JP6421679B2 - 鋳造製品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ダイカスト装置を用いた鋳造製品の製造方法に関する。

従来、例えば特許文献１に記載されるように、鋳造製品の製造時において、溶湯が冷却されて凝固する際に、体積が収縮することによって生じる鋳巣を防止する技術として、局部加圧式のダイカスト装置が知られている。このダイカスト装置は、キャビティを構成する金型、キャビティ内へ溶湯を射出するプランジャ、金型に摺動可能に設けられるスクイズピン等を備えている。スクイズピンは、鋳巣の発生しやすい部位に設けられる。そして、鋳造製品の製造時には、キャビティ内の溶湯が凝固する直前にスクイズピンを油圧シリンダ等によりキャビティ内に突出させて、溶湯を局部的に加圧することで鋳巣の発生を防止するようにしている。

特開平０５−２３８２１号公報

ここで、スクイズピンのキャビティ内への前進タイミングが適切でないと、適切なスクイズ効果が得られず、巣の発生を抑制することができない。例えば、キャビティ内において、溶湯の凝固タイミングは適宜異なる。一般的に、スクイズピンから遠く湯口寄りの遠方部位は凝固し始めるのが早く、スクイズピンが挿入される部位であって湯先寄りの部位は、スクイズピン挿入分の溶湯もあるため比較的厚肉であり凝固タイミングが遅くなる。

例えば、スクイズピンが挿入される部位と比較して薄肉となる遠方部位へ溶湯補給をするために、遠方部位の溶湯が凝固し始める早いタイミングで高圧で加圧すると、湯口から溶湯が逆流し、プランジャが後退することによって圧力が逃げてしまい、凝固収縮分の溶湯補給が十分にできない。また、高圧の影響で、寸法外れや型開き時のバリ発生等の問題が生じる虞もある。

また、遅いタイミングで加圧すると、遠方部位の溶湯が既に凝固閉塞してしまい、やはり遠方部位へ十分な溶湯補給をすることができなくなってしまう。いずれにしろ、溶湯補給が不十分となり、製品となったとき、特に湯口寄りの部位で鋳巣が生じ易く、製品の内部品質が悪化するという問題が生じていた。これは、製品のサイズが例えば２０ｃｍ以上のように大きくなると、さらに顕著に生じる。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、キャビティ内で凝固タイミングの異なるエリアの鋳巣発生を抑制し、品質を向上させる鋳造製品の製造方法を提供することにある。

本発明の鋳造製品の製造方法は、金型と、射出プランジャと、射出駆動部と、スクイズピンと、加圧駆動部と、制御部と、を備えたダイカスト装置による製造方法であって、第１加圧段階と第２加圧段階とを含む。

金型は、鋳造製品（２）の一端側に位置する孔（４１）を形成する厚肉部（４６）、鋳造製品の他端側に形成される薄肉部（４５）が成形される空間を含むキャビティと、キャビティに連通する湯口とが形成される。射出プランジャは、キャビティ内へ湯口から溶湯を射出する。射出駆動部は、射出プランジャを駆動する。一つのスクイズピンは、キャビティ内へ移動したとき、キャビティ内に充填された湯先側の溶湯を局部的に加圧して、製品の孔を成形する。加圧駆動部は、スクイズピンを駆動する。制御部は、スクイズピンの前進タイミングと圧力とを、加圧駆動部を介して制御する。

第１加圧段階では、キャビティ内において湯口寄りの溶湯が凝固完了するまでに、第１圧力でスクイズピンをキャビティ内へ移動させる。第２加圧段階では、当該第１加圧段階の後、第１圧力よりも高圧の第２圧力でスクイズピンをキャビティ内へさらに移動させる。

一般に、スクイズピンから遠方で湯口寄りの溶湯は、凝固開始タイミングが早く、スクイズピンの近傍で湯先寄りの溶湯は、比較的厚肉となり凝固開始タイミングが遅い。このようにキャビティ内で凝固タイミングの異なる溶湯に対して、本発明の製造方法では、第１加圧段階と第２加圧段階とによりそれぞれ溶湯補給をするようにしている。スクイズピンから遠方の溶湯に対しては、第１加圧段階において第１圧力で加圧し溶湯補給をする。ここで、第１圧力は後述する第２圧力より低圧であり、低圧とすることで、完全に凝固しきっていない状態の湯口寄りの溶湯が射出装置側へ逆流し圧力が逃げてしまうことを避け、加圧部位から遠方部位へ確実に溶湯補給をすることができる。

一方、スクイズピン近傍の溶湯に対しては、第１加圧段階より遅いタイミングである第２加圧段階において、第２圧力で加圧し溶湯補給をする。このように、第１圧力を相対的に低圧にしておき、第２圧力を第１圧力より高圧とすることで、第２加圧段階時におけるスクイズピンのストロークを確保し、スクイズピンの近傍の比較的厚肉な溶湯に対して、凝固時における体積収縮分の溶湯補給を十分に行うことができる。

以上のように、本発明の製造方法では、多段階加圧とすることで、スクイズピンの近傍から遠方まで、鋳造製品全体の凝固収縮を補うための溶湯補給をすることができ、凝固タイミングの異なるエリアの鋳巣を抑制することで鋳造製品の品質を向上させることができる。

さらに、スクイズピンを一つとした場合であっても、単独のスクイズピン動作によってキャビティ内の全域の溶湯補給をすることができるため、キャビティ内の凝固タイミングの異なる部位ごとに多数のスクイズピンを設ける必要もなく、装置構成を容易にできる。

本発明の第１実施形態によるダイカスト装置を模式的に示す全体図。 ハウジングを示す全体図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線切断線端面図。 図２のＩＶ−ＩＶ線切断線端面図。 スクイズピンによるストローク制御を示すグラフ。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線切断線端面図に対応する図であり、比較形態を示す図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〈第１実施形態〉
［構成］
本発明の第１実施形態の鋳造製品の製造方法について、図１〜図6を参照して説明する。まず、鋳造製品を製造するダイカスト装置１の構成について、図１を参照する。ダイカスト装置１は、例えばアルミニウム合金などの溶湯を金型１０のキャビティ１５に射出し、鋳造を行うものである。図１に示すように、ダイカスト装置１は、金型１０、プランジャ２２、射出駆動部としての油圧回路２４、スクイズピン３１、加圧駆動部としての油圧回路３２、制御部３３等を備える。

金型１０は、固定母型１１、可動母型１２および入子１３，１４を有している。固定母型１１は、ダイカスト装置１本体の図示しない固定盤に取り付けられ、可動母型１２との衝合面側に入子１３が固定されている。可動母型１２は、ダイカスト装置１本体の図示しない可動盤に取り付けられ、固定母型１１との衝合面側に入子１４が固定されている。固定母型１１と可動母型１２との衝合面には、鋳造製品の形状に対応する所謂製品部としてのキャビティ１５が形成されている。なお、図１は模式図であって、キャビティ１５の形状は簡略化して示してある。

プランジャ２２は、キャビティ１５の下側に位置し、固定母型１１に装着されたスリーブ２１に摺動可能に嵌挿されている。スリーブ２１は、その軸方向を水平方向に一致させた状態で配されており、湯道１８および湯口１６を介してキャビティ１５と連通されている。スリーブ２１の外壁には、溶湯を供給するための注湯孔２５が形成されている。プランジャ２２の後端は、加圧シリンダ２３内に収容されている。加圧シリンダ２３は油圧回路２４に接続され、この油圧回路２４から加圧シリンダ２３へ作動油が供給されるようになっている。そして、注湯孔２５からスリーブ２１内に溶湯が供給された後、プランジャ２２が油圧回路２４により駆動されて、スリーブ２１内をキャビティ１５へ向かって前進することにより、スリーブ２１内の溶湯がキャビティ１５に射出される。

スクイズピン３１は、キャビティ１５の上側に位置し、加圧側となるその先端がキャビティ１５内の湯先１７に突出され、後端が加圧シリンダ３４内に収容されている。加圧シリンダ３４は、油圧回路３２に接続され、この油圧回路３２から加圧シリンダ３４へ作動油が供給されるようになっている。油圧回路３２は、図示しない電磁弁、チェック弁、絞り弁等を備えたメータアウト制御を行う周知の回路であって、低圧系統と高圧系統とを切り替えることが可能である。

そして、プランジャ２２によりキャビティ１５に溶湯が充填された後、加圧シリンダ３４からの駆動力によりスクイズピン３１がキャビティ１５内へ前進することにより、キャビティ１５内の溶湯は局部的に加圧される。

制御部３３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。制御部３３には、各種設定値のデータが記憶されており、図示しないセンサの検出信号等に基づいて各種装置へ制御信号を出力し、プランジャ２２による射出制御およびスクイズピン３１による加圧タイミング制御を含む装置１全体の制御を行う。

［製造方法］
次に、上記構成のダイカスト装置１を用いた鋳造製品の製造方法について説明する。本実施形態では、ディーゼルエンジン用の燃料噴射システムとして知られるコモンレール式システムにおいて、コモンレールを介して複数の気筒に燃料を供給するサプライポンプのハウジング２を製造する。

図２〜図４に模式的に示すように、ハウジング２は、上下方向に延びるシリンダ孔４１（図３参照）が形成されるシリンダ部４２と、カム室４３（図３参照）が形成されるカム部４４とを主に有して構成されている。なお、上記装置構成では省略したが、キャビティ１５内の所定部位にはカム室用入子が配され、この入子によってカム室４３が成形される。また、スクイズピン３１のキャビティ１５内への前進によりシリンダ孔４１が成形される。

製造工程は、主に、型締工程、離型材塗布工程、注湯工程、ガス抜き工程、射出工程、凝固工程（第１加圧段階、第２加圧段階を含む。）、製品取出し工程により構成される。まず、型締工程、離型材塗布工程を経た後、注湯工程で注湯孔２５からスリーブ２１内に溶湯を供給し、ガス抜き工程で図示しないポンプ駆動によりキャビティ１５内のガスを吸引する。その後、射出工程で、プランジャ２２をキャビティ１５へ向かって前進させて、スリーブ２１内の溶湯をキャビティ１５に射出する。キャビティ１５内には、液状の溶湯が充填される。次に、凝固工程において、キャビティ１５内の溶湯の凝固進行に応じてスクイズピン３１を図３に矢印Ｆで示す方向へ前進させて溶湯を加圧しつつ、溶湯を凝固させる。

図５に実線Ｒ１で示すように、時間ｔ１からｔ３までの間、第１加圧段階として、第１圧力でスクイズピン３１をキャビティ１５内へ前進させて加圧する。第１圧力は、例えば１００ＭＰａ程度である。時間ｔ１からｔ３までの間で、スクイズピン３１からは遠方の湯口１６寄りの溶湯が徐々に凝固していき凝固が完了する。ｔ１は射出後、１秒以内程度の早いタイミングである。

次に、湯口１６寄りの溶湯が凝固完了したタイミングで、時間ｔ３からｔ４までの間、第２加圧段階として、第１圧力よりも高圧の第２圧力でスクイズピン３１をキャビティ１５内へさらに前進させて加圧する。第２圧力は、例えば２００ＭＰａを超える高圧である。時間ｔ３からｔ４までの間で、スクイズピン３１直下の湯先１７寄りの溶湯が徐々に凝固していき凝固が完了する。

なお、「湯口１６寄りの溶湯が凝固完了する」とは、溶湯が完全に固体の状態である必要はなく、プランジャ２２が後退しない程度にまで凝固しており、固液共存の所謂粥状態であっても良い。また、プランジャによる溶湯射出から第１加圧段階開始のタイミングおよび、第２加圧段階への切り替えのタイミングは、制御部３３による時間制御によって実行されており、制御部３３は、プランジャ２２を駆動する射出駆動部としての油圧回路２４と、スクイズピン３１を駆動する加圧駆動部としての油圧回路３２とを同期させて制御するようにしている。

次に、図３を参照して第１加圧段階および第２加圧段階におけるスクイズピン３１のストローク量について説明する。図１，図３に示すように、スクイズピン３１の加圧側となる先端は、初期位置Ｌ１に位置し、加圧開始時にはキャビティ１５内に若干突出した位置にある。スクイズピン３１は、この初期位置Ｌ１から最終位置Ｌ３までストローク量Ｓａだけ前進することで溶湯を加圧する。まず、第１加圧段階では、スクイズピン３１は初期位置Ｌ１から高圧切り替え位置Ｌ２まで、ストローク量Ｓ１だけ前進する。続いて、第２加圧段階では、スクイズピン３１は高圧切り替え位置Ｌ２から最終位置Ｌ３までストローク量Ｓ２だけ前進する。

そして、スクイズピン３１による加圧終了後は、型締め状態を一定時間保つことで溶湯が完全に冷却され凝固する。その後、ダイカスト装置本体の可動盤を動かし、型開きし、製品を取り出す。

［作用］
溶湯は、キャビティ１５内に充填されてからすぐに凝固し始めるが、スクイズピン３１から遠方であり湯口１６寄りの溶湯は、スクイズピン３１直下であり湯先１７寄りの溶湯と比較して薄肉であるため、凝固過程においては、まずこの薄肉部位から凝固していく。

図３，図４において、説明の便宜上、加圧工程時の薄肉部位に対応する部位をハウジング２の薄肉部４５とする。同様に、加圧工程でスクイズピン３１が前進する前段階で、溶湯が充填されていることにより厚肉となっている厚肉部位に対応する部位を、ハウジング２の厚肉部４６とする。概ね、薄肉部４５はカム室４３の周囲に相当し、厚肉部４６はシリンダ孔４１の周囲に相当する。なお、この薄肉部４５、厚肉部４６は、加圧工程時の状態を加味して便宜上このように区別して呼ぶが、実際の製品としての最終形状での厚みはそれほど相違ない。

まず、スクイズピン３１から遠方の薄肉部４５に対しては、第１加圧段階で、第１圧力でのスクイズピン３１の加圧により溶湯補給がなされる。ここで、第１圧力をより低圧としているのは、完全に凝固しきっていない状態の湯口１６寄りの溶湯がプランジャ２２側へ逆流し圧力が逃げてしまうことを避けるためである。これにより、加圧部位から遠方の薄肉部４５へ確実に溶湯補給がなされる。

一方、スクイズピン３１近傍の厚肉部４６に対しては、第１加圧段階より遅いタイミングである第２加圧段階において、第２圧力でのスクイズピン３１の加圧により溶湯補給がなされる。このように、第１圧力を相対的に低圧にしておき、第２圧力を第１圧力より高圧とすることで、第２加圧段階時におけるストローク量Ｓ２が確保され、スクイズピン３１の近傍の厚肉部４６に対しても十分な溶湯補給がなされる。

［効果］
以上のように、本実施形態では、より低圧で加圧する第１加圧段階と、第１加圧段階より高圧で加圧する第２加圧段階とによる多段階加圧とすることで、鋳造製品全体の凝固収縮を補うための溶湯補給を、スクイズピン３１の近傍から遠方まで確実に行うことができる。

例えば、図５に破線Ｒ２で示す比較形態のように、時間ｔ２から時間ｔ４まで、同じ圧力で加圧した場合には、図６に示すハウジング２００において、加圧部近傍の厚肉部４６０ではスクイズピン３１の加圧により鋳巣が生じにくいものの、スクイズピン３１から遠方の特にカム室４３の下部に相当する薄肉部４５０には鋳巣３が生じることがあった。その点、本実施形態によれば、比較形態より早い段階から徐々に加圧して多段階加圧をしているため、凝固タイミングの異なるエリアの鋳巣を抑制することができ、鋳造製品の品質を向上させることができる。

また、単独のスクイズピン３１動作によってまかなうことができるため、装置構成を容易にすることができる。

なお、特開平１０−１５６５４公報には、まず第１段階において加圧した後、第２段階において第１段階より高圧で加圧する方法が記載されているが、重力鋳造の鋳造方法であり、本件のダイカスト法とは異なる。また、本件では、キャビティ内の湯先側にスクイズピンが配置されており、第１加圧段階では湯口側の薄肉部４５への溶湯補給を狙い、第２加圧段階では湯先側の厚肉部４６への溶湯補給を狙った加圧を行う点で、異なっている。

〈他の実施形態〉
上記実施形態では、スクイズピン３１をキャビティ１５の上部に設け、下側へ前進させる形態としたが、キャビティ１５に対して横方向から加圧する形態としても良いし、製品の形状等によって適宜変更可能である。

上記実施形態では、第１加圧段階と第２加圧段階の２段階加圧としたが、製品の形状に応じてより細かく３段階以上の多段階加圧としても良い。

上記実施形態では、スクイズピンは一つとしたが、製品の形状によっては二つ以上の複数設ける構成としても良い。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１ ・・・ダイカスト装置
２ ・・・ハウジング（鋳造製品）
１０ ・・・金型
１５ ・・・キャビティ
１６ ・・・湯口
２２ ・・・射出プランジャ
２４ ・・・油圧回路（射出駆動部）
３１ ・・・スクイズピン
３２ ・・・油圧回路（加圧駆動部）
３３ ・・・制御部

Claims (1)

1. 鋳造製品（２）の一端側に位置する孔（４１）を形成する厚肉部（４６）、前記鋳造製品の他端側に形成される薄肉部（４５）が成形される空間を含むキャビティ（１５）と、前記キャビティに連通する湯口（１６）とが形成される金型（１０）と、
   前記キャビティ内へ前記湯口から溶湯を射出する射出プランジャ（２２）と、
   前記射出プランジャを駆動する射出駆動部（２４）と、
   前記キャビティ内へ移動したとき、前記キャビティ内に充填された湯先側の前記溶湯を局部的に加圧して、前記製品の前記孔を成形する一つのスクイズピン（３１）と、
   前記スクイズピンを駆動する加圧駆動部（３２）と、
   前記スクイズピンの前進タイミングと圧力とを、前記加圧駆動部を介して制御する制御部（３３）と、
   を備えたダイカスト装置（１）による鋳造製品の製造方法であって、
   前記キャビティ内において前記湯口寄りの前記溶湯が凝固完了するまでに、第１圧力で前記スクイズピンを前記キャビティ内へ移動させる第１加圧段階と、
   当該第１加圧段階の後、前記第１圧力よりも高圧の第２圧力で前記スクイズピンを前記キャビティ内へさらに移動させる第２加圧段階と、
   を含むことを特徴とする鋳造製品の製造方法。

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