JP2016172263A - 鋳造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】消失型の消失によって発生するガスを速やかに排気することができる鋳造方法を提供する。【解決手段】鋳型2に、消失型1と外部とを連通させる排気流路17を形成している。また、消失型1の内部に、排気流路17と連通する連通流路18を形成している。従って、鋳型2の鋳造領域14に溶湯が注湯されることによって、消失型1が消失してガスが発生した場合、当該ガスは、消失型1の内部の連通流路18に流れ込む。連通流路18に流れ込んだガスは、当該連通流路18を介して排気流路17へ流れ、外部へ排気される。以上によって、消失型1の消失によって発生するガスを速やかに排気することができる。【選択図】図4
Description
本発明は、消失型を砂に埋めることで形成される鋳型を用いた鋳造方法に関する。
特許文献1には、消失型を砂に埋めることで鋳型を形成し、鋳型の鋳造領域に溶湯を注湯し、当該鋳造領域内の消失型を消失させて溶湯と置換させることで鋳物を成型する鋳造方法が記載されている。鋳型には、鋳造領域の上端から外部へ向かって延びる排気流路が形成されている。排気流路は、消失型が消失する時に発生するガスを排気する。
しかしながら、上述のような鋳造方法では、消失型が消失することによってガスが発生しても、消失前の消失型に阻害されることで、当該ガスが排気流路から適切に排気されない場合があった。これにより、ガスが長時間滞留することによって、炭化して鋳物に介在物として侵入する可能性があった。
そこで、本発明は、消失型の消失によって発生するガスを速やかに排気することができる鋳造方法を提供することを課題とする。
本発明の一側面に係る鋳造方法は、消失型を砂に埋めることで鋳型を形成し、鋳型の鋳造領域に溶湯を注湯し、当該鋳造領域内の消失型を消失させて、溶湯と置換させることで鋳物を成型する鋳造方法であって、鋳型に、消失型の消失によって発生するガスを排気する排気流路を形成し、消失型の内部に、排気流路と連通する連通流路を形成する。
この鋳造方法においては、鋳型に、消失型の消失によって発生するガスを排気する排気流路を形成している。また、消失型の内部に、排気流路と連通する連通流路を形成している。従って、鋳型の鋳造領域に溶湯が注湯されることによって、消失型が消失してガスが発生した場合、当該ガスは、消失型の内部の連通流路に流れ込む。連通流路に流れ込んだガスは、当該連通流路を介して排気流路へ流れ、外部へ排気される。以上によって、消失型の消失によって発生するガスを速やかに排気することができる。
また、本発明の一側面に係る鋳造方法において、鋳型には、鋳型の鋳造領域に溶湯を注湯する注湯口が形成され、連通流路は、排気流路側から注湯口へ向かって延びていてよい。これによって、注湯口と連通流路の注湯口側の端部との距離を短くすることができる(あるいは連通させることができる)ため、消失型の消失によって発生するガスは、速やかに連通流路に流れ込むことができる。
また、本発明の一側面に係る鋳造方法において、消失型を砂に埋める際、連通流路のうち、少なくとも排気流路と連通する第1の端部には、当該第1の端部を封止する封止部材が設けられており、封止部材は、砂に埋められることによって、排気流路を形成してよい。これにより、封止部材で封止することによって、連通流路の第1の端部に砂が入り込むことを防止できる。また、砂の入り込みを防止することに合わせて、鋳型形成後に当該封止部材を抜き取ることにより、封止部材を排気流路を形成するための型として機能させることができる。
また、本発明の一側面に係る鋳造方法において、連通流路は、消失型を貫通しており、封止部材は、連通流路における第1の端部とは反対側の第2の端部まで延びる棒状部材によって構成されてよい。連通流路が消失型を貫通することによって、消失型の消失によって生じるガスが速やかに連通流路へ流れ込むことができる。また、連通流路が消失型を貫通する場合、第1の端部とは反対側の第2の端部から砂が入り込むことを防止するための部材を用いる必要がある。しかし、封止部材として第2の端部まで延びる棒状部材を用いることにより、第2の端部も同時に封止することができる。また、第1の端部から封止部材を抜き取ると、同時に第2の端部からも封止部材を抜き取ることができる。これによって、作業効率を向上することができる。
また、本発明の一側面に係る鋳造方法において、上下方向における第1の位置において消失型及び鋳型を切断したときの第1の断面と、上下方向における第2の位置において消失型及び鋳型を切断したときの第2の断面と、を比較した場合であって、第1の断面における鋳型の鋳造領域の断面積が、第2の断面における鋳型の鋳造領域の断面積よりも大きい場合、第1の断面における連通流路の断面積の合計は、第2の断面における連通流路の断面積の合計よりも大きくてよい。鋳型の鋳造領域の断面積が大きい箇所では、消失型の消失によるガスの発生量も多くなる。したがって、そのような箇所における連通流路の断面積の合計を大きくすることで、発生したガスを排気し易くすることができる。
本発明によれば、消失型の消失によって発生するガスを速やかに排気することができる。
以下、本発明に係る鋳造方法の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素同士、或いは相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
図1は、本実施形態に係る鋳造方法を実行するための鋳造構造を示す図である。図1は、鋳型に溶湯を注湯する直前の状態を示す鋳造構造100の模式図である。図1に示すように、鋳造構造100は、完成品である鋳物の形状を有する消失型1と、鋳物を成型する鋳型2と、鋳型2を支持するための鋳枠3と、を備えている。鋳造構造100を用いた鋳造方法は、消失型1を砂に埋めることで鋳型2を形成し、鋳型2の鋳造領域14に溶湯を注湯し、当該鋳造領域14内の消失型1を消失させて溶湯と置換させることで鋳物を成型する方法である。
消失型1は、鋳型2の鋳造領域14を鋳物の形状に形成するために砂に埋設される部材である。消失型1は、高温の溶湯が供給されることによって、昇華消失する。また、消失型1の表面には、砂の焼き付きを防ぐための塗型が塗布されている。消失型1の材質として、ポリスチレン(PS)、メタクリル酸エステル重合体(PMMA)、ポリウレタン(PUR)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、フェノール樹脂(PF)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ユリア樹脂(UF)、シリコーン(SI)、ポリイミド(PI)、メラミン樹脂(MF)、変性ポリフェニレンエーテル、ポリアミド(PA)、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体(ABS)、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、ポリエチレンテレフタラート(PET)、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)等の発泡材を採用してよい。塗型の材質として、ジルコン系、マグネシア系、アルミナ系、カーボン系、シリカアルミネート系の材料、及びそれらの複合材等を採用してよい。本実施形態では、図2(a)に示すように、四方の側壁部11と、底壁部12と、を有する消失型1を採用する。消失型1は、上面から下面側へ延びる開口部13を有する。ただし、図2(a)に示す形状は説明のための一例であり、加工可能な範囲であらゆる形状を採用してよい。
鋳型2は、鋳枠3の中に砂と共に消失型1を埋設させることによって形成される。鋳型2内において、消失型1は、鋳枠3の底壁部及び側壁部から離間した位置に配置されている。鋳型2は、消失型1の外表面の全域を覆っている。これによって、鋳型2は、消失型1に対応する形状を有する鋳造領域14を有する。ただし、成型開始時には、鋳造領域14は消失型1で完全に満たされている。鋳型2は、鋳造領域14へ溶湯を供給するための湯道16を有している。湯道16は、鋳型2の上面から下方へ向かって延びて、鋳型2の下面側において水平方向に延び、複数本の分岐部16aに分岐して、鋳型2の鋳造領域14の下端部に接続される。なお、本実施形態では湯道16が複数本に分岐しているが、分岐しておらず、一本が鋳造領域14に接続されてよい。
次に、消失型1のガスの排気構造について説明する。鋳型2には、消失型1の消失によって発生するガスを排気する排気流路(「揚り」と称されることもある)17が形成されている。排気流路17は、鋳造領域14と鋳型2の外部とを連通させる流路である。排気流路17は、消失型1の上面1aと鋳型2の上面2aとの間で上下方向に延びる貫通孔である。
一方、消失型1の内部には、排気流路17と連通する連通流路18が形成される。本実施形態では、図1及び図2(a)に示すように、各側壁部11同士の間の角部に連通流路18が形成されている。当該角部は肉厚部であるため、当該肉厚部に連通流路18を形成することで、強度を確保できる。ただし、連通流路18を形成する位置は特に限定されない。連通流路18は、消失型1の上面1aから、下方へ向かって直線状に延びている。本実施形態では、連通流路18は、下面1bより上方へ離間した位置まで延びている。すなわち、連通流路18の下側の端部は、下面1bまで達しておらず、底壁部12で封止された状態となっている。
連通流路18の上側の端部は、排気流路17の下側の端部と連通している。本実施形態では、排気流路17は四つの連通流路18が各々形成される位置において上下方向に直線状に延びている。従って、排気流路17と連通流路18によって、一本の上下方向に直線状に延びる流路が形成される。また、湯道16の分岐部16aは、四本の連通流路18と対応する位置にそれぞれ設けられる。連通流路18の下側の端部は、分岐部16aの上側の端部の注湯口16bと対向する位置に配置されている。すなわち、連通流路18は、排気流路17と連通される上側から、注湯口16bへ向かって延びている。本実施形態では、各連通流路18の中心軸線CLは、対応する位置に形成されている排気流路17の中心軸線、及び注湯口16bの中心軸線と略一致している。
次に、図4を参照しながら、本実施形態に係る鋳造方法の手順について説明する。
まず、消失型1を形成する消失型形成工程が実行される(S1)。工程S1では、図2(a)に示すように、鋳物と同形状の消失型1が形成される。また、消失型1の内部に、排気流路17(後の工程において形成される)と連通する連通流路18が形成される。
次に、連通流路18の上側の端部を封止する封止部材取り付け工程が実行される(S2)。工程S2では、図2(b)に示すように、連通流路18のうち、排気流路17と連通する上側の端部に、当該端部を封止する封止部材21が設けられる。これによって、後の工程で連通流路18に砂が入り込むことを防止できる。封止部材21は、連通流路18の上下方向における全部に挿入されておらず、連通流路18の上側の端部付近の一部分に挿入されている。封止部材21は、消失型1の上面1aよりも上方へ延びている。なお、消失型1の外表面の全体に対して塗型が塗布される。このとき、封止部材21にも塗型が塗布される。また、封止部材21と連通流路18の端部の開口部との間の隙間から、塗型が入らないように養生される。
次に、鋳型2を形成する鋳型形成工程が実行される(S3)。工程S3では、図3に示すように、鋳枠3の内部に、封止部材21が設けられた消失型1を配置する。当該状態で鋳枠3の内部に砂を入れて消失型1を埋設することによって、鋳型2を形成する。このとき、消失型1の連通流路18の上側の端部は封止部材21で封止されているため、当該端部の開口部から砂が連通流路18に入り込むことが防止される。また、封止部材21は消失型1の上面1aよりも上方に延びており、鋳型2の上面2aよりも上方へ延びている。従って、封止部材21に対応する位置に排気流路17が形成される。また、鋳型2の内部には、湯道16が形成される。
次に、封止部材を取り外す封止部材取り外し工程が実行される(S4)。工程S4では、図3に示される状態の封止部材21が上方へ引き抜かれることで、図1に示すように排気流路17及び連通流路18が鋳型2の外部へ連通した状態となる。なお、封止部材21を引き抜く際に鋳型2が崩れないように、封止部材21のうち、鋳型2の上面2aから飛び出た部分は、中空円筒部材でカバーされてよい。
次に、鋳型2に溶湯を供給する溶湯供給工程が実行される(S5)。工程S5では、溶湯が、湯道16内を移動すると共に、注湯口16bから鋳型2の鋳造領域14(消失型1が配置されている)に供給される。溶湯は、注湯口16bが設けられる下面1b付近から消失型1を消失させながら、当該消失型1と置換し、鋳型2の鋳造領域14を満たしてゆく。鋳型2の鋳造領域14の溶湯の液面は、消失型1を消失させながら上方へ向かって上昇してゆく。
ここで、溶湯の液面が連通流路18の下側の端部まで達すると、溶湯の液面が連通流路18及び排気流路17を介して鋳型2の外部と連通される。従って、消失型1の消失に伴って発生したガスが、連通流路18及び排気流路17を介して鋳型2の外部へ排気される。このように、消失型1の消失に伴って発生したガスが排気されながら、消失型1が完全に消失するまで、溶湯の供給が行われる。
次に、鋳物を取り出す鋳物取り出し工程が実行される(S6)。工程S6では、溶湯の注湯が完了し、所定時間の冷却が完了した後、鋳型2の破壊によって内部の鋳物が取り出される。以上によって、図4に示す鋳造方法が完了する。
次に、本実施形態に係る鋳造方法の作用・効果について説明する。
まず、従来の鋳造方法について説明する。従来の鋳造方法では、本実施形態のような連通流路が消失型に形成されない。この場合、消失型が消失することによるガスは、塗型や鋳型を通って外部に排気されていた。ここで,塗型や鋳型の通気性を良くすると型の強度が低下し塗型が破断/脱落することにより鋳物表面に焼き付きが発生する可能性がある。一方、鋳型の強度を向上させると通気性が低下し,ガスが滞留時間の増加に従って炭化し、鋳物表面に介在物として侵入する場合があったり、湯流れ不良の原因となる場合があった。また、排気流路を設ける場合であても、型下側から注湯する場合には消失前の消失型が流路を塞ぎ、ガスを速やかに外部へ排気できない場合があった。
これに対し、本実施形態に係る鋳造方法においては、鋳型2に、消失型1の消失によって発生するガスを排気する排気流路17を形成している。また、消失型1の内部に、排気流路17と連通する連通流路18を形成している。従って、鋳型2の鋳造領域14に溶湯が注湯されることによって、消失型1が消失してガスが発生した場合、当該ガスは、消失型1の内部の連通流路18に流れ込む。連通流路18に流れ込んだガスは、当該連通流路18を介して排気流路17へ流れ、外部へ排気される。以上によって、消失型1の消失によって発生するガスを速やかに排気することができる。また、鋳型2自体が高い通気性を有している必要がないので、通気性の悪い鋳型2(すなわち、強度の高い鋳型)を用いることも可能となる。
また、本実施形態に係る鋳造方法において、鋳型2には、鋳型2の鋳造領域14に溶湯を注湯する注湯口16bが形成され、連通流路18は、排気流路17側から注湯口16bへ向かって延びている。これによって、注湯口16bと連通流路18の下側の端部(注湯口側の端部)との距離を短くすることができるため、消失型1の消失によって発生するガスは、速やかに連通流路18に流れ込むことができる。
また、本実施形態に係る鋳造方法において、消失型1を砂に埋める際、連通流路18のうち、少なくとも排気流路17と連通する上側の端部には、当該端部を封止する封止部材21が設けられている。封止部材21は、砂に埋められることによって、排気流路17を形成している。これにより、封止部材21で封止することによって、連通流路18の上側の端部に砂が入り込むことを防止できる。また、砂の入り込みを防止することに合わせて、鋳型形成後に当該封止部材21を抜き取ることにより、封止部材21を排気流路17を形成するための型として機能させることができる。
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述の実施形態では、連通流路18は消失型1の下面1bまで及んでおらず、消失型1を貫通していなかった。これに代えて、連通流路18が消失型1を貫通する構成を採用してもよい。例えば、図5に示す構成では、連通流路118が消失型1を上下方向に貫通している。従って、連通流路118が消失型1の下面1bまで及んでいる。連通流路118が消失型1を貫通することによって、消失型1の消失によって生じるガスが速やかに連通流路118へ流れ込むことができる。
また、このような構成を採用する場合、封止部材121は、連通流路118における上側の端部とは反対側の下側の端部まで延びる棒状部材によって構成されてよい。連通流路118が消失型1を貫通する場合、下側の端部から砂が入り込むことを防止するための部材を用いる必要がある。しかし、封止部材121として下側の端部まで延びる(すなわち、下面1bまで延びる)棒状部材を用いることにより、下側の端部も同時に封止することができる。また、上側の端部から封止部材121を抜き取ると、同時に下側の端部からも封止部材121を抜き取ることができる。これによって、作業効率を向上することができる。
また、鋳物の形及び連通流路の形状は、上述の実施形態に限定されるものではなく、様々な構成を採用してもよい。
例えば、複数本の連通流路を有しており、それぞれ上面からの長さが異なっていてもよい。図6(a)に示す消失型201は、三本の連通流路218A,218B,218Cを有している。このうち、連通流路218Aは、連通流路218B,218Cに比して上下方向の長さが長い。また、消失型201は、下端側が球状の形状を有している。このような消失型201では、下端側の領域が消失している時は、連通流路218Aのみからガスが排気され、溶湯の液面が連通流路218B,218Cの下面まで至ったら、連通流路218A,218B,218Cの全てからガスが排気される。
このような消失型201に対して、上下方向における第1の位置において消失型201及び鋳型を切断したときの第1の断面D1と、上下方向における第2の位置において消失型201及び鋳型を切断したときの第2の断面D2と、を設定する。図6(a)の例では、第1の断面D1における鋳型の鋳造領域の断面積(すなわち消失型201の外形による断面積)が、第2の断面D2における鋳型の鋳造領域の断面積よりも大きい。また、第1の断面D1における連通流路218A,218B,218Cの断面積の合計は、第2の断面D2における連通流路218Aの断面積の合計よりも大きい。鋳型の鋳造領域の断面積が大きい箇所では、消失型201の消失によるガスの発生量も多くなる。したがって、そのような箇所における連通流路の断面積の合計を大きくすることで、発生したガスを排気し易くすることができる。
また、例えば、連通流路が途中で分岐するような構成を採用してもよい。図6(b)に示す消失型301の連通流路318は、下面から上方へ向かって延びる連通流路318Aと、当該連通流路318Aから分岐して斜め方向へ延びる連通流路318B,318Cを有している。また、消失型201は、下側へ細くなる台形形状を有している。このような消失型301では、下端側の領域が消失している時は、連通流路318Aのみからガスが排気され、溶湯の液面が分岐点である連通流路318B,318Cの下面まで至ったら、連通流路318B,318Cからガスが排気される。
このような消失型301に対して、上下方向における第1の位置において消失型301及び鋳型を切断したときの第1の断面D1と、上下方向における第2の位置において消失型301及び鋳型を切断したときの第2の断面D2と、を設定する。図6(b)の例では、第1の断面D1における鋳型の鋳造領域の断面積(すなわち消失型301の外形による断面積)が、第2の断面D2における鋳型の鋳造領域の断面積よりも大きい。また、第1の断面D1における連通流路318B,318Cの断面積の合計は、第2の断面D2における連通流路318Aの断面積の合計よりも大きい。鋳型の鋳造領域の断面積が大きい箇所では、消失型301の消失によるガスの発生量も多くなる。したがって、そのような箇所における連通流路の断面積の合計を大きくすることで、発生したガスを排気し易くすることができる。
なお、第1の断面D1における鋳型の鋳造領域の断面積が、第2の断面D2における鋳型の鋳造領域の断面積よりも大きい場合に、第1の断面D1における連通流路の断面積の合計が、第2の断面D2における連通流路の断面積の合計よりも大きくなる関係は、鋳型の上下方向の全域で成り立っている必要はなく、一部分で成り立っていればよい。
また、例えば、連通流路が途中で屈曲するような構成を採用してもよい。図6(c)に示す消失型401の連通流路418は、上面から下方へ向かって延びる連通流路418Aと、連通流路418の端部から水平方向へ延びる連通流路418Bと、連通流路418Bの端部から斜め下方へ延びる連通流路418Cと、を有している。また、注湯口16bは、排気流路17とは上方から見て異なる位置に配置されている。このような位置関係において、連通流路418は、排気流路17側から注湯口16bへ向かって延びている。すなわち、連通流路418の下側の端部(連通流路418Cの下側の端部)は、上方から見たときに、少なくとも排気流路17よりも注湯口16bに近い位置に配置されている。あるいは、連通流路418の下側の端部は、上方から見たときに、注湯口16bと重なる位置に配置されてもよい。また、下側の連通流路418は、注湯口16bに向けて傾斜するように延びている。これによって、注湯口16bと連通流路418の下側の端部(注湯口側の端部)との距離を短くすることができるため、消失型401の消失によって発生するガスは、速やかに連通流路418に流れ込むことができる。
なお、上述の実施形態では、注湯口は消失型の下面(下端)に設けられ、排気流路は消失型の上面(上端)に設けられていたが、鋳物の形状などによっては、側面に設けてもよい。
1、201、301、401 消失型
2 鋳型
17 排気流路
18、118、318、418 連通流路
21、121 封止部材
2 鋳型
17 排気流路
18、118、318、418 連通流路
21、121 封止部材
Claims (5)
- 消失型を砂に埋めることで鋳型を形成し、前記鋳型の鋳造領域に溶湯を注湯し、当該鋳造領域内の前記消失型を消失させて、前記溶湯と置換させることで鋳物を成型する鋳造方法であって、
前記鋳型に、前記消失型の消失によって発生するガスを排気する排気流路を形成し、
前記消失型の内部に、前記排気流路と連通する連通流路を形成する、鋳造方法。 - 前記鋳型には、前記鋳型の前記鋳造領域に前記溶湯を注湯する注湯口が形成され、
前記連通流路は、前記排気流路側から前記注湯口へ向かって延びている、請求項1に記載の鋳造方法。 - 前記消失型を前記砂に埋める際、前記連通流路のうち、少なくとも前記排気流路と連通する第1の端部には、当該第1の端部を封止する封止部材が設けられており、
前記封止部材は、前記砂に埋められることによって、前記排気流路を形成する、請求項1又は2に記載の鋳造方法。 - 前記連通流路は、前記消失型を貫通しており、
前記封止部材は、前記連通流路における前記第1の端部とは反対側の第2の端部まで延びる棒状部材によって構成される、請求項3に記載の鋳造方法。 - 上下方向における第1の位置において前記消失型及び前記鋳型を切断したときの第1の断面と、
前記上下方向における第2の位置において前記消失型及び前記鋳型を切断したときの第2の断面と、を比較した場合であって、
前記第1の断面における前記鋳型の前記鋳造領域の断面積が、前記第2の断面における前記鋳型の前記鋳造領域の断面積よりも大きい場合、
前記第1の断面における前記連通流路の断面積の合計は、前記第2の断面における前記連通流路の断面積の合計よりも大きい、請求項1〜4の何れか一項に記載の鋳造方法。
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Cited By (1)
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- 2015-03-17 JP JP2015052942A patent/JP2016172263A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR102465209B1 (ko) * | 2021-11-01 | 2022-11-10 | (주)디자인파크개발 | 3d프린팅에 의해 출력된 주형프레임을 이용한 입체구조물 제조방법 |
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