JP6171216B2 - Semi-solid metal production apparatus, semi-solid metal production method, and molding method using semi-solid metal - Google Patents
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Description
本発明は、半凝固金属の製造装置、半凝固金属の製造方法及び半凝固金属を用いた成形方法に関する。成形方法は、例えば、半凝固ダイカスト法である。 The present invention relates to a semi-solid metal production apparatus, a semi-solid metal production method, and a molding method using a semi-solid metal. The molding method is, for example, a semi-solid die casting method.
半凝固金属の製造方法として、容器に液状の金属材料を注ぎ、容器内にて金属材料を冷却して半凝固状とする方法が知られている(例えば特許文献1)。特許文献1では、金属材料の酸化を抑制するために、金属材料が注がれる前の容器を不活性ガスで満たしている。 As a method for producing a semi-solid metal, a method is known in which a liquid metal material is poured into a container and the metal material is cooled in the container to form a semi-solid state (for example, Patent Document 1). In Patent Document 1, in order to suppress oxidation of the metal material, the container before the metal material is poured is filled with an inert gas.
しかし、特許文献1のような技術においては、金属材料を容器に注いだ時に、金属材料が空気乃至は不活性ガスを巻き込むことがある。その結果、その金属材料を用いて成形した成形品に巣が生じる。 However, in a technique such as Patent Document 1, when a metal material is poured into a container, the metal material may involve air or an inert gas. As a result, a nest is formed in a molded product molded using the metal material.
従って、金属材料に気体が巻き込まれることを抑制しつつ容器に液状の金属材料を供給できる半凝固金属の製造装置、半凝固金属の製造方法及び半凝固金属を用いた成形方法が提供されることが望ましい。 Therefore, a semi-solid metal production apparatus, a semi-solid metal production method, and a molding method using a semi-solid metal that can supply a liquid metal material to a container while suppressing entrainment of gas in the metal material are provided. Is desirable.
本発明の一態様に係る半凝固金属の製造装置は、液状の金属材料が供給され、当該金属材料を冷却するための容器と、前記容器内を真空引き可能な真空装置と、を有する。 An apparatus for producing a semi-solid metal according to one embodiment of the present invention includes a container that is supplied with a liquid metal material and cools the metal material, and a vacuum apparatus that can evacuate the container.
好適には、前記製造装置は、前記容器の開口を塞がずに前記容器に着脱可能であり、前記容器に装着されたときに前記容器内に通じる流路が形成された中継部材を更に有し、前記真空装置は、前記流路を介して前記容器内を真空引き可能である。 Preferably, the manufacturing apparatus further includes a relay member that is detachable from the container without closing the opening of the container, and that has a flow path that communicates with the container when the container is attached to the container. The vacuum device can evacuate the container through the flow path.
好適には、前記中継部材は、液状の前記金属材料が注がれ、注がれた前記金属材料を前記容器へ導く漏斗を有する。 Preferably, the relay member includes a funnel for pouring the liquid metal material and guiding the poured metal material to the container.
好適には、前記中継部材は、前記漏斗と着脱可能に固定された流路部材を更に有し、前記流路は、前記流路部材に形成されている。 Preferably, the relay member further includes a flow path member detachably fixed to the funnel, and the flow path is formed in the flow path member.
好適には、前記中継部材には、前記容器に装着されたときに液状の前記金属材料を前記容器内へ導く導入孔が形成されており、前記導入孔は、液状の前記金属材料を滞留させて前記容器内に密閉空間を構成することが可能な滞留部を有し、前記流路は、前記密閉空間に開口する。 Preferably, the relay member is formed with an introduction hole that guides the liquid metal material into the container when the relay member is attached to the container, and the introduction hole retains the liquid metal material. The container has a staying part capable of forming a sealed space, and the flow path opens into the sealed space.
本発明の一態様に係る半凝固金属の製造装置は、液状の金属材料が供給され、当該金属材料を冷却するための容器と、前記容器に着脱可能な中継部材と、を有し、前記中継部材は、液状の前記金属材料が注がれ、注がれた前記金属材料を前記容器へ導く漏斗と、前記容器内外を連通する流路が形成された流路部材と、を有する。 An apparatus for producing a semi-solid metal according to an aspect of the present invention includes a container that is supplied with a liquid metal material and cools the metal material, and a relay member that can be attached to and detached from the container. The member includes a funnel in which the liquid metal material is poured, the funnel that guides the poured metal material to the container, and a flow path member in which a flow path communicating between the inside and the outside of the container is formed.
本発明の一態様に係る半凝固金属の製造方法は、容器内を真空引きする真空引きステップと、真空引きされた前記容器内に液状の金属材料を供給する供給ステップと、を有する。 The method for producing a semi-solid metal according to one aspect of the present invention includes a vacuuming step for evacuating a container, and a supplying step for supplying a liquid metal material into the evacuated container.
好適には、前記製造方法は、前記容器内に通じる導入孔に液状の前記金属材料を滞留させて前記容器内に密閉空間を構成する密閉ステップを更に有し、前記真空引きステップでは、前記密閉空間を真空引きし、前記供給ステップでは、真空引きにより前記密閉空間に生じた負圧を利用して前記金属材料を前記容器内に引き込む。 Preferably, the manufacturing method further includes a sealing step in which the liquid metal material is retained in an introduction hole communicating with the container to form a sealed space in the container, and in the vacuuming step, the sealing is performed. The space is evacuated, and in the supplying step, the metal material is drawn into the container using the negative pressure generated in the sealed space by evacuation.
本発明の一態様に係る半凝固金属を用いた成形方法は、上記の半凝固金属の製造方法により製造された半凝固状の前記金属材料を金型内に射出して成形品を製造する。 In a molding method using a semi-solid metal according to an aspect of the present invention, a semi-solid metal material produced by the above-described semi-solid metal production method is injected into a mold to produce a molded product.
本発明によれば、金属材料に気体が巻き込まれることを抑制しつつ容器に液状の金属材料を供給できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a liquid metal material can be supplied to a container, suppressing gas being involved in a metal material.
図1は、本発明の実施形態に係る半凝固金属の製造装置1を含む成形機(成形装置)101の要部の構成を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a main part of a molding machine (forming apparatus) 101 including a semi-solid metal manufacturing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
成形機101は、金属材料Mを金型103のキャビティ103a内にて凝固させて、成形品を製造するものである。成形機101は、例えば、ダイカストマシンである。この場合、金属材料Mは、例えば、アルミニウム合金である。
The
成形機101は、液状の金属材料Mから半凝固状の金属材料Mを製造する製造装置1と、その半凝固状の金属材料Mを金型103内のキャビティ103aに射出する射出装置105と、製造装置1及び射出装置105等を制御する制御装置107とを有している。なお、特に図示しないが、この他、成形機101は、金型103を型締する型締装置、金型103にて形成された成形品を押し出す押出装置等を有しており、制御装置107は、型締装置、押出装置等も制御する。
The
射出装置105は、金型103内のキャビティ103aに通じるスリーブ109と、スリーブ109内を摺動して金属材料Mを押し出すプランジャ111と、プランジャ111を駆動する不図示の駆動装置とを有している。スリーブ109の上面には、供給口109aが開口している。半凝固状の金属材料Mは、供給口109aを介してスリーブ109内に投下される。
The
制御装置107は、例えば、CPU、ROM、RAM及び外部記憶装置を含むコンピュータにより構成されている。なお、制御装置107は、成形機101に含まれる各種装置毎に設けられた制御装置から構成されてもよいし、成形機101に含まれる全ての装置を制御する1つの制御装置から構成されてもよいし、成形機101に含まれる複数の装置を制御する制御装置とそれら以外を制御する制御装置から構成されてもよい。
The
製造装置1は、例えば、液状の金属材料Mを保持する保持炉3と、保持炉3から液状の金属材料を汲み出す注湯装置5と、注湯装置5により液状の金属材料が注がれ、注がれた液状の金属材料を半凝固状態とする半凝固化装置7とを有している。 The manufacturing apparatus 1 includes, for example, a holding furnace 3 that holds a liquid metal material M, a pouring device 5 that pumps the liquid metal material from the holding furnace 3, and a liquid metal material is poured by the pouring apparatus 5. And a semi-solidifying device 7 for bringing the poured liquid metal material into a semi-solid state.
保持炉3は、公知の構成とされてよい。また、保持炉3は、溶解炉を兼ねるものであってもよい。例えば、保持炉3は、金属材料Mを収容する炉体11と、炉体11に収容されている金属材料Mを加熱する加熱装置13と、炉体11に収容されている金属材料Mの温度を検出する炉用温度センサ15とを有している。
The holding furnace 3 may have a known configuration. The holding furnace 3 may also serve as a melting furnace. For example, the holding furnace 3 includes a furnace body 11 that houses the metal material M, a
炉体11は、例えば、特に図示しないが、セラミック等の断熱性に優れた材料からなる容器内に、金属材料Mの液相線温度よりも固相線温度若しくは融点が高い金属からなる容器が配置されて構成されている。加熱装置13は、例えば、金属材料Mを電磁誘導により加熱するコイル、若しくは、ガスを燃焼して金属材料Mを加熱する燃焼装置を含んで構成されている。炉用温度センサ15は、例えば、熱電対式の温度センサ若しくは放射温度計により構成されている。
Although the furnace body 11 is not specifically illustrated, for example, a container made of a metal having a solidus temperature or a melting point higher than the liquidus temperature of the metal material M is placed in a container made of a material having excellent heat insulation such as ceramic. Arranged and configured. The
注湯装置5は、公知の構成とされてよい。例えば、注湯装置5は、ラドル17と、ラドル17を駆動可能なラドル搬送装置19とを有している。
The pouring device 5 may have a known configuration. For example, the pouring device 5 includes a
ラドル17は、金属材料Mの液相線温度よりも固相線温度若しくは融点が高い材料からなる、注ぎ口17aを有する容器であり、1ショット分の金属材料Mを収容可能である。ラドル搬送装置19は、例えば、多関節ロボットにより構成されており、ラドル17を上下方向及び水平方向へ移動させることが可能であるとともに、注ぎ口17aを上下させるようにラドル17を傾斜させることが可能である。
The
半凝固化装置7は、例えば、注湯装置5により液状の金属材料Mが供給される容器21と、容器21に液状の金属材料を供給する前に容器21を冷却する冷却装置23と、容器21に液状の金属材料Mが供給されるときに容器21が載置される載置装置25と、容器21を搬送する容器搬送装置27とを有している。
The semi-solidifying device 7 includes, for example, a
容器21は、金属材料Mの液相線温度よりも固相線温度若しくは融点が高く、好適には熱伝導率が比較的高い材料(好適には金属)により構成されている。容器21は、1ショット分の金属材料Mを収容可能である。
The
冷却装置23は、例えば、容器21を冷却媒体に浸すことにより容器21を冷却する。冷却媒体は、気体であってもよいし、液体であってもよい。後述するように、容器21は分離可能な中空部材31及び底部材33からなり、冷却装置23は、中空部材31のみを冷却する。
For example, the
載置装置25は、例えば、特に図示しないが、容器21を冷却するための冷却部、容器21内の金属材料Mの温度を検出する温度センサ等を有している。なお、載置装置25に代えて、単に容器21を支持する載置台が設けられてもよい。
The mounting
容器搬送装置27は、例えば、多関節ロボットにより構成されており、容器21を上下方向及び水平方向へ移動させることが可能であるとともに、容器21の上下方向の向きを変える(容器21を逆さにする)ことが可能である。容器搬送装置27は、容器21の冷却装置23から載置装置25への移送及び容器21の載置装置25からスリーブ109上への移送等を行う。
The
容器21は、載置装置25に載置された後、液状の金属材料Mが供給される前に、その内部の真空引き(排気)が行われる。これにより、金属材料Mが容器21に供給される際に、金属材料Mが空気を巻きこむことが抑制される。具体的には、以下のとおりである。
The
図2は、真空引きに係る構成を示す分解斜視図である。 FIG. 2 is an exploded perspective view showing a configuration relating to evacuation.
容器21は、当該容器21の壁部を構成する中空部材31と、容器21の底部を構成する底部材33とを有しており、これらは分離可能となっている。容器21の上方には、容器21への金属材料Mの供給の容易化等に寄与する中継部材35が配置される。製造装置1は、容器21内を真空引きするための真空装置37を有している。
The
中空部材31は、上下両端が開口する中空形状に形成されている。中空部材31の開口方向に見た形状は適宜に設定されてよいが、金属材料Mを均等に冷却する観点からは円形が好ましい(中空部材31は筒状であることが好ましい。)。また、中空部材31の内径は、例えば、上方側が下方側よりも大きくされている。中空部材31の厚みは、例えば、一定である。
The
底部材33は、例えば、概ね板状の部材である。底部材33の平面形状は適宜に設定されてよい。底部材33の平面視における外形は、中空部材31の開口よりも広く設定されている。底部材33の厚みは、例えば、一定とされている。ただし、中央側と外周側とで厚みが異なっていてもよい。また、底部材33の上面は、中央側と外周側とで高さが異なるなど、傾斜が設けられていてもよい。
The
中空部材31が底部材33の上面に載置されて、中空部材31の下方の開口が底部材33により塞がれることにより、容器21が構成される。なお、中空部材31と底部材33との間には、真空引きに大きな影響を及ぼさない程度の微小な隙間が形成されても構わない。
The
中空部材31及び底部材33は、例えば、底部材33が載置装置25に支持され、中空部材31が中継部材35により上から押さえつけられることにより、互いに固定される。中継部材35は、例えば、容器搬送装置27又は他のロボットにより位置保持され、中空部材31を押さえ付けるための力を付与される。
The
なお、中空部材31及び底部材33は、適宜なクランプ手段によって互いに固定されてもよい。また、底部材33は、載置装置25に固定されていることが好ましい。例えば、底部材33は、不図示のねじにより載置装置25の基体に固定されている。中空部材31及び底部材33は、水平方向において互いに位置決めするための位置決め部を有していてもよい。例えば、底部材33には、中空部材31の下方の縁部を収容する溝部が形成されていてもよい。
Note that the
底部材33を構成する材料は、例えば、中空部材31を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料により構成されている。例えば、中空部材31がステンレス鋼により構成されているのに対して、底部材33は、銅(純銅)により構成されている。ただし、底部材33及び中空部材31は、互いに同一の材料により構成されていてもよい。また、底部材33は、中空部材31の厚みよりも厚く構成されていてもよい。
The material constituting the
真空装置37は、例えば、タンク39と、タンク39を真空引きするポンプ41と、タンク39を開閉するバルブ43とを有している。タンク39は、中継部材35の流路(後述)及びホース45を介して容器21の内部に通じる。ホース45は、可撓性を有している。
The
タンク39は、バルブ43が閉じられた状態でポンプ41により減圧される。そして、容器21の真空引きを行う必要が生じたときは、バルブ43が開かれ、これにより、容器21は急激に真空引きされる。
The
図3は、中継部材35の分解斜視図である。
FIG. 3 is an exploded perspective view of the
中継部材35は、液状の金属材料Mを注ぐことを容易化するための漏斗47と、漏斗47の取り扱い性向上等に寄与する補助部材49と、容器21と真空装置37とを連通するための流路部材53と、漏斗47と流路部材53とを固定するための連結部材51とを有している。
The
漏斗47は、金属材料Mの液相線温度よりも固相線温度若しくは融点が高い材料(例えば金属)により構成されている。漏斗47は、上方側ほど径が大きくなる中空状の部材であり、下方端は容器21の上方の開口に向けられる。なお、漏斗47の内壁の傾斜は、容器21の内壁の傾斜よりも大きいことが好ましい。
The
補助部材49は、例えば、ある程度の厚みを有する環状部材である。補助部材49は、例えば、ねじ55が、漏斗47に形成された孔及び補助部材49に形成された孔に上方から挿通され、連結部材51に形成された雌ねじ部に螺合されることにより、漏斗47に固定される。補助部材49が設けられることによって、例えば、ロボットによる漏斗47の把持が容易化される。なお、補助部材49は省略されてもよい。
The
連結部材51は、例えば、上下に延びる軸状部材により構成され、漏斗47の円周方向に沿って複数(本実施形態では4つ)配置される。連結部材51は、例えば、上述のようにねじ55により漏斗47に固定される。また、連結部材51は、例えば、ねじ57が、流路部材53に形成された孔に下方から挿通され、連結部材51に形成された雌ねじ部に螺合されることにより、流路部材53に固定される。すなわち、連結部材51は、漏斗47及び流路部材53に固定され、ひいては、これら部材を固定する。
The connecting
上記のように、漏斗47と流路部材53とは、ねじ55及び57を締めることにより固定される。逆に、漏斗47と流路部材53とは、ねじ55及び57を外すことにより分離可能である。すなわち、漏斗47と流路部材53とは着脱可能に固定されている。
As described above, the
図4(a)〜図4(c)は、流路部材53の底面側からの斜視図、上面図及び側面図である。
4A to 4C are a perspective view, a top view, and a side view from the bottom surface side of the
流路部材53は、漏斗47等と同様に、金属材料Mの液相線温度よりも固相線温度若しくは融点が高い材料(例えば金属)により構成されている。流路部材53は、例えば、全体として概ね板状に形成されている。
The
より具体的には、流路部材53は、概ね板状に形成された基部53aと、基部53aから下方へ突出する遮蔽壁53b(図4(a)及び図4(c))とを有している。基部53a及び遮蔽壁53bは、例えば、一体的に形成されている。
More specifically, the
基部53aの平面形状及び厚みは、適宜に設定されてよい。本実施形態では、円盤状の基部53aを例示している。基部53aには、漏斗47の下方の開口と容器21の上方の開口とを接続するための連通孔53dと、容器21の上方の開口とホース45(真空装置37)とを接続するための流路53eとが形成されている。
The planar shape and thickness of the
連通孔53dは、基部53aを上下に貫通する孔である。連通孔53dは、例えば、上方側の一部が漏斗47の下方端が挿入される部分とされ、下方側の残りの部分は、漏斗47からの金属材料Mを通過させる部分となっている。連通孔53dの上方側部分は、例えば、漏斗47の下方端が嵌合する形状(上方側ほど拡径するテーパ状)とされている。連通孔53dの下方側部分は、例えば、上下方向において径が一定とされており、当該径は、例えば、漏斗47の下端開口の径と同一である。
The
流路53eは、例えば、複数設けられている。なお、特に図示しないが、流路53eが複数設けられていることに対応して、ホース45も複数本設けられている。真空装置37は、例えば、バルブ43の先の管路が分岐して複数のホース45に接続されている。
For example, a plurality of
流路53eの位置及び形状は、流路部材53が容器21に配置されたときに、容器21の内外を連通可能であれば、適宜に設定されてよい。例えば、流路53eは、基部53aの半径方向に延びており、外側端部53eaが基部53aの外周面に開口し、内側端部53ebが連通孔53dの外側にて基部53aの下面に開口している。内側端部53ebは、容器21の上方の開口を介して容器21内に露出する。流路53eの径は、要求される真空引きの速さ等に応じて適宜に設定されてよい。
The position and shape of the
遮蔽壁53bは、基部53aの下面から下方に突出し、連通孔53dを囲むように設けられている。そして、遮蔽壁53bは、連通孔53dの下方端と流路53eの内側端部53ebとを隔てている。従って、液状の金属材料Mが連通孔53dを通過するときなどにおいて、内側端部53ebが金属材料Mによって塞がれるおそれが低減される。
The shielding
図5は、中継部材35を容器21に装着した状態で容器21及び中継部材35を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the
流路部材53の連通孔53dの径は容器21の上方の開口の径よりも小さい。そして、遮蔽壁53bは、容器21の上方の開口に挿入される。また、遮蔽壁53bの外側に位置する、流路53eの内側端部53ebは、上述したように、容器21の上方の開口を介して容器21内に露出している。
The diameter of the
漏斗47の内部空間、流路部材53の連通孔53d及び遮蔽壁53bの内部空間によって、液状の金属材料Mを容器21に導くための導入孔35hが構成されている。導入孔35hは、漏斗47の内部空間を含むことなどから、下方側の断面積が上方側の断面積よりも小さくなっている。その断面積が小さくなった部分は、後述するように、金属材料Mを一時的に滞留させる滞留部35haとして機能する。
An
(製造装置の動作)
次に、製造装置1の動作を中心として成形機101の動作を説明する。
(Operation of manufacturing equipment)
Next, the operation of the
制御装置107は、炉用温度センサ15の検出値に基づいて加熱装置13を制御し、炉体11に収容されている金属材料Mの温度を所定の第1温度T1に維持する。第1温度T1は、金属材料Mの液相線温度よりも高い温度であり、金属材料Mは、その全部が液状とされている。
The
容器21のうち底部材33は、成形機101の全工程を通じて載置装置25に載置されたままの状態とされる。制御装置107は、不図示の温度センサの検出値に基づいて載置装置25の不図示の冷却部を制御し、金属材料Mが容器21に供給される前の底部材33の温度を所定の第2温度T2にする。第2温度T2は、金属材料Mの液相線温度よりも低い温度である。
The
容器21のうち中空部材31は、容器搬送装置27に搬送されることにより、冷却装置23、載置装置25及びスリーブ109上の間で移動可能である。制御装置107は、中空部材31を冷却装置23に搬送するように容器搬送装置27を制御するとともに、中空部材31の温度を所定の第3温度T3にするように冷却装置23を制御する。第3温度T3は、金属材料Mの液相線温度よりも低い温度である。
The
なお、T2=T3であってもよいし、T2<T3等としてもよい。T2<T3の場合、T2=T3と比較して、容器21の底側において金属材料Mの凝固が進みやすくなる。これにより、半凝固状の金属材料Mを容器21から取り出す過程において、金属材料Mの底部から液相部分が垂れることが抑制される。
T 2 = T 3 or T 2 <T 3 or the like may be used. In the case of T 2 <T 3 , solidification of the metal material M easily proceeds on the bottom side of the
図1に示されているように、冷却装置23により中空部材31が冷却されると、制御装置107は、中空部材31を底部材33上に搬送するように容器搬送装置27を制御する。これにより、中空部材31及び底部材33からなる容器21が構成される。
As shown in FIG. 1, when the
次に、制御装置107は、中継部材35を中空部材31上に搬送するように容器搬送装置27又は他の不図示のロボットを制御する。そして、制御装置107は、ラドル17により液状の金属材料Mを中継部材35を介して容器21に供給するようにラドル搬送装置19を制御する。
Next, the
制御装置107は、容器21内への金属材料Mの供給に際して、容器21内の真空引きを行うように真空装置37を制御する。これにより、容器21内へ流れ込んだ金属材料Mが空気を巻き込むことが抑制される。
The
容器21内へ供給された金属材料Mは、容器21に接触することにより急冷され、これにより、金属材料M内には多数の結晶核が生成される。多数の結晶核は、後述するように、金属材料Mが容器21内へ供給される際の流れにより攪拌される。これにより、析出した樹脂状結晶の枝が、せん断力により切断若しくは溶融して切断され、更に結晶核が増殖する。
The metal material M supplied into the
容器21は、金属材料Mが供給されることにより急激に温度が上昇し、容器21の金属材料Mを冷却する機能は急激に低下する。その結果、多数の結晶核が形成された後、結晶成長速度は急激に低下し、結晶は樹脂状に成長せずに丸く成長する。
When the metal material M is supplied to the
このようにして容器21内にて金属材料Mが冷却されてその固相率が上がっている間、制御装置107は、不図示の温度センサにより検出される容器21内の金属材料Mの温度を監視し、当該温度が所定の目標温度Ttに到達したか否かを判定する。
While the metal material M is thus cooled in the
目標温度Ttは、金属材料Mの固相線温度よりも高く、液相線温度よりも低い。すなわち、目標温度Ttは、金属材料Mにおいて液相と固相とが混在する温度である。金属材料Mの温度と、金属材料Mの固相率との間には相関があり、目標温度Ttは、所望の固相率に応じて設定される。 The target temperature T t is higher than the solidus temperature of the metal material M and lower than the liquidus temperature. That is, the target temperature T t is a temperature at which the liquid phase and the solid phase are mixed in the metal material M. There is a correlation between the temperature of the metal material M and the solid phase rate of the metal material M, and the target temperature T t is set according to the desired solid phase rate.
なお、金属材料Mの温度が目標温度Ttに到達する前に容器21及び金属材料Mが熱平衡に至らないように、容器21は予め十分に冷却される、及び/又は、金属材料Mを注いだ後も載置装置25の冷却部による冷却は継続される。ただし、熱平衡に至った時に金属材料Mの温度が目標温度Ttとなるように、容器21が冷却されてもよい。
Note that the
金属材料Mの温度が目標温度Ttに到達すると、制御装置107は、金属材料Mの冷却を停止して金属材料Mを容器21から取り出すための処理を開始する。例えば、制御装置107は、中空部材31を底部材33上から供給口109a上へ搬送し、中空部材31を逆さにして金属材料Mを供給口109aを介してスリーブ109内へ落下させるように、容器搬送装置27を制御する。
When the temperature of the metal material M reaches the target temperature T t , the
その後、プランジャ111がスリーブ109内を前進する。これにより、金属材料Mが金型103内に(より具体的には、金型103内のキャビティ103aに)射出される。そして、金属材料Mがキャビティ103a内にて冷却されて凝固することにより、成形品が形成される。
Thereafter, the
図6(a)〜図6(d)は、上記の成形機101の動作のうち、金属材料Mの容器21への供給に係る動作を説明する図である。
FIG. 6A to FIG. 6D are diagrams for explaining an operation related to the supply of the metal material M to the
まず、図6(a)に示すように、制御装置107は、中継部材35を容器21上に配置するように容器搬送装置27又は不図示の他のロボットを制御する。
First, as illustrated in FIG. 6A, the
次に、図6(b)に示すように、制御装置107は、液状の金属材料Mを漏斗47に注ぐように注湯装置5を制御する。
Next, as shown in FIG. 6B, the
図6(c)に示すように、漏斗47(導入孔35h)に注がれた金属材料Mは、その粘度等に起因する抵抗によって滞留部35haを通過することができず、導入孔35h内に滞留する。その結果、少なくとも導入孔35hの下方の開口は塞がれ、容器21内は密閉されることになる。
As shown in FIG. 6 (c), the metal material M poured into the funnel 47 (
このような液状の金属材料Mの滞留は、例えば、滞留部35haにおける金属材料Mの流れの抵抗を大きくしたり、金属材料Mを滞留部35haにおいて落下させようとする力を小さくすることによって生じさせることができる。 Such stagnation of the liquid metal material M occurs, for example, by increasing the resistance of the flow of the metal material M in the stagnation part 35ha or by reducing the force for dropping the metal material M in the stagnation part 35ha. Can be made.
より具体的には、例えば、滞留部35haの断面積を小さくしたり、滞留部35haの流れ方向の面積を大きくしたり、漏斗47の内面の傾斜を緩やかにしたりすればよい。金属材料Mを滞留させることができる滞留部35haの具体的構成(寸法含む)は、液状の金属材料Mの粘度(材料)及び量等によって異なるから、これらの値(おおよその範囲でもよい)が決定されたら、実験に基づいて又は経験的な判断から、上記の断面積等が決定されてよい。
More specifically, for example, the cross-sectional area of the staying portion 35ha may be reduced, the area of the staying portion 35ha in the flow direction may be increased, or the inner surface of the
図6(c)において矢印で示すように、上記の密閉と概ね同一のタイミングで、制御装置107は、容器21内(密閉空間)の真空引きを開始する(バルブ43を開く)ように真空装置37を制御する。なお、真空引きは、金属材料Mによって容器21が密閉される前に開始されてもよいし、同時でもよいし、密閉された後に開始されてもよい。
As shown by an arrow in FIG. 6C, the
金属材料Mによって密閉された状態で容器21内の真空引きがなされることにより、容器21内は減圧され、負圧が生じる。その結果、図6(d)に示すように、金属材料Mが容器21内に引き込まれる。すなわち、金属材料Mが容器21内に供給される。
When the inside of the
金属材料Mは、容器21内の負圧によって引き込まれるから、単に重力によって落下した場合と比較して強い流れが生じることが期待される。その結果、より好適に攪拌がなされることが期待される。
Since the metal material M is drawn by the negative pressure in the
負圧によって金属材料Mが容器21に引き込まれ、導入孔35hが塞がれた状態が解除されると、真空引きは実質的に終了する。制御装置107は、真空引きを開始してから所定の時間が経過するなど、所定の条件が満たされると、バルブ43を閉じる。
When the metal material M is drawn into the
なお、金属材料Mの滞留部35haにおける滞留は、金属材料Mの流れが完全に停止するようなものでなくてもよい。上記のように密閉された容器21を真空引きする動作が実現できればよいから、サイクルタイムに対して滞留部35haから金属材料Mが流れ落ちる時間が長くなった状態であってもよい。
The retention of the metal material M in the retention portion 35ha may not be such that the flow of the metal material M completely stops. Since it is only necessary to realize the operation of evacuating the sealed
以上のとおり、本実施形態に係る半凝固金属の製造装置1は、液状の金属材料Mが供給され、その金属材料を冷却するための容器21と、容器21内を真空引き可能な真空装置37とを有する。
As described above, the semi-solid metal production apparatus 1 according to the present embodiment is supplied with the liquid metal material M, the
また、本実施形態に係る半凝固金属の製造方法は、容器21内を真空引きする真空引きステップ(図6(c))と、真空引きされた容器21内に液状の金属材料Mを供給する供給ステップ(図6(d))と、を有する。
Further, in the method for producing a semi-solid metal according to the present embodiment, a vacuuming step (FIG. 6C) for evacuating the inside of the
また、本実施形態に係る半凝固金属を用いた成形方法は、上記の本実施形態に係る半凝固金属の製造方法により製造された半凝固状の金属材料Mをキャビティ103aに射出して成形品を製造する。
Further, the molding method using the semi-solid metal according to the present embodiment is such that a semi-solid metal material M manufactured by the above-described semi-solid metal manufacturing method according to the present embodiment is injected into the
従って、金属材料Mが容器21内へ流れ込んだときに金属材料Mに空気が巻き込まれることが抑制される。その結果、半凝固金属の品質が向上し、ひいては、半凝固金属を用いて製造された成形品の品質が向上する。
Therefore, air is suppressed from being caught in the metal material M when the metal material M flows into the
また、本実施形態では、製造装置1は、容器21の開口を塞がずに容器21に着脱可能であり、容器21に装着されたときに容器21内に通じる流路53eが形成された中継部材35を更に有する。真空装置37は、流路53eを介して容器21内を真空引き可能である。
In the present embodiment, the manufacturing apparatus 1 can be attached to and detached from the
従って、流路53eを容器21に形成するのではなく、容器21に着脱可能な中継部材35に形成していることから、容器21の取り扱い性(搬送及び冷却等)が容易化される。また、中継部材35は、容器21の開口を塞がないから、真空引きと金属材料Mの容器21への供給とを重複して行うことが可能である。
Therefore, since the
また、本実施形態では、中継部材35は、液状の金属材料Mが注がれ、注がれた金属材料Mを容器21へ導く漏斗47を有する。
In the present embodiment, the
従って、真空引き専用の部材を容器21に着脱するのではなく、容器21に液状の金属材料Mを供給しやすくするための漏斗47を容器21に配置すると、自動的に真空引きを行う態勢が整うことになる。その結果、構成及び工程の簡素化が図られる。
Therefore, if the
また、本実施形態では、中継部材35は、漏斗47と着脱可能に固定された流路部材53を更に有し、流路53eは、流路部材53に形成されている。
In the present embodiment, the
従って、漏斗47から流路部材53を取り外して、漏斗47のみを容器21に配置することができる。すなわち、真空引きするか否かは、オプションとすることができる。その結果、ユーザの多様なニーズに低コストで応えることができる。
Therefore, it is possible to remove the
また、本実施形態では、中継部材35には、容器21に装着されたときに液状の金属材料Mを容器21内へ導く導入孔35hが形成されている。導入孔35hは、液状の金属材料Mを滞留させて容器21内に密閉空間を構成することが可能な滞留部35haを有している。流路53e(内側端部53eb)は、その密閉空間に開口する。
In the present embodiment, the
換言すれば、本実施形態は、容器21内に通じる導入孔35hに液状の金属材料Mを滞留させて容器21内に密閉空間を構成する密閉ステップ(図6(c))を更に有し、真空引きステップ(図6(c))では、その密閉空間を真空引きし、供給ステップ(図6(d))では、真空引きにより密閉空間に生じた負圧を利用して金属材料Mを容器21内に引き込む。
In other words, the present embodiment further includes a sealing step (FIG. 6C) that forms a sealed space in the
従って、真空度を高めることを目的として容器内を密閉するために蓋部材を設ける必要がない。さらに、負圧によって金属材料Mが容器21に引き込まれることになり、半凝固金属の生成に必要な攪拌が好適になされる。その結果、例えば、電磁攪拌装置等の攪拌装置を設ける必要性を低減できる。
Therefore, it is not necessary to provide a lid member for sealing the inside of the container for the purpose of increasing the degree of vacuum. Furthermore, the metal material M is drawn into the
また、本実施形態の半凝固金属の製造装置1は、別の観点では、液状の金属材料Mが供給され、その金属材料を冷却するための容器21と、容器21に着脱可能な中継部材35とを有している。中継部材35は、液状の金属材料Mが注がれ、注がれた金属材料Mを容器21へ導く漏斗47と、容器21内外を連通する流路53eが形成された流路部材53と、を有する。
In another aspect, the semi-solid metal production apparatus 1 of the present embodiment is supplied with a liquid metal material M, a
従って、容器21に液状の金属材料Mを供給し易くするための漏斗47を容器21に配置すると、自動的に流路53eが容器21内に通じる。その結果、容器21内の気体(若しくは液体)のコントロールが簡便に行われることになる。
Therefore, when the
この別の観点においては、流路53eの利用は、容器21内の真空引きに限定されない。
In another aspect, use of the
例えば、液状の金属材料Mを漏斗47へ供給する前に、流路53eを介して容器21内へ不活性ガス(例えば窒素)を供給し、容器21内の気体を不活性ガスに置換してもよい。この場合、例えば、金属材料Mの酸化が抑制される。
For example, before supplying the liquid metal material M to the
また、例えば、液状の金属材料Mを漏斗47へ供給する前に、流路53eを介して容器21内へ活性ガスを供給し、容器21内の気体を活性ガス(例えば酸素)に置換してもよい。この場合、金属材料Mと活性ガスとが反応して金属材料Mに気体が混ざることが抑制される。
Further, for example, before supplying the liquid metal material M to the
また、例えば、液状の金属材料Mを漏斗47へ供給する前に、流路53eを介して離型剤を容器21内へ供給してもよい。この場合、半凝固状の金属材料Mの容器21からの取り出しが容易化される。
Further, for example, before supplying the liquid metal material M to the
また、例えば、上記のような活性ガス又は不活性ガスを供給する流路53eと、離型剤を供給するための流路53eとが併設されるなど、用途の異なる流路53eが併設されてもよい。一の流路53eが複数の用途に利用されてもよい。
Further, for example, a
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and may be implemented in various aspects.
半凝固金属の製造装置は、成形機の一部でなくてもよい。すなわち、製造装置により製造された半凝固金属は、直接に射出装置のスリーブへ供給されるのではなく、急冷凝固されて、半溶融状金属の素材(ビレット)とされてもよい。 The semi-solid metal production apparatus may not be a part of the molding machine. That is, the semi-solid metal manufactured by the manufacturing apparatus may not be directly supplied to the sleeve of the injection apparatus, but may be rapidly solidified to form a semi-molten metal material (billet).
半凝固金属の製造装置の全体構成は、保持炉から液状の金属材料をラドルにより汲み出して容器に注ぐ構成に限定されない。例えば、保持炉及びラドルに代えて、1ショット分の金属材料を溶融するるつぼを用い、当該るつぼにより容器に金属材料を注いでもよい。また、例えば、保持炉から容器へ適宜な流路を介して液状の金属材料を注いでもよい。 The overall configuration of the semi-solid metal production apparatus is not limited to a configuration in which a liquid metal material is pumped out from a holding furnace by a ladle and poured into a container. For example, instead of the holding furnace and the ladle, a crucible for melting one shot of metal material may be used, and the metal material may be poured into the container with the crucible. Further, for example, a liquid metal material may be poured from the holding furnace to the container through an appropriate flow path.
半凝固金属の製造は、その全ての工程が製造装置により自動的に行われる必要はない。例えば、加熱装置の制御、注湯装置の制御及び半凝固化装置の制御の少なくともいずれか一つは、作業者により行われてもよい。また、例えば、加熱、注湯及び冷却の少なくともいずれか一つについては、装置といえるほどの設備によらずに実現されてもよい。 The production of semi-solid metal does not have to be performed automatically by the production equipment in all steps. For example, at least one of the control of the heating device, the control of the pouring device, and the control of the semi-solidifying device may be performed by an operator. Further, for example, at least one of heating, pouring, and cooling may be realized without using equipment that can be said to be an apparatus.
実施形態では、容器内の負圧によって金属材料を引き込むことによって金属材料を攪拌したが、電磁攪拌装置や容器を運動させるような攪拌装置等の攪拌装置が設けられてもよい。また、実施形態では、半凝固金属から液相部分の一部の排出を全く行わなかったが、当該排出が行われてもよい。 In the embodiment, the metal material is agitated by drawing the metal material by the negative pressure in the container, but an agitator such as an electromagnetic agitator or an agitator that moves the container may be provided. Further, in the embodiment, a part of the liquid phase portion is not discharged at all from the semi-solid metal, but the discharge may be performed.
容器は、分離可能な中空部材及び底部材を有するものに限定されず、有底の一体形成された容器であってもよい。容器若しくは中空部材は、下方側が縮径している必要は無い。なお、中空部材の内径が上方から下方へ亘って一定であっても、中空部材を横にして搬送することなどにより、搬送中に中空部材から半凝固状の金属材料が落下しないようにすることができる。 The container is not limited to one having a separable hollow member and a bottom member, and may be a bottomed and integrally formed container. The container or the hollow member need not have a reduced diameter on the lower side. Even if the inner diameter of the hollow member is constant from the upper side to the lower side, the semi-solid metal material is prevented from falling from the hollow member during conveyance by conveying the hollow member sideways, etc. Can do.
真空引きのための流路は、容器自体に設けられてもよい。また、容器の開口を塞がずに容器に着脱可能で、流路が形成される部材は、一時的に容器の開口を塞ぐことが可能であってもよい。例えば、当該部材にスライド式又は回転式の扉(弁)を設け、扉により容器の開口を塞いで容器を真空引きしつつ、金属材料を扉上に供給し、ある程度真空引きが進んだときに扉を開き(又は負圧によって引き込まれて開かれ)、金属材料を負圧により容器内に引き込んでもよい。 The flow path for evacuation may be provided in the container itself. Further, the member that can be attached to and detached from the container without closing the opening of the container and in which the flow path is formed may be able to temporarily close the opening of the container. For example, when a sliding or rotating door (valve) is provided on the member, the container is closed by the door and the container is evacuated, and the metal material is supplied onto the door, and the evacuation proceeds to some extent. The door may be opened (or pulled open by negative pressure) and the metal material may be drawn into the container by negative pressure.
また、流路が形成される部材(中継部材)は、漏斗を含んでいなくてもよく、例えば、単に容器の上方の開口の縁部の一部に係止されるような部材であってもよい。漏斗が含まれる場合、流路が形成される部分(流路部材)と漏斗とは、着脱可能に固定されずに、溶接されたり、一体的に形成されたりしてもよい。 Further, the member (relay member) in which the flow path is formed does not need to include a funnel, for example, a member that is simply locked to a part of the edge of the opening above the container. Also good. When the funnel is included, the portion where the flow path is formed (flow path member) and the funnel may be welded or integrally formed without being detachably fixed.
本願において、真空引きは、多少なりとも排気が行われて、大気圧から多少なりとも減圧された状態が生じればよく、真空度は高くなくてもよい。 In the present application, the evacuation may be performed by evacuating to some extent and generating a state where the pressure is reduced from atmospheric pressure to some extent, and the degree of vacuum may not be high.
1…製造装置、21…容器、37…真空装置、M…金属材料。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Manufacturing apparatus, 21 ... Container, 37 ... Vacuum apparatus, M ... Metal material.
Claims (8)
前記容器に着脱可能であり、前記容器に装着されたときに液状の前記金属材料を前記容器内へ導く導入孔、及び、前記容器に装着されたときに前記容器内に通じる、前記導入孔とは別の流路が形成された中継部材と、
前記流路を介して前記容器内を真空引き可能な真空装置と、
を有する半凝固金属の製造装置。 A liquid metal material is supplied, and a container for cooling the metal material;
An introduction hole that is detachable from the container and guides the liquid metal material into the container when the container is attached to the container; and the introduction hole that communicates with the container when the container is attached to the container. Is a relay member in which another flow path is formed,
A vacuum device capable of evacuating the container through the flow path;
An apparatus for producing semi-solid metal.
前記容器の開口を塞がずに前記容器に着脱可能であり、前記容器に装着されたときに前記容器内に通じる流路が形成された中継部材と、
前記流路を介して前記容器内を真空引き可能な真空装置と、
を有し、
前記中継部材は、液状の前記金属材料が注がれ、注がれた前記金属材料を前記容器へ導く漏斗を有する
半凝固金属の製造装置。 A liquid metal material is supplied, and a container for cooling the metal material;
A relay member that is detachable from the container without blocking the opening of the container, and has a flow path that communicates with the container when attached to the container;
A vacuum device capable of evacuating the container through the flow path;
Have
The relay member has a funnel for pouring the liquid metal material into the container and guiding the poured metal material to the container.
前記流路は、前記流路部材に形成されている
請求項2に記載の半凝固金属の製造装置。 The relay member further includes a flow path member detachably fixed to the funnel,
The semi-solid metal manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the flow path is formed in the flow path member.
前記容器の開口を塞がずに前記容器に着脱可能であり、前記容器に装着されたときに前記容器内に通じる流路が形成された中継部材と、
前記流路を介して前記容器内を真空引き可能な真空装置と、
を有し、
前記中継部材には、前記容器に装着されたときに液状の前記金属材料を前記容器内へ導く導入孔が形成されており、
前記導入孔は、液状の前記金属材料を滞留させて前記容器内に密閉空間を構成することが可能な滞留部を有し、
前記流路は、前記密閉空間に開口する
半凝固金属の製造装置。 A liquid metal material is supplied, and a container for cooling the metal material;
A relay member that is detachable from the container without blocking the opening of the container, and has a flow path that communicates with the container when attached to the container;
A vacuum device capable of evacuating the container through the flow path;
Have
The relay member is formed with an introduction hole that guides the liquid metal material into the container when it is attached to the container.
The introduction hole has a retention part that can retain the liquid metal material to form a sealed space in the container,
The flow path is an apparatus for producing a semi-solid metal that opens into the sealed space.
前記容器に着脱可能な中継部材と、
を有し、
前記中継部材は、
液状の前記金属材料が注がれ、注がれた前記金属材料を前記容器へ導く導入孔を構成する漏斗と、
前記導入孔とは別に設けられ、前記容器内外を連通させる流路が形成された流路部材と、を有する
半凝固金属の製造装置。 A liquid metal material is supplied, and a container for cooling the metal material;
A relay member removable from the container;
Have
The relay member is
A funnel forming an introduction hole for introducing the liquid metal material and introducing the poured metal material into the container;
A semi-solid metal production apparatus, comprising: a flow path member provided separately from the introduction hole and formed with a flow path that communicates the inside and outside of the container.
前記容器内から前記流路を介して気体を抜く真空引きを行う真空引きステップと、
真空引きされた前記容器内に前記導入孔を介して液状の金属材料を供給する供給ステップと、
を有する半凝固金属の製造方法。 A mounting step of mounting on the container a relay member which is detachable from the container and has a flow path different from the introduction hole and the introduction hole;
A evacuation step for evacuating the gas from the container through the flow path ;
Supplying a liquid metal material through the introduction hole into the evacuated container;
A method for producing a semi-solid metal having:
前記密閉空間から気体を抜く真空引きを行う真空引きステップと、
真空引きにより前記密閉空間に生じた負圧を利用して液状の前記金属材料を前記容器内に引き込む供給ステップと、
を有する半凝固金属の製造方法。 A sealing step of configuring a closed space in the container to introduction hole leading to the container by staying the metallic material of the liquid,
A evacuation step for evacuating the gas from the sealed space ;
A supply step of drawing the liquid metal material into the container using a negative pressure generated in the sealed space by evacuation ;
A method for producing a semi-solid metal having :
半凝固金属を用いた成形方法。 A molding method using a semi-solid metal, wherein a semi-solid metal material produced by the method for producing a semi-solid metal according to claim 6 or 7 is injected into a mold.
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