CN102686333B

CN102686333B - 消失模具铸造法

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Publication number: CN102686333B
Application number: CN201080053600.4A
Authority: CN
Inventors: 平井文男; 伊藤理; 山田浩幸; 市川浩; 外薗英峰; 山本智彦; 村井恒辅
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: BR112012012784B1; WO2011065410A1; WO2011065410A8; BR112012012784A2; US20120273151A1; US8733421B2; CN102686333A

Abstract

一种消失模具铸造法，向铸型中浇注熔融金属，该铸型通过在型砂内埋设由树脂性发泡体形成的模具而构成，利用该熔融金属使所述模具消失的同时，利用该熔融金属铸造出产品，其中，根据模具的模数（模具的体积÷模具的表面积）设定铸造时的铸入时间。由此，能够准确且高精度地设定消失模具铸造法中的铸入时间。

Description

消失模具铸造法

技术领域

本发明涉及消失模具铸造法。

背景技术

公知一种消失模具铸造法，将对树脂性发泡体进行成型而得到的期望形状的模具埋设到型砂内而构成铸型，向该铸型浇注熔融金属而使模具燃烧、消失而置换成铸件。在该方法中，提出了基于进行将熔融金属铸入到空隙中的空隙铸造时的铸入时间与进行消失模具铸造时的铸入时间之比，来确定最佳的铸入（鋳込み）时间（专利文献1）。

在上述消失模具铸造法中，由于被浇注到铸型内的熔融金属的温度降低，有时尤其在最终填充部位会出现成为模具的熔化残留物粘贴在产品表面的状态的残渣缺陷。一般情况下，熔融金属向模具的侵入从下方向上方进行，因此残渣缺陷容易在铸造产品的上表面出现。因此，在专利文献2中，公开了通过设置上部浇道和下部浇道从而能够防止熔融金属的紊流并且高温状态下的熔融金属迅速到达上部的对策。

另外，在上述消失模具铸造法中，在浇注初期，铸型内的模具燃烧并产生大量的燃烧气体，该燃烧气体通过铸型而向铸型外排出。这里，在因燃烧气体的产生而提高的铸型内的压力（内压）超过熔融金属的冒口（head）压力时，因熔融金属从直浇道喷出这样的返喷（吹き戻し）以及浇注时间的拖延，会引起模具燃烧残留的残渣缺陷这样的铸造缺陷。因此，谋求燃烧气体向铸型外顺畅的排出。作为其对策公知如下技术，在模具中形成通孔，该通孔使设置在铸型内的浇道和气体的排出通路连通（专利文献3）；或者设置从模具与大气连通的排出通路（专利文献4），由此提高燃烧气体的排出性。然而，在铸造产品即模具的模数（模具的体积÷表面积）大的2～10吨左右的铸件的情况下，在浇注初期爆发性地产生燃烧气体，因此，在上述专利文献4记载的发明中，熔融金属会穿过设置在排出通路上的过滤器而喷出。因此，通过将排出燃烧气体的空腔以密闭状态设置在铸型内，由此，能够不使熔融金属喷出地排出燃烧气体（参照专利文献5等）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-340547号公报

专利文献2：日本特开平7-308734号公报

专利文献3：日本特开2002-219552号公报

专利文献4：日本特开2003-001377号公报

专利文献5：日本特开2009-166105号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在消失模具铸造法中，上述模数越大，模具燃烧时所产生的燃烧气体向铸型外的排出性越低，示出了与空隙铸造的铸入时间不同的表现。因此，判断为模数不同的空隙铸造的铸入时间和消失模具铸造的铸入时间不成比例。因此，谋求提供消失模具铸造法中的准确且高精度的铸入时间的设定方法。因此，本发明的目的是提供能够准确且高精度地设定铸入时间的消失模具铸造法。

另外，在上述专利文献2记载的对策中，随着浇道的增加，浇口的数量也增加，因此，制作铸型时花费的时间、铸造后获得产品时的切断浇口时花费的时间增大，存在作业性降低并且导致加工成本上升的不良情况的方面。因此，本发明的目的是提供一种消失模具铸造法，不增加浇口的数量就能够将高温的熔融金属填充到模具整个区域，并能够有效地抑制残渣缺陷。

另外，在上述专利文献3记载的对策中，在模具上形成通孔的作业繁琐，并且产生工序增加的问题。另外，通过将冒口压力设定得较大，能够防止从直浇道返喷，但该情况下，导致成品率变差且成本上升。因此，本发明的目的是提供一种消失模具铸造法，能够通过不导致工序增加和成本上升的简易方法可靠地防止从直浇道返喷。

另外，上述专利文献5记载的空腔（该文献中的筒状部件10的内部空间）的上端位于比模具的最上部即上表面高的位置。在这样的铸型结构中，为了可靠地向该空腔排出燃烧气体，需要提高直浇道而将冒口压力相应地设定得较高。提高直浇道高度就会增大铸型整体的高度，型砂的使用量增加，导致成本上升，因此存在最好将直浇道高度抑制得低的期望。因此，本发明的目的是提供消失模具铸造法，在通过设置于铸型内的空腔排出燃烧气体的结构中，能够使冒口压力成为必要最小限度从而将直浇道高度抑制得尽可能低。

用于解决课题的手段

技术方案1记载的发明是一种消失模具铸造法，向铸型中浇注熔融金属，该铸型通过在型砂内埋设由树脂性发泡体形成的模具而构成，利用该熔融金属使所述模具消失的同时铸造出产品，其特征在于，根据所述模具的模数（模具的体积÷模具的表面积）设定铸造时的铸入时间。

技术方案2记载的发明的特征在于，在技术方案1记载的发明中，通过下述式（1）计算出所述铸入时间。

[数学式1]

t = (W / A^{,}) / (ρ \cdot a \cdot m^{- b} \cdot \sqrt{2 g H^{,}}) . . . (1)

t：铸入时间（s）

W：铸入重量（kg）

A’：直浇道面积（cm²）

ρ：熔融金属密度（g/cm^-3）

a、b：常数

m：模数（模具的体积÷模具的表面积）

g：重力加速度

H’：从直浇道到模具上端的高度（cm）

技术方案3记载的发明的特征在于，在技术方案2记载的发明中，其特征在于，对根据所述式（1）计算出的铸入时间和实际铸造时的铸入时间进行比较，基于两者的差异来判断是否存在铸造缺陷。

技术方案4记载的发明的特征在于，在技术方案2记载的发明中，其特征在于，基于根据所述式（1）计算出的铸入时间进行铸造模拟。

其次，技术方案5记载的发明是一种消失模具铸造法，向铸型中浇注熔融金属，该铸型通过在型砂内埋设由树脂性发泡体形成的模具而构成，利用该熔融金属使所述模具消失的同时铸造出产品，其特征在于，将浇口设定在所铸造的产品的重心位置的高度，所述浇口供熔融金属向设置在所述型砂内的所述模具流动。

技术方案6记载的发明是一种消失模具铸造法，向铸型中浇注熔融金属，该铸型通过在型砂内埋设由树脂性发泡体形成的模具而构成，利用该熔融金属使所述模具消失的同时铸造出产品，其特征在于，将浇口设置在距离所铸造的产品的重心位置为120mm以内的范围内、且位于该重心位置的下方的位置，所述浇口供熔融金属向设置在所述型砂内的所述模具流动。

技术方案7记载的发明是一种消失模具铸造法，向铸型中浇注熔融金属，该铸型通过在型砂内埋设由树脂性发泡体形成的模具而构成，利用该熔融金属使所述模具消失的同时铸造出产品，其特征在于，在所述型砂内所铸造的产品的重心位置位于从该产品的下端向上方440mm以内的范围的情况下，将浇口设置在从该产品的下端向上方440mm的范围内、且位于比该产品的重心位置靠上方的位置，所述浇口供熔融金属向设置在所述型砂内的所述模具流动。

技术方案8记载的发明的特征在于，在技术方案5～7中任一方案记载的发明中，所得到的产品是冲压模具。

其次，技术方案9记载的发明是一种消失模具铸造法，向铸型中浇注熔融金属，该铸型通过在型砂内埋设由树脂性发泡体形成的模具而构成，利用该熔融金属使所述模具消失的同时铸造出产品，其特征在于，在所述铸型中形成排气通路，并且在该排气通路中配设过滤器，根据所铸造的产品的模数（产品的体积÷产品的表面积）设定该过滤器的气体通过截面积。这里的产品的体积及表面积是指模具的体积及表面积。在本发明中，通过浇注使模具消失时，铸型内产生的燃烧气体进入到排气通路，通过配设在该排气通路中的过滤器而排出到铸型外的大气中。另外，还有穿过型砂而向大气中排出的燃烧气体。根据本发明，根据上述模数设定过滤器的气体通过截面积，由此，能够优化穿过过滤器的燃烧气体的量，其结果是，使由于产生燃烧气体而形成的铸型的内压为冒口压力以下，从而能够可靠地防止从直浇道返喷。

其次，技术方案10记载的发明是一种消失模具铸造法，向铸型中浇注熔融金属，该铸型通过在型砂内埋设由树脂性发泡体形成的模具而构成，利用该熔融金属使所述模具消失的同时铸造出产品，其特征在于，在所述型砂内的、除了所述熔融金属相对于所述模具的最终填充部以外的位置，形成排气用的空腔，该空腔的上端被设定在所述模具的最上部以下的位置，在该空腔的该上端配设过滤器。

发明效果

根据技术方案1～4记载的发明，根据模具的模数设定铸造时的铸入时间，由此发挥以下效果：能够准确且高精度地设定消失模具铸造法中的铸入时间，能够获得质量优良的铸件产品。

另外，根据技术方案5～8记载的发明，浇口被设定在产品的重心位置的高度或重心位置的高度附近，因此发挥以下效果：不增多浇口的数量就能够将高温的熔融金属填充到模具整个区域，并能够有效地抑制残渣缺陷。

另外，根据技术方案9记载的发明，能够以不导致工序增加和成本上升的简易方法可靠地防止从直浇道返喷，实现安全的铸造作业。另外，由于在防止返喷发生的同时能够尽可能地加快浇注速度，所以能够实现熔融金属的迅速填充并将最终填充温度保持得较高，其结果是，能够获得残渣少的高质量的铸件产品。

另外，根据技术方案10记载的发明，由于设置在铸型内的燃烧气体排出用的空腔的上端被设定在模具的最上部以下的高度，所以不需要提高直浇道高度来提高冒口压力，能够以必要的最小限度的冒口压力进行铸造。其结果是，能够将直浇道高度抑制得尽可能低，还能够抑制铸型制造的成本上升。

附图说明

图1是示意地示出本发明的第一实施方式的消失模具铸造法的铸型的剖视图。

图2是用于说明在第一实施方式中根据模具的模数的大小改变铸入时间的机理的示意图，并示出模数较小的铸造模型。

图3是用于说明在第一实施方式中根据模具的模数的大小改变铸入时间的机理的示意图，并示出模数较大的铸造模型。

图4是示出在第一实施方式的实施例中在计算铸入时间时所需的C’（常数）和模具的模数之间的关系的线图。

图5是示出在第一实施方式的实施例中根据模具的模数计算出的铸入时间的线图。

图6是示意地示出本发明的第二实施方式的消失模具铸造法的铸型的剖视图。

图7是示出通过第二实施方式的铸型（侧浇口型）铸造出重要部位位于上表面的一部分上的铸件（产品）的状态的剖视图。

图8是示出通过非本发明的铸型（底浇口型）铸造出重要部位位于上表面的一部分上的铸件（产品）的状态的剖视图。

图9是示出本发明的第二实施方式的浇口高度设定的概念的图。

图10是示出铸件底面的重要部位的熔融金属温度和从铸件底面起的浇口高度之间的关系的线图。

图11是示出铸件上表面的重要部位的熔融金属温度和从铸件的重心位置起的浇口高度之间的关系的线图。

图12是示意地示出本发明的第三实施方式的消失模具铸造法的铸型的剖视图。

图13是示出第三实施方式中获得的铸造产品的一例的立体图。

图14是示出第三实施方式的实施例中获得的铸造产品中的模数和过滤器的气体通过截面积之间的关系的线图。

图15是示意地示出本发明的第四实施方式的消失模具铸造法的铸型的剖视图。

附图标记的说明

1、21、31、41…铸型

2、22、32、42…型砂

3、23、33、43…模具

4、24、34、44…浇口

5、25、35、45…浇道

6、26、36、46…直浇道

7、27、37…排气通路

8、28、38、48…过滤器

47…空腔

210…铸件（产品）

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

［1］第一实施方式

图1示出了示意地示出本发明的第一实施方式的消失模具铸造法的铸型1的剖面。该铸型1通过在被填充到未图示的砂箱内的型砂2内埋入模具3而构成。

在型砂2内的模具3的周围形成有与模具连接的浇口4以及与该浇口4连接的浇道5。浇道5设有朝铸型1的上表面的多个开口（图1中为2个），在一个（图1中的右侧）开口处设有直浇道6。另外，另一开口侧的浇道5特别用作排气通路7，在该排气通路7配设有仅使燃烧气体向铸型1外的大气中排放的过滤器8。

铸型1的制造按以下顺序进行。首先，在模具3的表面涂布以石墨为主成分的耐火性优良的铸型涂料并使其充分干燥。另一方面，在砂箱中以装入纸管等方法来形成浇道（包括排气通路7）5及浇口4，并且在砂箱内的大致中心部分配置并支承模具3。在该阶段，在排气通路7也配设过滤器8。然后，在砂箱内填充型砂2并埋入模具3，设置直浇道6。

型砂2除了使用以石英为主成分的硅砂以外，还可使用锆英砂、铬铁矿砂、合成陶瓷砂等新砂或旧砂。在型砂2中根据需要添加粘结剂或固化剂。

浇道5及浇口4的形成可以采用的市场销售品（例如，花王社制·奎克（クエーカー）铸造用浇道管：EG横浇道CF-30S、CF-50S、CF-70S等，主成分为再生纸浆）等。另外，过滤器8采用向与2号硅砂相当的砂中混入适当的粘合剂而成型为厚度40mm左右的多孔材料等。此外，从模具3的上表面即直浇道面到直浇道6的高度H优选700mm，该情况下的冒口压力成为0.044MPa左右。

模具3是通过手工使发泡聚苯乙烯等合成树脂性发泡体成型为期望形状而成的。铸型涂料采用例如花王社制·花王奎克PC260等，以厚度1.5～3.5mm、每10mm2的通气度1左右被涂布到模具的表面。

通过以上方法制造出铸型1。利用该铸型1，从直浇道6浇注熔融金属（熔融的金属材料）时，熔融金属通过浇道5及浇口4而到达模具3，模具3被熔融金属熔解并消失，熔融金属被填充在消失空间中。即，模具3被置换成熔融金属。在模具3燃烧的浇注初期的阶段，燃烧气体大量地产生，该燃烧气体通过浇道5的最下游的排气通路7的过滤器8而排出到大气中。另外，燃烧气体的一部分穿过在模具3的表面涂布铸型涂料而形成的铸型涂膜，再穿过型砂2而排出到大气。

在本发明中，基于模具的模数（模具的体积÷模具的表面积）越大铸入时间越长的相关关系，根据下述以往的铸入时间的式（2）和过去的铸造数据，制作了考虑了模数的铸入时间的式（1）。（式（2）记载于日本铸件协会编丸善株式会社发行，修订4版铸件便览：85页）

[数学式1]

t = (W / A^{,}) / (ρ \cdot a \cdot m^{- b} \cdot \sqrt{2 g H^{,}}) . . . (1)

t：铸入时间（s）

W：铸入重量（kg）

A’：直浇道面积（cm²）

ρ：熔融金属密度（g/cm^-3）

a、b：常数

m：模数（模具的体积÷模具的表面积）

g：重力加速度

H’：从直浇道到模具上端的高度（cm）

[数学式2]

t = W / (ρ \cdot c \cdot A \cdot \sqrt{2 gH}) . . . (2)

c：流量系数

A：浇口开口（内浇道）相对于铸件的截面积（cm²）

H：有效水位差

这里，以往的式（2）是在浇口面积比直浇道面积小的情况下有效，但在消失模具铸造法中，在铸型内，模具燃烧时产生大量气体，因此需要使浇口面积比直浇道面积大以从浇口也进行排气。因此，在以往的式（2）中，铸入时间将浇口开口的截面积用作参数，而在本发明中，将其置换成直浇道面积。

这里，通过图2及图3说明可以认为模数越大铸入时间越长的机理。这些图概略地示出了铸造模型，图2的铸造模型1的模具是设表面积为S、体积为V、壁厚为w的情况，图3的铸造模型2的模具是相对于图2的模具，体积相同且壁厚为2倍，因此，表面积为一半。

在该条件下，尝试对单位时间内通过在模具表面涂布的铸型涂料的燃烧气体量及模数进行比较。由于单位时间的铸型涂料通过气体量与涂膜铸型的表面积成正比，所以单位时间的铸型涂料通过气体量比如下。

模具1：模具2＝a·S：aS/2（a是常数）

＝2：1...（3）

另一方面，由于模数是体积/表面积的比，所以模数比如下。

模具1：模具2＝V/S：2V/S

＝1∶2...（4）

从上述式（3）及式（4）可以判断，模数成为2倍时，单位时间的铸型涂料通过气体量成为1/2。也就是说，模数越大则单位体积的燃烧气体量越多，铸型的内压越高。铸型的内压变高，由此可以认为，铸入时间变长。由此，在计算消失模具铸造法中的铸入时间时，需要考虑模具的模数。

如上所述，通过计算消失模具铸造法中的铸入时间，能够实施以下附加的与铸造相关的事项。

·早期的铸造缺陷判定

通过对实际的铸入时间t1（秒）和由上述本发明的计算方法计算出的铸入时间t2（秒）进行比较，能够提前进行铸造缺陷的判定。关于t1与t2的关系和铸造缺陷的种类，例如如下所述地判定。此外，常数σ在本发明中被限定为

t1＞t2＋3σ：熔液流动性不良，残渣缺陷（模具的熔化残留物）

t1＜t2－3σ：铸入量不足，夹灰缺陷（塗型噛み）

即，在实际的铸入时间与计算出的铸入时间之间存在大幅差异的情况下，能够判断为产品发生了某些铸造缺陷。由此，若判定为产生了铸造缺陷，则通过在铸型粉碎前迅速地重新喷入，从而具有能够缩短冷却时间的时间损失这样的生产上的优点。

·熔融金属的流动解析用的铸入时间参数

将由上述本发明的计算方法算出的铸入时间用于熔融金属的流动解析用的计算，由此，能够以高精度模拟熔融金属的填充温度、最终填充部位等，因此，能够提高模拟的结果的可靠度。

（第一实施方式的实施例）

在外形尺寸为750×800×430（mm）且模数为2.15的、由发泡聚苯乙烯成型的模具的表面涂布铸型涂料（60～65波美）并使其干燥，然后，以与图1所示的结构同样的结构形成铸型，进行铸造。铸造材料是FC300（片状石墨铸铁），浇注时的熔融金属的温度（铸入温度）是1380℃，铸入重量是1.2吨（表1的铸造试样1）。同样地进行了铸入重量在1～13吨、模具的模数在1.9～2.5的范围中变化的铸造，获得表1记载的铸造试样2～6。在表1中，示出了铸造条件和计算出的铸入时间。

[表1]

这里，对上述式（1）涉及的计算式进行说明。

通过上述式（2）求出下述式（5）。式（5）是考虑了模数的情况下的铸入时间。

[数学式3]

t = (W / A^{,}) / (ρ \cdot c^{,} \cdot \sqrt{2 g H^{,}}) . . . (5)

将表1的铸造条件代入式（5），求出各个常数C’。其计算结果如表2所示。

[表2]

序号	模数	W/A’	铸入时间(s)	C’
					1	2.15	31	25	0.00050
2	2.41	56	47	0.00047
					3	2.41	58	54	0.00043
4	2.20	66	54	0.00049
					5	1.94	84	57	0.00059
6	1.94	84	61	0.00055

然后，将C’和模具的模数线图化（图4），并求出下述的近似式（6）。

（这里，上述常数a、b成为a＝0.0012、b＝1.0995）

C＝0.0012m^-1.0955 …（6）

将近似式（6）代入式（5）时，成为式（1）。

而且，将模数的值m＝1.8、2.0、2.2、2.4代入式（1）时，获得图5所示的线图。

图5示出了表1所示的铸造试样1～6的铸入时间的实际测量值。另外，还示出了W/A’与铸造试样No5、6相同且不考虑模数地仅通过上述式（2）设定铸入时间的情况（用×示出）。对不考虑该模数的情况和本发明进行比较时，不考虑模数的情况与本发明相比，铸入时间慢18秒，另外，最终填充温度低20℃左右。因此，根据本发明，能够将铸入时间设定成适当的时间，相应地能够可靠地获得品质良好的铸件。

[2]第二实施方式

图6是示出了示意地示出本发明的第二实施方式的消失模具铸造法的铸型21的剖面。该铸型21是通过在填充到未图示的砂箱内的型砂22内埋入模具23而构成的。

在型砂22内的模具23的周围形成有与模具连接的浇口24以及与该浇口24连接的浇道25。浇道25设有朝向铸型21的上表面的多个开口（图6中是2个），在一个（图6中的右侧）开口设置有直浇道26。另外，另一开口侧的浇道25特别用作排气通路27，在该排气通路27配设有仅使燃烧气体向铸型21外的大气中排放的过滤器28。

铸型21的制造按如下顺序进行。首先，在模具23的表面涂布以石墨为主成分的耐火性优良的铸型涂料并使其充分干燥。另一方面，在砂箱中以装入纸管等方法来形成浇道（包括排气通路27）25及浇口24，并且在砂箱内的大致中心部分配置并支承模具23。在该阶段，在排气通路27也配设过滤器28。然后，在砂箱内填充型砂22并埋没模具23，设置直浇道26。

型砂22除了采用以石英为主成分的硅砂以外，还可采用锆英砂、铬铁矿砂、合成陶瓷砂等新砂或旧砂。在型砂22中根据需要添加粘结剂或固化剂。

浇道25及浇口24的形成可以采用的市场销售品（例如，花王社制·奎克铸造用浇道管：EG横浇道CF-30S、CF-50S、CF-70S等，主成分是再生纸浆）等。另外，过滤器28可采用在与2号硅砂相当的砂中混入适当的粘合剂而成型为厚度40mm左右的多孔材料等。

模具23是通过手工使发泡聚苯乙烯等合成树脂性发泡体成型为期望形状而成的。铸型涂料采用例如花王社制·花王奎克PC260等，以厚度1.5～3.5mm、每10mm²的通气度1左右被涂布到模具的表面。

如上所述地制造出铸型21。利用该铸型21，从直浇道26浇注熔融金属（溶融的金属材料）时，熔融金属通过浇道25及浇口24而到达模具23，模具23被熔融金属熔解并消失，熔融金属被填充在消失空间中。即，模具23被置换成熔融金属。在模具23燃烧的浇注初期的阶段，燃烧气体大量产生，该燃烧气体通过浇道25的最下游的排气通路27的过滤器28而排出到大气中。另外，燃烧气体的一部分穿过在模具23的表面上涂布铸型涂料而形成的铸型涂膜，再穿过型砂22而排出到大气中。

在第二实施方式的铸型21中，型砂22内的浇口24的高度位置被设定在满足以下（a）～（c）条件中的任一个条件的位置。

（a）所铸造的产品的重心位置的高度。

（b）在所铸造的产品的重心位置起120mm以内的范围内且位于重心位置的下方。

（c）所铸造的产品的重心位置位于从产品的下端向上方440mm以内的范围的情况下，在从产品的下端向上方440mm的范围内，且比产品的重心位置靠上方。

在本发明中，将上述（a）作为最佳方式，但在实际制造时，根据设计上的情况等，存在不能将浇口设定在重心位置的高度的情况。此时，采用上述（b）或（c）的条件。即，本发明的浇口高度是将产品的重心位置的高度作为最佳高度，在难以采用该高度的情况下，设定在产品的重心位置附近的上方或下方。

这里，通过图7及图8说明重要部位位于铸件的上表面的情况下的本发明的优势（图7、图8中的斜线部分是熔融金属填充的铸造部分）。首先，图7示出了通过本发明铸造出重要部位210A位于上表面的一部分的铸件（产品）210的状态。重要部位210A是不允许产生上述残渣缺陷等铸造缺陷且应完成充满了熔融金属的致密铸造的部位。如图7所示，浇口24配置在铸件210的侧方（侧浇口型），重要部位位于浇口24的正上方位置。在该浇口24处于满足上述（a）～（c）中任一条件的高度位置的情况下，先向重要部位210A填充熔融金属，由此，在重要部位210A不易引起残渣缺陷。

另一方面，图8是浇口24配置在铸件210的底面的底浇口型，该情况下，大致整个面同时地完成上表面的熔融金属填充，容易在上表面整个面引起残渣缺陷。因此，重要部位210A容易存在残渣缺陷。

浇口高度影响熔融金属向被置换成铸件的模具区域填充的程度，若浇口过高，则在铸件的底面侧容易引起前述的残渣缺陷，若浇口过低，则在铸件的上表面侧容易引起残渣缺陷。本发明解决了该问题，浇口高度的上限及下限如上述（b）及（c）那样地设定。

首先，浇口高度的上限及下限为

H（上限）：从铸件的底面起的浇口高度的上限（mm）

H（下限）：从铸件的底面起的浇口高度的下限（mm）

Hgate：从铸件的底面起的浇口高度（mm）

此时，由下式（7）示出。

H（上限）≥Hgate≥H（下限）…（7）

式（7）的条件成立时，能够将高温的熔融金属填充到铸件即产品整体，能够减少残渣缺陷。这里，浇口高度的上限：H（上限）及下限：H（下限）根据铸造数据如下所述地求出。

Ha：铸件的底面（下端）高度位置（mm）

Hb：铸件的重心的高度位置（mm）

Hc：铸件的上表面（上端）高度位置（mm）

a、b：常数（浇注温度为1380℃，采用以发泡聚苯乙烯为主成分的发泡倍率50倍的手工制作模具的情况下，a＝440、b＝120）

此时，若Hb＜440

H（上限）＝Ha+a …（8）

H（下限）＝Hb-b …（9）

上述的Ha、Hb、Hc、“H（上限）＝Ha+a”、“H（下限）＝Hb-b”的概念如图9所示。

常数a、b从表3及图10、图11的线图中求出。这些表及线图是示出对变更了浇口高度位置的铸造试样1～7调查了铸件的底面及铸件的上表面的成型性的结果的铸造数据。在铸件的底面及上表面都有上述重要部位。

[表3]

首先，在观察表3中的铸件的底面的成型性时，可以确认Hgate（浇口高度）为最大440mm时成型性良好。另外，图10是示出铸件的底面的重要部位的熔融金属温度和从铸件的底面起的浇口高度之间的关系的线图，由此明确可知，从铸件的底面起的浇口高度为440mm以下的情况下，能够没有残渣缺陷地铸造出底面的重要部位。因此，采用a＝440。

另外，在观察表3中的铸件的上表面的成型性时，在Hgate-Hb（从铸件的重心位置起的浇口高度）为-120mm以内的情况下引起残渣缺陷。另外，图11是示出铸件的上表面的重要部位的熔融金属温度和从铸件的重心位置起的浇口高度之间的关系的线图，由此明确可知，从铸件的重心位置起的浇口高度为－120mm以下的情况下，能够没有残渣缺陷地铸造出上表面的重要部位。因此，采用b＝120。

以上，通过将型砂内的浇口的高度位置设定成满足上述（a）～（c）条件中的任一条件的位置，由此，铸件（产品）的底面及上表面的成型性良好，尤其能够实施在上表面的重要部位不易引起残渣缺陷的消失模具铸造法。此外，在表3中，铸造试样1～4是本发明例，5～7是本发明以外的比较例。

（第二实施方式的实施例）

在外形尺寸为750×800×430（mm）且由发泡聚苯乙烯成型的模具的表面涂布铸型涂料（60～65波美）并使其干燥，然后，以与图6所示的结构相同的结构形成铸型，进行铸造。铸型中的型砂内的浇口高度为根据铸件的重心而从模具的底面起435mm。该情况下，浇口高度的上限：H（上限）为440mm，下限：H（下限）为380.7mm。铸造材料为FC300（片状石墨铸铁），浇注时的熔融金属的温度（铸入温度）为1365℃，铸入重量为13吨。铸造的结果是，铸件的底面及上表面都没有发现残渣缺陷等铸造缺陷，能够获得良好的产品。

［3］第三实施方式

图12示出了示意地示出本发明的第三实施方式的消失模具铸造法的铸型31的剖面。该铸型31是通过在填充到未图示的砂箱内的型砂32内埋入模具33而构成的。

在型砂32内的模具33的周围形成有与模具连接的浇口34以及与该浇口34连接的浇道35。浇道35设置有朝向铸型31的上表面的多个开口（图12中是2个），在一个（图12中的右侧）开口设有直浇道36。另外，另一开口侧的浇道35特别用作排气通路37，在该排气通路37配设有仅使燃烧气体向铸型31外的大气中排放的过滤器38。

铸型31的制造按以下顺序进行。首先，在模具33的表面涂布以石墨为主成分的耐火性优良的铸型涂料并使其充分干燥。另一方面，在砂箱中以装入纸管等方法形成浇道（包括排气通路37）35及浇口34，并且在砂箱内的大致中心部分配置并支承模具33。在该阶段，在排气通路37也配设过滤器38。然后，将型砂32填充到砂箱内并埋入模具33，设置直浇道36。

型砂32除了可采用以石英为主成分的硅砂以外，还可采用锆英砂、铬铁矿砂、合成陶瓷砂等新砂或旧砂。在型砂32中根据需要添加粘结剂或固化剂。

浇道35及浇口34的形成可采用的市场销售品（例如，花王社制·奎克铸造用浇道管：EG横浇道CF-30S、CF-50S、CF-70S等，主成分是再生纸浆）等。另外，过滤器38可采用在与2号硅砂相当的砂中混入适当的粘合剂而成型的多孔材料等。

模具33是通过手工使发泡聚苯乙烯等合成树脂性发泡体成型为期望形状而成的。铸型涂料可采用例如花王社制·花王奎克PC260等，以厚度1.5mm～3.5mm、每10mm²的通气度1左右涂布到模具的表面。

如上所述地制造出铸型31。通过该铸型31，从直浇道36浇注熔融金属（溶融的金属材料）时，熔融金属通过浇道35及浇口34而到达模具33，模具33被熔融金属熔解并消失，熔融金属被填充在消失空间中。即，模具33被置换成熔融金属。在模具33燃烧的浇注初期的阶段，燃烧气体大量产生，该燃烧气体穿过浇道35的最下游的排气通路37的过滤器38而排出到大气中。另外，燃烧气体的一部分穿过在模具33的表面上涂布铸型涂料而形成的铸型涂膜，再穿过型砂32而排出到大气中。

图13示出了使用上述这样的铸型铸造之后粉碎型砂并取出的铸坯状态的铸造产品330。该情况下的产品330是向上方开口的长方体状的箱状物，在由底部及侧壁331包围的内部，形成有将内部空间分隔成4个部分的分隔壁332。在侧壁331上连接有被铸造出的浇口部分341及浇道部分351。该情况下，2个浇道部分3512是气体排出侧，1个浇道部分3511是直浇道侧。将铸造出的浇口部分341及浇道部分351从产品330上切断，然后，对产品330实施所需的加工而供使用。

在第三实施方式的铸型31中，因模具33燃烧、消失而产生的燃烧气体使内压上升，不过，通过根据产品（模具33）的模数（产品的体积÷产品的表面积）来控制过滤器38的气体通过截面积，从而使该内压为冒口压力以下，由此防止熔融金属从直浇道36返喷。

即，可以考虑，根据排气通路37的来自过滤器38的燃烧气体的通过截面积、铸型31及铸型涂膜的透气性和模数来确定铸型31的内压，在第三实施方式中，使铸型31的条件一定，设定与铸件单体的模数对应的过滤器38的气体通过截面积而使铸型31的内压为冒口压力以下。此外，如图12所示，冒口压力的大小与从模具33的上表面即直浇道面到直浇道的高度H相对应。例如高度H为700mm的情况下，冒口压力为0.044MPa。

如以下的实施例说明的那样，实际进行铸造，并调查过滤器的气体通过截面积、模数、熔融金属从直浇道的返喷这三者的关系。

（第三实施方式的实施例）

通过产品重量、模数、过滤器的气体通过截面积如表4所示的条件的铸造试样1～16，来调查从直浇道是否有返喷。铸型采用与图12所示的结构相同的结构，模具的外形尺寸为750×800×430（mm）且由发泡聚苯乙烯成型。在该模具的表面涂布铸型涂料（60～65波美）并使其干燥，然后，形成铸型并进行铸造。铸造材料是FC300（片状石墨铸铁），浇注时的熔融金属的温度（铸入温度）为1380℃，冒口压力为0.044MPa，条件相同。模数和气体通过截面积之间的关系如图14所示。另外，表4一并记载了有无（×表示有、○表示无）返喷。

[表4]

本实施例（冒口压力为0.044MPa）的情况下，根据图14求出下述（10）式。

S≥1533.8e^a·M…（10）

S：过滤器的气体通过截面积（mm²）

M：产品的模数

a：常数（根据铸造条件而不同，第三实施方式中是0.3724）

而且，考虑上述（10）式和过滤器的通气度时，下述（11）式成立。

S≥107·e^a·M/P …（11）

P：通气度（第三实施方式中是6550）

通过使用该（11）式，能够将过滤器的气体通过截面积设定成与模数及过滤器的通气度相应的没有返喷的值。

像这样根据产品（模具）的模数调整过滤器的气体通过截面积，能够可靠地使因燃烧气体的产生带来的铸型的内压始终为冒口压力以下，从而防止从直浇道返喷。该方法不需要如现有技术那样地在模具上形成通孔这样的作业，简易并且也不会带来工序的增加。另外，由于也不需要将冒口压力设定得较高，所以能够维持成品率，并能够抑制成本的上升。

另外，在不发生返喷的范围内，能够进行尽可能地加快浇注速度这样的操作，由此，能够实现熔融金属的迅速填充并能够将最终填充温度保持得较高，其结果是，还具有能够获得残渣少的高质量的铸件产品这样的优点。

［4］第四实施方式

图15示出了示意地示出本发明的第四实施方式的消失模具铸造法的铸型41的剖面。该铸型41是通过在填充到未图示的砂箱内的型砂42内埋入模具43而构成的。

模具43是在梯形的山部43a的下侧形成有凸缘部43b的截面呈帽形的圆筒部件。在型砂42内形成有与模具43的凸缘部43b连接的浇口44以及与该浇口44连接的浇道45。该情况下的浇道45具有：在模具43的下方连通浇口44之间的下部浇道45a；和从一个（图15中的右侧）浇口44铅直向上地延伸并在铸型41的上表面开口的铅直浇道45b，铅直浇道45b的开口设置成直浇道46。

另外，在型砂42内，以在型砂42内密闭的状态形成有多个燃烧气体排出用的空腔47。这些空腔47沿上下方向延伸，该情况下，存在从模具43的凸缘部43b向上方延伸的空腔、以及从不与铅直浇道45b连接的另一个（图15中的左侧）浇口44向上方延伸的空腔。这些空腔47的上端被定位于与模具43的最上部即山部43a的上端面一致的高度。而且，在该空腔的上端配设有仅使在铸造时产生的燃烧气体经由型砂42向铸型41外的大气中排放的过滤器48。

铸型41的制造按如下顺序进行。首先，在模具43的表面涂布以石墨为主成分的耐火性优良的铸型涂料并使其充分干燥。另一方面，在砂箱内以装入纸管等方法形成浇道45、浇口44及空腔47，并且在砂箱内的大致中心部分配置并支承模具43。在该阶段，在空腔47中也配设过滤器48。然后，将型砂42填充到砂箱内并埋入模具43，设置直浇道46。

型砂42除了可采用以石英为主成分的硅砂以外，还可采用锆英砂、铬铁矿砂、合成陶瓷砂等新砂或旧砂。在型砂42中根据需要添加粘结剂或固化剂。

浇道45、浇口44及空腔47的形成可采用的市场销售品（例如，花王社制·奎克铸造用浇道管：EG横浇道CF-30S、CF-50S、CF-70S等，主成分是再生纸浆）等。另外，过滤器48可采用在与2号硅砂相当的砂中混入适当的粘合剂而成型为厚度40mm左右的多孔材料等。

模具43是通过手工使发泡聚苯乙烯等合成树脂性发泡体成型而成的。铸型涂料可采用例如花王社制·花王奎克PC260等，以厚度1.5mm～3.5mm、每10mm²的通气度1左右涂布到模具的表面。

如上所述地制造出铸型41。通过该铸型41，从直浇道46浇注熔融金属（溶融的金属材料）时，熔融金属通过浇道45及浇口44而到达模具43，模具43被熔融金属熔解并消失，熔融金属被填充到消失空间中。即，模具43被置换成熔融金属。在模具43燃烧的浇注初期的阶段，燃烧气体大量产生，该燃烧气体进入到空腔47内，穿过被设置在空腔47的上端的过滤器48，再穿过型砂42而排出到大气中。另外，燃烧气体的一部分穿过在模具43的表面涂布铸型涂料而形成的铸型涂膜，再穿过型砂42而排出到大气中。图15的铸型41内的箭头示出了像这样地向铸型41外排出的燃烧气体的流动。

在上述铸型41中，因模具43燃烧、消失而产生的燃烧气体使内压上升，但根据燃烧气体被导入到多个空腔47中、以及燃烧气体穿过过滤器48或穿过铸型涂料而向型砂42排出，将该内压控制成不超过冒口压力。冒口压力与从相当于模具43的最上部（山部43a的上端面）的直浇道面到直浇道46的高度H相对应。例如高度H为700mm的情况下，冒口压力为0.044MPa。

能够利用设置在空腔47的上端的过滤器48的气体通过截面积进行上述内压的控制，该情况下，过滤器48的气体通过截面积设定成至少比将空腔47向大气开放的情况下的空腔47的截面积大（例如8倍左右）。

根据上述第四实施方式，设置在铸型41内的燃烧气体排出用的空腔47的上端被设定在与模具43的最上部即山部43a的上端一致的高度，因此，即使提高直浇道46的高度而不提高冒口压力，也能够将燃烧气体充分地导入到空腔47。因此，能够尽可能地抑制直浇道46的高度并以必要最小限度的冒口压力进行铸造。其结果是，能够减少铸型整体的高度及型砂的使用量，从而实现成本的降低。

另外，由于将燃烧气体导入到被密闭于铸型41内的空腔47，熔融金属当然不会穿过过滤器48而向铸型41外喷出，能够进行安全的铸造。另外，将重物载置于铸型41的上表面来进行铸造的情况下，由于空腔47不在该上表面开口，所以还有重物的形状、载置重物的布局的自由度高的优点。

此外，在上述实施方式中，空腔的上端的位置被设定在与模具的最上部一致的高度，但在本发明中，也可以以空腔的上端与模具的最上部一致或在其下方为条件，不限于上述实施方式。

（第四实施方式的实施例）

利用与图15所示的铸型相同结构的铸型进行实际铸造。即，由发泡聚苯乙烯成型出如下尺寸的模具：凸缘部的底面的直径为山部的上表面的直径为壁厚为150mm、模数（体积÷表面积）为6，在该模具的表面涂布铸型涂料（60～65波美）并使其干燥，然后，形成铸型并进行铸造。在铸型内，以与模具连接的状态形成多个空腔，这些空腔的上端与模具的最上部一致。而且，在各空腔的上端设置有气体通过截面积总计为62000mm²的过滤器。

铸造材料为FC300（片状石墨铸铁），浇注时的熔融金属的温度（铸入温度）为1380℃，浇注时间为37秒，铸入重量为2.2吨。铸造时，当然没有熔融金属喷出，能够获得质量良好的铸件。

Claims

1.一种消失模具铸造法，其中，向铸型中浇注熔融金属，该铸型通过在型砂内埋设由树脂性发泡体形成的模具而构成，利用该熔融金属使所述模具消失的同时铸造出产品，其特征在于，

根据所述模具的模数(模具的体积÷模具的表面积)设定铸造时的铸入时间，

通过下述式(1)计算出所述铸入时间，

[数学式1]

t = (w / A^{,}) / (ρ \cdot a \cdot m^{- 6} \cdot \sqrt{2 g H^{,}}) \cdot \cdot \cdot (1)

t：铸入时间(s)

W：铸入重量(kg)

A’：直浇道面积(cm²)

ρ：熔融金属密度(g/cm^-3)

a、b：常数

m：模数(模具的体积÷模具的表面积)

g：重力加速度

H’：从直浇道到模具上端的高度(cm)。

2.如权利要求1所述的消失模具铸造法，其特征在于，

对根据所述式(1)计算出的铸入时间和实际铸造时的铸入时间进行比较，基于两者的差异来判断是否存在铸造缺陷。

3.如权利要求1所述的消失模具铸造法，其特征在于，

基于根据所述式(1)计算出的铸入时间进行铸造模拟。