【発明の詳細な説明】
スクイズキャステイング装置及び方法
本発明はスクイズキャステイング装置及び方法に関する。
２つのタイプのスクイズキャステイングが先行技術で知られており、そして直
接スクイズキャステイング及び間接スクイズキャステイングと称されている。両
工程は高い一体性の素形材の生産のために開発された。しかしながら、可能な最
高品質の鋳物を生産するためには、４つの重要な鋳造条件を満たす必要がある。
（ｉ）通常ろ過を伴って、綺麗な金属を金型に供給する；
（ii）ろ過後ダイセットへの金属の乱れのない流れ；
（iii）ダイキャビティへの金属の正確な計量；
（iv）凝固中金属の完全な加圧；
これらの基準に取り組むとき、間接スクイズキャステイングと直接スクイズキ
ャステイングの両方の先行技術では重大な欠点と制限が明らかである。
間接スクイズキャステイングは一般的に高圧ダイキャスティングの修正又は展
開であると考えられる。液体金属が小さいピストンによってショットスリーブか
ら閉鎖ダイキャビティへ押し入れられる。通常は油圧ラムによって駆動されるピ
ストンが金属の凝固期間中ダイキャビティの中の金属に作用し続ける。スクイズ
圧力はピストンのボア及び油圧ラムの定格によって制限される。間接スクイズキ
ャステイングの１つの方法では、金属がショットスリーブに荒々しく注がれ、金
属はゲートを通してピストンによってダイキャビティの中へ上方に静かに移動さ
れ、ゲートの幅は在来の高圧ダイキャスティングに使用されるゲートよりも何倍
も大きい。ダイは鋳物を解放するために垂直方向か水平方向のいずれかに開く。
間接スクイズキャステイングの第２の方法では、金属を狭いゲートを通してダイ
キャビティの中へ高速度で荒々しく注入し、金属を、ゲートをより広く開くこと
によって金型の中でさらに固まらせ、ピストンを前方に移動させて凝固収縮を補
償する。
間接スクイズキャステイング工程は一般的には、短いサイクル時間で作動する
。
と言うのは、かかる工程は一般的には、高圧ダイキャスティングの実施に基づか
れ、其故に、間接スクイズキャステイング工程は高い生産性の工程である。しか
しながら、同じ理由で、これらの工程は在来の鋳造合金にもっとも適しており、
高強度展伸アルミニウム合金から良好な鋳造物を一貫性をもって製造することが
難しいことが分かった。在来の鋳造合金を使用して生産されたこれらの間接スク
イズキャステイングでもプランジャの作用から離れた領域には幾らかの残りミク
ロポロシティを含み、これは鋳物の品質にとって有害である。その上、殆どの間
接スクイズキャステイングの実施では、ダイキャビティに金属を入れる直前にに
金属をろ過することは不可能であり、従って、荒々しい金属の扱い方により溶湯
中に存在する酸化物が非金属欠陥として鋳造物品に必然的に取り込まれることに
なる。かかる欠陥は鋳造金属物品の品質を、容易に計ることができず、且つ容易
に許容することができない程度まで害し且つ減ずる。
一定な大きさ及び形状の鋳造物を生産するために金属を計量することに関して
、間接スクイズキャステイング工程は鋳造キャビティを構成する閉鎖ダイを使用
する。ショットスリーブから金属の注入中及びプランジャからの金属加圧期間中
、向かい合ったダイ半部を油圧シリンダ及び大きなトグルによってしっかりと互
いに係止する。鋳造中機器の唯一移動する部品はプランジャである。鋳造形状の
複雑さを増すためにダイにサイドコアが使用される。鋳造物品の外部形態を正確
に制御することができるけれども、間接スクイズキャステイングはにくろポロシ
ティの存在により、特に、プランジャから離れた鋳物の領域では、百パーセント
緻密ではない。ショットマス全体の５０％以上を構成するランナー及びワッド（
ｗａｄ）からなる過剰な金属をダイからの取り出し後に鋳物から取り除く必要が
ある。
間接スクイズキャスティングだけが最高品質の鋳物の必須条件として上に記載
した四つの鋳造条件のうちの第三番目の要求、すなわちダイキャビテイへの金属
の正確な計量を、満す。
直接スクイズキャスティングは、幾つかの重要な工程において間接スクイズキ
ャスティングと異なっている。従来技術において、直接スクイズキャスティング
は、一般的に垂直に作動する油圧プレスでなされる。液状金属は、スプーン又は
ロボット式ひしゃくからあるいは樋を下げることによって、油圧プレスの下方プ
ラテンに置かれた下方ダイキャビテイに注がれ、またダイの上部分は上方プラテ
ンを下方ダイキャビテイの中に移動させることによって下げられて液状金属を、
ダイキャビテイ全体を満たすように移動させる。油圧プレスからの圧力は、ダイ
の上部分あるいはパンチのダイ組立体の下部分若しくは下方ダイキャビテイへの
連続的移動によってその凝固期間中金型内の金属に作用し続ける。凝固中鋳物に
作用する圧力は、油圧プレスの作動容量によってのみ決定される。直接スクイズ
キャスティングは、ランナーもライザーも必要とせず、また素形状鋳物のための
金属の利用に極めて効率的である。
間接スクイズキャスティングを超えた直接スクイズキャスティングの多くの利
点は、ダイの下半部内でのパンチの移動によって鋳物の表面積の全体あるいは大
部分に圧力を加えることである。ダイの二つの半部のこの相対的な動きによって
、鋳造金属はその凝固期間全体にわたって非常に効率的に加圧され、鋳物の最も
離れた領域においてさえも圧力が加えられる。ここで、液体金属の流動性は直接
スクイズキャスティングの最重要条件ではなく、在来の鋳造合金以外の合金を使
用できる。従来の鋳造合金に加えて、鍛造合金、粒状インゴットの金属マトリッ
クス複合物及び予備成形溶浸バラエテイ（preform infiltration varieties）は
、他の「鋳造しにくい」合金とともに、全て直接スクイズキャスティングを使用
して鋳造されていた。
従来技術の直接スクイズキャスティングにおいて、液状金属は乱流によって上
方から下方ダイのキャビテイに定常的に供給される。液状金属が樋装置を下流す
るので、金属流路に例えばフイルターを配置することができるが、ダイに最終的
に入る金属は必然的に乱流となり、その結果鋳物内に巻き込まれるようになった
より多くの酸化薄膜を形成する。
金属の計量に関するもう一つの問題は、ダイセットの二つの半部が、液状金属
の浸入を可能にするために必然的に最初広く離して設置されるという事実から生
じる。ダイ充填に関するこのような環境において、キャビテイ内への金属の計量
を行う唯一の方法は、計量炉から金属流れとのタイミングをとることあるいは与
えられた容量のひしゃくを使用することである。両方の場合において、鋳造量の
変化が起き、直接スクイズキャスティングの全体厚さのばらつきをもたらし、鋳
物許容可能な公差限度外にしてしまう。この問題を解決する一つの方法は、パン
チが加圧前に下半部に入る時、過剰金属がパンチと下半部との間の隙間または窓
を通してダイセットの外へ流れることを可能にしなければならない。この方法は
上記問題に対して完全に満足のいく解決策であるとは考えられていないし、実際
に広く採用されていない。
従って、現に行われいる直接スクイズキャスティングは、重大な制限をもって
おり、最高に一体の鋳物のために上に述べた必須要件の一つだけ、すなわち凝固
中に鋳造金属の充分な加圧だけを満す。もし適当な樋装置を使用するならば、イ
ンライン濾過法を行うことができる。しかし、ダイセットへの液体金属用のロボ
ット式ひしゃくを使用するより一般的な実施のためにはそれを実施することがで
きない。従来技術で使用されている直接スクイズキャスティングは、重力ダイキ
ャステイングを、閉鎖しダイ鍛造と組合せる煩わしい方法となりがちであるとい
うことは認識されるであろう。本来的に低い生産性とともに問題となる鋳造金属
の品質が、直接スクイズキャスティングの工業的応用を制限している。
それ故、高品質精密鋳造法を経済的に実施可能な生産速度で高強度合金によっ
て製造することができる、高生産性の直接スクイズキャスティングの必要性が存
在する。
本発明によれば、溶融金属の受け器と、金属物品を鋳造する少なくとも１つの
金型キャビティとを備え、前記金型キャビティが、協働するダイ部分によって画
定され、前記ダイ部分が互いに移動可能で、その分割距離が鋳造物品のための所
定のキャビティ容積を画定するように選択され、さらに、前記金型キャビティの
下方の前記ダイ部分の入口に接続された第１の端部および前記受け器に接続され
た第２の端部を有する導管と、溶融金属を、前記受け器から、前記導管を通じて
、上方に移送して、前記金型キャビティを充填ないし実質的に充填する手段と、
前記金型キャビティへの前記入口をシールするように設けられたシール手段とを
備え、さらに、前記ダイ部分に圧力を印加し、前記金型キャビティ内の前記金属
の凝固中に、前記キャビティ容積をさらに減少させる加圧手段が設けられた金属
物品の鋳造装置を提供する。
これらの手段によって、ポロシティがないか、あるいは、ポロシティが実質的
にないスクイズキャスティングを製造して、高い生産速度で、繰り返して操作さ
れ、受け入れ可能なコストで、高品質の製品を製造することのできるプロセスに
おける最終的な形状に近づけることが可能になる。
好ましくは、この装置は、前記金型を開く開放手段を備えている。
好ましくは、この装置は、鋳造物品を前記金型キャビティから取り出す取り出
し手段を備えている。
好ましくは、溶融金属の前記受け器は加熱可能な炉である。
好ましくは、溶融金属の前記受け器は加熱されないリザーバである。
好ましくは、各ダイ部分がプラテンによって支持され、前記プラテンの少なく
とも１つは１または２以上のタイ・バー上を摺動可能である。
好ましくは、前記導管内の溶融金属を移送する手段が、低圧気体システムであ
る。
好ましくは、前記導管内の溶融金属を移送する手段が、電磁ポンプである。
好ましくは、前記導管内の溶融金属を移送する手段が、前記受け器に対して、
前記金型内に負圧を生成する真空装置である。
好ましくは、前記溶融金属が乱流を生じることなく、移送される。
好ましくは、前記シール手段が、前記導管の前記第１の端部と前記金型キャビ
ティの前記入口の間を移動可能なシールゲートを備えている。
好ましくは、前記シールゲートが、漏れ止め包囲体を形成可能な不活性材料に
より作られている。
好ましくは、前記シール手段が、前記金型キャビティへの前記入口を前記導管
との間で供給関係にさせるように、前記ダイ部分がその上を摺動可能なシール面
を備えている。
好ましくは、前記シール面が、漏れ止め包囲体を形成可能な不活性材料により
作られている。
好ましくは、前記シール手段が、前記金型キャビティへの前記入口より上方の
前記金型キャビティ内に位置し、下げられて、前記金型キャビティへの前記入口
をシール可能なストッパを備えている。
好ましくは、凝固中に、前記加圧手段により印加される圧力が、前記金型内の
凝固した金属を次第に変形させ、圧縮して、凝固中の収縮を補償するとともに、
収縮したキャビティの鋳物からの除去ないしは実質的な除去、すなわち、金属に
溶解したガスから残留するガスポロシティを除去ないしは実質的に除去するよう
に構成されている。
好ましくは、加圧手段が、可変の操作速度を有している。
好ましくは、モニター手段が設けられ、加えられる圧力および前記加圧手段に
よって生成された変位をモニターするとともに、特定の圧力および／または変位
体制を生成している。
好ましくは、この装置は、さらに、溶融金属が前記金型キャビティに入る前に
、溶融金属を濾過する濾過手段を備えている。
好ましくは、複数の金型キャビティを備えている。
好ましくは、前記下方のダイ部分がスチールのボルスター内に入れられている
。
好ましくは、上方のダイ部分がスチールの背板あるいは支持ブロック上に保持
されている。
好ましくは、前記ダイ部分が加熱／冷却手段を備えている。
好ましくは、前記ダイ部分の分割が変位トランスデューサによって決定される
。
好ましくは、前記ダイ部分の分割が圧縮可能なセパレータによって決定される
。
好ましくは、前記加圧手段が油圧プレスである。
好ましくは、前記ダイ部分が、硬化され、焼き戻しされたスチールから、１ま
たは２以上の組み合ったセグメントに製造されたインプレッションブロックを備
えている。
好ましくは、前記金型キャビティの表面に、滑剤あるいは離型剤が塗布されて
いる。
さらに好ましい側面において、本発明は、少なくとも１つの容積が可変の金型
キャビティを溶融金属を含んだ受け器の上方に位置させ、前記金型キャビティと
前記受け器との間を導管で接続し、前記受け器から前記導管を通じて、溶融金属
を前記金型キャビティ内に移送し、シール手段を用いて、前記金型キャビティか
らの溶融金属の損失を防止する工程を有し、前記溶融金属の凝固中に、前記金型
キャビティに圧力を加えて、その容積を減少させ、それにより、凝固中の収縮を
補償した金属製品の鋳造方法を提供するものである。
好ましくは、前記圧力は固化完了後に減少される。
今、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して単に例として説明す
る。
図１は、直接スクイズキャスティング装置の全体構造を示す。
図２は、図１の金型及び摺動ゲート組立体の拡大図を示す。
図３は、図２の摺動ゲート及び上方に作用する係止機構の拡大詳細図を示す。
図４は、摺動金型を有する圧縮可能なセパレータを使用する好ましい計量機構
を示す。
図５は、摺動金型及びパンチを有する変形例の計量機構を示す。
図６は、変形例のシール機構を示す。
図１は油圧プレス１を備えた直接スクイズキャスティング装置の全体組立体を
示し、その制御／操作パネル２及びポンピング炉３は油圧プレス１の下方プラテ
ン４の下でほぼ中央に位置する。この実施の形態では、下方ダイ半部５は、それ
自身、鋳物の下面の形態を構成しかつ丈夫な鋼ボルスタで一緒に保持される別々
のセグメントで構成されるのがよく、ボルト、ジャッキ、レバー等によって下方
プラテン４にしっかりと保持される。パンチ即ち上方ダイ半部６は、それ自身、
別々のセグメントで構成されるのがよく、かつ、鋳物の上面の形態を構成し、下
方ダイ半部の上の上方プラテン７に、受け板即ち支持ブロックを介して直接又は
間接的に取付けられ、上方ダイ半部６を、液圧プレス１の油圧シリンダ８及びこ
れと関連した油圧ポンプ８ａの作動によって、下方ダイ半部の中へ下げることが
できる。ダイ部分５、６と、ダイ構造の一部であるコアとに、鋳造に備えたそれ
らの正しい位置での組み立てに先立って、グラファイト滑剤又は他のダイ滑剤を
噴霧するのがよい。導管９からキャビティに入る液体金属の体積が、金型への入
口をシールするのに続いて、ダイ６の上方部分は、主油圧シリンダ８による同時
の圧縮及び締め固め後、ポロシティがない、或いは、実質的にポロシティがない
、そして所要寸法の鋳物を作るように金属計量手段を構成するために、変位トラ
ン
スジューサ、リミットスイッチ又は他の同様に適当な装置によって、ダイ５の下
方部分内に位置決めされる。通常、ダイは２５０℃〜３５０℃の範囲内の温度で
作動され、電気的手段又は油循環手段又は他の手段によってダイの温度を維持す
るように、ダイを加熱しても良いし或いは、冷却してもよい。加熱をインプレッ
ションブロックに直接加えてもよいし、或いは、上方部分、下方部分のボルスタ
、支持ブロックにそれぞれ加熱を直接加えてもよい。
図２は、導管９の上でプラテン４及び７の中央に位置したダイセット５及び６
の拡大図を示し、この導管９は炉３からの立ち上がり管９ａと、下方プラテンの
流路９ｂとからなり、摺動ゲート１０は導管９の頂部とダイキャビティ１１の底
部との間に置かれ、摺動ゲートは油圧シリンダ２２によって作動される。摺動ゲ
ート１０のオリフィス１２はセラミック又は他の不活性材料で内張りされるのが
よく、そして、ゲートが開いて、金属を導管９から、摺動ゲート１０のオリフィ
ス１２内又は金型入口１４内の任意適当な位置に置かれた濾過媒体１３を通して
金型キャビティ１１へ上方に通させるときに導管９と整列する。下方プラテン４
、及び、下方ダイ半部５と下方プラテン４との間の受け板の流路９ｂは不活性セ
ラミック材料１５で内張りされるのがよい。材料の正確な量が金型キャビティに
流入したとき、摺動ゲート１０をオリフィス１２の直径より大きい距離だけ移動
させ、摺動ゲート１０のオリフィス１２を移動させて導管９との整列から完全に
外し、かくして、金型キャビティ１１の中の液体金属を導管９の中の液体金属か
ら分離する。この段階で、ポンピング炉３の圧力を減じて、導管９の中の液体金
属の降下を可能にする。摺動ゲート１０の上面の下からの液体の除去を容易にす
るために、摺動ゲート１０の下側は、ベント通路を有し、該通路は、摺動ゲート
１０の更なる移動によってベント通路及び導管９の内縁が並置状態で位置決めさ
れるとき、導管９の頂部への空気の進入を可能にする。摺動ゲート１０の上下の
接触面は、摩擦の影響を減じかつ摺動機構への液体金属のいかなる潜在的な浸透
をも阻止するために、摺動ゲート１０と異なる材料のものであるのがよい。
スライドゲート１０は、スライドゲート１０を金型入口１４の下端に下から押
し付けることにより、耐漏洩性シールを形成するように、そのずれた位置で固定
されることも可能である。図３に示すように、スライドゲートの傾斜面１６とそ
の下にある面の傾斜部１７との相互作用により、スライドゲート１０上に上向き
に作用する力を生じるさせるようにすることもできる。レバーやトグル等の機械
的動作や油圧動作を使用して金型入口１４の下端に対してスライドゲート１０を
効果的にシールするようにしてもよい。一旦、耐漏洩性シールが形成されれば、
パンチ６を介して作用する油圧ラム８の圧力を、凝固期間中ずっとキャビティ１
１内の金属に有効に加えることができる。鋳物が凝固したとき、全てのサイドコ
アを引き抜くことができ、パンチ６を、主シリンダ８の逆動作又は補助シリンダ
の動作により引っ込めることができ、さらに、鋳物を取り出すことができる。摺
動ゲート１０のオリフィス１２内の凝固したアルミニウムの小さなディスクを、
例えばスプラングボール機構により容易に取り除くことができ、さらに、ダイセ
ットを次の鋳造のために再び組み立てることができる。このような作業方法は、
重いスチール金型やボルスタを用いたより大きなサイズの鋳物に適している。こ
のようなダイ充填とシールのための構成は、例えば、ステアリング・ナックル、
ホイールハブの鋳物、軽合金ホイール等の自動車用部品や一般工業的な用途のた
めの他の形状物の製造に適している。
金属計量及び金型シールのための他の実施形態が図４に示されている。この実
施形態において、ダイセットの下半分５は、隆起又は凹んだスライドトラック１
８上に配置され、さらに、導管９に関して移動され、それにより、全型を、炉３
と供給状態にしたり非供給状態にしたり、同時に油圧プレス１と同軸にしたり同
軸から外れたりするようにしている。この実施形態において、金型入口１４は最
初は導管９上に位置しており、さらに、金属は、金型入口１４の下方の液体金属
流路内に設けられたフィルタ機構１３を通って、又は金型入口１４内の適当な位
置で、乱れが発生しないような方法で下から金型内に進入する。金型内に進入す
る液体金属の正確な計量は、ダイの下半分５内に配置されたダイの上半分６を用
いることにより効果的に行うことができる。即ち、このダイの上半分６は、金型
キャビティ１１を形成しており、油圧プレス１の圧縮力により凝固及び締め固め
の際の液体金属の収縮容積を単に補償する量だけ好ましくは調整可能で圧縮可能
なセパレータ１９の上で引き上げられる。
図４に示すように圧縮可能な支持体１９上に設ける代わりに、ダイの上半分６
を、図５に示すように、上側プラテンに直接的に又は間接的に取り付けられたそ
れ自身のスライドトラック２０で所要金属計量高さに且つ下側のスライドトラッ
クのすぐ上に保持するようにしてもよい。ダイの２つの半分の同期の横向きの摺
動運動は、スライドトラックと並んで動作する単一の油圧シリンダにより作動さ
れ、ポンチ６は、下半分５との相互動作により或いはその逆によって移動され、
或いは、２つのダイ半分はこれらに連係して作用するシリンダにより作動され、
或いは又は、２つの半分のダイに同時に作用する一対のシリンダにより作動され
てもよい。
図４と図５に示された何れかの実施形態において、必要な量の液体金属を金型
に充填した後、金型の上半分６と下半分５を、両方とも、油圧プレスのプラテン
の中心に近い位置まで横向きに移動させて、導管９との供給関係から外す。この
移動の終り時に、図４のパンチ６は、上側プラテンの下側上で、テーパーキーの
ようなシートや他の相互結合又は相互作用装置にしっかりと係合し、鋳物が凝固
したときにパンチのための引き抜き機構を作る。圧力が、補助の油圧又は空気ピ
ストン若しくは機械的装置により、金型の下半分に有効に作用することが好まし
い。これにより、金型と下側スライドトラックの間に耐漏洩性のシールが形成さ
れ、金型に対して入口がシールされる。その後、油圧プレスからの圧力が、金型
セットのパンチ６に加えられ、例えば、液体金属が十分に凝固するまでパンチを
移動させて凝固収縮を補償する。その後、ダイセットが開かれ、鋳物が取り出さ
れる。
図４、図５に示す実施例で説明したダイ充填及びシールの構成は、他の自動車
及び一般的なエンジニアリング部品もこの方法に適するが、例えば，自動車用の
ピストン製造に適し、また、モノシリック軽合金組成又は金属マトリックス複合
構造のものであってもよい他の適用例に適する。
金型をシールする他の方法を図６に示す。図６において、シール手段の可動部
材２１はダイ６の上方部分に支持されている。ダイハーフに必要なダイ潤滑剤を
塗った後、ダイハーフは、先ず、ダイキャビティ１１が下から充填されたときに
、液体金属がダイキャビティ１１の中に計量しながら供給される。シール手段の
可動部材２１は、次いで、付帯の液圧シリンダ２３の作用によって、あるいは、
空
気圧又は機械的な装置によって下げられ、液体金属を介して、ダイ５の下半部の
金型入口１４に着座し、入口を効果的にシールして液圧プレスの加圧サイクル中
、金型からの液体の流れを防止する。金型からの金属の損失を抑える圧着連結が
確実に存在するようにする付帯の液圧シリンダ２３或いは他の空気圧又は機械的
な装置によって、シール手段の可動部分２１に圧力を及ぼすことができる。シー
ルが確立すると、主油圧シリンダ８からの押し込み用圧力が、凝固中、鋳物を固
化するために適用される。凝固の後、シール手段の可動部分２１は、付帯の液圧
シリンダ２３又は空気圧ピストンの逆の動きによって、或いは機械的な装置の解
放によって引き戻され、主油圧シリンダ又はシリンダ８の戻り動作を使用してダ
イセットが開かれ、鋳物が金型キャビティから取り出される。この実施例の直接
的に押し込む鋳造方法は、特に、例えばステアリングナックル、ホイール、ホイ
ールセンターのような貫通孔を必要とする部品に適し、また、共通入口ゲートの
周りに配置される多キャビティを含む金型に適する。
上述した一般的な処理において、金属がダイに入る前に、パンチ６がその金属
計量位置に位置決めされる。しかしながら、ダイキャビティの中の液体金属の流
動を促進し、また、鋳造品の一層の微細なマイクロ組織を向上するために、金型
充填と同時に又は金型充填に続いてであるが金型シールに先立って、ダイキャビ
ティを形成するためにダイ５の下半部の計量位置までパンチ６が下降する。この
ような処理によって、また、製造時間を短縮することができ、また、特に大量の
鋳造に関して生産性を向上させることがでる。
上述した製造方法に従うことにより、素形状の及び殆ど又は全くポロシティを
含まない品物を作ることができる。金属の流れと直列にフィルターを設置するこ
とによって、大きな酸化物および他の有害な固体含有物を鋳物から取除くことが
でき、また高品質の鋳物が出来る。この方法により、在来の鋳造合金及び慣用あ
るいあ非慣用の鋳造用組成物の合金を最終形態に近い製品まで連続的に鋳造する
ことができる。また、向上した特性の金属マトリックス複合領域を作るために鋳
造中に完全に溶浸されたキャビティの中の選択的な場所におセラミック又は金属
製のプレフォームを置くことによって鋳造品の局部的な補強を行うことができる
。
特に軽合金を参照したが、上述した方法および装置を使用して、他の非鉄及び
鉄系合金、特に、金属マトリックス複合物及び半固体合金を押し込み鋳造するこ
とができる。高温合金のために、少なくとも一部が例えばシアロン(sialon)のよ
うな耐熱性セラミック材料で作られたダイセットを使用してもよい。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Squeeze casting apparatus and method
The present invention relates to a squeeze casting apparatus and method.
Two types of squeeze casting are known in the prior art and
This is called squeeze casting and indirect squeeze casting. Both
The process was developed for the production of high-integration profiles. However, the best possible
In order to produce high quality castings, four important casting conditions must be met.
(I) supplying clean metal to the mold, usually with filtration;
(Ii) undisturbed flow of metal to the die set after filtration;
(Iii) accurate metering of metal into the die cavity;
(Iv) full pressurization of the metal during solidification;
When addressing these criteria, indirect squeeze casting and direct squeeze
Significant drawbacks and limitations are evident with both prior art techniques.
Indirect squeeze casting is generally a modification or development of high pressure die casting.
It is considered open. Is liquid metal shot sleeve with small piston
Into the closed die cavity. A piston, usually driven by a hydraulic ram
The ston continues to act on the metal in the die cavity during the solidification of the metal. Squeeze
Pressure is limited by the bore of the piston and the rating of the hydraulic ram. Indirect squeeze
One method of dusting is to pour the metal into the shot sleeve violently
The genus is gently moved upward into the die cavity by the piston through the gate.
Gate width is many times greater than gates used in traditional high pressure die casting.
Is also big. The die opens either vertically or horizontally to release the casting.
In a second method of indirect squeeze casting, metal is die-cast through a narrow gate.
Violently injecting metal into the cavity at high speed to open the gate more widely
To further solidify in the mold and move the piston forward to compensate for coagulation shrinkage.
To compensate.
Indirect squeeze casting process generally operates with short cycle times
.
This is because such processes are generally based on the practice of high pressure die casting.
Therefore, the indirect squeeze casting process is a highly productive process. Only
However, for the same reasons, these processes are most suitable for conventional cast alloys,
Consistent production of good castings from high strength wrought aluminum alloys
I found it difficult. These indirect screws produced using conventional cast alloys
Even in the case of iscasting, there is some remaining
Includes porosity, which is detrimental to casting quality. Plus, most of the time
When performing squeeze casting, immediately before putting metal into the die cavity,
It is not possible to filter the metal and, therefore,
Oxides present in the casting are inevitably incorporated as non-metallic defects
Become. Such defects do not easily measure the quality of cast metal articles and
Harms and reduces to an unacceptable degree.
Regarding the weighing of metals to produce castings of constant size and shape
Indirect squeeze casting process uses a closed die that constitutes the casting cavity
I do. During injection of metal from the shot sleeve and during pressurization of metal from the plunger
The opposite die halves are firmly interchanged by hydraulic cylinders and large toggles.
To lock. The only moving part of the equipment during casting is the plunger. Cast shape
Side cores are used in the die to increase complexity. Accurate external morphology of cast articles
Although indirect squeeze casting is possible,
Due to the presence of the tee, especially in the area of the casting away from the plunger,
Not elaborate. Runners and wads that make up 50% or more of the entire shot mass (
It is necessary to remove excess metal consisting of wad) from the casting after removal from the die.
is there.
Only indirect squeeze casting is listed above as a prerequisite for the highest quality castings
Of the four required casting conditions, namely the metal to die cavity
Satisfies the exact weighing of
Direct squeeze casting is an indirect squeeze casting process in several important steps.
It is different from posting. In the prior art, direct squeeze casting
Is generally done with a hydraulic press that operates vertically. Liquid metal, spoon or
From the robotic ladle or by lowering the gutter, lower the hydraulic press
The lower die cavity is poured into the latin and the upper part of the die is
The liquid metal is lowered by moving the metal into the lower die cavity,
Move to fill the entire die cavity. The pressure from the hydraulic press is
To the upper part or the lower part of the die assembly or to the lower die cavity.
The continuous movement keeps acting on the metal in the mold during its solidification. For casting during solidification
The working pressure is determined only by the working capacity of the hydraulic press. Direct squeeze
Casting does not require runners or risers, and for casting
It is extremely efficient in using metals.
Many benefits of direct squeeze casting beyond indirect squeeze casting
The point is the total or large surface area of the casting due to the movement of the punch in the lower half of the die.
Applying pressure to the part. This relative movement of the two halves of the die
, The cast metal is pressed very efficiently throughout its solidification period,
Pressure is applied even in remote areas. Here, the fluidity of the liquid metal is directly
It is not the most important condition for squeeze casting.
Can be used. In addition to conventional cast alloys, forged alloys and metal matrices of granular ingots
Composites and preform infiltration varieties
All use direct squeeze casting, along with other "hard to cast" alloys
Was cast.
In prior art direct squeeze casting, liquid metal is lifted by turbulence.
From the side to the lower die cavity. Liquid metal downstream of gutter
So, for example, a filter can be placed in the metal channel, but the final
The incoming metal was inevitably turbulent, resulting in entrainment in castings
Form more oxide thin films.
Another problem with metal weighing is that the two halves of the die set
Inevitably arises from the fact that they are initially installed far apart to allow for
I will. In such an environment for die filling, metal weighing into cavities
The only way to do this is to time or give
The use of a ladle of the capacity obtained. In both cases,
Changes, directly resulting in variations in the overall thickness of the squeeze casting,
Out of acceptable tolerance limits. One way to solve this problem is to use bread
When the switch enters the lower half before pressurizing, excess metal may be present in the gap or window between the punch and lower half.
Through the die set. This method is
It is not considered to be a completely satisfactory solution to the above problem,
Not widely adopted.
Therefore, the current direct squeeze casting is subject to serious limitations.
And only one of the prerequisites mentioned above for the most monolithic castings, namely solidification
Fills only enough pressurized metal during casting. If appropriate gutters are used,
An in-line filtration method can be performed. However, the robot for liquid metal to die set
It can be implemented for a more general practice using a
I can't. Direct squeeze casting used in the prior art is based on gravity
It tends to be a cumbersome method of closing and combining dusting with die forging
Will be recognized. Cast metal is problematic with inherently low productivity
Quality directly limits the industrial application of squeeze casting.
Therefore, the use of high-strength alloys at a production rate at which high-quality precision casting can be performed economically.
There is a need for high-productivity direct squeeze casting
Exist.
According to the present invention, a receiver of molten metal and at least one cast metal article are provided.
A mold cavity, the mold cavity being defined by a cooperating die portion.
The die sections are movable relative to each other and the split distance is
And is selected to define a constant cavity volume;
A first end connected to an inlet of the die section below and a receiver connected to the receptacle;
A conduit having a second end, and molten metal from the receptacle through the conduit.
Means for transferring upwardly to fill or substantially fill the mold cavity;
Sealing means provided to seal the entrance to the mold cavity.
Further comprising: applying pressure to the die portion, wherein the metal in the mold cavity is
Metal provided with pressurizing means for further reducing the cavity volume during solidification of
An article casting apparatus is provided.
By these means, there is no porosity or the porosity is substantially
Squeeze castings that are not
Process that can produce high quality products at an acceptable cost.
It becomes possible to approach the final shape in
Preferably, the device comprises opening means for opening the mold.
Preferably, the apparatus comprises a device for removing a cast article from the mold cavity.
Means.
Preferably, said receiver of molten metal is a heatable furnace.
Preferably, said receiver of molten metal is an unheated reservoir.
Preferably, each die portion is supported by a platen, and at least
Both are slidable on one or more tie bars.
Preferably, the means for transferring molten metal in the conduit is a low pressure gas system.
You.
Preferably, the means for transferring the molten metal in the conduit is an electromagnetic pump.
Preferably, the means for transporting molten metal in the conduit comprises:
A vacuum device for generating a negative pressure in the mold.
Preferably, the molten metal is transferred without generating turbulence.
Preferably, the sealing means comprises the first end of the conduit and the mold cavity.
A seal gate movable between said inlets of the tee.
Preferably, said seal gate is made of an inert material capable of forming a leaktight enclosure.
More made.
Preferably said sealing means connects said inlet to said mold cavity with said conduit
A sealing surface over which the die portion is slidable so as to be in a supply relationship between
It has.
Preferably, said sealing surface is made of an inert material capable of forming a leaktight enclosure.
It is made.
Preferably, the sealing means is located above the entrance to the mold cavity.
The inlet to the mold cavity, located in the mold cavity and lowered
Is provided.
Preferably, during solidification, the pressure applied by the pressurizing means is
The solidified metal is gradually deformed and compressed, compensating for shrinkage during solidification,
Removal or substantial removal of contracted cavities from castings, i.e.
Remove or substantially remove residual gas porosity from the dissolved gas
Is configured.
Preferably, the pressurizing means has a variable operating speed.
Preferably, monitoring means is provided, and the pressure applied and the
Monitoring the displacements generated and therefore the specific pressure and / or displacement
Has created a regime.
Preferably, the apparatus further comprises:
And a filtering means for filtering the molten metal.
Preferably, it has a plurality of mold cavities.
Preferably, said lower die portion is contained in a steel bolster
.
Preferably the upper die section is held on a steel backboard or support block
Have been.
Preferably, the die part comprises heating / cooling means.
Preferably, the division of the die part is determined by a displacement transducer
.
Preferably, the division of the die part is determined by a compressible separator
.
Preferably, the pressurizing means is a hydraulic press.
Preferably, the die part is made of one piece of hardened and tempered steel.
Or impression blocks manufactured in two or more combined segments
I have.
Preferably, a lubricant or a release agent is applied to the surface of the mold cavity.
I have.
In a further preferred aspect, the invention provides at least one variable volume mold.
Position the cavity above the receiver containing the molten metal, and
A conduit is connected to and from the receiver, and the molten metal is passed from the receiver through the conduit.
Is transferred into the mold cavity, and the mold cavity is
Preventing the loss of the molten metal, during the solidification of the molten metal, the mold
Apply pressure to the cavity to reduce its volume, thereby reducing shrinkage during solidification
A method for casting a compensated metal product is provided.
Preferably, the pressure is reduced after solidification is complete.
Preferred embodiments of the present invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings.
You.
FIG. 1 shows the entire structure of the direct squeeze casting device.
FIG. 2 shows an enlarged view of the mold and sliding gate assembly of FIG.
FIG. 3 shows an enlarged detail of the sliding gate of FIG. 2 and the locking mechanism acting above.
FIG. 4 shows a preferred metering mechanism using a compressible separator with a sliding mold.
Is shown.
FIG. 5 shows a weighing mechanism of a modification having a sliding die and a punch.
FIG. 6 shows a seal mechanism of a modified example.
FIG. 1 shows an entire assembly of a direct squeeze casting device equipped with a hydraulic press 1.
The control / operation panel 2 and the pumping furnace 3 are mounted on the lower plate of the hydraulic press 1.
It is located almost in the center under the button 4. In this embodiment, the lower die half 5 is
Separate themselves, constituting the form of the underside of the casting and held together by a sturdy steel bolster
It is good to consist of the segment of the lower part with bolt, jack, lever, etc.
It is firmly held by the platen 4. The punch or upper die half 6 itself is
It should be composed of separate segments and form the top surface of the casting,
Directly on the upper platen 7 on the upper die half via a receiving plate or support block or
Indirectly mounted, the upper die half 6 is connected to the hydraulic cylinder 8 of the hydraulic press 1
Due to the associated actuation of the hydraulic pump 8a, the lowering into the lower die half
it can. Die parts 5, 6 and a core that is part of the die structure, in preparation for casting
Prior to assembly in their correct position, apply graphite or other die lubricant.
It is good to spray. The volume of liquid metal entering the cavity from conduit 9 is reduced by the amount entering the mold.
Subsequent to sealing the mouth, the upper part of the die 6 is
No or substantially no porosity after compression and compaction of
And a displacement trajectory to configure the metal metering means to produce a casting of the required dimensions.
N
Under the die 5 by a juicer, limit switch or other similarly suitable device.
Is positioned within the first part. Usually the die is at a temperature in the range of 250 ° C to 350 ° C.
Activated to maintain the temperature of the die by electrical or oil circulating means or other means.
As such, the die may be heated or cooled. Impression heating
May be added directly to the block or the bolsters in the upper and lower parts
Alternatively, heating may be applied directly to the support blocks.
FIG. 2 shows a die set 5 and 6 centered on a platen 4 and 7 on a conduit 9.
The conduit 9 comprises a riser 9a from the furnace 3 and a lower platen.
The sliding gate 10 comprises a top of the conduit 9 and a bottom of the die cavity 11.
The sliding gate is operated by a hydraulic cylinder 22. Sliding
The orifice 12 of the plate 10 is lined with ceramic or other inert material.
Well, and the gate is opened, the metal is removed from the conduit 9 and the orifice of the sliding gate 10
Through the filtration media 13 located at any suitable location in the mold 12 or in the mold inlet 14
Aligns with conduit 9 as it passes upwardly into mold cavity 11. Lower platen 4
And the passage 9b of the receiving plate between the lower die half 5 and the lower platen 4 is inactive.
It is good to line with the lamic material 15. Accurate amount of material in mold cavity
When entering, slide gate 10 moves a distance greater than the diameter of orifice 12
To move the orifice 12 of the sliding gate 10 completely out of alignment with the conduit 9.
Remove and thus remove the liquid metal in the mold cavity 11 from the liquid metal in the conduit 9
Separate from At this stage, the pressure in the pumping furnace 3 is reduced and the liquid gold in the conduit 9 is reduced.
Allows genus descent. Facilitates the removal of liquid from beneath the upper surface of the sliding gate 10
The lower side of the sliding gate 10 has a vent passage,
Further movement of 10 positions the vent passage and the inner edge of conduit 9 side by side.
To allow air to enter the top of the conduit 9 when in use. Up and down of the sliding gate 10
The contact surface reduces the effects of friction and eliminates any potential penetration of liquid metal into the sliding mechanism
In order to also prevent the sliding gate 10, the sliding gate 10 is preferably made of a different material.
The slide gate 10 pushes the slide gate 10 to the lower end of the mold entrance 14 from below.
Fixed at the shifted position to form a leak-proof seal
It is also possible to be done. As shown in FIG. 3, the inclined surface 16 of the slide gate and its
Interacts with the inclined portion 17 of the lower surface to face upward on the slide gate 10.
Can be generated. Machines such as levers and toggles
The slide gate 10 to the lower end of the mold inlet 14 using a dynamic operation or a hydraulic operation.
You may make it seal effectively. Once a leak-proof seal is formed,
The pressure of the hydraulic ram 8 acting via the punch 6 is maintained during the solidification period.
1 can be effectively added to the metal. When the casting solidifies, all side co
Can be pulled out, and the punch 6 can be moved in the reverse operation of the main cylinder 8 or the auxiliary cylinder.
Can be withdrawn, and the casting can be removed. Sliding
A small disk of solidified aluminum in the orifice 12 of the moving gate 10 is
For example, it can be easily removed by a sprung ball mechanism.
The kit can be reassembled for the next casting. Such a working method
Suitable for larger steel castings and larger size castings using bolsters. This
Configurations for die filling and sealing such as, for example, steering knuckles,
For automotive parts such as wheel hub castings, light alloy wheels, and other general industrial applications.
Suitable for manufacturing other shapes.
Another embodiment for metal metering and mold sealing is shown in FIG. This fruit
In an embodiment, the lower half 5 of the die set is a raised or recessed slide track 1.
8 and further moved with respect to conduit 9 so that the entire mold is
Supply state or non-supply state, and at the same time,
They are off-axis. In this embodiment, the mold inlet 14 is
Initially located on conduit 9, and the metal is liquid metal below mold inlet 14.
Through a filter mechanism 13 provided in the flow path or at a suitable position in the mold inlet 14
And enters the mold from below in such a way that no turbulence occurs. Enter the mold
Accurate metering of the liquid metal using the die upper half 6 located within the die lower half 5
Can be done effectively. That is, the upper half 6 of this die is a mold
Cavity 11 is formed, solidified and compacted by the compression force of hydraulic press 1
Preferably adjustable and compressible by an amount that simply compensates for the shrinkage volume of the liquid metal during
Up on the separator 19.
Instead of being provided on a compressible support 19 as shown in FIG.
Is directly or indirectly attached to the upper platen as shown in FIG.
With its own slide track 20 to the required metal weighing height and the lower slide track.
It may be held just above the lock. Synchronous horizontal slide of the two halves of the die
The dynamic movement is actuated by a single hydraulic cylinder that runs side by side with the slide track
The punch 6 is moved by interaction with the lower half 5 or vice versa,
Alternatively, the two die halves are actuated by cylinders acting in conjunction with them,
Or alternatively, actuated by a pair of cylinders acting on two half dies simultaneously
You may.
In any of the embodiments shown in FIGS. 4 and 5, the required amount of liquid metal is
After filling the mold, the upper half 6 and the lower half 5 of the mold are both
Is moved sideways to a position close to the center of the pipe 9 to remove it from the supply relationship with the conduit 9. this
At the end of the movement, the punch 6 of FIG.
Firmly engages such sheets or other interconnecting or interacting devices and the casting solidifies
Make a pull-out mechanism for the punch when done. When the pressure is
It is preferable that the lower half of the mold be effectively acted on by a stone or mechanical device.
No. This forms a leak-proof seal between the mold and the lower slide track.
The inlet is sealed to the mold. Then, the pressure from the hydraulic press
The punch is added to the set of punches 6, for example, until the liquid metal has solidified sufficiently.
Move to compensate for coagulation shrinkage. After that, the die set is opened and the casting is removed.
It is.
The configuration of the die filling and sealing described in the embodiment shown in FIGS.
And general engineering parts are also suitable for this method, for example,
Suitable for piston production, monolithic light alloy composition or metal matrix composite
It is suitable for other applications that may be of construction.
Another method of sealing the mold is shown in FIG. In FIG. 6, the movable part of the sealing means
The material 21 is supported on the upper part of the die 6. Die lubricant required for die half
After coating, the die half is first filled when the die cavity 11 is filled from below.
The liquid metal is metered into the die cavity 11. Of sealing means
The movable member 21 is then moved by the action of the associated hydraulic cylinder 23 or
Sky
The pressure is lowered by a pneumatic or mechanical device and through the liquid metal, the lower half of the die 5
Seated at the mold inlet 14, effectively seal the inlet during the press cycle of the hydraulic press
Prevent the flow of liquid from the mold. Crimp connection to reduce metal loss from mold
Ancillary hydraulic cylinder 23 or other pneumatic or mechanical
With a simple device, pressure can be exerted on the movable part 21 of the sealing means. C
When the casting is established, the pushing pressure from the main hydraulic cylinder 8 causes the casting to solidify during solidification.
Applied to After solidification, the movable part 21 of the sealing means is
By the reverse movement of the cylinder 23 or the pneumatic piston, or
Release using the return action of the main hydraulic cylinder or cylinder 8
The set is opened and the casting is removed from the mold cavity. Direct of this embodiment
In particular, casting methods such as steering knuckles, wheels,
Suitable for components that require through holes, such as
Suitable for molds containing multiple cavities arranged around it.
In the general process described above, before the metal enters the die, the punch 6
It is positioned at the weighing position. However, the flow of liquid metal in the die cavity
Molds to promote movement and improve the finer microstructure of the casting.
At the same time as filling or following mold filling but prior to mold sealing, the die cavity
The punch 6 descends to the weighing position of the lower half of the die 5 to form a tee. this
Such processing can also reduce manufacturing time and, in particular,
Productivity can be improved for casting.
By following the manufacturing method described above, the elementary shape and little or no porosity
You can make goods that do not contain. Install a filter in series with the metal flow
Can remove large oxides and other harmful solid inclusions from the casting.
And high quality castings. In this way, conventional cast alloys and conventional
Ruiah Continuous casting of unconventional casting composition alloys to near final product
be able to. Also, casting to create a metal matrix composite area with improved properties
Ceramic or metal at an optional location in a cavity completely infiltrated during fabrication
Local reinforcement of castings by placing a preform made of steel
.
With particular reference to light alloys, other non-ferrous and
Injection casting of ferrous alloys, especially metal matrix composites and semi-solid alloys
Can be. Due to the high temperature alloys, at least some of them are, for example, sialon.
A die set made of such a heat-resistant ceramic material may be used.