JP2004276109A

JP2004276109A - ロストワックス鋳造法におけるワックス模型

Info

Publication number: JP2004276109A
Application number: JP2003075045A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Shibata; 智樹芝田
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】ロストワックス鋳造法により肉厚が各部位で変化に富む形状の複雑な鋳物を製造する場合でも、鋳型の作製に手間をかけることなく、製造した鋳物に変形や割れが生じるのを防止できるワックス模型を提供する。
【解決手段】センタースプルー部又はセンタースプルー部から分岐されたランナー部に全体として複数の製品部が各製品部で二つ以上のゲート部を介して取付けられたロストワックス鋳造法におけるワックス模型において、各製品部のいずれかのゲート部間のセンタースプルー部又はランナー部にノッチを形成した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロストワックス鋳造法におけるワックス模型に関する。ワックス模型の周囲に耐火物をコーティングし、脱ワックスして該ワックス模型に相当するキャビティーを有する鋳型を作製した後、この鋳型に溶湯を鋳込み、鋳込んだ溶湯を凝固させてから脱型して鋳物を製造するロストワックス鋳造法が行なわれている。本発明はかかるロストワックス鋳造法におけるワックス模型の改良に関し、なかでもセンタースプルー部又はセンタースプルー部から分岐されたランナー部に全体として複数の製品部が各製品部で二つ以上のゲート部を介して取付けられたワックス模型の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロストワックス鋳造法におけるワックス模型として一般に、センタースプルー部又はセンタースプルー部から分岐されたランナー部に全体として複数の製品部が各製品部で一つのゲート部を介して取付けられたものが使用されている（例えば特許文献１参照）。しかし、ワックス模型を用いて鋳型を作製し、作製した鋳型を用いて鋳物を製造するロストワックス鋳造法において、前記のように各製品部で一つのゲート部を有するワックス模型を用いると、湯回りが悪く、引け巣を発生し易い。そこで、ロストワックス鋳造法により鋳物を製造する場合には、なかでも肉厚が各部位で変化に富む形状の複雑な鋳物を製造する場合にはとりわけ、ワックス模型として、センタースプルー部又はセンタースプルー部から分岐されたランナー部に全体として複数の製品部が各製品部で通常は二つ、場合によっては三つ以上のゲート部を介して取付けられたものが用いられている。各製品部で二つ以上のゲート部を有するワックス模型を用いると、各製品部で一つのゲート部を有するワックス模型に比べて、湯回りがよいことはいうまでもない。
【０００３】
ところが、ロストワックス鋳造法により鋳物を製造する場合、なかでも肉厚が各部位で変化に富む形状の複雑な鋳物を製造する場合にはとりわけ、各製品部で二つ以上のゲート部を有するワックス模型を用いても、製造した鋳物に変形や割れが発生し易いという問題がある。ワックス模型から作製した鋳型の製品部キャビティーに鋳込んだ溶湯の凝固はセンタースプルー部キャビティーやランナー部キャビティーに鋳込んだ溶湯の凝固よりも早く始まり、製品部キャビティーに鋳込んだ溶湯が凝固するときの体積収縮はこの段階ではセンタースプルー部キャビティーやランナー部キャビティーに充分な溶湯補給があるため比較的小さいが、センタースプルー部キャビティーやランナー部キャビティーに鋳込んだ溶湯が凝固するときの体積収縮はこの段階では充分な溶湯補給がないため比較的大きい。そしてこれらのキャビティーに鋳込んだ溶湯が凝固するとき、その体積収縮に比べて鋳型の体積収縮は小さいため、凝固物すなわち鋳物に引張応力が発生し、結果として製造した鋳物に変形や割れが発生するのである。
【０００４】
鋳物に変形や割れが発生するのを防止するため、ワックス模型から鋳型を作製するとき、鋳型の所定部位に冷却用の空気通路を設けたり（例えば特許文献２参照）、鋳型の所定部位に特定組成の耐火物を用いる（例えば特許文献３参照）こと等が提案されているが、これらの従来手段では鋳型の作製に手間がかかる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２２８６０７号公報
【特許文献２】
特開平５−４２３４２号公報
【特許文献３】
特開平９−１６８８４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、各製品部で二つ以上のゲート部を有するワックス模型であって、それを用いたロストワックス鋳造法により肉厚が各部位で変化に富む形状の複雑な鋳物を製造する場合でも、鋳型の作製に手間をかけることなく、製造した鋳物に変形や割れが生じるのを防止できるワックス模型を提供する処にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する本発明は、センタースプルー部又はセンタースプルー部から分岐されたランナー部に全体として複数の製品部が各製品部で二つ以上のゲート部を介して取付けられたロストワックス鋳造法におけるワックス模型において、各製品部のいずれかのゲート部間のセンタースプルー部又はランナー部にノッチが形成されて成ることを特徴とするロストワックス鋳造法におけるワックス模型に係る。
【０００８】
本発明に係るワックス模型は、ロストワックス鋳造法に用いられるワックス模型であって、センタースプルー部又はセンタースプルー部から分岐されたランナー部に全体として複数の製品部が各製品部で二つ以上のゲート部を介して取付けられたワックス模型である。したがって本発明に係るワックス模型には、センタースプルー部に全体として複数の製品部が取付けられたものと、ランナー部に全体として複数の製品部が取付けられたものとが含まれるが、どちらのものも各製品部は、通常は二つ、場合によっては三つ以上のゲート部を介してセンタースプルー部又はランナー部に取付けられている。
【０００９】
本発明に係るワックス模型は、各製品部のいずれかのゲート部間のセンタースプルー部又はランナー部にノッチが形成されたワックス模型である。したがって本発明に係るワックス模型は、その各製品部が二つのゲート部間を介してセンタースプルー部又はランナー部に取付けられたものの場合、各製品部の第１ゲート部と第２ゲート部との間のセンタースプルー部又はランナー部にノッチが形成されており、またその各製品部が例えば三つのゲート部を介してセンタースプルー部又はランナー部に取付けられたものの場合、各製品部の第１ゲート部と第２ゲート部との間又は第２ゲート部と第３ゲート部との間のセンタースプルー部又はランナー部に、好ましくは第１ゲート部と第２ゲート部との間及び第２ゲート部と第３ゲート部との間のセンタースプルー部又はランナー部にノッチが形成されている。本発明に係るワックス模型としては、各製品部の各ゲート部間のセンタースプルー部又はランナー部にノッチが形成されたものが好ましいのである。
【００１０】
本発明に係るワックス模型において、センタースプルー部又はランナー部のノッチは、その形状等を適宜に形成できるが、センタースプルー部又はランナー部の外径の０．０５〜０．２５に相当する深さのものとするのが好ましい。センタースプルー部又はランナー部に形成するノッチは、通常はセンタースプルー部又はランナー部と同軸でその外周回りに形成するが、この場合には、センタースプルー部又はランナー部の外径を例えば１とすると、ノッチの深さを０．０５〜０．２５とし、したがってノッチを形成した部分のセンタースプルー部又はランナー部の外径を０．９〜０．５とするのが好ましいのである。ノッチの深さが前記の数値範囲よりも浅い（小さい）と、そのようなノッチ部での応力の発生や集中が充分になされ難くなって、結果として得られる製品の鋳物に変形や割れが発生し易くなり、逆にノッチの深さが前記の数値範囲よりも深い（大きい）と、そのようなノッチ部での流路抵抗が大きくなり、湯回りが悪くなって、欠陥を発生し易くなる。
【００１１】
本発明に係るワックス模型において、これを用いたロストワックス鋳造法により製品の鋳物となる製品部の形状等は適宜に作製でき、製品部は各種の機械部品等に相当する形状のものとすることができるが、各部位で肉厚が変化に富む形状の複雑な鋳物となるものに対してより有効であり、具体的にはエンジンブレードや排気バルブ、なかでも航空機や船舶用のエンジンブレード、自動車用の排気バルブとなるものに対して特に有効である。
【００１２】
本発明に係るワックス模型を用いて鋳型を作製し、作製した鋳型に溶湯を鋳込んで鋳物を製造するとき、鋳型に鋳込む溶湯の種類は適宜に選択できるが、本発明に係るワックス模型は、これを用いて作製した鋳型に、その性質上、製造した鋳物に変形や割れが発生し易いステンレス鋼、超合金、Ｔｉ又はＴｉ合金の溶湯を鋳込む場合により有効である。
【００１３】
本発明に係るワックス模型では、これを用いて作製した鋳型のセンタースプルー部キャビティーやランナー部キャビティーに鋳込んだ溶湯が凝固するとき、センタースプルー部又はランナー部に形成したノッチ部のキャビティーにおいて溶湯の凝固が遅れ、ここが必然に脆弱となり、ここに応力集中が起きる。本発明に係るワックス模型によると、これを用いて作製した鋳型のキャビティーに鋳込んだ溶湯が凝固するときの前述したような引張応力をノッチ部が引き受け、ここが破断するため、結果として製品部のキャビティーに鋳込んだ溶湯の凝固物すなわち製品の鋳物に変形や割れが発生するのを防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るワックス模型を一部省略して例示する正面図である。センタースプルー部１１の片側に製品部３１が二つのゲート部４１，４２を介して取付けられており、また他の片側に製品部３２が二つのゲート部４３，４４を介して取付けられている。そしてゲート部４１とゲート部４２との間、またゲート部４３とゲート部４４との間のセンタースプルー部１１に製品部３１及び製品部３２に共用のノッチ６１が形成されている。
【００１５】
図２は図１の部分拡大図である。ノッチ６１はセンタースプルー部１１と同軸でその外周回りに形成されている。そしてノッチ６１の深さＡはセンタースプルー部１１の外径Ｂのほぼ０．２に相当するものとなっている。説明を省略するが、図３及び図４に例示するワックス模型も、ランナー部又はセンタースプルー部のノッチは同様に形成されている。
【００１６】
図３は本発明に係る他のワックス模型を一部省略して例示する正面図である。センタースプルー部１２の両側にランナー部２１，２２が分岐されている。ランナー部２１には製品部３３が二つのゲート部４５，４６を介して取付けられており、ランナー部２２には製品部３４が二つのゲート部４７，４８を介して取付けられている。そしてゲート部４５とゲート部４６との間のランナー部２１に製品部３３に専用のノッチ６２が形成されており、ゲート部４７とゲート部４８との間のランナー部２２に製品部３４に専用のノッチ６３が形成されている。
【００１７】
図４は本発明に係る更に他のワックス模型を一部省略して例示する正面図である。センタースプルー部１３の片側にランナー部２３，２４が分岐されており、また他の片側にランナー部２５，２６が分岐されている。ランナー部２３とランナー部２４との間には製品部３５が二つのゲート部４９，５０を介して取付けられており、またランナー部２５とランナー部２６との間には製品部３６が二つのゲート部５１，５２を介して取付けられている。そしてゲート部４９とゲート部５０との間、またゲート部５１とゲート部５２との間のセンタースプルー部１３に製品部３５及び製品部３６に共用のノッチ６４が形成されている。
【００１８】
図１について前述したノッチの有るワックス模型（深さＡ＝５ｍｍ、外径Ｂ＝３０ｍｍ）を用いて常法にしたがい鋳型を作製し、作製した鋳型にＴｉＡｌ（Ｔｉ−３３．５ｍａｓｓ％Ａｌ）の溶湯を鋳込んで、ワックス模型の製品部に相当する航空機用のエンジンブレードを合計８個製造した。比較として、ノッチの無いワックス模型を用い、他の条件は同様にして、ワックス模型の製品部に相当する航空機用のエンジンブレードを合計１２個製造した。製造した各エンジンブレードについて、良品、変形及び割れの個数を求め、結果を表１にまとめて示した。
【００１９】
別に、図４について前述したノッチの有るワックス模型（深さＡ＝５ｍｍ、外径Ｂ＝３０ｍｍ）を用いて常法にしたがい鋳型を作製し、作製した鋳型にＴｉＡｌ（Ｔｉ−３３．５ｍａｓｓ％Ａｌ）の溶湯を鋳込んで、ワックス模型の製品部に相当する自動車用の排気バルブを合計２４個製造した。比較として、ノッチの無いワックス模型を用い、他の条件は同様にして、ワックス模型の製品部に相当する自動車用の排気バルブを合計４８個製造した。製造した各排気バルブについて、良品、変形及び割れの個数を求め、結果を表１にまとめて示した。
【００２０】
また別に図４について前述したノッチの有るワックス模型（深さＡ＝５ｍｍ、外径Ｂ＝２０ｍｍ）を用いて常法にしたがい鋳型を作製し、作製した鋳型にＴｉＡｌ（Ｔｉ−３３．５ｍａｓｓ％Ａｌ）の溶湯を鋳込んで、ワックス模型の製品部に相当するＪＩＳ１４Ａ号の引張試験片を合計３２個製造した。比較として、ノッチの無いワックス模型を用い、他の条件は同様にして、ワックス模型の製品部に相当するＪＩＳ１４Ａ号の引張試験片を合計６０個製造した。製造した各引張試験片について、良品、変形及び割れの個数を求め、結果を表１にまとめて示した。
【００２１】
更に別に図４について前述したノッチの有るワックス模型（深さＡ＝５ｍｍ、外径Ｂ＝２０ｍｍ）を用いて常法にしたがい鋳型を作製し、作製した鋳型にＮｉ基超合金｛インコネル７１３Ｃ：０．１２Ｃ−１２．５Ｃｒ−４．５Ｍｏ−６．０Ａｌ−０．６Ｔｉ−２．０（Ｎｂ＋Ｔａ）−１．０Ｆｅ−Ｂａｌ．Ｎｉ｝の溶湯を鋳込んで、ワックス模型の製品部に相当するＪＩＳ１４Ａ号の引張試験片を合計３２個製造した。比較として、ノッチの無いワックス模型を用い、他の条件は同様にして、ワックス模型の製品部に相当するＪＩＳ１４Ａ号の引張試験片を合計６０個製造した。製造した各引張試験片について、良品、変形及び割れの個数を求め、結果を表１にまとめて示した。
【００２２】
【表１】

【００２３】
表１の結果からも明らかなように、ノッチ有りのワックス模型すなわち本発明に係るワックス模型を用いた場合には、ノッチ無しのワックス模型すなわち従来のワックス模型を用いた場合に比べて、鋳物の良品が多く、変形や割れが少ない。
【００２４】
【発明の効果】
既に明らかなように、以上説明した本発明には、ロストワックス鋳造法により肉厚が各部位で変化に富む形状の複雑な鋳物を製造する場合でも、鋳型の作製に手間をかけることなく、製造した鋳物に変形や割れが生じるのを防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るワックス模型を一部省略して例示する正面図。
【図２】図１の部分拡大図。
【図３】本発明に係る他のワックス模型を一部省略して例示する正面図。
【図４】本発明に係る更に他のワックス模型を一部省略して例示する正面図。
【符号の説明】
１１〜１３・・センタースプルー部、２１〜２６・・ランナー部、３１〜３６・・製品部、４１〜５２・・ゲート部、６１〜６４・・ノッチ

Claims

センタースプルー部又はセンタースプルー部から分岐されたランナー部に全体として複数の製品部が各製品部で二つ以上のゲート部を介して取付けられたロストワックス鋳造法におけるワックス模型において、各製品部のいずれかのゲート部間のセンタースプルー部又はランナー部にノッチが形成されて成ることを特徴とするロストワックス鋳造法におけるワックス模型。
各製品部の各ゲート部間のセンタースプルー部又はランナー部にノッチが形成された請求項１記載のロストワックス鋳造法におけるワックス模型。
センタースプルー部又はランナー部に該センタースプルー部又は該ランナー部の外径の０．０５〜０．２５に相当する深さのノッチが形成された請求項１又は２記載のロストワックス鋳造法におけるワックス模型。
ステンレス鋼、超合金、Ｔｉ又はＴｉ合金鋳造用のものである請求項１〜３のいずれか一つの項記載のロストワックス鋳造法におけるワックス模型。