チェン・ビン氏のアンソロジーより
初出: 特殊鋳造および非鉄合金
1、温度管理
1)金型温度
成形材料の温度は成形材料の粘度や充填能力に直接影響するため、温度設定を変更する際には正確な制御と素早い応答速度が求められます。 現在、海外の先進的なワックスプレスには、仕切られた温度管理されたペーストワックス貯蔵タンクが装備されていますが、液状からあらゆる状態の金型材料の温度を正確に制御するために、金型材料に直接温度センサーが挿入されています。ペーストすることができ、さまざまなワックス型のプレス要件に合わせて自由に調整できます。 温度設定が変更されると、システムは 3 分ごとに 0.5°C の速度で応答し、温度変動範囲はわずか 0.3°C です [1]。
2)プレス温度
ほとんどのワックスプレスは、プレス金型の温度制御にはあまり注意を払っていませんが、通常は、プラテンを通る冷却水の流れを、手動バルブと同様の手動バルブを使用して増減することによって、プラテン、ひいては金型の温度を制御します。水栓。 プラテンとプレス間の熱伝導は信頼性が低く、プレスの壁の厚さもキャビティの温度に大きく影響します。 したがって、この方法ではプレス金型キャビティの温度を正確に制御できません。 プレス金型内の温度管理を改善するには以下の方法が考えられます。
プラテン温度を熱電対で測定し、プラテン温度に応じて冷却水配管のバルブの開閉を決定します。 これにより、プラテンの温度制御が大幅に向上します。 Howmet TMP (米国) は、加熱には電気ヒーター、冷却にはチラーを使用する加熱/冷却制御システムを備えた制御パネルを提供しています [1]。0 もちろん、加熱から冷却への急速な切り替えはプラテン表面の変動を引き起こす可能性があります。特にプラテンに熱電対が 1 つだけある場合は、温度が高くなります。
プラテンの温度を制御するより良い方法は、サーモスタットを使用して冷却水の温度を制御し、一定に保つことです。 したがって、プラテン温度は必要な範囲内に保たれます。 各温度コントローラーに複数の入出力ポートがある場合、複数のプラテンの温度を同時に制御することができます。 しかしながら、残念ながら、これらの方法はどちらもプラテンとプレス間の熱交換効果の影響を回避することができないため、プレス温度の制御は依然としてあまり信頼できません。 プレスキャビティの温度を制御する最良の方法は、プラテンとは別に制御することです。 プレス成形体のキャビティ表面のできるだけ近くに熱電対を設置し、サーモスタットで冷却水の温度を直接制御することで、キャビティ温度を必要な範囲に正確に保つことができます。 実際、この方法はプラスチック射出成形機で古くから広く使用されています。 精密鋳造において未だ普及していない理由は主にコストの問題による。 既存のプレス金型に穴や溝をあけたり、水路を設けたり、電気ヒーターを設置したりしてコストを下げることをお勧めします。 同じスタイルの水路をプレス金型の背面でさまざまなキャビティ形状に使用でき、必要な温度コントローラーは 1 つだけです。 明らかに、プレスおよび周囲環境の温度変化がプレスに影響を与えないように、プレスの上部、底部、さらには側面まで断熱することがさらに重要です。
2、圧力と流量の制御
成形プロセスで制御する必要があるプロセスパラメータは数多くありますが、温度を除けば、圧力と流量の制御が最も重要です。 成形材料の流れを圧力駆動から切り離すことはできませんが、圧力と流れは密接に関係しています。 ただし、金型材料の流動状態は圧力だけでなく、射出プロセス中の粘度や抵抗にも関係します。 したがって、これら 2 つはまったく異なる概念であり、ワックス金型の品質に異なる影響を与えます。 これらは個別に制御する必要があります。 通常、圧力は油圧バルブによって制御され、流量は主に流量制御バルブによって制御されます。 圧力と流量の制御に関して、外国ではワックス加圧装置を次のようないくつかのグレードに分類することがよくあります[2]。
1)圧力制御のみ
油圧回路には圧力制御弁のみがあり、流量制御弁はありません。 このタイプのプレスを使用する場合、金型の材質や周囲温度（室温、作動油の温度、ワックスシリンダーの温度など）がわずかに変化すると、金型材料の流量が変化し、回転はワックスモールドの品質に影響します。 さらに、高圧では低い流量を達成できません。 低圧では高流量を達成できません。 エアロールを避けるために低い流量が必要であり、良好な表面品質を得るために高い圧力が必要な場合、要件を満たすことはできません。 現在、米国や欧州ではこの種の装置はほとんど使用されていません。
2) 圧力と流量を同時に制御しますが、圧力補償はありません
従来と比べて油圧回路に流量制御弁が追加されています。 利点は、圧力が高いときに低い流量が得られることです。 ただし、圧力補償がないため、低圧力では高流量を達成できません。 さらに、圧力と温度の変化は流量に影響を与え、それがワックス型の品質に影響を与えます。
3)圧力と流量の同時制御と圧力補償
海外製ワックスプレスの主流機種に搭載されている制御システムです。 システム内の流量制御弁は補助的に増速（減速）する機能を持っています。 流れ抵抗や温度がわずかに変化すると、制御バルブ内の圧力補償器が自動的に圧力を増減し、流量制御バルブのサイズを調整して、金型材料の流量を正確に制御します。 したがって、あらかじめ設定した圧力範囲内であれば、温度や流動抵抗がどんなに変化しても、金型流量を制御することができます。 さらに、圧力の制約を受けずに流量を任意に調整できます。 これにより、金型充填プロセスの開始時に低い流量で金型を充填して乱流やガス放出を回避し、その後流量を増加して、表面に低温偏析のない滑らかな完全なワックス金型を得ることができます。
4)圧力と流量を両方向に独立制御、さらに2段圧力制御
いわゆるデュアル分離モード制御 (DIMC) とは、圧力と流量の 2 つのプロセス パラメーターが互いに完全に独立して制御されることを意味します。 いわゆる二段階圧力制御とは、充填圧力と成形圧力を分離して制御することを意味します（図 3-1）[3]。 通常、スプレーや飛沫が発生しないことを前提として、充填圧力を適切に大きくして充填時間を短縮し、充填プロセス中に金型材料の固化を最小限に抑え、確実に充填することが望まれます。研磨されたワックス型の明確な輪郭を得る。 ワックス型の表面に収縮がなく変形が少なく、サイズが安定し、同時に飛びエッジやバリが少なくなるように、圧縮圧力を適切に下げる必要があります。 圧縮キャビティの容積が 100% 完全に充填されるのではなく、95% ～ 99% が充填されると、圧力を直ちに下げる必要があることを強調する価値があります (図 3-2)。 この目的は、コアを損傷し、ワックス金型のフレッティングバリを増加させる可能性がある、キャビティを満たす金型材料の衝撃 (圧力パルス) を回避することと、キャビティ内に残っている空気を逃がしてエア漏れを回避することです。ワックス型の中に気泡が入っています。 Howmet-TMP が開発し特許を取得した AFC (Accelerated Flow Control) は、このタイプの制御システムの代表的なものです。
射出プロセスのコンピュータ制御
射出プロセスの一般的なサイクルは短く、通常は 1 ～数分ですが、少なくとも圧力、流量、温度、時間、その他の項目を含む多くのプロセス パラメーターを制御する必要があります。 このような短期間では人工的な精密制御に頼るのは困難ですが、コンピューター技術の急速な発展により、コンピューター制御システムが登場するはずです。
コンピュータプログラム制御
アメリカの MPI 社は、1992 年の ICI 第 40 回年次総会と第 8 回世界精密鋳造年次総会でマイクロコンピュータ制御の自動ワックス加圧機を開発しました（図 3-3）[4]。 この機械には、ダイカストプロセスのすべてのパラメータを事前設定できるコンピュータ制御システムが装備されています。 オペレータはコンピュータ画面上で、コンピュータ内の既存のプログラムに簡単にアクセスして呼び出すこともできます。 手動操作をしなくても、機械はプログラムに従って自動的に動作します。 動作中に異常が発生した場合、コンピュータは自動的にオペレータに警告を発し、時間内に問題のトラブルシューティングを行うよう促します。 このシステムは、すべての射出プロセスパラメータの金型セットを最大 500 セット保存できるため、オペレータは金型の各セットを設置するときにプロセスパラメータを簡単に調整できます。 しかし，この制御システムは主にあらかじめ設定されたプログラムに従ったワックスプレスの制御を実現するものである[4]．
コンピュータによるリアルタイム制御
1990 年代半ば、Howmet-TMP は、特許取得済みの AFC 技術とコンピュータ制御技術を組み合わせて、独自の CFAFC (CompuFlow Accelerated Flow Control) サーボ制御システムを開発しました。 このシステムは、高精度の圧力センサーとリニア圧力ディバイダーを使用して、コンパクターの充填時に発生するトリガー圧力を感知し、その信号をサーボ システムに素早くフィードバックし、サーボ システムが即座に圧力低下に切り替わります。圧縮フェーズを開始し、完全に 2 段階の圧力制御を実現します。 圧力と流量を再現性よく段階的に個別に制御できます。 図 3-4 は、Howmet-TMP の CFAFC 制御システムを備えたワックス圧縮機を示しています [1]。
1999 年、日本で開催された JACT 年次技術会議で、MPI は、ADS (Automatic Die Setup) 制御システムを備えたワックス プレスの開発に成功したことを紹介しました [5]。 ADS システムは、何千もの金型のすべての射出プロセス パラメータを保存するだけでなく、ユーザーがいつでもクエリして呼び出すことができるだけでなく、より正確で高感度の温度制御 (温度精度 ±0.25°C) も備えています。キャビティに入る金型材料の体積をリアルタイムで測定し、この体積に従って射出材料の流量を調整する機能。 ADS システムは、ユーザーがいつでも確認して呼び出すことができるようにすべての成形プロセス パラメータを保存するだけでなく、より正確で高感度の温度制御 (制御温度精度 ±0.25°C) を提供します。キャビティに入る成形材料の体積をリアルタイムに測定し、その体積に応じて成形材料の流量を調整することで、ワックスを作るのに必要な成形材料の量だけでなく、オペレータも把握することができます。同時に、欠陥が発生する前にキャビティに入る材料の量を予測し、現時点での欠陥を回避するために適時に流量を調整します。 MPI の ADS 制御システムは、充填と圧縮という 2 つの異なる圧力モードも提供します。 キャビティに射出された成形材料がキャビティ容積の 95% ～ 98% に達すると、システムは自動的に低い圧縮圧力に切り替わります [5]。 図 3-5 と図 3-6 は、それぞれ ADS 制御システムを搭載した半自動と全自動の MPI ワックスプレスを示しています。
現在、先進的な外国製ワックスプレスを備えたほとんどの制御盤にはタッチスクリーン液晶モニターが装備されており、ユーザーフレンドリーで操作が簡単で、金型交換時のプロセスパラメータのデバッグに非常に便利です。 図 3-7 と図 3-8 は、それぞれ MPI と Howmet-TMP コントロール パネルの表示画面を示します。
国産ワックスプレス機の現状とギャップ
現在、国産ワックスマシンは部品加工精度に加え、電気・油圧部品の品質、寿命、アフターサービスなど、技術開発レベルだけでも改善すべき点が多く、重要な部分を占めています。ワックスマシン制御システム、家庭用機器はまだ開発の比較的低い段階にあり、主に金型の流れは完全に圧力を受けます、つまり、流れと充填プロセスは実際に流れと金型の充填プロセスは制御できず、自然に任せるしかありません。 この種の装置は、要件の低い小型で単純なワックス型のニーズをかろうじて満たすことができますが、大きくて複雑なワックス型やセラミックコアを備えたワックス型をプレスするには十分ではありません。 近年、中国の多くの軍事企業が海外からワックス加圧装置の輸入に多額の資金を費やしているのも不思議ではありません。 今日の経済のグローバル化と中国のWTO加盟の中で、中国の民生・商業鋳造企業もまた、製品の品位と品質を急速に向上させ、やみくもに規模を拡大し、時代の生産を増加させるという困難な課題に直面しています。徐々に過去のものになっていきます。 そして、国際市場に参入するという野心とは関係なく、現状を満たすためには、国内のワックスマシンはまだ満足のいくものではありません。 たとえば、肉厚に大きな違いがある一部のワックス型では理想的な効果を達成することが困難です。 ワックスモールドの寸法（特にパーティング面に関連する寸法）の安定性が低い。 ワックスプレス工程で芯が折れやすい…… 実用的な観点から見ると、家庭用ワックスプレスのレベル向上の鍵は、完全自動化やコンピュータ制御の実現ではありません。 その代わりに、ワックスプレスの中枢である制御システムの完成と改善に努力を集中すべきです。 海外での開発経験を参考に、まずは温度管理の精度を高めることから始めます。 そして、2つのプロセスパラメータの流量と圧力を個別に、双方向独立制御し、これに基づいて、充填、流量プロセスのより効果的な制御を実現し、さらに2段階の圧力制御を実現します。 中国の精密鋳造業界の製品グレードの向上と安定した品質のニーズに応えるため。 この基盤をしっかりと築くためにのみ、コンピューター制御と自動化は大きな意味と価値を持ちます。 そのためには、海外の先進的な経験と技術を真剣に学ぶことが絶対に必要です。 同時に、プラスチック業界で使用されるワックス加圧機と射出成形機の間には多くの類似点があることにも言及する価値があります。 プラスチック業界は精密鋳造業界よりもはるかに大きいです。 射出成形機の開発は当然ワックス加圧機よりもはるかに速く、そこから多くの有益な経験も引き出すことができます。 一部の外国関係者は、ワックス加圧機の開発過程における多くの新しい設計アイデアや思考も初期の射出成形装置から生まれたと告白しています[3]。
