JP2019072737A

JP2019072737A - 鋳ぐるみ方法

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Publication number: JP2019072737A
Application number: JP2017200198A
Authority: JP
Inventors: 杉田　薫; Kaoru Sugita; 薫杉田
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2037-10-16
Also published as: JP6848805B2

Abstract

【課題】加工コストの高騰を防止できるとともに鋳造欠陥の発生を抑制できる鋳ぐるみ方法を提供する。【解決手段】アルミニウム合金製のパイプからなる被鋳ぐるみ材１を鋳ぐるむ鋳ぐるみ方法において、被鋳ぐるみ材１のうち鋳ぐるまれる被鋳ぐるみ部２の一部にフラックス３を塗布して、塗布領域５と非塗布領域６を形成するフラックス塗布工程と、フラックス３が塗布された被鋳ぐるみ材１を鋳型１０内に配置する鋳型設置工程と、鋳型１０内にアルミニウム合金からなる溶湯を注ぎ被鋳ぐるみ材１を鋳ぐるむ鋳ぐるみ工程と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、アルミニウム合金製のパイプを鋳ぐるむ鋳ぐるみ方法に関する。

アルミニウム合金製のパイプ（被鋳ぐるみ材）をアルミニウム合金製の鋳物（鋳ぐるみ材）で鋳ぐるむ際には、被鋳ぐるみ材と鋳ぐるみ材の密着性を高めるために、被鋳ぐるみ材にフラックスを塗布している。従来は、被鋳ぐるみ材のうち、鋳ぐるまれる部分の全面にフラックスを塗布していた（例えば特許文献１，２参照）。

特開平１１−２８５８０８号公報特開平６−３０４７４０号公報

従来の鋳ぐるみ方法では、高価であるフラックスの塗布量が多く、製造コストが高騰する問題があった。また、アルミニウムの溶湯と接してフラックスが溶融する際にガスが発生するが、このガスの発生量が多くなるため、ガスが鋳ぐるみ材に取り残されて鋳造欠陥となる虞があった。

そこで、本発明は、加工コストの高騰を防止できるとともに鋳造欠陥の発生を抑制できる鋳ぐるみ方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための本発明は、アルミニウム合金製のパイプからなる被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむ鋳ぐるみ方法において、前記被鋳ぐるみ材のうち鋳ぐるまれる被鋳ぐるみ部の一部にフラックスを塗布して、塗布領域と非塗布領域を形成するフラックス塗布工程と、前記フラックスが塗布された前記被鋳ぐるみ材を鋳型内に配置する鋳型設置工程と、前記鋳型内にアルミニウム合金からなる溶湯を注ぎ前記被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむ鋳ぐるみ工程と、を備えたことを特徴とする鋳ぐるみ方法である。

本発明者は、フラックスを従来のように鋳ぐるまれる部分の全面に塗布しなくても必要な接合強度を得られることを見出し、本発明を案出するに至った。本発明に係る鋳ぐるみ方法によれば、フラックスを被鋳ぐるみ部の一部に塗布するので、従来よりもフラックスの塗布量が少なくて済む。したがって、加工コストの高騰を防止できる。さらに、フラックスが溶融する際に発生するガスの量も少なくて済むので、鋳造欠陥となる可能性を小さくできる。

前記鋳ぐるみ方法においては、前記被鋳ぐるみ部には、環状のフランジが形成されており、前記フラックス塗布工程では、前記フランジの先端外周部に前記フラックスを塗布することが好ましい。このような鋳ぐるみ方法によれば、熱容量が小さいフランジを形成して、その先端外周部にフラックスを塗布しているので、フランジの先端外周部が溶融しやすい。フランジが溶融することで、被鋳ぐるみ材と鋳ぐるみ材の接合性が高まる。

また、前記鋳ぐるみ方法においては、前記被鋳ぐるみ部には、地荒らし部が形成されており、前記フラックス塗布工程では、前記地荒らし部に前記フラックスを塗布することが好ましい。このような鋳ぐるみ方法によれば、地荒らし部にフラックスが塗布されているので、フラックスが剥がれにくくなる。したがって、精度の高い鋳ぐるみを行うことができる。

さらに、前記鋳ぐるみ方法においては、前記被鋳ぐるみ部には、環状の凹溝が形成されており、前記フラックス塗布工程では、前記凹溝に前記フラックスを塗布することが好ましい。このような鋳ぐるみ方法によれば、凹溝にフラックスが塗布されているので、フラックスが剥がれにくくなる。したがって、精度の高い鋳ぐるみを行うことができる。

また、前記鋳ぐるみ方法においては、前記鋳型設置工程では、前記パイプの端部中空部に、金属製中子を挿入することが好ましい。このような鋳ぐるみ方法によれば、溶湯がパイプの端部からパイプ内部に浸入するのを防止することができる。

さらに、前記鋳ぐるみ方法においては、前記被鋳ぐるみ材は、３０００系アルミニウム合金から構成され、前記溶湯は、４０００系アルミニウム合金から構成されており、前記フラックスの融点は、５５０℃〜６２０℃であることが好ましい。このような鋳ぐるみ方法によれば、溶湯と接触したフラックスが溶融しやすくなる。

また、前記鋳ぐるみ方法においては、前記被鋳ぐるみ材は、３０００系アルミニウム合金から構成され、前記溶湯は、４０００系アルミニウム合金から構成されており、前記フラックスは、フッ化アルミニウムカリウム系フラックスを主成分とすることが好ましい。このような鋳ぐるみ方法によれば、溶湯と接触したフラックスが溶融しやすくなる。

本発明に係る鋳ぐるみ方法によれば、加工コストの高騰を防止できるとともに鋳造欠陥の発生を抑制できる。

第一実施形態に係る鋳ぐるみ方法で用いられるパイプの端部を示した斜視図である。第一実施形態に係る鋳ぐるみ方法で鋳型に被鋳ぐるみ材を設置した状態を示した断面図である。第二実施形態に係る鋳ぐるみ方法で用いられるパイプの端部を示した斜視図である。第二実施形態に係る鋳ぐるみ方法で鋳型に被鋳ぐるみ材を設置した状態を示した断面図である。第三実施形態に係る鋳ぐるみ方法で用いられるパイプの端部を示した斜視図である。第四実施形態に係る鋳ぐるみ方法で用いられるパイプの端部を示した断面図である。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態に係る鋳ぐるみ方法について、図１，２を参照して詳細に説明する。本発明は、アルミニウム合金製のパイプからなる被鋳ぐるみ材を、アルミニウム合金で鋳ぐるむ鋳ぐるみ方法である。かかる鋳ぐるみ方法は、フラックス塗布工程と、鋳型設置工程と、鋳ぐるみ工程とを備えている。

フラックス塗布工程は、図１に示すように、被鋳ぐるみ材１の被鋳ぐるみ部２の一部にフラックス３を塗布する工程である。被鋳ぐるみ材１を構成するアルミニウム合金製のパイプは、３０００系アルミニウム合金からなる。被鋳ぐるみ部２は、アルミニウム合金からなる鋳ぐるみ材に鋳ぐるまれる部位であり、パイプの端部に位置している。鋳ぐるみ材は、４０００系アルミニウム合金から構成されている。

フラックス３は、アルミニウム系の鋳ぐるみ材との接合用ろう材として機能するものである。フラックス３は、特にその種類が制限されるものではなく、被鋳ぐるみ材１や鋳ぐるみ材の材質に応じて、フッ化物系、塩化物系、フッ化物−塩化物の混合物等の中から適宜選択される。本実施形態では、被鋳ぐるみ材１が３０００系アルミニウム合金であるので、フラックス３は、フッ化物系のものが用いられる。具体的には、フラックス３は、フッ化アルミニウム−カリウム系フラックスを主成分としている。フラックス３には、４５．８重量％ＫＦ−５４．２重量％ＡｌＦ_３の共晶組成や、これに近い組成範囲を含み実質的に錯体化された錯体混合物，ＫＡｌＦ_４，Ｋ_２ＡｌＦ_５，Ｋ３ＡｌＦ_６，Ｋ_２ＳｉＡｌ_４，ＬｉＦ，ＣａＦ等の錯体が使用される。特に、本実施形態のフラックス３は、ＫＡｌＦ_４＋Ｋ_２ＡｌＦ_５・５Ｈ_２Ｏであることが好ましい。そして、フラックス３の融点は、５５０℃〜６２０℃の範囲にある。

なお、塩化物系フラックスとしては、具体的にはＢａＣｌ_２，ＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＺｎＣｌ_２等を主成分とするものが良く、代表的にはＢａＣｌ_２−ＮａＣｌ−ＫＣｌの三元共晶組成のフラックスがある。

被鋳ぐるみ部２には、フランジ４が形成されている。フランジ４は、断面三角形を呈しており、パイプの外周面に沿って環状に形成されている。フランジ４は、パイプの軸方向に間隔をあけて二箇所に設けられている。フランジ４の数は、被鋳ぐるみ部２と鋳ぐるみ材との密着度の要求に応じて適宜決定される。

フラックス塗布工程では、フランジ４の先端外周部にフラックス３を塗布する。図２にも示すように、フラックス３は、フランジ４の突出寸法の先端側半分の表裏両面に塗布する。このように、フランジ４の先端外周部にのみフラックス３を塗布することで、フランジ４の先端部分である塗布領域５と、その他の部分の非塗布領域６とが形成される。なお、フラックス３は、その成分によっても異なるが、被鋳ぐるみ材１の表面に２〜３５０ｇ／ｍ^２の割合で塗布される。フラックス３は、たとえば、フラックス粉末をイソプロピレン等の溶剤に溶かしてスラリー状にしたものを使用することができる。この場合、スプレーやブラシでフランジ４の表面に塗布される。また、強固で且つ均一なフラックス層を形成する上では、フラックス３を粉体のままで塗布する静電塗装が好ましい。

鋳型設置工程は、フラックス３が塗布された被鋳ぐるみ材１を鋳型１０内に配置する工程である。鋳型１０は、溶湯が注がれるキャビティ１１を備えている。鋳型設置工程では、フランジ４が形成された被鋳ぐるみ部２がキャビティ１１内に位置するように、鋳型１０にパイプの胴部を設置する。さらに、パイプの先端に中子１２を設置する。中子１２には円柱状の突部１３が形成されている。突部１３の外径は、パイプの内径と同等である。この突部１３をパイプの端部中空部に挿入する。

鋳ぐるみ工程は、鋳型１０のキャビティ１１内に溶湯を注ぎ、被鋳ぐるみ材１を鋳ぐるみ材（溶湯）で鋳ぐるむ工程である。鋳ぐるみ工程で、溶湯をキャビティ１１内に注ぐと、溶湯の熱によってフラックス３が溶融し、フランジ４の表面にある酸化被膜を溶かし込む。その結果、フランジ４は、活性度の高い表面状態になり、鋳ぐるみ材に対する濡れ性が改善される。したがって、フランジ４と鋳ぐるみ材との間に隙間のない鋳ぐるみが行われるので、フランジ４と鋳ぐるみ材の密着性および接合性を高めることができる。また、被鋳ぐるみ材と鋳ぐるみ材の接合性は、被鋳ぐるみ材１に熱容量の小さいフランジ４を形成したことによっても改善される。つまり、フランジ４は、注湯直後の溶湯の熱によって、軟化・溶融し、鋳ぐるみ材に融合し易くなる。以上のことによって、被鋳ぐるみ材１と鋳ぐるみ材の十分な接合強度を確保することができる。

本実施形態に係る鋳ぐるみ方法によれば、十分な接合強度を得られる他に以下の作用効果を奏する。かかる鋳ぐるみ方法においては、フラックス３を被鋳ぐるみ部２の全体ではなく、一部に塗布しているので、従来よりもフラックスの塗布量が少なくて済む。したがって、加工コストの高騰を防止でき、経済的である。さらに、フラックス３が溶融する際に発生するガスの量も少なくて済むので、鋳造欠陥となる可能性を小さくできる。また、本実施形態では、フラックス３をフランジ４の外周先端部に塗布しているので、フランジ４を溶融させて接合性を高めている。したがって、パイプ本体は溶融せず変形しないので、パイプの板厚が薄くなることはない。

また、本実施形態に係る鋳ぐるみ方法では、パイプの端部中空部に、金属製の中子１２の突部１３を挿入しているので、溶湯がパイプの端部からパイプ内部に浸入するのを防止することができる。

さらに、被鋳ぐるみ材１は、３０００系アルミニウム合金から構成されているので、アルミニウムの加工性および耐食性を維持しつつも、強度が高い。また鋳ぐるみ材は、４０００系アルミニウム合金から構成されているので、熱膨張率が抑えられているとともに、耐摩耗性が高められている。また、融点が他のアルミ合金よりも低いので、鋳ぐるみ材に適している。フラックス３は、フッ化アルミニウムカリウム系フラックスを主成分としているとともに、融点が５５０℃〜６２０℃であるので、鋳ぐるみ材と接触したフラックス３が溶融しやすくなる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る鋳ぐるみ方法について、図３，４を参照して詳細に説明する。第二実施形態に係る鋳ぐるみ方法では、図３に示すように、パイプからなる被鋳ぐるみ材１ａにフランジは形成されておらず、パイプの外周面にフラックス３が塗布されている。第二実施形態に係る鋳ぐるみ方法も、第一実施形態と同様に、フラックス塗布工程と、鋳型設置工程と、鋳ぐるみ工程とを備えている。

フラックス塗布工程では、フラックス３を、パイプの外周面に沿って環状に塗布する。フラックス３は、パイプの径や板厚、被鋳ぐるみ材１ａと鋳ぐるみ材の接合強度の要求等に応じて、フラックス３の塗布箇所数や幅寸法が設定されている。本実施形態では、フラックス３を、パイプの軸方向に間隔をあけて二箇所に塗布する。このように、被鋳ぐるみ部２ａの一部のみにフラックス３を塗布することで、フラックス３が塗布された塗布領域５ａと、その他の部分の非塗布領域６ａとが形成される。

鋳型設置工程では、図４に示すように、フラックス３が塗布された被鋳ぐるみ部２ａがキャビティ１１内に位置するように、鋳型１０にパイプの胴部を設置する。さらに、パイプの先端に中子１２を設置する。中子１２には円柱状の突部１３が形成されている。突部１３の外径は、パイプの内径と同等である。この突部１３をパイプの端部中空部に挿入する。

鋳ぐるみ工程で、溶湯をキャビティ１１内に注ぐと、溶湯の高熱によってフラックス３が溶融し、パイプ先端の表面にある酸化被膜を溶かし込む。その結果、パイプの一部は、活性度の高い表面状態になり、鋳ぐるみ材に対する濡れ性が改善される。したがって、パイプと鋳ぐるみ材との間に隙間のない鋳ぐるみが行われるので、被鋳ぐるみ材１ａと鋳ぐるみ材の密着性および接合性を高めることができる。以上のことによっても、第一実施形態と同様に、被鋳ぐるみ材１ａと鋳ぐるみ材の十分な接合強度を確保することができる。

また、第二実施形態においても、十分な接合強度を得られる他に、フラックスの塗布量が少なくて済む。したがって、加工コストの高騰を防止でき、経済的である。さらに、フラックス３が溶融する際に発生するガスの量も少なくて済むので、鋳造欠陥となる可能性を小さくできる。

さらに、本実施形態に係る鋳ぐるみ方法では、溶湯がパイプの端部からパイプ内部に浸入するのを防止することができる。また、フラックス３は、フッ化アルミニウムカリウム系フラックスを主成分としているとともに、融点が５５０℃〜６２０℃であるので、鋳ぐるみ材と接触したフラックス３が溶融しやすくなる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態に係る鋳ぐるみ方法について、図５を参照して詳細に説明する。第三実施形態に係る鋳ぐるみ方法では、図５に示すように、パイプからなる被鋳ぐるみ材１ｂにフランジは形成されておらず、パイプの外周面にフラックス３が塗布されている。被鋳ぐるみ部２ｂの外周面には、地荒らし部７が形成されており、地荒らし部７にフラックス３が塗布されている。第三実施形態に係る鋳ぐるみ方法も、第一実施形態と同様に、フラックス塗布工程と、鋳型設置工程と、鋳ぐるみ工程とを備えている。

フラックス塗布工程の前に、まず、パイプの外周面に地荒らし部７を形成する。地荒らし部７は、たとえば、サンドブラスト法やショットブラスト法等によって形成される。地荒らし部７は、パイプの外周面に沿って、フラックス３の塗布位置に環状に形成される。つまり、地荒らし部７は、パイプの軸方向に間隔をあけて二箇所に形成される。

その後、フラックス塗布工程において、地荒らし部７の表面にフラックス３を塗布する。フラックス３の塗布量は第二実施形態と同等でよい。このように、被鋳ぐるみ部２ｂの一部のみにフラックス３を塗布することで、フラックス３が塗布された塗布領域５ｂと、その他の部分の非塗布領域６ｂとが形成される。

鋳型設置工程と鋳ぐるみ工程は、第二実施形態と同様である。鋳ぐるみ工程で、溶湯をキャビティ内に注ぐと、溶湯の高熱によってフラックス３が溶融し、パイプ先端の表面にある酸化被膜を溶かし込む。その結果、パイプの一部は、活性度の高い表面状態になり、鋳ぐるみ材に対する濡れ性が改善される。したがって、パイプと鋳ぐるみ材との間に隙間のない鋳ぐるみが行われるので、被鋳ぐるみ材１ｂと鋳ぐるみ材の密着性および接合性を高めることができる。

このような第三実施形態に係る鋳ぐるみ方法によれば、第二実施形態と同様の作用効果を得ることができる。さらに、第三実施形態では、フラックス３が地荒らし部７に密着しているので、フラックス３が塗布後にパイプの表面から剥がれにくい。これによって、フラックス３が必要部分に確実に塗布された状態で鋳ぐるみ工程を行うことができる。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態に係る鋳ぐるみ方法について、図６を参照して詳細に説明する。第四実施形態に係る鋳ぐるみ方法では、図６に示すように、パイプの外周面に凹溝８が形成されており、その凹溝８内にフラックス３が塗布されている。第四実施形態に係る鋳ぐるみ方法も、第一実施形態と同様に、フラックス塗布工程と、鋳型設置工程と、鋳ぐるみ工程とを備えている。

フラックス塗布工程の前に、まず、パイプの外周面に凹溝８を形成する。凹溝８は、たとえば、切削加工にて形成される。なお、凹溝８の加工方法は、切削加工に限定されるものではなく、たとえばパイプの成形時に予め形成していてもよい。凹溝８は、パイプの外周面に沿って、フラックス３の塗布位置に環状に形成される。つまり、凹溝８は、パイプの軸方向に間隔をあけて二箇所に形成される。

その後、フラックス塗布工程において、凹溝８の内側にフラックス３を塗布する。フラックス３の塗布量は第二実施形態と同等で、フラックス３の表面がパイプの外表面と面一になっている。つまり、フラックス３の塗布量が凹溝８の体積と同等である。このように、被鋳ぐるみ部２ｃの凹溝８の内部のみにフラックス３を塗布することで、フラックス３が塗布された塗布領域５ｃと、その他の部分の非塗布領域６ｃとが形成される。

鋳型設置工程と鋳ぐるみ工程は、第二実施形態と同様である。鋳ぐるみ工程で、溶湯をキャビティ内に注ぐと、溶湯の高熱によってフラックス３が溶融し、パイプ先端の表面にある酸化被膜を溶かし込む。その結果、パイプの一部は、活性度の高い表面状態になり、鋳ぐるみ材に対する濡れ性が改善される。したがって、パイプと鋳ぐるみ材との間に隙間のない鋳ぐるみが行われるので、被鋳ぐるみ材１ｃと鋳ぐるみ材の密着性および接合性を高めることができる。

このような第四実施形態に係る鋳ぐるみ方法によれば、第二実施形態と同様の作用効果を得ることができる。さらに、第四実施形態では、フラックス３が凹溝８の内部に塗布されているので、フラックス３が塗布後にパイプの表面から剥がれにくい。これによって、フラックス３が必要部分に確実に塗布された状態で鋳ぐるみ工程を行うことができる。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、前記実施形態では、フラックス３がパイプの外周面に沿って環状に塗布されているが、これに限定されるものではない。たとえば、フラックスを周方向に沿って間欠状に塗布してもよい。

１被鋳ぐるみ材
２被鋳ぐるみ部
３フラックス
４フランジ
５塗布領域
６非塗布領域
７地荒らし部
８凹溝
１０鋳型
１１キャビティ
１２中子
１３突部

Claims

アルミニウム合金製のパイプからなる被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむ鋳ぐるみ方法において、
前記被鋳ぐるみ材のうち鋳ぐるまれる被鋳ぐるみ部の一部にフラックスを塗布して、塗布領域と非塗布領域を形成するフラックス塗布工程と、
前記フラックスが塗布された前記被鋳ぐるみ材を鋳型内に配置する鋳型設置工程と、
前記鋳型内にアルミニウム合金からなる溶湯を注ぎ前記被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむ鋳ぐるみ工程と、を備えた
ことを特徴とする鋳ぐるみ方法。
前記被鋳ぐるみ部には、環状のフランジが形成されており、
前記フラックス塗布工程では、前記フランジの先端外周部に前記フラックスを塗布する
ことを特徴とする請求項１に記載の鋳ぐるみ方法。
前記被鋳ぐるみ部には、地荒らし部が形成されており、
前記フラックス塗布工程では、前記地荒らし部に前記フラックスを塗布する
ことを特徴とする請求項１に記載の鋳ぐるみ方法。
前記被鋳ぐるみ部には、環状の凹溝が形成されており、
前記フラックス塗布工程では、前記凹溝に前記フラックスを塗布する
ことを特徴とする請求項１に記載の鋳ぐるみ方法。
前記鋳型設置工程では、前記パイプの端部中空部に、金属製中子を挿入する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の鋳ぐるみ方法。
前記被鋳ぐるみ材は、３０００系アルミニウム合金から構成され、
前記溶湯は、４０００系アルミニウム合金から構成されており、
前記フラックスの融点は、５５０℃〜６２０℃である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の鋳ぐるみ方法。
前記被鋳ぐるみ材は、３０００系アルミニウム合金から構成され、
前記溶湯は、４０００系アルミニウム合金から構成されており、
前記フラックスは、フッ化アルミニウムカリウム系フラックスを主成分とする
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の鋳ぐるみ方法。