JP2003505246A - 金属のダイカスト中又はチキソトロープ成形中に、プロセスを監視するための方法 - Google Patents

金属のダイカスト中又はチキソトロープ成形中に、プロセスを監視するための方法

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JP2003505246A JP2001512049A JP2001512049A JP2003505246A JP 2003505246 A JP2003505246 A JP 2003505246A JP 2001512049 A JP2001512049 A JP 2001512049A JP 2001512049 A JP2001512049 A JP 2001512049A JP 2003505246 A JP2003505246 A JP 2003505246A
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アルヌール，グレゴワール
バニョウド，クリストフ
プラタ，ミロスロウ
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Alcan Technology and Management Ltd
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Abstract

(57)【要約】 ダイカスト装置又はチキソトロープ成形装置での金属（１４、１５）のダイカスト又はチキソトロープ成形中にプロセスを監視するための方法に関する。キャスティングピストン（１２）の時間に基づく成形圧力ｐ（ｔ）及び速度ｖ（ｔ）の時間曲線を決定する。キャスティングピストンの成形圧力ｐ（ｔ）及び速度ｖ（ｔ）の時間に基づく曲線に基づいて、キャスティングピストン（１２）によって供給された、プロセス時間（ｔ）に基づくエネルギＥ（ｔ）及びダイカストプロセス中又はチキソトロープ成形中にキャスティングピストン（１２）によって供給された全エネルギＥtotを計算し、ダイカストプロセス又はチキソトロープ成形プロセスを監視するためのパラメータとして全エネルギＥtotを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の従来技術部分に従って金属のダイカスト中又はチキソト
ロープ成形中にプロセスの監視を行うための方法に関する。本発明は、更に、請
求項１２の従来技術部分による金属ダイカスト装置又はチキソトロープ成形装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特に自動車産業では、ダイカスト及びチキソトロープ成形の許容差及び機械的
特性についての要求が益々高くなっている。こうした高い品質要求を満たすため
、方法パラメータ及びこれらのパラメータの再現性を最も総合的に監視すること
が非常に重要である。
【０００３】 ダイカストプロセス又はチキソトロープ成形プロセスを監視するため、第１に
キャスティングチャンバに導入した金属の状態を決定し、第２にダイカストプロ
セス又はチキソトロープ成形プロセスのパラメータを決定する。ダイカストプロ
セス又はチキソトロープ成形プロセスを最適にし、プロセスの安定性及び再現性
にとって重要な全てのパラメータを評価する。プロセスに影響を及ぼす全てのパ
ラメータをできるだけカバーする。
【０００４】 高度の再現性及びプロセス安定性を得るための鍵となるファクタは、チキソト
ロープ金属ロッド及びダイカスト合金のキャスティングチャンバへの導入時の状
態であり、チキソトロープ金属ロッド及びダイカスト合金の温度が非常に重要な
パラメータを表す。
【０００５】 ダイカストプロセス又はチキソトロープ成形プロセスを検査し且つ監視するた
め、加熱プロセス中に合金溶融体及びチキソトロープ金属ロッド内の温度計測を
行う。温度分布は、例えば、様々な溶融***置又はロッド位置（ロッド内部及び
ロッド縁部周囲）でサーモ−エレメントを使用して決定できる。個々の計測位置
と関連した加熱曲線即ち加熱時間の関数としての温度を常に決定する。
【０００６】 これに対し、ダイカスト用合金溶融体を特に温度計測を使用して監視するため
、予熱中に加えられた電気加熱エネルギの計測が、チキソトロープ成形中のロッ
ドの状態を監視する上での別の選択肢である。
【０００７】 チキソトロープ成形プロセスを監視するため、液体の割合（ｌｉｑｕｉｄ ｐ
ｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）の分布を決定するための金属組織試験をチキソトロープロ
ッドに行うことができる。この試験は、例えばロッドを様々な長さ方向位置でそ
の長さ方向軸線に対して横方向に切断し、ロッド断面での液体の割合を例えばロ
ッドの中心からの距離の関数として決定することによって行われる。このような
調査の目的は、できる限り短時間のうちにチキソトロープロッド全体内における
所定の液体の割合をできるだけ均質にするように、加熱曲線を最適化することで
ある。液体の割合の平均値を決定するため、熱量計測を行うこともできる。
【０００８】 ダイカストプロセス又はチキソトロープ成形プロセスのパラメータに関し、通
常は、キャスティングチャンバの温度、スプルーチャンネルの温度、成形キャビ
ティの温度を計測し、排気した成形キャビティ内の圧力及び湿度を確認する。
【０００９】 ダイカスト材料又はチキソトロープ成形材料及びダイカストプロセス又はチキ
ソトロープ成形プロセスに関するパラメータの、従来行われてきた決定は、複雑
であり、ダイカストプロセス又はチキソトロープ成形プロセスの監視を生産状態
で行うには不適切である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、金属のダイカスト中又はチキソトロープ成形中にプロセスを監視す
るための方法を提供する上での問題点を解決しようとするものであり、これによ
りダイカスト又はチキソトロープ成形を生産状態で信頼性を以て監視できる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この問題点は、本発明によれば、成形圧力ｐ（ｔ）の発生を時間経過順に計測
し、キャスティングピストンの時間と関連した速度ｖ（ｔ）を決定し、キャステ
ィングピストンによってプロセス時間ｔの関数として供給されたエネルギＥ（ｔ
）及びダイカストプロセス中又はチキソトロープ成形プロセス中にキャスティン
グピストンによって供給された全エネルギＥtotを、時間と関連した成形圧力ｐ
（ｔ）の発生及びキャスティングピストンの速度ｖ（ｔ）に基づいて計算し、ダ
イカストプロセス又はチキソトロープ成形プロセスを監視するためのパラメータ
として全エネルギＥtotを使用する、方法によって解決される。
【００１２】 本発明による方法のこの他の実施例は、従属項２乃至１０に記載されている。
本発明による方法は、アルミニウム、アルミニウム合金、又はマグネシウム合金
のダイカスト又はチキソトロープ成形に特に適している。
【００１３】 本発明による方法は、水平チキソトロープ成形設備及び水平ダイカストプラン
ト、即ちキャスティングチャンバが水平に置かれた装置に特に適している。 本発明による方法は、キャスティングピストンを通して供給された全エネルギ
が、ダイカストプロセス又はチキソトロープ成形プロセス全体と極めて関連した
検査パラメータを表すという事実に基づいている。キャスティングピストンを通
して供給されたエネルギを決定するための本発明による方法、及びプロセスを監
視するためのパラメータとして特に全エネルギ値を使用することは、ＲＴＩＭ（
実時間射出監視（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉ
ｎｇ））プロセスとしても周知である。
【００１４】 予熱温度及び金属ロッドの対応する温度分布、及びチキソトロープ成形を行う
場合にキャスティングピストンによって供給されたエネルギの計測値が、特に関
連している。これは、狭い変化範囲内にとどまる特定の液体の割合が観察されな
ければならないためである。例えば、チキソトロープ成形の場合、キャスティン
グピストンによって供給される全エネルギが高いということは、チキソトロープ
材料の粘度が低過ぎると結論付けることができる。これは、液体の割合が少な過
ぎるか或いはチキソトロープ成形プロセス中の剪断力が低過ぎるかのいずれかに
よって生じる。
【００１５】 本発明による方法は、プロセスの安定性を良好にでき、プロセスパラメータを
最適にでき、製品の品質を改良でき、廃棄率を低減できる。 本発明による方法は、チキソトロープ成形に対して特に優先的に使用される。
ここでは、特に、チキソトロープ金属ロッドの最適の液体の割合を生産状態で決
定するのに役立つ。チキソトロープ金属ロッドにおける液体の割合の最適の平均
値は、４０重量％乃至５５重量％である。液体の割合が高過ぎる場合には、チキ
ソトロープ材料のチキソフォーミング（ｔｈｉｘｏｆｏｒｍｉｎｇ）が液体金属
合金のダイカストと同じ条件で実際に生じ、そのため、例えば成形キャビティ内
での冷却中のチキソトロープ材料の収縮の利点が失われるか或いはチキソトロー
プロッドを取り囲む酸化物皮膜の剪断が更に困難になるか或いは不可能になる。
更に、液体の割合が高いチキソトロープロッドをキャスティングチャンバ内に寸
法的に安定して挿入するのは困難であり、多くの場合、再現性がない。
【００１６】 チキソトロープ成形を行う場合の更に重要なファクタは、チキソトロープ状態
の均等性、即ちロッドの長さ及びロッドの断面に亘る液体の割合の分布であり、
これによって、行われる予熱プロセスがゆっくりとしていればゆっくりとしてい
る程、この均等性が全体として良好であり、他方、経済的理由により、加熱時間
はできるだけ短いのが望ましい。
【００１７】 発明を行っているとき、チキソトロープ成形について、チキソトロープ成形プ
ロセス中にキャスティングピストンによってチキソトロープ材料に供給された全
エネルギを決定することによって、加熱後に存在する液体の割合及びチキソトロ
ープロッド内の均等性を間接的に監視できるということがわかった。
【００１８】 本発明による方法は、特に、予熱炉を監視する上で更に適している。即ち、ダ
イカストプロセス又はチキソトロープ成形プロセスの完了毎に特定の予熱炉から
のチキソトロープロッド又はダイカスト材料に関して各装入体についての全エネ
ルギを決定することによって、この炉の均等性を確認でき且つ監視できる。更に
、異なる加熱炉からのチキソトロープロッド又はダイカスト材料の各装入体につ
いての全エネルギを決定することによって、関連した加熱炉の加熱力の均等性を
比較でき且つ監視できる。
【００１９】 各装入体について全エネルギを決定することにより、更に、予備固化を検査で
きる。予備固化、即ち材料の早期固化は、例えば、キャスティングチャンバ及び
／又は成形型の温度が低過ぎることによって生じ、通常は鋳造性が結果的に低い
ため望ましくない。予備固化を確認できるため、キャスティングチャンバ及びキ
ャスティング成形型の温度を間接的に検査できる。更に、成形キャビティの設計
を間接的に推論できる。
【００２０】 更に、各装入体について全エネルギを決定することにより、例えば減摩性によ
る装入中の圧力損失を調査でき、かくしてキャスティングピストンの摩擦、キャ
スティングピストン及び／又はキャスティングチャンバの機械的状態、ピストン
の潤滑、及び離型剤の効果に関する情報を提供する。従って、装入中にキャステ
ィングピストンによってシステムに供給された全エネルギの決定は、更に、キャ
スティングピストン及びキャスティングチャンバに関する減摩状態を監視するの
に役立つ。
【００２１】 本発明によれば、キャスティングピストンのプロセス時間依存速度ｖ（ｔ）は
、直接計測できるか或いはプロセス時間依存キャスティングピストン位置ｓ（ｔ
）を計測することによって決定される。
【００２２】 キャスティングピストンの時間依存位置計測値ｓ（ｔ）に基づいて、キャステ
ィングピストンの時間依存速度ｖ（ｔ）を以下の関数を使用して計算できる。
【００２３】
【式６】
【００２４】 即ち、時間ｔ後の時間依存キャスティングピストン位置ｓ（ｔ）を微分するこ
とによって計算できる。位置の計測値ｓ（ｔ）に基づくキャスティングピストン
の速度は、適当には、不連続で、例えば等間隔の時間で計算される。適当には、
速度は、５０乃至８００、好ましい１８０乃至５００、特に２５０乃至４００の
不連続のプロセス時間に計算される。かくして確認された不連続の速度値に、好
ましくは数的方法（ｎｕｍｅｒｉｃ ｍｅｔｈｏｄ）を使用してフィルタにかけ
る。更に、一定の速度曲線ｖ（ｔ）を、好ましくは数的補間法を使用して計算す
る。
【００２５】 二つのプロセス時間ｔｘ 及びｔｙ中にキャスティングピストンによって供給
された時間依存エネルギは、以下の積分関数に従って計算できる。
【００２６】
【式７】
【００２７】 ここでＡは連続したキャスティング材料又はチキソトロープ成形材料に面するキ
ャスティングピストンの面積である。 プロセス時間ｔの関数である、キャスティングピストンによって供給されたエ
ネルギＥ（ｔ）は、以下の積分関数に従って計算できる。
【００２８】
【式８】
【００２９】 ダイカストプロセス中又はチキソトロープ成形プロセス中にキャスティングピス
トンによって供給された全エネルギＥtotは、以下の積分関数によって計算でき
る。
【００３０】
【式９】
【００３１】 ここでＡは、ダイカスト材料又はチキソトロープ成形材料に面するキャスティン
グピストンの面積であり、ｔ0は、ダイカストプロセス又はチキソトロープ成形
プロセスの開始時間ｔ＝０であり、ｔ4はｔ0後にキャスティングピストンが最初
に速度ｖ（ｔ）＝０をとる時間である。時間ｔ4では、実際のダイカストプロセ
ス又はチキソトロープ成形プロセスが完了し、成形キャビティが充填される。成
形キャビティ内の成形体の冷却中の材料の収縮を補償するため、及びこれと対応
して成形型の充填が不完全になることがないようにするため、ダイカストマス又
はチキソトロープ成形マスに作用する圧力をｔ4後短時間に亘って維持し、その
結果、キャスティングピストンは更に並進移動できる。この場合、キャスティン
グピストンの速度は再度ゼロまで低下する。
【００３２】 時間依存キャスティングピストン位置ｓ（ｔ）を計測する代わりに、速度ｖ（
ｔ）の時間依存変化を直接計測でき、キャスティングピストンによって供給され
るエネルギＥ（ｔ）又は全エネルギＥtotの計算に使用できる。
【００３３】 ダイカストプロセス又はチキソトローププロセス全体中のピストン位置ｓ（ｔ
）又はピストン速度ｖ（ｔ）及び圧力の上昇ｐ（ｔ）は、好ましくは、連続的に
計測される。
【００３４】 更に、本発明の重要な特徴は、計測値ｓ（ｔ）及びｐ（ｔ）又はｖ（ｔ）及び
ｐ（ｔ）、及びｖ（ｔ）、Ｅ（ｔ）、及びＥtotの計算をプロセス中にオンライ
ンで行うことができ、その結果、対応する補正計測を行うため、装入の直後にパ
ラメータを利用でき、即ちｓ（ｔ）又はｖ（ｔ）及びｐ（ｔ）の計測及びｖ（ｔ
）及びＥ（ｔ）の決定が実時間で行われるということである。二つの装入の間で
プロセスウィンドウを利用でき、これにより、補正計測を行うことによって干渉
を行うことができる。これは装入直後に成形体を再度冷却し、成形型を開放し、
成形体をダイカスト装置又はチキソトロープ成形装置から取り出し、キャスティ
ングチャンバをダイカスト材料又はチキソトロープ成形材料で再充填しなければ
ならないためである。液体金属がキャスティングチャンバに流入できるように、
例えばトラフのバルブ又はプラグを開放することによってキャスティングチャン
バにダイカスト用液体金属合金を入れる。
【００３５】 好ましくは、全エネルギＥtotに加えて、キャスティングピストンによって供
給された全エネルギＥ1乃至Ｅ4を、以下のプロセス工程で決定することができる
。即ち、 チキソトロープ成形において、チキソトロープ金属ロッドを、キャスティング
チャンバ内で、ロッドが成形型に面したキャスティングチャンバの端部に達する
まで移動するため、時間ｔ0と、金属ロッドがキャスティングチャンバの端部に
到着した時間を示すｔ1との間の期間中にキャスティングピストンによって部分
エネルギＥ1を供給する工程（ダイカストプロセスでは、部分エネルギＥ1は常に
ゼロである）と、 ダイカスト又はチキソトロープ成形において、チキソトロープ金属ロッド又は
ダイカスト材料を変形するため、時間ｔ1と、ダイカスト材料又はチキソトロー
プ成形材料がキャスティングチャンバの全断面積をその全長に亘って充填した時
間ｔ2との間の期間中、キャスティングピストンによって部分エネルギＥ2を供給
する工程と、 ダイカスト又はチキソトロープ成形において、スプルーチャンネルを充填する
ため、時間ｔ2と、成形チャンバと成形キャビティとの間に配置されたスプルー
チャンネルが全て完全に充填された時間を示す時間ｔ3との間の期間中にキャス
ティングピストンによって部分エネルギＥ3を供給する工程と、 ダイカスト又はチキソトロープ成形において、成形キャビティを充填するため
、時間ｔ3と、成形キャビティが完全に充填され、キャスティングピストンの速
度がゼロにまで低下した、即ちｖ（ｔ4）＝０の時間ｔ4との間の期間中に、キャ
スティングピストンによって部分エネルギＥ4を供給する工程と、 である。
【００３６】 詳細には、部分エネルギＥ1を確認することによって、キャスティングチャン
バ内でのダイカスト材料又はチキソトロープ成形材料の予備固化を決定できる。
更に、Ｅ1は、特に、全体としての減摩状態についての情報も、即ち例えば摩擦
による圧力損失、摩耗の現れ、及び潤滑剤についての情報も提供し、及びかくし
て、例えば離型剤及び潤滑剤の効果についての評価を行うのに役立ち、更に、キ
ャスティングピストンの摩擦及びその潤滑についての情報を提供する。
【００３７】 通常は、ダイカスト設備又はチキソトロープ成形設備のキャスティングピスト
ンは液圧で駆動される。このように設計されたダイカスト設備又はチキソトロー
プ成形設備では、時間依存圧力発生ｐ（ｔ）は、ダイカスト材料又はチキソトロ
ープ成形材料に面したキャスティングピストン表面での時間依存発生圧力ＰGK（
ｔ）の計測及び液圧液体の発生圧力Ｐｈｙｄ（ｔ）の計測を同時に行うことによ
って特に有利に決定される。これによって、好ましくは、ダイカストピストンに
よってダイカスト材料又はチキソトロープ成形材料に供給されたエネルギの計算
に発生圧力ＰGK（ｔ）を使用できる。
【００３８】 ダイカストプロセス又はチキソトロープ成形プロセスを本発明に従って監視す
るため、及び対応するプロセス検査を行うため、重要なのは絶対エネルギ計測値
Ｅ（ｔ）、Ｅtot、Ｅ1乃至Ｅ4ではなく、本質的には、同じ予熱炉からの又は様
々な予熱炉からの様々なチキソトロープロッド又はダイカスト材料の量について
の対応するエネルギ値を比較することである。エネルギ値Ｅ（ｔ）、Ｅ1乃至Ｅ4 及びＥtotの計算について発生圧力Ｐｈｙｄ（ｔ）もまた使用できる。
【００３９】 Ｐｈｙｄ（ｔ）は、キャスティングピストンに及ぼされた全圧力を示す。しか
しながら、これはダイカスト材料又はチキソトロープ成形材料に及ぼされた圧力
と対応しない。これは、キャスティングピストン自体がキャスティングチャンバ
内での所定の摩擦に露呈されているためである。
【００４０】 その結果、Ｐｈｙｄ（ｔ）及びＰGK（ｔ）を同時に計測することによって、キ
ャスティングピストンの摩擦による圧力損失Δｐ＝Ｐｈｙｄ（ｔ）＋ＰGK（ｔ）
を決定でき、及び従って、キャスティングチャンバ及びキャスティングピストン
の機械的状態、及びキャスティングピストンの潤滑を推測できる。
【００４１】 これに対し、Ｅtotによりチキソトロープ成形又はダイカストプロセス全体を
検査でき、部分エネルギ値Ｅ1乃至Ｅ4は、Ｅ1の場合で、例えば上文中に説明し
た減摩状態について又は予備固化の確認について説明したような特定のプロセス
パラメータについての情報を提供する。Ｅ2は、例えば、必要な変形エネルギに
ついての情報を得る上で適しており、チキソトロープ成形の場合、例えばロッド
の状態についての情報、即ちチキソトロープロッドが硬過ぎるか或いは軟らか過
ぎるかどうか、又は液体の割合が高過ぎるか或いは低過ぎるかどうかについての
情報を提供する。他方、Ｅ3及びＥ4は、例えば、スプルーチャンネル及び成形キ
ャビティの充填挙動を監視するのに適しており、例えば離型剤の効果についての
情報を提供するのに適しており、チキソトロープ成形の場合、チキソトロープ材
料に作用する剪断力についての情報を提供するのに適している。
【００４２】 チキソトロープ成形プロセス又はダイカストプロセスの場合には、本発明に従
って監視を行うＲＴＩＭプロセスにより、好ましくは、各作業シフト（ｗｏｒｋ
ｓｈｉｆｔ）について報告をプリントアウトする。この場合、好ましくは、製
造されたキャビティ成形型又はチキソトロープ成形型の数、即ち装入体の数ｎ、
部分エネルギＥ1乃至Ｅ4、及び全エネルギＥtotを各装入体に付いて計算し、報
告のプリントアウトに示す。更に、好ましくは、同じ予熱炉からのダイカスト材
料又はチキソトロープ成形材料でできた全てのｎ個の装入体についての平均全エ
ネルギＥtot.m及び標準偏差σnを確認し、プリントアウトする。
【００４３】 同じ炉Ｋからのチキソトロープ成形材料又はダイカスト材料でできたｎ個の装
入体についての平均全エネルギＥtot.mは、例えば、次のように相加平均として
計算される。
【００４４】
【式１０】
【００４５】 次いで、標準偏差を次の式で計算する。
【００４６】
【式１１】
【００４７】 更に、好ましくは、次の式に従って関連した散乱を計算できる。
【００４８】
【式１２】
【００４９】 結果的に行われた成形の評価、及びエネルギ値Ｅtot及びＥ1乃至Ｅ4と平均値
及び標準偏差との対応する比較により、十分な成形量を得るためにどのエネルギ
範囲が許容できるのかを結論付けることができる。従って、エネルギ値Ｅtot及
びＥ1乃至Ｅ4に関し、チキソトロープ成形プロセス又はダイカストプロセスにつ
いての公称値範囲を決定でき、これを例えばプロセスの中断、予熱炉の装入、予
熱炉の加熱力の較正、キャスティング曲線の補正、又は監視警報のトリガーを行
うためのパラメータとして使用できる。
【００５０】 装置に関し、本発明は、製造プロセスを製造状態で監視できるチキソトロープ
装置又はダイカスト装置を提供することに基づく。 本発明によれば、これは、請求項１２に記載の特徴を持つ装置によって得られ
る。本発明による装置の好ましい実施例は、従属項１３及び１４に記載されてい
る。
【００５１】 計測装置により時間依存圧力ｐ（ｔ）及び位置の連続的計測値ｓ（ｔ）を連続
的に記録できる本発明によるダイカスト装置又はチキソトロープ成形装置が特に
好ましい。
【００５２】 位置ｓ（ｔ）を決定するための計測装置もまた、好ましくは、キャスティング
ピストンの時間依存速度ｖ（ｔ）を計測するための装置を有し、これによって、
時間ｔxでのキャスティングピストンの位置ｓ（ｔx）は、次の式によって決定さ
れる。
【００５３】
【式１３】
【００５４】 本発明による装置は、本発明によるプロセス監視方法を使用してチキソトロー
プ成形即ちダイカストを行うのに特に適している。 本発明のこの他の利点、特徴、及び詳細は、チキソトロープ成形の例を使用し
た図１乃至図８の以下の説明から、及び添付図面に基づいて明らかである。
【００５５】
【発明の実施の形態】
図１乃至図５は、水平チキソトロープ成形設備のキャスティングチャンバを通
る長さ方向軸線に沿った長さ方向縦断面図を示す。円筒形キャスティングチャン
バ１０が水平に配置されており、キャスティングピストン１２、半径方向で対称
な酸化物ポケット２２、スプルー開口部２４、二つのスプルーチャンネル２６及
び２８、及びこれに取り付けられた二つの成形キャビティ１６及び１８を含む。
【００５６】 図１は、時間ｔ0＝０でのチキソトロープ成形設備を示す。ここでは、予熱炉
（図示せず）内で必須の温度に加熱したチキソトロープ金属ロッド１４が水平キ
ャスティングチャンバ内に導入してあり、キャスティングピストン１２がこの金
属ロッドに当たっている。図１は、一例として、チキソトロープ金属ロッド１４
に面するキャスティングピストン表面に取り付けられた圧力センサ３０を示す。
更に、図１は位置又は速度計測装置３２を示す。
【００５７】 図２は、時間ｔ1でのチキソトロープ成形装置を示す。このとき、チキソトロ
ープ金属ロッド１４は、キャスティングチャンバの成形型側の端部１１に達して
いる。円筒形チキソトロープ金属ロッド１４の断面積がキャスティングチャンバ
１０の断面積よりも小さいため、チキソトロープロッド１４は、時間ｔ1の時点
ではキャスティングチャンバの全断面積をまだ充填していない。
【００５８】 図３は、時間ｔ2でのチキソトロープ成形装置を示す。この時点で、チキソト
ロープ金属ロッドはその幾何学的構造を失い、チキソトロープ成形マス１５の形
状を有する。従って、時間ｔ2は、チキソトロープ成形マス又はチキソトロープ
成形材料１５の全長がキャスティングチャンバの全断面積を充填する、即ちチキ
ソトロープ成形マス１５がキャスティングピストン１２と成形型に面するキャス
ティングチャンバ１０の端部１１との間の全空間を充填する時間を示し、これに
よって時間ｔ2では、スプルー開口部２４を通って流れているチキソトロープ材
料は実質的になく、酸化物ポケット２２に流入した酸化した縁部材料がない。
【００５９】 図４は、時間ｔ3でのチキソトロープ成形設備を示す。時間ｔ3は、スプルー開
口部２４及びスプルーチャンネル２６及び２８がチキソトロープ成形材料１５で
完全に充填された時間である。チキソトロープ金属ロッド１４の縁部層に配置さ
れた酸化物を保持する酸化物ポケット２２は、既にほぼ充填されている。
【００６０】 図５は、時間ｔ4でのチキソトロープ成形設備を示す。時間ｔ4は、実際のチキ
ソトロープ成形プロセスの最終段階、即ち成形型を開放する前の時間を示す。時
間ｔ4では、成形キャビティ１６及び１８はチキソトロープマス１５で完全に充
填されており、キャスティングピストン１２の速度はゼロまで低下する。続いて
行われるチキソトロープ成形型の冷却−硬化相中にチキソトロープ材料をプレス
することによって冷却プロセス中の収縮を補償するため、キャスティングピスト
ン圧力を短時間に亘って維持でき、その結果、キャスティングピストンは時間ｔ 4 の後に追加の移動を行うことができる。時間ｔ4では、この例では、半径方向で
対称に設計された酸化物ポケット２２は、チキソトロープロッド１４の元の縁部
層の酸化物成分で完全に充填されている。
【００６１】 図６には、同じ予熱炉からの個々のチキソトロープ金属ロッドのチキソトロー
プ成形プロセスの算出全エネルギ値、即ち個々の装入体の全エネルギ値を、各場
合の全エネルギを縦座標にとり、対応する装入時間の形態の装入数を横座標にと
って示してある。装入体の装入数は、特定の時間ｔxと対応し、そのため座標は
時間軸と対応する。特定の時間ｔxは予め所望の通りに定義でき、即ち、例えば
キャスティングピストンがチキソトロープ成形プロセスを開始する開始時間と定
義できる。正確に定義できるチキソトロープ成形プロセス中の任意の他の時間を
特定の時間ｔxと定義することもできる。各チキソトロープ成形プロセスの開始
時のキャスティングピストンの始動は、図６に示す値について選択される。
【００６２】 図６の部分図ａ乃至ｈの各々は、多数の装入体についての確認された全エネル
ギ値を示し、特定の予熱炉のチキソトロープ金属ロッドについての値が別々に示
してある。即ち図ａ乃至ｈは、同じ予熱炉からのチキソトロープ金属ロッドにつ
いての値を再現する。
【００６３】 図６のａは、１番炉で加熱したチキソトロープロッドの３２個の装入体の全エ
ネルギを示す。各チキソトロープ成形プロセスの開始時のキャスティングピスト
ンの始動は特定の時間ｔxとして選択される。この図は、午後７時４７分から翌
日の午前２時３７分までの期間中の装入体をカバーする。３２個の装入体の全て
の平均全エネルギは２６．０１ｋＪであり、相対的分散が±１６％である。
【００６４】 図６ｂは、５番炉で加熱したチキソトロープロッドの４６個の装入体の全エネ
ルギを示す。この図は、午後７時０６分から翌日の午前２時５１分までの期間中
の装入体をカバーする。４６個の装入体の全ての平均全エネルギは３１．９７ｋ
Ｊであり、相対的分散が±１０％である。
【００６５】 図６ｃは、６番炉で加熱したチキソトロープロッドの４７個の装入体の全エネ
ルギを示す。この図は、午後６時５９分から翌日の午前２時３４分までの期間中
の装入体をカバーする。４７個の装入体の全ての平均全エネルギは２３．９１ｋ
Ｊであり、相対的分散が±９％である。
【００６６】 図６ｄは、７番炉で加熱したチキソトロープロッドの４８個の装入体の全エネ
ルギを示す。この図は、午後７時００分から翌日の午前２時３６分までの期間中
の装入体をカバーする。４８個の装入体の全ての平均全エネルギは３０．５８ｋ
Ｊであり、相対的分散が±１５％である。
【００６７】 図６ｅは、９番炉で加熱したチキソトロープロッドの４２個の装入体の全エネ
ルギを示す。この図は、午後７時０１分から翌日の午前２時２８分までの期間中
の装入体をカバーする。４２個の装入体の全ての平均全エネルギは２３．５３ｋ
Ｊであり、相対的分散が±１６％である。
【００６８】 図６ｆは、１０番炉で加熱したチキソトロープロッドの４９個の装入体の全エ
ネルギを示す。この図は、午後７時０３分から翌日の午前２時４７分までの期間
中の装入体をカバーする。４９個の装入体の全ての平均全エネルギは２３．０３
ｋＪであり、相対的分散が±１２％である。
【００６９】 図６ｇは、１１番炉で加熱したチキソトロープロッドの４７個の装入体の全エ
ネルギを示す。この図は、午後７時０４分から翌日の午前２時３９分までの期間
中の装入体をカバーする。４７個の装入体の全ての平均全エネルギは３０．３８
ｋＪであり、相対的分散が±８％である。
【００７０】 図６ｈは、１２番炉で加熱したチキソトロープロッドの５１個の装入体の全エ
ネルギを示す。この図は、午後７時０５分から翌日の午前２時３２分までの期間
中の装入体をカバーする。５１個の装入体の全ての平均全エネルギは４６．１５
ｋＪであり、相対的分散が±７％である。
【００７１】 図７は、約８時間の作業シフト中の図６に示すチキソトロープ成形試験につい
ての平均全エネルギＥtot.i（ｉ＝１．．．１２、ここでｉは炉番号である）の
棒グラフを示す。ここには標準偏差も示してある。従って、図７の全ての棒は、
炉番号ｉからのチキソトロープ金属ロッドについての装入体当りの、作業シフト
中に全ての装入体について平均した全エネルギＥtot.iを表す。
【００７２】 結果的に得られた成形型の評価及び平均全エネルギＥtot.i又はＥtotの対応す
る比較に基づいて、このエネルギ範囲が適切な成形品質について受け入れられる
と結論付けることができる。結果的に得られた成形体は、例えば、光学的又は顕
微鏡を用いた評価によって、又は材料試験、例えば顕微鏡写真を用いた材料規格
試験、材料分析、構造試験、等によって査定できる。成形型及びそれらの製造に
ついて周知の全エネルギＥtot、及び部分エネルギＥ1乃至Ｅ4についての値に基
づいて、全エネルギ公称値範囲を、例えばチキソトロープ成形プロセス即ちダイ
カストプロセスについてのＥtotに関して決定できる。次いで、公称値範囲を別
のパラメータとして使用し、これによって、一つの装入体又は多数の装入体の全
エネルギ値がこの範囲を外れている場合、プロセスを中断し、例えば予熱炉の交
換又は予熱炉の加熱出力の再較正を行うのがよい。
【００７３】 図６と関連したチキソトロープ成形プロセスを使用して製造した成形体の査定
は、この場合、必要な成形品質を得るため、装入体当りの全エネルギが３５ｋＪ
≧Ｅtot≧１０ｋＪでなければならないということを示す。かくして確認された
エネルギ閾値近くに、必要な成形特性を持つ成形体及び不適切な成形特性を持つ
成形体の両方がある。装入体の全エネルギ値が所定のエネルギ範囲の外にある場
合には、形態が一致しない型成形が行われる危険が大きい。即ち、構造、寸法、
等に関する必要な成形特性を示さない成形が行われる危険が大きい。従って、装
入体についての全エネルギの決定は、良好な又は劣悪な型成形が行われる可能性
についての、即ち不合格の可能性についての手段を提供する。
【００７４】 図８は、本発明によるＲＴＩＭプロセスについての計測し計算した値を表す、
グラフによる報告の一例を示し、第１にキャスティングピストン１２がとる計測
された経路ｓ（ｔ）を示し、第２にチキソトロープ成形プロセス中、即ち装入中
にキャスティングピストン１２によって及ぼされた計測された時間依存圧力（ｐ
（ｔ）を示す。ここで、不連続の時間に確認されたキャスティングピストン１２
の速度の値ｖ（ｔ）＝ｄｓ（ｔ）／ｄｔを代入する。更に、図８に示す報告には
、不連続の速度値ｄｓ（ｔ）／ｄｔの数値フィルタリング及びフラッタニングに
よって計算した速度曲線ｖ（ｔ）が更に示してある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 水平チキソトロープ成形設備でのチキソトロープ成形中のプロセ
スの時間経過順の進展を示す概略図である。
【図２】 水平チキソトロープ成形設備でのチキソトロープ成形中のプロセ
スの時間経過順の進展を示す概略図である。
【図３】 水平チキソトロープ成形設備でのチキソトロープ成形中のプロセ
スの時間経過順の進展を示す概略図である。
【図４】 水平チキソトロープ成形設備でのチキソトロープ成形中のプロセ
スの時間経過順の進展を示す概略図である。
【図５】 水平チキソトロープ成形設備でのチキソトロープ成形中のプロセ
スの時間経過順の進展を示す概略図である。
【図６】 本発明に従って監視したＲＴＩＭプロセスの報告のプリントアウ
トである。
【図７】 本発明に従って監視したＲＴＩＭプロセスの報告のプリントアウ
トである。
【図８】 本発明によるＲＴＩＭプロセスについての計測し計算した値のグ
ラフ報告である
【符号の説明】
１０ 円筒形キャスティングチャンバ １２ キャスティングピストン １４ チキソトロープ金属ロッド １６、１８ 成形キャビティ ２２ 酸化物ポケット ２４ スプルー開口部 ２６、２８ スプルーチャンネル ３０ 圧力センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アルヌール，グレゴワール スイス国セーアーシュ−3972 ミエージ ェ，ラ・ロルツェ (72)発明者 バニョウド，クリストフ スイス国セーアーシュ−3968 ベイラス， ルット・ドゥ・リオンダズ 38 (72)発明者 プラタ，ミロスロウ スイス国セーアーシュ−1963 ヴェトロ ズ，シュマン・ヌフ 28

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属（１４、１５）のダイカスト又はチキソトロープ成形中
    にプロセスを監視するための方法であって、前記方法は、キャスティングチャン
    バ（１０）とキャスティングピストン（１２）と成形キャビティ（１６、１８）
    を備えた成形型を含むダイカスト設備又はチキソトロープ成形設備において行わ
    れる、前記方法において、 成形圧力ｐ（ｔ）の発生を時間経過順に計測し、前記キャスティングピストン
    の時間と関連した速度ｖ（ｔ）を決定し、前記キャスティングピストンによって
    プロセス時間ｔの関数として供給されたエネルギＥ（ｔ）及びダイカストプロセ
    ス中又はチキソトロープ成形プロセス中に前記キャスティングピストンによって
    供給された全エネルギＥtotを、時間と関連した成形圧力ｐ（ｔ）の発生及び前
    記キャスティングピストンの速度ｖ（ｔ）に基づいて計算し、ダイカストプロセ
    ス又はチキソトロープ成形プロセスを監視するためのパラメータとして全エネル
    ギＥtotを使用することを特徴とする、前記方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のダイカスト設備又はチキソトロープ成形設
    備のプロセスを監視するための方法において、発生圧力ｐ（ｔ）は、ダイカスト
    材料又はチキソトロープ成形材料（１４、１５）に面したキャスティングピスト
    ン表面での圧力ＰGK（ｔ）を計測することによって決定されることを特徴とする
    、前記方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載のダイカスト設備又はチキソトロープ成形設
    備のプロセスを監視するための方法であって、前記キャスティングピストン（１
    ２）は液圧駆動式である前記方法において、前記発生圧力ｐ（ｔ）は、液圧液体
    の圧力Ｐｈｙｄ（ｔ）を計測することによって決定されることを特徴とする、前
    記方法。
  4. 【請求項４】 請求項１、２、又は３に記載の方法において、前記キャステ
    ィングピストン（１２）によって供給されたエネルギＥ（ｔ）は、プロセス時間
    ｔの関数として次の積分関数に従って計算され、 【式１】 ダイカストプロセス又はチキソトロープ成形プロセス中に前記キャスティング
    ピストン（１２）によって供給された全エネルギＥtotは、次の積分関数に従っ
    て計算され、 【式２】 ここで、Ａはダイカスト材料又はチキソトロープ成形材料（１４、１５）に面
    した前記キャスティングピストン（１２）の面積であり、ｔ0は、ダイカストプ
    ロセス又はチキソトロープ成形プロセスの開始時間ｔ＝０を表し、ｔ4は、ｔ0後
    の第１時間中に前記キャスティングピストンが速度ｖ（ｔ）＝０である時間を示
    すことを特徴とする、前記方法。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の方法において
    、前記キャスティングピストンの時間依存位置ｓ（ｔ）を計測し、前記キャステ
    ィングピストンの速度ｖ（ｔ）を不連続の時間での時間ｔの後の時間依存キャス
    ティングピストン位置ｓ（ｔ）の微分係数として、次の以関数に従って決定し、 【式３】 ここで速度ｖ（ｔ）は、好ましくは、ダイカストプロセス又はチキソトロープ
    成形プロセス中に１８０乃至５００、詳細には２５０乃至４００の不連続のプロ
    セス時間点で決定されることを特徴とする、前記方法。
  6. 【請求項６】 請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の方法において
    、二つのプロセス時間点ｔx及びｔy（ｔx＜ｔy）の間に、前記キャスティングピ
    ストン１２によって供給された時間依存エネルギＥx,y（ｔ）は、次の積分関数
    を使用して計算され、 【式４】 ここで、Ａはダイカスト材料又はチキソトロープ成形材料（１４、１５）に面
    した前記キャスティングピストン（１２）の面積を示すことを特徴とする、前記
    方法。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の方法において、部分エネルギＥ1乃至Ｅ4は
    、以下の工程の間に計算されることを特徴とし、前記工程は、 ａ）チキソトロープ成形において、チキソトロープ金属ロッド（１４）を、キャ
    スティングチャンバ（１０）内で、前記金属ロッド（１４）が成形型（１１）に
    面するキャスティングチャンバ（１０）の端部に達するまで移動するため、時間
    ｔ0から前記チキソトロープ金属ロッド（１４）が前記キャスティングチャンバ
    （１１）の端部に到着した時間を示すｔ1までの期間中にキャスティングピスト
    ン（１２）によって部分エネルギＥ1を供給する工程と、 ｂ）ダイカスト及びチキソトロープ成形において、前記チキソトロープ金属ロッ
    ド（１４）又はダイカスト材料（１５）を変形するため、時間ｔ1からダイカス
    ト材料又はチキソトロープ成形材料（１５）の全長が前記キャスティングチャン
    バの全断面積を充填した時間ｔ2までの期間中、前記キャスティングピストン（
    １２）によって部分エネルギＥ2を供給する工程と、 ｃ）ダイカスト及びチキソトロープ成形において、前記スプルーチャンネル（２
    ６、２８）を充填するため、時間ｔ2から前記成形チャンバ（１０）と成形キャ
    ビティ（１６、１８）との間に配置された前記スプルーチャンネル（２６、２８
    ）が全て完全に充填された時間を示す時間ｔ3までの期間中に前記キャスティン
    グピストン（１２）によって部分エネルギＥ3を供給する工程と、 ｄ）ダイカスト及びチキソトロープ成形において、前記成形キャビティ（１６、
    １８）を充填するため、時間ｔ3から前記成形キャビティ（１６、１８）が完全
    に充填され、前記キャスティングピストン（１２）の速度がゼロにまで低下した
    、即ちｖ（ｔ4）＝０の時間ｔ4までの期間中に、前記キャスティングピストン（
    １２）によって部分エネルギＥ4を供給する工程と、 を含む、前記方法。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の方法において、全エネルギＥtotは、Ｅtot ＝Ｅ1＋Ｅ2＋Ｅ3＋Ｅ4として計算されることを特徴とする、前記方法。
  9. 【請求項９】 請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の方法であって
    、前記キャスティングピストン（１２）は液圧駆動式である前記方法において、
    前記発生液圧ｐ（ｔ）は、前記液圧液体の圧力Ｐhyd（ｔ）の計測から、これと
    同時に、前記ダイカスト材料又は前記チキソトロープ成形材料（１４、１５）に
    面する前記キャスティングピストン表面での圧力ＰGK（ｔ）の計測から得られ、
    発生圧力ＰGK（ｔ）は、前記キャスティングピストン（１２）によって供給され
    るエネルギ値を計算するために使用され、時間ｔまでの摩擦によるエネルギ損失
    は、次の積分関数を計算することによって決定され、 【式５】 ここで、Ａは、ダイカスト材料又はチキソトロープ成形材料（１４、１５）に
    面した前記キャスティングピストン（１２）の面積を示し、ｔ0はダイカスト又
    はチキソトロープ成形プロセスの開始時間を示すことを特徴とする、前記方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の方法におい
    て、特定の予熱炉からのダイカスト材料又はチキソトロープ成形材料（１４、１
    ５）を使用する多くのダイカスト又はチキソトロープ成形プロセスについて全エ
    ネルギＥtotを確認し、これから対応する平均値及び標準偏差を計算し、これに
    よって平均値及び標準偏差を別のパラメータとして使用することを特徴とする、
    前記方法。
  11. 【請求項１１】 アルミニウム合金又はマグネシウム合金のダイカスト又は
    チキソトロープ成形を行うための、請求項１乃至１０のうちのいずれかに記載の
    方法の使用。
  12. 【請求項１２】 キャスティングチャンバ（１０）とキャスティングピスト
    ン（１２）と少なくとも一つの成形キャビティ（１６、１８）とを備えたを成形
    型を有する、ダイカスト設備又はチキソトロープ成形設備であって、詳細には、
    アルミニウム合金のダイカスト又はチキソトロープ成形を行うためのダイカスト
    設備又はチキソトロープ成形設備において、前記ダイカスト設備又はチキソトロ
    ープ成形設備は、プロセス時間依存圧力ｐ（ｔ）の決定とプロセス時間依存位置
    ｓ（ｔ）の決定を同時に行うためのいずれかの計測装置（３０、３２）を有し、
    又は、プロセス時間依存圧力ｐ（ｔ）の決定と前記キャスティングピストン（１
    ２）のプロセス時間依存速度ｖ（ｔ）の決定を同時に行うための計測装置（３０
    、３２）を有することを特徴とする、前記設備。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載のダイカスト設備又はチキソトロープ成
    形設備において、プロセス時間依存圧力ｐ（ｔ）を決定するための前記計測装置
    は、ダイカスト材料又はチキソトロープ成形材料（１４、１５）に面するキャス
    ティングピストン表面上に装着した、圧力センサ（３０）を含むことを特徴とす
    る、前記設備。
  14. 【請求項１４】 請求項１２又は１３に記載のダイカスト設備又はチキソト
    ロープ成形設備であって、前記キャスティングピストン（１２）は液圧駆動式で
    ある前記設備において、前記プロセス時間依存圧力ｐ（ｔ）を決定するための前
    記計測装置は、液圧液体の圧力を決定するための圧力センサを含むことを特徴と
    する、前記設備。
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