JPH08257684A

JPH08257684A - 金型鋳造方法

Info

Publication number: JPH08257684A
Application number: JP6651295A
Authority: JP
Inventors: Nobuki Matsuo; 伸樹松尾; Haruki Kodama; 春喜小玉; Takao Watanabe; 敬夫渡辺
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1995-03-24
Publication date: 1996-10-08

Abstract

(57)【要約】【構成】金型２に形成したガス流通可能な通孔８…を
介して金型２の製品部３及び方案部４に不活性ガスを充
填し、次いで、方案部４を介して製品部３に溶湯を注入
するようにした金型鋳造方法において、注入した溶湯が
予め設定した製品部３の部位に達した時の湯面レベルを
レベルセンサ５１により検出し、その検出信号によって
不活性ガスの供給を入・切制御するようにしたことを特
徴とする金型鋳造方法。【効果】製品部のポケット部などの所定の部位に湯面
レベルが達する直前に不活性ガスを流すことができ、製
品部に残存しているエアを不活性ガスと確実に置換する
ことができる。ポケット部へ溶湯が流れ込む直前に、局
部的に不活性ガスを供給するので、エアとの置換性が高
まり鋳造品の品質が向上する。しかも、不活性ガスの消
費量は微小ですむ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶湯の酸化を防止するよ
うにした鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金等を鋳造する際に、溶
湯が空気と接触して酸化すると、溶湯の流動性（湯回
り）が低下したり品質が低下する恐れがある。これを防
止するために、金型の製品部に不活性ガスを充填した状
態で溶湯を注入している。しかし、製品部の形状が複雑
な箇所など（以下、「ポケット部」と称する。）は不活
性ガスとエアとの置換が十分にできず、エアが残留しや
すい。

【０００３】この問題点を解消するために、例えば特開
平６−９１３４１号公報「鋳造装置および鋳造方法」の
技術が開示されており、同技術は上記公報の図１及び図
２に示されるように、製品部３のうちポケット部と金型
１外部とをガス流通可能な複数の通孔５…（…は複数を
示す。以下同じ。）で連通し、これらの通孔５…を介し
て金型１の製品部３及び方案部２に不活性ガスとしての
窒素ガスを充填し、次いで、方案部２を介して製品部３
に溶湯を注入するものである。方案部２及び製品部３へ
の窒素ガスの供給は、金型を閉じた時点で開始し、注湯
直前に停止する。そして、製品部３内の窒素ガスは、供
給停止と同時に外部に排出される。窒素ガスの供給・排
出の切換えは単一の切換バルブ１２による。ここで、製
品部３はいわゆるキャビティのことである。また、方案
部２は製品部３を除いた部分を言うものとし、湯口、湯
道、せき等である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、製品部３への
注湯直前に切換バルブ１２を切換えて窒素ガスの供給を
停止するので、切換えタイミングが早いと、金型は一般
に高温に保持されているので窒素ガスは少し時間をおく
と暖められ対流で上昇してしまい、外部から製品部３に
エアが侵入する。また、製品部３内の窒素ガスを外部に
排出する切換えタイミングが遅れると、窒素ガスが残存
するので溶湯が製品部３内に均一に流れ難く、このた
め、湯回り不良が発生したり湯じわ等の鋳造欠陥が発生
する恐れがある。このように、切換バルブ１２の切換え
操作は容易でない。本発明の目的は、製品部への不活性
ガスの供給の入・切タイミングを改善すること、鋳造品
の品質を向上することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは、
金型鋳造方法に要求される特性を詳しく研究して、注入
した溶湯レベルが予め設定した製品部の部位に達した時
に不活性ガスの供給を開始したり停止する方法を創案す
ることに成功した。具体的には、金型に形成したガス流
通可能な通孔を介して金型の製品部及び方案部に不活性
ガスを充填し、次いで、方案部を介して製品部に溶湯を
注入するようにした金型鋳造方法において、前記注入し
た溶湯が予め設定した製品部の部位に達した時の湯面レ
ベルをレベルセンサにより検出し、その検出信号によっ
て不活性ガスの供給を入・切制御する。

【０００６】また、前記湯面レベルの検出は、製品部か
ら上方へ延び製品部を直接見ることのできる覗窓を介し
て非接触式レベルセンサにて計測する。

【０００７】

【実施例】本発明の実施例を添付図に基づいて以下に説
明する。図１は本発明に係る金型鋳造装置の構成図であ
り、金型鋳造装置１は金型２と、この金型２にガス・エ
アを供給するガス・エア供給部２０と、金型２に注湯す
る注湯機構３０と、ガス・エア供給部２０並びに注湯機
構３０を制御する制御機構５０とからなる。金型２は図
示しないが固定型と可動型とからなる分離タイプであ
る。この金型２には製品部３と、この製品部３に連なる
方案部４と、製品部３の上部から外方へ臨む押湯部５
と、ガス抜き孔６とが形成される。先に述べた通り、製
品部３はいわゆるキャビティのことである。また、方案
部４は製品部を除いた部分を言うものとし、湯口、湯
道、せき等である。方案部４の途中には、溶湯に含まれ
たスラグ等の不純物を濾過する多孔質フィルタ７が介在
し、この多孔質フィルタ７は、例えばセラミックフィル
タからなる。

【０００８】製品部３には、袋小路状の部分、複雑な形
状の部分、空隙の薄い部分（鋳造品の薄肉部位を形成す
る部分）などのエアが残存し易い複数の箇所３ａ…（以
下、「ポケット部３ａ…」と称する。）が形成されてい
る。これらのポケット部３ａ…は鋳造品の形状に対応す
るものであり、例えば、自動車用ナックルアームを鋳造
品とした場合には、タイロッドアーム部分や車軸部など
に３〜４箇所設けられる。本実施例においては、上下４
個のポケット部３ａ…が設けられる。これらのポケット
部３ａ…は、互いに独立した通孔８…で金型２の外部に
連通される。すなわち、金型２に形成された複数の通孔
８…はガスが流通可能な大きさであり、製品部３とつな
がる内側開口が小径に絞られ、金型２の外部につながる
外側開口がガス・エア供給部２０に接続される。

【０００９】ガス・エア供給部２０は、金型２に不活性
ガスを供給するガスボンベ等のガス供給源２１と、金型
２に高圧のエアを供給するエアコンプレッサ等のエア源
２２と、切換弁としての複数の四方弁２３Ａ〜２３Ｄ
（ポケット部３ａ…に合せた第１，第２，第３，第４四
方弁）とからなる。各四方弁２３Ａ〜２３Ｄは、第１ポ
ートａがガス供給源２１に接続され、第２ポートｂ…が
エア源２２に接続され、第３ポートｃが通孔８…の外側
開口に接続され、第４ポートｄが大気に開放される。こ
のため、各四方弁２３Ａ〜２３Ｄは内蔵した弁体が作動
することにより、第１ポートａと第３ポートｃとが連通
すると「ガス供給経路」が開となり、第２ポートｂと第
３ポートｃとが連通すると「エア供給経路」が開とな
り、第３ポートｃと第４ポートｄとが連通すると「大気
開放経路」が開となる。不活性ガスとしては、好ましく
はエアより比重が大きいアルゴンガスを使用する。

【００１０】注湯機構３０は溶湯を入れる注湯炉３１
と、この注湯炉３１の注湯口３１ａを開閉する弁体３２
と、この弁体３２を駆動するエアシリンダ等の駆動源３
３と、溶湯に添加するための接種剤を収納するホッパ４
１と、このホッパ４１の下部から所定量の接種剤を供給
するフィーダ４２と、このフィーダ４２から注湯口３１
ａへ接種剤を自然落下にて送る送給管４３とからなる。
接種剤は安定した黒鉛組織を得るためのものであり、例
えば、Ｆｅ−Ｓｉ合金等からなる。

【００１１】制御機構５０は、製品部３の湯面レベルを
検出するレベルセンサ５１と、このレベルセンサ５１の
検出信号にて湯面レベルを表示又は記録する表示部５２
と、レベルセンサ５１の検出信号に基づいてガス・エア
供給部２０並びに注湯機構３０を制御する制御部５３と
からなる。レベルセンサ５１は、製品部３から上方へ延
び製品部３を直接見ることのできる覗窓（押湯部５が覗
窓の役割を果たす。）を介して湯面レベルを計測する非
接触式レベルセンサからなり、好ましくは、光学式レベ
ルセンサである。光学式レベルセンサは、例えば変調光
型赤外線、レーザ光を投射しその反射距離を計測するこ
とにより湯面レベルを計測する赤外線式やレーザ式レベ
ルセンサである。なお、表示部５２の有無は問わず、制
御部５３がレベルセンサ５１の検出信号を直接入力する
構成でもよい。

【００１２】制御部５３は、具体的には、注入した溶湯
が予め設定した製品部３の複数の部位Ｌ１〜Ｌ５（以
下、「第１〜第５設定レベル」と称する。）に達した時
の湯面レベルをレベルセンサ５１で検出し、その検出信
号によって不活性ガスの供給を入・切制御するように各
四方弁２３Ａ〜２３Ｄを制御するものである。また、制
御部５３は、レベルセンサ５１の検出信号に基づいて駆
動源３３とフィーダ４２とを制御するものである。

【００１３】設定レベルＬ１〜Ｌ５は、次のように設定
される。すなわち、第１設定レベルＬ１は最下部のポケ
ット部３ａに溶湯が流入する直前のレベル、第２設定レ
ベルＬ２は下から２番目のポケット部３ａに溶湯が流入
する直前のレベル、第３設定レベルＬ３は下から３番目
のポケット部３ａに溶湯が流入する直前のレベル、第４
設定レベルＬ４は最上部のポケット部３ａに溶湯が流入
する直前のレベル、第５設定レベルＬ５は製品部３の最
上端のレベルに設定される。

【００１４】次に、上記構成の金型鋳造装置１を用いた
金型鋳造方法の代表的な使用例を説明する。先ず、第１
使用例を図２及び図３に基づき説明する。図２（ａ）〜
（ｄ）は本発明に係る金型鋳造方法の第１使用例の前段
を示す説明図、図３（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る金型
鋳造方法の第１使用例の後段を示す説明図である。先
ず、図２（ａ）に示すように、金型２の固定型と可動型
とを閉じ、制御部５３（図１参照）を、例えば注湯開始
と同時に作動させる。すなわち、制御部５３は作動した
時点で、レベルセンサ５１に製品部３内の湯面レベルの
検出を開始させるとともに、各四方弁２３Ａ〜２３Ｄに
切換信号を送り、同時に駆動源３３とフィーダ４２とに
作動信号を送る。以下、これを詳述する。レベルセンサ
５１は製品部３内の湯面レベルの検出を開始する。そし
て、制御部５３は、各四方弁２３Ａ〜２３Ｄに切換信号
を送り、最下部にある第１四方弁２３Ａを「ガス供給経
路」開に作動させ、他の四方弁２３Ｂ〜２３Ｄを閉塞さ
せる。従って、不活性ガスはガス供給源２１→第１四方
弁２３Ａ→通孔８の経路で製品部３（ポケット部３ａ…
を含む）及び方案部４に流れて充填される。

【００１５】同時に、方案部４を介して製品部３に溶湯
の注入を開始する。すなわち、図１に示す制御部５３
は、駆動源３３とフィーダ４２とに作動信号を送る。こ
のため、弁体３２は駆動源３３で引上げられて注湯口３
１ａを開き、フィーダ４２はホッパ４１内の接種剤の供
給を開始する。従って、溶湯が方案部４に注入されると
ともに、フィーダ４２から供給された接種剤が注入途中
の溶湯に添加される。

【００１６】その後、図２（ｂ）に示すように、レベル
センサ５１で検出された溶湯Ｙの湯面レベルＬ０が、第
１設定レベルＬ１に達した時点で、制御部５３は第１四
方弁２３Ａを「大気開放経路」開に作動させ、下から２
番目の第２四方弁２３Ｂを「ガス供給経路」開に作動さ
せる。このため、湯面レベルＬ０の上昇に伴い、最下部
のポケット部３ａ内の不活性ガスは溶湯で押され第１四
方弁２３Ａを介して大気放出される。そして、制御部５
３は湯面レベルＬ０が第２設定レベルＬ２に達した時点
で、図２（ｃ）に示すように第２四方弁２３Ｂを「大気
開放経路」開に作動させ、下から３番目の第３四方弁２
３Ｃを「ガス供給経路」開に作動させる。また、図示し
ないが、湯面レベルＬ０が第３設定レベルＬ３に達した
時点で、第３四方弁２３Ｃを「大気開放経路」開に作動
させ、最上部の第３四方弁２３Ｃを「ガス供給経路」開
に作動させる。このようにして、制御部５３は湯面レベ
ルＬ０が第４設定レベルＬ４に達した時点で、図２
（ｄ）に示すように全ての四方弁２３Ａ〜２３Ｄを「大
気開放経路」開に作動させる。

【００１７】その後、制御部５３は湯面レベルＬ０が第
５設定レベルＬ５に達した時点で、図３（ａ）に示すよ
うに製品部３への溶湯の注入を停止させる。すなわち、
図１に示す制御部５３は、駆動源３３とフィーダ４２と
に停止信号を送る。このため、弁体３２は駆動源３３で
引下げられて注湯口３１ａを閉じ、フィーダ４２は停止
する。次に、図３（ｂ）に示すように、製品部３内の鋳
造品６１が半凝固状態（表層に殻状の凝固層を形成し、
内部が未凝固状態）で金型２を開き、鋳造品６１を取り
出す。

【００１８】最後に、図３（ｃ）に示すように、制御部
５３は全ての四方弁２３Ａ〜２３Ｄを「エア供給経路」
開に作動させる。このため、エアはエア供給源２２→四
方弁２３Ａ〜２３Ｄの経路で通孔８…に噴射する。従っ
て、通孔８…はエアブローされ、内部に溜まっている凝
固物等の異物を除去される。以上で金型鋳造工程が終了
する。この第１使用例によれば、局部的に真に必要な量
だけ不活性ガスを供給するので、不活性ガスの消費量を
大幅に節減することができる。

【００１９】実験によれば、自動車用ナックルアームを
鋳造品とした場合に、第１使用例では各設定レベルＬ１
〜Ｌ５間での不活性ガスの供給時間は０１．〜１．０ｓ
ｅｃとすることができた。このため、不活性ガスの消費
量は、従来例では１ショット当たり１０リットル（ｌ）
であるのに対して、第１使用例では１ショット当たり２
（ｌ）ですみ、節減量が極めて多いという結果が出た。

【００２０】次に、第２使用例を図４に基づき説明す
る。図４（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る金型鋳造方法の
第２使用例を示す説明図である。先ず、（ａ）に示すよ
うに金型２を閉じ、制御部５３を注湯開始と同時に作動
させる。すなわち、制御部５３は作動した時点で、レベ
ルセンサ５１に製品部３内の湯面レベルの検出を開始さ
せるとともに、各四方弁２３Ａ〜２３Ｄに切換信号を送
り、同時に駆動源３３とフィーダ４２とに作動信号を送
る。以下、これを詳述する。レベルセンサ５１は製品部
３内の湯面レベルの検出を開始する。そして、制御部５
３は、各四方弁２３Ａ〜２３Ｄを「ガス供給経路」開に
作動させる。従って、不活性ガスはガス供給源２１→四
方弁２３Ａ〜２３Ｄ→通孔８…の経路で製品部３（ポケ
ット部３ａ…を含む）及び方案部４に流れて充填され
る。同時に、第１使用例と同様に方案部４を介して製品
部３に溶湯の注入を開始する。

【００２１】その後、制御部５３はレベルセンサ５１で
検出された湯面レベルＬ０が、（ｂ）にて示される第１
設定レベルＬ１に達した時点で第１四方弁２３Ａを「大
気開放経路」開に作動させる。このため、湯面レベルＬ
０の上昇に伴い、最下部のポケット部３ａ内の不活性ガ
スは溶湯Ｙで押され第１四方弁２３Ａを介して大気放出
される。同様に湯面レベルＬ０が、第２設定レベルＬ２
に達した時点で第２四方弁２３Ｂが作動し、第３設定レ
ベルＬ３に達した時点で第３四方弁２３Ｃが作動し、
（ｃ）にて示される第４設定レベルＬ４に達した時点で
第４四方弁２３Ｄが作動し、それぞれ「大気開放経路」
を開とする。

【００２２】また、制御部５３は湯面レベルＬ０が
（ｄ）にて示される第５設定レベルＬ５に達した時点
で、上記第１使用例と同様に製品部３への溶湯の注入を
停止させる。その後の工程は、上記図３（ｂ），（ｃ）
に示す第１使用例と同一工程であり、説明を省略する。
以上で金型鋳造工程が終了する。この第２使用例によれ
ば、製品部３（ポケット部３ａ…を含む）内のエアをよ
り確実に不活性ガスと置換できる。

【００２３】なお、上記実施例における金型鋳造方法
は、注入した溶湯が予め設定した製品部の部位に達した
時の湯面レベルをレベルセンサにより検出し、その検出
信号によって不活性ガスの供給を入・切制御するもので
あり、上記第１・第２使用例以外にすることは自由であ
る。

【００２４】また、金型２の覗窓は、製品部３から上方
へ延びて製品部３を直接見ることができ、レベルセンサ
５１にて湯面レベルＬ０を計測可能なものであり、例え
ば、図５に示す構成でもよい。図５（ａ），（ｂ）は本
発明に係る金型（主要部）の変形例図である。（ａ）は
製品部３と連通し製品部３に沿って上方へ延びる覗窓１
１を形成し、この覗窓１１を介して製品部３内の湯面レ
ベルＬ０を計測する。（ａ）の構成によれば、製品部３
が複雑な形状のために押湯部５で覗窓の役割を果たすこ
とができない場合でも、湯面レベルＬ０を自由に計測で
きる。（ｂ）は上記（ａ）の変形例であり、覗窓１１の
下部１１ａを方案部４に連通した構成である。下部１１
ａは、レベルセンサ５１にて第１設定レベルＬ１〜第５
設定レベルＬ５（図１参照）を計測可能な位置に形成さ
れる。（ｂ）の構成によれば、（ａ）の構成よりも覗窓
１１の長さが短いので、覗窓１１内に溜まる余分な溶湯
が少なくてすむ。

【００２５】

【発明の効果】本発明の製造方法は、次に記載する効果
を奏する。請求項１の金型鋳造方法は、注入した溶湯が
予め設定した製品部の部位に達した時の湯面レベルをレ
ベルセンサにより検出し、その検出信号によって不活性
ガスの供給を入・切制御するようにしたことにより、製
品部への不活性ガスの供給の入・切タイミングを確実に
することができるので、製品部のポケット部などの所定
の部位に湯面レベルが達する直前に不活性ガスを流すこ
とができ、製品部に残存しているエアを不活性ガスと確
実に置換することができる。そして、溶湯が流れ込んだ
部分のみ不活性ガスを排気することができるので、他の
部分の不活性ガスが排出されることがなく、ポケット部
へ溶湯が流れ込む直前に、局部的に不活性ガスを供給す
るので、エアとの置換性が高まり鋳造品の品質が向上す
る。しかも、不活性ガスの消費量は微小ですむ。

【００２６】請求項２の金型鋳造方法は、湯面レベルの
検出を、製品部から上方へ延び製品部を直接見ることの
できる覗窓を介して非接触式レベルセンサにて計測する
ことにより、湯面レベルを高精度で計測できるので、所
定のレベルに湯面が達する直前まで不活性ガスを流す場
合に最適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金型鋳造装置の構成図

【図２】本発明に係る金型鋳造方法の第１使用例の前段
を示す説明図

【図３】本発明に係る金型鋳造方法の第１使用例の後段
を示す説明図

【図４】本発明に係る金型鋳造方法の第２使用例を示す
説明図

【図５】本発明に係る金型（主要部）の変形例図

【符号の説明】

１…金型鋳造装置、２…金型、３…製品部、３ａ…ポケ
ット部、４…方案部、５…覗窓（押湯部）、２０…ガス
・エア供給部、２１…ガス供給源、２２…エア供給源、
２３Ａ〜２３Ｄ…切換弁（四方弁）、３０…注湯機構、
５０…制御機構、５１…レベルセンサ、Ｌ０…湯面レベ
ル、Ｌ１〜Ｌ５…設定レベル、Ｙ…溶湯。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金型に形成したガス流通可能な通孔を介
して金型の製品部及び方案部に不活性ガスを充填し、次
いで、方案部を介して製品部に溶湯を注入するようにし
た金型鋳造方法において、前記注入した溶湯が予め設定
した製品部の部位に達した時の湯面レベルをレベルセン
サにより検出し、その検出信号によって不活性ガスの供
給を入・切制御するようにしたことを特徴とする金型鋳
造方法。
【請求項２】前記湯面レベルの検出は、製品部から上
方へ延び製品部を直接見ることのできる覗窓を介して非
接触式レベルセンサにて計測することを特徴とする請求
項１記載の金型鋳造方法。