JPH0810873A - 金型材の特性検査装置 - Google Patents

金型材の特性検査装置

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JPH0810873A
JPH0810873A JP14784194A JP14784194A JPH0810873A JP H0810873 A JPH0810873 A JP H0810873A JP 14784194 A JP14784194 A JP 14784194A JP 14784194 A JP14784194 A JP 14784194A JP H0810873 A JPH0810873 A JP H0810873A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】検査によって得られた温度特性と金型装置を形
成して実際に鋳造成形した場合の温度特性が一致すると
ともに、迅速且つ簡便に金型材の適否を評価することが
可能な金型材の特性検査装置を提供すること。 【構成】金型材の特性検査装置10は、金型材18を初
期設定温度に加熱するヒータ20と、前記金型材18に
レーザビームLを照射して初期設定温度以上の最高温度
に加熱するレーザ発振器38と、前記金型材18が最高
温度に到達した後、該金型材18を冷却する冷却水供給
手段30と、前記ヒータ20並びにレーザビーム発振器
38による金型材18に対する加熱作用、および冷却水
供給手段30による冷却作用を制御する加熱・冷却制御
手段48とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋳造等の金型装置に用
いられる金型材の耐ヒートクラック等の特性を検査する
ための金型材の特性検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から鋳物を製造するために金型装置
が使用されている。例えば、前記金型装置に画成された
キャビティに加熱された溶湯を流入し、前記金型装置を
冷却した後、前記金型装置から鋳物が取り出される。こ
のような製造工程を連続して繰り返すことにより、鋳物
を大量に製造することができる。
【0003】ところで、前記金型装置は、加熱された溶
湯がキャビティ内に流入されることによって所定温度に
加熱され、その後、冷却水等の冷却手段を介して冷却さ
れる。前記のように鋳物を大量に製造する場合には、金
型装置に対する加熱および冷却が連続して繰り返され
る。このため、鋳物の製造に使用される金型装置は、加
熱作用および冷却作用の長期間の繰り返し使用に耐え得
るような材料によって形成されている。
【0004】前記金型装置の熱疲労特性を検査する方法
としては、図4に示されるように、金型装置に用いられ
る金型材2を所定の温度に加熱した後、前記金型材2を
水4または油に浸漬して冷却するという工程を手作業に
より行う。さらに、前記加熱および冷却工程を所定サイ
クルにわたって順次繰り返した後、金型材にヒートクラ
ック等が発生しているかどうかによって熱疲労特性を評
価し、金型装置を形成する材料としての適否を判断して
いる。
【0005】ここで、前記方法を使用した金型材2の温
度と時間との関係を図5に示す。図中において、特性曲
線A〜Dは、金型材2に対する加熱方法として種々の異
なる手段を採用した場合の温度特性であり、実線で示さ
れる特性曲線Aは、溶融した金属若しくは塩中に金型材
2を浸漬して加熱した場合、一点鎖線で示される特性曲
線Bは、高周波または低周波等の電波によって誘導加熱
した場合、破線で示される特性曲線Cは、金属粒子また
はセラミック粒子の流動層中に金型材2を浸漬して加熱
した場合、並びに二点鎖線で示される特性曲線Dは、高
温に加熱した炉中に金型材2を投入して加熱した場合を
夫々示している。
【0006】この場合、温度上昇率ΔTは、温度変化量
/時間によって求められ(特性曲線D参照)、各特性曲
線における温度上昇率ΔTは、特性曲線A、B、C、D
の順に小さくなっている。例えば、特性曲線Aの温度上
昇率ΔTA は1000℃/secであり、特性曲線Bの
温度上昇率ΔTB は300℃/sec、特性曲線Cの温
度上昇率ΔTC は200℃/sec、並びに、特性曲線
Dの温度上昇率ΔTDは10℃/secである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の検査
方法に用いた金型材2によって金型装置を製造し、この
金型装置を用いて実際に鋳物を鋳造成形した場合の温度
上昇率ΔTは、特性曲線Aに近似し、他の加熱手段によ
る特性曲線B〜Dとは異なるものであった。
【0008】前述のようにして金型材2に対する熱疲労
特性を検査する場合、その加熱手段によって得られる温
度上昇率ΔTの特性が夫々異なるとともに、金型材2か
ら得られた温度特性と前記金型材2によって形成された
金型装置を用いて実際に鋳造成形した場合の温度特性が
異なる場合があるという不都合がある。
【0009】また、前記検査方法では、加熱および冷却
作用を手作業によって行っているため、煩雑であるとと
もに、多くの労力と時間を費やさなければならないとい
う不都合がある。
【0010】本発明は、前記不都合を克服するためにな
されたものであり、検査によって得られた温度特性と金
型装置を形成して実際に鋳造成形した場合の温度特性が
一致するとともに、迅速且つ簡便に金型材の適否を評価
することが可能な金型材の特性検査装置を提供すること
を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、金型装置を形成する材料として適する
か否かを検査する金型材の特性検査装置であって、前記
金型材を初期設定温度に加熱する加熱手段と、前記金型
材にレーザビームを照射して初期設定温度以上の所定温
度に加熱するレーザビーム発生手段と、前記金型材が所
定温度に到達した後、該金型材を冷却する冷却手段と、
前記加熱手段並びにレーザビーム発生手段による金型材
に対する加熱作用、および冷却手段による冷却作用を制
御する加熱・冷却制御手段と、を備えることを特徴とす
る。
【0012】
【作用】上記の本発明に係る金型材の特性検査装置で
は、加熱・冷却制御手段による制御下に、加熱手段によ
って検査対象である金型材を初期設定温度に加熱した
後、レーザビーム発生手段によって所定温度まで加熱す
る。
【0013】前記加熱された金型材が所定温度に到達し
た後、加熱・冷却制御手段による制御下に、冷却手段を
介して金型材が初期設定温度まで冷却される。このよう
なレーザビーム発生手段および冷却手段による加熱・冷
却作用を連続して所定回数繰り返した後、金型材にヒー
トクラックが発生しているか否かを検査し、該金型材が
金型装置の材料として適するか否かの評価および材料選
定を行う。
【0014】
【実施例】次に、本発明に係る金型材の特性検査装置に
ついて好適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら
以下詳細に説明する。
【0015】図1は、本発明の実施例に係る金型材の特
性検査装置を示す概略構成図である。
【0016】この金型材の特性検査装置10は、矢印X
またはY方向に変位して開口部12を開閉するシャッタ
14を有し、箱状に形成されたカバー本体16と、前記
カバー本体16内に収容された金型材18とを含む。前
記金型材18の下部には、製造された金型装置(図示せ
ず)によって鋳造成形する際に初期設定温度まで加熱す
るヒータ20が設けられ、前記金型材18の上方には、
通路22を介してエアー供給手段24に接続される一対
のノズル26a、26bが所定間隔離間して設けられて
いる。前記ノズル26a、26bから金型材18に向か
ってエアーを噴射することにより金型材18に付着した
水滴等を吹き飛ばし、該金型材18を乾燥させることが
できる。前記カバー本体16の底面部は通路28を介し
て冷却水供給手段30に接続され、前記通路28は冷却
水を排水するための機能をも営む。なお、前記通路2
2、28中には、該通路22、28を開閉するためのバ
ルブ32、34が夫々介装されている。
【0017】前記カバー本体16の開口部12の上方に
はレーザビームLを照射する照射部36を含むレーザ発
振器38が設けられ、前記照射部36に近接して放射温
度計40が付設されている。前記レーザ発振器38と放
射温度計40との間には、レーザビームLの照射強度を
フィードバック制御するフィードバック回路42が接続
されている。
【0018】前記カバー本体16内に収容された金型材
18およびヒータ20には熱電対44を介して温度記録
計46が接続され、前記温度記録計46の一方には放射
温度計40が接続され、他方には加熱・冷却制御手段4
8(以下、単に制御手段48という)が接続されてい
る。この制御手段48は、ヒータ20およびレーザ発振
器38に夫々接続され、信号を導出することにより該ヒ
ータ20およびレーザ発振器38を付勢・滅勢する。さ
らに、前記制御手段48には、エアー供給手段24およ
び冷却水供給手段30が夫々接続され、ノズル26a、
26bから噴射されるエアーの供給量および冷却水の量
を夫々制御する。
【0019】本発明の実施例に係る金型材の特性検査装
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、図2に示されるフローチャートに基づいて動
作並びに作用効果を説明する。
【0020】先ず、カバー本体16内のヒータ20上に
検査対象となる金型材18をセットする(ステップS
1)。次に、制御手段48から信号を導出してヒータ2
0を付勢し、図3に示されるように、金型材18を室温
から初期設定温度T1 に到達するまで加熱する(ステッ
プS2)。なお、前記初期設定温度T1 は、金型材18
によって形成された金型装置(図示せず)に対し、溶湯
を注入する前の予熱温度を表している。前記加熱された
金型材18が初期設定温度T1 に到達したか否かは、熱
電対44を介して温度記録計46から導出される検出信
号に基づいて制御手段48によって判断される(ステッ
プS3)。金型材18が初期設定温度T1に到達してい
ない場合には、ヒータ20によって継続して加熱され
る。
【0021】金型材18が初期設定温度T1 に到達した
時、制御手段48から信号を導出してレーザ発振器38
を駆動し、照射部36からレーザビームLを金型材18
に照射する(ステップS4)。その際、ヒータ20は、
制御手段48から導出される信号によって滅勢される。
なお、この場合、シャッタ14は予め矢印Y方向に移動
してカバー本体16の開口部12が開成されているもの
とする。また、前記レーザビームLによる温度上昇率Δ
L は、例えば、3000℃/secとする。
【0022】前記金型材18は、図3に示されるよう
に、レーザビームLによって急速に加熱され、前記加熱
された金型材18の温度は放射温度計40によって測定
される(ステップS5)。制御手段48では、温度記録
計46を介して放射温度計40から導出される検出信号
に基づいて金型材18の加熱温度が最高温度T2 に到達
したか否かを判断し、金型材18が最高温度T2 に到達
していない場合には、レーザビームLの強度を増大させ
て金型材18の温度を上昇させる(ステップS6、S
7)。
【0023】このようにして、金型材18が最高温度T
2 に到達した時、制御手段48から信号を導出してレー
ザ発振器38を滅勢し、金型材18に対するレーザビー
ムLの照射を休止するとともに、図示しない変位手段を
駆動させ、シャッタ14を矢印X方向に移動させてカバ
ー本体16の開口部12を閉塞する(ステップS8)。
続いて、通路22、28中に介装されたバルブ32、3
4を夫々開成するとともに、制御手段48から信号を導
出して冷却水供給手段30を付勢し、前記通路28を通
じてカバー本体16内に冷却水を供給する(ステップS
9、S10)。
【0024】この結果、最高温度T2 に加熱された金型
材18は急速に冷却され、図3に示されるように、初期
設定温度T1 まで温度が急激に下降する。この時、制御
手段48を介してエアー供給手段24を付勢し、ノズル
26a、26bから噴射されるエアーによって金型材1
8が乾燥される。
【0025】以後、ヒータ20によって初期設定温度T
1 に保持された金型材18をレーザビームLによって最
高温度T2 まで急速に加熱する工程と、最高温度T2
到達した金型材18を冷却水によって急速に初期設定温
度T1 まで冷却する工程とを合わせて1サイクルとし、
このサイクルを所定回数連続して繰り返す(図3参
照)。
【0026】この結果、金型材18にヒートクラック等
が発生したか否かを検査する。金型材18にヒートクラ
ックが発生しない場合には、金型装置を形成するのに適
していると評価し、ヒートクラックが発生した場合に
は、不適であると評価する。
【0027】この場合、本実施例に係る金型材の特性検
査装置10の特性検査によって得られた温度特性は、金
型装置を形成して実際に鋳造成形した場合の温度特性と
略一致している。また、本実施例に係る金型材の特性検
査装置10は、従来技術のように、手作業により金型材
を加熱、冷却する必要がないため、迅速且つ簡便に金型
装置の材料としての適否並びに選定を行うことができ
る。
【0028】さらに、本実施例では、レーザビームLに
よって加熱される最高温度T2 を、金型装置が実際に使
用される状態の最高温度よりも高めに制御することによ
り、該金型装置の実際の使用条件よりも苛酷な検査条件
を設定して、より一層耐久性が向上した金型装置の材料
選定を行うことが可能となる。
【0029】
【発明の効果】本発明に係る金型材の特性検査装置によ
れば、以下の効果が得られる。
【0030】すなわち、従来技術のように、手作業によ
り金型材を加熱、冷却する必要がないため、迅速且つ簡
便に金型装置の材料としての適否並びに選定を行うこと
ができる。
【0031】また、本発明に係る金型材の特性検査装置
の特性検査によって得られた温度特性と、金型装置を形
成して実際に鋳造成形した場合の温度特性とを略一致さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る金型材の特性検査装置を
示す概略構成図である。
【図2】金型材の特性検査装置の動作を説明するフロー
チャートである。
【図3】図1の金型材の特性検査装置における加熱温度
と時間との関係を示す説明図である。
【図4】従来技術における金型材の特性検査方法を示す
説明図である。
【図5】図4の金型材の特性検査方法における温度特性
を示す説明図である。
【符号の説明】
10…金型材の特性検査装置 12…開口
部 14…シャッタ 16…カバ
ー本体 18…金型材 20…ヒー
タ 22、28…通路 24…エア
ー供給手段 26a、26b…ノズル 30…冷却
水供給手段 32、34…バルブ 38…レー
ザ発振器 40…放射温度計 44…熱電
対 46…温度記録計 48…加熱
・冷却制御手段

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金型装置を形成する材料として適するか否
    かを検査する金型材の特性検査装置であって、 前記金型材を初期設定温度に加熱する加熱手段と、 前記金型材にレーザビームを照射して初期設定温度以上
    の所定温度に加熱するレーザビーム発生手段と、 前記金型材が所定温度に到達した後、該金型材を冷却す
    る冷却手段と、 前記加熱手段並びにレーザビーム発生手段による金型材
    に対する加熱作用、および冷却手段による冷却作用を制
    御する加熱・冷却制御手段と、 を備えることを特徴とする金型材の特性検査装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6439764B1 (en) 1999-06-17 2002-08-27 Daimlerchrysler Ag Device and process for thermographic examination of functional surfaces of forming tools
WO2009040168A1 (de) * 2007-09-25 2009-04-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur ermittlung der thermoschockrobustheit und materialfestigkeit von sprödversagenden materialien
CN101995359A (zh) * 2010-09-18 2011-03-30 中国兵器工业集团第七○研究所 一种气缸盖激光热冲击测试装置及其测试方法
CN106769594A (zh) * 2016-12-05 2017-05-31 中国科学院力学研究所 一种热疲劳实验方法
CN110672651A (zh) * 2019-09-29 2020-01-10 浙江大学 一种压铸模具材料试件热疲劳试验装置

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