JPS6384755A - 加圧鋳造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は例えば軽合金鋳物を製造する場合に適用する加
圧鋳造方法および装置に係り、特に加圧溶湯のキャビテ
ィ内での流速制御技術を改良した加圧鋳造方法および装
置に関する。

（従来の技術） 従来、高品質の軽合金鋳物を製造する場合等において、
溶湯を収容した炉内に空気あるいは不活性ガスを供給し
て炉内の溶湯を加圧し、これにより溶湯を金型のキャビ
ティ内に供給する低圧鋳造法が広く採用されている。

第６図はこのような鋳造方法の実施に用いられる従来の
加圧鋳造装置を示している。

第６図に示すように、加圧気体供給口１ａを有する密閉
型の類１内にるつぼ２が設置され、そのるつぼ２内と炉
１上に配置した金型４のキャビティ４ａ、４ｂ、４ｃと
が導入管５を介して接続されている。

鋳造時は加圧気体供給口１ａから加圧気体を類１内に吹
込み、その加圧力により溶湯３を導入管５を介して金型
４のキャビティ４ａ、４ｂ、４ｃに圧送する。

ところで、よく知られているように、金型を用いて鋳造
する場合、金型と溶湯の界面で熱移動が起り、溶湯はキ
ー・ビテイの内面に凝固層を形成しながら上昇して行く
。この凝固層の厚さδは、次の（１）式で表わされるよ
うに！５物の断面積（キャビティの断面積）、溶湯の温
度、金型の温度、・・・・・・（１） Ｄ　：鋳物の断面積 λ　：ｌ固層の熱伝導率 θ　：凝固層の温度 θ　：（溶）−の温度−凝固温度） Ｃ：比熱 γ　：比重 Ｖ　：流速 この凝固層がある一定の厚さになると、キャビティ内で
溶湯の流れが停止し、鋳物を形成できなくなってしまう
。

第７図は鋳物の断面積と溶湯の流れが停止する臨界の流
速との関係を示した実験データである。

一方、流速は炉内の圧力の単位時間当りの増加率（以下
加圧速度ｐｖという）とは次の（２）式の関係にある。

ｘ　（Ｖｏ＋Ｖ）＋Ｖ）　ｘＨ ・・・・・・（２） Ｕ　：溶湯の流速 ト１　：充填高さ Ｐｖ：加圧速度 Ａ　：炉内の溶湯の加圧面積 ■。＝炉内の空間体積 Ｖ　：充填体積 γ　：溶湯の比重 このため断面積の変動の少ない一般の鋳物では、鋳物の
代表的な断面積から第７図を用いて溶湯の停止の起きな
い流速Ｖを求め、ざらに（２）式を用いて炉内への加圧
速度を設定してやればよい。

しかしながら、断面積の変動の大きな鋳物では、一定の
加圧速度で鋳造した場合、特にキャビティの断面積の急
変部において、筑ｇ図に矢印で示すように溶湯に渦が生
じ易い。このような渦が生じると、鋳物製品に酸化物の
巻き込みや空気巻き込みによる欠陥などが生じる。この
ため、断面積の急変部においては、加圧速度を変化させ
、渦を生じさせないような流速に変化させる必要がある
。

断面積の変化部分で加圧速度を変化させる方法として、
例えば第６図に示すように、金型４のキャビティ断面積
が変化する部分の近傍に熱電対６ａ。

６ｂを設け、この熱電対６ａ、６ｂにより溶湯が断面積
変化部分に到達し゛たことを検出し、加圧速度を変化さ
せる方法が一般に行なわれている。

このような、従来の加圧鋳造技術による実験結果を以下
に示す。

第９図は実験に使用した金型の概要図である。

上段のキャビティ４Ｃ（断面積の大きな部分）とその下
段のキャビティ４ｂ（断面積の小さな部分）との断面積
の比Ｓ２／Ｓ１を１．５〜１５．０またキャビティ４ｂ
の断面積Ｓ１を１５４ｓｉ〜６１６−に変化させ、純ア
ルミニウムの溶湯を鋳込んだ。加圧速度はキャビティ４
ｃの断面積に応じ、第７図および（２）式を用いて設定
した。圧力切換は断面積変化部分の近傍に設けた熱電対
６ｂからの信号により行なった。また、圧力切換後の加
圧速度は０　、０２　Ｋ９／　ｃｉ／Ｓｅｃで一定とし
た。

第１０図は実験結果を示す表である。Ｓｌが３１４−以
下でかつＳ２／Ｓ１が３．０以上になるとガス欠陥の発
生が著しくなることがわかった。

これは溶湯が断面積変化部分に到達してから実際に熱電
対６ｂが反応するまでに時間的遅れがあり、これが加圧
速度を変化させる時点の遅れとなって現われるからであ
り、キャビティ４ｂの断面積が小さく、高流速が必要な
場合にはその時間的遅れが無視できなくなる。

（発明が解決しようとする問題点） 従来では、溶湯の流動速度を制御するための溶湯流動位
置検出手段として熱雷前を用いていることから、検出作
用に時間的遅れが生じ、必ずしも適確な溶湯の流動速度
の設定が行なえないことがあった。特にキャビティの断
面積変化が大きい場合等に適確な流動速度が得にくく、
鋳物にガス欠陥が生じる等のおそれがあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、溶湯
の流動位置検出が時間遅れなく鋭敏に行なえ、それによ
り溶湯の流動速度が適正に設定でき、ガス欠陥等のない
高品質の鋳物の製造を可能とした加圧鋳造方法および装
置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る加圧鋳造方法は、溶湯を炉内から鋳型に圧
送し、そのｖｉ型内での溶湯の流動速度をキャビティの
断面変化に対応させて制御する加圧鋳造方法において、
溶湯のキャビティ断面変化部近傍への到達を鋳型に埋設
した光学的検出手段で検出し、その検出値に基づいて炉
内における溶湯の加圧力を変化させることを特徴とする
。

また、本発明に係る加圧鋳造装置は、溶湯を収容する炉
と、この炉内で溶湯を加圧する加圧手段と、断面積が異
なるキャビティを有する鋳型と、前記炉と鋳型とを連通
し、加圧溶湯を鋳型に供給する溶湯導入管と、前記鋳型
内に埋設され、キャビティ断面変化部近傍に溶湯が到達
したことを光学的に検出する光学的検出手段と、この検
出手段に接続して設けられ、溶湯の炉内加圧力を変化さ
せることにより、キャビティの断面変化に対応した溶湯
の流動速度を設定する圧力制御装置とを具備してなるこ
とを特徴とする。

（作用） 本発明によれば、キャビティ断面積変化部分での溶湯流
動位置検出を光学的に行なうので検出時間の遅れがなく
、溶湯の速度制御が鋭敏に、かつ確実に行なえるように
なる。したがって、溶湯の流動速度が適正に行なえ、ガ
ス欠点等のない高品質の鋳物の製造が可能となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図〜第５図を参照して説明
する。

まず、加圧鋳造装置の構成について説明する。

第１図（Ａ）に示すように、圧縮空気導入口１１ａを有
する密閉型の炉１１内にるつぼ１２を収納し、このるつ
は１２にアルミニウム溶湯（以下、単に溶湯という）１
３を収容している。

炉１１の上方にアルミニウム鋳造用鋳型としての金型１
４を設置している。金型１４は横断面積の異なるキャビ
ティ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを縦方向に連続的に形成し
たものである。この金型１４のキャビティ１５ａとるつ
ぼ１２とを導入管１６で連通させ、このるつぼ１２内の
溶湯１３の表面に加圧力を作用させることにより、導入
管１６を介して溶湯１３を金型１４のキャビティ１５ａ
に導入するようにしている。

金型１４には、溶湯１３の通過を検出するための検出器
として第１、第２の溶湯通過センサ１７゜１８を設けて
いる。第１溶湯通過センサ１７は断面積の大きい最下部
の第１のキャビティ１５ａの上端部近傍に配置し、断面
積の小さい中間の第２のキャビティ１５ｂに流入する直
前の位置まで溶湯１３が到達したことを検出するもので
ある。また、第２溶潟通過センサ１８は第２のキャビテ
ィ１５ｂの上端部近傍に配置し、断面積の大きい最上部
の第３のキせビティ１５ｃに流入する直前の位置まで溶
湯１３が到達したことを検出するものである。各溶湯通
過センサ１７，１８は溶湯の到達を光学的に検出するも
ので、第２図に第２溶濶通過センサ１８の構成を詳細に
示している。なお、第１溶瀉通過センサ１７は第２溶瀉
通過センサ１８と略同−構成であるから、その説明を省
略する。

第２図に示すように、金型１４の外側からキャビティ１
４ｂに亘って取付孔１９をあけ、この取付孔１９に窓部
材２０と光ファイバ２１とを挿着している。窓部材２０
は耐熱性のある透明材または半透明材、例えばサファイ
ヤや石英ガラスを段付円板状に形成したちので、取付孔
１９のキャビテ、イ１４ｂ側端部に段付筒状の窓ホルダ
２２を介して嵌合している。また、光ファイバ２１は例
えば３００℃程度の高温に耐え得る樹脂製で、これより
も大径な孔を有する中空筒状のファイバホルダ２３によ
って断熱用の空隙２４を周囲にあ【プて保持している。

このファイバホルダ２３は、−Ｑを窓ホルダ２２にねじ
込むとともに、他端をナツト状の治具２５によって金型
１４に固定している。

このファイバホルダ２３の一端側に設けた内鍔２６と、
他端側にねじ込んだキャップ２７の各中心部の孔に光フ
ァイバ２１を挿着し、その光ファイバ２１の軸心と窓部
材２０の軸心とを一致させている。なお、ファイバホル
ダ２３は、その一端で窓部材２０を押圧し、窓部材２０
の保持手段として機能している。

このような光ファイバ２１を第１図（Ａ）に示すように
、溶湯加圧用の圧力制御装置２８に接続している。

圧力制御装置２８は、ザージタンク２９を有し、これか
ら導出した通気管３０に減圧弁３１および複数の電磁弁
３２を介在させている。また、通気管３０には絞り弁３
３および逆止弁３４を設け、その通気管３０はさらに炉
１１の圧縮空気導入口１１ａに導いている。そして、電
磁弁３２に光フアイバユニット３５およびコントロール
ユニット３６を介して光フ？イバ２１を接続している。

次に、鋳造方法を説明する。鋳造開始時には、減圧弁３
１および適宜の電磁弁３２が開き、サージタンク２９内
の圧縮空気が多数の通気管３０のうち選択されたものを
通り、さらに絞り弁３３および逆止弁３４を順次に介し
て類１１内に供給される。これにより、類１１内の圧力
が上昇し、溶湯１３が押し上げられる。押し上げられた
溶湯１３は導入管１６を介して大断面積部である最下段
の第１のキャビティ１５ａ内に導かれる。このとき、第
７図に示す関係に基づき、溶湯１３の流速は第１のキャ
ビティ１５ａ内において凝固により溶湯１３の流れが停
止することのないように制御する。この流速の設定は圧
縮空気による類１１内の加圧速度を適宜に設定すること
によりなされる。

そして、溶湯１３が第１のキャビティ１５ａ内をほぼ完
全に満たし、小断面積部である第２のキャビティ１５ｂ
内に流入する場合、およびこの第２のキャビティ１５ｂ
から大所面積部である第３のキャビティ１５Ｇに流入す
る場合には、それぞれ直前位置に溶湯が到達したことが
第１、第２の各溶湯通過センサ１７，１８によって検知
される。

第３図は、第２溶潟通過センサ１８の作用を概略的に示
し、第４図は同作用を詳細に示す。光ファイバ２１の一
方の層である投光側部２１ａから出た光が窓部材２０を
通過し、キャビティ内を上昇する溶湯１３で反射する。

反射した光は再び窓部材２０を通過し、光ファイバ２１
の他方の層である受光側部２１ｂに入る。その後、光フ
アイバユニット３５で電気信号に変換され、コントロー
ルユニット３６からの指示により多数の通気管３０の各
電磁弁３２のうち、開放される電磁弁３２の組合せが変
化し、類１１内の加圧速度が制御される。この作用を第
１図（Ｂ）に示す。第１のキャビティ１５ａから第２の
キャビティ１５ｂへの流動時は、溶湯１３が凝固による
流れ停止を起さない所定の流速に上昇する。一方、溶湯
１３が小断面積の第２のキャビティ１５ｂ内をほぼ完全
に満たし、大断面積の第３のキャビディ１５ｃ内に流入
する場合には、第２の溶湯通過センサ１８の検出により
、電磁弁３２の組合せが再度変化し、類１１内の加圧速
度が小となる。このため、溶濁１３は乱流を生じない小
さな流速で第３のキャビティ１５Ｃ内に流入する。そし
て、溶湯１３が第３のキャビティ１５ｃ内を完全に満た
し、溶湯１３の凝固が完了した後、Ｐ１１内への圧縮空
気の供給が停止し、以上で鋳造が終了する。

上記実施例によれば、溶湯１３が第１のキャビティ１５
ａから小断面積の第２のキャビティ１５ｂ内に流入する
ときには、その速度を上昇させて、溶湯１３が速い流速
で上昇するようにしたので、凝固による瀉流れ停止を生
ずることがない。また、溶湯１３が小断面積の第２のキ
ャビティ１５ｂから大断面積の第３のキャビティ１５ｃ
内に流入する際にはその流速を低下させて、溶１９１３
が低い流速で第３のキャビティ１５ｃ内に流入するよう
にしたので、溶湯１３への酸化物巻込みや空気巻込みが
防止されガス欠陥の発生等が有効に防止される。特に、
上記実施例では、光ファイバ２１によって溶湯１３の通
過を適確に、かつ瞬時に検知するため、溶湯１３が小断
面積部または大所面積部内に流入する時点に対する時間
的遅れを殆ど生しることなく加圧速度の制御が行なわれ
る。したがって、清濁１３は当初から適切な流速で各キ
ャビティ１５ａ、１５ｂ、１５Ｃ内に流入するようにな
り、湯流れ停止、ガス欠陥等の発生をより確実に防止し
て、高品質の鋳物を成形することができる。第５図は従
来例を説明した第１０図に対応する上記実施例における
実験結果を示すものである。第５図に示すように、実施
例では従来不良となる場合でも全て良好な鋳造が行なえ
ることが認められた。

なお、上記実施例では、本発明を低圧ｉ造に適用したが
、本発明は必ずしもこのような場合に限らず、鋳型内に
溶湯を注入して鋳造する場合に広く適用することができ
るものである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、キャビティの断
面積が変化する部分に溶湯が到達したことを光学的手段
によって瞬時に検出するので、正確な圧力切換が行なえ
、高品質の軽合金鋳物を！ＦＪ造することができるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明に係る加圧鋳造装置の一実施例を
示す構成図、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の金型内にお
ける溶湯の加圧速度制御状態を示すグラフ、第２図は第
１図に示す光学的検出手段を拡大して示す断面図、第３
図および第４図は第２図に示す光学的検出手段の作用説
明図、第５図は実験結果を示す表、第６図は従来例を示
す構成図、第７図は渇流れ臨界速度の傾向を示すグラフ
、第８図は溶湯の乱れを示す部分断面図、第９図は従来
例における問題点を示すために用いた金型の断面図、第
１０図は従来例における実験結果を示す表である。 １１・・・炉、１３・・・溶湯、１４・・・金型、１５
ａ。 １５ｂ、１５ｃ・・・キャビティ、１７．１８・・・溶
湯通過センサ（光学的検出手段）、２０・・・窓部材、
２１・・・光ファイバ。 （Ａ） 第１図 ２Ｑ Ｏ：良 第５図 溶属通過ｌｆｒ面謂ｃｒｄ 第７　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶湯を炉内から鋳型に圧送し、その鋳型内での溶湯
   の流動速度をキャビティの断面変化に対応させて制御す
   る加圧鋳造方法において、溶湯のキャビティ断面変化部
   近傍への到達を鋳型に埋設した光学的検出手段で検出し
   、その検出値に基づいて炉内における溶湯の加圧力を変
   化させることを特徴とする加圧鋳造方法。 ２、溶湯を収容する炉と、この炉内で溶湯を加圧する加
   圧手段と、断面積が異なるキャビティを有する鋳型と、
   前記炉と鋳型とを連通し、加圧溶湯を鋳型に供給する溶
   湯導入管と、前記鋳型内に埋設され、キャビティ断面変
   化部近傍に溶湯が到達したことを光学的に検出する光学
   的検出手段と、この検出手段に接続して設けられ、溶湯
   の炉内加圧力を変化させることにより、キャビティの断
   面変化に対応した溶湯の流動速度を設定する圧力制御装
   置とを具備してなることを特徴とする加圧鋳造装置。 ３、光学的検出手段は鋳型内のキャビティに面した部位
   に設けられた耐熱性材料からなる透明または半透明の窓
   部材と、その窓部材を通してキャビティ内を光学的に観
   察する光ファイバとを有する特許請求の範囲第２項記載
   の加圧鋳造装置。 ４、光ファイバは２層構造とされており、一方の層から
   キャビティ内に投光するともに、他方の層でキャビティ
   内からの反射光を受光するものである特許請求の範囲第
   ３項記載の加圧鋳造装置。