JP2004167530A - 鋳型および鋳物の冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳物を均一に冷却できる鋳型および鋳物の冷却方法を提供する。
【解決手段】鋳型の表面から鋳物の成形空間４の形成面に先端底部１５Ａを近接させて複数の媒体挿入穴１５を形成し、これらの媒体挿入穴１５に媒体挿入穴１５底部１５Ａから吸熱して鋳型外部へ放熱する冷却媒体１６を夫々挿入して鋳型を形成し、成形空間４に注湯して形成する鋳物を前記冷却媒体１６により冷却する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却媒体により鋳物の冷却が行える鋳型および鋳物の冷却方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
注湯後から解枠までの時間を短縮するために鋳物の冷却速度を速める方法が従来から提案され、例えば、鋳型内にパイプを設置し、このパイプ等の内部に冷媒を通過させて鋳物砂の冷却を行うものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、型枠と固化した鋳物砂および木型等で作成した鋳物空間または発泡スチロール等の消失模型からなる鋳型において、鋳物砂内に冷却パイプを予め埋設し、溶融金属を注湯し、鋳物が鋳造された後に、冷却パイプ内に水，空気等の冷却媒体を循環させ、鋳物を強制的に冷却するものである。鋳物を均一に冷却することができれば、鋳物の変形を防止することもできる。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５７−１０３７７５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、鋳物の表面から等距離を保ちつつ表面形状に沿うよう多数の冷却パイプを形成し万遍なく並べて設置する必要があるため、形状が複雑な鋳物や３次元の自由曲面を持つ鋳物等に対して冷却パイプの設置が難しく、結果として鋳物を均一に冷却できず、鋳物完成後の変形が大きくなるという不具合があった。
【０００６】
また、型枠内に鋳物砂を充填する前に多数の冷却パイプを曲げ加工し、設置するという構成になっていたため、冷却パイプの曲げ加工および設置に多大な時間がかかるという不具合もあった。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、鋳物を均一に冷却できる鋳型および鋳物の冷却方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋳型の表面から鋳物の成形空間の形成面に先端底部を近接させて複数の媒体挿入穴を形成し、これらの媒体挿入穴に媒体挿入穴の底部から吸熱して鋳型外部へ放熱する冷却媒体を夫々挿入して鋳型を形成し、成形空間に注湯して形成する鋳物を前記冷却媒体により冷却するようにした。
【０００９】
【発明の効果】
したがって、本発明では、鋳物の形成面に近接した先端底部を備える媒体挿入穴に冷却媒体を挿入して備えるため、媒体挿入穴の先端底部と鋳物の形成面との間隔を一様に形成するのみで鋳物の形成面を略均一に冷却することができ、鋳物完成後の変形を小さくすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明を適用した鋳物の冷却構造の一例の断面図である。
【００１１】
先ず、鋳型について説明する。鋳型は、湯口２を持つ上型１、鋳物の成形空間４を備えた下型３、および、下型３下方に固定された蓋部材５とから構成された一般的なものである。
【００１２】
前記上型１は、型枠１０の内部に充填され固化された鋳物砂１１を備え、その下面は下型３との分割面６を形成しており、上下に貫通する湯口２を備え、湯口２の上方開放端には湯口２を拡大して溜まりを形成する湯溜まり７を形成する。
【００１３】
前記下型３は、型枠１２の内部に充填され固化された鋳物砂１３内に鋳物の成形空間４を形成して備え、鋳物の成形空間４は上型１の湯口２と連通させて形成され、発砲スチロール等の消失模型が挿入された状態のものである。この消失模型を用いることなく木型等で鋳物の成形空間４を形成する場合には、図２に示すように、下型３を鋳物の成形空間４の形状に応じて上下複数段３Ａ〜３Ｃ（図示例では、三分割）に分割し、分割面の上下に連なって木型により鋳物の成形空間４を形成した後、複数段の下型３Ａ〜３Ｃを合体して形成する。
【００１４】
鋳物の冷却構造は、鋳型の上型１の上面から先端が鋳物の成形空間４に近接させて形成した複数の媒体挿入穴１５を形成し、この媒体挿入穴１５に冷却媒体１６を夫々差し込むことで構成する。
【００１５】
前記上型１の上面から形成する複数の媒体挿入穴１５は、その先端１５Ａと鋳物の成形空間４との間隔、即ち、成形空間４の表面からの鋳物砂１３の厚さが略一定となるよう形成する。前記鋳物砂１３の厚さは、鋳造時の注湯圧力に耐えられる厚さを残存させる必要がある。また、鋳物砂１３の厚さは、鋳物の成形空間４の表面形状データを設定した厚さ分だけオフセットした位置データとなるよう媒体挿入穴１５の底部データを加工データとすることにより容易に設定することができる。
【００１６】
前記冷却媒体１６は、全体として棒状をなし熱伝導性の高い材質からなる棒材１６Ａと、棒材１６Ａの端部に設けた放熱部１６Ｂとを備える。冷却媒体１６の棒材１６Ａの一端側は鋳型に設けた前記媒体挿入穴１５に挿入されて成形空間４に注湯される鋳物の熱を吸熱して鋳型の外側に位置する棒材１６Ａに伝達する。棒材１６Ａの外端部に設けた放熱部１６Ｂには大気との接触表面積を増大させる複数の冷却フィン１７を設け、棒材１６Ａに吸熱した熱を冷却フィン１７を介して効率的に大気に放出させるようにしている。複数の冷却媒体１６は、鋳型の各媒体挿入穴１５に夫々冷却媒体１６の棒材１６Ａを挿入してゆき、各棒材１６Ａの先端を鋳型の各媒体挿入穴１５の底部１５Ａに接触させて挿入する。
【００１７】
以上の構成になる鋳物の冷却構造においては、鋳型の湯溜まり７に鋳物金属の溶湯を注入して鋳物の成形空間４に注湯して鋳造する場合、成形空間４内の鋳物表面の熱は鋳物砂１３を経由して冷却媒体１６に伝熱され、放熱部１６Ｂから外気に放熱されて鋳物の冷却が促進される。成形空間４の鋳物表面は均等厚さの鋳物砂１３を経由して冷却媒体１６に伝熱されて冷却媒体１６により均等に冷却され、鋳物完成後の変形を小さくすることができる。
【００１８】
冷却媒体１６が配置されていない鋳物の成形空間４の、例えば、図中の側面部においても、図示しないが、変形が許容されない場合には、型枠に冷却媒体を挿入可能とする媒体挿入穴のための穴を設け、型枠の前記穴から切削工具により冷却媒体を挿入する媒体挿入穴を空け、冷却媒体を挿入することで同様に、鋳物の側面部からも冷却することができる。なお、変形がある程度許容される場合には上記のように冷却媒体により冷却することを選択しなくてもよい。
【００１９】
冷却媒体１６は鋳型表面から切削等により形成する媒体挿入穴１５に挿入するのみであるため、従来のように、鋳型成形前に冷却パイプを曲げ加工することや鋳型内への設置することが不要とでき、鋳型の製作コストの大幅に低減でき、鋳型の制作期間の短縮を図れる。
【００２０】
冷却媒体１６の放熱部１６Ｂには、表面積を大きくするための複数の冷却フィン１７が形成されており冷却媒体１６の放熱効果を高めるようにしている。
【００２１】
鋳物の冷却速度を局部的に調整する場合には、冷却媒体１６を挿入する媒体挿入穴１５の加工深さを一部の冷却媒体１６において部分的に異ならせること、冷却媒体１６を挿入する媒体挿入穴１５の配置密度を部分的に異ならせること等により、実現可能である。
【００２２】
なお、冷却媒体１６の棒材１６Ａは、鋳型内の熱を熱伝導性の高い材質による熱伝達特性により放熱部１６Ｂに熱伝達するよう形成する他、例えば、棒材１６Ａに先端と放熱部１６Ｂとの間で冷媒が循環して、先端の熱を積極的に放熱部１６Ｂに伝達するものであってもよく、また、外部から棒材１６Ａ内に冷却媒体を循環させるものであってもよい。
【００２３】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２４】
（ア）鋳型の表面から鋳物の成形空間４の形成面に先端底部１５Ａを近接させて複数の媒体挿入穴１５を形成し、これらの媒体挿入穴１５に媒体挿入穴１５の底部１５Ａから吸熱して鋳型外部へ放熱する冷却媒体１６を夫々挿入して鋳型を形成し、成形空間４に注湯して形成する鋳物を前記冷却媒体１６により冷却するようにした。
【００２５】
このため、媒体挿入穴１５の先端底部１５Ａと鋳物の形成面との間隔を一様に形成するのみで鋳物の形成面を略均一に冷却することができ、鋳物完成後の変形を小さくすることができる。
【００２６】
（イ）冷却媒体１６は鋳型表面から切削等により形成する媒体挿入穴１５に挿入するのみであるため、従来技術のように鋳型成形前に冷却パイプを曲げ加工することや鋳型内への設置することを不要とでき、鋳型の製作コストを大幅に低減でき、鋳型の制作期間の短縮を図れる。
【００２７】
（ウ）また、鋳物の冷却速度を局部的に調整する場合には、冷却媒体１６を挿入する媒体挿入穴１５の加工深さを一部の冷却媒体１６において部分的に異ならせること、冷却媒体１６を挿入する媒体挿入穴１５の配置密度を部分的に異ならせること等により、実現可能である。
【００２８】
（エ）冷却媒体１６の放熱部１６Ｂには表面積を大きくするための複数の冷却フィン１７を形成しているため、冷却媒体１６を経由しての冷却効率を向上させることができる。
【００２９】
（第２実施形態）
図３〜図６は、本発明を適用した鋳物の冷却構造の第２実施形態を示し、図３は鋳物の冷却構造の断面図を示し、図４〜図６の製造工程を経て製作される。本実施形態においては、冷却媒体を挿入するために設ける鋳型の媒体挿入穴の配列と冷却媒体の配列とを一致させて冷却媒体の取扱いを容易にしたものである。なお、図１および図２と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００３０】
図３において、複数の冷却媒体１６は、保持板１８に配列した穴１８Ａにその棒材１６Ａの中途部分が上下動自在に挿入され、放熱部１６Ｂの下端が保持板１８の穴１８Ａに接触することで保持板１８の穴１８Ａを貫通した先端側が下方に吊り下げられている。そして、保持板１８で冷却媒体１６を保持した状態から鋳型の媒体挿入穴１５に冷却媒体１６の棒材１６Ａを挿入して保持板１８を鋳型に接近させて接触させると、図示のように、各棒材１６Ａは鋳型の各媒体挿入穴１５の底部１５Ａに先端が接触して夫々停止される。
【００３１】
冷却媒体１６が挿入される鋳型の媒体挿入穴１５は、保持板１８に配列した穴１８Ａと同様の配列を持つよう形成して、保持板１８の位置決め後の鋳型への接近離脱により冷却媒体１６の棒材１６Ａが鋳型の媒体挿入穴１５に位置調整することなく挿入可能としている。
【００３２】
次に、図４〜図６に基づき、前記蓋部材５、下型３、および、上型１を合体した鋳型から、本実施形態の鋳型の冷却構造のために、冷却媒体１６の設置用の加工および冷却媒体１６の設置の手順を説明する。
【００３３】
先ず、図４に示すように、上下型枠１０、１２と固化した鋳物砂１１、１３および発泡スチロール等の消失模型からなる鋳型に対して、鋳型の上面から自由曲面で構成された鋳物形状面との間の鋳物砂１３の厚さが一定となるよう切削工具により媒体挿入穴１５を所定の間隔で加工する。媒体挿入穴１５の深さは、鋳物の自由曲面形状を鋳物砂１３の厚さ分だけオフセットすることによって容易に残存させて設定することができる。なお、鋳物砂１３の厚さは鋳造時の注湯圧力に耐えられる厚さとなるようにする。
【００３４】
次いで、図５に示すように、鋳型の上に鋳型の媒体挿入穴１５と同一の間隔で設置された穴１８Ａに冷却媒体１６を保持する保持板１８を両者の穴１５、１８Ａが一致するよう位置決め移動し、保持板１８を鋳型に接近させて冷却媒体１６を先端側から鋳型の媒体挿入穴１５に挿入してゆく。両穴１５、１８Ａは同一間隔に配列されているため、上記挿入は保持板１８と鋳型との位置関係を調節するのみで両者の穴位置は一致する。
【００３５】
さらに、保持板１８を鋳型に接近下降させると、図６に示すように、冷却媒体１６の各棒材１６Ａは鋳型の各媒体挿入穴１５の底部１５Ａに先端が接触して夫々停止され、鋳物の冷却構造を形成することができる。
【００３６】
この鋳物の冷却構造においては、保持板１８に所定間隔に冷却媒体１６を上下動可能に保持して備えるため、自由表面形状が異なる鋳型に対しても、鋳型に形成する冷却媒体１６用の媒体挿入穴１５の深さを自由表面形状に対応して変更することで、同じ保持板１８および冷却媒体１６により対応することができる。
【００３７】
また、鋳物の冷却速度は、冷却媒体１６の先端部の鋳物の成形空間４の表面からの距離を媒体挿入穴１５の加工深さを調整することで調整可能である。
【００３８】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（エ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
【００３９】
（オ）複数の冷却媒体１６は、前記鋳型に形成された媒体挿入穴１５に先端が挿入される棒材１６Ａと後端の放熱部１６Ｂとからなり、前記鋳型に形成される複数の媒体挿入穴１５と同じ配列をなし且つ各棒材１６Ａが摺動移動可能に保持板１８に保持されている。このため、保持板１８に所定間隔に冷却媒体１６を上下動可能に保持して備えるため、自由表面形状が異なる鋳型に対しても、鋳型に形成する冷却媒体１６用の媒体挿入穴１５の深さを自由表面形状に対応して変更することで、同じ保持板１８および冷却媒体１６により対応することができる。
【００４０】
（カ）また、鋳物の冷却速度は、冷却媒体１６の先端部の鋳物の成形空間４の表面からの距離を媒体挿入穴の加工深さを調整することで調整可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す鋳物の冷却構造の断面図。
【図２】同じく第１実施形態の変形例の鋳物の冷却構造の断面図。
【図３】本発明の第２実施形態の鋳物の冷却構造の断面図。
【図４】同じく鋳型の製造過程の第１工程を示す説明図。
【図５】同じく鋳型の製造過程の第２工程を示す説明図。
【図６】同じく鋳型の製造過程の第３工程を示す説明図。
【符号の説明】
１ 上型
２ 湯口
３ 下型
４ 成形空間
５ 蓋部材
１０、１２ 型枠
１１、１３ 鋳物砂
１５ 媒体挿入穴
１５Ａ 底部
１６ 冷却媒体
１６Ａ 棒材
１６Ｂ 放熱部
１８ 保持板

Claims (6)

1. 型枠内に鋳物砂を用いて鋳物の成形空間を形成する鋳型において、
   前記鋳型の表面から鋳物の成形空間の形成面に先端底部を近接させて形成した複数の媒体挿入穴と、
   前記複数の媒体挿入穴に夫々挿入され、媒体挿入穴の底部から吸熱して鋳型外部へ放熱する複数の冷却媒体と、から構成したことを特徴とする鋳型。
2. 前記複数の冷却媒体は、前記鋳型に形成された媒体挿入穴に先端が挿入される棒材と後端の放熱部とからなり、前記鋳型に形成される複数の媒体挿入穴と同じ配列をなし且つ各棒材が摺動移動可能に保持板に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の鋳型。
3. 前記冷却媒体の放熱部は、複数の放熱フィンを備えていることを特徴とする請求項２に記載の鋳型。
4. 前記鋳型の少なくとも一部の表面から鋳物の成形空間の形成面に先端底部を近接させて複数の媒体挿入穴を形成し、
   前記複数の媒体挿入穴に媒体挿入穴の底部から吸熱して鋳型外部へ放熱する冷却媒体を挿入し、
   前記成形空間に注湯して形成する鋳物を前記冷却媒体により冷却することを特徴とする鋳物の冷却方法。
5. 前記複数の冷却媒体は、前記鋳型に形成された媒体挿入穴に先端が挿入される棒材と後端の放熱部とからなり、前記鋳型に形成される複数の媒体挿入穴と同じ配列をなし且つ各棒材が摺動移動可能に保持板に保持されていることを特徴とする請求項４に記載の鋳物の冷却方法。
6. 前記冷却媒体の放熱部は、複数の放熱フィンを備えていることを特徴とする請求項５に記載の鋳物の冷却方法。

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