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ダイカスト鋳造方法および装置 - 特開2008−6469 | j-tokkyo
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【発明の名称】 ダイカスト鋳造方法および装置
【発明者】 【氏名】天野 憲広

【要約】 【課題】キャビティ内における湯流れを制御することによりキャビティからのガスの円滑な排出を可能にし、形状、大きさによらずガスの巻込みの少ない良好な鋳造品を得る。

【構成】金型1のキャビティ2の背圧を、減圧弁26の開弁により排気通路22およびガス抜きランナ21から除去しながら、溶湯をキャビティ2に加圧充填するダイカスト鋳造において、キャビティ2内の、ガスが溜り易い部分を含む第1領域Aに開口する主ランナ21Aおよび第1領域Aに隣接する第2領域Bに開口する主ランナ21Bに弁装置27A,27Bを配設する。キャビティ2内への射出初期段階で、一方の弁装置27Aの開度を他方の弁装置27Bの開度よりも大きくして、第1領域Aに優先的に溶湯が流れ込むようにし、第1領域Aに溶湯が充填された後、弁装置27A,27Bの開度を逆に切替えて、湯流れを第2領域Bへ変えてガスを主ランナ21B側へ追い出す。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金型のキャビティの背圧を複数のガス抜きランナを通じて除去しつつ該キャビティに溶湯を加圧充填するダイカスト鋳造方法において、前記複数のガス抜きランナの断面積を所定の順序で変更して、キャビティ内の湯流れを制御することを特徴とするダイカスト鋳造方法。
【請求項2】
キャビティ内の、ガスが溜り易い部分を含む領域に優先的に溶湯が流れ込むように、各ガス抜きランナの断面積を変更することを特徴とする請求項1に記載のダイカスト鋳造方法。
【請求項3】
ガス抜きランナに設けた弁手段の開度を調整してその断面積を変更することを特徴とする請求項1または2に記載のダイカスト鋳造方法。
【請求項4】
金型のキャビティの背圧を、減圧手段により強制的に除去することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載のダイカスト鋳造方法。
【請求項5】
金型のキャビティの背圧を複数のガス抜きランナを通じて除去しつつ該キャビティに溶湯を加圧充填するダイカスト鋳造装置において、前記金型に、前記複数のガス抜きランナの断面積をそれぞれ変更できる弁手段を配設したことを特徴とするダイカスト鋳造装置。
【請求項6】
弁手段が、ガス抜きランナ内に出没可能な弁体と該弁体を駆動する駆動手段とからなることを特徴とする請求項5に記載のダイカスト鋳造装置。
【請求項7】
金型に、減圧手段に通じる減圧通路を設け、該減圧通路に複数のガス抜きランナを連通させたことを特徴とする請求項5または6に記載のダイカスト鋳造装置。

【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、ダイカスト鋳造に係り、特に金型のキャビティの背圧を除去つつ該キャビティに溶湯を加圧充填するダイカスト鋳造方法および装置に関する。
【背景技術】
【0002】
この種のダイカスト鋳造方法では、金型のキャビティの背圧を除去することで、キャビティへの溶湯の射出に応じて発生するガスが金型外へ排出され、ガスの巻込みの少ない良好な品質の鋳造品が得られるようになる。ところで、鋳造すべき製品が複雑形状でかつ大型であると、キャビティの一箇所からガス抜きを行うだけでは、ガス抜きが不十分となる。このため、複雑形状でかつ大型の製品を鋳造する場合は、ガス抜きランナを複数金型に設け、該キャビティの複数箇所からガス抜きを行うようにしている。
【0003】
しかるに、厚肉部と薄肉部とが混在する製品を鋳造する場合、すなわちキャビティに容積の大きい領域と容積の小さい領域とが混在する場合、一般には、容積の大きい領域に対する溶湯の充填に遅れが生じ、これに伴って容積が大きくかつゲートから離れた部分にガスが溜り易くなる。しかし、金型の構造や製品形状との関係、あるいは歩留りとの関係で、ガス抜きランナの設置数並びに設置箇所には自ら制約があり、製品によっては、前記ガスが溜り易い部分からのガス抜きが不十分となって、品質の低下が避けられない、という問題があった。
【0004】
なお、例えば、特許文献1には、キャビティの背圧を検出して、該背圧が高い場合には、残留するガス量が多いと判断して溶湯の射出速度を低下させることが提案されているが、上記したようにガス抜きランナの設定に制約を受ける場合は、依然としてガス抜きが不十分となり、根本的な対策には至らない。
【0005】
【特許文献1】特開2005−313231号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、キャビティ内における湯流れを制御することによりキャビティからのガスの円滑な排出を可能にし、もって形状、大きさによらずガスの巻込みの少ない良好な品質の鋳造品を得ることができるダイカスト鋳造方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するための本発明に係るダイカスト鋳造方法は、金型のキャビティの背圧を複数のガス抜きランナを通じて除去しつつ該キャビティに溶湯を加圧充填するダイカスト鋳造方法において、前記複数のガス抜きランナの断面積を所定の順序で変更して、キャビティ内の湯流れを制御することを特徴とする。この場合、キャビティ内の、ガスが溜り易い部分を含む領域に優先的に溶湯が流れ込むように、各ガス抜きランナの断面積を変更する。また、この場合、ガス抜きランナに設定した弁手段の開度を調整してその断面積を変更するのが望ましい。
【0008】
このように行うダイカスト鋳造方法においては、キャビティ内への射出初期段階で、ガスが溜り易い部分を含む領域に開口するガス抜きランナの断面積を他の領域に開口するガス抜きランナの断面積よりも大きくすることで、ガスが溜り易い部分を含む領域側の背圧が他の領域に優先して除去され、これによって該領域に優先的に溶湯が流れ込む。すなわち、ガスが溜り易い部分を含む領域に優先的に溶湯が充填され、これによって該領域内のガスが他の領域に移動し、その後、他の領域に開口するガス抜きランナの断面積を大きくすれば、該他の領域側の背圧が低下してこの領域内に溶湯が流れ込み、この溶湯の流れに押されてガスが円滑に排出される。
【0009】
本ダイカスト鋳造方法においては、金型のキャビティの背圧を、減圧手段により強制的に除去するようにしてもよく、この場合は、背圧の除去が促進されるため、ガス抜きランナの断面積の変更によってキャビティ内の湯流れをより確実に制御することができる。
【0010】
上記課題を解決するための本発明に係るダイカスト鋳造装置は、金型のキャビティの背圧を複数のガス抜きランナを通じて除去しつつ該キャビティに溶湯を加圧充填するダイカスト鋳造装置において、前記金型に、前記複数のガス抜きランナの断面積をそれぞれ変更できる弁手段を配設したことを特徴とする。この場合、前記弁手段は、ガス抜きランナ内に出没可能な弁体と該弁体を駆動する駆動手段とからなる構成とすることができる。また、前記金型に、減圧手段に通じる減圧通路を設け、該減圧通路に前記複数のガス抜きランナを連通させる構成としてもよい。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係るダイカスト鋳造方法および装置によれば、複数のガス抜きランナの断面積を変更してキャビティ内における湯流れを制御するようにしたので、キャビティから円滑にガスを排出することが可能になり、形状、大きさによらずガスの巻込みの少ない良好な品質の鋳造品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
【0013】
図1、2は、本発明の一つの実施形態としてのダイカスト鋳造装置を示したものである。本ダイカスト鋳造装置は、図2に示されるように、金型1と、金型1のキャビティ2に溶湯を加圧充填するための射出装置10と、前記キャビティ2の背圧を除去するための背圧除去機構20と、この背圧除去機構20の作動を制御するコントローラ(制御手段)30とから概略構成されている。
【0014】
金型1は、固定型3と可動型4とからなっており、固定型3に対して可動型4を合せた型閉じ状態で、両者の間には前記キャビティ2が形成される。また、この型閉じ状態において、固定型3と可動型4との間には、キャビティ2に開口するゲート5と、このゲート5を、射出装置10が接続される湯口部6に連通させるランナ7とが形成される。射出装置10は、前記湯口部5に結合された射出スリーブ11とこの射出スリーブ11内に摺動可能に配設された射出プランジャ12とを備えており、射出プランジャ12は、図示を略す駆動手段により射出スリーブ11内を進退動するようになっている。射出スリーブ11は、その後端側上部に溶湯を受けるための給湯口13を有しており、この給湯口13から射出スリーブ11内に所定量の溶湯を供給した後、射出プランジャ12を前進させることで、溶湯は、前記湯口部6からランナ7およびゲート5を経てキャビティ2内に射出される。
【0015】
背圧除去機構20は、金型1を構成する固定型3と可動型4との合せ部に形成されたガス抜きランナ21および排気通路22と、前記排気通路22に排気管23を介して接続された真空タンク24と、この真空タンク24に蓄える負圧を発生する真空ポンプ25と、前記排気管23に介装され、該排気管23内の管路を開閉する減圧弁26とを備えている。
【0016】
上記ガス抜きランナ21は、図1によく示されるように、排気通路22に一端が接続された複数(ここでは、2つ)の主ランナ21A,21Bと、これら主ランナ21A,21Bから分岐され、前記キャビティ2に一端を開口させた複数(ここでは、各3つ)の副ランナ21Aa、21Bbとからなっている。本実施形態において、キャビティ2は、比較的容積の大きい第1領域Aと比較的容積の小さい第2領域Bとからなっており、一方の主ランナ21Aから分岐した副ランナ21Aaは前記第1領域Aに対応して、他方の主ランナ21Bから分岐した副ランナ21Bbは前記第2領域Bに対応してそれぞれ配置されている。
【0017】
上記のように構成された背圧除去機構20において、真空タンク24内は、真空ポンプ25の間欠運転により所定の真空度に維持されるようになっており、いまキャビティ2内に溶湯を射出するタイミングで減圧弁26を開くと、キャビティ2の背圧が、ガス抜きランナ21、排気通路22および排気管23を経て真空タンク24へ除去される。したがって、前記真空タンク24、真空ポンプ25等はキャビティ2内を減圧する減圧する減圧手段を構成している。
【0018】
本実施形態において、上記金型10を構成する固定型3には、前記ガス抜きランナ21を構成する主ランナ21A,21Bの断面積を各独立に変更できる弁装置27(27A,27B)が配設されている。この弁装置(弁手段)27は、図2に示されるように、主ランナ21A,21B内に出没可能な弁体28と該弁体を駆動する油圧サーボシリンダ(駆動手段)29とからなっている。弁体28は、油圧サーボシリンダ29の作動により主ランナ21A,21Bを完全に開く位置(開度100%)と完全に閉じる位置(開度0%)との間の任意の位置に位置決め可能となっており、該弁体28の位置に応じて主ランナ21A,21Bの断面積が変更される。
【0019】
コントローラ30は、上記減圧弁26を開閉制御する機能と、上記弁装置27を構成する油圧サーボシリンダ29の作動を制御する機能とを有している。本実施形態においては、キャビティ2内へ溶湯が射出されるタイミングで減圧弁26が開弁し、かつキャビティ2内の第1領域Aに溶湯が充填されるタイミングで弁装置27の開度が2つの主ランナ21A,21Bの相互間で変更されるようになっている。前記した各タイミングは、例えば、射出装置10の射出プランジャ12の位置(ストローク)あるいは射出プランジャ12が前進を開始した後の経過時間によって把握可能であり、コントローラ30は、前記射出プランジャ12の位置信号やタイマー信号に基づいて減圧弁26および油圧サーボシリンダ29を制御する。
【0020】
以下、上記のように構成したダイカスト鋳造装置により行うダイカスト鋳造法を図3および図4も参照して説明する。
【0021】
鋳造の開始に際しては、減圧弁26は閉じられている。また、ガス抜きランナ21に設けた弁装置27は、キャビティ2内の第1領域Aに開口する一方の主ランナ21Aに配設した弁装置27A(以下、これをA側弁装置27Aという)の開度が、キャビティ2内の第2領域Bに開口する他方の主ランナ21Bに配設した弁装置27B(以下、これをB側弁装置27Bという)の開度よりも大きく設定されている。一例として、A側弁装置27Aの開度は100%に、B側弁装置27Bの開度は50%にそれぞれ設定される。前記した状態のもと、給湯口13を通して射出スリーブ11内に所定量の溶湯Mが供給され、この溶湯Mの供給完了により射出装置10の駆動手段が作動し、射出プランジャ12が所定の速度で前進する。この射出プランジャ12の前進により、射出スリーブ11内の溶湯Mが金型1のランナ7およびゲート5を経てキャビティ2内に射出される。
【0022】
そして、上記射出開始にタイミングを合せて、コントローラ30からの指令で減圧弁26が開弁する。すると、真空タンク24内の負圧が排気通路22からガス抜きランナ21を経てキャビティ2に導入され、これによりキャビティ2内のガスの多くが排気手段である真空タンク24側へ排出される。このとき、キャビティ2内のA側弁装置27Aの開度が、B側弁装置27Bの開度よりも大きくなっていることから、第1領域Aに開口する主ランナ21A内に生じるキャビティ2の背圧が第2領域Bに開口する主ランナ21B内に生じるキャビティ2の背圧よりも優先して除去される。これにより、図3に矢印にて示すように、キャビティ2内に射出された溶湯Mは、第1領域Aに優先的に流れ込み、この結果、溶湯Mは第1領域Aに優先的に充填される。ところで、この第1領域Aは、前記したように比較的容積が大きくなっていることから、ゲート4から離れた部分C(図3で点線で囲む部分)にガスが溜り易い。しかし、本実施形態においては、前記部分Cを含む第1領域Aに溶湯Mが優先的に流れ込んで充填されるので、前記部分C内のガスは溶湯Mに押されて第2領域B側へ移動する。
【0023】
本実施形態においては、上記キャビティ2内の第1領域Aに溶湯Mが充填されるタイミングで、コントローラ30から油圧サーボシリンダ29に変更指令が出力され、A側弁装置27AとB側弁装置27Bとの開度が変更される。この場合の開度の変更は、A側弁装置27Aの開度よりもB側弁装置27Bを開度を大きくする内容を含む。一例として、A側弁装置27Aの開度は80%に、B側弁装置27Bの開度は100%にそれぞれ設定される。これにより第2領域Bに開口する主ランナ21B内に生じるキャビティ2の背圧が、第1領域Aに開口する主ランナ21A内に生じるキャビティ2の背圧に優先して除去される。これにより、図4に矢印にて示すように、キャビティ2内の溶湯Mの流れが第1領域Aから第2領域Bへ向かい、この溶湯Mに押されて第2領域Bに滞留するガスが副ランナ21Bbから主ランナ21Bに排出され、さらに排気通路22を経て真空タンク24へと排出される。
【0024】
このように本実施形態によれば、キャビティ2内の、ガスが溜り易い部分Cを含む第1領域Aに優先的に溶湯Mが流れ込んで充填されるので、前記部分Cにガスが残留することはなくなり、結果としてキャビティ2内のガスが円滑に外部へ排出される。したがって鋳造すべき製品の形状や大きさに応じて、キャビティ2内の湯流れを制御することで、ガスの巻込みのない良好な品質の鋳造品が得られるようになる。
【0025】
なお、上記実施形態においては、弁装置27(27A,27B)における弁体28の駆動手段として、油圧サーボシリンダ29を用いたが、この駆動手段の種類は任意であり、モータ(サーボモータ)を用いることができる。ただし、この場合は、モータの回転を直線運動に変換する運動変換機構が必要になる。
【0026】
また、上記実施形態においては、金型1として、固定型3と可動型4とを水平方向に配列した横型形式のものを用いたが、この金型は、固定型と可動型とを上下方向に配列した縦型形式としてもよいことはもちろんである。
【0027】
さらに、上記実施形態においては、ガス抜きランナ21内に生じるキャビティ2の背圧を排気手段(真空タンク24、真空ポンプ25等)により強制的に除去するようにしたが、本発明は、必ずしも背圧を強制的に除去しなくてもよいもので、この場合は、ガス抜きランナ21の一端は、単純に大気開放される。
【実施例1】
【0028】
図1、2に示したダイカスト鋳造装置において、ガス抜きランナ21(21A,21B)の断面大きさを幅15mm、高さ8mmに設定し、内径140mmの射出スリーブ13を用いて、ADC12からなるアルミニウム合金溶湯を射出プランジャ12の前進速度(射出速度)2.0m/sの条件で射出した。そして、この射出開始と同時に減圧弁26を開き、一方、弁装置27については、射出開始から100ms経過時点(領域Aが充填完了になる時点)まではA側弁装置27Aの開度を100%に、B側弁装置27Bの開度を0%にそれぞれ設定し、それ以降はA側弁装置27Aの開度を30%に、B側弁装置27Bの開度を100%にそれぞれ設定し、キャビティ2内の湯流れを制御しながら鋳造を行った(本発明方法)。また、比較のため、前記同じ装置および射出条件で、弁装置27についてはA側弁装置27A、B側弁装置27B共に開度を100%に固定して鋳造を行った(比較方法)。そして、得られた鋳造品について破断による破面検査を行った。この結果、本発明方法で得られた鋳造品には、空気巻込みに起因するガス巣は全く認められなかったのに対し、比較方法で得られた鋳造品には、前記部分C(図3)での凝固部分に空気巻込みに起因するガス巣が認められ、湯流れを制御する本発明方法が、鋳造品質の向上に大きく寄与することを確認できた。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明に係るダイカスト鋳造装置の要部構造を模式的に示す平面図である。
【図2】本ダイカスト鋳造装置の全体的構造を示す断面図である。
【図3】本ダイカスト鋳造装置によるダイカスト鋳造の実施の初期乃至中期段階を示す断面図である。
【図4】本ダイカスト鋳造装置によるダイカスト鋳造の実施の最終段階を示す断面図である。
【符号の説明】
【0030】
1 金型、 2 キャビティ
3 固定型、 4 可動型
5 ゲート、 6 ランナ
10 射出装置、 11 射出スリーブ、 12 射出プランジャ
20 背圧除去機構
21 ガス抜きランナ
21A,21B 主ランナ
22 排気通路
24 真空タンク(排気手段)
25 真空ポンプ(排気手段)
26 減圧弁
27(27A,27B) 弁装置(弁手段)
28 弁体
29 油圧サーボシリンダ(駆動手段)
30 コントローラ(制御手段)
M 溶湯

【出願人】 【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【出願日】 平成18年6月29日(2006.6.29)
【代理人】 【識別番号】100068618
【弁理士】
【氏名又は名称】萼 経夫

【識別番号】100104145
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 嘉夫

【識別番号】100109690
【弁理士】
【氏名又は名称】小野塚 薫

【識別番号】100135035
【弁理士】
【氏名又は名称】田上 明夫

【識別番号】100131266
【弁理士】
【氏名又は名称】▲高▼ 昌宏

【識別番号】100093193
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 壽夫


【公開番号】 特開2008−6469(P2008−6469A)
【公開日】 平成20年1月17日(2008.1.17)
【出願番号】 特願2006−179636(P2006−179636)