JP2011206772A

JP2011206772A - 鋳物の製造方法

Info

Publication number: JP2011206772A
Application number: JP2010073800A
Authority: JP
Inventors: Minoru Hineno; 実日根野
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-10-20

Abstract

【課題】注湯前に鋳型内に炭化物や樹脂が残存しにくいキャビティを形成して鋳物を製造する。
【解決手段】第１鋳物砂と有機系樹脂を主材とする第１粘結剤とを混合して第１混合物を形成すると共に、第２鋳物砂と第１粘結剤よりも耐熱性の高い第２粘結剤とを混合して第２混合物を形成し、第１混合物を造形して通気性のある模型４を形成し、模型４を第２混合物中に埋設して模型一体型の鋳型１を形成し、鋳型１内に埋設した模型４の第１粘結剤を加熱によって分解させ、鋳型１から模型４を形成する第１鋳物砂を取り出して鋳型１内にキャビティ３を形成し、そのキャビティ３に注湯して鋳造品を形成した後、鋳型１を分解して鋳造品を取り出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳物砂からなる鋳型を使用した鋳物の製造方法に関する。

従来、鋳造仕上工程を大幅に削減するために、中子を使用せず、型合わせがなくて鋳ばりが発生しない鋳物を製造する方法として、発泡スチロールなどの消失性模型を利用するフルモールド法があった（文献を示すまでもなく周知技術である）。

上述した従来のフルモールド法は、発泡スチロールなどで模型を製作し、その模型を鋳型砂に埋め込み鋳型を造形し、模型を取り出すことなく注湯作業に入り、溶融金属の熱で模型をガス化消失させ、溶融金属と置換するものである。
この方法では、発泡スチロールの熱分解により発生するガスが、鋳造品の中に気泡となって残ったり、低炭素鋼の鋳造の場合などには、発泡スチロールの熱分解中に発生する炭素により、鋳鋼中の炭素量が増加するなどの弊害が発生する虞があった。

そこで、このフルモールド法を改良して、鋳型砂に埋め込んだ発泡スチロールなどの消失性模型を、注湯前に、予め加熱して熱分解させてキャビティを鋳型内に形成しておき、そのキャビティに注湯する方法が考えられる。
しかし、発泡スチロールの熱分解によっても、炭化物や未分解のスチロール樹脂がキャビティに残渣として残ることがあり、鋳造欠陥になる虞があった。

従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、注湯前に鋳型内に炭化物や樹脂が残存しにくいキャビティを形成して鋳物を製造する方法を提供するところにある。

本発明の第１の特徴構成は、第１鋳物砂と有機系樹脂を主材とする第１粘結剤とを混合して第１混合物を形成すると共に、第２鋳物砂と前記第１粘結剤よりも耐熱性の高い第２粘結剤とを混合して第２混合物を形成し、前記第１混合物を造形して通気性のある模型を形成し、前記模型を前記第２混合物中に埋設して模型一体型の鋳型を形成し、前記鋳型内に埋設した前記模型の第１粘結剤を加熱によって分解させ、前記鋳型から前記模型を形成する第１鋳物砂を取り出して前記鋳型内にキャビティを形成し、そのキャビティに注湯して鋳造品を形成した後、前記鋳型を分解して鋳造品を取り出すところにある。

本発明の第１の特徴構成によれば、鋳型内に埋設した前記模型の第１粘結剤を加熱によって分解させることにより、鋳型の強度を維持したまま、第１鋳物砂を粘結する第１粘結剤は、熱分解して第１鋳物砂間から気化して消失するか、少なくとも第１鋳物砂同士を結合する結合力がなくなり、模型が分解し易くなる。
従って、鋳型から第１鋳物砂を簡単に取り出すことができ、炭化物などの残存物がないキャビティが形成されやすくなる。
よって、鋳造欠陥の少ない鋳造品を製造し易くなる。

本発明の第２の特徴構成は、前記第１粘結剤がフラン樹脂または有機エステルにより硬化するアルカリフェノール樹脂であり、前記第２粘結剤がヘキサメチレンテトラミンにより硬化するフェノール樹脂またはベントナイトであるところにある。

本発明の第２の特徴構成によれば、本発明の第１の特徴構成による上述の作用効果を叶えることができるのに加えて、第１粘結剤がフラン樹脂または有機エステルにより硬化するアルカリフェノール樹脂であることにより、常温で硬化し、簡単に成形できる。また、第２粘結剤がヘキサメチレンテトラミンにより硬化するフェノール樹脂またはベントナイトであることにより、耐熱性があり溶融金属の注湯によっても型崩れを起こしにくく、精度の高い鋳造品を製造できる。
また、前記鋳型内に埋設した模型の第１粘結剤を加熱によって分解させる際に、フラン樹脂または前記アルカリフェノール樹脂の分解温度まで加熱しても、鋳型を形成する第２粘結剤が、ヘキサメチレンテトラミンにより硬化するフェノール樹脂またはベントナイトであるために、キャビティは維持され、注湯を確実に行うことができる。

本発明の第３の特徴構成は、外気と連通すると共に前記模型内に空気を挿通可能な通気管を、前記模型に埋設しておいて、前記第１粘結剤の加熱時に前記通気管を通して前記模型内に空気を送込むところにある。

本発明の第３の特徴構成によれば、第１粘結剤の加熱時に通気管を通して模型内に空気を送込むことにより、第１鋳物砂同士を連結する第１粘結剤が空気中の酸素と反応して酸化分解し易くなり、より一層模型の分解が進み易くなる。

本発明の第４の特徴構成は、予め前記通気管に前記模型を形成する第１鋳物砂の吸引口を設けておいて、キャビティ形成時に、前記鋳型から前記模型を形成する第１鋳物砂を前記吸引口から吸引して取り出すところにある。

本発明の第４の特徴構成によれば、通気管を通して空気を送込むことにより模型の分解が促進された後には、その通気管を使って、吸引することで、模型を構成する第１砂を簡単に吸引して鋳型の外に取り出すことができる。
従って、迅速にキャビティを形成して注湯作業が行え、鋳造作業の効率化が果たせられるようになった。

（ａ）は造形された模型の縦断面図、（ｂ）は模型を一体化した鋳型の縦断面図、（ｃ）は第１鋳物砂を取り出してキャビティを形成した鋳型の縦断面図である。（ｄ）は湯口より注湯する鋳型の縦断面図、（ｅ）は取り出した鋳物の縦断面図である。（ａ）は別実施例の縦断面図、（ｂ）は別実施例の第１鋳物砂を吸引により取り出す状態図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図２に示すように、鋳型１は鋳物砂を使用して形成するのであるが、鋳型１には、図中に示すように、鋳型１内に溶融金属を湯口２より注湯して、下部で連通したキャビティ３に溶融金属が充填されて鋳物が形成されるようになっている。

次に、前記鋳型１を製作して鋳物を製造する本発明の方法を、順に説明する。
１．珪砂、クロマイト砂、ジルコン砂、オリビン砂、ムライト砂などの第１鋳物砂と、自硬性のフラン樹脂、有機スルホン酸を硬化剤として使用するフラン樹脂、有機エステルを硬化剤として使用するアルカリフェノール樹脂等を主材とする第１粘結剤とを混合して第１混合物を形成すると共に、珪砂、クロマイト砂、ジルコン砂、オリビン砂、ムライト砂などの第２鋳物砂と、第１粘結剤よりも耐熱性の高いベントナイトなどの粘土類やフェノール樹脂を主材とする第２粘結剤とを混合して第２混合物を形成する。

尚、第１粘結剤において、前記フラン樹脂は、常温で硬化するが、空気中では、２５０℃〜３００℃で崩壊し、熱間強度は、やや劣る。また、前記アルカリフェノール樹脂は、アルカリ金属で安定化されたフェノール樹脂と有機エステルによる硬化剤が混合された時に、有機エステルが加水分解され、その結果生じる有機酸がフェノール樹脂のアルカリ金属を中和させると共に、安定化されていたフェノール樹脂が重合されて硬化するもので、常温で硬化するが、加熱されると熱硬化して高分子化され強固な結合となる。しかし熱間強度はやや劣る。

第２粘結剤において、フェノール樹脂は、ヘキサメチレンテトラミンを硬化剤として使用するもので、約１５０℃で反応開始して３次元架橋して硬化し、３５０℃付近より熱分解が加速される。そのために、鋳型１温度は、２５０℃〜３５０℃に維持する必要がある。また、ベントナイトは、常温で乾燥することで硬化し、４００℃以上で劣化するものである。結局、いずれの第２粘結剤も熱間強度は良好である。

２．第１混合物を造形して通気性のある模型４を形成する（図１（ａ））。
３．前記模型４を第２混合物中に埋設して模型４一体型の鋳型１を形成する（図１（ｂ））。
４．鋳型１を加熱して埋設した前記模型４の第１粘結剤を分解させる（図１（ｂ））。
前記模型４を熱分解させる温度は、前述した第１、第２粘結剤の夫々の耐火特性を活かして、第１粘結剤が熱分解し始める温度以上で、且つ、第２粘結剤が熱分解し始める温度より低い温度に維持する必要がある。
５．前記鋳型１から模型４を形成する第１鋳物砂を取り出して、鋳型１内に溶湯を鋳込むためのキャビティ３を形成する（図１（ｃ））。
６．そのキャビティ３に溶融金属を注湯して鋳造品を形成した後（図２（ｄ））、鋳型１を分解して鋳造品を取り出す（図２（ｅ））。

〔別実施形態〕
以下に他の実施の形態を説明する。

〈１〉前記模型４の第１粘結剤を熱分解させるのに、鋳型１の外から加熱する以外に、図３（ａ）に示すように、予め模型４に熱風を挿通可能な通気管５を埋設しておいて、その通気管５に熱風を挿通させることにより、内部から加熱して優先的に模型４が昇温するようにしてもよい。
〈２〉前記模型４に埋設する通気管５には、図３（ｂ）に示すように、吸引口を設けておいて、キャビティ３形成時に通気管５を吸引して、模型４を形成する第１鋳物砂を吸引して外部に取り出すようにすれば、効率よくキャビティ３を形成できる。

尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１鋳型
３キャビティ
４模型

Claims

第１鋳物砂と有機系樹脂を主材とする第１粘結剤とを混合して第１混合物を形成すると共に、第２鋳物砂と前記第１粘結剤よりも耐熱性の高い第２粘結剤とを混合して第２混合物を形成し、
前記第１混合物を造形して通気性のある模型を形成し、
前記模型を前記第２混合物中に埋設して模型一体型の鋳型を形成し、
前記鋳型内に埋設した前記模型の第１粘結剤を加熱によって分解させ、
前記鋳型から前記模型を形成する第１鋳物砂を取り出して前記鋳型内にキャビティを形成し、
そのキャビティに注湯して鋳造品を形成した後、前記鋳型を分解して鋳造品を取り出す鋳物の製造方法。
前記第１粘結剤がフラン樹脂または有機エステルにより硬化するアルカリフェノール樹脂であり、前記第２粘結剤がヘキサメチレンテトラミンにより硬化するフェノール樹脂またはベントナイトである請求項１に記載の鋳物の製造方法。
外気と連通すると共に前記模型内に空気を挿通可能な通気管を、前記模型に埋設しておいて、前記第１粘結剤の加熱時に前記通気管を通して前記模型内に空気を送込む請求項１または２に記載の鋳物の製造方法。
予め前記通気管に前記模型を形成する第１鋳物砂の吸引口を設けておいて、キャビティ形成時に、前記鋳型から前記模型を形成する第１鋳物砂を前記吸引口から吸引して取り出す請求項３に記載の鋳物の製造方法。