JP5299258B2 - ダイカスト鋳造装置及びダイカスト鋳造方法 - Google Patents
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Description
ダイカスト鋳造方法においては、適宜のダイカスト鋳造装置が用いられる。
なお、ダイカスト鋳造方法に用いられるダイカスト鋳造装置は、主として、溶湯を射出するための加圧室が溶湯の保持炉の中に配置されているホットチャンバダイカストマシンと、溶湯を射出するための加圧室が溶湯の保持炉の中に配置されていないコールドチャンバダイカストマシンとに分けられるが、以下ではコールドチャンバダイカストマシンについて記載する。
(1)可動型を固定型に圧接させて、金型にキャビティを形成する(型締め工程)。
(2)ラドルによって溶湯をスリーブ内に供給する(注湯工程)。
(3)プランジャによってスリーブ内の空間を加圧することで、スリーブ内に供給された溶湯をキャビティに射出する(射出工程)。
(4)可動型を固定型から離間させて、成形された鋳物を取り出す(型開き工程)。
注湯の速度が小さい、つまり溶湯をラドルからスリーブ内に供給するのに長い時間を要する場合には、スリーブ内で溶湯の温度が低下し、溶湯が部分的に凝固する。そのため、鋳造時間が増加するだけでなく、プランジャによってスリーブ内の溶湯をキャビティに射出する際の圧力伝播が低減することとなり、スリーブ内の溶湯に発生した鋳巣(空洞)を充分に消滅させることができないという問題が生じる。
よって、注湯の速度を大きくすること、つまり溶湯をラドルからスリーブ内に供給する時間を短くすることが望ましいが、ラドルを傾ける速度を大きくし過ぎた場合には、ラドルの注湯部に多量の溶湯が供給されることになるため、注湯部から溶湯が溢れる、又は溶湯が飛散してスリーブの給湯口からこぼれる等の問題が生じる。
鋳造装置1は、所謂、コールドチャンバダイカストマシンであり、アルミニウム合金等の溶融金属である溶湯Mを所定の鋳型に圧入して凝固させることで成型品Cを鋳造する。
金型10は、固定型11、及び可動型12を具備し、それらが互いに合致する面(型分割面)で圧接されることで金型10の内部にキャビティ13、及び湯道14を形成する。
可動型12は、金型10の一部をなす部材であり、適宜の制御手段によって固定型11に対して水平に(図1における左右方向に)近接離間可能となっている。
固定型11の型分割面(図1における固定型11の右側面)、及び可動型12の型分割面(図1における固定型11の左側面)には、それぞれ所定の形状の凹部が形成されており、前記制御手段によって可動型12を移動させて所定の位置で固定型11、及び可動型12の型分割面同士を圧接すること(型締め)により、固定型11の凹部と可動型12の凹部とがキャビティ13、及び湯道14をなす。
スリーブ20の一端部(図1における右端部)は、スリーブ20の内部空間と湯道14とが連通するように、金型10に接続されている。つまり、スリーブ20の内部空間は、湯道14を介してキャビティ13と連通している。
給湯口21は、スリーブ20の内部と外部とを連通する孔であり、スリーブ20の他端部(図1における左端部)近傍に配置されている。また、給湯口21は、スリーブ20の上面に向けて、つまり、鉛直方向上側に向けて開口している。
プランジャ30は、チップ31、及びロッド32を具備する。
ロッド32の一端部は、スリーブ20の他端部(図1における左端部)側からチップ31に固定され、ロッド32の他端部は、油圧シリンダ等のアクチュエータに固定されており、当該アクチュエータによってチップ31がロッド32を介してスリーブ20の内部にて軸方向に摺動する。
加圧室50は、スリーブ20の内部において、チップ31と金型10との間に形成された空間であり、チップ31の摺動に伴って体積が変化する。
注湯機40は、アーム41、及びラドル100を具備する。
アーム41は、回転軸42を介してラドル100と接続されている。
回転軸42は、アーム41とラドル100とを接続するための軸部材であり、一端部がアーム41に回転可能に接続され、他端部がラドル100に固定されている。つまり、回転軸42が周方向に回転することにより、ラドル100が回転軸42の軸心を中心に回転し、ラドル100の角度が変更可能となっている。
また、ラドル100は、収容部110に収容された溶湯Mの注ぎ口となる注湯部120を備え、所定の速度で注湯部120側に傾ける(回転軸42を中心にして図2における矢印方向に回動させる)ことにより、注湯部120からスリーブ20の給湯口21に向けて溶湯Mを注出する。
なお、ラドル100は、鋳鉄、及びセラミックス等の耐熱性に優れた素材からなるが、その種類を限定するものではない。
突起部121・122は、注湯部120の内周面に形成された突起であり、注湯の際に溶湯Mを注湯部120の周方向に回転させるための手段として機能する。
また、突起部121・122は、注湯時の溶湯Mの流動方向における上流側から下流側(図3における上側から下側)に向かうに従って、徐々に幅(図3における左右方向の長さ、つまり注湯部120における周方向の長さ)が大きくなるように形成されている。
なお、本実施形態においては、突起部121・122は、注湯時の溶湯Mの流動方向における下流側から見て、時計回り方向(図4における矢印方向)に湾曲している。
詳細には、注湯の際に溶湯Mが突起部121・122の設けられた注湯部120を通過することで、溶湯Mが注湯部120の周方向であって前記突起部121・122それぞれの位相変位方向(図4における矢印方向)に回転することとなる。
したがって、ラドル100を注湯部120側に傾ける(回転軸42を中心にして回動させる)速度を大きくした場合でも、ラドル100から溶湯Mが溢れること、及び溶湯Mが飛散してスリーブ20の給湯口21からこぼれることがなく、短時間で注湯を行うことができる。そして、これに伴い、スリーブ20内(加圧室50)で溶湯Mの温度が低下して溶湯Mが部分的に凝固することが防止されるため、プランジャ30によってスリーブ20内(加圧室50)の溶湯Mをキャビティ13に射出する際の圧力伝播が低減することなく、スリーブ20内(加圧室50)の溶湯Mに発生する鋳巣(空洞)を充分に消滅させることができ、鋳造される成型品Cの品質を良好なものとすることができる。
したがって、突起部121・122が湾曲していない場合と比較して、より良好に溶湯Mを注湯部120における周方向の一方に回転させて、注湯部120から注出される溶湯Mに直進性を持たせることができる。
詳細には、突起部121・122は、注湯時の溶湯Mの流動方向における上流側から下流側に向かうに従って、徐々にそれらの高さ、及び幅が大きくなるように形成されている。
したがって、溶湯Mの流動方向における上流側から下流側に向かうに従って、徐々に注湯部120の軸方向断面における突起部121・122の断面形状が拡大しない場合と比較して、より良好に溶湯Mを注湯部120における周方向の一方に回転させて、注湯部120から注出される溶湯Mに直進性を持たせることができる。
本実施形態では、ラドル100を注湯部120側に傾ける(回転軸42を中心にして回動させる)ことによって注湯が行われるため、溶湯Mとの接触時間の比較的長い、注湯部120の内周面における鉛直方向下側、及び鉛直方向上側にそれぞれ突起部121・122を配置した。
これにより、突起部を注湯部120における溶湯Mとの接触時間の比較的短い部分に配置した場合と比較して、より良好に溶湯Mを注湯部120における周方向の一方に回転させて、注湯部120から注出される溶湯Mに直進性を持たせることができる。
例えば、注湯部120の内部に、注湯部120と同心的に回転するスクリューを設け、溶湯Mを注湯部120の周方向に回転させる構成としてもよい。
なお、図7〜図12においては、説明の便宜上、注湯機40はすべて図示せず、ラドル100のみ図示する。
図7に示すように、型締め工程S10においては、前記制御手段によって可動型12を固定型11に向けて移動させ、固定型11、及び可動型12の型分割面で互いに合致するように圧接することで、金型10の内部にキャビティ13、及び湯道14を形成する。
注湯工程S20においては、まず、ラドル100を前記保持炉まで移動させ、当該保持炉に貯溜された溶湯Mをラドル100によって所定量(成型品Cを鋳造するのに必要な量)汲み上げて、収容部110に溶湯Mを収容する。
次に、図8に示すように、ラドル100の注湯部120の軸心と、スリーブ20の軸心とが成す角度が約45度となるように、ラドル100をスリーブ20の給湯口21の上方付近まで移動させる。これは、鋳造装置1の構成上(スリーブ20と注湯機40との位置関係等)、ラドル100の注湯部120の軸心と、スリーブ20の軸心とが成す角度を約0度とした状態で注湯を行うことができないためである。
なお、本実施形態においては、スリーブ20に対して、プランジャ30側から見て左側(図8における上側)にラドル100を配置している。
この時、注湯部120から注出された溶湯Mを加圧室50における給湯口21の一端(図9における右端)が位置する部分(図9に一点鎖線Xで示す位置)よりも前方(図9における右側)に落下させる。つまり、注湯部120から注出された溶湯Mをスリーブ20内の軸方向における給湯口21が位置する部分よりもプランジャ30による溶湯Mの射出方向における下流側(図9における右側)に落下させる。
前述のように、注湯工程S20で用いるラドル100の注湯部120には、突起部121・122が設けられているため、溶湯Mは直進性を持った状態で注湯部120から注出され、注出される溶湯Mが広範囲に拡散することがない。そのため、上記のように、スリーブ20内(加圧室50)において、ある程度所望の位置にピンポイントで溶湯Mを落下させることが可能となる。
これにより、スリーブ20内(加圧室50)に落下した溶湯Mがスリーブ20の内周面で跳ね返ってスリーブ20の給湯口21から溢れることを防止することができ、成型品Cを鋳造する鋳造工程S1に要するコストを低減することができる。
また、短時間で加圧室50に溶湯Mを供給することができるため、成型品Cを鋳造する鋳造工程S1に要する時間(鋳造のサイクルタイム)を短縮することができる。
ここで、前述のように、溶湯Mは、注湯部120を通過することで、注湯部120の周方向であって前記突起部121・122それぞれの位相変位方向に回転する。そのため、図10(B)に示すように、注湯部120から注出された溶湯Mは、溶湯Mの流動方向における上流側から見て反時計回りに回転する。
これにより、スリーブ20内(加圧室50)に供給された溶湯Mが一定箇所に滞留せず、効率良く流動させて、スリーブ20の給湯口21から溢れることを防止することができ、成型品Cを鋳造する鋳造工程S1に要するコストを低減することができる。
図11に示すように、射出工程S30においては、前記アクチュエータによりロッド32を介してチップ31をスリーブ20の内部における金型10側に摺動させ、加圧室50の体積を縮小させることで、加圧室50に供給された溶湯Mをスリーブ20の一端側(キャビティ13側)に向けて圧出する。圧出された溶湯Mは、湯道14を介してキャビティ13に射出され、充填される。なお、この時、キャビティ13のみならず、湯道14等においても溶湯Mが充填された状態となっている。
この状態でキャビティ13に充填された溶湯Mが凝固することで成型品Cとなる。
図12に示すように、型開き工程S40においては、成型品Cが可動型12と一体となった状態で、前記制御手段によって固定型11から可動型12を離間させる。そして、適宜の取り出し手段により、可動型12から成型品Cを取り出す。
前述のように、射出工程S30において、溶湯Mは、キャビティ13のみならず、湯道14等にも充填された状態となっているため、成型品Cには余分な部分(湯道14等に充填された溶湯Mが凝固した部分)を有することとなる。そのため、当該部分を除去することで最終的な製品となる。
なお、本実施例に限定せず、コールドチャンバダイカストマシンを用いるもの、つまりラドルを使用するものであれば、真空ダイカスト鋳造方法、又は無孔性ダイカスト鋳造方法等においても本発明を適用可能である。
10 金型
11 固定型
12 可動型
20 スリーブ
21 給湯口
30 プランジャ
31 チップ
40 注湯機
50 加圧室
100 ラドル
110 収容部
120 注湯部
121、122 突起部
Claims (8)
- 内部にキャビティが形成される金型と、
筒状に形成され、その内部空間が前記キャビティに連通し、前記内部空間と外部とを連通する給湯口を有するスリーブと、
溶湯を収容する収容部と、当該収容部に収容される溶湯を注出するための注ぎ口となる注湯部とを含み、当該注湯部側へ傾けることで前記溶湯を前記注湯部から前記スリーブの給湯口に向けて注出して前記スリーブの内部に供給するラドルと、
前記スリーブの内部に摺動可能に設けられ、当該スリーブの内部に供給された溶湯を前記キャビティに向けて射出するプランジャと、
を具備するダイカスト鋳造装置であって、
前記ラドルの注湯部は、前記収容部と連続するように外方へ突出する円筒状に形成され、
前記注湯部には、前記溶湯が前記注湯部を通過して当該注湯部から注出される際に、前記溶湯を前記注湯部における周方向に回転させる回転手段が設けられ、
前記回転手段は、前記注湯部における径方向内側に向けて突出するように前記注湯部の内周面に設けられる突起部であり、
前記突起部は、前記注湯部における軸方向に沿って連続的に設けられ、前記溶湯の流動方向における上流側から下流側に向かうに従って、徐々に前記注湯部における周方向の一方に位相変位するように形成されるダイカスト鋳造装置。 - 前記突起部は、前記注湯部における径方向内側に向かうに従って、徐々に細く、かつ徐々に前記注湯部における周方向の一方に湾曲するように形成される請求項1に記載のダイカスト鋳造装置。
- 前記突起部は、前記溶湯の流動方向における上流側から下流側に向かうに従って、徐々に高さが大きくなるように形成される請求項1又は請求項2に記載のダイカスト鋳造装置。
- 前記突起部は、前記溶湯の流動方向における上流側から下流側に向かうに従って、徐々に幅が大きくなるように形成される請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のダイカスト鋳造装置。
- 前記突起部は、前記注湯部に二つ設けられ、
前記注湯部の内周面における鉛直方向下側及び鉛直方向上側に互いに180度の位相差をもって配置される請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のダイカスト鋳造装置。 - 内部にキャビティが形成される金型と、
筒状に形成され、その内部空間が前記キャビティに連通し、前記内部空間と外部とを連通する給湯口を有するスリーブと、
溶湯を収容する収容部と、当該収容部に収容される溶湯を注出するための注ぎ口となる注湯部とを含み、当該注湯部側へ傾けることで前記溶湯を前記注湯部から前記スリーブの給湯口に向けて注出して前記スリーブの内部に供給するラドルと、
前記スリーブの内部に摺動可能に設けられ、当該スリーブの内部に供給された溶湯を前記キャビティに向けて射出するプランジャと、
を具備するダイカスト鋳造装置であって、
前記ラドルの注湯部は、前記収容部と連続するように外方へ突出する円筒状に形成され、
前記注湯部には、前記溶湯が前記注湯部を通過して当該注湯部から注出される際に、前記溶湯を前記注湯部における周方向に回転させる回転手段が設けられ、
前記回転手段は、前記注湯部の内部にて、当該注湯部と同心的に回転するスクリューであるダイカスト鋳造装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のダイカスト鋳造装置を用い、
前記ラドルによって前記スリーブの内部に溶湯を供給する注湯工程を具備するダイカスト鋳造方法であって、
前記注湯工程は、前記ラドルの注湯部から注出される溶湯を前記スリーブ内の軸方向における前記給湯口が位置する部分よりも前記プランジャによる溶湯の射出方向における下流側に落下させるダイカスト鋳造方法。 - 前記ラドルの注湯部から注出される際の溶湯の流動方向における上流側から見た溶湯の回転方向と、
前記溶湯が前記スリーブ内に供給されて前記スリーブの内周面に沿って回転する際の前記プランジャによる溶湯の射出方向における上流側から見た溶湯の回転方向と、を一致させるように、
注湯の際の前記スリーブに対する前記ラドルの位置を設定する請求項7に記載のダイカスト鋳造方法。
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