JPH09201663A - アルミニウム鋳造体の鋳型の予加熱方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクラップの比率が小さく、生産性の高い、
アルミニウム合金鋳造体の製造方法を提供する。 【解決手段】 アルミニウム合金鋳造体の製造方法お
よび装置である。鋳造体は、複数の永久使用タイプ、ま
たは半永久使用タイプの鋳型１０により鋳造され、この
際に前記の鋳型は鋳造操作の開始前に所定の温度にまで
予加熱される。また、この鋳型１０には、温度センサ３
４、３６やロジック・デバイス４０が設けられており、
このロジック・デバイスは、鋳型の温度が所定の鋳造温
度よりも低いときには、鋳造システムのブロッキング信
号即ち停止信号を生成する。これにより、鋳型の温度が
不均一または低温であることに起因するスクラップ鋳造
体の数が最小化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミ合金を鋳造
する方法および装置に関する。特に、鋳造くずを減量す
るために、鋳型を鋳造システム内の正しい動作位置で予
め加熱する方法および装置に関し、これにより鋳造プロ
セスの生産性を向上し、かつ、鋳型のいくつかの温度が
不均一や低温となってしまうことから生じるスクラップ
を最小化することで、製造コストを低くすることに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、サンド（sand）よりなる鋳型は、
鋳造は一回だけしか使用されず、鋳造体が取り出された
後に壊される。これに対し、アルミ合金鋳造体の製造、
例えば自動車のエンジンパーツ等の強固な製造体におい
ては、通常は永久的使用タイプは半永久的使用タイプの
鋳型が用いられている。

【０００３】永久または半永久的使用タイプの鋳型に
は、鋳造プロセスにおける固化を促進するために冷却手
段が設けられており、従ってプラントの生産性が向上し
ている。この種の鋳型では、鋳型を繰り返し使用するこ
ととなり、鋳型を一旦使用し終えたとき、または鋳造シ
ステムの運転に遅れが生じたときは、鋳型の一部の部位
において温度が下降し、液体アルミニウムが早期固化し
てしまうおそれがある。

【０００４】この場合、鋳造フローや固化等が不均一と
なることで鋳造体の質が低下し、スクラップが製造され
ることでコストが上昇し、かつ、その後にも労働力や製
造体が浪費されてしまう。

【０００５】通常、鋳造サイクルの開始時においては、
天然ガス−空気バーナによって鋳型を予加熱し、上記バ
ーナの炎を直接鋳型の壁面にあてることで、鋳型の壁面
の温度を上昇させている。しかし、この予加熱において
は、格別制御等はなされておらず、操作者の経験に頼っ
て加熱がなされている。現在、実際に鋳造を行うにあた
っては、使用する鋳型により製造される鋳造体を常に高
品質とするための手段または方法は用いられていない。
鋳造体を高品質とするには、鋳型の温度分布が不均一で
あることによる欠陥や、単に鋳型全体の温度が良質の鋳
造を行うに必要な温度よりも低いことによる欠陥がない
ことが必要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように低
温の鋳型の大まかな加熱を行っているにも拘わらず、従
来から、アルミニウム鋳造においては、製造物のある程
度（通常２〜４％程度）がスクラップとなっており、そ
の原因は、アルミニウムの鋳造開始時において、実際に
は鋳型がなお低温のままであるという点にある。従っ
て、実際の使用温度にまで鋳型を加熱したとしても、し
ばらくの間は、いわゆる”ウォームアップ”スクラッ
プ、即ち、鋳造開始直後におけるスクラップが生じてし
まう。

【０００７】本発明は、鋳型を予加熱して、上記のよう
な原因によるスクラップが発生しないようにするための
方法および装置に関し、鋳造プラントにおいて、年間数
百万ドルのコスト節減を達成するものである。

【０００８】本発明の目的は、スクラップの比率が小さ
く生産性の高い、アルミニウム合金鋳造体の製造方法を
提供することにある。

【０００９】また、本発明は、アルミニウムのパーツを
鋳造する方法および装置であって、鋳造体において鋳型
の温度が不適当であることによる欠陥をなくすものを提
供することをも目的とする。

【００１０】本願の他の目的は、以下に開示される。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、非常に簡素ではあるが従来その価値が認識されて
いなかった方法および装置によって達成される。この方
法および装置では、アルミニウム合金鋳造体を製造する
ための鋳型内に高温ガスを流通させることで、この鋳型
を予加熱している。

【００１２】本発明では、製造する鋳造体の形状を有す
るキャビティと、このキャビティに液体アルミニウムを
導いて注入するための複数の通路と、をそれぞれ備えた
鋳型を用意し、燃料を空気と燃焼させることで、前記鋳
型内に過剰に高温なスポットが生成されることのない、
直接前記鋳型に侵入しない程度の長さの高温の炎を生成
している。前記炎の高温の燃焼生成物は、前記通路を含
む前記鋳型のキャビティのコンボリューション部、即ち
渦巻き状部分全体に導かれる。さらに、上記鋳型の内面
の代表点の少なくとも一つの部位における温度を示す信
号を少なくとも一つ得る。この一以上の信号により、鋳
型の内面の温度が良質の鋳造体を得るに十分高くなって
いることが十分な信頼性の下に検出される。その後、前
記信号を所定の温度範囲と比較し、この温度信号の値
が、該所定の温度範囲内に入った後にのみ、液体アルミ
ニウムを前記鋳型内に注入する。

【００１３】この発明は、また、アルミニウム鋳造体の
製造に用いられる鋳造鋳型を予加熱する装置にも関す
る。この装置は、鋳造体の所望形状を有するとともに補
助通路を通じて液体アルミニウム合金が注入されるキャ
ビティを備えた鋳型を有し、この鋳型内部の検出点に
は、少なくとも一つの温度センサが検出点に設けられて
いる。この装置は、さらに、バーナおよびフードを有
し、このフードは、前記鋳型の開口部を十分にカバーす
るようになっており、この組み合わせにより、高温燃焼
生成物が鋳型の内部全体を加熱し、そ内面が鋳造可能な
温度に上昇される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。この実施形態および添付図面によ
れば、本発明の好適実施例が図示および開示され、ま
た、種々の変形および修正が示唆される。しかし、これ
らの変更や修正は、本発明の範囲内のものである。これ
ら変更、修正等は、他の当業者に本願発明がより深く理
解されるよう選択、開示されたものであり、本発明の原
理は、本願発明が使用される状況等に応じて種々の形態
に修正可能な物である。

【００１５】図１は、本発明の一好適実施例を示すもの
であり、スクラップを最小に抑えたアルミニウム鋳造体
の製造方法を実施するように好適化された、温度センサ
およびバーナを有する鋳型の長手側垂直断面図を示す。

【００１６】図２は、図１の鋳型およびバーナの横方向
垂直断面図を示す。

【００１７】図３は、上記鋳型に液体アルミニウムを入
れるに先だって、鋳型を確実に適宜予加熱するための制
御システムの説明図である。

【００１８】図１には、種々の形態をとりうる鋳型の概
略説明図を示し、参照符号１０は、鋼鉄製で半永久的使
用タイプの鋳型を示す。この鋳型１０は、底部１２、側
面部１４、１６を有する。なお、図面の簡略化のため、
他の側面は省略した。鋳型の壁面部は、鋳造体が成型さ
れるキャビティ１８を取り囲んでおり、また、このキャ
ビティ１８には、鋳造体の所望の最終形状を得るため
に、サンド製のコア２０が配置される。鋳型１０は、通
常は、複雑な装置の一部であり、電気的、機械的および
熱的システムをそれぞれ有し、所定の制御シークエンス
の下で鋳造プロセスが行われて、生産性を向上するよう
になっている。

【００１９】品質上の欠陥は、それにより生じる鋳造シ
ステムの生産性の低下を伴うことになる。この欠陥は、
鋳型が液体アルミニウム合金により満たされたときに、
この鋳型の鋳造部分における内壁のすべてにおいて、液
体アルミニウムを受容するに適当な温度とはなっている
ないときに生じる。

【００２０】この場合、アルミニウムが鋳型を流れる途
中で固化してしまい、一部の領域にアルミニウムが流れ
ず、従って鋳造が完全には行われないことがあり得る。
また、鋳型の上部は、底部よりも低温であり、従って、
鋳造体は、底部から所定の状態に制御されて固化する代
わりに、上部から鋳造体が固化してしまうこともある。
この場合には、固体のアルミニウムは、液体のアルミニ
ウムよりも小さいことから、鋳造体の上部は、過剰のア
ルミニウムから形成され、従って、このような鋳造体の
下部に欠陥が生じてしまう。上述した品質上の問題は、
鋳型に対して、本発明によって、適当な予加熱スケジュ
ールを実行することで、最小限に、または完全に抑えら
れる。

【００２１】図１、２を参照すると、鋳型１０は、その
上部が適当な形状の鋼鉄カバー２２で覆われて、バーナ
からの熱気の損失が抑えられ、かつ、鋳型の内壁から周
囲への放射による熱損失も抑えられている。配管２５
は、カバー２２の内側面と、鋳造カップ２７とそのそれ
ぞれのランナ２９とを連通させて、上記バーナからの熱
をランナ２７へと配分するようになっている。鋳型にア
ルミニウムを入れる際には、このランナ内を液体アルミ
ニウムが流通する。

【００２２】バーナ２４は、カバー２２上に位置し、天
然ガスおよび空気が適当なホース２６によって供給さ
れ、複数の小さい炎２８が形成される。これにより、燃
焼生成物が鋳型の内面に直接触れないようにし、該内面
における高温点の形成を抑えている。鋳型の底面には、
温度センサ３０が少なくとも一つ設けられており、その
位置の温度を検出して、オペレータやプログラマブル・
コントローラによって読み取り可能な信号を送出し、鋳
型が鋳造に適切な温度であるか否かが判定可能となって
いる。この温度センサは有益な構成である。

【００２３】鋳造操作が、確実に、鋳型に対して適正な
温度条件下においてのみ行われるようにするため、温度
を表す信号がワイヤ３４を通じて（好ましくは、第二の
センサ３２からのバックアップ３６の信号とともに）、
プログラブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）３
８、あるいはその他の等価なデバイスへと送信される。
このデバイスには、温度４０の範囲が、鋳造操作を行い
得る上限および下限という形態で指定されている。

【００２４】ＰＬＣ３８は、適正な温度の読み取りに応
答して、液体アルミニウムを鋳型に満たすために用いら
れるロボットアーム４２を動作させる信号をだす（また
は、適正な温度が得られない場合には、上記ロボットア
ーム４２の動作を停止させる）。操作パネル４６の適当
なディスプレイ４４によって、オペレータが視認可能な
信号を表示することもできる。このシステムによって、
鋳型の鋳造温度に起因する欠陥によってスクラップとな
る鋳造体の製造を、削減することができ、年間数百万ド
ルを節減することができる。

【００２５】通常、鋳造システムでは、複数の鋳型が用
いられており、これらの鋳型は、各プロセス操作、例え
ば洗浄、コアのセッティング、鋳造、鋳造体の取り出し
等、のそれぞれの対応位置に各鋳型を配置させる回転テ
ーブル上に設置されている。しかし、鋳型の予加熱シス
テムは、鋳型の固定、移動を問わずに他の鋳造システム
に容易に適用することができる。

【００２６】上記の説明から、本発明は、上述した各目
的を達成可能な方法および装置を提供できることは明ら
かであり、また、現在鋳造プラントの稼働において本質
的に回避不能な問題として、長期間広く放置されていた
問題を解決することができる。即ち、鋳造システムに遅
れがある場合や、低温の鋳型を使用して新しい製造サイ
クルを開始する場合には、鋳造体のスクラップが生じる
ことは避けられなかったが、この問題を解決することが
できる。

【００２７】本発明を要約すると、アルミニウム合金鋳
造体の製造方法および装置であって、例えば自動車のエ
ンジン、シリンダヘッド、エンジンブロック等の鋳造ア
ルミニウムパーツの製造に用いられるものである。これ
により、鋳造体が複数の永久使用タイプ、または半永久
使用タイプの鋳型により鋳造され、この際に前記の鋳型
は鋳造操作の開始前に所定の温度にまで予加熱される。
また、この鋳型には、温度センサやロジック・デバイス
が設けられており、このロジック・デバイスは、鋳型の
温度が所定の鋳造温度よりも低いときには、鋳造システ
ムのブロッキング信号即ち停止信号を生成する。これに
より、鋳型の温度が不均一または低温であることに起因
するスクラップ鋳造体の数が最小化される。好ましく
は、鋳型の内面を通じて高温ガスを生成および流通させ
る装置、好ましくはバーナおよびフードを更に設置す
る。この際、フードによって鋳型の開口部のうちの少な
くともいくつかをカバーさせる。

【００２８】以上、サンドコアとともに用いられる半永
久的使用タイプの鋳型を例にとって本発明を説明した
が、本発明は、他のタイプの鋳型にも容易に適用可能で
ある。上記説明は、あくまでも例示のためのものであ
り、上述したシステムの構造およびその操作条件は、添
付クレームに記載した本願発明の主旨を逸脱することな
く、多くの変更が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】スクラップを最小に抑えたアルミニウム鋳造体
の製造方法を実施するように好適化された、温度センサ
およびバーナを有する鋳型の長手側垂直断面図である。

【図２】図１の鋳型およびバーナの横方向垂直断面図で
ある。

【図３】鋳型を確実に予加熱するための制御システムの
説明図である。

【符号の説明】

１０ 鋳型 １２ 底部 １４ 側面部 １８ キャビティ ２０ コア ２２ 鋼鉄カバー ２５ 配管 ２９ ランナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サルヴァドール ヴァルティエラ−ガラル ド メキシコ国 コアウイラ サルティーヨ レジデンシャル ロス ラゴス ドクター フレミング 206 (72)発明者 オスカー ガルザ−オンダルザ メキシコ国 ヌエボ レオン サン ニコ ラス デ ロス ガルザ コル．アナフア ック レオポルド ルゴネス 745

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の鋳型を有するシステムでのアルミ
   ニウム合金鋳造体の製造方法であって、前記システム
   は、複数の鋳型を有し、該鋳型は、配管と鋳造キャビテ
   ィとを備えるとともに、該鋳型の内面は、前記キャビテ
   ィと、前記鋳造キャビティに液体アルミニウム合金を注
   入する配管と、に面しているものにおいて、 前記鋳型の内面の温度を示す第一の信号を少なくとも一
   つ生成し、 前記信号を、少なくとも一つの所定の第二の温度信号と
   比較し、かつ、前記第一の信号が、前記第二の信号に対
   応する温度よりも高い温度に対応しているときにのみ、
   前記鋳型に液体アルミニウム合金を注入することを特徴
   とするアルミニウム合金鋳造体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記鋳型の前記内面の二点の温度を示す
   二つの信号を生成し、 前記二つの信号を用いて、前記鋳型内の鋳造操作を許容
   することを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金
   鋳造体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記第二の信号は、２００℃〜３５０℃
   の温度に対応していることを特徴とする請求項１記載の
   アルミニウム合金鋳造体の製造方法。
4. 【請求項４】 前記鋳型の上部を被覆し、 前記鋳型の上部に設けられたバーナ内燃料を空気と燃焼
   させて炎を生成することで、前記鋳型内で前記アルミニ
   ウム合金が鋳造されるに先だって、前記鋳型を予加熱
   し、これにより、前記バーナの燃焼生成物によって、前
   記内面と、前記鋳造キャビティへ液体アルミニウム合金
   を注入するための配管と、を加熱することを特徴とする
   請求項１、２または３記載のアルミニウム合金鋳造体の
   製造方法。
5. 【請求項５】 アルミニウム合金鋳造体の製造装置にお
   いて、 鋳造キャビティを備えた鋼鉄の鋳型を有し、その内面
   は、前記キャビティと、前記鋳造キャビティに液体アル
   ミニウム合金を注入する配管と、に面しており、 前記内面の温度を示す第一の信号を生成するように前記
   鋳型の下部に設けられた、少なくとも一つの温度センサ
   を有し、 前記第一の信号と前記鋳造体を製造するに適した温度に
   対応している所定の第二信号との比較装置を有し、 前記鋳型に液体アルミニウム合金を注入するためのロボ
   ットアームを有し、このロボットアームは、前記比較装
   置と論理的にリンクされていることを特徴とする装置。
6. 【請求項６】 前記鋳型の前記内面の温度に対応する信
   号を得、 前記信号をプログラマブル・コントロール装置またはこ
   れに類似する装置に供給して、第二の信号を生成し、こ
   の第二の信号を前記鋳型の冷却システムの制御に用いる
   ことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の装
   置。