加压铸造方法及其装置与流程

本发明涉及在失蜡铸造的原料的制作工序中使用的加压铸造装置和加压方法。

背景技术：
作为一体地精密制造金属首饰等复杂形状的铸造品的方法，已知失蜡铸造法。失蜡铸造法主要大致分为：i)使用橡胶模的蜡模制作工序、ii)使用蜡模的铸模制作工序、iii)使用铸模的最终铸造品的铸造工序、iv)铸造品的完成加工工序的各阶段。在“使用完成的铸模的最终铸造品的铸造工序”中，使用真空加压铸造装置。在此，真空意味着具有一度对内部的压力进行真空排气，与氩等稀有气体进行置换时的真空工序的加压铸造装置，加压意味着具有对熔解了的原料进行加压的工序，在本说明书中，将它们总称为加压铸造装置。在此，参照关于本发明的加压铸造装置的图1和图2，对现有有代表性的加压铸造装置的概要进行说明。加压铸造装置1具有用于熔化原料的熔解腔20和载置熔解后流入到的铸模的模腔30。在熔解腔20中，配置有加入成为颗粒物后的原料并使其熔解的熔解坩埚4。把在熔解腔20内熔解了的原料向配置在模腔30内的铸模2的内部注入。但是，在宝饰用失蜡铸造中，铸模2内部的液道较细且是复杂的，而且熔融了的原料的粘性非常高，因此，原料难以流入液道的深处。因此，需要使熔融了的原料以熔融原料的方式易于向铸模2内部的液道流入，需要对熔解腔20内进行加压。

技术实现要素：
在宝饰用失蜡铸造中，铸模2例如由混合了方晶石、硅石、石膏的石膏类材料形成。当熔融原料流入铸模2时，构成铸模的石膏类材料与熔融原料发生反应，产生气体(下面，称为“铸模由来气体”)。铸模由来气体是氧化气体，因此，存在当残留在原料内部时会损害原料的问题。但是，在为了使熔融了的原料以熔融原料的方式易于向铸模2内部的液道流入而对熔解腔20内进行加压的状态下，该铸模由来气体残留在熔融原料中而不向外部排出。因此，发生当原料在该状态下冷却并凝固时，产生在完成品的内部出现孔的不合格品的问题并且成为腐蚀的原因。另一方面，当不进行加压时，粘性高的熔融原料不会充分地到达铸模2内部的液道而易于产生不合格品。因此，本发明用以下加压铸造装置来解决，上述加压铸造装置具备：模腔，其在内部具有包括石膏材料的铸模；熔解腔，其在内部具有用于熔解原料的熔解坩埚，在底部具有以与该模腔能密闭地连结的方式配置的用于从该熔解坩埚向该铸模导入熔融了的原料的连通口；加压单元，其与该熔解腔连接，向内部导入稀有气体；压力传感器，其检测该熔解腔内的压力；以及控制装置，其控制该加压单元，使其通过根据该压力传感器的检测压力向该熔解腔内导入稀有气体来对注入该铸模的原料的液面进行加压。另外，本发明用以下加压铸造装置来解决问题，上述加压铸造装置具备：模腔，其在内部具有包括石膏材料的铸模；熔解腔，其在内部具有用于熔解原料的熔解坩埚，以能与该模腔密闭地连结的方式配置，在底部具有用于从该熔解坩埚向该铸模导入熔融的原料的连通口；排气单元，其与该模腔连接，能使各自的内部气体排气；以及控制装置，其控制检测该模腔内的压力的压力传感器和该排气单元，使得上述该排气单元通过根据该压力传感器的检测压力使该模腔内的气体排气来对注入该铸模的原料的液面进行加压。另外，本发明用以下加压方法来解决问题，上述加压方法的特征在于，是由加压铸造装置对铸模内的液面进行加压的加压方法，具备以下工序：当向该铸模内注入熔融的原料时，用该加压单元向内部导入稀有气体而对该熔解腔进行加压；当压力传感器的检测压力达到规定的压力时，以规定的时间将该熔解腔内保持为恒定的压力；以及在经过规定时间后，执行对该熔解腔由该恒定的压力进一步进行加压的控制。另外，本发明用以下加压方法来解决问题，上述加压方法的特征在于，是用加压铸造装置对铸模内的液面进行加压的加压方法，具备以下工序：当向该铸模内注入熔融的原料时，使模腔排气；当压力传感器的检测压力达到规定的压力时，以规定的时间，使该排气单元停止并将该模腔内保持为恒定的压力；以及在经过规定时间后再次驱动该排气单元并对该模腔内的压力从该恒定的压力进行进一步减压。根据本发明，注入铸模的原料与石膏类材料铸模发生反应，能够排出在原料内部所产生的铸模由来气体，能够减少完成铸造品内部的孔的发生。附图说明图1是加压铸造装置的外观图。图2是示出本发明的加压铸造装置的熔解腔20和模腔30的内部的图。图3是示出加压铸造装置的加压系统和减压系统的配管构成的图。图4是示出加压铸造装置的熔解腔20和模腔30的加压曲线的图。附图标记说明1加压铸造机2铸模4熔解坩埚5保护坩埚20熔解腔30模腔41加压泵51排气泵52控制装置具体实施方式下面，参照图1至图4说明本发明的加压铸造装置1。图1是加压铸造装置1的外观图。图2是示出本发明的加压铸造装置1的内部结构的概要图。图3是示出本发明的加压铸造装置1的加压系统(供气系统)和减压系统(排气系统)的图。图4示出本发明的加压铸造装置1的加压曲线。加压铸造装置1具有用于熔化原料的熔解腔20和载置熔解后流入到的铸模2的模腔30。作为原料，是金、银、黄铜等。铸模2一般由石膏类材料形成。具体地说，是含有30％到40％的方晶石、30％到40％的硅石、20％到30％的石膏的材料。熔融了的这些原料易于与石膏类材料发生反应而产生气体。在熔解腔20中配置有加入成为颗粒物后的原料并使其熔解的熔解坩埚4和保护该熔解坩埚4的保护坩埚5。熔解腔20位于模腔30的上方，固定到加压铸造装置1。在熔解腔20的上方，配置有熔解腔20的盖22。在模腔30的下方，配置有封闭气缸40。模腔30沿着支撑杆23a和支撑杆23b在竖直方向上可以上下升降地装配。并且，模腔30可以在单方支撑杆23b的周围转动，可以配置在熔解腔20的正下的位置，也可以配置在从熔解腔20的正下向水平方向伸出的位置。在熔解腔20的内部，配置有中空的圆筒形状的保护坩埚5。在保护坩埚5的上面，具有比熔解坩埚4的外形大的开口5a，在保护坩埚5的底部配置有开口5b。在保护坩埚5的内部配置有台阶，可以支撑熔解坩埚4。在熔解坩埚4的内部，配置有用于保持原料的中空的空间，其外形是能够插入保护坩埚5的内部的空间的圆筒形。熔解坩埚4在上侧具有广口的开口4a，在底部侧的端部具有缩小的喷嘴状吐出口4b。熔解坩埚4从保护坩埚5的开口5a插入保护坩埚5的内部。从保护坩埚5的开口5a插入的熔解坩埚4载置并固定在保护坩埚5的内部的台阶面上。熔解腔20在上侧具有开口20a，在底部侧具有与模腔30的开口30a相对的连通口20b。在开口20a的周围装配有密封用衬垫20c。在模腔30的上侧也具有开口30a。在开口30a的周围也装配有密封用衬垫30b。开口20a是用于经由保护坩埚5的上面的开口5a向熔解坩埚4提供原料的开口。连通口20b是用于从熔解腔20内的熔解坩埚4向模腔30释放熔解了的原料的开口。熔解坩埚4的底部侧的端部的吐出口4b与保护坩埚5的底部侧的开口5b的位置对应，在熔解坩埚4中熔融了的原料可以通过保护坩埚5的开口5b向模腔30的上部开口30a流动。在模腔30的内部的下侧配置有铸模升降气缸31。在铸模升降气缸31的内部，活塞32在模腔30的内部配置为能在竖直方向升降。在活塞32的上侧的面中，配置有具有平坦的面的铸模台座33。在铸模台座33上载置铸模2。随着活塞32的升降，铸模2也与铸模台座33一起升降。在模腔30的下侧配置有封闭气缸40。封闭气缸40具有能够升降的封闭气缸升降活塞44。当封闭气缸升降活塞44上升时，抬高模腔30。然后被抬高的模腔30与熔解腔20的下部接触，用密封用衬垫30b塞住模腔30的开口30a。另一方面，当使封闭气缸40的气缸外壳下降、使支撑杆23a和支撑杆23b向下方下降时，支撑杆23a和支撑杆23b的上部以按压盖22的方式下降。下降了的盖22塞住熔解腔20的开口20a。可以是盖22和开口20a之间由密封用衬垫20c、熔解腔20和模腔30之间由密封用衬垫30b分别密闭。原料在熔解腔20和模腔30被打开的状态下放置在熔解坩埚4内。并且，用盖22塞住熔解腔20的开口20a，关闭模腔30。在保护坩埚5的外面，以包围保护坩埚5的方式装配有对保护坩埚5进行加热的感应线圈21，熔解坩埚4和熔解坩埚4内的原料利用对感应线圈21通电而产生的磁力，根据高频感应加热原理被直接加热、熔融。在熔解腔20中，在大致中央部装配有在竖直方向上延伸的阻挡杆24。阻挡杆24可以借助于阻挡件驱动机构在竖直方向的上下方向上升降，具有作为熔解坩埚4的吐出口4b的栓的功能。阻挡杆24的顶端在下降到竖直方向的下方的状态下，封闭熔解坩埚4的喷嘴状吐出口4b，另一方面，在上升到上方的状态下，打开熔解坩埚4的喷嘴状吐出口4b。当阻挡杆24上升且吐出口4b被打开时，熔融的原料从吐出口4b通过模腔30的开口30a流入铸模2。在熔解腔20中配置有加压端口46，该处与作为加压单元的加压泵41和稀有气体源42流体性地连接。此外，作为加压单元，可以是没有加压泵41而仅是被加压的稀有气体源42，另外，也可以是内部被稀有气体加压的加压罐。稀有气体例如是氩等。只要具有足够控制到能将熔解腔内加压到规定的压力的压力，就可以成为加压单元。在熔解腔20中，装配有可以测定内部压力的压力传感器43。压力传感器43例如可以装配到加压端口46，但是只要可以检测熔解腔20的内部压力，则可以装配到任一个部位。加压铸造装置1具有作为排气单元的排气泵51。排气泵51有代表性地可以使用各种真空泵。排气泵51与熔解腔20和配置在模腔30的排气端口56分别流体性地连接。在熔解腔20和排气泵51之间连接有阀54，在模腔30和排气泵51之间连接有阀55。由此，可以对熔解腔20和模腔30的内部分别单独地排气。在模腔30中，装配有可以测定内部压力的压力传感器53。压力传感器53例如可以装配到排气端口56，但是只要可以检测模腔30的内部压力，则可以装配到任一个部位。加压铸造装置1具有控制装置52。控制装置52分别与作为加压单元的泵41和排气泵51电连接。控制装置52根据压力传感器43的检测压力向熔解腔20内导入稀有气体，由此可以对熔解腔20的内部进行加压，可以控制对注入铸模2的原料7的液面7a进行加压的压力。控制装置52根据压力传感器53的检测压力使模腔30内的气体排出，由此可以以对注入铸模2的原料7的液面7a进行加压的方式来控制排气泵51。接着，说明使用本发明的加压铸造装置1进行铸造以及对注入铸模内部的原料的加压方法。如前所述，首先，在熔解腔20和模腔30被打开的状态下，在熔解坩埚4内设置熔融前的原料。并且，用盖22塞住熔解腔20的开口20a，关闭模腔30，密闭盖22和开口20a、熔解腔20和模腔30。并且，打开阀54和阀55，驱动排气泵51，对熔解腔20和模腔30的内部进行真空排气。之后，向被真空排气的熔解腔20和模腔30的内部导入稀有气体。导入的定时和熔解的定时可以根据铸造工序自由地设定。接着，利用通过对感应线圈21通电而产生的磁力，根据高频感应加热原理加热并熔融熔解坩埚4内的原料。此外，原料的熔解定时可以根据铸造工序来自由地设定。当完全熔融后，使阻挡杆24上升，当阻挡杆24上升并打开吐出口4b时，使熔融的原料7从吐出口4b通过模腔30的开口30a流入铸模2。对流入的原料7的液面7a进行加压。存在2种对流入的原料7的液面7a进行加压的方法。一种是使熔解腔20的内部压力相对于模腔30的压力上升的方法，另一种是使模腔30的内部压力相对于熔解腔20的压力减少的方法。加压铸造装置1可以兼备该2种功能，另外，也可以仅具有任一方的功能。只要可以对因为压力差而流入的原料7的液面7a进行加压，则具备作为加压铸造装置1的功能。首先，说明前一方法，即，说明使熔解腔20的内部的压力相对于模腔30的压力上升的方法。利用加压泵41使稀有气体向熔解腔20的内部导入并对熔解腔20的内部进行加压(图4的第1加压工序)。模腔30的压力降低，因此，熔解腔20的内部压力与模腔30的压力差变高，流入铸模2的原料7的液面7a被加压。此时，至少利用压力传感器43检测熔解腔20内的压力。当压力传感器43检测到熔解腔20内的压力成为规定的压力时，控制装置52停止由加压泵41向熔解腔20供给稀有气体并以规定的时间停止加压(图4的压力保持工序)。在该期间内，控制装置52以按规定的时间维持该恒定的压力的方式控制加压泵51。在经过规定时间后，控制装置52再次重启稀有气体的供给，从该压力开始进行加压(图4的第2加压工序)。接着，说明后一方法，即，说明使模腔30的压力相对于熔解腔20的内部压力减少的方法。利用加压泵41将稀有气体导入熔解腔20的内部并将熔解腔20的内部加压并保持为某种程度(例如，大气压程度)。在后一方法中，利用加压泵41不会使压力变化到高于此。在此，即，利用排气泵51使模腔30的内部气体排出，模腔30的内部压力慢慢地减少(图4的第1加压工序)。熔解腔20的内部压力与模腔30的压力差变高，流入铸模的原料7的液面7a被加压。此时，至少利用压力传感器53检测模腔30内的压力。当压力传感器53检测到模腔30内的压力成为规定的压力时，控制装置52停止利用排气泵51对模腔30的排气并以规定的时间停止加压(图4的压力保持工序)。在该期间内，控制装置52以按规定的时间维持该恒定的压力的方式控制排气泵51。在经过了规定时间后，控制装置52再次重启稀有气体的排气，从该压力开始减压(图4的第2加压工序)。在前面和后面的任一个方法中，“规定的压力”和“规定的时间”均设定为由石膏类材料形成的铸模2与原料7发生反应而在原料内部产生的铸模由来气体能够从铸模2的液面充分地排出。特别是规定的压力被设定为比铸模由来气体的分压低。当加压压力超过铸模由来气体的分压时，即使以规定的时间保持为恒定的压力，铸模由来气体从原料排出的效果也会消失。通过这样的设定，可以防止残留铸模由来气体，并且可以适当地对原料的液面进行加压。此外，优选再次重启稀有气体供给的第2加压工序的加压速度是与第1加压工序的加压速度相同的速度。