JP4132814B2 - 低圧鋳造装置の鋳造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、保持炉から供給される溶湯を鋳造機で鋳造する低圧鋳造装置の鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばアルミニウム合金等の鋳造には、大量生産でき、凝固過程も合理的で寸法精度も良好であり、かつ設備費が比較的安価であることから低圧鋳造法が広く行われている。
【０００３】
この低圧鋳造法の概要を図９（ａ）に示す低圧鋳造装置１００の概念図を参照して説明する。
【０００４】
低圧鋳造装置１００は、溶湯保持炉１０１に保持された溶湯保持るつぼ１０２、この溶湯保持るつぼ１０２を密閉するるつぼ蓋１０３、るつぼ蓋１０３を貫通して下端が溶湯保持るつぼ１０２内に延在するストーク１０４、及びストーク１０４の上方に設置された金型１０５を有し、更に、溶湯保持るつぼ１０２には溶湯補給口及び圧縮空気入口管（図示せず）が設けられている。
【０００５】
鋳造にあたり、るつぼ蓋１０３によって密閉された溶湯保持るつぼ１０２内に溶湯補給口より溶湯１２０を所定量注入し、溶湯補給口を蓋等で閉鎖して準備する。
【０００６】
次に、圧縮空気入口管より比較的小さい圧力のガス体、例えば圧縮空気を供給して溶湯面１２０ａを加圧し、この加圧力によって溶湯１２０をストーク１０４内を通して押し上げて金型１０５のキャビティ１０６内に注湯する。キャビティ１０６内に充填された溶湯１２０はキャビティ１０６の上端側から凝固を始め、次第に降下して湯口１０６ａの部分が最後に凝固する。
【０００７】
湯口１０６ａの部分まで溶湯１２０の凝固が完了するまで圧縮空気による溶湯保持るつぼ１０２内の加圧力を保持し、湯口１０６ａまで凝固が完了した時点で加圧を解除する。更に凝固して鋳物となり金型１０５を開いて離型しても変形やかじりが発生しない温度まで鋳物の温度が降下した後、金型１０５から離型して鋳物を鋳造品として搬出する。
【０００８】
この溶湯面１２０ａの加圧によるキャビティ１０６内への注湯開始から溶湯１２０が湯口１０６ａまで凝固して加圧力を解除するまでの時間が注湯時間、また更に凝固して鋳物となったものが金型１０５を開いて離型したときに変形やかじりが発生しない温度まで鋳物の温度が降下する時間を凝固時間と称している。
【０００９】
これらの注湯時間及び凝固時間の設定は、一般に予め実験的に確認した時間をもとに、鋳造毎に鋳造作業者の経験と感で人為的に設定される。
【００１０】
一方、溶湯保持るつぼ１０２に貯留された溶湯１２０は、図９の（ａ）に示すように鋳造開始前に溶湯面１２０ａが満杯レベルＬａになるように準備される。鋳造を開始して１回目の鋳造後には溶湯１２０の溶湯面１２０ａが（ｂ）に示す湯面レベルＬｂに低下し、更に２回目の鋳造後には溶湯面１２０ａが（ｃ）に示す湯面レベルＬｃに低下する。同様に鋳造する毎に溶湯面１２０ａが順次低下する。
【００１１】
このように鋳造する毎に溶湯面１２０ａが順次低下することから、鋳造毎に金型１０５のキャビティ１０６内への溶湯充填速度及び充填圧力が変化する。この溶湯充填速度及び充填圧力の変化が発生することから、図１０に示すように充填時間及び鋳造毎に降下した溶湯面１２０ａの差分ｈに相当する圧力を鋳造毎に加えるための加圧力、即ち充填圧力の圧力補正が行われる。この充填圧力補正方法は、例えば図１１のように計算値による鋳造毎の加圧値をパソコン１０７等に予め記憶しておき、このデータに従って制御装置１０８によって開閉弁１０９を制御して、加圧力供給源１１０から供給される圧力ガスを自動的に調整して加圧する方法がある。
【００１２】
また、他の充填圧力補正方法としては、鋳造品の外観を鋳造毎に目視監視しながら、鋳造作業者の経験と感により減圧弁（レギュレータ）を調整する方法や、予め実験値より鋳造毎の加圧値を調べ、その加圧値に基づいて鋳造毎に機械的に一定圧力を加える方法がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記低圧鋳造装置１００によると、金型１０５のキャビティ１０６内の鋳込みが徐々に行われて先に流入した溶湯１２０は、後から押し上げられた溶湯１２０に押されて先端に流れていくので、先端から先に凝固して密度の高い緻密な鋳造品ができる。
【００１４】
しかし、鋳造毎に溶湯面１２０ａが降下した変化分だけ、溶湯面１２０ａからキャビティ１０６までの距離が鋳造毎に増大し、溶湯１２０をキャビティ１０６への充填が完了するまでの溶湯１２０の移動距離が増大変化する。このため、充填後にストーク１０４内に戻る溶湯面１２０ａの位置が鋳造毎に増大変化する。このストーク１０４内の溶湯面１２０ａの変化によってストーク１０４内の溶湯面１２０ａからキャビティ１０６に到達する溶湯１２０移動時間が長くなり、キャビティ１０６内に供給される溶湯１２０の温度が下降して鋳物の湯回り不良や湯境いの発生等の湯回り性に影響を与える。特に、例えば肉厚が２ｍｍ以下の薄肉鋳物を安定した品質で連続生産することが不可能であった。
【００１５】
一方、キャビティ１０６内への溶湯充填過程で充填速度を一定以上に高めた場合、鋳造に用いている砂中子を破損させたり、砂かみ、肌荒れ等を誘発し、かつ充填圧力を急激に低下させることは、この低圧鋳造では湯回りや湯境い等を発生させるため不可能であった。
【００１６】
また、鋳造数が多くなるにつれて、ストーク１０４内を溶湯１２０が移動する距離及び時間が長くなり、ストーク１０４内で溶湯表面が空気と接触する時間の増大に伴って溶湯１２０の酸化が促進され、ストーク１０４内の溶湯表面に酸化物を巻き込んでキャビティ１０６内に押し上げて鋳造品の品質低下を招き、かつストーク１０４の内周面に堆積する酸化物が多くなると溶湯通路断面積が小さくなり、押し湯不足による鋳物内部へのひけ巣の発生等による鋳物品の品質低下が懸念される。
【００１７】
従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、鋳型への溶湯充填時の溶湯温度の低下を防止すると共に湯回り性を向上させ、安定した高品質の鋳造品が得られる低圧鋳造装置の鋳造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１に記載の低圧鋳造装置の鋳造方法の発明は、上下方向に延在するストークと、該ストークの上端に湯口を介して連続するキャビティが形成された金型と、溶湯が貯留される溶湯保持るつぼ、該溶湯保持るつぼ内に貯留された溶湯に下部が浸漬された密閉状態の加圧ポット、該加圧ポットと前記ストークの下端とを連結する給湯管、前記加圧ポットの下部に穿設された吸込口を開閉する吸込口側弁体、前記加圧ポット内に開口する前記給湯管の吐出口を開閉する吐出口側弁体及び、前記加圧ポット内を減圧及び加圧する加圧ポット減圧加圧手段を備えた保持炉と、を備えた低圧鋳造装置の鋳造方法であって、前記吐出口を閉じかつ前記吸込口を開いて前記加圧ポット減圧加圧手段により加圧ポット内を減圧して吸込口から溶湯保持るつぼ内の溶湯を加圧ポット内に吸引する第１の工程と、次いで、前記吸込口を閉じて加圧ポット減圧加圧手段によって加圧ポット内を加圧すると共に吐出口を開放して加圧ポット内の溶湯を前記給湯管を介してストーク内に圧送し、予めストーク内に設定された定溶湯面位置に押し上げて保持する第２の工程と、次いで、該定溶湯面位置に溶湯面を保持した状態から、前記キャビティ内に予め設定された高速充填湯面位置まで、前記加圧ポット減圧加圧手段を高圧加圧にし、高速充填速度で溶湯を充填する第３の工程と、次いで、該高速充填湯面位置から充填完了まで、前記加圧ポット減圧加圧手段により、予め設定された充填保持圧力に補正圧力を加算した値まで吸引減圧した後、低圧加圧にし、低速充填速度で溶湯を充填する第４の工程を備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項１の発明によると、ストークからの逆流を防止してストーク内の溶湯面が定溶湯面位置に維持された状態で、溶湯供給装置から溶湯の圧送によってストーク内の溶湯面を押し上げてキャビティ内に充填することから、各鋳造サイクルにおいて定溶湯面位置の溶湯面からキャビティまでの距離が一定に維持される。この結果、各鋳造サイクルにおいてストーク内で溶湯面を押し上げてキャビティ内に充填する充填圧力制御を鋳造毎に調整する必要がなく作動制御の簡素化が得られる。また、定溶湯面位置からキャビティ内の高速充填湯面位置まで加圧ポット減圧加圧手段を高圧加圧にして高速充填速度で充填することにより短時間でキャビティ内への溶湯充填が行われて溶湯の温度低下が抑制されてキャビティへの充填時の溶湯流動性がよく、また、高速充填湯面位置から充填完了まで加圧ポット減圧加圧手段を低圧加圧にして低速充填速度に切り換えて溶湯を充填することにより溶湯の乱流が有効的に沈静化でき、温度低下の少ない沈静化された溶湯がキャビティ内に充填されて内部に巻き込み欠陥のない高品質の鋳造が可能である。
【００２０】
また、溶湯が移動する際に、溶湯がストーク及びキャビティ内で空気に曝される時間が短く、酸化物の生成が極めて少なく抑制されて鋳造品の品質低下が回避され、かつストークの内周面に堆積する酸化物が抑制されて溶湯通路断面積が確保されて湯口からの押し湯効果が確保されて鋳造作業の効率化が得られる。
【００２１】
請求項２に記載に発明は、請求項１の低圧鋳造装置の鋳造方法において、前記定溶湯面位置は、前記ストークの上端乃至上端近傍に設定されたことを特徴とする。
【００２２】
請求項２の発明によると、定溶湯面位置をストークの上端乃至上端近傍に設定することによって、充填の際の溶湯の移動距離がより短くなり溶湯の温度低下がより抑制され、かつ溶湯が移動する際のストーク内の空気に曝される時間の短縮が図られて酸化物の生成が減少する。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２の低圧鋳造装置の鋳造方法において、前記定溶湯面位置から高速充填湯面位置までの溶湯供給は、予め設定された溶湯供給時間で設定されたことを特徴とする。
【００２４】
請求項３の発明によると、定溶湯面位置から高速充填湯面位置までの溶湯供給を、予め実験等によって確認された溶湯供給時間により設定することにより、容易に安定的に作動制御することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による低圧鋳造装置の鋳造方法の実施の形態をアルミニウム合金の鋳造を例に図１乃至図８を参照して説明する。
【００２８】
図１は、保持炉１０及び鋳造機４０を備えた低圧鋳造装置１の概念図であり、図２は鋳造機４０の要部を示す図１のＡ部拡大図である。
【００２９】
保持炉１０は、溶湯保温炉に支持されて溶湯６０を保持する溶湯保持るつぼ１１を有し、溶湯保持るつぼ１１の上方を覆うるつぼ蓋１２に溶湯供給装置１５が吊下支持されている。
【００３０】
溶湯供給装置１５は、るつぼ蓋１２に吊下支持され、上端が加圧ポット蓋１７によって密閉されて下部が溶湯保持るつぼ１１内に貯留されたアルミニウム合金の金属溶湯６０内に浸漬される有底筒状の加圧ポット１６を有している。
【００３１】
加圧ポット１６の底部には溶湯保持るつぼ１１内と連通する吸込口１６ａが穿設されている。加圧ポット１６の側部下端近傍には、先端が鋳造機４０のストーク４２の下端に連通する給湯管１８の基端に穿設された吐出口１８ａが開口している。これら吸込口１６ａ及び吐出口１８ａは、各々加圧ポット蓋１７に設けられたアクチュエータ１９及び２０によって駆動される吸込口側弁体１９ａ及び吐出口側弁体２０ａによって開閉される。
【００３２】
更に、溶湯供給装置１５には加圧ポット１６内の圧力を制御する加圧ポット減圧加圧手段２２が設けられている。加圧ポット減圧加圧手段２２は、図３に加圧回路図を示すように比較的高圧の圧力ガス体、本実施の形態では比較的高圧Ｐ１の圧縮空気が高圧ガス供給源２４から高圧加圧弁２６が介在する供給管路２５を介して高速充填速度で加圧ポット１６内に送り込む高圧加圧手段２３と、後述する充填保持圧Ｐ２となる比較的低圧の圧縮空気を低圧ガス供給源２８から低圧加圧弁３０が介在する供給管路２９を介して低速充填速度で加圧ポット１６内に送り込む低圧加圧手段２７と、排気弁３４が介在する排出管路３３を介して加圧ポット１６に連通して減圧タンク３２によって加圧ポット１６内を減圧する減圧手段３１と、加圧ポット１６内の圧力を検知すると共に該検知圧力に基づいて低圧加圧弁３０及び排気弁３４を開閉制御する圧力センサ３５によって形成されている。
【００３３】
また、加圧ポット１６内には加圧ポット１６内の溶湯６０の溶湯液面６０ａを検出するレベルセンサ３６が配設されている。なお、これら溶湯供給装置１５の各作動制御は、制御部（図示せず）によってなされる。
【００３４】
一方、鋳造機４０は、基台４１に取付支持されて上下に延在する筒状のストーク４２を有し、ストーク４２の下端に保持炉１０から導かれた給湯管１８の先端が接続されている。
【００３５】
ストーク４２の上方に金型４５が設置されている。本実施の形態における金型４５は、基台４１に結合されかつストーク４２に締結された下型４６と、油圧シリンダ等の金型作動機構（図示せず）によって下型４６に対して接離可能に昇降する上型４７と、金型作動機構によって互いに接離する水平方向に移動可能な横型４８、４９によって構成され、下型４６、上型４７、横型４８及び４９の各キャビティサイド４６ａ、４７ａ、４８ａ、４９ａによってキャビティ５０を形成している。
【００３６】
下型４６には、上下方向に延在してストーク４２側とキャビティ５０側とを連通し、かつ中間部の開口面積が比較的小さく上方及び下方に移行するに従って次第に膨大する湯口５１が形成されている。
【００３７】
金型４５には湯口５１内の上部位置に予め設定された温度測定点ａの温度を検知する温度測定手段が設けられている。温度測定手段は例えば、上型４７に配置される鋳抜きピン等に内装された熱電温度計によって構成することができる。
【００３８】
この温度測定点ａの温度は、ストーク４２内の溶湯６０の溶湯面６０ａが上昇して温度測定点ａに接近するに従って上昇することから、所定位置の溶湯面６０ａにおける温度測定点ａの位置、例えば後述する定溶湯面位置Ｌまで上昇した溶湯面６０ａの位置を検出することができる。この温度測定手段によって検知された溶湯面６０ａの位置は、溶湯面検出信号として上記溶湯供給装置１５の制御部に送られる。
【００３９】
また、この温度測定点ａの温度は、キャビティ５０内に注湯された溶湯６０の溶湯熱によって最高値に達した後に、溶湯６０が上端或いは先端から凝固を開始して次第に下降することから、湯口５１まで凝固が進行した時点の温度測定点ａの温度を予め実験的に確認して設定しておき、この温度に達した時点で温度測定手段から注湯時間解除信号として制御部に発進する。更に、凝固が進行して温度測定点ａの温度が降下し続けて、凝固して鋳物となったものが金型４５を離型しても変形やかじりが発生しない温度まで降下した時点の温度を予め実験的に確認して設定しておき、この温度に達した時点で温度測定手段から制御部に凝固時間解除信号を制御部に発する。
【００４０】
なお、保持炉１０と鋳造機４０のストーク４２間に配置される給湯管１８は、外周が給湯管用ヒータ５５によって被覆されて加熱及び保温され、かつストーク４２も外周がストーク用ヒータ５６によって被覆されて加熱及び保温される。この給湯管用ヒータ５５及びストーク用ヒータ５６は一体のヒータによって形成することもできる。
【００４１】
次に、このように構成される低圧鋳造装置１による鋳造方法について図４に示す湯詰め動作フローチャート及び図５に示す充填動作フローチャート及び図６に示す充填加圧パターン説明図を参照して説明する。
【００４２】
金型４５のキャビティ５０内への溶湯６０の注湯に先だって鋳造機４０のストーク４２の所定の高さ位置、例えばストーク４２の上端乃至上端近傍位置に設定された充填開始湯面位置となる定溶湯面位置Ｌに溶湯６０が達するまで湯詰めを行う。
【００４３】
この湯詰め動作を図４の湯詰め動作フローチャートに従って説明する。予め、保持炉１０の溶湯保持るつぼ１１内にアルミニウム合金を溶解した溶湯６０を注湯し、所定量貯留して準備する。
【００４４】
制御部からの指示により吐出口側弁体２０ａによって給湯管１８の基端に開口する吐出口１８ａを閉じる（ステップＳ１）。続いて吸込口側弁体１９ａによって閉鎖していた加圧ポット１６の底部の吸込口１６ａを開放して溶湯保持るつぼ１１内と加圧ポット１６内を連通する（ステップＳ２）。
【００４５】
次に、排気弁３４を開放して排出管路３３を介して減圧タンク３２により加圧タンク１６内を減圧し、吸込口１６ａから溶湯保持るつぼ１１内の溶湯６０を加圧ポット１６の上端近傍まで吸い込む（ステップＳ３）。加圧ポット１６の上端近傍まで溶湯６０が吸い込まれたことがレベルセンサ３６で検知されると、排気弁３４を閉じて減圧を停止し、かつ吸込側弁体１９ａによって吸込口１６ａを閉じる（ステップＳ４）。
【００４６】
次に、高圧加圧弁２６を開放して高圧ガス供給源２４から加圧ポット１６内に圧縮空気を供給して加圧ポット１６内の溶湯面を加圧し、かつ吐出口側弁体２０ａにより閉じられていた吐出口１８ａを開き（ステップ５）、加圧ポット１６内の溶湯６０を給湯管１８を通じてストーク４２の上端乃至上端近傍位置に設定された定溶湯面位置Ｌまで押し上げる（ステップＳ６）。この時の定溶湯面位置Ｌまで溶湯６０を押し上げる圧力を定溶湯面圧力とする。
【００４７】
この定溶湯面位置Ｌまでの溶湯６０の押し上げは、定溶湯面位置Ｌまで溶湯６０を押し上げる際、溶湯６０の押し上げに伴ってストーク４２内の溶湯面６０ａが温度測定点ａに次第に近づくと、温度測定点ａの温度が上昇し、この温度が予め実験的に得られた定溶湯面位置Ｌに溶湯面６０ａが位置する温度に達したことを温度測定手段によって検知することによって検出される。
【００４８】
温度測定手段によって定溶湯面位置Ｌまで押し上げられた溶湯面６０ａを検知する（ステップＳ７）と、その溶湯面検出信号が温度測定手段から制御部に送られ、高圧加圧弁２６を閉じて加圧ポット１６内の加圧を停止し、かつ同時に吐出口１８ａを吐出口側弁体２０ａによって閉じてストーク４２からの溶湯６０の逆流を防止して、定溶湯面圧力を維持することによって溶湯面６０ａを定溶湯面位置Ｌに保持する（ステップＳ８）。
【００４９】
ステップＳ１からステップＳ８までの湯詰め動作に続いて金型５０のキャビティ５０へ溶湯６０を充填する充填動作が開始される。
【００５０】
次に、充填動作について図５に示す充填動作フローチャート及び図６に示す充填加圧パターン説明図を参照して説明する。
【００５１】
吐出口側弁体２０ａによって吐出口１８ａを閉じてストーク４２内の溶湯６０の溶湯面６０ａが定溶湯面位置Ｌに保持された状態（ステップＳ１１）で、吸込口側弁体１９ａによって閉鎖していた吸込口１６ａを開放して加圧ポット１６内の定溶湯面圧力保持を開放する（ステップＳ１２）。
【００５２】
次に、排気弁３４を開放して排出管路３３を介して減圧タンク３２により加圧ポット１６内を減圧して、吸込口１６ａからキャビティ５０による１鋳造分の溶湯６０を加圧ポット１６内に吸い込む（ステップＳ１３）。加圧ポット１６内に１鋳造分の溶湯６０を吸い込むと、排出弁３４を閉じて減圧タンク３２による減圧を停止し、かつ吸込側弁体１９ａによって吸込口１６ａを閉じる（ステップＳ１４）。この加圧ポット１６内に吸い込み供給される１鋳造分の溶湯量は、予め実験的に求められ、加圧ポット１６に設けられたレベルセンサ３６によって一定位置までの吸い込みを検知することによって一定量を確保する。
【００５３】
続いて、図３に示すように低圧加圧弁３０及び排気弁３４を閉じた状態で高圧加圧弁２６を開き、高圧ガス供給源２４から高圧の圧縮空気を供給管路２５を介して加圧ポット１６内に送り込み溶湯面を加圧し、かつ吐出口側弁体２０ａによって閉鎖していた吐出口１８ａを開く（ステップＳ１５）。開放された吐出口１８ａから給湯管１８を通してストーク４２内に溶湯６０を圧送して溶湯面６０ａが定溶湯面位置Ｌから押し上げられキャビティ５０内への溶湯の高速充填が開始する。
【００５４】
この高圧加圧弁２６の開放による加圧ポット１６内の加圧は、図６の充填加圧パターン説明図に加圧ポット１６内の圧力を示すように、高圧ガス供給源２４から供給される高圧の圧縮空気によって急激に高められ、溶湯面が大きな高速充填圧力Ｐ１の加圧力で加圧される。この結果、溶湯６０が給湯管１８を通してストーク４２内に高圧で圧送されて溶湯面６０ａが定溶湯面位置Ｌから押し上げられてキャビティ５０内に予め設定された高速充填湯面位置Ｌ１まで高速充填速度で充填される（ステップＳ１６）。
【００５５】
この高速充填位置Ｌ１までの溶湯の高速での充填は、高圧加圧弁２６を開放から溶湯６０の溶湯面６０ａが高速充填湯面位置Ｌ１に押し上げに要する溶湯の充填時間を予め実験的に確認して設定しておき、この高速充填時間Ｔ１を経過した時点で制御部からの信号によって図７に示すように高圧加圧弁２６を閉じ、かつ排気弁３４を開き（ステップＳ１７）、キャビティ５０内への充填を停止すると共に減圧タンク３２により強制的吸引することによって図６に示すように加圧ポット１６内を急激に減圧させる。
【００５６】
加圧ポット１６内が減圧されて加圧ポット１６内の圧力が予め設定された充填保持圧Ｐ２より若干大きな充填保持圧力Ｐ２に補正圧力αを加算した圧力Ｐ２＋αを圧力センサ３５が検知する（ステップＳ１８）と、制御部からの信号によって図８に示すように排気弁３４を閉じ、かつ低圧加圧弁３０を開放して（ステップＳ１９）、低圧ガス供給源２８から低圧の圧縮空気を低速充填速度で加圧ポット１６内に供給して加圧ポット１６内を充填保持圧Ｐ２に保持する。このキャビティ５０内への溶湯の充填は、低圧の圧縮空気が供給されることから充填速度の低速化が得られる。
【００５７】
ステップＳ１６により加圧ポット１６内の減圧開始からステップＳ１９の低圧加圧弁３０を開放する間の急激に加圧ポット１６の減圧する間に、加圧ポット１６内の加圧力による溶湯面の加圧によって、溶湯６０が給湯管１８を通してストーク４２内に圧送されて溶湯面６０ａが図２に示す高速充填湯面位置Ｌ１からキャビティ５０内の充填が完了する充填完了湯面位置Ｌ２まで上昇してキャビティ５０が溶湯６０によって充填される。
【００５８】
ここで、仮にステップＳ１８において加圧ポット１６内の圧力が充填保持圧力Ｐ２まで減圧された時点で排気弁３４を閉じ、かつ低圧加圧弁３０を開放すると、慣性によって予め設定された充填保持圧Ｐ２より低下する。これを回避するために上記のように、ステップＳ１７により圧力Ｐ２に補正圧力αを加算した圧力Ｐ２＋αを圧力センサ３５が検出した時点で予め排気弁３４を閉じることによって加圧ポット１６内の圧力を充填保持圧Ｐ２に減圧することができる。この補正圧力αは、予め実験的に確認して設定しておく。
【００５９】
ステップＳ１８によって低圧加圧弁３０が開放され低圧ガス供給源２８からの圧縮空気を加圧ポット１６内に低速な充填速度で供給されて加圧ポット１６内が充填保持圧Ｐ２に保持される。このキャビティ５０内に充填された溶湯６０の溶湯熱により温度測定点ａの温度上昇が開始し、温度測定手段の検出温度が上昇する。
【００６０】
溶湯熱により温度測定点ａの温度が最高点、例えば６００℃に達した後、キャビティ５０内に充填された溶湯６０は上端から凝固を開始し、この凝固の進行に伴って温度測定点ａの温度は下降を開始する。
【００６１】
湯口５１の部分まで凝固が進行し、予め設定された温度測定点ａまで凝固が進行した時点の温度まで下降した温度、例えば５３０℃を温度測定手段が検知する（ステップＳ２０）と、温度検出手段から加圧保持解除信号を送り、低圧加圧弁３０を閉じ（ステップＳ２１）て、加圧ポット１６の加圧を停止して保持圧力を解除すると同時に吐出口１８ａを吐出口側弁体２０ａによって閉じてストーク４２からの溶湯６０の逆流を防止して、定溶湯面圧力を維持することによって溶湯面６０ａを定溶湯面位置Ｌに保持する（ステップＳ２２）。このステップ１８によって充填完了保持加圧弁２９を閉じてからステップＳ２０の低圧加圧弁３０を閉じるまでの時間が充填完了保持時間Ｔ２であって、この充填完了保持時間Ｔ２は予め実験等によって確認しておくことによって、時間によって管理することもできる。
【００６２】
更に、キャビティ５０内の凝固が進行して温度測定点ａの温度が降下し続けて、凝固して鋳物となったものが金型４５から離型しても変形やかじりが発生しない温度、例えば４９０℃を温度検出手段が検知すると、温度検出手段から凝固時間解除信号として制御部に信号を発し、金型４５を開き、キャビティ５０内で凝固した鋳物を取り出して１鋳造サイクルが完了する（ステップＳ２３）。しかる後、金型４５を閉じて次の溶湯充填待機状態にする。
【００６３】
続いて繰返し行われる充填動作は、吐出口側弁体２０ａによって吐出口１８ａを閉じてストーク４２内の溶湯面６０ａを定溶湯面位置Ｌに保持した状態で、吸込口側弁体１９ａによって吸込口１６ａを開放して加圧ポット１６内の定溶湯面の圧力を開放するステップ１１から、金型４５を開き、キャビティ５０内で凝固した鋳物を取り出すステップ２１を経て金型４０を閉じて次の溶湯充填待機状態にするステップ１１からステップ２１を繰り返すことによって、連続して鋳造が繰り返し行われる。
【００６４】
上記低圧鋳造装置の鋳造方法によると、ストーク４２からの逆流を防止してキャビティ５０の直下でストーク４２内の溶湯面６０ａが定溶湯面位置Ｌに維持された状態で、溶湯供給装置１５からの溶湯６０の押し出しによってストーク４２内の溶湯面６０ａを押し上げてキャビティ５０内に充填することから、各鋳造サイクルにおいて定溶湯面位置Ｌの溶湯面６０ａからキャビティ５０までが近く、押し上げによる定溶湯面位置Ｌからの溶湯６０の移動距離が短く、かつ定湯面位置Ｌからキャビティ５０内の高速充填湯面位置Ｌ２まで高速充填することにより、短時間でキャビティ５０内への溶湯充填が行われる。この結果、溶湯６０の温度低下が抑制され、キャビティ５０内に注湯される溶湯６０の温度が維持されて、キャビティ５０への充填時の溶湯流動性がよく、また、キャビティ５０の高速充填湯面位置Ｌ２まで高速充填された溶湯６０を急激に充填保持圧Ｐ２に切り換えることにより溶湯６０の乱流が有効的に沈静化でき、温度低下の少ない沈静化された溶湯６０がキャビティ５０内に充填されて、湯回り性に優れ、内部に巻き込み欠陥のない高品質の鋳造が可能である。
【００６５】
この湯回り性が確保されることから、例えば従来の低圧鍛造では不可能であった肉厚２ｍｍの薄肉鋳物の連続した安定生産が可能になり、薄肉鋳物の鋳造が可能になることから、鋳物の軽量化が可能になる。なお、本実施の形態による鋳造装置１によると、従来９ｋｇのシリンダヘッドを１．２ｋｇ（１３％）軽量化することができた。
【００６６】
更に、充填時の溶湯６０の移動時間が極めて短く、溶湯６０が移動する際のストーク４２及びキャビティ５０内で空気に曝される時間が短く、酸化物の生成が極めて少なく、酸化物が溶湯６０に巻き込まれることによる鋳造品の品質低下を招くことが回避され、かつストーク４２の内周面に堆積する酸化物が抑制されて溶湯通路断面積が確保され、湯口からの押し湯効果が確保されて鋳造作業の効率化が得られる。
【００６７】
また、定溶湯面位置Ｌから高速充填湯面位置Ｌ１までの高圧により高速で行われる充填に要する高速充填時間Ｔ１、高速充填湯面位置Ｌ１から充填完了液面位置Ｌ２までの低速充填に要する充填完了保持時間Ｔ２を予め実験等によって確認しておくことによって、溶湯供給装置１５の高圧加圧弁２６、低圧加圧弁３０、排気弁３４の作動を時間によって管理することができ、各作動制御の簡素化が可能になると共に、溶湯６０の充填速度を制御することができる。
【００６８】
また、定溶湯面位置Ｌからキャビティ５０内の高速充填湯面位置Ｌ１まで溶湯６０を高速で充填することから、注湯時間Ｔの大幅な短縮が可能になり、鋳造作業効率の向上が期待できる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明した低圧鋳造方法及び低圧鋳造装置によると、保持炉に設けられた溶湯供給装置によって、溶湯保持るつぼ内に貯留された溶湯をストーク内に圧送して逆流が防止されたストーク内の溶湯面が定溶湯面位置に維持された状態で、溶湯供給装置から溶湯の圧送によってキャビティ内に充填することから、各鋳造サイクルにおいて定溶湯面位置の溶湯面からキャビティまでの距離が一定であり、各鋳造サイクルにおいてストーク内の溶湯面を押し上げてキャビティ内に充填する充填圧力制御を鋳造毎に調整する必要がなく作動制御の簡素化が得られる。また、定溶湯面位置からキャビティ内の高速充填湯面位置まで加圧ポット減圧加圧手段を高圧加圧にして高速で充填することにより短時間でキャビティ内への溶湯充填が行われて溶湯の温度低下が抑制され、充填時の溶湯流動性がよく、更に加圧ポット減圧加圧手段を低圧加圧にして溶湯を低速での充填に切り換えることにより溶湯の乱流が有効的に沈静化でき、内部に巻き込み欠陥のない高品質の鋳造が可能である。
【００７０】
また、溶湯が移動する際のストーク及びキャビティ内で空気に曝される時間が短く、酸化物の生成が極めて少なく鋳造品の品質低下を招くことが回避され、かつストークの内周面に堆積する酸化物が抑制されて溶湯通路断面積が確保されて湯口からの押し湯効果が確保されて鋳造作業の効率化が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による鋳造方法に使用される低圧鋳造装置の概念図である。
【図２】同じく、図１のＡ部拡大図である。
【図３】同じく、加圧減圧手段の加圧回路図である。
【図４】同じく、湯詰め動作フローチャートである。
【図５】同じく、充填動作フローチャートである。
【図６】同じく、充填加圧パターン説明図である。
【図７】同じく、加圧減圧手段の作動を説明する加圧回路図である。
【図８】同じく、加圧減圧手段の作動を説明する加圧回路図である。
【図９】従来の低圧鋳造装置の概念図である。
【図１０】同じく、従来の充填圧力の圧力補正の説明図である。
【図１１】同じく、従来の充填圧力の圧力補正の説明図である。
【符号の説明】
１ 低圧鋳造装置
１０ 保持炉
１１ 溶湯保持るつぼ
１５ 溶湯供給装置
１６ 加圧ポット
１６ａ 吸込口
１７ 加圧ポット蓋
１８ 給湯管
１８ａ 吐出口
１９ａ 吸込口側弁体
２０ａ 吐出口側弁体
２２ 加圧ポット減圧加圧手段
２３ 高圧加圧手段
２４ 高圧ガス供給源
２５ 供給管路
２６ 高圧加圧弁
２７ 低圧加圧手段
２８ 低圧ガス供給源
２９ 供給管路
３０ 低圧加圧弁
３１ 減圧手段
３２ 減圧タンク
３４ 排気弁
３５ 圧力センサ
４０ 鋳造機
４１ 基台
４２ ストーク
４５ 金型
５０ ヒャビティ
５１ 湯口
６０ 溶湯
ａ 温度測定点
Ｌ 定溶湯面位置
Ｌ１ 高速充填湯面位置
Ｌ２ 充填完了湯面位置
【発明の属する技術分野】
本発明は、保持炉から供給される溶湯を鋳造機で鋳造する低圧鋳造装置の鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばアルミニウム合金等の鋳造には、大量生産でき、凝固過程も合理的で寸法精度も良好であり、かつ設備費が比較的安価であることから低圧鋳造法が広く行われている。
【０００３】
この低圧鋳造法の概要を図９（ａ）に示す低圧鋳造装置１００の概念図を参照して説明する。
【０００４】
低圧鋳造装置１００は、溶湯保持炉１０１に保持された溶湯保持るつぼ１０２、この溶湯保持るつぼ１０２を密閉するるつぼ蓋１０３、るつぼ蓋１０３を貫通して下端が溶湯保持るつぼ１０２内に延在するストーク１０４、及びストーク１０４の上方に設置された金型１０５を有し、更に、溶湯保持るつぼ１０２には溶湯補給口及び圧縮空気入口管（図示せず）が設けられている。
【０００５】
鋳造にあたり、るつぼ蓋１０３によって密閉された溶湯保持るつぼ１０２内に溶湯補給口より溶湯１２０を所定量注入し、溶湯補給口を蓋等で閉鎖して準備する。
【０００６】
次に、圧縮空気入口管より比較的小さい圧力のガス体、例えば圧縮空気を供給して溶湯面１２０ａを加圧し、この加圧力によって溶湯１２０をストーク１０４内を通して押し上げて金型１０５のキャビティ１０６内に注湯する。キャビティ１０６内に充填された溶湯１２０はキャビティ１０６の上端側から凝固を始め、次第に降下して湯口１０６ａの部分が最後に凝固する。
【０００７】
湯口１０６ａの部分まで溶湯１２０の凝固が完了するまで圧縮空気による溶湯保持るつぼ１０２内の加圧力を保持し、湯口１０６ａまで凝固が完了した時点で加圧を解除する。更に凝固して鋳物となり金型１０５を開いて離型しても変形やかじりが発生しない温度まで鋳物の温度が降下した後、金型１０５から離型して鋳物を鋳造品として搬出する。
【０００８】
この溶湯面１２０ａの加圧によるキャビティ１０６内への注湯開始から溶湯１２０が湯口１０６ａまで凝固して加圧力を解除するまでの時間が注湯時間、また更に凝固して鋳物となったものが金型１０５を開いて離型したときに変形やかじりが発生しない温度まで鋳物の温度が降下する時間を凝固時間と称している。
【０００９】
これらの注湯時間及び凝固時間の設定は、一般に予め実験的に確認した時間をもとに、鋳造毎に鋳造作業者の経験と感で人為的に設定される。
【００１０】
一方、溶湯保持るつぼ１０２に貯留された溶湯１２０は、図９の（ａ）に示すように鋳造開始前に溶湯面１２０ａが満杯レベルＬａになるように準備される。鋳造を開始して１回目の鋳造後には溶湯１２０の溶湯面１２０ａが（ｂ）に示す湯面レベルＬｂに低下し、更に２回目の鋳造後には溶湯面１２０ａが（ｃ）に示す湯面レベルＬｃに低下する。同様に鋳造する毎に溶湯面１２０ａが順次低下する。
【００１１】
このように鋳造する毎に溶湯面１２０ａが順次低下することから、鋳造毎に金型１０５のキャビティ１０６内への溶湯充填速度及び充填圧力が変化する。この溶湯充填速度及び充填圧力の変化が発生することから、図１０に示すように充填時間及び鋳造毎に降下した溶湯面１２０ａの差分ｈに相当する圧力を鋳造毎に加えるための加圧力、即ち充填圧力の圧力補正が行われる。この充填圧力補正方法は、例えば図１１のように計算値による鋳造毎の加圧値をパソコン１０７等に予め記憶しておき、このデータに従って制御装置１０８によって開閉弁１０９を制御して、加圧力供給源１１０から供給される圧力ガスを自動的に調整して加圧する方法がある。
【００１２】
また、他の充填圧力補正方法としては、鋳造品の外観を鋳造毎に目視監視しながら、鋳造作業者の経験と感により減圧弁（レギュレータ）を調整する方法や、予め実験値より鋳造毎の加圧値を調べ、その加圧値に基づいて鋳造毎に機械的に一定圧力を加える方法がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記低圧鋳造装置１００によると、金型１０５のキャビティ１０６内の鋳込みが徐々に行われて先に流入した溶湯１２０は、後から押し上げられた溶湯１２０に押されて先端に流れていくので、先端から先に凝固して密度の高い緻密な鋳造品ができる。
【００１４】
しかし、鋳造毎に溶湯面１２０ａが降下した変化分だけ、溶湯面１２０ａからキャビティ１０６までの距離が鋳造毎に増大し、溶湯１２０をキャビティ１０６への充填が完了するまでの溶湯１２０の移動距離が増大変化する。このため、充填後にストーク１０４内に戻る溶湯面１２０ａの位置が鋳造毎に増大変化する。このストーク１０４内の溶湯面１２０ａの変化によってストーク１０４内の溶湯面１２０ａからキャビティ１０６に到達する溶湯１２０移動時間が長くなり、キャビティ１０６内に供給される溶湯１２０の温度が下降して鋳物の湯回り不良や湯境いの発生等の湯回り性に影響を与える。特に、例えば肉厚が２ｍｍ以下の薄肉鋳物を安定した品質で連続生産することが不可能であった。
【００１５】
一方、キャビティ１０６内への溶湯充填過程で充填速度を一定以上に高めた場合、鋳造に用いている砂中子を破損させたり、砂かみ、肌荒れ等を誘発し、かつ充填圧力を急激に低下させることは、この低圧鋳造では湯回りや湯境い等を発生させるため不可能であった。
【００１６】
また、鋳造数が多くなるにつれて、ストーク１０４内を溶湯１２０が移動する距離及び時間が長くなり、ストーク１０４内で溶湯表面が空気と接触する時間の増大に伴って溶湯１２０の酸化が促進され、ストーク１０４内の溶湯表面に酸化物を巻き込んでキャビティ１０６内に押し上げて鋳造品の品質低下を招き、かつストーク１０４の内周面に堆積する酸化物が多くなると溶湯通路断面積が小さくなり、押し湯不足による鋳物内部へのひけ巣の発生等による鋳物品の品質低下が懸念される。
【００１７】
従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、鋳型への溶湯充填時の溶湯温度の低下を防止すると共に湯回り性を向上させ、安定した高品質の鋳造品が得られる低圧鋳造装置の鋳造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１に記載の低圧鋳造装置の鋳造方法の発明は、上下方向に延在するストークと、該ストークの上端に湯口を介して連続するキャビティが形成された金型と、溶湯が貯留される溶湯保持るつぼ、該溶湯保持るつぼ内に貯留された溶湯に下部が浸漬された密閉状態の加圧ポット、該加圧ポットと前記ストークの下端とを連結する給湯管、前記加圧ポットの下部に穿設された吸込口を開閉する吸込口側弁体、前記加圧ポット内に開口する前記給湯管の吐出口を開閉する吐出口側弁体及び、前記加圧ポット内を減圧及び加圧する加圧ポット減圧加圧手段を備えた保持炉と、を備えた低圧鋳造装置の鋳造方法であって、前記吐出口を閉じかつ前記吸込口を開いて前記加圧ポット減圧加圧手段により加圧ポット内を減圧して吸込口から溶湯保持るつぼ内の溶湯を加圧ポット内に吸引する第１の工程と、次いで、前記吸込口を閉じて加圧ポット減圧加圧手段によって加圧ポット内を加圧すると共に吐出口を開放して加圧ポット内の溶湯を前記給湯管を介してストーク内に圧送し、予めストーク内に設定された定溶湯面位置に押し上げて保持する第２の工程と、次いで、該定溶湯面位置に溶湯面を保持した状態から、前記キャビティ内に予め設定された高速充填湯面位置まで、前記加圧ポット減圧加圧手段を高圧加圧にし、高速充填速度で溶湯を充填する第３の工程と、次いで、該高速充填湯面位置から充填完了まで、前記加圧ポット減圧加圧手段により、予め設定された充填保持圧力に補正圧力を加算した値まで吸引減圧した後、低圧加圧にし、低速充填速度で溶湯を充填する第４の工程を備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項１の発明によると、ストークからの逆流を防止してストーク内の溶湯面が定溶湯面位置に維持された状態で、溶湯供給装置から溶湯の圧送によってストーク内の溶湯面を押し上げてキャビティ内に充填することから、各鋳造サイクルにおいて定溶湯面位置の溶湯面からキャビティまでの距離が一定に維持される。この結果、各鋳造サイクルにおいてストーク内で溶湯面を押し上げてキャビティ内に充填する充填圧力制御を鋳造毎に調整する必要がなく作動制御の簡素化が得られる。また、定溶湯面位置からキャビティ内の高速充填湯面位置まで加圧ポット減圧加圧手段を高圧加圧にして高速充填速度で充填することにより短時間でキャビティ内への溶湯充填が行われて溶湯の温度低下が抑制されてキャビティへの充填時の溶湯流動性がよく、また、高速充填湯面位置から充填完了まで加圧ポット減圧加圧手段を低圧加圧にして低速充填速度に切り換えて溶湯を充填することにより溶湯の乱流が有効的に沈静化でき、温度低下の少ない沈静化された溶湯がキャビティ内に充填されて内部に巻き込み欠陥のない高品質の鋳造が可能である。
【００２０】
また、溶湯が移動する際に、溶湯がストーク及びキャビティ内で空気に曝される時間が短く、酸化物の生成が極めて少なく抑制されて鋳造品の品質低下が回避され、かつストークの内周面に堆積する酸化物が抑制されて溶湯通路断面積が確保されて湯口からの押し湯効果が確保されて鋳造作業の効率化が得られる。
【００２１】
請求項２に記載に発明は、請求項１の低圧鋳造装置の鋳造方法において、前記定溶湯面位置は、前記ストークの上端乃至上端近傍に設定されたことを特徴とする。
【００２２】
請求項２の発明によると、定溶湯面位置をストークの上端乃至上端近傍に設定することによって、充填の際の溶湯の移動距離がより短くなり溶湯の温度低下がより抑制され、かつ溶湯が移動する際のストーク内の空気に曝される時間の短縮が図られて酸化物の生成が減少する。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２の低圧鋳造装置の鋳造方法において、前記定溶湯面位置から高速充填湯面位置までの溶湯供給は、予め設定された溶湯供給時間で設定されたことを特徴とする。
【００２４】
請求項３の発明によると、定溶湯面位置から高速充填湯面位置までの溶湯供給を、予め実験等によって確認された溶湯供給時間により設定することにより、容易に安定的に作動制御することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による低圧鋳造装置の鋳造方法の実施の形態をアルミニウム合金の鋳造を例に図１乃至図８を参照して説明する。
【００２８】
図１は、保持炉１０及び鋳造機４０を備えた低圧鋳造装置１の概念図であり、図２は鋳造機４０の要部を示す図１のＡ部拡大図である。
【００２９】
保持炉１０は、溶湯保温炉に支持されて溶湯６０を保持する溶湯保持るつぼ１１を有し、溶湯保持るつぼ１１の上方を覆うるつぼ蓋１２に溶湯供給装置１５が吊下支持されている。
【００３０】
溶湯供給装置１５は、るつぼ蓋１２に吊下支持され、上端が加圧ポット蓋１７によって密閉されて下部が溶湯保持るつぼ１１内に貯留されたアルミニウム合金の金属溶湯６０内に浸漬される有底筒状の加圧ポット１６を有している。
【００３１】
加圧ポット１６の底部には溶湯保持るつぼ１１内と連通する吸込口１６ａが穿設されている。加圧ポット１６の側部下端近傍には、先端が鋳造機４０のストーク４２の下端に連通する給湯管１８の基端に穿設された吐出口１８ａが開口している。これら吸込口１６ａ及び吐出口１８ａは、各々加圧ポット蓋１７に設けられたアクチュエータ１９及び２０によって駆動される吸込口側弁体１９ａ及び吐出口側弁体２０ａによって開閉される。
【００３２】
更に、溶湯供給装置１５には加圧ポット１６内の圧力を制御する加圧ポット減圧加圧手段２２が設けられている。加圧ポット減圧加圧手段２２は、図３に加圧回路図を示すように比較的高圧の圧力ガス体、本実施の形態では比較的高圧Ｐ１の圧縮空気が高圧ガス供給源２４から高圧加圧弁２６が介在する供給管路２５を介して高速充填速度で加圧ポット１６内に送り込む高圧加圧手段２３と、後述する充填保持圧Ｐ２となる比較的低圧の圧縮空気を低圧ガス供給源２８から低圧加圧弁３０が介在する供給管路２９を介して低速充填速度で加圧ポット１６内に送り込む低圧加圧手段２７と、排気弁３４が介在する排出管路３３を介して加圧ポット１６に連通して減圧タンク３２によって加圧ポット１６内を減圧する減圧手段３１と、加圧ポット１６内の圧力を検知すると共に該検知圧力に基づいて低圧加圧弁３０及び排気弁３４を開閉制御する圧力センサ３５によって形成されている。
【００３３】
また、加圧ポット１６内には加圧ポット１６内の溶湯６０の溶湯液面６０ａを検出するレベルセンサ３６が配設されている。なお、これら溶湯供給装置１５の各作動制御は、制御部（図示せず）によってなされる。
【００３４】
一方、鋳造機４０は、基台４１に取付支持されて上下に延在する筒状のストーク４２を有し、ストーク４２の下端に保持炉１０から導かれた給湯管１８の先端が接続されている。
【００３５】
ストーク４２の上方に金型４５が設置されている。本実施の形態における金型４５は、基台４１に結合されかつストーク４２に締結された下型４６と、油圧シリンダ等の金型作動機構（図示せず）によって下型４６に対して接離可能に昇降する上型４７と、金型作動機構によって互いに接離する水平方向に移動可能な横型４８、４９によって構成され、下型４６、上型４７、横型４８及び４９の各キャビティサイド４６ａ、４７ａ、４８ａ、４９ａによってキャビティ５０を形成している。
【００３６】
下型４６には、上下方向に延在してストーク４２側とキャビティ５０側とを連通し、かつ中間部の開口面積が比較的小さく上方及び下方に移行するに従って次第に膨大する湯口５１が形成されている。
【００３７】
金型４５には湯口５１内の上部位置に予め設定された温度測定点ａの温度を検知する温度測定手段が設けられている。温度測定手段は例えば、上型４７に配置される鋳抜きピン等に内装された熱電温度計によって構成することができる。
【００３８】
この温度測定点ａの温度は、ストーク４２内の溶湯６０の溶湯面６０ａが上昇して温度測定点ａに接近するに従って上昇することから、所定位置の溶湯面６０ａにおける温度測定点ａの位置、例えば後述する定溶湯面位置Ｌまで上昇した溶湯面６０ａの位置を検出することができる。この温度測定手段によって検知された溶湯面６０ａの位置は、溶湯面検出信号として上記溶湯供給装置１５の制御部に送られる。
【００３９】
また、この温度測定点ａの温度は、キャビティ５０内に注湯された溶湯６０の溶湯熱によって最高値に達した後に、溶湯６０が上端或いは先端から凝固を開始して次第に下降することから、湯口５１まで凝固が進行した時点の温度測定点ａの温度を予め実験的に確認して設定しておき、この温度に達した時点で温度測定手段から注湯時間解除信号として制御部に発進する。更に、凝固が進行して温度測定点ａの温度が降下し続けて、凝固して鋳物となったものが金型４５を離型しても変形やかじりが発生しない温度まで降下した時点の温度を予め実験的に確認して設定しておき、この温度に達した時点で温度測定手段から制御部に凝固時間解除信号を制御部に発する。
【００４０】
なお、保持炉１０と鋳造機４０のストーク４２間に配置される給湯管１８は、外周が給湯管用ヒータ５５によって被覆されて加熱及び保温され、かつストーク４２も外周がストーク用ヒータ５６によって被覆されて加熱及び保温される。この給湯管用ヒータ５５及びストーク用ヒータ５６は一体のヒータによって形成することもできる。
【００４１】
次に、このように構成される低圧鋳造装置１による鋳造方法について図４に示す湯詰め動作フローチャート及び図５に示す充填動作フローチャート及び図６に示す充填加圧パターン説明図を参照して説明する。
【００４２】
金型４５のキャビティ５０内への溶湯６０の注湯に先だって鋳造機４０のストーク４２の所定の高さ位置、例えばストーク４２の上端乃至上端近傍位置に設定された充填開始湯面位置となる定溶湯面位置Ｌに溶湯６０が達するまで湯詰めを行う。
【００４３】
この湯詰め動作を図４の湯詰め動作フローチャートに従って説明する。予め、保持炉１０の溶湯保持るつぼ１１内にアルミニウム合金を溶解した溶湯６０を注湯し、所定量貯留して準備する。
【００４４】
制御部からの指示により吐出口側弁体２０ａによって給湯管１８の基端に開口する吐出口１８ａを閉じる（ステップＳ１）。続いて吸込口側弁体１９ａによって閉鎖していた加圧ポット１６の底部の吸込口１６ａを開放して溶湯保持るつぼ１１内と加圧ポット１６内を連通する（ステップＳ２）。
【００４５】
次に、排気弁３４を開放して排出管路３３を介して減圧タンク３２により加圧タンク１６内を減圧し、吸込口１６ａから溶湯保持るつぼ１１内の溶湯６０を加圧ポット１６の上端近傍まで吸い込む（ステップＳ３）。加圧ポット１６の上端近傍まで溶湯６０が吸い込まれたことがレベルセンサ３６で検知されると、排気弁３４を閉じて減圧を停止し、かつ吸込側弁体１９ａによって吸込口１６ａを閉じる（ステップＳ４）。
【００４６】
次に、高圧加圧弁２６を開放して高圧ガス供給源２４から加圧ポット１６内に圧縮空気を供給して加圧ポット１６内の溶湯面を加圧し、かつ吐出口側弁体２０ａにより閉じられていた吐出口１８ａを開き（ステップ５）、加圧ポット１６内の溶湯６０を給湯管１８を通じてストーク４２の上端乃至上端近傍位置に設定された定溶湯面位置Ｌまで押し上げる（ステップＳ６）。この時の定溶湯面位置Ｌまで溶湯６０を押し上げる圧力を定溶湯面圧力とする。
【００４７】
この定溶湯面位置Ｌまでの溶湯６０の押し上げは、定溶湯面位置Ｌまで溶湯６０を押し上げる際、溶湯６０の押し上げに伴ってストーク４２内の溶湯面６０ａが温度測定点ａに次第に近づくと、温度測定点ａの温度が上昇し、この温度が予め実験的に得られた定溶湯面位置Ｌに溶湯面６０ａが位置する温度に達したことを温度測定手段によって検知することによって検出される。
【００４８】
温度測定手段によって定溶湯面位置Ｌまで押し上げられた溶湯面６０ａを検知する（ステップＳ７）と、その溶湯面検出信号が温度測定手段から制御部に送られ、高圧加圧弁２６を閉じて加圧ポット１６内の加圧を停止し、かつ同時に吐出口１８ａを吐出口側弁体２０ａによって閉じてストーク４２からの溶湯６０の逆流を防止して、定溶湯面圧力を維持することによって溶湯面６０ａを定溶湯面位置Ｌに保持する（ステップＳ８）。
【００４９】
ステップＳ１からステップＳ８までの湯詰め動作に続いて金型５０のキャビティ５０へ溶湯６０を充填する充填動作が開始される。
【００５０】
次に、充填動作について図５に示す充填動作フローチャート及び図６に示す充填加圧パターン説明図を参照して説明する。
【００５１】
吐出口側弁体２０ａによって吐出口１８ａを閉じてストーク４２内の溶湯６０の溶湯面６０ａが定溶湯面位置Ｌに保持された状態（ステップＳ１１）で、吸込口側弁体１９ａによって閉鎖していた吸込口１６ａを開放して加圧ポット１６内の定溶湯面圧力保持を開放する（ステップＳ１２）。
【００５２】
次に、排気弁３４を開放して排出管路３３を介して減圧タンク３２により加圧ポット１６内を減圧して、吸込口１６ａからキャビティ５０による１鋳造分の溶湯６０を加圧ポット１６内に吸い込む（ステップＳ１３）。加圧ポット１６内に１鋳造分の溶湯６０を吸い込むと、排出弁３４を閉じて減圧タンク３２による減圧を停止し、かつ吸込側弁体１９ａによって吸込口１６ａを閉じる（ステップＳ１４）。この加圧ポット１６内に吸い込み供給される１鋳造分の溶湯量は、予め実験的に求められ、加圧ポット１６に設けられたレベルセンサ３６によって一定位置までの吸い込みを検知することによって一定量を確保する。
【００５３】
続いて、図３に示すように低圧加圧弁３０及び排気弁３４を閉じた状態で高圧加圧弁２６を開き、高圧ガス供給源２４から高圧の圧縮空気を供給管路２５を介して加圧ポット１６内に送り込み溶湯面を加圧し、かつ吐出口側弁体２０ａによって閉鎖していた吐出口１８ａを開く（ステップＳ１５）。開放された吐出口１８ａから給湯管１８を通してストーク４２内に溶湯６０を圧送して溶湯面６０ａが定溶湯面位置Ｌから押し上げられキャビティ５０内への溶湯の高速充填が開始する。
【００５４】
この高圧加圧弁２６の開放による加圧ポット１６内の加圧は、図６の充填加圧パターン説明図に加圧ポット１６内の圧力を示すように、高圧ガス供給源２４から供給される高圧の圧縮空気によって急激に高められ、溶湯面が大きな高速充填圧力Ｐ１の加圧力で加圧される。この結果、溶湯６０が給湯管１８を通してストーク４２内に高圧で圧送されて溶湯面６０ａが定溶湯面位置Ｌから押し上げられてキャビティ５０内に予め設定された高速充填湯面位置Ｌ１まで高速充填速度で充填される（ステップＳ１６）。
【００５５】
この高速充填位置Ｌ１までの溶湯の高速での充填は、高圧加圧弁２６を開放から溶湯６０の溶湯面６０ａが高速充填湯面位置Ｌ１に押し上げに要する溶湯の充填時間を予め実験的に確認して設定しておき、この高速充填時間Ｔ１を経過した時点で制御部からの信号によって図７に示すように高圧加圧弁２６を閉じ、かつ排気弁３４を開き（ステップＳ１７）、キャビティ５０内への充填を停止すると共に減圧タンク３２により強制的吸引することによって図６に示すように加圧ポット１６内を急激に減圧させる。
【００５６】
加圧ポット１６内が減圧されて加圧ポット１６内の圧力が予め設定された充填保持圧Ｐ２より若干大きな充填保持圧力Ｐ２に補正圧力αを加算した圧力Ｐ２＋αを圧力センサ３５が検知する（ステップＳ１８）と、制御部からの信号によって図８に示すように排気弁３４を閉じ、かつ低圧加圧弁３０を開放して（ステップＳ１９）、低圧ガス供給源２８から低圧の圧縮空気を低速充填速度で加圧ポット１６内に供給して加圧ポット１６内を充填保持圧Ｐ２に保持する。このキャビティ５０内への溶湯の充填は、低圧の圧縮空気が供給されることから充填速度の低速化が得られる。
【００５７】
ステップＳ１６により加圧ポット１６内の減圧開始からステップＳ１９の低圧加圧弁３０を開放する間の急激に加圧ポット１６の減圧する間に、加圧ポット１６内の加圧力による溶湯面の加圧によって、溶湯６０が給湯管１８を通してストーク４２内に圧送されて溶湯面６０ａが図２に示す高速充填湯面位置Ｌ１からキャビティ５０内の充填が完了する充填完了湯面位置Ｌ２まで上昇してキャビティ５０が溶湯６０によって充填される。
【００５８】
ここで、仮にステップＳ１８において加圧ポット１６内の圧力が充填保持圧力Ｐ２まで減圧された時点で排気弁３４を閉じ、かつ低圧加圧弁３０を開放すると、慣性によって予め設定された充填保持圧Ｐ２より低下する。これを回避するために上記のように、ステップＳ１７により圧力Ｐ２に補正圧力αを加算した圧力Ｐ２＋αを圧力センサ３５が検出した時点で予め排気弁３４を閉じることによって加圧ポット１６内の圧力を充填保持圧Ｐ２に減圧することができる。この補正圧力αは、予め実験的に確認して設定しておく。
【００５９】
ステップＳ１８によって低圧加圧弁３０が開放され低圧ガス供給源２８からの圧縮空気を加圧ポット１６内に低速な充填速度で供給されて加圧ポット１６内が充填保持圧Ｐ２に保持される。このキャビティ５０内に充填された溶湯６０の溶湯熱により温度測定点ａの温度上昇が開始し、温度測定手段の検出温度が上昇する。
【００６０】
溶湯熱により温度測定点ａの温度が最高点、例えば６００℃に達した後、キャビティ５０内に充填された溶湯６０は上端から凝固を開始し、この凝固の進行に伴って温度測定点ａの温度は下降を開始する。
【００６１】
湯口５１の部分まで凝固が進行し、予め設定された温度測定点ａまで凝固が進行した時点の温度まで下降した温度、例えば５３０℃を温度測定手段が検知する（ステップＳ２０）と、温度検出手段から加圧保持解除信号を送り、低圧加圧弁３０を閉じ（ステップＳ２１）て、加圧ポット１６の加圧を停止して保持圧力を解除すると同時に吐出口１８ａを吐出口側弁体２０ａによって閉じてストーク４２からの溶湯６０の逆流を防止して、定溶湯面圧力を維持することによって溶湯面６０ａを定溶湯面位置Ｌに保持する（ステップＳ２２）。このステップ１８によって充填完了保持加圧弁２９を閉じてからステップＳ２０の低圧加圧弁３０を閉じるまでの時間が充填完了保持時間Ｔ２であって、この充填完了保持時間Ｔ２は予め実験等によって確認しておくことによって、時間によって管理することもできる。
【００６２】
更に、キャビティ５０内の凝固が進行して温度測定点ａの温度が降下し続けて、凝固して鋳物となったものが金型４５から離型しても変形やかじりが発生しない温度、例えば４９０℃を温度検出手段が検知すると、温度検出手段から凝固時間解除信号として制御部に信号を発し、金型４５を開き、キャビティ５０内で凝固した鋳物を取り出して１鋳造サイクルが完了する（ステップＳ２３）。しかる後、金型４５を閉じて次の溶湯充填待機状態にする。
【００６３】
続いて繰返し行われる充填動作は、吐出口側弁体２０ａによって吐出口１８ａを閉じてストーク４２内の溶湯面６０ａを定溶湯面位置Ｌに保持した状態で、吸込口側弁体１９ａによって吸込口１６ａを開放して加圧ポット１６内の定溶湯面の圧力を開放するステップ１１から、金型４５を開き、キャビティ５０内で凝固した鋳物を取り出すステップ２１を経て金型４０を閉じて次の溶湯充填待機状態にするステップ１１からステップ２１を繰り返すことによって、連続して鋳造が繰り返し行われる。
【００６４】
上記低圧鋳造装置の鋳造方法によると、ストーク４２からの逆流を防止してキャビティ５０の直下でストーク４２内の溶湯面６０ａが定溶湯面位置Ｌに維持された状態で、溶湯供給装置１５からの溶湯６０の押し出しによってストーク４２内の溶湯面６０ａを押し上げてキャビティ５０内に充填することから、各鋳造サイクルにおいて定溶湯面位置Ｌの溶湯面６０ａからキャビティ５０までが近く、押し上げによる定溶湯面位置Ｌからの溶湯６０の移動距離が短く、かつ定湯面位置Ｌからキャビティ５０内の高速充填湯面位置Ｌ２まで高速充填することにより、短時間でキャビティ５０内への溶湯充填が行われる。この結果、溶湯６０の温度低下が抑制され、キャビティ５０内に注湯される溶湯６０の温度が維持されて、キャビティ５０への充填時の溶湯流動性がよく、また、キャビティ５０の高速充填湯面位置Ｌ２まで高速充填された溶湯６０を急激に充填保持圧Ｐ２に切り換えることにより溶湯６０の乱流が有効的に沈静化でき、温度低下の少ない沈静化された溶湯６０がキャビティ５０内に充填されて、湯回り性に優れ、内部に巻き込み欠陥のない高品質の鋳造が可能である。
【００６５】
この湯回り性が確保されることから、例えば従来の低圧鍛造では不可能であった肉厚２ｍｍの薄肉鋳物の連続した安定生産が可能になり、薄肉鋳物の鋳造が可能になることから、鋳物の軽量化が可能になる。なお、本実施の形態による鋳造装置１によると、従来９ｋｇのシリンダヘッドを１．２ｋｇ（１３％）軽量化することができた。
【００６６】
更に、充填時の溶湯６０の移動時間が極めて短く、溶湯６０が移動する際のストーク４２及びキャビティ５０内で空気に曝される時間が短く、酸化物の生成が極めて少なく、酸化物が溶湯６０に巻き込まれることによる鋳造品の品質低下を招くことが回避され、かつストーク４２の内周面に堆積する酸化物が抑制されて溶湯通路断面積が確保され、湯口からの押し湯効果が確保されて鋳造作業の効率化が得られる。
【００６７】
また、定溶湯面位置Ｌから高速充填湯面位置Ｌ１までの高圧により高速で行われる充填に要する高速充填時間Ｔ１、高速充填湯面位置Ｌ１から充填完了液面位置Ｌ２までの低速充填に要する充填完了保持時間Ｔ２を予め実験等によって確認しておくことによって、溶湯供給装置１５の高圧加圧弁２６、低圧加圧弁３０、排気弁３４の作動を時間によって管理することができ、各作動制御の簡素化が可能になると共に、溶湯６０の充填速度を制御することができる。
【００６８】
また、定溶湯面位置Ｌからキャビティ５０内の高速充填湯面位置Ｌ１まで溶湯６０を高速で充填することから、注湯時間Ｔの大幅な短縮が可能になり、鋳造作業効率の向上が期待できる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明した低圧鋳造方法及び低圧鋳造装置によると、保持炉に設けられた溶湯供給装置によって、溶湯保持るつぼ内に貯留された溶湯をストーク内に圧送して逆流が防止されたストーク内の溶湯面が定溶湯面位置に維持された状態で、溶湯供給装置から溶湯の圧送によってキャビティ内に充填することから、各鋳造サイクルにおいて定溶湯面位置の溶湯面からキャビティまでの距離が一定であり、各鋳造サイクルにおいてストーク内の溶湯面を押し上げてキャビティ内に充填する充填圧力制御を鋳造毎に調整する必要がなく作動制御の簡素化が得られる。また、定溶湯面位置からキャビティ内の高速充填湯面位置まで加圧ポット減圧加圧手段を高圧加圧にして高速で充填することにより短時間でキャビティ内への溶湯充填が行われて溶湯の温度低下が抑制され、充填時の溶湯流動性がよく、更に加圧ポット減圧加圧手段を低圧加圧にして溶湯を低速での充填に切り換えることにより溶湯の乱流が有効的に沈静化でき、内部に巻き込み欠陥のない高品質の鋳造が可能である。
【００７０】
また、溶湯が移動する際のストーク及びキャビティ内で空気に曝される時間が短く、酸化物の生成が極めて少なく鋳造品の品質低下を招くことが回避され、かつストークの内周面に堆積する酸化物が抑制されて溶湯通路断面積が確保されて湯口からの押し湯効果が確保されて鋳造作業の効率化が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による鋳造方法に使用される低圧鋳造装置の概念図である。
【図２】同じく、図１のＡ部拡大図である。
【図３】同じく、加圧減圧手段の加圧回路図である。
【図４】同じく、湯詰め動作フローチャートである。
【図５】同じく、充填動作フローチャートである。
【図６】同じく、充填加圧パターン説明図である。
【図７】同じく、加圧減圧手段の作動を説明する加圧回路図である。
【図８】同じく、加圧減圧手段の作動を説明する加圧回路図である。
【図９】従来の低圧鋳造装置の概念図である。
【図１０】同じく、従来の充填圧力の圧力補正の説明図である。
【図１１】同じく、従来の充填圧力の圧力補正の説明図である。
【符号の説明】
１ 低圧鋳造装置
１０ 保持炉
１１ 溶湯保持るつぼ
１５ 溶湯供給装置
１６ 加圧ポット
１６ａ 吸込口
１７ 加圧ポット蓋
１８ 給湯管
１８ａ 吐出口
１９ａ 吸込口側弁体
２０ａ 吐出口側弁体
２２ 加圧ポット減圧加圧手段
２３ 高圧加圧手段
２４ 高圧ガス供給源
２５ 供給管路
２６ 高圧加圧弁
２７ 低圧加圧手段
２８ 低圧ガス供給源
２９ 供給管路
３０ 低圧加圧弁
３１ 減圧手段
３２ 減圧タンク
３４ 排気弁
３５ 圧力センサ
４０ 鋳造機
４１ 基台
４２ ストーク
４５ 金型
５０ ヒャビティ
５１ 湯口
６０ 溶湯
ａ 温度測定点
Ｌ 定溶湯面位置
Ｌ１ 高速充填湯面位置
Ｌ２ 充填完了湯面位置
Claims (3)
- 上下方向に延在するストークと、該ストークの上端に湯口を介して連続するキャビティが形成された金型と、溶湯が貯留される溶湯保持るつぼ、該溶湯保持るつぼ内に貯留された溶湯に下部が浸漬された密閉状態の加圧ポット、該加圧ポットと前記ストークの下端とを連結する給湯管、前記加圧ポットの下部に穿設された吸込口を開閉する吸込口側弁体、前記加圧ポット内に開口する前記給湯管の吐出口を開閉する吐出口側弁体及び、前記加圧ポット内を減圧及び加圧する加圧ポット減圧加圧手段を備えた保持炉と、を備えた低圧鋳造装置の鋳造方法であって、
前記吐出口を閉じかつ前記吸込口を開いて前記加圧ポット減圧加圧手段により加圧ポット内を減圧して吸込口から溶湯保持るつぼ内の溶湯を加圧ポット内に吸引する第１の工程と、
次いで、前記吸込口を閉じて加圧ポット減圧加圧手段によって加圧ポット内を加圧すると共に吐出口を開放して加圧ポット内の溶湯を前記給湯管を介してストーク内に圧送し、予めストーク内に設定された定溶湯面位置に押し上げて保持する第２の工程と、
次いで、該定溶湯面位置に溶湯面を保持した状態から、前記キャビティ内に予め設定された高速充填湯面位置まで、前記加圧ポット減圧加圧手段を高圧加圧にし、高速充填速度で溶湯を充填する第３の工程と、
次いで、該高速充填湯面位置から充填完了まで、前記加圧ポット減圧加圧手段により、予め設定された充填保持圧力に補正圧力を加算した値まで吸引減圧した後、低圧加圧にし、低速充填速度で溶湯を充填する第４の工程を備えたことを特徴とする低圧鋳造装置の鋳造方法。 - 前記定溶湯面位置は、前記ストークの上端乃至上端近傍に設定されたことを特徴とする請求項１に記載の低圧鋳造装置の鋳造方法。
- 前記定溶湯面位置から高速充填湯面位置までの溶湯供給は、予め設定された溶湯供給時間で設定されたことを特徴とする請求項１または２に記載の低圧鋳造装置の鋳造方法。
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