JP2007083291A

JP2007083291A - 鋳造方法及び鋳型

Info

Publication number: JP2007083291A
Application number: JP2005276180A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Mori; 繁樹森; Toshiharu Kiyohara; 敏治清原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】消失模型を用いる鋳造において、鋳造と同時に鋳物に高い精度の穴を容易に形成することが可能な鋳造方法及び鋳型を提供する。
【解決手段】消失模型３に石英硝子によって形成される中子４を埋設して半消失性原型１を形成して、該半消失性原型１を鋳砂５に埋設して鋳型６を造型する。鋳造後、鋳物２に入込まれた中子４を叩き壊して除去することにより、鋳出された鋳物２に貫通穴７が現出される。したがって、鋳造後のドリルによる機械加工が廃止されて、鋳造と同時に高い精度の貫通穴７を容易に形成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳造方法及び鋳型に関するもので、特に、消失模型を用いる鋳造方法及び該鋳造方法に用いられる鋳型に関する。

一般に、所望の形状の鋳物を得る一手段として、フルモールド法が知られている。このフルモールド法では、得ようとする鋳物の模型を、溶融金属との接触によって消失される消失材料によって形成して、この模型（以下、消失模型と称する。）を鋳砂に埋設することにより鋳型が造型される。そして、造型された鋳型に溶融金属が供給されると、該溶融金属との接触によって消失模型が燃焼して消失して、消失模型に入れ替わって鋳型に溶融金属が充填されて所望の形状の鋳物が得られる。ところで、このようにして得られた鋳物に内径寸法が比較的小さい穴（例えば、φ20mm以下の穴。）を形成する場合、一般に、鋳出された鋳物にドリルによる機械加工（穴あけ加工）が施されるが、穴の深さが内径寸法に対して深い場合や、穴が基準面（加工基準）に対して傾斜している場合は、ドリルによる高精度な穴あけ加工に多大な時間を費やしていた。また、穴あけ加工の発生により工数が増加して生産性が著しく低下するため、穴あけ加工の廃止が求められていた。

そこで、穴を消失模型に造り込むことも考えられるが、消失模型には造り込み可能な形状の制約が多く、例えば、内径寸法がφ20mm以下の穴や開口部の短辺の2.5倍以上の深さを有する袋穴等は、鋳造後に穴から鋳砂を取除くのが困難であるため、機械加工に頼らざるを得なかった。また、特許文献１に記載の線状中子部材を埋設して消失模型を形成すると共に該消失模型を鋳砂に埋設して鋳型を造型して、鋳造後、鋳物から線状中子部材を引き抜くことにより当該鋳物に線状中子部材と同一断面形状の穴を形成することが考えられる。しかしながら、この手法では、穴が奥広がりのテーパ形状に形成されている場合、鋳物から線状中子部材を引き抜くのが不可能である。
特開２００１−１２９６５５号公報（段落番号００３１〜００３３、図１）

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第１の目的は、消失模型を用いる鋳造において、鋳造と同時に鋳物に高い精度の穴を容易に形成することが可能な鋳造方法を提供することにある。
また、第２の目的は、消失模型を用いる鋳造において、鋳造と同時に鋳物に高い精度の穴を容易に形成することが可能な鋳型を提供することにある。

上記第１の目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の鋳造方法は、消失性材料によって形成される鋳物の模型に非消失材料によって形成される中子を埋設して半消失性原型を形成しておいて、該半消失性原型が鋳砂に埋設されて鋳型が造型されて、該鋳型に溶融金属が供給されて半消失性原型が中子を残して消失されることにより、鋳型における半消失性原型の専有部分に鋳物が鋳出されて、該鋳物が鋳型から取り出された後、該鋳物に鋳込まれた中子が除去されることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の鋳造方法において、中子を破砕可能な材料によって形成しておいて、鋳物が鋳型から取り出された後、該鋳物に鋳込まれた中子が破砕されて除去されることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の鋳造方法において、中子を石英硝子によって形成しておいて、鋳物に鋳込まれた石英硝子が叩き壊されて除去された後、破砕された石英硝子が回収されることを特徴とする。

上記第２の目的を達成するために、本発明のうち請求項４に記載の発明は、上記請求項１〜３のいずれかに記載の鋳造方法に用いられる鋳型であって、消失性材料によって形成される模型と、非消失性材料によって形成されて模型に埋設される中子とによって構成される半消失性原型を備えて、該半消失性原型が鋳砂に埋設されることにより造型されることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の鋳型において、半消失性原型の中子が破砕可能な材料によって形成されることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の鋳型において、半消失性原型の中子が石英硝子によって形成されることを特徴とする。

したがって、請求項１及び４に記載の発明では、半消失性原型が鋳砂に埋設されて造型された鋳型に溶融金属が供給されることにより、半消失性原型の模型部分が消失される。そして、鋳型における半消失性原型の模型が専有していた部分に鋳物が鋳出されて、中子が鋳込まれた鋳物を鋳型から取り出した後、中子を除去することにより所望の形状の鋳物が得られる。
請求項２及び５に記載の発明では、鋳物に鋳込まれた中子を破砕することにより除去する。
請求項３及び６に記載の発明では、鋳物に鋳込まれた石英硝子製の中子を叩き壊すことにより除去する。また、破砕された石英硝子（中子）を回収することにより再利用が可能である。

消失模型を用いる鋳造において、鋳造と同時に鋳物に高い精度の穴を容易に形成することが可能な鋳造方法及び鋳型を提供することができる。

本発明の一実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。本鋳造方法では、消失性材料によって形成される鋳物２の模型３（以下、消失模型３と称する。）に非消失材料によって形成される中子４（本実施の形態では、石英硝子製の管。）が埋設されることにより半消失性原型１が形成されて、該半消失性原型１が鋳砂５に埋設されて鋳型６が造型される。そして、当該鋳型６に溶融金属が供給されることにより、上記半消失性原型１が中子４を残して消失されて、当該鋳型６における上記消失模型３が専有していた部分に、上記中子４が鋳込まれた鋳物２が鋳出される。そして、鋳出された鋳物２を上記鋳型６から取り出した後、当該鋳物２に鋳込まれた中子４が叩き壊されて鋳物２から中子４が除去されることにより、鋳出された鋳物２に、上記中子４の外形が転造された形状を有する貫通穴７が現出される。また、本鋳造方法では、破砕された中子４（石英硝子）が回収されて再利用される。

上記半消失性原型１は、上記消失模型３が発泡ポリスチレン（消失性材料）によって形成されると共に、上記中子４が、上記鋳物２に形成する貫通穴７の外径寸法に等しい外径寸法を有する石英硝子製の管（本実施の形態では、外径寸法（8mm及び肉厚0.8mmの管。）によって形成される。そして、上記半消失性原型１は、上記鋳物２の貫通穴７に整合させて上記中子４を上記消失模型３に埋設することにより形成される。なお、図１に示されるように、上記半消失性原型１は、上記中子４の両端部が上記消失模型３から突出された状態で当該消失模型３に埋設される。これにより、本鋳型６では、半消失性原型１を鋳砂５に埋設させた時に、中子４の両端部が鋳砂５によって支持される構造になっている。また、図３に示されるように、上記消失模型３の所定位置には、発泡ポリスチレン（消失性材料）によって形成された溶融金属供給路の模型８が接合される。

そして、本鋳型６は、上記模型８が接合された半消失性原型１を型枠９に対して位置決めさせた後、該型枠９に鋳砂５が充填されることにより当該鋳型６が造型される構造になっている。なお、必要に応じて、上記型枠９に充填された鋳砂５をバインダによって固化させる。

次に、本鋳造方法の作用を説明する。まず、図１に示されるように、製品形状を有する消失模型３に中子４が埋設されて半消失性原型１が形成される。次に、該半消失性原型１に溶融金属供給路の模型８が接合されて一体化されたものが型枠９内に位置決めされて、この状態で、型枠９に鋳砂５が充填されることにより、図３に示されるように、半消失性原型１が埋設された鋳型６が造型される。そして、該鋳型６の溶融金属供給路に溶融金属が供給されると、該溶融金属は、溶融金属供給路の模型８を消失させつつ消失模型３に向けて移動されて、消失模型３を消失させて当該鋳型６における消失模型３が専有していた部分に充填される。この時、半消失性原型１の中子４は、両端部が鋳砂５に支持された状態で消失しないで残るため、当該鋳型６中には、中子４が鋳込まれた鋳物（２）が鋳出される。

そして、鋳出された鋳物（２）における溶融金属供給路部分を除去した後、石英硝子によって形成された中子４が叩き壊されることにより、図２に示されるように、貫通穴７が形成された鋳物２が得られる。また、破砕された中子４（石英硝子）は回収されて再利用される。なお、中子４を除去した後の貫通穴７を目視、光学顕微鏡及びファイバースコープによって観察した結果、当該貫通穴７の表面に、中子４（石英硝子）の破片は認められなかった。

この実施の形態では以下の効果を奏する。
本鋳造方法では、消失性材料によって形成される鋳物２の模型３に石英硝子製の管によって形成される中子４を埋設して半消失性原型１が形成されて、該半消失性原型１が鋳砂５に埋設されて鋳型６が造型される。そして、当該鋳型６に溶融金属が供給されることにより、半消失性原型１が中子４を残して消失されて、当該鋳型６における消失模型３が専有していた部分に、中子４が鋳込まれた鋳物２が鋳出される。また、鋳出された鋳物２を鋳型６から取り出した後、鋳物２に鋳込まれた中子４が叩き壊されて鋳物２から中子４が除去されることにより、鋳出された鋳物２に中子４の外形が高い精度で転造された貫通穴７が現出される。

したがって、本鋳造方法によれば、鋳造後のドリルによる機械加工（穴あけ加工）が廃止されて、工数が削減されることにより生産性を大幅に向上させることができる。また、従来、鋳造上の制約で消失模型３に織り込むことができずに機械加工を余儀なくされていた形状の穴であっても、所要の形状を非消失性材料によって形成して消失模型３に埋設しておくことにより、鋳造と同時に形成することができる。さらに、中子４を叩き壊すことで除去することができるため、鋳出された鋳物２から引き出すことが不可能である奥広がりのテーパ形状であっても、鋳造と同時に形成することができる。また、本鋳造方法では、破砕された中子４（石英硝子）が回収されて再利用されるため、型費の低減及び資源の節約に貢献することができる。

なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
実施の形態では、石英硝子によって中子４を形成したが、溶融金属との接触によって消失することがなく、且つ、叩き壊されることにより鋳物２から除去することが可能な非消失性材料であれば石英硝子でなくてもよい。
鋳物２に中子４によって形成される形状は平行な貫通穴７である必要はなく、叩き壊されることにより鋳物２から除去することが可能な形状であれば、例えば、奥広がりのテーパ形状、中膨らみの穴、袋穴等であってもよい。

本鋳型の説明図であって、特に、半消失性原型の断面図である。本鋳型の説明図であって、特に、中子が除去された後の鋳物の断面図である。本鋳造方法の説明図であって、特に、型枠に半消失性原型が埋設された状態を示す断面図である。

符号の説明

１半消失性原型、２鋳物、３消失模型、４中子、５鋳砂、６鋳型、７貫通穴、８模型、９型枠

Claims

消失性材料によって形成される鋳物の模型に非消失材料によって形成される中子を埋設して半消失性原型を形成しておいて、該半消失性原型が鋳砂に埋設されて鋳型が造型されて、該鋳型に溶融金属が供給されて前記半消失性原型が中子を残して消失されることにより、前記鋳型における前記半消失性原型の専有部分に鋳物が鋳出されて、該鋳物が前記鋳型から取り出された後、該鋳物に鋳込まれた前記中子が除去されることを特徴とする鋳造方法。
前記中子を破砕可能な材料によって形成しておいて、前記鋳物が前記鋳型から取り出された後、該鋳物に鋳込まれた前記中子が破砕されて除去されることを特徴とする請求項１に記載の鋳造方法。
前記中子を石英硝子によって形成しておいて、前記鋳物に鋳込まれた前記石英硝子が叩き壊されて除去された後、破砕された前記石英硝子が回収されることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳造方法。
上記請求項１〜３のいずれかに記載の鋳造方法に用いられる鋳型であって、
消失性材料によって形成される模型と、非消失性材料によって形成されて前記模型に埋設される中子とによって構成される半消失性原型を備えて、該半消失性原型が鋳砂に埋設されることにより造型されることを特徴とする鋳型。
前記半消失性原型の前記中子が破砕可能な材料によって形成されることを特徴とする請求項４に記載の鋳型。
前記半消失性原型の前記中子が石英硝子によって形成されることを特徴とする請求項４又は５に記載の鋳型。