JP2005066659A - 充填鋳造法および造型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】造型時の加圧流動方式に変更を加えることなく消失性模型の変形を抑えることができるようにし、もって鋳造品質の安定向上に大きく寄与する充填鋳造法を提供する。
【解決手段】エア源３から鋳枠１内の下室Ａへ圧縮エアを送り、この圧縮エアを多孔質エレメント２を通して上室Ｂへ流出させて鋳物砂４を流動させ、鋳物砂４中に消失性模型２０を埋没させる造型工程において、鋳枠１の下方に配置したエアシリンダ１５から延ばした支持ロッド１６を前記上室Ｂ内に突出させ、この支持ロッド１６の上端部を消失性模型２０の方案部２２に予め形成した位置決め穴２４に摺動可能に嵌入し、エアシリンダ１５による支持ロッド１６の下動に同期して模型２０を下降させて、流動する鋳物砂４の圧力で模型２０が変形するのを支持ロッド１６により抑える。
【選択図】図１

Description

本発明は、消失性模型を鋳物砂中に埋設した鋳造型に溶湯を注入し、前記消失性模型を消失させて溶湯と置換する充填鋳造法に係り、特に鋳枠内で鋳物砂を流動させる加圧流動方式により造型を行う充填鋳造法と該充填鋳造法の実施に用いる造型装置とに関する。

図３は、充填鋳造法における一般的な加圧流動方式の造型工程を示したものである。同図において、１は鋳枠であり、鋳枠１の内底部には多孔質エレメント２が張設されている。前記エレメント２により画成された鋳枠１内の下室（圧力室）Ａには、エア源３から圧縮エアが供給されるようになっており、この圧縮エアは、前記エレメント２を通して鋳枠１内の上室（充填室）Ｂに流出し、このエアによって充填室Ｂ内の鋳物砂４が流動する。
一方、上記鋳枠１に隣接して模型セットロボット５が設置されている。この模型セットロボット５は、昇降可能な支柱６と、この支柱６を中心に旋回するアーム７と、このアーム７に対して伸縮可能なハンド８とを備えており、そのハンド８の先端部には、消失性模型１０を脱着可能に挟持するクランパ９が装着されている。

消失性模型１０は、製品部１１と方案部１２とを備えており、多数個取りの場合は、図示のように方案部１２に対して複数の製品部１１がツリー状に配設される。この消失性模型１０は、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリウレタン等の発泡体からなっており、別体に形成した製品部１１と方案部１２とを接着剤にて接合して一体化される。また、必要に応じて、その表面には黒鉛や珪砂などの耐熱材料が塗型される。

造型に際しては、上記したように鋳枠１の充填室Ｂに所定量の鋳物砂４を収納した後、エア源３から鋳枠１内へ圧縮エアを送り、鋳物砂４を流動させる。この時、模型セットロボット５は、そのハンド８に装着したクランパ９に消失性模型１０の方案部１２の上端部を把持しており、前記鋳物砂４の流動が開始されるタイミングで、そのアーム７を適当な軌跡で移動させて、消失性模型１０を鋳枠１の上方から鋳枠１内に装入する。これにより消失性模型１０は、流動する鋳物砂４中に埋没し、その後、適当なタイミングで鋳物砂４の流動を停止し、所望により加振、減圧を行うことで造型は終了する。

ところで、上記した充填鋳造法における造型工程によれば、図４に示すように、多孔質エレメント２を通過して充填室Ｂに噴出する圧縮エアは、鋳枠１の中心付近で最も圧力が高く、鋳枠１の周辺付近で最も圧力が低くなる圧力分布となっている。このため、消失性模型１０を鋳枠１内に装入すると、該模型１０の方案部１２の下端部に流動する鋳物砂４が強く当り、この結果、図３に示したように模型１０の方案部１２が変形し、そのまま造型して鋳造を行ったのでは、鋳造品の方案部分のみならず、製品部分の寸法形状精度が著しく悪化してしまう。

そこで従来は、例えば特許文献１に記載されるように、始めに鋳型砂（鋳物砂）を高圧の圧縮空気で流動させ、模型が鋳物砂と接触する前に圧縮空気の圧力を下げるようにし、あるいは特許文献２に記載されるように、予め模型の位置決めに必要な量の鋳物砂だけを流動させて模型の一部を鋳物砂中に埋没させ、その後、鋳物砂の流動を停止して、振動を加えながら必要量の鋳物砂を充填するようにしている。

特開平４−２５８３４２号公報 特開平４−２５３５４７号公報

しかしながら、上記特許文献１および２に記載される変形防止対策によれば、途中から圧縮エアの圧力を下げ、あるいは途中で流動方式から充填方式に切替えるため、模型（製品部）が複雑形状であると、製品部の周りへの鋳物砂の流動が困難になり、製品部の周りにおける鋳物砂の充填量が不足して、鋳造品の品質特に寸法形状精度の悪化を招く虞があった。
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、造型時の加圧流動方式に変更を加えることなく消失性模型の変形を抑えることができるようにし、もって鋳造品質の安定向上に大きく寄与する充填鋳造法を提供し、併せてこの充填鋳造法を効率よく実施するための造型装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る充填鋳造法は、鋳物砂を流動させた鋳枠内に消失性模型を装入することにより、該消失性模型を鋳物砂中に埋没させた鋳造型に溶湯を注入し、前記消失性模型を消失させて溶湯と置換する充填鋳造法において、前記鋳枠内に消失性模型を装入する際、該鋳枠の下方から鋳枠内に突出させた支持ロッドを該消失性模型の方案部の下端部に係合させ、鋳物砂の流動を停止した後、前記支持ロッドを前記方案部から退避させることを特徴とする。
このように行う充填鋳造法においては、造型時、支持ロッドを消失性模型の方案部に係合させることで、方案部ひいては製品部の変形が抑制される。
本充填鋳造法において、上記鋳枠内に消失性模型を装入する際、支持ロッドの下動に同期して消失性模型を装入方向へ移動させるのが望ましく、この場合は、消失性模型に支持ロッドから無理な力が加わることがないので、模型の方案部を不必要に厚肉にする必要はない。

上記課題を解決するため、本発明に係る造型装置は、内底部に多孔質エレメントを張設してなる鋳枠を備え、前記エレメントにより画成された鋳枠内の下室にエア源から圧縮エアを供給し、該圧縮エアを前記エレメントを通して鋳枠内の上室に流出させて鋳物砂を流動させる造型装置において、前記鋳枠の下方に配置した昇降駆動手段から延ばした支持ロッドを、該鋳枠の底板および前記エレメントを挿通して前記上室内に突出させ、該支持部材を、消失性模型の方案部に予め形成した係合部に係合させるようにしたことを特徴とする。
本造型装置において、上記消失性模型の方案部に形成した係合部は、支持ロッドを摺動可能に嵌入させる位置決め穴である構成としてもよい。
本造型装置は、上記多孔質エレメントの上面に、消失性模型の方案部を着座させる支承板を配置し、該支承板を摺動可能に挿通して支持ロッドを延ばした構成とすることができる。
本造型装置はまた、消失性模型の方案部の上端部を支持し、該模型を鋳枠内に装入する模型セットロボットを備えている構成とすることができる。

本発明に係る充填鋳造方法によれば、鋳物砂を流動させた鋳枠内に消失性模型を装入する際、その下端部を支持ロッドにより拘束するので、消失性模型の変形が抑えられ、寸法形状精度に優れた鋳造品を安定して得ることができる。
また、本発明に係る造型装置によれば、支持ロッドを昇降駆動手段により上下動させるだけで、精度的に優れた鋳造型を簡単に得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
図１および２は、本発明に係る充填鋳造法の実施に用いる鋳造型を得るための造型工程を示したものである。なお、本造型工程は、前記した加圧流動方式により造型を行うもので、ここで用いる造型装置の基本構造は、前記図３に示したものと同じであるので、同一部分には同一符号を付すこととする。

本実施形態で用いる造型装置は、図３に示した構成に加え、鋳枠１の下方に直立姿勢で配置されたエアシリンダ（昇降駆動手段）１５と、このエアシリンダ１５により上下駆動される支持ロッド１６とを備えている。支持ロッド１６は、前記エアシリンダ１５の出力軸１５ａにカップリング１７を介して同軸に連結され、鋳枠１の中心部を、その底板１ａおよび前記多孔質エレメント２を挿通して前記上室（充填室）Ｂ内まで延ばされている。本造型装置はまた、前記エレメント２の上面に、後述の消失性模型２０を着座させるための支承板１８を配置しており、前記支持ロッド１６は、この支承板１８も摺動可能に挿通して延ばされている。

本実施形態で用いられる消失性模型２０は、製品部２１と方案部２２とを備えている点、並びに多数個取りとして構成されている点で、従来の消失性模型１０（図３）と基本的に同じであり、方案部２２に対して複数の製品部２１がツリー状に配設されている。また、この消失性模型２０は、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリウレタン等の発泡体からなっている点、別体に形成した製品部２１と方案部２２とを接着剤にて接合して一体化される点、並びに必要に応じて、その表面に黒鉛や珪砂などの耐熱材料が塗型される点も、従来の消失性模型１０と変わるところはない。
しかして、本実施形態で用いられる消失性模型２０は、中空をなす方案部２２の内底部（下端部）に軸方向に延びるボス部２３を備えており、このボス部２３には、上記支持ロッド１６を摺動可能に嵌入させるための位置決め穴（係合部）２４が設けられている。

以下、上記した造型装置を用いて行う造型工程について説明する。
造型に際しては、予めエアシリンダ１５の出力軸１５ａを伸長させて、支持ロッド１６を、図１に示すように上昇端に位置決めする。この状態のもと、図示しない砂供給装置によって鋳枠１内の充填室Ｂに所定量の鋳物砂４を投入する。この場合、鋳物砂４の投入量は、消失性摸Ｋ２０の埋込みに必要な量よりも少ない量として、これにより上昇端にある支持ピン１６の上端部が砂面よりも十分長く突出する。

一方、模型セットロボット５（図３）は、そのハンド８に装着したクランパ９に消失性模型２０の方案部２２の上端部を把持しており、上記鋳物砂４の、所定量の投入完了により、そのアーム７を適当な軌跡で移動させ、消失性模型２０を鋳枠１の上方から鋳枠１内に装入する。この時、消失性模型２０は、その下端部側のボス部２３内の位置決め穴２４が前記支持ロッド１６に対して整合するように位置決めされている。これにより、模型セットロボット５による鋳枠１内への装入に応じて、支持ロッド１６の上端部が前記模型２０の位置決め穴２４に次第に嵌入する。

模型セットロボット５は、消失性模型２０の位置決め穴２４に適当深さ（一例として、位置決め穴２４の半分程度）だけ支持ロッド１６が嵌入された時点で、一旦模型２０の装入を停止するようになっており、この停止と同時に、エア源３から鋳枠１内の下室（圧力室）Ａへ圧縮エアが給送される。すると、この圧縮エアは、多孔質エレメント２を通して鋳枠１内の充填室Ｂに流出し、この圧縮エアによって充填室Ｂ内に投入されている鋳物砂４が流動する。

その後、模型セットロボット５の支柱６が短縮動作することで、消失性模型２０が装入（下降）を再開する。また、これと同時にエアシリンダ１５の出力軸１５ａが短縮側へ作動し、これにより支持ロッド１６も下動する。この時、模型セットロボット５は、支持ロッド１６の下動に同期して消失性模型２０を下降させるようになっており、これにより、消失性模型２０と支持ロッド１６との係合状態は維持される。したがって、消失性模型２０に支持ロッド１６から無理な力が加わることはない。一方、この消失性模型２０の下降再開と相前後して、鋳枠１の充填室Ｂには鋳物砂４が、一回または複数回に分けて追加投入される。これにより鋳物砂４は充填室Ｂ内で広範囲に流動し、消失性模型２０は次第に鋳物砂４中に埋没される。

そして遂には、図２に示すように、消失性模型２０の方案部２２の下端が前記支承板１８に当接して、模型２０の全体がこの支承板１８に支持される。しかして、この消失性模型２０の装入の間、その方案部２２の上端部は模型セットロボット５により、その方案部２の下端部は支持ロッド１６により支持されているので、前記図４に示した圧力分布に伴う砂圧を受けても該方案部２２が変形することはなく、結果として製品部２１の変形も抑制される。
このようにして消失性模型２０の全体が鋳物砂４中に埋没され、その後は、エアシリンダ１５の出力軸１５ａがさらに短縮することで、支持ロッド１６が消失性模型２０の方案部２２の位置決め穴２４から抜ける。この時、支持ロッド１６は、その上端が支承板１８の上面と面一になるか該上面よりわずか下がった位置が下降端となり、これにて造型工程は終了する。

本発明に係る充填鋳造法においては、上記のように造型された鋳造型に溶湯を注入し、消失性模型２０を消失させて溶湯と置換して鋳造品を得る。しかして、消失性模型２０は、上記したように変形を起こすことなく鋳枠１内の正規位置に正規姿勢で配置されているので、その後の鋳造で得られた鋳造品は、寸法形状精度に著しく優れたものとなる。
また、支持ロッド１６は、消失性模型２０の方案部２２から退避しているので、鋳造品の方案部分に鋳包まれることはなく、その繰返し使用が可能になり、その上、前記方案部分の再生利用の障害になることもない。
本実施形態においては特に、造型工程において支持ロッド１６と同期して消失性模型２０が下降するので、支持ロッド１６から模型２０に無理な力が加わることがなく、したがって、消失性模型２０の方案部２２を不必要に厚肉にする必要がない。このことは、その後の鋳造に際して模型２０の消失性が良好に維持されることを意味し、これにより鋳造は安定する。
また、本実施形態においては、支持ロッド１６の先端部が支承板１８に摺接した状態で該支承板１８内に納まっているので、鋳造時に支持ロッド１６と支承板１８との間から溶湯が漏れ出ることはなく、エレメント２が溶湯と接触して損傷するなどの弊害も未然に防止される。

なお、上記実施形態においては、支持ロッド１６と消失性模型２０とを同期して下降させるようにしたが、本発明は、支持ロッド１６を上昇端に位置固定して消失性模型２０のみを下降させるようにしてもよい。この場合は、消失性模型２０が支持ロッド１６をガイドとして下降するので、上記同様にその変形が抑制される。ただし、この場合は、支持ロッド１６の上昇端位置または消失性模型２０の方案部２２に設ける位置決め穴２４の長さを適当に設定する必要がある。
また、上記実施形態においては、消失性模型２０の全体を支承板１８に着座させるようにしたが、本発明は、消失性模型２０の全体をエレメント２から離れた中間位置に埋設するようにしてもよいことはもちろんで、この場合は支承板１８が不要になる。

本発明に係る充填鋳造法の実施に用いる鋳造型を得るための造型工程の初期段階を示す断面図である。 本造型工程の最終段階を示す断面図である。 充填鋳造法における従来の一般的な造型工程と不具合発生例を示す断面図である。 加圧流動方式による造型工程における鋳枠内の圧力分布を示す模式図である。

符号の説明

１ 鋳枠
２ 多孔質エレメント
３ エア源
４ 鋳物砂
５ 模型セットロボット
１５ エアシリンダ（昇降駆動手段）
１６ 支持ロッド
１９ 支承板
２０ 消失性模型
２１ 製品部
２２ 方案部
２４ 位置決め穴（係合部）
Ａ 鋳枠内の下室
Ｂ 鋳枠内の上室

Claims (6)

1. 鋳物砂を流動させた鋳枠内に消失性模型を装入することにより、該消失性模型を鋳物砂中に埋没させた鋳造型に溶湯を注入し、前記消失性模型を消失させて溶湯と置換する充填鋳造法において、前記鋳枠内に消失性模型を装入する際、該鋳枠の下方から鋳枠内に突出させた支持ロッドを該消失性模型の方案部の下端部に係合させ、鋳物砂の流動を停止した後、前記支持ロッドを前記方案部から退避させることを特徴とする充填鋳造法。
2. 支持ロッドの下動に同期して消失性模型を装入方向へ移動させることを特徴とする請求項１に記載の充填鋳造法。
3. 内底部に多孔質エレメントを張設してなる鋳枠を備え、前記エレメントにより画成された鋳枠内の下室にエア源から圧縮エアを供給し、該圧縮エアを前記エレメントを通して鋳枠内の上室に流出させて鋳物砂を流動させる造型装置において、前記鋳枠の下方に配置した昇降駆動手段から延ばした支持ロッドを、該鋳枠の底板および前記エレメントを挿通して前記上室内に突出させ、該支持部材を、消失性模型の方案部に予め形成した係合部に係合させるようにしたことを特徴とする造型装置。
4. 消失性模型の方案部に形成した係合部が、支持ロッドを摺動可能に嵌入させる位置決め穴であることを特徴とする請求項３に記載の造型装置。
5. 多孔質エレメントの上面に、消失性模型の方案部を着座させる支承板を配置し、該支承板を摺動可能に挿通して支持ロッドを延ばしたことを特徴とする請求項３または４に記載の造型装置。
6. 消失性模型の方案部の上端部を支持し、該模型を鋳枠内に装入する模型セットロボットを備えていることを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の造型装置。
   
   

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