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特許7180498ダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-21
(45)【発行日】2022-11-30
(54)【発明の名称】ダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法
(51)【国際特許分類】
   B22D 17/32 20060101AFI20221122BHJP
   B22D 17/20 20060101ALI20221122BHJP
【FI】
B22D17/32 Z
B22D17/20 G
B22D17/20 F
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2019062329
(22)【出願日】2019-03-28
(65)【公開番号】P2020157366
(43)【公開日】2020-10-01
【審査請求日】2021-09-16
(73)【特許権者】
【識別番号】300041192
【氏名又は名称】UBEマシナリー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100091306
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 友一
(74)【代理人】
【識別番号】100174609
【弁理士】
【氏名又は名称】関 博
(72)【発明者】
【氏名】田中 元基
(72)【発明者】
【氏名】村上 工成
(72)【発明者】
【氏名】西 守
(72)【発明者】
【氏名】大西 浩史
【審査官】中西 哲也
(56)【参考文献】
【文献】特開2017-104871(JP,A)
【文献】特開平04-345818(JP,A)
【文献】特開2014-113608(JP,A)
【文献】特開平03-275264(JP,A)
【文献】特開2002-263814(JP,A)
【文献】特開平11-058479(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B22D 17/00-17/32
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
射出プランジャーの移動範囲内に評価区間を設定してN分割し、各分割区間にかかる鋳造圧力の平均値をPm値(m=1、2、…N)とし、前記評価区間X~YのPm値の積算値Psum値を評価区間の長さY-Xで除した値をPav値とし、前記評価区間X~Yの鋳造圧力Pm値の最大値をPmax値とし、その発生ストローク値をSt値としたとき、前記Pav値と前記Pmax値のそれぞれに、あらかじめ決めた数値との隔たりに対する基準値を設け、前記Pav値と前記Pmax値をそれぞれの隔たりと比較し、前記Pav値と前記Pmax値のそれぞれにかじり度合いの点数を付ける工程と、
前記射出プランジャーのショット数ごとに前記点数の積算値が、あらかじめ定めた直ちに部品交換が必要ではなく、まだ数ショット行える状態の寿命積算値に達したときに部品交換と判断する工程と、を有することを特徴とするダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法。
【請求項2】
請求項1に記載されたダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法において、
前記かじり度合いの点数は、かじり度合いに応じて任意の値を加算したことを特徴とするダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法。
【請求項3】
請求項1又は請求項2に記載のダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法において、
前記積算値が、前記寿命積算値に達したとき部品交換のアラームを発生することを特徴とするダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ダイカストマシンの射出装置を構成する部品、例えばプランジャー機構の寿命予測方法に関する。
【背景技術】
【0002】
図7はダイカストマシンの射出装置の説明図である。一般的なダイカストマシンは、固定金型2と可動金型3で構成される金型1のキャビティ8に射出装置を用いて高温の溶湯を高圧で充填して製品を成形している。この製品を成形する際、まず溶湯を給湯機によって射出スリーブ4に充填し、射出スリーブ4内に摺動自在に設けたプランジャーチップ5を射出プランジャー6を介して射出シリンダ7によって低速又は高速で前進させることにより溶湯をキャビティ8内に射出する。
一般に射出装置は、長期間に亘って運転、例えば溶湯の射出を繰り返すと、プランジャーチップ5に摩耗が生じ、また、射出スリーブ4内に固化した金属粒が付着することで安定した所定の射出速度が達成できなくなり、射出速度が波打つように変化するなどいわゆるかじりが発生する。
【0003】
このようなかじりは、異音が発生したり、摺動抵抗が発生したりする。このうち摺動抵抗は、プランジャーチップ5や射出スリーブ4の摩耗を促進し、鋳造部品の寿命が低下する。そうすると消耗品コスト及び交換時間が増加して、結果的に製造コストが増加する。
また摩耗が進行すると充填完了位置の近傍で、プランジャーチップ5と射出スリーブ4の隙間にバリ(カエリバリ)が発生し、突出や射出後退の動作ができず、短時間の停止が繰り返し発生する。極端な場合にはバックフラッシュが発生し、火災等に繋がるおそれがある。
さらにプランジャーチップ5と射出スリーブ4の隙間が増加すると、アルミが差し込み、所望の射出速度が得られず製品不良が発生する。
また、溶湯温度の低下を生じさせて溶湯へ空気を巻き込むことがある。そうすると、キャビティ8内への湯まわりの悪化や製品における巣の発生などの欠陥を生じさせたり、プランジャーチップ5や射出スリーブ4の寿命を短くしたりするおそれがあった。
【0004】
一般に、ダイカストマシンの射出装置を構成する部品、例えばプランジャー機構に用いる鋳込み部品は、熱変形やアルミの固着、潤滑剤の付着状況等によって経年劣化する。各部品はかじりの程度によって摩耗の進展速度に差異が生じている。図8は従来のショット数とかじり度合い関係を示すグラフであり、縦軸にかじり度合い(点数)、横軸にショット数を示している。同図(1)に示すようにかじり度合いが悪いほど、チップAのように少ないショット数でバックフラッシュ等の生産阻害要因が生じて、早期の交換が必要となる。交換したチップBはかじり度合いがAほど悪くない場合、ショット数もAより多くなっている。
バックフラッシュ等の生産阻害要因が発生すると稼働停止してチップを交換するなど生産ロスが大きいため、同図(2)に示すように過去の経験に基づいてあらかじめ定めた交換のタイミング(ショット数量など)に達した時点でチップAからチップBへ、チップBからチップCに交換している。この場合、現時点のかじり度合いによらず一律のタイミングで交換するため、実際にはまだ十分に使用できる部品(同図中のBの使用ロス参照)を廃棄することがあった。
【0005】
従って、このような欠陥を生じさせるプランジャーチップ機構のかじりを早期に発見してプランジャーチップ5や射出スリーブ4の保守を行うことは、製品の高い品質維持や、ダイカストマシンの破損防止かつ安全維持のために重要であり、従来、種々のかじり検出方法が提案されている(例えば特許文献1に開示有り)。
特許文献1に開示のかじり度合検出方法は、1ショット毎にプランジャーチップ5にかかる鋳造圧力の値を詳細に検出して、鋳造圧力の値からかじり大きさと位置を検出している。しかしながら構成部品の現状のかじり度合いを認識することができるが、その後の寿命に関する情報が得られず、直近の1ショットデータから交換のタイミングを決定するため、急に生産計画の変更が生じるおそれや、交換部品の手配が遅れて稼働停止するおそれなどがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開2017-104871号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑み、ダイカストマシンの射出装置を構成する部品の寿命(残ショット数)を精度良く予測可能な予測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、上記課題を解決するための第1の手段として、射出プランジャーの移動範囲内に評価区間を設定してN分割し、各分割区間にかかる鋳造圧力の平均値をPm値(m=1、2、…N)とし、前記評価区間X~YのPm値の積算値Psum値を評価区間の長さY-Xで除した値をPav値とし、前記評価区間X~Yの鋳造圧力Pm値の最大値をPmax値とし、その発生ストローク値をSt値としたとき、前記Pav値と前記Pmax値のそれぞれに、あらかじめ決めた数値との隔たりに対する基準値を設け、前記Pav値と前記Pmax値をそれぞれの隔たりと比較し、前記Pav値と前記Pmax値のそれぞれにかじり度合いの点数を付ける工程と、
前記射出プランジャーのショット数ごとに前記点数の積算値が、あらかじめ定めた直ちに部品交換が必要ではなく、まだ数ショット行える状態の寿命積算値に達したときに部品交換と判断する工程と、を有することを特徴とするダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法を提供することにある。
上記第1の手段によれば、構成部品の交換時期を高精度で予測することができる。
【0010】
本発明は、上記課題を解決するための第の手段として、第1の手段において、前記かじり度合いの点数は、かじり度合いに応じて任意の値を加算したことを特徴とするダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法を提供することにある。
上記第の手段によれば、寿命予測の精度を高めることができる。
【0011】
本発明は、上記課題を解決するための第の手段として、第1又は第2の手段において、前記積算値が、前記寿命積算値に達したとき部品交換のアラームを発生することを特徴とするダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法を提供することにある。
上記第の手段によれば、部品交換が必要となる前にあらかじめ交換部品を手配するなど稼働時間のロスを少なくできる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、構成部品の残ショット数などを高精度で寿命予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】射出ストローク、射出速度、鋳造圧力の関係を示すグラフである。
図2】評価区間X-Yの説明図である。
図3】本発明のダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法の処理フロー図である。
図4図3の処理Aの詳細フロー図である。
図5】評価点数の説明図である。
図6】本発明のショット数とかじり度合いの関係を示す説明図である。
図7】ダイカストマシンの射出装置の説明図である。
図8】従来のショット数とかじり度合い関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明のダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法の実施形態について、図面を参照しながら、以下詳細に説明する。図1は射出ストローク、射出速度、鋳造圧力の関係を示すグラフである。図2は評価区間X-Yの説明図である。図3は本発明のダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法の処理フロー図である。図4図3の処理Aの詳細フロー図である。図5は評価点数の説明図である。図6は本発明のショット数とかじり度合いの関係を示す説明図である。
一般的なダイカストマシンの鋳造作業は、型締め、注湯、射出開始、冷却(凝固)、型開き、製品取出、製品検知、金型スプレー、射出後退、チップ潤滑までの工程で製品1つが成形される1ショット(1サイクルともいう)とし、このショットを繰り返し行っている(図3参照)。本発明は射出開始時のプランジャーチップ5にかかる鋳造圧力の値を詳細に検出(具体的に射出波形を採取した後(図3中のS1)、時間、射出ストローク、射出速度、ヘッド圧、ロッド圧、鋳造圧力などの採取データを得る(図3中のS2)。)そして、鋳造圧力の値(図3中のS3)からかじり大きさと位置を検出している。
【0015】
図1に射出プランジャー6で射出した時の、射出速度と鋳造圧力の射出波形を示す。横軸にプランジャーチップ5のストロークをとって、縦軸に射出速度(m/s)と鋳造圧力(MPa)を示している。射出速度は低速の区間と高速の区間に分けられ、この図であればストロークが535mmまでは低速で、ストロークが535mm以上では高速になっている。本実施形態では、評価区間を一例として20mm~535mmとした。また評価区間のN等分の幅を1mmとした。各分割区間にかかる鋳造圧力の平均値をPm値とした(m=1、2、・・・N)。一方、鋳造圧力は、その値は変動しながら、プランジャーチップ5が先に進んでいる。この図の中でPm値は鋳造圧力の波形を示し、Pmax値は評価区間のなかのPm値の最大値を示している。
【0016】
次に、プランジャーチップ5の移動範囲内に評価区間(X~Y)を設定する(図2参照)。プランジャーチップ5が移動する時の鋳造圧力を、評価区間でN等分する。N等分したきざみ幅が例えば1mmであれば、幅1mm区切りで鋳造圧力を計測する。射出ストローク1mmごとの鋳造圧力平均値をダイカストマシンのPC内で演算しPm値(MPa)とする。
ここで、評価区間と鋳造圧力の値について模擬的に説明する。評価区間をXからYとした時、鋳造圧力のきざみを例として1mmとするとPmの値はその1mm幅の値の平均値をとることにする。
前記圧力Pmの定義をもとに、図2は鋳造圧力と射出速度の波形を書き直したものである。
かじりを評価、管理したい低速区間の射出ストローク範囲を設定する。評価区間X~Y(mm)(Y>X)は図2では20~535mmとなっている。
高速区間も評価可能であるが、高速区間の鋳造圧力値はゲート抵抗や射出速度設定値に依存し変化する。
【0017】
前にも述べたようにPm値(MPa)は評価区間X~Yの1mm刻みの分割区間の平均圧力値である(図3中のS4)。
評価区間X~Y(mm)(図4中のS5)のPm値(MPa)を積算してPsum値(MPa)とする。評価区間距離Y-X(mm)で除して一般化して、Psum/(Y-X)=Pav値(MPa/mm)とする(図4中のS6)。これにより、鋳造圧力と射出ストロークの面積を一般化することができる。これにより、低い鋳造圧力でも、幅が広いとかじり度合が悪いと判定する。
評価区間X~Y(mm)の鋳造圧力またはPm値の最大値とその発生ストローク値を抽出する。Pmax値(MPa)とSt値(mm)である(図4中のS7)。これは、鋳造圧力のピークの大きさに着目して評価するものである。すなわち幅が狭くても、高い鋳造圧力ピークは悪いと判定する。
Pav値(MPa/mm)にa個の隔たりAaを設け、a回の評価を実施し、点数を付ける。隔たりAaは変更できるようにしてもよいし、固定値でもよい(図4中のS8)。
【0018】
例えば、隔たりA1、A2、・・・・Aaの場合Pav値≧A1なら1点、Pav値≧A2なら1点追加・・・Pav値≧Aaなら1点追加し、最大a点となるようにする(図4中のS9)。
Pmax値(MPa)にb個の隔たりBbを設け、b回の評価を実施する。前記Pav値のように点数付ける。隔たりBbは変更できるようにし、固定しておいてもよい(図4中のS10)。
例えば隔たりB1、B2、・・・・Bbの場合Pmax値≧B1なら1点、Pmax値≧B2なら1点追加・・・Pmax値≧Bbなら1点追加し、最大b点となるようにする(図4中のS11)。
かじり度合いの点数付け、すなわちa,b段階評価の点数(図4中のS9とS11)の合計を算出する(図3中のS12)。
【0019】
図5は実際の鋳造(ショット数(No)35回)で得られたPsum値、Pav値、Pmax値、St値のそれぞれの値と隔たりとの比較により得られたかじり度合の点数である。このデータでは、隔たりがPav値、Pmax値ともに5個で比較している例である。これから、わかるようにPav値(a評価)、Pmax(b評価)値の点数はともに0~5までの点数で評価されている。またPav値とPmax値を和したかじり度合の点数(n評価)の点数とSt値がショット毎に表示されている。これによると、かじり度合の点数(n評価)が10点の場合最もかじりの可能性が大きいことを示している。本表では点数の10の多い場所、すなわちストロークSt値が450mmから535mmにかじりの度合が大きいことが判断できる。
かじり度合いの点数(合計)の積算を行い、所定稼働時間経過後に残寿命(残ショット数)の予測計算を行う(図3中のS13)。図6は本発明のショット数とかじり度合いの関係を示す説明図である。同図(2)に示すように、1ショット毎の点数を積算していくと、チップA積算値aのような右肩上がりのほぼ直線状に現れる。
【0020】
なおショット毎のかじり度合いの点数(平均値)をショット数の時系列にプロットした場合には、かじり度合いの点数の平均値、ショット毎のかじり度合いの点数の傾向、例えば、かじり度合いがショット毎に増加しているのか、又は減少しているのか、あるいはショット全般に大きい点数が出ているのか、又はショットの局部的に大きな点数が出ているのかなどが視覚的に認識できる。
またかじり度合い(摩耗の具合等)に応じて、合計点数が大きいときなどの場合に任意の値を加算しても良い。これにより高精度の寿命予測が行える。
すでに部品交換した実績値がある場合、部品寿命に至るまでの残ショット数Lは、部品寿命をM、鋳造済みのショット数をN、累積点数をAとしたとき、L=M/(A/N)-Nから求めることができる。なお、鋳造済みのショット数Nは多いほど、寿命予測の精度は上がる。
【0021】
S13で得られたかじり度合いの積算値と、残寿命(残ショット数)の予測値を記憶する(図3中のS14)。
かじり度合いの累積値と残寿命予測値を表示する(図3中のS15)。
かじり度合い点数の積算値を設定する(寿命積算値)(図3中のS16)。あらかじめ部品寿命となる寿命積算値cを決定する。本実施形態の寿命積算値cとは、例えば、過去に交換した部品の使用実績値を参考にして決定することができ、直ちに部品交換が必要ではなく、まだ数ショット行える状態の積算値である。
積算値が寿命積算値に達したとき警報を発し又は警告する(図3中のS17)。これにより、部品交換が必要となる前にあらかじめ交換部品を手配するなど稼働時間のロスを少なくできる。
警告後、必要に応じて、次サイクルは行わず(No)鋳造終了して部品交換を行う。一方、積算値が寿命積算値に達するまでは、次サイクルを行う(Yes)。
このような本発明のダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法によれば、図6(1)に示すようにチップAの製品寿命(要部品交換)に達する前にチップBを手配し、部品交換を行うことができ、チップAの使用ロスを大幅に削減できる。またダイカストマシンの射出装置を構成する部品、例えばプランジャー機構、射出スリーブ、プランジャーチップの残ショット数などを高精度で寿命予測することができる。
【0022】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。
また、本発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【0023】
本発明のダイカストマシンの射出装置の寿命予測方法は特に、ダイカストマシンの射出装置において産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【0024】
1 金型
2 固定型
3 可動型
4 射出スリーブ
5 プランジャーチップ
6 射出プランジャー
8 キャビティ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8