JPH0329498B2

JPH0329498B2 -

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Publication number: JPH0329498B2
Application number: JP57174016A
Authority: JP
Priority date: 1982-10-05
Filing date: 1982-10-05
Publication date: 1991-04-24
Also published as: JPS5964149A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ダイカストマシン等の金型鋳造装置
において、金型鋳造を行つてから型開を行うまで
の型開時間を制御する金型鋳造における鋳物冷却
時間の制御装置に関するものである。

［従来技術］金型鋳造における金型からの鋳物の取出は、金
型内の鋳物の温度が、使用した溶湯の凝固特性で
決定されるある所定の理想温度まで降下した時点
で行うようにしなければならない。もし、この理
想温度よりも高い温度のときに型開して鋳物を取
出すと、鋳物の型離れが悪く、金型を損傷して金
型の寿命を縮める原因になるとともに、取出した
後の鋳物の歪み率や収縮率が大きくて寸法精度が
安定せず、不良率の増大、品質のばらつき幅の増
大が生じる。勿論、金型内の溶湯がまだ充分に凝
固していない時に型開を行えば、鋳物の破裂や金
型への焼付けを生じるし、危険でもある。また、
逆に、金型内の鋳物の温度が前記理想温度まで降
下した後、いつまでも鋳物を金型内に留めておく
ことは、いたずらに鋳造サイクル時間を増加させ
るだけで、単位時間当りの鋳造個数を減少させる
結果となる。

金型内の鋳物の温度が理想温度まで降下したか
どうかは金型内の鋳物の温度を直接計測すること
が一番理想的であり確実であるが、現在のとこ
ろ、この直接計測する手段には適当なものがな
い。

そこで、従来は、金型内に射出された溶湯が金
型に熱を奪われて凝固し、理想温度まで降下する
までに要する時間を予備試験で決定し、その時間
をセツトしたタイマを溶湯射出信号で始動させ、
型開と鋳物取出時間の目安としている。あるい
は、溶湯が射出された後の金型の温度変化の推移
を感熱素子で検知させ、その指示温度推移を監視
して、間接的に金型中の鋳物の冷却状態を推定す
る等の方法がとれている。

［本発明が解決しようとする課題］しかしながら、前記タイマによる方法では、鋳
造を重ねていくにしたがつて、各鋳造サイクルに
おける電気射出時点の金型初期温度が次第に上昇
していくこと、および、各鋳造サイクルにおける
金型内の溶湯の冷却速度特性は金型の初期温度に
よつて変わり、金型の初期温度が高くなると溶湯
の冷却速度が低下するから、鋳造を重ねるにつれ
て、タイマに設定した時間と実際の所望冷却時間
との間にずれが生じ、かつ、そのずれが次第に大
きくなるので、常に良好な状態での型開や鋳物の
取出が行えなくて、極めてラフな管理しか行えな
い。また、前記金型温度監視法は、前記タイマ法
よりは比較的に管理精度は良いが、作業者の勘に
よる目安管理の域を脱しきれず、実際の温度管理
幅も理想温度±50〜150℃と大きくなり、充分で
はない。

また、鋳造した鋳物が型開開始に適した温度に
まで低下したことを知る場合に、必ずしも、金型
キヤビテイの内壁面に接している鋳物の表面の温
度を知れば良いと言うものではなく、鋳物の形
状、寸法、厚さ等の違いによつては、金型キヤビ
テイ内の溶湯や鋳物の内部の最終凝固点などのよ
うな所定の位置の温度を知り、その重要な部分の
位置の温度が充分な温度にまで低下したか否かを
知る必要がある。

［課題を解決するための手段］本発明は、これらの欠点をなくすためのもので
あり、金型内の鋳壁面穴近傍に取付けられた温度
検知素子により測定された金型温度の時間的変
化、すなわち、微係数により溶湯温度を予測し、
その予測温度が、金型、鋳造条件等に基づき決定
される最適な冷却状態の温度に達すると、金型操
作装置に型開指令を出力して金型の型開動作を行
うようにして、より充分な鋳物冷却時間の制御を
行い、満足のいく型開や鋳物取出を行いうるよう
にしたものである。

また、ダイカストマシン等で金型鋳造を行う場
合、鋳物の冷却時間は鋳物の場所によつて異なる
ので、鋳物の内部のどこの位置の温度を見て制御
ならびに管理するということは大切なことでもあ
り、この温度管理場所も製品によつて異なり、特
に、厚物製品や複雑な製品ではこの傾向が強い。
したがつて、本発明では、溶湯や鋳物の内部の所
定の位置の温度を推定して、鋳物冷却時間の制御
に活用し得るようにした。

そして、具体的には、金型の鋳壁面近傍の温度
に対応した電気信号を出力する温度検出素子８
と、その電気信号を所定の電圧信号または電流信
号に変換する入力変換回路１０と、この入力変換
回路１０の出力信号を時間により微分する微分回
路１１と、この微分回路１１の出力信号の符号を
反転させる反転回路１２と、この反転回路１２の
出力信号に溶湯の内部または溶湯の表面の所定の
位置と鋳壁面近傍の温度検出点との代表長さΔL
を掛ける第１の乗算器１４と、この第１の乗算器
１４の出力信号に補正係数Ａを加算する第１の加
算器１６と、この第１の加算器１６の出力信号に
前記代表長さΔLおよび金型の密度ρと比熱Ｃの
積を熱伝導率λで除した値を掛ける第２の乗算器
１７と、この第２の乗算器１７の出力信号に補正
係数Ｂを加算する第２の加算器１９と、この第２
の加算器１９の出力信号と前記入力変換回路１０
の出力信号を加算することにより溶湯温度に対応
した予測信号を算出する第３の加算器２０と、こ
の第３の加算器２０の出力信号と、金型、鋳造条
件等に基づく設定温度を設定する設定器２１から
の出力信号とを比較し、溶湯温度の予測信号が設
定器２１の出力信号に達するとON信号を出力す
る比較器２２と、前記反転回路１２または微分回
路１１の出力信号の符号を判定し、反転回路１２
の出力信号の符号が正の場合または微分回路１１
の出力信号の符号が負の場合にON信号を出力す
る符号判定回路２３と、この符号判定回路２３の
出力信号がON信号のときに前記比較器２２の出
力ON信号を入力させて出力信号を出力させるゲ
ート回路２４と、このゲート回路２４の出力信号
により金型の型開動作を行う金型操作装置２５を
備えた。

［作用］金型キヤビテイ内に溶湯を射出したとき、金型
の鋳壁面近傍に設置した温度検出素子で、その設
置位置における金型の温度Ｔを測定する。

一方、金型キヤビテイ内の溶湯ないしはそれが
冷却凝固しつつあるあるいはすでに凝固している
鋳物の内部の温度を知りたい所定の位置を定め
て、その点と金型内の温度測定点との間の距離
ΔLや、金型の密度ρ、比重Ｃ、熱伝導率λや、
あらかじめ行つた実験結果などで得た係数Ａ，Ｂ
をコンピユータに入力しておいて、本装置を用い
て順次演算していけば、鋳物内の所定の点の温度
T_Mが求まる。

そして、この温度T_Mが、あらかじめ設定して
おいた設定温度Tsetまで低下したら、鋳物はそ
の内部まで型開や製品取出に充分に耐えうる状態
になつたことになるので、金型操作装置２５を作
動させて型開を行い、その後、可動金型から鋳物
を押出す。

［実施例］つぎに、図面に示した実施例によつて、本発明
を詳細に説明する。

第１図において、１は固定盤、２は可動盤、３
は固定金型、４は可動金型、５は射出スリーブ、
６は射出プランジヤ、７はキヤビテイであり、射
出スリーブ５内に給湯した溶湯を射出プランジヤ
６の作用でキヤビテイ７内に鋳込んで所望の形状
の鋳物を得る。

金型３，４の鋳壁面近傍、例えば、可動金型４
内において、キヤビテイ７内壁面の一部からの距
離が約数mm〜10mm程度の所に、温度検出素子８を
設けた。この温度検出素子８では、金型４の鋳壁
面近傍の金型温度Ｔを測定し、その温度Ｔに対応
した電気信号を出力しうるようにした。１０はそ
の電気信号を所定の電圧信号または電流信号に変
換する入力変換回路、１１は入力変換回路１０の
出力信号を時間により微分する微分回路、１２は
該微分回路１１の出力信号の正負の符号反転させ
る反転回路、１３は溶湯の内部または溶湯の表面
の所定の位置と鋳壁面近傍の温度検出点との代表
長さΔLを設定する設定器、１４は前記反転回路
１２の出力信号に前記代表長さΔLを掛ける第１
の乗算器、１５はこの乗算器１４の出力信号に加
算する補正係数Ａを設定する設定器、１６は乗算
器１４の出力信号に補正係数Ａを加算する第１の
加算器、１７ａは、金型の密度ρ、比熱Ｃ、熱伝
導率λをそれぞれ設定するか、ないしは金型の密
度ρと比熱Ｃを掛けた値を熱伝導率λで割つた値
を設定する設定器、１７は加算器１６の出力信号
に前記代表長さΔLとρC／λを掛ける第２の乗算
器、１８は乗算器１７の出力信号に加算する補正
係数Ｂを設定する設定器、１９は乗算器１７の出
力信号に補正係数Ｂを加算する加算器である。２
０は該加算器１９の出力信号と前記入力変換回路
１０の出力信号を加算することにより溶湯温度に
対応した予測信号を算出する加算器、２１は金
型、鋳造条件等に基づく設定温度Tsetを設定す
る設定器、２２は加算器２０の出力信号と設定器
２１からの出力信号とを比較し、溶湯温度T_Mの
予測信号が設定器２１の出力信号に達するとON
信号を出力する比較器である。２３は前記反転回
路１２の出力信号の符号を判定し、正の場合に
ON信号を出力する符号判定回路、２４は該符号
判定回路２３の出力信号がON信号のときに前記
比較器２２の出力ON信号を入力させて出力信号
を出力させるゲート回路、２５は該ゲート回路２
４の出力信号により金型の型開動作を行う金型操
作装置である。なお、符号判定回路２３へは、場
合によつては微分回路１１の出力信号を出力し
て、その正負の符号を判別し、微分回路１１の出
力信号の符号が負の場合にON信号を出力するよ
うにすることもできる。

なお、本発明において、入力変換回路１０、微
分回路１１、反転回路１２、設定器１３，１５，
１７ａ，１８、第１の乗算器１４、第１の加算器
１６、第２の乗算器１７、第２の加算器１９、第
３の加算器２０、溶湯温度設定用の設定器２１、
比較器２２、符号判別回路２３、ゲート回路２
４、金型操作装置２５を第１図に示し、かつ、前
記したように組込んで構成したのは、後記する(2)
式に示した計算式にのつとつた順次行う演算によ
つて、金型キヤビテイ７内の溶湯または鋳物の内
部の所望の位置の温度T_Mを知り得るようにした
ためである。勿論、これらの演算は、コンピユー
タで行う。そして、比較器２２に入力される演算
で求められた溶湯温度T_Mが、設定器２１に設定
しておいた設定温度Tsetの値まで下つたことを、
比較器２２で比較判定することによつて検知した
ら、型開動作を行う。

本発明では、金型４の鋳壁面近傍温度Ｔを測定
すると同時に、その温度の時間ｔに対する変化割
合∂T／∂tを演算し、この温度の時間的変化率
∂T／∂tと温度勾配の変化率∂²／∂x²が比例する
ことを利用して鋳壁面近傍の温度勾配および温度
分布を近似計算し、この温度分布より金型内溶湯
温度を予測演算する。

なお、溶湯が最適な冷却状態に近づくと、鋳壁
面近傍温度の時間的変化率∂T／∂tが小さくなり、
したがつて、温度勾配の変化率∂²T／∂x²も小さ
くなつているので、∂T／∂xはほぼ一定とみなす
ことができ、その結果、後記する(2)式を導き出し
た。そして、鋳壁面近傍温度の測定値から金型内
溶湯温度を予測演算するようにした。

そして、この予測溶湯温度が、金型、鋳造条件
等に基づきあらかじめ設定されている設定温度に
達したなら、金型の型開を行う。

つぎに、金型内の鋳壁面近傍の測定温度から溶
湯温度を予測する方法について述べる。

第２図に示すように、金型４の鋳壁面に対して
略垂直にとつたｘ座標軸に沿つて金型４内の温度
分布を一次元で近似して表わすと、(1)式のように
なる。

ρC∂T／∂t＝λ∂²T／∂x² ……(1) ここで、Ｔ：金型内温度ｔ：時間、ｘ：ｘ座標 ρ：金型の密度（Kg／m³）Ｃ：金型の比熱（ｋ cal／Kg・℃） λ：金型の熱伝導率（ｋ cal／ｍ・
ｈ・℃）なお、第２図中、４は金型、２６は溶湯、Ｘは
温度測定点、Ｔは金型４内の鋳壁面近傍の温度測
定点Ｘの金型温度、T_Mはキヤビテイ内壁面の一
部から所定の距離だけ離れた溶湯内部の点Ｍの溶
湯温度、Ｌ，Ｌ＋ΔLはｘ座標におけるＸ点と溶
湯のある点Ｍの位置であり、ΔLはこれらの両方
の点間の距離を示す。

一方、鋳壁面近傍温度の時間的変化状況は第３
図のようになる。第３図において、横軸は時間
ｔ、縦軸は温度Ｔを示す。t₀は金型４，５内に溶
湯を射出終了した時点を示す。第３図に示すよう
に時刻t₁を境にして温度の時間微分は符号が反転
するため、時間微分を用いて溶湯温度を予測する
場合には、t₀〜t₁間で型開動作を行う恐れがある
ので、温度の時間微分の符号により型開動作を行
う期間をt₁以後になるようにする必要がある。ま
た、最適な冷却状態になる時刻t₂の付近では温度
の時間微分は小さくなつており、これは温度分布
が直線に近くなつていることを表わしている。

以上のことを考慮して、温度分布を直線近似と
し、(1)式を解くと次のようになる。 T_M−Ｔ＝
ΔT＝ρC／λ∫^L+〓^L _L∫^L+〓^L _L∂T／∂tｄ×dx ＝ρC／λ∫^L+〓^L _L（∂T／∂t・ΔL＋Ａ）dx ＝ρC／λ（∂T／∂t・ΔL＋Ａ）・ΔL＋Ｂここで、Ａ，Ｂは補正係数である。

この補正は、非線形の補正、および、密度、比
熱、熱伝導率が金型と溶湯で異なるための補正で
あり、また、ある点の溶湯温度T_Mは、元来、三
次元的に伝わるものであるが、ここでは、これを
一次元的に伝わるものだけを取出して、金型部の
一点の温度のみを測定してこれを求めているの
で、そのための補正も含んでいる。

したがつて、溶湯温度T_Mは、 T_M＝Ｔ＋ΔT ＝Ｔ＋ρC／λ（∂T／∂t・ΔL＋Ａ）・ΔL＋Ｂ…
…(2) となる。

したがつて、本発明では、(2)式の計算式にのつ
とつて順次演算し、所定位置の溶湯温度T_Mを求
め、あらかじめ設定したおいた設定温度Tsetと
比較し、また、所定位置の溶湯温度T_Mが設定温
度Tsetまで下つたら型開動作を自動的に行い得
るように、第１図に示し、かつ、前記したような
装置にした。

なお、例えば、SKD61や中炭素鋼等のような
熱間工具鋼を金型の材料として用い、アルミニウ
ム合金の溶湯をダイカストによつて金型キヤビテ
イ内に鋳込んでダイカスト製品を得る場合、溶湯
や金型の温度は、例えば、つぎのようになるよう
にする。

(1) 鋳込時の溶湯の温度約700℃ (2) 鋳込終了時の溶湯温度 600〜620℃ (3) 型開開示時の溶湯表面の温度約430℃ (4) 型開開示時の溶湯内部の温度T_M 約450℃ これは、対象とする溶湯内部の点Ｍの位置によ
つても異なる。

(5) 型開開示時の金型キヤビテイ内面の温度
約400℃ (6) 型開開示時の金型内部の温度測定点Ｘの金型
温度Ｔ約250〜330℃ この金型温度Ｔは、温度測定点Ｘの位置によつ
て、かなり大きく異なる。

なお、金型内の温度Ｔは、鋳造サイクルに応じ
て、例えば、第４図ａに示すように変化する。

第４図ａにおいて、横軸に時間ｔ（sec）、縦軸
に金型内部の温度Ｔ（℃）を取り、第４図ｂに示
すように、金型キヤビテイ７の内壁面から、例え
ば、１mm離れた点X₁、４mm離れた点X₂、16mm離
れた点X₃にそれぞれ温度検出素子８を埋設して
おき、横軸である時間軸の下に示したようなタイ
ミングと時間で、射出、型開、製品取出、金型冷
却用のシヤワー冷却、型締、注湯等の一連の動作
を行つたとき、金型４内の各測定点X₁，X₂，X₃
の金型温度Ｔは、第４図ａにそれぞれT₁，T₂，
T₃で示すように変化する。

この第４図ａからもわかるように、金型内の温
度測定点Ｘの違いによつて、温度の大きさや変化
状態は大きく変わる。したがつて、鋳物内部の温
度を知りたい点Ｍをどこにするかということとも
に、温度測定点Ｘの設定位置や点Ｍと点Ｘ間の距
離ΔLの値をどう選定するかが極めて重要になる。
なお、金型キヤビテイ７の内壁面と温度を知りた
い溶湯内部の点Ｍとの間の距離は、鋳造する鋳物
の形状、寸法、厚さ等によつて異なるが、通常は
10mm以下の値となることが多い。

また、通常、金型の密度ρは7.85×10³Kg／m³、
比熱Ｃは0.113k cl／Kg・℃、熱伝導率λは44k
cal／ｍ・ｈ・℃程度である。

また、補正係数Ａ，Ｂは、前記したように、密
度、比熱、熱伝導率が金型と溶湯で異なるための
補正で、また、三次元の立体的な温度分布を一次
元で(1)式のように近似化したことや、この近似式
からさらに(2)式のよいに近似化したことによる補
正で、例えば、第４図ａに示したような実験結果
等からあらかじめ求めておくことができる。な
お、この補正係数Ａ，Ｂは、例えば、Ａが180〜
200程度、Ｂが80〜95程度となる。

［発明の効果］本発明によれば、鋳造サイクル毎に金型の鋳壁
面近傍温度の時間的変化割合から金型内溶湯温度
を予測するための演算を行い、この予測溶湯温度
が最適冷却状態の温度に達したら、金型の型開操
作が行われるので、常に最適温度の冷却状態で鋳
込製品を金型から取出すことができる。したがつ
て、次のような効果が得られる。

(1) 鋳物の破裂や焼付きが防止され、かつ、鋳物
抜き抵抗を小さくして金型の寿命を著しく延長
することができる。

(2) 鋳造サイクルの鋳物取出温度にばらつきがな
い。そして、鋳物の寸法精度が安定化し、品質
を向上させることができる。

(3) 必要以上の冷却時間になることはないから、
単位時間当りの鋳造個数が増加し、能率が向上
する。

また、本発明においては、金型の鋳壁面近傍の
温度の時間的変化割合を演算するようにし、ない
しは、そのための微分回路を設けた制御装置にし
たので、金型内の温度測定点と溶湯のある点との
間の距離ΔLを用いて溶湯温度を求めることがで
きる。したがつて、金型温度の測定点をどこに変
えても、すなわち、熱電対をどこの位置に入れて
も溶湯温度を計算式によつて算出して推測するこ
とができる。このように、本発明では、温度の微
分を求めるようにしたので、温度の測定点を考慮
して溶湯の温度を求めることによつて、金型鋳造
を行つてから型開を行うまでの型開時間を常に良
好に制御することができる。

また、鋳物の冷却時間は鋳物の場所によつて異
なるので、鋳物の内部どこの位置の温度を見て制
御ならびに管理するかということは大切なことで
もあり、この温度管理場所も製品によつて異な
り、特に、厚物製品や複雑な製品ではこの傾向が
強い。

しかし、本発明では、温度を予測したい溶湯の
位置と金型内の温度測定点との間の距離ΔL等を
用いて溶湯温度を予想測定するようにしたので、
この距離ΔLを変えれば、いろいろな場所の温度
を推定することができ、鋳物の表面だけでなく、
鋳物の内部の所定の位置の温度など、鋳物の総て
の位置の温度を推定することができる。この鋳物
の内部の温度も推定できるということは、前記し
たように管理上重要なポイントであり、本発明に
おいては、金型内の温度測定位置すなわち温度検
出素子の設定位置を変更しないで、溶湯の温度管
理位置を容易に変更できるという優れた効果も有
している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示すブロツク線
図、第２図は金型鋳壁面付近の温度状態を説明す
るための金型部の縦断面図、第３図は金型部の温
度変化状態を示す時間−温度線図、第４図ａは鋳
造サイクル中の金型温度の変化状態を示す時間−
温度線図、第４図ｂは第４図ａに示した金型温度
の測定点を示す縦断面説明図である。１……固定盤、２……可動盤、３……固定金
型、４……可動金型、８……温度検出素子、１０
……入力変換回路、１１……微分回路、１２……
反転回路、１３，１５，１８，２１……設定器、
１４，１７……乗算器、１６，１９，２０……加
算器、２２……比較器、２３……符号判定回路、
２４……ゲート回路、２５……金型操作装置。

Claims

【特許請求の範囲】

１金型の鋳壁面近傍の温度に対応した電気信号
を出力する温度検出素子８と、その電気信号を所
定の電圧信号または電流信号に変換する入力変換
回路１０と、この入力変換回路１０の出力信号を
時間により微分する微分回路１１と、この微分回
路１１の出力信号の符号を反転させる反転回路１
２と、この反転回路１２の出力信号に溶湯の内部
または溶湯の表面の所定の位置と鋳壁面近傍の温
度検出点との代表長さΔLを掛ける第１の乗算器
１４と、この第１の乗算器１４の出力信号に補正
係数Ａを加算する第１の加算器１６と、この第１
の加算器１６の出力信号に前記代表長さΔLおよ
び金型の密度ρと比熱Ｃの積を熱伝導率λで除し
た値を掛ける第２の乗算器１７と、この第２の乗
算器１７の出力信号に補正係数Ｂを加算する第２
の加算器１９と、この第２の加算器１９の出力信
号と前記入力変換回路１０の出力信号を加算する
ことにより溶湯温度に対応した予測信号を算出す
る第３の加算器２０と、この第３の加算器２０の
出力信号と、金型、鋳造条件等に基づく設定温度
を設定する設定器２１からの出力信号とを比較
し、溶湯温度の予測信号が設定器２１の出力信号
に達するとON信号を出力する比較器２２と、前
記反転回路１２または微分回路１１の出力信号の
符号を判定し、反転回路１２の出力信号の符号が
正の場合または微分回路１１の出力信号の符号が
負の場合にON信号を出力する符号判定回路２３
と、この符号判定回路２３の出力信号がON信号
のときに前記比較器２２の出力ON信号を入力さ
せて出力信号を出力させるゲート回路２４と、こ
のゲート回路２４の出力信号により金型の型開動
作を行う金型操作装置２５を備えた金型鋳造にお
ける鋳物冷却時間の制御装置。