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JP6645309B2 - Casting apparatus and method of manufacturing cast product - Google Patents
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Description

本発明は、鋳造装置および鋳造製品の製造方法に関する。   The present invention relates to a casting apparatus and a method for manufacturing a cast product.

従来、金型内部に形成される空間であるキャビティに溶融金属を流し込んで製品形状を成形する鋳造が製造方法として用いられている。特許文献1、特許文献2および特許文献3に記載のように、液体と気体との混合物であるミストを用いてキャビティ内の溶融金属を冷却する鋳造装置が知られている。   BACKGROUND ART Conventionally, a casting method in which a molten metal is poured into a cavity, which is a space formed inside a mold, to form a product shape has been used as a manufacturing method. As described in Patent Literature 1, Patent Literature 2, and Patent Literature 3, a casting apparatus that cools a molten metal in a cavity using a mist that is a mixture of a liquid and a gas is known.

特開平6−210398号公報JP-A-6-210398 特開平11−188473号公報JP-A-11-188473 特開2002−283035号公報JP-A-2002-283035

鋳造製品の欠陥を防止するために、冷却部側から一定方向に順次、溶融金属が凝固する指向性凝固を用いる方法がある。指向性凝固を用いる場合、冷却方法としてミスト冷却が用いられることがある。一般に、空気冷却もしくは水単独冷却と比較して、ミスト冷却は冷却能力が高いことが知られている。ミスト冷却の制御方法として、特許文献1記載のように冷却される溶融金属の温度を用いてミスト冷却を制御する場合や、特許文献2に記載のように冷却水の圧力を用いてミスト冷却を制御する場合がある。   In order to prevent defects in the cast product, there is a method using directional solidification in which molten metal solidifies sequentially in a certain direction from the cooling unit side. When directional solidification is used, mist cooling may be used as a cooling method. Generally, it is known that mist cooling has a higher cooling capacity than air cooling or water alone cooling. As a method of controlling the mist cooling, the mist cooling is controlled using the temperature of the molten metal to be cooled as described in Patent Document 1, or the mist cooling is performed using the pressure of the cooling water as described in Patent Document 2. May be controlled.

ミスト冷却を制御するとき、溶融金属の温度や空気の圧力に依存せず、気化熱があるため熱伝達量が大きくなる。このため、冷却能力が高くなるけれども、薄肉部と厚肉部とが混在する偏肉部が成形される空間を有するキャビティに充填されている溶融金属を冷却する場合、薄肉部と厚肉部とにおける凝固完了時間に差が生じやすくなる。この凝固完了時間差のため、指向性凝固が困難で、凝固時の収縮によって発生した穴である引け巣等の欠陥が鋳造製品に生じやすくなる。   When controlling the mist cooling, the amount of heat transfer increases because of the heat of vaporization without depending on the temperature of the molten metal or the pressure of the air. For this reason, although the cooling capacity is increased, when cooling the molten metal filled in the cavity having a space in which the uneven portion in which the thin portion and the thick portion are mixed is formed, the thin portion and the thick portion are In the coagulation completion time tends to occur. Because of this difference in solidification completion time, directional solidification is difficult, and defects such as shrinkage cavities, which are holes generated by shrinkage during solidification, are likely to occur in cast products.

凝固完了時間差を小さくするために、特許文献3に記載のように、溶融金属を局所的にミスト冷却する方法がある。溶融金属を局所的にミスト冷却する場合、複数のノズルを鋳造装置に設ける必要がある。また、複数の温度センサを鋳造装置に設けて温度制御を行う方法が考えられる。複数のノズルや温度センサを設ける場合、鋳造装置の体格が大型化し、鋳造装置のコストが増加する。   In order to reduce the solidification completion time difference, there is a method of locally mist cooling a molten metal as described in Patent Document 3. When the molten metal is locally mist-cooled, it is necessary to provide a plurality of nozzles in the casting apparatus. In addition, a method in which a plurality of temperature sensors are provided in a casting apparatus to perform temperature control can be considered. When a plurality of nozzles and temperature sensors are provided, the size of the casting apparatus becomes large, and the cost of the casting apparatus increases.

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、冷却能力が向上し、偏肉部を有する鋳造製品の欠陥を抑制し、小型化可能な鋳造装置およびその鋳造装置を用いた鋳造製品の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to improve a cooling capacity, suppress a defect of a cast product having an uneven thickness portion, and reduce the size of a casting device and a casting device thereof. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a cast product using the apparatus.

本発明の鋳造装置は、金型(10)、冷却管(121、122)注入部(30)、ミスト噴射部(401、402)および冷却管圧力センサ(151、152)備える。
金型は、成形空間であるキャビティ(11)を有する。
キャビティは、製品(6)の薄肉部が成形される薄肉空間(18)または製品の厚肉部が成形される厚肉空間(19)を含む。
冷却管は、金型に設けられ、有底筒状に形成されている。
注入部は、キャビティに溶融金属(5)を注入する。
Casting apparatus of the present invention, the mold (10), condenser (121, 122) implant portion (30), comprising a mist ejection part (401, 402) and a cooling pipe pressure sensor (151, 152).
The mold has a cavity (11) that is a molding space.
The cavity includes a thin space (18) in which the thin part of the product (6) is molded or a thick space (19) in which the thick part of the product is molded.
The cooling pipe is provided in a mold and is formed in a cylindrical shape with a bottom.
The injection unit injects the molten metal (5) into the cavity.

ミスト噴射部は、冷却管に設けられ、キャビティに向かって液体と気体との混合物であるミストを噴射し、キャビティにおける溶融金属を冷却可能である
冷却管圧力センサは、冷却管内の圧力(P)を測定可能である
The mist injection unit is provided in the cooling pipe, and is capable of injecting a mist that is a mixture of a liquid and a gas toward the cavity to cool the molten metal in the cavity .
The cooling pipe pressure sensor can measure the pressure (P) in the cooling pipe .

時間に対する冷却管内の圧力の変化量を、圧力降下時に負の値で定義される圧力降下度(dP/dt)とする。時間に対する冷却管内の圧力の変化量における予め設定された負の設定値を限界圧力降下度(dP/dt_lim)とする。The amount of change in the pressure in the cooling pipe with respect to time is defined as a pressure drop (dP / dt) defined by a negative value when the pressure drops. A preset negative set value of the amount of change in the pressure in the cooling pipe with respect to time is defined as a critical pressure drop (dP / dt_lim).
圧力降下度の絶対値が限界圧力降下度の絶対値以下であるとき、ミスト噴射部によりミストが噴射される。圧力降下度の絶対値が限界圧力降下度の絶対値より大きいとき、金型が割れていることが示される。When the absolute value of the pressure drop is equal to or less than the absolute value of the limit pressure drop, the mist is injected by the mist injection unit. When the absolute value of the pressure drop is greater than the absolute value of the critical pressure drop, it indicates that the mold is cracked.

本発明の鋳造装置は、ミスト噴射部を有するため、冷却能力が向上する Since the casting apparatus of the present invention has the mist injection section, the cooling capacity is improved .

また、本発明は、上記鋳造装置を用いた鋳造製品の製造方法として提供される。
この鋳造製品の製造方法は、ミスト噴射部がミストを噴射して、溶融金属を冷却する凝固冷却工程(S204)を含む。これにより、上記鋳造装置と同様の効果を奏する。
Further, the present invention is provided as a method for manufacturing a cast product using the above casting apparatus.
Method of manufacturing cast products include mist injection unit injects mist, a solidification and cooling step of cooling the molten metal (S204). Thereby, the same effects as those of the casting apparatus are obtained.

本発明の一実施形態による鋳造装置の断面図。1 is a sectional view of a casting apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1におけるII部拡大図。The II section enlarged view in FIG. 本発明の一実施形態による鋳造装置の噴射制御部の処理を説明するためのフローチャート。4 is a flowchart for explaining processing of an injection control unit of the casting apparatus according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による鋳造装置のキャビティに溶融金属が注入されたときの断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view when a molten metal is injected into a cavity of a casting device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による鋳造装置に注入された溶融金属が凝固したときの断面図。Sectional drawing when the molten metal injected into the casting apparatus according to one embodiment of the present invention is solidified. 本発明の一実施形態による鋳造装置の距離比ΔD/Dmaxと材料密度ρとの特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram of a distance ratio ΔD / Dmax and a material density ρ of the casting apparatus according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による鋳造装置を用いた鋳造製品の製造方法を説明するためのフローチャート。5 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a cast product using the casting apparatus according to one embodiment of the present invention. その他実施形態による鋳造装置の断面図。Sectional drawing of the casting apparatus by other embodiments.

以下、本発明の実施形態による鋳造装置1を図面に基づいて説明する。一実施形態の鋳造装置は、例えば、製品を成形する鋳造方法の1つである低圧鋳造法に用いられる。一実施形態の鋳造装置では、型締め装置は省略して記載する。   Hereinafter, a casting apparatus 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The casting apparatus according to one embodiment is used, for example, in a low-pressure casting method, which is one of casting methods for molding a product. In the casting apparatus of one embodiment, a mold clamping apparatus will be omitted.

(一実施形態)
図1に示すように、鋳造装置1は、金型10、注入部30、ミスト噴射部401、402および噴射制御部60を備える。
金型10は、開閉可能であり、キャビティ11、冷却管121、122、冷却管温度センサ141、142、冷却管圧力センサ151、152、金型温度センサ16、雰囲気温度センサ171、172および金型ヒータ29を有する。
(One embodiment)
As shown in FIG. 1, the casting apparatus 1 includes a mold 10, an injection unit 30, mist injection units 401 and 402, and an injection control unit 60.
The mold 10 can be opened and closed, and includes a cavity 11, cooling pipes 121 and 122, cooling pipe temperature sensors 141 and 142, cooling pipe pressure sensors 151 and 152, a mold temperature sensor 16, atmosphere temperature sensors 171, 172, and a mold. It has a heater 29.

図1および図2に示すように、キャビティ11は、成形空間であり、薄肉空間18と厚肉空間19とが混在する偏肉空間20を含む。薄肉空間18は、鋳造製品6の薄肉部が成形される空間であり、厚肉空間19は、鋳造製品6の厚肉部が成形される空間である。薄肉空間18の流路は、厚肉空間19の流路よりも狭くなるように形成されている。キャビティ11を区画形成する金型10の面を一端面27とし、一端面27と対向する面を対向面28とする。一端面27から対向面28までの距離をキャビティ距離Dとする。   As shown in FIGS. 1 and 2, the cavity 11 is a molding space and includes an uneven thickness space 20 in which a thin space 18 and a thick space 19 are mixed. The thin space 18 is a space where the thin portion of the cast product 6 is formed, and the thick space 19 is a space where the thick portion of the cast product 6 is formed. The flow path of the thin space 18 is formed to be narrower than the flow path of the thick space 19. The surface of the mold 10 that defines the cavity 11 is defined as one end surface 27, and the surface facing the one end surface 27 is defined as an opposing surface 28. The distance from one end surface 27 to opposing surface 28 is defined as cavity distance D.

キャビティ距離Dの最小値を最小距離Dminとし、キャビティ距離Dの最大値を最大距離Dmaxとする。一実施形態において、薄肉空間18におけるキャビティ距離Dが最小距離Dminであり、厚肉空間19におけるキャビティ距離Dが最大距離Dmaxである。また、最大距離Dmaxと最小距離Dminとの差を距離差ΔDとする。最大距離Dmaxに対する距離差ΔDの比を距離比ΔD/Dmaxが20%以上から40%以下となるように、金型10は形成されている。   The minimum value of the cavity distance D is defined as a minimum distance Dmin, and the maximum value of the cavity distance D is defined as a maximum distance Dmax. In one embodiment, the cavity distance D in the thin space 18 is the minimum distance Dmin, and the cavity distance D in the thick space 19 is the maximum distance Dmax. The difference between the maximum distance Dmax and the minimum distance Dmin is defined as a distance difference ΔD. The mold 10 is formed such that the ratio of the distance difference ΔD to the maximum distance Dmax is equal to or greater than 20% and equal to or less than 40%.

図1に戻って、冷却管121、122は、有底筒状に形成され、金型10の内部に設けられている。冷却管121は、下方向に延びており、冷却管122は、左方向に延びている。図中の紙面に対し、上方向を「上」とし、下方向を「下」とする。また、図中の紙面に対し、左方向を「左」とし、右方向を「右」とする。   Returning to FIG. 1, the cooling pipes 121 and 122 are formed in a bottomed cylindrical shape, and are provided inside the mold 10. The cooling pipe 121 extends downward, and the cooling pipe 122 extends leftward. With respect to the paper surface in the figure, the upward direction is “up” and the downward direction is “down”. In addition, the left direction is “left” and the right direction is “right” with respect to the paper surface in the figure.

冷却管温度センサ141、142は、棒状に形成されており、冷却管121、122の外側面の近傍に設けられている。
冷却管温度センサ141、142は、冷却管121、122の温度である冷却管温度Tcを測定可能である。冷却管温度センサ141、142は、2種類の金属線の先端同士が接触し回路を作り、接合点に発生する熱起電力を通じて温度差を測定する熱電対である。冷却管温度センサ141、142は、例えば、JIS規格熱電対であるK熱電対が用いられる。
The cooling pipe temperature sensors 141 and 142 are formed in a rod shape, and are provided near the outer surfaces of the cooling pipes 121 and 122.
The cooling pipe temperature sensors 141 and 142 can measure the cooling pipe temperature Tc that is the temperature of the cooling pipes 121 and 122. The cooling pipe temperature sensors 141 and 142 are thermocouples in which the tips of two types of metal wires come into contact with each other to form a circuit, and measure the temperature difference through the thermoelectromotive force generated at the junction. As the cooling pipe temperature sensors 141 and 142, for example, a K thermocouple which is a JIS standard thermocouple is used.

冷却管圧力センサ151、152は、冷却管121、122の内部に設けられ、冷却管121、122内の圧力である冷却管圧力Pを測定可能である。冷却管圧力センサ151、152は、例えば、圧力の変化に伴う金属または半導体等の電気抵抗の変化を利用するものであり、圧力により変形するダイヤフラムを形成したシリコンが用いられる。   The cooling pipe pressure sensors 151 and 152 are provided inside the cooling pipes 121 and 122, and can measure the cooling pipe pressure P that is the pressure in the cooling pipes 121 and 122. The cooling pipe pressure sensors 151 and 152 use, for example, a change in electric resistance of a metal or a semiconductor due to a change in pressure, and use silicon having a diaphragm that is deformed by pressure.

金型温度センサ16は、棒状に形成されており、キャビティ11付近に設けられている。金型温度センサ16は、金型10の温度である金型温度Tdが測定可能である。金型温度センサ16は、冷却管温度センサ141、142と同様に、K熱電対が用いられる。   The mold temperature sensor 16 is formed in a rod shape, and is provided near the cavity 11. The mold temperature sensor 16 can measure the mold temperature Td, which is the temperature of the mold 10. As the mold temperature sensor 16, a K thermocouple is used similarly to the cooling pipe temperature sensors 141 and 142.

雰囲気温度センサ171、172は、棒状に形成されており、冷却管121、122の底面211、212の近傍に設けられている。雰囲気温度センサ171、172は、冷却管121、122内の雰囲気温度Twが測定可能である。雰囲気温度センサ171、172は、冷却管温度センサ141、142および金型温度センサ16と同様に、K熱電対が用いられる。雰囲気温度Twは、冷却管121、122内における空気、水、空気と水の混合気または凝縮水の温度である。凝縮水は、一度蒸発した水が凝縮して生成された水である。   The ambient temperature sensors 171 and 172 are formed in a rod shape, and are provided near the bottom surfaces 211 and 212 of the cooling pipes 121 and 122. The ambient temperature sensors 171 and 172 can measure the ambient temperature Tw in the cooling pipes 121 and 122. As the ambient temperature sensors 171 and 172, a K thermocouple is used similarly to the cooling pipe temperature sensors 141 and 142 and the mold temperature sensor 16. The ambient temperature Tw is the temperature of air, water, a mixture of air and water, or condensed water in the cooling pipes 121 and 122. Condensed water is water generated by condensing water that has once evaporated.

金型ヒータ29は、棒状に形成され、金型10の内部に収容されている。金型ヒータ29は、金型10を加熱可能で、アルミナや窒化珪素等のセラミックスに発熱体が内蔵されるセラミックヒータである。金型ヒータ29に、シース外径が1.0〜6.4mmの細管シース型マイクロヒータを用いてもよい。または、高純度のアルミナ(Al23)およびシリカ(SiO2)を主成分とした人造無機繊維であるセラミックファイバーに発熱体を一定の配列で埋め込まれたセラミックファイバーヒータを金型ヒータ29に用いてもよい。金型ヒータ29は、金型温度Tdが数百℃以上から千数百℃以下となるように金型10を加熱する。 The mold heater 29 is formed in a rod shape and is housed inside the mold 10. The mold heater 29 is a ceramic heater that can heat the mold 10 and has a heating element built in ceramics such as alumina or silicon nitride. As the mold heater 29, a thin tube sheath type micro heater having a sheath outer diameter of 1.0 to 6.4 mm may be used. Alternatively, a ceramic fiber heater in which heating elements are embedded in a fixed arrangement in ceramic fibers, which are artificial inorganic fibers containing high-purity alumina (Al 2 O 3 ) and silica (SiO 2 ) as a main component, is used as the mold heater 29. May be used. The mold heater 29 heats the mold 10 so that the mold temperature Td is from several hundred degrees Celsius to 1,000 and several hundred degrees Celsius.

注入部30は、溶融金属5を加圧して、キャビティ11に注入する。また、注入部30は、材料投入部31、溶融金属保持炉32、加圧制御部33および配管34を有する。
材料投入部31は、溶融する材料が投入される。材料投入部31に設けられる投入部ヒータ36によって、材料を加熱溶融し、溶融金属5を生成可能にする。溶融する材料は、例えば、アルミニウム(Al)が用いられる。
The injection unit 30 pressurizes the molten metal 5 and injects it into the cavity 11. The injection unit 30 includes a material input unit 31, a molten metal holding furnace 32, a pressure control unit 33, and a pipe.
The material inputting section 31 inputs the material to be melted. The material is heated and melted by the charging unit heater 36 provided in the material charging unit 31, and the molten metal 5 can be generated. As a material to be melted, for example, aluminum (Al) is used.

溶融金属保持炉32は、U字形状の断面を有し、材料投入部31と連結しており、材料投入部31によって生成した溶融金属5を貯蔵する。溶融金属保持炉32は、図示しないヒータが内蔵されており、溶融金属5が固体化しない温度になっており、溶融金属5を保持する。図中において、溶融金属5の所在を明確にするため、ドット柄で記載している。   The molten metal holding furnace 32 has a U-shaped cross section, is connected to the material charging section 31, and stores the molten metal 5 generated by the material charging section 31. The molten metal holding furnace 32 has a built-in heater (not shown), has a temperature at which the molten metal 5 does not solidify, and holds the molten metal 5. In the figure, in order to clarify the location of the molten metal 5, it is described in a dot pattern.

加圧制御部33は、溶融金属保持炉32に保持されている溶融金属5に空気圧を用いて加圧し、配管34に溶融金属5を供給する。
配管34は、溶融金属保持炉32と金型10とを連通する。配管34を介して加圧された溶融金属5がキャビティ11に注入される。
The pressurization control unit 33 pressurizes the molten metal 5 held in the molten metal holding furnace 32 using air pressure, and supplies the molten metal 5 to the pipe 34.
The pipe 34 connects the molten metal holding furnace 32 and the mold 10. The molten metal 5 pressurized through the pipe 34 is injected into the cavity 11.

ミスト噴射部401、402は、ノズルが形成されており、冷却管121、122の底面211、212とは反対側の開口部に設けられている。ノズルの噴射口431、432がキャビティ11に向いており、ミスト噴射部401、402は、キャビティ11に向かって、液体と気体との混合物であるミスト42を噴射可能である。一実施形態において、ミストの液体に水が用いられている。また、一実施形態において、ミストの気体に空気が用いられている。ミスト噴射部401、402は、ミスト42を噴射することによって、キャビティ11における溶融金属5を冷却可能である。図中において、ミスト42を二点鎖線で示す。   The mist sprayers 401 and 402 each have a nozzle formed therein, and are provided in openings of the cooling pipes 121 and 122 on the side opposite to the bottom surfaces 211 and 212. The injection ports 431 and 432 of the nozzle face the cavity 11, and the mist injection units 401 and 402 can jet the mist 42 that is a mixture of liquid and gas toward the cavity 11. In one embodiment, water is used as the mist liquid. In one embodiment, air is used as the mist gas. The mist injection units 401 and 402 can cool the molten metal 5 in the cavity 11 by injecting the mist 42. In the figure, the mist 42 is indicated by a two-dot chain line.

噴射制御部60は、ミスト噴射部401、402が噴射するミスト42の噴射量Mとミスト42の噴射時間Xとを制御可能である。
時間tに対する冷却管圧力Pの変化量を圧力降下度dP/dtとし、時間tに対する冷却管圧力Pの変化量における予め設定された負の設定値を限界圧力降下度dP/dt_limとする。限界圧力降下度dP/dt_limは、金型10に用いられる材料等で決定され、実験またはシミュレーション等によって算出可能である。
The injection control unit 60 can control the injection amount M of the mist 42 injected by the mist injection units 401 and 402 and the injection time X of the mist 42.
The amount of change of the cooling pipe pressure P with respect to time t is referred to as a pressure drop dP / dt, and the preset negative set value of the amount of change of the cooling pipe pressure P with respect to time t is referred to as a limit pressure drop dP / dt_lim. The limit pressure drop dP / dt_lim is determined by a material or the like used for the mold 10 and can be calculated by an experiment or a simulation.

噴射制御部60は、マイコンを主体として構成されている。噴射制御部60の処理は、ROM等の実体的なメモリ装置に予め記憶されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。   The injection control unit 60 is mainly configured by a microcomputer. The process of the injection control unit 60 may be a software process by executing a program stored in a substantial memory device such as a ROM in advance by a CPU, or a hardware process by a dedicated electronic circuit. Good.

噴射制御部60は、キャビティ距離D、冷却管温度Tc、冷却管圧力P、金型温度Td、雰囲気温度Twおよび圧力降下度dP/dtに基づいて、噴射量Mと噴射時間Xとを制御可能である。破線矢印で示すように、冷却管温度Tc、冷却管圧力P、金型温度Tdおよび雰囲気温度Twは各種センサから噴射制御部60に入力される。圧力降下度dP/dtは、噴射制御部60によって入力された冷却管圧力Pを用いて算出される。   The injection control unit 60 can control the injection amount M and the injection time X based on the cavity distance D, the cooling pipe temperature Tc, the cooling pipe pressure P, the mold temperature Td, the ambient temperature Tw, and the pressure drop dP / dt. It is. As indicated by the dashed arrows, the cooling pipe temperature Tc, the cooling pipe pressure P, the mold temperature Td, and the ambient temperature Tw are input to the injection control unit 60 from various sensors. The pressure drop dP / dt is calculated using the cooling pipe pressure P input by the injection control unit 60.

噴射量Mは、単位時間あたりに噴射するミスト42の体積または質量である。また、噴射量Mに、ミスト42のモル換算した値を用いてもよい。
噴射時間Xは、ミスト噴射部401、402が噴射開始から噴射完了するまでの時間である。噴射制御部60は、例えば、キャビティ距離Dが大きくなるに伴い、噴射量Mを大きくし、噴射時間Xを長くする制御を行う。
The injection amount M is the volume or mass of the mist 42 injected per unit time. Further, the injection amount M may be a value obtained by converting the mist 42 into moles.
The injection time X is the time from the start of injection to the completion of injection by the mist injection units 401 and 402. The injection control unit 60 performs control to increase the injection amount M and increase the injection time X, for example, as the cavity distance D increases.

噴射制御部60が行う処理について、図3のフローチャートを参照して説明する。以下、フローチャートにおいて、記号「S」はステップを意味する。
ステップ101において、噴射制御部60にキャビティ距離Dが入力される。
ステップ102において、ミスト噴射部401、402が冷却管121、122に空気を導入し、噴射制御部60は圧力降下度dP/dtを測定する。
The processing performed by the injection control unit 60 will be described with reference to the flowchart in FIG. Hereinafter, in the flowchart, the symbol “S” means a step.
In step 101, the cavity distance D is input to the injection control unit 60.
In step 102, the mist injection units 401 and 402 introduce air into the cooling pipes 121 and 122, and the injection control unit 60 measures the pressure drop dP / dt.

ステップ103において、噴射制御部60は、圧力降下度の絶対値|dP/dtが限界圧力降下度の絶対値|dP/dt_limを上回るとき、終了する。
一方、ステップ103において、噴射制御部60は、圧力降下度dP/dtが限界圧力降下度dP/dt_lim以下になるとき、ステップ104に移行する。図中の「=」は、常識的な誤差範囲を含む。以下、「=」、「等しく」、「等しい」は、同様に拡大解釈するものとする。
In step 103, the injection control unit 60 ends when the absolute value | dP / dt | of the pressure drop exceeds the absolute value | dP / dt_lim | of the limit pressure drop.
On the other hand, in step 103, when the pressure drop dP / dt becomes equal to or less than the limit pressure drop dP / dt_lim, the injection control unit 60 proceeds to step 104. “=” In the figure includes a common-sense error range. Hereinafter, “=”, “equal”, and “equal” shall be similarly expanded.

ステップ104において、各種センサが冷却管温度Tc、冷却管圧力P、金型温度Tdおよび雰囲気温度Twを測定する。
ステップ105において、噴射制御部60は、キャビティ距離D、冷却管温度Tc、冷却管圧力P、金型温度Tdおよび雰囲気温度Twに基づいて、噴射量Mと噴射時間Xとを決定し、終了する。
In step 104, various sensors measure the cooling pipe temperature Tc, the cooling pipe pressure P, the mold temperature Td, and the ambient temperature Tw.
In step 105, the injection control unit 60 determines the injection amount M and the injection time X based on the cavity distance D, the cooling pipe temperature Tc, the cooling pipe pressure P, the mold temperature Td, and the ambient temperature Tw, and ends. .

(作用)
鋳造装置1の作用について説明する。
初期状態では、注入部30が溶融金属5をキャビティ11に注入しておらず、キャビティ11内に溶融金属5が充填されていない。
(Action)
The operation of the casting device 1 will be described.
In the initial state, the injection unit 30 has not injected the molten metal 5 into the cavity 11, and the cavity 11 is not filled with the molten metal 5.

図4に示すように、注入部30が溶融金属5を注入し、キャビティ11内に溶融金属5が充填される。溶融金属5が充填後、噴射制御部60によって制御されるミスト噴射部401、402がミスト42を底面211、212に向かって、噴射して溶融金属5を冷却する。   As shown in FIG. 4, the injection unit 30 injects the molten metal 5, and the cavity 11 is filled with the molten metal 5. After the molten metal 5 is filled, the mist injection units 401 and 402 controlled by the injection control unit 60 inject the mist 42 toward the bottom surfaces 211 and 212 to cool the molten metal 5.

図5に示すように、注入部30は溶融金属5に加圧し続けながら、ミスト噴射部401、402側から配管34側に向かって溶融金属5が凝固されていき、鋳造製品6が完成する。鋳造製品6は、例えば、ディーゼルエンジンに用いられるポンプの保護部材であるポンプハウジングである。図中において、溶融金属5と区別するため、鋳造製品6を斜めハッチングで示す。   As shown in FIG. 5, the molten metal 5 is solidified from the mist injection parts 401 and 402 toward the pipe 34 while the injection unit 30 continues to pressurize the molten metal 5, and the cast product 6 is completed. The cast product 6 is, for example, a pump housing that is a protection member of a pump used in a diesel engine. In the figure, the cast product 6 is shown by oblique hatching to distinguish it from the molten metal 5.

このように、ミスト噴射部401、402側から配管34側に向かって一定方向に溶融金属5が凝固していく指向性凝固を用いることによって、鋳造製品6における欠陥を防止する。指向性凝固を用いる場合において、冷却効率を高くするために、ミスト冷却が用いられることがある。   As described above, defects in the cast product 6 are prevented by using the directional solidification in which the molten metal 5 solidifies in a certain direction from the mist spraying parts 401 and 402 toward the pipe 34. When directional solidification is used, mist cooling may be used to increase cooling efficiency.

一般に、空気冷却もしくは水単独冷却と比較して、ミスト冷却は冷却能力が高いことが知られている。ミスト冷却の制御方法として、溶融金属の温度を用いてミスト冷却を制御する場合や、冷却水の圧力を用いてミスト冷却を制御する場合がある。   Generally, it is known that mist cooling has a higher cooling capacity than air cooling or water alone cooling. As a method of controlling the mist cooling, there are a case where the mist cooling is controlled using the temperature of the molten metal and a case where the mist cooling is controlled using the pressure of the cooling water.

ミスト冷却を制御するとき、溶融金属の温度や空気の圧力に依存せず、気化熱のため熱伝達量が大きくなる。このため、冷却能力が高くなるけれども、薄肉部と厚肉部とが混在する偏肉部が成形される空間を有するキャビティに充填されている溶融金属を冷却する場合、薄肉部と厚肉部とにおける凝固完了時間に差が生じやすくなる。この凝固完了時間差のため、指向性凝固が困難で、凝固時の収縮によって発生した穴である引け巣等の欠陥が鋳造製品に生じやすい。   When controlling the mist cooling, the heat transfer amount increases due to the heat of vaporization without depending on the temperature of the molten metal or the pressure of the air. For this reason, although the cooling capacity is increased, when cooling the molten metal filled in the cavity having a space in which the uneven portion in which the thin portion and the thick portion are mixed is formed, the thin portion and the thick portion are In the coagulation completion time tends to occur. Because of this difference in solidification completion time, directional solidification is difficult, and defects such as shrinkage cavities, which are holes generated by shrinkage during solidification, are likely to occur in cast products.

凝固完了時間差を小さくするために、溶融金属を局所的にミスト冷却する方法がある。溶融金属を局所的にミスト冷却する場合、複数のノズルを鋳造装置に設ける必要がある。また、局所的に複数の温度センサを鋳造装置に設けて温度制御を行う方法が考えられる。複数のノズルや温度センサを設ける場合、鋳造装置の体格が大型化し、鋳造装置のコストが増加する。   In order to reduce the solidification completion time difference, there is a method of locally mist cooling the molten metal. When the molten metal is locally mist-cooled, it is necessary to provide a plurality of nozzles in the casting apparatus. In addition, a method is conceivable in which a plurality of temperature sensors are locally provided in a casting apparatus to perform temperature control. When a plurality of nozzles and temperature sensors are provided, the size of the casting apparatus becomes large, and the cost of the casting apparatus increases.

そこで、一実施形態における鋳造装置1では、冷却能力が向上し、偏肉部を有する鋳造製品の欠陥を抑制し、小型化可能にする。鋳造装置1は、ミスト噴射部401、402および噴射制御部60を有する。また、噴射制御部60は、キャビティ距離D、冷却管温度Tc、冷却管圧力P、金型温度Td、雰囲気温度Twおよび圧力降下度dP/dtに基づいて、噴射量Mと噴射時間Xとを制御可能である。   Therefore, in the casting apparatus 1 according to one embodiment, the cooling capacity is improved, the defects of the cast product having the uneven thickness portion are suppressed, and the size can be reduced. The casting apparatus 1 has mist injection units 401 and 402 and an injection control unit 60. Further, the injection control unit 60 determines the injection amount M and the injection time X based on the cavity distance D, the cooling pipe temperature Tc, the cooling pipe pressure P, the mold temperature Td, the ambient temperature Tw, and the pressure drop dP / dt. It can be controlled.

(効果)
[1]鋳造装置1はミスト噴射部401、402を有するため、冷却能力が向上する。また、噴射制御部60は、冷却管温度Tc、冷却管圧力Pおよび金型温度Tdに基づいて噴射量Mと噴射時間Xとを決定するため、ミスト噴射部401、402の制御性が高まる。また、キャビティ距離Dに基づいて、噴射量Mと噴射時間Xとを決定するため、薄肉部と厚肉部とが混在する偏肉部を考慮し、凝固完了時間差が小さくなる。
(effect)
[1] Since the casting apparatus 1 has the mist injection sections 401 and 402, the cooling capacity is improved. Further, since the injection control unit 60 determines the injection amount M and the injection time X based on the cooling pipe temperature Tc, the cooling pipe pressure P, and the mold temperature Td, the controllability of the mist injection units 401 and 402 is improved. Further, since the injection amount M and the injection time X are determined based on the cavity distance D, the difference in the solidification completion time is reduced in consideration of the uneven thickness portion in which the thin portion and the thick portion are mixed.

凝固完了時間差が小さくなるため、薄肉空間18内の溶融金属5は相対的に遅く凝固し、厚肉空間19内の溶融金属5は相対的に早く凝固することができる。このため、指向性凝固がしやすくなり、鋳造製品6の欠陥を抑制できる。また、偏肉部を冷却するために、複数のノズルまたはセンサを局所的に設ける必要がないため、鋳造装置1の体格が小型化可能になる。   Since the solidification completion time difference becomes small, the molten metal 5 in the thin space 18 solidifies relatively slowly, and the molten metal 5 in the thick space 19 can solidify relatively quickly. For this reason, directional solidification becomes easy, and the defect of the cast product 6 can be suppressed. In addition, since it is not necessary to locally provide a plurality of nozzles or sensors to cool the uneven thickness portion, the size of the casting apparatus 1 can be reduced.

[2]図6は、距離比ΔD/Dmaxと鋳造製品6の材料密度ρとの関係を示す特性図である。距離比ΔD/Dmaxが大きくなることは、薄肉空間18と厚肉空間19とのキャビティ距離Dの変動が大きくなることを示す。材料密度ρは、完成した鋳造製品6の単位体積あたりの質量とする。また、比較例として、噴射制御部60に相当する噴射制御部を有しない場合の鋳造装置を用いた参照特性を破線で示す。   [2] FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between the distance ratio ΔD / Dmax and the material density ρ of the cast product 6. An increase in the distance ratio ΔD / Dmax indicates that the variation in the cavity distance D between the thin space 18 and the thick space 19 increases. The material density ρ is the mass per unit volume of the completed cast product 6. Further, as a comparative example, a reference characteristic using a casting apparatus in a case where the injection control unit corresponding to the injection control unit 60 is not provided is indicated by a broken line.

比較例では、距離比ΔD/Dmaxが20%を超えるとき、材料密度ρが減少する。これは、キャビティ内における溶融金属5の凝固完了時間差が大きくなり、引け巣等の欠陥が鋳造製品に生じたためである。
一方、一実施形態では、距離比ΔD/Dmaxが20%を超えるとき、材料密度ρは変化しない。これは、キャビティ距離Dに基づいて、噴射量Mと噴射時間Xとを決定しているため、偏肉空間20を考慮して、冷却される溶融金属5の偏肉部の凝固完了時間差が小さくなり、鋳造製品6の欠陥が抑制されるためである。一実施形態に用いられる鋳造製品6の材料密度ρに関する特性に基づいて検討すると、距離比ΔD/Dmaxが40%以下にすることによって、材料密度ρが許容値以上となる。
In the comparative example, when the distance ratio ΔD / Dmax exceeds 20%, the material density ρ decreases. This is because the difference in the solidification completion time of the molten metal 5 in the cavity became large, and defects such as shrinkage cavities occurred in the cast product.
On the other hand, in one embodiment, when the distance ratio ΔD / Dmax exceeds 20%, the material density ρ does not change. Because the injection amount M and the injection time X are determined based on the cavity distance D, the solidification completion time difference of the uneven thickness portion of the molten metal 5 to be cooled is small in consideration of the uneven thickness space 20. This is because defects of the cast product 6 are suppressed. Examining based on the characteristics of the material density ρ of the cast product 6 used in one embodiment, the material density ρ becomes an allowable value or more by setting the distance ratio ΔD / Dmax to 40% or less.

[3]また、噴射制御部60は、雰囲気温度Twに基づいて、噴射量Mと噴射時間Xとを決定する。雰囲気温度Twは、冷却管121、122内における凝縮水の温度を測定可能になるため、冷却管121、122内におけるミスト42の滞留状態を推測することができ、ミスト噴射部401、402の制御性がさらに高まる。   [3] The injection control unit 60 determines the injection amount M and the injection time X based on the ambient temperature Tw. Since the ambient temperature Tw can measure the temperature of the condensed water in the cooling pipes 121 and 122, the state of the mist 42 in the cooling pipes 121 and 122 can be estimated. Sex is further enhanced.

[4]噴射制御部60は、圧力降下度の絶対値|dP/dtが限界圧力降下度の絶対値|dP/dt_lim以下になるとき、ミスト噴射部401、402を制御する。圧力降下度の絶対値|dP/dtが大きくなるとき、金型10に亀裂等が発生し、金型10は割れていることを示す。したがって、圧力降下度dP/dtを測定することによって、鋳造装置1の故障を検出することができる。 [4] injection control unit 60, the absolute value of the pressure drop rate | dP / dt | is a limit pressure drop of the absolute value | dP / dt_lim below | when made, to control the mist spraying unit 401 and 402. When the absolute value | dP / dt | of the pressure drop increases, it indicates that the mold 10 is cracked and the mold 10 is broken. Therefore, the failure of the casting device 1 can be detected by measuring the pressure drop dP / dt.

(製造方法)
鋳造装置1を用いた鋳造製品の製造方法について、図7のフローチャートおよび図1、図4ならびに図5を参照して説明する。
鋳造製品6の製造方法は、金型加熱工程、材料溶融工程、溶融金属注入工程および凝固冷却工程を含む。
(Production method)
A method of manufacturing a cast product using the casting apparatus 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. 7 and FIGS. 1, 4, and 5.
The method for manufacturing the cast product 6 includes a mold heating step, a material melting step, a molten metal injection step, and a solidification cooling step.

ステップ201の金型加熱工程では、金型ヒータ29が金型10を加熱し、金型温度Tdが、数百℃以上から千数百℃以下の範囲で所望の温度になるように調整する。
ステップ202の材料溶融工程では、材料投入部31に材料を投入し、材料投入部31に設けられる投入部ヒータ36によって材料を加熱溶融し、溶融金属5を生成する。生成された溶融金属5を加圧制御部33が加圧し、加圧制御部33によって溶融金属5が配管34に供給される。
In the mold heating step of step 201, the mold heater 29 heats the mold 10 and adjusts the mold temperature Td to a desired temperature within a range of several hundred degrees Celsius or more to one thousand and several hundred degrees Celsius or less.
In the material melting step of step 202, the material is charged into the material charging section 31, and the material is heated and melted by the charging section heater 36 provided in the material charging section 31 to generate the molten metal 5. The generated molten metal 5 is pressurized by the pressure control unit 33, and the molten metal 5 is supplied to the pipe 34 by the pressure control unit 33.

ステップ203の溶融金属注入工程では、図4に示すように、加圧制御部33が溶融金属5をさらに加圧し、溶融金属5をキャビティ11に注入する。溶融金属5を注入後、キャビティ11に溶融金属5が充填される。   In the molten metal injection step of step 203, as shown in FIG. 4, the pressure control unit 33 further pressurizes the molten metal 5 and injects the molten metal 5 into the cavity 11. After the injection of the molten metal 5, the cavity 11 is filled with the molten metal 5.

ステップ204の凝固冷却工程では、加圧制御部33が溶融金属5を加圧しながら、噴射制御部60によって算出された噴射量Mと噴射時間Xとでミスト噴射部401、402はキャビティ11に向かってミスト42を噴射する。図5に示すように、溶融金属5を冷却し、溶融金属5が凝固完了後、鋳造製品6が完成する。鋳造装置1を用いるとき、冷却効率が向上し、偏肉部を有する鋳造製品の欠陥を抑制する。   In the solidification cooling step of step 204, the mist injection units 401 and 402 move toward the cavity 11 with the injection amount M and the injection time X calculated by the injection control unit 60 while the pressure control unit 33 pressurizes the molten metal 5. Mist 42 is injected. As shown in FIG. 5, after the molten metal 5 is cooled and solidification of the molten metal 5 is completed, a cast product 6 is completed. When the casting device 1 is used, the cooling efficiency is improved, and defects of the cast product having the uneven thickness portion are suppressed.

(その他実施形態)
(i)本発明の一実施形態において、ミスト噴射部は2つ設けることに限らず、図8に示すように、1つのみ設ける場合でもよい。一実施形態と同様の効果を奏する。
(ii)本発明の一実施形態において、噴射制御部は、噴射量Mおよび噴射時間Xを制御することに限らず、噴射回数を制御してもよい。
(Other embodiments)
(I) In one embodiment of the present invention, the number of mist injection units is not limited to two, but may be one, as shown in FIG. An effect similar to that of the embodiment is obtained.
(Ii) In one embodiment of the present invention, the injection control unit is not limited to controlling the injection amount M and the injection time X, but may control the number of injections.

(iii)本発明の一実施形態に用いられる鋳造は、低圧鋳造法に限らず、キャビティに溶融金属を高圧で注入するダイカスト法や、溶融金属を遠心力で注入する遠心鋳造法であってもよい。また、キャビティに溶融金属を重力(大気圧)で注入する重力鋳造法であってもよい。
(iv)発熱体に耐熱ニッケルクロムリボン線を配線され、マイカ板で絶縁後、金属外装板で圧縮されたヒータであるバンドヒータを金型ヒータに用いてもよい。
(Iii) The casting used in one embodiment of the present invention is not limited to the low pressure casting method, but may be a die casting method in which molten metal is injected into a cavity at a high pressure, or a centrifugal casting method in which molten metal is injected by centrifugal force. Good. Further, a gravity casting method in which molten metal is injected into the cavity by gravity (atmospheric pressure) may be used.
(Iv) A band heater, which is a heater in which a heat-resistant nickel chrome ribbon wire is wired on a heating element, insulated with a mica plate, and then compressed with a metal armor plate, may be used for the mold heater.

(v)ミストに用いられる液体は水に限定されず、液体に油を用いてもよい。また、ミストに用いられる気体は空気に限定されず、気体に窒素、ヘリウムまたはアルゴン等の不活性ガスを用いてもよい。
以上、本発明はこのような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において、種々の形態で実施することができる。
(V) The liquid used for the mist is not limited to water, and oil may be used as the liquid. Further, the gas used for the mist is not limited to air, and an inert gas such as nitrogen, helium, or argon may be used as the gas.
As described above, the present invention is not limited to such an embodiment, and can be implemented in various forms without departing from the spirit of the invention.

5 ・・・溶融金属、
6 ・・・製品(鋳造製品)、
10 ・・・金型、
11 ・・・キャビティ、
121、122 ・・・冷却管、
141、142 ・・・冷却管温度センサ、
151、152 ・・・冷却管圧力センサ、
16 ・・・金型温度センサ、
27 ・・・一端面、
28 ・・・対向面、
30 ・・・注入部、
401、402 ・・・ミスト噴射部、
60 ・・・噴射制御部。
5 ... molten metal,
6 ... products (cast products),
10 ... mold,
11 ... cavity,
121, 122 ... cooling pipe,
141, 142 ... cooling pipe temperature sensor
151, 152 ... cooling pipe pressure sensor
16 ··· Mold temperature sensor
27 ... one end face,
28 ... facing surface,
30... Injection part
401, 402 ... mist injection unit,
60 ... an injection control unit.

Claims (2)

製品(6)の薄肉部が成形される薄肉空間(18)および前記製品の厚肉部が成形される厚肉空間(19)を含む成形空間であるキャビティ(11)を有する金型(10)と、
前記金型に設けられ、有底筒状に形成されている冷却管(121、122)と、
前記キャビティに溶融金属(5)を注入する注入部(30)と、
前記冷却管に設けられ、前記キャビティに向かって液体と気体との混合物であるミスト(42)を噴射し、前記キャビティにおける前記溶融金属を冷却可能なミスト噴射部(401、402)と
前記冷却管内の圧力(P)を測定可能な冷却管圧力センサ(151、152)と
を備え
時間に対する前記冷却管内の圧力の変化量を、圧力降下時に負の値で定義される圧力降下度(dP/dt)とし、
時間に対する前記冷却管内の圧力の変化量における予め設定された負の設定値を限界圧力降下度(dP/dt_lim)とすると、
前記圧力降下度の絶対値が前記限界圧力降下度の絶対値以下であるとき、前記ミスト噴射部によりミストが噴射され、
前記圧力降下度の絶対値が前記限界圧力降下度の絶対値より大きいとき、前記金型が割れていることが示される鋳造装置。
Product mold having a cavity (11) is a molding space including the thin space (18) and the thick space thick portion of the product is formed (19) the thin portion is formed of (6) (10) When,
A cooling pipe (121, 122) provided in the mold and formed in a cylindrical shape with a bottom;
An injection part (30) for injecting the molten metal (5) into the cavity;
A mist injection unit (401, 402) provided in the cooling pipe and injecting a mist (42) as a mixture of a liquid and a gas toward the cavity, and capable of cooling the molten metal in the cavity ;
Cooling pipe pressure sensors (151, 152) capable of measuring the pressure (P) in the cooling pipe ;
Equipped with a,
The amount of change in the pressure in the cooling pipe with respect to time is defined as a pressure drop (dP / dt) defined by a negative value when the pressure drops.
When a preset negative set value in the amount of change in the pressure in the cooling pipe with respect to time is defined as a critical pressure drop (dP / dt_lim),
When the absolute value of the pressure drop is less than or equal to the absolute value of the critical pressure drop, mist is injected by the mist injection unit,
When the absolute value of the pressure drop is larger than the absolute value of the critical pressure drop, it is indicated that the mold is broken .
製品(6)の薄肉部が成形される薄肉空間(18)および前記製品の厚肉部が成形される厚肉空間(19)を含む成形空間であるキャビティ(11)を有する金型(10)と、
前記金型に設けられ、有底筒状に形成されている冷却管(121、122)と、
前記キャビティに溶融金属(5)を注入する注入部(30)と、
前記冷却管に設けられ、前記キャビティに向かって液体と気体との混合物であるミスト(42)を噴射し、前記キャビティにおける前記溶融金属を冷却可能なミスト噴射部(401、402)と
前記冷却管内の圧力(P)を測定可能な冷却管圧力センサ(151、152)と
を備え
時間に対する前記冷却管内の圧力の変化量を、圧力降下時に負の値で定義される圧力降下度(dP/dt)とし、
時間に対する前記冷却管内の圧力の変化量における予め設定された負の設定値を限界圧力降下度(dP/dt_lim)とすると、
前記圧力降下度の絶対値が前記限界圧力降下度の絶対値以下であるとき、前記ミスト噴射部によりミストが噴射され、
前記圧力降下度の絶対値が前記限界圧力降下度の絶対値より大きいとき、前記金型が割れていることが示される鋳造装置を用いた鋳造製品の製造方法であって、
記ミスト噴射部が前記ミストを噴射して、前記溶融金属を冷却する凝固冷却工程(S204)を含む鋳造製品の製造方法。
Product mold having a cavity (11) is a molding space including the thin space (18) and the thick space thick portion of the product is formed (19) the thin portion is formed of (6) (10) When,
A cooling pipe (121, 122) provided in the mold and formed in a cylindrical shape with a bottom;
An injection part (30) for injecting the molten metal (5) into the cavity;
A mist injection unit (401, 402) provided in the cooling pipe and injecting a mist (42) as a mixture of a liquid and a gas toward the cavity, and capable of cooling the molten metal in the cavity ;
Cooling pipe pressure sensors (151, 152) capable of measuring the pressure (P) in the cooling pipe ;
Equipped with a,
The amount of change in the pressure in the cooling pipe with respect to time is defined as a pressure drop (dP / dt) defined by a negative value when the pressure drops.
Assuming that a preset negative set value in the amount of change in the pressure in the cooling pipe with respect to time is a limit pressure drop (dP / dt_lim),
When the absolute value of the pressure drop is less than or equal to the absolute value of the critical pressure drop, mist is injected by the mist injection unit,
When the absolute value of the pressure drop is greater than the absolute value of the critical pressure drop, a method of manufacturing a cast product using a casting device that indicates that the mold is cracked ,
And the previous SL mist spraying unit to inject the mist, the manufacturing method of a cast product comprising a solidification and cooling step (S204) for cooling the molten metal.
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