JPH079110A

JPH079110A - 真空鋳造法

Info

Publication number: JPH079110A
Application number: JP5158973A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ota; 厚太田; Tamotsu Hasegawa; 保長谷川; Yasuyuki Arakawa; 恭行荒川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1995-01-13
Also published as: KR970005371B1; EP0633081A1; EP0633081B1; DE69403029T2; US5404928A; DE69403029D1; KR950000261A

Abstract

(57)【要約】【目的】製品キャビティに入る溶湯に気泡や壁面付着
物が巻き込まれないようにすること。【構成】製品キャビティ６を真空にし、溶湯ドーム８
中に上昇させた溶湯２４をゲート１０を開いて製品キャ
ビティ６に高速で充填する真空鋳造法において、溶湯２
４を溶湯保持炉２２からストーク２０を介して溶湯ドー
ム８中に上昇させる工程で、溶湯２４を溶湯ドーム８内
で１回以上上下させるか、またはストーク２０内を旋回
させながら上昇させるようにし、それによって、壁面付
着物と気泡を溶湯の動きを利用して壁面から剥離させて
溶湯ドーム８内溶湯の上面に浮上させ、製品キャビティ
６に流れ込まないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製品キャビティを真空
にしておき、ゲートを開けて溶湯を高速で製品キャビテ
ィに充填する新しい真空鋳造法に関し、とくに溶湯の空
気や溶湯金属酸化物などの巻き込みを防止した真空鋳造
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高品質、低コストの軽合金鋳造法とし
て、本出願人により、先に、ＶＰＣ鋳造法（Ｖａｃｕｕ
ｍＰｒｅｃｈａｒｇｅｄＣｌｏｓｅｄｓｑｕｅｅ
ｚｅｃａｓｔｉｎｇ、以下、真空鋳造法という）が提
案された（特願平４−３０９５３４号、平成４年１０月
２３日出願）。上記真空鋳造法は、製品キャビティをゲ
ートで溶湯ドーム内空間から遮断し、製品キャビティを
ほぼ真空に減圧するとともに、溶湯保持炉の溶湯を溶湯
ドーム中に上昇させ、ゲートを開いて溶湯ドーム中の溶
湯を製品キャビティに高速で充填し、溶湯が充填された
製品キャビティをシャットピンで閉塞するとともに、加
圧ピンで製品キャビティの溶湯を加圧し、凝固させる、
方法からなっていた。上記真空鋳造法では、製品キャビ
ティが溶湯充填前に真空とされるため、溶湯の製品キャ
ビティでの空気巻き込みによる鋳造欠陥が無く、製品品
質が向上する、また、真空のため溶湯充填速度が速く、
湯廻り性に優れ、製品の薄肉化、軽量化が容易である、
等の利点が得られた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記真空鋳造
法で鋳造サイクルを繰り返している間に、ストークや溶
湯ドームの壁面には、前サイクルの鋳造金属の凝固片や
その酸化物が付着する。溶湯がストークを介して溶湯ド
ーム内に上昇するとき、壁面付着物部位で溶湯の空気巻
き込みが生じやすく、生成された気泡の一部は湯面上に
浮上することなく壁面付着物部位にとどまる。ゲートが
開かれて溶湯が製品キャビティに流れ込むとき、溶湯か
らの熱を受けて軟化し壁面から離れやすくなっている付
着物が、溶湯の流れの力を受けて壁面から離れ、保持し
ていた気泡とともに製品キャビティに流れ込むと、鋳造
欠陥を生じる。このため、上記真空鋳造法で、鋳造欠陥
の無いまたは少ない高品質製品を得るには、製品キャビ
ティに充填される溶湯の空気や鋳造金属酸化物、凝固片
の巻き込みを防止することが必要である。本発明の目的
は、製品キャビティまでの溶湯経路の、鋳造金属凝固
片、酸化物等の壁面付着物を溶湯自身の動きを利用して
壁面から剥離させて溶湯ドーム内溶湯面に浮上させ、こ
れら壁面付着物等に起因する製品キャビティに充填され
る溶湯の空気巻き込み、壁面付着物の剥離物の巻き込み
を無くす、または抑制することのできる真空鋳造法を提
供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する、本
発明の方法は、製品キャビティを、溶湯保持炉にストー
クを介して連通する溶湯ドーム内空間からゲートにより
遮断し、前記キャビティをほぼ真空に減圧するととも
に、前記溶湯保持炉内の溶湯を前記溶湯ドーム中に上昇
させ、前記ゲートを開いて前記溶湯ドーム中の溶湯を前
記キャビティに高速で充填し、溶湯を充填した前記製品
キャビティを閉塞し、溶湯を加圧し、凝固させる、工程
からなる真空鋳造法において、次の（１）または（２）
とした方法から成る。（１）溶湯を溶湯ドーム中に上昇させる工程で、溶湯ド
ーム内で溶湯を１回以上上下させる。（２）溶湯を溶湯ドーム中に上昇させる工程で、溶湯を
ストーク内を旋回させながら上昇させる。

【０００５】

【作用】本発明の真空鋳造法では、溶湯の動きによって
壁面付着物がストークや溶湯ドームの壁面から離れ、そ
れに保持されていた空気とともに溶湯ドーム内溶湯の上
面に浮上し、剥離物および空気の製品キャビティへの流
れ込みが防止または抑制される。上記（１）では、１回
目の溶湯上昇時に溶湯がかぶった壁面の付着物は、溶け
たり軟化して壁面から離れやすくなっており、溶湯面を
下げた後の再度の上昇の時に溶湯面による押し上げと溶
湯の上昇動を受けて１回目の溶湯かぶりの時よりも容易
に壁面から離れ、溶湯ドーム内溶湯の上面に浮上する。
上記（２）では、溶湯の上昇動の他に旋回流が加わるの
で溶湯の動きは大になり、壁面付着物は溶湯流れから剪
断力を受けて壁面から剥離し、付着物に空気が保持され
ていた場合はそれとともに、溶湯ドーム内溶湯の上面に
浮上する。

【０００６】

【実施例】図１〜１０は本発明の実施例を示しており、
そのうち図１〜４は全実施例に共通な構成を示してお
り、図５〜７は第１実施例に特有な構成を、図８〜１０
は第２実施例に特有な構成を示している。全実施例にわ
たって共通な構成部分には、全実施例にわたって同一の
符号を付してある。まず、全実施例に共通な構成、作用
を図１〜４を参照して説明する。本発明方法を実施する
鋳造装置は、従来の高圧鋳造法、ダイカスト法のような
複雑な溶湯射出機構がなく、単純な構造となっている。
また、従来の低圧鋳造法に比べて、製品キャビティを遮
断、密閉するゲートと、真空引き機構を備えており、真
空にした製品キャビティに高速で溶湯を差圧で充填でき
るようになっている。

【０００７】さらに詳しくは、上型２、下型４から構成
される金型は、上型２を上下させることにより、開閉可
能とされている。金型には、製品キャビティ６が形成さ
れており、製品キャビティ６は、金型中央の溶湯ドーム
８まわりに、たとえば放射状に、配置されている。製品
キャビティ６は溶湯ドーム内空間からゲート１０によっ
て遮断可能であり、ゲート１０は溶湯ドーム８の下端部
に形成されている。製品キャビティ６は金型を閉めてゲ
ート１０で遮断した後真空吸引口２６を介して真空引き
できる。溶湯ドーム８は、下型４に形成された湯口１２
と、ストーク２０とを介して溶湯保持炉２２と連通され
ており、溶湯保持炉２２内の溶湯２４（たとえば、アル
ミ溶湯）に加圧口２８からの圧力をかけて溶湯ドーム８
内に溶湯２４を押し上げることができるようになってい
る。溶湯ドーム内空間と製品キャビティ６とを接続する
湯道１４には、シャットピン１６が設けられており、シ
ャットピン１６によって製品キャビティ６を閉塞でき
る。製品キャビティ６には加圧ピン１８が臨んでおり、
製品キャビティ内溶湯を凝固前に加圧可能としてある。

【０００８】真空鋳造法は図１〜４に示すように実施さ
れる。まず、型閉めして、図１から図２の状態にする。
続いて、溶湯ドーム８を上型２に対して相対的に下降さ
せ、製品キャビティ６を、大気と連通している溶湯ドー
ム内空間からゲート１０により遮断する。ゲート１０に
よる遮断により、製品キャビティ６は密閉状態となる。
ついで、製品キャビティ６を真空吸引口２６を介して真
空引きして、ほぼ真空（５０ｔｏｒｒより高真空、望ま
しくは２０ｔｏｒｒ以下で、１０ｔｏｒｒ前後）に減圧
する。従来の真空ダイカスト法は５０〜１００ｔｏｒｒ
のため、５０ｔｏｒｒより高真空とすることにより、真
空ダイカスト法と区別される。２０ｔｏｒｒ以下で従来
の鋳造品と同程度の品質が得られる。製品キャビティ６
の真空引きと前後して、溶湯保持炉２２内の溶湯液面
に、加圧口２８を介して圧力をかけて、溶湯２４を溶湯
ドーム８内に押し上げる。この時の溶湯２４の上昇速度
は溶湯ドーム８内で約５〜１０ｃｍ／ｓｅｃである。加
圧力の増加をあるレベルで止めて湯面上昇を止めても、
溶湯保持炉周りの気体のクッションによって溶湯ドーム
８内の湯面は上下に数秒間振動し、その後静止する。

【０００９】続いて、図３に示すように、ゲート１０を
開けて溶湯ドーム８中の溶湯２４を、製品キャビティ６
に、溶湯ドーム８内のゲート部圧力（ほぼ大気圧）と製
品キャビティ６内圧力（ほぼ真空）との圧力差を利用し
て、高速で充填する。溶湯２４の製品キャビティ６中で
の速度はほぼ７ｍ／ｓｅｃである。これは、従来の低圧
鋳造の約０．５ｍ／ｓｅｃに比べて高速であり、湯まわ
り性を向上させ、製品の薄肉化を可能にしている。７ｍ
／ｓｅｃの高速は、従来のダイカスト法では得られる
が、真空ダイカスト法は溶湯の空気巻込みがあること、
および溶湯押し込みのための油圧シリンダを必要とする
点で本発明の真空鋳造法に劣る。また、真空充填によっ
て、製品キャビティ６における溶湯の空気巻き込みが無
く、鋳造欠陥を発生させない。

【００１０】続いて、図４に示すように、シャットピン
１６を下降させて湯道１４を遮断し、溶湯を充填した製
品キャビティ６を閉塞する。この状態で、製品の厚肉部
に配した加圧ピン１８を作動させて、充分な溶湯加圧を
加え、素早く凝固させる。この時は溶湯保持炉の加圧は
解除し、真空引きも解除する。凝固後型開きし、製品を
とり出す。型表面に離型剤を塗布し、次の鋳造サイクル
に入っていく。

【００１１】つぎに、各実施例の方法に特有な構成、作
用を説明する。第１実施例においては、図５〜７に示す
ように、溶湯を溶湯保持炉から溶湯ドーム８内空間に上
昇させる工程で、溶湯２４を、溶湯ドーム８内で、１回
以上、上下させる。すなわち、図６に示すように、溶湯
ドーム８内で湯道１４よりも高い位置に上昇された溶湯
２４は、いったん下げられ、再び湯道１４よりも高い位
置に上昇される。湯面が上下される領域ａ〜ｂは、ゲー
ト１０が開けられて製品キャビティ６に吸われて流れ込
んでいく溶湯２４が接触する領域であることが望まし
い。これは、製品キャビティ６に流入する溶湯に空気や
溶湯酸化物が混入しないようにするためである。溶湯２
４の溶湯ドーム８内での上下動は、溶湯保持炉２２の雰
囲気圧力（加圧口２８の圧力）を制御することによって
行なわれる。図７はその炉加圧制御を示しており、第１
実施例では実線で示すように、圧力をａ点まで高めそこ
からいったん圧力をｂ点迄下げ、その後ｃ点迄圧力を再
び上昇させている。（図７のａ、ｂ、ｃは図５のａ、
ｂ、ｃに対応。）図７の点線は湯面を少なくとも１回上
下させない場合の加圧パターンである。２回目の圧力上
昇時の圧力上昇割合は、１回目の圧力上昇時の圧力上昇
割合よりも小さくしてあり、２回目の圧力上昇では遅い
速度で湯面を上げる。

【００１２】１回目の湯面上昇時には、図６に示すよう
に、溶湯ドーム８の壁面には、鋳造金属の凝固片やその
酸化物からなる付着物１００や気泡１０２が付着してい
るかもしれない。湯面を下げて気泡１０２が液面の上方
に出ると気泡１０２は破れ、付着物１００は溶湯をかぶ
って溶けたり軟化したりして壁面から離れやすくなって
いるので、一部の付着物１００は溶湯の動きによる力を
受けて壁面から離れ、湯面上に浮かぶ。付着物１００が
気泡を保持している場合には気泡もともに離れて、気泡
は湯面に浮上する。２回目に湯面を上昇させる時には、
付着物１００は、溶湯によって溶かされたり軟化された
りして更に壁面から離れやすくなっており、湯面上昇に
伴なう溶湯の動きの力を受けて、壁面から離れ、それが
保持している気泡とともに湯面上に浮上する。溶湯の上
昇速度は約７ｃｍ／ｓｅｃのため溶湯の動きの力は比較
的大きい。湯面上に浮上したものは、湯道１４から離れ
ているので、ゲート１０を開けても製品キャビティ６に
は流れ込まない。また、上記の溶湯の動きに対抗してな
お壁面に強固に付着しているものは、ゲート１０を開け
たときの溶湯の製品キャビティ６への流れから力を受け
ても壁面に付着したまま残ろうとし、製品キャビティ６
に流れ込まない。したがって、湯面を少なくとも１回上
下させた後に溶湯ドーム８から製品キャビティ６に吸わ
れていく溶湯２４は、気泡も壁面から剥離した付着物も
含まない溶湯であり、製品品質が高められる。なお、２
回目の湯面上昇では、１回目の上昇で壁面が濡れている
ので、空気を巻き込みにくい。

【００１３】第２実施例においては、図８〜１０に示す
ように、ストーク２０の下端部に、溶湯２４が溶湯保持
炉２２からストーク２０内に流れるときに溶湯２４に旋
回流を発生させる旋回流発生具３０がとりつけられてい
る。旋回流発生具３０は、たとえば、図９に示すように
斜め上方に向けてかつ図１０に示すように接線方向に向
けて穿設された穴３２を、中心からずれた位置に有する
プレート３４から構成されている。これによって、溶湯
２４を溶湯ドーム８中に上昇させる工程において、溶湯
２４を、ストーク２０内で旋回させながら上昇させる。

【００１４】したがって、溶湯２４がストーク２０内を
上昇していくときには、溶湯の上昇流と旋回流を伴な
い、上昇流に比べて湯の動きが強まる。しかも、旋回流
はストーク２０内面に押しつけられながら旋回するの
で、空気を巻き込みにくく、かつストーク２０、湯口２
０、溶湯ドーム８の内壁面に付着しているかもしれない
付着物に剪断力をかけて剥離させるので、付着物やそれ
が保持している気泡を溶湯ドーム８内溶湯の上面に浮上
させてしまう。このように比較的強い旋回流を受けても
なお壁面に付着している付着物は、ゲート１０開時に溶
湯が製品キャビティ６に流れ込むときにその流れを受け
ても剥離しようとせず、製品キャビティ６には流れ込ま
ない。したがって、製品キャビティ６に流れ込む溶湯２
４は、気泡も壁面から剥離した付着物も含まない溶湯で
あり、製品品質が高められる。

【００１５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、溶湯ドーム内
で溶湯を１回以上上下させるので、溶湯の動き、とくに
２回目以後の溶湯の上昇の動きによって壁面付着物とそ
れによって保持された気泡が壁面から離れ、溶湯ドーム
内溶湯面上に浮上させることができ、製品キャビティに
流入する溶湯の気泡、付着物剥離物の巻き込みを抑える
ことができる。これによって、鋳造製品の品質を向上で
きる。請求項２の発明によれば、溶湯をストーク内を旋
回させながら上昇させるので、壁面付着物を旋回流と上
昇流の和の強い流れによる剪断力で壁面から剥離させ、
溶湯面上に浮上させることができ、製品キャビティに流
入する溶湯の気泡、付着物の剥離物巻き込みを抑えるこ
とができる。また、旋回流によって溶湯が壁面に押しつ
けられるので溶湯の空気巻き込みも抑えられる。これら
によって鋳造製品の品質を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空鋳造法を実施する装置の型締前の
断面図である。

【図２】図１の装置の型閉後、製品キャビティ減圧後の
断面図である。

【図３】図１の装置の製品キャビティへの溶湯充填中の
断面図である。

【図４】図１の装置の製品キャビティ閉塞後加圧ピン作
動時の断面図である。

【図５】本発明の第１実施例の方法において、溶湯ドー
ム内で溶湯を上下している状態の溶湯ドーム近傍の断面
図である。

【図６】溶湯ドーム内での溶湯の上下によって壁面から
気泡や付着物が離れる状態を示す溶湯ドーム壁面近傍の
断面図である。

【図７】溶湯ドーム内で溶湯を上下させるための炉加圧
制御の圧力−時間図である。

【図８】本発明の第２実施例の方法を実施する装置にお
ける、下端に旋回流発生具がとりつけられたストークと
その近傍の断面図である。

【図９】図８の旋回流発生具の拡大断面図である。

【図１０】図９の旋回流発生具の平面図である。

【符号の説明】

２上型４下型６製品キャビティ８溶湯ドーム１０ゲート１２湯口１４湯道１６シャットピン１８加圧ピン２０ストーク２２溶湯保持炉２４溶湯２６真空吸引口２８加圧口３０旋回流発生口３２穴３４プレート１００付着物１０２気泡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】製品キャビティを、溶湯保持炉にストー
クを介して連通する溶湯ドーム内空間からゲートにより
遮断し、前記キャビティをほぼ真空に減圧するととも
に、前記溶湯保持炉内の溶湯を前記溶湯ドーム中に上昇
させ、前記ゲートを開いて前記溶湯ドーム中の溶湯を前記キャ
ビティに高速で充填し、溶湯を充填した前記製品キャビティを閉塞し、溶湯を加
圧し、凝固させる、工程からなる真空鋳造法において、前記溶湯を溶湯ドーム中に上昇させる工程で、前記溶湯
ドーム内で溶湯を１回以上上下させることを特徴とする
真空鋳造法。
【請求項２】製品キャビティを、溶湯保持炉にストー
クを介して連通する溶湯ドーム内空間からゲートにより
遮断し、前記キャビティをほぼ真空に減圧するととも
に、前記溶湯保持炉内の溶湯を前記溶湯ドーム中に上昇
させ、前記ゲートを開いて前記溶湯ドーム中の溶湯を前記キャ
ビティに高速で充填し、溶湯を充填した前記製品キャビティを閉塞し、溶湯を加
圧し、凝固させる、工程からなる真空鋳造法において、前記溶湯を溶湯ドーム中に上昇させる工程で、前記溶湯
と前記ストーク内を旋回させながら上昇させることを特
徴とする真空鋳造法。