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技術 鋳造装置および鋳造方法

出願人 ムベアパフォーマンスウィールズゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
発明者 ヨーゼフガートナーヴェアナーフーバウアー
出願日 2017年12月4日 (1年1ヶ月経過) 出願番号 2017-232504
公開日 2018年6月14日 (6ヶ月経過) 公開番号 2018-089697
状態 未査定
技術分野 圧力または真空鋳造 鋳型又は中子及びその造型方法
主要キーワード 作動傾斜 材料接続式 過剰規定 支持体板 円錐セグメント リング縁 シールストッパ 構成部材相互
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

アンダカットを有する金属構成部品を、簡単な構成で、小さな摩耗の影響しか受けず、かつ高精度で製造することができる鋳造装置及び方法の提案。

解決手段

第1の端部部分12とテーパしている内面を有する環状の側壁13とを備えた基体3を有し、基体3に挿入可能で、鋳造しようとする構成部品のための第1の成形面を形成する第1の金型部材4を有し、さらに基体3に挿入可能な複数の金型側方部材5を有し、金型側方部材5は挿入状態において、基体3の環状の側壁13に半径方向において支持されて、鋳造しようとする構成部品のための内側の成形面18を備えた1つの金型リング17を形成し、さらに金型リング17内へ移動可能で第2の成形面36を形成する第2の金型部材6を有し、第2の金型部材6が第1の金型部材4に対して完全に無接触状態で配置される鋳造装置2。

概要

背景

概要

アンダカットを有する金属構成部品を、簡単な構成で、小さな摩耗の影響しか受けず、かつ高精度で製造することができる鋳造装置及び方法の提案。第1の端部部分12とテーパしている内面を有する環状の側壁13とを備えた基体3を有し、基体3に挿入可能で、鋳造しようとする構成部品のための第1の成形面を形成する第1の金型部材4を有し、さらに基体3に挿入可能な複数の金型側方部材5を有し、金型側方部材5は挿入状態において、基体3の環状の側壁13に半径方向において支持されて、鋳造しようとする構成部品のための内側の成形面18を備えた1つの金型リング17を形成し、さらに金型リング17内へ移動可能で第2の成形面36を形成する第2の金型部材6を有し、第2の金型部材6が第1の金型部材4に対して完全に無接触状態で配置される鋳造装置2。

目的

本発明の根底を成す課題は、簡単に構成されており、小さな摩耗の影響しか受けず、かつ高い製造精度で最終輪郭に近い構成部品を製造することができる、金属構成部品を鋳造するための装置を提案することにある

効果

実績

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請求項1

外側のアンダカットを有する金属構成部品鋳造するため、特に軽金属からホイールを製造するための装置であって、当該装置は、第1の端部部分(12)と環状の側壁(13)とを備えた基体(3)を有しており、前記側壁(13)は、前記第1の端部部分(12)に向かってテーパしている内面(16)を有しており、当該装置はさらに、前記基体(3)に挿入可能であって、鋳造しようとする前記構成部品(8)のための第1の成形面(23)を形成する第1の金型部材(4)を有しており、当該装置はさらに、前記基体(3)に挿入可能な複数の金型側方部材(5)を有しており、これらの金型側方部材(5)は挿入状態において、前記基体(3)の前記環状の側壁(13)に半径方向において支持されて、鋳造しようとする前記構成部品(8)のための内側の成形面(18)を備えた1つの金型リング(17)を形成しており、当該装置はさらに、前記金型側方部材(5)により形成された前記金型リング(17)内へ、鋳造用鋳造位置まで移動可能でありかつ鋳造しようとする前記構成部品(8)のための第2の成形面(36)を形成する第2の金型部材(6)を有しているものにおいて、前記金型側方部材(5)が前記基体(3)に挿入された状態において、前記第2の金型部材(6)は前記金型側方部材(5)に対して相対的に、軸線方向に可動であり、かつ鋳造位置では前記第1の金型部材(4)に対して完全に無接触状態で配置されていることを特徴とする、装置。

請求項2

前記第2の金型部材(6)を軸線方向(R1,R2)に動かすための操作装置(37)が設けられており、前記第2の金型部材(6)は、鋳造しようとする前記構成部品(8)を、特に1Barを上回る圧力でもって加圧するために、前記第1の金型部材(4)に向かって前記鋳造位置を越えて可動である、請求項1記載の装置。

請求項3

前記第1の端部部分(12)に向かってテーパしている成形面(22)を備えた金型端部リング(20)が設けられており、該金型端部リング(20)は前記基体(3)に取り付けられている、請求項1または2記載の装置。

請求項4

前記金型側方部材(5)は、前記基体(3)の前記テーパしている内面(16)と協働する外側の接触面(19)を有しており、これにより前記金型側方部材(5)は、前記基体(3)内へ軸線方向に進入運動(R1)すると、半径方向内側に向かって互いに接近させられるようになっている、請求項1から3までのいずれか1項記載の装置。

請求項5

前記金型端部リング(20)は、前記基体(3)または前記第1の金型部材(4)と固く結合されており、特に一体的に形成されている、請求項3または4記載の装置。

請求項6

前記金型側方部材(5)により形成される前記金型リング(17)の前記内側の成形面(18)と、前記金型端部リング(20)の前記テーパしている成形面(22)の一部とは軸線方向で互いにつながっており、共に鋳造しようとする前記構成部品(8)のための型中空室(7)の側壁を形成している、請求項1から5までのいずれか1項記載の装置。

請求項7

前記金型側方部材(5)の前記挿入状態では、前記金型側方部材(5)のリング下縁(21)と、前記第1の金型部材(4)の前記成形面(23)との間に、流し込まれるべき前記型中空室(7)の一部であるギャップが形成されている、請求項1から6までのいずれか1項記載の装置。

請求項8

前記金型側方部材(5)は、それぞれ1つの支持体部材(26)に取り付けられており、これらの支持体部材(26)は、前記金型側方部材(5)を前記基体(3)内へ挿入するために、共に軸線方向に可動である、請求項1から7までのいずれか1項記載の装置。

請求項9

前記挿入状態において前記金型側方部材(5)を軸線方向に加圧するために、少なくとも1つの加圧ユニット(25)が設けられている、請求項1から8までのいずれか1項記載の装置。

請求項10

少なくとも2つ、特に3つ、または4つの前記金型側方部材(5)と支持体部材(26)とが設けられており、これらの支持体部材(26)は、保持板(27)に対して半径方向に移動可能に保持されている、請求項1から9までのいずれか1項記載の装置。

請求項11

開放方向(R2)での軸線方向運動が、前記支持体部材(26)相互の半径方向移動を生ぜしめるように形成された、少なくとも1つの傾斜面配置部(32)が設けられている、請求項1から10までのいずれか1項記載の装置。

請求項12

少なくとも1つの、軸線方向に移動可能な操作体(33)が設けられており、前記傾斜面配置部(32)は、前記操作体(33)に対応配置された少なくとも1つの操作傾斜面(34)と、対応する、1つの支持体部材(26)に対応配置された少なくとも1つの作動傾斜面(35)とを有しており、開放方向(R2)への前記操作体(33)の軸線方向移動により、前記少なくとも1つの作動傾斜面(35)は、対応する前記操作傾斜面(34)に沿って滑動させられ、その結果、対応配置された前記支持体部材(26)も半径方向外側に向かって移動させられるようになっており、前記支持体部材(26)毎に1つの前記傾斜面配置部(32)が設けられており、前記軸線方向に移動可能な操作体(33)は全ての操作傾斜面(34)を有しており、これにより、前記操作体(33)が軸線方向に移動すると、全ての前記支持体部材(26)も共に移動させられるようになっている、請求項11記載の装置。

請求項13

前記第1の金型部材(4)、前記金型側方部材(5)および前記第2の金型部材(6)によって封入される前記型中空室(7)は、少なくとも0.5リットル、特に少なくとも3.0リットルの容積を有している、請求項1から12までのいずれか1項記載の装置。

請求項14

請求項1から13までのいずれか1項記載の鋳造装置により金属構成部品を製造するための方法において、前記金型側方部材(5)を前記基体(3)に向かって軸線方向に進入させることにより、前記金型側方部材(5)の前記外面(19)が、前記基体(3)の前記テーパしている内面(16)に沿って案内され、これにより、前記金型側方部材(5)が周方向において互いに支持し合うと共に前記金型リング(17)を形成しかつ該金型リング(17)のリング下縁(21)が、前記金型端部リング(20)の前記テーパしている成形面(22)に密着するまで、前記金型側方部材(5)は、半径方向内側に向かって互いに接近させられることを特徴とする、方法。

請求項15

金属合金から成る溶融物(9)を加圧して前記鋳造装置(2)に流し込み、その際、前記第1の金型部材(4)の開口(15)を介して前記溶融物を下方から前記型中空室(7)内へ、所定の鋳造圧力でもって流し込み、このとき前記金型側方部材(5)と前記第2の金型部材(6)とには、鋳造圧力よりも大きな保持圧力を加えるステップと、前記型中空室(7)内の内部圧力を表す圧力信号を検出するステップと、急な圧力上昇が検出された場合には鋳造圧力を低下させるステップと、鋳造圧力を低下させて所定の時間が経過してから、前記第2の金型部材(6)を前記第1の金型部材(4)に対して相対的に移動させることで、前記溶融物から成る凝固中の前記構成部品(8)を加圧し、このとき鋳造圧力よりも大きな加圧力でもって前記構成部品(8)を加圧するステップとを有する、請求項14記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、金属構成部品、特に軽金属ホイールを製造するための装置および方法に関する。

0002

軽量構造および乗員保護に向けた努力は、少なくとも強度特性が同じ場合に従来の構成部品よりも小さな重量を有する、高強度および最高強度の構成部品の開発の増加につながる。軽金属構成部品、特に自動車用の軽金属ホイールを鋳造により製造することは周知である。

0003

欧州特許出願公開第0423447号明細書(EP 0 423 447 A2)から、軽金属ホイールを圧力鋳造するための方法および装置が公知である。この装置は、位置固定されて支持される真ん中の型部材と、高さ調節可能なポンチと、2つの側方ハーフシェルとを有している。各ハーフシェルは、円錐状の内面を有する高さ調節可能な環状体係合可能な外側円錐面を有している。

0004

欧州特許出願公開第2848333号明細書(EP 2 848 333 A1)からは、鋳造および成形ツールを用いて金属構成部品を製造するための方法および装置が公知である。この方法に含まれるステップは:第1の圧力において鋳造および成形ツール内へ溶融物流し込むステップと、ツール内で凝固中の溶融物に、より大きな第2の圧力を加えるステップと、溶融物から成る凝固した構成部品をツール内で、より大きな第3の圧力でもって圧縮するステップである。

0005

独国特許発明第102009051879号明細書(DE 10 2009 051 879 B3)からは、金属圧力鋳造部品の製造方法が公知である。型中空室充填は、金属溶融物ポンプにより、下方から鋳型内へ行われる。鋳型充填後には、流入開口密閉される。次いで、型中空室内に閉じ込められた金属溶融物が、凝固過程中に加圧される。

0006

金型とも呼ばれる再利用可能な鋳造および成形ツールの設計は、製造精度、摩耗傾向、温度倹約、および場合によりツールの高圧適性に関して満たされるべき様々な要求を考慮した、1つの挑戦である。

0007

独国特許発明第10234026号明細書(DE 102 34 026 C1)からは、側方アンダカットを備えた自動車用リムを製造するための、低圧鋳造金型が公知である。この金型は、中央流し込ノズルを備えた基底板、鉛直方向に可動コア、ならびに水平方向と鉛直方向とに移動可能な分割式の型ジョーを有している。これらの型ジョーは、コアと共にブリッジに取り付けられており、ブリッジと共に鉛直方向に移動可能である。ブリッジには、ヘッドプレート昇降可能に取り付けられており、ヘッドプレートにより型ジョーは互いに離れる方向に、滑り対を介して移動することができるようになっている。基底板は、側方楔支持部を有しており、この側方楔支持部には閉鎖状態において型ジョーが、外側の楔面でもって接触するようになっている。基底面には底型が支持されており、底型には金型閉鎖状態においてコアが接触するようになっている。

0008

さらに、鋳造構成部品を評価するための評価ピンを有する金型が周知である。このような評価ピンは、特に鋳造圧力が高い場合に高い摩耗の影響を受け、このことはやはり、鋳造部品の変形につながる恐れがある。

0009

本発明の根底を成す課題は、簡単に構成されており、小さな摩耗の影響しか受けず、かつ高い製造精度で最終輪郭に近い構成部品を製造することができる、金属構成部品を鋳造するための装置を提案することにある。前記課題はさらに、あまり摩耗を伴わずに実施することができ、かつ高い製造精度を有する鋳造構成部品を製造することができる、相応する方法を提案する、という点にある。

0010

1つの解決手段は、外側のアンダカットを有する金属構成部品を製造するための鋳造装置であって、当該鋳造装置は、第1の端部部分と環状の側壁とを備えた基体を有しており、側壁は、第1の端部部分に向かってテーパしている内面を有しており、当該鋳造装置はさらに、基体に挿入可能であり、鋳造しようとする構成部品のための第1の成形面を形成する第1の金型部材を有しており、当該鋳造装置はさらに、基体に挿入可能な複数の金型側方部材を有しており、これらの金型側方部材は挿入状態において、基体の環状の側壁に半径方向において支持されて、鋳造しようとする構成部品のための内側の成形面を備えた1つの金型リングを形成しており、当該鋳造装置はさらに、金型側方部材により形成された金型リング内へ、鋳造位置まで移動可能でありかつ鋳造しようとする構成部品のための第2の成形面を形成する第2の金型部材を有しており、金型側方部材が基体に挿入された状態において、第2の金型部材は金型側方部材に対して相対的に、軸線方向に可動であり、かつ鋳造位置では第1の金型部材に対して完全に無接触状態で配置されている、鋳造装置にある。

0011

この装置の利点は、この装置により、1つまたは複数のアンダカットを有する鋳造構成部品を、極めて良好な強度特性と高い製造精度とを備えて最終輪郭に近く効率的に製造することができる、という点にある。第2の金型部材が、第1の金型部材に対する特定のストッパを一切有していないこと、すなわち、鋳造用に調整されるべき最終位置(鋳造位置)から、さらに第1の金型部材に向かって可動であることにより、型中空室が完全に満たされた後で、溶融物から成る凝固中の構成部品を加圧することができるようになっている。これにより構成部品体積の、温度に起因する収縮が相殺され得る。さらに、鋳造後の加圧は、小さな結晶を有する微細組織のために寄与し、このことは最終的に、構成部品の良好な強度特性につながる。第1の金型部材と第2の金型部材との間にストッパが無い構成に基づき、金型システムの静的過剰規定が回避され、このことは良好な閉鎖特性につながる。有利には、溶融物の熱入力により発生する金型部材の熱膨張は、金型側方部材の自動的な軸線方向精密位置決めにより相殺される。金型側方部材が比較的大きく半径方向に熱膨張した場合、金型側方部材はより早く基体に接触することになる、すなわち金型側方部材は、基体内へあまり深くは進入しない。これに対して半径方向の熱膨張が比較的小さいと、金型側方部材は基体内へより深く進入することになる。この位置決め誤差は、鋳造しようとする構成部品の大きさおよび形状に応じて、例えば約1/10ミリメートルもしくは10分の数ミリメートルになる場合がある。熱膨張と、これに結び付いた位置誤差にもかかわらず、金型側方部材は常に、基体もしくは基体内で保持された第1の金型部材に対してセンタリングされるようになっている。

0012

第2の金型部材と第1の金型部材との間に相対運動を生ぜしめるには、操作装置が設けられていてよい。この操作装置により、第2の金型部材を軸線方向に動かすことができる。特に第2の金型部材は、基体もしくは第1の金型部材に向かって最終位置を越えて動かされてよく、これにより、鋳造しようとする構成部品に圧力を加えることができるようになっている。この点において、操作装置は加圧装置と呼ばれることもある。鋳造装置もしくは型中空室を形成する各金型部材は、加圧に関して相応に設計されていて、少なくとも1Barの圧力、特に10Barを上回る圧力、好適には10〜1000Barの圧力をワークにもたらすため、もしくは前記圧力に耐えるために適している。加圧装置を介して圧力が凝固中の構成部品に導入されるときに、金型側方部材を挿入状態で閉鎖位置に保持するために、金型側方部材用に、1つまたは複数の保持装置が設けられていてよい。保持装置は、制御可能な加圧ユニット、例えば液圧式作動シリンダの形態で形成されていてよい。

0013

第1の金型部材は、例えば支持体に位置固定されて保持された、金型下部分であってよい。この場合、第2の金型部材は、下部分に対して可動の金型上部分であると考えられる。ただし逆の対応配置、すなわち第1の金型部材が上部分であり、第2の金型部材は下部分である対応配置も考えられる、ということは自明である。2つの部材のうちのどちらを位置固定して保持し、どちらを軸線方向において可動にするのか、という対応配置は、任意に選択可能である。この点において本開示の枠内では、一方の構成部材が他方の構成部材に対して可動であり、運動学的逆転も常に一緒に含まれている、という説明が望ましい。

0014

構成部品を製造するための材料としては、鋳造可能なあらゆる金属もしくは金属合金使用可能である。鋳造構成部品としてホイールを製造するには、特にアルミニウムマグネシウムおよび/またはチタン等の軽金属から成る金属合金が考慮される。構成部品を製造するための鋳造装置は、鋳造材料に応じて、例えば5〜100キログラムの重量を有するように形成されていてよい。金型部材の形状は、原則として任意であってよい、製造しようとする構成部品の形状に対応するように適合される。特に当該鋳造装置は、側方アンダカットを備えるボデー、特にホイール等の回転対称体の製造に適しているが、これに限定されるものではない。鋳造装置は、好適には、各金型部材によって封入される型中空室が、少なくとも0.5リットル、特に少なくとも3.0リットルかつ/または最大50リットルの容積であるように形成されている。製造しようとする構成部品の形状および大きさに応じて、型中空室は中空室として形成されていてもよく、これにより、複数の構成部品を1回の鋳造プロセスで同時に製造することができる。使用される金型側方部材の数は、製造しようとする構成部品の形状に左右される。例えば2つ、3つ、4つ、またはそれ以上の金型側方部材が設けられていてよい。回転対称体を製造するために、個々の金型側方部材は、閉鎖状態において1つのリングを形成するように組み合わせられる。この場合、有利には、個々のセグメント均等ピッチ、例えば2つのハーフシェル、またはそれぞれ120°の周方向延在長さを有する3つのセグメント、またはそれぞれ90°の周方向延在長さを有する4つのセグメントが想定されている。

0015

1つの好適な構成では、当該装置は、第1の端部部分に向かってテーパしている成形面を備えた金型端部リングを有しており、この場合、金型端部リングは基体に対して軸線方向と半径方向とにおいて支持されている。金型端部リングは別個の構成部材として製造されて、基体に挿入されていてよい。択一的もしくは補足的に、金型端部リングは、特にねじ締結手段により基体に固く結合されていてもよい、または基体と一体的に形成されていてもよい。別の可能性では、金型端部リングは、第1の金型部材と固く結合されていてもよく、特に一体的に形成されていてもよい。いずれにしろ、金型端部リングは軸線方向と半径方向とにおいて、金型端部リングが第1の金型部材に対応配置されている場合には間接的に、または金型端部リングが基体に対応配置されている場合には直接に、基体に支持されている。

0016

金型側方部材は、基体のテーパしている内面と協働する外側の接触面を有していてよく、これにより特に、各金型側方部材は、基体内へ軸線方向に進入運動すると、半径方向内側に向かって互いに接近させられると共に、金型端部リング内へ軸線方向に進入するようになっている。軸線方向の進入運動は、完全に閉じられた状態で、鋳造しようとする構成部品のための型中空室を形成する各金型部材を閉鎖する、閉鎖方向を規定するものである。金型側方部材の外側の接触面の形状は、基体の、閉鎖方向にテーパしている内面の形状に対応するように等しく形成されている。金型側方部材の外側の接触面および基体の内面ならびに金型端部リングの内面は、特に円錐状、円錐セグメント状、または楔状に形成されていてよい。

0017

軸線方向の進入運動に際して、個々の金型側方部材の間に形成された各半径方向ギャップは、各金型側方部材が最終的に周方向において互いに支持し合うと共に、1つの閉じられた、すなわちギャップ無しの金型リングを形成し、この金型リングのリング下縁が、金型端部リングのテーパしている成形面に密着するまで、徐々に閉じる。このようにして規定された金型側方部材の最終位置において、各金型側方部材から形成された金型リングは、金型端部リングの、閉鎖方向に収束している内面に、軸線方向と半径方向とにおいて支持されている。この場合、開放方向に見て広がっている前記内面は、軸線方向で金型リングのリング縁部を越えて開放方向に向かって延びている、すなわち、金型リングと金型端部リングとは、最終位置において部分的に軸線方向に重なり合っている。

0018

最終位置では、金型側方部材のリング下縁と、第1の金型部材の一方の端部側の成形面との間に、好適には流し込まれるべき型中空室の一部を形成するギャップが形成されていることになる。端部側の成形面は、金型端部リングの収束している内面により側方、即ち半径方向外側を制限されていてよく、これに相応して金型端部リングの収束している内面はギャップ高さにわたって、鋳造しようとする構成部品のための側方の成形面部分を形成している。金型側方部材により形成される金型リングの内側の成形面と、金型端部リングの成形面部分の内側の成形面とは軸線方向に互いにつながっており、共に鋳造しようとする構成部品のための型中空室の側壁を形成している。

0019

金型セグメントまたは金型スライドと呼ばれることもある各金型側方部材は、それぞれ1つの支持体部材に取り付けられており、この支持体部材を介して軸線方向移動が導入される。この場合、各金型側方部材を基体の内部へ、または基体から、可能な限り均一に移動させ、かつ高い位置精度を達成するためには特に、各支持体部材が共に軸線方向に可動である、ということが想定されている。好適には、金型側方部材毎に1つの支持体部材が設けられており、この場合、支持体部材はそれぞれ、位置固定された保持板に対して半径方向に移動可能に保持されている。

0020

鋳造プロセス実施後に鋳造装置を開けるためには、金型側方部材と第2の金型部材とが、基体から離れる方向に移動させられる。このことは、好適には共に軸線方向移動することにより行われる。1つの可能な実施形態では、金型上部分と結合された、軸線方向に移動可能な操作板が設けられていてよく、これにより、金型上部分と操作板とが共に軸線方向に移動させられるようになっている。

0021

1つの可能な具体化では、開放方向への操作板の軸線方向移動が、各支持体部材の互いからもしくは長手方向軸線から離れる半径方向移動を生ぜしめるように形成された、1つまたは複数の傾斜面配置部が設けられていてよい。このために操作板は、好適には支持体部材毎に少なくとも1つの操作傾斜面を有しており、操作傾斜面は、対応する支持体部材の各作動傾斜面と協働する。開放方向への操作板の軸線方向移動により、支持体部材の作動傾斜面は、対応する、半径方向外側に向かって傾斜している操作傾斜面に沿って滑動すると共に、この操作傾斜面により相応に半径方向外側に向かって押圧され、その結果、対応配置された支持体部材および支持体部材に結合された金型側方部材も、半径方向外側に向かって移動させられるようになっている。

0022

上述した課題の解決手段はさらに、前記各構成のうちの1つまたは複数を有していてよい鋳造装置により、金属構成部品を製造するための方法にある。この方法では、鋳造装置を閉じるために、各金型側方部材を基体に向かって進入させることが想定されており、この場合、各金型側方部材の外面が、基体のテーパしている内面に沿って案内され、これにより、各金型側方部材が周方向において互いに支持し合うと共に1つの金型リングを形成し、金型リングのリング下縁が、金型端部リングのテーパしている成形面に密着するまで、各金型側方部材は、半径方向内側に向かって互いに接近させられる。

0023

この方法により、装置に関して既に述べた利点が得られ、これについては上記説明を参照されたい。装置に関して述べられた全ての特徴が、相応して方法にも転用され得ると共に有効であり、逆に方法の全ての特徴が、装置に有意に転用可能である、ということは自明である。

0024

当該方法は、1つの可能な実施形態では次の各ステップ、すなわち、金属合金から成る溶融物を加圧して鋳造装置に流し込み、その際、第1の金型部材の開口を介して溶融物を基体の外側から型中空室内へ、所定の鋳造圧力でもって流し込み、このとき金型側方部材と金型上部分とには、鋳造圧力よりも大きな保持圧力を加えるステップと、型中空室内の内部圧力を表す圧力信号を検出するステップと、急な圧力上昇が検出された場合には、圧力鋳造を停止する、もしくは鋳造圧力を低下させるステップと、圧力を低下させて所定の時間が経過してから、金型上部分を金型下部分に対して相対的に移動させることで、溶融物から成る凝固中の構成部品を加圧し、このとき鋳造圧力よりも大きな加圧力でもって構成部品を加圧するステップとを有していてよい。

0025

加圧力でもってワークを加圧することにより、構成部品の少なくとも縁部領域における結晶成長が阻止される、もしくは発生する結晶が連続的に割られてより小さな結晶になり、全体的に高強度を有する微細な組織が生ぜしめられることになる。この加圧は、第2の金型部材が、鋳造過程に関して決められた位置に対してさらに、型中空室が完全に満たされた後で第1の金型部材に向かって加圧かつ移動され得るようになっていることにより、可能になる。この前提条件となるのはやはり、第2の金型部材が、鋳造位置では第1の金型部材に対して完全に無接触状態もしくは無支持状態で保持されている点である。

0026

以下に、好適な実施形態を図面につき説明する。

図面の簡単な説明

0027

金属構成部品を鋳造するための装置を閉鎖状態で示す斜視図である。
図1に示した装置を軸線方向に見た図である。
金属構成部品を鋳造するための装置を閉鎖状態で示す縦断面図である。
図3に示した装置の拡大詳細図である。
図1に示した装置を、上部ユニットと下部ユニットとの間が軸線方向に離間された位置で示す縦断面図である。
図1に示した装置を、上部ユニットと下部ユニットとの間が軸線方向に離間された位置および金型側方部材が部分的に側方に開かれた位置で示す縦断面図である。
図1に示した装置が完全に開かれた状態を示す縦断面図である。
図1図7に示した装置の金型側方部材の閉鎖状態を詳細に示す斜視図である。
図8に示した金型側方部材を軸線方向に見た図である。
別の実施形態による、金属構成部品を鋳造するための装置の詳細図である。

0028

以下に図1図10を一緒に説明する。金属溶融物から成る構成部品を成形して製造するための、本発明による装置2が示されている。

0029

鋳造・成形ツールと呼ばれることもある装置2は、基体3を有しており、基体3には第1の金型部材4と、複数の金型側方部材5と、別の金型部材6とが挿入されている。前記金型部材4,5,6は閉鎖状態において共に、鋳造しようとする構成部品8のための1つの型中空室7を形成する。鋳造装置2もしくは個々の金型部材4,5,6の形状は、主として製造しようとする鋳造構成部品の形状に基づいて決定される。鋳造材料としては、製造しようとする構成部品8に対する技術的な要求に応じて相応に選出される、鋳造可能なあらゆる金属もしくは金属合金が使用可能である。型中空室7は、例えば0.5〜50リットルの容積を有していてよい。

0030

本実施形態では、装置2はホイールの形態の回転対称体を製造するために形成されており、このためには特に、アルミニウム、マグネシウム、チタン等の軽金属および/または別の合金成分から成る金属合金が考慮される。製造しようとする回転対称的な構成部品8は、軸線方向端部側の2つのリム縁部9,10の間に、環状のアンダカット11を有している。

0031

本実施形態では、第1の金型部材4は下側に配置されている、もしくは上方から基体3に挿入されているため、金型下部分と呼ぶこともある。これに相応して、第2の金型部材6も第1の金型部材の上側に配置されている限りは、金型上部分と呼ぶことがある。ただし、この配置形式が逆転していてもよい、すなわち、第1の金型部材が上側に配置され、かつ第2の金型部材が下側に配置されていてもよい、ということは自明である。

0032

基体3は状に形成されており、第1の金型部材4が第1の方向に軸線方向に支持された端部部分12、ならびにこの端部部分12から離反する方向に延びる環状の側壁13を有している。端部部分12は、中央の開口14を備えた底部を形成しており、開口14内には第1の金型部材4が結合部分でもってシールするように挿入されている。第1の金型部材4は中央の開口15を有しており、この開口15を介して金属溶融物が金型下部分4の下方から型中空室7内へ、液圧により圧入され得る。基体3は、位置固定された支持体板38に取り付けられてよい。

0033

側壁13は、端部部分12を起点として側壁13の自由端部に向かって広がった内面16を有しており、内面16は、本実施形態では円錐状に形成されている。図3に示すような挿入状態において、各金型側方部材5は基体3の環状の側壁13に、軸線方向と半径方向とにおいて支持されており、かつ鋳造しようとする構成部品に対する内側成形面18を備えた、周方向に閉じられた金型リング17を形成している。使用された金型側方部材5の数は、本実施形態では4であり、この場合、2,3または4以上といった異なる数が使用されてもよい、ということは自明である。個々の金型側方部材5のピッチは一定である、すなわち、それぞれ全周のほぼ1/4にわたって延在する4つのセグメントが設けられている。

0034

金型側方部材5は、基体3のテーパしている内面16に対応するように形成されておりかつ内面16と傾斜面を介して協働する、外側の接触面19を有している。本実施形態では、内面16と、対応する外面19とは円錐状もしくは円錐セグメント状に形成されており、各金型側方部材5が基体3内へ軸線方向に進入運動すると、半径方向内側に向かって、すなわち長手方向軸線Aに向かって互いに接近することになる。このとき各金型部材5は、特に図8および図9において認められるように、最終的に周方向において互いに接触すると共に、閉じられた、すなわちギャップ無しの金型アウタリング17を形成するまで、互いに徐々に接近する。基体3の内側の円錐状のガイド面16に基づき、基体3内への金型リング17のさらなる軸線方向進入は不可能であり、これにより、最終位置もしくは閉鎖位置が規定されることになる。この閉鎖位置において金型リング17は、基体3に軸線方向および半径方向において支持されている。

0035

特に図4において認められるように、鋳造しようとする構成部品8の一方の端部領域には金型端部リング20が設けられており、金型端部リング20は、基体3の底部12に向かってテーパする成形面22を有している。本実施形態では、金型端部リング20は基体3に挿入されていると共に、基体3と固く結合されている。この結合は、例えば圧入により摩擦接続式に、例えばねじを用いて形状接続的(形状による束縛、例えば係合)に、かつ/または例えば溶接により材料接続式に実現され得る。金型端部リング20のテーパしている成形面22と、側壁13の内面16とは、挿入されるべき金型側方部材5のための共通の内側のガイド面を形成する、ということが想定されている。この点において幾何学形状的および機能的に見ると、金型端部リング20は基体3に統合された構成部材であり、この場合、金型端部リング20の成形面22は、側壁13の内面16の一部を形成している。金型側方部材5の挿入状態では、鋳型は小さなギャップ寸法を備えて確実に閉じられている。この場合、金型リング17の円錐面19は、基体3もしくは金型端部リング20の対応円錐16と協働して、同時に前記各構成部材相互の良好なセンタリングを生ぜしめている。金型端部リング20の軸線方向高さは、金型側方部材5のリング下縁部21が閉鎖位置において金型端部リング20の内側に配置されており、かつ金型端部リング20の内面22と密着するように選択されている。

0036

この点において金型側方部材5のテーパしている外面19と、基体3の内面16もしくは金型端部リング20の内面22との面対は、所定の静的シールストッパが形成されるという、二重機能を果たしている。この場合、流し込みに際して発生する各金型部材4,5の熱膨張は、金型側方部材5の自動的な軸線方向精密位置決めを生ぜしめており、このとき各金型側方部材5は、第1の金型部材4に対して自動的にセンタリングされる。金型側方部材5に対する別個の軸線方向端部ストッパは設けられていないので、静的な過剰規定が回避される。

0037

金型側方部材5のリング縁部21と、第1の金型部材4の成形面23との間には環状ギャップ24が形成されており、環状ギャップ24は、リム縁部9用に流し込まれるべき型中空室7の部分を形成する。第1の金型部材4の成形面23の半径方向外側に位置する端部は、金型端部リング20の収束する内面22により側方を制限されており、内面22は、ここでは鋳造しようとする構成部品8のための側方の成形面部分を形成している。金型側方部材5により形成される金型リング17の内側成形面18と、金型端部リング20の成形面部分とは、軸線方向において互いにつながっており、鋳造しようとする構成部品のための、型中空室の外側の側壁を形成している。

0038

型中空室の内側の側壁は、第2の金型部材6により形成され、第2の金型部材6は、流し込み前に基体3内へ進入させられて鋳造位置にもたらされる。このことは、対応する適当な操作装置37を介して行われる。真ん中の金型部材6の主進入運動は、本実施形態では金型側方部材5と共に行われる。このため、前記各金型部材5,6は、各金型側方部材5がその最終位置に到達するまで基体3に向かって共に移動させられる、ということが想定されており、最終位置において金型側方部材5は、基体3もしくは金型端部リング20に、半径方向と軸線方向とにおいて支持されるようになっている。金型側方部材5の前記最終位置において第2の金型部材6は、各金型側方部材5もしくは第1の金型部材4に対してさらに移動可能であり、これにより、型中空室7を所望の寸法にまで調整することができるようになっている。このために第2の金型部材6は、第1の金型部材4に対して相対的に、所要鋳造位置に到達するまで軸線方向に移動させられる。この場合、第2の金型部材6は鋳造位置において、第1の金型部材4に対して完全に無接触状態で配置されている、ということが想定されている。金型上部分6は、型中空室7を画定しているその端部部分28に環状の外面29を有しており、環状の外面29は、金型リング17の対応する環状の内面30と共に、シールを形成する。両シール面29,30は、鋳造位置において軸線方向にオーバラップしており、シール機能が損なわれること無しに、金型上部分6の相応の軸線方向移動により、軸線方向での正確な鋳造位置調整が可能である。

0039

第2の金型部材6と第1の金型部材4との間の相対運動は、鋳造位置への金型上部分6の主進入運動と正確な位置決めの両方を実施する操作装置37を介して行われる。操作装置37はさらに、第2の金型部材6を基体3もしくは第1の金型部材4に向かって鋳造位置を越えて移動させることに適しており、これにより、鋳造後もしくは凝固中の構成部品に圧力を加えることができるようになっている。操作装置37は、様々な操作機能を実現するため、つまり、第2の金型部材6ならびに各金型側方部材5を軸線方向に、すなわち基体3に向かって接近する方向(閉鎖方向)と、基体3から離れる方向(開放方向)とに軸線方向移動させるように、ならびに各金型側方部材5を半径方向に、すなわち長手方向軸線Aに向かう方向(閉鎖方向)と、長手方向軸線Aから離れる方向(開放方向)とに移動させるように、構成されている。

0040

各金型側方部材5に力を伝達するため、もしくは各金型側方部材5を移動させるためには、金型側方部材5毎に、付属する1つの支持体部材26が設けられている。支持体部材26はそれぞれ、金型側方部材5の一方の端部部分に、特に金型側方部材5の一方の端面に取り付けられている。この取付けは、例えばねじを用いて行われてよい。特に図8および図9において、本実施例では4つの金型側方部材5と、対応する4つの支持体部材26とが設けられていることが認められる。支持体部材26は、その結合部分27でもって、位置固定の保持板27の開口31を貫通して係合している。開口31は長孔として形成されており、これにより支持体部材26は、位置固定の保持板27に対して半径方向に移動可能になっている。

0041

支持体部材26は、付属の加圧ユニット25により力を加えられるもしくは動かされ、この場合、加圧ユニット25は、各支持体部材26の結合部分27に作用する。各金型側方部材5に均一に力を導入するには、各支持体部材26が各加圧ユニット25により同時に力を加えられる。加圧ユニット25は特に、操作装置37を介して圧力が凝固中の構成部品に導入されるときに、金型側方部材5を挿入状態で閉鎖位置に保持する機能を担っている。この点において加圧ユニット25は、保持装置と呼ばれることもある。

0042

金型側方部材5毎に1つの傾斜面配置部32が設けられており、これらの傾斜面配置部32は、開放方向R2での操作板33の軸線方向移動が、長手方向軸線Aから離れる方向での支持体部材26の半径方向移動を生ぜしめるように形成されている。このために操作板33は、支持体部材26毎に2つの操作傾斜面34を有しており、これらの操作傾斜面34は、支持体部材26の対応する各作動傾斜面35と協働する。操作板33が開放方向R2で軸線方向に移動すると、支持体部材26の作動傾斜面35は、対応する、半径方向外側に向かって傾斜している操作傾斜面34に沿って滑動する。このとき支持体部材26は、操作傾斜面34により相応して半径方向外側に向かって押圧され、これにより各支持体部材26および各支持体部材26に結合された金型側方部材5も、半径方向外側に向かって動かされるようになっている。

0043

次に、図3図7に基づき鋳造サイクルを説明する。図3には、鋳造装置2が閉鎖状態で示されている、すなわち、各金型側方部材5は基体3もしくは金型端部リング20内へ最終位置まで進入させられており、金型上部分6は鋳造位置に調整されていて、所望の型中空空間7が存在している状態にある。溶融物の流し込みは、下方から開口15を介して型中空室7内へ、適当な装置(図示せず)を用いて行われる。溶融物の圧入は、100barを上回る、特に150barを上回る液体圧力でもって行われてよい。好適には、金属溶融物は半固形状態で、すなわちこの溶融物の液相線を下回る温度で、型中空室7内へ圧入される。

0044

圧力充填中、金型側方部材5と金型上部分6とには、鋳造圧力よりも大きな対抗圧力(保持圧力)が加えられる。金型側方部材5に対する対抗圧力は、加圧ユニット25を介して金型側方部材5に導入されてよい。金型上部分6に対する対抗圧力は、金型上部分6の自重により、または中央の操作ユニット37を介して加えられてよい。

0045

型中空室内の液体圧力を表す圧力信号を検出する、複数の圧力センサ(図示せず)が設けられている。溶融物は圧力鋳造に際して、型中空室7が完全に満たされるまで、型中空室7を徐々に満たしていく。完全に満たされた状態に達すると、液体圧力は急に上昇する、すなわち、測定可能な液圧ピークが生じる。鋳造プロセスの制御は、好適には、前記のような圧力ピークの検出時に、溶融物に加えられる鋳造圧力がまず所定の時間の間、例えば1〜10秒の間、低下させられるように行われる。この時間中に溶融物は少なくとも部分的に、特にリム縁部9,10の領域において凝固する。次いで圧力は再び、鋳造圧力よりも大きな、例えば500barを上回ることもある加圧力にまで高められる。この加圧力は、第2の金型部材6を介してワークに導入される。

0046

ワークが完全に凝固した後で、鋳造装置2は再び開かれる。このことは、以下に説明するような複数の部分ステップで行われる。

0047

最初に図5に示すように、金型上部分6と金型側方部材5とが金型下部分4もしくは基体3から軸線方向に進出させられる。この最初の進出は、R2方向での純粋な軸線方向運動として行われる。本発明において装置2は、金型上部分6と金型側方部材5とが、金型下部分4および基体3に対して相対的に移動させられるように構成されている。ただし、逆の運動形態、すなわち、上部分6および側方部材5が位置固定されて保持され、かつ基体3と、基体3に内蔵された下部分4とが一緒に動かされることも可能である、ということは自明である。図5には、軸線方向に進出させられた位置が示されている。

0048

次のステップでは、各金型側方部材5が開かれる、すなわち半径方向外側に向かって動かされる。このことは、上述したように傾斜面配置部32を介して、支持体部材26がその作動傾斜面35でもって、操作板33の各操作傾斜面34に沿って滑動することにより行われ、このとき操作板33をさらに軸線方向に移動させると、金型側方部材5は長手方向軸線Aから離れる半径方向に移動させられることになる。この場合、傾斜面配置部32は、これらの傾斜面配置部32により生ぜしめられる半径方向移動が、製造しようとする構成部品8のアンダカット11の深さよりも大きくなるように、寸法設定もしくは設計されている。図6に示す、金型側方部材5が半径方向に開かれた位置では、操作板33が、この操作板33に取り付けられた金型上部分6と共に、金型側方部材5に対して相対的に、軸線方向において上方に向かって移動させられており、これに相応して金型側方部材5は、半径方向外側に向かって押し退けられている。

0049

次いで、上側のユニットと下側のユニットとがさらに軸線方向に離れるように移動させられ、これにより、製造された構成部品8を取り出すことができる。この完全に開かれた位置は、図7に示されている。

0050

図10には、金属構成部品を鋳造するための本発明による装置2の詳細が、やや変化された実施形態で示されている。図10に示す装置は、図1図9に示した装置に実質的に相当し、この点で、当該装置の説明を参照されたい。この場合、同一の個別部材には、図1図9に示した実施形態の場合と同一の符号が付されている。

0051

唯一相違点は、第1の金型部材4と金型端部リング20の構成であり、これについて以下で説明する。図10に示す本実施形態では、第1の金型リング4は半径方向外側に向かって金型端部リング20の内面22を越えるまで延在している。金型端部リング20は基体3に取り付けられていて、少なくとも軸線方向において、第1の金型部材4に支持もしくは緊締されている。このことは、例えばねじを用いて行われてよく、これらのねじは、下方から底部部分12に挿入され、第1の金型部材4に設けられた対応する貫通開口を貫通して案内され、かつ下方から金型端部リング20にねじ込まれている。このようにして金型端部リング20は、第1の金型部材4の上面に固定されて緊締されており、これらの構成部材の間に形成されるギャップは最小である。半径方向外側において、第1の金型部材4の周面と、基体3の内面との間には、好適には半径方向ギャップが設けられており、これにより金型部材4の熱膨張を相殺することができるようになっている。

0052

説明した装置2もしくは方法により、鋳型の確実な閉鎖が常に可能になる。このためには、回転対称的な構成部品用に円錐および対応円錐として形成されていてよい、側方部材5と基体3もしくは金型端部リング20との間のテーパしている接触面が寄与している。システムの静的過剰規定は回避される。個々の金型部材への流し込みに際して生じるそれぞれ異なる温度勾配が鋳型の確実な閉鎖に及ぼす影響は、せいぜいのところ極僅かであるに過ぎない。これに相応してギャップ寸法や摩耗も僅かであり、製造精度は相応に高くなっている。最終輪郭に近い、アンダカットを有するワークを製造することができる。高圧支援式鋳造法を用いる場合には、例えばトグルレバー機構等の、手間のかかる機械的な閉鎖保持装置は不要である。むしろ閉鎖保持だけなら、例えば液圧プレスを用いて金型側方部材5と金型上部分6とを相応に軸線方向に加圧することによって行うことができる。第1の金型部材4に対する相対的なストッパ無しの第2の金型部材6の構成に基づき、構成部品8は鋳造後に少なくとも部分的に凝固してから、引き続き加圧され得る。

0053

2 装置
3基体
4 第1の金型部材
5金型側方部材
6 第2の金型部材
7 型中空室
8構成部品
9リム縁部
10 リム縁部
11アンダカット
12端部部分
13側壁
14 開口
15 開口
16内面
17金型リング
18成形面(5)
19 接触面
20 金型端部リング
21リング縁部
22 成形面(20)
23 成形面(4)
24環状ギャップ
25加圧ユニット
26支持体部材
27保持板
28 端部部分
29 外面
30 内面
31 開口
32 傾斜面配置部
33操作板
34 操作傾斜面
35作動傾斜面
36 成形面(6)
37操作装置
38支持体板
A軸線
R 方向

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