JP2015077617A - 発泡砂を用いた砂型の成形方法、成形用金型及び砂型 - Google Patents

Abstract

【課題】発泡砂を用いた砂型の、製品部の表面に露出する吹き込み口の脆弱部ないし中空部から、溶湯が砂型の内部に流入してしまうことを防止する。【解決手段】金型のキャビティ及び充填口の境界部における断面を通る直線と、この断面の外形線との二箇所の交点間の寸法ａが最大となるときの、二箇所の交点間の寸法ａと、金型のキャビティで形成される製品部２２の、吹き込み口２４が突出する部分の肉厚寸法ｄとが、２／３ａ＜１／３ｄ、すなわち、ａ＜ｄ／２となるように、金型のキャビティ及び充填口を構成する。砂型２０の製品部２２から吹き込み口２４を除去した状態において、製品部２２の、吹き込み口２４を除去した箇所に必要十分な厚みの硬化層２２Ｈが確保される。従って、鋳造時に、溶湯が製品部２２の脆弱部ないし中空部２２Ｓに流入してしまうことを、回避することが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、発泡砂を用いた砂型、砂型の成形方法及び砂型の成形用金型に関するものである。

従来から、中空部を有する製品を成形するにあたり、崩壊性の砂中子が用いられている。砂中子の成形方法としては、水ガラスを含むバインダーを骨材と共に攪拌して発泡させた発泡砂を用いる手法が開発されている（例えば、特許文献１、２）。
本手法には、図３に示される砂型造型装置１が用いられる。砂型造型装置１は、発泡砂Ｓを固めて、例えばアルミニウム鋳造用の砂中子（砂型）を造型するものであって、砂中子を造型するためのキャビティＣを有する金型２と、金型２のキャビティＣに発泡砂Ｓを充填するための充填装置３とを備えている。

金型２は、上型と下型とを型締めしてキャビティＣを形成するものである。金型２には、キャビティＣと充填装置３の砂槽１２とを連通する充填口５が設けられている。充填装置３は、発泡砂Ｓを混錬し、貯留する砂槽１２と、砂槽１２内の発泡砂Ｓを加圧する加圧機構１３（加圧手段）を備えている。そして、砂槽１２に金型２をセットし、加圧機構１３によって砂槽１２内の発泡砂Ｓを加圧することにより、充填口５を介して金型２のキャビティＣ内に発泡砂Ｓを充填する。金型２は、１５０℃〜３００℃程度に加熱されて、キャビティＣに充填された発泡砂Ｓの水分を蒸発させて発泡砂Ｓを固化させる。その後、金型２を開いて造型された砂中子を取出す。

上述の如く、発泡砂Ｓを金型２のキャビティＣに充填して成形を行う際に、発泡砂Ｓの加熱、硬化の過程で水分の蒸発及び気泡の熱膨張により、金型２のキャビティＣの内圧が高まる。これにより、成形品の表層部に水ガラス及び骨材が集積し、成形品の表層部から所定の厚み範囲には、必要な強度を有する緻密な硬化層が形成される。その結果、成形品の内部には密度が低く脆い脆弱部が形成され、更に、密度の偏りが顕著となって、脆弱部が中空となる場合もある。そして、砂中子が鋳造に用いられる際に、硬化層によって砂中子に要求される強度が確保され、かつ、脆弱部ないし中空部は、鋳造後の崩壊性に寄与して、鋳造品から中子を取出すことが可能となる。

特開２０１３−１６９５８２号公報 特開２０１３−１１１６０２号公報

ところで、発泡砂Ｓを金型２のキャビティＣに充填して成形を行う際に、キャビティＣ内へと発泡砂Ｓを送り込むための充填口５にも、発泡砂Ｓが満たされた状態となり、この充填口５内部の発泡砂Ｓも加熱、硬化される。そして、充填口５内で硬化した発泡砂Ｓ（吹き込み口）の表層部から所定の厚み範囲には硬化層が、その内部には脆弱部ないし中空部が形成されることとなる。この吹き込み口は、製品部と一体になっており、鋳造時には除去されるものである。しかしながら、吹き込み口の脆弱部ないし中空部が、製品部の中空部と連続していると、吹き込み口を除去することで製品部の表面に露出する、吹き込み口の脆弱部ないし中空部から、溶湯が砂型の中空部に流入してしまう虞がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発泡砂を用いた砂型の、製品部の表面に露出する吹き込み口の脆弱部ないし中空部から、溶湯が砂型の内部に流入してしまうことを、確実に防止することにある。

（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）金型の充填口からキャビティ内に発泡砂を充填して、表層部から所定の厚み範囲に硬化層を備える砂型を成形する製造方法であって、前記キャビティ及び前記充填口の境界部における断面を通る直線と、前記断面の外形線との、二箇所の交点間の寸法が最大となるときの該二箇所の交点間の寸法ａが、前記金型のキャビティで形成される砂型の製品部の、前記充填口に成形される吹き込み口が突出する部分の肉厚寸法ｄに対し、所定の割合を下回るように、前記金型の前記キャビティ及び前記充填口を構成して、成形を行う砂型の成形方法（請求項１）。

本項に係る砂型の成形方法によれば、金型の充填口を介してキャビティに充填された発泡砂は、キャビティ内のみならず充填口内においても、表層部から所定の厚み範囲に硬化層を備える構造となる。即ち、砂型の製品部及び吹き込み口は、いずれも、硬化層と、脆弱部ないし中空部とで構成されるものである。そして、製品部及び吹き込み口の何れも、全体の厚みのうち、脆弱部ないし中空部の厚みが概ね１／３となり、それを覆う硬化層の各々の厚みが、概ね１／３となる。なお、脆弱部と硬化層との境界は必ずしも明確に現れるものではないが、必要な強度を有するだけの緻密な範囲を硬化層としたときの厚みが、上述の値となる。
そこで、本項の方法では、発泡砂による砂型の成形に際し、砂型の製品部の寸法と、吹き込み口の寸法との関係に着目したものである。

具体的には、金型のキャビティ及び充填口の境界部における断面を通る直線と断面の外形線との、二箇所の交点間の寸法が最大となるときの、二箇所の交点間の寸法ａと、金型のキャビティで形成される砂型の製品部の、充填口に成形される吹き込み口が突出する部分の肉厚寸法ｄとの割合に着目し、寸法ａが寸法ｄに対して所定の割合を下回るように、金型のキャビティ及び充填口を構成するものである。
このように構成された金型の充填口からキャビティ内に発泡砂を充填して、成形を行うことで、製品部の、吹き込み口を除去した箇所における硬化層に、十分な厚みを確保するものである。そして、砂型の製品部の表面に露出する、吹き込み口の脆弱部ないし中空部から、溶湯が砂型の内部に流入することを回避するものとなる。

（２）上記（１）項において、前記ａ及びｄの値を、ａ＜ｄ／２に設定する砂型の成形方法。（請求項２）。
本項に係る砂型の成形方法は、上記（１）項の、寸法ａ及び寸法ｄの値の関係を、ａ＜ｄ／２に設定し、金型の充填口からキャビティ内に発泡砂を充填して、成形を行うものである。本寸法関係において、金型の充填口からキャビティ内に発泡砂を充填して成形を行うことにより、製品部から吹き込み口を除去した状態において、吹き込み口の除去部の硬化層に十分な厚みを確保する。そして、製品部の表面に露出する吹き込み口の脆弱部ないし中空部から、溶湯が砂型の内部に流入することを回避するものである。

（３）金型の充填口からキャビティ内に発泡砂を充填して、表層部から所定の厚み範囲に硬化層を備える砂型を成形する成形用金型であって、前記キャビティ及び前記充填口の境界部における断面を通る直線と、前記断面の外形線との、二箇所の交点間の寸法が最大となるときの該二箇所の交点間の寸法ａが、前記金型のキャビティで形成される砂型の製品部の、前記充填口に成形される吹き込み口が突出する部分の肉厚寸法ｄに対し、所定の割合を下回るように、前記キャビティ及び前記充填口が構成されている成形用金型（請求項３）。
（４）上記（３）項において、前記ａ及びｄの値が、ａ＜ｄ／２に設定されている成形用金型（請求項４）。

（５）金型の充填口からキャビティ内に発泡砂を充填して成形される、表層部から所定の厚み範囲に硬化層を備える砂型であって、前記金型のキャビティに成形される製品部、及び、前記充填口に成形される吹き込み口の境界部における断面を通る直線と、前記断面の外形線との、二箇所の交点間の距離が最大となるときの該二箇所の交点間の寸法ａが、前記製品部の、前記吹き込み口が突出する部分の肉厚寸法ｄに対し、所定の割合を下回るように成形されている砂型（請求項５）。
（６）上記（５）項において、前記ａ及びｄの値が、ａ＜ｄ／２に設定されている砂型（請求項６）。

そして、上記（３）（４）項記載の成形用金型は、上記（１）（２）項記載の砂型の成形方法に用いることで、上記（１）（２）項記載の砂型の成形方法と同様の作用が得られるものである。
又、上記（５）（６）項記載の砂型は、上記（１）（２）項記載の砂型の成形方法を実施する事によって、又は、上記（３）（４）項記載の成形用金型を用いて成型することによって得られるものである。なお、上記（５）（６）項記載の砂型は、鋳造に用いる際には、吹き込み口が除去されるものである。

本発明はこのように構成したので、発泡砂を用いた砂型の、製品部の表面に露出する吹き込み口の脆弱部ないし中空部から、溶湯が砂型の内部に流入してしまうことを、確実に防止することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る発泡砂を用いた砂型の成形方法により成形される砂型の模式断面図であり、（ａ）は、本発明の実施の形態に係る、砂型の吹き込み口と製品部との寸法関係を示しており、（ｂ）は、比較例に係る、砂型の吹き込み口と製品部との寸法関係を示すものである。 本発明の実施の形態を適用可能な金型及び砂型造型装置の模式断面図であり、（ａ）は水平割型に適用した例を、（ｂ）は垂直割型に適用した例を示すものである。 本発明の実施の形態にも適用可能な、従来の砂型造型装置の全体構成を概略的に示した断面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて説明する。なお、本説明において、従来技術と同一部分若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本発明の実施の形態に係る発泡砂を用いた砂型の成形方法は、図３にも示されるように、砂槽１２に金型２をセットし、加圧機構１３によって砂槽１２内の発泡砂Ｓを加圧することにより、充填口５を介して金型２のキャビティＣ内に発泡砂Ｓを充填する。金型２は、１５０℃〜３００℃程度に加熱されて、キャビティＣに充填された発泡砂Ｓの水分を蒸発させて発泡砂Ｓを固化させる。その後、金型２を開いて造型された砂中子を取出すことで、図１（ａ）に示される砂型２０を成形するものである。

砂型２０は、金型２のキャビティＣ内に成形される製品部２２と、充填口５内に形成される吹き込み口２４とを含むものである。ここで、図１（ａ）に示される砂型２０は、全体としてより複雑な形状を有する製品部２２のうち、吹き込み口２４が突出する部分の近傍のみ抜粋して、断面図示したものである。
製品部２２及び吹き込み口２４の双方の、表層部から所定の厚み範囲には、硬化層２２Ｈ、２４Ｈが形成されている。又、硬化層２２Ｈ、２４Ｈの内部には、脆弱部ないし中空部２２Ｓ、２４Ｓが形成される。そして、発泡砂Ｓの加熱、硬化の過程で、成形品の表層部に水ガラス及び骨材が集積し、成形品の表層部から所定の厚み範囲に、必要な強度を有する緻密な硬化層が形成される、といったメカニズムに起因して、製品部２２及び吹き込み口２４の何れも、全体の厚みのうち、脆弱部ないし中空部２２Ｓ、２４Ｓの厚みが概ね１／３となる。又、それらを覆う硬化層２２Ｈ、２４Ｈの各々の厚みが、概ね１／３となる。

本発明の実施の形態では、図１に示されるように、製品部２２及び吹き込み口２４の境界部における断面を通る直線と、この断面の外形線との二箇所の交点間の距離が最大となるときの寸法をａとする。そして、寸法ａが、製品部２２の、吹き込み口２４が突出する部分の肉厚寸法ｄに対し、所定の割合を下回るように成形されているものである。より具体的には、ａ及びｄの値がａ＜ｄ／２となるように、設定されている。

上記ａ及びｄの値の範囲の、具体的設定方法は、次の通りである。上述のように、本方法により成形される砂型２０の、吹き込み口２４全体の厚みａのうち、脆弱部ないし中空部２４Ｓの厚みは概ね１／３ａとなり、それを覆う硬化層２４Ｈの厚みは、概ね１／３ａとなる。又、製品部２２の、吹き込み口２４が突出する部分の肉厚寸法ｄのうち、脆弱部ないし中空部の厚み２２Ｓは概ね１／３ｄとなり、それを覆う硬化層２２Ｈの厚みは、概ね１／３ｄとなる。
そして、製品部２２の、吹き込み口２４を除去した箇所における硬化層２２Ｈに、製品部２２の脆弱部ないし中空部２２Ｓが露出しないだけの、十分な厚みが確保されるためには、図１（ａ）に示されるように、吹き込み口２４の脆弱部ないし中空部２４Ｓの厚み１／３ａと、硬化層２４Ｈの厚み１／３ａとの和２／３ａが、製品部２２の、吹き込み口２４が形成された部分の硬化層２２Ｈの厚み１／３ｄを、下回っていればよい。上記寸法関係を整理すると、２／３ａ＜１／３ｄ、すなわち、ａ＜ｄ／２と表される。

又、砂型２０を得るために、本実施の形態において用いられる金型２についても、図１（ａ）に示される砂型２０の寸法関係と同様の関係を有するものである。すなわち、キャビティＣ及び充填口５（図３参照）の境界部における断面を通る直線と、この断面の外形線との二箇所の交点間の寸法が最大となるときの、二箇所の交点間の寸法ａが、金型２のキャビティＣで形成される砂型２０の、吹き込み口２４が突出する部分の厚みｄの寸法に対し所定の割合以下、即ち、ａ及びｄの値がａ＜ｄ／２となるように、金型２のキャビティＣ及び充填口５が構成されているものである。そして、このように構成された金型２を使用して砂型を成形することで、図１（ａ）に示される砂型２０が得られることとなる。

なお、本発明の実施の形態は、砂型２０の成形に使用する金型２のパーティングラインの配置の如何に関わらず、適用することが可能となる、例えば、図２（ａ）に示されるように、パーティングラインＰＬが水平方向に延びる水平割型２Ｖや、図２（ｂ）に示されるように、パーティングラインＰＬが垂直方向に延びる垂直割型２Ｈにも適用可能である。図２中、符号１５は圧入プレートであり、符号１５ａは圧入口である。
ここで、水平割型２Ｖへと適用する場合には、充填口５は円錐状をなすことが一般的であり、充填口５の、キャビティＣとの境界部における断面形状は円形となる。このため、充填口５の、キャビティＣとの境界部における断面を通る直線と、この断面の外形線との二箇所の交点間の寸法ａは、通常、どの方向を採っても一定かつ最大となる。

これに対し、垂直割型２Ｖへと適用する場合には、充填口５は一対の金型の一方にのみ設けられる場合があり、充填口５の、キャビティＣとの境界部における断面形状も、非対称形（例えば半円状）をなす場合がある。
このような場合には、充填口５の、キャビティＣとの境界部における断面形状も非対称形となる。従って、充填口５の、キャビティＣとの境界部における断面を通る直線と、この断面の外形線との二箇所の交点間の寸法ａは、断面を通る直線の延びる方向によって異なるものとなる。この場合には、断面を通る直線と断面の外形線との二箇所の交点間の寸法が最大となるときの、二箇所の交点間の寸法をａとするものである。

上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、金型２のキャビティＣ及び充填口５の境界部における断面を通る直線と、この断面の外形線との二箇所の交点間の寸法ａが最大となるときの、二箇所の交点間の寸法ａと、金型２のキャビティＣで形成される製品部２２の、吹き込み口２４が突出する部分の肉厚寸法ｄとが、ａ＜ｄ／２となるように、金型２のキャビティＣ及び充填口５を構成するものである。
そして、図１（ａ）のごとく構成された金型２の充填口５からキャビティＣ内に発泡砂Ｓを充填して、砂型２０の成形を行うことで、製品部２２の吹き込み口２４を除去した箇所における、必要十分な厚みの硬化層２２Ｈが確保される。従って、鋳造時に、溶湯が製品部２２の脆弱部ないし中空部２２Ｓに流入してしまうことを、回避することが可能となる。

なお、図１（ｂ）には、本発明の実施の形態に対する比較例に係る、砂型２０’の吹き込み口２４と製品部２２との寸法関係を示している。この比較例では、吹き込み口２４の脆弱部ないし中空部２４Ｓの厚み１／３ａと、硬化層２４Ｈの厚み１／３ａとの和２／３ａが、製品部２２の硬化層２２Ｈの厚み１／３ｄ以上に設定されている。本比較例の寸法関係を整理すると、２／３ａ≧／３ｄ、すなわち、ａ≧ｄ／２となる。
そして、図１（ｂ）の比較例の場合、製品部２２の、吹き込み口２４を除去した箇所に硬化層２２Ｈが確保されず、脆弱部ないし中空部２２Ｓが露出してしまうことになる。その結果として、鋳造時に、溶湯が製品部２２の脆弱部ないし中空部２２Ｓに流入することを回避することが、困難であることが理解されるであろう。

２０：砂型、２２：製品部、２２Ｈ：硬化層、２２Ｓ：脆弱部ないし中空部、２４：吹き込み口、２４Ｈ：硬化層、２４Ｓ：脆弱部ないし中空部、ａ：吹き込み口の、製品部との境界部における断面を通る直線と、この断面の外形線との二箇所の交点間の距離が最大となるときの寸法、ｄ：製品部の、吹き込み口が突出する部分の肉厚寸法

Claims (6)

1. 金型の充填口からキャビティ内に発泡砂を充填して、表層部から所定の厚み範囲に硬化層を備える砂型を成形する製造方法であって、
   前記キャビティ及び前記充填口の境界部における断面を通る直線と、前記断面の外形線との、二箇所の交点間の寸法が最大となるときの該二箇所の交点間の寸法ａが、前記金型のキャビティで形成される砂型の製品部の、前記充填口に成形される吹き込み口が突出する部分の肉厚寸法ｄに対し、所定の割合を下回るように、前記金型の前記キャビティ及び前記充填口を構成して、成形を行うことを特徴とする砂型の成形方法。
2. 前記ａ及びｄの値を、ａ＜ｄ／２に設定することを特徴とする請求項１記載の砂型の成形方法。
3. 金型の充填口からキャビティ内に発泡砂を充填して、表層部から所定の厚み範囲に硬化層を備える砂型を成形する成形用金型であって、
   前記キャビティ及び前記充填口の境界部における断面を通る直線と、前記断面の外形線との、二箇所の交点間の寸法が最大となるときの該二箇所の交点間の寸法ａが、前記金型のキャビティで形成される砂型の製品部の、前記充填口に成形される吹き込み口が突出する部分の肉厚寸法ｄに対し、所定の割合を下回るように、前記キャビティ及び前記充填口が構成されていることを特徴とする成形用金型。
4. 前記ａ及びｄの値が、ａ＜ｄ／２に設定されていることを特徴とする請求項３記載の成形用金型。
5. 金型の充填口からキャビティ内に発泡砂を充填して成形される、表層部から所定の厚み範囲に硬化層を備える砂型であって、
   前記金型のキャビティに成形される製品部、及び、前記充填口に成形される吹き込み口の境界部における断面を通る直線と、前記断面の外形線との、二箇所の交点間の距離が最大となるときの該二箇所の交点間の寸法ａが、前記製品部の、前記吹き込み口が突出する部分の肉厚寸法ｄに対し、所定の割合を下回るように成形されていることを特徴とする砂型。
6. 前記ａ及びｄの値が、ａ＜ｄ／２に設定されていることを特徴とする請求項５記載の砂型。

Images