JP2630181B2 - 鋳造装置 - Google Patents

鋳造装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、鋳造装置に関するも
のである。さらに詳しくは、この発明は、活性で融点の
高いチタンおよびその合金等の精密鋳造に有用な、高効
率で生産性が高く、製造コストの低減化を図ることので
きる鋳造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】従来一般の精密鋳造方法は、
ルツボ炉等の溶解炉で溶かした母材溶湯を、ロストワッ
クス法等で作成したセラミックスシェル鋳型に鋳込んで
凝固させるものであった。この精密鋳造法は、寸法精度
の優れた、鋳肌の奇麗な製品が得られることから、複雑
形状製品の製造法として広く用いられている。
【0003】しかしながらこの鋳造方法においては、特
に母材が活性金属である場合、これを溶解炉で溶解した
とき、あるいは取鍋に取ったときに、溶湯が炉材の耐火
材と反応し、汚染されてしまうという困難な問題があっ
た。たとえばTiを例にとると、自動車エンジンのター
ボチャージャーに使用するホットホイール等の軽量かつ
耐熱性を要求される機械部品は、チタンまたはその合金
の精密鋳造により製造されているが、これを溶解炉で溶
かしたときには、Ti溶湯が炉材のアルミナ(Al2
3 )等のセラミックスと反応してTiO2 を生成し、酸
素をピックアップしてしまう。そして、このように酸素
を取り込んでしまうと材料特性が低下し、鋳造品が脆く
弱くなる。
【0004】また、溶湯を鋳型に流し込んで固化させる
際には引け巣を防止するために通常押湯を用いるが、こ
の押湯が1回限りで使い捨てされるために材料の歩留り
が悪く、しかも一定量の母材金属を多量に溶解した上こ
れを1回毎鋳型に鋳込むことから、生産能率が悪いとい
う問題があった。炉材セラミックスとの反応を回避する
ために、溶解をスカル炉を用いたアーク溶解とすること
も多いが、この溶解法の場合には溶湯温度を高くするこ
とができない。溶湯温度が低い条件下に、鋳型と溶湯と
の反応を抑制するため鋳型の予熱温度を低くすると、溶
湯を鋳型の隅々まで行きわたらせることが困難になる。
【0005】こうした湯回り不良をなくすために、遠心
力を利用した鋳造法が知られているが、装置が大掛りに
なり能率が悪いばかりか、湯流れの乱れに起因する空洞
欠陥が生じやすいという欠点があった。そこで、この発
明の発明者は、このような従来の精密鋳造技術の欠点を
打破し、チタンやその合金のような活性で高融点の金属
を能率よく鋳造することができ、かつ高い良品率を実現
することのできる新しい精密鋳造装置をすでに提案して
いる。
【0006】この新しい鋳造装置は、たとえば図1に
例示したように、金属を誘導加熱により溶融する溶解室
(1)と、溶融金属を鋳造する鋳型(3)を収容した鋳
造室(2)とを、前者を下方に後者を上方に、両者を横
方向にスライドさせて接続し、また遮断することができ
るように配置している。鋳造室(2)は内外二重筒構造
形成され、その内部に鋳型(3)を保持するととも
に、鋳型(3)下部に連結したスノート(4)を二重筒
の摺動により溶解室(1)内の溶融金属(5)に対して
進退可能としている。またこの鋳造装置では、溶解室
(1)と鋳造室(2)雰囲気ガスおよびその圧力を制
御する手段を有してもいる。
【0007】この鋳造装置においては、溶融すべき金属
は、その内径に適合する断面形状の母材(6)の形で下
方から供給され、溶解−鋳造により消費された分を、こ
の母材(6)を押し上げることにより補給する。誘導コ
イル(7)により加熱され溶融した金属は、その内部の
渦電流によってもたらされる反撥力によって溶融金属
(5)の湯柱となって、ルツボ壁とはほとんど接触せず
に存在する。
【0008】誘導加熱による溶解は、スカル炉とちがっ
て溶湯に任意のスーパーヒートを与えることができる。
溶融金属(5)の温度が鋳造に適する温度に達したなら
ば、図1の配置のように溶解室(1)に対して鋳造室
(2)をスライドさせ、前者の真上に後者を位置させた
のち、前記の二重筒構造により、鋳造室の上部を下方に
移動させ、鋳型(3)の下部に設けたスノート(4)を
溶融金属(5)中に浸漬する。ここで溶解室(1)(お
よび鋳造室下部)のアルゴン(Ar)等によるガス圧力
と鋳造室上部のガス圧力とを制御し、両者の間に、溶融
金属(5)をスノート(4)を通して吸い上げるに足る
圧力差を与えることによって、溶融金属(5)鋳型
(3)内に移行させる。
【0009】その後、鋳造室上部を上昇後退させて、鋳
造室(2)全体を横方向にスライドすれば、溶解室
(1)との間は遮断され、鋳造室上部の蓋を開いて鋳型
(3)をとり出し、鋳造品を得る。その間、溶解室
(1)においては再び金属の溶融と加熱が行なわれ、次
のサイクルのための溶湯が形成される。鋳造室には、い
うまでもなく新しい鋳型を配置する。
【0010】たとえば以上の通り例示することのできる
精密鋳造装置は、それまでの鋳造技術の欠点を克服する
ものとして、活性で、融点の高いチタンやその合金の鋳
造に極めて有用なものであった。しかしながら、このよ
うな優れた特徴のある精密鋳造装置ではあるが、発明者
によるその後の検討において、この精密鋳造をより効率
の良い、高い生産性での低コスト製造とすることを可能
とするための改善が求められてもいた。
【0011】そこで、この発明は、以上の通りの新しい
精密鋳造装置の特徴を生かしつつ、かつ、その鋳造効率
と生産性、製造コストの低減化を図ることのできる改良
された手段を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】すなわち、この発明は、
上記課題を解決するものとして、溶融金属を鋳造する鋳
型を収容した鋳室を、金属を溶融する溶解室の上方に
配置し、溶解室においてレビテーション溶融した溶融金
属を鋳型下部に配設したスノートを介して鋳型内に吸上
げて鋳造する鋳造装置において、溶解室上方には鋳造時
にスノートに連通された鋳型が配置されるように鋳造室
を施回移動する定盤を設け、該定盤には、鋳造室への鋳
型の装着、鋳造並びに鋳型の排出の工程に応じた複数個
の鋳型昇降装置を配置し、該定盤下面を、鋳造室および
溶解室と外気とを密閉したまま旋回し鋳造室と溶解室と
を鋳造位置でのみ連結するスライド面とし、該鋳型昇降
装置と鋳型、並びにスノートより鋳造時に密閉される
鋳造チャンバーを形成し、該鋳造チャンバーを加減圧す
る吸排気手段を設けたことにより、連続的に繰り返し鋳
造可能としたことを特徴とする鋳造装置を提供する。
【0013】
【作用】すなわち、この発明の鋳造装置においては、上
記の施回可能定盤に複数個の鋳型昇降装置を設けること
によって、鋳型の配設から、金属の溶解、鋳造、鋳造品
取出しまでの工程サイクルを連続的に繰り返すことを可
能とし、このことによって鋳造の効率化、生産性の向
上、製造コストの低減を可能とする。
【0014】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発
明の鋳造装置について説明する。
【0015】
【実施例】図2は、この発明の鋳造装置の溶解室(1)
と鋳造室(2)の部分構造を図1に沿って例示したもの
であり、また、図3は、この発明の鋳造装置の全体的配
置位置関係を示したものである。図2に例示したよう
に、この発明の鋳造装置おいても図1の装置構成と同様
に、金属を溶解する溶解室(1)の上方に、鋳型(3)
を収容した鋳造室(2)をスライド自在に配置し、コイ
ル(7)によって母材(6)加熱して溶解室(1)内に
おいてレビテーション溶解した溶融金属(5)を、鋳型
(3)の下部に配設したスノート(4)を介して鋳型
(3)内に吸上げて鋳造する。
【0016】鋳型(3)は、その上部を鋳型抑え(8)
によって抑え、溶解室(1)および鋳造室(2)のガス
圧力差によってこの鋳型(3)内に溶融金属(5)を吸
い上げるようにしている。この場合の雰囲気は、これま
でと同様に、鋳造する金属に対して不活性なガスとすべ
きであって、チタンおよびチタン合金にはアルゴンが適
当である。両室における雰囲気ガスの圧力差の与え方に
はつぎの諸態様があり、そのいずれを採用してもよい。
【0017】イ)溶解室内がほぼ大気圧であって、鋳造
室内はそれより50〜760Torr低い圧力、 ロ)溶解室内が大気圧より低い圧力であって、鋳造室内
はそれよりさらに低い圧力、 ハ)鋳造室内がほぼ大気圧であって、溶解室内がそれよ
り高い圧力、 ニ)溶解室内が大気圧より高い圧力であって、鋳造室内
が大気圧より低い圧力。
【0018】押湯の分を含めて適量の溶融金属(5)が
鋳型(3)内に注入されたならば、短時間そのまま保持
することによってスノート(4)の湯道内の溶融金属が
凝固するから、ガス圧力の差を解消する。それにより、
スノート(4)内にあった余分の溶融金属が溶解室
(1)内に戻り、再び誘導加熱を受けることになる。こ
のような構造、操作の基本は、これまでのものと大きく
変わる点はない。
【0019】ただ、この発明においては、図2に示した
ように、溶解室(1)上方に、施回可能な定盤(10)
を設け、該定盤(10)に配置される鋳造室(2)と前
記溶解室(1)とを連通する連通孔を定盤(10)に穿
設し、定盤の下面は溶解室(1)の上方開口をスライド
閉鎖するスライド面とし、この定盤に、複数個の鋳型昇
降装置(11)を配置することで、高効率、高生産性で
の鋳造を可能としている。このことを平面配置として例
示したものが図3であって、TiAlターボチャージャ
ーの精密鋳造の例を示している。すなわち、施回可能な
定盤(10)は、1回転で1サイクルが終了するように
しており、その配置位置を、 A:スノート(4)のセッティング B:鋳型(3)のセッティング C:鋳込み D:鋳型(3)の排出 の区分として、回転ワンショット鋳造炉を構成してい
る。複数個の鋳型昇降装置(11)がこれに対応して配
置されている。
【0020】位置Aには、スノート(4)の供給装置が
ライン結合され、位置Bには、鋳型形成、脱ろう装置お
よび鋳型加熱炉等がライン結合されている。この鋳型
(3)の予熱については溶湯に対して十分なスーパーヒ
ートを与えることができる。また、位置Cについては、
鋳型(3)の崩壊用水浸装置、粗サンドブラスト、押し
湯切断機、仕上げサンドブラスト等がライン結合され
る。
【0021】もちろん、連続工程のためのライン構成
は、さらに様々な態様が可能であることは言うまでもな
い。このような回転ワンショット精密鋳造炉において
は、実際に、鋳造作業のムダな時間を大幅に削減し、鋳
造能率の向上を図ることができ、厚み3mmのTiAl
ターボチャージャーの鋳造では、良品率85%以上で、
鋳造サイクルタイムは20秒であった。これは、これま
でのバッチスライド作業の場合の5分間のサイクルタイ
ムを大幅に短縮し、かつ、良品率でも10%以上向上さ
せた。
【0022】
【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明した通
り、活性で高融点のチタンやその合金等の金属を、優れ
た性能、高効率、そして高い生産性で鋳造可能とする。
製造コストの大幅な低減化を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】これまでの精密鋳造装置を例示した断面図であ
る。
【図2】この発明の装置の部分断面図である。
【図3】この発明の装置の平面配置図である。
【符号の説明】
1 溶解室 2 鋳造室 3 鋳型 4 スノート 5 溶融金属 6 母材 7 ヒーター 8 鋳型抑え 10 施回可能定盤 11 鋳型昇降装置

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融金属を鋳造する鋳型を収容した鋳
    室を、金属を溶融する溶解室の上方に配置し、溶解室に
    おいてレビテーション溶解した溶融金属を鋳型下部に配
    設したスノートを介して鋳型内に吸上げて鋳造する鋳造
    装置において、溶解室上方には鋳造時にスノートに連通
    された鋳型が配置されるように鋳造室を施回移動する定
    盤を設け、該定盤には、鋳造室への鋳型の装着、鋳造並
    びに鋳型の排出の工程に応じた複数個の鋳型昇降装置を
    配置し、該定盤下面を鋳造室および溶解室と外気とを密
    閉したまま旋回し鋳造室と溶解室とを鋳造位置でのみ連
    結するスライド面とし、該鋳型昇降装置と鋳型、並びに
    スノートより鋳造時に密閉される鋳造チャンバーを形
    成し、該鋳造チャンバーを加減圧する吸排気手段を設け
    たことにより、連続的に繰り返し鋳造可能とした鋳造装
    置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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