JP2010012487A - Molding mold and molding method - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成で、引け巣を生じさせることなく容易に所定形状の成形品を成形することができる成形型および成型方法を提供する。
【解決手段】本発明の成形型は、流動可能な状態で内部に充填された材料を凝固させて所定形状の成形品に成形するためのキャビティ1を形成するものであって、所定の位置に摺動可能に設けられてキャビティ1の比較的肉厚が厚い部分を加圧する部分加圧手段2が設けられており、この部分加圧手段2は、摺動可能に設けられてキャビティ1の内部に充填された材料の所定の位置を部分的に加圧する加圧ピン3と、材料の加圧ピン3によって加圧される部分の凝固を制御する電磁誘導加熱コイル4とを備えている。
【選択図】図2The present invention provides a molding die and a molding method capable of easily molding a molded product having a predetermined shape with a simple configuration without causing shrinkage.
A molding die according to the present invention forms a cavity 1 for solidifying a material filled therein in a flowable state to form a molded product having a predetermined shape, and is formed at a predetermined position. A partial pressurizing means 2 is provided which is slidably provided and pressurizes a relatively thick part of the cavity 1, and this partial pressurizing means 2 is slidably provided inside the cavity 1. Are provided with a pressure pin 3 that partially pressurizes a predetermined position of the material filled in and an electromagnetic induction heating coil 4 that controls the solidification of the portion pressed by the pressure pin 3 of the material.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、成形型および成型方法に関し、特に、流動可能な状態で内部に充填された材料を凝固させて所定形状の成形品に成形するためのキャビティを形成する成形型、および、成形型に形成されたキャビティの内部に流動可能な状態で充填された材料を凝固させて所定形状の成形品を成型する(成形型によって成形品を成形することを成型という)方法に関するものである。 The present invention relates to a mold and a molding method, and more particularly, to a mold for forming a cavity for solidifying a material filled therein in a flowable state to form a molded product having a predetermined shape, and to the mold The present invention relates to a method of solidifying a material filled in a flowable state inside a formed cavity to mold a molded product having a predetermined shape (molding a molded product with a molding die is called molding).
一般に、金属の鋳造法や樹脂の成形法においては、液状に流動可能とした状態の材料を成形型のキャビティ内に充填させて所定形状の成形品を成形する過程で、成形型の冷却速度を大きく(速く)して、凝固時間すなわち成形にかかる時間を短縮している。 In general, in a metal casting method or a resin molding method, the mold cooling rate is increased in the process of forming a molded product of a predetermined shape by filling the mold cavity with a material that is in a liquid flowable state. It is larger (faster) to shorten the solidification time, that is, the time required for molding.
重力鋳造法における成形型は一般に、図15に参照されるように、上型10’と下型11’とを備え、材料である溶湯を注ぐための湯口14’と、湯口14’の底14a’と連通するランナ14b’と、ランナ14b’とキャビティ1’との間に位置するゲート15’と、溶湯Zが凝固する過程で収縮した分を補充するために所定の位置に設けられた材料溜め部17’とを備えている。この材料溜め部17’は、鋳造法においては一般に押湯と呼ばれており、冷却速度が遅くなるように比較的肉厚に形成されている。また、一般的な成形型では、ゲート15’がキャビティ1’の端部(つまり、製品形状の端部)に配置されることが多い。
As shown in FIG. 15, the mold in the gravity casting method generally includes an
ところで、特に材料として鋳造用アルミ合金を成形する場合においては、成形された製品の強度が凝固速度の影響を強く受ける。そのため、重力鋳造法により高い強度の製品を成形する必要がある場合には一般に、鋳型を複数の分割し、それぞれ温度制御可能に構成している。この場合にあっては、分割された鋳型に、溶湯の浸透を防止するためのコーティング剤(塗型剤)を塗布し、分割された鋳型を組み合わせてキャビティを形成するとともに、それぞれ所定の温度に制御し、加熱されることにより液状となって流動可能な状態の材料(溶湯)をキャビティ内に充填する。その後、鋳型を冷却することにより凝固速度を速くさせ、材料を短時間で凝固させて、鋳型を開いて成形された所定形状の製品を取出す。 By the way, particularly when a casting aluminum alloy is molded as a material, the strength of the molded product is strongly influenced by the solidification rate. For this reason, when it is necessary to form a high-strength product by the gravity casting method, generally, the mold is divided into a plurality of parts, each of which is configured to be temperature controllable. In this case, a coating agent (coating agent) for preventing the permeation of the molten metal is applied to the divided molds, and the divided molds are combined to form a cavity, and each is kept at a predetermined temperature. The cavity is filled with a material (molten metal) that is controlled and heated to become liquid and flowable. Thereafter, the mold is cooled to increase the solidification rate, the material is solidified in a short time, and the mold is opened to take out a product having a predetermined shape.
ここで、加熱されることにより液状となって流動可能とされた状態でキャビティ内に充填された材料は、製品の肉厚の厚い部分では冷却速度が小さい(遅い)ので、肉厚の薄い部分と比較して遅れて凝固する。 Here, the material filled in the cavity in a liquid state that can be flowed by heating has a low cooling rate in the thick part of the product, so the thin part It solidifies after a delay.
一方、流動可能とされた材料が凝固する際には、キャビティ内で体積が収縮することとなる。この体積が収縮した分の材料を補給しないと、気泡などによる引け巣が発生することとなる。 On the other hand, when the flowable material solidifies, the volume shrinks in the cavity. If the material corresponding to the contracted volume is not replenished, shrinkage cavities due to bubbles or the like are generated.
そのため、成形型では一般に、気泡などによる引け巣の発生を防止するための対策として、ゲートから遠い部分の冷却速度を速くするとともにゲート近くの冷却速度を遅延させて、材料の凝固をゲートから遠い部分から開始させ、凝固による体積収縮に対して材料をゲート側から順次補給し、凝固完了の位置をゲートに向かって順次移動させる指向性凝固を図っている。 For this reason, as a countermeasure to prevent the occurrence of shrinkage cavities due to bubbles, etc., the mold is generally designed to increase the cooling rate of the part far from the gate and delay the cooling rate near the gate, thereby solidifying the material far from the gate. Starting from the part, the material is sequentially supplied from the gate side with respect to the volume shrinkage due to the solidification, and the directional solidification is performed in which the solidification completion position is sequentially moved toward the gate.
ところが、製品の形状などによってゲートから離れた部分に肉厚の厚い部分を成形する必要がある場合には、かかる肉厚の厚い部分の冷却速度が遅く、その周囲の部分の冷却速度が速いため、肉厚の厚い部分がその周囲の薄肉部分が凝固することによって閉ざされ、肉厚の厚い部分に溶湯を補給するのが困難となり、引け巣が発生しやすくなる。 However, when it is necessary to form a thick part in the part away from the gate due to the shape of the product, etc., the cooling rate of the thick part is slow and the surrounding part is fast. The thick part is closed when the surrounding thin part solidifies, making it difficult to supply molten metal to the thick part, and shrinkage cavities tend to occur.
この対策のひとつとしては、冷却速度の速い周囲の部分から肉厚の厚い部分に向かって徐々に肉厚が厚くなるようにキャビティを成形すること(以下、肉厚徐変という)が行われている。 As one of the countermeasures, a cavity is formed so that the thickness gradually increases from the surrounding portion where the cooling rate is high toward the thick portion (hereinafter referred to as gradual change in thickness). Yes.
また、別の対策としては、成形型の温度を高くし、冷却速度の速い薄肉部分の凝固を遅らせる方法が採られていた。そして、この場合には、図15に示すように、押湯17’などの肉厚の厚い部分の冷却速度がさらに遅くなる(すなわち、凝固がさらに遅くなる)ため、かかる肉厚の厚い部分に冷却入子20’を設けて、冷却することが行われていた。
As another countermeasure, a method of increasing the temperature of the mold and delaying the solidification of a thin portion having a high cooling rate has been adopted. In this case, as shown in FIG. 15, the cooling rate of the thick portion such as the
さらに、特許文献1などに開示されているように、加圧ピンを用いて材料を部分的に加圧することが知られている。さらにまた、特許文献2に開示されているように、押湯を誘導加熱コイルにより加熱して溶融状態に保持することが知られている。
Furthermore, as disclosed in
上記従来の技術のうち、キャビティを肉厚徐変させて形成する場合にあっては、成形品が不要な部分まで肉厚となり、材料に無駄が生じるとともにその材料を流動可能とすべく溶解するために要するエネルギが増加し、また、成形品の重量が増大するという問題があった。 Of the above-mentioned conventional techniques, when the cavity is formed by gradually changing the thickness, the molded product is thickened to an unnecessary part, and the material is wasted and melted so that the material can flow. Therefore, there is a problem that the energy required for the increase increases and the weight of the molded product increases.
また、上記従来の技術のうち、成形型の温度を高くする場合にあっては、成形型を加熱するために多大なエネルギが必要となるという問題や、材料が凝固するのを遅らせることから、成形を完了し成形品を取り出すことができるまでの時間がかかるという問題がある。そして、この対策として、図15に示したように、押湯17’などの肉厚の厚い部分に冷却入子20’を設ける場合にあっては、成形型の構造が複雑となるとともに大型化し、成形品の形状や大きさが限定されるという問題や、成形型が冷却入子20’によって部分的に冷却されて温度差が生じるために反りが発生したり歪み変形して成形精度が低下するなどの問題があった。
Moreover, in the case where the temperature of the mold is increased among the conventional techniques described above, from the problem that a large amount of energy is required to heat the mold, and from delaying the solidification of the material, There is a problem that it takes time to complete the molding and take out the molded product. As a countermeasure, as shown in FIG. 15, in the case where the
一方、上記従来の技術のうち、特許文献1にあっては、液状に流動可能とされた状態で成形型のキャビティ内に充填された材料は、キャビティ両面に接する部分から凝固を開始し固相となるが、その内部は凝固を開始しておらず液相のままであるか、または、固相と液相が入り混じった状態となっている。この状態で材料を加圧ピンによって加圧すると、材料の組織が破壊され、要求される強度の成形品を成形することができなくなるという問題があった。また、特に鋳造法においては、成形完了後に崩壊させて容易に取り出し成形品に中空部分を成形することができるよう、鋳砂により成形された中子(砂型)を成形型の一部に使用することがあるが、特許文献1にあっては、加圧した際に成形型に強い力が加わるために、砂型を使用することができないという問題があった。さらに、特許文献1にあっては、液状に流動可能とされた状態で成形型のキャビティ内に充填された材料が加圧ピンに焼き付いたり、抱き付くなどすることとなる。そのため、成形品から加圧ピンを分離させるために大きな力を必要とすることから、加圧ピンを駆動するためのシリンダなどの駆動手段が大型化し、適用することができる成形品の形状が限定されるという問題や、分離する際に成形品にかじり傷が生じることがあるなどの問題があった。
On the other hand, in the above-mentioned conventional technique, in
また、上記従来の技術のうち、特許文献2にあっては、押湯を誘導加熱コイルにより加熱して溶融状態に保持する場合にあっては、押湯の材料が凝固するのに時間がかかることから、成形サイクルタイムの効率化を図ることができないという問題や、常磁性体の材料を電磁誘導加熱によって加熱する場合にそのエネルギ効率は例えば80%程度であり、残りの20%は電磁誘導加熱コイルの抵抗発熱ロスとなって温度上昇することから、電磁誘導加熱コイルを冷却する必要があるなどの問題があった。
Of the above-described conventional techniques, in
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、引け巣を生じさせることなく容易に所定形状の成形品を成形することができる成形型および成型方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a molding die and a molding method capable of easily molding a molded product having a predetermined shape with a simple configuration without causing shrinkage cavities. Objective.
成形型に係る発明は、上記目的を達成するため、流動可能な状態で内部に充填された材料を凝固させて所定形状の成形品に成形するためのキャビティを形成する成形型であって、所定の位置に摺動可能に設けられて前記キャビティ内部に充填された材料の所定の位置を部分的に加圧する加圧ピンと、前記材料の前記加圧ピンによって加圧される部分の凝固を制御する電磁誘導加熱コイルとを備えていることを特徴とするものである。
また、成型方法に係る発明は、成形型に形成されたキャビティの内部に流動可能な状態で充填された材料を凝固させて所定形状の成形品を成型する方法であって、前記キャビティ内部に充填された材料の所定の位置を部分的に加圧する加圧ピンを所定の位置に摺動可能に設けるとともに、前記材料の前記加圧ピンによって加圧される部分の凝固を制御する電磁誘導加熱コイルを設けて、前記キャビティの内部に充填された材料の、前記加圧ピンにより加圧される部分に対して、その凝固を周囲の凝固よりも遅延させるように前記電磁誘導加熱コイルによって制御した状態で、前記加圧ピンによって加圧することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the invention related to a mold is a mold that forms a cavity for solidifying a material filled inside in a flowable state to form a molded product having a predetermined shape. A pressure pin that is slidably provided at a position and partially pressurizes a predetermined position of the material filled in the cavity, and controls solidification of a portion of the material that is pressed by the pressure pin An electromagnetic induction heating coil is provided.
The invention relating to the molding method is a method of solidifying a material filled in a flowable state inside a cavity formed in a mold, and molding a molded product of a predetermined shape, and filling the inside of the cavity An electromagnetic induction heating coil for slidably providing a pressurizing pin for partially pressurizing a predetermined position of the formed material at a predetermined position and for controlling solidification of a portion of the material pressed by the pressurizing pin A state in which the solidification of the material filled in the cavity is controlled by the electromagnetic induction heating coil so as to delay the solidification of the portion pressurized by the pressure pin from the surrounding solidification. The pressure is applied by the pressure pin.
成形型に係る発明によれば、キャビティの内部に充填された材料の所定の位置だけを、電磁誘導加熱コイルによって加熱するか、または、振動を与えることの少なくとも一方を行うことにより、その部分の凝固を適切に制御した状態で、摺動可能に設けられた加圧ピンによって加圧する。そのため、流動可能な状態でキャビティ内部に充填され凝固する過程で体積収縮する材料を、僅かなエネルギで効率よく適切に加圧して充填補充することができるために、引け巣を発生させることなく凝固させて所定形状の成形品に成形することができる。
成型方法に係る発明によれば、成形型の所定の位置に、キャビティ内部に充填された材料の所定の位置を部分的に加圧する加圧ピンを摺動可能に設けるとともに、前記材料の前記加圧ピンによって加圧される部分の凝固を制御する電磁誘導加熱コイルを設けておき、その後、キャビティの内部に材料を充填し、電磁誘導加熱コイルによって材料の所定の位置だけの凝固を部分的にその周囲の凝固よりも遅延させるように制御した状態で、加圧ピンによって加圧することにより、僅かなエネルギで材料の所定位置のみにおける凝固に伴う収縮を適切且つ充分に充填補充することができ、したがって、引け巣を発生させることなく所定形状の成形品を成形することができる。
According to the invention relating to the mold, only a predetermined position of the material filled in the cavity is heated by the electromagnetic induction heating coil or given at least one of vibrations, so that In a state where coagulation is appropriately controlled, pressure is applied by a pressure pin provided so as to be slidable. Therefore, the material that shrinks in volume in the process of filling and solidifying inside the cavity in a flowable state can be filled and replenished with a little energy efficiently and appropriately, so it can solidify without generating shrinkage. And can be molded into a molded product having a predetermined shape.
According to the invention relating to the molding method, a pressurizing pin that partially pressurizes a predetermined position of the material filled in the cavity is slidably provided at a predetermined position of the mold, and the addition of the material is performed. An electromagnetic induction heating coil for controlling the solidification of the portion pressed by the pressure pin is provided, and then the material is filled in the cavity, and the solidification only at a predetermined position of the material is partially performed by the electromagnetic induction heating coil. By pressurizing with a pressure pin in a state controlled to be delayed from the surrounding solidification, the shrinkage accompanying solidification only at a predetermined position of the material can be appropriately and sufficiently filled and replenished with little energy. Therefore, a molded product having a predetermined shape can be formed without generating a shrinkage nest.
(発明の態様)
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明(以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。)の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載,実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、(1)項が請求項1に相当し、(2)項が請求項2に相当し、(3)項が請求項3に相当し、(4)項が請求項4に相当し、(5)項が請求項5に相当し、(6)項が請求項6に相当し、(7)項が請求項7に相当し、(8)項が請求項8に相当し、(9)項が請求項9に相当し、(12)項が請求項10に相当し、(13)項が請求項11に相当し、(14)項が請求項12に相当し、(15)項が請求項13に相当する。
(Aspect of the Invention)
In the following, the invention that is claimed to be claimable in the present application (hereinafter referred to as “claimable invention”. The claimable invention is at least the “present invention” to the invention described in the claims. Some aspects of the present invention, including subordinate concept inventions of the present invention, superordinate concepts of the present invention, or inventions of different concepts) will be illustrated and described. As with the claims, each aspect is divided into sections, each section is numbered, and is described in a form that cites the numbers of other sections as necessary. This is for the purpose of facilitating the understanding of the claimable invention, and is not intended to limit the combinations of the constituent elements constituting the claimable invention to those described in the following sections. In other words, the claimable invention should be construed in consideration of the description accompanying each section, the description of the embodiments, etc., and as long as the interpretation is followed, another aspect is added to the form of each section. In addition, an aspect in which constituent elements are deleted from the aspect of each item can be an aspect of the claimable invention. In each of the following terms, (1) corresponds to claim 1, (2) corresponds to claim 2, (3) corresponds to claim 3, and (4) claims. The item (5) corresponds to the item (5), the item (6) corresponds to the item (6), the item (7) corresponds to the item (7), and the item (8) corresponds to the item (8). (9) corresponds to claim 9, (12) corresponds to claim 10, (13) corresponds to claim 11, and (14) corresponds to claim 12. (15) corresponds to claim 13.
(1) 流動可能な状態で内部に充填された材料を凝固させて所定形状の成形品に成形するためのキャビティを形成する成形型であって、
所定の位置に摺動可能に設けられて前記キャビティ内部に充填された材料の所定の位置を部分的に加圧する加圧ピンと、
前記材料の前記加圧ピンによって加圧される部分の凝固を制御する電磁誘導加熱コイルとを備えていることを特徴とする成形型。
(1) A mold for forming a cavity for solidifying a material filled inside in a flowable state to form a molded product having a predetermined shape,
A pressure pin that is slidably provided at a predetermined position and partially pressurizes the predetermined position of the material filled in the cavity;
An electromagnetic induction heating coil for controlling solidification of a portion of the material pressed by the pressing pin.
(1)項の発明では、キャビティの内部に充填された材料の所定の位置だけを、電磁誘導加熱コイルによって加熱するか、または、振動を与えることの少なくとも一方を行うことにより、その部分の凝固を適切に制御した状態で、摺動可能に設けられた加圧ピンによって加圧する。そのため、流動可能な状態でキャビティ内部に充填され凝固する過程で体積収縮する材料を、僅かなエネルギで効率よく適切に加圧して充填補充することができるために、引け巣を発生させることなく凝固させて所定形状の成形品に成形することができる。また、成形型に強い力が加わることがないことから、中子に砂型を用いることができる。 In the invention of the item (1), only a predetermined position of the material filled in the cavity is heated by an electromagnetic induction heating coil or given at least one of vibrations, thereby solidifying the portion. In a state in which is properly controlled, pressure is applied by a pressure pin that is slidably provided. Therefore, the material that shrinks in volume in the process of filling and solidifying inside the cavity in a flowable state can be filled and replenished with a little energy efficiently and appropriately, so it can solidify without generating shrinkage. And can be molded into a molded product having a predetermined shape. In addition, since a strong force is not applied to the mold, a sand mold can be used for the core.
(2) 前記キャビティの、材料の加圧ピンによって加圧される部分と接する部位に、強磁性材料からなり前記電磁誘導加熱コイルによって加熱される被加熱材が配設されていることを特徴とする(1)項に記載の成形型。 (2) A material to be heated, which is made of a ferromagnetic material and is heated by the electromagnetic induction heating coil, is disposed in a portion of the cavity that is in contact with a portion pressed by a pressure pin of the material. The mold according to (1).
(2)項の発明では、(1)に記載の発明において、材料の加圧ピンによって加圧される部分と接する部位に、強磁性材料からなり前記電磁誘導加熱コイルによって加熱される被加熱材が配設されていることにより、電磁誘導加熱コイルによって被加熱部材を加熱するかまたは振動を与えることの少なくとも一方を行って、材料の凝固を部分的に確実に適切な状態に制御して、かかる部分を加圧ピンによって加圧することができる。 In the invention of item (2), in the invention described in item (1), a material to be heated which is made of a ferromagnetic material and is heated by the electromagnetic induction heating coil at a portion in contact with a portion pressed by the pressure pin of the material. By providing at least one of heating the member to be heated or applying vibration by the electromagnetic induction heating coil, the solidification of the material is partially controlled to an appropriate state, Such a portion can be pressurized by a pressure pin.
(3) 前記被加熱材の周囲の、前記電磁誘導加熱コイルにより発生する磁力線が通る部位を軟磁性体材料により構成したことを特徴とする(2)項に記載の成形型。 (3) The mold according to the item (2), wherein a portion around the material to be heated passes by a magnetic line generated by the electromagnetic induction heating coil is made of a soft magnetic material.
(3)項の発明では、(2)項に記載の発明において、加圧ピンの軸部やその周囲など、被加熱材の周囲の電磁誘導加熱コイルにより発生する磁力線の通る部位を軟磁性体により構成することによって、さらに僅かなエネルギでキャビティの内部に充填された材料の所定の位置だけを電磁誘導加熱コイルによって加熱するかまたは振動を与えることの少なくとも一方を行うことによって、材料の凝固を適切に制御することができる。 In the invention of the item (3), in the invention described in the item (2), a portion through which the magnetic lines of force generated by the electromagnetic induction heating coil around the material to be heated, such as the shaft portion of the pressure pin and the periphery thereof, passes through the soft magnetic material. In this way, the solidification of the material can be achieved by heating only a predetermined position of the material filled in the cavity with a little energy by the electromagnetic induction heating coil or applying vibration. It can be controlled appropriately.
(4) 前記被加熱材の周囲を、前記電磁誘導加熱コイルによる加熱を防止する絶縁積層金属構造としたことを特徴とする(2)または(3)項に記載の成形型。 (4) The mold according to (2) or (3), wherein the periphery of the material to be heated has an insulating laminated metal structure that prevents heating by the electromagnetic induction heating coil.
(4)項に記載の発明では、(2)または(3)項のいずれか一項に記載の発明において、被加熱材の周囲を、電磁誘導加熱コイルによる加熱を防止する絶縁積層金属構造とすることにより、不要な部位まで無駄に加熱することがないことから、かかる周囲の部分を冷却する必要がなく、僅かなエネルギでキャビティの内部に充填された材料の所定の位置だけを電磁誘導加熱コイルによって加熱するかまたは振動を与えることの少なくとも一方を行うことによって、材料の凝固を適切に制御することができる。 In the invention described in item (4), in the invention described in any one of items (2) or (3), an insulating laminated metal structure for preventing heating by the electromagnetic induction heating coil around the material to be heated; As a result, unnecessary parts are not heated unnecessarily, and there is no need to cool the surrounding parts, and only a predetermined position of the material filled in the cavity is heated by electromagnetic induction heating with little energy. By at least one of heating by the coil or applying vibration, the solidification of the material can be appropriately controlled.
(5) 前記キャビティにおける被加熱材の周囲を、前記材料の温度を保持する断熱層により構成したことを特徴とする(2)〜(4)項のいずれか一項に記載の成形型。 (5) The mold according to any one of (2) to (4), wherein the periphery of the material to be heated in the cavity is configured by a heat insulating layer that maintains the temperature of the material.
(5)項の発明では、(2)〜(4)項のいずれか一項に記載の発明において、キャビティにおける被加熱材の周囲を、前記材料の温度を保持する断熱層により構成したことにより、被加熱材の周囲における材料の温度を保持することができる。 In the invention of the item (5), in the invention described in any one of the items (2) to (4), the periphery of the heated material in the cavity is constituted by a heat insulating layer that maintains the temperature of the material. The temperature of the material around the heated material can be maintained.
(6) 前記加圧ピンにより加圧される材料の圧力を検出して、その加圧力を制御する圧力制御手段をさらに備えていることを特徴とする(1)〜(5)項のいずれか一項に記載の成形型。 (6) Any one of the items (1) to (5), further comprising pressure control means for detecting the pressure of the material pressed by the pressing pin and controlling the pressure. The mold according to one item.
(6)項の発明では、(1)〜(5)項のいずれか一項に記載の発明において、圧力制御手段によって、加圧ピンによる加圧される材料の圧力を検出して、加圧ピンの加圧力を制御することができるため、材料を適切に加圧することができる。 In the invention of item (6), in the invention described in any one of items (1) to (5), the pressure control means detects the pressure of the material to be pressurized by the pressure pin, and pressurizes. Since the pressing force of the pin can be controlled, the material can be appropriately pressurized.
(7) 前記被加熱材が、所定のキュリー点を有する強磁性体材料により構成されており、電磁誘導加熱コイルのインピーダンスを測定して材料の加熱温度を制御する温度制御手段をさらに備えていることを特徴とする(2)〜(6)項のいずれか一項に記載の成形型。 (7) The material to be heated is made of a ferromagnetic material having a predetermined Curie point, and further includes temperature control means for measuring the impedance of the electromagnetic induction heating coil to control the heating temperature of the material. The mold according to any one of items (2) to (6), wherein
(7)項に記載の発明では、(2)〜(6)項のいずれか一項に記載の発明において、所定のキュリー点を有する強磁性体材料により被加熱材を構成し、温度制御手段によって電磁誘導加熱コイルのインピーダンスを測定することにより、材料の加熱温度を適切且つ容易に制御することができ、したがって、材料の凝固を適切かつ容易に制御することができる。 In the invention described in item (7), in the invention described in any one of items (2) to (6), the material to be heated is constituted by a ferromagnetic material having a predetermined Curie point, and temperature control means By measuring the impedance of the electromagnetic induction heating coil, the heating temperature of the material can be controlled appropriately and easily, and thus the solidification of the material can be controlled appropriately and easily.
(8) 前記加圧ピンと摺動する部分に材料の固着を防止するためのコーティング剤を塗布するコーティング剤塗布手段をさらに備えていることを特徴とする(1)〜(7)項のいずれか一項に記載の成形型。 (8) Any one of the items (1) to (7), further comprising a coating agent application unit that applies a coating agent for preventing the material from sticking to the portion sliding with the pressure pin. The mold according to one item.
(8)項の発明では、(1)〜(7)項のいずれか一項に記載の発明において、コーティング剤塗布手段によって加圧ピンとその摺動する部分との間にコーティング剤を塗布することにより、加圧ピンとその摺動する部分との間に材料が流入して材料が固着するのを防止することができる。 In the invention of item (8), in the invention described in any one of items (1) to (7), the coating agent is applied between the pressure pin and the sliding portion by the coating agent application means. Thus, it is possible to prevent the material from flowing in between the pressurizing pin and the sliding portion and fixing the material.
(9) 前記加圧ピンと摺動する部分がスリーブにより構成されており、
該加圧ピンとスリーブの材質は、温度上昇によって加圧ピンの外周面とスリーブの内周面との間の間隔が縮小する関係となるものを選択されていることを特徴とする(1)〜(8)項のいずれか一項に記載の成形型。
(9) The portion sliding with the pressure pin is constituted by a sleeve,
The material of the pressure pin and the sleeve is selected such that the distance between the outer peripheral surface of the pressure pin and the inner peripheral surface of the sleeve is reduced as the temperature rises (1) to (8) A forming die given in any 1 paragraph.
(9)項の発明では、(1)〜(8)項のいずれか一項に記載の発明において、加圧ピンと摺動する部分をスリーブにより構成して、加圧ピンとスリーブの材質を、温度上昇によって加圧ピンの外周面とスリーブの内周面との間の間隔が縮小する関係となるものにすることにより、加圧ピンとスリーブとの間の間隔は、成形開始前の温度が上昇していない状態では大きく、例えばコーティング剤を容易に塗布することができ、成形時の温度が上昇した状態では縮小して材料が流入するのを防止することができる。 In the invention of item (9), in the invention described in any one of items (1) to (8), the portion that slides with the pressure pin is constituted by a sleeve, and the material of the pressure pin and the sleeve is changed to a temperature. As the distance between the outer peripheral surface of the pressure pin and the inner peripheral surface of the sleeve is reduced, the temperature before the start of molding increases in the distance between the pressure pin and the sleeve. The coating agent can be applied easily, for example, and the material can be prevented from flowing in when the temperature during molding is increased.
(10) 前記スリーブの外周面と、該スリーブを保持する孔の内周面とを、加圧ピンが材料を加圧する方向に向かって漸次縮径するテーパ状に成形したことを特徴とする(9)項に記載の成形型。 (10) The outer peripheral surface of the sleeve and the inner peripheral surface of the hole that holds the sleeve are formed into a tapered shape that gradually decreases in diameter in a direction in which the pressure pin pressurizes the material ( The mold according to item 9).
(10)項の発明では、(9)項に記載の発明において、スリーブの外周面と、このスリーブを保持する孔の内周面とを、加圧ピンが材料を加圧する方向に向かって漸次縮径するテーパ状に成形することにより、スリーブが熱によって径方向に収縮して場合であっても、孔の内周面とスリーブの外周面とが密着するため、両者の間に材料が侵入して、スリーブの径方向への膨張復帰を妨げることがない。 In the invention of the item (10), in the invention of the item (9), the outer peripheral surface of the sleeve and the inner peripheral surface of the hole holding the sleeve are gradually moved in the direction in which the pressure pin pressurizes the material. Even if the sleeve shrinks in the radial direction due to heat, the inner peripheral surface of the hole and the outer peripheral surface of the sleeve are in close contact with each other, so that the material enters between the two. Thus, the expansion of the sleeve in the radial direction is not hindered.
(11) 少なくとも耐熱性を有するとともに弾性変形することが可能な材料からなり、前記加圧ピンと摺動する部分に材料の侵入を防止するシール部材が設けられていることを特徴とする(1)〜(10)項のいずれか一項に記載の成形型。 (11) It is made of a material that has at least heat resistance and can be elastically deformed, and a seal member that prevents the material from entering is provided in a portion that slides with the pressure pin (1) The shaping | molding die as described in any one of-(10) term.
(11)項に記載の発明では、(1)〜(10)項のいずれか一項に記載の発明において、少なくとも耐熱性を有するとともに弾性変形することが可能な材料からなるシール部材を設けることにより、加熱ピンと加圧ピンが摺動する部分との間に材料が侵入して固着するのを確実に防止することができる。 In the invention described in item (11), in the invention described in any one of items (1) to (10), a seal member made of a material that has at least heat resistance and can be elastically deformed is provided. Thus, it is possible to reliably prevent the material from entering and fixing between the heating pin and the portion where the pressure pin slides.
(12) 成形型に形成されたキャビティの内部に流動可能な状態で充填された材料を凝固させて所定形状の成形品を成型する方法であって、
前記キャビティ内部に充填された材料の所定の位置を部分的に加圧する加圧ピンを所定の位置に摺動可能に設けるとともに、前記材料の前記加圧ピンによって加圧される部分の凝固を制御する電磁誘導加熱コイルを設けて、
前記キャビティの内部に充填された材料の、前記加圧ピンにより加圧される部分に対して、その凝固を周囲の凝固よりも遅延させるように前記電磁誘導加熱コイルによって制御した状態で、前記加圧ピンによって加圧することを特徴とする成型方法。
(12) A method of molding a molded product of a predetermined shape by solidifying a material filled in a flowable state inside a cavity formed in a mold,
A pressure pin that partially pressurizes a predetermined position of the material filled in the cavity is slidably provided at a predetermined position, and solidification of a portion of the material that is pressed by the pressure pin is controlled. Provide an electromagnetic induction heating coil to
In the state in which the solidification of the material filled in the cavity is controlled by the electromagnetic induction heating coil so as to delay the solidification of the portion pressurized by the pressure pin from the surrounding solidification. A molding method characterized by pressurizing with a pressure pin.
(12)項に記載の発明では、予め成形型のキャビティ内の所定の位置に加圧ピンを摺動可能に配設するとともに、材料の加圧ピンによって加圧される部分の凝固を制御する電磁誘導加熱コイルを設けておく。その後、キャビティの内部に材料を充填し、キャビティの内部に充填された材料の所定の位置だけを、電磁誘導加熱コイルによって加熱するか、または、振動を与えることの少なくとも一方を行って、その部分の凝固を適切に制御した状態で、加圧ピンを摺動させることによって加圧する。そのため、流動可能な状態でキャビティ内部に充填され凝固する過程で体積収縮する材料を、僅かなエネルギで効率よく適切に加圧して充填補充することができるために、引け巣を発生させることなく凝固させて所定形状の成形品に成形することができる。また、成形型に強い力が加わることがないことから、中子に砂型を用いる成形型にも適用することができる。 In the invention described in the item (12), the pressure pin is slidably disposed in advance in a predetermined position in the cavity of the mold, and the solidification of the portion pressed by the pressure pin of the material is controlled. An electromagnetic induction heating coil is provided. Thereafter, the cavity is filled with the material, and only a predetermined position of the material filled in the cavity is heated by an electromagnetic induction heating coil, or at least one of applying vibration is performed, and the portion The pressure is applied by sliding the pressure pin in a state where the solidification of the material is appropriately controlled. Therefore, the material that shrinks in volume in the process of filling and solidifying inside the cavity in a flowable state can be filled and replenished with a little energy efficiently and appropriately, so it can solidify without generating shrinkage. And can be molded into a molded product having a predetermined shape. Further, since a strong force is not applied to the mold, the present invention can be applied to a mold using a sand mold for the core.
(13) 前記加圧ピンにより加圧される材料の圧力を検出して、その加圧力を制御することを特徴とする(12)項に記載の成型方法。 (13) The molding method according to (12), wherein the pressure of the material pressed by the pressure pin is detected and the pressure is controlled.
(13)項の発明では、(12)項に記載の発明において、加圧ピンにより加圧される材料の圧力を検出して、その加圧力を制御することにより、材料を適切な圧力で加圧することができる。 In the invention of item (13), in the invention described in item (12), the pressure of the material pressed by the pressure pin is detected, and the pressure is controlled to thereby apply the material at an appropriate pressure. Can be pressed.
(14) 前記キャビティの、材料の加圧ピンによって加圧される部分と接する部位に、所定のキュリー点を有する強磁性材料からなり前記電磁誘導加熱コイルによって加熱される被加熱材を配設し、
前記電磁誘導加熱コイルのインピーダンスを測定して、材料の加熱温度を制御することを特徴とする(12)または(13)項に記載の成型方法。
(14) A material to be heated, which is made of a ferromagnetic material having a predetermined Curie point and is heated by the electromagnetic induction heating coil, is disposed at a portion of the cavity that is in contact with a portion pressed by the pressure pin of the material. ,
The molding method according to (12) or (13), wherein the impedance of the electromagnetic induction heating coil is measured to control the heating temperature of the material.
(14)項の発明では、(12)または(13)項に記載の発明において、キャビティの、材料の加圧ピンによって加圧される部分と接する部位に、所定のキュリー点を有する強磁性材料からなる被加熱材を配設し、電磁誘導加熱コイルのインピーダンスを測定することによって、材料の加熱温度を適切且つ容易に制御することができ、したがって、材料の凝固を適切かつ容易に制御することができる。 In the invention of item (14), in the invention described in item (12) or (13), a ferromagnetic material having a predetermined Curie point at a portion of the cavity that is in contact with the portion pressed by the pressure pin of the material By arranging the material to be heated and measuring the impedance of the electromagnetic induction heating coil, the heating temperature of the material can be controlled appropriately and easily, and thus the solidification of the material can be controlled appropriately and easily Can do.
(15) 前記加圧ピンと摺動する部分に材料の固着を防止するためのコーティング剤を塗布することを特徴とする(12)〜(14)項のいずれか一項に記載の成型方法。 (15) The molding method according to any one of (12) to (14), wherein a coating agent for preventing the material from sticking is applied to a portion sliding with the pressure pin.
(15)項の発明では、(12)〜(14)項のいずれか一項に記載の発明において、加圧ピンと摺動する部分にコーティング剤を塗布することにより、加圧ピンとその摺動する部分との間に材料が流入して材料が固着するのを防止することができる。 In the invention of item (15), in the invention described in any one of items (12) to (14), a coating agent is applied to a portion that slides with the pressure pin, thereby sliding the pressure pin. It is possible to prevent the material from flowing in between the portions and fixing the material.
最初に、本発明による成形型の実施の一形態を、重力鋳造用(傾動式を含む)の鋳型である場合により、図に基づいて説明する。以下の説明においては、同一符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の成形型は、概略、流動可能な状態で内部に充填された材料Zを凝固させて所定形状の成形品に成形するためのキャビティ1を形成するものであって、キャビティ1の比較的肉厚が厚い部分を加圧する部分加圧手段2が設けられており、この部分加圧手段2は、摺動可能に設けられてキャビティ1の内部に充填された材料Zの所定の位置を部分的に加圧する加圧ピン3と、材料Zの加圧ピン3によって加圧される部分の凝固を制御する電磁誘導加熱コイル4とを備えている。
First, an embodiment of a mold according to the present invention will be described with reference to the drawings in the case of a mold for gravity casting (including a tilting type). In the following description, the same reference numerals denote the same or corresponding parts.
The mold according to the present invention generally forms a
そして、本発明の成形型は、キャビティ1の、材料Zの加圧ピン3によって加圧される部分と接する部位には、強磁性材料からなり電磁誘導加熱コイル4によって加熱される被加熱材5,6が配設されている。また、被加熱材5,6の周囲の、電磁誘導加熱コイル4により発生する磁力線Mが通る部位(後述するが、符号を30,31とする)が軟磁性体材料により構成されている。被加熱材5,6の周囲(後述するが、符号を30,31,7とする)は、電磁誘導加熱コイル4による加熱を防止する絶縁積層金属構造とされている。キャビティ1における被加熱材5,6の周囲7は、材料Zの温度を保持する断熱層により構成されている。
さらに、本発明の成形型は、加圧ピン3により加圧される材料Zの圧力を検出して、その加圧力を制御する圧力制御手段8を備えている。また、被加熱材5,6が、所定のキュリー点を有する強磁性体材料により構成されており、電磁誘導加熱コイル4のインピーダンスを測定して材料Zの加熱温度を制御する温度制御手段と、加圧ピン3と摺動する部分(後述するが、符号を6とする)に材料Zの固着を防止するためのコーティング剤を塗布するコーティング剤塗布手段9とを備えている。
さらにまた、加圧ピン3と摺動する部分がスリーブ(後述するが、符号を6とする)により構成されており、加圧ピン3とスリーブ6の材質は、温度上昇によって加圧ピン3の外周面35とスリーブ6の内周面65との間の間隔が縮小する関係となるものが選択されている。
In the mold according to the present invention, the material to be heated 5 which is made of a ferromagnetic material and is heated by the electromagnetic
Further, the molding die of the present invention includes pressure control means 8 for detecting the pressure of the material Z pressed by the
Furthermore, a portion that slides with the
図1に示すように、この実施の形態における成形型は、開閉可能に設けられた上型10と下型11により構成されており、上型ベース12と下型ベース13にそれぞれ取り付けられている。上型10と下型11を衝合させることにより、成形品に応じた形状のキャビティ1が内部に形成される。そして、成形型には、流動可能な状態の材料(以下、場合によって溶湯ともいう)Zを注ぐための湯口14と、湯口14の底14aとキャビティ1とを連通するゲート15とを備えている。図1に示した実施の形態では、キャビティ1の中央下端部と、ゲート15近くの上端部とに肉厚の比較的厚い部分1Aが形成されており、これらの間に肉厚の比較的薄い部分1Bが形成されている。キャビティ1の比較的肉厚が厚い部分1Aと対応して、部分加圧手段2が設けられている。
As shown in FIG. 1, the molding die in this embodiment is composed of an
この実施の形態における加圧ピン3は、ピン本体30と、ピン本体30の基端部を支持する支持板31と、ピン本体30の先端面に設けられた加圧部材(後で詳述するが、符号を5とする)とを備えている。ピン本体30と支持板31は、軟磁性材料として、絶縁された積層金属構造、より具体的には、表面が絶縁コーティングされた積層珪素鋼板により構成されている。軟磁性材料としては、フェライト系粉末を所定の形状に固めたものであってもよい。ピン本体30は、支持板31を介して駆動手段32に支持されており、ピン本体30の軸方向に移動される。駆動手段32は、例えば空気や油などの作動流体によって伸縮するシリンダなどを用いることができる。成形型には固定枠16が固定ボルト17によって取り付けられており、この固定枠16に対して駆動手段32が固定ボルト33によって取り付けられている。
The
電磁誘導加熱コイル4は、ピン本体30の基端部を取り囲むようにして支持板31上に配設されている。電磁誘導加熱コイル4は、通電することによって発生する磁力線Mにより、渦電流を生じさせて加熱するもので、印加する電流を任意の出力および周波数に調整することができるように構成されている。特に印加する電流の周波数を可変とすることにより、渦電流を任意の浸透深さに調整することができるように構成されている。また、電磁誘導加熱コイル4は特定の周波数の電流を印加することによって振動を発生させる。この振動を溶湯Zに付与することにより、凝固しようとするときの溶湯Zの分子同士の結合を阻害し、凝固を遅延させるよう作用する。
The electromagnetic
電磁誘導加熱コイル4には、温度制御手段が接続されている。温度制御手段は、電磁誘導加熱コイル4のインピーダンスを測定する手段を含むもので、このインピーダンスの測定結果から印加する電流の出力や周波数などを調整することにより、溶湯Zを部分的に加熱する温度や付与する振動を制御するよう構成されている。
A temperature control means is connected to the electromagnetic
成形型の部分加圧手段2が設けられる位置には、例えばセラミックなどからなる断熱層7が設けられており、この断熱層7にはスリーブ6が担持されており、スリーブ6内には加圧ピン3の加圧部材5を有するピン本体30が摺動可能に嵌挿されている。すなわち、加圧ピン3と摺動する部分はスリーブ6によって構成されており、また、キャビティ1におけるピン本体30の加圧部材5およびスリーブ6の周囲は、断熱層7によって構成されている。この実施の形態におけるスリーブ6は、全長にわたって略均一な肉厚の円筒状に形成されている。
A
加圧ピン3のピン本体30の先端面に設けられた加圧部材5と、ピン本体30が嵌挿されるスリーブ6は、溶湯Zの加圧される部分と接する部位を、すなわち、強磁性材料からなり電磁誘導加熱コイル4によって加熱される被加熱材を構成している。ピン本体30の加圧部材5とスリーブ6を構成する強磁性体は、所定の温度(キュリー点)で常磁性状態へ磁気転移する特性を有する材質が選択されているが、より具体的な材料としては、成形型の主要部を構成する金属と同様に、例えば低炭素鋼や低炭素合金などを採用することができる。
The
ここで、電磁誘導加熱コイル4に通電すると、図5および図6に示すように、磁力線Mが発生する。この磁力線Mが通る部位となる加圧ピン3のピン本体30と支持板31は、軟磁性体材料である絶縁された積層金属構造とされており、これによって透磁率が高いため、被加熱材を構成する加圧ピン3の加圧部材5およびスリーブ6に磁界を導き、この被加熱材5,6だけ選択的に加熱しあるいは振動を付与することができる。したがって、エネルギロスが少なく、これら加圧部材5およびスリーブ6が僅かなエネルギで効率よく加熱されあるいは発生した振動を付与され、したがって、図6に示したように、僅かなエネルギによって溶湯Zのスリーブ6と加圧部材5に接した部分だけの凝固を効率よく制御することができる。なお、成形型のキャビティ1面を構成する部分であって、電磁誘導加熱コイル4によって加熱されるのが好ましくない部分も、上述したように絶縁された積層金属構造とすることができる。
Here, when the electromagnetic
圧力制御手段8は、圧力センサ80を備えている。圧力センサ80は、加圧ピン3の先端面の加圧部材5や、加圧ピン3と対向するキャビティ1面など、適当な箇所に設けることができる。圧力センサ80は、この実施の形態の場合、溶湯Zが導電性を有する金属であるため、図3に示すように、絶縁材81の内部に形成された孔82に担持された導電材83と、絶縁材81の周囲(すなわち、加圧ピン3の先端面の加圧部材5や、加圧ピン3と対向するキャビティ1面など)と導電材83との間に電流を供給するための電源84と、電源84に接続された回路を開閉するリレーコイル85とを備えている。絶縁材81の導電材83を収容する孔82は、使用する溶湯Zの粘度や加圧ピン3によって加圧する圧力などに応じて、その断面の大きさ(径)Rが設定されている。
The pressure control means 8 includes a
このように構成された圧力センサでは、加圧ピン3によって溶湯Zを部分的に所定以上の圧力P1で加圧することにより、溶湯Zが絶縁材81の所定の大きさRに形成された孔82に入り込み、絶縁材81の周囲と導電材83との間が溶湯Zによって通電されることとなる。この通電を検知することによって、溶湯Zが加圧ピン3によって所定以上の圧力P1で加圧されたものと判定し、この判定を加圧ピン3の駆動手段32の制御に利用することができる(この制御については後述する)。なお、本発明はこの実施の形態に限定されることはなく、ひずみゲージなど他の形式の圧力センサを用いることもできる。
In the pressure sensor configured as described above, the molten metal Z is partially pressurized with the pressure P1 which is equal to or higher than the predetermined pressure P1 by the pressurizing
コーティング剤塗布手段9は、図2および図4に示すように、加熱ピン3の側周面にコーティング剤を吐出するノズル90と、このノズル90にコーティング剤を供給する管路91とを備えている。管路91には、タンクに貯留された液状また粉末状のコーティング剤をノズル90から吐出させるよう所定の圧力で圧送する圧送手段が接続されている。スリーブ6のキャビティ1と反対側に位置する端面にはリング状の保持部材92が設けられており、この保持部材92に複数のノズル90が保持されており、各ノズル90と管路91とは分岐管93により接続されている。上述したように、スリーブ6は、電磁誘導加熱コイル4によって加熱されると膨張し、図7(b)に参照されるように、その内周面と加圧ピン3の外周面との間に隙間G1が生じることとなるが、図7の(c)に参照されるように、溶湯Zを充填する際の加圧ピン3を後退させた状態から前進させて溶湯Zを加圧する過程で、ノズル90からコーティング剤を吐出させることにより、スリーブ6の内周面と加圧ピン3の外周面との間の隙間G1をコーティング剤が塞ぐために、この隙間G1に溶湯Zが浸入することがなく、したがって、スリーブ6の内周面と加圧ピン3の外周面との間に溶湯Zが固着するのを防止することができる。
As shown in FIGS. 2 and 4, the coating
さらに、保持部材92の内周面であってノズル90からキャビティ1と反対側の位置(図4では下方)には、溶湯Zの侵入とコーティング剤の漏れを防止するためのシール材94が保持されている。シール材94は、図4ではリップを有するものが示されているが、他の適当な形式のものを採用することもできる。シール材94は、耐熱性を有するとともに弾性変形が可能な材質、例えばゴムメタル(登録商標)を使用することができる。なお、部分加圧手段2は、図1に示したように、下型11に設けるだけでなく、必要に応じて上型10にも設けられることはいうまでもなく、また、設ける場所は、成形品の肉厚などにより部分的に加圧する必要がある場所であればよく、この実施の形態に限定されることはない。
Furthermore, a sealing
次に、本発明の別の実施の形態を図7に基づいて説明する。なお、この実施の形態では、上述した実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付して省略し、異なる部分のみ説明することとする。上述した実施の形態では、スリーブ6がその全長にわたって略均一な肉厚の円筒状に形成されていたが、この実施の形態では、スリーブ6の外周面60が、加圧ピン3の材料Aを加圧する方向に向かって漸次縮径するテーパ状(円錐状)に、すなわち、スリーブ6の肉厚が加圧ピン3の材料Zを加圧する方向に向かって次第に薄くなるように成形されている。また、スリーブ6を担持している断熱層7の孔70の内周面は、スリーブ6の外周面60と対応して、加圧ピン3の材料を加圧する方向に向かって漸次縮径するテーパ状(円錐状)に形成されている。そして、スリーブ6は、熱膨張による径の変化に応じて断熱層7の孔70内を軸方向に移動することができるよう支持されている。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, parts that are the same as or correspond to those in the above-described embodiment are given the same reference numerals and omitted, and only different parts will be described. In the above-described embodiment, the
このように構成された成形型では、スリーブ6が電磁誘導加熱コイル4によって加熱されあるいは振動が付与されていない状態では、図7の(a)に示すように、加圧ピン3の外周面35とスリーブ6の内周面65との間に僅かな隙間しか生じていない。その後、電磁誘導加熱コイル4によってスリーブ6を加熱すると、図7の(b)に示すように、スリーブ6が熱膨張し、加圧ピン3の外周面35とスリーブ6の内周面65との間に隙間G1が生じることとなるが、スリーブ6の外周面60と断熱層7の孔70の内周面はテーパ状に形成されていることにより隙間が生じることはない。そして図7の(c)に示すように加圧ピン3が後退した状態から前進する過程でノズル90から吐出されたコーティング剤により、加圧ピン3の外周面35とスリーブ6の内周面65との間に生じた隙間G1が塞がれるため、この隙間G1に溶湯Zが浸入することがなく、したがって、スリーブ6の内周面65と加圧ピン3の外周面35との間に溶湯Zが固着してカジリ傷などが発生するのを防止することができる。そして、加圧ピン3を前進させる際には、図7の(d)に示すように、溶湯Zが加圧されるのに適した状態、すなわち溶湯Zが凝固する途中であるため、電磁誘導加熱コイル4によるスリーブ6の加熱あるいは振動の付与が停止されており、スリーブ6の収縮が開始していることから、先に塗布されたコーティング剤は加圧ピン3によって掻き出されることとなる。
In the mold configured as described above, when the
次に、本発明のさらに別の実施の形態を図8に基づいて説明する。なお、この実施の形態では、上述した実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付して省略し、異なる部分のみ説明することとする。上述した実施の形態では、スリーブ6が単に、強磁性材料からなるもので、電磁誘導加熱コイル4によって加熱されると膨張する材質であったのに対して、この実施の形態におけるスリーブ6は、温度が上昇することにより収縮する特性を有する材料(インバー合金という)が使用されている。温度が上昇していない状態では、図8の(a)に示すように、スリーブ6の内周面65と加圧ピン3の外周面35との間に比較的大きな隙間G2が形成され、スリーブ6が電磁誘導加熱コイル4によって加熱されて温度上昇すると収縮して、スリーブ6の内周面65と加圧ピン3の外周面35との間の隙間G2が縮小するが、加圧ピン3の前進および後退移動に伴う摺動を許容し得るような関係となるように、両者65,35の径が設定されている。
Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, parts that are the same as or correspond to those in the above-described embodiment are given the same reference numerals and omitted, and only different parts will be described. In the above-described embodiment, the
このように構成された成形型では、図8の(a)に示したように、加圧ピン3の外周面35とスリーブの内周面65との間に比較的大きな隙間G2が生じた状態から、電磁誘導加熱コイル4によってスリーブ6を加熱すると、図8の(b)に示すように、スリーブ6が温度上昇することによって収縮し、加圧ピン3の外周面35とスリーブ6の内周面65との間の隙間G2が縮小する。そのため、キャビティ1内に充填された溶湯Zが隙間G2に侵入するのを防止することができる。そして、図8の(c)に示すように加圧ピン3が後退した状態から、図8の(d)に示すように加圧ピン3を前進させて溶湯Zを加圧する際には、溶湯Zが加圧されるのに適した状態、すなわち溶湯Zが凝固する途中であるため、電磁誘導加熱コイル4によるスリーブ6の加熱あるいは振動の付与が停止されており、スリーブ6の膨張が開始しており両者65,35の間の隙間が拡大しているが、溶湯Zの粘性が高くなっているので、かかる隙間に溶湯Zが浸入することがない。
In the mold configured as described above, as shown in FIG. 8A, a relatively large gap G2 is generated between the outer
次に、本発明の成型方法の実施の一形態を、上述したように構成された成形型を用いて重力鋳造によって、流動可能な状態で充填される材料Zである溶湯から所定形状の成形品を成型する場合によって、その作動とともに、主に図9〜図14に基づいて説明する。
本発明の成型方法は、概略、成形型に形成されたキャビティ1の内部に流動可能な状態で充填された材料Zを凝固させて所定形状の成形品を成型するものであって、キャビティ1内部に充填された材料Zの所定の位置を部分的に加圧する加圧ピン3を成形型に対して摺動可能に設けるとともに、材料Zの加圧ピン3によって加圧される部分の凝固を制御する電磁誘導加熱コイル4を設けて、キャビティ1の内部に充填された材料Zの、加圧ピン3により加圧される部分に対して、その凝固を周囲の材料Zの凝固よりも遅延させるように電磁誘導加熱コイル4によって制御した状態で、加圧ピン3によって加圧するものである。
Next, according to an embodiment of the molding method of the present invention, a molded product having a predetermined shape from a molten metal that is a material Z that is filled in a flowable state by gravity casting using the molding die configured as described above. A description will be given mainly with reference to FIGS.
The molding method of the present invention is to roughly solidify a material Z filled in a flowable state inside a
そして、本発明の成型方法は、加圧ピン3により加圧される材料Zの圧力を検出して、その加圧力を制御するものである。
また、本発明の成型方法は、キャビティ1の、材料Zの加圧ピン3によって加圧される部分と接する部位に、所定のキュリー点を有する強磁性材料からなり電磁誘導加熱コイルによって加熱される被加熱材5,6を配設し、電磁誘導加熱コイル4のインピーダンスを測定して、材料Zの加熱温度を制御するものである。
さらに、本発明の成型方法は、加圧ピン3と摺動する部分6との間に材料Zの固着を防止するためのコーティング剤を塗布するものである。
And the molding method of this invention detects the pressure of the material Z pressurized with the
In the molding method of the present invention, the portion of the
Furthermore, in the molding method of the present invention, a coating agent for preventing the material Z from sticking is applied between the
所定形状の成形品を成形するに際しては、予め、上型10と下型11の少なくとも一方に、キャビティ1の比較的肉厚が厚い部分1Aと対応してキャビティ1内部に充填された材料Zの所定の位置を部分的に加圧する加圧ピン3と、材料Zの加圧ピン3によって加圧される部分の凝固を制御する電磁誘導加熱コイル4とを設けておく。
When molding a molded product having a predetermined shape, the material Z filled in the
その後、上型10と下型11とを衝合させて、内部にキャビティ1を形成する。このとき、加圧ピン3は、図9に示すように、シリンダなどの駆動手段32によって前進されており、スリーブ6内に嵌挿された状態となっている。この状態から、図10に示すように、シリンダなどの駆動手段32によって加圧ピン3を後退させると、スリーブ6内には、後に流動可能な状態の材料(以下、溶湯という)Zが流れ込んでこれを加圧するための加圧空間Kが形成されることとなる。このとき、加圧ピン3を後退させるときに、スリーブ6の下端(図10に示されている場合)に保持されたノズル90からコーティング剤を吐出させることにより、加圧ピン3の外周面35には、コーティング剤が塗布されることとなる。
Thereafter, the
その後、図1に示したように、湯口14から溶湯Zを給湯する。溶湯Zは、湯口14からゲート15を介してキャビティ1内に充填される。そして、溶湯Zは、スリーブ6内に形成された加圧空間Kにも流れ込むこととなる。なお、本発明は、加圧ピン3を後退させてスリーブ6内に加圧空間Kを形成した後に溶湯Zを充填することに限定されることはなく、溶湯Zを充填しつつ加圧ピン3を後退させてもよく、また、溶湯Zを充填した後に加圧ピン3を後退させてもよい。
Thereafter, as shown in FIG. 1, the molten metal Z is supplied from the
溶湯Zを充填するとき、電磁誘導加熱コイル4には電流が通電されている。加圧ピン3のピン本体30と支持板31が軟磁性体材料からなるとともに、被加熱材である加圧ピン3の加圧部材5とスリーブ6が強磁性体材料からなることにより、被加熱材5,6が選択的に集中して加熱される。そして、強磁性体材料からなる加圧ピン3の加圧部材5とスリーブ6がキュリー点を有するものであることから、電磁誘導加熱コイル4のインピーダンスを測定することで、加圧ピン3の加圧部材5とスリーブ6がキュリー点を越えたことが検知できるため、被加熱材5,6の異常過熱を防止することができる。また、電磁誘導加熱コイル4は、特定の周波数の電流が印加されることにより、溶湯Zが凝固しようとするのを阻害させるように作用することとなる振動を発生させることもできる。
When the molten metal Z is filled, a current is passed through the electromagnetic
溶湯Zの充填が完了すると、その状態で所定時間T1を経過させ、かかる凝固時間が所定時間T1を超えたかを判定する(図14のS1)。凝固時間が所定時間T1を経過していない場合(図14のS1において、NOの場合)には、凝固時間が所定時間T1を経過するまで、繰り返しこの判定が行われる。 When the filling of the molten metal Z is completed, a predetermined time T1 is passed in that state, and it is determined whether the solidification time exceeds the predetermined time T1 (S1 in FIG. 14). If the coagulation time has not passed the predetermined time T1 (NO in S1 in FIG. 14), this determination is repeatedly performed until the coagulation time has passed the predetermined time T1.
ここで、図11に示すように、キャビティ1に充填された溶湯Zは、所定時間T1の経過に伴い温度が低下することにより凝固し、収縮する。そして、キャビティ1の肉厚が薄い部分1Bにおいては、溶湯Zが比較的速く温度低下し凝固する。そのため、溶湯(成形品)Zは、肉厚の薄い部分1Bから収縮し、その収縮による溶湯Zの不足分を、まだ凝固していない肉厚の厚い部分1Aから補充する指向性凝固が図られる。
Here, as shown in FIG. 11, the molten metal Z filled in the
そして、スリーブ6内に形成された加圧空間Kに流れ込んだ溶湯Zは、電磁誘導加熱コイル4によって加圧ピン3の加圧部材5とスリーブ6が選択的に加熱されまた振動を発生させていることにより、その温度が維持されるかまたは加熱され、また、振動が付与されて凝固が遅延し、加圧ピン3の前進によって加圧されるのに適切な状態となるよう制御されている。そのため、図12に示すように加圧ピン3を前進させて加圧空間K内の溶湯Zを加圧すると、比較的小さい圧力で半凝固した(液相と固相が入り混じった状態)適切な状態で組織を破壊することなく加圧することができる。
The molten metal Z flowing into the pressurizing space K formed in the
次いで、この実施の形態においては、上述したように凝固時間が所定時間T1を経過した場合(図14のS1において、YESの場合)には、加圧ピン3によって加圧される溶湯Zの圧力を圧力センサ80(図3)によって検知する(図14のS2)。溶湯Zが加圧されることによって絶縁材81の孔82内に入り込み絶縁材81の周囲と導電材83との間が溶湯Zによって通電するか否かを検知するだけで、正確かつ容易に溶湯Zが設定された圧力で加圧されたか否かを判定することができる。そして、溶湯Zが設定された圧力P1で加圧されていないと判定された場合(図14のS2においてNOの場合)には、駆動手段32による加圧ピン3の前進駆動の圧力を増加させて(図14のS3)、加圧を続けるよう制御される。一方、溶湯Zが設定された圧力P1で加圧されたと判定された場合(図14のS2においてYESの場合)には、駆動手段32による加圧ピン3の加圧力を保持させる(図14のS4)。
Next, in this embodiment, as described above, when the solidification time has passed the predetermined time T1 (in the case of YES in S1 of FIG. 14), the pressure of the molten metal Z pressurized by the
その後、溶湯Zが完全に凝固して(図14のS5)成形品が成形されると、図13に示すように、上型10と下型11を離間させるよう相対的に移動させて型開きするとともに(図14のS6)、さらに加圧ピン3を前進駆動させて成形品を下型11(この実施の形態の場合)から離型させ、型開きが完了したと判定されると(図14のS7)、加圧ピン3を前進駆動させるための駆動手段32の圧力を開放し(図14のS8)、成形品を取り出して成形一サイクルを終了する。
Thereafter, when the molten metal Z is completely solidified (S5 in FIG. 14) to form a molded product, as shown in FIG. 13, the
本発明では、加圧空間K内の溶湯Zの凝固を電磁誘導加熱コイル4によって制御することとしたので、最適の状態で、加圧空間K内の溶湯Zを加圧ピン3によって加圧することができる。そして、加圧空間Kを構成する部分となる被加熱材5,6を強磁性材料により構成し、また、その周囲30、31,7を透磁率の高い軟磁性体材料によって構成したため、溶湯Zを正確な温度で容易にしかも少ないエネルギで溶湯Zの凝固状態を制御することができる。
In the present invention, since the solidification of the molten metal Z in the pressurizing space K is controlled by the electromagnetic
なお、本発明は、上述したような重力鋳造により金属材料を溶解させた溶湯Zを成形型に流し込んで所定形状の成形品として鋳物を成形する場合に限定されることはなく、たとえば、材料として加熱溶融された合成樹脂材料を成形型に射出充填する場合にも適用することもできる。この場合にあっては、図3に示した圧力センサ80に替えて、ひずみゲージなど他の形式の圧力センサが用いられる。
The present invention is not limited to the case where the molten metal Z in which the metal material is melted by gravity casting as described above is poured into a molding die to form a casting as a molded product of a predetermined shape. The present invention can also be applied to the case where a heat-melted synthetic resin material is injection-filled into a mold. In this case, instead of the
1:キャビティ、 2:部分加圧手段、 3:加圧ピン、 4:電磁誘導加熱コイル、 5:加圧部材(強磁性体材料からなる被加熱材)、6:スリーブ(強磁性体材料からなる被加熱材)、 7:断熱層(被加熱材の周囲)、 8:圧力制御手段、 9:コーティング剤塗布手段、 30:ピン本体(軟磁性体材料または絶縁積層金属構造)、31:支持板(軟磁性体材料または絶縁積層金属構造)、 M:磁力線、 Z:溶湯(材料)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Cavity, 2: Partial pressurization means, 3: Pressurization pin, 4: Electromagnetic induction heating coil, 5: Pressurization member (heated material consisting of ferromagnetic material), 6: Sleeve (from ferromagnetic material) 7: heat insulation layer (around the material to be heated), 8: pressure control means, 9: coating agent application means, 30: pin body (soft magnetic material or insulating laminated metal structure), 31: support Plate (soft magnetic material or insulating laminated metal structure), M: lines of magnetic force, Z: molten metal (material)
Claims (13)
所定の位置に摺動可能に設けられて前記キャビティ内部に充填された材料の所定の位置を部分的に加圧する加圧ピンと、
前記材料の前記加圧ピンによって加圧される部分の凝固を制御する電磁誘導加熱コイルとを備えていることを特徴とする成形型。 A mold for forming a cavity for solidifying a material filled inside in a flowable state to form a molded product of a predetermined shape,
A pressure pin that is slidably provided at a predetermined position and partially pressurizes the predetermined position of the material filled in the cavity;
An electromagnetic induction heating coil for controlling solidification of a portion of the material pressed by the pressing pin.
該加圧ピンとスリーブの材質は、温度上昇によって加圧ピンの外周面とスリーブの内周面との間の間隔が縮小する関係となるものを選択されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の成形型。 The portion that slides with the pressure pin is constituted by a sleeve,
2. The material of the pressure pin and the sleeve is selected such that the distance between the outer peripheral surface of the pressure pin and the inner peripheral surface of the sleeve is reduced as the temperature rises. The mold according to any one of 8.
前記キャビティ内部に充填された材料の所定の位置を部分的に加圧する加圧ピンを所定の位置に摺動可能に設けるとともに、前記材料の前記加圧ピンによって加圧される部分の凝固を制御する電磁誘導加熱コイルを設けて、
前記キャビティの内部に充填された材料の、前記加圧ピンにより加圧される部分に対して、その凝固を周囲の凝固よりも遅延させるように前記電磁誘導加熱コイルによって制御した状態で、前記加圧ピンによって加圧することを特徴とする成型方法。 A method of forming a molded product of a predetermined shape by solidifying a material filled in a flowable state inside a cavity formed in a mold,
A pressure pin that partially pressurizes a predetermined position of the material filled in the cavity is slidably provided at a predetermined position, and solidification of a portion of the material that is pressed by the pressure pin is controlled. Provide an electromagnetic induction heating coil to
In the state in which the solidification of the material filled in the cavity is controlled by the electromagnetic induction heating coil so as to delay the solidification of the portion pressurized by the pressure pin from the surrounding solidification. A molding method characterized by pressurizing with a pressure pin.
前記電磁誘導加熱コイルのインピーダンスを測定して、材料の加熱温度を制御することを特徴とする請求項10または11に記載の成型方法。 A material to be heated, which is made of a ferromagnetic material having a predetermined Curie point and is heated by the electromagnetic induction heating coil, is disposed in a portion of the cavity that is in contact with a portion pressed by the pressure pin of the material,
The molding method according to claim 10 or 11, wherein an impedance of the electromagnetic induction heating coil is measured to control a heating temperature of the material.
The molding method according to any one of claims 10 to 12, wherein a coating agent for preventing the material from sticking is applied to a portion sliding with the pressure pin.
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2008
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