JP2004261842A - アルミニウム合金の金型鋳造方法及びその金型 - Google Patents

Abstract

【課題】砂以外の材料で製作した中子を用いて鋳造する金型鋳造方法にあって、金型の熱により中子が変形したり、溶融してしまうことのないアルミニウム合金の金型鋳造方法及びこの金型鋳造方法に用いる金型を提供することを目的とする。
【解決手段】分割可能な金型に硝酸塩又は亜硝酸塩の単体あるいはこれらの混合物から成る中子を用いて鋳造するアルミニウム合金の金型鋳造方法であって、
前記中子の巾木と接する金型の巾木受け部分を選択的に冷却し、もしくは低温に保つ工程と；分割された前記金型の一方に前記中子を設置する工程と；前記分割された金型の他方を型合わせし、画成されたキャビティー内にアルミニウム合金溶湯を注入する工程と；を具備することを特徴とするアルミニウム合金の金型鋳造方法及びその金型。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金鋳物を砂を使用しない中子を用い、金型により鋳造する方法並びにこれに用いる金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来図５に示すような中央に中子による鋳ぬき穴Ｈが形成された薄肉の鋳物Ｍを得ようとした場合、図６に示すような二分割された金型Ｄの片方に鋳ぬき穴Ｈ形成用の中子Ｃを設置し、しかる後に他方の金型を型合わせして得られたキャビティーＫ内にアルミニウム合金溶湯を湯口Ｙを介して注入していた。そして、その後冷却した鋳物Ｍを離型して中子の残渣を鋳物Ｍより除去し、鋳ぬき穴Ｈを有する鋳物Ｍを得ていた。
【０００３】
この場合に用いる中子としては、鋳物砂をフェノール樹脂により固めたシェルモールド法による中子や、鋳物砂をウレタン樹脂により固めたコールドボックス法による中子等、砂を使用した中子が一般的であった。ところが、これらの鋳造方法においては鋳物から中子砂を完全に取り出すことが困難であるという問題があった。特に、鋳物の肉厚が薄い部分にあっては中子の樹脂が完全に熱分解しきれず、中子の残渣を容易に取り出せないため、再度加熱して樹脂分を熱分解させたり、外力を加えて中子を崩壊させて取り出すなど長大な時間と工数が必要となっていた。
【０００４】
また、シリンダーヘッドの鋳物に形成される油溝のように細かくて複雑に曲がった鋳ぬき穴を有する中子については中子砂を完全に除去することが極めて困難であった。そして、油溝に中子砂が残っていては油循環系に中子砂が混入して磨耗などの不具合を生ずる危険性があるため、全品ＣＣＤ等のファイバースコープで目視による検査を実施しているのが現状であり、そのために多大な費用と時間を要していた。
一方、砂を使用していない中子を用いる技術として温水により溶解し、完全かつ容易に除去が可能な硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、亜硝酸ナトリウムなどの硝酸塩、亜硝酸塩の単体あるいはこれらの混合物で中子を作成してこれを使用してゴム製品を製造する先行技術が開示されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５８−１８２３９号公報（第１〜３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような硝酸塩又は亜硝酸塩の単体あるいはこれらの混合物で作成された中子をアルミニウム合金鋳造用の金型に設置しようとすると、金型の熱によって中子の巾木部分で中子の変形や中子の溶融が生じてしまうため、満足のいく鋳物が得られないといった問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、砂以外の材料で製作した中子を用いる金型鋳造方法において、金型の熱により中子が変形したり、溶融してしまうことのないアルミニウム合金の鋳造方法及びこの鋳造方法に用いる金型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】
上記の目的を達成するために、本発明におけるアルミニウム合金の金型鋳造方法は、分割可能な金型に硝酸塩又は亜硝酸塩の単体あるいはこれらの混合物から成る中子を用いて鋳造するアルミニウム合金の金型鋳造方法であって、前記中子の巾木と接する金型の巾木受け部分を選択的に冷却し、もしくは低温に保つ工程と；分割された前記金型の一方に前記中子を設置する工程と；前記分割された金型の他方を型合わせし、画成されたキャビティー内にアルミニウム合金溶湯を注入する工程と；を具備することを特徴とする。
【０００９】
さらに本発明におけるアルミニウム合金の鋳造用金型は、前記中子の巾木と接する金型の巾木受け部分を選択的に冷却可能に構成し、もしくは前記中子の巾木と接する金型の巾木受け部分を金型本体部分より低温に保つことが可能となるように構成したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図１〜４に基づき詳細に説明する。図１は分割金型を示す正面図及びそのＡ−Ａ矢視図、図２は分割金型の別の例を示す正面図及びそのＢ−Ｂ矢視図、図３はさらに分割金型の別の例を示す正面図及びそのＣ−Ｃ矢視図、図４はさらに別の金型の例を示す断面図である。
【００１１】
図１において、分割可能な金型１を分割した片方の金型２、２Ａが示されており、該金型２、２Ａには、得ようとする鋳物の外周形状に対応した凹状のキャビティ−３が形成されており、該キャビティ−３の両端部には中子の巾木部分を支持するための巾木受け部分４、４が形成されている。また金型２、２Ａの前記巾木受け部分４、４の近傍には、該巾木受け部分４、４の凹形状に沿った流路５、５が穿孔され、その両端部を金型２の外周に開口させている。そして、この流路５、５内に金型２外部から金型２内の一部分（巾木受け部分４、４の近傍部分）のみに冷却された媒体を流入することにより金型２、２Ａのキャビティ−３に対応する部分をほとんど冷却することなく巾木受け部分４、４を選択的に冷却することができるようになっている。
【００１２】
次に、上記の金型２を用いてアルミニウム合金よりなる鋳物を製作する方法を説明する。予め、融点が３８０℃である硝酸塩等から成る直径が１０ｍｍの円柱状中子を作成準備しておく。ここでいう硝酸塩等とは、温水に容易に溶解すると共に、金属を腐食させることが少なく、熱的に安定な、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸ストロンチウム、硝酸バリウム、亜硝酸ナトリウムなどの硝酸塩や、亜硝酸塩の単体あるいはこれらの混合物を意味する。
【００１３】
続いて、必要温度（ここでは４００℃）に加熱された金型１の分割された片方の金型２を準備し、前記流路５に冷水を流し込んで前記巾木受け部分４、４の温度を選択的に２００℃程度に冷却する。その後、当該金型２の巾木受け部分４、４を介して、予め作成準備した直径が１０ｍｍの円柱状の中子を設置する。
この際、巾木受け部分４、４についての選択的な冷却効果により中子の変形や溶融は全く認められなかった。
【００１４】
続いて中子を設置した片方の金型２に、同様に加熱して準備された他方の金型２Ａを型合わせし、前記キャビティー面３と設置された中子により画成（形成）されたキャビティー内に７２０℃で溶融したアルミニウム合金を湯口部Ｙより注入する。そして、注入したアルミニウム合金が冷却凝固した後、型開きを行い、形成された鋳物Ｍを金型１から取り出す。
【００１５】
その後、鋳物Ｍを８０℃以上に加熱された温水（「６０℃以上の水」を意味する。以下同じ。）中に浸漬して洗浄し、残存する中子の残渣を除去する。これにより、中子は１分程度の短時間で、特別強力な外力を与えることなく、温水に溶解して完全に洗い落とされ、外形１６ｍｍで鋳ぬき穴Ｈの内径１０ｍｍ（肉厚３ｍｍ）を有する健全な円筒状のアルミニウム合金鋳物が得られた。洗浄後、当該鋳物を放置し乾燥を行ったが乾燥後も有害な腐食は全く認められなかった。
【００１６】
なお、鋳物の熱容量に比べ中子の体積が大きい場合にあっては、かなりの中子部分が鋳物に残存、付着してくる。このような場合には鋳物を温水で洗浄する前に前記中子とほぼ同一の成分（「少なくとも９５％の成分が中子と同じもの」を意味する。以下同じ。）が、その融点以上の温度で溶融されている浴槽内に浸漬して鋳物に残存する中子を溶融除去する工程を追加することが好ましい。そして、このように鋳物に残存、付着してくる中子成分を温水に溶解させるので、その後水分を蒸発させれば溶解した中子成分を環境に廃棄することなく効率よく回収することができる。
【００１７】
また、キャビティー内に注入したアルミニウム合金が冷却凝固した後、型開きを行って形成された鋳物を取り出し、（取り出した鋳物を温水で洗浄することなしに）中子とほぼ同一成分の熱媒体を用いて４８０〜５３０℃下、１００〜１２０ＭＰａの圧力で高温等方向加圧処理（以下「ＨＩＰ処理」）を行った後、前記と同様に温水を用いた洗浄を行って円筒状のアルミニウム合金鋳物Ｍを得た。当然のことながら、ＨＩＰ処理を行った槽内には砂等の有害な異物の混入は認められなかった。
【００１８】
これら二つの方法で得られた鋳物１０個の中央部を長手方向に切断し断面に認められた空孔（０．２ｍｍ以上）の数を測定したところ、前者の平均値が７．３個であったのに対し後者によるものは０．５個となっており、明らかにＨＩＰ処理による緻密化がなされていることが分かった。
【００１９】
一方、金型２、２Ａの巾木受け部分４、４の温度と同じく、キャビティー面３の温度も２００℃に加熱した金型を用い、同様にアルミニウム合金を注入したところ、キャビティーの１／４程度しかアルミニウム合金は充填出来ず、不完全な鋳物しか得ることができなかった。
【００２０】
以上のことから、巾木受け部分４、４を選択的に冷却し、硝酸塩等から成る中子を用いることで、鋳物に残存する中子の残渣を容易に除去できることが確認できた。また、中子には砂等の骨材を使用せず、かつ、当該中子とほぼ等しい成分の熱媒体を用いてＨＩＰ処理を行なうことにより、ＨＩＰ処理槽内を汚染せず高密度で欠陥の少ない、優れたアルミニウム合金鋳物が得られることが分かった。なお、上記実施例においては、流路５に冷水を貫流して巾木受け部分４、４の温度を選択的に冷却するようにしたが、冷却媒体としては冷水に限ったものではなく、冷風などその他の媒体であっても同様の効果を奏することが可能である。
【００２１】
次に別の実施例につき図２により説明する。図２においては金型２、２Ａにおける両端部を一箇所または複数箇所掘り込み、この掘り込み部分を埋め戻すように設けられた入れ子部分６、６がある。この入れ子部分６、６は前記金型２、２Ａの一部を構成すると共に、中子の巾木受け部分を支持するための凹状の巾木受け部分４、４を有している。また、入れ子部分６、６には、その外側面から冷却された媒体を前記巾木受け部分４、４の近傍に貫流させるための流路５が穿設されている。
【００２２】
このように、巾木受け部分４、４を入れ子部分６、６に設け、更に巾木受け部分４、４の近傍の入れ子部分６、６に冷却された媒体を貫流可能に流路５を穿設するように構成したため、この入れ子部分６、６を金型２、２Ａから分離して流路５を穿設することが可能となり、流路５を設ける作業が大幅に簡略化された。そして、万一流路５の設定に不備があったとしても、改修作業が簡単に行えることも大きな利点である。
【００２３】
加えて、この入れ子部分６、６を金型２、２Ａと異なった材質で構成することも可能となり、次のような利点をもたらす。即ち、金型２、２Ａを強度があり耐熱性の高い鉄鋼材で構成し、入れ子部分６、６を熱伝導性の良い銅合金で構成すると、金型２、２Ａ本体を冷却することなく入れ子部分６、６に設けられた巾木受け部分４、４を効率よく選択的に冷却することができる。また、金型２、２Ａ本体を強度があり耐熱性の高い鉄鋼材で構成し、入れ子部分６、６を蓄熱性に乏しいセラミックスなどで構成すれば面倒な流路５を設けることなしに入れ子部分６、６に設けられた巾木受け部分４、４を金型２、２Ａ本体より選択的に低温に保つことができる。
【００２４】
次ぎに別の実施例を図３及び図４により説明する。前記入れ子部分６、６と金型２、２Ａ本体の間にカオーウール（イソライト社製）、ファインフレックス（ニチアス社製）などの断熱部材７を設けることも有効である。このように構成すれば、金型２、２Ａ本体と巾木受け部分４、４を大幅に遮熱することができる。従って、金型２、２Ａ本体の熱は巾木受け部分４、４に伝熱することはなくなり、巾木受け部分４、４のみを効率よく冷却することができる。また、巾木受け部分４、４を大幅に冷却しても金型２、２Ａ本体の温度はほとんど下がらないため、より融点の低い硝酸塩等から成る中子を使用できるようになり、硝酸塩等の選択の自由度が増えると共に、後工程でＨＩＰ処理を行う場合にあっては、融点の低い硝酸塩等が使用できるため設備面でのコストも大幅に低減できる。
【００２５】
ところで、一般的に断熱性に優れた断熱材は空孔を多く含むため強度は低い。従って、前記入れ子部分６、６と金型２、２Ａ本体の間に断熱部材７を挿入した場合、当該断熱部材７は前記入れ子部分６、６の自重や外力により変形して前記入れ子部分６、６は金型２、２Ａ本体の定位置に納まらなくなってしまう。これに伴い巾木受け部分４、４の位置もずれることとなり、結局、鋳物の定位置に鋳ぬき穴Ｈが明けられなくなってしまうという不具合が生じる。
【００２６】
このような不具合を防止するためには、図４に示すように前記入れ子部分６、６と金型２、２Ａ本体との間に剛性を有する位置決め部材８、８を前記断熱部材７、７を貫通させて複数設けることが有効である。前記位置決め部材８、８は金型２、２Ａ本体の側に設け、その先端面に前記入れ子部分６、６を当接させて設置しても良く、反対に位置決め部材８、８を前記入れ子部分６、６の側に設けるようにしても良い。更に、複数設けられた位置決め部材８、８の内の一部については金型２、２Ａ本体の側に、残りについては入れ子部分６、６の側に設けるようにしても良い。
このようにすれば、前記入れ子部分６、６は複数の剛性のある位置決め部材８、８によって支えられるため、常に一定した位置を保つことが可能となり、中子の位置がずれることはない。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は上記説明から明らかなように、中子の巾木と接する金型の巾木受け部分を選択的に冷却し、もしくは低温に保つようにしたから、金型の本体部分を必要以上に冷却することなく高温の金型にも硝酸塩等よりなる中子を使用して鋳造することができる。
更に、後工程でＨＩＰ処理により鋳物の緻密化を行う際にも、中子の成分とほぼ同一の成分の熱媒体を使用することができるため、工程も簡略化され産業上利するところ著大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】分割金型を示す正面図及びそのＡ−Ａ矢視図である。
【図２】分割金型の別の例を示す正面図及びそのＢ−Ｂ矢視図である。
【図３】分割金型の更に別の例を示す正面図及びそのＣ−Ｃ矢視図である。
【図４】さらに別の分割金型の例を示す断面図である。
【図５】鋳抜き穴を設けた鋳物の斜視図である。
【図６】従来の金型と中子との組み合わせを示す正面図及びそのＥ−Ｅ矢視図である。
【符号の説明】
１ 金型
２，２Ａ 分割金型
３ キャビティ−面
４ 巾木受け部分
５ 流路
６ 入れ子部分
７ 断熱部材
８ 位置決め部材

Claims (13)

1. 分割可能な金型に硝酸塩又は亜硝酸塩の単体あるいはこれらの混合物から成る中子を用いて鋳造するアルミニウム合金の金型鋳造方法であって、
   前記中子の巾木と接する金型の巾木受け部分を選択的に冷却し、もしくは低温に保つ工程と；分割された前記金型の一方に前記中子を設置する工程と；分割された金型の他方を型合わせし、画成されたキャビティー内にアルミニウム合金溶湯を注入する工程と；を具備することを特徴とするアルミニウム合金の金型鋳造方法。
2. 分割可能な金型に硝酸塩又は亜硝酸塩の単体あるいはこれらの混合物から成る中子を用いて鋳造するアルミニウム合金の金型鋳造方法であって、
   前記中子の巾木と接する金型の巾木受け部分を選択的に冷却し、もしくは低温に保つ工程と；分割された前記金型の一方に前記中子を設置する工程と；分割された金型の他方を型合わせし、画成されたキャビティー内にアルミニウム合金溶湯を注入する工程と；凝固して形成されたアルミニウム合金鋳物を前記金型から離型して温水中に浸漬し、当該鋳物に残存する中子を溶融除去する工程と；を具備することを特徴とするアルミニウム合金の金型鋳造方法。
3. 分割可能な金型に硝酸塩又は亜硝酸塩の単体あるいはこれらの混合物から成る中子を用いて鋳造するアルミニウム合金の金型鋳造方法であって、
   前記中子の巾木と接する金型の巾木受け部分を選択的に冷却し、もしくは低温に保つ工程と；分割された前記金型の一方に前記中子を設置する工程と；分割された金型の他方を型合わせし、画成されたキャビティー内にアルミニウム合金溶湯を注入する工程と；凝固して形成されたアルミニウム合金鋳物を前記金型から離型し、前記中子とほぼ同一の成分の溶融液中に浸漬して当該鋳物に残存する中子を溶融除去する工程と；を具備することを特徴とするアルミニウム合金の金型鋳造方法。
4. 分割可能な金型に硝酸塩又は亜硝酸塩の単体あるいはこれらの混合物から成る中子を用いて鋳造するアルミニウム合金の金型鋳造方法であって、
   前記中子の巾木と接する金型の巾木受け部分を選択的に冷却し、もしくは低温に保つ工程と；分割された前記金型の一方に前記中子を設置する工程と；分割された金型の他方を型合わせし、画成されたキャビティー内にアルミニウム合金溶湯を注入する工程と；凝固して形成されたアルミニウム合金鋳物を前記金型から離型し、前記中子とほぼ同一の成分の熱媒体を用いた高温等方向加圧処理を行う工程と；を具備することを特徴とするアルミニウム合金の金型鋳造方法。
5. 前記中子の巾木と接する金型の巾木受け部分を前記中子の融点以下になるよう、選択的に冷却すること、もしくは前記中子の巾木と接する金型の巾木受け部分を前記中子の融点以下の温度に保つことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金の金型鋳造方法。
6. 中子の巾木と接する金型の巾木受け部分を選択的に冷却可能に構成し、もしくは中子の巾木と接する金型の巾木受け部分を、金型本体部分より低温に保つことが可能となるように構成したことを特徴とするアルミニウム合金の鋳造用金型。
7. 前記金型における巾木受け部分の近傍に冷却用媒体が貫流可能な流路が穿設されていることを特徴とする請求項６に記載のアルミニウム合金の鋳造用金型。
8. 前記金型の巾木受け部分を金型本体部分から分割可能な入れ子部分としたことを特徴とする請求項６に記載のアルミニウム合金の鋳造用金型。
9. 前記入れ子部分に冷却用媒体が貫流可能な流路が穿設されていることを特徴とする請求項８に記載のアルミニウム合金の鋳造用金型。
10. 前記入れ子部分の材質が銅合金であることを特徴とする請求項９に記載のアルミニウム合金の鋳造用金型。
11. 前記入れ子部分の材質がセラミックスであることを特徴とする請求項８に記載のアルミニウム合金の鋳造用金型。
12. 前記入れ子部分と前記金型本体部分との間に断熱部材を介設させたことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のアルミニウム合金の鋳造用金型。
13. 前記入れ子部分及び／又は前記金型本体部分に前記断熱部材を貫通する位置決め部材を複数個設けたことを特徴とする請求項１２に記載のアルミニウム合金の鋳造用金型。

Images