JP2008221288A - フルモールド鋳造法および該鋳造法に用いられる鋳型 - Google Patents

Abstract

【課題】フルモールド鋳造法において吸引を利用しながら先走り現象を発生させず、かつ消失模型から発生するガスに起因する鋳物製品の欠陥を防止するフルモールド鋳造法を提供する。
【解決手段】鋳枠に充填される鋳物砂内に消失模型を埋設した鋳型を密閉にしたのち溶湯を注湯し、該溶湯によって前記消失模型を消失させながら鋳物製品を鋳造するフルモールド鋳造法において、前記消失模型の周りの鋳枠の下部、側部および上部にそれぞれ独立した所定の個数の吸引部材を配置しており、注湯開始時は前記鋳枠の下部の吸引部材を使用して吸引を行う工程と、前記溶湯の湯面の上昇に伴い順次、該鋳枠の側部の吸引部材と上部の吸引部材へと吸引を切り替える工程とを含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明はフルモールド鋳造法および該鋳造法に用いられる鋳型に関する。さらに詳しくは、鋳枠に充填される鋳物砂内に消失模型を埋設した鋳型に溶湯（溶融金属）を注湯し、該溶湯によって前記消失模型を消失させながら鋳物製品を鋳造するフルモールド鋳造法に関し、前記消失模型から発生するガスに起因する鋳物製品の欠陥を防止するフルモールド鋳造法および該鋳造法に用いられる鋳型に関する。

フルモールド法は、消失模型（発泡材料から作製される発泡模型）を鋳物砂内に埋設し、溶湯を注湯して該消失模型を消失させながら鋳物製品を鋳造する方法である。このフルモールド法により得られた鋳物製品は、中子を用いることなく複雑な形状であっても高い寸法精度を有している。

しかしながら、溶湯によって消失模型が消失する際に、熱分解によって各種ガスや炭化物が発生し、それが鋳物製品の内部や表面に残留することで鋳物製品にガス欠陥や炭化物の欠陥を生じさせる原因となっている。

そこで、これを解決する方法として従来から鋳枠に吸引口を設けて鋳型内部の気体を吸引し、消失模型から発生したガスや炭化物が鋳物砂中を通って外部へ吸引排出する方法がある。

たとえば、特開平８−２２９６３５号公報に記載されているように消失模型の厚肉部分近傍に吸引パイプを設けて吸引することでミクロポロシティの発生を防止する方法が開示されている（特許文献１参照）。

また、特開平８−２０６７７７号公報に記載されているように砂鋳型中に埋設した消失模型と砂鋳型に貫通した吸引孔を設け、かつ鋳枠に吸引口を設けて消失模型の消失により発生したガスや炭化物を鋳型外へ排出させる方法が開示されている（特許文献２参照）。また、この特許文献２には、消失模型中と砂鋳型中に貫通した排気孔を設けてガスや炭化物を鋳型外へ排出する方法も開示されている。

特開平８−２２９６３５号公報 特開平８−２０６７７７号公報

しかしながら、前述のように従来の吸引を利用した方法では、消失模型が溶融して発生した空隙を先行して溶湯が流れ、後からの溶湯が連続して流れないために先行した溶湯と後続の溶湯が完全に溶け合わない現象（以下、先走り現象という）が発生することはよく知られている。

この先走り現象に対して、前記特許文献１では何ら解決策が例示されておらず、この方法を用いて先走り現象を回避することはできない。

一方、前記特許文献２では排気管を消失模型の下方に配置し、かつ消失模型上面に鋳型外部と連通する吸引管を設けて外部から気体を導入しながら吸引を行いつつ鋳造を行っている。この方法では、溶湯の流れと気体の流れが同一方向に行くために先走り現象を解消させられる利点があるが、大量のガスが短時間に発生すると吸引管によりガス排出が抑えられて溶湯の流動性を低下させて湯回り不良となったりガス欠陥や炭化物の欠陥を発生させたりするおそれがある。

かかる湯回り不良やガス欠陥などを防止するため、該特許文献２においては吸引管と排気管を消失模型につなぐ方法が例示されている。しかしながら、この方法では前述の先走り現象を起こす問題が発生するおそれがある。

そこで、本発明は、叙上の事情に鑑み、フルモールド鋳造法において吸引を利用しながら先走り現象を発生させず、かつ消失模型から発生するガスに起因する鋳物製品の欠陥（湯回り不良やガス欠陥、炭化物による欠陥）を防止するフルモールド鋳造法および該鋳造法に用いられる鋳型を提供することを目的とする。

本発明のフルモールド鋳造法は、鋳枠に充填される鋳物砂内に消失模型を埋設した鋳型を密閉にしたのち溶湯を注湯し、該溶湯によって前記消失模型を消失させながら鋳物製品を鋳造するフルモールド鋳造法において、前記消失模型の周りの鋳枠の下部、側部および上部にそれぞれ独立した所定の個数の吸引部材を配置しており、注湯開始時は前記鋳枠の下部の吸引部材を使用して吸引を行う工程と、前記溶湯の湯面の上昇に伴い順次、該鋳枠の側部の吸引部材と上部の吸引部材へと吸引を切り替える工程とを含むことを特徴としている。

また、注湯中、鋳枠の側部の吸引部材と上部の吸引部材を使用して吸引を行う際に、該鋳枠の下部の吸引部材を配置した下部位置とは異なる鋳枠の下部位置に配設した外気導入部材を用いて外気を導入するのが好ましい。

さらに、本発明の鋳型は、前記フルモールド鋳造法に用いられる鋳型であって、前記鋳枠の下部、側部および上部に配置した所定の個数の吸引部材のうち、該鋳枠の下部の吸引部材が消失模型への溶湯入口より下方位置に配置されているとともに、該鋳枠の上部の吸引部材が溶湯の最終充填部より上方位置に配置されてなることを特徴としている。
また、前記鋳枠の下部の吸引部材を配置した下部位置とは異なる鋳枠の下部位置に外気導入部材が配設されているのが好ましい。

本発明によれば、注湯開始時は鋳型の下部の吸引部材を使用して吸引を行い、溶湯の湯面の上昇に伴い順次、該鋳型の側部の吸引部材から上部の吸引部材へと吸引を切り替えることにより、先走り現象を発生させることなく、鋳物製品の欠陥（湯回り不良やガス欠陥、炭化物による欠陥）を防止するため、吸引による湯境や湯じわを効率よく抑えることができる。

また、鋳型の下部に配設した外気導入部材により、消失模型から発生したガス発生量が減少してくる際に鋳型内や燃焼模型中の空間部が吸引圧と等圧になり新たな燃焼ガスや炭化物が発生しても外部へ吸引排出されなくなる現象を防止することができる。

なお、鋳型の下部に配設した外気導入部材が直接消失模型と接していないため、消失模型に直接排気孔を設けた特許文献２記載の技術と比較して、注湯された溶湯がガス圧により外気導入部材へ入ることがない。

本発明は、ガス欠陥や炭化物の欠陥を防止しながら湯境や湯じわを防止させるため、溶湯は下方から注湯する方式（押上げ方案）であることが望ましい。
また、本発明は、吸引部材を設けて絶えず燃焼する消失模型から発生するガスや炭化物を風の流れにより排出しやすくするために、溶湯の注湯時に溶湯レベルが下方から上がるのに伴って排気の箇所を切り替えている。

ここで、本発明において、消失模型の発泡材料にはポリスチレンやポリメチルメタクリレートなどの発泡材料を使用することができる。また、消失模型への塗型材は一般に市販されている消失模型鋳造用またはフルモールド用の塗型材を用いることができる。

また、本発明における鋳物砂は、その種類を問わない。鋳物砂へ添加する粘結剤は酸硬化でもアルカリ硬化型など一般に公知の自硬性プロセスに採用される粘結剤とすることができる。

また、本発明における鋳型を密閉にするために用いられるシール材は、プラスチック系の他に金属系やゴム系など、本発明の目的に適合する範囲で充分な気密性を有する材質であればとくに限定されるものではない。

また、本発明に使用する鋳枠は、模型の高さに合わせて１段の鋳枠とするか、または一定の高さの鋳枠を所望する高さになるまで積み重ねた鋳枠とすることもできる。

以下、添付図面に基づいて本発明のフルモールド鋳造法および該鋳造法に用いられる鋳型を説明する。本発明の一実施の形態にかかわる鋳型は、図１に示されるように、有底の鋳枠１と、該鋳枠１に充填される鋳物砂２と、該鋳物砂２に埋設された消失模型３と、該消失模型３の周りの鋳枠１の下部１ａ、側部（中部）１ｂおよび上部１ｃにそれぞれ独立して配置される所定の個数の吸引部材４ａ、４ｂ、４ｃと、該鋳枠１に吸引部材４ａを配置した下部１ａの位置とは異なる鋳枠１の下部１ｄの位置に配設される外気導入部材５とを備えている。

前記吸引部材４ａ、４ｂ、４ｃは、それぞれ開閉バルブ付き吸引装置、たとえば開閉バルブ付きブロア（図示せず）に接続されているとともに、前記外気導入部材５は大気に開放されている。この外気導入部材５を通して鋳型内減圧により自然に大気が吸い込まれる。

鋳物砂２は、砂に適量な樹脂と硬化剤を混ぜてある。

鋳型の形成は、まず消失模型３の表面に耐火性に優れ、かつ通気性を有する塗型材６を塗布し、その後充分に乾燥させる。その後、消失模型３に湯口７や湯道８、堰９をつなぎ、消失模型３を鋳物砂２で充分に充填させて埋設させる。その際に湯道８は消失模型３の下方に付け押し上げ方案となるようにしておく。その後に鋳物砂２の上面をシール材１０で覆い外部との通気性を遮断する。なお、本実施の形態では、鋳枠１が有底形状を呈しているため、鋳物砂２の上面をシール材１０で覆うようにしているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、上下開放型の鋳枠を用いる場合には、鋳物砂２の上下面をシール材１０で覆う。

前記吸引部材４ａ、４ｂ、４ｃのうち、下部１ａの吸引部材４ａの配置箇所は、注湯初期に発生するガスを排気するために、消失模型３への溶湯入口（堰９から消失模型３へ溶湯が流れる込む入口）Ａより下方位置になるように設定されている。たとえば、この溶湯入口Ａより下方位置としては、０〜２００ｍｍであり、好ましくは０〜５０ｍｍである。
また、上部１ｃの吸引部材４ｃの配置箇所は、最終発生ガスを排気するために、溶湯の最終充填部Ｂより上方位置に設定されている。たとえば、この最終充填部Ｂより上方位置としては、０〜５００ｍｍであり、好ましくは５０〜２００ｍｍである。
また、前記吸引部材４ａ、４ｂ、４ｃは、鋳枠１の下部１ａ、側部１ｂおよび上部１ｃに配置して鋳枠１に設けられ、その先端部は燃焼ガスや炭化物を吸引できるものであれば、とくに限定されるものではないが、たとえば鋳型に埋め込まれたフィルターパイプ、または鋳型の該当する部分を空洞にすることができる。
また、吸引部材４ａ、４ｂ、４ｃの所定の個数としては、鋳枠１の下部１ａ、側部１ｂおよび上部１ｃに適宜配置できるとともに、発生ガスを排気することができるための個数であれば、とくに限定されるものではないが、たとえば鋳枠１の周方向にそれぞれ1個配置とすることができる。
また、前記外気導入部材５は、注湯中、鋳枠１の側部１ｂと上部１ｃの吸引部材４ｂ，４ｃを使用して吸引を行う際に、外気を導入するために、前記吸引部材４ｃとは離れた鋳枠１の下部１ｄの位置に配設されている。この外気導入部材５の配置箇所は、たとえば湯口底の下方に設定されている。

本実施の形態にかかわる鋳造法は、まず図２に示されるように、外気導入部材5の外気導入口５ａを若干開き、下部１ａの吸引部材４ａのみ開き吸引装置を作動させ鋳型内を減圧状態とした後、溶湯の注湯を開始する。

ついで、消失模型３が消失しながら溶湯が下方から充填され溶湯レベルが上がって行くのに合わせて、図３に示されるように、側部１ｂの吸引部材４ｂと上部１ｃの吸引部材４ｃを順次開き鋳型内を吸引して行き、注湯の終わり頃以降（終了時）は、図４に示されるように、下部１ａの吸引部材４ａと側部１ｂの吸引部材４ｂを閉じて上部１ｃの吸引部材４ｃのみ開けたままで排気を続ける。排気の吸引は注湯が終了後もしばらく続ける。また、外気導入部材5による外気導入は継続して行う。

なお、上記の溶湯レベルに合わせた排気を行うことにより、最初の溶湯が吸引に吸われて上方へ走る先走り現象を抑えることができ、鋳物製品として先走り現象による湯境や湯じわ欠陥を防止できることを実験により確認した。

また、外気導入部材5を設けていることにより、消失模型３からの発生ガスが減少して鋳型内と排気の減圧とが等圧になり鋳型内を流れる風の流れが止まることを防止でき、かつ絶えず鋳型内を流れる風の流れ方向をコントロールできる。これにより、発生ガスや炭化物をより排気させやすくすることができた。

本発明において、フルモールド法によるガス欠陥や炭化物の欠陥を防止できながら、排気吸引により最初の溶湯が吸われやすくなることで先走り現象が引き起こされることを防止できる。これにより品質の良好な鋳物製品を得ることができる。

また、本発明において、消失模型から発生するガスや炭化物を注湯開始から注湯終了後以降まで鋳型内を風が絶えず流れながら吸引排気がされ、ガスや炭化物を外部へ排出しやすくすることができる。これにより品質の良好な鋳物製品を得ることができる。

本発明の一実施の形態にかかわる鋳型の概略断面図である。 本発明の一実施の形態にかかわるフルモールド鋳造法を説明する図である。 本発明の一実施の形態にかかわるフルモールド鋳造法を説明する図である。 本発明の一実施の形態にかかわるフルモールド鋳造法を説明する図である。

符号の説明

１ 鋳枠
１ａ 下部
１ｂ 側部
１ｃ 上部
２ 鋳物砂
３ 消失模型
４ａ 下部の吸引部材
４ｂ 側部の吸引部材
４ｃ 上部の吸引部材
５ 外気導入部材
５ａ 外気導入口
６ 塗型材
７ 湯口
８ 湯道
９ 堰
１０ シール材

Claims (5)

1. 鋳枠に充填される鋳物砂内に消失模型を埋設した鋳型を密閉にしたのち溶湯を注湯し、該溶湯によって前記消失模型を消失させながら鋳物製品を鋳造するフルモールド鋳造法において、
   前記消失模型の周りの鋳枠の下部、側部および上部にそれぞれ独立した所定の個数の吸引部材を配置しており、
   注湯開始時は前記鋳枠の下部の吸引部材を使用して吸引を行う工程と、
   前記溶湯の湯面の上昇に伴い順次、該鋳枠の側部の吸引部材と上部の吸引部材へと吸引を切り替える工程
   とを含むことを特徴とするフルモールド鋳造法。
2. 注湯の終了時は、前記下部の吸引部材と側部の吸引部材を閉じて上部の吸引部材のみ開けたままで排気を行う請求項１記載のフルモールド鋳造法。
3. 注湯中、鋳枠の側部の吸引部材と上部の吸引部材を使用して吸引を行う際に、該鋳枠の下部の吸引部材を配置した下部位置とは異なる鋳枠の下部位置に配設した外気導入部材を用いて外気を導入する請求項１または２記載のフルモールド鋳造法。
4. 請求項１記載のフルモールド鋳造法に用いられる鋳型であって、
   前記鋳枠の下部、側部および上部に配置した所定の個数の吸引部材のうち、該鋳枠の下部の吸引部材が消失模型への溶湯入口より下方位置に配置されているとともに、該鋳枠の上部の吸引部材が溶湯の最終充填部より上方位置に配置されてなることを特徴とする鋳型。
5. 前記鋳枠の下部の吸引部材を配置した下部位置とは異なる鋳枠の下部位置に外気導入部材が配設されてなる請求項４記載の鋳型。