CN107000039A - 浮力传递夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种浮力传递夹具，能够抑制填充到泡沫模型的内部的型砂上浮，从而铸造成品状态良好的铸件。浮力传递夹具(1、101)具有：棒状的棒部(2)，其经由设于泡沫模型(12)而使铸型(11)的外部与空腔部(13)连通的开口部(14)从铸型(11)的外部配置至空腔部(13)的内部，并且配置在填充到空腔部(13)以及开口部(14)的硬化性的砂内；以及板状的叶片部(3)，其被设为与棒部(2)连续，且配置在型砂(15)内。

Description

浮力传递夹具

技术领域

本发明涉及一种在铸造铸件的消失模铸造方法中使用的浮力传递夹具。

背景技术

针对基于通常的砂型铸造的方法，提出了多种铸造尺寸精度优异的铸件的方法。例如开发了熔模铸造法(也被称作失蜡铸造)、石膏铸型铸造法、消失模铸造法等。

消失模铸造法是指如下方法：在将向泡沫模型的表面涂布涂层剂而成的铸型埋入到型砂中之后，朝铸型内注入金属的熔液，使泡沫模型消失而置换成熔液，由此铸造铸件。

在专利文献1中公开了根据模型的模量(模型的体积÷模型的表面积)设定铸造时的浇铸时间的消失模铸造法。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-110577号公报

发明内容

然而，在通常的型腔铸造法中，在制作具有内部空间的铸件的情况下，如作为侧视剖视图的图10所示，在形成于上模21与下模22之间的空腔23内配置与铸件的内部空间相当的形状的被称作砂芯24的砂型。但是，如作为侧视剖视图的图11所示，在铸造中，砂芯24被熔液包围，沿着铅垂方向受到浮力。因此，若不存在支承砂芯24的支承部分，则砂芯24会上浮。若砂芯24上浮，则会制作出内部空间的位置偏移的铸件。

因此，如作为侧视剖视图的图12所示，在砂芯24上设置沿着水平方向突出的被称作芯头的剩余部25，经由剩余部25利用上模21与下模22支承砂芯24，由此防止砂芯24的上浮。

另一方面，在消失模铸造法的情况下，在泡沫模型的内部填充型砂来制作内部空间的形状，但无法在产品外的部分设置芯头来支承填充到泡沫模型的内部的型砂。因此，在铸造中，填充到泡沫模型的内部的型砂被熔液包围，产生沿着铅垂方向受到浮力而上浮的“漂芯”。

因此，如作为侧视剖视图的图13所示，在泡沫模型12的上部设置使被型砂15包围的泡沫模型12的外部与泡沫模型的内部连通的宽广的开口部分17，对填充到泡沫模型12的内部的型砂16赋予浮力以上的载荷。由此，防止填充到泡沫模型12的内部的型砂16的上浮。但是，在要铸造的铸件的形状受到限制的情况下，无法在泡沫模型12上设置宽广的开口部分17，无法采用消失模铸造法。

本发明的目的在于提供一种能够抑制填充到泡沫模型的内部的型砂上浮、从而制造成品状态良好的铸件的浮力传递夹具。

用于解决课题的方案

本发明提供一种浮力传递夹具，其应用于消失模铸造方法，在所述消失模铸造方法中，在将向内部具有空腔部的泡沫模型的表面涂布涂层剂而成的铸型埋入型砂中之后，朝所述铸型内注入金属的熔液，使所述泡沫模型消失而置换成所述熔液，由此铸造铸件，其特征在于，具有：棒状的棒部，其经由设于所述泡沫模型而使所述铸型的外部与所述空腔部连通的开口部从所述铸型的外部配置至所述空腔部的内部，并且配置在填充到所述空腔部以及所述开口部的硬化性的砂内；以及板状的叶片部，其被设为与所述棒部连续，且配置在所述型砂内。

发明效果

根据本发明，通过在填充到空腔部以及开口部的硬化性的砂内配置棒部，作用于空腔部内的砂的浮力传递至棒部。另外，通过使被设为与棒部连续的叶片部配置在铸型的外部的型砂内，由此从棒部传递至叶片部的浮力由铸型的外部的型砂承受。由此，能够使填充到开口部的硬化性的砂产生相对于浮力的反作用力(阻力)。因此，能够抑制填充到泡沫模型的内部的硬化性的砂上浮，因此能够抑制填充到开口部的硬化性的砂的变形。其结果是，能够使涂布于开口部的涂层剂不受损伤，因此能够铸造成品状态良好的铸件。

附图说明

图1是铸型的侧视剖视图。

图2是从A方向观察图1的侧视图。

图3是浮力传递夹具的侧视图。

图4是铸型的侧视剖视图。

图5是浮力传递夹具的侧视图。

图6是铸型的侧视剖视图。

图7是从A方向观察图1的侧视图。

图8是铸型的剖面图。

图9是示出叶片部的长度L与A/F之间的关系的图。

图10是型腔铸造法的侧视剖视图。

图11是型腔铸造法的侧视剖视图。

图12是型腔铸造法的侧视剖视图。

图13是消失模铸造法的侧视剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。

(消失模铸造方法)

本发明的实施方式的浮力传递夹具应用于消失模铸造方法。消失模铸造方法是在将向泡沫模型的表面涂布涂层剂而成的铸型埋入到型砂(干砂)中之后，朝铸型内注入金属的熔液，使泡沫模型消失而置换成熔液，由此铸造铸件的方法。

消失模铸造方法具有：将金属(铸铁)熔化而形成熔液的熔化工序；使泡沫模型成形的成形工序；以及在泡沫模型的表面涂布涂层剂而形成铸型的涂布工序。此外，消失模铸造方法具有：将铸型埋入到型砂中并将型砂填充至铸型的各个角落的造型工序；以及通过朝铸型内注入熔液(熔融金属)，使泡沫模型熔化而置换成熔液的浇铸工序。并且，消失模铸造方法具有：对注入到铸型内的熔液进行冷却而形成铸件的冷却工序；以及将铸件与型砂分离的分离工序。

作为形成熔液的金属，能够使用灰铸铁(JIS-FC250)、片状石墨铸铁(JIS-FCD450)等。另外，作为泡沫模型，能够使用泡沫苯乙烯等泡沫树脂。另外，作为涂层剂，能够使用二氧化硅系骨料的涂层剂等。另外，作为型砂，能够使用以SiO₂为主成分的“硅砂”、锆砂、铬铁矿砂、合成陶瓷砂等。需要说明的是，也可以朝型砂添加粘结剂、硬化剂。

需要说明的是，涂层剂的厚度优选为3mm以下。这是因为，若涂层剂的厚度为3mm以上，则需要重复3次以上涂层剂的涂布与干燥，耗费工时，并且使厚度容易变得不均匀。

此处，在本实施方式中，如作为铸型的侧视剖视图的图1以及作为从A方向观察图1的侧视图的图2所示，在长方体的泡沫模型12的内部设置有空腔部13。即，在本实施方式中，铸造具有内部空间的铸件。另外，在泡沫模型12沿着水平方向贯穿设置有使铸型11的外部与空腔部13连通的开口部14。此处，泡沫模型12的宽度为a(mm)，进深为b(mm)，高度为c(mm)。另外，空腔部13的宽度为d(mm)，进深为e(mm)，高度为f(mm)。另外，开口部14的直径为D(mm)，长度为l(mm)。朝空腔部13以及开口部14填充硬化性的砂。另外，铸型11的周围由型砂15覆盖。需要说明的是，泡沫模型12的形状不限于长方体。另外，开口部14不限于沿着水平方向设置的结构，也可以形成为沿着铅垂方向或者相对于铅垂方向倾斜的方向设置的结构。

(浮力传递夹具)

如作为侧视图的图3所示，本实施方式的浮力传递夹具1具有棒状的棒部2、以及与棒部2连续地设置的板状的叶片部3。棒部2的截面形状为矩形，截面的一边的长度比3mm长。棒部2的轴向的长度例如为70mm，但不限于此。另外，叶片部3的尺寸例如为30～100(mm)×10(mm)×2(mm)，但不限于此。

如作为铸型的侧视剖视图的图4所示，在硬化性的砂完全硬化之前，浮力传递夹具1的棒部2插入到开口部14。棒部2经由开口部14从铸型11的外部配置至空腔部13的内部，并且，配置在填充到空腔部13以及开口部14的硬化性的砂内。此时，叶片部3配置在铸型11的外部的型砂15内。叶片部3的表面以及背面面朝铅垂方向。

需要说明的是，如作为侧视图的图5所示，浮力传递夹具101的棒部2与叶片部3也可以正交。棒部2的轴向的长度例如为40mm，但不限于此。另外，叶片部3的尺寸例如为30～70(mm)×10(mm)×2(mm)，但不限于此。如作为铸型的侧视剖视图的图6所示，在硬化性的砂完全硬化之前，浮力传递夹具101的棒部2插入到开口部14。此时，叶片部3配置在铸型11的外部的型砂15内。叶片部3的表面以及背面面朝水平方向。

此处，在消失模铸造方法中，通过朝铅垂方向下方吸引空气来进行减压。因此，如后所述，当由型砂15承受传递至叶片部3的浮力时，叶片部3的表面以及背面面朝铅垂方向的情况使得叶片部3容易被型砂15限制。

(涂层剂的强度)

此处，根据阿基米德原理，通过以下的式(1)求出作用于空腔部13的浮力F。

F＝V(ρm-ρs)……式(1)

此处，V为空腔部13的体积，ρs为朝空腔部13填充的砂的体积密度，ρm为熔液的密度。

将支承空腔部13的开口部14的涂层剂假定为截面二次矩I、铅垂方向的板厚h、长度L的梁。当根据梁理论谋求在端部作用浮力F的悬臂梁的最大应力σmax时，如下式(2)那样概算。需要说明的是，以开口部4内的砂不承受载荷为前提。

σmax＝M/I×t/2＝hFL/2I＝hV(ρm-ρs)L/2I……式(2)

将浇注时温度变为最高时的涂层剂的抗弯强度(高温强度)设为σb。并且，在以下的式(3)成立时，能够避免开口部14的涂层剂受到损伤，也就是说，不会产生填充于空腔部13的砂上浮的“漂芯”。

σb＞σmax……式(3)

此处，在实际的铸造中，填充到开口部14的砂借助基于树脂添加的硬化或者像石墙那样牢固地堆积的石墙效果，具有作为连续体的强度。在该情况下，朝开口部14的涂层剂施加的应力减少由填充到开口部14的砂引起的相对于浮力的阻力量α。因此，将式(3)表示为式(4)。

σb＞σmax-α……式(4)

但是，在沿着水平方向设置的开口部14的上部等，难以进行紧密的砂填充。因此，即便通过圆振动的赋予或减压而实现砂填充密度的提高，也难以利用填充到开口部14的砂获得较大的阻力。因而，大多需要选定具有满足式(3)的高温强度σb的涂层剂。

但是，开口部14的安装位置、截面形状受到限制，涂层剂的性能存在极限，在不满足式(3)的情况下，通过使用浮力传递夹具1、101，也能够防止“漂芯”。即，并非仅凭借填充到开口部14的砂产生作为连续体的阻力，而是利用浮力传递夹具1、101抑制开口部14整体的变形。此处，朝空腔部13以及开口部14填充硬化性的砂(例如呋喃自硬砂)。这是因为，通过利用铸型11的外部的型砂15承受从空腔部13内的砂传递至棒部2进而传递至叶片部3的浮力，在开口部14产生相对于浮力的反作用力(阻力)。

通过在填充到空腔部13以及开口部14的硬化性的砂内配置棒部2，作用于空腔部13内的砂的浮力朝棒部2传递。另外，通过将与棒部2连续地设置的叶片部3配置在铸型11的外部的型砂15内，从棒部2传递至叶片部3的浮力由铸型11的外部的型砂15承受。由此，能够使填充到开口部14的硬化性的砂产生相对于浮力的反作用力(阻力)。因此，能够抑制填充到泡沫模型12的内部的砂上浮，因此能够抑制填充到开口部14的硬化性的砂的变形。其结果是，能够使涂布于开口部14的涂层剂不受损伤。

此处，如上所述，传递至棒部2的浮力经由叶片部3而由铸型11的外部的型砂15承受。因此，若在铸型11的外部与型砂15接触的棒部2以及叶片部3的面积小，则无法充分承受浮力，导致空腔部13内的砂移动。

若将由开口部14内的砂产生的阻力设为N1、将涂层剂的变形阻力设为N2，则当作用于空腔部13内的砂的浮力F满足以下的式(5)时，能够抑制浮力传递夹具1、101的移动。

N1+N2≥F……式(5)

当假定为N2与N1相比足够小时，式(5)成为式(6)。

N1与砂和浮力传递夹具1、101之间的摩擦力、砂压(均与接触面积成比例)的相关性强。因此，将N1表示为浮力传递夹具1、101与铸型11的外部的型砂15的接触面积A的函数。根据后述的实验结果，将式(6)表示为式(7)。

A≥7×10¹F……式(7)

浮力传递夹具1、101与铸型11的外部的型砂15的接触面积A满足上述的式(7)，由此能够使填充到开口部14的硬化性的砂理想地产生相对于浮力的反作用力(阻力)。

需要说明的是，只要接触面积A满足上述的式(7)，则叶片部3的形状不限定于板状，也可以是棒状、球状、圆柱状、棱柱状。

另外，在棒部2的截面形状为圆形的情况下，如作为从A方向观察图1的侧视图的图7所示，存在填充到空腔部13的硬化性的砂以开口部14为轴旋转的情况。此时，填充到开口部14的砂以棒部2为中心旋转。但是，通过将棒部2的截面形状设为矩形，利用与棒部2的截面矩形的角的接触阻力，能够抑制填充到开口部14的砂以棒部2为中心旋转。由此，能够抑制填充到空腔部13的硬化性的砂以开口部14为轴旋转。

另外，通过使棒部2的截面的一边的长度长于3mm，能够进一步抑制填充到开口部14的砂以棒部2为中心旋转。由此，能够进一步抑制填充到空腔部13的硬化性的砂以开口部14为轴旋转。

(漂芯评价)

接着，使浮力传递夹具1、101的形状不同，对“漂芯”的有无进行评价。使用密度ρm为7.1×10^-6kg/mm³的灰铸铁(JIS-FC250)，填充砂的体积密度ρs为1.4×10^-6kg/mm³的自硬性砂，进行该评价。将其结果示于表1。此处，叶片部的形状的栏的“弯曲”是指棒部2与叶片部3正交的图5所示的浮力传递夹具101。在该栏中未记载为“弯曲”是指图3所示的浮力传递夹具1。

【表1】

No.	棒部的截面形状(mm)	叶片部的形状(mm)	A/F	漂芯的有无
					1	5×5	10×30	43	△
2	5×5	10×50	71	○
					3	5×5	10×70	100	○
4	5×5	10×30(弯曲)	43	△
					5	5×5	10×50(弯曲)	71	○
6	5×5	10×70(弯曲)	100	○
					7	Φ5	10×30(弯曲)	43	△
8	Φ5	10×50(弯曲)	71	△
					9	Φ5	10×70(弯曲)	100	△
10	3×3	10×30(弯曲)	43	△
					11	3×3	10×50(弯曲)	71	△

从评价的结果可知，通过使用浮力传递夹具1、101，能够抑制“漂芯”。需要说明的是，评价结果为“△”表示空腔部13内的砂以开口部14为轴旋转等。例如，对于叶片部3的长度为50mm以上的浮力传递夹具，当将直径为5mm的截面圆形的棒部与截面的一边为5mm的截面矩形的棒部进行比较时，前者的空腔部13倾斜等，而后者能够完全抑制变形。从该结果可知，棒部2的截面形状优选为矩形。另外，可知棒部2的截面的一边的长度最好大于3mm。

另外，当叶片部3的长度为30mm以下时，如作为铸型的剖面图的图8所示，可知空腔部13倾斜而无法完全抑制变形。这是因为，无法利用铸型11的外部的型砂15充分保持浮力传递夹具1、101。因此，需要增大浮力传递夹具1、101与铸型11的外部的型砂15的接触面积。

当将灰铸铁的密度以及自硬性砂的体积密度代入式(1)时，

F＝V(ρm-ρs)＝50×50×100×(7.1-1.4)

＝1.4kgf＝14N

若将由开口部14内的砂产生的阻力设为N1、将涂层剂的变形阻力设为N2，则当作用于空腔部13的浮力F满足以下的式(5)时，能够利用铸型11的外部的型砂15抑制浮力传递夹具1、101的移动。

N1+N2≥F……式(5)

当假定为N2与N1相比足够小时，式(5)成为式(6)。

N1与砂和浮力传递夹具1、101的摩擦力、砂压(均与接触面积成比例)的相关性强。因此，将N1表示为浮力传递夹具1、101与铸型11的外部的型砂15的接触面积A的函数。在表1的结果中，对于棒部2的截面为5×5mm的方棒，在图9中示出叶片部3的长度L与A/F之间的关系。从图9可知，式(6)表示为式(7)。

A≥7×10¹F……式(7)

因此，可知通过使浮力传递夹具1、101与铸型11的外部的型砂15的接触面积A满足式(7)，能够使填充到开口部14的硬化性的砂理想地产生相对于浮力的反作用力(阻力)。

(实施例)

接着，作为熔液使用灰铸铁(JIS-FC250)，使用在长方体的泡沫模型的内部设置长方体的空腔部、并沿着水平方向(θ＝90°)配置有直径16mm且长度25mm的开口部的铸型，从而铸造铸件。此处，泡沫模型的宽度a为100mm，进深b为100mm，高度c为200mm。另外，空腔部的宽度d为50mm，进深e为50mm，高度f为100mm。另外，灰铸铁的密度ρm为7.1×10^-6kg/mm³。

在空腔部中填充“呋喃自硬砂”。该“呋喃自硬砂”是通过混炼砂、树脂与硬化剂而成的。在自硬性砂中使用的砂为硅砂(主成分为SiO₂)。另外，作为粘结剂在自硬性砂中使用的树脂为含有糠醇的酸硬化性的呋喃树脂，相对于砂的添加量为0.8％。另外，作为硬化介质在自硬性砂中使用的硬化剂为将二甲苯磺酸系硬化剂以及硫酸系硬化剂混合而成的呋喃树脂用的硬化剂。硬化剂相对于呋喃树脂的添加量为40％。该自硬性砂的体积密度ρs为1.4×10^-6kg/mm³。

当将灰铸铁的密度以及自硬性砂的体积密度代入式(1)时，成为以下所示那样。

F＝V(ρm-ρs)＝50×50×100×(7.1-1.4)＝1.4kgf＝14N

此处，涂抹两次高温强度σb不详的涂层剂，将涂层剂的平均厚度设为0.8mm。将涂层剂的常温下的特性示于表2。

【表2】

通过选择由具有板厚2mm、长度70mm、宽度10mm的叶片部、棒部的截面积为5×5mm的方棒构成的形状的浮力传递夹具1、101，满足式(7)。此时，A为121mm²。通过将该浮力传递夹具1、101的棒部从开口部插入至空腔部，不会产生“漂芯”，能够获得成品状态良好的铸件。

(效果)

如以上所述，根据本实施方式所涉及的浮力传递夹具1、101，通过在填充到空腔部13以及开口部14的硬化性的砂内配置棒部2，将作用于空腔部13内的砂的浮力传递至棒部2。另外，通过将与棒部2连续地设置的叶片部3配置在铸型11的外部的型砂15内，从棒部2传递至叶片部3的浮力由铸型11的外部的型砂15承受。由此，能够使填充到开口部14的硬化性的砂产生相对于浮力的反作用力(阻力)。因此，能够抑制填充到泡沫模型12的内部的硬化性的砂上浮，因此，能够抑制填充到开口部14的硬化性的砂的变形。其结果是，能够使涂布于开口部14的涂层剂不受损伤，因此能够铸造成品状态良好的铸件。

另外，通过使浮力传递夹具1、101与铸型11的外部的型砂15的接触面积A满足上述的式(7)，由此能够使填充到开口部14的硬化性的砂理想地产生相对于浮力的反作用力(阻力)。由此，能够理想地抑制填充到泡沫模型12的内部的硬化性的砂上浮。

另外，在棒部2的截面形状为圆形的情况下，存在填充到空腔部13的硬化性的砂以开口部14轴旋转的情况。此时，填充到开口部14的砂以棒部2为中心旋转。但是，通过将棒部2的截面形状形设为矩形，利用与棒部2的截面矩形的角的接触阻力，能够抑制填充到开口部14的砂以棒部2为中心旋转。由此，能够抑制填充到空腔部13的硬化性的砂以开口部14为轴旋转。

另外，通过使棒部2的截面的一边的长度长于3mm，能够进一步抑制填充到开口部14的砂以棒部2为中心旋转。由此，能够进一步抑制填充到空腔部13的硬化性的砂以开口部14为轴旋转。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但仅是例示了具体例，没有特别限定本发明，能够对具体的结构等进行适当设计变更。另外，关于发明的实施方式所记载的作用以及效果，仅是列举了根据本发明产生的最优选的作用以及效果，本发明所带来的作用以及效果并不限定于本发明的实施方式所记载的作用以及效果。

附图标记说明：

1、101 浮力传递夹具

2 棒部

3 叶片部

11 铸型

12 泡沫模型

13 空腔部

14 开口部

15 型砂

16 型砂

17 开口部分

21 上模

22 下模

23 空腔

24 砂芯

25 剩余部

Claims (4)

1.一种浮力传递夹具，其应用于消失模铸造方法，在所述消失模铸造方法中，在将向内部具有空腔部的泡沫模型的表面涂布涂层剂而成的铸型埋入型砂中之后，朝所述铸型内注入金属的熔液，使所述泡沫模型消失而置换成所述熔液，由此铸造铸件，

其特征在于，

所述浮力传递夹具具有：

棒状的棒部，其经由设于所述泡沫模型而使所述铸型的外部与所述空腔部连通的开口部从所述铸型的外部配置至所述空腔部的内部，并且配置在填充到所述空腔部以及所述开口部的硬化性的砂内；以及

板状的叶片部，其被设为与所述棒部连续，且配置在所述型砂内。

2.根据权利要求1所述的浮力传递夹具，其特征在于，

所述浮力传递夹具与所述铸型的外部的所述型砂之间的接触面积A相对于对所述空腔部内的所述硬化性的砂作用的浮力F满足以下的式，

A≥7×10¹F。

3.根据权利要求1或2所述的浮力传递夹具，其特征在于，

所述棒部的截面形状为矩形。

4.根据权利要求3所述的浮力传递夹具，其特征在于，

所述棒部的截面的一边的长度长于3mm。