CN107107167A

CN107107167A - 消失模铸造方法

Info

Publication number: CN107107167A
Application number: CN201580061348.4A
Authority: CN
Inventors: 堤之; 堤一之
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2017-08-29
Anticipated expiration: 2035-10-19
Also published as: JP6284468B2; KR20170070119A; US10130989B2; KR101949063B1; WO2016080132A1; TWI586455B; DE112015005190B4; DE112015005190T5; US20170312812A1; JP2016097409A; TW201634148A; CN107107167B

Abstract

本发明提供一种消失模铸造方法，能够抑制填充到泡沫模型的内部的型砂上浮，铸造成品状态良好的铸件。在泡沫模型(2)上设置使铸型(1)的外部与空腔部(3)连通的开口部(4)，在开口部(4)涂布涂层剂。将涂布于开口部(4)的涂层剂视为截面二次矩为I、铅垂方向的板厚为h、长度为L的梁。此时，将空腔部(3)的体积设为V(mm³)，将向空腔部(3)填充的型砂的体积密度设为ρs(kg/mm³)，将熔液的密度设为ρm(kg/mm³)，将相对于铅垂方向的开口部(4)的角度设为θ，将浇注时温度变为最高时的涂层剂的抗弯强度设为σb(MPa)。此外，选定开口部(4)的截面形状、开口部(4)的角度θ以及涂层剂的抗弯强度σb以满足以下的式，σbI>V(ρm‑ρs){(hL/2)sinθ‑cosθ}。

Description

消失模铸造方法

技术领域

本发明涉及一种铸造铸件的消失模铸造方法。

背景技术

针对基于通常的砂型铸造的方法，提出了多个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3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4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5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6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消失模铸造方法。

用于解决课题的方案

本发明提供一种消失模铸造方法，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，在所述泡沫模型设置使所述铸型的外部与所述空腔部连通的开口部，在所述开口部涂布所述涂层剂，并且，当将涂布于所述开口部的所述涂层剂视为截面二次矩为I、铅垂方向的板厚为h、长度为L的梁时，选定所述开口部的截面形状、所述开口部的角度以及所述涂层剂的抗弯强度，以便当将所述空腔部的体积设为V(mm³)、将朝所述空腔部填充的所述型砂的体积密度设为ρs(kg/mm³)、将所述熔液的密度设为ρm(kg/mm³)、将所述开口部相对于铅垂方向的角度设为θ、将浇注时温度变为最高时的所述涂层剂的抗弯强度设为σb(MPa)时，满足以下的式，

σbI＞V(ρm-ρs){(hL/2)sinθ-cosθ}。

发明效果

根据本发明，在泡沫模型上设置使铸型的外部与空腔部连通的开口部，在开口部涂布涂层剂。当进行铸造时，空腔部由涂布于开口部的涂层剂支承。当将支承空腔部的开口部的涂层剂假定为截面二次矩I、铅垂方向的板厚h、长度L的梁时，根据梁理论导出上述的式。因此，通过选定开口部的截面形状、开口部的角度以及涂层剂的抗弯强度以满足上述的式，能够避免开口部的涂层剂受到损伤。由此，能够抑制填充到泡沫模型的内部的型砂上浮，由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是型腔铸造法的侧视剖视图。

图4是型腔铸造法的侧视剖视图。

图5是型腔铸造法的侧视剖视图。

图6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消失模铸造方法是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。需要说明的是，泡沫模型的空腔部是通过铸造而形成在产品内的空腔部分。

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-FC300)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、固化剂。

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，在泡沫模型上设置使铸型的外部与空腔部连通的开口部，在开口部涂布涂层剂，并且选定开口部的截面形状、开口部的角度以及涂层剂的抗弯强度，以便满足以下的式(1)。

σbI＞V(ρm-ρs){(hL/2)sinθ-cosθ}……式(1)

此处，σb为浇注时温度变为最高时的涂层剂的抗弯强度(弯曲强度)(MPa)，V为空腔部的体积，ρs为朝空腔部填充的型砂的体积密度，ρm为熔液的密度，θ为相对于铅垂方向的开口部的角度。另外，当将涂布于开口部的涂层剂视为梁时，I为截面二次矩，h为铅垂方向的板厚(mm)，L为梁的长度(mm)。

(涂层剂的强度)

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。此处，如图1以及图2所示，考虑使用在内部具有空腔部3的长方体的泡沫模型2上沿着水平方向(θ＝90°)设置有使泡沫模型2的外部与空腔部3连通的开口部4的铸型1、从而铸造在内部具备空腔部3的铸件的情况。此处，泡沫模型2的宽度为a(mm)，进深为b(mm)，高度为c(mm)。另外，空腔部3的宽度为d(mm)，进深为e(mm)，高度为f(mm)。另外，开口部4的直径为D(mm)，长度为l(mm)。另外，铸型1的周围由型砂5覆盖。需要说明的是，泡沫模型2的形状并不限定于长方体。

首先，根据阿基米德原理，通过以下的式(2)求出作用于空腔部3的浮力F。

F＝V(ρm-ρs)……式(2)

当进行铸造时，空腔部3由涂布于开口部4的涂层剂支承。将支承空腔部3的开口部4的涂层剂假定为截面二次矩为I、铅垂方向的板厚为h、长度为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(3)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(3)

若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，则在以下的式(4)成立时，能够避免开口部4的涂层剂受到损伤，也就是说，不会产生填充于空腔部3的砂上浮的“漂芯”。

σb＞σmax……式(4)

当将式(3)代入式(4)时，成为式(5)。

σbI＞hV(ρm-ρs)L/2……式(5)

例如，当将开口部4设为圆柱状时，涂层剂为圆管状的层。当将开口部4的圆柱的直径设为D、将涂层剂的厚度设为t时，截面二次矩I用以下的式(6)表示。另外，铅垂方向的板厚h用以下的式(7)表示。

I＝π{D⁴-(D-2t)⁴}/64……式(6)

h＝D/2……式(7)

因此，当将从式(6)以及式(7)得到的值分别代入式(5)时，只要选择具有式(5)成立的高温强度σb的涂层剂即可。

(开口部的截面形状)

另外，若对式(5)进行变形，则成为式(8)。

I＞hV(ρm-ρs)L/2σb……式(8)

因此，通过设计开口部4的截面形状以使得截面二次矩I满足式(8)，能够避免产生“漂芯”。

(开口部的角度)

此处，上述的开口部4沿着水平方向(θ＝90°)设置。当沿着水平方向(θ＝90°)设置开口部4时，作用于开口部4的涂层剂的应力最大。但是，若改变开口部4的角度，则能够使作用于开口部4的涂层剂的应力σmax减小。若将相对于铅垂方向的开口部4的角度设为θ(0°≤θ≤180°)，将开口部4的涂层剂假定为梁，则浮力的轴向分量Fa为以下的式(9)，其直角方向分量Fv为以下的式(10)。

Fa＝Fcosθ……式(9)

Fv＝Fsinθ……式(10)

当将开口部4的涂层剂的截面积设为A、并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(11)那样概算。

σmax＝M/I×t/2-Fa＝hFvL/2I-Fa

＝V(ρm-ρs){(hL/2I)sinθ-cosθ}……式(11)

当将式(11)代入式(4)时，成为式(12)。

σbI＞V(ρm-ρs){(hL/2)sinθ-cosθ}……式(12)

因此，通过选定开口部4的截面形状、开口部4的角度θ以及涂层剂的抗弯强度σb以满足式(12)，能够避免开口部4的涂层剂受到损伤。

例如，在决定开口部4的截面形状以及角度θ的情况下，通过使用满足式(12)的抗弯强度σb的涂层剂，能够避免开口部4的涂层剂受到损伤。另外，在决定涂层剂的抗弯强度σb的情况下，通过以成为满足式(12)的截面二次矩I的方式设计开口部4的截面形状以及角度θ，能够避免开口部4的涂层剂受到损伤。

(实施例)

接着，作为溶液使用灰铸铁(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D为16mm且长度l为25mm的开口部的铸型，从而铸造铸件。此处，在图1以及图2中，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。在表1中示出涂层剂的种类。

【表1】

在空腔部中填充“呋喃自硬砂”。该“呋喃自硬砂”是通过混炼砂、树脂与固化剂而成的。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固化性的呋喃树脂，相对于砂的添加量为0.8％。另外，作为固化介质在自硬性砂中使用的固化剂为将二甲苯磺酸系固化剂以及硫酸系固化剂混合而成的呋喃树脂用的固化剂，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(2)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。需要说明的是，难以直接测定涂层剂的高温强度。当代入式(5)而谋求开口部的涂层剂的截面二次矩I时，成为以下所示那样。

I＝π{16⁴-(16-2×0.8)⁴}/64＝1.1×10³

另外，式(3)的右边成为以下所示那样。

hV(ρm-ρs)L/2I＝8×14×25/(1.1×10³)

＝2.5MPa

此处，一般情况下，涂层剂的高温强度(浇注时温度变为最高时的涂层剂的抗弯强度)小于常温的抗弯强度(使涂层剂干燥而测定到的抗弯强度)。因此，为了防止“漂芯”，只要选择常温的抗弯强度高于高温强度即2.5MPa的涂层剂即可。涂层剂A不满足式(5)，因此不予采用。涂层剂B的常温的抗弯强度高于2.5MPa，因此选择涂层剂B。其结果是，能够铸造不产生“漂芯”的铸件。

(效果)

如以上叙述的那样，根据本实施方式所涉及的消失模铸造方法，在泡沫模型2上设置使铸型1的外部与空腔部3连通的开口部4，在开口部4涂布涂层剂。当进行铸造时，空腔部3由涂布于开口部4的涂层剂支承。当将支承空腔部3的开口部4的涂层剂假定为截面二次矩I、铅垂方向的板厚h、长度L的梁时，根据梁理论导出上述的式(12)。因此，通过选定开口部4的截面形状、开口部4的角度以及涂层剂的抗弯强度以满足上述的式(12)，能够避免开口部4的涂层剂受到损伤。由此，能够抑制填充到泡沫模型2的内部的型砂上浮，因此能够铸造成品状态良好的铸件。

另外，当将相对于铅垂方向的开口部4的角度θ设为90°时，作用于开口部4的涂层剂的应力最大。但是，即便在该情况下，通过选择开口部4的截面形状以及涂层剂的抗弯强度以满足上述的式(5)，也能够避免开口部4的涂层剂受到损伤。

至此，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，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 铸型

2 泡沫模型

3 空腔部

4 开口部

5 型砂

12 泡沫模型

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

1.一种消失模铸造方法，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，

在所述泡沫模型设置使所述铸型的外部与所述空腔部连通的开口部，在所述开口部涂布所述涂层剂，

当将涂布于所述开口部的所述涂层剂视为截面二次矩为I、铅垂方向的板厚为h、长度为L的梁时，选定所述开口部的截面形状、所述开口部的角度以及所述涂层剂的抗弯强度，以便当将所述空腔部的体积设为V(mm³)、将朝所述空腔部填充的所述型砂的体积密度设为ρs(kg/mm³)、将所述熔液的密度设为ρm(kg/mm³)、将所述开口部相对于铅垂方向的角度设为θ、将浇注时温度变为最高时的所述涂层剂的抗弯强度设为σb(MPa)时，满足以下的式子，

σbI＞V(ρm-ρs){(hL/2)sinθ-cosθ}。

2.根据权利要求1所述的消失模铸造方法，其特征在于，

将所述开口部相对于铅垂方向的角度θ设为90°。