JP2015193031A - 鋳造装置及び鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャビティ内の凝固収縮体積分の溶湯の加圧補給を不具合なく行い鋳造製品の品質を向上させる。
【解決手段】鋳造装置は、下方に開口を有するキャビティを形成する金型と、金型の近傍に配置されて溶湯を収容すると共に開口の下方からストークを通して溶湯をキャビティ内に供給する加圧室と、開口に対して進退自在に配置され該開口を開閉するゲートシールピンと、キャビティに連通すると共に開口の上方に形成された湯溜りに対して、ゲートシールピンの進退方向と交差する方向に進退自在に配置され湯溜りに充填された溶湯を加圧する加圧ピンとを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、金属材料を溶かした溶湯を金型内に充填して製品を製造する鋳造装置及び鋳造方法に関する。

従来より、アルミホイールやエンジンブロック等のアルミニウム複合製品などを低圧鋳造法又は低中圧鋳造法により製造するための竪型鋳造装置が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。この竪型鋳造装置は、キャビティを形成する下型（固定金型）及び上型（可動金型）と、キャビティ内へ溶湯を下方から鋳込みストーク（給湯管）を通じて供給充填する、装置本体と装脱着可能な１回の鋳込み必要量の溶湯を収容可能な容量の加圧注湯鍋（加圧室、坩堝）を有する鋳込み手段と、固定金型に形成された鋳込みストークと連通する溶湯流入ゲート（湯口）と、湯口を塞ぐ閉塞手段とを備える。

鋳込み手段は、加圧注湯鍋へ加圧ガスを導入するガスシリンダ及びピストンを有する加圧ガス導入手段を備え、ピストン速度を制御して溶湯のキャビティ内への充填速度を制御する。具体的に鋳造に際しては、加圧注湯鍋の溶湯湯面にガス圧を作用させることで鋳込みストークを介して溶湯をキャビティ内に充満させた後、湯口の閉塞ピンを前進（下降）させて湯口を閉塞し、その後直ちに加圧プランジャ（加圧手段）を油圧シリンダにより前進させることで、キャビティ内の凝固収縮体積分の溶湯をハブ湯溜り部（キャビティ第１湯溜り部）から加圧補給することが行われる。

特開２００７−２５３１６８号公報

上記特許文献１に開示された従来技術の竪型鋳造装置では、キャビティ内への溶湯充填とキャビティ第１湯溜り部への溶湯補給とが同時並行的に行われるため、キャビティ内に溶湯が流入し始めてからキャビティ内の溶湯が加圧手段により加圧されるまで時間がかかることとなる。

その間に、既にキャビティ内に充填された溶湯が冷めて、加圧手段による加圧力が十分に伝達されなくなり引け巣を押し潰すことが困難となったり、湯温低下によって製品端部への湯廻りが悪化して外観不良が生じ易くなったりするという問題がある。また、キャビティ第１湯溜り部の周囲にはガス排出用の隙間（空隙）が配置されてはいるものの、離型剤等の差し込みでガスの抜けが悪くなると、エアが滞留するために鋳造収縮（凝固収縮）に見合う溶湯の充填や確保が困難になると共に、隙間への差し込みにより加圧手段の摺動の障害になる可能性も否めない。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消し、キャビティ内の凝固収縮体積分の溶湯の加圧補給を不具合なく行い鋳造製品の品質を向上させることができる鋳造装置及び鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る鋳造装置は、下方に開口を有するキャビティを形成する金型と、前記金型の近傍に配置されて溶湯を収容すると共に前記開口の下方からストークを通して溶湯を前記キャビティ内に供給する加圧室と、前記開口に対して進退自在に配置され該開口を開閉するゲートシールピンと、前記キャビティに連通すると共に前記開口の上方に形成された湯溜りに対して、前記ゲートシールピンの進退方向と交差する方向に進退自在に配置され前記湯溜りに充填された溶湯を加圧する加圧ピンとを備えたことを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、前記加圧室の密閉空間にガスを供給して前記加圧室内を加圧する加圧手段と、前記キャビティからガスを排出して前記キャビティ内を減圧する減圧手段とを更に備える。

本発明の他の実施形態においては、前記金型は、固定盤に設けられた固定金型に対して可動盤に設けられた可動金型が水平方向に開閉する横型である。

本発明に係る鋳造方法は、下方に開口を有するキャビティを形成する金型と、前記金型の近傍に配置されて溶湯を収容すると共に前記開口の下方からストークを通して溶湯を前記キャビティ内に供給する加圧室と、前記開口に対して進退自在に配置され該開口を開閉するゲートシールピンと、前記キャビティに連通すると共に前記開口の上方に形成された湯溜りに対して、前記ゲートシールピンの進退方向と交差する方向に進退自在に配置され前記湯溜りに充填された溶湯を加圧する加圧ピンとを備えた鋳造装置による鋳造方法であって、前記加圧室から溶湯を前記ストーク及び前記開口を通して前記湯溜り内に充満させる工程と、前記湯溜り内に充満させた溶湯を連続的に前記キャビティ内に充填する工程と、前記ゲートシールピンを前進させて前記開口を閉塞する工程と、前記開口を閉塞した後に前記加圧ピンを前進させて前記湯溜り内の溶湯を前記キャビティ内に加圧補給する工程とを備えたことを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、前記加圧補給する工程では、前記キャビティ内の凝固収縮体積分の溶湯を前記湯溜り内から補給する。

本発明によれば、キャビティ内の凝固収縮体積分の溶湯の加圧補給を不具合なく行い鋳造製品の品質を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る鋳造装置を示す概略断面図である。 同鋳造装置の一部を鋳造工程順に示す断面図である。 同鋳造装置の一部を鋳造工程順に示す断面図である。 同鋳造装置の一部を鋳造工程順に示す断面図である。 同鋳造装置の一部を鋳造工程順に示す断面図である。 同鋳造装置の一部を鋳造工程順に示す断面図である。 同鋳造装置の一部を鋳造工程順に示す断面図である。 同鋳造装置の一部を鋳造工程順に示す断面図である。 同鋳造装置の一部を鋳造工程順に示す断面図である。 同鋳造装置の一部を鋳造工程順に示す断面図である。 同鋳造装置の一部を鋳造工程順に示す断面図である。

以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態に係る鋳造装置及び鋳造方法を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る鋳造装置を示す概略断面図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る鋳造装置１００は、溶湯１を保持する保持室１１と、この保持室１１と孔部１２ａを介して連通された状態で隣設され、保持室１１から供給された溶湯１を収容して加圧する加圧室（坩堝）１０とを形成する容器１０２を、金型部１０１の近傍に備えて構成されている。

加圧室１０及び保持室１１には、例えば溶湯１の溶融状態を維持するために必要な温度（例えば、約５００℃〜７００℃程度の温度）まで、内部に貯留された溶湯１を加熱するための図示しないヒータが設置されている。また、保持室１１には、溶湯１の加圧室１０への供給を制御するための孔部１２ａに嵌合するストッパ１２が設けられている。

ストッパ１２は、例えば鋳造装置１００による鋳造工程の初期の状態において、加圧室１０内に常に一定量の溶湯１が収容されるように、制御装置（図示せず）の制御に基づいて駆動されるストッパシリンダ１２ｂ及びストッパピン１２ｃの進退動作に伴って孔部１２ａを開閉する。なお、容器１０２における保持室１１の容積は、容器１０２の他の部分に比べて大きく構成されていることとする。

加圧室１０及び保持室１１の上端開口部は、固定板１３によって閉塞され、加圧室１０内の溶湯１の上面空間は密閉空間となっている。保持室１１上の固定板１３には、保持室１１の内部に溶湯１を供給するための供給口１３ｂが設けられている。また、加圧室１０上の固定板１３には、ガス供給路１４が連通している。

ガス供給路１４は、図示しないガス供給部と接続され、例えば不活性ガスを加圧室１０内に供給し加圧室１０内の溶湯１をガス加圧すると共に、ストーク１７内の湯面を降下させるための大気開放を行うために設けられている。なお、加圧室１０上の固定板１３には、加圧室１０内の溶湯１の湯面に向けて延びる湯面検知棒１６が設置されている。湯面検知棒１６は、保持室１１から孔部１２ａを通して加圧室１０に溶湯１が送られる際に、加圧室１０内の溶湯１の湯面レベルが所定レベルに達したか否かを検知する。

一方、金型部１０１には、板状で水平方向に対向するように平行配置された固定板２０及びこの固定板２０に対して水平方向に前進後退移動（進退動）する可動板３０が備えられている。固定板２０の可動板３０との対向面２０ａ側には、固定金型２１が装着されている。また、可動板３０の固定板２０との対向面３０ａ側には、固定金型２１に対して水平方向に型閉及び型開される可動金型３１が装着されている。

固定金型２１には、軸方向が垂直方向となるように配置された略棒状のゲートシールピン２２が装着されている。また、固定金型２１の下方には、一端が開口した出湯口１７ａを形成し加圧室１０と連通する筒状のストーク１７の上端が接続固定されている。ストーク１７の上端近傍には、不活性ガスを出湯口１７ａ内に導入するガス導入路２８が設けられている。

なお、固定金型２１におけるストーク１７の上端が接続固定された部分は、可動金型３１側に開口し、後述する可動金型３１の加圧スリーブ３３と共に湯溜り２３を形成する湯溜り形成部２４となっている。そして、湯溜り形成部２４における湯溜り２３とストーク１７の出湯口１７ａとの間には、開口である湯口２５が形成されている。

固定板２０の上端側には、ゲートシールピン２２を湯口２５に対して進退自在に垂直方向に動作させるピストンシリンダ２６が設けられている。ゲートシールピン２２は、このピストンシリンダ２６により駆動されて、湯口２５を開閉する。なお、固定板２０の下方側面には、固定板２０及び湯溜り形成部２４を貫通するロッド２７ａを有し、鋳造後に湯溜り形成部２４内に残った湯溜りを除去するためのピストン機構２７が備えられている。

可動金型３１には、軸方向が水平方向となるように可動板３０及び可動金型３１を貫通する加圧ロッド３２ａが設けられている。加圧ロッド３２ａの先端側には、略円柱状の加圧ピン３２が、可動金型３１に設けられた水平方向に延びる加圧スリーブ３３内に収容された状態で装着されている。加圧スリーブ３３は、その先端部が型閉時に湯溜り形成部２４の開口周縁部と当接して湯溜り２３を形成する。

可動板３０の側面側には、加圧ピン３２を加圧スリーブ３３内で進退自在に水平方向に動作させる加圧シリンダ３４が設けられている。加圧ピン３２は、この加圧シリンダ３４により駆動されて、加圧スリーブ３３内を先端部まで到達する前進限と所定位置の後退限との間で進退動する。

固定金型２１及び可動金型３１は、型閉したときにキャビティ４０を形成すると共に、このキャビティ４０の下端部と湯溜り形成部２４内の湯溜り２３とを連通する湯道４１を形成する。なお、固定金型２１及び可動金型３１の合わせ面には、図示しないガス排出路が設けられており、このガス排出路はガス排出部（図示せず）と接続されている。これにより、鋳造時に例えば低真空吸引によってキャビティ４０からガスが排出されキャビティ４０内が減圧される。

このように構成された鋳造装置１００においては、鋳造時にガス供給部からガス供給路１４を通して加圧室１０内に不活性ガスを供給し、加圧室１０内の溶湯１の湯面にガス圧を作用させてストーク１７の出湯口１７ａ及び湯口２５を介して湯溜り２３内に溶湯１を充満させる。

そのまま、引き続きガス圧を作用させて湯溜り２３から湯道４１を通してキャビティ４０内に溶湯１を充満させ、ゲートシールピン２２を前進移動させて湯口２５を閉塞する。そして、湯口２５を閉塞した直後に加圧ピン３２を加圧スリーブ３３の前進限まで前進移動して湯溜り２３内の溶湯１を加圧し、キャビティ４０内の凝固収縮体積分の溶湯１を湯道４１を通してキャビティ４０内に補給する。

これにより、従来の竪型鋳造装置と比べて、キャビティ４０内に先行充填された溶湯１が加圧ピン３２によって加圧されるまでの時間を短縮することができ、キャビティ４０内の溶湯１への加圧を有効に作用させることができる。また、湯溜り２３に溶湯１を充満させてからキャビティ４０内に溶湯を充満させた後に加圧補給を行うので、湯溜り２３における溶湯１のガス抜け不良に伴う溶湯補給量不足が発生することもなく、溶湯の加圧補給を不具合なく行って鋳造製品の品質の向上を図ることができる。

また、キャビティ４０内の容積が増減する鋳造製品を鋳造するに際しても、本実施形態に係る鋳造装置１００によれば湯溜り２３にガスが滞留することはなく、湯溜り形成部２４や加圧スリーブ３３の垂直方向の大きさを変えることなく水平方向の大きさを変えて湯溜り２３の容積を適宜変化させることができる。

すなわち、従来の竪型鋳造装置のように、加圧ピンとゲートシールピンとを同心円状に配置した場合は、加圧ピンの径を増大させるとキャビティと湯溜りとの間の距離が増大することに繋がる。このため、加圧ピンによる溶湯への加圧力伝達が不利になる上、鋳造製品の歩留まりも悪くなるので、容易に加圧ピンの径を増大させることは困難となる。

また、湯溜りの高さを増大させるとガス溜まりが形成されてそのガスの背圧により湯溜りへの溶湯の充填が阻害されたり、これと並行するキャビティへの溶湯充填時間が長くなったりするので、加圧ピンによる加圧補給が行われるときにはキャビティ内の溶湯温度が低下して不具合が生じてしまうこととなる。

この点、本実施形態に係る鋳造装置１００は、ゲートシールピン２２の進退方向と交差する方向、すなわち水平方向に加圧ピン３２が進退自在となるように、加圧シリンダ３４、加圧ロッド３２ａ、加圧ピン３２及び加圧スリーブ３３を配置した。これにより、鉛直方向のみから湯口の閉塞と溶湯の加圧を行う従来の竪型鋳造装置における課題となる鋳造圧力不足や押湯量不足などに伴う不具合を解消することが可能である。

なお、上述した鋳造装置１００の金型部１０１は、可動金型３１が固定金型２１に対して水平方向に型閉及び型開するいわゆる横型締め方式の構成であるが、可動金型３１が固定金型２１に対して上下方向（垂直方向）に型閉及び型開する竪型締め方式の構成であってもよい。従って、本実施形態に係る鋳造装置１００では、金型方案設計の自由度を広げることが可能となる。

次に、このように構成された鋳造装置１００における鋳造方法について説明する。
図２〜図１１は、鋳造装置１００の一部を鋳造工程順に示す断面図である。
まず、図２に示すように、鋳込み前においては、可動金型３１及び固定金型２１を型閉し、キャビティ４０及び湯道４１が形成されると共に加圧ピン３２が加圧スリーブ３３内の後退限に位置している状態にする。

次に、図３に示すように、ガス供給路１４を介してガス供給部から加圧室１０内の密閉空間に不活性ガスを供給して加圧室１０内を加圧すると共に、ガス排出路を介してガス排出部により低真空吸引を行ってキャビティ４０内を減圧する。これにより、ストーク１７の出湯口１７ａ及び湯口２５を介して湯溜り２３、湯道４１及びキャビティ４０内に溶湯１を充填する。

次に、図４に示すように、ゲートシールピン２２を図中矢印で示す下方向に前進させて湯口２５を閉塞する。そして、図５に示すように、ガス導入路２８からストーク１７の出湯口１７ａ内に不活性ガスを導入し、ストーク１７内の溶湯１の湯面を加圧して下降させる。

次に、図６に示すように、加圧スリーブ３３内の加圧ピン３２を加圧ロッド３２ａを介して図中矢印で示す右方向に前進限に到達するまで移動させ、湯溜り２３内に充填された溶湯１を加圧ピン３２で加圧して湯道４１を通してキャビティ４０内に補給する。なお、このとき、キャビティ４０内のガス排出は行われていてもよい。

その後、図７に示すように、加圧ロッド３２ａを図中矢印で示す左方向に移動させて加圧スリーブ３３内の加圧ピン３２を後退限まで移動させ、図８に示すように、ゲートシールピン２２を図中矢印で示す上方向に後退させて湯口２５を開放する。そして、図９に示すように、可動金型３１を図中矢印で示す左方向に移動させて型開すると共に、ピストン機構２７によりロッド２７ａを動かして湯溜り形成部２４内に残った湯溜り２４ａを鋳造製品４９と共に除去する。

最後に、図１０に示すように、キャビティ４０内から鋳造製品４９を取り出すと共に、保持室１１のストッパ１２を図中矢印で示す上方向に上昇させて、湯面検知棒１６での検知後に下降させて溶湯１が出湯口１７ａを満たすように復帰させた後、洗浄スプレー処理を行って、図１１に示すように、可動金型３１を図中矢印で示す方向に移動させて型閉を行い、次の鋳造工程へと進む。

この実施形態の鋳造方法によれば、ゲートシールピン２２と加圧ピン３２とが交差する方向にそれぞれ進退動作して湯口２５の閉塞と湯溜り２３内の溶湯１の加圧とを行うので、キャビティ４０内に充填された溶湯１が加圧されるまでの時間を短くして、キャビティ４０内の凝固収縮体積分の溶湯１の加圧補給を不具合なく行うことができる。これにより、鋳造製品の品質を向上させることが可能となる。

１ 溶湯
１０ 加圧室
１１ 保持室
１２ ストッパ
１３ 固定板
１４ ガス供給路
１６ 湯面検知棒
１７ ストーク
１７ａ 出湯口
２０ 固定板
２１ 固定金型
２２ ゲートシールピン
２３ 湯溜り
２４ 湯溜り形成子
２５ 湯口
２６ ピストンシリンダ
２７ ピストン機構
２８ ガス導入路
３０ 可動板
３１ 可動金型
３２ 加圧ピン
３２ａ 加圧ロッド
３３ 加圧スリーブ
３４ 加圧シリンダ
４０ キャビティ
４１ 湯道
１００ 鋳造装置
１０１ 金型部

Claims (5)

1. 下方に開口を有するキャビティを形成する金型と、
   前記金型の近傍に配置されて溶湯を収容すると共に前記開口の下方からストークを通して溶湯を前記キャビティ内に供給する加圧室と、
   前記開口に対して進退自在に配置され該開口を開閉するゲートシールピンと、
   前記キャビティに連通すると共に前記開口の上方に形成された湯溜りに対して、前記ゲートシールピンの進退方向と交差する方向に進退自在に配置され前記湯溜りに充填された溶湯を加圧する加圧ピンと
   を備えたことを特徴とする鋳造装置。
2. 前記加圧室の密閉空間にガスを供給して前記加圧室内を加圧する加圧手段と、
   前記キャビティからガスを排出して前記キャビティ内を減圧する減圧手段とを更に備えたことを特徴とする請求項１記載の鋳造装置。
3. 前記金型は、固定盤に設けられた固定金型に対して可動盤に設けられた可動金型が水平方向に開閉する横型である
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の鋳造装置。
4. 下方に開口を有するキャビティを形成する金型と、前記金型の近傍に配置されて溶湯を収容すると共に前記開口の下方からストークを通して溶湯を前記キャビティ内に供給する加圧室と、前記開口に対して進退自在に配置され該開口を開閉するゲートシールピンと、前記キャビティに連通すると共に前記開口の上方に形成された湯溜りに対して、前記ゲートシールピンの進退方向と交差する方向に進退自在に配置され前記湯溜りに充填された溶湯を加圧する加圧ピンとを備えた鋳造装置による鋳造方法であって、
   前記加圧室から溶湯を前記ストーク及び前記開口を通して前記湯溜り内に充満させる工程と、
   前記湯溜り内に充満させた溶湯を連続的に前記キャビティ内に充填する工程と、
   前記ゲートシールピンを前進させて前記開口を閉塞する工程と、
   前記開口を閉塞した後に前記加圧ピンを前進させて前記湯溜り内の溶湯を前記キャビティ内に加圧補給する工程とを備えた
   ことを特徴とする鋳造方法。
5. 前記加圧補給する工程では、前記キャビティ内の凝固収縮体積分の溶湯を前記湯溜り内から補給することを特徴とする請求項４記載の鋳造方法。

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