザーバに溶湯
を供給するために溶解炉の溶湯に圧力を加える圧力付与
手段と、リザーバとゲート手段とを連結して溶湯をゲー
ト手段へ案内する連通路と、リザーバの近傍に配設して
リザーバの溶湯を保温する保温手段とを備えたことを特
徴とする。

〔作用〕

ゲート部材の閉じ作動により、キャビティーと連通路と
の連通が遮断される。そして、キャビティー内を真空ポ
ンプの作用により、ほぼ真空状態にすると同時に、圧力
付与手段の作用で、溶解炉の溶湯に負圧、又は正圧の力
が作用して、溶解炉の溶湯はストークを通って所定の高
さに設置されたリザーバに蓄えられる。そして、この溶
湯は保温手段による加熱によって略一定の温度に保温さ
れている。この後、ゲート部材を開くと、リザーバの溶
湯は、キャビティー内の負圧力とリザーバの溶湯に作用
する圧力（負圧、又は正圧）との差圧により、素早くか
つ空気に極力触れることなく溶湯がキャビティーに注入
される。この溶湯のキャビティーへの注入後に、ゲート
部材を再び閉じて、加圧部材によりキャビティー内の凝
固前の溶湯に圧力を加え、共晶組織の微細化を促進す
る。

〔実施例〕

以下、添付図面に基づいてこの考案の実施例を説明す
る。

第１図から第５図までの図面は、この考案の実施例を示
しており、第１図に示されているように、符号１は電気
炉等の溶解炉である。この溶解炉１には、アルミニュー
ム合金の溶湯３が溶解されている。この溶湯３には、ス
トーク５の一端が浸漬されている。このストーク５は、
内径が略200ミリであって、肉厚が略６ミリである筒体
であり、ミーハナイト鋳鉄等の耐熱材料で構成されてい
る。このストーク５の内壁には、ZrO₂系のスプレー塗型
が施されている。

また、このストーク５の上端は、後述するゲートピスト
ン（ゲート手段）の下面より500ミリ位、高い位置とな
るように設置されるとともに、リザーバ７に連結されて
いる。このリザーバ７は、内径が略100ミリで、肉厚が
略６ミリで、内面にはZrO₂系のスプレー塗型が施された
耐熱材料より構成された連通炉９に連結している。この
連通炉９は、その他端で下金型11に連結している。リザ
ーバ７は更に減圧ポンプ13（圧力付与手段）に連結され
ている。この減圧ポンプ13によって、溶解炉１の溶湯３
に負圧が作用して、溶湯３がリザーバ７に一時的に貯留
される。なお、ストーク５の減圧度は、400〜760mmHgに
設定するのが望ましい。

更に、これらストーク５とリザーバ７、及び連通炉９の
外周には、電源14に連結したパイプヒータ16が巻きつけ
られて、このパイプヒータ16は、それら内部にある溶湯
３を保温する為に、熱を供給する。また、必要であれ
ば、溶湯３の保温の為に、これらストーク５とリザーバ
７、及び連通炉９は図示されないガスバーナで加熱され
る。このパイプヒータ16及び・又はガスバーナを保温手
段とも言う。

連通炉９の他端は下金型11に連結している。この下金型
11は、図示されていない固定プレートに固定されてお
り、上金型15と共にキャビティー17を形成している。こ
の上金型15と下金型11との合わせ面18には溝19が形成さ
れており、この溝19には耐熱ゴム製のＯリング21が挿入
され、上金型15と下金型11により形成されるキャビティ
ー17内の気密性を確保するようになっている。

キャビティー17は、堰部22を介して湯口23に連通させる
ようになっており、この湯口23と連通炉９との間には、
キャビティー17と連通炉９の連通を開閉するゲートピス
トン25（ゲート手段）が配設されている。

このゲートピストン25は円柱状に形成されていて、図示
しない駆動手段に連結され、鋳込みサイクル毎に上下動
するようになっている。また、キャビティー17の上部の
上金型15には、キャビティー17内の溶湯を加圧するため
の円柱状の加圧ピストン27（加圧手段）が設けられてい
る。この加圧ピストン27もゲートピストン25と同様に、
図示しない駆動手段に連結されていて、鋳込みサイクル
毎に上下動するようになっている。

前記加圧ピストン27による加圧力は200〜1000kg/cm²が
適当である。その理由は、200kg/cm²以下の圧力では、
ガスホールを押し潰すことができず、また、1000kg/cm²
以上の圧力をかけても、共晶組織の微細化に目立った効
果がないからである。

さらに、前記加圧ピストン27内には、ヒータ29が埋設さ
れており、このヒータ29は加圧ピストン27付近の溶湯を
加熱して、この部分を最終凝固部にするためのものであ
る。なお、第１図中の符号31は、ヒータ29の電源であ
る。

つぎに、キャビティー17内の減圧手段、及びリザーバ７
およびストーク５内の圧力付与手段について説明する。
これら２系統の圧力手段は、それぞれ独立した真空ポン
プ33と真空経路35および減圧ポンプ13と減圧経路39から
構成されている。

そして、キャビティー17内のほぼ真空んに近い減圧は、
真空ポンプ33によって気体室41、真空経路35、それから
上金型15と下金型11との合わせ面（見切り面）18で通じ
て行われる。なお、キャビティー17内の真空度は100〜
0.1mmHgとする。その理由は、100mmHg以下では、キャビ
ティー17への溶湯３を充填するときに空気等を巻き込む
恐れがあり、また、0.1mmHg以上に真空度を上げること
は、前記合わせ面18での耐熱ゴム製のＯリング21による
シールが不可能になるからである。また、ゲートピスト
ン25には、ガス抜き孔51が穿設されていて、このガス抜
き孔51の先端には、溶湯３の進入を防ぐために細孔を有
する焼結ベント53が設置されている。前記リザーバ７、
及びストーク５内の減圧は、溶湯３をリザーバ７まで上
昇させるために行うものであって、前述のキャビティー
17内ほどの、ほぼ真空に近い高減圧は必要としない。た
だ、溶湯３の保温を考慮する上で、速やかに溶湯３を所
定位置に上昇させることが重要になるので、減圧速度を
高くすることが望ましい。

本考案の実施例では、最大減圧度（最終到達減圧度）を
400mmHgとし、湯面上昇速度が2m/sec以上となるよう
に、減圧速度は200mmHg/secに設定している。

ついで、本考案の実施例の鋳造工程を第２図から第５図
までの図面により説明する。

まず、第２図に示すように、ゲートピストン25を下降さ
せて、キャビティー17と連通路９とを遮断する。そし
て、真空ポンプ33と、真空経路35を通ってキャビティー
17内を排気し、キャビティー17内圧力を30mmHgに設定す
る。キャビティー17内の減圧が完了する寸前に、減圧ポ
ンプ13を作動させ、リザーバ７、ストーク５内を減圧し
て、溶解炉１内の溶湯３をゲートピストン25の下降位置
より高い位置まで上昇させる。

上述の第２図の工程が完了すると同時に、第３図に示す
ように、ゲートピストン25を速やかに矢印イのように上
昇させ、キャビティー17と連通路９とを連通させる。こ
のとき、キャビティー17内と連通炉９とには、前述のよ
うに圧力差があるため、溶湯３は速やかに連通炉９から
キャビティー17内に流入する。また、溶湯３のキャビテ
ィー17内への流入時には、キャビティー17内が真空に近
い状態になっているため、溶湯流が乱れても空気を巻き
込むことはほとんどない。

つぎに、第４図に示すように、キャビティー17への溶湯
３の充填が完了すると同時に、ゲートピストン25を矢印
ロのように下降させてキャビティー17を密閉する。キャ
ビティー17の密閉と同時に、加圧ピストン27を第５図の
矢印ハのように、加圧力約600g/cm²で下降させ、キャビ
ティー17内の凝固前の溶湯を加圧して共晶組織の微細化
を促進する一方、連通炉９、およびリザーバ７内の溶湯
３を、大気解放することにより溶解炉１内に戻す。

なお、第５図の溶湯の加圧状態では、前述の加圧ピスト
ン27に内蔵するヒータ29により、加圧ピストン27下部
（溶湯３に接触する部分）を約500℃に加熱すると、こ
の加圧ピストン27下部の加熱によって、加圧ピストン27
近傍が溶湯３の最終凝固部となり、従って、加圧力は加
圧開始から凝固完了までの間、均一に分散され効果的に
作用するのである。

さらに、この考案の加圧鋳造装置によって鋳造された鋳
物の機械的特性について説明する。

第７図に引張強度、伸び率について、他の公知の鋳造装
置によって得られる鋳物とを比較した結果を示してあ
る。

第７図中Ａは、この考案の実施例による鋳物であり、Ｂ
は高圧鋳造による鋳物であって、Ｃは低圧鋳造法による
鋳物、また、Ｄは鍛造品である。この第７図からも明ら
かなように、この考案の実施例による鋳物Ａは、鍛造品
Ｄに近い強度を有し、機械的性質に優れていることがわ
かる。

さらにまた、この考案の実施例の薄肉鋳造能力について
第８図により説明する。

この第８図には、鋳造可能限界肉厚について、公知の鋳
造法と比較した結果が示してあり、第８図図中、Ｅはこ
の考案の実施例の限界肉厚（約1.5mm）、Ｆはダイカス
ト法（約1.5mm）、Ｇは高圧鋳造法（約3mm）、Ｈは低圧
鋳造法（約4mm）と各限界肉厚を示いたものである。

この第８図から明らかなように、この考案の実施例で
は、ダイカストＦと同程度の薄肉部の鋳造が可能なこと
がわかる。

以上で述べた機械的特性、薄肉鋳造性において、本考案
の実施例が優れているのは、ほぼ真空に近いキャビティ
ー17内に溶湯３が流入するため、溶湯速度が速い上、空
気を巻き込む量が極めて少なく、また、均一な加圧によ
って微細かつ均一な組織が得られるためである。

次に、この考案の実施例である加圧鋳造装置の実施例効
果を述べる。

この実施例では、ストーク５とリザーバ７が上金型15と
下金型11との鋳型外に設置されているために、ストーク
５とリザーバ７の廻りは断熱性の高い空気となってい
る。この結果、ストーク５とリザーバ７内の溶湯３の放
熱は従来技術の加圧鋳造装置に比較して少なく、十分に
保温することができる。

また、ストーク５とリザーバ７が上金型15と下金型11と
の鋳型外に設置されているために、リザーバ５を大きく
したり、肉厚を薄くできるので、リザーバ５内の溶湯３
の保温性が一層高まることになる。

また、ストーク５とリザーバ７からの放熱が少ないの
で、溶湯３の保温のためにパイプヒータ16による熱供給
量は少なくてすみ、この加圧鋳造装置はエネルギーを節
約することができる。

また、ストーク５とリザーバ７が上金型15と下金型11と
の鋳型外に設置されているために、合わせ面18に設けら
れた耐熱ゴム製のＯリング21へ、ストーク５とリザーバ
７内の溶湯３からの熱伝達容量が少なくなり、熱に一般
的に弱いＯリング21の寿命が向上することになる。

また、ストーク５とリザーバ７が上金型15と下金型11と
の鋳型外に設置されているために、これらの内壁に付着
している塗型の修正や、薄皮の除去作業が鋳型を外すこ
となく行なえるので、極めて修正作業性が向上すること
になる。

また、ストーク５とリザーバ７が上金型15と下金型11と
の鋳型外に設置されているために、ストーク５の上部に
石英ガラス等よりなる窓を設置することが容易であり、
ストーク５内の溶湯位置を極めて容易に確認できるよう
にすることが可能となり、溶湯３の漏れ等の確認作業を
容易にすることができる。

更に、ストーク５とリザーバ７が上金型15と下金型11と
の鋳型外に設置されているために、リザーバ７をストー
ク５と同一形状で製作できる、即ちリザーバ７をストー
ク５の延長として利用できるので、リザーバ７及びスト
ーク５の製作費用が節約できる。

以上、本考案の特定の実施例について説明したが、本考
案は、この実施例に限定されるものでなく、実用新案登
録請求の範囲に記載の範囲内で種々の実施態様が包含さ
れるものである。

例えば、この実施例では、リザーバ７及びストーク５内
を液圧ポンプ13で負圧状態にして、溶湯３を上昇するよ
うにしているが、溶解路１の溶湯３に正圧を加えて、溶
湯３がストーク５とリザーバ７内を上昇するようにして
もよい。

また、この実施例では、保温手段として、パイプヒータ
16とガスバーナをその例として示しているが、排熱利用
のリサイクル・イクゾースト・パイプ等でもよい。

〔考案の効果〕

以上述べたように、本考案では、リザーバが鋳型の外に
設置されていることにより、リザーバからの放熱量が少
なくなり、リザーバ内の溶湯の保温を極めて容易に確保
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図までの図面は、この考案の実施例を示
しており、第１図は加圧鋳造装置の全体構成図、第２図
から第５図までの図面は、鋳造工程を示しており、第２
図は溶解炉内の溶湯をリザーバまで上昇させる工程図、
第３図は溶湯が連通炉からキャビティー内に流入する工
程図、第４図はゲートピストンを下降させてキャビティ
ーを密閉させる工程図、第５図は、加圧ピストンでキャ
ビティー内の溶湯を加圧するとともに、リザーバとスト
ーク内の溶湯を溶解炉内に戻す工程図、第６図は従来技
術の加圧鋳造装置の全体構成図、第７図は本考案と従来
例との引張強度と伸び率の比較図、第８図は、本考案と
従来例との鋳造可能限界肉厚の比較図である。１……溶解炉５……ストーク７……リザーバ９……連通炉 11……下金型（鋳型） 13……減圧ポンプ（圧力付与手段） 15……上金型（鋳型） 16……パイプヒート（保温手段） 17……キャビティー 25……ゲートピストン（ゲート手段） 27……加圧ピストン（加圧手段） 33……真空ポンプ

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】鋳型に形成されたキャビティーと、このキ
ャビティー内の空気を排出する真空ポンプと、このキャ
ビティーと溶解炉との連通を開閉するゲート手段と、キ
ャビティー内の溶湯を加圧する加圧手段とを備えた加圧
鋳造装置において、溶解炉の溶湯を案内するために鋳型外に設置されたスト
ークと、溶湯を鋳型外の所定高さで一時的に溜めるため
にストークの上部に設置されたリザーバと、このリザー
バに溶湯を供給するために溶解炉の溶湯に圧力を加える
圧力付与手段と、リザーバとゲート手段とを連結して溶
湯をゲート手段へ案内する連通路と、リザーバの近傍に
配設してリザーバ内の溶湯を保温する保温手段とを備え
たことを特徴とする加圧鋳造装置。