JP2017140624A - 消失模型鋳造法用の鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消失模型の熱分解により発生する多量のガスを、効率良く、しかも安全に鋳型外に放出させるので、注湯時における模型空間での高ガス圧状態を解消することができ、またこれによって注湯流を模型空間にスムーズに充填できるので、鋳物の鋳肌の悪化、異物噛み欠陥、砂焼付き欠陥等を効果的に防止することができる消失模型鋳造法用の鋳造装置の提供。
【解決手段】ガス抜き揚りを設置することなく、鋳造時に発生するガスを、消失模型３０の周囲に配した砂型の鋳物砂１１を介して鋳型１０外に放出するように構成し、溶湯を湯口１５から湯道１６を通って消失模型３０の底部から下注で消失模型３０内に注ぎ込み、接触する消失模型３０を熱分解消失させながら消失模型空間１３に充填させるようにした消失模型鋳造法用の鋳造装置1。
【選択図】図１

Description

本発明は消失模型鋳造法に用いられる鋳造装置に関する。

消失模型鋳造法は、フルモールド法とも言われる鋳造法である。この鋳造法は発泡プラスチックで成形した模型を鋳物砂内に埋設し、溶湯を鋳込むことで前記模型が溶湯の熱で消失すると共に、その消失した模型空間に溶湯が満たされ、模型と同じ形状の鋳物が鋳造されるようにした鋳造法である。
この消失模型鋳造法は、複雑な形状の製品を短い納期で製作できる利点がある。
一方、発泡プラスチックの模型が熱分解する際に発生する残渣や多量のガスによって鋳造欠陥が生じ易い欠点がある。
特にこの多量のガスによって、消失模型空間が高ガス圧状態となり、スムーズな鋳込みを阻害するため、様々な弊害を引き起こす。
そこで一般的には、造型時に予め模型にガス抜き揚りを設置しておき、そこからガスを放出させる方法が取られたりしている。このガス抜き揚りを設置する方法では、ガス抜きを効率よく行うことができる。しかし、その一方で鋳込み開始後にガス抜き揚りから多量の黒煙が勢いよく吹き出し、更にその勢いよく吹き出した黒煙に火が着く等、安全面上の問題、工場内の環境悪化の問題がある。またそのような問題を解消するのに、耐熱性の特殊な集塵機を必要とし、鋳込み場所も限定される等、設備費が嵩むと共に作業性が悪化するという問題がある。

特開２００３−１３７７号公報 特開２００３−３３４６３４号公報 特開２００６−１７５４９２号公報 特開２００７−２４５２０１号公報

上記特許文献１の発明には、消失模型にガス抜き用の貫通孔を形成し、発生したガスを排出気体浄化手段で排出通路を介して外部に排出する構成が開示されている。
しかしながら、高温の可燃性ガスが勢いよく且つ多量に吹き出すことにおいて、ガス抜き揚りを備えた従来の装置の問題を解消するものではない。
上記特許文献２の発明には、特許文献１と同様に、消失模型にガス抜き用の貫通孔が設けられ、その貫通孔に酸化性気体を供給してガスを燃焼させる技術が開示されている。
しかしながら、この特許文献２の場合も特許文献１と同様に、火炎が勢いよく吹き出すことによる安全面上の問題、工場内の環境悪化の問題、また耐熱性集塵機の設備費の問題、作業性の問題がある。
上記特許文献３の発明には、鋳型内に通気路を設置し、減圧することによりガス抜きを行う方法が開示されている。また特許文献４の発明には、鋳型に吸引機構を配置し、また鋳型を適当にシールして、発生するガスを強制的に吸引し、排除する技術が開示されている。
しかしながら、この特許文献３、４の発明では、１日に多数の枠、例えば十数枠の鋳込みを実施する場合等では、設備費用と手間が嵩張り、コスト的にもあまり現実的ではないと言える。

そこで本発明は上記従来の消失模型鋳造法における問題点を解消し、消失模型の熱分解により発生する多量のガスを、効率良く、しかも安全に鋳型外に放出させるので、注湯時における模型空間での高ガス圧状態を解消することができ、またこれによって注湯流を模型空間にスムーズに充填できるので、鋳物の鋳肌の悪化、異物噛み欠陥、砂焼付き欠陥等を効果的に防止することができる消失模型鋳造法用の鋳造装置の提供を課題とする。

本発明者は上記本発明の課題を達成すべく、原因追及と検討とを種々の実験を繰り返して行った結果、本発明を完成した。

本発明の消失模型鋳造法用の鋳造装置は、溶湯を湯口から湯道を通って消失模型の底部から下注で消失模型内に注ぎ込み、接触する消失模型を熱分解消失させながら消失模型空間に充填させるようにした消失模型鋳造法用の鋳造装置であって、ガス抜き揚りを設置することなく、鋳造時に発生するガスを、消失模型の周囲に配した砂型の鋳物砂を介して鋳型外に放出するように構成したことを第１の特徴としている。
また本発明の消失模型鋳造法用の鋳造装置は、上記第１の特徴に加えて、消失模型を埋設する鋳物砂の粒度指数ＡＦＳを３０〜４５とし、消失模型鋳造法において通常用いられる鋳物砂の粒度指数ＡＦＳ４５〜５０よりも５〜１５粗くしてあることを第２の特徴としている。
また本発明の消失模型鋳造法用の鋳造装置は、上記第１又は第２の特徴に加えて、消失模型の表面に塗型を構成すると共に、塗型剤として通気度０．５〜２．５のものを用い、塗型の厚みを１．０〜３．０ｍｍとしてあることを第３の特徴としている。
また本発明の消失模型鋳造法用の鋳造装置は、上記第１〜第３の何れかの特徴に加えて、消失模型空間に充填される溶湯に対する鋳込みヘッド高さが８００〜１５００ｍｍとなるように構成してあることを第４の特徴としている。

請求項１に記載の消失模型鋳造法用の鋳造装置によれば、ガス抜き揚りを設置しないので、消失模型の熱分解による多量のガスや火炎がガス抜き揚りに集中するのを無くすことができる。本装置では、消失模型の熱分解によって生じたガスは、消失模型の周囲に配した砂型の鋳物砂を介して全域に分散して抜けてゆくので、模型消失によるガスの一極集中を無くすことができ、よってガスの集中による安全面上の問題、工場内の環境悪化の問題、耐熱性集塵機等の設備費の問題、作業性悪化の問題を解決することができる。

請求項２に記載の消失模型鋳造法用の鋳造装置によれば、上記請求項１の構成による作用効果に加えて、消失模型を埋設する鋳物砂の粒度指数ＡＦＳを３０〜４５とし、消失模型鋳造法において通常用いられる鋳物砂の粒度指数ＡＦＳ４５〜５０よりも５〜１５粗くしてあるので、消失模型を取り囲む砂型のガス通気面積、ガス一時保有容積を大きくすることができる。
前記消失模型を取り囲む砂型のガス通気面積の十分な増大により、消失模型の熱分解で発生するガスの砂型内への速やかなる拡散を図ることができる。よって消失模型空間内でのガス圧の上昇を抑制して、注湯流の模型空間への充填をスムーズにすることができる。結果として、鋳物の鋳肌の悪化、異物カミ欠陥、砂焼付き欠陥等を効果的に防止することができる。
また前記消失模型を取り囲む砂型のガス一時保有容積の十分な増大により、鋳型を通って外部に放出されるガスの急激な放出や一極集中が抑制され、火炎や黒煙の吹出し等による安全面上の問題、工場内の環境悪化の問題、また耐熱性集塵機の設備費の問題、作業性の問を解消することができる。

また請求項３に記載の消失模型鋳造法用の鋳造装置によれば、上記第１又は第２の特徴に加えて、消失模型の表面に塗型を構成すると共に、塗型剤として通気度０．５〜２．５のものを用い、塗型の厚みを１．０〜３．０ｍｍとしてあるので、該消失模型空間に充填された溶湯が粒子の粗くなった砂型内へ浸入して焼付くのを防止しながら、且つ消失模型空間に発生したガスが塗型を介しての砂型へ適切に通気、拡散するのを、バランスして確保することができる。
また請求項４に記載の消失模型鋳造法用の鋳造装置によれば、上記請求項１〜３の何れかの構成による作用効果に加えて、消失模型空間に充填される溶湯に対する鋳込みヘッド高さが８００〜１５００ｍｍとなるように構成してあるので、通常のヘッド高さに比べて十分に高いヘッド高さによる、十分な鋳込み圧を確保することができ、消失模型空間に生じるガス圧増加に対してもスムーズで且つ速やかな充填を確保することができる。よって鋳肌の悪化、異物の噛み込み、砂焼付き等の鋳物欠陥が抑制された、良好な鋳物を効率良く製造することができる。

本発明の実施形態を示す消失模型鋳造法用の鋳造装置の縦断面図である。

図１を参照して、本発明の消失模型鋳造法用の鋳造装置について、その実施の形態を以下に説明する。

鋳造装置１は、鋳物砂１１と鋳枠１２を備えた砂型である鋳型１０と、鋳型１０の上に設置される堰鉢２０とを、少なくとも備える。
前記鋳型１０の鋳物砂１１内には、消失模型３０が埋設される。この消失模型３０が熱分解して消失すると、そこが消失模型空間１３となる。
消失模型３０の表面に、塗布により塗型４０が構成される。表面に塗型４０が積層された消失模型３０の周囲を鋳物砂で充填することで、塗型４０付の消失模型３０が鋳物砂１１内に埋設された鋳型１０ができる。
前記消失模型空間１３の上に押し湯空間１４を設けることができる。
前記堰鉢２０には湯溜り２１が設けられ、その湯溜り２１の底に湯口１５が設けられ、それに続いて湯道１６、堰１７、その他が設けられる。
前記堰鉢２０に注がれた溶湯は湯口１５、湯道１６、堰１７を通って、下注ぎで、消失模型３０の底部から消失模型３０内に注ぎ込まれる。溶湯が注ぎ込まれることで、消失模型３０は熱分解されて消失する。これによって、溶湯が消失模型空間１３に充填される。このとき、消失模型空間１３の外面は塗型４０で被覆された状態となっている。
溶湯は、前記押し湯空間１４に達する状態まで、注ぎ込まれる。
消失模型空間１３に充填された溶湯が凝固することで鋳物となる。押し湯空間１４の溶湯は押し湯の役割と溶湯上面に浮遊する異物、発泡残渣等の受け皿となる。

前記消失模型３０は溶湯の侵入により熱分解され、ガスが発生する。この発生したガス圧が高いと、後続の溶湯が消失模型空間１３に入り難くなり、また消失模型空間１３の隅々にまで行渡り難くなる。従って前記発生したガスを速やかに消失模型空間１３から、鋳物砂１１を介して、矢符Ｐで示すように、鋳型１０外に放出する必要がある。

前記鋳型１０の鋳物砂１１は、フラン砂などを用いることができる。鋳物砂の主成分は珪砂とする。例えば主成分である珪砂ＳｉＯ_２が９７〜９９質量％、その他、Ａｌ_２Ｏ_３が１〜１．５質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ_２が合計で０．５〜１．０質量％の成分組成の鋳物砂を用いることができる。ただし、この組成に限定されるものではない。
前記鋳物砂１１は、その粒度指数がＡＦＳ３０〜４５のものを使用する。このＡＦＳ３０〜４５という数値は、通常の鋳物砂の粒度指数がＡＦＳ４５〜５０であるに対して、十分に小さい（粗い）数値である。
鋳物砂１１の粒度指数がＡＦＳ３０未満になると、砂型のガス通気面積、ガス一時保有容積は大きくてよいが、溶湯が鋳物砂１１に浸入し易くなり、焼付きを起こし易くなる。またＡＦＳが４５を超えると、砂と砂の隙間が小さくなって通気性が低下し、消失模型空間１３に発生したガスを速やかに周囲の鋳物砂１１を介して排気、拡散させることができない。
鋳物砂１１の粒度指数は、上記ガスの排気、溶湯の焼付き性を考慮して、ＡＦＳ３５〜４０がより好ましい。
前記消失模型３０は発泡ポリスチレンを用いて製作することができる。消失模型３０は、溶湯を鋳込んだときにその熱で速やかに分解消失する材料であればよいので、他の発泡樹脂で製作することも可能である。

塗型４０の塗型剤としては、アルミナシリケート・シリカ・黒鉛系塗型剤、シリカ・黒鉛系塗型剤、シリカ・アルミナシリケート・黒鉛系塗型剤を用いることができる。
前記アルミナシリケート・シリカ・黒鉛系塗型剤としては、例えばＳｉＯ_２が４６質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が２７質量％、固定炭素が１５質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３が１質量％、その他、揮発分からなる塗型剤がある。
前記シリカ・黒鉛系塗型剤としては、例えばＳｉＯ_２が７９質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が１０質量％、固定炭素が４質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３が１質量％、その他、揮発分からなる塗型剤がある。
前記シリカ・アルミナシリケート・黒鉛系塗型剤としては、例えばＳｉＯ_２が６４質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が２４質量％、固定炭素が４質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３が１質量％、その他、揮発分からなる塗型剤がある。

前記塗型４０は、通気度が０．５〜２．５の塗型剤を用いて構成する。ここで、通気度は公益社団法人日本鋳造工学会関西支部の「消失模型用塗型剤の標準試験方法」に準拠する。
前記塗型剤の通気度が０．５未満では、ガス抜けが悪く、鋳物砂１１側へガスを良好に放出することができない。一方、塗型剤の通気度が２．５を超えると、ガス抜きはよいが、砂焼付き欠陥が発生し易くなる。
塗型剤の通気度は、ガス抜き性と砂焼付き性を考慮して、１．２〜２．０がより好ましい。
また塗型４０の厚みを１．０〜３．０ｍｍとする。
前記塗型４０の厚みが１．０ｍｍ未満では、砂焼付き欠陥が発生し易く、一方、３．０ｍｍを超えると、ガス抜けが悪化し、鋳物砂１１側へ良好にガスを放出できなくなる。
塗型４０の厚みは、ガス抜き性と砂焼付き性を考慮して、１．６〜２．２ｍｍがより好ましい。
従って塗型４０は、その塗型剤の通気度が１．２〜２．０で、且つ塗型４０の厚みが１．６〜２．２ｍｍであるのがより好ましい。

本発明では、前記消失模型空間１３に充填される溶湯に対する鋳込みヘッド高さＨを、通常２００〜４００ｍｍ程度であるところ、それよりも十分に高い８００〜１５００ｍｍとしている。鋳込みヘッド高さＨは、具体的には、押し湯空間１４を設けている場合は該押し湯空間１４の上端から堰鉢２０の湯溜り２１の湯面までの高さとなる。押し湯空間１４を設けていない場合は消失模型空間１３の上端から堰鉢２０の湯溜り２１の湯面までの高さとなる。
鋳込みヘッド高さＨが８００ｍｍ未満では、鋳込んだ溶湯に対する押圧力が小さいため、消失模型３０の消失により発生するガスの圧力に抗して、溶湯を消失模型空間１３内へ速やかに供給することができない。また消失模型空間１３内における溶湯の速やかなる湯回りを確保できない。一方、鋳込みヘッド高さＨが１５００ｍｍを超えるときは、鋳込まれた溶湯に加わる圧力が上がり過ぎるため、砂焼付きが生じ易くなる。
鋳込みヘッド高さＨは、ねずみ鋳鉄鋳物の場合は９００〜１１００ｍｍが好ましく、球状黒鉛鋳鉄鋳物の場合は１０００〜１３００ｍｍが好ましい。

消失模型３０の材料として発泡ポリスチレンを使用し、１トンクラスのプレス金型用の消失模型３０を同条件で実施例数相当個作製した。この各消失模型３０に対して、通気度１．８の塗型剤を２．０ｍｍ厚で塗布して塗型４０を構成した。この塗型４０付きの各消失模型３０と、湯口１５、湯道１６、堰１７、押し湯空間１４等を全て同条件で鋳枠１２内に配置した後、鋳物砂１１を入れて消失模型鋳型を作製した。これに堰鉢２０を取り付けて鋳造装置を作製した。
実施例１〜５、比較例１、２について、鋳物砂１１の粒度指数ＡＦＳ、鋳込みヘッド高さＨを変化させた。実施例１〜３と比較例１、２はＦＣ３００相当、実施例４、５はＦＣＤ７００相当の溶湯を用いて鋳造を行った。溶解条件、鋳込み温度、球状化処理条件は、実施例１〜３と比較例１、２において、また実施例４、５において、それぞれ同条件とした。

評価は鋳込み速度（速いほど良い。ガス抜けが悪いと遅くなる。）、製品の外観状況（鋳肌、製品表面の異物噛み、残渣噛みなど）、及び欠陥の発生し易い製品の鋳込み上型表面を５ｍｍ切削して、その切削面での内部欠陥状況を調査した。
結果を表１に示す。
表１において、鋳物砂１１の粒度指数ＡＦＳは砂処理タンク内の砂の粒度を測定し、概ねＡＦＳ５単位で表示している。
４種類の砂の粒度指数ＡＦＳがあるが、同じ粒度指数のものは当日、同じタンク内の砂を使用し、鋳込みヘッド高さＨを変化させて造型したものである。
評価の◎、○、△、×は、◎：良好、○：概ね良、△：可、×：不可を示す。

表１によれば、比較例１は、鋳物砂の粒度指数ＡＦＳが５０で通気性が悪いため、鋳込みヘッド高さＨが８００ｍｍであっても、製品の外観評価、内部欠陥評価において、評価が不可となっている。
実施例１は、ＦＣ３００相当のねずみ鋳鉄鋳物の場合であるが、粒度指数ＡＦＳが４５、鋳込みヘッド高さＨが８００ｍｍで、製品の外観評価、内部欠陥評価において、評価が概ね良好である。一方、比較例２は、ＦＣ３００、粒度指数ＡＦＳが４５であるが、鋳込みヘッド高さＨが３００ｍｍと従来の一般的なヘッド高さであるので、製品の外観評価、内部欠陥評価において、評価が不可となっている。
実施例２は、ＦＣ３００のねずみ鋳鉄鋳物で、粒度指数ＡＦＳが４０、鋳込みヘッド高さＨが１０００ｍｍで、鋳込み速度が速くなり、製品の外観評価、内部欠陥評価において、評価が良好となっている。実施例３は、粒度指数ＡＦＳを３５とすることで、実施例２よりも更に鋳込み速度が速くなり、製品の外観評価、内部欠陥評価において、評価が良好となっている。
実施例４、５は、ＦＣＤ７００相当の球状黒鉛鋳鉄鋳物の場合であるが、ＡＦＳが４０、鋳込みヘッド高さＨが８００ｍｍの実施例４は、製品の外観評価が△、内部欠陥評価が○で，何とか合格評価を受けている。実施例５は、ＡＦＳが４０であるが、鋳込みヘッド高さＨが１２００ｍｍであるので、鋳込み速度が速くなり、製品の外観評価、内部欠陥評価において、評価が良好となっている。

本発明は消失模型鋳造法用の鋳造装置として、産業上の利用可能性がある。

１ 鋳造装置
１０ 鋳型
１１ 鋳物砂
１２ 鋳枠
１３ 消失模型空間
１４ 押し湯空間
１５ 湯口
１６ 湯道
１７ 堰
２０ 堰鉢
２１ 湯溜り
３０ 消失模型
４０ 塗型

Claims (4)

1. 溶湯を湯口から湯道を通って消失模型の底部から下注で消失模型内に注ぎ込み、接触する消失模型を熱分解消失させながら消失模型空間に充填させるようにした消失模型鋳造法用の鋳造装置であって、ガス抜き揚りを設置することなく、鋳造時に発生するガスを、消失模型の周囲に配した砂型の鋳物砂を介して鋳型外に放出するように構成したことを特徴とする消失模型鋳造法用の鋳造装置。
2. 消失模型を埋設する鋳物砂の粒度指数ＡＦＳを３０〜４５とし、消失模型鋳造法において通常用いられる鋳物砂の粒度指数ＡＦＳ４５〜５０よりも５〜１５粗くしてあることを特徴とする請求項１に記載の消失模型鋳造法用の鋳造装置。
3. 消失模型の表面に塗型を構成すると共に、塗型剤として通気度０．５〜２．５のものを用い、塗型の厚みを１．０〜３．０ｍｍとしてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の消失模型鋳造法用の鋳造装置。
4. 消失模型空間に充填される溶湯に対する鋳込みヘッド高さが８００〜１５００ｍｍとなるように構成してあることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の消失模型鋳造法用の鋳造装置。

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