JP4644645B2

JP4644645B2 - 真空ダイキャスト装置

Info

Publication number: JP4644645B2
Application number: JP2006249273A
Authority: JP
Inventors: 松菊工藤; 知浩高丸
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2026-09-14
Also published as: JP2008068286A

Description

本発明はキャビティ内を減圧吸引した状態のもとでキャビティ型内に溶湯を注入して鋳造製品を製造する真空ダイキャスト装置に関する。

ダイキャスト装置は、ダイキャスト型内に製品形状に対応した形状に形成されるキャビティに、金属材料の溶湯を高圧で注入する鋳造装置であり、固定金型とこれに突き当てられる可動金型とからなるダイキャスト型を有し、固定金型と可動金型とを突き合わせることにより内部にキャビティが形成される。ダイキャスト装置には、鋳造時に製品内部にブローホールやピンホール等の欠陥が発生するのを防止するために、溶湯注入時にキャビティ内を減圧吸引するようにした真空ダイキャスト装置がある。ダイキャスト装置は主としてアルミニウム合金等の軽金属製の鋳造製品を製造するために使用されている。

真空ダイキャスト装置は、特許文献１および特許文献２に開示されているように、キャビティと外部とを連通させるガス抜き路を有している。ガス抜き路はダイキャスト型に取り付けられるガス抜きバルブを介して外部の真空源と連通するようになっており、ガス抜き路の開口部はガス抜きバルブにより開閉される。このガス抜きバルブは、キャビティ内を減圧吸引するときにはガス抜き路の開口部を開き、金型内に溶湯注入が完了したときにはガス抜き路から外部に溶湯が流出するのを防止するためにガス抜き路の開口部を閉じる。
実開平６−２３６５３号公報実開平５−５３７６２号公報

ガス抜きバルブはガス抜き路の開口部に装着される円筒形状のバルブハウジングを有している。バルブハウジングには真空源に連通する真空配管が接続される真空ポートが形成され、真空ポートはバルブハウジング内の排気通路を介してダイキャスト型内のガス抜き路に連通している。バルブハウジング内にはガス抜き路を開閉する弁体が設けられており、弁体はバルブハウジング内のバルブガイドに摺動自在に装着されたバルブステムの先端に設けられている。鋳造時には弁体はガス抜き路を開いた状態としてキャビティ内のガスを逃がし、溶湯が弁体に到達すると、溶湯の動圧により弁体は閉じられる。

しかし、ガスと溶湯は完全に分離されているわけではなく、離型剤や溶湯のカスを含んだガスが先にガス抜き路に抜け、その後、溶湯ミストと気液二相流体とが抜けた後に、最後に溶湯が弁体に到達してその動圧で弁体が閉じられる。ガスがガス抜き路からバルブハウジングの排気通路を介して外部に抜ける際に、バルブハウジングの排気通路内に流入したガス内のミスト状の溶湯がバルブステムに付着することがあり、付着したミストがバルブステムの外周面に固着すると、固着したミストがバルブガイドの摺動面内に入り込むおそれがある。このように、バルブステムの外周面にミストが固着してバルブガイド内に入り込むと、弁体が開いた状態となってバルブガイドに固着し、弁体が閉じられずに溶湯が外部に漏出する湯吹き現象が発生することになる。

本発明の目的は、ダイキャスト型のガス抜き路から外部に排出されるガス中の溶湯カスなどの異物がガス抜きバルブのバルブガイドとバルブステムとの間に入り込まないようにすることにある。

本発明の他の目的は、溶湯カスなどの異物がバルブガイドとバルブステムとの間に入り込まないようにしてガス抜きバルブの耐久性を向上することにある。

本発明の真空ダイキャスト装置は、鋳造製品に対応した形状のキャビティと当該キャビティを外部に連通させるガス抜き路とを形成するダイキャスト型を有し、前記キャビティ内を減圧吸引した状態のもとでキャビティ内に溶湯を注入して鋳造製品を製造する真空ダイキャスト装置であって、前記キャビティ内を減圧吸引するときには前記ガス抜き路の開口部を開き、溶湯注入が完了したときには前記ガス抜き路の開口部を閉じるガス抜きバルブを備えた真空ダイキャスト装置において、前記ガス抜きバルブは、前記ガス抜き路の開口部に連通する排気通路と真空源に接続される真空ポートとが形成されたバルブハウジングと、前記排気通路内のバルブガイドに摺動自在に装着されたバルブステムの先端に設けられ、前記ガス抜き路を開閉する弁体と、前記バルブステムに設けられ、前記ガス抜き路を吹き抜けた溶湯ミスト等の異物を前記排気通路の径方向外方に案内する遮蔽部材とを有し、前記遮蔽部材は先端部が前記バルブステム先端部に嵌合固定され、かつ前記バルブガイドに形成された外周面に後端部が摺動自在に嵌合される円筒部材であり、前記遮蔽部材により前記異物が前記バルブステムと前記バルブガイドとの間に入り込むのを防止することを特徴とする。

本発明の真空ダイキャスト装置においては、前記遮蔽部材に前記バルブステムに接触する突起部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、バルブハウジング内に設けられたバルブガイドには、ガス抜き路を開閉する弁体が設けられたバルブステムが摺動自在に装着されており、バルブステムにはガス抜き路に流入した溶湯カスなどの異物を含むガスをバルブハウジング内の径方向外方に案内する遮蔽部材が設けられているので、ガスに含まれる異物がバルブガイドとバルブステムとの間に入り込むことが防止される。これにより、ガス抜きバルブの耐久性を向上させることができる。

遮蔽部材はテーパ面を有する環状部材により形成することができ、バルブガイドの外周面を覆う円筒部材とすることもできる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の前提構造である真空ダイキャスト装置の溶湯注入前の状態を示す断面図であり、図２は図１に示した真空ダイキャスト装置の鋳造後の状態を示す断面図である。

この真空ダイキャスト装置１０は、図１に示すように、第１の金型である固定金型１１と、これに対して接近離反移動自在の第２の金型である可動金型１２とを有し、これらの金型１１，１２によりダイキャスト型１３が形成されている。固定金型１１と可動金型１２とにはそれぞれ入れ子ブロック１４，１５が組み込まれており、可動金型１２と固定金型１１とをそれぞれの型分割面１６，１７で突き合わせると、それぞれの入れ子ブロック１４，１５に形成された凹部によってダイキャスト型１３には鋳造製品の形状に対応した形状のキャビティ１８が形成される。

固定金型１１にはスリーブ２０が取り付けられ、このスリーブ２０には溶湯が注入される給湯口２１が形成されている。スリーブ２０内の注入室２２内にはプランジャ２３が軸方向に往復動自在に装入され、プランジャ２３は図示しない液圧シリンダのロッド２３ａに取り付けられており、プランジャ２３は液圧シリンダによって軸方向に駆動されるようになっている。図１は給湯口２１から溶湯Ｍが注入室２２内に供給された状態を示す。注入室２２に対応して固定金型１１には型分割面１６に到達する注入孔２４が形成され、それぞれの金型１１，１２に形成された凹部によってダイキャスト型１３には注入孔２４に連通する湯道２５が形成される。固定金型１１と可動金型１２とにはそれぞれ迂回路ブロック２６，２７が組み込まれており、可動金型１２と固定金型１１とをそれぞれの型分割面１６，１７で突き合わせると、それぞれの迂回路ブロック２６，２７に形成された凹部によってガス抜き路２８が形成され、このガス抜き路２８は開口部２９の部分で外部に連通している。

固定金型１１に固定された支持台３１にはバルブ昇降シリンダ３２が取り付けられ、このバルブ昇降シリンダ３２のピストンロッド３３にはガス抜き路２８を開口部２９の部分で開閉するためのガス抜きバルブ３４が設けられており、ガス抜きバルブ３４はその先端部が開口部２９に嵌合した状態となってダイキャスト型１３に装着される。このガス抜きバルブ３４はＧＦ（ガスフリー）バルブとも言われている。

図３は図１におけるＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。ガス抜きバルブ３４はピストンロッド３３に固定されるバルブハウジング３５を有している。バルブハウジング３５は基端部側の底付き円筒形状の駆動部３５ａと、先端部側の円筒形状の嵌合部３５ｂと、これらの間に配置されるフランジ付き円筒形状のガイド部３５ｃとを有しており、これらは図示しないボルトにより締結されている。ガス抜きバルブ３４はバルブ昇降シリンダ３２によって、図１に示すようにバルブハウジング３５の嵌合部３５ｂがガス抜き路２８の開口部２９に嵌合される装着位置と、図２に示すようにバルブハウジング３５がダイキャスト型１３から離れる待機位置との間で往復動する。

ガス抜き路２８は、図３に示すように、開口部２９の中心部に連通するストレート路２８ａと、ストレート路２８ａから分岐して開口部２９の内周面に連通する迂回路２８ｂとを有している。

バルブハウジング３５のガイド部３５ｃは嵌合部３５ｂの内周面に隙間を介して配置されるバルブガイド３６を有しており、このバルブガイド３６に形成されたガイド孔３７には、先端に弁体３８が設けられたバルブステム３９が軸方向に摺動自在に装着されており、弁体３８がバルブハウジング３５の先端面に形成された弁座４０に接触するとガス抜き路２８は閉じられ、弁座４０から離れるとガス抜き路２８は開かれる。バルブガイド３６と嵌合部３５ｂの内周面との間の隙間は排気通路４１となっており、排気通路４１に連通する真空ポート４２には図示しない真空源としての真空タンクに連通する真空配管４３が接続されるようになっている。したがって、キャビティ１８内に金属材料の溶湯を注入して鋳造製品を製造する際には、図３に示すように、弁体３８を弁座４０から離してガス抜き路２８を開いた状態のもとで、排気通路４１を真空引きすると、ガス抜き路２８内は大気圧よりも低い負圧状態つまり真空状態となる。

バルブステム３９の基端部にはピストン４４が固定され、このピストン４４はバルブハウジング３５の駆動部３５ａに形成されたシリンダ室４５内に摺動自在となっている。駆動部３５ａには空気圧源４６に空気供給配管４７を介して接続される給排ポート４８がシリンダ室４５に連通して形成されており、空気供給配管４７には空気圧源４６からの圧縮空気をシリンダ室４５内に供給する位置と、シリンダ室４５内の空気を外部に排出する位置とに作動するための電磁弁４９が設けられている。図３は空気圧源４６からの圧縮空気がシリンダ室４５内に供給された状態を示しており、シリンダ室４５内に圧縮空気が供給されると、ピストン４４が加圧されてバルブステム３９を介して弁体３８が前進移動しガス抜き路２８が開かれることになる。

シリンダ室４５内に供給された圧縮空気により弁体３８が開かれたことを検出するために、バルブステム３９には小径の導通部５１が形成されており、バルブハウジング３５には図３に示すように弁体３８が開かれた状態のときに導通部５１に対向する給気孔５２が形成されるとともに給気孔５２に対向して連通孔５３が形成されている。給気孔５２に連通してバルブハウジング３５に形成された給気通路５４には空気圧源４６に接続される空気供給配管５５が接続されており、この空気供給配管５５には空気圧源４６からの圧縮空気を給気孔５２に供給する位置と、排出する位置とに作動する電磁弁５６が設けられている。さらに、連通孔５３に連通してバルブハウジング３５に形成された連通通路５７には、圧力スイッチ５８に空気を案内する連通管５９が接続されている。したがって、弁体３８が弁座４０から離れてガス抜き路２８が開かれた状態となると、導通部５１は給気孔５２と連通孔５３とを連通させる位置となり、空気圧源４６からの圧縮空気が連通管５９内に流入し、圧力スイッチ５８により弁体３８が開かれたことが検出される。

バルブステム３９には遮蔽部材としての環状部材６１が設けられており、この環状部材６１は弁体３８と一体に形成されてバルブステム３９の先端に取り付けられるようになっている。弁体３８の背面には弁座４０に接触する当接面３８ａが形成され、当接面３８ａに連なって弁体３８の背面にはバルブステム３９に向けて小径となったテーパ面３８ｂが形成されている。環状部材６１はテーパ面３８ｂにストレート部６２を介して連なっており、ストレート部６２とほぼ同一径の小径部からバルブガイド３６側に向けて径が大きくなるテーパ面６３を有している。

環状部材６１の後端面６４の外径はバルブガイド３６の外径とほぼ同一となっており、後端面６４はバルブガイド３６の先端面に対向してガイド孔３７を覆うようにバルブステム３９に設けられている。これにより、キャビティ１８内に溶湯を注入して鋳造製品を製造するときに、図３において矢印で示すように、迂回路２８ｂからガス抜き路２８の開口部２９に向けて溶湯カスや溶湯ミスト等の異物を含む流体（ガス、気液二相流体）が流出すると、その流体は真空状態の排気通路４１内に流入する。排気通路４１内に流入した流体は弁体３８の背面のテーパ面３８ｂに沿って排気通路４１の径方向中心部に向けて流れた後に、環状部材６１のテーパ面６３に沿って嵌合部３５ｂの内周面に衝突するように径方向外方に案内されて流れ、次いで真空配管４３により排気通路４１から外部の真空タンクに向けて排出される。

したがって、流体中に含まれる溶湯ミスト等の異物はバルブガイド３６とバルブステム３９との間に入り込むことが防止され、バルブステム３９が異物を介してバルブガイド３６に固着されるという現象の発生を抑制することができる。

上述した真空ダイキャスト装置１０により鋳造製品を製造するには、図１に示すように、可動金型１２を固定金型１１に向けて接近移動してそれぞれの金型１１，１２を型分割面１６，１７の部分で型合わせするとともに、バルブ昇降シリンダ３２によりガス抜きバルブ３４のバルブハウジング３５の先端部をダイキャスト型１３の開口部２９に嵌合させる。また、電磁弁４９，５６を図３に示す位置に作動して空気圧源４６からの圧縮空気をシリンダ室４５と給気通路５４とに供給すると、弁体３８は図３に示すようにガス抜き路２８を開放した状態となり、弁体３８が開放状態となっていることが圧力スイッチ５８により検出される。

さらに、真空源から排気通路４１を介してキャビティ１８およびガス抜き路２８を真空引きした状態のもとで、図１に示すように、溶融状態に加熱された金属材料の溶湯Ｍを給湯口２１から注入室２２および注入孔２４内に注入する。次いで、図示しない液圧シリンダによりロッド２３ａを駆動してプランジャ２３を前進駆動すると、溶湯Ｍは湯道２５からキャビティ１８内に流入し、ガス抜き路２８に向けて流れることになる。溶湯Ｍの流入により、ガス抜き路２８には、まず離型剤や溶湯のカスなどの異物を含んだガスが入り込んだ後に、溶湯ミストと気液二相流体とが入り込み、これらの流体は排気通路４１内に流入し、真空配管４３により外部の真空タンクに排出される。溶湯Ｍが弁体３８に到達すると、その動圧で弁体３８は弁座４０に接触する位置まで後退移動しガス抜き路２８は閉じられ、溶湯Ｍが外部に漏出することが防止される。

鋳造時には、溶湯Ｍの動圧により弁体３８が閉じられるまで異物を含む流体が排気通路４１内を流れるが、流体は環状部材６１のテーパ面６３に案内されてバルブステム３９を案内するガイド孔３７内に入り込むことが防止されるので、バルブステム３９がバルブガイド３６に固着されることに起因した弁体３８の誤作動が防止されるとともにガス抜きバルブ３４の耐久性を向上させることができる。また、バルブステム３９がバルブガイド３６に固着することにより生じるガス抜きバルブ３４の開弁固着による湯吹きや、開弁固着により鋳造時にキャビティ１８にガスが閉じ込められることに起因する鋳造欠陥を防止することができる。弁体３８が閉じられると、圧力スイッチ５８には圧縮空気の圧力が加わらなくなるので、圧力スイッチ５８からの信号により弁体３８が閉じられたことが自動的に検出される。

図４は参考例としての真空ダイキャスト装置１０の要部を示す断面図であり、図５は本発明の一実施の形態である真空ダイキャスト装置１０の要部を示す断面図である。これらの図においては、真空ダイキャスト装置１０の図３に対応する部分の一部が示されており、図４および図５においては図３に示された部材と共通する部材には同一の符号が付されている。

図４に示すガス抜きバルブ３４のバルブステム３９には遮蔽部材としての環状部材６１が溶接により固定されている。このように、図３に示した環状部材６１が弁体３８と一体に形成されているのに対して、図４に示す環状部材６１は弁体３８とは別体となってバルブステム３９に固定されており、環状部材６１はストレート部６２からバルブステム３９に向けて大径となるテーパ面６３を有している。したがって、図４に示す真空ダイキャスト装置１０においてもガス抜き路２８から外部に排出されるガス中に含まれる異物がガイド孔３７内に入り込むことが防止され、ガス抜きバルブ３４の耐久性を向上させることができる。

図５に示すガス抜きバルブ３４のバルブステム３９には遮蔽部材としての円筒部材６５が設けられている。この円筒部材６５の先端部６５ａはバルブステム３９の先端部に形成された大径固定部６６に嵌合して固定されており、円筒部材６５の後端部６５ｂはバルブガイド３６に形成されたストレートな外周面６７に摺動自在に嵌合する遮蔽部となっている。円筒部材６５の内部にはバルブステム３９に接触する突起部６５ｃが設けられている。遮蔽部材を円筒部材６５とすると、環状部材６１よりも排気通路４１の流通面積を大きくすることができるので、ガスの流れ抵抗を小さくすることができ、キャビティ１８等の型内の真空度を向上させることができる。

したがって、図５に示す真空ダイキャスト装置１０においてもガス抜き路２８から外部に排出されるガス中に含まれる異物がガイド孔３７内に入り込むことが防止され、ガス抜きバルブ３４の耐久性を向上させることができる。

図６は、比較例として、ガス抜きバルブ３４のバルブステム３９に遮蔽部材を設けないようにした真空ダイキャスト装置の要部を示す断面図である。図６に示すように遮蔽部材を設けない真空ダイキャスト装置にあっては、１０００〜１５００回のショットつまり鋳造製品を製造する操作を行うと、バルブガイド３６のガイド孔３７の中に異物が入り込んでしまい、これにより、バルブガイド３６とバルブステム３９とが固着し、弁体３８が閉じない状態となることがあった。弁体３８が閉じないと、溶湯が排気通路４１内に漏入する湯吹きが発生するおそれがあり、湯吹きの発生前にガス抜きバルブ３４の交換が余儀なくされていた。これに対して、図３に示す真空ダイキャスト装置１０においては、７０９３回のショットまで行っても弁体３８が固着することがなく、ガス抜きバルブ３４の寿命を大幅に延長することができた。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、ダイキャスト装置には溶湯の保温炉が組み込まれたホットチャンバー型と、保温炉が分離されたコールドチャンバー型とがあり、図示するダイキャスト装置はコールドチャンバー型であるが、ホットチャンバー型にも本発明を適用することができる。また、ダイキャスト型１３は固定金型１１と可動金型１２とから構成されているが、２つの金型１１，１２が相互に相対接近離反移動自在となっていれば、両方の金型１１，１２を移動させるようにしても良い。

本発明の前提構造である真空ダイキャスト装置の溶湯注入前の状態を示す断面図である。図１に示した真空ダイキャスト装置の鋳造後の状態を示す断面図である。図１におけるＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。本発明の参考例としての真空ダイキャスト装置の要部を示す断面図である。本発明の一実施の形態である真空ダイキャスト装置の要部を示す断面図である。比較例としての真空ダイキャスト装置の要部を示す断面図である。

符号の説明

１０真空ダイキャスト装置
１１固定金型
１２可動金型
１３ダイキャスト型
１８キャビティ
２８ガス抜き路
２９開口部
３４ガス抜きバルブ
３５バルブハウジング
３６バルブガイド
３７ガイド孔
３８弁体
３９バルブステム
４１排気通路
４２真空ポート
６１環状部材（遮蔽部材）
６３テーパ面
６５円筒部材（遮蔽部材）

Claims

鋳造製品に対応した形状のキャビティと当該キャビティを外部に連通させるガス抜き路とを形成するダイキャスト型を有し、前記キャビティ内を減圧吸引した状態のもとでキャビティ内に溶湯を注入して鋳造製品を製造する真空ダイキャスト装置であって、前記キャビティ内を減圧吸引するときには前記ガス抜き路の開口部を開き、溶湯注入が完了したときには前記ガス抜き路の開口部を閉じるガス抜きバルブを備えた真空ダイキャスト装置において、
前記ガス抜きバルブは、
前記ガス抜き路の開口部に連通する排気通路と真空源に接続される真空ポートとが形成されたバルブハウジングと、
前記排気通路内のバルブガイドに摺動自在に装着されたバルブステムの先端に設けられ、前記ガス抜き路を開閉する弁体と、
前記バルブステムに設けられ、前記ガス抜き路を吹き抜けた溶湯ミスト等の異物を前記排気通路の径方向外方に案内する遮蔽部材とを有し、
前記遮蔽部材は先端部が前記バルブステム先端部に嵌合固定され、かつ前記バルブガイドに形成された外周面に後端部が摺動自在に嵌合される円筒部材であり、
前記遮蔽部材により前記異物が前記バルブステムと前記バルブガイドとの間に入り込むのを防止することを特徴とする真空ダイキャスト装置。
請求項１記載の真空ダイキャスト装置において、前記遮蔽部材に前記バルブステムに接触する突起部が設けられていることを特徴とする真空ダイキャスト装置。