JPH11320072A - 差圧鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定で、給湯系の構造を変えないで、制御さ
れた戻し湯ができる差圧鋳造法を加圧式、減圧式それぞ
れに提供する。また、同時に酸化防止のための不活性雰
囲気の形成を提供する。 【解決手段】 減圧または加圧の差圧鋳造において、溶
湯２をキャビティ５−３に充填し、凝固まで保持し、そ
の後給湯管３内に溶湯２を通して不活性気体を所定量導
入し、その後減圧、加圧を解除し、型開きして製品を取
り出す減圧式または加圧式差圧鋳造法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、差圧鋳造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】炉を加圧して溶湯を鋳型に押し上げる加
圧式差圧鋳造（低鋳）や、鋳型を減圧して溶湯を吸い上
げる減圧式差圧鋳造は、差圧で鋳込みが制御され、品質
の良い鋳造品を提供できる。いずれも鋳造完了時に差圧
を解除し未凝固溶湯を炉に戻すので、製品歩留りが高い
特徴がある。減圧式は充填能力に優れるので、中子の少
ない薄肉部品に適用され、加圧式はその他の中子の多い
部分、超大物製品と、それぞれ適切に使い分けている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の差圧鋳
造方法には、つぎの問題があった。鋳造完了時、差圧を
解除しても製品と溶湯で気密状態が形成され、溶湯の戻
りが起こらず、型抜き等で気密が破られると自然落下す
る。かなりの高さを落下するので炉内溶湯が攪拌され、
底に溜まった介在物が溶湯中に巻き込まれたり、落下途
上で酸化物を形成し新たな介在物を形成したりする。こ
れら溶湯中に巻き込まれた介在物は、次回の鋳込みで製
品内に入り込み、欠陥となる。金網等のフィルタで防止
をはかるが、限界があった。自然落下の防止のため差圧
の解除をゆっくり行うことも試みられたが、上記のよう
に溶湯が気密状態であるので作用を及ぼさなかった。給
湯管の鋳型接合部に閉塞空間を設け、ここに気体の導入
孔を設け、鋳造終了後気体を導入し、給湯管内の溶湯を
静かに下げることも提案されている。しかし、この機構
での気体導入孔は溶湯の侵入で閉塞したりするので、閉
塞空間の溶湯面の上限を決める液面センサを設置して溶
湯の侵入を防止している。また、鋳込み、保持中はこの
空間から気体が漏れると製品内に入りガス欠陥となるの
で、閉塞空間の溶湯面の下限を決める液面センサも取り
付けられており、安定な運転には問題であった。また、
この構造の給湯管は、形状も複雑で寿命等も問題であっ
た。また、鋳型の湯口近傍に多孔質の気体導入口を設け
た場合もあるが、直接溶湯と接触することと鋳込み毎に
大気にさらされる事で、耐久性に問題があった。また、
型自体にセットされるので、型の寿命にも影響を与えて
いた。本発明の目的は、安定で、給湯系の構造を変えな
いで制御された戻し湯ができる差圧鋳造法を加圧式、減
圧式それぞれに提供することにある。また、同時に酸化
防止のための不活性雰囲気の形成を提供することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明はつぎの通りである。 （１） 鋳型内キャビティを減圧し給湯管を経由して溶
湯容器の溶湯を前記キャビティに吸い上げ鋳型内キャビ
ティに充填し、製品凝固まで保持し、その後給湯管内に
溶湯内を通して不活性気体を所定流量で導入し、所定量
導入した時点で鋳型内キャビティの減圧を解除し、型開
きを行う、工程からなる減圧式差圧鋳造法。 （２） 気密炉を加圧し鋳型内キャビティに連通する給
湯管を経由して溶湯を鋳型内キャビティに充填し、製品
凝固まで保持し、その後気密炉内の圧力をあらかじめ設
定した速度で低下させて大気圧に戻し、このとき同時に
給湯管内に溶湯内を通して不活性気体を気密炉内の圧力
が大気圧に達する時間に合わせて所定量を所定流量で導
入し、気密炉内の圧力が大気圧に達した後型開きを行い
製品を取り出すことを特徴とする加圧式差圧鋳造法。

【０００５】上記（１）または（２）の方法では、従来
外部の差圧だけでは制御できなかった戻し湯が完全に制
御可能であって、さらに減圧、加圧それぞれに対して減
圧の保持、加圧の漸減等を付与すること、自然落下の防
止、をはかることができ、安定な運転が可能となる。ま
た、減圧、加圧の双方にそれぞれに適用する方式によっ
て、製品の特徴に合わせて鋳造法の選択が従来と同じく
可能である。また、導入気体が溶湯中を浮上していくの
で、十分に溶湯から加熱され給湯管の上部の空間の温度
が、従来のような直接空間に導入する場合や上部空間近
傍から溶湯を介して供給する方法に比べ安定し、気体の
量だけで湯戻しが制御できる利点がある。すなわち、空
間内部の湯面センサ等は不用である。また、気体の導入
がランスの位置変更によって行われ、鋳込みから保持中
に気体の混入の可能性が皆無となり、従来の固定式の導
入口のもつ問題が解消された。また、溶湯面を保護する
不活性ガスも溶湯容器内、給湯管内の両方に導入可能と
なった。気体導入装置が給湯管等の鋳造装置とは別体で
あり、保全性に優れる。また、この気体導入装置によっ
て背圧から溶湯容器内の溶湯レベルが常時測定可能であ
り、実施例では圧力制御に利用したが、これは特に密閉
炉体であるので、加圧式では従来の推測方式に比べ実測
のため安定な鋳造が実現できる。また、気体導入装置自
体も自己診断可能で、予期しない閉塞や突然のリークの
検出が可能で、安定な操業が可能となる。さらに、量産
前の試験鋳造において、時間を決めて気体を給湯管を経
由して型キャビティ内に導入することができるので、製
品凝固の進行がトラップ気泡の位置で確実に継続的に実
測できる。また、溶湯の脱ガスも促進可能である。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の実施例に係る鋳造方法を
説明する。図１は本発明を減圧式差圧鋳造へ適用した場
合の実施例で、鋳造完了時の湯戻しの開始の場合を示
す。図１において、１は溶湯容器（加圧の場合の炉に対
応）、２は溶湯、３は給湯管、４は気密チャンバであ
る。気密チャンバ４は、定盤４−１、気密ボックス４−
２、で構成され、連通口４−３で図示していない真空ポ
ンプ等で構成される減圧装置に接続する。５は鋳型で、
下型５−１、上型５−２で構成され、給湯管３に連通す
るキャビティ５−３を形成する。６は気体導入装置で、
吹き込みランス（以下ランス）６−１、シリンダ等で構
成されるランス移動機構６−２で構成される。７は気体
導入装置の制御盤で、加圧不活性気体源８とランス６−
１を接続している。６−３は導入気体の気泡を示す。ま
た制御盤７には、図示していない鋳造装置からの気体導
入開始信号が入力される。

【０００７】図２は本発明を加圧式差圧鋳造へ適用した
場合の実施例で、図１と同じ工程の状況を示す。図２に
おいて図１と同一番号は同一内容を示す。図２では炉１
が定盤４−１とで気密構造を構成する。加圧気体導入口
１−１は、鋳造機制御盤９を経由して加圧不活性気体源
８に接続されている。６−５は気密シールを内蔵したラ
ンス６−１の挿入口である。図３は減圧式の場合の湯戻
し工程以外の場合の状況を示す。図４は加圧式の場合の
湯戻し工程以外の工程の状況を示す。

【０００８】図５は図１の気体導入装置の制御盤７の内
容を示す。７−１はＣＰＵ（セントラルプロセッサユニ
ット）、メモリー、電源等の電子回路で構成される制御
回路で、気体導入開始信号を鋳造装置制御盤から入力す
る。制御回路７−１は、出力はサーボモータ７−２に出
力され、開閉弁７−４、７−５、７−８に接続され、ま
た気体導入装置６のランス移動機構６−２に接続され
る。７−３は定量気体供給装置で、ピストン７−３１が
内蔵されサーボモータ７−２で駆動される。７−７は減
圧弁、７−６は流動調節弁、である。７−９はランスの
背圧を計測する圧力センサで、出力は制御回路７−１に
入力される。図の太線は気体の経路を示し、加圧不活性
気体源８から気体導入装置の制御盤７を経由してランス
６−１に連結される。

【０００９】図６は図５の各弁７−４、７−５、７−８
とランス６−１の動作を各工程毎に示した動作図であ
る。○は開、×は閉を示し、ランスの「上」は先端が給
湯管下端より上の位置にあることを、「下」は給湯管の
直下で給湯管内に臨む位置であることを示す。図７は、
図２の加圧式の実施例の鋳造機制御盤９の内容を示す。
図５と同一番号は同一内容を示す。図中、９−１は圧力
制御装置で、圧力パターン発生回路９−２からの設定信
号が入力され、圧力センサ７−９からの測定信号が入力
され、給気弁９−３、排気弁９−４に出力される。ま
た、圧力パターン発生回路９−２からの設定信号は、制
御回路７−１に出力される。加圧不活性気体源８から給
気弁９−３を経由して炉１の加圧気体導入口１−１に接
続に接続され、同時に排気弁９−４にも接続する。圧力
センサ９−５が加圧気体導入口１−１の手前に配置さ
れ、その出力は加圧制御装置９−１に入力される。図８
は図１の実施例の場合（減圧式の場合）の気密チャンバ
４減圧度の変化とランス６−１の気体流量の変化を示す
特性図である。図９は図２の実施例の場合（加圧式の場
合）の気密チャンバ４内の内圧の変化とランス６−１の
流量変化を示す特性図である。

【００１０】つぎに、作用を説明する。図１の実施例に
おいて、鋳込み前は図３に示すようにランス６−１は、
その先端が給湯管３の外部の位置にあり、図６の型開き
工程にあって、「上」の位置にある。この時不活性気体
が、加圧不活性気体源８から気体導入装置の制御盤７に
よって図５の減圧弁７−７、流量調節弁７−６、弁７−
８を経由してランス６−１によって溶湯容器１内の溶湯
２中に吹き込まれ、気泡６−３となって溶湯２内を上昇
し、液面から放出される。このとき、気体導入装置の制
御盤７の圧力センサ７−９はランス６−１の背圧を測定
し、制御回路７−１に出力する。このときの背圧はラン
ス６−１の先端の溶湯２中の深さに比例するので、先端
位置を固定すれば溶湯２中の液面高さが測定できる。鋳
造を継続すると、溶湯容器１内の溶湯２が減少し液面高
さが低下するので、背圧による液面高さの測定値は減圧
度の補正、後述の気体導入の補正に使用する。制御回路
７−１では、この液面測定値から導入気体量を予め設定
した演算式、もしくは表から求め、定量気体供給装置７
−３のピストン７−３１のストロークを設定し、サーボ
モータ７−２によって後退させる。また、弁７−５は閉
じられ、ランス６−１を「上」の位置に戻した時点で弁
７−４を開いて、ピストン７−３１の後退によって定量
気体供給装置７−３に定量の不活性気体を取り込む。弁
７−４は十分な時間経過後閉じる。

【００１１】型締めし、気密ボックス４−２をかぶせ、
気密チャンバ４内を連通口４−３から減圧装置８で減圧
し、溶湯２を給湯管３を経由してキャビティ５−３に充
填する。充填後製品の凝固まで減圧を保持する。図１に
示すように、タイマー等で設定される製品凝固相当時間
で、まず図５の弁７−８を閉じ、ランス６−１を給湯管
３の下端直下でその先端が給湯管３内に臨む位置に下げ
る。弁７−５を開き、制御回路７−１に記憶された予め
設定したパターンで、サーボモータ７−２で気体定量供
給装置７−３のピストン７−３１を前進させ、ランス６
−１を経由して気体を溶湯２中に押し出す。

【００１２】押し出された気体は気泡６−３となって給
湯管３内に入り製品凝固部分まで上昇し、大気圧とバラ
ンスする空間が形成される。この結果、給湯管３を含む
給湯系の凝固していない溶湯は、導入気体量に応じて溶
湯容器１中に戻る。すなわち、導入気体量によって戻り
湯の速さが制御できる。また、この時気密チャンバ４内
は減圧を保持しておく。これは気体導入によってのみ戻
り湯を起こさせ、予期しない気密のリークによる自然落
下を防止するためである。保持する減圧度は最高圧その
ままでも、湯口相当減圧度まで低下させてもよく、さら
に徐々に大気圧まで低下させてもよい。いずれにしても
減圧度がそのときの給湯管内溶湯高さ相当以上あればよ
い。実際操業上では最高圧に保持するのが、付加的な制
御が不用な利点がある。ピストン７−３１が前進端に達
し、所定の気体量が導入された時点で、弁７−５を閉
じ、気密チャンバ４の減圧を解除し、型開きを行い、製
品を取り出す。また、弁７−８を開き、給湯管３内に不
活性気体を導入し、溶湯酸化を防止する。その後、ラン
ス６−１を上げ、つぎの鋳込みを待つ。この経過は図７
に示される。気体の導入は一定量の場合を示したが、戻
し湯速度を一定にするように漸次流量を増加させるよう
なパターンで実施してもよい。

【００１３】加圧式の差圧鋳造に対する実施例を図２、
図４に示す。また、制御装置を図７に、特性図を図９に
示す。減圧式とほぼ同じ作用をなすので、加圧式に特異
な事項のみを説明する。減圧式では、凝固後減圧は給湯
管３内の溶湯には直接作用しなかったが、加圧式におい
ては、炉内圧力が直接作用する。図２、図４において、
減圧式の場合の気体導入装置の制御盤７の代わりに、鋳
造機制御盤９が炉内圧および気体導入装置６を制御す
る。図９において、鋳込みから保持の間は圧力パターン
発生回路９−２の設定信号を目標値とし、開いた弁７−
８を経由したランス６−１の背圧を圧力センサ７−９で
測定し、圧力制御装置９−１が給気弁９−３、排気弁９
−４を開閉し、加圧不活性気体源８から不活性気体を炉
内に入れたり大気に排気することで、設定パターンに背
圧を追従させる。

【００１４】ランス６−１の背圧から前記のように溶湯
レベルが測定できるので、鋳込み湯面が設定信号に追従
できる。また、このとき気体導入装置６での供給圧力
は、炉１加圧の最高値以上にセットする。また、この結
果、鋳込み毎の炉１内溶湯の減少による補正が不要とな
る。湯戻し工程では、弁７−８を閉じる。同時に、圧力
センサ７−９出力から圧力センサ９−５入力に切り替
え、炉１内圧を直接制御する。

【００１５】つぎに、ランス６−１を下げ、気体を給湯
管３に導入する。炉１の内圧を設定パターンで減少さ
せ、同時に定量気体供給装置７−３のピストン７−３１
の移動速度を連動させる。この結果、給湯管３内の溶湯
は炉１内圧の減少に従って湯面を下げ、炉１内に戻り、
圧力の減少速度で戻り湯の速度が制御できる。このと
き、給湯管３内の気体圧力は常に１気圧になるように導
入気体流量を設定し、炉１の内圧は給湯管内部の溶湯ヘ
ッド相当の圧力として、所定の速度で減ずるのが望まし
い。すなわち、加圧式では給湯管内に気体を導入するこ
とで、炉１内圧で湯を制御して戻すことを可能にしてあ
る。

【００１６】減圧式と同じように加圧を保持して給湯管
３に気体を送り込み湯面を下げても、炉１内圧を解除す
る場合給湯管３内の圧力が高いので、溶湯が溶湯容器内
に噴出したり気体が噴き出したりして、本発明の目的を
損なう。また、炉１への加圧を解除した状態では、湯戻
し中の何らかのリークで溶湯の自然落下の可能性があ
り、実際上使用できない。また、この実施例では、背圧
で鋳込みの制御を行ったが、炉１における内圧でも実施
可能である。不活性ガスは炉１加圧と、ランス６−１
と、共通であったが、たとえば給湯管３にはアルゴン
を、炉１内には窒素ガスと、別にしてもよい。図９に加
圧式の圧力変化、流量の変化を示す。湯戻しの場合の導
入気体の流量は、炉１の圧力を一定速度で下げる場合
は、図９のように一定流量でよい。

【００１７】両実施例では、気体の導入にピストンタイ
プの定量供給装置を使用したが、他の流量を測定して積
算値を使用する方式でもよい。また、ランス６−１が上
下動する方式であったが、その他水平方向等の移動手段
でもよい。両方式で、ランス６−１はその閉塞を防止す
るため常時気体を流しておくことが望ましい。また、常
時溶湯に浸漬して使用されるので、金属部材よりセラミ
ック製品が望ましい。

【００１８】

【発明の効果】請求項１、２の差圧鋳造法によれば、給
湯管内に溶湯を通して不活性気体を導入するので、戻し
湯を制御することができ、減圧、加圧それぞれに対し
て、減圧の保持、加圧の漸減等の付与、自然落下の防
止、をはかることができ、安定な差圧鋳造法を提供でき
る。また、気体の導入がランスの位置変更によって行わ
れるので、鋳込みから保持中に気体の混入の可能性が皆
無となる。気体導入装置自体は、背圧から炉内の溶湯レ
ベルが常時測定可能であり、また、予期しない閉塞や突
然のリークの検出が可能であり、安定な操業が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】減圧式の場合における、鋳造完了時の湯戻し開
始時の断面図である。

【図２】加圧式の場合における、鋳造完了時の湯戻し開
始時の断面図である。

【図３】減圧式の場合における、湯戻し工程以外の場合
の状況を示す断面図である。

【図４】加圧式の場合における、湯戻し工程以外の場合
の状況を示す断面図である。

【図５】図１の気体導入装置の制御盤の内容を示したも
のである。

【図６】図５における弁とランスの動作を各工程毎に示
した動作図である。

【図７】図２の鋳造機制御盤の内容を示したものであ
る。

【図８】減圧式の場合の気密チャンバ減圧度の変化とラ
ンスの気体流量の変化を示す特性図である。

【図９】加圧式の場合の気密チャンバ内の内圧の変化と
ランスの流量変化を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 溶湯容器 ２ 溶湯 ３ 給湯管 ４ 気密チャンバ ５ 鋳型 ５−３ キャビティ ６ 気体導入装置 ７ 気体導入装置の制御盤 ８ 加圧不活性気体源 ９ 鋳造機制御盤

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型内キャビティを減圧し給湯管を経由
   して溶湯容器の溶湯を前記キャビティに吸い上げ鋳型内
   キャビティに充填し、製品凝固まで保持し、その後給湯
   管内に溶湯内を通して不活性気体を所定流量で導入し、
   所定量導入した時点で鋳型内キャビティの減圧を解除
   し、型開きを行う、工程からなる減圧式差圧鋳造法。
2. 【請求項２】 気密炉を加圧し鋳型内キャビティに連通
   する給湯管を経由して溶湯を鋳型内キャビティに充填
   し、製品凝固まで保持し、その後気密炉内の圧力をあら
   かじめ設定した速度で低下させて大気圧に戻し、このと
   き同時に給湯管内に溶湯内を通して不活性気体を気密炉
   内の圧力が大気圧に達する時間に合わせて所定量を所定
   流量で導入し、気密炉内の圧力が大気圧に達した後型開
   きを行い製品を取り出すことを特徴とする加圧式差圧鋳
   造法。