專利名稱：黏漿狀半凝固金屬的成形的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用鋁合金等黏漿狀半凝固金屬的壓鑄成形品的制造。
背景技術(shù)：
將鋁合金等的金屬熔液壓鑄成型的技術(shù)現(xiàn)在正被廣泛應(yīng)用，最近，使用適于模具壽命的提高以及壓鑄成形品尺寸精度的提高的固液共存狀態(tài)的黏漿狀的半凝固金屬的壓鑄法受到關(guān)注。
在使用半凝固金屬的壓鑄法中，表示合金熔液的固液的比例的固相率的管理至關(guān)重要。在該固相率的管理的發(fā)明中，例如通過到半凝固金屬的相變點(diǎn)的溫度管理，以及通過進(jìn)行從相變點(diǎn)攪拌一定時(shí)間而冷卻的時(shí)間管理，而得到目標(biāo)固相率的方法，在例如特開2002-153945號(hào)公報(bào)中已被周知。
圖35以流程圖表示得到記載于特開2002-153945號(hào)公報(bào)中的目標(biāo)固相率的方法。
首先，輸入控制開始時(shí)間Ts。接下來，對(duì)充滿容器的半凝固金屬進(jìn)行攪拌并開始冷卻，并讀入由熱電偶測量的半凝固金屬的溫度。
這里，將從冷卻開始的經(jīng)過時(shí)間設(shè)為Time，并在該經(jīng)過時(shí)間Time到達(dá)Ts前一直進(jìn)行攪拌，并繼續(xù)讀入半凝固金屬溫度。若經(jīng)過時(shí)間Time達(dá)到Ts，則進(jìn)入下面的步驟ST05。
在ST05中從冷卻曲線推定相變點(diǎn)Pt。在ST06中，求算對(duì)應(yīng)于相變點(diǎn)Pt的冷卻時(shí)間Tf，即從相變點(diǎn)Pt到成為目標(biāo)固相率的冷卻時(shí)間。在ST07中，若相變點(diǎn)Pt后的冷卻時(shí)間達(dá)到Tf，則結(jié)束攪拌冷卻并迅速開始?jí)鸿T。
圖36以圖表示出了得到記載于特開2002-153945號(hào)公報(bào)的目標(biāo)固相率的方法，并對(duì)圖35的S07進(jìn)行補(bǔ)充。若僅從半凝固金屬的相變點(diǎn)Pt到冷卻時(shí)間進(jìn)行攪拌，則能夠形成目標(biāo)固相率。
在上述的特開2002-153945號(hào)公報(bào)中，前提為在相變點(diǎn)的前后不變化冷卻速度。
但是，通常，金屬在相變點(diǎn)的前后物性不同，必然在相變點(diǎn)以前的冷卻速度和相變點(diǎn)以后的冷卻速度間產(chǎn)生差異。
該差異表現(xiàn)為目標(biāo)固相率和實(shí)際固相率之間的差，作為結(jié)果，固相率的管理精度降低。
近年來，伴隨著對(duì)制造技術(shù)要求的提高，有必要進(jìn)一步提高以半凝固金屬為對(duì)象的固相率管理精度。因此，希望替代現(xiàn)有的由時(shí)間的對(duì)固相率進(jìn)行管理的管理技術(shù)。
另外，以往，作為基于這種壓鑄成型的金屬成形品的制造生產(chǎn)線，備有容器，其能夠容納規(guī)定量的熔液；半凝固金屬生成裝置，其冷卻并攪拌容器內(nèi)的熔液從而生成半凝固金屬；成形機(jī)，其以半凝固金屬為原料而成型金屬成形品。搬送裝置，其由將容器從半凝固金屬生成裝置搬送到成形機(jī)，并將容器內(nèi)的半凝固金屬投入到成形機(jī)的多關(guān)節(jié)型機(jī)械手構(gòu)成；容器復(fù)原裝置，其對(duì)向成形機(jī)投入半凝固金屬而變空的容器實(shí)施規(guī)定的復(fù)原處理。其在例如特開2002-153945號(hào)公報(bào)中已被周知。
在該技術(shù)中，容器復(fù)原裝置，備有空氣吹送機(jī)構(gòu)，其通過向容器內(nèi)吹送空氣而冷卻容器并除去空氣內(nèi)的附著金屬；以及將脫模劑涂布于容器內(nèi)的涂布機(jī)構(gòu)。
另外，例如在特開2002-336946號(hào)公報(bào)中已經(jīng)周知在容器復(fù)原裝置中，除了空氣吹送機(jī)構(gòu)和涂布機(jī)構(gòu)外，還追加有在基于空氣吹送機(jī)構(gòu)的處理后用刷子清掃容器內(nèi)部的清掃機(jī)構(gòu)。
這些現(xiàn)有的容器復(fù)原裝置的吹送機(jī)構(gòu)，以將附著殘留于容器內(nèi)面的半凝固金屬凝固為顆粒狀并吹飛的方式而發(fā)揮作用，但是若半凝固金屬以較大的塊殘留，則很難將其凝固并吹飛。因此，在半凝固金屬以較大的塊原樣殘留并凝固的情況下，通過清掃機(jī)構(gòu)也不能將其除去，附著于容器內(nèi)的金屬殘留的頻度變大。為此，以往，在容器復(fù)原裝置進(jìn)行復(fù)原處理后，通過肉眼確認(rèn)容器內(nèi)有無附著金屬，在殘留有附著金屬的情況下，將容器從生產(chǎn)線向外取出，進(jìn)行附著金屬的除去作業(yè)。其結(jié)果，為了生產(chǎn)線外的復(fù)原作業(yè)而有必要準(zhǔn)備多個(gè)容器，從而導(dǎo)致初始成本的提高。
另外，在半凝固金屬的生成中，容器的溫度管理較為重要，有必要用空氣吹送機(jī)構(gòu)將容器冷卻到規(guī)定溫度。然而，若容器內(nèi)半凝固金屬以比較大的塊殘留，則容器難于冷卻，容器的冷卻花費(fèi)時(shí)間，且在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)性的提高上存在問題。
因此，希望有一種金屬成形品的制造生產(chǎn)線，其構(gòu)成為，即使容器內(nèi)的半凝固金屬以比較大的塊殘留也能夠高效地除去，從而解決上述的問題。
另外，已經(jīng)周知，作為現(xiàn)有的金屬成形品的制造生產(chǎn)線構(gòu)成為，即備置有半凝固金屬生成裝置，其通過具有被浸漬于收置在容器中的熔液的涼金屬的攪拌頭而冷卻并攪拌熔液從而生成半凝固金屬，并將容器從半凝固金屬生成裝置搬送到成形機(jī)，并將容器內(nèi)的半凝固金屬投入到成形機(jī)。
這里，若在攪拌頭的涼金屬上附著有半凝固金屬，且就此放置而進(jìn)行下面的半凝固金屬的生成，則附著于涼金屬而凝固的凝固物在容器內(nèi)剝落而引起半凝固金屬的品質(zhì)降低，凝固物對(duì)容器等形成干擾而產(chǎn)生設(shè)備問題。因此，以往，在例如特開2002-336946號(hào)公報(bào)中已經(jīng)周知，即鄰接半凝固金屬生成裝置配置攪拌頭復(fù)原裝置，并在半凝固金屬的生成后對(duì)攪拌頭施與規(guī)定的復(fù)原處理。該攪拌頭復(fù)原裝置，備置有通過將攪拌頭的涼金屬放入水中而冷卻的冷卻機(jī)構(gòu)；以及在涼金屬上涂布脫模劑的涂布機(jī)構(gòu)。若在冷卻機(jī)構(gòu)種將涼金屬放入水中，則水突然沸騰，因突然沸騰的態(tài)勢而使附著金屬從涼金屬上剝落。
另外，還提出了以如下方式進(jìn)行半凝固金屬的生成的技術(shù)，即在攪拌頭上附加涼金屬并安裝粘度測定用測定器，并將涼金屬與測定器同時(shí)浸漬于容器內(nèi)的熔液中，使由測定器測定的粘度的測定值成為目標(biāo)值。
若如此在攪拌頭上安裝測定器，則半凝固金屬與測定器同時(shí)附著。若在上述的攪拌頭復(fù)原裝置的冷卻機(jī)構(gòu)中將涼金屬和測定器同時(shí)入水，雖然認(rèn)為會(huì)因水的突然沸騰而使附著金屬從測定器剝落，但是實(shí)際上，因?yàn)榕c涼金屬相比測定器的熱容量極小，所以測定器周圍的突然沸騰的態(tài)勢不會(huì)強(qiáng)至使附著金屬脫落的程度。測定器上附著金屬不會(huì)殘留太多。另外，涼金屬在被冷卻到室溫前測定器也被就此入水，此時(shí)，會(huì)產(chǎn)生以下問題，即熱容量小的測定器的溫度下降過多，在以下的涂布工序中涂布的脫模劑難于干燥。
因此，希望有一種半凝固金屬生成裝置的攪拌頭復(fù)原裝置和復(fù)原方法，能夠在附帶有測定器的攪拌頭的復(fù)原處理時(shí)，高效地除去測定器的防止金屬，并能夠防止測定器的過度的冷卻。
另外，以往，黏漿狀的半凝固金屬的射出成型技術(shù)在例如特開2002-336946號(hào)公報(bào)中已被周知。
基于下圖對(duì)特開2002-336946號(hào)公報(bào)所記載的技術(shù)進(jìn)行說明。
圖37表示特開2002-336946號(hào)公報(bào)所記載的技術(shù)。另外，以下的S1～S11表示步驟1～步驟11。
首先，在S1中，從熔液保持爐向鑄桶供給一次量的熔液。
于是，在S2中，將鑄桶搬送到攪拌臺(tái)，在那里移向第一容器。
在S3中，通過攪拌臺(tái)攪拌第一容器中的熔液，作為固液共存狀態(tài)形成希望的固相率。此時(shí)溫度成為均一。
接下來，在S4中，將第一容器搬送到射出成形機(jī)構(gòu)。
另一方面，在S5中，在射出成形機(jī)構(gòu)中同時(shí)進(jìn)行模具的合模。
于是，在S6中，從第一容器向射出成型套筒澆注，在S7中向模具進(jìn)行射出。
在S8中，向變空的第一容器中吹送空氣，在S9中對(duì)第一容器進(jìn)行清掃、潔凈處理，在S10中在第一容器內(nèi)實(shí)施涂布。
在步驟S11中，若成形品的制造數(shù)目達(dá)到規(guī)定的數(shù)目，則結(jié)束制造。若未達(dá)到，則返回S1繼續(xù)生產(chǎn)。
然而，由于半凝固金屬是固相和液相的混合體，因此固相率(＝固相/(液相+固相)％)的管理至關(guān)重要。這是因?yàn)楣滔嗦什煌瑒t得到的成形品的品質(zhì)會(huì)變化。
在圖37的S3中，用涼金屬攪拌第一容器內(nèi)的熔液，通過隨該攪拌的吸熱作用而進(jìn)行冷卻，熔液的粘性提高，固相率變高。
因此，熔液的攪拌對(duì)于固相率的管理至關(guān)重要。
可是，在上述的現(xiàn)有技術(shù)中，為形成一定的固相率而進(jìn)行應(yīng)能得到多個(gè)成形品的制造時(shí)，所需要的攪拌時(shí)間會(huì)有較大的偏差。
若攪拌時(shí)間極長，則使射出成形機(jī)構(gòu)等待的時(shí)間變得過長，因此生產(chǎn)性降低。另外，若攪拌時(shí)間極短，則射出成形機(jī)構(gòu)變得不能應(yīng)付，因此需要限制循環(huán)的容器數(shù)，生產(chǎn)性降低。
也就是說，為了使多個(gè)容器適當(dāng)?shù)匮h(huán)且使射出成形機(jī)構(gòu)良好地工作，需要減少攪拌時(shí)間的偏差。
因此，希望有一種技術(shù)，能夠在半凝固金屬的射出成型中，對(duì)用于使熔液的固相率形成一定而實(shí)施的攪拌時(shí)間的偏差加以抑制。
另外，例如在使用壓鑄法而制造的部件中，有發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體。在該汽缸體中，設(shè)有作為冷卻水路的水套，具有該水套開口于氣缸蓋表面的開艙式，水套被封閉的閉艙式，以及水套的一部分開口于氣缸蓋表面的半閉艙式。閉艙式以及半閉艙式的汽缸體，因?yàn)樵跉飧咨w表面缸膛和汽缸外壁部相連接，所以具有高剛性，變形較小，并且壽命較長。該閉艙式以及半閉艙式的汽缸體，因?yàn)槠渌资欠忾]的形狀，所以在鑄造時(shí)不能對(duì)該水套使用持久的沖模，而使用鑄造后可以粉碎、除去的芯，例如砂芯。
另一方面，汽缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要構(gòu)成部，因?yàn)槭┘訜岷蛪毫Γ栽趶?qiáng)度上也是重要的部件。因此，希望在對(duì)汽缸體鑄造成型時(shí)能夠防止產(chǎn)生鑄造氣孔。作為防止鑄造氣孔產(chǎn)生的方法，可以例舉出在鑄造材料使用黏漿狀的半凝固金屬。半凝固金屬是固液共存狀態(tài)的金屬，因?yàn)檎扯雀咚詺怏w的卷入較少，故而能夠抑制鑄造氣孔的產(chǎn)生。
另外，作為相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)，在特公昭55-19704號(hào)公報(bào)中記載了以下壓鑄成型技術(shù)，即通過在對(duì)具備砂芯的腔體完全填充熔液之前停止活塞從而抑制沖擊的產(chǎn)生。
在特開平9-57415號(hào)公報(bào)中，記載了使熔液填充時(shí)的熔液的速度形成通常壓鑄法的1/5～1/50的低速而填充的方法。
另外，在特開11-104802號(hào)公報(bào)中，記載了通過調(diào)整固相部的平均顆粒直徑而防止黏漿狀的半凝固金屬向芯中滲入的壓鑄方法。
然而，黏漿狀的半凝固金屬具有液體和固體的中間的性質(zhì)，相比于液體粘度較高。為此，若使半凝固金屬高速地沖擊砂芯，則砂芯有可能會(huì)破損。特別是，用于形成水套等的薄砂芯在高粘度的半凝固金屬撞擊時(shí)容易破損，制品的成品率較低。因?yàn)樯靶驹谥圃旌笮枰?，所以?yōu)選為容易粉碎的材料，并不可過硬。
雖然為了防止鑄造時(shí)的砂芯的破損而考慮降低半凝固金屬的注入速度，但是若注入需要很長時(shí)間，則半凝固金屬固化，或者因溫度降低而固相率變化，因此有可能不能得到所希望的流動(dòng)性能。另外，由于溫度降低，半凝固金屬的粘度進(jìn)一步變高，有可能會(huì)損壞砂芯。
在前述的特公昭55-19704號(hào)公報(bào)所記載的方法中，雖然在熔液即將完全地填充具備砂芯的腔體內(nèi)的容積的一刻使活塞停止而抑制沖擊的發(fā)生，但是撞擊砂芯時(shí)熔液速度較高。若是通常的熔液，則即使以較高速度撞擊砂芯也不會(huì)破壞，但是如前所述，在半凝固金屬高速撞擊的情況下，有可能會(huì)破損。另外，若如所述特開平9-57415號(hào)公報(bào)，極端地降低注入速度，則注入時(shí)間變長，在通常的熔液的情況下不成為問題，但是對(duì)于半凝固金屬，將會(huì)存在固化或者流動(dòng)性降低的問題。
因此，希望有一種壓鑄方法，其能夠在鑄造材料中使用半凝固金屬而抑制鑄造氣孔的產(chǎn)生，且不使砂芯破壞，提高鑄造成型品的成品率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一方面，提供一種半凝固金屬的固相率管理方法，其中由以下工序構(gòu)成圖表準(zhǔn)備工序，對(duì)于給定金屬成分，準(zhǔn)備表示黏漿狀半凝固金屬的固相率和粘度的相關(guān)的圖表；目標(biāo)粘度確定工序，利用該圖表而確定對(duì)應(yīng)于目標(biāo)固相率的目標(biāo)粘度；粘度測量工序，對(duì)進(jìn)入容器的半凝固金屬冷卻的同時(shí)而測量其粘度；冷卻工序，在該粘度到達(dá)所述目標(biāo)粘度前實(shí)施冷卻；通過在從表示半凝固金屬的固相率和粘度的相關(guān)的圖表的準(zhǔn)備直至半凝固金屬的冷卻結(jié)束的期間內(nèi)實(shí)施這些工序組，從而使半凝固金屬的固相率與目標(biāo)固相率一致。
在冷卻半凝固金屬的過程中，檢測其粘度，并通過該粘度而管理半凝固金屬的固相率。為了檢測粘度，能夠排除冷卻速度的變化和時(shí)間的影響，相比于現(xiàn)有的基于時(shí)間的管理，能夠大幅度地提高半凝固金屬的固相率的管理精度。
本發(fā)明第二方面提供一種半凝固金屬的粘度測量裝置，其由以下機(jī)構(gòu)構(gòu)成攪拌機(jī)構(gòu)，其對(duì)進(jìn)入容器的黏漿狀的半凝固金屬進(jìn)行攪拌；懸臂梁狀的測定器，其將下部插入半凝固金屬中；測定器移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其使該測定器在水平方向移動(dòng)；測壓元件，其測量該測定器從所述半凝固金屬所受到的力；換算機(jī)構(gòu)，其根據(jù)由該測壓元件檢測的力換算半凝固金屬的粘度。
半凝固金屬的粘度測量裝置，由攪拌機(jī)構(gòu)、懸臂梁狀的測定器、測定器移動(dòng)機(jī)構(gòu)、測壓元件以及換算機(jī)構(gòu)構(gòu)成。任一個(gè)均是入手容易簡便的方法或部件，能夠容易地達(dá)到粘度測量裝置的低成本化以及緊湊化。
本發(fā)明第三方面提供一種金屬成形品的制造生產(chǎn)線，是由以下結(jié)構(gòu)組成的金屬成形品的制造生產(chǎn)線容器，其可收置規(guī)定量的熔液；半凝固金屬生成裝置，其通過對(duì)容器內(nèi)的熔液冷卻并攪拌而生成的半凝固金屬；成形機(jī)，其以半凝固金屬作為原料而成型金屬成形品；搬送裝置，其將容器從半凝固金屬生成裝置搬送到成形機(jī)，并將容器內(nèi)的半凝固金屬投入成形機(jī)；容器復(fù)原裝置，其對(duì)由于向成形機(jī)的半凝固金屬的投入而變空的容器實(shí)施規(guī)定的復(fù)原處理。容器復(fù)原裝置，備有空氣吹送機(jī)構(gòu)，其通過向容器內(nèi)吹送空氣，而對(duì)容器冷卻并除去容器內(nèi)的附著金屬；涂布機(jī)構(gòu)，其向容器內(nèi)涂布脫模劑。在金屬成形品制造生產(chǎn)線中，容器復(fù)原裝置還備置有刮鏟機(jī)構(gòu)，其在基于空氣吹送機(jī)構(gòu)的處理前，將附著于容器內(nèi)的半凝固金屬鏟去。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，即使向成形機(jī)投入半凝固金屬后半凝固金屬以較大的塊殘留于容器內(nèi)，也能夠通過刮鏟機(jī)構(gòu)除去該塊。為此，在進(jìn)行基于空氣吹送機(jī)構(gòu)的處理時(shí)，并不存在半凝固金屬以大塊原樣殘留于容器內(nèi)的情況，能夠通過空氣吹送機(jī)構(gòu)有效地除去容器內(nèi)的附著金屬。因此，復(fù)原處理后容器內(nèi)附著金屬殘留頻率，即生產(chǎn)線外進(jìn)行容器復(fù)原作業(yè)的頻率盡可能地被降低。其結(jié)果，不需準(zhǔn)備如此多的容器，能夠?qū)崿F(xiàn)最低成本的降低。另外，因?yàn)榉乐沽艘蛉萜髦写髩K金屬的影響而使容器的冷卻變得困難，所以通過空氣吹送機(jī)構(gòu)即有效地冷卻了容器。因此，容器的冷卻時(shí)間被縮短，生產(chǎn)性也提高了。
作為刮鏟機(jī)構(gòu)，雖然可以考慮使用安裝了刮板的機(jī)械手，但是其成本較高。這里，若與以往相同用多關(guān)節(jié)型的機(jī)械手構(gòu)成搬送裝置，則即使用安裝于規(guī)定位置的刮板構(gòu)成刮鏟機(jī)構(gòu)，也能夠通過使向成形機(jī)投入半凝固金屬而變空的容器，在被搬送用機(jī)械手就此把持的狀態(tài)下，相對(duì)于刮板移動(dòng)而鏟去附著于容器內(nèi)的半凝固金屬。由此，能夠簡單化刮鏟機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)成本的降低。
另外，在將半凝固金屬投入成形機(jī)時(shí)以及由刮鏟結(jié)構(gòu)鏟出容器內(nèi)的半凝固金屬時(shí)，附著有半凝固金屬，這樣半凝固金屬往往在口緣部凝固，并在向成形機(jī)投入時(shí)半凝固金屬時(shí)，凝固金屬從容器的口緣脫落而混入成形機(jī)，有可能引起成型不良。此時(shí)，將刮板制作成具有能夠接觸所述容器內(nèi)表面的平板狀的第一刮刀部和能夠接觸容器口緣部的大致L字型的第二刮刀部的器具，在使第一刮刀部接觸容器內(nèi)表面的狀態(tài)下，使容器相對(duì)移動(dòng)從而鏟去附著于容器表面的半凝固金屬后，在使第一刮刀部接觸容器口緣的狀態(tài)下使容器相對(duì)移動(dòng)從而鏟去附著于容器口緣的半凝固金屬，則能夠防止半凝固金屬附著于金屬口緣而凝固，較為有利。
另外，容器復(fù)原裝置，在具有在根據(jù)空氣吹送機(jī)構(gòu)的處理后，用刷子清掃容器內(nèi)部的清掃機(jī)構(gòu)的情況下，若在本發(fā)明中的準(zhǔn)確率較低，且在容器內(nèi)殘存有規(guī)定大小以上的附著金屬，則恐怕會(huì)產(chǎn)生刷子的折損。因此，希望在由空氣吹送機(jī)構(gòu)處理后的容器中殘存有規(guī)定尺寸以上的附著金屬時(shí)，設(shè)置對(duì)其檢測的檢測機(jī)構(gòu)，并在未能由檢測機(jī)構(gòu)檢測到有規(guī)定尺寸以上的附著金屬殘留的情況下，進(jìn)行基于刷掃機(jī)構(gòu)的處理，以防止刷子的折損。
本發(fā)明第四方面提供一種半凝固金屬生成裝置的攪拌機(jī)構(gòu)復(fù)原裝置，是對(duì)半凝固金屬生成裝置的攪拌機(jī)構(gòu)，在半凝固金屬生成后實(shí)施規(guī)定的復(fù)原處理的攪拌機(jī)構(gòu)的復(fù)原裝置，其由以下機(jī)構(gòu)構(gòu)成冷卻機(jī)構(gòu)，其使攪拌機(jī)構(gòu)的涼金屬和測定器入水而冷卻；涂布機(jī)構(gòu)，其在涼金屬和測定器上涂布脫模劑。所述半凝固金屬生成裝置，利用具有被浸漬于收置在容器內(nèi)的熔液中的涼金屬以及粘度測定用測定器的攪拌機(jī)構(gòu)，對(duì)熔液冷卻并攪拌從而生成的半凝固金屬。其中，復(fù)原裝置，還備有在基于冷卻機(jī)構(gòu)的處理前，將附著于測定器的半凝固金屬鏟去的刮鏟機(jī)構(gòu)。冷卻機(jī)構(gòu)備置有第一入水部，其具有容納測定器的水不浸入的隔間，而僅僅使涼金屬入水；以及第二入水部，其至少使測定器入水。
本發(fā)明第五方面提供一種半凝固金屬生成裝置的攪拌機(jī)構(gòu)復(fù)原方法，是對(duì)半凝固金屬生成裝置的攪拌機(jī)構(gòu)，在半凝固金屬生成后所進(jìn)行的攪拌機(jī)構(gòu)的復(fù)原方法，由以下工序構(gòu)成冷卻工序，使攪拌機(jī)構(gòu)的涼金屬和測定器入水而冷卻；涂布工序，在冷卻工序后在涼金屬和測定器上涂布脫模劑。所述半凝固金屬生成裝置，利用具有被浸漬于收置在容器內(nèi)的熔液的涼金屬以及粘度測定用測定器的攪拌機(jī)構(gòu)，對(duì)熔液冷卻并攪拌從而生成半凝固金屬。其中，包含刮鏟工序，在冷卻工序前，將附著于測定器的半凝固金屬鏟去。冷卻工序由以下工序組成第一入水工序，其僅使涼金屬入水；以及第二入水工序，其至少使測定器入水，第二入水工序的處理時(shí)間被設(shè)定得比第一入水工序的處理時(shí)間短。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在半凝固金屬剛生成后，通過刮鏟機(jī)構(gòu)(刮鏟工序)將附著于測定器的半凝固金屬的大部分鏟去。但是，很難用刮鏟機(jī)構(gòu)將附著于測定器的半凝固金屬完全除去，在測定器上還殘留有薄膜狀的半凝固金屬。
這里，在第二入水部(第二入水工序)中使測定器入水時(shí)，即便是水突然沸騰的態(tài)勢不強(qiáng)，殘留于測定器的薄膜狀半凝固金屬也容易剝落。因此能夠有效地除去半凝固金屬。另外，由于在第一入水部(第一入水工序)中僅使涼金屬冷卻，因此即使將第一入水工序中的處理時(shí)間設(shè)定為用于將涼金屬冷卻所必要的時(shí)間，測定器也不會(huì)過度地被冷卻。因此，為了在第二入水部(第二入水工序)中將測定器冷卻到規(guī)定溫度，而較短地設(shè)定第二入水工序的處理時(shí)間，從而能夠適當(dāng)?shù)乩鋮s測定器，并在涂布機(jī)構(gòu)(涂布工序)中不會(huì)產(chǎn)生涂布于測定器的脫模劑難于干燥的問題。因此，能夠確實(shí)而有效地進(jìn)行具有涼金屬和測定器的攪拌機(jī)構(gòu)的復(fù)原處理。
本發(fā)明者們，在調(diào)查所述熔液的攪拌時(shí)間的偏差的主要原因中，在圖37的S9(步驟S9)中的刷掃處理中產(chǎn)生時(shí)間差，為此隨著時(shí)間的經(jīng)過，向大氣中放出的熱量增加，容器的溫度變得不穩(wěn)定而受到注意。也就是說，附著于空的容器的殘滓的形態(tài)是各種各樣的，有一次即可簡單清掃的殘滓、也有需要多次才能清掃的殘滓。
因此，一般認(rèn)為，在實(shí)施清掃和涂布處理后，進(jìn)行冷卻，通過使冷卻后的溫度形成一定，從而使容器的溫度形成一定，如此較為有益。
此外，發(fā)明者在圖37的S1(步驟1)中，也注意到從熔液保持爐供給的熔液的溫度變化。
在從鋁溶解爐提供的熔液的溫度中存在偏差，該溫度的偏差對(duì)熔液保持爐產(chǎn)生影響，因此從熔液保持爐提供的熔液的溫度也有偏差。
若容器的溫度一定，熔液的溫度中存在偏差，則會(huì)表現(xiàn)出攪拌時(shí)間也有偏差。
為了使從熔液保持爐提供的熔液的溫度形成一定，而考慮在熔液保持爐中設(shè)置高性能的溫度控制機(jī)構(gòu)，但是在技術(shù)上和成本上較難實(shí)現(xiàn)。
也就是說，需要一種技術(shù)，能夠吸收從熔液保持爐提供的熔液的變動(dòng)。
因此，本發(fā)明者，試圖在熔液保持爐的溫度較高時(shí)延長容器的冷卻時(shí)間，在該溫度較低時(shí)縮短容器的冷卻時(shí)間，如此而將熔液保持爐的溫度的影響轉(zhuǎn)嫁到容器的溫度。
于是，在考慮空容器的溫度和熔液保持爐的溫度這兩者而確定熔液的溫度的冷卻時(shí)間的情況下，能夠成功地大幅度降低攪拌時(shí)間的偏差度。若從以上觀點(diǎn)出發(fā)，則本發(fā)明如下所述。
本發(fā)明第六方面提供一種半凝固金屬的射出成型方法，是反復(fù)進(jìn)行以下工作的半凝固金屬的射出成型方法即為下一次澆注做準(zhǔn)備而對(duì)因向成形機(jī)澆注黏漿狀的半凝固金屬而變空的容器以規(guī)定時(shí)間冷卻，并將半凝固金屬從熔液保持爐供給到該冷卻后的容器，為下一次澆注做準(zhǔn)備而對(duì)空容器冷卻時(shí)的所述規(guī)定時(shí)間，基于熔液保持爐的溫度和空容器的溫度而決定。
在熔液保持爐的溫度較高的情況下，所需要的時(shí)間延長，在該溫度較低的情況下，所需要的時(shí)間縮短。并且，在空容器的溫度較高的情況下，所需要的時(shí)間延長，在該溫度較低的情況下，所需要的時(shí)間縮短。如此，以基于熔液保持爐的溫度和空的容器的溫度所決定的所需要的時(shí)間，對(duì)空容器冷卻，能夠抑制攪拌時(shí)間偏差，并能夠大幅提高半凝固金屬的射出成型的生產(chǎn)性。
本發(fā)明第七方面，提高一種壓鑄方法，其通過射出活塞將黏漿狀的半凝固金屬從熔液口射出，并通過熔液道以及隘道，將所述半凝固金屬注入到內(nèi)部設(shè)有砂芯的腔體中，由此得到鑄造成型品，其中，在所述半凝固金屬的前端部被注入到所述腔體以前，將所述射出活塞減速從而降低所述半凝固金屬的流速。
如此，通過將半固態(tài)金屬減速后注入到腔體，能夠防止半固態(tài)金屬損壞腔體內(nèi)的砂芯。另外，通過在半固態(tài)金屬被注入到腔體之前使其高速而短時(shí)間地移動(dòng)，能夠降低因固化和溫度降低而引起的流動(dòng)性的降低。
此時(shí)，也可以，在從所述射出活塞的射出開始位置，到所述半凝固金屬最初被注入所述腔體時(shí)的所述射出活塞的位置為止的90％～97％的位置中，使所述射出活塞減速。這樣，通過在比半凝固金屬最初被注入到腔體的時(shí)刻稍早的時(shí)刻使射出活塞減速，能夠在半凝固金屬被注入到砂芯時(shí)將其速度減速到不破壞砂芯的適當(dāng)速度。
對(duì)于該壓鑄方法，通過使用半凝固金屬，從而能夠得到抑制了鑄造氣孔產(chǎn)生的高品質(zhì)的鑄造成型品。并且對(duì)于是閉艙式或半閉艙式那樣形狀復(fù)雜且強(qiáng)度方面較為重要的部件的鑄造成型品，也能夠良好地適用。另外，通過使半凝固金屬減速，即使砂芯是對(duì)應(yīng)于如水套那樣的寬度較窄形狀的部位，也不會(huì)損該壞砂芯，而能夠被適當(dāng)?shù)靥畛涞角惑w。
根據(jù)該壓鑄方法，通過在鑄造材料中使用半凝固金屬能夠抑制鑄造氣孔產(chǎn)生且不破損砂芯，實(shí)現(xiàn)鑄造成型品的成品率的提高。另外，由于在熔液口和熔液部中高速且短時(shí)間地移動(dòng)半凝固金屬，因此凝固防止因固化或溫度降低引起的流動(dòng)性下降。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的制造生產(chǎn)線的整體俯視圖。
圖2是粘度測量裝置的示意性側(cè)視圖。
圖3是表示半凝固金屬生成時(shí)的攪拌頭的移動(dòng)軌跡的俯視圖。
圖4是表示向成形機(jī)的半凝固金屬的投入狀態(tài)的立體圖。
圖5是表示容器復(fù)原裝置的立體圖。
圖6是表示容器復(fù)原裝置的刮鏟機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖7是表示刮鏟機(jī)構(gòu)的俯視圖。
圖8是表示攪拌頭復(fù)原裝置的立體圖。
圖9是表示攪拌頭復(fù)原裝置的刮鏟機(jī)構(gòu)的俯視圖。
圖10是表示設(shè)于攪拌頭復(fù)原裝置的冷卻機(jī)構(gòu)的第一入水部的剖面圖。
圖11是研究伴隨著半凝固金屬的時(shí)間經(jīng)過的粘度變化的曲線。
圖12是表示半凝固金屬的固相率和粘度的相關(guān)的曲線圖。
圖13是表示應(yīng)變電壓和粘度的相關(guān)的曲線圖。
圖14是表示半凝固金屬的固相率管理方法的流程圖。
圖15是粘度測量裝置的另一個(gè)實(shí)施例圖。
圖16是粘度測量裝置的又一個(gè)另外的實(shí)施例圖。
圖17是圖16的17-17方向的視圖。
圖18是表示本發(fā)明的半凝固金屬的射出成型設(shè)備的設(shè)計(jì)圖。
圖19是鑄桶的工作圖。
圖20是攪拌機(jī)構(gòu)的工作圖。
圖21是容器的工作圖。
圖22是空的澆注容器的工作圖。
圖23是本發(fā)明的容器溫度一熔液保持爐溫度-時(shí)間的相關(guān)曲線圖。
圖24是射出前的制造流程圖。
圖25是容器冷卻前的制造流程圖。
圖26是表示熔液的攪拌時(shí)間的離散性的曲線圖。
圖27是由鑄造用模具鑄造成型的汽缸體的概略立體圖。
圖28是由鑄造用模具鑄造成型的汽缸體的概略側(cè)視圖。
圖29是表示將射出活塞配置于原點(diǎn)位置的制造用模具的側(cè)視面圖。
圖30是表示本實(shí)施方式的壓鑄方法的步驟的流程圖。
圖31是表示射出活塞移動(dòng)到切換位置前的鑄造用模具的側(cè)視圖。
圖32是表示射出活塞移動(dòng)到停止位置前的鑄造用模具的側(cè)視圖。
圖33是表示射出活塞的速度和半凝固金屬的平均流速的曲線圖。
圖34是表示射出活塞移動(dòng)到注入位置前的鑄造用模具的側(cè)視剖面圖。
圖35是表示得到現(xiàn)有的半凝固金屬的目標(biāo)固相率的方法的流程圖。
圖36是表示得到現(xiàn)有的半凝固金屬的目標(biāo)固相率的方法的曲線圖。
圖37是表示使用現(xiàn)有的半凝固金屬的射出成型方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示的是金屬成形品的制造生產(chǎn)線10。該制造生產(chǎn)線10，備有熔液保持爐11，其保持由鋁合金等熔融金屬形成的熔液；熔液汲出機(jī)械手12，其從熔液保持爐11中汲出規(guī)定量的熔液；俯視矩形的容器13，其將由熔液汲出機(jī)械手12汲出的熔液注入；半凝固金屬生成裝置14，其通過將容器13內(nèi)的熔液冷卻并攪拌而生成半凝固金屬；成形機(jī)15，其將半凝固金屬作為原料而成型金屬成形品；搬送機(jī)械手16，其作為搬送裝置，將容器13從半凝固金屬生成裝置14搬送到成形機(jī)15，并將容器13內(nèi)的半凝固金屬投入到成形機(jī)15。另外，在制造生產(chǎn)線10中，設(shè)有對(duì)容器13實(shí)施復(fù)原處理的容器復(fù)原裝置17；以及作為半凝固金屬生成裝置14的后述攪拌機(jī)構(gòu)的攪拌頭41的攪拌頭復(fù)原裝置18。
熔液汲出機(jī)械手12，由具有以下結(jié)構(gòu)的六軸多關(guān)節(jié)機(jī)械手構(gòu)成旋轉(zhuǎn)自如的機(jī)械手主體21；相對(duì)于機(jī)械手主體21搖動(dòng)自如的第一機(jī)械手臂22；相對(duì)于第一機(jī)械手臂22搖動(dòng)自如的第二機(jī)械手臂23；以及第二機(jī)械手臂23的末端的三軸構(gòu)造的腕部24。因此，形成為在腕部24的末端設(shè)置鑄桶25，通過鑄桶25將熔液保持爐11內(nèi)的熔液汲出。
半凝固金屬生成裝置14并列設(shè)有一對(duì)。各半凝固金屬生成裝置14，由以下構(gòu)件構(gòu)成容器13的載置臺(tái)40；攪拌容器13內(nèi)的熔液攪拌頭41；以及移動(dòng)攪拌頭41的攪拌機(jī)械手42。該機(jī)械手42，備有被升降自如地支持在支柱420的機(jī)械手主體421；相對(duì)于機(jī)械手主體421在水平方向搖動(dòng)自如的第一機(jī)械手臂422；相對(duì)于第一機(jī)械手臂422在水平方向上搖動(dòng)自如的第二機(jī)械手臂423。在第二機(jī)械手臂423的末端，繞著鉛垂直線旋轉(zhuǎn)自由地懸吊有攪拌頭41。
攪拌頭41，如圖2所示，備有以后詳述的涼金屬移動(dòng)機(jī)構(gòu)410；垂直設(shè)于涼金屬移動(dòng)機(jī)構(gòu)410的長方體狀的一對(duì)涼金屬411、411；在涼金屬移動(dòng)機(jī)構(gòu)410上，位于兩涼金屬411、411間傾動(dòng)自如地垂設(shè)的薄板狀的粘度測定用測定器412。在測定器412上，連接有安裝在固定于涼金屬移動(dòng)機(jī)構(gòu)410的支架413a的測壓元件423。
在圖1中，在半凝固金屬生成時(shí)，首先，通過熔液汲出機(jī)械手12的動(dòng)作，將鑄桶25內(nèi)的熔液澆注到載置臺(tái)40上容器13內(nèi)，接著，通過攪拌機(jī)械手42的動(dòng)作，如圖2所示，使攪拌頭41在容器13的正上位置移動(dòng)下降，并將涼金屬411、411和測定器412浸漬于容器13內(nèi)。在該狀態(tài)下，如圖3的箭號(hào)所示，將攪拌頭41與容器13的形狀相吻合呈矩形水平移動(dòng)。由此，容器13內(nèi)的熔液通過涼金屬411、441而被冷卻并攪拌，從而生成黏漿狀的半凝固金屬。另外，通過攪拌頭41(參照?qǐng)D2)的水平移動(dòng)，測定器412接受對(duì)應(yīng)于半凝固金屬27的粘度的阻力，由測壓元件413檢測出該阻力(參照?qǐng)D2)，并基于負(fù)荷電壓413的檢測信號(hào)而測定粘度。于是，在粘度的測定值成為目標(biāo)值以前一直進(jìn)行攪拌，從而生成規(guī)定固相率的半凝固金屬27。
另外，由于生成半凝固金屬27耗費(fèi)時(shí)間，因此如圖1所示，利用一對(duì)半凝固金屬生成裝置14、14交互地進(jìn)行半凝固金屬27(參照?qǐng)D2)的生成作業(yè)，能夠防止因半凝固金屬的生成耗費(fèi)時(shí)間而引起的循環(huán)時(shí)間變長。另外，如圖3所示，容器13是鑄造品，在其縱長方向的一端凸出設(shè)有把手部31，同時(shí)在其另一端凸出設(shè)有，對(duì)容器復(fù)原裝置17(參照?qǐng)D1)的后述空氣吹送機(jī)構(gòu)72(參照?qǐng)D1)的接受框721(參照?qǐng)D5)，卡止用的凸起部32。
圖2所示的標(biāo)號(hào)35表示粘度測試裝置。粘度測試裝置35，作為結(jié)構(gòu)體其特征在于由以下構(gòu)件構(gòu)成即作為攪拌機(jī)構(gòu)的涼金屬411、411；懸臂梁狀測定器412；使該測定器412在水平方向移動(dòng)的涼金屬移動(dòng)機(jī)構(gòu)410；測試測定器412所受到的力的測壓元件413；固定該測壓元件413的支架413a；用于將來自測壓元件413的物理量粘度變換的力換算機(jī)構(gòu)414，具備粘度換算機(jī)構(gòu)415的力-粘度換算機(jī)構(gòu)416。
在充滿容器13的半凝固金屬27中，對(duì)于粘度測試裝置35，若涼金屬411、411移動(dòng)，則測定器412通過涼金屬移動(dòng)機(jī)構(gòu)410而在水平方向移動(dòng)，涼金屬411、411和測定器412通過測壓元件413將所接受的來自半凝固金屬27的力作為例如應(yīng)變電壓V1而認(rèn)知，隨后通過力-粘度換算機(jī)構(gòu)416而求算粘度B。
在圖3中，因?yàn)闆鼋饘?11、411和測定器412形成一體，所以測定器412能夠配合涼金屬411、411的矩形動(dòng)作而工作。其結(jié)果，測定器412通過涼金屬移動(dòng)機(jī)構(gòu)410(參照?qǐng)D2)也在水平方向移動(dòng)，涼金屬411、411和測定器412所接受的來自半凝固金屬27的力能夠大致相同地傳送到測壓元件413。
如圖1所示，成形機(jī)15備有模具51、與模具51內(nèi)的腔體連通的射出套筒52。在射出套筒52的上面，如圖4所示，開設(shè)有原料投入口53，投入原料投入口53的半凝固金屬27被壓入到腔體中，而形成金屬成形品。
如圖1所示的那樣，搬送機(jī)械手16與熔液汲出機(jī)械手12相同，由具有以下結(jié)構(gòu)的六軸多關(guān)節(jié)機(jī)械手構(gòu)成即旋轉(zhuǎn)自如的機(jī)械手主體61；相對(duì)于機(jī)械手主體61搖動(dòng)自如的第一機(jī)械手臂62；相對(duì)于第一機(jī)械手臂62搖動(dòng)自如的第二機(jī)械手臂63；以及第二機(jī)械手臂63的末端的三軸構(gòu)造的腕部64。在腕部64的末端，設(shè)有把持容器13的手部65，手部65把持容器13的把手部31。于是，通過搬送機(jī)械手16，把持所述一對(duì)的半凝固金屬生成裝置14、14中的半凝固金屬生成結(jié)束的一方的半凝固金屬生成裝置14的載置臺(tái)40上的容器13，通過搬送機(jī)械手60的動(dòng)作將容器13搬送到成形機(jī)15的射出套筒52的原料投入口53，通過將容器13傾斜而將容器13內(nèi)的半凝固金屬投入到原料投入口53中。另外，在投入時(shí)，通過配置于把手65近旁的加振機(jī)(未圖示)而使容器13振動(dòng)，使容器13內(nèi)盡可能不殘留半凝固金屬。這里，手部65被構(gòu)成為容許容器13的加振方向的移動(dòng)的構(gòu)造，雖然平常通過鎖定機(jī)構(gòu)不使容器13在加振方向移動(dòng)，但是在向原料投入口53投入半凝固金屬時(shí)，通過解除鎖定而使容器13通過加振機(jī)振動(dòng)。
通過向原料投入口53投入半凝固金屬而變空的容器13，被搬送到容器復(fù)原裝置17，并實(shí)施規(guī)定的復(fù)原處理。如圖5所示，容器復(fù)原裝置17，備有刮鏟機(jī)構(gòu)71，其將附著于容器13內(nèi)的半凝固金屬刮去；空氣吹送機(jī)構(gòu)72，其通過向容器13內(nèi)吹送空氣而冷卻容器13并除去附著于容器13內(nèi)的附著金屬；檢測機(jī)構(gòu)73，其在容器13內(nèi)殘存規(guī)定大小以上的附著金屬時(shí)對(duì)其進(jìn)行檢測；清掃機(jī)構(gòu)74，其清掃容器13內(nèi)部；涂布機(jī)構(gòu)75，其在容器13內(nèi)部涂布脫模劑。
在參照?qǐng)D6和圖7，刮鏟機(jī)構(gòu)71設(shè)有刮板713，其在從支柱710向斜上方延伸的支架711的末端，通過懸臂712而設(shè)置。刮板713具有寬幅的平板狀的第一刮刀部713a；以及以向外直立于第一刮刀部的713a的中央部外面的方式而固定的大致L字狀的第二刮刀部713b。另外，懸臂712，通過其基端的支撐軸712a，以在支架711上以上下方向搖動(dòng)自如的方式轉(zhuǎn)動(dòng)相接。因此，通過彈簧712b而將懸臂712壓持在下方。通常通過固定于支架711的止擋體712c而使懸臂712保持在規(guī)定的傾斜姿勢。
這里，若將容器13內(nèi)的半凝固金屬投入到原料投入口53(參照?qǐng)D4)，則在投入時(shí)成為下側(cè)的容器13的側(cè)壁的內(nèi)面(以下，記為投入壁面)13a上半凝固金屬以較大的塊體殘留。因此，通過搬送機(jī)械手16(參照?qǐng)D1)，將因向原料投入口53投入半凝固金屬而變空的容器13原樣把持，并搬送到刮鏟機(jī)構(gòu)71的配置部。刮板713在容器13向斜下方的狀態(tài)下以插入容器13內(nèi)部的方式而動(dòng)作，以第一刮刀部713a接觸容器13的投入壁面13a的容器底部邊緣部分的方式而對(duì)容器13進(jìn)行定位。
此時(shí)，懸臂712被從止擋體712c壓起，通過彈簧712b的彈性力將第一刮刀部713a壓抵在容器13的投入壁面13a。其后使容器13向斜上方移動(dòng)。由此通過第一刮刀713a將附著于容器13的投入壁面13a的半凝固金屬鏟去，并從容器13的開口端排出。此時(shí)容器13的投入壁面13a的口緣13b殘留有半凝固金屬。因此，接下來，以第二刮刀部713b接觸容器13的投入壁面13a的口緣13b的方式對(duì)容器13進(jìn)行定位，并在該狀態(tài)下，使容器13在第二刮刀部713b的法線方向(圖6的垂直于紙面的方向)移動(dòng)。
由此，附著殘留于容器13的投入壁面13a的口緣13b的半凝固金屬被鏟去。
如果像以上那樣通過刮鏟機(jī)構(gòu)71而鏟去附著于容器13內(nèi)的半凝固金屬，則通過搬送機(jī)械手16(參照?qǐng)D1)，將容器13搬動(dòng)到空氣吹送機(jī)構(gòu)72的配置部。如圖5所示，空氣吹送機(jī)構(gòu)72備有在容器13朝下的狀態(tài)下進(jìn)行支撐的接受框721；以及由接受框721所支撐并向容器13內(nèi)部噴出空氣的多個(gè)空氣噴嘴722。容器13通過搬送機(jī)械手16(參照?qǐng)D1)的動(dòng)作而以向下朝著接受框721的姿勢而被載置，在此狀態(tài)中從噴嘴722噴出空氣。由此，容器13被空氣的吹送冷卻，并且附著殘留于容器13內(nèi)面的半凝固金屬被凝固并被吹飛。此時(shí)，若半凝固金屬以比較大的塊體殘留，則將其凝固而吹飛較為困難，但是由于殘留于容器13內(nèi)的大塊的半凝固金屬已被上述刮鏟機(jī)構(gòu)除去，因此通過空氣吹送機(jī)構(gòu)72可以高效地除去容器13內(nèi)的附著金屬。
這里，根據(jù)空氣吹送機(jī)構(gòu)72的冷卻處理時(shí)間(來自空氣噴嘴722的空氣的噴出時(shí)間)應(yīng)設(shè)定為配合將容器13冷卻到規(guī)定溫度所必需的時(shí)間。因此，在由容器復(fù)原裝置17進(jìn)行的復(fù)原處理結(jié)束后，通過未圖示的測溫機(jī)構(gòu)而測定容器13的溫度，并通過將該溫度反饋而調(diào)整空氣吹送機(jī)構(gòu)72的冷卻處理時(shí)間。另外，若在容器13內(nèi)半凝固金屬以較大的塊附著，則容器13變得難以冷卻，因冷卻不足而使其后的冷卻處理時(shí)間設(shè)定得過大。然而，在本實(shí)施方式中，由于通過刮鏟機(jī)構(gòu)71而將半凝固金屬的大塊預(yù)先除去，因此不產(chǎn)生所涉及的問題。但是，在容器13的冷卻中，需要一定程度的時(shí)間，為了防止因該冷卻而使循環(huán)時(shí)間變長，而并設(shè)一對(duì)空氣吹送機(jī)構(gòu)72，并做成利用兩個(gè)空氣吹送機(jī)構(gòu)72、72而交互地進(jìn)行容器13的冷卻處理的方式。于是，將本次使用的容器13載置于一方的空氣吹送機(jī)構(gòu)72后，通過搬送機(jī)械手16(參照?qǐng)D1)把持載置于另一方的空氣吹送機(jī)構(gòu)72的處理后的容器13，并將該容器13搬送到檢測機(jī)構(gòu)73的配置部。
檢測機(jī)構(gòu)73，由安裝于在空氣吹送機(jī)構(gòu)72的配置部的側(cè)部所立起設(shè)置的架臺(tái)76的限位開關(guān)731構(gòu)成。在限位開關(guān)731上設(shè)有向下放延伸的接觸端子732。于是，通過搬送用機(jī)械手16將容器13以其處于向上的姿勢且將接觸端子732插入容器13的內(nèi)部的方式提升，并于將容器13定位為容器13的內(nèi)面和接觸端子732之間所定間隙為空的狀態(tài)中，使容器13平行于其內(nèi)面移動(dòng)。由此，若在容器13的內(nèi)面上殘留上述間隙以上的大小的附著金屬，則該附著金屬搭接在接觸端子732上，而打開限位開關(guān)。因此，在打開限位開關(guān)731時(shí)，將容器13排出到生產(chǎn)線以外，并在生產(chǎn)線以外進(jìn)行容器13的復(fù)原處理。另外，若從進(jìn)行如上述的刮鏟機(jī)構(gòu)71的處理到進(jìn)行空氣吹送機(jī)構(gòu)72的處理，則容器13的內(nèi)面上的上述間隙以上的大小的附著金屬的殘留概率變得極低，因此，需要生產(chǎn)線以外的容器13的復(fù)原處理的頻率也變得極低。
在限位開關(guān)731沒有打開時(shí)，即在容器13內(nèi)部沒有殘留規(guī)定大小以上的附著金屬時(shí)，通過搬送機(jī)械手16將容器13搬送到刷掃機(jī)構(gòu)74的配置部。
清掃機(jī)構(gòu)74，設(shè)于支柱740的上部，并備有向斜上方延伸的刷子741，刷子741的通過未圖示的電機(jī)旋轉(zhuǎn)。因此，在通過搬送機(jī)械手16將容器13以朝著斜下方的狀態(tài)且刷子741插入容器13內(nèi)部的方式而移動(dòng)，并將容器13定位成刷子741接觸容器13的內(nèi)面后，使容器13相對(duì)于刷子741相對(duì)移動(dòng)。由此，除去殘留于容器13內(nèi)部的細(xì)金屬片以及舊涂層膜，使容器13的內(nèi)面的表面粗糙度良好地恢復(fù)。此時(shí)，雖然若容器13的內(nèi)部殘留有大量的附著金屬，則有可能產(chǎn)生刷子741的磨損，但是因?yàn)橥ㄟ^檢測機(jī)構(gòu)73而檢測出了容器13內(nèi)部沒有殘留規(guī)定尺寸以上的附著金屬，所以能夠事先防止刷子741的磨損。另外，刮鏟機(jī)構(gòu)73和清掃機(jī)構(gòu)74鄰接而配置，并設(shè)有接受由這些刮鏟機(jī)構(gòu)73和清掃機(jī)構(gòu)74從容器13中除去的附著物的收置箱77。
若結(jié)束由清掃機(jī)構(gòu)74進(jìn)行的處理，則通過搬送機(jī)械手16將容器13搬送到涂層機(jī)構(gòu)75的配置部。涂層機(jī)構(gòu)75備有安裝于架臺(tái)76的箱體751；以及設(shè)置于箱體751內(nèi)部的脫模劑的涂布嘴752。因此，通過搬送機(jī)械手16將容器13插入箱體751中，并通過涂布嘴752在容器13的內(nèi)面涂布脫模劑。
若如此而結(jié)束由涂布機(jī)構(gòu)75進(jìn)行的處理，如圖1所示，通過搬送機(jī)械手16，將容器13載置于首先取出容器13的那個(gè)半凝固金屬生成裝置14的載置臺(tái)40上。接著，用搬送機(jī)械手16把持被載置于另一個(gè)的半凝固金屬生成裝置14的載置臺(tái)40上并生成半凝固金屬的容器13，并將該容器13搬送到成形機(jī)15。于是，反復(fù)以上的動(dòng)作，而連續(xù)地制造成形品。
另外，若各半凝固金屬生成裝置14的半凝固金屬的生成結(jié)束，則通過攪拌頭復(fù)原裝置18進(jìn)行對(duì)于攪拌頭的復(fù)原處理。如圖8所示，攪拌頭復(fù)原裝置18，備置有刮鏟機(jī)構(gòu)81，其鏟去附著于攪拌頭41(參照?qǐng)D2)的測定器412(參照?qǐng)D2)的半凝固金屬；冷卻機(jī)構(gòu)82，其將涼金屬411、411(參照?qǐng)D2)和測定器412放入水中而冷卻；涂布機(jī)構(gòu)83，其在涼金屬411、411和測定器412上涂布脫模劑；保溫機(jī)構(gòu)84，其對(duì)涼金屬411、411和測定器412進(jìn)行保溫。
如圖9所示的那樣，刮鏟機(jī)構(gòu)81備有夾持測定器412的一對(duì)刮板811、811。兩個(gè)刮板811、811，由通過基臺(tái)810上的汽缸812而進(jìn)退的可動(dòng)體813，以開閉自如，且通過圖中未圖示的彈簧而被付勢于閉側(cè)的狀態(tài)而被支撐。在基臺(tái)810的前端部，立設(shè)有，設(shè)于兩刮板811、811間而使兩刮板811、811以測定器412的板厚以上分開的導(dǎo)軌814。于是，在半凝固金屬的生成結(jié)束后，通過攪拌機(jī)械手42使攪拌頭41以測定器412位于基臺(tái)810的前方的方式移動(dòng)，并下降攪拌頭41，以使得測定器412的上端部與兩刮板811、811成為同等高度。另外，在該狀態(tài)中，將攪拌頭41定位于后述的水槽821(參照?qǐng)D8)的端部的上方。于是，如圖8所示，在水槽821的上蓋上，形成有位于攪拌頭41的正下的開口824。
接下來，如圖9所示，通過汽缸821而使兩刮板811、811向著基臺(tái)810的前方前進(jìn)。這里，在各刮板811的尾端部內(nèi)側(cè)面形成有凹入部811a，在刮板811前進(jìn)到該凹入部811a抵接導(dǎo)軌814的位置時(shí)，由導(dǎo)軌814所產(chǎn)生的兩刮板811、811的開口被解除。測定器412被彈力地夾入到兩刮板811、811之間。接下來，使攪拌頭41上升。由此，兩刮板811、811相對(duì)于測定器412相對(duì)下動(dòng)，附著于測定器412的半凝固金屬被鏟去。從測定器412鏟去的半凝固金屬通過圖8所示的開口824而落入到水槽821中。
若如此而通過刮鏟機(jī)構(gòu)81將附著于測定器412半凝固金屬鏟去，則攪拌頭41通過攪拌機(jī)械手42的動(dòng)作而被搬送到冷卻機(jī)構(gòu)82的配置部。冷卻機(jī)構(gòu)82，備有盛有大約70℃溫度的水的水槽821。在水槽821中，設(shè)有第一入水部822和第二入水部823。在第一入水部822中，如圖10所示，設(shè)有收置測定器412，其水不浸入的隔間822a。因此，若將攪拌器41移動(dòng)到第一入水部822的正上方位置而使之下降，則測定器412被插入隔間822a，僅涼金屬411被投入水中。半凝固金屬的生成正后的涼金屬411的溫度成為接近600℃的高溫，若涼金屬411被投入水中，則水突然沸騰，因突然沸騰的態(tài)勢使得附著金屬從涼金屬411剝離。因此，通過將涼金屬411投入水中大約60秒鐘，而冷卻到規(guī)定溫度(例如，100～120℃)。
若第一入水部822中的涼金屬411的冷卻結(jié)束，則接下來，如圖8所示，使攪拌頭41移動(dòng)至第二入水部823的正上方位置而使之下降。在第二入水部823中不存在隔間822a，涼金屬411和測定器412一同被投入水中。這里，在測定器412中，在刮鏟機(jī)構(gòu)81進(jìn)行的處理后，半凝固金屬以薄膜狀殘留。因?yàn)闇y定器412的熱容量較小，所以入水時(shí)的水沸騰的態(tài)勢變?nèi)酰词鼓菢?，薄膜狀的半凝固金屬也從測定器412有效地剝落。換而言之，若不考慮刮鏟機(jī)構(gòu)81，則因?yàn)闇y定器412的熱容量較小，所以，對(duì)于因入水時(shí)水的突然沸騰的態(tài)勢而剝落的情況，由于水的突然沸騰較弱，因此在測定器412上殘留有半凝固金屬。因此，通過備置刮鏟機(jī)構(gòu)81，預(yù)先通過刮鏟機(jī)構(gòu)81使半凝固金屬形成薄膜狀，或者，直至剝離得不存在。但是，為了測定器412不被過度地冷卻，第二入水部823的入水時(shí)間極短，例如設(shè)定為1秒鐘左右。
另外，在第二入水部823，也可以通過如下方式進(jìn)行，即設(shè)置收置涼金屬411而水不侵入的隔間，僅使測定器412入水。另外，也可以使測定器412先行投入第一入水部822，再投入第二入水部823。
若冷卻機(jī)構(gòu)82中進(jìn)行的處理如上述結(jié)束后，則通過攪拌機(jī)械手42(參照?qǐng)D1)將攪拌頭41搬送到涂層機(jī)構(gòu)83的配置部。涂層機(jī)構(gòu)83，由收納有脫模劑的液槽831構(gòu)成。于是，通過攪拌機(jī)械手42使攪拌頭41從液槽831的正上方位置下降，將涼金屬411和測定器412浸漬于液槽831內(nèi)的脫模劑液中，而將脫模劑涂布于涼金屬411和測定器412。
若如此的涂層機(jī)構(gòu)83進(jìn)行的處理結(jié)束，則攪拌頭41，通過攪拌機(jī)械手42被搬送到保溫機(jī)構(gòu)84的配置部。保溫機(jī)構(gòu)84，由內(nèi)置加熱器(未圖示)的保溫箱841構(gòu)成。于是，通過攪拌機(jī)械手42使攪拌頭41從保溫箱841的正上方位置下降，并將涼金屬411和測定器412插入到保溫箱841內(nèi)，將涼金屬411和測定器412兩者在大約100℃的溫度中保溫。由此，使涂布于涼金屬411和測定器412上的脫模劑干燥。
其后，在圖1中，通過搬送機(jī)械手16使容器13載置于半凝固金屬生成裝置14的載置臺(tái)40，再通過熔液汲出機(jī)械手12向該容器13澆注熔液時(shí)，將攪拌頭41從保溫機(jī)構(gòu)84(參照?qǐng)D8)中提起并在載置臺(tái)40上移動(dòng)，開始半凝固金屬的生成。
如上，因?yàn)橥ㄟ^容器復(fù)原裝置17和攪拌頭復(fù)原裝置18使容器13和攪拌頭41良好地復(fù)原到所需要的狀態(tài)，所以能夠良好地生成半凝固金屬，并提高金屬成形品的品質(zhì)。
在圖11中，通過使用圖2的裝置對(duì)充滿容器的半凝固金屬的粘度進(jìn)行了調(diào)查。另外，在攪拌和冷卻的初期，因攪拌機(jī)構(gòu)剛進(jìn)入后的噪聲較大而使得難以測定穩(wěn)定的粘度，因此示出了消除初始噪聲后的粘度。
根據(jù)容器的情況，測定器反復(fù)移動(dòng)、停止和變化方向。為此，曲線上下波動(dòng)。
試著僅取出測定器以一定速度向同一方向移動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)。也就是說，若連接+側(cè)的峰值P1、P2...、PN，則能夠得到向右上方上升的曲線Q。
然而，半凝固金屬是液相和固相的混合體，伴隨著時(shí)間的經(jīng)過溫度降低，因液相凝固而使固相的比例增加。其結(jié)果，隨著時(shí)間粘度增加。由此，即使將橫軸變?yōu)楣滔嗦?，也得到近似曲線Q的曲線。下圖是基于這種考慮整理數(shù)據(jù)而得到的曲線。
在圖12中，能夠以橫軸表示固相率，縱軸表示粘度，而對(duì)其描繪向右上方上升的曲線R。若對(duì)每種合金制作這種曲線R，則能夠由以下的要領(lǐng)求算目標(biāo)粘度A。
確定作為例如橫軸所示的鋁合金壓鑄原料的鋁合金熔液的目標(biāo)固相率，求出從該目標(biāo)固相率向垂直向上方向延伸的線(1)與曲線上的交點(diǎn)，從該交點(diǎn)將垂直相交于粘度軸的線(2)延伸而與粘度軸相交的點(diǎn)作為目標(biāo)粘度A而決定。
對(duì)給定金屬成分準(zhǔn)備表示黏漿狀的半凝固金屬的固相率和粘度的相關(guān)的圖表，能夠預(yù)先確定對(duì)應(yīng)于目標(biāo)固相率的目標(biāo)粘度，并能夠順暢地進(jìn)入其后的工序。
在圖13中，使用圖2中所說明的裝置，測量對(duì)于已知粘度的流體的應(yīng)變電壓，并對(duì)該測量值(×標(biāo))描繪而得到曲線S。如果是該曲線S，則能夠以如下的要領(lǐng)從測量值(應(yīng)變電壓)求算此時(shí)的粘度B。
在橫軸上獲取由測壓元件所測定的應(yīng)變電壓，求出從所測定的應(yīng)變電壓垂直向上延伸的線(3)與曲線上的交點(diǎn)，從該交點(diǎn)將與粘度軸垂直相交的線(4)延伸而與粘度軸相交的點(diǎn)，作為粘度B而決定。
圖14表示本發(fā)明的半凝固金屬的固相率管理方法的流程圖。ST××表示步驟序號(hào)。
ST01首先，對(duì)于給定金屬成分準(zhǔn)備半凝固金屬的固相率和粘度的相關(guān)圖(參照?qǐng)D12)。
ST02使用在ST01中所準(zhǔn)備的相關(guān)圖，而確定對(duì)應(yīng)于目標(biāo)固相率的目標(biāo)粘度A(參照?qǐng)D12)。
ST03對(duì)充滿容器的半凝固金屬攪拌并開始冷卻。
ST04冷卻半凝固金屬，并由測壓元件測定應(yīng)變電壓，通過力-粘度換算機(jī)構(gòu)而求算粘度B(參照?qǐng)D13)。
ST05若在ST04的工序中所得到的粘度B在目標(biāo)粘度A以上，則進(jìn)入ST06而結(jié)束冷卻，若粘度B未達(dá)到目標(biāo)粘度A，則繼續(xù)冷卻直至成為目標(biāo)粘度A以上。
這樣，因?yàn)楸景l(fā)明通過檢測目標(biāo)粘度A而管理固相率，所以能夠排除冷卻速度的變化和時(shí)間的影響，比之與現(xiàn)有的由時(shí)間進(jìn)行的管理，能夠大幅度地提高半凝固金屬的固相率的管理精度。
在圖15所示的圖2的另一實(shí)施例中，粘度測量裝置36，通過其使用機(jī)械手臂43而動(dòng)作的鏈環(huán)機(jī)構(gòu)44，將涼金屬411、411所接受的來自半凝固金屬27的力，傳送到測壓元件413。測壓元件413，將通過鏈環(huán)機(jī)構(gòu)44而接受的來自半凝固金屬27的力，作為應(yīng)變電壓V1而確認(rèn)。此后，通過力-粘度換算模塊416將應(yīng)變電壓V1換算為粘度B。
在這種情況下，粘度測量裝置36，通過其使用機(jī)械手臂43而動(dòng)作的鏈環(huán)機(jī)構(gòu)44，將從于容器13內(nèi)移動(dòng)的涼金屬411、411所接受的力，傳送到測壓元件413，因此沒有必要在測定器412(圖中未示出)上結(jié)合測壓元件，也沒有必要指定測定器的位置。
在圖16所示的圖2的又一其他實(shí)施例中，粘度測試裝置37是結(jié)構(gòu)體，其特征為由以下構(gòu)件構(gòu)成即涼金屬411、411；懸臂梁狀的測定器412；測量該測定器412所接受的力的測壓元件413；固定該測壓元件的支架413b；安裝該測定器412的固定構(gòu)件47；使這些測定器412、測壓元件413、支架413b、與測定器412處于一體的固定構(gòu)件47旋轉(zhuǎn)的電機(jī)46；用于變換來自測壓元件413的物理量粘度，具備力換算機(jī)構(gòu)414和粘度換算機(jī)構(gòu)415的力-粘度換算機(jī)構(gòu)416。
也就是說，在圖16中，測定器412與圖2所示的涼金屬移動(dòng)機(jī)構(gòu)410不為一體這一點(diǎn)與圖2不同，該測定器412通過電機(jī)46而旋轉(zhuǎn)，從而起到將從半凝固金屬27所接受的力傳送到測壓元件413的作用。測壓元件413將測定器412從半凝固金屬27所接受的力作為應(yīng)變電壓V1而確認(rèn)。其后，通過力-粘度換算機(jī)構(gòu)416而將應(yīng)變電壓V1換算為粘度B。
在這種情況下，因?yàn)闇y定器412，在通過在容器13內(nèi)移動(dòng)的涼金屬411、411攪拌而使其粘度成為一定的半凝固金屬27中，進(jìn)一步通過電機(jī)46驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，因此能夠?qū)木粻顟B(tài)的熔液中所接受的力傳送到測壓元件413。
在圖17中，具有涼金屬411、411以及配置于充滿容器13的半凝固金屬27的中央的測定器412。涼金屬411、411在半凝固金屬27中按照像箭頭(5)那樣的矩形移動(dòng)，從而對(duì)充滿容器13的半凝固金屬27進(jìn)行攪拌。同時(shí)測定器412通過電機(jī)描繪像箭頭(6)那樣的圓弧而移動(dòng)，從而對(duì)測定器412周圍的半凝固金屬27進(jìn)行攪拌。
涼金屬411、411以矩形攪拌容器13中的半凝固金屬27，并且測定器412在半凝固金屬27的中央對(duì)半凝固金屬27描繪圓弧而攪拌。其結(jié)果，測定器412，能夠?qū)耐ㄟ^涼金屬411、411和測定器412自身這二者的攪拌而形成充分地均勻的狀態(tài)的熔液所接受到的力，傳送到測壓元件413。
另外，在本發(fā)明的粘度測量裝置中，雖然涼金屬411、411彼此相對(duì)不移動(dòng)而是原樣固定地在半凝固金屬27中以矩形移動(dòng)，但也可以是涼金屬411、411自身以自轉(zhuǎn)/公轉(zhuǎn)等移動(dòng)的同時(shí)，在半凝固金屬27中移動(dòng)。
另外，涼金屬411、411以及包括涼金屬411、411的涼金屬移動(dòng)機(jī)構(gòu)410，也可以在半凝固金屬27中做矩形以外(例如鋸齒形)的移動(dòng)，即使速度恒定的部分較少也可以。
在圖18中，制造生產(chǎn)線90，由以下結(jié)構(gòu)構(gòu)成熔液保持爐11，其將金屬保持在熔點(diǎn)以上的溫度；鑄桶25，其被從該熔液保持爐11供給一次量的熔液；第一機(jī)械手92，其將鑄桶25搬運(yùn)到中央臺(tái)91；容器13，其載置于中央臺(tái)91；攪拌機(jī)構(gòu)93(未圖示，詳細(xì)留作后述)，其攪拌該容器13內(nèi)的熔液；攪拌器復(fù)原臺(tái)94，其將附著于該攪拌機(jī)構(gòu)93的熔液等除去而復(fù)原；第二機(jī)械手96，其使攪拌機(jī)構(gòu)93在該攪拌復(fù)原臺(tái)94和中央臺(tái)91之間往復(fù)；射出成形機(jī)構(gòu)97，其作為具有射出套筒52的成形機(jī)；第三機(jī)械手98，其將容器13搬運(yùn)到射出套筒52；準(zhǔn)備臺(tái)101，其對(duì)變空后的容器13清掃并涂布；冷卻臺(tái)103，其具有對(duì)清掃并涂布后的容器13冷卻的空氣吹送嘴102；以及加熱臺(tái)104，其在運(yùn)轉(zhuǎn)開始時(shí)對(duì)容器13加熱。
容器13優(yōu)選為耐熱鋼鑄鋼品。例如，SCH12是含8～12％的Ni以及18～23％的Cr的不銹鋼鑄鋼，其耐熱性優(yōu)異。詳細(xì)的數(shù)據(jù)省略，其得到了相對(duì)于通常的碳素鋼(SS400-JIS)制容器大約六倍的壽命(shot)。
另外，相對(duì)于碳素鋼的熱傳導(dǎo)率是60.7W/m·K，SCH12的熱傳導(dǎo)率是14.7W/m·K。
若容器的熱傳導(dǎo)率較大，則熔液的端部(與容器接觸的部位)相對(duì)于熔液的中心成為相當(dāng)程度的低溫，在熔液中產(chǎn)生溫度差。
這里，若是SCH12制容器，則熱傳導(dǎo)率小的熔液的中心和端部的溫度差較小。也就是說，具有熔液溫度易于變得均一且熔液管理簡單的優(yōu)點(diǎn)。
對(duì)由以上結(jié)構(gòu)構(gòu)成的制造生產(chǎn)線90的作用進(jìn)行說明。
在圖19中，利用鑄桶25將熔液從熔液保持爐11汲出，并澆注到載置于中央臺(tái)91的容器13中。熔液保持爐11的溫度T2由溫度傳感器106進(jìn)行測量。
在圖20中，將在攪拌器復(fù)原臺(tái)94待機(jī)的攪拌機(jī)構(gòu)93，移動(dòng)到中央臺(tái)91，在那里對(duì)容器13內(nèi)的熔液攪拌，結(jié)束后返回到攪拌器復(fù)原臺(tái)94。
在圖21中，將裝入了調(diào)制有目標(biāo)固相率后的熔液和半凝固金屬的容器13，移動(dòng)到射出套筒52，并向射出套筒52澆注。
在圖22中，變空的容器13移動(dòng)到準(zhǔn)備臺(tái)101，并在此除去殘滓，接著實(shí)施涂布。在此階段，用溫度傳感器107測量容器13的溫度T1。
將容器13移動(dòng)向冷卻臺(tái)103，在此，從空氣吹送噴嘴102噴送空氣并進(jìn)行規(guī)定時(shí)間空氣冷卻。冷卻結(jié)束則容器13返回到中央臺(tái)91。
接下來，制作表示容器的溫度和熔液保持爐的溫度和空氣吹送時(shí)間的關(guān)系的相關(guān)曲線圖。并在下圖中示出所做成的空氣相關(guān)圖的例子。
在圖23中說明相關(guān)曲線圖的使用方法，若制造過程中所測量的容器的溫度是Rt2，熔液保持爐的溫度(Ft1～Ft4)是例如Ft2，則所應(yīng)設(shè)定的空氣吹送時(shí)間成為Tab2。
若僅以Tab2時(shí)間吹送空氣，將容器返回到中央臺(tái)，將熔液供給到該容器，并用攪拌機(jī)構(gòu)攪拌，則形成一定粘度之前的攪拌時(shí)間幾乎為一定的時(shí)間。
用圖24和圖25說明使用以上的相關(guān)曲線圖的制造流程。
ST11因?yàn)榈谝淮污釄迨鞘覝?，所以需要加熱到?guī)定的初始溫度。為了調(diào)查坩堝是否是第一次，而調(diào)查坩堝溫度是否是100℃以下，若超過了100℃，且沒有進(jìn)行加熱的必要?jiǎng)t進(jìn)入ST13。
ST12在ST11中是100℃以下時(shí)，將坩堝加熱到初始溫度。
ST13將坩堝載置于中央臺(tái)。
ST14用鑄桶將熔液從熔液保持爐汲出。
ST15將熔液供給到坩堝。
ST16緊接著進(jìn)行熔液固相率的調(diào)制。
ST17將調(diào)制結(jié)束的熔液澆注到射出套筒。
ST18進(jìn)行射出，得到成形品。
圖25表示坩堝冷卻前的制造流程。
ST19對(duì)坩堝清掃。
ST20一直進(jìn)行直至坩堝清掃結(jié)束。
ST21對(duì)坩堝實(shí)施涂布。
ST22讀入坩堝的溫度T1(相對(duì)于圖23的Rt2)。
ST23讀入熔液保持爐的溫度T2(相對(duì)于圖23的Ft2)。
ST24根據(jù)坩堝的溫度T1、熔液保持爐的溫度T2以及相關(guān)圖(參照?qǐng)D23)確定冷卻時(shí)間t(相當(dāng)于圖23的Tab2)。
ST25開始坩堝的冷卻。
ST26若時(shí)間達(dá)到t，則冷卻結(jié)束。
在圖26中，橫軸表示攪拌時(shí)間，縱軸表示頻率。
雖然省略詳細(xì)的說明，但在現(xiàn)有技術(shù)中，攪拌時(shí)間的偏差是D。相對(duì)與此，根據(jù)本發(fā)明，攪拌時(shí)間的偏差是0.4×D，即縮小為現(xiàn)有的40％。
因此，可以說根據(jù)本發(fā)明大幅度地改善了攪拌時(shí)間的偏差。
另外，在實(shí)施例中所說明的相關(guān)曲線圖(容器的溫度-熔液保持爐的溫度-空氣吹送-時(shí)間的相關(guān)圖)也可以是數(shù)學(xué)式化的相關(guān)式、表格化的相關(guān)圖，由于形式自由，而稱作相關(guān)圖。
另外，相關(guān)圖的制作方法也不限于實(shí)施例的方法。
在注入以上所述的半凝固金屬的壓鑄方法中，例舉出實(shí)施方式，并參照所附加的圖27～圖34進(jìn)行說明。本實(shí)施方式的壓鑄方法，是利用鋁的黏漿狀半凝固金屬鑄造成型，作為多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)部件的汽缸體110的方法，其使用制造用模具112(參照?qǐng)D29)而被制造。首先，對(duì)汽缸體110進(jìn)行說明。
如圖27和圖28所示，汽缸體110備有曲軸箱部114，以及從該曲軸箱部114延伸的汽缸壁116。在汽缸壁116上直線排列地設(shè)有四個(gè)氣缸筒118。汽缸體110是半閉艙式，水套120的一部分相對(duì)于氣缸蓋面以及汽缸壁116的外面開口。
在各氣缸筒118內(nèi)嵌合有各汽缸活塞(未圖示)，可以自由滑動(dòng)。
如圖29所示，鑄造用模具112，具有曲軸箱側(cè)的固定鑄模122；氣缸蓋側(cè)的可動(dòng)鑄模124；在導(dǎo)軌上移動(dòng)而形成汽缸的側(cè)面的滑動(dòng)鑄模126、128?？蓜?dòng)鑄模124可在相對(duì)于固定鑄模122的垂直方向上進(jìn)退，滑動(dòng)鑄模126能夠在固定鑄模122的面上滑動(dòng)的同時(shí)而滑動(dòng)。在可動(dòng)鑄模124上凸出有用于形成孔的插入銷129。
由這些固定鑄模122，可動(dòng)鑄模124，滑動(dòng)鑄模126、128以及插入銷129圍成的中央空間部腔體130，形成對(duì)應(yīng)于汽缸體110的形狀，在該腔體130內(nèi)注入鋁合金的半凝固金屬27，通過固化而得到汽缸體110。另外，在腔體130內(nèi)，設(shè)有用于形成水套120(參照?qǐng)D28)并被滑動(dòng)鑄模126、128保持的砂芯132、134。砂芯132、134在汽缸壁116(參照?qǐng)D28)的寬度內(nèi)較窄地形成，并設(shè)成大致覆蓋孔部，為了鑄造成型后容易除去，其可以被粉碎。在腔體130中，設(shè)有未圖示的排氣部。
另外，鑄造用模具112，具有熔液口138，其備有向射出套筒136內(nèi)射出半凝固金屬27的射出活塞137；以及熔液道140，其作為將從該熔液口138供給的半凝固金屬27供給到腔體130的通路。在射出套筒136的靠近端部的上面設(shè)有投入半凝固金屬27的開口部136a。
這里，所謂半凝固金屬27，說的是使金屬(包含合金)形成半熔融狀態(tài)，或者冷卻并攪拌金屬熔液而使其成為半凝固狀態(tài)。表示加熱金屬而直接成為半熔融狀態(tài)，以及先完全熔化后再冷卻而成為半熔融狀態(tài)這兩種情況。這種半凝固金屬27形成固相和液相的共存狀態(tài)。
熔液道140，通過隘道142、144而連接于腔體130。
射出活塞137，在控制部146的作用下被儲(chǔ)壓器148(油壓汽缸等)所驅(qū)動(dòng)，射出活塞137的位置由傳感器150檢測并提供到控制部146。在控制部146中，基于來自傳感器150的信號(hào)而確認(rèn)射出活塞137的位置和速度，并基于這些參數(shù)使儲(chǔ)壓器148工作。
接下來，通過圖30說明利用如此而構(gòu)成的鑄造用模具112鑄造成型汽缸體110的步驟。在以下的說明中，按照標(biāo)記的步驟序號(hào)順序進(jìn)行處理。
ST31(還參照?qǐng)D29)首先，使滑動(dòng)鑄模126、128滑移到靠近中央的部位，并且將可動(dòng)鑄模124搭接在滑動(dòng)鑄模126、128上而形成腔體130。另外，將插入銷129移動(dòng)至規(guī)定位置。
S32(還參照?qǐng)D29)將預(yù)先生成的鋁合金的半凝固金屬27通過規(guī)定的投入機(jī)構(gòu)從開口部136a以規(guī)定量投入到射出套筒136內(nèi)。對(duì)半凝固金屬27進(jìn)行粘度管理從而得到適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性。此時(shí)，射出活塞137在比開口部136a更靠近儲(chǔ)壓器148的原點(diǎn)位置P0處待機(jī)。
ST33(還參照?qǐng)D31)在控制部146的作用下驅(qū)動(dòng)射出活塞137，使其以低速的速度VL(參照?qǐng)D33)移動(dòng)到腔體130方向的切換位置P1。由此，半凝固金屬27不從開口部136a溢出而是被移動(dòng)到熔液口138的近旁。切換位置P1，被設(shè)于比開口部136a更靠近腔體130的位置。
ST34(還參照?qǐng)D31)使射出活塞增速到高速的速度VH(參照?qǐng)D33)，并將半凝固金屬27高速地填充到熔液口138以及熔液道140內(nèi)。因?yàn)槿绱烁咚俚匾苿?dòng)射出活塞137，所以半凝固金屬27能夠在短時(shí)間內(nèi)被填充，并不會(huì)出現(xiàn)由固化或溫度降低而引起的流動(dòng)性降低。另外，因?yàn)樯涑龉ぷ髟诙虝r(shí)間內(nèi)進(jìn)行，所以能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)時(shí)間的縮短以及工作效率的提高。
ST35(參照?qǐng)D32、圖34)在射出活塞137到達(dá)減速位置P2時(shí)，在控制部146的作用下使射出活塞137的速度減速至速度VL(參照?qǐng)D33)，從而降低固態(tài)金屬27的流速。減速位置P2，作為比半凝固金屬27的前端部注入腔體130的位置更靠前的點(diǎn)而設(shè)定，并存儲(chǔ)在控制部146中。具體地說，可以在相對(duì)于半凝固金屬27最初注入腔體130內(nèi)時(shí)的射出活塞137的注入位置P3的90～97％的位置設(shè)定減速位置P2。
如圖33所示，射出活塞137到達(dá)該減速位置P2前半凝固金屬27是速度VH的高流速，具有較大的慣性力因此不會(huì)突然減速，而是以曲線152所示的平均流速緩慢地減速。另外，在減速位置P2～注入位置P3的區(qū)間中，表示射出活塞137的速度的線為粗線，表示半凝固金屬27的平均流速的曲線152為細(xì)線，如此區(qū)別表示。因?yàn)榘肽探饘?7保持液體的性質(zhì)，所以流速根據(jù)流路的截面積因場所而不同，表示平均流速的曲線152表示平均值。
ST36(還參照?qǐng)D34)在射出活塞137到達(dá)注入位置P3時(shí)，半凝固金屬27到達(dá)靠近熔液口138的隘道142并對(duì)腔體130開始注入。另外，注入位置P3被設(shè)定為，半凝固金屬27被最初注入腔體130內(nèi)時(shí)的射出活塞137的位置，半凝固金屬27也可以不到達(dá)兩個(gè)隘道142、144中離開熔液口138較遠(yuǎn)的一個(gè)隘道144。
射出活塞137到達(dá)注入位置P3時(shí)，半凝固金屬27的流速被減速而變得與速度VL大致相等。此后，通過以速度VL(參照?qǐng)D33)連續(xù)移動(dòng)射出活塞137，而將半凝固金屬27注入腔體130內(nèi)部。半凝固金屬27，因具有適當(dāng)?shù)恼扯榷沟脷怏w的卷入較少，并且相比于向射出套筒136的投入時(shí)，溫度降低較少因此流動(dòng)性也較好，能夠適當(dāng)?shù)靥畛涞角惑w130中。另外，因?yàn)闇囟冉档洼^少，所以半凝固金屬27的粘度并不過度地變高，砂芯132、134也不易損壞。
假設(shè)此時(shí)如圖33的假想線154所示，將平均速度維持于速度VL后而原樣注入半凝固金屬27，則因?yàn)樯靶?32、134較窄且以容易除去的方式可粉碎地形成，因此有可能會(huì)因高粘度的半凝固金屬27的撞擊而破損。
相對(duì)與此，在本實(shí)施方式的壓鑄方法中，雖然注入到腔體130內(nèi)的半凝固金屬27與其他熔液相比較具有較高的粘度，但是因?yàn)榱魉贋榈退俚腣L，所以不必?fù)?dān)心會(huì)破損砂芯132、134。
另外，在將半凝固金屬27注入腔體130時(shí)，通過對(duì)腔體130抽真空或進(jìn)行減壓處理，能夠得到進(jìn)一步減少了鑄造氣孔和氧化的高品質(zhì)的汽缸體110。
ST37如圖33所示，在到達(dá)最終填充位置P4時(shí)半凝固金屬27被填充到腔體130并加壓，射出活塞137的前進(jìn)動(dòng)作停止。此時(shí)，半凝固金屬27通過隘道142、144而被完全地填充到腔體130內(nèi)，其余的半凝固金屬27被排出到氣體排出部。
ST38在半凝固金屬27被充分地冷卻固化后，使可動(dòng)鑄模124，滑動(dòng)鑄模126、128，插入銷129遠(yuǎn)離腔體130。由此形成如圖28所示的汽缸體110以及未圖示的不需要部分。不需要部分作為與圖29所示的熔液口138，熔液道140，隘道142、144，以及氣體排出部相對(duì)應(yīng)的部位而與汽缸體110一體地形成，并通過規(guī)定的步驟除去該不需要部分，而得到汽缸體110。
ST39通過吹送空氣、吹砂或者噴水等將圖34所示的砂芯132、134粉碎而從汽缸體110中除去，從而形成水套120(參照?qǐng)D28)。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的壓鑄方法，使用半凝固金屬27作為鑄造材料能夠抑制鑄造氣孔的發(fā)生。另外，由于半凝固金屬27被減速而注入到腔體130的內(nèi)部，因此不破壞砂芯132、134，故而沒有必要過高強(qiáng)度地制作砂芯。此外，由于半凝固金屬27在注入腔體130之前以高速短時(shí)間移動(dòng)，因此能夠防止溫度降低引起的流動(dòng)性的降低。
本發(fā)明所涉及的壓鑄方法不限于上述的實(shí)施方式，當(dāng)然可以不脫離本發(fā)明的要旨地而采用種種的方式。
在本發(fā)明中，通過提高半凝固金屬的固相率的管理精度，且對(duì)為半凝固金屬而使用的容器和攪拌機(jī)構(gòu)確實(shí)進(jìn)行復(fù)原處理，并抑制半凝固金屬攪拌時(shí)間的偏差，同時(shí)改良半凝固金屬的腔體注入方法，而尋求壓鑄成形品的品質(zhì)提高，生產(chǎn)性的提高。因此，本發(fā)明適于生產(chǎn)鋁合金等金屬成形品。
權(quán)利要求
1.一種半凝固金屬的固相率管理方法，其特征在于，由以下工序構(gòu)成圖表準(zhǔn)備工序，對(duì)于給定的金屬成分，準(zhǔn)備表示黏漿狀半凝固金屬的固相率和粘度的相關(guān)的圖表；目標(biāo)粘度確定工序，利用該圖表而確定對(duì)應(yīng)于目標(biāo)固相率的目標(biāo)粘度；粘度測量工序，對(duì)進(jìn)入容器的半凝固金屬進(jìn)行冷卻并測量其粘度；冷卻工序，在該粘度到達(dá)所述目標(biāo)粘度前實(shí)施冷卻，通過在從表示半凝固金屬的固相率和粘度的相關(guān)的圖表的準(zhǔn)備直至半凝固金屬的冷卻結(jié)束的期間內(nèi)實(shí)施這些工序組，從而使半凝固金屬的固相率與目標(biāo)固相率一致。
2.一種半凝固金屬的粘度測量裝置，其特征在于，由以下機(jī)構(gòu)構(gòu)成攪拌機(jī)構(gòu)，其對(duì)進(jìn)入容器的黏漿狀的半凝固金屬進(jìn)行攪拌；懸臂梁狀的測定器，其將下部插入半凝固金屬中；測定器移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其使該測定器在水平方向上移動(dòng)；測壓元件，其測量該測定器從所述半凝固金屬所受到的力；換算機(jī)構(gòu)，其根據(jù)由該測壓元件檢測的力換算半凝固金屬的粘度。
3.一種金屬成形品的制造生產(chǎn)線，其特征在于，是由以下結(jié)構(gòu)組成的金屬成形品的制造生產(chǎn)線容器，其可容納規(guī)定量的熔液；半凝固金屬生成裝置，其通過對(duì)容器內(nèi)的熔液冷卻并攪拌而生成黏漿狀的半凝固金屬；成形機(jī)，其以半凝固金屬作為原料而成形金屬成形品；搬送裝置，其將容器從半凝固金屬生成裝置搬送到成形機(jī)，并將容器內(nèi)的半凝固金屬投入成形機(jī)；容器復(fù)原裝置，其對(duì)由于向成形機(jī)的半凝固金屬的投入而變空的容器實(shí)施規(guī)定的復(fù)原處理，容器復(fù)原裝置，備有空氣吹送機(jī)構(gòu)，其向容器內(nèi)吹送空氣，對(duì)容器冷卻并除去容器內(nèi)的附著金屬；涂布機(jī)構(gòu)，其向容器內(nèi)涂布脫模劑；在該金屬成形品制造生產(chǎn)線中，容器復(fù)原裝置，還備有刮鏟機(jī)構(gòu)，其在由空氣吹送機(jī)構(gòu)進(jìn)行的處理前，將附著于容器內(nèi)的半凝固金屬鏟去。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬成形品的制造生產(chǎn)線，其特征在于，所述刮鏟機(jī)構(gòu)，由安裝于固定位置的刮板構(gòu)成，并由多關(guān)節(jié)型機(jī)械手構(gòu)成搬送裝置，并將機(jī)械手的動(dòng)作控制為，由機(jī)械手把持住由于向所述成形機(jī)的半凝固金屬的投入而變空的所述容器，并就此相對(duì)于刮板而相對(duì)移動(dòng)，從而將附著于容器內(nèi)的半凝固金屬鏟去。
5.一種半凝固金屬生成裝置的攪拌機(jī)構(gòu)復(fù)原裝置，其特征在于，是對(duì)半凝固金屬生成裝置的攪拌機(jī)構(gòu)，在半凝固金屬生成后實(shí)施規(guī)定的復(fù)原處理的攪拌機(jī)構(gòu)的復(fù)原裝置，由以下機(jī)構(gòu)構(gòu)成冷卻機(jī)構(gòu)，其使攪拌機(jī)構(gòu)的涼金屬和測定器入水而進(jìn)行冷卻；涂布機(jī)構(gòu)，其在涼金屬和測定器上涂布脫模劑，所述半凝固金屬生成裝置，利用具有被浸漬于收置在容器內(nèi)的熔液中的涼金屬以及粘度測定用測定器的攪拌機(jī)構(gòu)，對(duì)熔液冷卻并攪拌從而生成黏漿狀的半凝固金屬，復(fù)原裝置，還備有在通過冷卻機(jī)構(gòu)進(jìn)行的處理前，將附著于測定器的半凝固金屬鏟去的刮鏟機(jī)構(gòu)，冷卻機(jī)構(gòu)，備有第一入水部，其具有水不浸入的隔間容納測定器，而僅使涼金屬入水；第二入水部，其至少使測定器入水。
6.一種半凝固金屬生成裝置的攪拌機(jī)構(gòu)復(fù)原方法，其特征在于，是對(duì)半凝固金屬生成裝置的攪拌機(jī)構(gòu)，在半凝固金屬生成后所進(jìn)行的攪拌機(jī)構(gòu)的復(fù)原方法，由以下工序構(gòu)成冷卻工序，使攪拌機(jī)構(gòu)的涼金屬和測定器入水而進(jìn)行冷卻；涂布工序，在冷卻工序后在涼金屬和測定器上涂布脫模劑，所述半凝固金屬生成裝置，通過具有被浸漬于收置在容器內(nèi)的熔液的涼金屬以及粘度測定用測定器的攪拌機(jī)構(gòu)，對(duì)熔液進(jìn)行冷卻并攪拌從而生成黏漿狀的半凝固金屬，其中，包含刮鏟工序，在冷卻工序前，將附著于測定器的半凝固金屬鏟去；冷卻工序由以下工序組成第一入水工序，其僅使涼金屬入水；第二入水工序，其至少使測定器入水，第二入水工序的處理時(shí)間被設(shè)定得比第一入水工序的處理時(shí)間短。
7.一種半凝固金屬的射出成型方法，是反復(fù)進(jìn)行以下工作的半凝固金屬的射出成型方法即為下一次澆注做準(zhǔn)備，而對(duì)因向成形機(jī)澆注黏漿狀的半凝固金屬而變空的容器，以規(guī)定時(shí)間進(jìn)行冷卻，并將半凝固金屬從熔液保持爐提供到該冷卻后的容器，其特征在于，為下一次澆注做準(zhǔn)備而對(duì)空容器進(jìn)行冷卻時(shí)的所述規(guī)定時(shí)間，基于熔液保持爐的溫度和空容器的溫度而決定。
8.一種鑄造成型品的壓鑄方法，通過射出活塞將黏漿狀的半凝固金屬從熔液口射出，并通過熔液道以及隘道，將所述半凝固金屬注入到內(nèi)部設(shè)有砂芯的腔體中，由此得到鑄造成型品，其特征在于，在所述半凝固金屬的前端部被注入到所述腔體中之前，使所述射出活塞減速從而降低所述半凝固金屬的流速。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓鑄方法，其特征在于，在從所述射出活塞的射出開始位置到所述半凝固金屬最初被注入所述腔體時(shí)的所述射出活塞的位置為止的90％～97％的位置，使所述射出活塞減速。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓鑄方法，其特征在于，所述鑄造成型品是發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體，并通過在所述鑄造成型后除去所述砂芯而形成冷卻用水套。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半凝固金屬的固相率管理方法，其構(gòu)成為，具有圖表準(zhǔn)備工序，對(duì)于給定金屬成分，準(zhǔn)備表示黏漿狀半凝固金屬(27)的固相率和粘度的相關(guān)的圖表；目標(biāo)粘度確定工序，利用該圖表而確定對(duì)應(yīng)于目標(biāo)固相率的目標(biāo)粘度；粘度測量工序，對(duì)進(jìn)入容器(13)的半凝固金屬冷卻的同時(shí)而測量其粘度；冷卻工序，在該粘度到達(dá)所述目標(biāo)粘度前實(shí)施冷卻。通過在從表示半凝固金屬的固相率和粘度的相關(guān)的圖表的準(zhǔn)備直至半凝固金屬的冷卻結(jié)束的期間內(nèi)實(shí)施這些工序組，從而使半凝固金屬的固相率與目標(biāo)固相率一致。由于檢測了粘度，因此能夠排除冷卻速度的變化和時(shí)間的影響，比現(xiàn)有的基于時(shí)間的管理，能夠大幅度地提高半凝固金屬的固相率的管理精度。
文檔編號(hào)B22D2/00GK1819884SQ20048001899
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2004年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月2日
發(fā)明者黑木孝一, 正木健, 恩田英明, 風(fēng)間慎二, 村松徹哉, 梅本哲司, 大和田賢治, 田岡明范, 野田亮, 馬場啟通, 安田賢一 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社