JP3882013B2

JP3882013B2 - 鋳造装置の給湯装置

Info

Publication number: JP3882013B2
Application number: JP19854998A
Authority: JP
Inventors: 斉藤吉雄; 池田孝史; 杉原一江
Original assignee: 池田孝史; 佐藤信夫
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2018-07-14
Also published as: JP2000024767A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はダイカストマシンや機械式鋳造機の給湯装置に関わり、特に、給湯時に発生するエア巻き込みを防止できるようにした新しい給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在のダイカストマシン、機械式鋳造機における注湯システムについて、図５〜図７により説明する。
図５は手くみ及び一般的自動給湯機による注湯システムを説明する図である。鋳造装置本体は、固定ダイプレート１に取付けられた固定型３と、可動ダイプレート２に取付けられた可動型４とからなっている。固定型３、可動型４の対向面に形成されるキャビティ７に溶湯金属を供給するため、固定ダイプレート１、固定型３を通してスリーブ５、型スリーブ６が形成され、型スリーブ６先端の分流子６ａ、ランナ６ｂを通ってキャビティ７に連通している。スリーブ５への給湯は、自動給湯機と呼ばれる装置のひしゃく部分であるラドル９によって、図示しない溶解炉から溶湯金属をくみ出し、スリーブ５に形成された給湯口５ａから行われる。ラドル９はロボットアームの先端にひしゃくを設けたもので、図示しない制御装置により制御されて、スリーブ内への給湯動作を行う。チップ８はスリーブ内に給湯された溶湯金属１０をキャビティ７に押し込むためのピストンである。
【０００３】
次に作用を説明すると、ラドル９でスリーブ５内に溶湯金属１０を３０％程度満たし、次いで、チップ８を押すことにより、分流子６ａで整流してランナ６ｂからキャビティ７内に溶湯金属を押し込み、可動ダイプレート２側より可動型４を固定型３に対して押しつけて型締めし、キャビティ内の金属が固化した時点で可動型を後退させて、鋳造製品がとりだされる。
【０００４】
図６は電磁誘導ポンプ式注湯システムを説明する図であり、図５と同一参照数字は同一内容を示している。
この例は電磁誘導ポンプ１１を用いてスリーブ５内へ給湯するものであり、そのためにストーク（パイプ）１３をスリーブから溶湯金属を収納した保持炉１２まで延ばし、電磁誘導ポンプ１１のポンプ動作で溶湯金属をスリーブ内に供給する。そしてチップ８によりスリーブ内の溶湯金属が押し出されてキャビティに注湯される過程で、ストーク１３のスリーブへの開口部分が閉鎖された時に、電磁誘導ポンプをＯＦＦにしてストーク１３内の溶湯金属を保持炉１２内へ落とすようにしている。その他の構成は図５の場合と同じである。
【０００５】
図７は炉内加圧式注湯システムを説明する図で、基本的構成は図６の場合と同じである。
この例においては、加圧ガスタンク１４より炉１２内を加圧し、この圧力でストーク１３を通して溶湯金属をスリーブ内へ供給している。そしてチップ８によりスリーブ内の溶湯金属を押し出す過程で、ストークの先端開口部が閉鎖された時に加圧を停止し、ストーク内の溶湯金属を保持炉１２内へ落とすようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の注湯システムでは、注湯するスリーブ内にはすでにエアが充満している状態であり、そこに溶湯金属を充填するため、溶湯金属と共に、エアを巻き込んでキャビティ内に進入してしまうという現象を防止することができず、これが成形品（鋳造品）の不良の発生原因となっている。エアを巻き込まないために、スリーブ内を溶湯金属で満杯にすると、チップで溶湯金属を押し込む時の抵抗が大きくなり過ぎて注湯に時間がかかり、金属が固まり始めてしまい、また溶湯金属が溢れ出るという問題もあるため、現在ではスリーブ内の充填率はせいぜい３０％程度である。さらに従来の注湯システムでは、スリーブ内への溶湯金属供給のために高圧が必要であり、またスリーブ全長にわたってチップを押し込んでいくため時間がかかり、冷却して溶湯金属が固まらないような高温、高速動作が必要であった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためのもので、スリーブ内にエアもしくはその他のガスが全くない状態を作りだし、鋳造品の不良原因であるガスの巻き込みをなくすと共に、低温、低圧、低速での鋳造を可能にすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の鋳造装置の給湯装置は、溶湯金属が収納された炉から延びるストークを通して固定ダイプレート及び固定型に形成されたスリーブ内に溶湯金属を導き、固定ダイプレートと可動ダイプレート間に取付けられた固定型と可動型間に形成され、前記スリーブに連通するキャビティ内に前記溶湯金属を給湯する装置において、
前記スリーブ内を摺動可能な射出チップと、
前記可動型内に形成され、前記スリーブと整合するシリンダと、前記シリンダとスリーブ間にわたって摺動可能な補助チップと、
前記スリーブ、シリンダ、及びキャビティ内を真空引きする真空装置と、
前記射出チップ及び補助チップを同調動作させるサーボ制御機構とを備え、
前記射出チップがスリーブへのストークジョイント口、前記補助チップがスリーブとキャビティの連通口をそれぞれ閉鎖する位置に両チップの面を突き合わせて停止させた後、前記射出チップを後退させ、射出チップが前記ストークジョイント口を開いた時に両チップ間に生ずる負圧力で溶湯金属を両チップ間に吸引し、溶湯金属を吸引した状態を保持したまま補助チップ及び射出チップを可動型側へ移動させ、前記補助チップが前記連通口を開いた時に、射出チップの押し出し動作により両チップ間の溶湯金属をキャビティ内に給湯することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の注湯システムを説明する図、図２は装置全体図、図３はチップ潤滑装置の概略図、図４は本発明の注湯システムの動作を説明するための図である。
図１において、固定型２０にはスリーブ２２が貫通して形成され、スリーブ内はプランジャーロッド２３で駆動される射出チップ２４が摺動できるようになっている。可動型２１内にはスリーブ２２と整合し、型内補助チップ２７がスリーブ２２と跨がって摺動できるシリンダ２５が設けられ、その奥に型内補助チップ駆動シリンダ２６が設けられてチップ２７を駆動できるようになっている。固定型２０と可動型２１間に形成されるキャビティ２８はランナ２９を通してスリーブ２２とシリンダ２５に連通している。
【００１０】
金型の下方に配置されるアルミ合金、マグネシウム、亜鉛合金、真ちゅう等の溶湯金属３１が収納される炉３０からはストーク３２が固定型２０まで伸び、ストーク３２とスリーブ２２は伸縮可能なベローズからなるストーク昇降装置３４によってジョイントされている。このベローズは金型交換時、ストーク交換および点検時に下降させ、機械装置外に炉を出す場合に使用し、注湯時においては、スリーブとのシール保持として作用するものである。なお、ストーク交換等を行う必要上、固定型２０は二重構造で分割可能にして交換作業がやり易いようにしている。ストーク３２内を通る溶湯金属は一定の溶解温度を必要とするため、炉３０内の熱気が先端まで伝わるように空間を形成し、炉内熱を利用して凝固しないようにしている。もちろんストーク３２の外周に電気ヒータを巻いて保温することも可能である。ストーク３２とスリーブ２２とのジョイント部は、スペーサ３３によってシールされ、スペーサは窒化珪素もしくはチタン合金材からなり、ストークを球面で受けてシールする構造にしている。
【００１１】
このような給湯システムの駆動機構は、図２に示すように、制御盤および動力盤４０により動力が伝えられ、射出機構４１により、射出チップ及び型内補助チップが駆動されて、炉３０内の溶湯金属をチップ間に吸引する。この状態で両チップをスリーブ内で移動させ、チップ間の空間がランナ２９に連通すると、キャビティ内の真空と、射出チップ２４の押し出し動作により、チップ間に吸引された溶湯金属がキャビティ内に吸引される。キャビティに注湯された溶湯金属は，型締機構４２により、固定ダイプレート１８、可動ダイプレート１９を型締めして金型２０，２１間で鋳造し、その後型締機構４２で金型２０，２１を分離した後、押し出し機構４３により押し出しピン（図示せず）を動作させて製品をキャビティから取り外す構成となっている。また、本発明では、真空装置及びタンク４４が設けられ、注湯にあたってキャビティ２８、スリーブ２２、シリンダ２５内を真空引きし、さらに射出チップ２４と型内補助チップ２８間に吸引した溶湯金属が、チップ移動時、あるいは他の要因で炉３０内に落下しないように炉内に微圧をかけるようにしている。また、必要に応じて射出チップに高い駆動力を付与するための増圧発生装置４５が設けられている。なお、上記射出機構４１、型締機構４２、押し出し機構４３等は、サーボ制御により駆動するように構成すしてもよい。
【００１２】
常に高温となるスリーブ内とチップの潤滑装置については、図３に示すように、チップ２４の取付けてあるプランジャーロッド２３内に潤滑オイル孔２３ａを形成し、チップ後端部に取付けた潤滑補助リング２４ａに形成した孔から、チップが後退する動作前にスリーブ内に潤滑オイルを吹き出す構造にしている。また、型内補助チップ２７の側にも同様にシリンダロッドに潤滑オイル孔２６ａを形成し、チップ後端部から潤滑オイルが吹き出すようになっている。またチップの潤滑は、型を開いた時にチップおよび補助チップを型の外まで前進させてチップの後端部を型表面の位置にし、潤滑オイルを吹きつけてチップを後退させるようにしても良い。また、チップ２４，２７は、それぞれロッドを通して形成された冷却路２３ｂ，２６ｂを通して冷却水が導入されて、その先端部分が冷却されるようになっている。
【００１３】
次に、図４を参照して本発明のシステムの動作について説明する。
開いた固定型と可動型とを合わせるとき、型内補助チップ２７、射出チップ２４の先端は、それぞれ型表面より外部に突き出た状態にしておき、型締めするとき両チップの面を突き合わせ、図４（ａ）に示すように、型内補助チップ駆動シリンダ２５の先端にある補助チップ２７をスリーブ２２内へ前進させ、この同調動作として射出チップは後退し、ランナ口を閉鎖する所定位置で両チップを停止させる。この停止位置が給湯開始位置となる。
【００１４】
図４（ｂ）に示すように、給湯開始時、スリーブ２２内、シリンダ２５内、キャビティ２８内は真空装置４４により真空引きする。なお、必要に応じてアルミ金属の酸化を防ぐため、不活性ガス等を入れる場合もある。次いで、射出チップ２４をゆっくりと後退させると、型内補助チップと射出チップ間に形成されるスリーブ内空間は真空となり、さらに射出チップ２４が後退してストーク３２のジョイント口を開いたときに、負圧力により炉内の溶湯金属はストークを通して両チップ間空間に吸い込まれて給湯動作が瞬時に行われる。射出チップ２４の後退ストロークは、給湯量に応じて設定される。補助チップ２７と射出チップ２４との間に充填された溶湯金属を保持しながら、射出チップ２４は前進動作となり、これの同調動作として補助チップ２７の後退動作が行われる。これらの同調動作は射出機構４１により駆動制御される。この時、両チップ間の空間に保持される溶湯金属が炉３０内に逆流しないように射出チップ２４がストーク３２のジョイント口を閉じるまで、炉内はタンク４４に微加圧制御され、このとき両チップが可動型２１方向に移動するとき、キャビティ、スリーブ、シリンダ内の真空引きは停止する。
【００１５】
次いで、図４（ｃ）に示すように、型内補助チップ２７がランナ端部まで来た時に停止させ、射出チップ２４を駆動することによりキャビティ２８内の真空により、両チップ間に保持されていた溶湯金属はキャビティ内に吸引される。この時、キャビティへの注湯を速めるため射出チップ２４の動きを加速するようにしてもよい。注湯が完了し、成形、冷却した後、金型２０，２１は開かれる。この時、射出チップ２４を動かしてスリーブ内に凝固した金属を押し出した後、停止させる。なお、補助チップ、射出チップの駆動は電動サーボ、あるいは油圧サーボ制御により、同調動作をさせることが好ましいが、一般的な油圧制御も可能である。
【００１６】
このように補助チップ、射出チップを用い、チップ間に形成される真空空間に炉内の溶湯金属を吸引するので、エアを全く巻き込まずに注湯動作を完了することができる。また、従来のように長いスリーブを通して注湯しないため、溶湯金属が温度低下を起こすことがなく、今までの鋳造機で必要とされていた高速高圧の動作が不要となるため、低圧、低速による鋳造が可能となり、従来不可能とされた特殊機械でしか製作できなかった部品の鋳造も可能である。例えば、アルミ等の場合には、従来７００℃程度に加熱して行っており、この温度では酸化しやすくなると共に、金型の損傷が起きるのに対して、本発明によれば、格段に低い温度、例えばアルミが液相を呈する５８０℃程度での鋳造が可能となり、鉄との反応がなく、金型を傷めないため、金型寿命を延ばすことも可能となる。また本発明のチップ動作は、低速が可能で０．０１ｍ／ｓ〜１．０ｍ／ｓ程度を基本動作とするが、これ以外にも一般に行われている０．３ｍ／ｓ〜２ｍ／ｓ程度でも可能である。すなわち、本発明では、低速、低圧も可能であると共に、高速、高圧にも対応可能である。
【００１７】
また、従来固定であったゲート、湯口面積が補助チップの後退位置を可変とすることにより、その断面積を変化させることが可能となり、ゲート速度を自由に変化させることができる。従って、型が変わり、キャビティの容積が変わっても型内補助チップの位置を変えることにより、自由に対応することができる。また、従来、製品まで必要とされたランナをなくしたり、あっても従来より十分短くレイアウトすることが可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明の注湯システムは、従来問題とされた鋳造品の不良原因であるガスの巻き込み等、スリーブ内のエアもしくはガスによる要因を完全に取り除くことができ、不良率の低下を実現することができる。従来、いかなる方法であってもスリーブ内のガスを除去できないため、真空注湯や、局部加圧ＧＦ法、その他注湯方法もいろいろ検討されたが、本発明のように無ガス空間を作りだしての注湯システムは皆無である。また、低速で注湯、鋳造が基本的動作であるが、従来の低速鋳造方法よりはるかに品質の良いものが成形でき、また従来必須であった増圧装置も不要とすることができ、電動／油圧サーボ制御により、より確実な給湯量と成形制御が可能となる。また、今まで、給湯に対して難しいとされていたマグネシウム等の合金の注湯も可能になる。また、今までのダイカスト鋳造工場の作業環境も改善され、クリーンな鋳造工場にすることができ、溶湯金属によって不可能であった給湯も可能となり、製品の範囲は現市場より大幅にアップとなる。また、高圧での成形が不要となるため、型締機構も大幅に小さくなり、現在のマシンサイズの鋳造品から倍の大きさ（可鋳面積で）のものが可能となる。これにより、金型でのトラブルの原因の１つであった焼きつきが減少し、金型寿命を延ばすことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の注湯装置を説明する図である。
【図２】装置全体図である。
【図３】チップ潤滑装置の概略図である。
【図４】本発明の注湯装置の動作を説明する図である。
【図５】従来の注湯装置を説明する図である。
【図６】従来の注湯装置を説明する図である。
【図７】従来の注湯装置を説明する図である。
【符号の説明】
１８…固定ダイプレート、１９…可動ダイプレート、２０…固定型、２１…可動型、２２…スリーブ、２３…プランジャーロッド、２４…射出チップ、２５…シリンダ、２６…型内補助チップ駆動シリンダ、２７…型内補助チップ、２８…キャビティ、２９…ランナ、３０…炉、３２…ストーク、３３…スペーサ、３４…ストーク昇降装置、４０…制御盤及び動力盤、４１…射出機構、４２…型締機構、４３…押し出し機構、４４…真空装置及びタンク、４５…増圧発生装置。

Claims

溶湯金属が収納された炉から延びるストークを通して固定ダイプレート及び固定型に形成されたスリーブ内に溶湯金属を導き、固定ダイプレートと可動ダイプレート間に取付けられた固定型と可動型間に形成され、前記スリーブに連通するキャビティ内に前記溶湯金属を給湯する装置において、
前記スリーブ内を摺動可能な射出チップと、
前記可動型内に形成され、前記スリーブと整合するシリンダと、前記シリンダとスリーブ間にわたって摺動可能な補助チップと、
前記スリーブ、シリンダ、及びキャビティ内を真空引きする真空装置と、
前記射出チップ及び補助チップを同調動作させるサーボ制御機構とを備え、
前記射出チップがスリーブへのストークジョイント口、前記補助チップがスリーブとキャビティの連通口をそれぞれ閉鎖する位置に両チップの面を突き合わせて停止させた後、前記射出チップを後退させ、射出チップが前記ストークジョイント口を開いた時に両チップ間に生ずる負圧力で溶湯金属を両チップ間に吸引し、溶湯金属を吸引した状態を保持したまま補助チップ及び射出チップを可動型側へ移動させ、前記補助チップが前記連通口を開いた時に、射出チップの押し出し動作により両チップ間の溶湯金属をキャビティ内に給湯することを特徴とする鋳造装置の給湯装置。
前記ストークの周囲に、炉内の熱気を伝える炉と連通する空間を設けたことを特徴とする請求項１記載の鋳造装置の給湯装置。
前記炉内を加圧する加圧手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の鋳造装置の給湯装置。
前記射出チップの後退ストロークは、給湯量に応じて設定されることを特徴とする請求項１記載の鋳造装置の給湯装置。