JP2020151746A - Method for producing sand mold for casting and core for casting - Google Patents
Method for producing sand mold for casting and core for casting Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020151746A JP2020151746A JP2019051994A JP2019051994A JP2020151746A JP 2020151746 A JP2020151746 A JP 2020151746A JP 2019051994 A JP2019051994 A JP 2019051994A JP 2019051994 A JP2019051994 A JP 2019051994A JP 2020151746 A JP2020151746 A JP 2020151746A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sand
- casting
- mold
- block
- sand block
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004576 sand Substances 0.000 title claims abstract description 310
- 238000005266 casting Methods 0.000 title claims abstract description 180
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 47
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 29
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 28
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 26
- 238000009415 formwork Methods 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 277
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 28
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 19
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 14
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 12
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 12
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 12
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 11
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 9
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 7
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 6
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 244000145845 chattering Species 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 3
- 239000007849 furan resin Substances 0.000 description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 3
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 2
- 238000007730 finishing process Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- ZCDOYSPFYFSLEW-UHFFFAOYSA-N chromate(2-) Chemical compound [O-][Cr]([O-])(=O)=O ZCDOYSPFYFSLEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Casting Devices For Molds (AREA)
Abstract
Description
本発明は、鋳造用砂型の製造方法及び鋳造用中子に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a sand mold for casting and a core for casting.
従来、鋳造用砂型の製造では、製品と略同形状の木製などの模型を作製し、この模型を定盤に置いて枠で囲い、模型の周囲に砂を押し込んで固め、模型を取り出すことで砂型を分割して製造していた。また、ロウで製作した模型を砂の中から燃焼あるいは溶融して除去するロストワックス法などでも砂型が製造されていた。しかし、模型を砂に転写して砂型を作製する方法では、インペラ等の複雑な形状を再現することが難しく砂型の精度に改善の余地があり、また模型や模型の保管場所が必要となり工数や製造コストでも改善の余地があった。 Conventionally, in the manufacture of sand molds for casting, a model such as wooden with almost the same shape as the product is made, this model is placed on a surface plate, surrounded by a frame, sand is pushed around the model to harden it, and the model is taken out. It was manufactured by dividing the sand mold. In addition, sand molds were also manufactured by the lost wax method, in which a model made of wax is burned or melted and removed from the sand. However, with the method of transferring a model to sand to make a sand mold, it is difficult to reproduce a complicated shape such as an impeller, and there is room for improvement in the accuracy of the sand mold, and a storage place for the model and the model is required, which requires man-hours and man-hours. There was room for improvement in manufacturing costs.
この改善策として、製品の形状データに基づき数値制御加工機械によって直接砂ブロックを加工する鋳造用砂型の製造方法や、積層造形法(3Dプリンタ)による鋳造用砂型の製造方法が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3及び特許文献4参照)。
As this improvement measure, a method for manufacturing a sand mold for casting in which a sand block is directly processed by a numerically controlled processing machine based on product shape data and a method for manufacturing a sand mold for casting by a laminated molding method (3D printer) are known ( For example, see
特許文献1の鋳造用砂型の製造方法では、鋳型用粉末と熱硬化性樹脂を混合した後加熱してブロック材を形成し、このブロック材を切削工具で切削してキャビティを形成し、鋳造用砂型を製造する。
In the method for manufacturing a sand mold for casting in
特許文献2の鋳造用砂型の製造方法では、粉粒体としての砂を、圧縮強度が20〜80kg/cm2(略196〜784N/cm2)となるように圧縮するとともに、粘結材の水ガラスによってガスにより硬化させ、又はフラン樹脂の酸による硬化反応を利用することで硬化させて、砂ブロックを得る。さらに、CAM(Computer Aided Manufacturing)を用いて、3次元的な鋳型の形状を基に加工機械の駆動プログラムを作製して加工機械の駆動を制御し、機械支持部に2又は3方向に移動自在に設けられたマシンヘッドのエンドミル等で砂ブロックを加工して鋳造用砂型を製造する。
In the method for producing a sand mold for casting in
特許文献3の鋳造用砂型の製造方法では、粉粒体を固化剤で固化させたブロックを切削加工して型を製造している。固化剤に使用する粘結剤は、炭酸ガス硬化用アルカリフェノール樹脂とエポキシ化合物との混合物である。ブロックは、切削加工する際は0.3MPa以上2MPa未満(30N/cm2以上200N/cm2未満)の圧縮強度であり、型として使用する際は加熱処理により2MPa以上、好ましくは8MPa以上30MPa以下(800N/cm2以上3000N/cm2未満)の圧縮強度である。このブロックを自動制御加工機により切削加工し型を製造する。
In the method for manufacturing a sand mold for casting in
特許文献4の鋳造用砂型の製造方法では、内部に3枚の翼の形状に沿ったキャビティが形成された中子を積層造形法(3Dプリンタ)により製造している。
In the method for manufacturing a sand mold for casting in
ところで、鋳物にはインペラのような複雑形状の物があり、このような複雑形状に応じたキャビティを有する鋳造用砂型が求められている。仮に、砂ブロックを加工機械の加工工具で直接加工する場合には、加工時に砂ブロックが崩れず且つ加工面を精度良く仕上げる必要がある。さらには、複雑形状のキャビティを有する鋳造用砂型において加工工数が低減できれば好ましい。 By the way, some castings have a complicated shape such as an impeller, and a sand mold for casting having a cavity corresponding to such a complicated shape is required. If the sand block is directly machined with a machining tool of a machining machine, it is necessary that the sand block does not collapse during machining and the machined surface must be finished with high accuracy. Further, it is preferable that the processing man-hours can be reduced in a casting sand mold having a cavity having a complicated shape.
しかし、特許文献1の鋳造用砂型の製造方法では、ブロック材は、鋳型用粉末に熱硬化性樹脂を混合して加熱するため、加熱する工数がかかる。さらに、加工工具をブロック材の上方から垂直に進入させているため、アンダーカットを有する複雑な形状のキャビティを製造できない。
However, in the method for producing a sand mold for casting in
特許文献2の鋳造用砂型の製造方法では、粘結材に水ガラスやフラン樹脂を使用しており、水ガラスやフラン樹脂を使用した砂ブロックでは内部の奥まで均一に固化することが難しく、加工時に砂ブロックの内部の奥まで崩れない強度を得るために、圧縮強度を大きくする必要があり、特許文献1の技術では圧縮強度を20kg/cm2(略196N/cm2)以上にしており砂ブロック造型に手間がかかる。さらに、加工時は、機械支持部に2又は3方向に移動自在に設けられたマシンヘッドのエンドミル等で砂ブロックを加工するので、アンダーカットを有する複雑な形状のキャビティを製造できない。
In the method for producing a sand mold for casting in
特許文献3の鋳造用砂型の製造方法では、粘結剤は、炭酸ガス硬化用アルカリフェノール樹脂とエポキシ化合物との混合物を使用している。しかし、炭酸ガス硬化用アルカリフェノール樹脂では、炭酸ガス硬化のため炭酸ガスを別途用意する必要があり製造コストが高くなる。また、加工時の圧縮強度でそのまま使えず、鋳造の使用時には加熱処理して圧縮強度を高くする必要があり、手間がかかる。さらに、自動制御加工機は、工具がブロックの上方から鉛直方向に延びているだけであり、アンダーカットを有する複雑な形状のキャビティを製造できない。
In the method for producing a sand mold for casting in
特許文献4の鋳造用砂型の製造方法では、積層造形法(3Dプリンタ)によって中子を製造するので複雑な形状のキャビティを形成できる。しかし、一般的に同じ大きさの鋳型を作製する場合、砂ブロックを切削加工すると2〜3時間の工数で済むものが、積層造形法(3Dプリンタ)を使用すると約一日の工数がかかるため、積層造形法では加工工数が大きく製造コストが高くなる。積層造形法では造形範囲が小さいため、大型の中子やおも型を製造するには大きさの制約があり、分割して製造せざるを得ない場合がある。さらに、3枚の翼の形状に沿ったキャビティが形成された大型の中子を3分割して製造する必要があり、中子の組付けに手間がかかる上、分割することで中子全体としての精度が低下する虞がある。
In the method for manufacturing a sand mold for casting in
本発明は、以上の点に鑑み、平面視で2方向以上のアンダーカットを有する複雑形状のキャビティが形成された大型の鋳造用砂型を、短時間で一体的に精度良くできる技術を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention provides a technique capable of integrally and accurately forming a large casting sand mold having a cavity having a complicated shape having two or more undercuts in a plan view in a short time. With the goal.
[1]上記目的を達成するため、本発明の鋳造用砂型の製造方法は、
型枠内に粘結材と混錬した鋳物砂を充填し、
圧縮強度が15〜50(N/cm2)、又は、かさ密度が1.0〜2.0(g/cm3)の少なくともいずれか一方を満たすように前記型枠内の前記鋳物砂をプレスして固化させることで所定形状の砂ブロックを形成する砂ブロック形成工程と、
形状データに基づいて棒状の除去工具をコンピュータ制御により操作する数値制御加工機械を用いて、前記砂ブロックの平面視にて前記除去工具を少なくとも2方向以上から進入させて前記砂ブロックを除去加工することでアンダーカットを有するキャビティが形成された鋳造用砂型の中子又はおも型を製造する除去加工工程と、を含むことを特徴とする。
[1] In order to achieve the above object, the method for producing a sand mold for casting of the present invention is:
Fill the formwork with casting sand mixed with binder and
Press the casting sand in the mold so that the compressive strength satisfies at least one of 15 to 50 (N / cm 2 ) and the bulk density of 1.0 to 2.0 (g / cm 3 ). A sand block forming step of forming a sand block having a predetermined shape by solidifying the sand block.
Using a numerically controlled machining machine that operates a rod-shaped removal tool by computer control based on shape data, the sand block is removed by allowing the removal tool to enter from at least two directions in a plan view of the sand block. It is characterized by including a removal processing step of manufacturing a core or a main mold of a sand mold for casting in which a cavity having an undercut is formed.
かかる構成によれば、砂ブロック形成工程では、砂ブロックは、圧縮強度が15〜50(N/cm2)、又は、かさ密度が1.0〜2.0(g/cm3)の少なくともいずれか一方を満たすように形成されているので、圧縮強度及びかさ密度が除去加工に適した範囲となり、除去工具による除去加工によっても崩れることなく、加工面の精度を向上させることができる。さらに、型枠内の鋳物砂をプレスするだけで砂ブロックが形成されるので、従来技術のようなその後の加熱処理が不要であり、短時間で砂ブロックを形成することができる。さらに圧縮強度が15〜50(N/cm2)、又は、かさ密度が1.0〜2.0(g/cm3)の少なくともいずれか一方を満たす砂ブロックとすることで、鋳物砂のプレスが低圧で済むので、砂ブロックの造型を容易にできる。さらに、砂ブロックの圧縮強度が比較的小さいので加工時の除去工具に加わる負荷を低減することができる。 According to such a configuration, in the sand block forming step, the sand block has a compressive strength of 15 to 50 (N / cm 2 ) or a bulk density of 1.0 to 2.0 (g / cm 3 ). Since it is formed so as to satisfy one of them, the compressive strength and the bulk density are in a range suitable for the removal process, and the accuracy of the processed surface can be improved without being broken by the removal process by the removal tool. Further, since the sand block is formed only by pressing the casting sand in the mold, the subsequent heat treatment as in the prior art is unnecessary, and the sand block can be formed in a short time. Further, by forming a sand block satisfying at least one of a compressive strength of 15 to 50 (N / cm 2 ) and a bulk density of 1.0 to 2.0 (g / cm 3 ), casting sand can be pressed. Since the pressure is low, the sand block can be easily molded. Further, since the compressive strength of the sand block is relatively small, the load applied to the removal tool during machining can be reduced.
さらに、除去加工工程では、数値制御加工機械を用いて、砂ブロックの平面視にて除去工具を少なくとも2方向以上から進入させて砂ブロックを除去加工することでアンダーカットを有するキャビティが形成されるので、単なるアンダーカットではなく、複雑形状のキャビティを有する中子又はおも型を製造することができる。さらに、砂ブロックを除去工具で除去加工するので、積層造形法(3Dプリンタ)に比較して、短時間で所望の中子やおも型を製造することができる。また、大型の中子やおも型は崩れやすく扱い難いため、仮に積層造形法(3Dプリンタ)で砂型を製造すると熱硬化性樹脂により粘着された砂自体で型全体の形状を保つ必要があることや、造形範囲の制約から、大型の中子やおも型を製造することは難しい。この点、本発明では、砂ブロックが型枠で押さえられているので大型の中子やおも型であっても型枠が周囲を支持するので、容易に型全体の形状を保つことができ、加えて加工範囲が積層造形法よりも大きいことから、大型の中子やおも型であっても製造することができる。 Further, in the removal processing step, a cavity having an undercut is formed by removing the sand block by entering the removal tool from at least two directions in a plan view of the sand block using a numerically controlled processing machine. Therefore, it is possible to manufacture a core or a main mold having a cavity having a complicated shape, not just an undercut. Further, since the sand block is removed by a removing tool, a desired core or main mold can be manufactured in a short time as compared with the additive manufacturing method (3D printer). In addition, since large cores and main molds are easily broken and difficult to handle, if a sand mold is manufactured by additive manufacturing (3D printer), it is necessary to maintain the shape of the entire mold with the sand itself adhered by the thermosetting resin. Due to the restrictions of the modeling range, it is difficult to manufacture large cores and main molds. In this respect, in the present invention, since the sand block is held by the mold, the mold supports the surroundings even if it is a large core or a main mold, so that the shape of the entire mold can be easily maintained. In addition, since the processing range is larger than that of the additive manufacturing method, even a large core or main mold can be manufactured.
[2]また、本発明の鋳造用砂型の製造方法において、
前記除去加工工程は、前記砂ブロックの平面視にて異なる方向に連続すると共に、前記砂ブロックの垂直方向に対する傾き角が異なる角度で連続する前記アンダーカットを形成することが好ましい。
[2] Further, in the method for producing a sand mold for casting of the present invention,
It is preferable that the removal processing step is continuous in different directions in the plan view of the sand block and forms the undercut in which the inclination angles of the sand block with respect to the vertical direction are continuous at different angles.
かかる構成によれば、平面視で複数方向に連続すると共に垂直方向の複数方向の傾きが連続するアンダーカットを有する、3次元的にひねりのある複雑な形状のキャビティが形成された中子又はおも型を製造することができる。 According to such a configuration, a core or a core having a cavity having a complicated shape with a three-dimensional twist having an undercut that is continuous in a plurality of directions in a plan view and has a continuous inclination in a plurality of vertical directions. Can also manufacture molds.
[3]また、本発明の鋳造用砂型の製造方法において、
前記除去加工工程は、前記キャビティの平面視にて渦巻き状で且つ高さ方向にねじれているインペラ形状に形成すると共に、前記インペラ形状の全ての羽根を平面視にて一つの前記砂ブロックに形成することが好ましい。
[3] Further, in the method for producing a sand mold for casting of the present invention,
In the removal processing step, the cavity is formed into an impeller shape that is spiral and twisted in the height direction in a plan view, and all the blades of the impeller shape are formed in one sand block in a plan view. It is preferable to do so.
かかる構成によれば、渦巻き状で複雑なねじれのあるインペラ形状の全ての羽根を含む大型の中子であっても製造することができる。 According to such a configuration, even a large core including all blades having an impeller shape having a spiral shape and a complicated twist can be manufactured.
[4]また、本発明の鋳造用砂型の製造方法において、
前記混錬工程では、
前記除去加工工程では、前記数値制御加工機械は4軸以上のマシニングセンタを使用していることを特徴とするが好ましい。
[4] Further, in the method for producing a sand mold for casting of the present invention,
In the kneading process,
In the removal processing step, it is preferable that the numerically controlled processing machine uses a machining center having four or more axes.
かかる構成によれば、4軸以上のマシニングセンタであれば砂ブロックが設置されるテーブルを回転させるなどして、3次元的な複雑な形状のキャビティであっても製造することができる。 According to such a configuration, if it is a machining center having four or more axes, it is possible to manufacture a cavity having a complicated three-dimensional shape by rotating a table on which a sand block is installed.
[5]また、本発明の鋳造用砂型の製造方法において、
シャンク幅又は直径Dに対する突出し量Lの比(L/D)が5〜50である前記除去工具で前記砂ブロックを深掘する除去加工を含むことが好ましい。
[5] Further, in the method for producing a sand mold for casting of the present invention,
It is preferable to include a removal process in which the sand block is deeply dug with the removal tool having a ratio (L / D) of the protrusion amount L to the shank width or the diameter D of 5 to 50.
かかる構成によれば、除去工具はシャンク幅又は直径Dに対する突出し量Lの比(L/D)が5〜50であっても被加工物が過度に圧縮されていない砂ブロックであるので、除去工具がびびることなく砂ブロックに除去加工で深堀することができる。さらに、(L/D)が5〜50となる長尺の除去工具の先端部分で、砂ブロックの表面付近を加工する場合であっても、被加工物が過度に圧縮されていない砂ブロックであるので、除去工具がびびることなく砂ブロックの表面付近を浅く除去加工することができる。このように、本発明では、1本の除去工具で深く加工することも浅く加工することも可能となる。 According to such a configuration, the removal tool is a sand block in which the workpiece is not excessively compressed even if the ratio (L / D) of the protrusion amount L to the shank width or the diameter D is 5 to 50. The tool can be deeply dug into the sand block by removal processing without chattering. Further, even when machining the vicinity of the surface of the sand block with the tip of a long removal tool having (L / D) of 5 to 50, the sand block in which the workpiece is not excessively compressed is used. Therefore, the removal tool can perform shallow removal processing near the surface of the sand block without chattering. As described above, in the present invention, it is possible to process deeply or shallowly with one removing tool.
[6]また、内部に製品部分を鋳造するためのキャビティを有する鋳造用中子において、
前記キャビティは、圧縮強度が15〜50(N/cm2)、又は、かさ密度が1.0〜2.0(g/cm3)の少なくともいずれか一方を満たす砂ブロックに形成され、
前記砂ブロックの平面視にて異なる方向に連続すると共に、前記砂ブロックの垂直方向に対する傾き角が異なる角度で連続するアンダーカットを有することが好ましい。
[6] Further, in a casting core having a cavity for casting a product part inside.
The cavity is formed in a sand block satisfying at least one of a compressive strength of 15 to 50 (N / cm 2 ) and a bulk density of 1.0 to 2.0 (g / cm 3 ).
It is preferable that the sand block has an undercut that is continuous in different directions in a plan view and that the inclination angle of the sand block with respect to the vertical direction is continuous at different angles.
かかる構成によれば、圧縮強度が15〜50(N/cm2)、又は、かさ密度が1.0〜2.0(g/cm3)の少なくともいずれか一方を満たす砂ブロックに形成されたキャビティであるので、溶湯を流し込んでも崩れることがなく、鋳物を製造することができる。さらに、鋳造用中子は、砂ブロックの平面視にて異なる方向に連続すると共に、砂ブロックの垂直方向に対する傾き角が異なる角度で連続するアンダーカットであるので、ひねりのある複雑な形状の鋳物であっても、精度の高い鋳物とすることができる。 According to such a configuration, it was formed in a sand block satisfying at least one of a compressive strength of 15 to 50 (N / cm 2 ) and a bulk density of 1.0 to 2.0 (g / cm 3 ). Since it is a cavity, it does not collapse even when molten metal is poured, and castings can be manufactured. Further, the casting core is an undercut that is continuous in different directions in the plan view of the sand block and that the inclination angle of the sand block with respect to the vertical direction is continuous at different angles, so that the casting has a complicated shape with a twist. Even so, it can be a highly accurate casting.
[7]また、前記キャビティは、前記砂ブロックに複数形成され、
前記キャビティの形状は、前記砂ブロックの平面視にて渦巻き状で且つ高さ方向にねじれているインペラの羽根の形状であり、
複数の前記キャビティの全てが平面視にて一つの前記砂ブロックに形成されていることが好ましい。
[7] Further, a plurality of the cavities are formed in the sand block.
The shape of the cavity is the shape of the blades of the impeller that are spiral and twisted in the height direction in the plan view of the sand block.
It is preferable that all of the plurality of the cavities are formed in one sand block in a plan view.
かかる構成によれば、インペラの3次元的にねじれた複数の羽根の形状のキャビティを1つの砂ブロックに形成するので、従来技術のように分割することで中子全体としての精度が低下する虞がなく、複雑形状のキャビティが形成された大型の鋳物を精度高く製造することができる。 According to such a configuration, since the cavity in the shape of a plurality of three-dimensionally twisted blades of the impeller is formed in one sand block, there is a possibility that the accuracy of the core as a whole may be lowered by dividing it as in the prior art. It is possible to manufacture a large-sized casting in which a cavity having a complicated shape is formed with high accuracy.
(実施形態)
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図1のフローチャートでは、図2〜図11を適宜参照するものとする。図1に示すように、本発明に係る鋳造用砂型1の製造方法は大きく分けて、砂ブロック形成工程、除去加工工程および鋳造工程の上位レベルの工程で構成されている。
(Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the flowchart of FIG. 1, it is assumed that FIGS. 2 to 11 are appropriately referred to. As shown in FIG. 1, the manufacturing method of the casting
砂ブロック形成工程(砂ブロックの製造方法)は、鋳造用砂型1をリサイクルする場合、鋳造用砂型1をばらして鋳物10を取り出す型ばらし工程と、鋳物砂2を粉砕する粉砕工程と、粉砕された鋳物砂2を再生処理する再生処理工程と、再生処理された鋳物砂2に粘結材3を混錬する混錬工程と、混錬された鋳物砂2を押し固めて固化させ砂ブロック4を得る押し固め工程とを備えている。型ばらし工程で取り出した鋳物10は、仕上げ加工を施す鋳仕上げ工程を得て製品となる。
In the sand block forming step (method for manufacturing a sand block), when the casting
なお、実施形態では、砂ブロック形成工程において鋳物砂2をリサイクルするところから含めたが、これに限定されず、鋳造用砂型1を全て新規の鋳物砂2から製造する場合は、混錬工程から始め、次に押し固め工程を行うものとする。
In the embodiment, the casting
除去加工工程は、鋳物10の形状データ10aを作製する形状データ作製工程と、形状データ10aから鋳造用砂型1の型形状を加工するための除去工具43の加工経路等を作製する加工パス作製工程と、数値制御加工機械40に砂ブロック4をセットする砂ブロックセット工程と、数値制御加工機械40で砂ブロック4を除去加工して鋳造用砂型1を得る除去加工工程とを備えている。
The removal processing step includes a shape data production step for producing the
鋳造工程は、鋳造用砂型1の上型1a、下型1b及び中子7等を合わせる型合わせ工程と、金属材料を溶解して溶湯を得る溶解工程と、溶湯を鋳造用砂型1に流し込む注湯工程とを備えている。
The casting process includes a mold matching step of combining the
次に上位レベルとしての砂ブロック形成工程を詳しく説明する。図2Aに示すように、型ばらし工程では、上下の型枠20の鋳物砂2中から鋳物10を取り出とともに、型枠20から鋳物砂2を外してばらばらにする。取り出した鋳物10に振動等を加えることで鋳物砂2を落としてもよい。
Next, the sand block forming process as a higher level will be described in detail. As shown in FIG. 2A, in the mold disassembling step, the casting 10 is taken out from the casting
図2Bに示すように、粉砕工程では、ばらした鋳物砂2はある程度の大きさの塊になっている部分があるので、この鋳物砂2を粉砕機21で元の粒状に近くなるまで粉砕する。
As shown in FIG. 2B, in the crushing step, the separated casting
図2Cに示すように、再生処理工程では、粉砕した鋳物砂2を再生装置22aに投入し、再生装置22aを回転させて遠心力で鋳物砂2を飛ばし再生装置22aの周壁にぶつけて、鋳物砂2に付いた粘結材3を砕いて落とす。このように、乾式の再生装置22aを使用するので、湿式のように鋳物砂2を水洗いすることなく、鋳物砂2のリサイクルを容易に行うことができる。さらに細かく砕いた鋳物砂2から粘結材3を吸塵機24で吸引し、粘結材3が除去された鋳物砂2を得る。
As shown in FIG. 2C, in the recycling process, the crushed casting
図2Dは、図2Cの別態様を示し、再生処理工程では、粉砕した鋳物砂2を再生装置22に投入し、バーナー23で加熱して鋳物砂2に付いた粘結材3を炭化させる。さらに加熱した後の鋳物砂2から炭化した粘結材3を吸塵機24で吸引し、粘結材3が除去された鋳物砂2を得る。
FIG. 2D shows another aspect of FIG. 2C. In the regeneration treatment step, the crushed casting
一方、図2Eに示すように、鋳仕上げ工程では、型ばらし工程で取り出された鋳物10に対して、バリ取り、グラインダー掛け、仕上げ加工、ショットブラストなどを必要に応じて施し、鋳物10の最終的な製品を得る。 On the other hand, as shown in FIG. 2E, in the casting finishing step, deburring, grindering, finishing, shot blasting, etc. are applied to the casting 10 taken out in the mold disassembling step as necessary to finalize the casting 10. Product.
図3Aに示すように、混錬工程では、鋳物砂2として、人工セラミック砂である粒度分布の平均粒度が所定の値の大粒2aと、平均粒度が大粒2aの所定の値よりも小さい小粒2bとの、平均粒度の異なる複数種類の鋳物砂2を混錬機25に投入する。さらに、水溶性のエステル硬化用アルカリフェノール樹脂を含む粘結材3を混錬機25に投入し、鋳物砂2と粘結材3とを混錬する。具体的には、粘結材3は、エステル硬化用アルカリフェノール樹脂およびアルカリフェノール樹脂用硬化剤からなる。
As shown in FIG. 3A, in the kneading step, as the casting
このとき、鋳物砂2の全体に対する混合比率は約97.5wt%であり、粘結材3の全体に対する混合比率は約2.5wt%である。詳細には、粘結材3の2.5wt%の構成は、水でうすめたエステル硬化用アルカリフェノール樹脂の混合比率が約2.0wt%、アルカリフェノール樹脂用硬化剤の混合比率が約0.5wt%とすることが好ましい。エステル硬化用アルカリフェノール樹脂そのものの混合比率は約1%であるが、混合比率が1%であると全体に行き渡りにくい。そこで、水溶性のエステル硬化用アルカリフェノール樹脂を使用することで、水でうすめて全体に容易に行き渡らせることができる。
At this time, the mixing ratio of the casting
また、鋳物砂2において、大粒2aと小粒2bとの比率は、大粒2a:小粒2b=70:30とすることが好ましい。この比率にすることで、鋳物砂2のリサイクル時の再生率を全体として91%と高い値にすることができる。
Further, in the casting
なお、上記の鋳物砂2および粘結材3の混合比率に近ければ好ましいが、上記混合比率は、一例であり、鋳物砂2の混合比率を80%〜70%、粘結材3の混合比率を20%〜30%、全体として100%となるようにしてもよい。さらには、これらの混合比率に限定されるものではない。また、実施形態では、エステル硬化用アルカリフェノール樹脂を水溶性としたがこれに限定されず、水溶性ではないエステル硬化用アルカリフェノール樹脂を使用しても差し支えない。
It is preferable that the mixing ratio is close to the mixing ratio of the casting
図3Bに示すように、押し固め工程では、定盤28の上に型枠20を置き、型枠20内に粘結材3と混錬した鋳物砂2を充填する。圧縮機26を用いて、型枠20内の鋳物砂2を押し固める。このとき、混錬された鋳物砂2と水溶性のエステル硬化用アルカリフェノール樹脂からなる粘結材3とを、プレスしながら加振装置27で振動を与えて固化させる。
As shown in FIG. 3B, in the compaction step, the
鋳物砂2と水溶性のエステル硬化用アルカリフェノール樹脂からなる粘結材3とを押し固めて、圧縮強度が15〜50(N/cm2)、又は、かさ密度が1.0〜2.0(g/cm3)の少なくともいずれか一方を満たすように型枠20内の鋳物砂2の全体をプレスして固化させることで所定形状の砂ブロック4を形成する。エステル硬化用アルカリフェノール樹脂を含む粘結材3による砂ブロック4とすることで、砂ブロック4全体に粘り強さを持たせ、靭性を向上させることができる。このため、砂ブロック4が撓むことがあっても壊れることがなく、砂ブロック4を容易に扱うことができる。
By compacting the casting
次に砂ブロック4の断面の構成を模式的に誇張して説明する。図4Aは、図4Bに対する比較例の砂ブロック4の構成であり、鋳物砂2は、人工セラミック砂で自然の砂に比較して丸みを帯びており、粒度分布の平均粒度が所定の値の大粒2aと、平均粒度が大粒2aの所定の値よりも小さい小粒2bとからなる。押し固め工程では、加振装置27による振動を与えていないため、大粒2aと小粒2bと乱れて配列されている。
Next, the configuration of the cross section of the
図4Bは押し固め工程で加振装置27による振動を与えた砂ブロック4の構成である。鋳物砂2は、比較例同様、大粒2aと小粒2bとからなる。鋳物砂2の大粒2aと小粒2bとは、押し固め工程で振動を与えられることで、規則的に整列するように配列されている。このため、図4Aの砂ブロック4に比較して図4Bの砂ブロック4は、除去加工時の加工面5(図7C参照)の加工精度を向上させ、表面粗さを小さくして加工面5をきれいに仕上げることができる。
FIG. 4B shows the configuration of the
また、鋳物砂2は、球状のセラミック人工砂であり、大粒2aの平均粒度は150〜212(μm)で、混合比が60〜50%であり、小粒2bの平均粒度は75〜106(μm)で、混合比が40〜50%であり、合わせて100%とすることがより好ましい。このような構成とすることで、鋳造用砂型1(図11A参照)のリサイクル性や通気性を確保したうえで、塗型なしで表面の精度がよい鋳物10(図5B参照)を得ることができる。
The casting
なお、鋳物砂2は、球状のセラミック人工砂に限定されず、角張った部分を有するセラミック人工砂や、自然砂、さらには、けい砂、クロマイト砂、ジルコン砂など、砂ブロック4に使用できれば、他の一般的な鋳物砂2であっても差し支えない。また、大粒2aと小粒2bの平均粒度は、上記の値に限定されず、他の平均粒度の砂粒であってもよく、混合比率も上記の値に限定されるものではなく、上記以外の範囲に適宜変更しても差し支えない。
The casting
次に砂ブロック4の上記以外の作用効果について説明する。以上に述べたように、混錬された鋳物砂2と粘結材3とを単にプレスするだけでなく、振動を与えながらプレスするので、砂ブロック4内全体において、密度のむらをなくすことができる。さらに、鋳物砂2は、人工セラミック砂であるので、自然の砂に比較して砂粒の大きさのむらを低減するとともに砂粒の形状が丸型となり、砂粒2a、2bを均一に配列することができる。さらに、粘結材3のエステル硬化用アルカリフェノール樹脂は水溶性であるので、鋳物砂2と混錬させ易く且つ廃棄時の除去も容易にできる。
Next, the action and effect of the
さらに、平均粒度が大粒2aの所定の値よりも小さい小粒2bは、軽いためリサイクルの再生処理工程時に吸引除去され易いが、平均粒度が所定の値の大粒2aを混ぜることでリサイクル率を向上させることができる。さらに、平均粒度が所定の値の大粒2aを混ぜることで、鋳造用砂型1の通気性を向上させることができる。さらに、平均粒度が大粒2aの所定の値よりも小さい小粒2bを混ぜることで、加工面5の精度を向上させることができる。すなわち、リサイクル性や通気路の確保をしたうえで、除去加工後の加工精度を向上させることができる。
Further, since the
さらに、鋳物砂2を再生利用して砂ブロック4を形成するには、新規に平均粒度の小さい小粒2bの鋳物砂2を加え、平均粒度の大きい大粒2aの鋳物砂2は、再生利用のものを使用する。こうすることで、ばらし工程の後、粘結材3を吸塵機24のエアーの吸い込みで除去する際に、小粒2bの鋳物砂2が粘結材3と一緒に除去されるが、平均粒度の小さい小粒2bの鋳物砂2を加えることで、大粒2aのほとんどをリサイクルすることができる。
Further, in order to form the
なお、実施形態は、押し固め工程で、鋳物砂2に加振装置27により振動を与えた砂ブロック4に限定されず、図4Aの比較例に示した鋳物砂2に加振装置27により振動を与えていない砂ブロック4も含むものとする。ただし、押し固め工程で、鋳物砂2に加振装置27により振動を与えた砂ブロック4の方が、砂ブロック4内全体で鋳物砂2の粒2a、2bを均一にし、密度のむらをなくす効果は大きい。
The embodiment is not limited to the
次に本発明の鋳造用砂型1による鋳物10の製品例について説明する。図5Aに示すように、鋳物10は、いわゆるクローズドインペラである。クローズドインペラ10は、ウォーターポンプ15等に使用され、羽根11が主板12と側板13との間に挟まれており、回転軸14を中心に回転させて側板13の開口から入った水を主板12の遠心力及び羽根11の案内により外径方向に吐出するものである。
Next, a product example of the casting 10 using the casting
図5B、図11Aに示すように、鋳造用砂型1から外した直後のクローズドインペラ10は、溶湯62が湯道で固まりクローズドインペラ10に着いた状態である。クローズドインペラ10の羽根11は、平面視で渦巻状であり、且つ、中心から外径に向かってねじれた3次元的に複雑な形状である。
As shown in FIGS. 5B and 11A, the
次に上位レベルとしての除去加工工程について詳しく説明する。図6Aに示すように、形状データ作製工程では、コンピュータ31により製品となる鋳物10(図5参照)の形状データ(不図示)を作製する。2次元図面の場合であっても、製品となる鋳物10が立体形状である場合は、3次元CADによる形状データを作製する。さらに、製品となる鋳物10の形状データを基にして3次元CAD上で鋳造用砂型1(図11参照)の設計を行う。このとき、鋳造用砂型1の分割方法、形状によっては中子形状、溶湯の湯道などの鋳造方案の検討も行い設計する。例えば、鋳物10がクローズドインペラのように複雑な形状の場合、鋳造用砂型1の中子7(図8参照)の形状データ10aを作製する。
Next, the removal processing process as a higher level will be described in detail. As shown in FIG. 6A, in the shape data producing step, the shape data (not shown) of the casting 10 (see FIG. 5) to be a product is produced by the
加工パス作製工程では、鋳造用砂型1のCADの形状データを基に、CAMソフトを使用しモニタ32で加工範囲4aにおける除去工具43aの経路などの動かし方を検討し、数値制御加工機械40(図6B参照)の動作プログラム(例えば、いわゆるGコード)を作製する。CAMソフトへの入力データは、例えば、除去工具43aの種類、回転数、送り速度、切削量、経路(加工パス)などであり、最終的な加工形状データ33をモニタ32で確認する。
In the machining path manufacturing process, based on the CAD shape data of the casting
図6B、図7Aに示すように、数値制御加工機械40は、第1軸(X軸)となるレール44と、これらのレール44にスライド可能に立つ支柱45と、これらの支柱45に掛け渡され第2軸(Y軸)となる梁部46と、この梁部46にスライド可能に設けられるスライダ47と、このスライダに昇降可能に設けられ第3軸(Z軸)となる昇降機構48と、この昇降機構48に昇降機構48の軸周りに回転可能に設けられ第4軸(回転軸)となる回転機構51と、この回転機構51に揺動可能に設けられ第5軸(揺動軸)となる揺動機構52とを備えている。
As shown in FIGS. 6B and 7A, the numerical
さらに、数値制御加工機械40は、レール44間に設けられる台53と、台53に設けられるクランプ機構54と、揺動機構の先端部に設けられるスピンドル41及びチャック42とを備え、チャック42に除去工具43が取付けられている。数値制御加工機械40は、いわゆる5軸加工機である。なお、数値制御加工機械40では、CAMソフト上での除去工具43aに対応する、除去工具43を使用するものとする。
Further, the numerically controlled machining
砂ブロックセット工程では、台53に砂ブロック4をセットし、この砂ブロック4の型枠20をクランプ機構54でクランプする。なお、実施形態の砂ブロック4は型枠20を設けたが、これに限定されず、中子などの型形状によっては、砂ブロック4に型枠20を設けずに直接砂ブロック4をクランプ機構54でクランプしてもよい。
In the sand block setting step, the
図6B〜図7Cに示すように、除去工具43は、エンドミルであり、直径Dに対するチャック42端部からの突出し量Lの比(L/D)が5〜50である。なお、実施形態では、除去工具43をエンドミルとしたが、これに限定されず、除去工具43は、ドリル、バイト、電着砥石などの少なくとも1つでもよく、砂ブロック4を除去加工できれば、他の棒状の工具であっても差し支えない。バイトの場合は、直径Dではなくシャンク幅Dとする。
As shown in FIGS. 6B to 7C, the
除去加工工程では、形状データに基づいて除去工具43をコンピュータ制御により操作する4軸以上の数値制御加工機械40を用いて、砂ブロック4の砂粒を除去工具43で剥がしながら除去加工することによって鋳造用砂型1の一部又は全部を製造する。加工条件は、除去工具43が回転工具の場合、加工速度を1〜4(m/sec)、送り速度を1000〜9000(mm/分)とすることが好ましい。なお、加工条件は、上記の値に限定されず、砂ブロック4を加工できれば、上記以外の値であってもよい。
In the removal processing step, casting is performed by removing sand particles of the
なお、実施形態では、数値制御加工機械40を、5軸のマシニングセンタとしたが、これに限定されず、数値制御加工機械40は、4軸以上のマシニングセンタであれば、4軸、6軸のマシニングセンタであってもよい。数値制御加工機械40を、4軸以上とすることで、アンダーカット6がある鋳物10の鋳造用砂型1を製造することができる。さらに、中子を削減して、高精度の鋳造用砂型1を製造することができる。
In the embodiment, the numerical
特に、数値制御加工機械40を5軸のマシニングセンタとすることで、図5Aに示すクローズドインペラ10のような羽根11を有する複雑な形状で大きい立体形状であり、且つ、除去工具43を少なくとも2方向以上から進入させて砂ブロック4を除去加工することで砂ブロック4の平面視にて異なる方向に連続すると共に、砂ブロック4の垂直方向に対する傾き角が異なる角度で連続する羽根11を形成するためのアンダーカット6を有する鋳造用砂型1を製造することができる。
In particular, by using the numerically controlled machining
次にクローズドインペラ10(図5参照)用の中子7について説明する。図8Aに示すように、中子7は、クローズドインペラ10の羽根11、主板12の内面、側板13の内面などを形成するものである。羽根11を形成するためのキャビティ70は、中子7にキャビティ70平面視にて、中心部71から外周部72に向かって渦巻き状に3か所に形成されている。3か所のキャビティ3は、全てが平面視にて1つの砂ブロック4に形成されている。
Next, the
図8A、図8Bに示すように、一つのキャビティ70の断面は、中心部71から外周部72に向かって、断面の位置(1)では垂線方向(軸方向)に対する傾き角が大きく、断面の位置(2)では断面の位置(1)より傾き角が小さくなり、断面の位置(3)では断面の位置(2)より傾き角が小さくなり、断面の位置(4)では断面の位置(3)より傾き角が小さくなる。
As shown in FIGS. 8A and 8B, the cross section of one
このように、中子7のキャビティ70の形状は、砂ブロック4の平面視にて異なる方向に連続すると共に、砂ブロック4の垂直方向に対する傾き角が異なる角度で連続するアンダーカット6を有している。
As described above, the shape of the
次に、除去加工工程における、除去工具43の角度について説明する。図9Aに示すように、中子7、キャビティ70は、中子7にキャビティ70の平面視にて、中心部71から外周部72に向かって渦巻き状に3か所に形成されている。
Next, the angle of the
図9A、図9Bに示すように、一つのキャビティ70の断面は、中心部71から外周部72に向かう断面の位置(1)〜(4)において、垂線方向(軸方向)対する傾き角は、断面の位置(1)では傾き角がθ1であり、断面の位置(2)では傾き角がθ2であり、断面の位置(3)では傾き角がθ3であり、断面の位置(4)では傾き角がθ4であり、θ1>θ2>θ3>θ4となるように徐々に傾き角を変えている。
As shown in FIGS. 9A and 9B, the cross section of one
除去加工工程では、除去工具43が中子7の中心部71から外周部72に向かって、砂ブロック4の平面視にて異なる方向に連続すると共に、砂ブロック4の垂直方向に対する傾き角が異なる角度で連続するように移動し、複雑なアンダーカット6の形状を形成している。このような除去加工を行うことで、キャビティ70を平面視にて渦巻き状で且つ高さ方向にねじれているインペラ形状(インペラの羽根の形状)に形成すると共に、インペラ形状の全ての羽根11(図5参照)を平面視にて一つの砂ブロック4に形成する。
In the removal processing step, the
次に中子7とおも型8について説明する。図10Aに示すように、砂ブロック4を除去工具43で除去加工することで中子7を製造する。同様に砂ブロック4を除去工具43で除去加工することで、図10Bに示す、おも型8を製造する。図10Cに示すように、おも型8に中子7をセットすることで鋳造用砂型1を得る。なお、図10Cの鋳造用砂型1は、クローズドインペラ10を2個取りするように形成されている。
Next, the
次に上位レベルとしての鋳造工程について詳しく説明する。図11Aに示すように、型合わせ工程では、上型1aと下型1bとの間に中子7をセットし、上型1aと下型1bとを位置決めピン(不図示)などで位置決めして合わせて鋳造用砂型1とする。この場合上型1a及び下型1bは、おも型8とも言える。また、型枠20をクランプ部材28でクランプしてもよい。型枠20をクランプすることで、溶湯62を流し込んだ際に上型が浮き上がることを抑制できる。
Next, the casting process as a higher level will be described in detail. As shown in FIG. 11A, in the mold matching step, the
溶解工程では、金属材料を溶解して溶湯62を得る。注湯工程では、取鍋61から溶湯62を鋳造用砂型1の湯口63に流し込む。溶湯62は鋳造用砂型1のキャビティ70に充填され、冷却することで固化しクローズドインペラ(鋳物)10となる。
In the melting step, the metal material is melted to obtain a
次に図11Aの鋳造用砂型1の別態様を説明する。図11Bに示すように、上型1aには、製品を形成するキャビティ70全体に亘って大きく突出する凸部7が形成されている。下型1bには、製品を形成するキャビティ70全体に亘って大きく窪むとともに上型1aの凸部7に嵌る凹部8が形成されている。
Next, another aspect of the casting
上型1aに凸部7を形成し、下型1bに凹部8を形成することで、型合わせ工程において、鋳造用砂型1に位置決めピンを設ける必要がなく、鋳造用砂型1を容易に製造することができる。この効果は、数値制御加工機械40を4軸以上の特に5軸のマシニングセンタとすることで、鋳造用砂型1の分割面(パーティングライン)を自由に決めることができることによるものである。
By forming the
次に上記以外の作用効果について説明する。砂ブロック形成工程では、砂ブロックは、圧縮強度が15〜50(N/cm2)、又は、かさ密度が1.0〜2.0(g/cm3)の少なくともいずれか一方を満たすように形成されているので、圧縮強度及びかさ密度が除去加工に適した範囲となり、除去工具43による除去加工によっても崩れることなく、加工面5の精度を向上させることができる。さらに、型枠20内の鋳物砂をプレスするだけで砂ブロックが形成されるので、従来技術のようなその後の加熱処理が不要であり、短時間で砂ブロック4を形成することができる。さらに圧縮強度が15〜50(N/cm2)、又は、かさ密度が1.0〜2.0(g/cm3)の少なくともいずれか一方を満たす砂ブロック4とすることで、鋳物砂2のプレスが低圧で済むので、砂ブロック4の造型を容易にできる。さらに、砂ブロック4の圧縮強度が比較的小さいので加工時の除去工具43に加わる負荷を低減することができる。さらに、除去工具43に加わる負荷を低減することができることから、加工速度及び送り速度を速めることができ、したがって大幅に加工工数を低減して製造コストを低く抑えることができる。
Next, actions other than the above will be described. In the sand block forming step, the sand block satisfies at least one of a compressive strength of 15 to 50 (N / cm 2 ) and a bulk density of 1.0 to 2.0 (g / cm 3 ). Since it is formed, the compressive strength and the bulk density are in a range suitable for the removal process, and the accuracy of the machined
さらに、除去加工工程では、数値制御加工機械40を用いて、砂ブロック4の平面視にて除去工具43を少なくとも2方向以上から進入させて砂ブロック4を除去加工することでアンダーカット6を有するキャビティ70が形成されるので、単なるアンダーカット6ではなく、複雑形状のキャビティ70を有する中子7又はおも型8を製造することができる。
Further, in the removal processing step, the undercut 6 is provided by removing the
さらに、砂ブロック4を除去工具43で除去加工するので、積層造形法(3Dプリンタ)に比較して、短時間で所望の中子7やおも型8を製造することができる。また、大型の中子7やおも型8は崩れやすく扱い難いところ、仮に積層造形法(3Dプリンタ)で砂型を製造すると熱硬化性樹脂により粘着された砂自体で型全体の形状を保つ必要があることや、造形範囲の制約から、大型の中子7やおも型8を製造することは難しい。また、積層造形法では、型枠20に密着したおも型8を作ることが難しいため、仮に積層造形法でおも型を製造できても、型枠20をクランプして抑えることができず、大型の鋳物10を製造するために大量の溶湯を型に流し込んだ際、上型1aが浮き上がる虞がある。
Further, since the
この点、本発明では、砂ブロック4が型枠20で押さえられているので大型の中子7やおも型8であっても型枠20が周囲を支持するので、容易に型全体の形状を保つことができ、加えて加工範囲が積層造形法よりも大きいことから、大型の中子7やおも型8であっても製造することができる。さらに型枠20をクランプ部材28でクランプすることで、大量の溶湯を型に流し込んでも上型1aを抑えることができ、容易に大型の鋳物10を製造することができる。
In this respect, in the present invention, since the
さらに、平面視で複数方向に連続すると共に垂直方向の複数方向の傾きが連続するアンダーカット6を有する、3次元的にひねりのある複雑な形状のキャビティ70が形成された中子7又はおも型8を製造することができる。
Further, a
さらに、渦巻き状で複雑なねじれのあるインペラ形状の全ての羽根11を含む大型の中子7であっても製造することができる。
Further, even a
4軸以上のマシニングセンタであれば砂ブロックが設置されるテーブルを回転させるなどして、3次元的な複雑な形状のキャビティ70であっても製造することができる。なお、5軸以上のマシニングセンタであれば、テーブルの回転も不要となる。
If the machining center has four or more axes, it is possible to manufacture a
さらに、除去工具43はシャンク幅又は直径Dに対する突出し量Lの比(L/D)が5〜50であっても被加工物が過度に圧縮されていない砂ブロック4であるので、除去工具43がびびることなく砂ブロック4に除去加工で深堀することができる。さらに、(L/D)が5〜50となる長尺の除去工具43の先端部分で、砂ブロック4の表面付近を加工する場合であっても、被加工物が過度に圧縮されていない砂ブロック4であるので、除去工具がびびることなく砂ブロックの表面付近を浅く除去加工することができる。このように、本発明では、1本の除去工具43で、深く加工することも浅く加工することも可能となる。
Further, since the
さらに、圧縮強度が15〜50(N/cm2)、又は、かさ密度が1.0〜2.0(g/cm3)の少なくともいずれか一方を満たす砂ブロック4に形成されたキャビティ70であるので、溶湯62を流し込んでも崩れることがなく、鋳物10を製造することができる。さらに、鋳造用中子7は、砂ブロック4の平面視にて異なる方向に連続すると共に、砂ブロック4の垂直方向に対する傾き角が異なる角度で連続するアンダーカット6であるので、ひねりのある複雑な形状の鋳物10であっても、精度の高い鋳物とすることができる。
Further, in the
さらに、インペラの3次元的にねじれた複数の羽根11の形状のキャビティ70を1つの砂ブロック4に形成するので、従来技術のように分割することで中子全体としての精度が低下する虞がなく、複雑形状のキャビティ70が形成された大型の鋳物10を精度高く製造することができる。
Further, since the
また、実施形態では、鋳物10をクローズドインペラとしたが、これに限定されず、いわゆるオープンインペラでもよく、さらには、ひねりのあるアンダーカット6を有するキャビティ70であれば、鋳造用砂型1はインペラ用でなくてもよい。
Further, in the embodiment, the casting 10 is a closed impeller, but the casting 10 is not limited to this, and a so-called open impeller may be used. Further, if the
1… 鋳造用砂型
2… 鋳物砂(球状のセラミック人工砂)
3… 粘結材(水溶性のエステル硬化用アルカリフェノール樹脂、アルカリフェノール樹脂用硬化剤)
4… 砂ブロック
6… アンダーカット
7… 中子(鋳造用中子)
8… おも型
10… 鋳物(クローズドインペラ、オープンインペラ、インペラ)
10a… 製品の形状データ
11… 羽根
31… コンピュータ(CAD、CAM)
40… 数値制御加工機械
43… 除去工具(エンドミル、ドリル、バイト、電着砥石)
D… シャンク径又は直径
L… チャック端部からの突出し量
θ1〜θ4… 除去工具の傾き角
1 ... Casting
3 ... Baking material (water-soluble alkali phenol resin for ester curing, curing agent for alkaline phenol resin)
4 ...
8 ...
10a ...
40 ... Numerically controlled machining
D ... Shank diameter or diameter L ... Amount of protrusion from the chuck end θ1 to θ4 ... Tilt angle of the removal tool
Claims (7)
圧縮強度が15〜50(N/cm2)、又は、かさ密度が1.0〜2.0(g/cm3)の少なくともいずれか一方を満たすように前記型枠内の前記鋳物砂をプレスして固化させることで所定形状の砂ブロックを形成する砂ブロック形成工程と、
形状データに基づいて棒状の除去工具をコンピュータ制御により操作する数値制御加工機械を用いて、前記砂ブロックの平面視にて前記除去工具を少なくとも2方向以上から進入させて前記砂ブロックを除去加工することでアンダーカットを有するキャビティが形成された鋳造用砂型の中子又はおも型を製造する除去加工工程と、を含むことを特徴とする鋳造用砂型の製造方法。 Fill the formwork with casting sand mixed with binder and
Press the casting sand in the mold so that the compressive strength satisfies at least one of 15 to 50 (N / cm 2 ) and the bulk density of 1.0 to 2.0 (g / cm 3 ). A sand block forming step of forming a sand block having a predetermined shape by solidifying the sand block.
Using a numerically controlled machining machine that operates a rod-shaped removal tool by computer control based on shape data, the sand block is removed by allowing the removal tool to enter from at least two directions in a plan view of the sand block. A method for producing a sand mold for casting, which comprises a removal processing step for producing a core or a main mold of a sand mold for casting in which a cavity having an undercut is formed.
前記除去加工工程は、前記砂ブロックの平面視にて異なる方向に連続すると共に、前記砂ブロックの垂直方向に対する傾き角が異なる角度で連続する前記アンダーカットを形成することを特徴とする鋳造用砂型の製造方法。 The method for manufacturing a sand mold for casting according to claim 1.
The removal processing step is a sand mold for casting characterized in that the sand block is continuous in different directions in a plan view and the sand block is continuously tilted at different angles with respect to the vertical direction. Manufacturing method.
前記除去加工工程は、前記キャビティの平面視にて渦巻き状で且つ高さ方向にねじれているインペラ形状に形成すると共に、前記インペラ形状の全ての羽根を平面視にて一つの前記砂ブロックに形成することを特徴とする鋳造用砂型の製造方法。 The method for manufacturing a sand mold for casting according to claim 1 or 2.
In the removal processing step, the cavity is formed into an impeller shape that is spiral and twisted in the height direction in a plan view, and all the blades of the impeller shape are formed in one sand block in a plan view. A method for manufacturing a sand mold for casting, which is characterized in that.
前記除去加工工程では、前記数値制御加工機械は4軸以上のマシニングセンタを使用していることを特徴とする鋳造用砂型の製造方法。 The method for manufacturing a sand mold for casting according to any one of claims 1 to 3.
A method for manufacturing a sand mold for casting, wherein in the removal processing step, the numerically controlled processing machine uses a machining center having four or more axes.
シャンク幅又は直径Dに対する突出し量Lの比(L/D)が5〜50である前記除去工具で前記砂ブロックを深掘する除去加工を含むことを特徴とする鋳造用砂型の製造方法。 The method for manufacturing a sand mold for casting according to any one of claims 1 to 4.
A method for producing a sand mold for casting, which comprises a removal process of deeply digging the sand block with the removal tool having a ratio (L / D) of a protrusion amount L to a shank width or a diameter D of 5 to 50.
前記キャビティは、圧縮強度が15〜50(N/cm2)、又は、かさ密度が1.0〜2.0(g/cm3)の少なくともいずれか一方を満たす砂ブロックに形成され、
前記砂ブロックの平面視にて異なる方向に連続すると共に、前記砂ブロックの垂直方向に対する傾き角が異なる角度で連続するアンダーカットを有することを特徴とする鋳造用中子。 In a casting core having a cavity for casting the product part inside
The cavity is formed in a sand block satisfying at least one of a compressive strength of 15 to 50 (N / cm 2 ) and a bulk density of 1.0 to 2.0 (g / cm 3 ).
A casting core characterized by having continuous undercuts in different directions in a plan view of the sand block and continuous undercuts at different angles of inclination of the sand block with respect to the vertical direction.
前記キャビティは、前記砂ブロックに複数形成され、
前記キャビティの形状は、前記砂ブロックの平面視にて渦巻き状で且つ高さ方向にねじれているインペラの羽根の形状であり、
複数の前記キャビティの全てが平面視にて一つの前記砂ブロックに形成されていることを特徴とする鋳造用中子。
The casting core according to claim 6.
A plurality of the cavities are formed in the sand block.
The shape of the cavity is the shape of the blades of the impeller that are spiral and twisted in the height direction in the plan view of the sand block.
A casting core, wherein all of the plurality of cavities are formed in one sand block in a plan view.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019051994A JP7325034B2 (en) | 2019-03-19 | 2019-03-19 | Manufacturing method of sand mold for casting |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019051994A JP7325034B2 (en) | 2019-03-19 | 2019-03-19 | Manufacturing method of sand mold for casting |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020151746A true JP2020151746A (en) | 2020-09-24 |
JP7325034B2 JP7325034B2 (en) | 2023-08-14 |
Family
ID=72557098
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019051994A Active JP7325034B2 (en) | 2019-03-19 | 2019-03-19 | Manufacturing method of sand mold for casting |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7325034B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112743049A (en) * | 2021-01-28 | 2021-05-04 | 第一拖拉机股份有限公司 | Rapid modification method suitable for cylinder body sand mold |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11239843A (en) * | 1998-02-23 | 1999-09-07 | Ebara Corp | Core for casting |
JP3114159B2 (en) * | 1995-11-29 | 2000-12-04 | 株式会社荏原製作所 | Mold manufacturing method |
JP2002316299A (en) * | 2001-04-20 | 2002-10-29 | Nissan Motor Co Ltd | Die manufacturing method |
JP2003019542A (en) * | 2001-07-03 | 2003-01-21 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Method for producing mold for casting |
JP2012135803A (en) * | 2010-12-27 | 2012-07-19 | Kimura Chuzosho:Kk | Composite structure, and mold and casting method using the structure |
CN108941468A (en) * | 2018-08-10 | 2018-12-07 | 陕西柴油机重工有限公司 | The sand mould casting method of elongated class cast iron bar |
JP2019150871A (en) * | 2019-02-13 | 2019-09-12 | 株式会社小西鋳造 | Manufacturing method of sand block |
JP2019150843A (en) * | 2018-03-02 | 2019-09-12 | 株式会社小西鋳造 | Manufacturing method of casting sand mold |
-
2019
- 2019-03-19 JP JP2019051994A patent/JP7325034B2/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3114159B2 (en) * | 1995-11-29 | 2000-12-04 | 株式会社荏原製作所 | Mold manufacturing method |
JPH11239843A (en) * | 1998-02-23 | 1999-09-07 | Ebara Corp | Core for casting |
JP2002316299A (en) * | 2001-04-20 | 2002-10-29 | Nissan Motor Co Ltd | Die manufacturing method |
JP2003019542A (en) * | 2001-07-03 | 2003-01-21 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Method for producing mold for casting |
JP2012135803A (en) * | 2010-12-27 | 2012-07-19 | Kimura Chuzosho:Kk | Composite structure, and mold and casting method using the structure |
JP2019150843A (en) * | 2018-03-02 | 2019-09-12 | 株式会社小西鋳造 | Manufacturing method of casting sand mold |
CN108941468A (en) * | 2018-08-10 | 2018-12-07 | 陕西柴油机重工有限公司 | The sand mould casting method of elongated class cast iron bar |
JP2019150871A (en) * | 2019-02-13 | 2019-09-12 | 株式会社小西鋳造 | Manufacturing method of sand block |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112743049A (en) * | 2021-01-28 | 2021-05-04 | 第一拖拉机股份有限公司 | Rapid modification method suitable for cylinder body sand mold |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7325034B2 (en) | 2023-08-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6286581B1 (en) | Method for machining sand block into sand molding elements including sand molds and sand cores for metal casting foundry operations | |
US8469080B2 (en) | Digital processing method and device of large or medium-size sand mold | |
JP5867938B1 (en) | Mold and mold manufacturing method | |
RU2432224C2 (en) | Method of producing gas turbine engine hollow vane ceramic cores | |
JP2002517317A (en) | Direct production method and production equipment for investment molds for metal castings | |
CN101259526A (en) | Non die-casting type digitalization fast manufacturing method | |
JP5416762B2 (en) | Method for deburring ceramic casting cores | |
CN109332578A (en) | A kind of containerless casting manufacturing process freezing clay-bonded sand | |
JP6558614B1 (en) | Sand block manufacturing method | |
JP3114159B2 (en) | Mold manufacturing method | |
CA2891597A1 (en) | Patternless sand mold and core formation for rapid casting | |
CN101362185A (en) | Manufacture method of sand mold and sand core based on cutting principle | |
JP6489394B1 (en) | Method of manufacturing sand mold for casting | |
US20110042858A1 (en) | Method of making molds with production ready surfaces | |
Rodríguez et al. | Maximal reduction of steps for iron casting one-of-a-kind parts | |
JP7325034B2 (en) | Manufacturing method of sand mold for casting | |
EP1334785A1 (en) | A method of machining a mould from a block of sand and use of said method | |
CN101284301A (en) | Precise manufacture steps of spiral rotor of compressor | |
WO2016075844A1 (en) | Mold | |
JP2002224794A (en) | Casting method | |
EP3895826A1 (en) | Method for producing shaft, and casting mold assembly | |
JP2000326052A (en) | Method and apparatus for manufacturing cubic article | |
CN109795012B (en) | PDC matrix drill bit molding process | |
WO2003090951A1 (en) | Method for making a mould | |
Singh et al. | Automated system for designing gating system of sand casting |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190416 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20190416 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220303 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221215 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230110 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20230308 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230411 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230711 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230721 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7325034 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |