JP2000301291A - 金型鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】薄肉部を備える鋳鉄製品の多数個取りを行うと
きに鋳造割れを防止できる金型鋳造方法を提供する。 【解決手段】固定型１１と可動型１３との間にキャビテ
ィ部１７が形成される複数の金型１４ａ，１４ｂを垂直
方向に並べて配置する。各金型１４ａ，１４ｂのキャビ
ティ部１７に連通する湯口系２２，２３から溶湯を注湯
し、下方の金型１４ａのキャビティ部１７から順に上方
の金型１４ｂのキャビティ部１７まで充填した後、該溶
湯を凝固させ、薄肉部を備える鋳鉄製品を多数個取りす
る。各金型１４ａ，１４ｂの可動型１３を独立に作動可
能とする。先に溶湯が充填された金型１４ｂから順に該
可動型１３を作動させて金型を開く。金型１４ａ，１４
ｂは中子１６を備え、キャビティ部１７は中子１６と固
定型１１及び可動型１３との間に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄肉部を備える鋳
鉄製品を多数個取りする金型鋳造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】金型鋳造により得られる鋳鉄製品とし
て、例えば、内燃機関の排気管（エキゾーストマニホー
ルド）が知られている。前記エキゾーストマニホールド
は、従来砂型を用いる鋳造装置により製造されている
が、前記砂型は１回の鋳造毎に形成され鋳造後には崩さ
れるので量産性が低い。そこで、前記砂型に変えて金型
を用いることが提案されている。

【０００３】図１示のように、エキゾーストマニホール
ド１は、内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）に各別
に接続される接続部２と、各接続部２が集合する集合部
３とからなる。各接続部２はフランジ４を介して前記シ
リンダヘッドに接続され、集合部３はフランジ５を介し
てマフラー（図示せず）に接続される。前記エキゾース
トマニホールド１において、フランジ４，５は肉厚に形
成されるが、各接続部２と集合部３とは肉薄に形成され
る。

【０００４】前記エキゾーストマニホールド１の金型鋳
造方法に用いられる鋳造装置は、例えば図５（ａ）示の
ように、固定型１１と、摺動入れ子１２と、可動型１３
とを備えている。固定型１１、摺動入れ子１２、可動型
１３は組み合わされて、内部に図１示のエキゾーストマ
ニホールド１の外形に沿う形状の空洞部１５を形成し、
空洞部１５に中空のシェル中子１６が配設される。シェ
ル中子１６は、図１に破線で示すエキゾーストマニホー
ルド１の内形に沿う形状に成形されている。そして、空
洞部１４に配設されたシェル中子１６と、固定型１１、
摺動入れ子１２、可動型１３との間に、溶湯が注湯され
るキャビティ部１７が形成される。

【０００５】図５（ｂ）は、図５（ａ）示の可動型１３
を除いた状態の金型を図５（ａ）に矢示する方向から見
た図であり、固形型１１は、受口２１、湯口２２、湯道
２３、ゲート２４からなる湯口系を備え、該湯口系から
注湯される溶湯がキャビティ部１７に充填されるように
なっている。

【０００６】図５示の鋳造装置を用いる金型鋳造方法で
は、まず受口２１から溶湯を注湯し、湯口２２、湯道２
３を介して、ゲート２４からキャビティ部１７に充填す
る。次に、キャビティ部１７に充填された溶湯を凝固せ
しめたのち、所定時間後に可動型１３を作動させて金型
を開き、鋳造品を離型することにより、エキゾーストマ
ニホールド１を得ることができる。

【０００７】図５示の鋳造装置は１つの湯口系に１つの
金型を対応させるものであるので、前記装置を用いる金
型鋳造方法では、１回の操作につき、１個の鋳造品が得
られるに過ぎない。しかし、工業的には装置の設置面積
を節約すると共に、単位時間当りに得られる製品数を増
加させるために、１つの湯口系に複数の金型を対応さ
せ、１回の操作により複数個の鋳造品が得られる多数個
取りを行うことが好ましい。

【０００８】そこで、図２示のように、固定型１１と可
動型１３とを備える複数の金型１４ａ，１４ｂを垂直方
向に並べて配置した装置を用いる鋳造方法が知られてい
る。図２示の装置は、図２（ａ）示の可動型１３を除い
た状態の金型を図２（ａ）に矢示する方向から見た図２
（ｂ）に示すように、垂直方向に上下２層に並べて配置
された金型１４ａ，１４ｂを、さらに受口２１に続く湯
口２２の左右に１対ずつ配置し、湯口２２から複数の湯
道２３を分岐させると共に、各湯道２３を各金型１４
ａ，１４ｂのゲート２４に接続したものである。

【０００９】図２示の装置を用いる従来の鋳造方法によ
れば、溶湯を注湯するときには、該溶湯は受口２１から
湯口２２を経て、まず下層の金型１４ａ，１４ａのキャ
ビティ部１７に導入され、次いで上層の金型１４ｂ，１
４ｂのキャビティ部１７に充填される。そして、上層の
金型１４ｂ，１４ｂのキャビティ部１７に充填された前
記溶湯が凝固した後、図４（ｂ）示のように、上下の金
型１４ｂ，１４ｂの可動型１３を同時に作動させること
により、金型１４ｂ，１４ｂが開かれ、鋳造品が離型さ
れる。従って、前記従来の鋳造方法によれば、１回の操
作により各金型１４ｂ，１４ｂから４個の鋳造品を得る
ことができる。

【００１０】しかしながら、前記エキゾーストマニホー
ルド１を鋳造する場合には、下層の金型１４ａから得ら
れる鋳造品に鋳造割れが発生することがあり、製品歩留
りが低減するとの不都合がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる不都
合を解消して、薄肉部を備える鋳鉄製品の多数個取りを
行うときに鋳造割れを防止することができる金型鋳造方
法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、図２示の
ような装置を用いて、多数個取りによるエキゾーストマ
ニホールドの鋳造を行うときに、下層の金型１４ａにお
いて鋳造割れが発生する原因について検討した。その結
果、前記鋳造割れは前記エキゾーストマニホールドのフ
ランジ４，５のような肉厚の部分では発生せず、接続部
２や集合部３のような肉薄の部分で発生することが判明
した。

【００１３】前記鋳造割れが発生する理由として、先に
充填された下方の金型の前記溶湯は、上方の金型に充填
された溶湯よりも早く凝固し、凝固収縮を開始すること
が考えられる。前記金型に充填された溶湯が凝固収縮す
るときには、鋳造品が前記金型に拘束されるため、該拘
束に抗するに足る強度が要求されるが、該強度は凝固収
縮の進行に伴って増大する。そこで、先に凝固が始まる
下方の金型では、上方の金型に充填された溶湯が凝固す
るまでの間に、前記肉薄の部分で該鋳造品の強度が前記
拘束に耐えきれなくなり、前記鋳造割れを起こすものと
考えられる。前記金型、特に銅合金等からなる金型は、
熱伝導性が高く前記溶湯が冷却されやすいため、前記現
象が起き易くなる。

【００１４】そこで、本発明の金型鋳造方法は、前記目
的を達成するために、固定型と可動型との間に所定の形
状のキャビティ部が形成される複数の金型を垂直方向に
並べて配置し、各金型のキャビティ部に連通する湯口系
から溶湯を注湯し、該溶湯を垂直方向に並べて配置され
た下方の金型のキャビティ部から順に上方の金型のキャ
ビティ部まで充填した後、該溶湯を凝固させることによ
り、薄肉部を備える鋳鉄製品を多数個取りする金型鋳造
方法において、各金型の前記可動型をそれぞれ独立に作
動可能とすると共に、各金型に充填された前記溶湯の凝
固に応じ、先に前記溶湯が充填された金型から順に該可
動型を作動させて金型を開くことを特徴とする。

【００１５】本発明の金型鋳造方法によれば、各金型の
可動型がそれぞれ独立に作動可能とされているので、垂
直方向に並べて配置された下方の金型のキャビティ部か
ら上方の金型のキャビティ部に順に溶湯を充填したの
ち、各金型に充填された前記溶湯の凝固に応じて、各可
動型を個別に作動させることができる。従って、前記溶
湯の凝固及び凝固収縮が早い、先に前記溶湯が充填され
た金型から順に該可動型を作動させることにより、該金
型から得られる鋳造品が凝固収縮時に金型に拘束される
ことを防止して、鋳造割れの発生を阻止することができ
る。

【００１６】本発明の金型鋳造方法は、鋳鉄製品に薄肉
部を形成するために、前記固定型と可動型との間に配設
される中子を備え、該中子と該固定型及び可動型との間
に前記キャビティ部が形成されるような金型に適用する
ことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、添付の図面を参照しながら
本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図
１は本実施形態で得られる鋳造品である内燃機関の排気
管（エキゾーストマニホールド）の斜視図であり、図２
は図１示のエキゾーストマニホールドの鋳造に用いられ
る金型鋳造装置の構成を示す説明図であり、図３は図２
の部分拡大図であり、図４は図２示の金型鋳造装置の作
動説明図である。

【００１８】本実施態様の金型鋳造方法により製造され
る鋳造品は、図１示のように、４気筒の内燃機関用のエ
キゾーストマニホールド１であり、該内燃機関の４つの
シリンダヘッド（図示せず）に各別に接続される４つの
接続部２と、各接続部２が集合する集合部３とからな
る。各接続部２と集合部３とは中空であり、内部で連通
している。また、各接続部２はフランジ４を介してシリ
ンダヘッドに接続され、集合部３はフランジ５を介して
マフラー（図示せず）に接続されるようになっている。
そして、前記シリンダヘッドから排出される高温の排気
が、各接続部２から集合部３を介して前記マフラーに導
かれる。

【００１９】前記エキゾーストマニホールド１では、フ
ランジ４，５は肉厚に形成されているが、各接続部２と
集合部３とは肉薄に形成されている。

【００２０】本実施形態において、前記エキゾーストマ
ニホールド１の金型鋳造方法に用いられる鋳造装置は、
図２（ａ）示のように、固定型１１と、摺動入れ子１２
と、可動型１３とを備える金型１４ａ，１４ｂが垂直方
向に並べて配置されている。金型１４ａ，１４ｂは、例
えば全量の０．３５〜１．５重量％のクロムを含む銅合
金により形成され、金型１４ａが下層に、金型１４ｂが
上層に配置されており、さらに図２（ｂ）示のように受
口２１に続く湯口２２の両側に各１対ずつ配置されてい
る。湯口２２からは、各金型１４ａ，１４ｂに対応する
湯道２３が分岐し、ゲート２４を介して各金型１４ａ，
１４ｂに溶湯を導入するようになっている。

【００２１】次に、図３に示す金型１４ｂを例として、
各金型１４ａ，１４ｂの構成を詳細に説明する。図２か
ら明らかなように、金型１４ａと金型１４ｂとは基本的
に同一の構成を備えている。

【００２２】図３（ａ）示のように、金型１４ｂは、固
定型１１、摺動入れ子１２、可動型１３が組み合わされ
て、内部に図１示のエキゾーストマニホールド１の外形
に沿う形状の空洞部１５を形成し、空洞部１５に中空の
シェル中子１６が配設される。シェル中子１６は、例え
ば、表面にフェノール樹脂がコーティングされた鋳物砂
により、図１に破線で示すエキゾーストマニホールド１
の内形に沿う形状に成形される。そして、空洞部１５に
配設されたシェル中子１６と、固定型１１、摺動入れ子
１２、可動型１３との間に、溶湯が注湯されるキャビテ
ィ部１７が形成される。

【００２３】シェル中子１６は、固定型１１に挿入され
る支持ピン１８ａと、摺動入れ子１２に挿入される支持
ピン１８ｂとによって支持されて固定されている。１９
は鋳込み穴１９ａを形成するための入れ子であり、２０
はガス抜き孔である。

【００２４】図３（ｂ）は、図３（ａ）示の可動型１３
を除いた状態の金型を図３（ａ）に矢示する方向から見
た図である。図３（ｂ）示のように、固形型１１は、受
口２１、湯口２２、湯道２３、ゲート２４を備え、受口
２１から注湯された溶湯が湯口２２、湯道２３を介し
て、ゲート２４からキャビティ部１７に導入されるよう
になっている。図３（ｂ）において、２５ａ，２５ｂは
ガス抜き孔であり、２６は湯道２２に設けられたフィル
ターでありセラミック等の耐熱性の多孔質体からなる。

【００２５】本実施形態の鋳造方法でエキゾーストマニ
ホールド１の鋳造を行うときには、金型１４ａ，１４ｂ
を所定温度に加熱し、受口２１から球状黒鉛鋳鉄等の溶
湯を注湯する。すると、前記溶湯は、まず受口２１から
湯口２２の底部に達し、下層の金型１４ａの湯道２３を
介してゲート２４からキャビティ部１７に導入される。

【００２６】前記溶湯は下層の金型１４ａのキャビティ
部１７に充填されると、次に、その液面が湯口２２に沿
って上昇し、上層の金型１４ｂの湯道２３を介してゲー
ト２４からキャビティ部１７に導入される。そして、前
記溶湯が上層の金型１４ｂのキャビティ部１７に充填さ
れる。

【００２７】このとき、金型１４ａ，１４ｂは前記クロ
ム−銅合金からなり熱伝導率が高いので、先に充填され
た下層の金型１４ａでは前記溶湯の凝固が始まってい
る。従って、上層の金型１４ｂに充填された溶湯の凝固
を待って、金型１４ａ，１４ｂを開くと、下層の金型１
４ａではエキゾーストマニホールド１の薄肉部が凝固収
縮の際に金型１４ａ拘束されて鋳造割れを起こす虞があ
る。

【００２８】そこで、本実施形態では、下層の金型１４
ａのキャビティ部１７に充填された前記溶湯が凝固した
ならば、上層の金型１４ｂのキャビティ部１７に充填さ
れた前記溶湯の凝固を待たずに、下層の金型１４ａの可
動型１３を作動させ、図４（ａ）示のように下層の金型
１４ａを開く。上層の金型１４ｂは、下層の金型１４ａ
が開かれて、上層の金型１４ｂのキャビティ部１７に充
填された前記溶湯が凝固した後、その可動型１３を別途
作動させることにより開かれる。

【００２９】本実施形態の鋳造方法では、前記のよう
に、金型１４ａ，１４ｂの可動型１３を独立に作動させ
ることにより、各金型１４ａ，１４ｂのキャビティ部１
７に充填された前記溶湯の凝固に応じて適切な時期に、
各金型１４ａ，１４ｂを開くことができる。従って、エ
キゾーストマニホールド１のように薄肉部を有する鋳造
品であっても、その薄肉部が凝固収縮時に金型１４ａ，
１４ｂに拘束されることがなく、鋳造割れを防止するこ
とができる。

【００３０】本実施形態では、金型が上下２層に並べて
配置されている場合について説明しているが、前記金型
はさらに多層に並べて配置されていてもよい。この場合
には、先に溶湯が充填された層から順に各層の金型を開
くようにする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋳造方法で得られる鋳造品の一例を示
す斜視図。

【図２】本発明の鋳造方法に用いられる金型鋳造装置の
一構成例を示す説明図。

【図３】図２の部分拡大図。

【図４】図２示の金型鋳造装置の作動説明図。

【図５】金型鋳造装置の一構成例を示す説明図。

【符号の説明】

１…鋳造品、 １１…固定型、 １３…可動型、 １４
ａ，１４ｂ…金型、１６…中子、 １７…キャビティ
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯島 幸雄 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 山中 敏則 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 中庭 芳昭 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 4E093 NA03 NB02 UA05

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定型と可動型との間に所定の形状のキャ
   ビティ部が形成される複数の金型を垂直方向に並べて配
   置し、各金型のキャビティ部に連通する湯口系から溶湯
   を注湯し、該溶湯を垂直方向に並べて配置された下方の
   金型のキャビティ部から順に上方の金型のキャビティ部
   まで充填した後、該溶湯を凝固させることにより、薄肉
   部を備える鋳鉄製品を多数個取りする金型鋳造方法にお
   いて、 各金型の前記可動型をそれぞれ独立に作動可能とすると
   共に、各金型に充填された前記溶湯の凝固に応じ、先に
   前記溶湯が充填された金型から順に該可動型を作動させ
   て金型を開くことを特徴とする金型鋳造方法。
2. 【請求項２】前記金型は、鋳鉄製品に薄肉部を形成する
   ために、前記固定型と可動型との間に配設される中子を
   備え、前記キャビティ部は該中子と該固定型及び可動型
   との間に形成されることを特徴とする請求項１記載の金
   型鋳造方法。