JP2012016716A - 鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産コストの削減を図り得る鋳造方法を提供する。
【解決手段】鋳造方法は、中空材を内挿させた砂中子を鋳型に配置した状態で溶湯を注湯する注湯工程Ｓ１２と、鋳型を型開きした後、中空材の内部を吸引し、砂中子内に空気を通気させる吸引工程Ｓ１４と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳造方法に関する。

アルミニウム合金等の鋳造において中子を利用して鋳造物内部に空孔を形成させる鋳造方法が広く知られている。中子として、シェルモールド法によって製作された砂中子を利用することがある。砂中子は鋳造後に鋳造物とともに加熱炉へ投入され、４００〜５００℃程度の高温で加熱する中子焼きを行うことによって崩壊させている。崩壊させた後、砂中子を鋳造物から排出させている。

特許文献１には、加熱炉内の中子へ空気を供給しながら中子を崩壊させる中子焼き方法が開示されている（特許文献１を参照）。燃焼効率を向上させることによって中子焼きに要する作業時間の短縮化を図っている。

特開平８−１３２２２０号公報

上記従来技術にあっては、加熱時間を短縮化させることは可能になるが、加熱炉の利用に伴うエネルギー消費量は依然として大きなものとなる。また、生産仕掛品としての鋳造物を加熱炉内へ大量に投入して加熱を行うため、大量の生産仕掛品を保管および管理する手間が生じ、鋳造物の生産性の低下を招いている。これらの理由により、鋳造物の生産コストの削減を図ることが難しくなっている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、生産コストの削減を図り得る鋳造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明の鋳造方法は、多数の通孔が形成された中空材をその開口端が外部に臨むようにして内挿させた通気性のある砂中子を鋳型に配置した状態で溶湯を注湯する注湯工程を含む。さらに、鋳型を型開きした後、開口端を介して中空材の内部を吸引し、多数の通孔を通じて中空材の内部へ空気を引き込み、砂中子内に空気を通気させる吸引工程を含む。

本発明によれば、砂中子に内挿した中空材の内部を吸引し、砂中子と鋳造物との間の隙間を流れる高温の空気を砂中子内に通気させることによって砂中子を崩壊させることができる。砂中子を崩壊させるために要するエネルギー消費量を低減させるとともに、生産性を向上させることができ、鋳造物の生産コストの削減を図ることができる。

第１の実施形態に係る鋳造方法の各工程を示す図である。 図２（Ａ）、（Ｂ）は、第１の実施形態に係る鋳造方法を説明するための図であり、図２（Ａ）は、注湯工程を行っている状態を示す断面図、図２（Ｂ）は、吸引工程を行っている状態を示す断面図である。 第２の実施形態に係る鋳造方法の各工程を示す図である。 第２の実施形態に係る鋳造方法を説明するための図であり、予備吸引工程を行っている状態を示す断面図である。 鋳型に注湯した溶湯の温度変化を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明を各実施形態に基づいて説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

実施形態では鋳型を利用した一般的な鋳造に本発明の鋳造方法を適用している。鋳造品としては、例えば、自動車部品であるシリンダーヘッドなどが挙げられる。

（第１の実施形態）
図１および図２を参照して、本実施形態に係る鋳造方法は、鋳型１０の型締め工程Ｓ１１と、注湯工程Ｓ１２と、鋳型１０の型開き工程Ｓ１３と、吸引工程Ｓ１４と、を含む。注湯工程Ｓ１２は、多数の通孔４３が形成された中空材４０をその開口端４５が外部に臨むようにして内挿させた通気性のある砂中子３０を鋳型１０に配置した状態で鋳型１０内に溶湯５０を供給する工程である（図２（Ａ）を参照）。吸引工程Ｓ１４は、鋳型１０を型開きした後、中空材４０の開口端４５を介して中空材４０の内部を吸引し、多数の通孔４３を通じて中空材４０の内部へ空気ａ′を引き込み、砂中子３０内に空気ａ′を通気させる工程である（図２（Ｂ）を参照）。吸引工程Ｓ１４を行うことによって鋳造物５１内の砂中子３０を崩壊させている。

鋳造を行うための鋳造装置、および鋳造に用いる各部材について説明する。

図２を参照して、鋳造装置５は、鋳造物５１を所定の製品形状に成形するための鋳型１０と、中空材４０の内部を吸引するための吸引手段２０と、鋳型１０のキャビティ１８内へ溶湯５０を投入するための注湯手段（図中省略する）と、を有する。

鋳型１０には、製品となる鋳造物５１の外形形状を形成するための成形面を備える金型を利用している。金型の第１の型１１と第２の型２１とを型締めして、型内にキャビティ１８を形成させている。金型には、キャビティ１８内へ溶湯５０を導き入れるための湯口１５を設けている。

吸引手段２０は、吸気機能を備える一般的なポンプである。吸引工程時には、吸引手段２０に設けられたノズル部分を中空材４０の内部空間４１に挿入させ（図２（Ｂ）を参照）、開口端４５から中空材４０の内部空間４１の空気ａを吸引させている。吸引手段２０によって吸引した空気ａは、砂中子３０の外部に排出させている。

鋳型１０に配置する砂中子３０は、シェルモールド法によって製作したものである。構成材料はシェルモールド法に用いられる一般的なものであり、砂にフェノール樹脂等を混ぜて生成したレジサンドである。中子製作用の金型内においてレジサンドを硬化させ、所定の外形形状を備える砂中子３０を製作している。砂中子を構成する砂粒子間に空気が通気し得る僅かな隙間を形成させている。砂中子３０は、鋳造に先立って予め製作している。

砂中子３０に内挿する中空材４０には、金属製のパイプ材を利用している。中空材４０は、中空状の内部空間４１と、長手方向の一方の端部に位置する開口端４５と、内部空間４１と外表面とを連通する多数の通孔４３とを有している。開口端４５は、砂中子３０の外部、および鋳型１０の外部に臨むように配置している（図２（Ａ）を参照）。

溶湯５０にはアルミニウムを融点よりも高い温度で熱して液体状にしたものを利用している。溶湯材料には、鋳造製品に一般的に用いられる鉄、銅、真鍮などの金属材料を適宜選択することも可能である。

鋳型１０内において溶湯５０を凝固させたものが鋳造物５１である。砂中子３０を利用することによって鋳造物５１に開口部分５３を形成させている。開口部分５３は、製品の設計形状に基づいて所定の部位に適宜形成されるものである。崩壊させた砂中子３０は鋳造物５１の開口部分５３から排出させることが可能になっている。

図５を参照して、鋳造時における溶湯の温度変化、および溶湯が凝固してなる鋳造物の温度変化の一例を示す。

鋳型１０への注湯直後（時間Ｔ１）の溶湯５０は比較的温度が高く、７００℃程度となる。溶湯５０は、次第に冷却されて、所定の時間（時間Ｔ１〜Ｔ２）をかけて凝固する。溶湯５０の温度は、凝固が行われる間に５５０〜６００℃程度まで低下する。溶湯５０が十分に凝固した後、鋳型１０を型開きして（時間Ｔ２）、鋳造物５１を取り出している。鋳型１０から取り出す際の鋳造物５１の温度は５００℃程度である。吸引工程は、型開き直後（時間Ｔ２）から開始し、鋳造物５１の温度が３００℃程度まで低下した時点（時間Ｔ３）で終了させている。

吸引工程によって砂中子を崩壊させる原理について説明する。

図２（Ｂ）を参照して、型開き直後に中空材４０の内部の空気ａを吸引すると、鋳造物５１と砂中子３０との間に形成される僅かな隙間を通る空気ａ′の流れが発生する。隙間を流れる空気ａ′は、鋳造物５１から熱を受けて温められる。温められた空気ａ′は通孔４３を通じて中空材４０の内部空間４１へ引き込まれる。通孔４３に向かう空気ａ′は、砂中子３０の内部を通過して砂中子３０の温度を上昇させる。この際、空気ａ′に含まれる酸素は、砂中子３０を構成するレジサンドの熱分解を促進し、砂中子３０の崩壊性を向上させる。温められた空気ａ′による加熱作用、および空気ａ′が含む酸素による熱分解の促進作用によって砂中子３０が崩壊する。

次に、本実施形態に係る鋳造方法について説明する。

図２（Ａ）を参照して、中空材４０を予め内挿させた砂中子３０を鋳型１０のキャビティ１８内に配置する。次いで、鋳型１０の型締めを行う。

鋳型１０を型締めした後、注湯工程を行う。湯口１５を介してキャビティ１８内へ溶湯５０を注湯させる。

溶湯５０が凝固した後、型開きをして鋳造物５１を取り出す。

図２（Ｂ）を参照して、型開き直後から吸引工程を開始する。

中空材４０の開口端４５を介して中空材４０の内部の空気ａを吸引する。鋳造物５１と砂中子３０との間に形成された隙間を通る空気ａ′を砂中子３０内に通気させる。砂中子３０の温度が上昇し、砂中子３０が崩壊する。空気ａ′に含まれる酸素はレジサンドの熱分解を促進し、砂中子３０の崩壊性を向上させる。

崩壊させた砂中子３０を鋳造物５１の開口部分５３から排出させる。その後、熱処理等の仕上げ作業を行う。

上述したように、本実施形態に係る鋳造方法は、鋳造物５１が保持する熱で温めた高温の空気ａ′を砂中子３０内に通気させることによって砂中子３０を崩壊させるため、加熱炉を利用した砂中子の崩壊を行う場合と比較してエネルギー消費量を低減させることができる。さらに、加熱炉に投入する大量の生産仕掛品を保管、管理するする手間を省くことができ、生産性を向上させることができる。エネルギー消費量の低減、および生産性の向上により、鋳造物５１の生産コストを削減させることができる。

実施形態の説明においては、鋳型１０の型開き直後に吸引工程を開始しているが、吸引工程を開始するタイミングは型開き直後に特に限定されるものではない。ただし、型開き直後は鋳造物５１が比較的高い温度を保持した状態にあるため、型開き直後に開始することによって砂中子３０の内部に効率的に熱を伝えることが可能になる。

吸引工程を継続させる時間について特に制限はなく、砂中子３０を崩壊に導く熱を付与し得る限りにおいて適宜に設定することが可能である。

（第２の実施形態）
図３を参照して、第２の実施形態に係る鋳造方法は、鋳型１０の型締め工程Ｓ２１と、注湯工程Ｓ２２と、予備吸引工程２３と、鋳型１０の型開き工程Ｓ２４と、吸引工程Ｓ２５と、を含む。予備吸引工程２３は、鋳型１０を型開きする前に中空材４０の内部を吸引して、砂中子３０内に空気ａ′を通気させる工程である（図４をも参照）。第２の実施形態は、予備吸引工程Ｓ２３を含む点において上述した第１の実施形態と相違する。

以下、本実施形態の鋳造方法について説明する。説明中において上述した第１の実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を一部省略する。

図４を参照して、鋳型１０の型締めを行う。この際、鋳型１０の型合わせ面の間に砂中子３０の端部を挟み込ませている。予備吸引工程時に鋳型１０内に空気を引き込むことを可能にするためである。

鋳型１０を型締めした後、注湯工程を行う。

注湯工程の後、鋳型１０を閉じた状態で予備吸引工程を開始する。溶湯５０と砂中子３０との間に形成された隙間を通る空気ａ′を砂中子３０内に通気させる。

予備吸引工程は、注湯した溶湯５０が凝固するまでの待ち時間の間に実施する。開始するタイミングは、例えば、溶湯５０の凝固がある程度進行した後に開始するように設定する。溶湯５０と砂中子３０との間の隙間を流れる空気ａ′によって溶湯５０に気泡等が生じることを防止するためである。

溶湯５０が凝固している間は、溶湯５０の温度が比較的高い温度で保持される。このため、砂中子３０内に通気させる空気ａ′の温度を高くすることができ、砂中子３０に対する熱の供給効率を高めることができる。

溶湯５０が凝固し終えた後、型開きをして鋳造物５１を取り出す。型開き後、吸引工程を実施する。

上述したように、第２の実施形態にあっては、吸引工程に加えて予備吸引工程を実施して砂中子３０の崩壊を行っている。吸引工程のみによって砂中子３０を崩壊させる第１の実施形態に係る鋳造方法と比較して、砂中子３０の崩壊性を向上させることができる。

予備吸引工程を溶湯５０が凝固するまでの待ち時間の間に実施するため、砂中子３０の内部への熱の供給効率を高めることができ、砂中子３０の崩壊を効果的に行うことができる。また、溶湯５０が凝固するまでの待ち時間を利用して予備吸引工程を行うため、予備吸引工程の実施に伴う作業遅延が発生することを防止できる。

予備吸引工程を開始するタイミング、および継続させる時間は、砂中子３０を崩壊に導く熱を付与し得る限りにおいて適宜変更することが可能である。また、予備吸引工程に継続させて吸引工程を実施する形態とすることも可能である。

５ 鋳造装置、
１０ 鋳型、
２０ 吸引手段、
３０ 砂中子、
４０ 中空材、
４１ 内部空間、
４３ 多数の通孔、
４５ 開口端、
５０ 溶湯、
５１ 鋳造物。

Claims (3)

1. 多数の通孔が形成された中空材をその開口端が外部に臨むようにして内挿させた通気性のある砂中子を鋳型に配置した状態で溶湯を注湯する注湯工程と、
   前記鋳型を型開きした後、前記開口端を介して前記中空材の内部を吸引し、前記多数の通孔を通じて前記中空材の内部へ空気を引き込み、前記砂中子内に空気を通気させる吸引工程と、を含む鋳造方法。
2. 前記鋳型を型開きする前に、前記中空材の内部を吸引し、前記砂中子内に空気を通気させる予備吸引工程をさらに含む請求項１に記載の鋳造方法。
3. 前記予備吸引工程は、前記注湯工程の後、注湯した前記溶湯が凝固するまでの待ち時間の間に行う請求項２に記載の鋳造方法。

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