JP2008093727A5

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Publication number: JP2008093727A5
Application number: JP2006281354A
Authority: JP
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2008-10-30

Description

鋳型

本発明は鋳型に関する。さらに詳しくは、鋳物製品を鋳造するのに必要な所定の量の溶融金属が注入される下鋳型に上鋳型を重ね合わせた見切り面上への溶融金属の漏出を防止することができる鋳型に関する。

従来、鋳物の生産においては、溶融金属の流動を制御し、かつ、不純物並びにガスの巻き込みを防止することで不良発生を防止し良品を得ることを目的に、鋳造方案と呼ばれる製品形状とは関係のない溶融金属の流路を設けることが慣習的に必要不可欠とされてきた（たとえば非特許文献１参照）。しかしながら、鋳造方案を設けることで鋳物の歩留まりが低下したり、鋳型の解枠後鋳造方案を除去したりする必要があるなど、鋳物の生産性並びにコストを阻害する要因となっていた。

そこで、鋳物の歩留まりを上げる方法として、各種の鋳型造型法によって造型された主型でありかつ鋳造方案を達成するのに必要なキャビティを有せず鋳物製品鋳造用として必要なキャビティだけを有する下鋳型と、各種の鋳型造型法によって造型された主型でありかつ鋳造方案を達成するのに必要なキャビティを有せず前記下鋳型のキャビティとで鋳物製品鋳造用のキャビティを画成可能な突起部分を有する上鋳型とを用いて鋳造を行う方法であって、前記鋳物製品だけを鋳造するのに必要な量の溶融金属を前記下鋳型のキャビティ内に注入した後、前記上鋳型の突起部分を溶湯注入の前記キャビティ内に進入させて前記鋳物製品だけを鋳造するのに必要なキャビティを画成するようにして前記上鋳型を前記下鋳型に重ね合わせる鋳造方法が提案されている（特許文献１参照）。

本鋳造方法においては、鋳造方案に基づく湯口系、押湯等を鋳物素材から除去する作業を不要にする鋳物製品を鋳造するための鋳型に関して、各種の鋳型造型法によって造型された主型であり、かつ鋳造方案を達成するのに必要なキャビティを有せず鋳物製品鋳造用として必要なキャビティだけを有する下鋳型と、各種の鋳型造型法によって造型された主型でありかつ鋳造方案を達成するのに必要なキャビティを有せず、前記下鋳型のキャビティとで鋳物製品鋳造用のキャビティを画成可能な突起部分だけを有している上鋳型が記載されている。さらに、前記鋳物製品鋳造用として必要なキャビティに揚がり用キャビティを付加することも記載されている。この揚がり用キャビティを付加することにより、鋳物製品だけを鋳造するのに必要な溶融金属の量にある程度幅を持たせることができる。

（社）日本鋳造工学会図解鋳造用語辞典初版日本国発行日刊工業新聞社発行１９９５年１１月３０日２１２頁の湯口系特開２００５−５２８７１号公報

しかしながら、前記鋳造方法において下鋳型と上鋳型を重ね合わせる工程（以下、プレス工程という）の際、あらかじめ下鋳型に注入する溶融金属の量は、注湯装置の注湯精度などにより必要量と常に一致するとは限らず、若干の余剰分が発生することがある。この余剰分の溶融金属は特許文献１に記載されているように必ずしも全てが揚がり用キャビティに流入するとは限らず、下鋳型の見切り面上に漏出するおそれがある。見切り面上に溶融金属が漏出すると鋳物のバリとなり、後工程で除去に工数を要するという問題が発生する。また、漏出が多量になると、プレス工程における異物となり上下鋳型を完全にプレスすることができない問題となる。

そこで、本発明は、叙上の事情に鑑み、見切り面上への溶融金属の漏出を防止するとともに、鋳型外への溶融金属の流出を防止することができる鋳型を提供することを目的とする。

本発明の鋳型は、鋳物製品を鋳造するのに必要な所定の量の溶融金属が注入される製品輪郭形状の凹部を有する下鋳型と、該下鋳型に重ね合わせることにより、前記鋳物製品を鋳造するためのキャビティを画成する製品輪郭形状の膨出部を有する上鋳型とを備える鋳型であって、前記鋳物製品の鋳造に際して溶融金属が前記下鋳型と上鋳型とが重ね合わされた見切り面へ漏出するのを防ぐための漏れ防止構造が前記下鋳型と上鋳型の嵌合部位間に所定の隙間を有して形成されてなることを特徴としている。

本発明によれば、下鋳型と上鋳型の嵌合部位間に所定の隙間を有して形成される漏れ防止構造により、溶融金属の運動エネルギが減少されるため、プレス工程において余剰分の溶融金属が見切り面上に漏出するのを防止し、見切り面上を流れて鋳型外に流出するのを防止できる。このため、鋳物のバリ発生を少なくすることができる。また、プレス工程において余剰分の溶融金属が見切り面上の異物となることによるプレス不良を防止することができる。

本発明の鋳型は、鋳物製品を鋳造するのに必要な所定の量の溶融金属が注入される製品輪郭形状の凹部を有する下鋳型と、該下鋳型に重ね合わせることにより、前記鋳物製品を鋳造するためのキャビティを画成する製品輪郭形状の膨出部を有する上鋳型とを備えている。前記下鋳型および上鋳型は、生型、シェル型、コールドボックス法鋳型または自硬性鋳型などの各種の鋳型造型法を用いて適宜造型することができる。また、本発明の鋳型は中子も含んでいる。また、本発明の鋳型には金型も含まれる。さらに、鋳型造型法は、スクイズ、ブロースクイズ、流気加圧造型法またはこれらの複合に限らず、切削、流し込み方法などの造型方法とすることができる。なお、前記鋳物製品とは、たとえば解枠後の鋳型から取り出された一般の鋳物素材から、湯口、湯道および堰などの湯口系、押湯、揚りおよびガス抜きなどの鋳造方案を取り除いたものであって、機械に最終部品として取り付けられたり、単独で販売される状態のものをいい、たとえば円形のブレーキドラムや四角いケースなどである。また、前記溶融金属とは、鉄や非鉄金属が溶解していて鋳型に注入可能なものをいう。

以下、添付図面に基づいて本発明の鋳型を説明する。本発明の一実施の形態にかかわる鋳型は、図１〜４に示されるように、生砂１を用いて鋳枠２内に生型造型法によって造型された主型であり、鋳物製品Ｗを鋳造するのに必要な所定の量の溶融金属３が注入される製品輪郭形状の凹部４を有する下鋳型５と、生砂１１を用いて鋳枠１２内に生型造型法によって造型された主型であり、前記鋳物製品Ｗを鋳造するためのキャビティ１３を画成する製品輪郭形状の膨出部１４を有する上鋳型１５とから構成されている。また、前記鋳物製品Ｗの鋳造に際して溶融金属３が前記下鋳型５の見切り面Ｐ１ａと上鋳型１５の見切り面Ｐ２ａとが重ね合わされた見切り面Ｐａへ漏出するのを防ぐための漏れ防止構造Ａが、前記下鋳型５の嵌合部位Ｆ１と上鋳型１５の嵌合部位Ｆ２とのあいだに所定の隙間（空隙）を有して形成されている。

前記漏れ防止構造Ａは、前記下鋳型５の凹部４の外周囲に沿って該下鋳型５の見切り面Ｐ１ａより突出して形成される嵌合突起部６と、該嵌合突起部６と嵌合するために前記上鋳型１５に形成される溝部１６とからなる構造にされている。したがって、本実施の形態における嵌合部位Ｆ１、Ｆ２は、前記嵌合突起部６と溝部１６であり、また、所定の隙間（空隙）とは、該嵌合突起部６の側面６ａと前記上鋳型１５の膨出部１４の外周近傍に位置する嵌合部１７の嵌合側面である溝部１６の側面１６ａとのあいだの水平方向の隙間δ１、該嵌合突起部６の頂面６ｂと溝部１６の底面１６ｂとのあいだの上下方向の隙間δ３、および該嵌合突起部６の他の側面６ｃと溝部１６の他の側面１６ｃとのあいだの水平方向の隙間δ２のことである。この所定の隙間寸法は０．１〜４．０ｍｍに設定されている。これは、隙間が０．１ｍｍよりも狭い場合は上下鋳型５、１５同士が接触してしまうおそれがあるからである。また、隙間が４．０ｍｍを超える大きい場合は、図５に示されるように、隙間に凝固した金属Ｓを除去する際に鋳造製品Ｗに身食いを生じさせるおそれがあるため、これ以上距離を大きくすることは望ましくないからである。なお、前記嵌合突起部６は、たとえば輪郭が円形または四角などの製品の外周に沿って囲む形状であれば、とくに限定されるものではない。本実施の形態における嵌合突起部６では、図２〜３に示されるように、鋳造製品Ｗの輪郭形状が円形であるため、溶融金属の漏出防止で最も効果的な形状である円形（環状）にされているが、この円形に代えて、間隔を狭めた複数のピンまたは複数の半月片を並べて環状形状にすることもできる。

前記嵌合突起部６と溝部１６は、プレス工程において余剰分の溶融金属が下鋳型と上鋳型１５の重ね合わせ面である見切り面Ｐａ上へ漏出するのを防止するための機能を有する形態（たとえば形状および寸法）であれば、本発明において、とくに限定されるものではないが、本実施の形態における嵌合突起部６と溝部１６の形状は、それぞれ前記下鋳型５の見切り面Ｐ１ａおよび上鋳型１５の見切り面Ｐ２ａに対して垂直方向の断面が四角や台形などを含んだ形状としてほぼ四角形にされている。これにより、溶融金属３が下鋳型５と上鋳型１５を重ね合わせることによって画成される隙間δ１〜δ３を通過するためには、一旦上鋳型１５の方向へ上昇または回り込みする必要があるため、この上昇（回り込み）の際に該溶融金属３の運動エネルギが減少することで、見切り面Ｐａへの溶融金属３の漏出を容易に防止できる。
また、前記嵌合突起部６の見切り面Ｐ１ａを基準とした高さと前記溝部１６の見切り面Ｐ２ａを基準とした深さは、前記下鋳型５の嵌合部位Ｆ１と上鋳型１５の嵌合部位Ｆ２とのあいだの所定の隙間δ１〜δ３を確保しながら、それぞれ５〜５０ｍｍに設定されている。これは、高さと深さが５ｍｍより低い場合は、溶湯金属３の運動エネルギを減少させるのに不充分で嵌合突起部６と溝部１６によって画成された隙間δ１〜δ３を溶融金属３が通過して見切り面Ｐａ上に漏出するおそれがあるからである。また、高さと深さが５０ｍｍを超えると、嵌合突起部や溝部を造型するときの鋳型材料の充填に不都合を生じ、造型後の嵌合突起部や溝部の周辺凸部および角部において強度不足を引き起こすおそれがあるからである。
また、前記嵌合突起部６並びに溝部１６の幅が、前記下鋳型５の嵌合部位Ｆ１と上鋳型１５の嵌合部位Ｆ２とのあいだの所定の隙間δ１〜δ３を確保しながら、それぞれ１０〜５０ｍｍに設定されている。これは、幅が１０ｍｍよりも狭い場合は上昇してきた溶融金属３がそのまま水平方向の隙間部分を通過して見切り面Ｐａに漏出するおそれがあるからである。また、幅が５０ｍｍよりも広い場合は溶融金属３の漏出防止効果が高まる利点よりも見切り面の面積が減少されることで上下鋳型を重ね合わせる際に重要となる、見切り面における強度不足という欠点の方が顕在化するため、これ以上幅を広くすることは望ましくないからである。

また、本実施の形態では、図６に示されるように、前記上鋳型１５の膨出部１４の外周近傍に位置する嵌合部１７に溶融金属の揚がり用空洞（キャビティ）１８を形成することができる。この揚がり用空洞１８を形成することにより、図７に示されるように、注湯機の注湯精度などにより発生する溶融金属の余剰分Ｓ１を、プレス工程で最後に溶融金属が充填される溶湯最終充填域から吸収して、溶融金属が見切り面Ｐａ上に漏出したり、見切り面Ｐａ上を流れて鋳型外に流出したりするということを防止することができる。前記揚がり用空洞１８の本数は、溶融金属の余剰分や、揚がり用空洞の形状の変更などにより、少なくとも１個とすることができるが、本実施の形態では、嵌合部１７の周方向に等間隔にて１２個形成されている。

また、前記上鋳型１５の嵌合部１７における鋳造製品Ｗの分割面１７ａの面積に対する前記揚がり用空洞１８の設置開口１８ａの面積の面積率（鋳物製品Ｗの肉厚方向の面積率）は、該揚がり用空洞１８の１個あたり１〜２０％に設定されているのが好ましい。
これは、面積率が２０％より大きい時は鋳造後、揚がり用空洞に凝縮した湯の揚がり部が太くなり、この揚がり部を叩き折る際に鋳造製品Ｗに身食いを生じさせるおそれがあるため、またプレス工程で溶融金属へ充分な圧力が掛からず溶湯最終充填域の鋳造製品Ｗの角部の形状不良が発生するという問題があるからである。

また、前記鋳物製品Ｗを製造するのに必要な所定の量の溶融金属の重量に対する前記揚がり用空洞１８に流入する余剰分の溶融金属の重量の重量率は、該揚がり用空洞１８の１個あたり１〜２０％に設定されているのが好ましい。
これは、重量率が２０％より大きい時は、プレス工程で溶湯金属へ過剰な圧力が掛かり溶湯最終充填域の鋳造製品Ｗに差し込みの形状不良が発生するという問題があるからである。

つぎに本発明の他の実施の形態を説明する。前記実施の形態では、嵌合突起部６と溝部１６からなる漏れ防止構造Ａとされているが、本実施の形態では、図８に示されるように、上鋳型３１の膨出部３２の外周近傍に位置する嵌合部３３における鋳造製品Ｗの分割面３３ａと該分割面３３ａの外周囲に位置する該上鋳型３１の見切り面Ｐ２ｂとのあいだの段差Ｈが５〜５０ｍｍに設定される漏れ防止構造Ｂにされている。本実施の形態における漏れ防止構造Ｂは、前記実施の形態における漏れ防止構造Ａより構造が簡単でありながら、注湯精度が高く溶融金属の量が規定されている場合、見切り面への漏出を防止することができる。前記段差Ｈを５〜５０ｍｍに設定したのは、５ｍｍ未満の場合、溶融金属の運動エネルギを減少させるのに不充分で見切り面に溶融金属が漏出するためであり、５０ｍｍを超える場合は、製品輪郭形状の凹凸の複雑さ、たとえば膨出部が高く、凹部が深い場合によっては造型時の鋳型材料の充填に不都合を生じ、鋳型における凸部および角部において強度不足を引き起こすおそれがあるからである。

また、本実施の形態においては、前記実施の形態と同様に、下鋳型２１と上鋳型３１の嵌合部位Ｆ３、Ｆ４間の所定の隙間が０．１〜４．０ｍｍに設定されている。本実施の形態における下鋳型２１の嵌合部位Ｆ３は、下鋳型２１の見切り面Ｐ１ｂを形成する上端部（頂部）２２であり、上鋳型３１の嵌合部位Ｆ４は、該上鋳型３１の嵌合部３３である。また、所定の隙間（空隙）は、前記上端部２２の内側面２２ａと前記上鋳型３１の嵌合部３３の嵌合側面３３ｂとのあいだの水平方向の隙間である。

また、本実施の形態においても、前記実施の形態と同様に、図９に示されるように、前記上鋳型３１の嵌合部３３に少なくとも１個の溶融金属の揚がり用空洞３４を形成することができる。

また、前記上鋳型３１の嵌合部３３における鋳造製品の分割面３３ａの面積に対する該嵌合部３３に形成される前記揚がり用空洞３４の設置開口３４ａの面積の面積率は１〜２０％に設定するのが好ましい。

さらに、鋳物製品を製造するのに必要な所定の量の溶融金属の重量に対する前記揚がり用空洞３４に流入する余剰分の溶融金属の重量の重量率は１〜２０％に設定するのが好ましい。

本発明の一実施の形態にかかわる鋳型における下鋳型と上鋳型の縦断面図である。本実施の形態における鋳造製品の縦断面図である。本実施の形態における鋳造製品の平面図である。図１の上下鋳型を重ね合わせた状態を示す縦断面図である。隙間に凝固した金属の状態を示す図である。下鋳型と揚がり用空洞を形成した上鋳型を重ね合わせた状態を示す縦断面図である。図６の揚がり用空洞に吸収された余剰分の金属の状態を示す図である。本発明の他の実施の形態にかかわる鋳型における下鋳型と上鋳型を重ね合わせた状態を示す縦断面図である。図８の下鋳型と揚がり用空洞を形成した上鋳型を重ね合わせた状態を示す縦断面図である。

符号の説明

Ｗ鋳物製品
Ｐａ重ね合わされた見切り面
Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ下鋳型の見切り面
Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ上鋳型の見切り面
Ｆ１、Ｆ３下鋳型の嵌合部位
Ｆ２、Ｆ４上鋳型の嵌合部位
１、１１生砂
２、１２鋳枠
３溶融金属
４凹部
５、２１下鋳型
６嵌合突起部
６ａ、６ｃ嵌合突起部の側面
６ｂ嵌合突起部の頂面
１３キャビティ
１４、３２膨出部
１５、３１上鋳型
１６溝部
１６ａ、１６ｃ溝部の側面
１６ｂ溝部の底面
１７、３３嵌合部
１７ａ、３３ａ分割面
１８、３４揚がり用空洞
１８ａ、３４ａ設置開口
２２上端部（頂部）
２２ａ上端部の内側面