JP5398491B2

JP5398491B2 - 消失模型鋳造法

Info

Publication number: JP5398491B2
Application number: JP2009268633A
Authority: JP
Inventors: 文男平井; 理伊藤; 浩幸山田; 浩市川; 英峰外薗; 智彦山本; 恒輔村井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-11-26
Also published as: JP2011110573A

Description

本発明は、消失模型鋳造法に係り、特に模型の残渣欠陥を減少させる技術に関する。

上記消失模型鋳造法は、例えば特許文献１等で公知である。同法においては、鋳型内に注湯される溶湯の温度低下に起因して、特に最終充填部位に模型の溶け残りが製品の表面に貼り付いた状態となる残渣欠陥が生じる場合がある。一般に模型への溶湯の侵入は下方から上方に向かってなされるため、残渣欠陥は鋳造製品の上面に起こりやすい。そこで特許文献１には、上部湯道と下部湯道を設けることで溶湯の乱流を防ぎ、高温状態の溶湯が上部まで速やかに到達するといった方策が開示されている。

特開平７−３０８７３４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載される方策では、湯道の増加に伴ってゲートの数も増加するため、鋳型を作製する際の手間や、鋳造後に製品を得る際のゲートを切断する際の手間が増大し、作業性が低下するとともに加工コストの上昇を招くといった不都合な面がある。

よって本発明は、ゲートの数を多くすることなく高温の溶湯を模型全域に充填することができ、残渣欠陥を効果的に抑制することができる消失模型鋳造法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の消失模型鋳造法は、鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、前記鋳物砂内に設置する前記模型への溶湯のゲートを、鋳造される製品の重心位置の高さに設定することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載の消失模型鋳造法は、鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、前記鋳物砂内に設置する前記模型への溶湯のゲートを、鋳造される製品の重心位置から１２０ｍｍ以内の範囲で該重心位置から下方に設定することを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載の消失模型鋳造法は、鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、前記鋳物砂内で鋳造される製品の重心位置が、該製品の下端から上方４４０ｍｍ以内の範囲に存在する場合、前記鋳物砂内に設置する前記模型への溶湯のゲートを、該製品の下端から４４０ｍｍ上方の範囲内で、該製品の重心位置よりも上方に設置することを特徴とする。

本発明によれば、ゲートが製品の重心位置の高さ、もしくは重心位置の高さ近傍に設定されることにより、模型領域に充填される溶湯の最終充填温度をできるだけ高くすることができ、残渣欠陥が起こりにくいものとなる。

本発明の消失模型鋳造法では、得られる製品がプレス金型であることを特徴とする（請求項４）。

本発明によれば、ゲートが製品の重心位置の高さ、もしくは重心位置の高さ近傍に設定されるため、ゲートの数を多くすることなく高温の溶湯を模型全域に充填することができ、残渣欠陥を効果的に抑制することができるといった効果を奏する。

本発明の消失模型鋳造法を概念的に示した鋳型の断面図である。本発明に係る鋳型（サイドゲート型）によって上面の一部に重要部位が存在する鋳物（製品）を鋳造した状態を示す断面図である。本発明ではない鋳型（ボトムゲート型）によって上面の一部に重要部位が存在する鋳物（製品）を鋳造した状態を示す断面図である。本発明におけるゲート高さ設定の概念を示す図である。鋳物底面の重要部位の溶湯温度と鋳物底面からのゲート高さとの関係を示すグラフである。鋳物上面の重要部位の溶湯温度と鋳物の重心位置からのゲート高さとの関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。
図１は、一実施形態に係る消失模型鋳造法を概念的に示した鋳型１の断面を示している。この鋳型１は、図示せぬ鋳枠内に充填された鋳物砂２内に模型３が埋没されて構成されている。

鋳物砂２内における模型３の周囲には、模型に接続されるゲート４と、このゲート４に接続される湯道５が形成されている。湯道５は鋳型１の上面への開口が複数（図１では２つ）設けられており、一方（図１で右側）の開口に湯口６が設けられる。また、他方の開口側の湯道５は特にガス抜き通路７とされ、このガス抜き通路７には燃焼ガスのみを鋳型１外の大気に放出させるフィルタ８が配設されている。

鋳型１の製造は、次の手順による。まず、模型３の表面に黒鉛を主成分とする耐火性に優れた塗型剤を塗布して十分に乾燥させる。一方、鋳枠に湯道（ガス抜き通路７を含む）５およびゲート４を紙管を組むなどの手法で形成するとともに、鋳枠内の概ね中心部分に模型３を配置して支持する。この段階で、ガス抜き通路７にフィルタ８も配設する。この後、鋳枠内に鋳物砂２を充填して模型３を埋没させ、湯口６を設置する。

鋳物砂２は、石英質を主成分とする珪砂の他、ジルコン砂、クロマイト砂、合成セラミック砂等の新砂あるいは旧砂が用いられる。鋳物砂２には、必要に応じて粘結剤や硬化剤が添加される。

湯道５およびゲート４の形成は、φ３０〜７０ｍｍの市販品（例えば、花王社製・クエーカー鋳造用湯道管：ＥＧランナーＣＦ−３０Ｓ，ＣＦ−５０Ｓ，ＣＦ−７０Ｓなど、主成分は再生パルプ）などが用いられる。また、フィルタ８は２号珪砂相当の砂に適宜なバインダを混入させて厚さ４０ｍｍ程度に成形した多孔質材料などが用いられる。

模型３は、発泡ポリスチレン等の合成樹脂性発泡体を手作りで所望形状に成形したものである。塗型剤は、例えば花王社製・花王クエーカーＰＣ２６０などが用いられ、厚さ１．５〜３．５ｍｍ、１０ｍｍ^２当たりの通気度１程度で模型の表面に塗布される。

以上で鋳型１は製造される。この鋳型１によれば、湯口６から溶湯（溶融した金属材料）を注湯すると、溶湯は湯道５およびゲート４を通って模型３に至り、模型３は溶湯で溶解されることによって消失し、消失空間に溶湯が充填される。すなわち、模型３が溶湯に置換される。模型３が燃焼する注湯初期の段階で燃焼ガスが大量に発生し、その燃焼ガスは、湯道５の最下流のガス抜き通路７のフィルタ８を通って大気に排出される。また、燃焼ガスの一部は、模型３の表面に塗型剤が塗布されて形成された塗型膜を通過し、さらに鋳物砂２を通過して大気に排出される。

さて、一実施形態の鋳型１においては、鋳物砂２内のゲート４の高さ位置が、次の（ａ）〜（ｃ）の条件のうちのいずれかを満足する位置に設定される。

（ａ）鋳造される製品の重心位置の高さ。
（ｂ）鋳造される製品の重心位置から１２０ｍｍ以内の範囲で重心位置から下方。
（ｃ）鋳造される製品の重心位置が製品の下端から上方４４０ｍｍ以内の範囲に存在する場合、製品の下端から４４０ｍｍ上方の範囲内で、製品の重心位置よりも上方。

本発明では、上記（１）を最良の態様としているが、実際の製造にあっては、設計上の事情などによって重心位置の高さにゲートを設定することができない場合がある。その際には、上記（ｂ）または（ｃ）の条件を採用する。すなわち本発明でのゲート高さは、製品の重心位置の高さを最良とし、それが困難な場合には、製品の重心位置の近傍における上方または下方に設定するというものである。

ここで、図２および図３によって鋳物の上面に重要部位がある場合の本発明の優位性を説明する（図２、図３で斜線部分が溶湯充填による鋳造部分である）。まず図２は、本発明によって上面の一部に重要部位１０Ａが存在する鋳物（製品）１０を鋳造した状態を示している。重要部位１０Ａは、上記残渣欠陥等の鋳造欠陥が許容されず溶湯が充満した健全な鋳造がなされるべき部位である。図２に示すようにゲート４は鋳物１０の側方に配されており（サイドゲート型）、重要部位はゲート４の直上位置にある。このゲート４が上記（ａ）〜（ｃ）のいずれかの条件を満たす高さ位置にある場合には、重要部位１０Ａに溶湯が先行して充填され、これによって重要部位１０Ａには残渣欠陥が起こりにくいものとなっている。

一方、図３はゲート４が鋳物１０の底面に配されたボトムゲート型であって、この場合には上面の溶湯充填完了はほぼ全面的に同時となり、残渣欠陥は上面全面に起こりやすい。したがって重要部位１０Ａに残渣欠陥が存在しやすくなる。

さて、ゲート高さは鋳物に置換される模型領域への溶湯の充填程度に影響し、ゲートが高すぎると鋳物の底面側に前述の残渣欠陥が起こりやすく、ゲートが低すぎると鋳物の上面側に残渣欠陥が起こりやすい。本発明はこの問題を解決しており、ゲート高さの上限および下限が上記（ｂ）および（ｃ）のように設定される。

まず、ゲート高さの上限および下限は、
Ｈ（上限）：鋳物の底面からのゲート高さの上限（ｍｍ）
Ｈ（下限）：鋳物の底面からのゲート高さの下限（ｍｍ）
Ｈgate ：鋳物の底面からのゲート高さ（ｍｍ）
としたとき、次式（１）で表される。
Ｈ（上限）≧Ｈgate≧Ｈ（下限） …（１）
（１）式の条件が成り立つとき、鋳物である製品全体に高温の溶湯を充填することができ、残渣欠陥を減少させることができる。ここで、ゲート高さの上限：（上限）および下限：Ｈ（下限）は、鋳造データから下記のように求められる。

Ｈａ：鋳物の底面（下端）高さ位置（ｍｍ）
Ｈｂ：鋳物の重心の高さ位置（ｍｍ）
Ｈｃ：鋳物の上面（上端）高さ位置（ｍｍ）
ａ，ｂ：定数（注湯温度が１３８０℃、発泡ポリスチレンを主成分とする発泡倍率５０倍の手作り模型を用いた場合、ａ＝４４０、ｂ＝１２０である）
としたとき、Ｈｂ＜４４０では
Ｈ（上限）＝Ｈａ＋ａ …（２）
Ｈ（下限）＝Ｈｂ−ｂ …（３）
上記のＨａ、Ｈｂ、Ｈｃ、「Ｈ（上限）＝Ｈａ＋ａ」、「Ｈ（下限）＝Ｈｂ−ｂ」の概念を図４に示す。

定数ａ，ｂは、表１および図５、図６のグラフから求められる。これら表およびグラフは、ゲート高さ位置を変更した鋳造サンプル１〜７について鋳物の底面および鋳物の上面の成形性を調べた結果を示す鋳造データである。鋳物の底面および上面には、いずれも上記重要部位が存在するものとされている。

まず、表１で鋳物の底面の成形性をみると、Ｈgate（ゲート高さ）が最大で４４０ｍｍまで成形性が良好であることが確認される。また、図５は鋳物の底面の重要部位の溶湯温度と鋳物の底面からのゲート高さとの関係を示すグラフであり、これで明らかなように鋳物の底面からのゲート高さが４４０ｍｍ以下であった場合に、底面の重要部位を残渣欠陥なく鋳造することができている。よってａ＝４４０とされた。

また、表１で鋳物の上面の成形性をみると、Ｈgate−Ｈｂ（鋳物の重心位置からのゲート高さ）が−１２０ｍｍ以内の場合に残渣欠陥が起きている。また、図６は鋳物の上面の重要部位の溶湯温度と鋳物の重心位置からのゲート高さとの関係を示すグラフであり、これで明らかなように鋳物の重心位置からのゲート高さが−１２０ｍｍ以下であった場合に、上面の重要部位を残渣欠陥なく鋳造することができている。よってｂ＝１２０とされた。

以上のように、鋳物砂内のゲートの高さ位置を、上記（ａ）〜（ｃ）の条件のうちのいずれかを満足する位置に設定することにより、鋳物（製品）の底面および上面の成形性が良好で、特に上面の重要部位に残渣欠陥が起こりにくい消失模型鋳造法を遂行することができる。なお、表１において鋳造サンプル１〜４は本発明例であり、５〜７は本発明外の比較例となる。

外形寸法が７５０×８００×４３０（ｍｍ）で発泡ポリスチレンから成形した模型の表面に塗型剤（６０〜６５ボーメ）を塗布して乾燥させ、次いで、図１に示したものと同様の構成で鋳型を形成し、鋳造を行った。鋳型における鋳物砂内のゲート高さは、鋳物の重心に応じて模型の底面から４３５ｍｍとした。この場合、ゲート高さの上限：Ｈ（上限）は４４０ｍｍ、下限：Ｈ（下限）は３８０．７ｍｍであった。鋳造材料はＦＣ３００（片状黒鉛鋳鉄）、注湯時の溶湯の温度（鋳込み温度）は１３６５℃、鋳込み重量は１３トンであった。鋳造の結果、鋳物の底面および上面とも残渣欠陥等の鋳造欠陥は認められず、良好な製品を得ることができた。

１…鋳型
２…鋳物砂
３…模型
４…ゲート
５…湯道
６…湯口
７…ガス抜き通路
８…フィルタ
１０…鋳物（製品）

Claims

鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、
前記鋳物砂内に設置する前記模型への溶湯のゲートを、鋳造される製品の重心位置の高さに設定することを特徴とする消失模型鋳造法。
鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、
前記鋳物砂内に設置する前記模型への溶湯のゲートを、鋳造される製品の重心位置から１２０ｍｍ以内の範囲で該重心位置から下方に設定することを特徴とする消失模型鋳造法。
鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、
前記鋳物砂内で鋳造される製品の重心位置が、該製品の下端から上方４４０ｍｍ以内の範囲に存在する場合、前記鋳物砂内に設置する前記模型への溶湯のゲートを、該製品の下端から４４０ｍｍ上方の範囲内で、該製品の重心位置よりも上方に設置することを特徴とする消失模型鋳造法。
前記製品がプレス金型であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の消失模型鋳造法。