KR101586178B1 - 성형 장치, 반 응고 금속의 제조 장치, 성형 방법 및 반 응고 금속의 제조 방법 - Google Patents

성형 장치, 반 응고 금속의 제조 장치, 성형 방법 및 반 응고 금속의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101586178B1
KR101586178B1 KR1020150144137A KR20150144137A KR101586178B1 KR 101586178 B1 KR101586178 B1 KR 101586178B1 KR 1020150144137 A KR1020150144137 A KR 1020150144137A KR 20150144137 A KR20150144137 A KR 20150144137A KR 101586178 B1 KR101586178 B1 KR 101586178B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
container
metal
metal material
hollow member
cooling
Prior art date
Application number
KR1020150144137A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150120926A (ko
Inventor
고에이 나카타
사토루 아이다
사토시 도미오카
Original Assignee
도시바 기카이 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도시바 기카이 가부시키가이샤 filed Critical 도시바 기카이 가부시키가이샤
Publication of KR20150120926A publication Critical patent/KR20150120926A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101586178B1 publication Critical patent/KR101586178B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/007—Semi-solid pressure die casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/08—Cold chamber machines, i.e. with unheated press chamber into which molten metal is ladled
    • B22D17/10—Cold chamber machines, i.e. with unheated press chamber into which molten metal is ladled with horizontal press motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/203—Injection pistons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
    • B22D17/2218—Cooling or heating equipment for dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D45/00—Equipment for casting, not otherwise provided for

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Furnace Charging Or Discharging (AREA)
  • Extrusion Of Metal (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Confectionery (AREA)

Abstract

본 발명의 과제는, 반 응고 금속을 용기로부터 적절하게 취출할 수 있고, 성형품의 품질을 향상시킬 수 있는 반 응고 금속의 제조 장치를 제공하는 것이다.
반 응고 금속의 제조 장치(1)는, 용기(21)와, 보조 냉각 장치(37)를 갖고 있다. 용기(21)는, 상하 방향으로 개방되는 중공 부재(31)와, 중공 부재(31)의 하방의 개구를 폐색 가능하고 또한 중공 부재(31)와 분리 가능한 바닥 부재(33)를 갖고, 액상의 금속 재료(M)가 주입된다. 보조 냉각 장치(37)는, 바닥 부재(33)를 중공 부재(31)보다도 냉각 가능하다.

Description

성형 장치, 반 응고 금속의 제조 장치, 성형 방법 및 반 응고 금속의 제조 방법{FORMING APPARATUS, APPARATUS FOR PRODUCING SEMI-SOLID METAL, FORMING METHOD AND METHOD FOR PRODUCING SEMI-SOLID METAL}
본 발명은 성형 장치, 반(半) 응고 금속의 제조 장치, 성형 방법 및 반 응고 금속의 제조 방법에 관한 것이다. 성형 방법은, 예를 들어 반 응고 다이캐스트법이다.
반 응고 금속은, 액상의 금속 재료가 용기 내에서 냉각됨으로써 형성된다. 금속 재료는, 반 응고 상태로 되는 과정에 있어서 용기의 내면에 밀착하므로, 금속 재료가 반 응고 상태로 된 후, 용기를 거꾸로 해도 용기로부터 반 응고 금속을 원활하게 취출할 수 없는 경우가 있다.
따라서, 특허문헌 1에서는, 용기로부터 반 응고 금속을 취출하기 위한 방법으로서, 이하와 같은 방법을 개시하고 있다. 우선, 상하 단부가 개방되는 중공 부재와, 중공 부재의 하방의 개구를 막는 바닥 부재로, 용기를 구성한다. 그 용기에 액상의 금속 재료를 주입하고, 반 응고 금속을 형성한다. 반 응고 금속이 형성되면, 용기로부터 바닥 부재를 제거한다. 그리고, 장척의 압박 부재를 중공 부재의 한쪽의 개구로부터 삽입하고, 압박 부재에 의해 반 응고 금속을 중공 부재의 다른 쪽의 개구로 압출한다.
일본 특허 출원 공개 제2006-334665호 공보
특허문헌 1의 기술에서는, 압박 부재의 선단면이 가느다라면, 압박 부재가 반 응고 금속에 깊이 박혀 버려, 반 응고 금속을 압출할 수 없을 우려가 있다. 즉, 압박 부재의 선단면은, 중공 부재의 직경과 동등하게 되어야 하여, 설계의 자유도가 낮다.
따라서, 반 응고 금속을 용기로부터 적절하게 취출할 수 있고, 성형품의 품질을 향상시킬 수 있는 성형 장치, 반 응고 금속의 제조 장치, 성형 방법 및 반 응고 금속의 제조 방법이 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명의 성형 장치는, 금형에 통하는 슬리브와, 상기 슬리브에 반 응고 금속을 공급하는 반 응고 금속의 제조 장치와, 상기 슬리브에 공급된 상기 반 응고 금속을 상기 금형 내로 압출하는 플런저를 갖고, 상기 반 응고 금속의 제조 장치는, 상하 방향으로 개방되는 중공 부재와, 상기 중공 부재의 하방의 개구를 폐색 가능하고 또한 상기 중공 부재와 분리 가능한 바닥 부재를 갖고, 액상의 금속 재료가 주입되는 용기와, 상기 바닥 부재를 상기 중공 부재보다도 냉각 가능한 냉각 장치를 갖는다.
적합하게는, 상기 반 응고 금속의 제조 장치는, 상기 용기 내에 있어서의 상기 반 응고 금속의 상부측이 상기 금형측을, 상기 용기 내에 있어서의 상기 반 응고 금속의 바닥부측이 상기 플런저측을 향하도록, 상기 슬리브에 상기 반 응고 금속을 공급하고, 상기 플런저에서 상기 반 응고 금속이 상기 금형 내에 충전되었을 때, 상기 반 응고 금속의 바닥부의 고상율이 높은 부분은, 방안부에 수용된다.
적합하게는, 상기 반 응고 금속의 제조 장치는, 상기 바닥 부재에 배치된 온도 센서를 더 갖는다.
적합하게는, 상기 바닥 부재는, 상기 중공 부재보다도 두껍다.
적합하게는, 상기 반 응고 금속의 제조 장치는, 상기 중공 부재 내의 상기 반 응고 금속의 바닥부를 상기 중공 부재의 상방의 개구를 향하게 하여 압박하는 압박 장치를 더 갖는다.
적합하게는, 상기 압박 장치는, 압박 부재를 하나의 상기 반 응고 금속의 바닥부에 반복해서 충돌시킨다.
적합하게는, 상기 반 응고 금속의 제조 장치는, 상기 중공 부재를 반송하는 반송 장치를 더 갖고, 상기 압박 장치는, 상기 압박 부재를 왕복 이동시키고, 상기 반송 장치는, 상기 용기에서 상기 반 응고 금속이 생성된 후, 상기 반 응고 금속을 보유 지지하고 있는 상기 중공 부재를 상기 바닥 부재로부터 이격시키고, 그 후, 상기 중공 부재의 하방의 개구를 왕복 이동하는 상기 압박 부재에 근접시켜 가도록, 상기 중공 부재를 반송한다.
적합하게는, 상기 반 응고 금속의 제조 장치는, 하나의 상기 반 응고 금속으로 되는 상기 액상의 금속 재료를 2회 이상으로 나누어 상기 용기에 주입하는 주탕 장치를 더 갖는다.
본 발명의 반 응고 금속의 제조 장치는, 상하 방향으로 개방되는 중공 부재와, 상기 중공 부재의 하방의 개구를 폐색 가능하고 또한 상기 중공 부재와 분리 가능한 바닥 부재를 갖고, 액상의 금속 재료가 주입되는 용기와, 상기 바닥 부재를 상기 중공 부재보다도 냉각 가능한 냉각 장치를 갖는다.
본 발명의 성형 방법은, 상하 방향으로 개방되는 중공 부재를 바닥 부재 상에 배치하여 용기를 구성하는 배치 스텝과, 액상의 금속 재료를 상기 용기 내에 주입하는 주탕 스텝과, 상기 액상의 금속 재료가 주입된 상기 용기에 있어서, 상기 바닥 부재를 상기 중공 부재보다도 냉각하는 냉각 스텝과, 상기 용기 내에서 상기 금속 재료가 냉각되어 생성된 반 응고 금속을 금형에 통하는 슬리브에 공급하는 공급 스텝과, 상기 슬리브 내의 상기 반 응고 금속을 플런저에 의해 상기 금형 내로 압출하는 사출 스텝을 갖는다.
적합하게는, 상기 사출 스텝에서 상기 반 응고 금속을 상기 금형 내에 충전하였을 때에, 상기 반 응고 금속의 바닥부의 고상율이 높은 부분은, 방안부에 수용된다.
본 발명의 반 응고 금속의 제조 방법은, 상하 방향으로 개방되는 중공 부재를 바닥 부재 상에 배치하여 용기를 구성하는 배치 스텝과, 액상의 금속 재료를 상기 용기 내에 주입하는 주탕 스텝과, 상기 액상의 금속 재료가 주입된 상기 용기에 있어서, 상기 바닥 부재를 상기 중공 부재보다도 냉각하는 냉각 스텝을 갖는다.
본 발명에 따르면, 반 응고 금속을 용기로부터 적절하게 취출할 수 있다. 또한, 성형품(제품)의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 반 응고 금속의 제조 장치를 포함하는 성형기의 주요부의 구성을 도시하는 모식도.
도 2는 도 1의 반 응고 금속의 제조 장치의 용기 주변 부분을 도시하는 사시도.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 있어서의 단면도.
도 4는 도 1의 반 응고 금속의 제조 장치의 압박 장치의 구성을 도시하는 모식도.
도 5의 (a)∼도 5의 (d)는 반 응고 금속의 제조 장치의 동작을 중심으로 하여 성형기의 동작을 설명하기 위한 모식도.
도 6의 (a)∼도 6의 (d)는 도 5의 (d)의 계속을 설명하는 모식도.
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)는 주탕 동작의 변형예를 설명하는 도면.
도 8의 (a) 및 도 8의 (b)는 실시예에 있어서의 용기 등의 온도 변화를 나타내는 도면.
도 9의 (a)는 반 응고 상태의 금속 재료의 모식도, 도 9의 (b)∼도 9의 (d)는 도 9의 (a)의 영역 IXb∼IXd에 있어서의 실시예의 금속 재료의 단면의 현미경 사진, 도 9의 (e)∼도 9의 (g)는 비교예에 있어서의 도 9의 (b)∼도 9의 (d)에 대응하는 현미경 사진.
도 10의 (a) 및 도 10의 (b)는 도 6의 영역 Xa 및 Xb에 있어서의 실시예의 금속 재료의 단면의 현미경 사진.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 반 응고 금속의 제조 장치(1)를 포함하는 성형기(성형 장치)(101)의 주요부의 구성을 도시하는 모식도이다.
성형기(101)는, 금속 재료(M)를 금형(103)의 캐비티(103a) 내에서 응고시켜, 성형품을 제조하는 것이다. 성형기(101)는, 예를 들어 다이캐스트 머신이다. 이 경우, 금속 재료(M)는, 예를 들어 알루미늄 합금이다.
성형기(101)는, 액상의 금속 재료(M)로부터 반 응고 상태의 금속 재료(M)를 제조하는 제조 장치(1)와, 그 반 응고 상태의 금속 재료(M)를 금형(103) 내의 캐비티(103a)에 사출하는 사출 장치(105)와, 제조 장치(1) 및 사출 장치(105) 등을 제어하는 제어 장치(107)를 갖고 있다. 또한, 특별히 도시하지 않지만, 이밖에, 성형기(101)는, 금형(103)을 형 체결하는 형 체결 장치, 금형(103)에서 형성된 성형품을 압출하는 압출 장치 등을 갖고 있고, 제어 장치(107)는, 형 체결 장치, 압출 장치 등도 제어한다.
사출 장치(105)는, 금형(103) 내의 캐비티(103a)에 통하는 슬리브(109)와, 슬리브(109) 내를 미끄럼 이동하여 금속 재료(M)를 압출하는 플런저(111)와, 플런저(111)를 구동하는 도시하지 않은 구동 장치를 갖고 있다. 슬리브(109)의 상면에는, 공급구(109a)가 개방되어 있다. 반 응고 상태의 금속 재료(M)는, 공급구(109a)를 통해 슬리브(109) 내에 투하된다.
제어 장치(107)는, 예를 들어 CPU, ROM, RAM 및 외부 기억 장치를 포함하는 컴퓨터에 의해 구성되어 있다. 또한, 제어 장치(107)는, 성형기(101)에 포함되는 각종 장치마다 설치된 제어 장치로 구성되어도 되고, 성형기(101)에 포함되는 모든 장치를 제어하는 1개의 제어 장치로 구성되어도 되고, 성형기(101)에 포함되는 복수의 장치를 제어하는 제어 장치와 그들 이외를 제어하는 제어 장치로 구성되어도 된다.
제조 장치(1)는, 예를 들어 액상의 금속 재료(M)를 보유 지지하는 보유 지지로(3)와, 보유 지지로(3)로부터 액상의 금속 재료를 퍼내는 주탕 장치(5)와, 주탕 장치(5)에 의해 액상의 금속 재료가 주입되고, 주입된 액상의 금속 재료를 반 응고 상태로 하는 반 응고화 장치(7)를 갖고 있다.
보유 지지로(3)는, 공지의 구성으로 되어도 된다. 또한, 보유 지지로(3)는, 용해로를 겸하는 것이어도 된다. 예를 들어, 보유 지지로(3)는, 금속 재료(M)를 수용하는 노체(11)와, 노체(11)에 수용되어 있는 금속 재료(M)를 가열하는 가열 장치(13)와, 노체(11)에 수용되어 있는 금속 재료(M)의 온도를 검출하는 제1 온도 센서(15)를 갖고 있다.
노체(11)는, 예를 들어, 특별히 도시하지 않지만, 세라믹 등의 단열성이 우수한 재료로 이루어지는 용기 내에, 금속 재료(M)의 액상선 온도보다도 고상선 온도 혹은 융점이 높은 금속으로 이루어지는 용기가 배치되어 구성되어 있다. 가열 장치(13)는, 예를 들어 금속 재료(M)를 전자기 유도에 의해 가열하는 코일, 혹은, 가스를 연소하여 금속 재료(M)를 가열하는 연소 장치를 포함하여 구성되어 있다. 제1 온도 센서(15)는, 예를 들어 열전대식의 온도 센서 혹은 방사 온도계에 의해 구성되어 있다.
주탕 장치(5)는, 공지의 구성으로 되어도 된다. 예를 들어, 주탕 장치(5)는, 레이들(17)과, 레이들(17)을 구동 가능한 레이들 반송 장치(19)를 갖고 있다.
레이들(17)은, 금속 재료(M)의 액상선 온도보다도 고상선 온도 혹은 융점이 높은 재료로 이루어지는, 주입구(17a)를 갖는 용기이며, 1샷분의 금속 재료(M)를 수용 가능하다. 레이들 반송 장치(19)는, 예를 들어 다관절 로봇에 의해 구성되어 있고, 레이들(17)을 상하 방향 및 수평 방향으로 이동시키는 것이 가능함과 함께, 주입구(17a)를 상하 이동시키도록 레이들(17)을 경사지게 하는 것이 가능하다.
반 응고화 장치(7)는, 예를 들어 주탕 장치(5)에 의해 액상의 금속 재료(M)가 주입되는 용기(21)와, 용기(21)에 액상의 금속 재료를 주입하기 전에 용기(21)를 냉각하는 프리 냉각 장치(23)와, 용기(21)에 액상의 금속 재료(M)가 주입될 때에 용기(21)가 적재되는 적재 장치(25)와, 용기(21)를 반송하는 용기 반송 장치(27)와, 용기(21)로부터 반 응고 상태의 금속 재료(M)를 취출하기 위한 압박 장치(29)를 갖고 있다.
용기(21)는, 금속 재료(M)의 액상선 온도보다도 고상선 온도 혹은 융점이 높고, 적합하게는 열전도율이 비교적 높은 재료(적합하게는 금속)에 의해 구성되어 있다. 용기(21)는, 1샷분의 금속 재료(M)를 수용 가능하다.
프리 냉각 장치(23)는, 예를 들어 용기(21)를 냉각 매체에 침지함으로써 용기(21)를 냉각한다. 냉각 매체는, 기체여도 되고, 액체여도 된다. 후술하는 바와 같이, 적재 장치(25)도 용기(21)의 냉각 기능을 갖는다. 적재 장치(25)에 더하여 프리 냉각 장치(23)를 설치함으로써, 예를 들어 적재 장치(25)에 적재된 용기(21)에 금속 재료(M)를 주입하면서, 다음으로 금속 재료가 주입되는 용기(21)를 프리 냉각 장치(23)에 의해 냉각하고, 사이클 타임을 단축할 수 있다.
용기 반송 장치(27)는, 예를 들어 다관절 로봇에 의해 구성되어 있고, 용기(21)를 상하 방향 및 수평 방향으로 이동시키는 것이 가능함과 함께, 용기(21)의 상하 방향의 방향을 바꾸는[용기(21)를 거꾸로 하는] 것이 가능하다. 용기 반송 장치(27)는, 용기(21)의 프리 냉각 장치(23)로부터 적재 장치(25)로의 이송 및 용기(21)의 적재 장치(25)로부터 슬리브(109) 상으로의 이송 등을 행한다.
도 2는 반 응고 금속의 제조 장치(1)의 용기(21) 주변 부분을 도시하는 사시도이다. 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 있어서의 단면도이다.
용기(21)는, 당해 용기(21)의 벽부를 구성하는 중공 부재(31)와, 용기(21)의 바닥부를 구성하는 바닥 부재(33)를 갖고 있고, 이들은 분리 가능하게 되어 있다. 용기(21)의 상방에는, 용기(21)에 액상의 금속 재료(M)를 주입하는 것을 보조하기 위한 깔때기(35)가 배치된다.
또한, 적재 장치(25)는, 용기(21)를 냉각하기 위한 보조 냉각 장치(37)(도 3)와, 용기(21) 내의 금속 재료(M)의 온도를 검출하는 제2 온도 센서(39)를 갖고 있다.
또한, 중공 부재(31)는, 반송되어 거꾸로 되는 경우 등이 있지만, 도 2 및 도 3에 도시하는, 액상의 금속 재료(M)가 주입될 때의 상하를 기준으로 하여, 중공 부재(31)에 대해 상방 및 하방 등의 용어를 사용하는 것으로 한다. 또한, 중공 부재(31)에 보유 지지되는 반 응고 상태의 금속 재료(M)에 대해서도 마찬가지로 한다.
중공 부재(31)는, 상하 양단부가 개방되는 중공 형상으로 형성되어 있다. 중공 부재(31)의 개구 방향으로 본 형상은 적절하게 설정되어도 되지만, 금속 재료(M)를 균등하게 냉각하는 관점에서는 원형이 바람직하다[중공 부재(31)는 통 형상인 것이 바람직함]. 중공 부재(31)의 두께는, 예를 들어 일정하다.
또한, 도 3에서는, 중공 부재(31)의 내경이 상방측일수록 크게 되어 있는 경우를 예시하고 있다. 단, 중공 부재(31)의 내경은, 상단부로부터 하단부에 걸쳐 일정해도 된다. 또한, 중공 부재(31)의 외주면에는, 용기 반송 장치(27)에 의한 중공 부재(31)의 보유 지지(예를 들어 파지)가 용이 내지는 확실하게 이루어지도록, 적당한 형상의 부위가 형성되어도 된다.
바닥 부재(33)는, 예를 들어 대략 판 형상의 부재이다. 바닥 부재(33)의 평면 형상은 적절하게 설정되어도 되고, 본 실시 형태에서는 원형을 예시하고 있다. 바닥 부재(33)의 평면에서 볼 때의 외형은, 중공 부재(31)의 개구보다도 넓게 설정되어 있다. 바닥 부재(33)의 두께는, 예를 들어 일정하게 되어 있다. 단, 중앙측과 외주측에서 두께가 달라도 된다. 또한, 바닥 부재(33)의 상면(33a)은, 중앙측과 외주측에서 높이가 다른 등, 경사가 형성되어 있어도 된다.
중공 부재(31)가 바닥 부재(33)의 상면(33a)에 적재되어, 중공 부재(31)의 하방의 개구가 바닥 부재(33)에 의해 막아짐으로써, 용기(21)가 구성된다. 도 2에 있어서, 상면(33a) 중 점선으로 둘러싸서 나타낸 영역은, 용기(21)의 바닥면(21b)을 구성한다.
또한, 중공 부재(31)와 바닥 부재(33) 사이에는, 금속 재료(M)가 유출 불가능하며, 공기(기체)가 유출 가능한 비교적 미소한 간극이 형성되어 있어도 된다. 이러한 간극은, 금속 재료(M)를 용기(21)에 주입하였을 때에 공기를 릴리프시키고, 금속 재료(M)에 공기가 말려 들어가는 것을 억제하는 것에 도움이 된다.
중공 부재(31) 및 바닥 부재(33)는, 예를 들어 바닥 부재(33)가 적재 장치(25)의 기체(43)에 지지되고, 중공 부재(31)가 깔때기(35)에 의해 상방으로부터 압박됨으로써, 서로 고정된다. 깔때기(35)는, 예를 들어 용기 반송 장치(27) 또는 다른 로봇에 의해 위치 유지되고, 중공 부재(31)를 압박하기 위한 힘이 부여된다.
또한, 중공 부재(31) 및 바닥 부재(33)는, 적당한 클램프 수단에 의해 서로 고정되어도 된다. 클램프 수단 등의, 중공 부재(31) 및 바닥 부재(33)를 서로 고정하기 위한 수단이 설치되지 않고, 중공 부재(31)가 바닥 부재(33) 상에 적재되는 것만이어도 된다. 또한, 바닥 부재(33)는, 기체(43)에 고정되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 바닥 부재(33)는, 도시하지 않은 나사에 의해 기체(43)에 고정되어 있다. 중공 부재(31) 및 바닥 부재(33)는, 수평 방향에 있어서 서로 위치 결정하기 위한 위치 결정부를 가지고 있어도 된다. 예를 들어, 바닥 부재(33)에는, 중공 부재(31)의 하방의 테두리부를 수용하는 홈부가 형성되어 있어도 된다.
중공 부재(31) 및 바닥 부재(33)의 재료는, 서로 동일해도 되고, 서로 달라도 된다. 서로 다른 경우, 바닥 부재(33)의 재료는, 중공 부재(31)의 재료보다도 열전도율이 높은 것이 바람직하다. 예를 들어, 중공 부재(31)가 스테인리스강에 의해 구성되어 있는 것에 반해, 바닥 부재(33)는 구리(순구리)에 의해 구성된다.
또한, 중공 부재(31) 및 바닥 부재(33)의 두께는, 서로 동일해도 되고, 서로 달라도 된다. 서로 다른 경우, 바닥 부재(33)의 두께는, 중공 부재(31)의 두께보다도 두꺼운 것이 바람직하다.
깔때기(35)는, 금속 재료(M)의 액상선 온도보다도 고상선 온도 혹은 융점이 높고, 적합하게는 열전도율이 비교적 높은 재료(적합하게는 금속)에 의해 구성되어 있다. 깔때기(35)는, 상방측일수록 직경이 커지는 중공 형상의 부재이며, 하방 단부는 용기(21)의 상방의 개구에 삽입된다. 또한, 깔때기(35)의 내벽의 경사는, 용기(21)의 내벽의 경사보다도 큰 것이 바람직하다.
보조 냉각 장치(37)(도 3)는, 예를 들어 용기(21) 중 바닥 부재(33)의 냉각을 행한다. 보조 냉각 장치(37)는, 예를 들어 바닥 부재(33)에 형성된 유로(33c)와, 유로(33c)를 흐르는 냉매를 냉각하는 열교환기(45)와, 냉매의 흐름을 발생시키는 펌프(47)를 포함하여 구성되어 있다.
냉매는 예를 들어 물이다. 유로(33c)의 형상은 적절하게 설정되어도 된다. 도 3에서는, 바닥 부재(33)의 중심 주위로 주회하는 형상의 유로(33c)를 예시하고 있다. 열교환기(45) 및 펌프(47)는, 공지의 구성의 것으로 되어도 된다.
제2 온도 센서(39)는, 예를 들어 접촉형의 온도 센서이며, 보다 구체적으로는, 예를 들어 열전대식의 온도 센서이다. 제2 온도 센서(39)는, 바닥 부재(33)에 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 제2 온도 센서(39)는, 바닥 부재(33)를 상하로 관통하는 구멍부에 끼워 맞추어져 있고, 바닥면(21b)에서 용기(21) 내에 노출되어 있다. 따라서, 제2 온도 센서(39)는, 용기(21)에 주입된 금속 재료(M)에 접촉하여 금속 재료(M)의 온도를 직접적으로 검출할 수 있다.
또한, 제2 온도 센서(39)의 정상면은, 용기(21)의 바닥면(21b)에 단차가 발생하지 않도록 바닥 부재(33)의 상면(33a)과 연속되어 있는 것이 바람직하다. 제2 온도 센서(39)는, 바닥면(21b) 중 적당한 위치에 배치되어도 되고, 본 실시 형태에서는, 바닥면(21b)의 중심으로부터 조금 어긋난 위치에 배치된 경우를 예시하고 있다.
도 4는 압박 장치(29)의 구성을 도시하는 모식도이다.
압박 장치(29)는, 예를 들어 에어 실린더(49)와, 에어 실린더(49)에 공기를 공급하는 공압 회로(51)를 갖고 있다.
에어 실린더(49)는, 예를 들어 스프링이 구비된 단동형 실린더에 의해 구성되어 있고, 실린더부(53)와, 실린더부(53) 내를 미끄럼 이동 가능한 피스톤(55)과, 피스톤(55)에 고정되고, 실린더부(53)로부터 연장되는 피스톤 로드(57)와, 피스톤(55)을 가압하는 스프링(59)을 갖고 있다.
피스톤(55)은, 실린더부(53)의 내부를 전방[피스톤 로드(57)측]의 로드측실(53r)과, 후방[피스톤 로드(57)와는 반대측]의 헤드측실(53h)로 구획하고 있다. 그리고, 헤드측실(53h)에 공기가 공급됨으로써, 피스톤(55) 및 피스톤 로드(57)는 전진한다. 또한, 로드측실(53r)은, 예를 들어 대기 개방되어 있다.
스프링(59)은, 예를 들어 로드측실(53r)에 수용되어 있고, 실린더부(53)에 대해 피스톤(55)을 후방으로 가압하고 있다. 따라서, 헤드측실(53h)의 압력 제거가 이루어지면, 피스톤(55) 및 피스톤 로드(57)는 후퇴한다.
에어 실린더(49)는, 예를 들어 도 1에 도시하는 바와 같이, 슬리브(109)의 공급구(109a)보다도 상방, 또한, 공급구(109a)에 대해 후방측에, 슬리브(109)에 대해 고정적으로 설치되어 있다. 또한, 에어 실린더(49)는, 연직 방향에 대해 전후 방향으로 비스듬히, 또한, 피스톤 로드(57)가 연장되는 방향을 공급구(109a)를 향하게 하도록 배치되어 있다. 또한, 에어 실린더(49)는, 그 전체가 공급구(109a)의 전체보다도 후방측에 위치하고 있을 필요는 없다.
한편, 도 1 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 공급구(109a)와 에어 실린더(49) 사이에는, 반 응고 상태로 된 금속 재료(M)를 보유 지지하고 있는 중공 부재(31)가 반송된다. 중공 부재(31)는, 연직 방향에 대해 에어 실린더(49)와 대략 동일한 방향으로 경사지고, 상부측이 공급구(109a)를 향하고, 바닥부측이 에어 실린더(49)를 향한다.
따라서, 중공 부재(31)를 보유 지지하고 있는 용기 반송 장치(27)의 보유 지지부(27a)를 에어 실린더(49)측으로 이동시킴으로써, 및／또는, 피스톤 로드(57)를 실린더부(53)로부터 돌출시킴으로써, 피스톤 로드(57)는, 반 응고 상태의 금속 재료(M)의 바닥부에 접촉 가능하다.
공압 회로(51)는, 특별히 도시하지 않지만, 펌프, 어큐뮬레이터, 밸브 등을 포함하여 구성되어 있고, 제어 장치(107)로부터의 제어 신호에 기초하여 동작한다. 공압 회로(51)는, 헤드측실(53h)에 접속되어 있고, 헤드측실(53h)의 압력을 제어 가능하다.
예를 들어, 공압 회로(51)는, 어큐뮬레이터와 헤드측실(53h) 사이의 밸브를 개폐함으로써, 어큐뮬레이터에 축압된 소정의 압력의 공기를 적당한 타이밍 및 시간 길이로 헤드측실(53h)에 공급 가능하다. 또한, 공압 회로(51)는, 공압 회로(51)의 외부(대기 분위기)와 헤드측실(53h) 사이의 밸브를 개폐함으로써, 적당한 타이밍 및 시간 길이로 헤드측실(53h)의 압력 제거가 가능하다.
또한, 공압 회로(51)는, 상술한 바와 같은, 헤드측실(53h)에의 공기의 공급과, 헤드측실(53h)의 압력 제거를 적당한 주기로 반복하는 것이 가능하다. 이 경우, 피스톤 로드(57)는, 헤드측실(53h)의 압력에 의한 전진과, 스프링(59)에 의한 후퇴를 반복한다. 즉, 압박 장치(29)는, 피스톤 로드(57)를, 반 응고 상태의 금속 재료(M)에 근접·이격하는 방향에 있어서 왕복 이동(진동)시키는 것이 가능하다.
(제조 장치의 동작)
다음으로, 제조 장치(1)의 동작을 중심으로 하여 성형기(101)의 동작을 설명한다.
제어 장치(107)는, 제1 온도 센서(15)의 검출값에 기초하여 가열 장치(13)를 제어하고, 노체(11)에 수용되어 있는 금속 재료(M)의 온도를 소정의 제1 온도 T1로 유지한다. 제1 온도 T1은, 금속 재료(M)의 액상선 온도보다도 높은 온도이며, 금속 재료(M)는, 그 전부가 액상으로 되어 있다.
용기(21) 중 바닥 부재(33)는, 성형기(101)의 전체 공정을 통해 적재 장치(25)의 기체(43)에 적재된 상태로 된다. 제어 장치(107)는, 도시하지 않은 온도 센서 또는 제2 온도 센서(39)의 검출값에 기초하여 보조 냉각 장치(37)를 제어하고, 금속 재료(M)가 용기(21)에 주입되기 전의 바닥 부재(33)의 온도를 소정의 제2 온도 T2로 한다. 제2 온도 T2는, 금속 재료(M)의 액상선 온도보다도 낮은 온도이다.
용기(21) 중 중공 부재(31)는, 용기 반송 장치(27)로 반송됨으로써, 프리 냉각 장치(23), 적재 장치(25) 및 슬리브(109) 상의 사이에서 이동 가능하다. 제어 장치(107)는, 중공 부재(31)를 프리 냉각 장치(23)로 반송하도록 용기 반송 장치(27)를 제어함과 함께, 중공 부재(31)의 온도를 소정의 제3 온도 T3으로 하도록 프리 냉각 장치(23)를 제어한다. 제3 온도 T3은, 금속 재료(M)의 액상선 온도보다도 낮은 온도이다.
또한, T2 및 T3은 서로 동일해도 되고, 서로 달라도 된다. 서로 다른 경우에는, T2＜T3인 것이 바람직하다. T2＜T3의 경우, T2＝T3에 비교하여, 용기(21)의 바닥측에 있어서 금속 재료(M)의 응고가 진행되기 쉬워진다.
도 5의 (a)∼도 5의 (d) 및 도 6의 (a)∼도 6의 (d)는 금속 재료(M)가 아직 주입되어 있지 않은 바닥 부재(33) 및 중공 부재(31)를 제2 온도 T2 및 제3 온도 T3으로 냉각한 후의 공정을 설명하는 모식도이다.
도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(107)는, 중공 부재(31)를 바닥 부재(33) 상으로 반송하도록 용기 반송 장치(27)를 제어한다. 이에 의해, 중공 부재(31) 및 바닥 부재(33)로 이루어지는 용기(21)가 구성된다.
다음으로, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(107)는, 깔때기(35)를 중공 부재(31) 상으로 반송하도록 용기 반송 장치(27) 또는 다른 도시하지 않은 로봇을 제어한다. 이에 의해, 이미 설명한 바와 같이, 중공 부재(31)는, 깔때기(35)에 의해 압박되어 위치 유지된다.
다음으로, 도 5의 (c)에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(107)는, 레이들(17)에 의해 액상의 금속 재료(M)를 깔때기(35)를 통해 용기(21)에 주입하도록 레이들 반송 장치(19)를 제어한다.
이때, 레이들(17)의 위치 등은, 금속 재료(M)가 깔때기(35)의 내면에 접촉(충돌)하도록 제어되는 것이 바람직하다. 이 경우, 금속 재료(M)의 열이 깔때기(35)에 전달되고, 또한, 금속 재료(M)에 대류가 발생한다. 그 결과, 금속 재료(M)의 냉각이 빠르게 행해진다고 기대된다.
도 5의 (d)에 도시하는 바와 같이, 금속 재료(M)가 용기(21) 내에 주입되면, 금속 재료(M)의 열은 용기(21)에 전달되고, 금속 재료(M)는 냉각된다. 또한, 금속 재료(M)는, 어느 정도의 높이로부터 용기(21) 내에 주입됨으로써, 흐름을 발생시키고, 교반된다. 그 결과, 금속 재료(M)는, 반 응고 상태로 된다.
이때, 용기(21)의 바닥부에 있어서의 냉각은, 용기(21)의 중부 및 상부에 있어서의 냉각에 우선하여 행해진다. 즉, 금속 재료(M)의 바닥부에 있어서의 냉각 속도는, 금속 재료(M)의 중부 및 상부에 있어서의 냉각 속도보다도 빠르다. 다른 관점에서는, 금속 재료(M)에 있어서는, 바닥부의 온도가 중부 및 상부의 온도에 비교하여 낮아지는 온도 구배가 발생한다.
이러한 냉각은, 예를 들어 이하에 열거하는 적어도 어느 하나의 구성 내지는 동작에 의해 실현된다. 바닥 부재(33)의 두께는 중공 부재(31)의 두께보다도 두껍다. 바닥 부재(33)의 열전도율은 중공 부재(31)의 열전도율보다도 높다. T2＜T3이다. 주탕 후에도 보조 냉각 장치(37)에 의한 바닥 부재(33)의 냉각이 계속된다.
또한, 이러한 냉각에 의해, 후술하는 바와 같이, 용기(21) 내에서 생성되는 반 응고 상태의 금속 재료(M) 중, 다른 부분보다도 고상율이 높은 바닥부가 형성된다.
또한, 실험이나 시뮬레이션 등을 행함으로써, 후술하는 바와 같이, 생성되는 반 응고 상태의 금속 재료(M) 중, 바닥부의 양이, 예를 들어 방안부(비스킷)의 양의 절반 이하로 되도록, 바닥 부재(33)의 두께, 보조 냉각 장치(37)에 의한 바닥 부재(33)에의 냉각량, 등이 설계 또는 설정된다.
금속 재료(M)의 해칭을 바닥부와 중부 및 상부에서 다르게 하여 도시하고 있는 바와 같이, 금속 재료(M)는, 바닥부에 있어서의 냉각 속도가 중부 및 상부에 있어서의 냉각 속도보다도 빠르므로, 금속 재료(M)의 바닥부의 고상율은, 금속 재료(M)의 중부 및 상부의 고상율에 비교하여 높아진다.
또한, 금속 재료(M)는, 바닥부에 있어서의 냉각 속도가 중부 및 상부에 있어서의 냉각 속도보다도 빠르므로, 바닥부에 있어서의 교반은, 중부 및 상부에 있어서의 교반보다도 불충분해지기 쉽다. 그리고, 바닥부는, 냉각 속도가 빠르고, 또한, 교반이 불충분하므로, 결정이 나뭇가지 형상으로 미세해진다. 한편, 중부 및 상부에 있어서는, 냉각 속도가 느리고, 또한, 교반이 충분하므로, 결정이 둥글게(입상으로) 된다.
금속 재료(M)의 냉각의 과정에 있어서, 제어 장치(107)는, 제2 온도 센서(39)가 검출하는 온도를 감시한다. 제2 온도 센서(39)의 검출 온도는, 액상의 금속 재료(M)가 용기(21)에 주입되고, 금속 재료(M)가 제2 온도 센서(39)에 접촉함으로써 급격하게 상승하고, 그 후, 금속 재료(M)의 열이 용기(21)에 빼앗김으로써 저하되어 간다. 제어 장치(107)는, 이 저하되어 가는 온도가 소정의 목표 온도 Tt에 도달하는지 여부를 판정한다.
제2 온도 센서(39)에 의해 검출되는 온도와, 반 응고 금속의 고상율 사이에는 상관이 있다. 그리고, 목표 온도 Tt는, 제조 장치(1)를 사용한 실험 등에 기초하여, 원하는 고상율에 대응한 온도로 설정된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 상술한 바와 같이, 금속 재료(M)의 바닥부는, 고상율이 높아지는 것이 의도되어 있다. 또한, 제2 온도 센서(39)는, 보조 냉각 장치(37)의 영향을 받으므로, 제조 장치(1)의 구성에 따라서는, 제2 온도 센서(39)의 검출 온도는, 금속 재료(M)의 바닥부의 온도보다도 낮아지는 경우도 있다. 따라서, 목표 온도 Tt는, 금속 재료(M)의 고상선 온도보다도 높을 필요는 없다.
또한, 제2 온도 센서(39)의 검출 온도가 목표 온도 Tt에 도달하기 전에 용기(21) 및 금속 재료(M)가 열평형에 이르지 않도록, 용기(21)는 미리 충분히 냉각되거나, 및／또는, 금속 재료(M)를 주입한 후에도 보조 냉각 장치(37)에 의한 냉각은 계속된다.
제2 온도 센서(39)가 검출하는 온도가 목표 온도 Tt에 도달하면, 제어 장치(107)는, 금속 재료(M)의 냉각을 정지하여 금속 재료(M)를 용기(21)로부터 취출하기 위한 처리를 개시한다.
구체적으로는, 우선, 깔때기(35)를 제거하도록 용기 반송 장치(27) 또는 다른 도시하지 않은 로봇을 제어하고, 또한, 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 중공 부재(31)를 들어올리도록 용기 반송 장치(27)를 제어한다. 반 응고 상태의 금속 재료(M)는, 중공 부재(31)에 보유 지지되어 있고, 중공 부재(31)와 함께 바닥 부재(33)로부터 이격된다.
다음으로, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(107)는, 금속 재료(M)를 보유 지지하고 있는 중공 부재(31)를 슬리브(109)의 공급구(109a)와 에어 실린더(49) 사이에 반송하도록 용기 반송 장치(27)를 제어한다. 중공 부재(31)는, 연직 방향에 대해 비스듬히, 또한, 바닥부측을 에어 실린더(49)를, 상부측을 공급구(109a)를 향하게 하여 배치된다.
이 시점에 있어서는, 금속 재료(M)의 바닥면은, 피스톤 로드(57)의 선단에 접촉하고 있지 않다. 예를 들어, 금속 재료(M)의 바닥면은, 피스톤 로드(57)(의 선단)의 스트로크 밖에 위치하거나, 피스톤 로드(57)의 스트로크 내이며, 후퇴한에 위치하는 피스톤 로드(57)로부터 소정의 거리만큼 이격된 위치에 위치하고 있다.
다음으로, 도 6의 (c)에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(107)는, 피스톤 로드(57)를 왕복 운동시키도록(화살표 y1 참조) 공압 회로(51)를 제어함과 함께, 중공 부재(31)를 에어 실린더(49)에 근접시키도록 용기 반송 장치(27)를 제어한다. 또한, 중공 부재(31)를 에어 실린더(49)에 근접시키는 속도는, 피스톤 로드(57)가 후퇴하는 속도보다도 늦다. 또한, 중공 부재(31)의 이동 및 피스톤 로드(57)의 진동은, 어느 것이 먼저 개시되어도 되고, 동시에 개시되어도 된다.
상기한 바와 같은 동작의 결과, 피스톤 로드(57)는, 반 응고 상태의 금속 재료(M)의 바닥면에 반복해서 충돌한다. 충돌에 의해, 금속 재료(M)는, 중공 부재(31)의 내면으로부터 박리되고, 중공 부재(31)로부터 낙하한다.
또한, 에어 실린더(49)의 스트로크, 에어 실린더(49)의 동작 및 용기 반송 장치(27)의 동작 등은, 금속 재료(M)가 중공 부재(31)에 대해 최초의 위치로부터 어느 정도 어긋난 후에는, 중력에 의해서만 금속 재료(M)가 중공 부재(31)의 밖으로 낙하하도록 설정되어도 되고, 금속 재료(M)의 대략 전체가 중공 부재(31)의 밖에 위치할 때까지 피스톤 로드(57)가 금속 재료(M)에 접촉하도록 설정되어도 된다.
중공 부재(31)로부터 낙하한 금속 재료(M)는, 공급구(109a)를 통해 슬리브(109) 내에 수용된다. 중공 부재(31)는, 상방의 개구를 슬리브(109)의 후방으로부터 전방을 향하게 하도록, 연직 방향에 대해 비스듬히 경사져 거꾸로 되어 있으므로, 금속 재료(M)는, 슬리브(109) 내에 있어서, 상부를 금형(103)[캐비티(103a)]측을, 바닥부를 플런저(111)측을 향하게 한다.
그 후, 도 6의 (d)에 도시하는 바와 같이, 플런저(111)가 슬리브(109) 내를 전진하면, 금속 재료(M)가 금형(103) 내의 캐비티(103a)에 사출된다. 그리고, 금속 재료(M)가 캐비티(103a) 내[금형(103) 내]에서 냉각되어 응고됨으로써, 성형품이 형성된다.
이때, 금속 재료(M) 중, 고상율이 높은 바닥부는, 방안부(비스킷)에 수용된다. 방안부의 크기는, 예를 들어 플런저(111)의 이동 방향에 있어서, 15㎜∼30㎜이다. 고상율이 높은 바닥부는, 예를 들어 그 절반 이하의 양이다.
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 반 응고 금속의 제조 장치(1)는, 용기(21)와, 보조 냉각 장치(37)를 갖고 있다. 용기(21)는, 상하 방향으로 개방되는 중공 부재(31)와, 중공 부재(31)의 하방의 개구를 폐색 가능하고 또한 중공 부재(31)와 분리 가능한 바닥 부재(33)를 갖고, 액상의 금속 재료(M)가 주입된다. 보조 냉각 장치(37)는, 직접적으로는 용기(21) 중 바닥 부재(33)만을 냉각한다. 바꾸어 말하면, 보조 냉각 장치(37)는, 바닥 부재(33)를 중공 부재(31)보다도 냉각 가능하다.
따라서, 바닥 부재(33)를 중공 부재(31)로부터 이격시킴으로써 중공 부재(31)로부터 노출되는 반 응고 금속의 바닥부는, 고상율이 높아진다. 그 결과, 예를 들어, 이 고상율이 높은 부분을 압박할 수 있고, 나아가서는, 반 응고 금속을 적절하게 취출할 수 있다. 예를 들어, 피스톤 로드(57)가 금속 재료(M)에 깊이 박히는 것이 억제된다. 그 결과, 예를 들어 금속 재료(M)를 압박하는 부재의 금속 재료(M)에 대한 접촉 면적을 크게 할 필요성이 저감된다. 즉, 설계의 자유도가 높아진다. 한편, 고상율이 높은 것은 일부(바닥부)만이므로, 전체적으로의 품질을 높게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 압박 장치(29)는, 피스톤 로드(57)를 하나의 반 응고 상태의 금속 재료(M)의 바닥부에 반복해서 충돌시킨다.
따라서, 금속 재료(M)를 용기(21)[중공 부재(31)]로부터 박리시키는 충격을 효과적으로 금속 재료(M)에 부여할 수 있다. 다른 관점에서는, 1스트로크로, 또한, 천천히 금속 재료(M)를 압출하는 경우에 비교하여, 압박 장치(29)[에어 실린더(49)]를 소형화할 수 있다. 금속 재료(M)가 압출될 때에 용기(21)를 보유 지지하는 용기 반송 장치(27)에 대해서도, 보유 지지부(27a)의 보유 지지력 저감이 기대된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제조 장치(1)는, 용기(21)의 적어도 일부를 반송하는 용기 반송 장치(27)를 갖고 있다. 용기(21)는, 당해 용기의 벽부를 구성하고, 상하 양단부가 개방되어 있는 중공 부재(31)와, 중공 부재(31)의 하단부의 개구를 막고, 용기(21)의 바닥부를 구성하는 바닥 부재(33)를 갖고 있다. 압박 장치(29)는, 피스톤 로드(57)를 왕복 이동시킨다. 용기 반송 장치(27)는, 용기(21)에서 반 응고 금속이 생성된 후, 반 응고 금속을 보유 지지하고 있는 중공 부재(31)를 바닥 부재(33)로부터 이격시키고, 그 후, 중공 부재(31)의 하방의 개구를 왕복 이동하고 있는 피스톤 로드(57)에 근접시켜 가도록, 중공 부재(31)를 반송한다.
따라서, 상기한 바와 같이 피스톤 로드(57)를 금속 재료(M)의 바닥부에 반복해서 충돌시키기 위한 구성이 전체적으로 간편하고 또한 효과적으로 구성된다. 구체적으로는, 우선, 용기(21)의 분리에 의해 금속 재료(M)의 바닥부가 간편하게 노출된다. 또한, 용기 반송 장치(27)가 용기(21)의 분리 동작, 및, 피스톤 로드(57)의 금속 재료(M)에의 충돌 동작의 양쪽에 겸용된다. 이 겸용에 의해, 예를 들어 에어 실린더(49)의 스트로크를 작게 할 수 있다. 다른 관점에서는, 에어 실린더(49)[실린더부(53)]의 이동은 불필요하다. 또한, 금속 재료(M)는, 용기 반송 장치(27)에 의한 중공 부재(31)의 이동 속도와, 피스톤 로드(57)의 이동 속도의 합으로 충돌하므로, 효과적으로 충돌이 이루어진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 성형기(101)는, 상기한 바와 같이 다양한 효과를 발휘하는 반 응고 금속의 제조 장치(1)와, 금형(103) 내의 캐비티(103a)에 통하는 슬리브(109)와, 슬리브(109)에 공급된 반 응고 상태의 금속 재료(M)를 금형(103) 내의 캐비티(103a)로 압출하는 플런저(111)를 갖고 있다. 제조 장치(1)는, 반 응고 상태의 금속 재료(M)의 상부측을 금형(103)[캐비티(103a)]측을, 금속 재료(M)의 바닥부측을 플런저(111)측을 향하게 하도록, 슬리브(109)에 금속 재료(M)를 공급한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 실험이나 시뮬레이션 등의 결과를 이용하여, 용기(21) 내에서 생성되는 반 응고 상태의 금속 재료(M) 중, 중부나 상부보다도 고상율을 높게 하는 바닥부의 두께가, 방안부(비스킷)의 두께의 절반 이하로 되도록, 반 응고 상태의 금속 재료(M)를 생성한다. 또한, 용기(21)의 바닥면에 평행한 단면적과, 슬리브(109)의 사출 방향에 직교하는 단면적은 근사하고 있다.
따라서, 반 응고 상태의 금속 재료(M) 중, 결정이 입상으로 성장하지 않은 바닥부는 방안부측에 위치하고, 결정이 입상으로 성장한 상부 및 중부는, 제품부측에 위치한다. 보다 바람직하게는, 금속 재료(M)의 바닥부는, 방안부에 수용된다. 즉, 성형품의 성형에 있어서, 반 응고 상태의 금속 재료(M) 중 결정이 입상으로 성장하지 않은 바닥부는, 성형품(제품)을 형성하는 부분으로는 되지 않는다. 그 결과, 상기한 바와 같은 바닥부측의 고상율이 높게 된 것에 의한 바람직한 효과를 얻으면서도, 제품(성형품)의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 반 응고 금속의 생성 방법은, 상하 방향으로 개방되는 중공 부재(31)를 바닥 부재(33) 상에 배치하여 용기(21)를 구성하는 배치 스텝[도 5의 (a)]과, 액상의 금속 재료(M)를 용기(21) 내에 주입하는 주탕 스텝[도 5의 (c)]과, 액상의 금속 재료(M)가 주입된 용기(21)에 있어서, 바닥 부재(33)를 중공 부재(31)보다도 냉각하는 냉각 스텝[도 5의 (d)]을 갖고 있다. 따라서, 상술한 본 실시 형태의 제조 장치(1)와 마찬가지의 효과가 발휘된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 성형 방법은, 상기한 생성 방법의 각 스텝과, 반 응고 금속을 금형(103) 내의 캐비티(103a)에 통하는 슬리브(109)에 공급하는 공급 스텝[도 6의 (c)]과, 슬리브(109) 내의 반 응고 금속을 플런저(111)에 의해 금형(103) 내의 캐비티(103a)로 압출하는 사출 스텝[도 6의 (d)]을 갖고 있다. 공급 스텝에서는, 반 응고 금속의 상부측이 금형(103)[캐비티(103a)]측을, 반 응고 금속의 바닥부측이 플런저(111)측을 향하도록, 슬리브(109)에 반 응고 금속을 공급한다. 따라서, 상술한 본 실시 형태의 성형기(101)와 마찬가지의 효과가 발휘된다.
(주탕 동작의 변형예)
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)는 액상의 금속 재료(M)의 용기(21)에의 주탕 동작의 변형예를 설명하는 도면이다.
이 변형예에 있어서, 성형기(101) 및 반 응고 금속의 제조 장치(1)의 구조는, 제1 실시 형태와 마찬가지이며, 또한, 액상의 금속 재료(M)의 용기(21)에의 주탕 동작 이외의 동작도, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
이 변형예의 주탕 동작에 있어서는, 우선, 실시 형태와 마찬가지로, 액상의 금속 재료(M)가 깔때기(35)를 통해 용기(21)에 주입된다[도 5의 (c) 참조]. 그러나, 실시 형태에 있어서는, 레이들(17)이 보유 지지하고 있었던 1샷분의 금속 재료(M)가 모두 한번에 용기(21)에 주입된 것에 반해, 이 변형예에 있어서는, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 일단 주탕을 중단한다.
이 주탕의 중단의 동안에, 용기(21)에 이미 주입된 금속 재료(M)는, 그 열이 용기(21)에 전달되어 냉각된다. 한편, 레이들(17)에 남은 금속 재료(M)는, 냉각되지 않는다. 즉, 양자에는 온도차가 발생한다. 다른 관점에서는, 이미 주입된 금속 재료(M)에 있어서 고상율이 상승한다. 또한, 일단 주탕이 중단되기 전에 용기(21) 내에 주입되는 금속 재료(M)의 양은, 실험이나 시뮬레이션 등의 결과를 이용하여, 일단 주탕이 중단되기 전에 주입된 금속 재료(M)가 용기(21) 내에서 형성하는 높이가 방안부(비스킷)의 두께의 절반 이하로 되는 양으로 정해져 있다. 또한, 용기(21)의 바닥면에 평행한 단면적과, 슬리브(109)의 사출 방향에 직교하는 단면적은 근사하고 있다.
다음으로, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 액상의 금속 재료(M)의 용기(21)에의 주탕이 재개된다. 주탕된 금속 재료(M)는, 이미 용기(21) 내에 있는 금속 재료(M)와 함께, 그 열이 용기(21)에 전달되어 냉각된다. 또한, 용기(21) 내에 있어서는, 금속 재료(M)가 주입됨으로써 교반이 발생한다.
따라서, 용기(21)에 주입된 금속 재료(M)는, 전체적으로 반 응고 상태로 되고, 또한, 먼저 주입된 금속 재료(M)는, 주로 반 응고 금속의 바닥부를 구성한다. 그리고, 이 바닥부는, 먼저 냉각되어 있었던 것에 의해, 중부 및 상부보다도 고상율이 높아진다. 그 결과, 실시 형태와 마찬가지의 다양한 효과가 얻어진다.
이와 같이, 용기(21)에 있어서, 바닥부에 있어서의 금속 재료(M)의 냉각을 중부 및 상부에 있어서의 금속 재료(M)의 냉각에 우선하여 행하는 방법은, 실시 형태에 있어서 나타낸, 바닥부에 있어서의 냉각 속도를 중부 및 상부에 있어서의 냉각 속도보다도 빠르게 하는 방법에 한정되지 않고, 하나의 반 응고 금속으로 되는 액상의 금속 재료를 2회 이상으로 나누어 용기(21)에 주입함으로써도 실현된다.
또한, 실시 형태에 있어서 예시한 방법과, 변형예의 방법이 조합되어도 된다. 또한, 주탕을 2회 이상으로 나눈 경우, 먼저 주입된 금속 재료(M)의 열에 의해 용기(21)의 온도는 상승하므로, 나중에 주입된 금속 재료(M)의 냉각 속도는 완만해지기 쉽다. 따라서, 변형예의 방법은, 냉각 속도의 변화를 수반하는 경우가 많다.
변형예의 방법에 있어서는, 실시 형태와는 다른 효과도 발휘된다. 예를 들어, 먼저 주입된 금속 재료(M)의 고상율이 상승하고 나서, 모든 금속 재료(M)에 의한 하중이 금속 재료(M)의 바닥부에 가해지게 되므로, 중공 부재(31)와 바닥 부재(33)의 간극으로부터 금속 재료(M)가 누설되는 것이 억제된다.
(실시예)
실시 형태에 나타낸 성형기(101)[제조 장치(1)]를 실제로 제작하여, 반 응고 금속의 제조 및 성형품의 성형을 행하였다. 이 실시예에 있어서의, 각종 온도의 계측 결과 및 금속 재료(M)의 사진을 이하에 나타낸다. 또한, 실시예에 있어서의 금속 재료(M)의 고상선 온도는 약 555℃이고, 액상선 온도는 610∼620℃이다.
도 8의 (a)는 용기(21)의 바닥부에 있어서의 온도 변화를 나타내는 도면이다. 횡축은, 복수 사이클(샷)에 걸치는 시간을 나타내고, 횡축에 부여된 숫자는, 샷수를 나타내고 있다. 종축은, 제2 온도 센서(39)(도 2)의 검출 온도를 나타내고 있다.
제2 온도 센서(39)의 검출 온도는, 개략, 주탕 전에 있어서의 보조 냉각 장치(37)의 냉각에 의한 온도 저하와, 주탕에 의한 온도 상승을 반복하고 있다. 각 사이클에 있어서의 최댓값 부근의 온도는, 개략, 용기(21) 내의 금속 재료(M)의 바닥부의 온도라고 간주해도 된다.
이 도면에 있어서, 대략 15샷 이후에 있어서, 온도 변화가 안정되어 있다. 이 기간에 있어서, 각 사이클의 온도의 최댓값은, 약 420℃로 되어 있고, 금속 재료(M)의 바닥부의 온도는, 고상선 온도보다도 충분히 낮게 되어 있는 것을 알 수 있다.
도 8의 (b)는 용기(21) 및 금속 재료(M)의 중부에 있어서의 온도 변화를 나타내는 도면이다. 횡축은, 1샷 내의 시간(초)을 나타내고, 종축은, 온도를 나타내고 있다. 선 L1은, 금속 재료(M)의 중부(또한 평면에서 볼 때의 중앙부)의 온도를 나타내고, 선 L2는, 용기(21)의 중부의 외면의 온도를 나타내고 있다.
또한, 도 8의 (a)는 제조 장치(1)가 구비하는 제2 온도 센서(39)의 검출 결과이므로, 다수의 사이클에 걸쳐 계측 결과가 얻어지고 있는 한편, 도 8의 (b)는 실험으로서 온도 센서를 배치하여 온도를 계측하고 있으므로, 1샷만의 계측 결과로 되어 있다. 또한, 도 8의 (b)의 측정 결과는, 온도 변화가 충분히 안정된 사이클의 것이다.
이 도면에 있어서 나타내어지는 바와 같이, 금속 재료(M)의 중부에 있어서는, 금속 재료(M)의 온도는, 고상선 온도보다도 크고, 액상선 온도보다도 낮은 온도에서 정체하고 있다. 즉, 금속 재료(M)의 온도는, 반 응고 금속이 얻어지는 온도 영역에서 안정되어 있다.
도 9의 (a)는 반 응고 상태의 금속 재료(M)의 모식도이다. 도 9의 (b)∼도 9의 (d)는 도 9의 (a)의 영역 IXb∼IXd에 있어서의 금속 재료(M)의 단면의 현미경 사진이다. 즉, 도 9의 (b), 도 9의 (c) 및 도 9의 (d)는 반 응고 상태의 금속 재료(M)의 중부, 바닥부의 바로 위 및 바닥부의 현미경 사진이다.
이들 사진으로부터, 실시예에 있어서는, 금속 재료(M)의 바닥부에 있어서는, 결정이 나뭇가지 형상으로 미세한 것, 중부에 있어서는, 결정이 입상인 것이 확인되었다. 즉, 용기(21) 내의 온도 구배에 의해, 중부 및 바닥부의 조직에 상이가 발생하고 있는 것이 확인되었다.
또한, 도 9의 (e)∼도 9의 (g)는 비교예에 있어서의 도 9의 (b)∼도 9의 (d)에 대응하는 현미경 사진이다. 비교예에 있어서는, 실시 형태에 있어서 예시한 바와 같은, 바닥부측에 있어서 냉각 속도가 빨라지는 구성은 채용되어 있지 않다. 즉, 기본적으로 용기의 상방으로부터 하방에 걸쳐 온도는 일정하다.
실시예와 비교예에서는, 중부에 있어서는, 금속 재료(M)의 조직에 거의 차가 없는 것에 반해, 바닥부에 있어서는, 명확한 상이가 인정된다.
도 10의 (a) 및 도 10의 (b)는 도 6의 영역 Xa 및 Xb에 있어서의 금속 재료(M)의 단면의 현미경 사진이다. 즉, 도 10의 (a)는 제품부의 현미경 사진이며, 도 10의 (b)는 방안부 중, 용기(21) 내에 있어서 금속 재료(M)의 바닥부였던 부분을 포함하는 범위의 현미경 사진이다.
우선, 이들 도면으로부터, 제품부에 있어서는, 결정이 입상이며 거친 것, 방안부에 있어서는, 결정이 나뭇가지 형상으로 미세한 부분이 발생하고 있는 것이 확인되었다. 또한, 방안부에 있어서는, 용기(21) 내에 있어서 금속 재료(M)의 바닥부였던 부분과, 그 이외의 부분 사이에 경계선이 발생하고 있는 것이 확인되었다. 확인된 경계선은, 플런저(111)의 이동 방향을 대략 따르는 방향으로 연장되는 것이다.
또한, 이상의 실시 형태에 있어서, 보조 냉각 장치(37)는 냉각 장치의 일례이며, 피스톤 로드(57)는 압박 부재의 일례이며, 용기 반송 장치(27)는 반송 장치의 일례이다.
본 발명은 이상의 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 실시되어도 된다.
반 응고 금속의 제조 장치는, 성형기의 일부가 아니어도 된다. 즉, 제조 장치에 의해 제조된 반 응고 금속은, 직접 사출 장치의 슬리브에 공급되는 것이 아니라, 급냉 응고되어, 반용융 상태 금속의 소재(빌렛)로 되어도 된다.
반 응고 금속의 제조 장치의 전체 구성은, 보유 지지로로부터 액상의 금속 재료를 레이들에 의해 퍼내어 용기에 주입하는 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 보유 지지로 및 레이들 대신에, 1샷분의 금속 재료를 용융하는 도가니를 사용하고, 당해 도가니에 의해 용기에 금속 재료를 주입해도 된다. 또한, 예를 들어 보유 지지로로부터 용기에 적당한 유로를 통해 액상의 금속 재료를 주입해도 된다.
반 응고 금속의 제조는, 그 모든 공정이 제조 장치에 의해 자동적으로 행해질 필요는 없다. 예를 들어, 가열 장치의 제어, 주탕 장치의 제어 및 반 응고화 장치의 제어 중 적어도 어느 하나는, 작업자에 의해 행해져도 된다. 또한, 예를 들어 가열, 주탕 및 냉각 중 적어도 어느 하나에 대해서는, 장치라고 할 수 있을 정도의 설비에 의하지 않고 실현되어도 된다.
본 실시 형태에서는, 어느 정도의 높이로부터 액상의 금속 재료를 용기에 주입하는 것만으로 반 응고 금속을 교반하였지만, 용기를 운동시키는 교반 장치나 금속 재료 내에서 부재를 운동시키는 교반 장치가 설치되어도 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 반 응고 금속으로부터 액상 부분의 일부의 배출을 완전히 행하지 않았지만, 당해 배출이 행해져도 된다.
용기의 바닥 부재에 배치되는 (제2)온도 센서는, 용기 내에 노출되지 않아도 된다(금속 재료에 접촉하지 않아도 됨). 예를 들어, 바닥 부재에 얇은 부분을 형성하고, 당해 얇은 부분에 하방으로부터 온도 센서를 접촉시키도록 온도 센서를 배치해도 된다.
프리 냉각 장치는 설치되지 않아도 된다. 보조 냉각 장치는, 용기의 바닥 부재를 외부로부터 냉각하는 것이어도 되고(냉매를 흘리기 위한 유로가 바닥 부재에 형성되지 않아도 되고), 바닥 부재뿐만 아니라 중공 부재도 냉각 가능해도 된다. 냉매는 물에 한정되지 않는다. 예를 들어, 다른 액체(예를 들어, 오일)여도 되고, 기체(예를 들어, 공기)여도 된다.
반 응고 금속의 바닥부를 압박하는 방법은, 용기(반 응고 금속) 및 압박 부재의 양쪽을 이동시키는 방법에 한정되지 않고, 어느 한쪽만이 이동됨으로써 실현되어도 된다.
압박 장치는, 슬리브 상에서(절대 좌표계의) 상방으로부터 하방으로 반 응고 금속을 압박하는 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 바닥 부재(33)에 비교적 작은 구멍을 형성하고, 이 구멍을 막는 위치와, 당해 위치로부터 상방으로 돌출되는 위치 사이에서 이동 가능한 압박 부재를 설치하고, 이 압박 부재를 적재 장치(25) 내에 설치된 에어 실린더에 의해 구동해도 된다. 이 경우, 압박 장치는, 반 응고 금속을 중공 부재(31)나 바닥 부재(33)로부터 박리시키고, 반 응고 금속을 중공 부재(31)로부터 취출하기 쉽게 하는 것에 기여한다.
압박 부재는, 다른 용도에 겸용되고 있어도 된다. 예를 들어, 압박 부재는, 용기의 일부여도 된다. 구체적으로는, 상술한 바와 같이, 압박 부재에 의해 바닥 부재의 구멍을 막고 있는 경우에 있어서는, 압박 부재는, 용기의 일부로서 간주할 수 있다. 또한, 중공 부재의 내경과 바닥 부재의 외경을 동일하게 하고, 바닥 부재의 전체를 압박 부재로서 이용해도 된다. 금형으로 반 응고 금속을 압출하기 위한 플런저가 압박 부재로서 이용되어도 된다.
또한, 본원 명세서로부터는, 이하의 다른 발명을 추출 가능하다.
(다른 발명 1)
상방의 개구로부터 주입된 액상의 금속 재료를 냉각하여 반 응고 금속을 생성하는 용기이며, 바닥부에 있어서의 상기 금속 재료의 냉각을 중부 및 상부에 있어서의 상기 금속 재료의 냉각에 우선하여 행하는 용기와,
상기 반 응고 금속의 바닥부를 상기 상방의 개구를 향하게 하여 압박하는 압박 장치를 갖는 반 응고 금속의 제조 장치.
(다른 발명 2)
상기 용기의 바닥부를 상기 용기의 외주부보다도 냉각하는 냉각 장치를 더 갖는 다른 발명 1에 기재된 반 응고 금속의 제조 장치.
(다른 발명 3)
상기 용기의 바닥부는, 상기 용기의 외주부보다도 두꺼운 다른 발명 1 또는 2에 기재된 반 응고 금속의 제조 장치.
(다른 발명 4)
상기 용기의 바닥부의 열전도율은, 상기 용기의 외주부의 열전도율보다도 높은 다른 발명 1∼3 중 어느 한 항에 기재된 반 응고 금속의 제조 장치.
(다른 발명 5)
하나의 상기 반 응고 금속으로 되는 상기 액상의 금속 재료를 2회 이상으로 나누어 상기 용기에 주입하는 주탕 장치를 더 갖는 다른 발명 1∼4 중 어느 한 항에 기재된 반 응고 금속의 제조 장치.
(다른 발명 6)
상기 압박 장치는, 압박 부재를 하나의 상기 반 응고 금속의 바닥부에 반복해서 충돌시키는 다른 발명 1∼5 중 어느 한 항에 기재된 반 응고 금속의 제조 장치.
(다른 발명 7)
상기 용기의 적어도 일부를 반송하는 반송 장치를 더 갖고,
상기 용기는,
당해 용기의 벽부를 구성하고, 상하 양단부가 개방되어 있는 중공 부재와,
상기 중공 부재의 하단부의 개구를 막고, 상기 용기의 바닥부를 구성하는 바닥 부재를 갖고,
상기 압박 장치는, 상기 압박 부재를 왕복 이동시키고,
상기 반송 장치는, 상기 용기에서 상기 반 응고 금속이 생성된 후, 상기 반 응고 금속을 보유 지지하고 있는 상기 중공 부재를 상기 바닥 부재로부터 이격시키고, 그 후, 상기 중공 부재의 하방의 개구를 왕복 이동하는 상기 압박 부재에 근접시켜 가도록, 상기 중공 부재를 반송하는 다른 발명 6에 기재된 반 응고 금속의 제조 장치.
(다른 발명 8)
다른 발명 1∼7 중 어느 한 항에 기재된 반 응고 금속의 제조 장치와,
금형에 통하는 슬리브와,
상기 슬리브에 공급된 상기 반 응고 금속을 상기 금형 내로 압출하는 플런저를 갖고,
상기 반 응고 금속의 제조 장치는, 상기 반 응고 금속의 상부측이 상기 금형측을, 상기 반 응고 금속의 바닥부측이 상기 플런저측을 향하도록, 상기 슬리브에 상기 반 응고 금속을 공급하는 성형 장치.
(다른 발명 9)
액상의 금속 재료를 용기의 상방의 개구로부터 상기 용기 내에 주입하고, 상기 액상의 금속 재료를 상기 용기 내에서 냉각하여 반 응고 금속을 생성하는 생성 스텝과,
상기 용기로부터 상기 반 응고 금속을 취출하는 취출 스텝을 갖고,
상기 생성 스텝에서는, 상기 용기의 바닥부에 있어서의 상기 금속 재료의 냉각을 상기 용기의 중부 및 상부에 있어서의 상기 금속 재료의 냉각에 우선하여 행하고, 바닥부의 고상율이 중부 및 상부의 고상율에 비교하여 높아지도록 상기 반 응고 금속을 생성하고,
상기 취출 스텝에서는, 상기 반 응고 금속의 바닥부를 상기 용기의 상방의 개구를 향하게 하여 압박하여, 상기 반 응고 금속을 상기 용기의 내면으로부터 박리시키는 반 응고 금속의 생성 방법.
(다른 발명 10)
다른 발명 9에 기재된 반 응고 금속의 생성 방법의 각 스텝과,
상기 반 응고 금속을 금형에 통하는 슬리브에 공급하는 공급 스텝과,
상기 슬리브 내의 상기 반 응고 금속을 플런저에 의해 상기 금형 내로 압출하는 사출 스텝을 갖고,
상기 공급 스텝에서는, 상기 반 응고 금속의 상부측이 상기 금형측을, 상기 반 응고 금속의 바닥부측이 상기 플런저측을 향하도록, 상기 슬리브에 상기 반 응고 금속을 공급하는 성형 방법.
(다른 발명 11)
상기 사출 스텝에서 상기 반 응고 금속을 상기 금형 내에 충전하였을 때에, 상기 반 응고 금속의 바닥부의 고상율이 높은 부분은, 방안부에 수용되는 다른 발명 10에 기재된 성형 방법.
이 다른 발명에 있어서는, 용기는, 중공 부재와 바닥 부재로 분리 가능할 필요는 없다. 상기한 바와 같이, 바닥 부재에 형성된 구멍으로부터 압박 부재를 반 응고 금속에 접촉시키는 것도 가능하고, 이 경우, 중공 부재와 바닥 부재는, 반드시 분리 가능하지 않아도 된다. 또한, 용기의 바닥부에 있어서의 상기 금속 재료의 냉각을 용기의 중부 및 상부에 있어서의 상기 금속 재료의 냉각에 우선하여 행하는 방법은, 실시 형태에 있어서 예시한 바와 같이 다양하게 있고, 바닥 부재를 중공 부재보다도 냉각하는 방법에 한정되지 않는다. 따라서, 다른 발명에 있어서는, 보조 냉각 장치는 설치되지 않아도 된다.
1 : 제조 장치
21 : 용기
29 : 압박 장치
31 : 중공 부재
33 : 바닥 부재
37 : 보조 냉각 장치(냉각 장치)
101 : 성형기(성형 장치)
103 : 금형
109 : 슬리브
111 : 플런저
M : 금속 재료

Claims (11)

  1. 상방의 개구로부터 주입된 액상의 금속 재료를 냉각하여 반 응고 금속을 생성하는 용기이며, 바닥부에 있어서의 상기 금속 재료의 냉각을 중부 및 상부에 있어서의 상기 금속 재료의 냉각에 우선하여 행하는 용기와,
    상기 반 응고 금속의 바닥부를 상기 상방의 개구를 향하게 하여 압박하는 압박 장치를 갖는, 반 응고 금속의 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용기의 바닥부를 상기 용기의 외주부보다도 냉각하는 냉각 장치를 더 갖는, 반 응고 금속의 제조 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용기의 바닥부는, 상기 용기의 외주부보다도 두꺼운, 반 응고 금속의 제조 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용기의 바닥부의 열전도율은, 상기 용기의 외주부의 열전도율보다도 높은, 반 응고 금속의 제조 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나의 상기 반 응고 금속으로 되는 상기 액상의 금속 재료를 2회 이상으로 나누어 상기 용기에 주입하는 주탕 장치를 더 갖는, 반 응고 금속의 제조 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압박 장치는, 압박 부재를 하나의 상기 반 응고 금속의 바닥부에 반복해서 충돌시키는, 반 응고 금속의 제조 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 용기의 적어도 일부를 반송하는 반송 장치를 더 갖고,
    상기 용기는,
    당해 용기의 벽부를 구성하고, 상하 양단부가 개방되어 있는 중공 부재와,
    상기 중공 부재의 하단부의 개구를 막고, 상기 용기의 바닥부를 구성하는 바닥 부재를 갖고,
    상기 압박 장치는, 상기 압박 부재를 왕복 이동시키고,
    상기 반송 장치는, 상기 용기에서 상기 반 응고 금속이 생성된 후, 상기 반 응고 금속을 보유 지지하고 있는 상기 중공 부재를 상기 바닥 부재로부터 이격시키고, 그 후, 상기 중공 부재의 하방의 개구를 왕복 이동하는 상기 압박 부재에 근접시켜 가도록, 상기 중공 부재를 반송하는, 반 응고 금속의 제조 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 기재된 반 응고 금속의 제조 장치와,
    금형에 통하는 슬리브와,
    상기 슬리브에 공급된 상기 반 응고 금속을 상기 금형 내로 압출하는 플런저를 갖고,
    상기 반 응고 금속의 제조 장치는, 상기 반 응고 금속의 상부측이 금형측을, 상기 반 응고 금속의 바닥부측이 플런저측을 향하도록, 상기 슬리브에 상기 반 응고 금속을 공급하는, 성형 장치.
  9. 액상의 금속 재료를 용기의 상방의 개구로부터 상기 용기 내에 주입하고, 상기 액상의 금속 재료를 상기 용기 내에서 냉각하여 반 응고 금속을 생성하는 생성 스텝과,
    상기 용기로부터 상기 반 응고 금속을 취출하는 취출 스텝을 갖고,
    상기 생성 스텝에서는, 상기 용기의 바닥부에 있어서의 상기 금속 재료의 냉각을 상기 용기의 중부 및 상부에 있어서의 상기 금속 재료의 냉각에 우선하여 행하고, 바닥부의 고상율이 중부 및 상부의 고상율에 비교하여 높아지도록 상기 반 응고 금속을 생성하고,
    상기 취출 스텝에서는, 상기 반 응고 금속의 바닥부를 상기 용기의 상방의 개구를 향하게 하여 압박하여, 상기 반 응고 금속을 상기 용기의 내면으로부터 박리시키는, 반 응고 금속의 제조 방법.
  10. 제9항에 기재된 반 응고 금속의 제조 방법의 각 스텝과,
    상기 반 응고 금속을 금형에 통하는 슬리브에 공급하는 공급 스텝과,
    상기 슬리브 내의 상기 반 응고 금속을 플런저에 의해 상기 금형 내로 압출하는 사출 스텝을 갖고,
    상기 공급 스텝에서는, 상기 반 응고 금속의 상부측이 금형측을, 상기 반 응고 금속의 바닥부측이 플런저측을 향하도록, 상기 슬리브에 상기 반 응고 금속을 공급하는, 성형 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 사출 스텝에서 상기 반 응고 금속을 상기 금형 내에 충전하였을 때에, 상기 반 응고 금속의 중부 및 상부보다 고상율이 높은 반 응고 금속의 바닥부의 부분은, 방안부에 수용되는, 성형 방법.
KR1020150144137A 2013-10-11 2015-10-15 성형 장치, 반 응고 금속의 제조 장치, 성형 방법 및 반 응고 금속의 제조 방법 KR101586178B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013214110A JP5442903B1 (ja) 2013-10-11 2013-10-11 成形装置、半凝固金属の製造装置、成形方法及び半凝固金属の製造方法
JPJP-P-2013-214110 2013-10-11

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140134724A Division KR101565258B1 (ko) 2013-10-11 2014-10-07 성형 장치, 반 응고 금속의 제조 장치, 성형 방법 및 반 응고 금속의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150120926A KR20150120926A (ko) 2015-10-28
KR101586178B1 true KR101586178B1 (ko) 2016-01-15

Family

ID=50614364

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140134724A KR101565258B1 (ko) 2013-10-11 2014-10-07 성형 장치, 반 응고 금속의 제조 장치, 성형 방법 및 반 응고 금속의 제조 방법
KR1020150144137A KR101586178B1 (ko) 2013-10-11 2015-10-15 성형 장치, 반 응고 금속의 제조 장치, 성형 방법 및 반 응고 금속의 제조 방법

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140134724A KR101565258B1 (ko) 2013-10-11 2014-10-07 성형 장치, 반 응고 금속의 제조 장치, 성형 방법 및 반 응고 금속의 제조 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9579716B2 (ko)
JP (1) JP5442903B1 (ko)
KR (2) KR101565258B1 (ko)
CN (1) CN104550822B (ko)
TW (2) TWI604903B (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103480829B (zh) * 2012-06-12 2016-04-13 东芝机械株式会社 半凝固金属及其制造装置和制造方法
JP5919359B1 (ja) * 2014-11-18 2016-05-18 有限会社ティミス 自動鋳造装置におけるカップ内半凝固スラリの振動投入機構
CN105127398B (zh) * 2015-09-09 2018-02-23 东莞市隆盛智能装备有限公司 多工位全自动供料装置
CN107790669B (zh) * 2017-12-12 2020-02-21 慈溪汇丽机电股份有限公司 一种半固态浆料制备和压铸一体化的流变压铸方法
CN108907144B (zh) * 2018-06-14 2020-07-24 苏州慧驰轻合金精密成型科技有限公司 一种半固态挤压铸造振动制胚设备
AT521904B1 (de) * 2018-12-11 2022-07-15 Engel Austria Gmbh Formgebungsmaschine

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050011631A1 (en) 2003-07-15 2005-01-20 Chun Hong Apparatus for manufacturing semi-solid metallic slurry

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3305594C1 (de) * 1983-02-18 1984-07-19 Friedrich 8192 Geretsried Glas Giesskolben fuer Druckgiessmaschinen
JPS6030567A (ja) * 1983-07-25 1985-02-16 Nippon Light Metal Co Ltd ダイカスト鋳造法
US5248198A (en) * 1992-08-19 1993-09-28 Droege Thomas F Method and apparatus for evaluating heat exchanger efficiency
US5522448A (en) * 1994-09-27 1996-06-04 Aluminum Company Of America Cooling insert for casting mold and associated method
US5865238A (en) * 1997-04-01 1999-02-02 Alyn Corporation Process for die casting of metal matrix composite materials from a self-supporting billet
JPH10286663A (ja) 1997-04-15 1998-10-27 Ube Ind Ltd 半溶融金属の成形装置
CA2338004A1 (en) * 1998-07-24 2000-02-03 Charles E. Barron Semi-solid casting apparatus and method
JP3944512B2 (ja) * 2005-03-01 2007-07-11 ロボテック株式会社 ダイカスト合金の投入方法とその投入装置
JP2006334665A (ja) * 2005-05-06 2006-12-14 Tokyo Rika Mfg Co Ltd 半凝固金属スラリー材料供給装置及び有底容器、供給方法並びに成形装置及び成形方法
CN201157895Y (zh) * 2008-03-19 2008-12-03 宝山钢铁股份有限公司 一种特厚板坯凝固装置
CN101279362B (zh) * 2008-05-15 2010-09-01 中国科学院金属研究所 通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢锭的制造方法
CN202239521U (zh) * 2011-08-17 2012-05-30 北京有色金属研究总院 一种变形铝合金锭坯的单向水冷铸造装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050011631A1 (en) 2003-07-15 2005-01-20 Chun Hong Apparatus for manufacturing semi-solid metallic slurry

Also Published As

Publication number Publication date
TW201518006A (zh) 2015-05-16
JP5442903B1 (ja) 2014-03-19
US20150101775A1 (en) 2015-04-16
KR20150120926A (ko) 2015-10-28
CN104550822A (zh) 2015-04-29
JP2015074027A (ja) 2015-04-20
TW201507790A (zh) 2015-03-01
CN104550822B (zh) 2018-01-23
KR20150042710A (ko) 2015-04-21
KR101565258B1 (ko) 2015-11-13
TWI481456B (zh) 2015-04-21
TWI604903B (zh) 2017-11-11
US9579716B2 (en) 2017-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101586178B1 (ko) 성형 장치, 반 응고 금속의 제조 장치, 성형 방법 및 반 응고 금속의 제조 방법
JP4520211B2 (ja) ダイキャスティング法による金属部品製造方法及び装置
US20040144516A1 (en) Method and apparatus for thixotropic molding of semisolid alloys
EP3197619B1 (en) Horizontal skull melt shot sleeve
US20010020526A1 (en) Metal casting method and apparatus, and metal material manufacturing method and apparatus
US10773299B2 (en) Method and device for casting a metal alloy
JP2004344976A (ja) 重力送給を用いた垂直射出装置
JP2009255118A (ja) 粗材冷却装置および方法
JP5965890B2 (ja) 成形装置、半凝固金属の製造装置、成形方法及び半凝固金属の製造方法
JP6017203B2 (ja) 半凝固金属の製造装置、半凝固成形装置、半凝固金属の製造方法及び半凝固成形方法
JP2014237172A (ja) 固液共存状態金属の製造装置、固液共存状態金属の製造方法及び固液共存状態金属を用いた成形方法
JP4139868B2 (ja) 高融点金属の高圧鋳造方法およびダイカスト装置
EP3167977B1 (en) Mold apparatus for molding metal in high vacuum environment
JP5965891B2 (ja) 半凝固金属の製造装置、半凝固金属の製造方法及び半凝固金属を用いた成形方法
CN113210583A (zh) 热金属供给注射方法以及热金属供给注射装置
JP4452778B2 (ja) 半固体合金の処理方法および装置
JP2010184249A (ja) 非晶質合金の連続鋳造方法および連続鋳造装置
US9586261B2 (en) Apparatus for producing semi-solidified metal, method for producing semi-solidified metal, and semi-solidified metal
JP2014217864A (ja) 半凝固金属生成容器の冷却装置、半凝固金属の製造装置、半凝固金属の製造方法及び半凝固金属を用いた成形方法
JP2001334355A (ja) 素材製造方法
JP2020040112A (ja) スラリー生成装置およびスラリー生成システム
JP2011156550A (ja) ダイカストマシンおよびダイカスト鋳造方法
JP2019093400A (ja) 鋳造用金型の絞り構造及びそれを備えた鋳造装置
JP2005040802A (ja) 低融点金属合金の半溶融成形方法及び成形機

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200106

Year of fee payment: 5