JP2013141697A - 砂型鋳造装置及び砂型鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】砂型を用いながら、簡単な構成にて、下型に対する上型の位置合わせが高精度に行われ、所望の寸法公差を確実且つ容易に満たす砂型鋳造装置及び砂型鋳造方法を提供する。
【解決手段】
砂型鋳造装置は、鋳物砂からなり、下型合わせ面１６及び該下型合わせ面１６にて開口する有底の下型ダボ穴３６を有する下型１２と、鋳物砂からなり、下型合わせ面１６と対向配置されるべき上型合わせ面１４、及び、該上型合わせ面１４にて開口する有底の上型ダボ穴３４を有する上型１０と、鋳物砂からなり、下型ダボ穴３６に挿入されるべき下部４０及び上型ダボ穴３４に挿入されるべき上部３８を有するダボ３２と、ダボ３２の上部３８に埋設された磁石４２と、上型１０における上型ダボ穴３４の軸線上の部分に埋設され、下型１２の上に上型１０を配置する際に磁石４２から引力が作用する磁石４４とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、砂型鋳造装置及び砂型鋳造方法に関する。

砂型鋳造は、例えば特許文献１が開示するように、鋳物砂からなる下型と上型を用いて行われる。下型と上型の間にはキャビティが設けられ、キャビティに注入された溶湯が凝固して鋳物になる。
下型に対する上型の位置合わせの精度は、得られる鋳物の寸法形状に大きく影響する。このため、位置合わせの精度は高いことが望ましい。

そこで、砂型鋳造では、位置合わせのために、鋳物砂からなるダボが使用されている。ダボはピン形状を有し、下型及び上型には、ダボが挿入されるダボ穴がそれぞれ形成される。ダボを用いる場合、まず下型のダボ穴にダボが挿入される。それから、クレーンで吊り上げられた上型を、上型のダボ穴にダボが挿入されるように下降させることによって、下型に対する上型の位置合わせが行われる。

特開２００５−２９６９８０号公報

クレーンを用いて下型の上に上型を配置する場合、ダボとダボ穴を視認しながら徐々に上型を下降させる。このとき、上型と下型の隙間が狭くなるにつれて、視認が困難になり、ダボに対するダボ穴の位置がずれてしまう。このような場合であっても、ダボは鋳物砂からなるので、ダボが崩れることによって、位置がずれたまま下型の上に上型が配置されてしまう。

このように下型に対し上型がずれて配置された場合、鋳物の表面に、型ずれと称される相対的な変位が生じてしまう。かかる型ずれが発生しやすいことから、砂型鋳造の寸法公差は、通常、精密鋳造や金型鋳造に比べて大きく設定される。従って、砂型鋳造には、精密鋳造や金型鋳造に比べて低コストではあるが、寸法公差が大きいという問題があった。

特に、肉厚が小さい薄肉鋳物では、型ずれが目立つためにシビアな寸法公差が要求される。このため、薄肉鋳物を砂型鋳造により製造する場合、余肉量を多めにとって、鋳造された鋳物に機械加工を施す必要があった。さもなくば、型ずれが寸法公差内に収まらず、歩留まりが低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされ、その目的とするところは、砂型を用いながら、簡単な構成にて、下型に対する上型の位置合わせが高精度に行われ、所望の寸法公差を確実且つ容易に満たす砂型鋳造装置及び砂型鋳造方法を提供することにある。

上記目的を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、鋳物砂からなり、下型合わせ面及び該下型合わせ面にて開口する有底の下型ダボ穴を有する下型と、鋳物砂からなり、前記下型合わせ面と対向配置されるべき上型合わせ面、及び、該上型合わせ面にて開口する有底の上型ダボ穴を有する上型と、鋳物砂からなり、前記下型ダボ穴に挿入されるべき下部及び前記上型ダボ穴に挿入されるべき上部を有するダボと、前記ダボの上部、及び、前記上型における前記上型ダボ穴の軸線上の部分のうち一方に埋設された磁石と、前記ダボ、及び、前記上型における前記上型ダボ穴の軸線上の部分のうち他方に埋設され、前記下型の上に前記上型を配置する際に前記磁石から引力が作用する磁性部材と、を備えることを特徴とする砂型鋳造装置を提供する。

この砂型鋳造装置によれば、下型の上に上型を配置する際に、磁石から磁性部材に引力が作用し、磁石と磁性部材が、ダボ穴の軸線上に配列される。この配列によって、ダボに対してダボ穴がずれることが防止され、下型に対する上型の位置合わせが高精度にて行われる。このため、この砂型鋳造装置によって製造される鋳物では、型ずれが防止され、鋳物の寸法が所望の寸法公差に収まる。
かくして、この砂型鋳造装置によれば、簡単な構成にて、確実且つ容易に、鋳物の寸法が所望の寸法公差内に収まる。そしてこの結果、余肉量の最小化を図ることができ、歩留まりも向上する。
なお、磁性部材も磁石であってもよい。

好ましい態様として、前記磁石は、１０．０ｋＧ以上の磁束密度を有する。
この構成によれば、磁石が１０．０ｋＧ以上の磁束密度を有するので、磁石から磁性部材に対し、磁石と磁性部材をダボ穴の軸線上に配置するのに十分な大きさの引力が作用する。この結果、下型に対する上型の位置合わせが、確実に、高精度にて行われる。

好ましい構成として、前記磁石は、サマリウムコバルト磁石からなる。
サマリウムコバルト磁石は、高温下で使用しても、残留磁束密度が低下し難い。この結果、磁石を繰り返し使用しても、下型に対する上型の位置合わせが、確実に、高精度にて行われる。

また本発明は、鋳物砂からなり、下型合わせ面及び該下型合わせ面にて開口する有底の下型ダボ穴を有する下型を作製する下型作製工程と、鋳物砂からなり、前記下型合わせ面と対向配置されるべき上型合わせ面、及び、該上型合わせ面にて開口する有底の上型ダボ穴を有する上型を作製する上型作製工程と、鋳物砂からなり、前記下型ダボ穴に挿入されるべき下部及び前記上型ダボ穴に挿入されるべき上部を有するダボを作製するダボ作製工程と、を備え、前記ダボ作製工程、及び、前記上型作製工程のうち少なくとも一方において、前記ダボの上部及び前記上型における前記上型ダボ穴の軸線上の部分のうち少なくとも一方に磁石を埋設し、前記ダボ作製工程、及び、前記上型作製工程のうち少なくとも一方において、前記ダボの上部及び前記上型における前記上型ダボ穴の軸線上の部分のうち他方に、前記下型の上に前記上型を配置する際に前記磁石から引力が作用する磁性部材を埋設する、ことを特徴とする砂型鋳造方法を提供する。

この構成によれば、下型の上に上型を配置する際に、磁石から磁性部材に引力が作用し、磁石と磁性部材が、ダボ穴の軸線上に配列される。この配列によって、ダボに対してダボ穴がずれることが防止され、下型に対する上型の位置合わせが高精度にて行われる。このため、この砂型鋳造方法によって製造される鋳物では、型ずれが防止され、鋳物の寸法が所望の寸法公差に収まる。
かくして、この砂型鋳造方法によれば、簡単な構成にて、確実且つ容易に、鋳物の寸法が所望の寸法公差内に収まる。そしてこの結果、余肉量の最小化を図ることができ、歩留まりも向上する。
なお、磁性部材も磁石であってもよい。

好ましい態様として、砂型鋳造方法は、前記上型を吊り上げる吊り上げ工程と、吊り上げられた前記上型を前記下型の上に配置する型合わせ工程とを備える。
この構成によれば、吊り下げられた上型が、磁石から磁性部材に作用する引力によって移動することができ、確実に、下型に対する上型の位置合わせが高精度にて行われる。

本発明によれば、砂型を用いながら、簡単な構成にて、下型に対する上型の位置合わせが高精度に行われ、所望の寸法公差を確実且つ容易に満たす砂型鋳造装置及び砂型鋳造方法が提供される。

本発明の実施形態に係る砂型鋳造装置の構成を概略的に示す断面図である。 図１の砂型鋳造装置の構成を概略的に示す上面図である。 図１中のダボ近傍を拡大して示す図である。 図３中のダボの外観を概略的に示す斜視図である。 図３中の磁石の外観を概略的に示す斜視図である。 図１の砂型鋳造装置を用いた砂型鋳造方法の手順を概略的に示すフローチャートである。 図６中の吊り上げ工程及び型合わせ工程を説明するための図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

〔砂型鋳造装置〕
図１は、本発明の実施形態の砂型鋳造装置を概略的に示す断面図である。
砂型鋳造装置は、上型１０と下型１２を有する。上型１０及び下型１２は、それぞれ鋳物砂からなる砂型である。鋳物砂は、例えば、珪砂及び粘土を含み、更に、無機又は有機の粘結剤を含んでいても良い。

上型１０及び下型１２は合わせ面１４，１６をそれぞれ有し、合わせ面１４，１６は相互に対向配置される。そして、上型１０及び下型１２には、合わせ面１４，１６に開口する凹み１８，２０がそれぞれ設けられ、凹み１８，２０の内部には必要に応じて中子２２が配置される。凹み１８，２０の壁面と中子２２の外面の間に存在する空間がキャビティ２４を構成する。

また、図示しないけれども、上型１０には湯口が設けられ、上型１０及び下型１２には、湯口とキャビティ２４を繋ぐ湯道が設けられている。湯口及び湯道を通じて、キャビティ２４には溶湯が供給され、溶湯が凝固して鋳物になる。鋳物の材質は特に限定されることはないが、例えばダクタイルである。
なお、湯道は、キャビティ２４に連通していればよく、上型１０のみに設けられていてもよい。更に、上型１０には、ガス抜き穴や押し湯部が設けられていてもよい。

一方、上型１０及び下型１２は、それぞれ鋳枠２６，２８によって囲まれている。つまり上型１０及び下型１２は、枠込めされている。そして、鋳枠２６には、上型１０を吊り上げるための複数のロッド３０が一体に設けられている。

更に、砂型鋳造装置は、位置合わせ部材として、複数のダボ３２を有する。図２は、砂型鋳造装置を概略的に示す上面図である。ダボ３２の数は２つ以上であればよいが、好ましくは４つ以上である。好ましくは、ダボ３２はキャビティ２４の周りに均等に配置される。

図３は、図１中のダボ３２を含む領域を拡大して示しており、図４は、ダボ３２の外観を概略的に示す斜視図である。上型１０及び下型１２には、合わせ面１４，１６に開口する有底のダボ穴３４，３６がそれぞれ形成されている。ダボ穴３４，３６の軸線は鉛直方向に延びている。下型１２の上に上型１０が正確に位置合わせされたとき、ダボ穴３４，３６の軸線は一致する。

ダボ３２は、上型１０のダボ穴３４に挿入される上部３８と、下型１２のダボ穴３６に挿入される下部４０とを有する。ダボ３２の上部３８及び下部４０は、テーパピン形状若しくは円錐台形状をそれぞれ有し、ダボ３２の軸線上に直列に配列されている。

ダボ３２は鋳物砂からなるけれども、ダボ３２の上部３８には磁石４２が埋設されている。好ましくは、磁石４２は、露出しないようにダボ３２に埋設されながら、可及的に上部３８の端面の近くに配置される。可及的に近くとは、ダボ３２が崩れない程度にという意味である。

上型１０及び下型１２のダボ穴３４，３６は、ダボ３２の上部３８及び下部４０にそれぞれ合致する形状を有する。つまり、ダボ穴３４，３６の壁面は雌テーパ形状を有する。
そして、上型１０には、ダボ穴３４の軸線上に、磁石４４が埋設されている。好ましくは、磁石４４は、露出しないように上型１０に埋設されながら、可及的にダボ穴３４の底面の近くに配置される。可及的に近くとは、上型１０が崩れない程度にという意味である。

図５は、磁石４２，４４の外観を概略的に示す斜視図である。磁石４２，４４は、例えば円柱形状を有し、それぞれ、ダボ３２及びダボ穴３４の軸線方向に磁化されている。そして、磁石４２，４４の磁極は、磁石４２，４４間に引力が発生するように、配列されている。
なお、磁石４２，４４の寸法形状は、同一である必要はない。

好ましくは、磁石４２，４４は、１０.０ｋＧ（キロガウス）以上１０．６ｋＧ（キロガウス）以下の残留磁束密度を有し、より好ましくは、表面磁束密度３．０ｋＧ以上の残留磁束密度を有する。

また、好ましくは、磁石４２，４４は、サマリウムコバルト磁石からなる。サマリウムコバルト磁石は、サマリウムとコバルトの合金であるが、更に他の希土類成分等を含んでいてもよい。ただし、磁石４２，４４は、有機系の接着剤を含まずに、無機成分のみからなるのが好ましい。

〔砂型鋳造方法〕
以下、上述した砂型鋳造装置を用いた砂型鋳造方法について説明する。
図６は、砂型鋳造方法の手順を概略的に示すフローチャートである。
まず、上型作製工程Ｓ１０、下型作製工程Ｓ２０、中子作製工程Ｓ３０、及び、ダボ作製工程Ｓ４０が実行され、上型１０、下型１２、中子２２、及び、ダボ３２がそれぞれ作製される。上型作製工程Ｓ１０、及び、ダボ作製工程Ｓ４０において、上型１０及びダボ３２に磁石４２，４４がそれぞれ埋め込まれる。

なお、上型作製工程Ｓ１０、下型作製工程Ｓ２０、中子作製工程Ｓ３０、及び、ダボ作製工程Ｓ４０を実行する順序は、特に限定されない。また、中子作製工程Ｓ３０は、必要に応じて実行すればよい。

それから、ダボ配置工程Ｓ５０が実行され、作製されたダボ３２が、下型１２に取り付けられる。また、中子２２も下型２２の凹み２０に配置される。
次に、吊り上げ工程Ｓ６０が実行される。吊り上げ工程Ｓ６０では、図７に示すように、ロッド３０にワイヤ４６が掛け回され、ワイヤ４６を介して、クレーンやチェーンブロック等の吊り上げ装置４８によって上型１０を吊り上げる。

この後、型合わせ工程Ｓ７０が実行される。型合わせ工程Ｓ７０では、下型１２の上方に配置された上型１０が、下型１２に向けて徐々に下降させられる。この間、作業員が、ダボ３２及びダボ穴３４の位置を視認しながら、上型１０の水平方向位置を粗調整する。

そして、ダボ穴３４にダボ３２の上部３８が進入するところまで来ると、磁石４２，４４間の引力が増大し、磁石４４がダボ３２の軸線上に配列される。つまり、ダボ３２の軸線とダボ穴３４の軸線とが一致するように、上型１０の磁石４４に引力が作用する。吊り下げられた上型１０は水平方向に容易に移動可能であり、引力によって、下型１２に対し上型１０の位置が水平方向にて微調整される。そして、下型１２に対し上型１０の位置が微調整された状態で、下型１２の合わせ面１６に上型１０の合わせ面１４が当接するまで上型１０を下降させ、型合わせが完了する。

この後、注湯工程Ｓ８０が実行され、湯口から溶湯が注がれる。そして、必要に応じて溶湯を強制冷却し、溶湯が凝固するのを待ってから、取り出し工程Ｓ９０を実行し、鋳物を上型１０及び下型１２から取り出す。

上述した実施形態によれば、下型１２の上に上型１０を配置する際に、磁石４２，４４間で引力が作用し、磁石４２，４４が、ダボ穴３４，３６の軸線上に配列される。この配列によって、ダボ３２に対してダボ穴３４，３６がずれることが防止され、下型１２に対する上型１０の位置合わせが高精度にて行われる。このため、この砂型鋳造装置によって製造される鋳物では、型ずれが防止され、鋳物の寸法が所望の寸法公差に収まる。
具体的には、薄物の鋳物については、肉厚の寸法公差として、ＪＩＳ Ｂ０４０３−１９９５に規定される公差等級にて、ＣＴ１１級以上ＣＴ１３級以下が達成される。
かくして、この砂型鋳造装置によれば、簡単な構成にて、確実且つ容易に、鋳物の寸法が所望の寸法公差内に収まる。そしてこの結果、余肉量の最小化を図ることができ、歩留まりも向上する。

また、上述した実施形態によれば、好ましい態様として、磁石４２，４４が１０．０ｋＧ以上の残留磁束密度を有し、より好ましい態様として、３．０ｋＧ以上の表面磁束密度を有するので、磁石４２，４４間において、磁石４２，４４をダボ穴３４，３６の軸線上に配置するのに十分な大きさの引力が作用する。この結果、下型１２に対する上型１０の位置合わせが、確実に、高精度にて行われる。

更に、上述した実施形態によれば、好ましい態様として、磁石４２，４４がサマリウムコバルト磁石からなる。サマリウムコバルト磁石は、高温下で使用しても、残留磁束密度が低下し難い。この結果、磁石４２，４４を繰り返し使用しても、下型１２に対する上型１０の位置合わせが、確実に、高精度にて行われる。
また更に、上述した実施形態によれば、好ましい態様として、磁石４２，４４は、有機系の接着剤を含まない。このため、磁石４２，４４は耐熱性が高く、高温下で使用しても変形しない。この結果、磁石４２，４４を繰り返し使用しても、下型１２に対する上型１０の位置合わせが、確実に、高精度にて行われる。

一方、上述した実施形態によれば、吊り下げられた上型１０が水平方向に容易に移動可能である。このため、磁石４２，４４間の引力によって、下型１２に対する上型１０の位置合わせが、確実に、高精度にて行われる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施形態では、好ましい態様として、上型１０及びダボ３２の両方に磁石４２，４４が埋設されていたが、一方に磁石が埋設されていれば、他方は、磁石によって吸引される磁性材料であってもよい。
最後に、上述した砂型鋳造装置及び砂型鋳造方法は、薄肉の鋳物の製造に好適であるが、厚肉の鋳物にも適用可能である。

１０ 上型
１２ 下型
１４ 合わせ面（上型合わせ面）
１６ 合わせ面（下型合わせ面）
２２ 中子
２４ キャビティ
２６ 鋳枠
２８ 鋳枠
３２ ダボ
３４ ダボ穴（上型ダボ穴）
３６ ダボ穴（下型ダボ穴）
３８ 上部
４０ 下部
４２ 磁石
４４ 磁石

Claims (5)

1. 鋳物砂からなり、下型合わせ面及び該下型合わせ面にて開口する有底の下型ダボ穴を有する下型と、
   鋳物砂からなり、前記下型合わせ面と対向配置されるべき上型合わせ面、及び、該上型合わせ面にて開口する有底の上型ダボ穴を有する上型と、
   鋳物砂からなり、前記下型ダボ穴に挿入されるべき下部及び前記上型ダボ穴に挿入されるべき上部を有するダボと、
   前記ダボの上部、及び、前記上型における前記上型ダボ穴の軸線上の部分のうち一方に埋設された磁石と、
   前記ダボ、及び、前記上型における前記上型ダボ穴の軸線上の部分のうち他方に埋設され、前記下型の上に前記上型を配置する際に前記磁石から引力が作用する磁性部材と、
   を備えることを特徴とする砂型鋳造装置。
2. 前記磁石は、１０．０ｋＧ以上の残留磁束密度を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の砂型鋳造装置。
3. 前記磁石は、サマリウムコバルト磁石からなる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の砂型鋳造装置。
4. 鋳物砂からなり、下型合わせ面及び該下型合わせ面にて開口する有底の下型ダボ穴を有する下型を作製する下型作製工程と、
   鋳物砂からなり、前記下型合わせ面と対向配置されるべき上型合わせ面、及び、該上型合わせ面にて開口する有底の上型ダボ穴を有する上型を作製する上型作製工程と、
   鋳物砂からなり、前記下型ダボ穴に挿入されるべき下部及び前記上型ダボ穴に挿入されるべき上部を有するダボを作製するダボ作製工程と、
   を備え、
   前記ダボ作製工程、及び、前記上型作製工程のうち少なくとも一方において、前記ダボの上部及び前記上型における前記上型ダボ穴の軸線上の部分のうち少なくとも一方に磁石を埋設し、
   前記ダボ作製工程、及び、前記上型作製工程のうち少なくとも一方において、前記ダボの上部及び前記上型における前記上型ダボ穴の軸線上の部分のうち他方に、前記下型の上に前記上型を配置する際に前記磁石から引力が作用する磁性部材を埋設する、
   ことを特徴とする砂型鋳造方法。
5. 前記上型を吊り上げる吊り上げ工程と、
   吊り上げられた前記上型を前記下型の上に配置する型合わせ工程と
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の砂型鋳造方法。

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