JP2016117069A - 積層造形用材料、粉末固着積層法による鋳型の製造方法及び鋳型 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明に係る粉末固着積層法による鋳型の製造方法は、粉末固着積層法で形成した鋳型を用いる鋳造において、品質に優れた鋳物を製造可能なものとなっている。
更に、本発明に係る鋳型は、粉末固着積層法で形成した鋳型を用いる鋳造において、品質に優れた鋳物を製造可能なものとなっている。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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/100Wt2・・・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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
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
Claims (9)
- 少なくとも2つの粒径の異なる粒子で構成された骨材と、
該骨材同士を結着させる粘結剤とを含む
積層造形用材料。 - 前記骨材は、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の粒子とを含んで構成され、
前記粘結剤は前記第1の粒子の粒径よりも小さな粒径を有する
請求項1に記載の積層造形用材料。 - 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の範囲内である
請求項2に記載の積層造形用材料。 - 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2.0である
請求項2または請求項3に記載の積層造形用材料。 - 前記粘結剤は全量基準で重量比率が33%である
請求項1、請求項2、請求項3または請求項4に記載の積層造形用材料。 - 前記第1の粒子が、粒径が45〜53μmの範囲内である酸化アルミニウムの第1の鋳物砂であり、
前記第2の粒子が、粒径が75〜106μmの範囲内である酸化アルミニウムの第2の鋳物砂であり、
前記粘結剤が、粒径が約4.5μmである酸化アルミニウムを主成分とするアルミナセメントである
請求項2、請求項3または請求項4に記載の積層造形用材料。 - 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の粒子とを含んで構成された骨材と、該骨材同士を結着させる粘結剤とを含む積層造形用材料に結着を開始させる結合剤溶液をかけて硬化させる第1の工程と、
該第1の工程で硬化された層を前記第2の粒子の粒径と略同等の大きさのピッチで垂直下方にずらし、同第1の工程で硬化された層の上部に前記積層造形用材料を広げて前記結合剤溶液をかけて硬化させる第2の工程とを備える
粉末固着積層法による鋳型の製造方法。 - 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の粒子とを含ん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ると共に、隣接する部材と嵌合可能な嵌合部を有する部分型を組み合わせて形成された
鋳型。 - 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重量比率が33%である
請求項9に記載の鋳型。
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