JP2009022957A - 鋳造金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】消失模型鋳造法を使用して１回の鋳造工程で上金型及び下金型の双方の金型を作製することにより、双方の金型形状部分を容易に合致させることができることができる鋳造金型の製造方法を実現する。
【解決手段】一方の主面に上金型の金型形状を転写し、他方の主面に下金型の金型形状を転写した表裏両主面を有する鋳型１を作製し、該鋳型１の両主面に接合するように第１の消失模型１６及び第２の消失模型１７で両主面を被覆し、さらに、両主面が第１の消失模型１６及び第２の消失模型１７で被覆された鋳型１を乾燥砂１９中に埋め込み、湯口２２から溶融金属２３を流し込み、溶融金属２３を湯道２１、２２を介して第１の消失模型１６及び第２の消失模型１７に注湯する。これにより第１の消失模型１６及び第２の消失模型１７を消失させ、溶融金属２３と置換させて上金型及び下金型を同時に製造する。
【選択図】図７

Description

本発明は鋳造金型の製造方法に関する。

溶融金属を鋳型に流し込んで鋳造金型を製造する方法としては、従来より、砂型鋳造法、石膏鋳造法、精密鋳造法、金型鋳造法等、各種の鋳物造型技術が広く知られている。

これらの鋳造法のうち、消失模型鋳造法は、発泡スチロール樹脂等の可燃性有機材料で模型を作製し、該模型を鋳物砂中に埋め込み、その後アルミニウム合金等の溶融金属を注湯することにより、前記模型を消失させて溶融金属を模型と置換させ、その後冷却して所望形状の鋳物を得る方法であり、造型時間が比較的短く、複雑な形状の鋳物を比較的簡単に製造できる等の利点がある。

消失模型鋳造法に関する先行技術としては、例えば、鋳型に乾燥砂を使用し、かつ消失模型として発泡模型を使用し、更に１２５０℃から１３３０℃の範囲の温度を有する溶湯を鋳型の湯口から注湯するステップと、鋳型を減圧するステップと、を備えた技術が知られている（特許文献１）。

また、他の先行技術としては、消失模型をセットした鋳枠内に乾燥砂を充填して造型した鋳型に注湯するようにした消失模型鋳造法において、前記乾燥砂が前記消失模型に掛からないようにして乾燥砂を可撓性導管から放出して前記鋳枠内に充填するようにした技術が知られている（特許文献２）。

特開２００６−１７５４９２号公報 特開２００６−１４２３０６号公報

ところで、周知のように鋳造金型を使用して各種成形品等を作製するには上金型と下金型が必要であり、しかもこれら上金型と下金型の金型形状部を合致させる必要がある。

しかしながら、上記特許文献１及び２では、消失模型を乾燥砂中に埋め込んで溶融金属を模型と置換させ、これにより所望形状の鋳造金型を形成しているものの、１回の鋳造工程では上金型又は下金型のいずれか一方しか得ることができず、上金型及び下金型の双方の鋳造金型を得るためには少なくとも２回の鋳造工程が必要となる。すなわち、特許文献１及び２のような従来技術では、上金型と下金型の２個の鋳造金型を別々に鋳造しているため、上金型と下金型の各々金型形状部を鋳造後に円滑に合致させるのは困難であるという問題点があった。

また、消失模型鋳造法以外の各種鋳造法を検討しても、上金型及び下金型の双方の鋳造金型を同時に得るのは原理的に困難であり、したがって上金型と下金型の各々形状部分を合致させるのが困難である。

本発明はこのような事情に鑑みなされてものであって、消失模型鋳造法を使用して１回の鋳造工程で上金型及び下金型の双方の金型を作製することにより、双方の金型形状部分を容易に合致させることができる鋳造金型の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る鋳造金型の製造方法は、一方の主面に上金型の金型形状を転写し、他方の主面に下金型の金型形状を転写した表裏両主面を有する鋳型を作製し、該鋳型の前記両主面と接合するように消失性材料で形成された模型で前記鋳型を被覆し、次いで、前記両主面が前記模型で被覆された前記鋳型を乾燥砂中に埋め込み、前記模型に溶融金属を注湯して前記模型を消失させ、前記溶融金属と置換させて上金型及び下金型を同時に製造することを特徴としている。

また、本発明の鋳造金型の製造方法は、内表面がそれぞれ前記上金型及び前記下金型の内面形状に対応した形状を有する一対の原型を作製し、空洞部を有するように前記一対の原型を対向状に配すると共に、前記一対の原型間に間隙部を形成し、前記空洞部に鋳型材料を注入して前記空洞部に該鋳型材料を充填し、硬化させて前記鋳型を作製することを特徴としている。

また、本発明の鋳造金型の製造方法は、内表面がそれぞれ前記上金型及び前記下金型の内面形状に対応した形状を有する一対の原型を作製し、前記一対の原型で空洞部を形成するように前記原型同士を接合状とすると共に、中空状の薄板を前記一対の原型の境界面に挟み込み、前記空洞部に鋳型材料を注入して前記空洞部に該鋳型材料を充填し、硬化させて前記鋳型を製造することを特徴とするのも好ましい。

また、本発明の鋳造金型の製造方法は、前記模型は、一方の主面に接合する第１の模型と、他方の主面に接合する第２の模型とからなり、前記第１の模型と前記第２の模型とを接続片を介して連接することを特徴としている。

上記鋳造鋳型の製造方法によれば、一方の主面に上金型の金型形状を転写し、他方の主面に下金型の金型形状を転写した表裏両主面を有する鋳型を作製し、該鋳型の前記両主面と接合するように消失性材料で形成された模型で前記鋳型を被覆し、次いで、前記両主面が前記模型で被覆された前記鋳型を乾燥砂中に埋め込み、前記模型に溶融金属を注湯して前記模型を消失させ、前記溶融金属と置換させて上金型及び下金型を同時に製造するので、従来のように上金型と下金型を別々に製造することなく、１回の鋳造工程で上金型及び下金型の双方を得ることができ、上金型と下金型の金型形状部を容易に合致させることが可能となる。

また、内表面がそれぞれ前記上金型及び前記下金型の内面形状に対応した形状を有する一対の原型を作製し、空洞部を有するように前記一対の原型を対向状に配すると共に、前記一対の原型間に間隙部を形成し、前記空洞部に鋳型材料を注入して前記空洞部に該鋳型材料を充填し、硬化させて前記鋳型を作製するので、前記間隙部を境界にして上金型及び下金型に対応する形状を鋳型の表裏両主面に容易に形成することができる。そして、この鋳型を中子に使用して消失模型鋳造法を適用することにより、１回の鋳造工程で上金型及び下金型の双方を得ることができ、上金型と下金型の金型形状部を容易に合致させることが可能となる。

また、内表面がそれぞれ前記上金型及び前記下金型の内面形状に対応した形状を有する一対の原型を作製し、前記一対の原型で空洞部を形成するように前記原型同士を接合状とすると共に、中空状の薄板を前記一対の原型の境界面に挟み込み、前記空洞部に鋳型材料を注入して前記空洞部に該鋳型材料を充填し、硬化させて前記鋳型を製造するので、前記薄板を境界として上金型及び下金型に対応する形状を鋳型の表裏両主面に容易に形成することができる。したがって、この鋳型を中子に使用して消失模型鋳造法を適用することにより、上述と同様、１回の鋳造工程で上金型及び下金型の双方を得ることができ、上金型と下金型の金型形状部を容易に合致させることが可能となる。

また、前記模型は、一方の主面に接合する第１の模型と、他方の主面に接合する第２の模型とからなり、前記第１の模型と前記第２の模型とを接続片を介して連接するので、接続片も溶融金属で置換されることとなり、鋳造歪が少なく、上金型と下金型の形状部分が合致した状態で金属部材により連接された鋳造金型を得ることができる。したがって、金属部材を切断・除去することにより、金型形状部の合致した上金型と下金型と容易に製造することができる。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づき詳説する。

図１は本発明に係る鋳造金型の製造方法に使用される中子としての鋳型の一実施の形態（第１の実施の形態）を示す正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。

図１及び図２において、鋳型１は鋳物砂からなり自硬性処理により形成されている。この鋳型１は、第１の主面２と第２の主面３とを有し、第１の主面２には上金型の金型形状が転写され、第２の主面３には下金型の金型形状が転写されている。

上記鋳型１は、具体的には、略同心円状に形成された円柱部４を有すると共に、円柱部４の外周部には左右一対の鍔部５、６が形成されている。また、鍔部５、６には上金型及び下金型の位置合わせを行う複数個の突起部７…が形成されている。尚、この鋳型形状は、一例を示したものであり、表裏両主面に上金型及び下金型の金型形状がそれぞれ形成されていればよく、任意の所望形状に対応可能であるのはいうまでもない。

図３は鋳型１を製造するための原型の正面断面図であり、図４は図３のＢ−Ｂ断面図である。

すなわち、原型８は、木型、樹脂型、或いは石膏型で形成され、第１の原型９と第２の原型１０とを有している。第１の原型９の内表面は上金型の内面形状に対応した形状に形成され、第２の原型１０の内表面は下金型の内面形状に対応した形状に形成されている。そして、第１及び第２の原型９、１０間に間隙部１１が形成され、かつ空洞部１２を有するように前記第１及び第２の原型９、１０は互いに対向状に配されている。具体的には、第１及び第２の原型９、１０は外周に鍔部９ａ、１０ｂが形成され、前記第１の原型９と前記第２の原型１０の間には一部が切り欠かれた環状のスペーサ１５が介装されている。そしてこれにより間隙部１１が形成されると共に、該間隙部１１の間隙厚さｔが管理される。すなわち、スペーサ１５は万力等の締付部材（不図示）により第１の原型９の鍔部９ａと第２の原型１０の鍔部１０ｂに挟持され、間隙厚さｔが維持されるように形成されている。尚、間隙厚さｔは、特に限定されるものではなく、金型形状その他の要素を考慮して設定されるが、本実施の形態では１５ｍｍ程度に設定されている。

そして、第１及び第２の原型９、１０には棒状部材１３、１４が挿通され、これにより第１の原型９と第２の原型１０との位置合わせがなされる。

また、第１及び第２の原型９、１０には、鋳型１に突起部７を形成するための凹部９ｂ及び凸部１０ｂが設けられている。

そして、鋳型材料であるアルカリフェノール等の粘結剤を混合した鋳物砂を間隙部１１に注入して空洞部１２に前記鋳型材料を充填し、その後放置させて自動的に硬化させる。そしてその後、第１及び第２の原型９、１０を分解することにより、図１、２に示すような鋳型１が得られる。

図５は鋳型１を消失模型で被覆した状態を示す断面図であり、図６は図５のＣ−Ｃ断面図である。

すなわち、鋳型１の第１の主面２の表面形状に対応するような形状で発泡スチロール樹脂等の可燃性有機材料からなる消失性材料を前記第１の主面２に接合させて第１の消失模型１６を形成し、さらに鋳型１の第２の主面３の表面形状に対応するような形状で前記消失性材料を前記第２の主面３に接合させて第２の消失模型１７を形成する。また、複数個の接続片１８…を第１の消失模型１６及び第２の消失模型１７に貼着し、第１の消失模型１６及び第２の消失模型１７をこれら接続片１８…で連結する。

そして、図７に示すように、第１及び第２の消失模型１６、１７で被覆された鋳型１を、乾燥した鋳物砂（乾燥砂）１９が充填された鋳枠２０内の所定位置に配する。すなわち、第１及び第２の消失模型１６、１７が湯道２１、２２と連なるように、鋳型１を乾燥砂１９中に埋め込む。尚、本実施の形態では、第１の消失模型１６及び第２の消失模型１７の双方が溶融金属２３と効率良く置換するように、２個の湯道２１、２２が設けられており、それぞれの湯道２１、２２と第１及び第２の消失模型１６、１７とが連なるように構成されている。

そして、湯口２２からアルミニウム合金等の溶融金属２３を流し込むと、溶融金属２３は左右一対の湯道２１、２２に案内されてそれぞれ第１及び第２の消失模型１６、１７に注湯され、該第１及び第２の消失模型１６、１７は消失して溶融金属２３と置換される。そしてその後、所定時間放置して溶融金属２３を凝固させ、その後鋳枠２０内から鋳造品を取り出す。そして、これにより図８に示すような上金型２４と下金型２５とが金属部材２６を介して連接された鋳造金型２７が作製される。そしてその後、機械加工を施し、金属部材２６を切断・除去等を行うことにより上金型２４と下金型２５とを同時に得ることができる。

このように本第１の実施の形態では、内表面がそれぞれ上金型２４及び下金型２５の内面形状に対応した形状を有する第１及び第２の原型９、１０を作製し、空洞部１２を有するように第１及び第２の原型９、１０を対向状に配すると共に、第１の原型９と第２の原型１０との間に間隙部１１を形成し、該間隙部１１から空洞部１２に鋳物砂を注入して前記空洞部１２に鋳物砂を充填し、硬化させて鋳型１を製造しているので、前記間隙部１１を境界にして上金型２４及び下金型２５に対応する形状を鋳型の表裏両主面に容易に形成することができる。

そして、鋳型１の第１及び第２の主面２、３と接合するように第１及び第２の消失模型１６、１７で前記両主面２、３を被覆した後、鋳型１を乾燥砂１９中に埋め込み、前記第１及び第２の消失模型１６、１７に湯道２０、２１から溶融金属２３を注湯して前記前記第１及び第２の消失模型１６、１７を消失させ、溶融金属２３と置換させて上金型２４及び下金型２５を同時に製造するので、従来のように上金型と下金型を別々に製造することもなく、１回の鋳造工程で上金型及び下金型の双方を得ることができ、金型形状部の合致した上金型及び下金型を容易に得ることができる。

また、第１の消失模型１６と第２の消失模型１７を接続片１８で連接するので、接続片１８も溶融金属２３で置換されて金属部材２６となり、したがって、鋳造歪みも少なくなる。すなわち、金属部材２６で上金型２４及び下金型２５が固定された状態で鋳枠２０から鋳造金型が取り出されるので、鋳造後に金属部材２６を切断・除去することにより、鋳造歪みの少ない所望形状の上金型及び下金型とを容易に製造することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。

図９は本発明の第２の実施の形態で使用される中子としての鋳型の正面図であり、図１０は図９のＤ−Ｄ断面図である。

鋳型３１は、第１の実施の形態と同様、鋳物砂からなり自硬性処理により形成されている。また、鋳型３１は、第１の主面３２と第２の主面３３とを有し、第１の主面３２には上金型の金型形状が転写され、第２の主面３３には下金型の金型形状が転写されている。

そして、本第２の実施の形態では、厚みが０．５ｍｍ以下の中空状の薄板３４が第１の主面３２と第２の主面３３の境界面に挟み込まれ、前記第１及び第２の主面３２、３３と一体的に挟着されると共に、この薄板３４は、第１の主面３２及び第２の主面３３に対し外鍔状となるような形態で装着されている。

図１１は鋳型３１を製造するための原型の断面図であり、図１２は図１１のＥ−Ｅ断面図である。

すなわち、原型３５は、第１の実施の形態と同様、木型、樹脂型、或いは石膏型で形成され、第１の原型３６と第２の原型３７とを有している。第１の原型３６の内表面は上金型の内面形状に対応した形状に形成され、第２の原型３７の内表面は下金型の内面形状に対応した形状に形成されている。そして、第１の原型３６と第２の原型３７とで空洞部３８を形成するように第１の原型３６と第２の原型３７とを接合状に配すると共に、厚みが０．５ｍｍ以下の中空状の薄板３４が、第１の原型３６と第２の原型３７との境界面に外鍔状に装着されている。

さらに、薄板３４の適所には小孔３４ａが貫設され、第１の原型３６側の前記小孔３４ａに対応する箇所には凹部３６ａが形成されると共に、第２の原型３７側には凸部３７ａが形成され、第１の原型３６と第２の原型３７との位置合わせがなされる。

そして、第１の原型３６及び第２の原型３７には鋳物砂注入用の開口部４２が設けられており、該開口部４２から鋳型材料であるアルカリフェノール等の粘結剤を混合した鋳物砂を注入して空洞部３８に前記鋳型材料を充填し、その後放置させて自動的に硬化させる。そしてその後、第１及び第２の原型３６、３７を分解することにより、図９、１０に示すように、薄板３４が第１の主面３２及び第２の主面３３との間に一体的に挟着された鋳型３１を得ることができる。

その後、図１３に示すように、鋳型３１の第１の主面３２の表面形状に対応するような形状で消失性材料を前記第１の主面３２に接合させて第１の消失模型３９を形成し、さらに鋳型３１の第２の主面３３の表面形状に対応するような形状で前記消失性材料を前記第２の主面３３に接合させて第２の消失模型４０を形成する。そして、複数個の接続片４１を第１の消失模型３９及び第２の消失模型４０に貼着し、第１の消失模型３９及び第２の消失模型４０をこれら接続片４１で連結する。

そしてその後は、第１の実施の形態と略同様、第１及び第２の消失模型３９、４０で被覆された鋳型３１を乾燥砂が充填された鋳枠内の所定位置に配する。すなわち、第１及び第２の消失模型３９、４０が左右一対の湯道と連なるように、鋳型３１を乾燥砂中に埋め込む。

そして、湯口からアルミニウム合金等の溶融金属を流し込むと、溶融金属は左右一対の湯道に案内されてそれぞれ第１及び第２の消失模型３９、４０に注湯され、該第１及び第２の消失模型３９、４０は消失して溶融金属と置換される。その後、所定時間放置して溶融金属を凝固させ、その後鋳枠内から鋳造品を取り出す。そして、第１の実施の形態と同様、上金型と下金型とが金属部材で連接されていることから、合わせピン加工等の機械加工を施し、金属部材を切断・除去し、これにより上金型と下金型とを同時に得ることができる。

このように本第２の実施の形態では、内表面がそれぞれ前記上金型及び前記下金型の内面形状に対応した形状を有する第１及び第２の原型３６、３７を作製し、第１及び第２の原型３６、３７で空洞部３８を形成するように前記原型３６、３７同士を接合状とし、さらに中空状の薄板３４を第１の原型３６と第２の原型３７の境界面に挟み込み、次いで前記空洞部３８に鋳物砂を充填し、硬化させて鋳型３１を製造するので、薄板３４を境界として上金型及び下金型に対応する形状を鋳型の表裏両主面に容易に形成することができる。

そして、前記第１及び第２の主面３２、３３と接合するように第１及び第２の消失模型３９、４０で前記鋳型３１を被覆した後、該鋳型３１を乾燥砂中に埋め込み、その後は第１の実施の形態と同様の鋳造処理を行うことにより、１回の鋳造工程で金型形状部の合致した上金型及び下金型の双方を得ることができる。

しかも、第１の実施の形態では、上金型２４と下金型２５の位置合わせをするための突起部７を鋳型１に設けているが、この第２の実施の形態では、薄板３４を使用しているので、位置合わせ用突起部を設けなくとも、鋳造後に上金型と下金型の位置ずれが生じるのを回避することが可能であり、したがって、鋳型１に位置合わせ用突起部を省略することができる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態では、中子としての鋳型について、製造コスト等を考慮して鋳物砂を使用し自硬性処理により形成したが、石膏型や精密鋳造型等も適用可能なことはいうまでもない。

さらに、本発明は、発泡スチロール成形型、アルミニウム鋳造用金型、シェルモールド鋳型造形型、プラスチック成形型等、あらゆる成形型に対し、金型形状部の合致した上金型及び下金型を同時に得ることができ、実用価値が高く、極めて有用性の高いものである。

本発明に係る鋳造金型の製造方法に使用される鋳型の一実施の形態（第１の実施の形態）に使用される正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 前記鋳型を作製するための原型の正面断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 鋳型を消失模型で被覆した状態を示す断面図である。 図５のＣ−Ｃ断面図である。 本発明に係る鋳造金型の製造方法を説明するための鋳造装置の一例を模式的に示す内部断面図である。 本発明の製造方法で得られる鋳造金型の断面図である。 本発明の第２の実施の形態の鋳型を示す正面図である。 図９のＤ−Ｄ断面図である。 原型の第２の実施の形態を示す正面断面図である。 図１１のＥ−Ｅ断面図である。 第２の実施の形態の鋳型を消失模型で被覆した状態を示す断面図である。

符号の説明

１ 鋳型
２ 主面
３ 主面
１１ 間隙部
１２ 空洞部
１６ 第１の消失模型（模型）
１７ 第２の消失模型（模型）
１８ 接続片
１９ 乾燥砂
２３ 溶融金属
２４ 上金型
２５ 下金型
３１ 鋳型
３２ 主面
３３ 主面
３４ 薄板
３８ 空洞部
３９ 第１の消失模型（模型）
４０ 第２の消失模型（模型）
４１ 接続片

Claims (4)

1. 一方の主面に上金型の金型形状を転写し、他方の主面に下金型の金型形状を転写した表裏両主面を有する鋳型を作製し、該鋳型の前記両主面と接合するように消失性材料で形成された模型で前記鋳型を被覆し、次いで、前記両主面が前記模型で被覆された前記鋳型を乾燥砂中に埋め込み、前記模型に溶融金属を注湯して前記模型を消失させ、前記溶融金属と置換させて上金型及び下金型を同時に製造することを特徴とする鋳造金型の製造方法。
2. 内表面がそれぞれ前記上金型及び前記下金型の内面形状に対応した形状を有する一対の原型を作製し、空洞部を有するように前記一対の原型を対向状に配すると共に、前記一対の原型間に間隙部を形成し、前記空洞部に鋳型材料を注入して前記空洞部に該鋳型材料を充填し、硬化させて前記鋳型を作製することを特徴とする請求項１記載の鋳造金型の製造方法。
3. 内表面がそれぞれ前記上金型及び前記下金型の内面形状に対応した形状を有する一対の原型を作製し、前記一対の原型で空洞部を形成するように前記原型同士を接合状とすると共に、中空状の薄板を前記一対の原型の境界面に挟み込み、前記空洞部に鋳型材料を注入して前記空洞部に該鋳型材料を充填し、硬化させて前記鋳型を製造することを特徴とする請求項１記載の鋳造金型の製造方法。
4. 前記模型は、一方の主面に接合する第１の模型と、他方の主面に接合する第２の模型とからなり、前記第１の模型と前記第２の模型とを接続片を介して連接することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の鋳造金型の製造方法。

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