JP2008149359A - フルモールド鋳造用インサート及びそれを用いたプレス金型の鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶湯の高温に耐えて変形や溶損等することなく高品質のエア抜き孔を効率よく形成できるフルモールド鋳造用インサート及びそれを用いたプレス金型の鋳造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】フルモールド鋳造用の消失模型１１に打ち込むインサート２において、一方の端面から他方の端面に渡って中空部２０ａが貫設された外周部材２０と、径方向長さｃが前記外周部材における中空部２０ａの内径ａより短く形成され、前記中空部２０ａに挿通される芯部材２１と、溶湯温度より高い融点を有する材料からなり、前記外周部材２０と芯部材２１との離間Ｄに充填される充填部材２２とを備えてなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、フルモールド鋳造用インサート及びそれを用いたプレス金型の鋳造方法に関し、より詳細にはフルモールド鋳造用の消失模型に打ち込むインサートと、それを用いたフルモールド鋳造方法の改良技術に関する。

自動車の外装パネル等のパネル部品を成形するためのプレス金型には、鋳造時のエア抜きのためのエア抜き孔が複数設けられている。従来、このエア抜き孔は、プレス金型に多軸ボール盤等に設けられたドリルによって直接穿孔されていたが、作業工程の短縮及び作業者の作業負担の軽減を図るために、近年では、フルモールド鋳造用の消失模型に、炭素鋼等からなるフルモールド鋳造用インサート（以下、単にインサートと省略する）が予め打ち込まれた状態でフルモールド鋳造を行うことで、エア抜き孔を形成するプレス金型の鋳造方法が採用されている。

例えば、特許文献１には、切削性に優れる母材の表面にセラミック粉末を溶射してセラミック層を形成したインサートの構造、及びそれを用いたプレス金型の鋳造方法が開示されている。このようなインサートを用いることで、高温の溶湯中であっても、溶湯が冷却固化する以前に変形したり溶融したり等することなく、所望のエア抜きを形成することができる。
特開２００１−１０５１２２号公報

しかし、上述した特許文献１に開示されるインサートのように、外壁にセラミックコーティングする構成では、セラミックス材がインサート母材（鋼材）に比べて膨張性に劣るため、溶湯熱にてインサートが膨張してもこれにセラミックス材が追従できずに破断し、破断箇所から溶湯がエア抜き孔内に進入することで、インサートが溶損し又は進入した溶湯が固化してエア抜き孔が詰まってしまう場合があった。

また、上述した従来のインサートでは、別途セラミックス剤によるコーティング処理が必要となるため製造コストがかかっていた。さらに、上述したインサートを用いてエア抜き孔が形成されたプレス金型表面には、セラミックス皮膜がリング状に残存する場合があり、鋳造品の品質劣化の原因となっていた。

そこで、本発明においては、フルモールド鋳造用インサート及びそれを用いたプレス金型の鋳造方法に関し、前記従来の課題を解決するもので、溶湯の高温に耐えて変形や溶損等することなく高品質のエア抜き孔を効率よく形成できるフルモールド鋳造用インサート及びそれを用いたプレス金型の鋳造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、フルモールド鋳造用の消失模型に打ち込むフルモールド鋳造用インサートにおいて、一方の端面から他方の端面に渡って中空部が貫設された外周部材と、径方向長さが前記外周部材における中空部の内径より短く形成され、前記中空部に挿通される芯部材と、溶湯温度より高い融点を有する材料からなり、前記外周部材と芯部材との離間に充填される充填部材とを備えてなるものである。

請求項２においては、前記芯部材は、前記充填部材によって前記外周部材に相対位置変動不能に固定されるものである。

請求項３においては、前記請求項１又は請求項２に記載のフルモールド鋳造用インサートを用いたプレス金型の鋳造方法であって、前記フルモールド鋳造用インサートを消失模型に打ち込んで固定する打込工程と、打込工程で前記フルモールド鋳造用インサートが打ち込まれた消失模型を鋳型砂中に埋め込んで鋳型を造型する造型工程と、前記造型工程で造型した鋳型に溶湯を注湯して、溶湯と前記消失模型とを置換する注湯工程と、前記鋳型を解砕して鋳造品を取り出す解砕工程と、前記鋳造品から前記芯部材を取り出す取出工程とを有するものである。

請求項４においては、前記芯部材を鋳造ごとに再利用するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、溶湯の高温に耐えて変形や溶損等することなく高品質のエア抜き孔を効率よく形成できる。

請求項２においては、芯部材によって外周部材の形状を精度よく保護することができる。

請求項３においては、溶湯の高温に耐えて変形や溶損等することなく高品質のエア抜き孔を効率よく形成できる。

請求項４においては、鋳造コストを低減できる。

次に、発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係るインサートを備えたフルモールド鋳造用の鋳型の全体的な構成を示した断面図、図２はインサートの断面図、図３はインサートの端部の拡大断面図、図４は図３における矢印Ａ方向から見た正面図、図５は本実施例のインサートを用いたプレス金型の鋳造方法を示したフローチャートである。

まず、本実施例のインサート２を備えたフルモールド鋳造用の鋳型１に全体構成について、以下に概説する。
図１に示すように、本実施例の鋳型１は、図示せぬ鋳枠に納められた鋳型砂１０と、鋳型砂１０に埋設される消失模型１１と、鋳型砂１０中に延設された湯道１２と、湯道１２を介して消失模型１１に接続される湯口１３等とで構成されている。消失模型１１は、後述するようにインサート２が打ち込まれて固定された状態で鋳型砂１０中に埋め込まれる。鋳型１を造型する際には、消失模型１１は、鋳造品の意匠面を決める成形面が下向きとなるようにして鋳型砂１０に埋設される。

湯口１３は、鋳型砂１０の上面側に開口され、この湯口１３から湯道１２を介して消失模型１１に溶湯が供給される。すなわち、鋳造の際には、湯口１３から溶湯が連続注入され、注入された溶湯が湯道１２を介して消失模型１１に到達する。そして、溶湯の熱で消失模型１１が消失し、消失した空間に順次溶湯が充満することで溶湯と消失模型１１とが置換される。なお、本実施例のインサート２を用いたプレス金型の鋳造方法の詳細は、後述する（図５参照）。

次に、本実施例のインサート２について、以下に詳述する。
図２乃至図４に示すように、本実施例のインサート２は、略棒状部材であって、円筒形状の外周部材２０と、外周部材２０に穿設された中空部２０ａに挿通される芯部材２１と、外周部材２０と芯部材２１との離間Ｄに充填される充填部材２２等とからなり、芯部材２１が充填部材２２によって外周部材２０に相対位置変動不能に固定されることで、一体として組み付けられている。インサート２が打ち込まれた消失模型１１を用いてフルモールド鋳造が行われることで、鋳造品にインサート２が一体として溶着されて鋳造品（プレス金型）にエア抜き孔が形成される。

外周部材２０は、上述したように円筒形状に形成され、一方の端面から他方の端面に向けて軸方向に沿って中空部２０ａが穿設されている。この中空部２０ａが鋳造品におけるエア抜き孔となる。外周部材２０は、内径ａ（中空部２０ａの穴径）が鋳型１や鋳造品の形状・大きさ等によって適宜変更される。

また、外周部材２０は、軸方向長さｂが少なくとも消失模型１１の高さ方向長さよりも長くなるように形成されており、換言すると、外周部材２０が消失模型１１に打ち込まれた状態で、外周部材２０の両端部が消失模型１１に突出するように形成されている（図１参照）。このように形成することで、消失模型１１を鋳型砂１０に埋設させた際に、外周部材２０の両端を鋳型砂１に係合させることができ、消失模型１１と置換された溶湯によって、外周部材２０が容易に流されてしまうのを防止することができる。

外周部材２０の母材は、特に限定するものではないが、例えば、一般構造用圧延鋼（ＳＳ４００）等を用いることができる。

芯部材２１は、略棒形状に形成され、外周部材２０の中空部２０ａに軸心に沿って挿通される。本実施例の芯部材２１は、径方向長さ（外径）ｃが、少なくとも上述した外周部材２０における中空部２０ａの内径ａよりも短くなるように形成されている（ａ＞ｃ）。したがって、中空部２０ａの軸心に沿って芯部材２１が挿通された状態では、芯部材２１の外周面と外周部材２０（中空部２０ａ）の内壁との間には離間Ｄ（空間）が形成される。そして、後述するように、この離間Ｄには充填部材２２が充填されて、外周部材２０に芯部材２１が固定される。

また、本実施例の芯部材２１は、軸方向長さｄが外周部材２０の軸方向長さｂよりも大きく、若しくは少なくとも同じ長さとなるように形成されており、本実施例では軸方向長さｄが外周部材２０の軸方向長さｂよりも大きくなるように形成されている（ｄ≧ｂ）。このような形状とすることで、芯部材２１を鋳型砂１０に確実に支持させることができる。

芯部材２１の母材は、コスト面から鉄材（鋼材）が好ましく用いられ、また耐熱性の面からセラミック材が好ましく用いられるが、その他に、竹材や黒鉛等が用いられる。

充填部材２２は、外周部材２０の中空部２０ａに芯部材２１が挿通された状態で、外周部材２０と芯部材２１との離間Ｄに充填される。本実施例でのインサート２は、充填部材２２が離間Ｄに充填されることで、外周部材２０の内周面からこれを耐熱保護するとともに、充填部材２２が乾燥・固化されることで芯部材２１を外周部材２０に相対位置変動不能に固定する。

充填部材２２としては、耐熱性に優れた鋳造用の塗料（塗型剤）が用いられ、特に、本実施例では溶湯温度（千数百℃）より高い融点を有する材料から形成される。具体的には、好ましくは黒鉛を主材として、シリカ、アルミナ、溶剤（水、アルコール等）、及びその他の合成樹脂などを適宜配合して調製される。ただし、充填部材２２の材料としてはこれに限定されず、主材としては黒鉛の他に、木炭末、コークス粉、シリコーン、ジルコニア粉砕末等の内から１種若しくは２種以上を含有させて調製してもよい。

次に、本実施例のインサート２を用いたプレス金型の鋳造方法について、以下に詳述する。
図５に示すように、本実施例の鋳造品（プレス金型）の鋳造方法では、初めに、上述した方法によって製造されたインサート２を消失模型１１に固定する（Ｓ１００）。消失模型１１に予め打ち込み位置に対応した孔を穿設して、かかる孔にインサート２を挿入する。インサート２が固定された消失模型１１では、インサート２の両端が消失模型１１の上下面から突出している。

そして、インサート２が固定された消失模型１１を鋳型砂１０中に埋設して、鋳型１を造型する（Ｓ１０１）。鋳型１においては、消失模型１１及びインサート２の突出端が鋳型砂１０によって支持され、また、消失模型１１が鋳造面を下方にして配置される。

その後、鋳型１の湯口１３から溶湯を注湯して（Ｓ１０２）、溶湯と消失模型１１とを置換する。すなわち、湯口１３から連続注湯された溶湯は、湯道１２を介して消失模型１１に到達し、やがて溶湯の熱で消失模型１１が消失し、消失した鋳型１の空間内に順次溶湯が充満することで溶湯と消失模型１１とが置換される。このとき、インサート２は、消失模型１１が消失することで、消失模型１１に支持されない状態となるが、本実施例では両端が鋳型砂１０に支持されるため溶湯によって流されずにその位置は変化しない。

そして、注湯された溶湯が冷却・固化した後に、鋳型１を解砕して鋳造品を取り出す（Ｓ１０３）。取り出した鋳造品においては、インサート２の外周部材２０が溶着されてエア抜き孔が形成されている。溶着された外周部材２０の中空部２０ａには、芯部材２１や充填部材２２が残存しているため、中空部２０ａから芯部材２１を引き抜いて取り出すとともに（Ｓ１０４）、中空部２０ａにドリル等を挿入して充填部材を粉砕しながら除去する。なお、取り出した芯部材２１は、鋳造ごとに再利用される。

以上のように、本実施例は、フルモールド鋳造用の消失模型１１に打ち込むフルモールド鋳造用のインサート２において、一方の端面から他方の端面に渡って中空部２０ａが貫設された外周部材２０と、径方向長さｃが前記外周部材の内径ａより短く形成され、前記中空部２０ａに挿通される芯部材２１と、溶湯温度より高い融点を有する材料からなり、前記外周部材２０と芯部材２１との離間Ｄに充填される充填部材２２とを備えてなるため、溶湯に当接した際に、外周部材２０がその融解温度以上に加熱された溶湯中に曝されても、中空部２０ａに充填された充填部材２２によって外周部材２２が内側から耐熱保護され、かつ、略軸中心に配置された芯部材２１によって耐強度（耐靭性）が向上されるため、溶湯によって外周部材２０が流されることがなく、溶湯の高温に耐えて変形や溶損等することなく高品質のエア抜き孔を効率よく形成できる。

また、本実施例のインサート２を用いることで、口径の小さなエア抜き孔であっても精度よく形成することができるとともに、従来に比べて外周部材２０の肉厚を小さく形成することができるため、プレス金型におけるエア抜き孔の位置的制限を解消できる。また、芯部材２１が充填部材２２によって耐熱保護されるため、芯部材２１を鋳造ごとに再利用することで鋳造コストを低減できる。

特に、本実施例のインサート２は、芯部材２１が充填部材２２によって外周部材２０に相対位置変動不能に固定されるため、充填部材２２によって、外周部材２０を耐熱保護しながら同時に芯部材２１を固定することで、芯部材２１によって外周部材２０の形状を精度よく保護することができ、高品質のエア抜き孔を形成できる。

本発明の一実施例に係るインサートを備えたフルモールド鋳造用の鋳型の全体的な構成を示した断面図。 インサートの断面図。 インサートの端部の拡大断面図。 図３における矢印Ａ方向から見た正面図。 本実施例のインサートを用いたプレス金型の鋳造方法を示したフローチャート。

符号の説明

２ インサート
２０ 外周部材
２０ａ 中空部
２１ 芯部材
２２ 充填部材
Ｄ 離間

Claims (4)

1. フルモールド鋳造用の消失模型に打ち込むフルモールド鋳造用インサートにおいて、
   一方の端面から他方の端面に渡って中空部が貫設された外周部材と、
   径方向長さが前記外周部材における中空部の内径より短く形成され、前記中空部に挿通される芯部材と、
   溶湯温度より高い融点を有する材料からなり、前記外周部材と芯部材との離間に充填される充填部材とを備えてなることを特徴とするフルモールド鋳造用インサート。
2. 前記芯部材は、前記充填部材によって前記外周部材に相対位置変動不能に固定されることを特徴とする請求項１に記載のフルモールド鋳造用インサート。
3. 前記請求項１又は請求項２に記載のフルモールド鋳造用インサートを用いたプレス金型の鋳造方法であって、
   前記フルモールド鋳造用インサートを消失模型に打ち込んで固定する打込工程と、
   打込工程で前記フルモールド鋳造用インサートが打ち込まれた消失模型を鋳型砂中に埋め込んで鋳型を造型する造型工程と、
   前記造型工程で造型した鋳型に溶湯を注湯して、溶湯と前記消失模型とを置換する注湯工程と、
   前記鋳型を解砕して鋳造品を取り出す解砕工程と、
   前記鋳造品から前記芯部材を取り出す取出工程とを有することを特徴とするプレス金型の鋳造方法。
4. 前記芯部材を鋳造ごとに再利用することを特徴とする請求項３に記載のプレス金型の鋳造方法。

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