JP2016117068A - Mold, and mold manufacturing method - Google Patents

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幸二郎 藤山
Kojiro Fujiyama
幸二郎 藤山
貞人 平塚
Sadato Hiratsuka
貞人 平塚
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株式会社鷹取製作所
Takatori Seisakusho:Kk
国立大学法人岩手大学
Iwate Univ
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mold formed by a powder fastening lamination method so that it can be applied to a large-sized casting and can cast a highly precise mold.SOLUTION: One example of a mold of the present invention, or a laminated mold 1 is composed of a main mold 2 and a core 3. The main mold 2 has a space of the same shape as the outer shape of a globe valve box 4 therein, and is formed by combining a plurality of partial main molds 5. The main mold 2 has such a structure in the height direction as is divided into a region part 6 having a sprue and a sprue runner, an upper region part 7 on the product side, and a lower region part 8 on the product side.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、鋳型に関する。詳しくは、粉末固着積層法で形成され、大型の鋳物に適用可能かつ、高精度な鋳物を鋳造可能な鋳型に係るものである。   The present invention relates to a mold. Specifically, the present invention relates to a mold that is formed by a powder-fixing lamination method, can be applied to a large casting, and can cast a highly accurate casting.
古くから金属材料を用いて大量生産を行う際に、鋳型を用いる鋳造による加工がなされてきた。鋳造は、鋳型の使用法、鋳型の種類、骨材の固定法等により複数の方法が存在する。   For a long time, mass production using a metal material has been performed by casting using a mold. There are several methods for casting depending on the usage of the mold, the type of mold, the method of fixing the aggregate, and the like.
また、近年、三次元造形機の普及に伴い、この機器を用いた鋳型製造手法が注目されている。本手法では、鋳型砂と鋳型砂を結着させる粘結剤を混合した鋳型材料に、インクジェットヘッドで結合剤溶液をかけて一層ずつ積層、硬化させるものであり、粉末固着積層法と称されている。   In recent years, with the widespread use of 3D modeling machines, mold manufacturing methods using this equipment have attracted attention. In this method, a mold material mixed with a binder that binds mold sand and mold sand is laminated and cured one layer at a time by applying a binder solution with an inkjet head. Yes.
粉末固着積層法では、鋳物の原型となる木型や金型を製造することなく、直接的に鋳型が製造できる点から、鋳物の製造期間の短縮化やコスト削減が期待できる。また、多種の形状の鋳物を少量生産する用途にも適している。   In the powder fixing lamination method, a casting mold can be directly manufactured without manufacturing a wooden mold or a mold as a casting mold, so that it is possible to expect a reduction in manufacturing time and cost of the casting. It is also suitable for use in producing small quantities of various shaped castings.
また、粉末固着積層法での鋳型の製造では、従来の木型を用いた鋳型の製造に比して、寸法精度の高い鋳型を形成することが可能である。また、木型等を鋳型から取り出す際に必要となる抜き勾配を形成する必要がなく、鋳型材料を低減することができるものとなっている。   Further, in the production of a mold by the powder fixing lamination method, it is possible to form a mold with high dimensional accuracy as compared with the production of a mold using a conventional wooden pattern. Further, it is not necessary to form a draft required when taking out the wooden mold or the like from the mold, and the mold material can be reduced.
前述したように、粉末固着積層法でも従来の鋳造と同様に、鋳型の原料として骨材となる鋳物砂と粘結剤が使用される。粘結剤は鋳物砂同士を結着させ、水分や熱により硬化する性質を有するものである。鋳物砂及び粘結剤は、鋳物材料の注湯時にも安定的に鋳物の形状を形成しうる耐熱性を有する必要がある。   As described above, in the powder fixing lamination method, as in the case of conventional casting, foundry sand that becomes an aggregate and a binder are used as a raw material for a mold. The binding agent binds foundry sands and has a property of being cured by moisture or heat. The foundry sand and the binder need to have heat resistance capable of stably forming the shape of the casting even when the casting material is poured.
しかし、粉末固着積層法に使用される鋳型材料は、市販のものを含めて種類が限定されているのが現状で、鋳物の金属材料の融点温度に鋳型材料が対応できず欠陥が生じることがある。そこで、例えば、特許文献1では、融点が1,000℃を超える高融点金属でも注湯可能な造形用材料が提案されている。   However, there are currently limited types of mold materials used in the powder-fixing lamination method including those on the market, and the mold material cannot cope with the melting point temperature of the metal material of the casting, resulting in defects. is there. Thus, for example, Patent Document 1 proposes a modeling material that can be poured even with a high-melting-point metal having a melting point exceeding 1,000 ° C.
このように粉末固着積層法による鋳型の製造では、鋳型材料の改良により、注湯可能な金属の種類の多様化や、鋳物の品質を向上させようとする試みがなされている。   As described above, in the production of a mold by the powder fixed lamination method, attempts have been made to diversify the types of metals that can be poured and to improve the quality of castings by improving the mold material.
特開2010−110802号公報JP 2010-110802 A
しかしながら、粉末固着積層法での鋳型の製造では、製造可能な造形物の大きさについても問題を有しており、鋳型の大きさは、使用する三次元造形機の最大造形サイズに依存するものとなっている。即ち、汎用性の高い機種では一般的に長さ20cm程度の造形物が一度の積層造形において製造可能なサイズの限界となっている。   However, in the production of molds by the powder fixing lamination method, there is also a problem with the size of a model that can be manufactured, and the size of the mold depends on the maximum modeling size of the 3D modeling machine to be used. It has become. That is, in a highly versatile model, a modeled object having a length of about 20 cm is generally the limit of the size that can be manufactured in one layered modeling.
そのため、長さ1m超の大型の鋳型については、一回の積層造形で製造することができなかった。また、約1m四方の造形物を高精度に製造可能な機種は装置が非常に高額であり、製造現場で容易に導入できるものとはなっていない。   Therefore, a large mold having a length of more than 1 m could not be manufactured by one layered modeling. In addition, a model that can manufacture a 1 m square shaped object with high accuracy has a very expensive apparatus, and is not easily introduced at a manufacturing site.
また、大型の鋳型を形成した際の形状安定性や鋳型の強度が不充分になるリスクが存在する。また、大型の鋳型で製造する鋳物の鋳肌面の平滑性等、鋳物の品質においても精度を担保する必要がある。   There is also a risk that the shape stability and the strength of the mold will be insufficient when a large mold is formed. In addition, it is necessary to ensure accuracy in the quality of the casting, such as the smoothness of the casting surface of the casting manufactured with a large mold.
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、粉末固着積層法で形成され、大型の鋳物に適用可能かつ、高精度な鋳物を鋳造可能な鋳型を提供することを目的とする。   The present invention has been devised in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a mold that is formed by a powder fixing lamination method, can be applied to a large casting, and can cast a high-precision casting. .
上記の目的を達成するために、本発明の鋳型は、隣接する部材と嵌合可能な嵌合部を有し、粉末固着積層法による積層造形により形成された部分型を組み合わせて形成されている。   In order to achieve the above object, the mold of the present invention has a fitting portion that can be fitted to an adjacent member, and is formed by combining partial molds formed by layered molding by a powder fixing lamination method. .
ここで、鋳型が、粉末固着積層法による積層造形により形成された部分型を組み合わせて形成されたことによって、大型の鋳型とすることができる。即ち、複数の部分型を用いて、1つの大型の鋳型の形状とすることが可能となる。なお、ここでいう部分型とは、従来の鋳造で使用される上型や下型、中子をさらに分割したものを意味するものである。また、大型の鋳型とは、三次元造型機で製造可能な最大造形サイズにもよるが、一度の積層造形処理で鋳型全体の形状が製造しえないものを意味する。   Here, since the mold is formed by combining partial molds formed by the layered modeling by the powder fixed lamination method, a large mold can be obtained. That is, a plurality of partial molds can be used to form a single large mold. In addition, the partial mold | type here means what further divided | segmented the upper mold | type, lower mold | type, and core which are used by the conventional casting. The large mold means a mold that cannot be produced in the shape of the entire mold by one layered modeling process, although it depends on the maximum modeling size that can be manufactured by a three-dimensional molding machine.
また、隣接する部材と嵌合可能な嵌合部を有する部分型によって、部分型同士の組み合わせ作業を容易にすることができる。また、部分型同士を組み合わせた構造体を安定化させることができる。   Moreover, the combination work of partial molds can be facilitated by a partial mold having a fitting portion that can be fitted to an adjacent member. Moreover, the structure which combined partial type | molds can be stabilized.
また、部分型が、鋳物が形成される領域を含む鋳物用部分型と、湯口及び湯道が形成された領域を含む湯道用部分型とを組み合わせて形成された場合には、各々の用途に合わせた形状に加工しやすいものとなる。例えば、湯道用の部分型であれば、溶湯が流れる領域以外の部分は不要であるため、必要最低限の形状に加工し、鋳型材料を低減させた部分型への加工がしやすいものとなる。   In addition, when the partial mold is formed by combining a partial mold for casting including a region where a casting is formed and a partial mold for a molten metal including a region where a gate and a runner are formed, each use It will be easy to process into a shape that matches. For example, if it is a partial mold for runners, parts other than the area where the molten metal flows are unnecessary, so it is easy to process into a partial mold that has been processed into the minimum required shape and reduced mold material. Become.
また、嵌合部が隣接する部分型同士の接合領域に形成された互いに嵌合可能な凹凸部である場合には、部分型同士を組み合わせた構造物をより一層安定化させることが可能となる。例えば、接合する面の凹凸を組み合わせる組継ぎや、部分型の一部に凹部と凸部を設けて組み合わせるほぞ継ぎ等の形状で嵌合させることができる。   In addition, in the case where the fitting portion is a concavo-convex portion that can be fitted to each other and is formed in a joining region between adjacent partial molds, a structure in which the partial molds are combined can be further stabilized. . For example, it can be fitted in a shape such as a joint that combines the concavities and convexities of the surfaces to be joined, or a tenon joint that combines a concave part and a convex part provided in a part of the partial mold.
また、嵌合部が、隣接する部分型同士の接合領域に形成された凹部と、凹部と嵌合して隣接する部材同士を連結する連結部材とを有する場合には、部分型同士を組み合わせた構造物をより一層安定化させることが可能となる。例えば、隣接する部分型の接合する面に凹部を設け、その凹部に嵌る別部材の雇い実を連結部材として嵌合させることができる。   Moreover, when the fitting part has the recessed part formed in the joining area | region of adjacent partial mold | types, and the connection member which fits a recessed part and connects adjacent members, it combined partial mold | dies. It becomes possible to further stabilize the structure. For example, it is possible to provide a concave portion on the surface of adjacent partial molds to be joined, and to use a separate member fitted in the concave portion as a connecting member.
また、部分型の溶湯と接触しない領域に、隣接する部材同士が所定の間隔を有して配置された柱状部材と、隣接する柱状部材同士を連結する桟部材とが形成された場合には、部分型の形状の安定性を担保しながら、部分型の形成に必要な鋳型材料を低減させることができる。また、部分型の溶湯と接触しない領域の側から風を当てる等して強制冷却させて凝固を促進でき、凝固欠陥を低減させることができる。   In addition, when a columnar member in which adjacent members are arranged with a predetermined interval and a crosspiece member that connects the adjacent columnar members are formed in a region that does not come into contact with the partial molten metal, The mold material necessary for forming the partial mold can be reduced while ensuring the stability of the shape of the partial mold. Also, solidification can be promoted by forcibly cooling by blowing air from the side of the region not in contact with the partial molten metal, and solidification defects can be reduced.
また、部分型の溶湯が流れ込むキャビティ部の少なくとも一部に部分型を貫通して形成され、その内部に部分型を形成する未結着の鋳物砂が収容されたベント部を備える場合には、鋳造時に鋳型から発生したガスのガス抜きが良好となり、鋳物へのガス欠陥が生じにくいものとすることができる。即ち、貫孔した領域からガスを逃がしつつ、鋳物砂で溶湯漏れを抑えることが可能となる。ここでいう未決着の鋳物砂とは、粉末固着積層法の積層時において、粘結剤による硬化を開始させる結合剤をかけない鋳物砂を意味し、未硬化の状態で貫通した領域に配置されるものとなる。   In addition, in the case of including a vent portion that is formed through the partial mold in at least a part of the cavity portion into which the molten metal of the partial mold flows, and in which unbound foundry sand that forms the partial mold is accommodated, The gas generated from the mold during casting can be easily vented, and gas defects in the casting can be prevented. That is, it is possible to suppress the leakage of the molten metal with the foundry sand while allowing the gas to escape from the perforated region. The undecided foundry sand here refers to foundry sand that is not subjected to a binder that initiates hardening with a binder during the lamination of the powder-fixing lamination method, and is disposed in an uncured state in a penetrating area. Will be.
また、部分型の少なくとも一部と連結された中子を備える場合には、鋳型に生じる鋳ばりを低減させることができる。即ち、従来は中子と、主型となる上型または下型との間に鋳ばりが形成されるが、部分型と中子が連結しているため、鋳ばりを減らすことができる。   Further, when a core connected to at least a part of the partial mold is provided, it is possible to reduce the flashing generated in the mold. That is, conventionally, a cast-in beam is formed between the core and the upper mold or the lower mold as the main mold, but the cast-in can be reduced because the partial mold and the core are connected.
また、部分型が、第1の粒子と、第1の粒子の粒径の1.5〜2倍の粒径を有する第2の粒子で構成される骨材を含む積層造形用材料で形成された場合には、鋳型材料の混在状態での粒子間の隙間や表面の凹凸が減り、より一層、鋳型の表面の平滑性を高めることができる。また、積層時の鋳型材料の密度が高くなり、より一層、鋳型の強度を高めることができる。なお、ここでいう粒子の粒径は平均粒径を意味し、粒子製造時のばらつきを含むものである。また、強度とは、抗折試験で測定する抗折強度を意味し、試験内容の詳細については後述する。   Further, the partial mold is formed of an additive manufacturing material including an aggregate composed of first particles and second particles having a particle size 1.5 to 2 times the particle size of the first particles. In this case, the gaps between the particles and the surface irregularities in the mixed state of the mold material are reduced, and the smoothness of the mold surface can be further improved. Moreover, the density of the mold material at the time of lamination becomes high, and the strength of the mold can be further increased. In addition, the particle diameter of a particle here means an average particle diameter, and includes the dispersion | variation at the time of particle manufacture. Moreover, strength means the bending strength measured by a bending test, and the details of the test will be described later.
一方、第1の粒子の粒径の1.5倍未満の粒径を有する第2の粒子である場合には、第2の粒子が第1の粒子に近づくこととなる。この結果、混在状態の密度が下がり、抗折強度の向上が不充分となる。また、粒径が小さくなるため、積層時に粒子の抜けが生じやすくなり、鋳型の表面の平滑性を高めにくいものとなる。また、第1の粒子の粒径の2倍を超える粒径を有する第2の粒子である場合には、第2の粒子の粒子間の隙間が生じやすくなり、混在状態の密度が下がり、抗折強度の向上が不充分となる。また、第2の粒子間の表面の凹凸が生じやすくなり、鋳型の表面の平滑性を高めにくいものとなる。   On the other hand, in the case of the second particle having a particle size of less than 1.5 times the particle size of the first particle, the second particle approaches the first particle. As a result, the density of the mixed state is lowered, and the bending strength is not sufficiently improved. In addition, since the particle size is small, the particles are easily lost during the lamination, and it is difficult to improve the smoothness of the mold surface. Further, in the case of the second particles having a particle size exceeding twice the particle size of the first particles, gaps between the particles of the second particles are likely to occur, and the density of the mixed state is lowered, and the resistance is reduced. The bending strength is not improved sufficiently. Further, surface irregularities between the second particles are likely to occur, and it becomes difficult to improve the smoothness of the mold surface.
また、第1の粒子の全量基準での重量比率に対する第2の粒子の全量基準での重量比率の比が1.5〜3.0の範囲内である場合には、より一層、鋳型の抗折強度を向上させることができる。   Further, when the ratio of the weight ratio based on the total amount of the second particles to the weight ratio based on the total amount of the first particles is in the range of 1.5 to 3.0, the resistance of the mold is further increased. Folding strength can be improved.
ここで、第1の粒子の全量基準での重量比率に対する第2の粒子の全量基準での重量比率の比が1.5未満である場合には、鋳型の表面の平滑性が担保しづらいものとなる。また、第1の粒子の全量基準での含有量の重量比率に対する第2の粒子の全量基準での重量比率の比が3.0を超える場合には、鋳型の抗折強度が不充分なものとなる。   Here, when the ratio of the weight ratio based on the total amount of the second particles to the weight ratio based on the total amount of the first particles is less than 1.5, it is difficult to ensure the smoothness of the mold surface. It becomes. In addition, when the ratio of the weight ratio of the second particles based on the total amount of the first particles to the weight ratio of the second particles exceeds 3.0, the bending strength of the mold is insufficient. It becomes.
また、粘結剤が全量基準での重量比率が33%である場合には、より一層、鋳型の抗折強度を向上させることができる。また、より一層、鋳肌面の平滑性を高めることができる。   In addition, when the weight ratio of the binder based on the total amount is 33%, the bending strength of the mold can be further improved. Moreover, the smoothness of the casting surface can be further enhanced.
本発明に係る鋳型は、粉末固着積層法で形成され、大型の鋳物に適用可能かつ、高精度な鋳物を鋳造可能なものとなっている。   The mold according to the present invention is formed by a powder fixing lamination method, and can be applied to a large-sized casting and can cast a high-precision casting.
主型及び中子の構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a main mold | type and a core. 鋳型から製造する玉形弁用弁箱及び鋳造方案に基づく製品部分と湯口及び上がりを示す概略図である。It is the schematic which shows the valve part for the ball-shaped valve manufactured from a casting_mold | template, the product part based on a casting plan, a gate, and a rise. 主型に中子を配置した状態の詳細構造の概略図(a)及び中子のほぞ継ぎを示す概略図(b)である。It is the schematic (a) of the detailed structure of the state which has arrange | positioned the core to the main type | mold, and the schematic (b) which shows the tenon joint of a core. 鋳型の支持構造を示す斜視図(a)、正面図(b)及び側面図(c)である。It is the perspective view (a), front view (b), and side view (c) which show the support structure of a casting_mold | template. 支持構造を設けない鋳型の概略図(a)及び支持構造を設けた鋳型の概略図(b)である。It is the schematic (a) of the casting_mold | template which does not provide a support structure, and the schematic (b) of the casting_mold | template provided with the support structure. 鋳型のベント部を示す概略図及びその部分拡大図である。It is the schematic which shows the vent part of a casting_mold | template, and its partial enlarged view. 上型及び下型と中子を一体化させていない鋳型を示す概略図(a)、上型と中子が一体化した鋳型を示す概略図(b)及び下型と中子が一体化した鋳型を示す概略図(c)である。Schematic diagram (a) showing a mold in which the upper mold and the lower mold are not integrated with the core, (b) schematic diagram showing a mold in which the upper mold and the core are integrated, and the lower mold and the core are integrated. It is the schematic (c) which shows a casting_mold | template. 実施例1〜6及び比較例1の板状試験片に対して行った抗折強度試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the bending strength test done with respect to the plate-shaped test piece of Examples 1-6 and Comparative Example 1. FIG. 実施例4の試験片における鋳型の表面状態を示す写真(a)及び、比較例1の試験片における鋳型の表面状態を示す写真(b)であるIt is the photograph (a) which shows the surface state of the casting_mold | template in the test piece of Example 4, and the photograph (b) which shows the surface state of casting_mold | template in the test piece of the comparative example 1. 実施例7〜11の板状試験片に対して行った抗折強度試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the bending strength test done with respect to the plate-shaped test piece of Examples 7-11. 凝固試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of a coagulation test.
以下、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
図1は、主型及び中子の構造を示す概略図である。図2は,鋳型から製造する玉形弁用弁箱及び鋳造方案に基づく製品部分と湯口及び上がりを示す概略図である。図3は、主型に中子を配置した状態の詳細構造の概略図(a)及び中子のほぞ継ぎを示す概略図(b)である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described for understanding of the present invention.
FIG. 1 is a schematic view showing the structure of the main mold and the core. FIG. 2 is a schematic view showing a product portion, a gate and a rise based on a valve box for a ball valve manufactured from a mold and a casting method. FIG. 3 is a schematic diagram (a) of the detailed structure in which the core is arranged in the main mold and a schematic diagram (b) showing the tenon joint of the core.
以下、本発明を適用した鋳型の一例である積層造形鋳型1について説明する。   Hereinafter, an additive manufacturing mold 1 that is an example of a mold to which the present invention is applied will be described.
図1に示すように、積層造形鋳型1は、主型2と、中子3を備えている。積層造形鋳型1は、図2の左側に示す形状の玉形弁用弁箱4を鋳造する際の鋳型である。また、主型2は長さ(図1の符号L)が800mmの鋳型となっている。   As shown in FIG. 1, the additive manufacturing mold 1 includes a main mold 2 and a core 3. The additive manufacturing mold 1 is a mold used when casting a valve box 4 for a valve having a shape shown on the left side of FIG. The main mold 2 is a mold having a length (symbol L in FIG. 1) of 800 mm.
主型2は、内部に玉形弁用弁箱4の外形と同一の形状の空間を有し、複数の部分主型5を組み合わせて形成されている。主型2は高さ方向において、湯口及び湯道が形成された湯道側の領域部分6、製品側の上部領域部分7及び製品側の下部領域部分8に分割された構造となっている。符号9及び符号10は主型2の高さ方向の分割位置を示している。   The main mold 2 has a space having the same shape as the outer shape of the valve box 4 for the ball valve inside, and is formed by combining a plurality of partial main molds 5. The main mold 2 has a structure divided in the height direction into a runner side region portion 6 on which a gate and a runner are formed, a product side upper region portion 7 and a product side lower region portion 8. Reference numerals 9 and 10 indicate division positions of the main mold 2 in the height direction.
また、主型2の幅方向に隣接する部分主型5同士の間は組継ぎ11で組み合わされている。組継ぎ11の部分の溶湯が流れない領域は、図示しないボルトナットやクランプ等の部材で固定されている。詳細な分割構造は後述する。   Further, the partial main molds 5 adjacent to each other in the width direction of the main mold 2 are combined by a joint 11. The region where the molten metal does not flow in the portion of the joint 11 is fixed by a member such as a bolt nut or a clamp (not shown). A detailed division structure will be described later.
図1に示すように、中子3は、上部中子12、中間中子13及び下部中子14の部材を組み合わせて形成されている。中子3は、主型2の内部空間に収容され、玉形弁用弁箱4の空洞を形成する。また、上部中子12と中間中子13、及び中間中子13と下部中子14の間はほぞ継ぎで組み合わされ、ボルトナットやクランプ等の部材で固定されている。ほぞ継ぎの詳細な構造は後述する。   As shown in FIG. 1, the core 3 is formed by combining members of an upper core 12, an intermediate core 13, and a lower core 14. The core 3 is accommodated in the internal space of the main mold 2 and forms a cavity of the valve box 4 for the ball valve. Further, the upper core 12 and the intermediate core 13, and the intermediate core 13 and the lower core 14 are combined with a tenon joint and fixed with a member such as a bolt nut or a clamp. The detailed structure of the tenon joint will be described later.
主型2及び中子3は、肉抜きした形状となっており、鋳造に用いられない部分は削られ、形状を担保するために必要な鋳型材料のみが使用されている。   The main mold 2 and the core 3 have a thinned shape, and portions that are not used for casting are cut away, and only a mold material necessary for securing the shape is used.
主型2及び中子3を用いて鋳造を行うと、図2の左側に示す形状の玉形弁用弁箱4を製造することができる。また、図2の右側には、鋳造時の玉形弁用弁箱となる製品部分15と、湯口50及び上がり16の形成位置を示している。   When casting is performed using the main mold 2 and the core 3, a valve valve box 4 having a shape shown on the left side of FIG. 2 can be manufactured. Further, on the right side of FIG. 2, the product portion 15 that becomes the valve box for the valve at the time of casting, and the formation positions of the gate 50 and the rise 16 are shown.
ここで、必ずしも、本発明を適用した鋳型が主型2と中子3で構成される必要はない。例えば、主型のみを複数の部分主型で形成して中子を使用しない鋳型や、主型のうち上型または下型のみを複数の部分主型で形成する場合があってもよい。   Here, the mold to which the present invention is applied does not necessarily need to be composed of the main mold 2 and the core 3. For example, there may be a mold in which only the main mold is formed by a plurality of partial main molds without using a core, or only the upper mold or the lower mold of the main molds is formed by a plurality of partial main molds.
また、必ずしも、主型2の長さが800mmに限定されるものではなく、造形対象物も玉形弁用弁箱である必要はない。製造したい対象物の大きさと、それに必要となる複数の部分主型を形成することで、例えば、長さ1000mm以上の主型を形成することも可能である。   Further, the length of the main mold 2 is not necessarily limited to 800 mm, and the object to be modeled does not have to be a valve valve box. By forming the size of an object to be manufactured and a plurality of partial main molds necessary for the object, it is possible to form a main mold having a length of 1000 mm or more, for example.
また、主型2及び中子3が分割される位置は特に限定されるものではなく、適宜、部材の組み合わせや取扱いが容易な形状へと、適宜設計変更を行うことが可能である。但し、主型2では、湯口及び湯道が形成された湯道側の領域部分6、製品側の上部領域部分7及び製品側の下部領域部分8に分割された構造とすることで、各々の用途に合わせた形状に加工しやすいものとなる。   Further, the position at which the main mold 2 and the core 3 are divided is not particularly limited, and it is possible to appropriately change the design into a shape that allows easy combination and handling of members. However, the main mold 2 has a structure divided into a runner side region portion 6 on which a gate and a runner are formed, a product side upper region portion 7 and a product side lower region portion 8, so that each It becomes easy to process into a shape that suits the application.
即ち、主型2では、湯道側の領域と製品側の領域とで分割可能な構造とすることが好ましい。例えば、湯道側の領域は製品側の領域に比べて、鋳型材料が必要な領域が少なくなっており、湯道側の領域の形状のみを形成した方が、主型の形成効率を高めることができる。   That is, it is preferable that the main mold 2 has a structure that can be divided into a runner side region and a product side region. For example, the area on the runner side requires less mold material than the area on the product side, and forming only the shape of the area on the runner side increases the formation efficiency of the main mold. Can do.
また、必ずしも、隣接する部分主型や中子部材が組継ぎやほぞ継ぎで組み合わされる構造とされる必要はない。但し、組み合わせた構造体が安定した構造となる点から、隣接する部分主型や中子部材が組継ぎやほぞ継ぎで組み合わされる構造とされることが好ましい。また、同様の観点から、接合する領域の両方に凹部を設け、組み合わせた凹部に嵌合する雇い実部材を使用して組み合わせる構造も採用しうる。   In addition, it is not always necessary to have a structure in which adjacent partial main molds and core members are combined by joining or tenon joining. However, from the point that the combined structure becomes a stable structure, it is preferable that adjacent partial main molds and core members are combined by a joint or a tenon joint. From the same point of view, it is possible to adopt a structure in which concave portions are provided in both areas to be joined and combined by using actual members that fit into the combined concave portions.
図3(a)には、主型2及び中子3のより詳細な分割構造を示している。主型2は複数の部分主型5によって形成されている。また、中子3は前述したように、上部中子12、中間中子13及び下部中子14の3つの部材で形成されている。   FIG. 3A shows a more detailed divided structure of the main mold 2 and the core 3. The main mold 2 is formed by a plurality of partial main molds 5. Further, as described above, the core 3 is formed by three members, that is, the upper core 12, the intermediate core 13, and the lower core 14.
各々の部分主型5、上部中子12、中間中子13及び下部中子14は、長さ20mm程度の一般的な造形対応サイズの造形物を製造可能な三次元造形機で製造されるものとなっている。   Each of the partial main mold 5, the upper core 12, the intermediate core 13 and the lower core 14 is manufactured by a three-dimensional modeling machine capable of manufacturing a general modeling-compatible size object having a length of about 20 mm. It has become.
個々の部分主型5を更に細かく見ると、符号17及び符号18が上がり部、符号19が湯口部、符号20及び符号21が中間主型、符号22及び符号23が下部主型となっている。また上がり部17及び上がり部18は、図2の右側の図で示した上がり16を形成する部分となる。   Looking more closely at each partial main mold 5, reference numerals 17 and 18 are raised parts, reference numeral 19 is a spout, reference numerals 20 and 21 are intermediate main molds, and reference numerals 22 and 23 are lower main molds. . Further, the rising portion 17 and the rising portion 18 are portions that form the rising 16 shown in the right side of FIG.
また、図3(b)には、中子3の詳細な構造を示している。上部中子12は下部に凸部42が、中間中子13の上部に凹部43がそれぞれ形成されている。また、中間中子の下部に凹部(図示せず)が、下部中子14の上部に凸部44がそれぞれ形成されている。   FIG. 3B shows the detailed structure of the core 3. The upper core 12 has a convex portion 42 at the lower portion and a concave portion 43 at the upper portion of the intermediate core 13. Further, a recess (not shown) is formed in the lower part of the intermediate core, and a convex part 44 is formed in the upper part of the lower core 14.
対向する各凹凸部が中子3のほぞ継ぎ部分であり、この部分で組み合わされることで、中子3は安定した構造体となる。   Each opposing concavo-convex part is a tenon joint part of the core 3, and the core 3 becomes a stable structure by being combined at this part.
このように1つの主型を細分化することで、高精度かつ大型の鋳型を形成することが可能となっている。また、個々の部材は、積層造形装置用に所望の形状の三次元データを入力して形成される。   Thus, by subdividing one main mold, it is possible to form a large mold with high accuracy. Each member is formed by inputting three-dimensional data of a desired shape for the additive manufacturing apparatus.
本発明を適用した鋳型では、以下図4〜図7で説明するような構造を採用しうる。   In the mold to which the present invention is applied, a structure as described below with reference to FIGS. 4 to 7 can be adopted.
図4には、鋳型のキャビティ部の反対側の領域を肉抜きし、柱状部材による支持構造を設けた鋳型を示している。   FIG. 4 shows a mold in which a region opposite to the cavity portion of the mold is thinned and a support structure using a columnar member is provided.
図4に示す鋳型24は、溶湯が流れ込むキャビティ部25の反対側の領域に、支持構造26を形成している。支持構造26は、一定間隔を有して略平行に配置された柱部27と、隣接する柱部27同士を連結した桟部材28で構成されている。   The mold 24 shown in FIG. 4 has a support structure 26 formed in a region opposite to the cavity portion 25 into which the molten metal flows. The support structure 26 includes a column portion 27 that is disposed substantially in parallel with a predetermined interval, and a crosspiece member 28 that connects adjacent column portions 27 to each other.
また、柱部27及び桟部材28が交わる部分は、各々の部材より体積の大きな球状部29が形成され、交点を補強する構造となっている。なお、鋳型24をキャビティ部25の反対側の領域から見た正面図を図4(b)、側面から見た図を図4(c)に示している。   In addition, a portion where the column portion 27 and the crosspiece member 28 intersect with each other is formed with a spherical portion 29 having a larger volume than each member, and has a structure that reinforces the intersection. FIG. 4B shows a front view of the mold 24 viewed from the region opposite to the cavity portion 25, and FIG. 4C shows a view of the mold 24 viewed from the side.
図5(a)には、支持構造26を設けない鋳型30を、図5(b)には前述した支持構造26を有する鋳型24を示している。鋳型24は鋳型30に比べ、キャビティ部の反対側の領域を肉抜きすることで、鋳型を形成する鋳型材料を大きく低減させることができるものとなっている。   FIG. 5A shows a mold 30 without the support structure 26, and FIG. 5B shows a mold 24 having the support structure 26 described above. Compared with the mold 30, the mold 24 can greatly reduce the mold material forming the mold by thinning a region opposite to the cavity portion.
また、鋳型24は、支持構造26を有することで鋳型の強度を担保しうるものとなっている。また、鋳型24は肉抜きされたことで、キャビティ部の反対側の領域からキャビティ部25に風を当てる等して、鋳物材料を注湯後に強制冷却させることができる。この結果、凝固が促進され、冷却速度に起因する凝固欠陥の発生を低減させることができる。   Moreover, the casting_mold | template 24 can ensure the intensity | strength of a casting_mold | template by having the support structure 26. FIG. Further, since the mold 24 is thinned, the casting material can be forcibly cooled after pouring, for example, by applying air to the cavity portion 25 from a region opposite to the cavity portion. As a result, solidification is promoted and the occurrence of solidification defects due to the cooling rate can be reduced.
図6には、鋳型のキャビティ部にガス抜き用のベント部を設けた構造を示している。   FIG. 6 shows a structure in which a vent for venting gas is provided in the cavity of the mold.
図6に示す鋳型31はキャビティ部32に複数のベント部33を有している。ベント部33は、図6の拡大図部分に示すように、直径が5mm程の貫通孔34が多数集合して形成されたものである。   The mold 31 shown in FIG. 6 has a plurality of vent portions 33 in the cavity portion 32. As shown in the enlarged view portion of FIG. 6, the vent portion 33 is formed by collecting a large number of through holes 34 having a diameter of about 5 mm.
貫通孔34は鋳型31をキャビティ部からその背面側に向けて貫通している。また、貫通孔34の内部には、鋳型31の鋳型材料となる鋳物砂(図示せず)が収容されている。鋳物砂は、鋳型31の積層造形時に硬化を開始させる結合剤が吹きかけられていないものである。   The through hole 34 penetrates the mold 31 from the cavity part toward the back side thereof. Further, foundry sand (not shown) serving as a mold material of the mold 31 is accommodated in the through hole 34. The foundry sand is one that is not sprayed with a binder that initiates curing when the mold 31 is layered.
鋳物砂は未結着の状態であるため、貫通孔34の内部に収容されても一定の通気性を保ち、鋳造時に鋳型から生じるガスを逃がすことができる。この結果、鋳物にガス欠陥が生じにくいものとなる。   Since the foundry sand is in an unbound state, even if it is accommodated in the through-hole 34, a certain level of air permeability can be maintained, and gas generated from the mold during casting can be released. As a result, gas defects are less likely to occur in the casting.
また、鋳物砂が収容されたことで、貫通孔34を介して溶湯が外部への漏れを抑えることができる。このように鋳型にベント部33を設けることで、鋳造時のガス抜きを促進させることができる構造となっている。   Further, since the foundry sand is accommodated, the molten metal can be prevented from leaking to the outside through the through hole 34. By providing the vent portion 33 in the mold in this way, the structure can promote gas venting during casting.
ここで、必ずしも、貫通孔34の直径が5mm程に設定される必要はなく、鋳型材料の種類や鋳型の形状により適宜選択しうる。但し、貫通孔の直径をあまりに大きくすると溶湯漏れが生じることとなるため、未結着の鋳物砂が容易に抜け落ちてしまわない程度の大きさが選択されることが好ましい。   Here, the diameter of the through hole 34 is not necessarily set to about 5 mm, and can be appropriately selected depending on the type of the mold material and the shape of the mold. However, if the diameter of the through-hole is too large, molten metal leaks, and therefore it is preferable to select a size that does not easily cause unbound foundry sand to fall off.
図7では、中子を主型の一部と連結させ、一体化させた構造について説明する。   FIG. 7 illustrates a structure in which the core is connected to a part of the main mold and integrated.
図7(a)は、中子35が主型を構成する上型36または下型37のいずれとも連結されていない構造を示している。ここで、図7(b)では、中子及び上型が連結して一体化した主型38と、主型38と対になる下型39を示している。   FIG. 7A shows a structure in which the core 35 is not connected to either the upper die 36 or the lower die 37 constituting the main die. Here, FIG. 7B shows a main mold 38 in which the core and the upper mold are connected and integrated, and a lower mold 39 that is paired with the main mold 38.
図7(a)に示す鋳型では、中子35及び上型36の間に隙間が存在し、鋳ばりが隙間の部分に生じてしまう。一方、図7(b)に示す主型38では、中子と上型が一体化されたことで間に隙間が生じず、鋳ばりの発生を低減させることができる構造となっている。   In the mold shown in FIG. 7A, a gap exists between the core 35 and the upper mold 36, and a flash is generated in the gap portion. On the other hand, the main mold 38 shown in FIG. 7 (b) has a structure in which the gap between the core and the upper mold is not formed, and the occurrence of cast-in can be reduced.
また、図7(c)には、中子及び下型が連結して一体化した主型40と、主型40と対になる上型41を示している。主型40も主型38と同様に、中子と下型の間に隙間が生じず、鋳ばりの発生を低減させることができる構造となっている。   FIG. 7C shows a main mold 40 in which the core and the lower mold are connected and integrated, and an upper mold 41 paired with the main mold 40. Similarly to the main mold 38, the main mold 40 has a structure in which no gap is generated between the core and the lower mold, and the occurrence of casting can be reduced.
続いて、積層造形鋳型1の製造に用いる鋳型材料の一例について説明する。なお、以下で説明する鋳型材料はあくまで一例であり、本発明を適用した鋳型の材料がこれに限定されるものではない。   Subsequently, an example of a mold material used for manufacturing the additive manufacturing mold 1 will be described. The mold material described below is merely an example, and the mold material to which the present invention is applied is not limited thereto.
積層造形鋳型1の鋳型材料は、骨材(鋳物砂)となる第1のアルミナサンド及び第2のアルミナサンドと、粘結剤となるアルミナセメントとを備えている。   The mold material of the layered molding mold 1 includes a first alumina sand and a second alumina sand which are aggregates (casting sand), and an alumina cement which is a binder.
第1のアルミナサンド及び第2のアルミナサンド2は、純度99%以上の酸化アルミニウム(Al)からなる白色誘電アルミナであり、いずれも1,500℃以上の耐熱性を有している。また、第1のアルミナサンドは、中心粒径が45〜53μmの粒子で構成されている。また、第2のアルミナサンドは、中心粒径が75〜106μmの粒子で構成されている。 The first alumina sand and the second alumina sand 2 are white dielectric alumina made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) having a purity of 99% or more, and both have heat resistance of 1,500 ° C. or more. . The first alumina sand is composed of particles having a center particle diameter of 45 to 53 μm. The second alumina sand is composed of particles having a central particle size of 75 to 106 μm.
また、アルミナセメントは、アルミナセメントの全量基準での重量比率で72.5%の酸化アルミニウム(Al)及び25.8%の酸化カルシウム(CaO)を含む粉状前駆体である。また、アルミナセメントは、平均粒径が4.5μmの粒子で構成され、1,730℃以上の耐熱性を有している。 Alumina cement is a powdery precursor containing 72.5% aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and 25.8% calcium oxide (CaO) in a weight ratio based on the total amount of alumina cement. Alumina cement is composed of particles having an average particle size of 4.5 μm and has heat resistance of 1,730 ° C. or higher.
アルミナセメントは、積層造形時にインクジェットのプリントヘッドから結合剤溶液を吹き付けられることで、混合させた第1のアルミナサンド及び第2のアルミナサンドを結着させて硬化させる。結合剤溶液は、1%以下の2−ピロリドンを含む水溶液が用いられる。   The alumina cement is hardened by binding the mixed first alumina sand and second alumina sand by being sprayed with a binder solution from an inkjet print head during additive manufacturing. As the binder solution, an aqueous solution containing 1% or less of 2-pyrrolidone is used.
また、鋳型材料には、粘結剤の硬化速度を速めるための補助剤として、炭酸リチウム(LiCO)を備えている。 Further, the mold material is provided with lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) as an auxiliary agent for increasing the curing rate of the binder.
鋳型材料は、全量基準での重量比率が、第1のアルミナサンド:44%、第2のアルミナサンド:22%、アルミナセメント:33%、炭酸リチウム:1%を含む組成を有している。   The mold material has a composition in which the weight ratio based on the total amount includes the first alumina sand: 44%, the second alumina sand: 22%, the alumina cement: 33%, and the lithium carbonate: 1%.
ここで、第2のアルミナサンドの全量基準での重量比率に対する第1のアルミナサンドの全量基準での重量比率の比が2.0となっているが、必ずしもこの数値になる必要はない。但し、鋳型の抗折強度の向上と、鋳型の表面の平滑性を高める点から、重量比率の比は、1.5〜3.0の範囲となるのが好ましく、更に、2.0となることがより一層好ましい。   Here, the ratio of the weight ratio on the basis of the total amount of the first alumina sand to the weight ratio on the basis of the total amount of the second alumina sand is 2.0, but this value is not necessarily required. However, from the viewpoint of improving the bending strength of the mold and increasing the smoothness of the mold surface, the ratio of the weight ratio is preferably in the range of 1.5 to 3.0, and more preferably 2.0. It is even more preferable.
また、必ずしも、アルミナセメントの全量基準での重量比率が33%となる必要はない。但し、鋳型の抗折強度の向上と、鋳型の表面の平滑性を高める点から、アルミナセメントの全量基準での重量比率が33%に設定されることが好ましい。   Moreover, the weight ratio on the basis of the total amount of alumina cement is not necessarily 33%. However, from the viewpoint of improving the mold bending strength and enhancing the smoothness of the mold surface, the weight ratio of the alumina cement based on the total amount is preferably set to 33%.
また、鋳型材料には、粘結剤の硬化速度を速めるための補助剤として、炭酸リチウム(LiCO)を入れることが好ましい。また、炭酸リチウムの添加量を増やすことで、硬化が始まる始発時間が短くなり、硬化速度も速くなるが、他の成分の配合量も考慮して、炭酸リチウムの配合量を適宜選択することが好ましい。また、炭酸リチウムの配合により鋳型の抗折強度が向上する。 Also, the mold material, as an adjunct to accelerate the curing rate of the binder, it is preferred to add lithium carbonate (Li 2 CO 3). In addition, by increasing the amount of lithium carbonate added, the initial time at which curing begins is shortened and the curing rate is increased, but the amount of lithium carbonate can be appropriately selected in consideration of the amount of other components. preferable. In addition, the bending strength of the mold is improved by adding lithium carbonate.
以下、積層造形鋳型1の製造から玉形弁用弁箱4の製造までの流れを説明する。   Hereinafter, the flow from the production of the layered molding mold 1 to the production of the valve box 4 for the bead valve will be described.
(3DCADデータの準備)
まず、製造する玉形弁用弁箱4の形状の3DCADデータを作製した。3DCADデータの作製では、鋳物の鋳造方案に基づき、鋳込みの系統等を反映させた積層造形鋳型1の3DCADデータを作製した。
(Preparation of 3D CAD data)
First, 3D CAD data of the shape of the valve box 4 for a ball valve to be manufactured was produced. In the production of 3D CAD data, 3D CAD data of the layered mold 1 reflecting the casting system and the like was produced based on the casting casting method.
また、使用する積層造形装置(三次元造形機)の造形エリア寸法に合わせて、積層造形鋳型1の3DCADデータを分割し、部分主型5及び各中子構成部材の形状に対応するデータを作製した。ここでは、組継ぎやほぞ継ぎの形状も反映される。   Further, the 3D CAD data of the layered molding mold 1 is divided in accordance with the modeling area size of the layered modeling apparatus (three-dimensional modeling machine) to be used, and data corresponding to the shapes of the partial main mold 5 and each core component member is produced. did. Here, the shape of the joint or tenon is also reflected.
(鋳型材料の準備)
前述した鋳型材料を調整した。骨材となる第1のアルミナサンド及び第2のアルミナサンドと、アルミナセメント及び炭酸リチウムを混合させ、鋳型材料とした。
(Preparation of mold material)
The mold material described above was prepared. The first alumina sand and second alumina sand, which are aggregates, and alumina cement and lithium carbonate were mixed to obtain a mold material.
(積層造形処理)
各部材の形状に対応する3DCADデータを積層造形装置で使用可能なデータ形式に変換し、積層造形装置用ソフトに入力した。また、造形に必要な各種材料やプリントヘッドを装置に補充し、取り付けを行った。
(Laminated modeling process)
The 3D CAD data corresponding to the shape of each member was converted into a data format that can be used by the additive manufacturing apparatus, and input to the additive manufacturing apparatus software. In addition, various materials and print heads necessary for modeling were replenished to the apparatus and attached.
積層造形装置は、次の性能の装置を使用した。造形枠寸法:508mm×381mm×229mm、高さ方向造形速度:5〜15mm/hr、最小積層ピッチ:0.1mm。各種造形材料から所望の形状を有する砂型が積層造形され、造形終了後に、余分な鋳型材料を除去し、造形物を装置から取り出した。   The additive manufacturing apparatus used an apparatus having the following performance. Modeling frame dimensions: 508 mm × 381 mm × 229 mm, height direction modeling speed: 5-15 mm / hr, minimum stacking pitch: 0.1 mm. A sand mold having a desired shape was layered from various modeling materials, and after the modeling was completed, excess mold material was removed, and the model was taken out of the apparatus.
(注湯準備)
分割して造形した各砂型を連結して組み合わせて、主型2及び中子3を形成した。組継ぎやほぞ継ぎの部分を組み合わせ、ボルトやクランプ等で固定した。主型2の内部に中子3をセットして積層造形鋳型1とした。積層造形鋳型1に塗布剤を塗布し、200℃の温度で乾燥させた。
(Preparation of pouring hot water)
The main mold 2 and the core 3 were formed by connecting and combining the sand molds that were divided and shaped. The joints and tenon joints were combined and fixed with bolts or clamps. A core 3 was set inside the main mold 2 to obtain a layered molding mold 1. The coating agent was applied to the layered mold 1 and dried at a temperature of 200 ° C.
(注湯)
上記の工程で製造した積層造形鋳型1に溶湯を注湯し、鋳込みを行った。自然冷却または一部強制冷却により凝固させ、鋳型をばらし、ばり取り、仕上げを経て、図2の左側に示す玉形弁用弁箱4を製造した。
(Pouring hot water)
The molten metal was poured into the additive manufacturing mold 1 manufactured in the above process, and cast. A ball valve box 4 shown on the left side of FIG. 2 was manufactured by solidifying by natural cooling or partial forced cooling, separating the mold, removing the mold, and finishing.
以上までで説明した本発明を適用した鋳型の一例である積層造形用鋳型は、主型や中子を更に分割した部材を積層造形処理で製造することから、大型の鋳型を製造可能なものとなっている。また、鋳型を直接製造することが可能であり、鋳物製造にかかる製造期間を大幅に短縮することができる。   The additive manufacturing mold, which is an example of the mold to which the present invention described above is applied, manufactures a member obtained by further dividing the main mold and the core by the additive manufacturing process, so that a large mold can be manufactured. It has become. In addition, the mold can be directly manufactured, and the manufacturing period for manufacturing the casting can be greatly shortened.
また、積層造形用鋳型は、主型や中子を分割した各部材は充分な抗折強度を有するものとなっている。また、鋳型材料を低減しても形状を維持し得る支持構造や連結構造を有するものとなっている。   In the layered molding mold, each member obtained by dividing the main mold and the core has sufficient bending strength. Moreover, it has a support structure and a connection structure that can maintain the shape even if the mold material is reduced.
更に、冷却時の凝固欠陥やガス欠陥等の鋳物の品質に影響する欠陥が生じにくく、高精度な鋳物となっている。また、鋳肌面の平滑性にも優れた鋳物となっている。   In addition, defects that affect the quality of the casting such as solidification defects and gas defects during cooling hardly occur, and the casting is highly accurate. Moreover, it is a casting excellent in smoothness of the casting surface.
以上説明したように、本発明を適用した鋳型は粉末固着積層法で形成され、大型の鋳物に適用可能かつ、高精度な鋳物を鋳造可能なものとなっている。   As described above, the mold to which the present invention is applied is formed by the powder fixed lamination method, and can be applied to a large casting and can cast a high-precision casting.
以下、本発明の鋳型材料に関する実施例を説明する。   Examples relating to the mold material of the present invention will be described below.
(1)試験片の化学成分
まず、前述した鋳型材料のうち、骨材となる第1のアルミナサンド及び第2のアルミナサンドについて、骨材の全量基準で第1のアルミナサンドと第2のアルミナサンドが表1に示す配合割合となるように鋳型材料成分を調整して、実施例1〜6及び比較例1とした。また、実施例1〜6及び比較例1の鋳型材料には、鋳型材料の全量基準で33%のアルミナセメントと、1%の炭酸リチウムが配合されている。実施例1〜6及び比較例1は、積層造形装置を用いて10mm(W)×20mm(t)×75mmのサイズの板状試験片とした。なお、以下の表1の第1段目及び第2段目の数値は、鋳型材料粉末のうち骨材の全量を基準にした重量比率(%)を示したものである。また、表2には、アルミナセメントの化学成分を示している。
(1) Chemical composition of test piece First, among the above-mentioned mold materials, the first alumina sand and the second alumina on the basis of the total amount of the aggregate for the first alumina sand and the second alumina sand to be the aggregate. Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were prepared by adjusting the mold material components such that the sand had the blending ratio shown in Table 1. The mold materials of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 are mixed with 33% alumina cement and 1% lithium carbonate based on the total amount of the mold material. In Examples 1 to 6 and Comparative Example 1, a plate-shaped test piece having a size of 10 mm (W) × 20 mm (t) × 75 mm was formed using an additive manufacturing apparatus. In addition, the numerical value of the 1st step | paragraph and the 2nd step | paragraph of the following Table 1 shows the weight ratio (%) on the basis of the total amount of aggregate among mold material powder. Table 2 shows the chemical components of the alumina cement.
(2)抗折強度試験及び鋳型の平滑性
図8は、実施例1〜6及び比較例1の板状試験片に対して行った抗折強度試験の結果を示す図である。図8では、縦軸は抗折強度(MPa)、横軸は骨材を全量基準とした第1のアルミナサンドの重量比率(%)を示している。
上記の組成で調整した各試験片について抗折強度を調べるために抗折強度試験を行った。鋳物砂強度試験機にて、試験片を支点間距離50mm(L)で支持し、試験片の中央に荷重を加え、試験片が破壊された際の破壊荷重(P)を求めた。本試験における抗折強度(MPa)は、試験片の破壊荷重を用いて、以下の式(1)で算出した。
抗折強度(MPa)=1.5×LP/100Wt・・・式(1)
L:支点間距離(50mm)、P:破壊荷重(kgf)、W:試験片の幅(10mm)、t:試験片の厚み(20mm)
また、各試験片の表面の荒れの程度を目視で観察して、鋳型の表面の平滑性を確認した。
(2) Folding strength test and smoothness of mold FIG. 8 is a diagram showing the results of bending strength tests performed on the plate-like test pieces of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1. In FIG. 8, the vertical axis represents the bending strength (MPa), and the horizontal axis represents the weight ratio (%) of the first alumina sand based on the total amount of aggregate.
In order to investigate the bending strength of each test piece prepared with the above composition, a bending strength test was performed. Using a foundry sand strength tester, the test piece was supported at a fulcrum distance of 50 mm (L), a load was applied to the center of the test piece, and the breaking load (P) when the test piece was broken was determined. The bending strength (MPa) in this test was calculated by the following formula (1) using the breaking load of the test piece.
Bending strength (MPa) = 1.5 × LP / 100 Wt 2 Formula (1)
L: distance between fulcrums (50 mm), P: breaking load (kgf), W: width of test piece (10 mm), t: thickness of test piece (20 mm)
Further, the roughness of the surface of each test piece was visually observed to confirm the smoothness of the mold surface.
実施例1〜6はいずれも抗折強度が1.4MPa以上の数値であった。特に、実施例2〜4では抗折強度が1.7MPa以上の数値であり、実施例4では2.0MPaの高い数値を示した。また、鋳型の表面の平滑性は、実施例3〜6で良好であった。また、実施例1〜2では、比較例1の表面の荒れた平滑性に比べてやや改善が見られた。
なお、参考として、実施例4の試験片における鋳型の表面状態を示す写真を図9(a)及び、比較例1の試験片における鋳型の表面状態を示す写真を図9(b)に示す。
In all of Examples 1 to 6, the bending strength was a numerical value of 1.4 MPa or more. Particularly, in Examples 2 to 4, the bending strength was a numerical value of 1.7 MPa or more, and in Example 4, a high numerical value of 2.0 MPa was shown. Further, the smoothness of the mold surface was good in Examples 3 to 6. Moreover, in Examples 1-2, the improvement was seen a little compared with the smoothness with which the surface of the comparative example 1 was rough.
For reference, a photograph showing the surface state of the mold in the test piece of Example 4 is shown in FIG. 9A, and a photograph showing the surface state of the mold in the test piece of Comparative Example 1 is shown in FIG. 9B.
鋳型材料における粘結剤の配合量と、鋳型の抗折強度及び鋳型の表面の平滑性の関係性ついて試験を行った。
(3)試験片の化学成分
前述した鋳型材料のうち、粘結剤となるアルミナセメントが鋳型材料の全量基準で表3に示す配合割合となるように鋳型材料成分を調整して、実施例7〜11とした。また、実施例7〜11の鋳型材料には、骨材の全量基準で第1のアルミナサンド及び第2のアルミナサンドがそれぞれ50%となるように配合されている。また、鋳型材料の全量基準で1%の炭酸リチウムが配合されている。実施例7〜11は、積層造形装置を用いて10mm(W)×20mm(t)×70mmのサイズの板状試験片とした。なお、以下の表3の数値は、鋳型材料粉末のうち骨材の全量を基準にした重量比率(%)を示したものである。また、ここで使用したアルミナセメントは表2に示す化学成分を有するものである。
A test was conducted on the relationship between the amount of binder in the mold material, the bending strength of the mold, and the smoothness of the mold surface.
(3) Chemical composition of test piece Example 7 was prepared by adjusting the mold material components so that the above-mentioned mold material had a blending ratio shown in Table 3 based on the total amount of the mold material alumina cement as a binder. It was set to ~ 11. In addition, the mold materials of Examples 7 to 11 are blended so that the first alumina sand and the second alumina sand are 50% based on the total amount of aggregate. Moreover, 1% of lithium carbonate is blended based on the total amount of the mold material. Examples 7 to 11 were plate-shaped test pieces having a size of 10 mm (W) × 20 mm (t) × 70 mm using an additive manufacturing apparatus. In addition, the numerical value of the following Table 3 shows the weight ratio (%) on the basis of the total amount of aggregate among mold material powders. The alumina cement used here has chemical components shown in Table 2.
(4)抗折強度試験及び鋳型の平滑性
抗折強度試験及び鋳型の平滑性の確認は、前述した(2)と同様の手法で試験を行った。なお、抗折強度試験は各実施例について2つの試験片を作製して試験を行った。
図10は、実施例7〜11の板状試験片に対して行った抗折強度試験の結果を示す図である。図10では、縦軸は抗折強度(MPa)、横軸は鋳型材料を全量基準としたアルミナセメントの重量比率(%)を示している。
(4) Folding strength test and mold smoothness The bending strength test and confirmation of the smoothness of the mold were performed by the same method as (2) described above. In addition, the bending strength test produced the test piece about each Example, and tested it.
FIG. 10 is a diagram showing the results of bending strength tests performed on the plate-like test pieces of Examples 7 to 11. In FIG. 10, the vertical axis indicates the bending strength (MPa), and the horizontal axis indicates the weight ratio (%) of the alumina cement based on the total amount of the mold material.
実施例7〜11はいずれも抗折強度が1.0MPa以上の数値であった。また、鋳型の表面の平滑性は、実施例7及び実施例8で良好であった。   Each of Examples 7 to 11 had a bending strength of 1.0 MPa or more. Further, the smoothness of the mold surface was good in Examples 7 and 8.
続いて、鋳型材料における炭酸リチウムの配合量と、鋳型材料の硬化速度の関係性について試験を行った。
(5)試料の化学成分
炭酸リチウムは粘結剤による硬化速度を促進させる補助剤である。ここでは試料として、炭酸リチウムが試料の全量基準で表4に示す配合割合となるように試料成分を調整して、実施例12〜16とした。また、実施例12〜16の試料には、第2のアルミナサンドが292.5g、アルミナセメントが157.5g、結合剤溶液が67.5g配合されている。なお、以下の表4の数値は、試料の全量を基準にした重量比率(%)を示したものである。
Subsequently, the relationship between the blending amount of lithium carbonate in the mold material and the curing rate of the mold material was tested.
(5) Chemical component of the sample Lithium carbonate is an auxiliary agent that accelerates the curing rate by the binder. Here, as the sample, the sample components were adjusted so that lithium carbonate had a blending ratio shown in Table 4 on the basis of the total amount of the sample, and Examples 12 to 16 were obtained. In addition, the samples of Examples 12 to 16 are blended with 292.5 g of the second alumina sand, 157.5 g of alumina cement, and 67.5 g of the binder solution. In addition, the numerical value of the following Table 4 shows the weight ratio (%) on the basis of the whole quantity of the sample.
(6)試料の凝固試験
図11は、実施例12〜16の試料に対して行った凝固試験の結果を示す図である。図11では、縦軸は凝固試験機におけるスラリー底面と始発針の先端との距離(mm)、横軸は測定開始からの経過時間(min)を示している。
上記の組成で調整した各試料について鋳型材料の凝固時間を調べるためにJIS R5201−1977「セメントの物理試験法」に記載の凝結試験に準じて試験を行った。第2のアルミナサンド及びアルミナセメントに炭酸リチウム(1%〜10%)を添加撹拌し、結合剤溶液を入れて1分間混練後、凝固試験機(ビカー針装置)を用いて、試料スラリーと始発針の先端の距離を測定した。測定は、試料スラリー底面と始発針の先端の距離が3回40mmになる時間まで1分毎に測定を行った。なお、図11では、符号45は実施例12、符号46は実施例13、符号47は実施例14、符号48は実施例15、及び符号49は実施例16を示している。
(6) Coagulation test of sample FIG. 11 is a diagram showing the results of the coagulation test performed on the samples of Examples 12 to 16. In FIG. 11, the vertical axis indicates the distance (mm) between the bottom surface of the slurry and the tip of the first needle in the coagulation tester, and the horizontal axis indicates the elapsed time (min) from the start of measurement.
In order to investigate the solidification time of the mold material for each sample prepared with the above composition, a test was conducted according to the setting test described in JIS R5201-1977 “Physical Test Method for Cement”. Add lithium carbonate (1% to 10%) to the second alumina sand and alumina cement, stir, add binder solution, knead for 1 minute, and then use sample coagulation tester (Vicat needle device) and sample slurry. The distance at the tip of the needle was measured. The measurement was carried out every minute until the distance between the bottom surface of the sample slurry and the tip of the starting needle reached 40 mm three times. In FIG. 11, reference numeral 45 indicates the twelfth embodiment, reference numeral 46 indicates the thirteenth embodiment, reference numeral 47 indicates the fourteenth embodiment, reference numeral 48 indicates the fifteenth embodiment, and reference numeral 49 indicates the sixteenth embodiment.
実施例12〜16では、炭酸リチウムの配合量の増加に伴い、鋳型材料の硬化速度の増加が確認された。また、炭酸リチウムの配合量の増加に伴い、硬化が始まるまでの始発時間が短くなった。   In Examples 12-16, the increase in the hardening rate of the casting | molding material was confirmed with the increase in the compounding quantity of lithium carbonate. Moreover, with the increase in the blending amount of lithium carbonate, the initial time until curing began was shortened.
1 積層造形鋳型
2 主型
3 中子
4 玉形弁用弁箱
5 部分主型
6 湯道側の領域部分
7 製品側の上部領域部分
8 製品側の下部領域部分
9 主型の高さ方向の分割位置
10 主型の高さ方向の分割位置
11 組継ぎ
12 上部中子
13 中間中子
14 下部中子
15 製品部分
16 上がり
17 上がり部
18 上がり部
19 湯口部
20 中間主型
21 中間主型
22 下部主型
23 下部主型
24 鋳型
25 キャビティ部
26 支持構造
27 柱部
28 桟部材
29 球状部
30 鋳型
31 鋳型
32 キャビティ部
33 ベント部
34 貫通孔
35 中子
36 上型
37 下型
38 主型
39 下型
40 主型
41 上型
42 凸部
43 凹部
44 凸部
45 実施例12に対応する凝固試験の結果
46 実施例13に対応する凝固試験の結果
47 実施例14に対応する凝固試験の結果
48 実施例15に対応する凝固試験の結果
49 実施例16に対応する凝固試験の結果
50 湯口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 additive manufacturing mold 2 main mold 3 core 4 valve box for ball-shaped valve 5 partial main mold 6 runner side area part 7 product side upper area part 8 product side lower area part 9 height direction of main mold Dividing position 10 Dividing position of main mold in the height direction 11 Joint 12 Upper core 13 Intermediate core 14 Lower core 15 Product part 16 Up 17 Up part 18 Up part 19 Mouth part 20 Intermediate main type 21 Intermediate main type 22 Lower main mold 23 Lower main mold 24 Mold 25 Cavity part 26 Support structure 27 Column part 28 Beam member 29 Spherical part 30 Mold 31 Mold 32 Cavity part 33 Vent part 34 Through hole 35 Core 36 Upper mold 37 Lower mold 38 Main mold 39 Lower mold 40 Main mold 41 Upper mold 42 Convex part 43 Concave part 44 Convex part 45 Results of coagulation test corresponding to Example 12 46 Results of coagulation test corresponding to Example 13 47 Example 14 Corresponding coagulation tests results 48 Example 15 of the corresponding clotting tests results 49 Example 16 of the corresponding clotting test results 50 sprue
本発明は、鋳型及び鋳型の製造方法に関する。詳しくは、粉末固着積層法で形成され、大型の鋳物に適用可能かつ、高精度な鋳物を鋳造可能な鋳型及び鋳型の製造方法に係るものである。   The present invention relates to a mold and a method for producing the mold. More specifically, the present invention relates to a mold that can be formed by a powder fixed lamination method, can be applied to a large casting, and can cast a high-precision casting, and a mold manufacturing method.
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、粉末固着積層法で形成され、大型
の鋳物に適用可能かつ、高精度な鋳物を鋳造可能な鋳型及び鋳型の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been devised in view of the above points, and provides a mold and a mold manufacturing method that can be applied to a large-sized casting that is formed by a powder fixing lamination method and that can cast a high-precision casting. For the purpose.
本発明に係る鋳型は、粉末固着積層法で形成され、大型の鋳物に適用可能かつ、高精度
な鋳物を鋳造可能なものとなっている。
また、本発明に係る鋳型の製造方法は、粉末固着積層法で形成され、大型の鋳物に適用可能かつ、高精度な鋳物を鋳造可能なものとなっている。
The mold according to the present invention is formed by a powder fixing lamination method, and can be applied to a large-sized casting and can cast a high-precision casting.
In addition, the mold manufacturing method according to the present invention is formed by a powder fixed lamination method, and can be applied to a large casting and can cast a highly accurate casting.
以上説明したように、本発明を適用した鋳型は粉末固着積層法で形成され、大型の鋳物
に適用可能かつ、高精度な鋳物を鋳造可能なものとなっている。
また、本発明を適用した鋳型の製造方法は粉末固着積層法で形成され、大型の鋳物
に適用可能かつ、高精度な鋳物を鋳造可能なものとなっている。
As described above, the mold to which the present invention is applied is formed by the powder fixed lamination method, and can be applied to a large casting and can cast a high-precision casting.
Further, the mold manufacturing method to which the present invention is applied is formed by a powder fixed lamination method, and can be applied to a large casting and can cast a high-precision casting.

Claims (9)

  1. 隣接する部材と嵌合可能な嵌合部を有し、粉末固着積層法による積層造形により形成された部分型を組み合わせて形成された
    鋳型。
    A mold having a fitting portion that can be fitted with an adjacent member, and formed by combining partial molds formed by additive manufacturing using a powder fixed lamination method.
  2. 前記部分型は、鋳物が形成される領域を含む鋳物用部分型と、湯口及び湯道が形成された領域を含む湯道用部分型とを組み合わせて形成された
    請求項1に記載の鋳型。
    The mold according to claim 1, wherein the partial mold is formed by combining a partial mold for casting including a region where a casting is formed and a partial mold for molten metal including a region where a gate and a runner are formed.
  3. 前記嵌合部は隣接する部分型同士の接合領域に形成された互いに嵌合可能な凹凸部である
    請求項1または請求項2に記載の鋳型。
    The mold according to claim 1, wherein the fitting portion is a concavo-convex portion that is formed in a joining region between adjacent partial molds and can be fitted to each other.
  4. 前記嵌合部は、隣接する部分型同士の接合領域に形成された凹部と、該凹部と嵌合して隣接する部材同士を連結する連結部材とを有する
    請求項1、請求項2または請求項3に記載の鋳型。
    The said fitting part has a recessed part formed in the joining area | region of adjacent partial mold | types, and a connection member which fits with this recessed part and connects adjacent members. 3. The mold according to 3.
  5. 前記部分型の溶湯と接触しない領域に、隣接する部材同士が所定の間隔を有して配置された柱状部材と、隣接する前記柱状部材同士を連結する桟部材とが形成された
    請求項1、請求項2、請求項3または請求項4に記載の鋳型。
    A columnar member in which adjacent members are arranged at a predetermined interval and a crosspiece member that connects the adjacent columnar members are formed in a region that is not in contact with the partial molten metal. The mold according to claim 2, 3 or 4.
  6. 前記部分型の溶湯が流れ込むキャビティ部の少なくとも一部に同部分型を貫通して形成され、その内部に同部分型を形成する未結着の鋳物砂が収容されたベント部を備える
    請求項1、請求項2、請求項3、請求項4または請求項5に記載の鋳型。
    2. A vent portion that is formed through at least a part of a cavity portion into which the molten metal of the partial mold flows and that penetrates the partial mold and accommodates unbound foundry sand that forms the partial mold therein. The mold according to claim 2, claim 3, claim 4 or claim 5.
  7. 前記部分型の少なくとも一部と連結された中子を備える
    請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5または請求項6に記載の鋳型。
    The mold according to claim 1, claim 2, claim 3, claim 4, claim 5, or claim 6, comprising a core connected to at least a part of the partial mold.
  8. 前記部分型は、第1の粒子と、該第1の粒子の粒径の1.5〜2倍の粒径を有する第2の粒子で構成される骨材と、該骨材同士を結着させ前記第1の粒子の粒径よりも小さな粒径を有する粘結剤とを含む積層造形用材料で形成された
    請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6または請求項7に記載の鋳型。
    The partial mold is composed of first particles, an aggregate composed of second particles having a particle size 1.5 to 2 times the particle size of the first particles, and the aggregates bound together. And a layered material containing a binder having a particle size smaller than the particle size of the first particles. Claims 1, 2, 3, 4, 5, The mold according to claim 6 or 7.
  9. 前記第1の粒子の全量基準での重量比率に対する前記第2の粒子の全量基準での重量比率の比が1.5〜3.0の範囲内であり、
    前記粘結剤は全量基準での重量比率が33%である
    請求項8に記載の鋳型。
    The ratio of the weight ratio based on the total amount of the second particles to the weight ratio based on the total amount of the first particles is in the range of 1.5 to 3.0,
    The mold according to claim 8, wherein the binder has a weight ratio of 33% based on the total amount.
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