JPH11285806A - 半溶融金属の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 充填完了直前または充填完了と同時に、充填
された半溶融金属に作用するメタル圧を抑制し成形する
ことにより、充填中は大きな射出力を半溶融金属に作用
させつつ金型合わせ面でのバリ発生やメタル噴出の防止
に必要な型締め力を必要最小限に抑えることができ、鋳
造機全体のコストを抑えることができる。 【解決手段】 射出シリンダ回路に設けた油圧バルブを
調整することによって、半溶融金属を金型キャビティに
充填中は充填抵抗の変化による射出シリンダの負荷変動
に係わらず所定の射出速度で充填を行い、充填完了直前
または充填完了と同時に、充填された半溶融金属に作用
するメタル圧を射出開始時に設定した値よりも低くして
成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半溶融金属の成形方
法に係わり、所望の成形品を得るために大きな射出力を
半溶融金属に作用させつつ、金型の合せ面からバリ発生
やメタル噴出を防止するようにした半溶融金属の成形方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半溶融成形方法はチクソキャスト法とレ
オキャスト法に大別される。これらは従来の方法に比べ
て鋳造欠陥や偏析が少なく金属組織が均一で金型寿命が
長いという特徴を持つとともに、成形サイクルが短く大
量生産の上で極めて有利な特徴があるため、最近注目さ
れている技術である。

【０００３】しかし、半溶融金属は完全溶融状態の金属
と比較して粘性が高く充填抵抗が大きいために、金型キ
ャビティに充填する際に大きな射出力を必要とする。こ
のため、大きな射出力を得ようとすると、アキュムレー
タ圧を高くするか、あるいは射出シリンダを大型にする
等、いずれかの方法によっても対応は可能である。いず
れの場合も溶湯の加圧成形に用いられるスクイズ鋳造機
と比較して、半溶融金属の成形を行う場合には、大きな
射出力、型締力を伴う高圧鋳造機が必要となっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、金型合わせ
面でのバリ発生やメタル噴出を防止するために、金型キ
ャビティの投影面積にメタル圧を乗じた力より大きな力
で型締めをしようとすると、自ずと鋳造機本体が大きく
なり同時に価格も高いものとなる。一方、半溶融金属の
成形では、凝固収縮量が小さいため充填完了後に大きな
メタル圧は不要であり、このため、充填完了後に負荷さ
れる必要以上のメタル圧に耐えるためにだけに、スクイ
ズ鋳造よりも大きい高圧鋳造機を半溶融金属の高圧成形
に用いることは、広い設置スペースが必要となるなどの
問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明における第１の発明では、射出シリンダ回
路に設けた油圧バルブを調整することによって、半溶融
金属を金型キャビティに充填中は充填抵抗の変化による
射出シリンダの負荷変動に係わらず所定の射出速度で充
填を行い、充填完了直前または充填完了と同時に、充填
された半溶融金属に作用するメタル圧を射出開始時に設
定した値よりも低くして成形することとした。また、第
１の発明を主体とする第２の発明では、メタル圧の変更
を射出シリンダのヘッド側、ロッド側に設けたいずれか
一つ以上の油圧バルブにより行うこととした。また、第
１の発明を主体とする第３の発明では、金型キャビティ
容量の９０％以上から１００％の範囲に半溶融金属の充
填率が到達後直ちにメタル圧の変更を行うこととした。
また、第１の発明を主体とする第４の発明では、射出開
始時設定圧よりも２０％以上５０％未満となるようにメ
タル圧を下げることとした。

【０００６】

【作用】本発明では、充填完了直前または充填完了と同
時に、充填された半溶融金属に作用するメタル圧を抑制
し成形することにより、充填中は大きな射出力を半溶融
金属に作用させつつ金型合わせ面でのバリ発生やメタル
噴出の防止に必要な型締め力を必要最小限に抑えること
ができ、鋳造機全体のコストを抑えることができる。ま
た、より具体的には、メタル圧変更の方法を射出シリン
ダのヘッド側流入油量を絞る、あるいはロッド側流出油
量を絞る、またはその両方を組み合わせにて、金型キャ
ビティ容量の９０％以上１００％の範囲に半溶融金属の
充填率が到達後直ちに、射出開始時設定圧よりも、２０
％以上５０％未満下げることにより、充填中は大きな射
出力を半溶融金属に作用させつつ金型合わせ面でのバリ
発生やメタル噴出の防止に必要な型締め力を必要最小限
に抑えることができるため、成形品の品質を高く維持す
ると共に鋳造機全体のコストを抑えることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下図面に基づいて本発明の具体
的な実施例について詳細に説明する。図１〜図４は本発
明の実施例に係り、図１はメタル圧を金型キャビティ充
填完了直前に射出開始時設定値よりも３８％下げた鋳造
機で半溶融金属を成形した場合の射出速度とメタル圧の
時間変化を示すグラフ、図２は射出シリンダのヘッド側
流入油量を絞るような油圧回路図を有した半溶融金属の
鋳造機の縦断面図、図３は射出シリンダのロッド側流出
油量を絞る方法を用いた油圧回路図、図４は本発明を実
施する場合の動作順序を示すフローチャートである。

【０００８】まず、横竪型ダイカストマシン１の概要を
図２に基づいて説明すると、１０は固定盤、１１はタイ
バー、１２は可動金型、１３は固定金型、１４は射出ユ
ニット、１５は射出スリーブ、１６ａは射出プランジャ
チップ、１６は射出プランジャ、１７は射出シリンダで
ある。射出プランジャ１６の上端は射出スリーブ１５内
に摺動自在に挿入されて射出プランジャチップ１６ａを
構成し、下端は射出シリンダ１７のピストンロッド１７
ａに連結され、該ピストンロッド１７ａの下部にはピス
トン１８に固着されて、射出シリンダ１７の内部を摺動
自在に上下可能になっている。なお、可動金型１２と固
定金型１３間で金型キャビティ２１が形成される。

【０００９】可動金型１２と固定金型１３との間には、
射出スリーブ１５が上下し得る穴１９を設け、固定盤１
０の中央部には一方の側端部から他方の側端部に貫通し
た図示を省略した切欠きを設け、この切欠き内に射出ス
リーブ１５を横方向に移動可能に設けている。また、射
出スリーブ１５、固定盤１０に取付けた固定金型１３の
下部位置で垂直方向に着脱自在に設けられ、射出プラン
ジャ１６を射出スリーブ１５中に挿入した状態で、固定
金型１３の下面から離した射出スリーブ１５を、固定金
型１３の下方で鎖線で示すように給湯可能な位置まで横
方向に移動される。射出スリーブ１５は射出シリンダ１
７の上部に上下動可能に配設されたシリンダ（図示略）
の上部に固設され、前記シリンダと一緒になって上下動
可能となっている。

【００１０】固定金型１３の中央下面と射出スリーブ１
５の上端面は着脱容易となるようにいんろうを形成して
いる。また、射出シリンダ１７の下部は図示を省略した
軸を中心に傾動可能に枢支されるとともに、傾動用シリ
ンダ２０により傾動され、射出位置はストッパ２２によ
り規制されている。また、符号２５はアキュムレータ、
３０はサーボモータ（パルスモータ）、３５は流量およ
び圧力調整用ヘッド側制御弁、４０は絞り弁（固定式開
度）、５０は作動油供給回路、６０はブリードオフ回
路、７０は戻り回路、８０はタンク、９０はバイパス回
路をそれぞれ示す。

【００１１】上記した横型締め竪鋳込み型スクイズ鋳造
機１（以下、鋳造機という）を用いた半溶融金属の成形
方法について説明する。

【００１２】射出スリーブ１５内に射出プランジャ１６
を挿入した状態で射出スリーブ１５を２点鎖線で示すＣ
位置におき、半溶融供給手段（図示略）により半溶融金
属Ｍを射出スリーブ１５へ供給する（図４）。次に、
傾動用シリンダ２０を作動させ、軸を中心に射出ユニッ
ト１４を実線位置にひき起こす。さらに、シリンダ（図
示略）とピストンロッド１７ａを同時に作動させて射出
スリーブ１５と射出プランジャ１６をＥ位置まで上昇さ
せ、射出スリーブ１５を固定金型１３の下面に押付け、
ドッキングさせる（図４）。

【００１３】一方では、この動作以前に型締動作が完了
していて、射出スリーブ１５の押付け完了後、直ちに射
出シリンダ１７のピストン１８のヘッド側に圧油を導入
し、金型キャビティ２１内に半溶融金属Ｍの射出を行う
が、具体的には次のように行うことができる。まず、流
量および圧力調整用ヘッド側制御弁３５の弁開度を第１
速度（例えば、通常の射出速度は２または３速で制御さ
れるが、最初の第１速の射出速度をいう）の設定可能な
開度に調整しておく（図４）。次いで、アキュムレー
タ２５と流量および圧力調整用ヘッド側制御弁３５間の
開閉弁４５を開け射出をスタートする（図４）。

【００１４】射出スタートに伴って、アキュムレータ２
５内へ貯溜された高圧油が作動油供給回路５０を通って
サーボモータ（またはパルスモータ）３０を介してピス
トン１８のヘッド側に導入される。射出中は、流量およ
び圧力調整用ヘッド側制御弁３５の弁開度を適宜変更
（図４）することにより、予め決められた射出速度に
よって金型キャビティ２１内へ半溶融金属Ｍが射出・充
填される。半溶融金属Ｍが金型キャビティ２１に充填さ
れるに従って、ピストン１８のヘッド側のヘッド圧が上
昇するので、このヘッド圧を検知（図４）することに
より、金型キャビティ２１内への充填状態を知ることが
できる。

【００１５】ヘッド圧が設定された圧力にまで上昇した
後、次いで流量および圧力調整用ヘッド側制御弁３５を
絞るとブリードオフ回路６０に配設された絞り弁４０か
らタンク１４０側へ圧油が排出されてヘッド圧は下が
り、このため、射出力が低下する。このような射出力が
低下した状態を保持させて保圧をかけながら、金型キャ
ビティ２１内へ充填された半溶融金属Ｍを凝固させる
（図４）。予め設定された保圧時間の経過（図４）
を経て射出を完了する（図４）。

【００１６】半溶融金属Ｍが凝固した後、成形品を取り
出すために可動金型１２を開く。その開く動作に同調し
て射出プランジャ１６は下降し、シリンダ（図示略）の
作動により射出スリーブ１５も同時に下降する。双方の
下降が完了すれば傾動用シリンダ２０が作動し、射出ユ
ニット１４はＣの位置に移動し、１サイクルを終了す
る。

【００１７】本発明の具体的な効果を実証するために実
験を行い、下記のような知見を得た。なお、試験に用い
た鋳造機、射出装置、金型形状および供試合金を以下に
示す。

【００１８】〔実験条件〕 鋳造機：横型締め竪鋳込み型スクイズ鋳造機（型締め力
３３０トン） 射出装置：スリーブ径φ８０ｍｍ、最大射出力７５トン 金型形状：４段階段状平板(外形１００ｍｍ×２００ｍ
ｍ、板厚６、１２、１８、２４ｍｍ） 供試合金：ＡＣ４ＣＨ

【００１９】本発明の効果を実験によって裏付けるため
に、まず比較例として下記のような実験を試みた。 〔比較例１〕図５は従来の鋳造機（設定メタル圧９００
ｋｇｆ／ｃｍ2 ）を用いて、半溶融金属を成形した場合
を示すものであり、図５に示す如く、鋳造機の射出力が
不足しているために、金型キャビティ２１中に半溶融金
属Ｍを射出充填する際に充填抵抗に負けて、充填途中で
射出速度が失速していることが判る。この時の成形品
は、充填が不完全であったため、不良品となった。

【００２０】〔比較例２〕さらに、図６には従来の鋳造
機よりも高い射出力を有した鋳造機（設定メタル圧１４
５０ｋｇｆ／ｃｍ2 ）を用いて、半溶融金属を成形した
場合を示す。この図６は、図５の時に用いた鋳造機の約
１．６倍の射出力（設定メタル圧１４５０ｋｇｆ／ｃｍ
２）で成形した場合の射出パターンであり、充填途中で
の失速は見られないが充填完了後に半溶融金属Ｍのメタ
ル圧に型締力が負けて、可動金型１２と固定金型１３の
両金型の合せ面からメタルが噴出し、バリが吹いたもの
である。そのため、充填完了後にメタル噴出を示す射出
速度の立ち上がりが見られる。

【００２１】

【実施例】図１は、本発明の場合の射出パターンであ
り、図６の場合と同等の大きな射出力（設定メタル圧１
４５０ｋｇｆ／ｃｍ2 ）で鋳込みながら、金型キャビテ
ィ２１内に半溶融金属Ｍの射出充填完了直前（金型キャ
ビティ２１の容積の９７％充填時）にメタル圧を射出開
始時設定値よりも３８％下げた値（設定メタル圧９００
ｋｇｆ／ｃｍ2 ）に切り替えたものである。射出充填完
了前までは大きな射出力により失速することなく金型キ
ャビティ２１の隅々まで半溶融金属Ｍが完全に充填さ
れ、充填完了後はメタル圧を抑えることで両金型合せ面
でのバリ発生やメタル噴出を防止することができた。

【００２２】メタル圧の変更を、金型キャビティ容量の
９０％以上１００％の範囲に半溶融金属の充填率が到達
後直ちに行うことにしたのは、９０％以下では未充填部
分が多いため、その時点でメタル圧を低く変えてしまう
と、残りの部分の充填が不完全になるためである。ま
た、遅くても１００％充填時に直ちにメタル圧を変更し
ないと、図６に示すように両金型の合せ面からバリ発生
やメタル噴出の可能性がある。

【００２３】また、メタル圧の変更量を、射出開始時設
定圧よりも２０％以上５０％未満下げることにしたの
は、２０％未満ではまだメタル圧が高いため両金型の合
せ面でのバリ発生やメタル噴出の防止効果が小さく、ま
た、５０％以上では変更後のメタル圧が低すぎるため、
変更後の充填が不十分となり、このため射出充填完了後
の押し湯効果が少なすぎるためである。

【００２４】金型キャビティ２１内に射出充填された半
溶融金属Ｍを押圧するための抑制方法としては、前記し
た（図２）ように、射出シリンダ１７のピストン１８の
ヘッド側に流入する油量を絞る方法があるが、このよう
な方法に限定されることなく、図３に示すように射出シ
リンダ１７のピストンロッド１７ａ側の流出油量を絞る
方法か、またはその両方を組み合わせる方法がある。

【００２５】図３に示す方法では、半溶融金属Ｍを射出
スリーブ１５へ供給した後、傾動用シリンダ２０を作動
させ、射出ユニット１４を起立状態にする。引続き、射
出スリーブ１５の押付け完了後、直ちに射出シリンダ１
７のピストン１８のヘッド側に圧油を導入し、金型キャ
ビティ２１内に半溶融金属Ｍの射出を行う。まず、流量
および圧力調整用ヘッド側制御弁３５の弁開度を大き、
ついで開閉弁４５を開け射出をスタートする。射出スタ
ートに伴って、アキュムレータ２５内へ貯溜された高圧
油がメイン回路９５を通ってピストン１８のヘッド側に
導入される。

【００２６】射出中は、流量および圧力調整用ヘッド側
制御弁３５の弁開度を適宜変更することにより、予め決
められた射出速度によって金型キャビティ２１内へ半溶
融金属Ｍが射出・充填される。すなわち、流量および圧
力調整用ヘッド側制御弁３５の開度を増すと戻り回路１
３０から流量および圧力調整用ヘッド側制御弁３５を介
してタンク１２０側へ圧油が排出されるため、ピストン
１８のヘッド圧は上昇し、射出速度は増加することとな
る。

【００２７】溶融金属Ｍが金型キャビティ２１に充填さ
れるに従って、流量および圧力調整用ヘッド側制御弁３
５の開度を絞ると、アキュムレータ２５からの圧油はバ
イパス回路９０に配設された絞り弁１１０を通ってピス
トンロッド１７ａにも導入されるため、ピストン１８の
ヘッド側のヘッド圧は下がるので射出力は低下する。こ
のヘッド圧を検知することにより、金型キャビティ２１
内への充填状態を知ることができる。このような射出力
が低下した状態を保持させて保圧をかけながら、金型キ
ャビティ２１内へ充填された半溶融金属Ｍを凝固させ
る。そして、予め設定された保圧時間を経て射出を完了
する。

【００２８】なお、上述したような制御タイミングは、
射出シリンダ１７のストロークにより設定してもよい
し、油圧回路に設けた圧力センサにより設定してもよ
く、ここでは、何らその方法を制限するものではなく最
適な方法をとることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したことからも明らかなよう
に、本発明に係る半溶融金属の成形方法では、充填中は
大きな射出力を半溶融金属に作用させつつ金型合わせ面
でのバリ発生やメタル噴出の防止に必要な型締め力を必
要最小限に抑えることができ、成形品の品質を高く維持
すると共に鋳造機全体のコストを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】メタル圧を金型キャビティ充填完了直前に射出
開始時設定値よりも３８％下げた鋳造機で半溶融金属を
成形した場合の射出速度とメタル圧の時間変化を示すグ
ラフである。

【図２】射出シリンダのヘッド側の流入油量を絞る方法
を用いた油圧回路図である。

【図３】射出シリンダのロッド側の流出油量を絞る方法
を用いた油圧回路図である。

【図４】本発明を実施する場合の手順を示すフローチャ
ートである。

【図５】従来鋳造機で（設定メタル圧９００ｋｇｆ／ｃ
ｍ２）半溶融金属を成形した場合の射出速度とメタル圧
の時間変化を示すグラフである。

【図６】従来鋳造機よりも高い射出力（設定メタル圧１
４５０ｋｇｆ／ｃｍ２）で半溶融金属を成形した場合の
射出速度とメタル圧の時間変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 横型締め竪鋳込み型スクイズ鋳造機 ８ 可動盤 １０ 固定盤 １１ タイバー １２ 可動金型 １３ 固定金型 １４ 射出ユニット １５ 射出スリーブ １６ａ 射出プランジャチップ １６ 射出プランジャ １７ 射出シリンダ １８ ピストン １９ 穴 ２０ 傾動用シリンダ ２１ 金型キャビティ ２２ ストッパ ２５ アキュムレータ ３０ サーボモータ（またはパルスモータ） ３５ 流量および圧力調整用ヘッド側制御弁 ４０ 絞り弁 ４５ 開閉弁 ５０ 作動油供給回路 ６０ ブリードオフ回路 ７０ 戻り回路 ８０ タンク ９０ バイパス回路 ９５ メイン回路 １００ 作動油回路 １１０ 絞り弁 １２０ タンク １３０ 戻り回路 １４０ タンク

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 射出シリンダ回路に設けた油圧バルブを
   調整することによって、半溶融金属を金型キャビティに
   充填中は充填抵抗の変化による射出シリンダの負荷変動
   に係わらず所定の射出速度で充填を行い、充填完了直前
   または充填完了と同時に、充填された半溶融金属に作用
   するメタル圧を射出開始時に設定した値よりも低くして
   成形することを特徴とする半溶融金属の成形方法。
2. 【請求項２】 メタル圧の変更を射出シリンダのヘッド
   側、ロッド側に設けたいずれか一つ以上の油圧バルブに
   より行うことを特徴とする請求項１記載の半溶融金属の
   成形方法。
3. 【請求項３】 金型キャビティ容量の９０％以上から１
   ００％の範囲に半溶融金属の充填率が到達後直ちにメタ
   ル圧の変更を行うことを特徴とする請求項１記載の半溶
   融金属の成形方法。
4. 【請求項４】 射出開始時設定圧よりも２０％以上５０
   ％未満となるようにメタル圧を下げることを特徴とする
   請求項１記載の半溶融金属の成形方法。