JPH09103859A - 合金製品の製造方法及び装置 - Google Patents

合金製品の製造方法及び装置

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JPH09103859A
JPH09103859A JP8223774A JP22377496A JPH09103859A JP H09103859 A JPH09103859 A JP H09103859A JP 8223774 A JP8223774 A JP 8223774A JP 22377496 A JP22377496 A JP 22377496A JP H09103859 A JPH09103859 A JP H09103859A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 所期の特性及び寸法精度を有した合金鋳造体
を製造すると共に、不良品が発生した場合、この不良品
をそのまま鋳造原料として再利用することを可能とす
る。 【解決手段】 インゴットは、フィーダ２０に投入さ
れ、ヒータ２５によって加熱されて溶解される。この溶
湯は、バレル３０内を下降する間に若干降温されること
によりチキソトロピー状態とされる。この際、バレル３
０の下部ほど合金温度を低くするのが好ましい。バレル
３０内でチキソトロピー状態となった合金は、ピストン
４５の後退に伴ってワンウェーバルブ６０を通ってシリ
ンダ４０内に吸い込まれる。ピストン４５を前進させ、
シリンダ４０及びノズル５０内の合金をノズル５０が当
接された鋳型内へ流出口５７を介して供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、合金製品を鋳造に
より製造する方法及び装置に関し、特に合金がチキソト
ロピー（半固体）状態のときにこの合金を押出鋳込する
方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】合金の鋳造品を製作する従来の最も一般
的な方法は、ダイカスト方法である。このダイカスト方
法は、米国特許第３，９０２，５４４号及び第３，９３
６，２９８号に記載されているように、合金溶湯を用い
る方法であり、得られる鋳造品の密度が低い。密度が低
い金属は、機械的強度が低く、気孔率が高く、かつ収縮
が大であるために、好ましいものではない。従って、必
要な正確な寸法の金属合金を鋳造すること、及び一旦寸
法が定められた形状を保持することが困難である。更
に、ダイカストにより製作された合金は、内部に発生す
る弾性ひずみを低くすることが困難である。
【０００３】合金製品の別の成形法としてチキソトロピ
ー法がある。このチキソトロピー法は、金属合金をその
チキソトロピー（半固体）状態から押出鋳込みにより成
形する方法であり、合金溶湯をダイカストする方法から
製作したものより、高い密度を有する製品を得ることが
できる。
【０００４】合金製品をそのチキソトロピー状態から成
形する方法及び装置は、米国特許第５，０４０，５８９
号に記載されている。合金をチキソトロピー状態にする
ように加熱する方法は、米国特許第４，６９４，８８１
号及び第４，６９４，３８２号に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の米国特許第５，
０４０，５８９号に記載された装置は、シリンダ状のハ
ウジング内で合金をチキソトロピー状態とするように加
熱し、次いで押出鋳込みのために該合金を加圧するよう
にしたインライン装置である。このような装置では、鋳
造条件、即ち温度、圧力、時間等を制御することが困難
であり、所期の諸特性の合金製品を得ることが難しい。
【０００６】また、この米国特許第５，０４０，５８９
号の装置は、フィーダに供給される合金がペレット状で
あることを必要とする。その結果、得られた製品が不良
品の場合、この不良品をリサイクルするためには、該不
良品をペレット形状にして再鋳込みせざるを得ず、手間
がかかる。
【０００７】本発明は、押出鋳込により金属合金を製作
する方法及び装置において、得られる製品の特性及び寸
法精度が所期のものとなる合金製品の製造方法及び装置
を提供することを第１の目的とする。
【０００８】また、本発明は、不良品が製造された場合
にこれを容易にリサイクルできるようにすることを第２
の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の合金製品の製造
方法は、合金を溶融させる工程と、この合金をチキソト
ロピー状態に転換する工程と、このチキソトロピー状態
にある合金を押出す工程とを物理的に個別の位置で実行
するようにしたものである。
【００１０】本発明においては、好ましくは、合金をフ
ィーダにて溶融し、この溶湯をバレル内部に導入し、チ
キソトロピー状態に転換する。チキソトロピー状態にあ
る前記金属合金が押出装置に取り込まれた後、金属合金
は鋳型に供給される。この押出装置は、好ましくは、シ
リンダ及びピストンと、該シリンダに連設されたノズル
とを備えており、該ピストンの後退によって前記バレル
から合金が該シリンダ内に吸い込まれ、ピストンの前進
によって該ノズルの先端の流出口から合金が鋳型へ供給
される。
【００１１】好ましくは、前記ピストンの後退時には該
ノズルの該流出口近傍の合金温度を低下させ、前記ピス
トンの前進時には該流出口近傍の合金温度を上昇させる
手段が設けられる。
【００１２】また、好ましくは前記バレルから押出装置
に向う方向の合金の流れのみを許容する弁手段が設けら
れている。
【００１３】本発明は、マグネシウム合金、亜鉛合金な
どの各種合金の鋳造に適用できるが、とくにマグネシウ
ム合金などの軽合金の鋳造に適用するのに好適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。第１図は実施の形態に係る
押出鋳込装置の縦断面図、第２図（Ａ），（Ｂ）はワン
ウェーバルブの作動説明図である。
【００１５】第１図に示す第１の実施の形態に係る押出
鋳込装置１０は、それぞれほぼ円筒状の４つの部分、即
ちフィーダ２０、バレル３０、シリンダ４０及びノズル
５０を有する。シリンダ４０及びノズル５０は水平に設
置されている。
【００１６】フィーダ２０には、投入された合金のイン
ゴットを加熱するためのヒータ２５が設けられると共
に、撹拌羽根２２及びモータ２３よりなる撹拌機が設け
られている。
【００１７】このフィーダ２０内にて溶解されて生じた
合金溶湯は、開口２７を介してバレル３０内に供給され
る。なお、この開口２７付近に溶湯流通量を制御するた
めの弁（図示略）を設けても良い。
【００１８】バレル３０は、好ましくは３０〜９０°の
角度にて傾斜又は直立配置される。このバレル３０に
は、複数個のヒータ（好ましくは抵抗発熱式のヒータ）
７０ａ〜７０ｅが設けられている。各ヒータ７０ａ〜７
０ｅはバレル３０の外周を水平に取り巻くように設けら
れており、上から順にヒータ７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，
７０ｄ，７０ｅがほぼ等間隔に設けられている。
【００１９】下側のヒータ（例えばヒータ７０ｄ，７０
ｅ）の加熱温度を上側のヒータの加熱温度よりも低くす
ることにより、フィーダ２０からバレル３０内に導入さ
れた溶湯は、バレル３０内を下方に移動するに従って半
凝固状態となり、チキソトロピーを示すチキソトロピー
状態となる。
【００２０】このバレル３０内に撹拌羽根３１を有する
撹拌用シャフト３２が上方から挿入されている。このシ
ャフト３２の後端にモータ３３が連結されている。な
お、撹拌羽根３１はシャフト３２の先端だけでなく、途
中部分にも設けられても良い。
【００２１】このバレル３０の先端（下端）は、上方か
ら下方へ向う流れのみを許容するワンウェーバルブ６０
を介してシリンダ４０の先端側に連通している。このシ
リンダ４０のボア４２内にピストン４５が挿入されてお
り、このピストン４５の先端外周にシールリング４１が
装着されている。
【００２２】このシリンダ４０の先端から前記ノズル５
０が突設されている。このノズル５０内は半固体状態の
合金を一時的に貯留する貯留室５１となっている。この
貯留室５１はシリンダボア４２内に連通している。
【００２３】第２図（Ａ），（Ｂ）に示される通り、こ
の実施の形態にあってはワンウェーバルブ６０はボール
６５、ボールストッパ６２及びボールシート部６１より
なる。ピストン４５が後退するときには、第２図（Ａ）
のようにボール６５がシート部６１から離れ、バレル３
０内の合金がシリンダボア４２及びノズル貯留室５１内
に流入する。ピストン４５が前進するときには、ボール
６５はシート部６１に密着し、バレル３０内への合金の
逆流が阻止される。
【００２４】なお、ボール６５をシート部６１へ向け
て、又はシート部６１から離れる方向に付勢するバイア
ス素子、例えばばねが設けられてもよい。このような場
合は、ボール６５が開位置又は閉位置へ片寄る。大型の
押出鋳込装置では、このようなバイアス素子を設けるの
が好ましい。
【００２５】もちろん、このワンウェーバルブ６０の代
わりに、ピストン４５の前後進に同期して開閉制御を行
うようにした開閉弁装置を設けても良い。
【００２６】第１図に示すように、シリンダ４０及びノ
ズル５０に好ましくは抵抗加熱式のヒータ７０ｆ〜７０
ｉが設けられている。ノズル５０には、さらに誘導加熱
コイル８０が設けられている。ヒータ７０ｆ〜７０ｉ
は、合金が半固体状態を保持する温度となるように通電
制御される。
【００２７】誘導加熱コイル８０は、ノズル５０の先端
の流出口５７近傍における貯留室５１内の合金温度を昇
降させるために設けられている。誘導加熱コイル８０の
出力を小さくすると、押出口５７近傍の合金温度が低下
し、合金の粘性が増大する。誘導加熱コイル８０の出力
を大きくすると、流出口５７近傍の合金温度が上昇し、
合金の粘性が低下する。前記ピストン４５を後退させて
バレル３０から合金を吸い込むときには、誘導加熱コイ
ル８０の出力を低下させ、ピストン４５を前進させて流
出口５７から合金を流出させるときには、誘導加熱コイ
ル８０の出力を増大させる。
【００２８】この押出鋳込装置１０の主要部の寸法は例
えば次のように設定される。
【００２９】 装置１０が大型の場合 バレル３０ ： 内径６０ｍｍ×長さ１２０ｍｍ シリンダ４０： 内径５２ｍｍ×長さ１５００ｍｍ ノズル５０ ： 内径５２ｍｍ×長さ１５００ｍｍ 流出口５７ ： 内径１２ｍｍ 装置１０が中型の場合 バレル３０ ： 内径５０ｍｍ×長さ１１０ｍｍ シリンダ４０： 内径３６ｍｍ×長さ７００ｍｍ ノズル５０ ： 内径３６ｍｍ×長さ７００ｍｍ 流出口５７ ： 内径１０ｍｍ 装置１０が小型の場合 バレル３０ ： 内径４０ｍｍ×長さ１００ｍｍ シリンダ４０： 内径３２ｍｍ×長さ７００ｍｍ ノズル５０ ： 内径３２ｍｍ×長さ７００ｍｍ 流出口５７ ： 内径１０ｍｍ このように構成された第１図の押出鋳込装置１０の作動
について説明する。
【００３０】インゴットは、フィーダ２０に投入され、
ヒータ２５によって加熱されて溶解される。この際、撹
拌羽根２２によって撹拌されることにより、溶解が促進
する。
【００３１】この溶湯は、開口２７からバレル３０内に
流入する。合金は、このバレル３０内を下降する間に若
干降温されることによりチキソトロピー状態とされる。
この際、バレル３０の下部ほど合金温度を低くするのが
好ましい。本発明では、このバレル３０の出口３７付近
では、合金は必ずチキソトロピー状態となっているよう
にバレル３０の温度を制御する。
【００３２】バレル３０内でチキソトロピー状態となっ
た合金は、ピストン４５の後退に伴ってワンウェーバル
ブ６０を通ってシリンダ４０内に吸い込まれる。（この
際、上記の通り誘導加熱コイル８０の出力を低くし、流
出口５７近傍の合金の粘性を高めておき、流出口５７か
らの逆流を阻止する。）次に、誘導加熱コイル８０の出
力を上昇させて流出口５７近傍の合金の粘性を低くした
後、ピストン４５を前進させ、シリンダ４０及びノズル
５０内の合金をノズル５０が当接された鋳型（図示略）
内へ流出口５７を介して供給する。
【００３３】かかる鋳込装置１０を用いた鋳込み方法に
あっては、合金の溶解、チキソトロピー状態化、押出の
各工程がすべて別々の箇所で行われ、それぞれに最も適
した温度において溶解、チキソトロピー状態化及び押出
工程が行われる。しかも、各工程の温度を他工程とは独
立して制御できる。
【００３４】この結果、確実に目的とするチキソトロピ
ー状態の合金を鋳型内に加圧供給することができ、容易
に所期の特性及び寸法精度の合金鋳造体を製造すること
が可能となる。
【００３５】なお、万が一鋳造不良品が発生したとして
も、この不良品をそのままフィーダ２０に投入して再利
用することができ、リサイクルも容易である。
【００３６】合金がマグネシウム合金である場合、各工
程において温度を次のように制御するのが好ましい。 フィーダ２０内の溶解温度 ６００℃以上（好まし
くは６００〜７００℃） バレル３０内の上部 約６００℃ バレル３０内の中間部 約５８０℃ バレル３０内の下部 約５５０℃ ノズル５０の後部及びシリンダ４０内 約５５０〜
５７０℃ （なお、ヒータ７０ｆからヒータ７０ｉまでのシリンダ
４０及びノズル５０内の箇所においては、合金の温度差
はなるべく小さい方が好ましく、実質的に均一にするの
が最も好ましい。） ノズル５０内の流出口５７近傍： ピストン４５の後退時：約５５０℃ ピストン４５の前進時：約５８０℃ 第３図は本発明の別の実施の形態に係る押出鋳込装置１
０Ａの水平断面図である。
【００３７】この実施の形態においても、シリンダ４０
及びノズル５０が水平に設置されている。この実施の形
態においては、バレル３０も水平に設置されている。バ
レル３０の流入部の上側にフィーダ２０が立設されてい
る。
【００３８】このバレル３０内に挿入されたシャフト３
２には、バレル３０内の合金をバレル出口３７に向って
移動させるために螺旋羽根（スクリュ）３３が設けられ
ている。このシャフト３２の先端に撹拌羽根３１が設け
られている。
【００３９】その他の構成は第１，２図の実施の形態に
係る押出鋳込装置１０と同じであり、同一符号は同一部
分を示している。
【００４０】この第３図の押出鋳込装置１０Ａにおいて
も、確実に所期の特性及び寸法精度の合金鋳造体を製造
できると共に、不良品が発生してもそのリサイクルが容
易である。
【００４１】上記実施の形態においては、いずれもバレ
ル３０に合計５個のヒータ７０ａ〜７０ｅが設置されて
いるが、その他の個数としても良い。本発明では、５〜
１０個のヒータをバレル３０に対しバレル長手方向に間
隔をおいて設置し、バレル３０内の合金に温度勾配を持
たせるように各ヒータへの通電を制御するのが好まし
い。
【００４２】本発明では、バレル３０に内部の合金を出
口３７に向って押圧するための加圧装置を設けても良
い。この加圧装置による加圧力は、シリンダ４０内及び
ノズル５０内の圧力よりもかなり低い圧力とされる。
【００４３】本発明において、誘導加熱コイル８０やワ
ンウェーバルブ６０をピストン４５のストロークに対応
して制御する場合、ピストン４５の位置を正確に検出す
る必要があるが、このためには例えばピストン４５の前
進限と後退限にそれぞれリミットスイッチを設ければ良
い。このリミットスイッチとしては、機械式の有接点の
ものであっても良く、ホトダイオード等を用いた無接点
式のものなど各種のものを採用できる。
【００４４】もちろん、ピストン４５の位置をエンコー
ダ（例えばホトエンコーダ）等によって検知しても良
い。
【００４５】ピストン４５の位置をこのように直接的に
検知する代わりに、ノズル５０内の合金の圧力を検知す
ることによってピストン４５の位置及びストローク方向
を推定しても良い。
【００４６】
【発明の効果】以上の通り、本発明の合金製品の製造方
法及び装置によると、所期の特性及び寸法精度を有した
合金鋳造体を製造することができる。本発明では、不良
品が発生した場合、この不良品をそのまま鋳造原料とし
て再利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る押出鋳込装置１０の縦断面図
である。
【図２】ワンウェーバルブ６０の作動図である。
【図３】実施の形態に係る押出鋳込装置１０Ａの水平断
面図である。 〔図面の簡単な説明〕 １０，１０Ａ 押出鋳込装置 ２０ フィーダ ３０ バレル ３７ 出口 ４０ シリンダ ４５ ピストン ５０ ノズル ５７ 流出口 ６０ ワンウェーバルブ ７０ａ〜７０ｉ ヒータ ８０ 誘導加熱コイル

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属合金の鋳造体を製造する合金製品の
    製造方法において、合金溶湯を降温させることによりチ
    キソトロピー状態化させ、このチキソトロピー状態化し
    た合金を押出装置に導入し、この押出装置から押し出す
    ことにより鋳型内へ該合金を供給することを特徴とする
    合金製品の製造方法。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記押出装置は、シ
    リンダ及びピストンと、該シリンダに連設されたノズル
    とを備えており、該ピストンの後退によって前記合金が
    該シリンダ内に吸い込まれ、ピストンの前進によって該
    ノズルの先端の流出口から合金が鋳型へ供給されること
    を特徴とする合金製品の製造方法。
  3. 【請求項３】 請求項２において、前記ピストンの後退
    時には該ノズルの該流出口近傍の合金温度を低下させ、
    前記ピストンの前進時には該流出口近傍の合金温度を上
    昇させることを特徴とする合金製品の製造方法。
  4. 【請求項４】 インゴットを受け入れて溶解するフィー
    ダと、一端側において該フィーダから合金溶湯を受け入
    れ、他端側の出口からチキソトロピー状態の合金を送り
    出すバレルと、該バレルの該出口が接続された押出装置
    とを有する押出鋳込装置。
  5. 【請求項５】 請求項４において、前記バレルは、前記
    一端側から前記出口にかけて加熱温度が低くなるように
    設けられたヒータを備えていることを特徴とする押出鋳
    込装置。
  6. 【請求項６】 請求項４又は５において、前記押出装置
    は、シリンダ及びピストンと、該シリンダに連設された
    ノズルとを備えており、該ピストンの後退によって前記
    バレルから合金が該シリンダ内に吸い込まれ、ピストン
    の前進によって該ノズルの先端の流出口から合金が鋳型
    へ供給されることを特徴とする押出鋳込装置。
  7. 【請求項７】 請求項６において、前記ピストンの後退
    時には該ノズルの該流出口近傍の合金温度を低下させ、
    前記ピストンの前進時には該流出口近傍の合金温度を上
    昇させる加熱手段が前記ノズルに設けられていることを
    特徴とする押出鋳込装置。
  8. 【請求項８】 請求項７において、前記加熱手段は誘導
    加熱コイルであることを特徴とする押出鋳込装置。
  9. 【請求項９】 請求項４ないし８のいずれか１項におい
    て、前記バレルから押出装置に向う方向の合金の流れの
    みを許容する弁手段が設けられていることを特徴とする
    押出鋳込装置。
  10. 【請求項１０】 請求項４ないし９のいずれか１項にお
    いて、前記バレルは前記一端側が前記出口よりも高位と
    なるように設置されており、合金は重力によってバレル
    内を出口へ向って移動することを特徴とする押出鋳込装
    置。
  11. 【請求項１１】 請求項４ないし１０のいずれか１項に
    おいて、前記バレルは水平に設置されており、該バレル
    内の合金を前記出口へ向って移動させる移動装置が設け
    られていることを特徴とする押出鋳込装置。
JP22377496A 1995-09-01 1996-08-26 合金製品の製造方法及び装置 Expired - Lifetime JP3817786B2 (ja)

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US52258695A 1995-09-01 1995-09-01
US08/522,586 1995-09-01

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JPH09103859A true JPH09103859A (ja) 1997-04-22
JP3817786B2 JP3817786B2 (ja) 2006-09-06

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP22377496A Expired - Lifetime JP3817786B2 (ja) 1995-09-01 1996-08-26 合金製品の製造方法及び装置

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US (4) US5836372A (ja)
EP (2) EP0761344B1 (ja)
JP (1) JP3817786B2 (ja)
DE (2) DE69637088T2 (ja)

Cited By (4)

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