JP2011000597A - Pressure casting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋳造機を用いて鋳造品を鋳造するに際して、金型キャビティ内に溶湯を充填後、溶湯流入経路を閉塞し、金型に装着した加圧手段により金型キャビティ内の溶湯を加圧して、内部欠陥の発生を抑制し、かつ鋳造品の寸法の精度を維持する加圧鋳造方法に関する。 According to the present invention, when casting a cast product using a casting machine, after the molten metal is filled into the mold cavity, the molten metal inflow path is closed, and the molten metal in the mold cavity is added by the pressurizing means attached to the mold. The present invention relates to a pressure casting method that suppresses the occurrence of internal defects and maintains the dimensional accuracy of a cast product.
従来より、高品質の鋳造品を得る方法として溶湯を低速で金型に充填し、一般的には70MPa以上、主に100MPa程度のメタル圧力で加圧するスクイーズ鋳造法が知られている。この方法を利用することで、緻密性の高い、収縮巣の少ないホイール、エンジンブロック、ナックルを初めとする重要保安部品が製造されている。しかしながら、同方法においては、金型キャビティに溶湯を充填するにあたり、スリーブと言われる筒状の容器に一旦溶湯を入れて鋳造するため、スリーブ内に注湯するときに酸化物が湯面に発生して鋳造品の機械特性のばらつきの原因となり、機械特性の安定化のためには、金型入口に酸化物を除去する金網のようなフィルターが必要となっていた。また、メタル圧力が高い鋳造機では、金型からのメタルの吹き出しを防止するために型閉力を大きくする必要があったり、メタル圧力を高めるために油圧の大きい仕様の設備となり、コスト的に高いものとなっていた。 Conventionally, a squeeze casting method is known as a method for obtaining a high-quality cast product, in which a molten metal is filled into a mold at a low speed and generally pressurized with a metal pressure of about 70 MPa or more, mainly about 100 MPa. By utilizing this method, important safety parts such as wheels, engine blocks, and knuckles with high density and less shrinkage are produced. However, in this method, when filling the mold cavity with the molten metal, the molten metal is once poured into a cylindrical container called a sleeve and cast, so that oxide is generated on the molten metal surface when pouring into the sleeve. As a result, the mechanical properties of the cast product are dispersed, and a filter such as a wire mesh that removes oxides from the mold entrance is required to stabilize the mechanical properties. In addition, in a casting machine with high metal pressure, it is necessary to increase the mold closing force in order to prevent metal blowout from the mold, or it becomes equipment with high hydraulic pressure to increase the metal pressure. It was expensive.
また、低圧鋳造法においては、金型に溶湯を注ぐ筒状のストークが常時浸漬されているため、注湯後ストークが浸漬している湯面に酸化物がかすとして浮遊し、この酸化物が鋳造品に混入して鋳造品の機械特性のばらつきの原因となっていた。このため、金型入口に酸化物を除去する金網のようなフィルターが必要となっていた。加えて低圧鋳造法においては、素形材の凝固速度が遅いために最終凝固部になるところに巣が発生し、機械特性の低下をもたらすことがあった。 In addition, in the low pressure casting method, a cylindrical stalk that pours molten metal into the mold is always immersed, so that after the pouring, the oxide floats on the molten metal surface where the stalk is immersed, and this oxide floats. It was mixed in the casting and caused variations in the mechanical properties of the casting. For this reason, a filter such as a wire net that removes oxide at the mold entrance is required. In addition, in the low-pressure casting method, since the solidification rate of the shaped material is slow, a nest is generated at the final solidified portion, resulting in a decrease in mechanical properties.
これらの問題を解決できる方法として、下記の特許文献1に開示された方法が知られている。この方法は、溶湯流入ゲートを塞ぐ閉塞手段と閉塞された金型キャビティ内の溶湯を加圧する加圧手段とを備えた装置に、1回の鋳込みに必要な量の溶湯を収容する脱着可能な加圧鍋を使用することを特徴とするものであり、鍋の中に保持される溶湯の湯面を清浄化すれば、低圧鋳造やスリーブを有する加圧鋳造方法の上記問題点を解決することができる。また、同装置においては、溶湯が入る狭いゲート口を介して溶湯に加圧力をかける方法を取らずに直接溶湯に広い断面積で加圧力をかけるため、加圧持続時間が長く従来の製法に比較して小さい加圧装置で製品ができる。
As a method for solving these problems, a method disclosed in
また、加圧鋳造方法においては、緻密性の高い健全な鋳物製品を得るために加圧条件に関する下記の特許文献に記載の発明が種々提案されている。下記特許文献2に開示されている加圧鋳造方法では、金型キャビティに充填完了する前に減速し、その後段階的に増圧して、バリ吹きを防止することで、緻密度の高い製品を得るようにしている。
Further, in the pressure casting method, various inventions described in the following patent documents relating to pressure conditions have been proposed in order to obtain a sound casting product with high density. In the pressure casting method disclosed in the following
また、下記特許文献3に記載の発明では、2段階に分けて昇圧し、金型からの湯飛びを防止して、内部品質の高い製品を得るようにしている。
Further, in the invention described in
また、下記特許文献4に記載の発明では、加圧プランジャーの加圧力をフィードバック制御して、マスターカーブに合うように加圧するようにしている。 Further, in the invention described in Patent Document 4 below, the pressurizing force of the pressurizing plunger is feedback-controlled to pressurize so as to match the master curve.
また、下記特許文献5に記載の発明では、湯回りがよく残留気泡が少ない重力鋳造用鋳物を得るために、湯回りが悪い鋳型キャビティ部分の先端に開閉弁を介してガス抜き通気孔を設けるようにしている。
Further, in the invention described in
また、下記特許文献6に記載の発明では、溶湯が金型キャビティに充填される前に加圧プランジャーを突出させる。この方法は、微小のクリアランスをもって進退自在に嵌合している加圧プランジャーと金型とのクリアランスに溶湯が侵入するのを防ぎ、分解清掃することなく、連続的に加圧動作ができるようにしている。 In the invention described in Patent Document 6 below, the pressure plunger is protruded before the molten metal is filled into the mold cavity. This method prevents the molten metal from entering the clearance between the pressurizing plunger and the mold that are movably fitted with a small clearance so that the pressurizing operation can be performed continuously without disassembly and cleaning. I have to.
しかしながら、例えば特許文献1に開示されている竪型鋳造法において、メタル圧力がたとえば50MPa程度の低圧力で、内部欠陥の発生を抑制し、かつ鋳造品の寸法精度を維持するためには、開示されている技術のみでは緻密でかつ一定寸法の製品を製造することが容易にはできなかった。具体的に言えば、加圧部位が製品にならない場合あるいは製品になるが同部の寸法の精度を要求されない場合は別にして、特に加圧部位そのものが製品であって、しかも寸法を要求する凹凸がある場合には高い寸法精度が要求される。しかし、連続運転中に型温の上昇に伴い鋳造素材の重量や金型の寸法が変化することがあり、所定の厚み、所定の重量の製品を高精度に一定期間得ることが困難であった。この問題は、他の特許文献2〜6によっても解決することができない問題である。
However, for example, in the vertical casting method disclosed in
すなわち、特許文献2に開示されている加圧鋳造方法においては、スリーブに保持されている溶湯が金型キャビティに高速で充填されることで、金型の外に溶湯が噴出して品質が低下することを防止できるものの、この加圧鋳造方法では、上記問題点を解決することができない。
That is, in the pressure casting method disclosed in
また、特許文献3に開示されている加圧鋳造方法では、2段階に分けて昇圧し、金型からの湯飛びを防止して、内部品質の高い製品を得るようにしているが、これも金型の外に溶湯が噴出して品質の低下することを防止できるものの、この加圧鋳造方法では、上記問題点を解決することができない。
Further, in the pressure casting method disclosed in
また、特許文献4では、加圧プランジャーの加圧力をフィードバック制御して、マスターカーブに合うように時間当たりのストローク(移動距離)を移動させながら安定した加圧動作を持続させることを特徴にしているが、同法は金型ゲート口から充填された金型キャビティ内の溶湯に対してゲート口とは異なる局部的な部位に対して加圧凝固させるものである。このような、組み合わせられた金型により構成された金型キャビティに溶湯を充填し、同一射出口から製品にならない部位のメタルを加圧する方法では、製品となる鋳造素材の寸法はおのずと正確に決まるものであるため、最終的に達成する鋳物の重量、寸法が決まらない鋳造法に対応することができず、さらに、収縮巣を抑制しつつ、目標となる素材寸法に最終的に調整することができない。 Further, Patent Document 4 is characterized in that a stable pressurizing operation is continued while a stroke per unit time (movement distance) is moved so as to fit the master curve by feedback control of the pressurizing force of the pressurizing plunger. However, in this method, the molten metal in the mold cavity filled from the mold gate port is pressurized and solidified at a local site different from the gate port. In such a method of filling the mold cavity constituted by the combined molds with the molten metal and pressurizing the metal in the part that does not become a product from the same injection port, the dimensions of the casting material to be the product are naturally determined accurately. Therefore, it is not possible to cope with the casting method in which the weight and dimensions of the casting to be finally achieved are not determined, and furthermore, it is possible to finally adjust to the target material dimensions while suppressing the shrinkage nest. Can not.
また、特許文献5では、湯回りがよく残留気泡が少ない重力鋳造用鋳物を得るために、湯回りが悪い鋳型キャビティ部分の先端に開閉弁を介してガス抜き通気孔を設けるようにしている。しかし、この方法では、通気孔につながる通路と開閉弁の通路が一致しているため、エアー及び湯先のアルミ溶湯を金型外に流出した後に、開閉弁を作動させて、金型キャビティにアルミ溶湯が完全に充填される最適な動作タイミングを確認することができない。また、一般的なガスを排出するシャットオフピンでも、排気時にピンを後退させてピン穴を通過してエアーを排出することでは基本的には同じ仕組みである。また、特許文献は記載しないが、たとえば低圧鋳造のように高圧がかからない場合には、一旦塗型剤を使用すれば繰り返しの鋳造においてもそのまま連続して使用することが可能であるが、本発明のように高圧で加圧成形する場合には、毎回鋳造前にたとえば黒鉛系の離型剤を噴霧する必要がある。この条件では、エアーを抜くために鋳型に設置されているエアー抜きベントでは、該離型剤がエアベントに堆積し、安定したエアーの排気ができず、これにより、安定した鋳造を確保することが難しかった。
Further, in
また、下記特許文献6では、溶湯が金型キャビティに充填される前に加圧プランジャーを突出させることにより、微小のクリアランスをもって進退自在に嵌合している加圧プランジャーと金型とのクリアランスに溶湯が侵入するのを防ぎ、分解清掃することなく、連続的に加圧動作ができるようにしている。しかし、この方法は、溶湯流入時に残存する金型キャビティ内のエアーを低減するためのものではないため、金型キャビティに充填する溶湯量を安定させることはできない。 Further, in Patent Document 6 below, the pressurizing plunger is protruded before the molten metal is filled into the mold cavity, so that the pressurizing plunger and the mold that are movably fitted with a small clearance can be used. The molten metal is prevented from entering the clearance, and the pressure operation can be continuously performed without disassembly and cleaning. However, since this method is not for reducing the air in the mold cavity remaining when the molten metal flows in, the amount of the molten metal filled in the mold cavity cannot be stabilized.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、金型キャビティ内に溶湯を充填後、溶湯流入口を閉塞し、金型に装着した加圧手段により金型キャビティ内の溶湯を段階的に加圧することにより、内部欠陥の発生を抑制し、かつ鋳造品の寸法の精度を維持する加圧鋳造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems. After filling the mold cavity with the molten metal, the molten metal inlet is closed, and the molten metal in the mold cavity is removed by the pressurizing means attached to the mold. An object of the present invention is to provide a pressure casting method that suppresses the generation of internal defects and maintains the dimensional accuracy of a cast product by applying pressure stepwise.
本発明に係る加圧鋳造方法は、固定金型、可動金型及び溶湯加圧用の入れ子金型により形成される金型キャビティ内に前記入れ子金型を前進させる工程と、前記キャビティ内に溶湯流入口を介して溶湯を充填する工程と、前記金型キャビティ内に溶湯を充填する工程中に前記入れ子金型を前記金型キャビティの容量を増加させる方向に所定距離だけ引き戻す工程と、前記金型キャビティ内に溶湯が充填された後、前記溶湯流入口を閉塞する工程と、前記入れ子金型を前進させて前記金型キャビティ内に充填された溶湯を加圧する工程とを繰り返し、素形材の前記入れ子金型による加圧箇所が所定の寸法範囲内となるように前記入れ子金型を引き戻す所定距離を調整することを特徴とする。 The pressure casting method according to the present invention includes a step of advancing the insert mold into a mold cavity formed by a fixed mold, a movable mold, and a insert mold for pressurizing a molten metal, and a molten metal flow in the cavity. Filling the molten metal through the inlet; pulling the nested mold back by a predetermined distance in the direction of increasing the capacity of the mold cavity during the process of filling the mold cavity with the molten metal; and the mold After the molten metal is filled in the cavity, the process of closing the molten metal inlet and the process of advancing the insert mold and pressurizing the molten metal filled in the mold cavity are repeated. A predetermined distance for pulling back the nested mold is adjusted so that a pressurizing portion by the nested mold is within a predetermined size range.
本発明の好適な一実施形態に係る加圧鋳造方法は、竪型締め鋳造機を用いて鋳造品を鋳造するに際して、脱着可能な加圧鍋から鋳込みストークを通じて、金型キャビティ内に溶湯を充填後、溶湯流入経路を閉塞し、金型に装着した加圧手段により金型キャビティ内の溶湯を加圧する鋳物製品の加圧鋳造方法において、金型キャビティに溶湯を充填する工程においては、溶湯流入部位の上部に位置し、かつ上下に移動可能で金型キャビティに充填された溶湯を加圧できる油圧駆動のセンター入れ子金型を溶湯流入側に下降して、遅くとも充填完了前までには目標寸法の素形材が得られる位置まで上昇し、金型キャビティに充填された溶湯を加圧する工程においては、溶湯流入部位に負荷される油圧駆動のセンター入れ子金型の初期位置を基準として予め最終目標変位を定め、かつ最終目標変位の手前に加圧力を変更するための位置、あるいは加圧開始からの時間を複数設定することにより、増加していく変位に応じて段階的に加圧力を増加させることを特徴とする。ここで、上記入れ子金型を溶湯流入側に下降するとは、金型キャビティの容積を減少させて残存エアーを抑えるために行われるものであるが、ストークから充填された溶湯が、乱流を起し空気を巻き込みガス欠陥を引き起こさず、しかも流入抵抗を増加させない範囲で移動することを意味している。また、充填完了前までには上昇するとは、溶湯が凝固して固体となるときに収縮する体積を見越して、溶湯の体積を多くした位置まで油圧駆動のセンター入れ子金型を上昇させて金型キャビティの容積を大きくすることを意味している。また、溶湯の体積は、湯温に基づく密度により変化するものであるが、凡そ固体体積の10%が収縮量の目安となる。 In a pressure casting method according to a preferred embodiment of the present invention, when casting a cast product using a vertical mold casting machine, the mold cavity is filled with molten metal through a casting stalk from a removable pressure pan. After that, in the pressure casting method of the casting product in which the molten metal inflow path is closed and the molten metal in the mold cavity is pressurized by the pressurizing means attached to the mold, the molten metal inflow in the process of filling the molten metal into the mold cavity The hydraulically driven center nesting mold, which is located at the top of the part and can move up and down and can pressurize the molten metal filled in the mold cavity, is lowered to the molten metal inflow side, and at the latest, before the completion of filling In the process of pressurizing the molten metal filled in the mold cavity, the initial position of the hydraulically driven center nested mold loaded on the molten metal inflow site is used as a reference. By setting the final target displacement in advance and changing the applied pressure before the final target displacement, or by setting multiple times from the start of pressurization, the final target displacement can be added step by step according to the increasing displacement. It is characterized by increasing the pressure. Here, lowering the nesting mold to the molten metal inflow side is performed in order to reduce the volume of the mold cavity and suppress residual air, but the molten metal filled from the stalk causes turbulent flow. This means that the air moves in a range that does not cause a gas defect and does not increase the inflow resistance. In addition, it is said that it will rise before filling is completed, in anticipation of the volume that shrinks when the molten metal solidifies and becomes a solid, and the mold is moved up to the position where the volume of the molten metal is increased to raise the mold This means increasing the volume of the cavity. Further, the volume of the molten metal varies depending on the density based on the molten metal temperature, but approximately 10% of the solid volume is a measure of the shrinkage.
本実施形態においては、上記のように構成されることにより、金型キャビティに製品寸法に支障のない一定重量のメタル、たとえば±1.0%を充填し、その後目標寸法に合わせて多段式に加圧していくために寸法精度が高い鋳造品が得られることから、加工後製品を確実に取ることができ、かつ内部欠陥が抑制された緻密な鋳造製品を得ることができる。 In the present embodiment, by being configured as described above, the mold cavity is filled with a constant weight of metal that does not interfere with the product dimensions, for example, ± 1.0%, and then in a multistage manner according to the target dimensions. Since the cast product with high dimensional accuracy is obtained because of the pressurization, the processed product can be surely taken, and a dense cast product in which internal defects are suppressed can be obtained.
また、本実施形態においては、連続生産中は充填時の金型キャビティ充填量を一定になるように、センター入れ子金型の実測の移動距離と標準移動距離の差を検知して、充填完了前でのセンター入れ子金型の位置を調整する構成を採用できる。この構成によれば、連続運転時の外部要因、たとえば湯温、型温などにより変動する溶湯重量を一定化することができ、非常に安定した寸法の鋳造品を得ることができる。ここで、標準移動距離とは、連続鋳造開始初期に予め求められた目標寸法の素形材が得られる加圧前のセンター入れ子金型の位置から、鋳造後のセンター入れ子金型に接していた鋳造品の上端までの距離を意味しており、実測移動距離とは連続運転中に標準移動距離からずれてきた実際の移動距離を意味している。この二つの移動距離の差を1ショットごと、あるいはそれ以上のショット数の単位で評価して加圧前センター入れ子の位置を更新することで、鋳造品を常に標準寸法に維持できる。 Further, in this embodiment, during continuous production, the difference between the measured moving distance and the standard moving distance of the center nested mold is detected so that the filling amount of the mold cavity during filling is constant, and before filling is completed. It is possible to adopt a configuration that adjusts the position of the center nesting die at the center. According to this structure, the molten metal weight which fluctuates according to external factors during continuous operation, such as hot water temperature and mold temperature, can be made constant, and a cast product having a very stable size can be obtained. Here, the standard moving distance is in contact with the center nesting die after casting from the position of the center nesting die before pressurization in which a shaped material having a target dimension obtained in advance at the beginning of continuous casting is obtained. It means the distance to the upper end of the cast product, and the actually measured moving distance means the actual moving distance deviated from the standard moving distance during continuous operation. By evaluating the difference between the two moving distances for each shot or in units of more shots and updating the position of the center nest before pressurization, the casting can always be maintained at the standard size.
また、本発明の他の実施形態においては、金型キャビティに溶湯を充填するに当たり、金型キャビティ先端部に隣接した上型と横型に挟まれた通路を介して金型キャビティ内のエアーおよび湯先メタルを排出した後、その後の油圧駆動のセンター入れ子金型により加圧されたメタルが金型キャビティから吹き出さないように、上型に内在する油圧駆動のシャットオフピンが移動して通路内のメタルを押し付ける構成を採用できる。この構成によれば、金型キャビティ内のエアーおよび湯先メタルを排出させた上でキャビティ内のメタルを完全充填させるため、金型キャビティ充填量がより一定となる。 In another embodiment of the present invention, when filling the mold cavity with the molten metal, air and hot water in the mold cavity are passed through a passage sandwiched between the upper mold and the horizontal mold adjacent to the tip of the mold cavity. After discharging the tip metal, the hydraulically driven shut-off pin moves in the passage so that the metal pressed by the hydraulically driven center nesting die does not blow out from the die cavity. The structure which presses the metal can be adopted. According to this configuration, the metal in the cavity is completely filled after the air and hot metal in the mold cavity are discharged, so that the mold cavity filling amount becomes more constant.
また、本発明の他の実施形態においては、油圧駆動のシャットオフピンの移動が、金型キャビティ先端部に隣接した上型と横型に挟まれた通路に近接する金型内に埋設された熱電対より検出された温度、及び溶湯充填開始後の経過時間の少なくとも一方の信号に基づく構成を採用できる。この構成によれば金型キャビティ充填量がさらにより一定となる。 Further, in another embodiment of the present invention, the movement of the hydraulically driven shut-off pin is caused by the thermoelectric embedded in the mold adjacent to the passage between the upper mold and the horizontal mold adjacent to the tip of the mold cavity. A configuration based on at least one of the temperature detected from the pair and the elapsed time after the start of filling the molten metal can be employed. According to this configuration, the mold cavity filling amount becomes even more constant.
また、本発明の他の実施形態においては、溶湯流入部位以外に、複数の凝固遅滞部位に対して独立して動作できる油圧駆動の部分加圧ピンを使用して、段階的に加圧する構成を採用できる。この構成によれば、製品内の各部位を欠陥のない緻密なものにすることができる。 Further, in another embodiment of the present invention, in addition to the melt inflow site, a configuration in which pressurization is performed in stages using a hydraulically driven partial pressurization pin that can operate independently for a plurality of solidification delay sites. Can be adopted. According to this configuration, each part in the product can be made dense with no defects.
また、本発明の他の実施形態においては、脱着可能な加圧鍋から鋳込みストークを通じて、金型キャビティ内に溶湯を充填するタイプを採用することにより、溶湯充填後の段階的に増加する加圧力が20〜50MPaの範囲となる構成を採用できる。この構成によれば、マシンコストを低下させて収縮巣の少ない素材を得ることができるため、工業的に有利な成形法となる。 Further, in another embodiment of the present invention, by adopting a type in which a molten metal is filled into a mold cavity through a cast stalk from a detachable pressure cooker, the pressurizing force gradually increases after filling the molten metal. Can be employed in a range of 20 to 50 MPa. According to this configuration, since the machine cost can be reduced and a material with less shrinkage can be obtained, this is an industrially advantageous molding method.
また、本発明の他の実施形態においては、油圧駆動のセンター入れ子金型を用いて加圧する凝固遅滞部位の加圧直径が、同部位から加工後に得られる製品の直径よりも大きくする構成を採用できる。この構成によれば、加圧した部位と加圧されない部位の境界に発生するせん断された金属組織と偏析層を含まない製品を製造することができる。 Further, in another embodiment of the present invention, a configuration is adopted in which the pressurization diameter of the coagulation delay site to be pressurized using a hydraulically driven center nesting die is larger than the diameter of the product obtained after processing from the same site. it can. According to this structure, the product which does not contain the sheared metal structure and segregation layer which generate | occur | produce in the boundary of the site | part pressurized and the site | part which is not pressurized can be manufactured.
また、本発明の他の実施形態においては、製造する鋳物製品がアルミホイールとすることを採用できる。この構成によれば、寸法精度が高く、かつ鋳造欠陥のない緻密なアルミホイールを得ることができる。 Moreover, in other embodiment of this invention, it can employ | adopt that the cast product to manufacture is an aluminum wheel. According to this configuration, a dense aluminum wheel with high dimensional accuracy and no casting defects can be obtained.
また、本発明の他の実施形態によればアルミホイールのアウトリムフランジ部につながるスポーク部において、該スポーク部の複数のリブの間に形成した余肉部に対して油圧駆動の部分加圧ピンを使用して加圧することを採用できる。この構成によれば、凝固が遅れるアウトリムフランジ部とスポーク部の交差部を緻密にしたアルミホイールを得ることができる。ここで、アウトリムフランジとは、ホイールの衣装面側のリムフランジを意味する。 According to another embodiment of the present invention, in the spoke portion connected to the out rim flange portion of the aluminum wheel, a partial pressure pin that is hydraulically driven with respect to the surplus portion formed between the plurality of ribs of the spoke portion. It is possible to employ pressurization using According to this configuration, it is possible to obtain an aluminum wheel in which the intersecting portion between the out rim flange portion and the spoke portion where solidification is delayed is made dense. Here, the out rim flange means a rim flange on the clothing surface side of the wheel.
さらに、前記金型キャビティ に対して溶湯を充填する充填工程の前に、金型内に溶湯を充填後、脱着可能な加圧鍋に残った溶湯の表面、および脱着可能な加圧鍋の中にラドルを用いて注がれた溶湯の表面のいずれか一つ以上の酸化皮膜を専用の治具で除くことは、品質改善の上で非常に良い効果をもたらす。 Further, before the filling step of filling the mold cavity with the molten metal, after filling the mold with the molten metal, the surface of the molten metal remaining in the detachable pressure pan and the detachable pressure pan Removing one or more oxide films on the surface of the molten metal poured using ladle with a special jig has a very good effect on quality improvement.
本発明の一実施形態においては、緻密でかつ寸法精度の高い製品を得るために、しかも鋳造中は金型からメタルが吹き出さないようにするために、溶湯流入部位に負荷される油圧駆動のセンター入れ子金型の初期位置を基準として予め最終目標変位を定め、かつ最終目標変位の手前に加圧力を変更するための位置、あるいは加圧開始からの時間を複数設定することにより、増加していく変位に応じて段階的に加圧力を増加させ、しかも必要に応じて連続生産中は充填時の金型キャビティ充填量を一定になるようにセンター入れ子金型の初期位置を調整する。これは、充填された溶湯の固相率の面から整理してみれば、一つの事例として、油圧駆動のセンター入れ子金型に接する金型キャビティ内の凝固遅滞部位の中心の溶湯の固相率が20%に到達しないうちに最終目標変位の少なくとも50%〜70%まで加圧プランジャーを移動し、その間の最終メタル圧力を成形終了時の圧力の70%以内に抑え、その後段階的に昇圧することで、製品内の各部位をより緻密にかつ寸法精度の高いものにすることができる。 In one embodiment of the present invention, in order to obtain a dense and highly accurate product, and to prevent metal from being blown from the mold during casting, a hydraulically driven load applied to the molten metal inflow site is used. By setting the final target displacement in advance with the initial position of the center nesting mold as a reference and setting multiple positions for changing the applied pressure before the final target displacement, or multiple times from the start of pressurization, The initial position of the center nesting mold is adjusted so that the pressing force is increased stepwise according to the displacement, and the mold cavity filling amount at the time of filling is constant during continuous production as necessary. This can be summarized in terms of the solid phase rate of the molten metal. As an example, the solid phase rate of the melt at the center of the solidification delay site in the mold cavity in contact with the hydraulically driven center nesting die. Before reaching 20%, move the pressure plunger to at least 50% to 70% of the final target displacement, keep the final metal pressure during that time within 70% of the pressure at the end of molding, and then step up the pressure By doing so, each part in the product can be made denser and with high dimensional accuracy.
以上述べたとおり、本発明によれば、寸法精度が高く、かつ緻密性が高い製品を得ることができる。 As described above, according to the present invention, a product with high dimensional accuracy and high density can be obtained.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の加圧鋳造方法の好適な実施形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例の形態に係る竪型締め鋳造機及びその周辺構造を示す基本構成図である。
Hereinafter, preferred embodiments of a pressure casting method of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a basic configuration diagram showing a vertical clamping casting machine and its peripheral structure according to an embodiment of the present invention.
本実施形態に係る竪型締め鋳造機は、図1に示すように、固定盤4に固定された下型10、下型10に対して横方向に開閉する横型11及び下型10に対して上下方向に開閉する上型9によって、金型キャビティ12を形成する。この実施形態では、鋳造製品がアルミホイールであり、金型キャビティ12は、アルミホイール形状に形成されている。
As shown in FIG. 1, the vertical mold casting machine according to the present embodiment has a
固定盤4の下面には、1回の鋳造に必要とされる量のアルミニウム溶湯7が収容される加圧鍋1が着脱可能に装着されるようになっている。アルミホイールの中心部に相当する下型10の中央部には、金型キャビティ12から下側に連通する溶湯注入口6が形成され、この溶湯注入口6から固定盤4を貫通して先端が加圧鍋4のアルミニウム溶湯7に浸漬される筒状のストーク8が設けられている。固定盤4には、一端が加圧鍋1の内部に連通するガス加圧入口5が形成され、このガス加圧入口5を介して加圧鍋1内に加圧ガスを供給することで、ストーク8を介して金型キャビティ12内に溶湯7を充填できるように構成されている。
A
上型9は、可動プラテン3に固定されて上下動する。上型9には、その中心部に上型9に対して上下に駆動される円筒状のセンター入れ子金型13が装着されている。このセンター入れ子金型13は、金型キャビティ12内に充填された溶湯に対する加圧手段として設けられ、その先端部は、アルミホイール製品の中央部の外径面を形成する。このセンター入れ子金型13の中心部には、溶湯注入口6を選択的に塞ぐゲートシールピン14が進退自在に同軸装着されている。更に、上型9には、アルミホイールのアウトリムフランジ部につながるスポーク部の複数のリブの間に形成した余肉部に対して部分加圧を加える部分加圧ピン15が進退自在に装着されている。部分加圧ピン15は、連結板17と連動している。また、上型9には、図2にその詳細を示すように、センター入れ子金型13により加圧されたメタルが金型キャビティ12からエアー抜き通路18を介して吹き出さないように、金型キャビティ12の先端部を閉塞するシャットオフピン19が進退自在に装着されている。シャットオフピン19は、連結板16と連動し、上型9内に装着された熱電対20により温度変化を検出したタイミングで駆動されるようになっている。
The upper mold 9 is fixed to the
連結板16,17、ゲートシールピン14及びセンター入れ子金型13は、それぞれ油圧シリンダ21〜24によって油圧駆動される。センター入れ子金型13の移動ストローク及び圧力は、それぞれ位置センサ25及び圧力センサ26で検出され、それらの検出信号と熱電対20の検出信号を制御部28にフィードバックする。制御部28は、入力部29で設定された設定値と、フィードバックされたパラメータとに基づいて、油圧シリンダ21〜24の駆動制御を行う。
The connecting
次に、このように構成された竪型締め鋳造機を用いたアルミホイールの加圧鋳造方法について説明する。
まず、脱着可能な加圧鍋1にラドル2を用いてアルミニウム溶湯7を注ぎ、加圧鍋1を水平移動後上昇させて、固定盤4にドッキングする。その後ガス加圧入口5よりエアーを入れて加圧鍋1の中に保持されていたアルミニウム溶湯7の湯面を押し下げてストーク8を介して上型9、下型10、横型11より構成されるアルミホイール用金型キャビティ12にアルミニウム溶湯7を充填する。充填中は、図3に示すように、センター入れ子金型13を下げて金型キャビティ12内のエアーの容積を抑え(a)、充填完了前までにはセンター入れ子金型13を上げてセンター加圧部のアルミニウム溶湯7の体積を確保し(b)、充填完了と同時にセンター入れ子金型13に嵌合する油圧駆動のゲートシールピン14を下げて溶湯流入口6を閉塞する(c)。その後、センター入れ子金型13を最終目標変位点まで降下させながら、段階的に加圧力を上げていく(d)。この間のセンター加圧ストロークの上昇、下降およびメタル圧力の段階的な上昇、充填エアー圧の上昇が図4から分かる。すなわち、加圧鍋1の湯面を押し下げるエアー圧が上昇するに伴い、アルミニウム溶湯7が金型キャビティ12の中に入っていくが、充填完了前にはセンター入れ子型13が上昇して充填溶湯の容積を高め、充填完了後直ちに溶湯流入口6が油圧駆動のゲートシールピン14により閉塞される。その後油圧駆動のセンター入れ子金型13が下降 (センター入れ子金型13の下向きのストロークが増加)して、金型キャビティ12内のアルミニウム溶湯7を段階的に加圧していく。また、凝固が遅れるスポーク交差部に対して部分加圧ピン15を用いて引け巣を防止する。さらに、金型キャビティ12内のエアーを除きアルミニウム溶湯7を金型キャビティ12に完全に充填させるために、図2に示すように、エアー抜き通路18を介してエアーおよび湯先のアルミニウム溶液7を排出し、その後シャットオフピン19を流出したアルミニウム溶液7に押し当てて、金型キャビティ12から加圧によりアルミニウム溶湯7が吹き出さないようにする。
Next, a pressure casting method for an aluminum wheel using the vertical clamp casting machine configured as described above will be described.
First, the molten aluminum 7 is poured into the
図5に金型キャビティ12へのアルミニウム溶湯7の充填量を連続生産時に一定にするためのセンター入れ子金型13の位置変更フローチャートを示す。また、目標寸法の鋳造素材が得られるための入れ子の加圧移動距離と実測移動距離との差を見ながら最適なセンター入れ子金型13の引き戻し(上昇)距離を求める。具体的には、まず、入力部29を使用して、目標とする標準移動距離nと、これに応じたセンター入れ子金型13の引き戻し量Rを制御部28に入力する(S1,S2)。運転時(S4)には、圧力センサ26がセンター入れ子金型13による加圧圧力が所定圧に達したことを検出した時点で、加圧を終了し(S5)、センター入れ子金型13が実際に移動した距離Sを位置センサ25により検出する(S3,S6)。そして、溶湯充填時におけるセンター入れ子金型13の目標とする標準の移動距離nと実際の移動距離Sの差の絶対値が1.0mm以下であれば、センター入れ子金型13の引き戻し量(上昇量)Rは変更せずに、次の鋳造を行う(S7)。しかし、1.0mmを超える場合には、センター入れ子金型13の引き戻し量(上昇量)Rを変更する必要がある(S8,S9)。その場合、実際の移動距離Sが目標とする標準の移動距離nよりも大きいときは(S8)、アルミニウム溶湯7の量を増やす必要があり、制御部28は、初期に設定したセンター入れ子金型13の引き戻し量(上昇量)Rの値を1mm大きく設定しなおす(S10)。逆に小さいときは(S9)、制御部28は、Rの値を1mm小さく設定しなおす(S11)。
なお、上記の例では、センター入れ子金型13の実際の移動距離Sと目標とする移動距離nとの差に基づいて、それ以降の引き戻し量Rを決定したが、センター入れ子金型13の移動後の位置と目標位置との差に基づいて、それ以降の引き戻し量Rを決定するようにしても良い。
FIG. 5 shows a position change flowchart of the center nested
In the above example, the subsequent pullback amount R is determined based on the difference between the actual moving distance S of the center nested
表1に鋳造品の品質に及ぼす溶湯充填時の油圧駆動のセンター入れ子金型の位置制御および溶湯充填後の溶湯流入部位の加圧方法の影響を示す。品質とは、鋳造品外観、鋳造素材の重量精度、加圧プランジャー直下の素材寸法、製品内部の巣を示す。鋳造した製品はアルミホイールである。 Table 1 shows the influence of the position control of the hydraulically driven center nesting mold during filling of the molten metal and the method of pressurizing the molten metal inflow site after filling the molten metal on the quality of the cast product. Quality refers to the appearance of the cast product, the weight accuracy of the cast material, the material dimensions directly under the pressure plunger, and the nest inside the product. The cast product is an aluminum wheel.
実施例1においては、溶湯充填時の油圧駆動のセンター入れ子金型の位置制御を実施し、充填後溶湯流入部位の金型キャビティ内溶湯を段階的に加圧することで、メタルの吹き出しもなく、鋳造製品の外観、重量精度、加圧プランジャー直下の素材寸法、製品内部の健全性ともに良好である。ここで、溶湯充填時の油圧駆動センター入れ子金型の位置制御とは、一つは充填時にセンター加圧入れ子を下降させ、充填完了前に上昇させることで金型キャビティ内残存エアー量を減少させること、もう一つは連続鋳造時の金型温度等の変化により充填量が増減した場合には、センター入れ子の実測移動距離と標準移動距離の差を確認することで、その値をフィードバックして、常に加圧凝固後に最適な重量、寸法になるように制御するシステムを意味する。溶湯流入部位の金型キャビティ内溶湯の段階的加圧は、あらかじめ目標となる最終製品寸法を目標としながらも、引け巣を効果的に除去するために、センター入れ子金型を用いて加圧開始2秒間は約20MPaの加圧力に抑え、その後段階的に昇圧して、36MPaまで到達させた。なお、メタル圧力は、加圧の伝達時間、加圧の距離の観点から、引け巣の防止のために好ましくは20MPa以上、さらに好ましくは30MPa以上が好ましいが、例えば50MPaを超える程大きくなると、製品を鋳造するための型閉め力、メタル圧力が大きくなり、マシンコストが高くなるため、凝固が遅れる部位への局部加圧を併用して50MPa未満で成形することが好ましい。 In Example 1, the position control of the hydraulically driven center nesting mold at the time of filling the molten metal is performed, and the molten metal in the mold cavity at the molten metal inflow portion after the filling is stepwise pressurized, so that no metal is blown out. The appearance, weight accuracy, material dimensions just below the pressure plunger, and soundness inside the product are good. Here, the position control of the hydraulic drive center nesting mold at the time of molten metal filling is one that lowers the center pressurizing nesting at the time of filling and raises it before the completion of filling to reduce the amount of air remaining in the mold cavity. On the other hand, if the filling amount increases or decreases due to changes in the mold temperature during continuous casting, the value is fed back by checking the difference between the actual travel distance of the center insert and the standard travel distance. It means a system that always controls the weight and dimensions to be optimal after pressure solidification. Incremental pressurization of the melt in the mold cavity at the melt inflow site starts with pressurization using a center nested mold in order to effectively remove the shrinkage nest while aiming at the final product size that is targeted in advance. The applied pressure was suppressed to about 20 MPa for 2 seconds, and then the pressure was increased stepwise to reach 36 MPa. The metal pressure is preferably 20 MPa or more, more preferably 30 MPa or more for preventing shrinkage from the viewpoint of pressurization transmission time and pressurization distance. The mold closing force and the metal pressure for casting are increased, and the machine cost is increased. Therefore, it is preferable to perform molding at a pressure of less than 50 MPa in combination with local pressurization to a portion where solidification is delayed.
また、実施例2においては、シャットオフピンを使用してキャビティエアを積極的に排出しなかった場合、本発明例1にはやや劣るが、わずかではあるが湯回り不良が確認され、内部においてもごくわずかではあるが収縮巣が認められた。 Further, in Example 2, when the cavity air was not positively discharged using the shut-off pin, although slightly inferior to Example 1 of the present invention, although a slight lack of hot water was confirmed, A very small number of contractions were observed.
なお、油圧駆動のセンター入れ子金型を用いて加圧する凝固遅滞部位の加圧直径が、同部位から加工後に得られる製品の直径よりも小さい場合、センター加圧ステムが加圧した部位と加圧されない部位の境界にせん断された金属組織と偏析層が観察され、製品の強度上問題になるので、表1に示す実施例においては、製品の直径よりも大きくして成形した。これにより、問題は発生しなかった。 In addition, when the pressurization diameter of the coagulation delay part to be pressurized using a hydraulically driven center insert mold is smaller than the diameter of the product obtained after processing from the same part, the pressurization part and the pressurization part Since a sheared metal structure and segregation layer were observed at the boundary of the parts that were not formed, and this became a problem in terms of product strength, in the examples shown in Table 1, molding was performed with a diameter larger than the product diameter. This caused no problems.
以上のように、本実施形態に係る加圧鋳造方法は、金型キャビティ12にアルミニウム溶湯7を充填する工程においては、図3に示すように、溶湯流入部位の上部に位置し、かつ上下に移動可能で金型キャビティ12に充填されたアルミニウム溶湯7を加圧できる油圧駆動のセンター入れ子金型13を溶湯流入側に下降して、遅くとも充填完了前までには上昇し、しかも連続生産中は図5に示すように、充填時の金型キャビティ充填量を一定になるように、センター入れ子金型13の実測の移動距離と標準移動距離の差を検知して充填完了前でのセンター入れ子金型13の位置を調整する。また、金型キャビティ12に充填されたアルミニウム溶湯7を加圧する工程においては、図4に示すように、溶湯流入部位に負荷される湯圧駆動のセンター入れ子金型13の作動開始時の初期位置を基準として予め最終目標変位を定め、かつ最終目標変位の手前に加圧力を変更するための位置あるいは加圧開始からの時間を複数設定することにより、増加していく変位に応じて段階的に加圧力を増加させ、必要に応じて、図1及び図2に示すように、金型キャビティ12にアルミニウム溶湯7を充填するに当たり、金型キャビティ先端部に隣接した上型9と横型12に挟まれたエアー抜き通路18を介して金型キャビティ12内のエアーおよび湯先のアルミニウム溶液7を排出した後、その後のセンター入れ子金型13及び部分加圧ピン15により加圧されたアルミニウム溶湯7が金型キャビティ12から吹き出さないように、上型9に内在するシャットオフピン19が移動してエアー抜き通路18内のアルミニウム溶湯7を押し付ける。これにより、寸法精度に優れ、収縮巣の少ない緻密性の高い製品を得ることができるようになる。
As described above, in the pressure casting method according to the present embodiment, in the step of filling the
1 加圧鍋、2 ラドル、3 可動プラテン、4 固定盤、5 ガス加圧入口、6 溶湯流入口、7 アルミニウム溶湯、8 ストーク、9 上型、10 下型、11 横型、12 金型キャビティ、13 センター入れ子金型、14 ゲートシールピン、15 部分加圧ピン、16,17 連結板、18 エアー抜き通路、19 シャットオフピン、20 熱電対 1 pressure pan, 2 ladle, 3 movable platen, 4 fixed plate, 5 gas pressure inlet, 6 molten metal inlet, 7 aluminum molten metal, 8 stalk, 9 upper mold, 10 lower mold, 11 horizontal mold, 12 mold cavity, 13 Center insert mold, 14 Gate seal pin, 15 Partial pressure pin, 16, 17 Connecting plate, 18 Air vent passage, 19 Shut-off pin, 20 Thermocouple
Claims (9)
前記キャビティ内に溶湯流入口を介して溶湯を充填する工程と、
前記金型キャビティ内に溶湯を充填する工程中に前記入れ子金型を前記金型キャビティの容量を増加させる方向に所定距離だけ引き戻す工程と、
前記金型キャビティ内に溶湯が充填された後、前記溶湯流入口を閉塞する工程と、
前記入れ子金型を前進させて前記金型キャビティ内に充填された溶湯を加圧する工程と
を繰り返し、
素形材の前記入れ子金型による加圧箇所が所定の寸法範囲内となるように前記入れ子金型を引き戻す所定距離を調整することを特徴とする加圧鋳造方法。 Advancing the nested mold into a mold cavity formed by a stationary mold, a movable mold and a nested mold for melt pressurization;
Filling the melt into the cavity via a melt inlet;
Pulling back the nested mold by a predetermined distance in the direction of increasing the capacity of the mold cavity during the process of filling the mold cavity with molten metal;
After the molten metal is filled in the mold cavity, the step of closing the molten metal inlet,
Repeating the step of advancing the nested mold and pressurizing the molten metal filled in the mold cavity,
A pressure casting method, wherein a predetermined distance for pulling back the nested mold is adjusted so that a pressurizing portion of the base material by the nested mold is within a predetermined size range.
前記金型キャビティ内に溶湯を充填する工程においては、
脱着可能な加圧鍋から鋳込みストークを通じて、金型キャビティ内に溶湯を充填し、かつ前記センター入れ子金型を充填完了前までに目標寸法の素形材が得られる位置まで上昇させ、
金型キャビティに充填された溶湯を加圧する工程においては、
前記センター入れ子金型の加圧方向への変位に応じてあるいは加圧開始からの時間を複数設定することにより段階的に加圧力を増加させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の加圧鋳造方法。 The nesting mold is a center nesting mold that is positioned above the molten metal inlet and moves up and down by hydraulic drive,
In the step of filling the mold cavity with the molten metal,
Filling the mold cavity with molten metal from the detachable pressure pan through casting stalk, and raising the center nested mold to a position where the shape material of the target dimension can be obtained before completion of filling,
In the process of pressurizing the molten metal filled in the mold cavity,
4. The pressurizing force is increased stepwise according to the displacement of the center nesting die in the pressurizing direction or by setting a plurality of times from the start of pressurization. The pressure casting method according to item.
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