JP2666725B2

JP2666725B2 - 砂鋳型

Info

Publication number: JP2666725B2
Application number: JP6100566A
Authority: JP
Inventors: 三由佐藤; 稔魚住
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-04-14
Filing date: 1994-04-14
Publication date: 1997-10-22
Anticipated expiration: 2012-10-22
Also published as: JPH0768340A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、薄肉鋳造品を製造す
るための砂鋳型に係り、さらに詳しくは、砂鋳型を溶湯
中に浸漬し、砂鋳型の表面に所定の薄肉鋳造品を製造す
るための砂鋳型に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、砂鋳型を用いる鋳造方法は、図
７に示すように上鋳型１０、下鋳型１１および中子１２
を造型し、それぞれの型を組合わせることにより、キャ
ビティ１３の中に溶湯１４をトリベ１５により充填し、
所定肉厚の鋳造品を製造している。このような砂鋳型で
は、溶湯が凝固する際の指向性を制御する冷却能が小さ
いため、砂鋳型の中に金属小片（鋼材の切断片または鋼
球）を混ぜ、指向性凝固により、引け巣等のない鋳造品
を製造することが行われている（特開昭６３−１４０７
３９号公報参照）。

【０００３】また、薄肉鋳造品を製造するための鋳造方
法としては、円筒または円柱状に形成された金型（鋳鉄
製）を溶湯中に浸漬し、金型の外周に所定の厚さの高シ
リコン・アルミニウム合金の薄肉鋳造品を製造する方法
が考えられている（特開昭６１−１９９５６８号公報参
照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６３−１４０７３９号公報に記載の鋳造方法では、厚肉
の鋳造品を製造することはできるが、薄肉の鋳造品を製
造する場合、溶湯がキャビティの薄肉部で凝固し易いた
め、充填不良を起こすという欠点があった。経験的に
は、鋳鉄では約３ｍｍ、鋳鋼では約６ｍｍまでが鋳造品
の薄肉限界であり、それ以下の薄肉鋳造品を製造するこ
とはできなかった。

【０００５】また、特開昭６１−１９９５６８号公報に
記載の鋳造方法では、簡単な形状の鋳造品であれば薄肉
の鋳造品を容易に製造することができるが、形状の複雑
な鋳造品を製造することができず、鋳造品の製品形状に
制約を受けるものであった。さらに、鋳造品の材料にお
いて、高融点材料である鋳鉄、鋳鋼等を鋳造する場合、
金型が溶損し易くなり、鋳造できないという問題点を有
していた。

【０００６】以上の問題点を勘案すれば、当業者は、特
開昭６１−１９９５６８号公報に記載の金型を砂鋳型に
変更し、砂鋳型を溶湯中に浸漬し、鋳造品を製造するよ
うにする程度のことは容易に考えることができる。

【０００７】しかし、特開昭６１−１９９５６８号公報
に記載の鋳造方法において、単に、金型を砂鋳型に変更
して鋳造したとしても、砂鋳型には熱衝撃に対する強度
がないため、溶湯中に浸漬すると、溶湯の熱衝撃により
クラックを生じ、それにより砂鋳型が崩壊することがあ
った。また、製品の肉厚を調整することが困難になると
ともに、製品として必要な部位以外に溶湯が付着して、
製品部分の形状を一回の工程、つまり鋳造のみで与える
ことができないため、上記方法を実施をする意味がなか
った。

【０００８】この発明は、上記従来の種々の問題点に鑑
みなされたもので、その目的は、溶湯中に浸漬し、表面
に溶湯を付着させる砂鋳型であって、鋳造材料に関係な
く薄肉鋳造品を簡単に製造することができ、かつ耐熱衝
撃性に優れた砂鋳型を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明の砂鋳型は、溶湯中に浸漬し、表面に薄
肉鋳造品を製造する砂鋳型であって、有機系の樹脂を砂
粒に混練した鋳物砂に、長さ５〜２０ｍｍ，外径０．２
〜０．６ｍｍの金属チップを１．４〜３．０ｗｔ％の割
合で混入して所定形状に造形してなることを特徴として
いる。

【００１０】また、前記砂鋳型の薄肉鋳造品を形成する
部位にジルコニアおよび該ジルコニアに対し１５〜５０
ｗｔ％の割合で混入された鉄粉を主成分とする塗型層を
形成したことを特徴としている。

【００１１】

【作用】この発明の砂鋳型によれば、溶湯中に浸漬し
て、その外周に溶湯を付着させて行う鋳造に使用され
る。その場合、浸漬時間の長さに応じた熱量を受ける
が、金属チップとして長さ５〜２０ｍｍ，外径０．２〜
０．６ｍｍのものを１．４〜３．０ｗｔ％含有としてい
るから、熱容量が大きいことによりクラックが防止され
る。

【００１２】また、この発明では、ジルコニアおよび鉄
粉を主成分とする塗型層において、溶湯の凝固が短時間
に進行するので、薄肉鋳造品を安定して形成することが
できる。

【００１３】

【実施例】以下、添付図面に基づいて、この発明の実施
例を説明する。図１は、この発明の一実施例を示す砂鋳
型の断面図であり、図２は、この実施例に用いる鋳造装
置を示す断面図である。

【００１４】図１において、参照符号１はシリンダヘッ
ドのエキゾーストポート部に鋳包む鋳鋼製のライナを製
造するための砂鋳型であり、有機系のフェノール樹脂を
混練した鋳物砂２とワイヤ３とを混合し、造型されてい
る。ここで、参照符号４は鉄粉、ジルコニア（Ｚn2
Ｏ）、フェノール樹脂、アルコールからなる塗型層であ
る。また、参照符号５はアルミナ（Ａl2Ｏ3 ）粉末と酸
化鉄とを主成分とする塗型層である。

【００１５】また、図２において、参照符号６は溶湯保
持炉であり、その中にステンレス鋳鋼（ＳＣＨ１）の溶
湯７が入れられている。参照符号８は砂鋳型１の保持治
具であり、砂鋳型１の溶湯７の中への浸漬および溶湯７
の中からの取り出しを行うようになっている。

【００１６】次に、上記砂鋳型の製造方法を説明する。
有機系のフェノール樹脂を混練した鋳物砂２と、これに
対して３．０ｗｔ％を含有し、外径０．３５ｍｍ、長さ
１０ｍｍの軟鋼製ワイヤ３（他の材料としては、銅製ワ
イヤでもよい。）とを混合し、砂鋳型１をシェルモール
ド法により造型する。そして、砂鋳型１の鋳造品を形成
する部位に鉄粉、ジルコニア（Ｚn2Ｏ）、フェノール樹
脂、アルコールからなる塗型層４を刷毛にて形成する。
この塗型層４は、鉄粉平均粒径１００メッシュの鉄粉を
用い、鉄粉をジルコニア（Ｚn2Ｏ）に対し３０ｗｔ％を
含有する塗型材料により、塗型厚さを０．３ｍｍとして
形成した。次に、非製品部には、溶湯の付着を防止する
ため、アルミナ（Ａl2Ｏ3 ）粉末と酸化鉄とを主成分と
する塗型層５を形成した。

【００１７】上記のように製造された砂鋳型１を用い
て、シリンダヘッドのエキゾーストポート部に鋳包む鋳
鋼製のライナの鋳造を行う。すなわち、図２において、
砂鋳型１を保持治具８によって保持し、１６００℃に加
熱されているステンレス鋳鋼（ＳＣＨ１）の溶湯７の中
に１秒間浸漬し、その後、溶湯７の中から砂鋳型１を取
り出すことによって薄肉鋳造品を製造した。なお、砂鋳
型１の浸漬および取り出し時間を５秒間に設定した。こ
のように製造された鋳造品は、砂鋳型１の塗型層４の表
面のみに肉厚１ｍｍで形成されたので、鋳造品から砂鋳
型１を取り出し、鋳造品にショットブラストした。この
ように、耐熱性が要求される薄肉のシリンダヘッドのエ
キゾーストポート部に鋳包むライナを、鋳造により仕上
げることができた。したがって、この鋳鋼製のライナを
アルミニウム合金製エキゾーストポート部を鋳包むこと
により、エキゾーストポート部は９５０℃までの耐熱性
を得ることができた。つまり、この実施例では薄肉鋳造
品を簡単な構造の砂鋳型を用いて一回の鋳造で形成する
ことができるようになった。

【００１８】なお、この実施例では、エキゾーストポー
ト部の耐熱性を向上させるため、鋳鋼製のライナを製造
したが、その実施例に限られることなく、耐熱性が要求
される部位の薄肉鋳造品を製造することができるととも
に、部品そのものを薄肉鋳造品として製造することがで
きる。また、この実施例では、ワイヤ（針金）を切断し
たもの砂鋳型１に添加したが、鋼材切削時の切削屑等を
利用することもできる。さらに、この実施例では、砂鋳
型を使用し、鋳鋼からなる薄肉鋳造品の製造についての
み説明したが、鋳鋼に限らず、鋳鉄等の高融点材料ある
いはアルミニウム合金等の低融点材料からなる薄肉鋳造
品も容易に製造することができる。

【００１９】また、浸漬鋳造するための砂鋳型１におい
て、砂鋳型１の中に含まれる金属チップ３の含有量、
径、長さ、および塗型層４の鉄粉含有量に付いて検討を
行ったので、図３ないし図５に基づいて以下に説明す
る。

【００２０】図３は、金属チップ３の含有量に対する砂
鋳型１のクラック発生時間を示す図である。図３におい
て、金属チップ３の形状は、外径０．３５ｍｍ、長さ１
０ｍｍとし、塗型層４，５を設けない砂鋳型で実験し
た。ここでは、砂鋳型を溶湯７の中に浸漬し、溶湯７の
中から砂鋳型を取り出すまでの必要時間を５秒とした。
つまり、この浸漬による鋳造方法において、５秒以内で
は砂鋳型の浸漬および取り出しを行うことが困難であ
り、砂鋳型の浸漬状態も悪くなるからである。

【００２１】図３の折線Ａによれば、砂鋳型は、鋳物砂
２に対して１．４〜３．０ｗｔ％の金属チップ３を含有
していなければならない。そして、金属チップ３の含有
量が１．４ｗｔ％未満では、鋳造中、溶湯７の熱衝撃に
よりクラックを生じ、薄肉鋳造品を製造することができ
ない。また、金属チップ３の含有量が３．０ｗｔ％を越
える場合では、砂鋳型の混練、造型が困難となり、薄肉
鋳造品を製造することができないからである。

【００２２】なお、この鋳造品は、薄肉鋳造品であり、
溶湯７の中から砂鋳型を取り出すと略同時に砂鋳型の表
面に付着した溶湯７が凝固するため、５秒以降砂鋳型に
クラックが生じたとしても鋳造品への悪影響はない。ま
た、金属チップ３の含有量は、金属チップ３の径および
長さを固定して実験したが、それらのサイズに関係なく
砂鋳型１への冷却能の付与の観点から１．４ｗｔ％以上
の金属チップ３を含有する必要がある。

【００２３】次に、図４および図５は、金属チップ３の
長さおよび外径に対する砂鋳型のクラック発生時間を示
す図である。各図の折線Ｂ，Ｃにおいて、金属チップ３
の混入量を３．０ｗｔ％とし、外径０．３５ｍｍ、長さ
１０ｍｍのそれぞれの一方の固定値に対する金属チップ
３の長さおよび外径の関係について実験した。これらの
結果に基づくと、金属チップ３の長さは、５〜２０ｍｍ
の長さが必要であり、金属チップ３の外径は、０．２〜
０．６ｍｍの径が必要である。それらの下限値未満で
は、溶湯７への浸漬中に砂鋳型１にクラックが生じ、薄
肉鋳造品を製造できない。また、それらの上限値を越え
ると、砂鋳型１の造型が困難となることがわかった。

【００２４】次に、図６は、塗型層４の鉄粉混入量と製
品肉厚の関係を示した図である。金属チップ３を混入さ
せた砂鋳型は、塗型層４を塗型しなくても薄肉鋳造品を
形成できる。しかし、鋳造品は、製品として使用できな
いものではないが、肉厚にバラツキを生じ、肉厚の安定
性に欠けるものであった。そこで、金属チップを３．０
ｗｔ％を含有した砂鋳型に、塗型厚さ０．３ｍｍを形成
し、鉄粉平均粒径１００メッシュの鉄粉含有量を変えて
実験した。なお、浸漬および取り出し時間は、５秒間と
する。

【００２５】この図６の折線Ｄによれば、製品肉厚は、
鉄粉量に応じて均一に形成されることが判明する。しか
しながら、鉄粉の混入量が１５ｗｔ％未満の場合、溶湯
７の付着による凝固層が余りにも薄肉になる。また、鉄
粉の混入量が５０ｗｔ％を越える場合、溶湯の付着によ
る凝固層が厚肉になる。したがって、この方法によって
薄肉鋳造品を製造する場合、鉄粉をジルコニア（Ｚn2
Ｏ）に対して通常１５〜５０ｗｔ％を混入させることが
必要である。この実施例の砂鋳型を使用して浸漬鋳造す
れば、製品として使用できる最低肉厚０．５ｍｍまでの
薄肉鋳造品を容易に鋳造することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、複雑な形状を有する鋳造品を所望の厚さに簡単に製
造させ得る砂鋳型を提供することができる。したがっ
て、従来の鋳型や砂鋳型に比して、この発明の砂鋳型の
製造コスト、およびこの発明の砂鋳型による製品の製造
コストを著しく低減することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す砂鋳型の断面図であ
る。

【図２】この実施例に用いる鋳造装置を示す概略の断面
図である。

【図３】金属チップ含有量に対する砂鋳型のクラック発
生時間を示す図である。

【図４】金属チップの長さに対する砂鋳型のクラック発
生時間を示す図である。

【図５】金属チップの径に対する砂鋳型のクラック発生
時間を示す図である。

【図６】塗型層４の鉄粉混入量と製品肉厚の関係を示し
た図である。

【図７】従来の鋳造法における鋳型の断面図である。

【符号の説明】

１砂鋳型２鋳物砂３金属チップ４塗型層（主成分：鉄粉、ジルコニア）５塗型層（主成分：アルミナ粉末、酸化鉄鉄粉）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】溶湯中に浸漬し、表面に薄肉鋳造品を製
造する砂鋳型であって、有機系の樹脂を砂粒に混練した
鋳物砂に、長さ５〜２０ｍｍ，外径０．２〜０．６ｍｍ
の金属チップを１．４〜３．０ｗｔ％の割合で混入して
所定形状に造形してなる砂鋳型。
【請求項２】前記砂鋳型の薄肉鋳造品を形成する部位
にジルコニアおよび該ジルコニアに対し１５〜５０ｗｔ
％の割合で混入された鉄粉を主成分とする塗型層を形成
したことを特徴とする請求項１に記載の砂鋳型。