JP2003503211A - 鋳造方法及び装置 - Google Patents
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- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
Description
ような大型の鉄合金物品の鋳造用方法及び装置に係わる。
ドが鋳造品の外表面と、モールドキャビティ方向に溶融した鉄合金を注入する湯
道とを形成する。生砂モールドは、モールド部材に加圧成形された、砂、粘土及
び水の混合である。生砂モールドは、鋳造中に溶融金属を収容するための十分な
構造的一体性を提供し、これによって鋳造の外壁を構成するように、十分な厚み
を有する。しかし、生砂モールドの構造的一体性は、完全に満足できるものでな
く、生砂は、作業者の手によって加えられる圧力で容易に曲がる。
ンダヘッドの排気、吸気及び冷媒通路や他の内部通路を形成するコアエレメント
を位置決めして保持するために、キャビティと、予め形成されたキャビティ部分
とが設けられる。
形成する一体のコアエレメントと複数のシリンダからの複数の排気路を形成する
ワンピースのコアエレメントとを互いに交差させるように配置していることが多
い。このような方法では、冷媒コアの第1のエレメントを、生砂モールド内に配
置し、吸気用及びシリンダの排気用通路を形成するコアエレメントを、生砂モー
ルド内に配置し、冷媒コアの第2のエレメントを、接着剤を使用して冷媒コアの
第1のエレメントと結合させることが多い。この方法は、実質的な労働コストと
信頼性に欠ける鋳造品の発生の原因になる。接着剤を使用する場合、鋳造中に複
数の冷媒ジャケットコアエレメントを確実に一体に保持すべく、作業者は接着剤
を正確に塗布する必要がある。また、作業者は、製造中に冷媒ジャケットコアの
2つのエレメントを確実に組み立てて、且つ、そのコアエレメントを互いに確実
に位置決めする生砂モールドの対向部分を損傷せずに生砂内に別体のコアエレメ
ントを組み立てる必要がある。この製造方法では、コアエレメントを生砂モール
ド内に組み立てるときに、モールドの生砂が作業者によって変形されることや、
複数のコアエレメントの互いに対する確実な配置を維持するに当たって、信頼性
に欠けることがある。その結果、シリンダヘッドの内壁の厚みが製造中に確実に
維持される保証が無く、信頼性のない鋳造品が生じる実質的な恐れがある。
法によって改良された。この改良された方法では、互いに係合する複数のワンピ
ース型コアエレメントが、信頼できる壁厚のシリンダヘッドを形成するように確
実に位置決めされてその位置に維持される交差する通路形成部分を有し、且つ、
金属の量を減少させることを可能にする、一体のコア組立体を構成する。この改
良された方法では、コア組立体は、例えば、単一品の冷媒ジャケットコアと、単
一品の排気コアと、単一品の吸気コアとを含み、これらはいずれも、確実に位置
決めされると共に、一体のコア組立体に共に保持され、このコア組立体は、生砂
モールドを使用している製造者による一層信頼性の無いコアエレメントの組立体
を不要にする。この改良された方法では、一体のコア組立体はその全体が、生砂
モールドに溶融鉄合金を注入する前に、生砂モールド内に配置されていた。
、硬化樹脂を混合した高級「コア砂」で形成され、コア砂硬化剤混合物を加圧し
て加圧したまま樹脂を硬化させることによって、コアエレメントを形成すること
ができ、これによって、取り扱いと、モールドのキャビティに注入される溶融金
属によってコアエレメントの外表面に加えられる力とに耐え得る十分な構造的一
体性を有するコアエレメントを形成するようになっている。溶融鉄合金が硬化し
た後にシリンダヘッドの内部からコア砂を除去できるように、コア砂樹脂は、華
氏300〜400度程度の温度で分解するように選択される。
されることが望ましい。モールドに使用された生砂の回収も望ましいが、生砂−
粘土混合物の大部分は、経済的にリサイクルできず鋳物工場から搬出して廃棄せ
ざるを得ないまでに鋳造工程で質が落ちることがある。このような鋳造品の生産
高は、年間数百万個のシリンダヘッドに上ることが多いので、鋳造工程の生砂の
残滓の処理と処分のコストは、鋳物工場の操業に重い非生産的なコストを課して
いる。加えて、コア砂には、鋳造工程にそれを再使用することができない程度に
生砂が混合されていることが多い。
の鋳造品の内外両表面を提供する「コア砂」組立体と置換することによって、生
砂の使用を不要にする。本発明では、鋳造品の内部通路を画成するコアエレメン
トを形成するために使用されるものと同一のコア砂で形成されたモールドが使用
される。いずれもコア砂で形成されたモールド及びコアエレメントが組み立てら
れた後、これらは、モールド/コア組立体内への溶融鉄合金の注入中、及び、溶
融鉄合金が硬化して鋳造品を形成する冷却期間中、組み立てられたモールドとコ
アとのエレメントを一体に保持する側面を有するキャリアに入れられる。モール
ド/コア組立体のキャリアは、例えば、精錬炉に使用される耐火ライニング材で
鋳造された絶縁シェル等を含む幾つかの形態をとることができる。耐火シェルは
コア砂製モールド/コア組立体を支持するのに十分な厚みを有してもよく、或い
は、支持金属枠内に設けられた薄壁の耐火シェルであってもよい。このような耐
火シェルエレメントは、廃棄又は再生が必要になるまで、鋳造作業に繰り返し使
用することができる。しかし、キャリアは、回りを囲む支持構造によって支持さ
れる薄くて交換可能な金属壁であって、支持構造は、その薄く交換可能な壁の外
表面を大気に露出して冷却するために十分に開放されていることが好ましい。
コア砂製モールド/コア組立体が設けられる。モールド/コア組立体は、一つず
つモールドキャリアに搭載されて、注入ステーションに搬送され、そこで、コア
砂製モールド/コア組立体に溶融金属が充填される。注入されたモールド/コア
組立体及びキャリアは、次に、鋳造物が形成されるまで自然冷却され、その冷却
期間後に、アンローディングステーションに移送され、そこで、キャリアが反転
されて、鋳造品が取り出され、コア砂が鋳造品の内部空間から除去される。鋳造
品は、その後、検査及び更なる加工作業に供され、コア砂は、更なる複数のコア
砂エレメント、即ち、モールドエレメント、コアエレメント、或いは両者を準備
するために回収される。
ールドエレメント及びコアエレメントの組合せと置換することによって、生砂が
不要にされている。生砂の使用を不要にすることによって、生砂及びその土バイ
ンダのコストや、生砂とコア砂とこれらの各バインダとの混合に伴う問題や、過
剰な生砂の処理に関する環境関連コストが回避される。
かになるであろう。
立体キャリア10の一実施例の斜視図である。図1に示すように、モールド/コ
ア組立体用キャリア10は、製鉄釜の炉をライニングするのに使用される耐火材
のような鋳造用耐火材で形成されたライナ11を含むことができる。このような
耐火ライナ11は鋼製ジャケット12内に設けることができる。図1は、開口し
ている頂部分を除いて、ライナ11を囲み、耐火ライナに十分な構造的強度を与
えるものとして鋼製ジャケット12を図示しているが、鋼製ジャケットは、図5
に示すように、例えば、山形鋼及びストラップ鋼で作られた支持用鋼製フレーム
に減量することができる。図1は、耐火ライナ11を示すために、一端が部分的
に破断されている。
い限りキャリア10が反転するように、キャリア10の重心の下の回転軸14上
に位置する回動ピン13を設けることができる。更に、鋼製ジャケット12には
、耐火ライナ11を交換する必要がある場合に、その耐火ライナ11を鋼製スリ
ーブ12から容易に破砕して除去できるように、一つ又は複数の開口15を設け
ることができる。
ールド/コア組立体20を示している。図2に示すように、下側モールドエレメ
ント22には、一般的に、モールドエレメント21、22に使用されるコア砂で
夫々形成された複数の組み立てられたコアエレメントを含むコア組立体23を位
置決めするために、表面22aが設けられている。更に図2に示すように、モー
ルドエレメント21、22には、モールドキャビティ25を充填するために溶融
鉄合金が注入されて運搬される通路24が設けられている。
外表面及びその内部通路を形成する内表面を含むことができる。例えば、コア組
立体23の下側には、その外(コア組立体23の下側で図2に図示されていない
)の部分に隣接するキャビティ部分を設けることができる。図2は、溶融鉄合金
用の通路24が両モールドエレメント21、22に形成されるものとして図示し
ているが、通路は、主に一方のモールドエレメントに形成することができる。モ
ールド/コア組立体20には、矢印付き破線26で示すように、上側モールドエ
レメント21が下側モールドエレメント22上に重ねられ、位置決めされる。
され、位置決め表面22aによってその中に位置決めされ、上側モールドエレメ
ント21が下降移動され且つ互いに係合するモールドエレメントの表面によって
モールドエレメント22上に位置決めされて、モールド/コア組立体20が完成
する。そして、モールド/コア組立体20は図3に示すように、溶融鉄合金を受
ける開口24が上方を向いた状態でキャリア10の中央キャビティ11a内に降
下させられる。キャビティ11aの内側面は、モールド/コア組立体20の重量
を利用してコアエレメント21、22を近接関係に保持させるためにテーパ状に
することができる。但し、キャビティ11a及びキャビティ40a(図6)の側面
のテーパは、分かり易く図示するために大いに誇張されている。
ア10が準備され、プロセスの別の第1工程101で図2に示す複数のモールド
/コア組立体20が準備される。工程102では、モールド/コア組立体20が
、図3に示すキャリア10内に配置され、注入ステーション103に搬送され溶
融鉄合金が注入開口24を介してモールド/コア組立体20内に注入される。次
いで、キャリア10及び注入されたモールド/コア組立体20は、ある期間、例
えば45分間、溶融鉄合金を硬化させて鋳造品を形成させるために保持領域に置
かれる。この保持期間は、図4に、工程103と工程104との間に破線で図示
されている。保持期間の後、キャリア10は、アンローディングステーション1
04に移動され、そこで、キャリアが反転させられ、鋳造品とモールド/コア組
立体の残滓とを排出して、更なる処理用に供する。更なる処理では、モールド/
コア組立体20のモールドエレメント21、22及びコアエレメント23の両者
からのコア砂が、線106で示すように、更なるモールドエレメント又はコアエ
レメント又は両方を準備すべく、再生及び再使用のために工程105で回収され
る。線106で示すように、回収されたコア砂は、例えば、これを工程101で
モールド/コア組立体を準備するために使用する前に更なる樹脂を供給すること
によって再生することができる。
実施例では、モールド/コア組立体20は、比較的薄い耐火ライナ31によって
担持される。耐火ライナ31は、例えば、注入中に構造用支持体32及びライナ
31がモールド/コア組立体20を支持するように離間された山形鋼33とスト
ラップ鋼34との溶接物である構造用フレーム枠32によって、支持される。本
発明の別の実施例では、ライナ31は、構造用フレーム枠32によって支持され
る薄い金属シートで形成してもよい。
しい実施例を斜視図で示す。図6の好ましいモールド/コアキャリア40は、耐
火材ライナを使用せずに、キャリア40には、モールド/コア組立体20の側面
と係合して、その位置決めの結果、注入及び鋳造金属の冷却中に(図4の工程1
03及び104)モールド/コア組立体を一体に保持するための、2つの薄く交
換可能な金属シート41が使用されている。例えば1/4インチ厚の鋼シートのよ
うなこの2つの薄く交換可能な金属シート41構造用フレーム枠42内に挿入さ
れ、タック溶接で所定位置に保持されてもよい。構造用フレーム枠42は、両端
がフレーム枠の端部43に溶接された複数のサイドスラット44によって所定位
置に保持される一対のテーパ状フレーム枠端43で構成することができる。図6
に示すように、スラット44は、薄い金属シート41の外表面を大気に露出して
鋳造品を冷却するために、広く離間されている。
れてスラット44を貫通して延びる複数のスタッドによって、フレーム枠内に浮
遊可能に収容されていてもよい。ここで、スタッド48上にはロックナット49
がシートから遠ざかる方向に離間して設けられ、モールド/コア組立体がキャリ
ア40に挿入されるときに、シート41の表面がモールド/コア組立体20の隣
接する表面と適合して注入中にこれと密着するようにシートがスタッド48上を
滑動してそれ自身の角度を求めることができるようにされる。
リア40の反転を可能にする回動ピン45を設けることができる。モールド/コ
ア組立体及び鋳造品のキャリア40からのアンロードを更に支援するために、キ
ャリアには、例えば反転されたキャリア40をステーション104に移動させて
いるコンベアに隣接するカム操作面によってノックアウト機構を設けることがで
きる。図6はキャリア40を担持して保持するためのフレーム47を更に示して
いる。
程100で複数の図6に示すキャリア40が設けられ、プロセスの別の第1工程
101で複数の図2に示すモールド/コア組立体20が設けられる。モールド/
コア組立体20は、工程102で、薄く交換可能な金属シート41間のキャリア
40の中央キャビティ40a内に頂の開口を介して配置され、溶融鉄合金が注入
開口24を介してモールド/コア組立体20内に注入される注入ステーション1
03に搬送される。その後、キャリア40及び注入されたモールド/コア組立体
20は、図4に工程103と104との間に破線で示したある期間、例えば約4
5分間、保持領域に置かれ、溶融鉄合金を固化させ鋳造品を形成させる。この保
持期間の後、キャリア40はアンローディングステーション104に移動され、
そこで、キャリアが反転されて、例えばアンローディングステーション104で
のカム46のカム操作面との係合によってノックアウト機構が作動されて、鋳造
品とモールド/コア組立体の残滓を排出して更なる処理に供する。更なる処理で
は、モールド/コア組立体20のモールドエレメント21、22及びコアエレメ
ント23の両者からのコア砂が、線106で示すように、モールドエレメント又
はコアエレメント又は両者を更に準備するための再生及び再使用に備えて、工程
105で回収される。回収工程は、他の鋳造残滓からコア砂を分離するためのス
クリーニングと、金属粒子状物質を除去するための回収コア砂の磁気スクリーニ
ングの両方を含むことができる。線106で示すように、回収されたコア砂は、
例えば、工程101でモールド/コア組立体を準備するために回収されたコア砂
を使用する前に、更なる樹脂を供給することによって再生することができる。
面と上述の本発明の方法から当業者に明らかになるであろう。例えば、本発明は
シリンダヘッドの成形に関連して述べたが、エンジンブロック、トランスミッシ
ョンハウジング、大型バルブハウジングのような他の鋳造品にも若干の変更を加
えて応用することができる。
視図である。
ド/コア組立体の斜視図である。
。
視図である。
Claims (31)
- 【請求項1】 複数のキャリアを準備し、 コア砂で形成されたモールドエレメントとコア砂で形成された複数のコアエレ
メントとを準備し、 前記複数のコア砂製モールドエレメントとコア砂製コアエレメントとを組み立
てて、鋳造品の外内壁を形成するための複数のモールド/コア組立体を準備し、 前記モールド/コア組立体を一度に一つずつ前記キャリアに搭載し、 前記モールド/コア組立体とキャリアとを注入ステーションに移動して、該モ
ールド/コア組立体内に溶融金属を注入し、 前記溶融金属を鋳造品に固化させ、 前記成型品とモールド/コア組立体とをアンローディングステーションでアン
ロードし、 別の複数のモールドエレメント及び/又はコアエレメントを準備するためにモ
ールド/コア組立体のコア砂を回収して処理する ことを含む鋳造方法。 - 【請求項2】 キャリアを準備する前記工程がキャリア用の耐火ライナを鋳
造する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 別の複数のモールドエレメント及び/又はコアエレメントを
準備するためにコア砂を回収して処理する前記工程が、更なるバインダの添加に
よって回収されたコア砂を再生する工程と、回収されたコア砂に、別の複数のモ
ールドエレメント及び/又はコアエレメントを形成するのに必要な新しいコア砂
を混合する工程とを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 前記鋳造品とモールド/コア組立体とが前記キャリアを反転
させてその内容物を排出することによってアンロードされることを特徴とする請
求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 前記キャリアが、該キャリアの重心の下の回動ピンを含み、
その反転を許容することによって該キャリアが反転されることを特徴とする請求
項4に記載の方法。 - 【請求項6】 鉄合金を使用する鋳造方法において、 コア砂で形成されたモールドエレメントとコア砂で形成されたコアエレメント
とから成るモールド/コア組立体のためのキャリアを準備することを特徴とする
方法。 - 【請求項7】 前記キャリアが耐火材料のライナで形成されることを特徴と
する請求項6に記載の方法。 - 【請求項8】 前記キャリアが前記モールド/コア組立体を受け入れるため
の開放された頂を有することを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 【請求項9】 前記キャリアが、形成された鋳造品と前記モールド/コア組
立体の残滓とを排出するために反転されることを特徴とする請求項6に記載の方
法。 - 【請求項10】 前記モールドエレメント及び前記コアエレメントのコア砂
が再使用のために回収されることを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 【請求項11】 前記回収されたコア砂が、硬化性樹脂の添加によって再生
され、別のモールドエレメント及びコアエレメントを形成するために使用される
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 【請求項12】 前記回収及び再生されたコア砂が、その使用の前に新しい
コア砂と混合されることを特徴とする請求項11に記載の方法。 - 【請求項13】 内部通路を有する鋳造物のための鋳造方法であって、 開放された頂を有する複数のキャリアを準備し、 コア砂で形成され、且つ、前記鋳造品の外壁を形成するためのモールドキャビ
ティを有する複数のモールドエレメントを準備し、 コア砂で形成され、且つ、鋳造品の前記内部通路を形成するための複数のコア
エレメントを準備し、 前記モールドエレメントとコアエレメントとを複数のモールド/コア組立体に
組み立て、 該モールド/コア組立体を一度に一つずつ前記開放された頂から前記キャリア
に搭載し、 前記モールド/コア組立体とキャリアとを注入ステーションに搬送すると共に
、該モールド/コア組立体内に溶融金属を注入し、 前記溶融金属を鋳造品に固化させ、 前記鋳造品とモールド/コア組立体とをアンローディングステーションでアン
ロードし、 前記コア砂を回収し、 回収されたコア砂を再生して、モールドエレメント及びコアエレメントを準備
するのに使用するために変換すること を含む方法。 - 【請求項14】 前記回収されたコア砂を再生する工程が、更なるバインダ
を添加することと、前記回収されたコア砂に、前記モールド/コア組立体のモー
ルドエレメント及びコアエレメントを形成するのに必要な新しいコア砂を混合す
ることとを含むことを特徴とする請求項13に記載の方法。 - 【請求項15】 前記鋳造品及びモールド/コア組立体が、キャリアを反転
させてその内容物を排出させることによって、アンロードされることを特徴とす
る請求項13に記載の方法。 - 【請求項16】 前記キャリアが回動ピンを含み、該キャリアがその回動ピ
ンを中心として反転されることを特徴とする請求項15に記載の方法。 - 【請求項17】 前記コア砂がスクリーニングプロセスによって回収される
ことを特徴とする請求項13に記載の方法。 - 【請求項18】 前記回収されたコア砂が、微粒子状金属を除去するための
磁気スクリーニングによって再生される請求項13に記載の方法。 - 【請求項19】 前記キャリアが、その反転後に作動されて該キャリアの内
容物の排出を支援するノックアウト機構を含むことを特徴とする請求項15に記
載の方法。 - 【請求項20】 前記ノックアウト機構が、前記キャリアがコンベアによっ
て移動されるときに係合して操作される、カム駆動表面を含むことを特徴とする
請求項19に記載の方法。 - 【請求項21】 複数のキャリアを準備し、 夫々、コア砂で形成されたモールドエレメントとコア砂で形成されたコアエレ
メントとから成る複数のモールド/コア組立体を準備し、 前記モールド/コア組立体を一度に一つずつ前記キャリアに搭載し、 前記モールド/コア組立体及びキャリアを注入ステーションに移動すると共に
、該モールド/コア組立体内に溶融金属を注入し、 前記溶融金属を鋳造品に固化させ、 前記鋳造品とモールド/コア組立体とをアンローディングステーションでアン
ロードし、 前記モールドエレメント及びコアエレメントの前記コア砂を再使用のために回
収することを含む鋳造方法。 - 【請求項22】 前記回収されたコア砂がモールドエレメント及びコアエレ
メントを形成するのに再使用するために再生されることを特徴とする請求項21
に記載の鋳造方法。 - 【請求項23】 前記モールドエレメント及びコアエレメントが別の複数の
モールド/コア組立体を準備することを特徴とする請求項22に記載の鋳造方法
。 - 【請求項24】 複数のモールド/コア組立体を準備する前記工程が、更な
るバインダを添加することによって前記回収されたコア砂を再生する工程と、該
回収されたコア砂に前記モールド/コア組立体の別のモールドエレメントと別の
コアエレメントを形成するのに必要な新しいコア砂を混合する工程とを含むこと
を特徴とする請求項21に記載の鋳造方法。 - 【請求項25】 前記キャリアが薄い金属シートの交換可能な側壁と、該薄
い金属シートの側壁の外表面領域を冷却のために大気に露出させる支持フレーム
枠とを含むことを特徴とする請求項21に記載の鋳造方法。 - 【請求項26】 内部通路を有する鋳造品のための鋳造装置であって、 モールド/コア組立体を有し、該モールド/コア組立体が、 コア砂で形成され、鋳造品の外壁を形成するためのモールドキャビティを画成
するモールドエレメントと、 コア砂で形成され、前記鋳造品の内部通路を画成する、前記モールドキャビテ
ィ内に配置されたコアエレメントとを含み、 前記鋳造装置が、 開放された頂を有する内部キャビティを画成するテーパ状の側面と、端面プレ
ートと、底部分とを有するモールド/コアキャリアを更に有することからなる鋳
造装置。 - 【請求項27】 前記モールド/コアキャリアの側面が開放されたフレーム
構造と、該開放されたフレーム構造と前記モールド/コア組立体との間に配置さ
れた薄い鋼製側面シートとから成ることを特徴とする請求項27に記載の鋳造装
置。 - 【請求項28】 前記薄い鋼製側面シートが前記フレーム構造に取り付けら
れることを特徴とする請求項27に記載の鋳造装置。 - 【請求項29】 前記薄い鋼製側面シートが前記フレーム構造に交換可能に
取り付けられることを特徴とする請求項28に記載の鋳造装置。 - 【請求項30】 鋼製側面シートが、前記側面シートの角度を前記モールド
/コア組立体の隣接する表面の角度に合致させるように前記フレーム構造に不動
可能に取り付けられていることを特徴とする請求項27に記載の鋳造装置。 - 【請求項31】 前記モールド/コアキャリアが耐火材でライニングされて
いることを特徴とする請求項26に記載の鋳造装置。
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