JP6545215B2 - 鋳造装置、及び鋳造品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、位置決め固定された固定型と、該固定型に対して接近又は離間する方向に変位可能な可動型とが型締めされたときにキャビティが形成される鋳造装置、及び前記キャビティにて鋳造品を得る鋳造品の製造方法に関する。

周知の通り、鋳造品は、鋳造装置に形成されるキャビティに溶湯を充填することで得られる。ここで、鋳造装置は、例えば、特許文献１に記載されるように、位置決め固定された固定型と、該固定型に対して接近又は離間する方向に変位する可動型と、これら固定型と可動型の間に介在する中間型とを有する。固定型には湯口及びランナが設けられるとともに、中間型と可動型に、キャビティの主要部であり、製品形状をなす製品用キャビティが形成される。勿論、製品部はランナを介して湯口に連通する。

鋳造品には、湯口とランナに残留した溶湯が固化した部位（以下、「方案部」という）と、製品用キャビティで形成された製品部とが含まれる。従来、方案部は、鋳造品の離型後、特許文献２に記載されるように剪断装置によって切除されているが、特許文献１に記載されるように中間型にカッタを設け、このカッタで切断することも知られている。

すなわち、この場合、カッタは、中間型の、固定型側に臨む端面に、鉛直上下方向に沿って変位可能に設けられる。該カッタは、固定型と中間型が離間したときに露呈した方案部を製品部から切断する。

特開２００８−１７８８９６号公報 特開平６−６３７２７号公報

近時、鋳造品の単価を低減するべく、単位時間当たりの鋳造回数を多くして多数個の鋳造品を作製することが試みられている。このために、注湯を終了した射出完了から型開きに至るまでの鋳造時間を従来よりも短縮することが考えられる。

しかしながら、この場合、鋳造品の表面はある程度固化しているものの、内部は十分に固化していないことがあり得る。このような状態の鋳造品を切断すると、内部から液相が流出する。この液相がカッタと中間型との間に進入して固化すると、型締めが困難となる。このため、従来技術に係る鋳造装置では、鋳造時間を短くすること、ひいては単位時間当たりの鋳造回数を多くすることが困難である。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、液相がカッタと中間型との間に進入することを回避し得るために型締めが容易であることから、単位時間当たりの鋳造回数を多くすることが可能な鋳造装置、及び鋳造品の製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、位置決め固定された固定型と、前記固定型に対して接近又は離間する方向に変位可能な可動型と、前記固定型と前記可動型の間に介在する中間型と、型締めされたときに形成されるキャビティで得られた鋳造品から方案部を切断するカッタを含む切断機構とを有する鋳造装置において、
前記固定型に、湯口から延在する縦方向ランナが形成され、
前記中間型に、前記縦方向ランナに連通する水平方向ランナが形成され、
前記カッタが、前記中間型の、前記固定型に臨む側の端面に形成され、
前記カッタは、略平板形状をなす胴部と、前記胴部の下端に形成されて前記方案部を切断する刃部とを有し、前記胴部の、前記中間型を臨む端面には、該端面から前記固定型を臨む端面に向かって陥没し、且つその底面が、前記刃部に対して直交する凹部が形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、位置決め固定された固定型と、前記固定型に対して接近又は離間する方向に変位可能な可動型と、前記固定型と前記可動型の間に介在する中間型とが型締めされたときに形成されるキャビティで鋳造品を得た後、カッタによって前記鋳造品から方案部を切断する鋳造品の製造方法において、
前記固定型に形成されて湯口から延在する縦方向ランナと、前記中間型に形成されて前記縦方向ランナに連通する水平方向ランナとを介して前記キャビティの製品用キャビティに溶湯を供給する工程と、
前記溶湯から得られた前記鋳造品の前記方案部を、前記中間型の、前記固定型に臨む側の端面に形成された前記カッタで切断する工程と、
を有し、
前記カッタとして、略平板形状をなす胴部と、前記胴部の下端に形成されて前記方案部を切断する刃部とを有し、前記胴部の、前記中間型を臨む端面に、該端面から前記固定型を臨む端面に向かって陥没し、且つその底面が、前記刃部に対して直交する凹部が形成されているものを用いることを特徴とする。

このように、本発明においては、カッタの、中間型を臨む端面に凹部を形成するようにしている。この凹部は、方案部が切断された際、該方案部の内部から流出した未凝固の溶湯（液相）を捕捉する。このため、液相が、カッタの、前記中間型を臨む端面と中間型との間に進入することや、当該箇所で凝固することが回避される。

このため、当該箇所に付着した凝固物で型締めが困難となることが防止される。換言すれば、円滑な型締めを継続して行うことができる。このことは、方案部の内部が十分に凝固していない状態であっても切断を行えること、すなわち、いわゆるキュアタイムを短縮して単位時間当たりの鋳造回数を増加し得ることを意味する。

このように、液相を捕捉する凹部を設けたことにより、円滑な型開きを繰り返すことができる。その結果として、単位時間当たりの鋳造回数を増加することが可能となる。

なお、ランナの断面形状は略円形であることから、刃部を湾曲形状とすることが好ましい。この場合、ランナ内の溶湯が凝固した部位を切断する際に刃部が方案部に略均等に且つ略同時に当接する。このため、局所的な応力集中が起こることが回避されるので、偏摩耗や欠損が起こることが防止される。その結果、カッタが長寿命化するとともに、該カッタに対するメンテナンス頻度の低減を図ることができる。

また、溶湯（鋳造品）の表面の温度が過度に高い時点で方案部の切断を行うと、多量の液相が流出するので凹部で液相の全量を捕捉することが容易でなくなる懸念がある。一方、表面の温度が過度に低下した時点では、方案部の凝固が過度に進行して強度が大きくなっているために切断することが容易でなくなる傾向がある。そこで、方案部の内部から流出する液相の量が十分に少なく、且つ切断が容易な程度に軟質であるときに切断を行うことが好ましい。具体的には、アルミニウム合金からなる鋳造品を得る場合、溶湯の表面の温度が３９０〜４９０℃の範囲内であるときに方案部を切断することが好ましい。

本発明によれば、カッタの、中間型を臨む端面に凹部を形成するようにしているので、方案部が切断された際、該方案部の内部から流出した未凝固の溶湯（液相）が該凹部に捕捉される。このため、円滑な型開きを継続して繰り返すことができる。その結果として、単位時間当たりの鋳造回数を増加し、多数個の鋳造品を得ることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る鋳造装置の要部概略側面図である。 図１の鋳造装置を構成するカッタの先端の概略斜視図である。 図２のカッタで方案部を切断している状態を示す概略側面図である。 溶湯の射出完了から型開きまでの加圧保持時間（キュアタイム）と、溶湯（鋳造品）の表面の温度との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る鋳造品の製造方法につき、それを実施する鋳造装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図１〜図３に示した矢印Ｘ方向同士は同一方向を示す。矢印Ｚ方向についても同様である。また、図２中の矢印Ｙ方向は、図１及び図３では紙面に直交する方向である。

図１は、本実施の形態に係る鋳造装置１０の要部概略側面図である。この鋳造装置１０は、車両用ホイール１２（製品部）に方案部１４が連なった鋳造品１６を得るためのものであり、位置決め固定された固定型２０と、該固定型２０に対して接近又は離間する方向に変位する可動型２２と、これら固定型２０と可動型２２の間に介在する中間型２４とを有する。固定型２０、可動型２２及び中間型２４はいずれも金型である。

固定型２０は略平板形状をなし、中間型２４に臨む側の端面には、その四方の隅角部に案内用バー２６が設けられる。また、側面には第１油圧シリンダ２８が設置される。鋳造品１６の形状の視認を容易にするために図示を省略しているが、第１油圧シリンダ２８を構成する第１ロッドは中間型２４に連結されている。すなわち、中間型２４は、前記第１ロッドが前進又は後退することに伴い、固定型２０に対して離間又は接近する方向（矢印Ｘ方向）に変位する。

中間型２４も略平板形状をなし、案内用バー２６が設けられた位置に対応する位置には、案内用バー２６が進入する挿通孔（図示せず）が設けられる。その一方で、可動型２２に臨む側の端面には、挿通孔が形成された位置と重ならない位置に、可動型２２との位置合わせを行うための位置合わせピン３０が設置される。

また、中間型２４の、固定型２０を臨む側の端面には、切断機構３２が設けられる。切断機構３２は、カッタ３４と、該カッタ３４を鉛直上下方向（矢印Ｚ方向）に変位させるための第２油圧シリンダ３６を有する。

カッタ３４は、略平板形状をなして長尺な胴部の下端が刃部となる一方、上端が第２油圧シリンダ３６の図示しない第２ロッドに連結される。また、カッタ３４の両側方には、該カッタ３４を挟む図示しない案内レールが設けられる。従って、カッタ３４は、第２ロッドが前進したときに案内レールに沿って直線的に下降し、後退したときに案内レールに沿って直線的に上昇する。

カッタ３４の下端である刃部は、図２に示すように、平坦な先端から陥没し、固定型２０に臨む側の端面から中間型２４及び可動型２２に臨む側の端面に至るまで連なる第１凹部４０として形成されている。以下、カッタ３４において、固定型２０に臨む側から中間型２４及び可動型２２に向かう方向（矢印Ｘ方向）を「深さ方向」といい、深さ方向に直交する方向（矢印Ｙ方向）を「幅方向」という。また、「深さ」及び「幅」は、それぞれ、深さ方向に沿った寸法、幅方向に沿った寸法を指称する。

この場合、第１凹部４０は、方案部１４から離間する方向に陥没し、その内壁は湾曲面として形成されている。すなわち、第１凹部４０の内壁は円弧状をなす。また、第１凹部４０の幅は、深さ方向に沿って漸次的に大きくなる。従って、第１凹部４０の幅は、中間型２４及び可動型２２に臨む端部で最大であり、固定型２０に臨む端部で最小である。

カッタ３４の、中間型２４及び可動型２２を臨む端面には、該端面から、固定型２０を臨む端面に向かって（すなわち、深さ方向に沿って）陥没した第２凹部４２（凹部）が形成される。第２凹部４２の底面は、第１凹部４０の湾曲頂面に対して直交するように連なる。また、第２凹部４２の湾曲頂面は、第１凹部４０の湾曲頂面からさらに鉛直上方に位置する。

第２凹部４２は、中間型２４に臨む端面を始点とし、固定型２０を臨む端面に向かう途中を終点としている。このため、第２凹部４２の深さは、第１凹部４０に比して小さい。また、第２凹部４２の幅も第１凹部４０に比して小さい。

可動型２２の、中間型２４を臨む端面には、前記位置合わせピン３０が進入する位置合わせ孔（図示せず）が形成されている。また、可動型２２は、図示しない型開閉機構の作用下での型開き動作により固定型２０から離間し、型締め動作により固定型２０に接近するように変位する。

以上の構成において、固定型２０に湯口及び縦方向ランナ（いずれも図示せず）、中間型２４に水平方向ランナ４４及び製品用キャビティの一部、可動型２２に製品用キャビティの残部及びオーバーフロー部（いずれも図示せず）が形成される。本実施の形態では、これらの湯口、縦方向ランナ、水平方向ランナ４４、製品用キャビティ及びオーバーフロー部を含めてキャビティという。水平方向ランナ４４は、円柱体が切除されたような形状をなす。

なお、固定型２０、中間型２４及び可動型２２は、図示しない基台上に設けられている。このような構成は、例えば、前記特許文献１に記載されるように公知であるので、本明細書では詳細な説明を省略する。

本実施の形態に係る鋳造装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、本実施の形態に係る鋳造品１６の製造方法との関係で説明する。なお、特に説明はしていないが、以下の各工程は、鋳造装置１０を構成する制御部の作用下に、シーケンス制御に基づいて遂行される。

鋳造を行うべく、はじめに、型締めを行う。すなわち、前記第１油圧シリンダ２８及び型開閉機構を付勢し、固定型２０に中間型２４を密着させるとともに、中間型２４に可動型２２を密着させる。なお、この時点では、第２油圧シリンダ３６の第２ロッドは後退しており、このため、カッタ３４は上死点に位置している。

型締めにより、湯口が縦方向ランナ及び水平方向ランナ４４を介して製品用キャビティに連通する。この状態で、図示しない射出機により、アルミニウム合金等の溶湯を湯口側に押し出して射出する。溶湯は、湯口から縦方向ランナに流動し、さらに水平方向ランナ４４を介して製品用キャビティに導入される。製品用キャビティに溶湯が流入する最中、キャビティ内の空気が、オーバーフロー部に連なる図示しないガス抜きベントから大気中に排出される。

溶湯の供給が開始されてから所定時間が経過すると、製品用キャビティが溶湯で満たされる。過剰の溶湯は、オーバーフロー部に進入する。

次に、溶湯の表面が所定温度となるまで待機する。この間、キャビティ内の溶湯の温度が低下し、該溶湯が凝固し始める。すなわち、湯口、縦方向ランナ及び水平方向ランナ４４内で方案部１４が形成されるとともに、製品用キャビティ内で車両用ホイール１２が形成され、これら方案部１４と車両用ホイール１２が一体的に連なった鋳造品１６が得られる。なお、オーバーフロー部に進入した過剰の溶湯も凝固して車両用ホイール１２に一体的に連なるが、図１では、図面を簡素化して視認及び理解を容易にするべく、この部位を示していない。

溶湯が所定温度に低下すると、表面が凝固し始める。本実施の形態では、表面が十分に凝固し且つ内部が未凝固である時点で鋳造品１６の方案部１４を切断する。

このために第１油圧シリンダ２８の第１ロッドが前進するとともに、第１油圧シリンダ２８に同期して型開閉機構が作動し、その結果、中間型２４が固定型２０から離間する。これに伴い、鋳造品１６の方案部１４（水平方向ランナ４４内で形成された部位を除く）が露呈する。この際、水平方向ランナ４４内で形成された部位が該水平方向ランナ４４内に挿通されているため、鋳造品１６は中間型２４に支持された状態にある。

次に、第２油圧シリンダ３６が付勢されて第２ロッドが下降し、これに追従して２本の案内レールに挟まれたカッタ３４が下降する。下降したカッタ３４の下端の刃部（第１凹部４０）は、図３に示すように、縦方向ランナで凝固した部位の端部に当接し、さらに下降することで、方案部１４中の縦方向ランナ、湯口で形成された部位を水平方向ランナ４４で形成された部位から切り離す。

ここで、縦方向ランナの端部は略円弧状形状をなす。一方、第１凹部４０は、上記したように鉛直上方に指向して陥没し、且つ内壁が湾曲している。従って、縦方向ランナで凝固した部位の上方側の側壁に、第１凹部４０の内壁が全体にわたって略同時に当接し、さらに切断する。

その結果、第１凹部４０の内壁に応力が略均等に作用する。このため、第１凹部４０の内壁に、局所的な応力集中に起因する偏摩耗や欠損が生じることが回避される。従って、カッタ３４に対するメンテナンス頻度を低減することができる。また、カッタ３４が長寿命化するので、カッタ３４に要するコストを低廉化することが可能となる。

次に、型開閉機構が作動し、その結果、可動型２２が中間型２４から離間する。すなわち、型開きがなされ、鋳造品１６が鋳造装置１０から取り出される。

なお、未凝固である内部が露呈することで液相が流出する。この液相は、第２凹部４２に捕捉される。ここで、第２凹部４２は中間型２４に臨んで開口している。従って、中間型２４側に向かって流動する液相を容易に捕捉することができる。このため、カッタ３４の中間型２４に臨む端面に液相が漏出することが回避される。

従って、例えば、カッタ３４と中間型２４との間に液相が進入することが有効に回避される。このため、キュアタイムを短くしたときであっても、カッタ３４と中間型２４との間で固化した固化物に起因して型締めが困難となることが防止される。このことにより、単位時間当たりの鋳造回数を多くすることが可能となる。

図４は、溶湯の供給を開始してから所定時間が経過したときの溶湯の表面の温度を測定した結果を、経過時間（キュアタイム）と温度との関係として示したグラフである。なお、固定型２０には熱電対挿入孔が予め形成されている。表面の温度は、該熱電対挿入孔に挿入した熱電対を介して測定した。

この図４から、キュアタイムが過度に短いと表面の温度が４９０℃を上回り、反対に、過度に長いと３９０℃を下回る可能性があることが分かる。本実施の形態における方案部１４の形状で且つ溶湯がアルミニウム合金である場合、表面が４９０℃を上回る温度であるときには、内部に液相が未だ多く存在している。従って、切断を行うと、内部から多量の液相が流出する。このため、液相がカッタ３４の中間型２４に臨む端面に漏出する懸念がある。一方、３９０℃を下回ると、内部が過度に凝固しているので、切断が容易でなくなる場合がある。

以上のような理由から、表面の温度が３９０〜４９０℃の範囲内となるタイミングで切断を行うことが好ましい。この場合、上記の刃部の構成と相俟って、液相が漏出することを有効に回避するとともに、鋳造品１６を容易に切断することができる。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、鋳造品１６は、車両用ホイール１２となる部分を含むものに特に限定されず、その他のものであってもよい。溶湯も、例えば、マグネシウム合金等の軽合金や亜鉛合金であってもよい。この際にも、鋳造品１６の表面の温度が、カッタ３４の中間型２４に臨む端面に液相が漏出することを防止し得、且つ切断が容易となる範囲となったときに切断を行えばよい。

１０…鋳造装置 １２…車両用ホイール
１４…方案部 １６…鋳造品
２０…固定型 ２２…可動型
２４…中間型 ３２…切断機構
３４…カッタ ３６…第２油圧シリンダ
４０…第１凹部 ４２…第２凹部
４４…水平方向ランナ

Claims (5)

1. 位置決め固定された固定型と、前記固定型に対して接近又は離間する方向に変位可能な可動型と、前記固定型と前記可動型の間に介在する中間型と、型締めされたときに形成されるキャビティで得られた鋳造品から方案部を切断するカッタを含む切断機構とを有する鋳造装置において、
   前記固定型に、湯口から延在する縦方向ランナが形成され、
   前記中間型に、前記縦方向ランナに連通する水平方向ランナが形成され、
   前記カッタが、前記中間型の、前記固定型に臨む側の端面に形成され、
   前記カッタは、略平板形状をなす胴部と、前記胴部の下端に形成されて前記方案部を切断する刃部とを有し、前記胴部の、前記中間型を臨む端面には、該端面から前記固定型を臨む端面に向かって陥没し、且つその底面が、前記刃部に対して直交する凹部が形成されていることを特徴とする鋳造装置。
2. 請求項１記載の鋳造装置において、前記刃部が、前記胴部の下端で前記固定型に臨む端面から前記中間型に臨む端面にわたって延在し、且つ前記水平方向ランナから離間するように上方に向かって陥没した湾曲形状をなすことを特徴とする鋳造装置。
3. 位置決め固定された固定型と、前記固定型に対して接近又は離間する方向に変位可能な可動型と、前記固定型と前記可動型の間に介在する中間型とが型締めされたときに形成されるキャビティで鋳造品を得た後、カッタによって前記鋳造品から方案部を切断する鋳造品の製造方法において、
   前記固定型に形成されて湯口から延在する縦方向ランナと、前記中間型に形成されて前記縦方向ランナに連通する水平方向ランナとを介して前記キャビティの製品用キャビティに溶湯を供給する工程と、
   前記溶湯から得られた前記鋳造品の前記方案部を、前記中間型の、前記固定型に臨む側の端面に形成された前記カッタで切断する工程と、
   を有し、
   前記カッタとして、略平板形状をなす胴部と、前記胴部の下端に形成されて前記方案部を切断する刃部とを有し、前記胴部の、前記中間型を臨む端面に、該端面から前記固定型を臨む端面に向かって陥没し、且つその底面が、前記刃部に対して直交する凹部が形成されているものを用いることを特徴とする鋳造品の製造方法。
4. 請求項３記載の製造方法において、アルミニウム合金からなる鋳造品を得る場合、溶湯の表面の温度が３９０〜４９０℃の温度範囲内であるときに前記方案部を切断することを特徴とする鋳造品の製造方法。
5. 請求項３又は４記載の製造方法において、前記カッタとして、前記刃部が、前記胴部の下端で前記固定型に臨む端面から前記中間型に臨む端面にわたって延在し、且つ前記水平方向ランナから離間するように上方に向かって陥没した湾曲形状をなすものを用いることを特徴とする鋳造品の製造方法。

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