JP2759208B2 - シエル鋳型造型用金型 - Google Patents
シエル鋳型造型用金型Info
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- JP2759208B2 JP2759208B2 JP63193987A JP19398788A JP2759208B2 JP 2759208 B2 JP2759208 B2 JP 2759208B2 JP 63193987 A JP63193987 A JP 63193987A JP 19398788 A JP19398788 A JP 19398788A JP 2759208 B2 JP2759208 B2 JP 2759208B2
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- shell
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐摩耗性を要するシェル鋳型造型用金型に
関する。
関する。
〔従来の技術〕 シェル鋳型造型用金型は、圧縮空気で供給され充填さ
れたシェル砂を焼成してシェル鋳型を造型する関係上、
250〜350℃程度の温度に加熱して使用される。従来のシ
ェル鋳型造型用金型は鋳鉄や鋼で製作されているが、こ
れらの金型は熱伝導率が低いため、これらの金型を使用
すると次の（イ）〜（ニ）に示す問題点があった。
れたシェル砂を焼成してシェル鋳型を造型する関係上、
250〜350℃程度の温度に加熱して使用される。従来のシ
ェル鋳型造型用金型は鋳鉄や鋼で製作されているが、こ
れらの金型は熱伝導率が低いため、これらの金型を使用
すると次の（イ）〜（ニ）に示す問題点があった。
（イ）焼成造型されたシェル鋳型には焼むらが多く発生
する。
する。
（ロ）金型が熱歪を起こしシェル鋳型が変形する。
（ハ）金型を所定温度に加熱するのに多くのエネルギー
を要するとともに時間がかかる。
を要するとともに時間がかかる。
（ニ）シェル鋳型の生産性が低い。
上記の問題点を克服するため、特開昭61−279649号公
報に記載の如く、0.01重量％のジルコニウムおよび残部
が銅からなる銅合金を提供した。この銅合金は熱伝導率
が大きくて容易に金型全体を所定温度にまで加熱できる
うえに、鋳型には焼むらがほとんど生じない。また、金
型が熱歪を起こさないのでシェル鋳型がほとんど変形せ
ず、金型全体を短時間で所定温度に加熱しうるため消費
エネルギーが節約できる。
報に記載の如く、0.01重量％のジルコニウムおよび残部
が銅からなる銅合金を提供した。この銅合金は熱伝導率
が大きくて容易に金型全体を所定温度にまで加熱できる
うえに、鋳型には焼むらがほとんど生じない。また、金
型が熱歪を起こさないのでシェル鋳型がほとんど変形せ
ず、金型全体を短時間で所定温度に加熱しうるため消費
エネルギーが節約できる。
しかしながら、この銅合金製金型は、圧縮空気により
供給されるシェル砂により摩耗し易いという問題が生じ
ていた。
供給されるシェル砂により摩耗し易いという問題が生じ
ていた。
本発明の目的は、上記問題点を削除して、耐摩耗性を
有し、かつ寸法精度が良く、メッキ膜の剥離のない銅合
金製のシェル鋳型造型用金型を提供することにある。
有し、かつ寸法精度が良く、メッキ膜の剥離のない銅合
金製のシェル鋳型造型用金型を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明のシェル鋳型造型
用金型においては、0.01〜3.0重量％のジルコニウムを
含み、残部が銅からなる金型の表面に電解メッキによっ
て20〜50μｍ厚のニッケル系金属膜を設けたものであ
る。
用金型においては、0.01〜3.0重量％のジルコニウムを
含み、残部が銅からなる金型の表面に電解メッキによっ
て20〜50μｍ厚のニッケル系金属膜を設けたものであ
る。
このニッケル系金属をニッケル又はりん含有ニッケル
とするのが効果的である。
とするのが効果的である。
ジルコニウムを0.01〜3.0重量％含み、残部が銅合金
からなるシェル鋳型造型用金型は熱伝導率が大きいた
め、金型全体に熱が均等に伝達する。この金型の表面に
形成されたニッケル系金属のメッキ膜は、前記金型表面
に十分密着するとともに、前記銅合金より硬質である。
からなるシェル鋳型造型用金型は熱伝導率が大きいた
め、金型全体に熱が均等に伝達する。この金型の表面に
形成されたニッケル系金属のメッキ膜は、前記金型表面
に十分密着するとともに、前記銅合金より硬質である。
この銅合金に含まれるジルコニウムが0.01％より少な
いと繰返し熱疲労強度が高くならず、３％より多くなる
と鋳造性が悪くなり歩留も悪くなるとともに、それ以上
の熱疲労強度の向上が得られない。従って、銅合金に含
有されるジルコニウムは0.01〜3.0重量％とする。好ま
しくは、0.03〜3.0％がよい。
いと繰返し熱疲労強度が高くならず、３％より多くなる
と鋳造性が悪くなり歩留も悪くなるとともに、それ以上
の熱疲労強度の向上が得られない。従って、銅合金に含
有されるジルコニウムは0.01〜3.0重量％とする。好ま
しくは、0.03〜3.0％がよい。
また、金型の表面に設けたメッキ膜の厚さは、20μｍ
より薄いと金型の表面の摩耗寿命が短かくなり、50μｍ
より厚くなるとメッキが剥離したり寸法精度が低下する
ので、20〜50μｍが好ましい。
より薄いと金型の表面の摩耗寿命が短かくなり、50μｍ
より厚くなるとメッキが剥離したり寸法精度が低下する
ので、20〜50μｍが好ましい。
そして、メッキ膜用のニッケル系金属として、ニッケ
ル又はりん含有ニッケルは金型の熱伝導率の低下を少な
くするとともに耐摩耗性を高める。
ル又はりん含有ニッケルは金型の熱伝導率の低下を少な
くするとともに耐摩耗性を高める。
本発明の実施例について第１図〜第８図により説明す
る。
る。
第１実施例 金型の材質としては第１表に示すように、試料No.1が
発明材の金型であって、03重量％ジルコニウム含有の銅
合金にニッケルを20〜50μｍの厚さに電解メッキしたも
のであり、No.2〜No.8が比較材である。No.2〜No.5は前
記銅合金を用いたもので、No.2はクロムを20〜30μｍの
厚さに電解メッキしたもの、No.3は15〜25μｍの厚さに
すず拡散被覆を施したもの、No.4は20〜30μｍの厚さに
タングステン溶射したもの、No.5は表面処理なしの金型
の場合である。No.6は普通鋳鉄（FC25）製金型の場合、
No.7は球状黒鉛鋳鉄（FCD45）製金型の場合、No.8は銅
（SKD61）製金型の場合であって、No.6〜８も表面処理
をしていない。
発明材の金型であって、03重量％ジルコニウム含有の銅
合金にニッケルを20〜50μｍの厚さに電解メッキしたも
のであり、No.2〜No.8が比較材である。No.2〜No.5は前
記銅合金を用いたもので、No.2はクロムを20〜30μｍの
厚さに電解メッキしたもの、No.3は15〜25μｍの厚さに
すず拡散被覆を施したもの、No.4は20〜30μｍの厚さに
タングステン溶射したもの、No.5は表面処理なしの金型
の場合である。No.6は普通鋳鉄（FC25）製金型の場合、
No.7は球状黒鉛鋳鉄（FCD45）製金型の場合、No.8は銅
（SKD61）製金型の場合であって、No.6〜８も表面処理
をしていない。
各金型の表面のビッカース硬さを実測した結果は第２
表に示す通りで、発明材のNo.1試料のビッカース硬さは
700で良好な値を示し、No.2は更に良好な結果を示し
た。
表に示す通りで、発明材のNo.1試料のビッカース硬さは
700で良好な値を示し、No.2は更に良好な結果を示し
た。
なお、No.1〜No.4は表面処理部分の硬さである。
これらの各金型をガスバーナーで背面から一定条件で
加熱し、その加熱時間とその時点での金型内表面の温度
を測定し、その温度変化の状態を示したのが第２図であ
る。
加熱し、その加熱時間とその時点での金型内表面の温度
を測定し、その温度変化の状態を示したのが第２図であ
る。
第２図からすれば、シェル砂焼成温度を320℃とした
場合、金型内表面がその温度に到達するまでの加熱時間
は、従来の鉄系金型（No.6〜８）では70〜80分であるの
に対し、No.1は約30分であって、発明材の金型は熱伝導
率の優れていることが判る。
場合、金型内表面がその温度に到達するまでの加熱時間
は、従来の鉄系金型（No.6〜８）では70〜80分であるの
に対し、No.1は約30分であって、発明材の金型は熱伝導
率の優れていることが判る。
次に、金型の内表面の温度と金型の歪量との関係を調
査した。第３図に示すように、縦400mm、横600mm、厚さ
100mmの金型の背面側を加熱し、金型に生じたたわみ量
ｈを金型の歪量として計測し、その歪量を金型の内表面
の温度との関係を示したのが第４図である。所定温度の
320℃での歪量は、鉄系金型の場合（No.6〜８）では0.4
mm以上であるのに対し、No.1およびNo.5では歪量はほと
んどない。すなわち、銅合金にニッケル表面処理を施し
た場合も、表面処理なしの場合も歪量がほとんどないこ
とがわかる。これは熱伝導率の良い程、加熱面と内表面
との温度差が少なくなり、温度差の少ない加熱膨張量の
差も少なく、歪量も少なくなるからである。歪量が0.3m
m以上になると、シェル砂を互いに組み合わせた２つの
金型の内部に形成された空間の型内に吹込んだ時、金型
の合わせ面からシェル砂が吹出すようになり、使用上問
題となる。
査した。第３図に示すように、縦400mm、横600mm、厚さ
100mmの金型の背面側を加熱し、金型に生じたたわみ量
ｈを金型の歪量として計測し、その歪量を金型の内表面
の温度との関係を示したのが第４図である。所定温度の
320℃での歪量は、鉄系金型の場合（No.6〜８）では0.4
mm以上であるのに対し、No.1およびNo.5では歪量はほと
んどない。すなわち、銅合金にニッケル表面処理を施し
た場合も、表面処理なしの場合も歪量がほとんどないこ
とがわかる。これは熱伝導率の良い程、加熱面と内表面
との温度差が少なくなり、温度差の少ない加熱膨張量の
差も少なく、歪量も少なくなるからである。歪量が0.3m
m以上になると、シェル砂を互いに組み合わせた２つの
金型の内部に形成された空間の型内に吹込んだ時、金型
の合わせ面からシェル砂が吹出すようになり、使用上問
題となる。
さらに、上記金型のうち、No.1の発明材とNo.6の普通
鋳鉄の金型の背面側を50〜350℃にガスバーナで加熱し
た時の内面側の温度を第３表に示す。
鋳鉄の金型の背面側を50〜350℃にガスバーナで加熱し
た時の内面側の温度を第３表に示す。
第３表より、No.1では背面側と内面側との温度差がほ
とんど無く、歪量が少なくなることが判る。
とんど無く、歪量が少なくなることが判る。
第２実施例 第１表に示したそれぞれの材質で、縦400mm、横600m
m、厚さ100mmの金型を製作し、2.5〜3.0kg/cm2の圧力で
シェル砂をブローし、金型に吹込んだ。このような方法
でシェル鋳型を1000個造型した後、各金型の摩耗量を測
定した。その結果を第１図に示す。本発明の金型（No.
1）の場合は、クロムの表面処理を施した銅合金金型（N
o.2）の場合と同等程度に摩耗量が少なく、優れている
ことが判る。
m、厚さ100mmの金型を製作し、2.5〜3.0kg/cm2の圧力で
シェル砂をブローし、金型に吹込んだ。このような方法
でシェル鋳型を1000個造型した後、各金型の摩耗量を測
定した。その結果を第１図に示す。本発明の金型（No.
1）の場合は、クロムの表面処理を施した銅合金金型（N
o.2）の場合と同等程度に摩耗量が少なく、優れている
ことが判る。
第３実施例 第１表に示す材質（基材、表面処理）の金型材No.1〜
７で、断面が10mm×10mm、長さが50mmの試験片について
摩耗試験および表面剥離試験を行った。
７で、断面が10mm×10mm、長さが50mmの試験片について
摩耗試験および表面剥離試験を行った。
摩耗試験は第５図に示す装置を使用し漂砂水槽２の中
に５重量％の珪砂を配合した混合水を入れ、その中で試
験片３を電動機１により周速10m/秒で回転させ、13,25,
50時間後に各試験片の摩耗重量を測定した。その結果を
第６図に示す。表面処理の種類では、ニッケル電解メッ
キ（No.1）とクロム電解メッキ（No.2）ではほぼ同量の
摩耗重量で、すず拡散被覆（No.3）およびタングステン
溶射（No.4）の場合より優れている。さらに従来の金型
材との比較では、発明材である銅合金にニッケルの20〜
50μｍ厚さに電解メッキを施したNo.1の場合は、普通鋳
鉄（No.6）および球状黒鉛鋳鉄（No.7）よりも摩耗重量
が少ない。
に５重量％の珪砂を配合した混合水を入れ、その中で試
験片３を電動機１により周速10m/秒で回転させ、13,25,
50時間後に各試験片の摩耗重量を測定した。その結果を
第６図に示す。表面処理の種類では、ニッケル電解メッ
キ（No.1）とクロム電解メッキ（No.2）ではほぼ同量の
摩耗重量で、すず拡散被覆（No.3）およびタングステン
溶射（No.4）の場合より優れている。さらに従来の金型
材との比較では、発明材である銅合金にニッケルの20〜
50μｍ厚さに電解メッキを施したNo.1の場合は、普通鋳
鉄（No.6）および球状黒鉛鋳鉄（No.7）よりも摩耗重量
が少ない。
次に、表面剥離試験は、シェル鋳型を造型する際のシ
ェル砂に含まれる粘結剤および離型剤の影響を無くする
ため、上記試験片のうちNo.1〜５を約300℃に加熱して
保持し離片剤塗布およびシェル砂のブローを施し、第７
図に示す加熱冷却サイクルを繰返し行い、表面処理膜の
剥離性を調べた。その結果、クロム電解メッキ（No.
2）、すず拡散被覆（No.3）、タングステン溶射（No.
4）の表面処理膜の場合は、３〜６サイクルで剥離した
のに対し、ニッケルの表面処理膜（No.1）の場合は500
サイクルでも剥離がなかった。
ェル砂に含まれる粘結剤および離型剤の影響を無くする
ため、上記試験片のうちNo.1〜５を約300℃に加熱して
保持し離片剤塗布およびシェル砂のブローを施し、第７
図に示す加熱冷却サイクルを繰返し行い、表面処理膜の
剥離性を調べた。その結果、クロム電解メッキ（No.
2）、すず拡散被覆（No.3）、タングステン溶射（No.
4）の表面処理膜の場合は、３〜６サイクルで剥離した
のに対し、ニッケルの表面処理膜（No.1）の場合は500
サイクルでも剥離がなかった。
ニッケル表面処理の場合剥離が少ない理由は、クロム
の熱膨張率（0.82×10-5/℃）に対し、ニッケルの熱膨
張率（1.279×10-5/℃）は大きいため、0.3重量％ジル
コニウム含有の銅合金の熱膨張率（1.86×10-5/℃）と
の差が小さく、そのため熱膨張率の差により表面処理膜
に生じる引張りの熱応力が小さくなり、表面処理膜を剥
がす力が小さくなるので、繰返し応力の熱疲労強度に強
く、剥離しにくくなるためと考えられる。
の熱膨張率（0.82×10-5/℃）に対し、ニッケルの熱膨
張率（1.279×10-5/℃）は大きいため、0.3重量％ジル
コニウム含有の銅合金の熱膨張率（1.86×10-5/℃）と
の差が小さく、そのため熱膨張率の差により表面処理膜
に生じる引張りの熱応力が小さくなり、表面処理膜を剥
がす力が小さくなるので、繰返し応力の熱疲労強度に強
く、剥離しにくくなるためと考えられる。
第８図（Ｂ）に銅合金４と表面処理膜５との境界面に
剥離部７の見られるクロム電解メッキの場合（No.2）
と、第８図（Ａ）に剥離の見られないニッケル電解メッ
キによる表面処理膜５を施した銅合金４の場合と金型の
断面の金属組織の顕微鏡写真を示す。
剥離部７の見られるクロム電解メッキの場合（No.2）
と、第８図（Ａ）に剥離の見られないニッケル電解メッ
キによる表面処理膜５を施した銅合金４の場合と金型の
断面の金属組織の顕微鏡写真を示す。
以上の第１実施例から第３実施例を総合して、0.3重
量％ジルコニウム含有の銅合金にニッケル表面処理を施
した場合が熱歪が少なく、耐摩耗性、造型回数がともに
優れ、かつ表面処理膜の剥離がないことから、最も優れ
たものであると考えられる。
量％ジルコニウム含有の銅合金にニッケル表面処理を施
した場合が熱歪が少なく、耐摩耗性、造型回数がともに
優れ、かつ表面処理膜の剥離がないことから、最も優れ
たものであると考えられる。
さらに、前記銅合金にニッケル表面処理膜を形成後、
350〜450℃で約１時間保持の熱処理を施すことにより前
記熱処理なしの場合と同等以上に優れていることが判っ
た。
350〜450℃で約１時間保持の熱処理を施すことにより前
記熱処理なしの場合と同等以上に優れていることが判っ
た。
なお、前記銅合金にりん含有ニッケルの表面処理を無
電解メッキにより施した場合、ニッケルマトリックス中
にNi3P等の硬質の化合物が内在するのでニッケル表面処
理の場合（No.1）と同等の効果を有することが確認でき
た。この場合のりんの含有量は８〜10重量％が望まし
い。
電解メッキにより施した場合、ニッケルマトリックス中
にNi3P等の硬質の化合物が内在するのでニッケル表面処
理の場合（No.1）と同等の効果を有することが確認でき
た。この場合のりんの含有量は８〜10重量％が望まし
い。
〔発明の効果〕 本発明は、以上説明したように構成されているので、
下記に記載されるような効果を奏する。
下記に記載されるような効果を奏する。
ジルコニウムを0.01〜3.0重量％含有する銅合金にニ
ッケル系金属のメッキを施した材質のシェル鋳型造型用
金型はその寸法精度が良いとともにメッキ膜が硬いため
耐摩耗性に優れるので造型回数が飛躍的に向上するとと
もに、メッキ膜の厚さを50μｍ以下としたので銅合金と
メッキ膜との境界が剥離しにくいので優れたシェル鋳型
造型用金型が得られる。
ッケル系金属のメッキを施した材質のシェル鋳型造型用
金型はその寸法精度が良いとともにメッキ膜が硬いため
耐摩耗性に優れるので造型回数が飛躍的に向上するとと
もに、メッキ膜の厚さを50μｍ以下としたので銅合金と
メッキ膜との境界が剥離しにくいので優れたシェル鋳型
造型用金型が得られる。
そして、そのメッキ用のニッケル基金属としてニッケ
ル又はりん含有ニッケルを用いることにより、上記の効
果はより一層顕著なものとなる。
ル又はりん含有ニッケルを用いることにより、上記の効
果はより一層顕著なものとなる。
第１図は発明材および比較材の金型にシェル砂を1000回
までブローした場合の各金型の摩耗量を測定した結果を
示すグラフであり、第２図はガスバーナーで金型の背面
側から加熱した場合の加熱時間と金型温度についての試
験結果を示すグラフであり、第３図は金型の加熱時の歪
量測定方法を示す説明図であり、第４図は金型の加熱試
験で金型の温度と歪量についての試験結果を示すグラフ
であり、第５図は摩耗量測定装置の概略構造を示す部分
断面図であり、第６図は発明材および比較材による金型
の摩耗試験結果を示すグラフであり、第７図は表面処理
膜の剥離試験における加熱、冷却サイクルを示す説明図
であり、第８図（Ａ）は本発明による銅合金にニッケル
電解メッキを施した金型の断面の金属組織を示す写真で
あり、第８図（Ｂ）は比較材によるクロム電解メッキ膜
が銅合金から剥離している金型断面の金属組織を示す写
真である。 ５……表面処理膜
までブローした場合の各金型の摩耗量を測定した結果を
示すグラフであり、第２図はガスバーナーで金型の背面
側から加熱した場合の加熱時間と金型温度についての試
験結果を示すグラフであり、第３図は金型の加熱時の歪
量測定方法を示す説明図であり、第４図は金型の加熱試
験で金型の温度と歪量についての試験結果を示すグラフ
であり、第５図は摩耗量測定装置の概略構造を示す部分
断面図であり、第６図は発明材および比較材による金型
の摩耗試験結果を示すグラフであり、第７図は表面処理
膜の剥離試験における加熱、冷却サイクルを示す説明図
であり、第８図（Ａ）は本発明による銅合金にニッケル
電解メッキを施した金型の断面の金属組織を示す写真で
あり、第８図（Ｂ）は比較材によるクロム電解メッキ膜
が銅合金から剥離している金型断面の金属組織を示す写
真である。 ５……表面処理膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊谷 養蔵 茨城県勝田市堀口832番地の２ 株式会 社日立製作所勝田工場内 (72)発明者 土田 正信 愛知県岡崎市本宿町字梨子木９番地80 (72)発明者 辻 烈 愛知県豊川市八幡町野路58番地11 (72)発明者 田中 元康 愛知県豊川市高見町５―34 (56)参考文献 特開 昭61−279649（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−97745（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−74116（ＪＰ，Ａ) 特公 昭48−28255（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】0.01〜3.0重量％のジルコニウムを含み残
部が銅からなるシェル鋳型造型用金型において、該金型
の表面に電解メッキによる20〜50μｍ厚のニッケル系金
属膜を設け、圧縮空気により供給されるシェル砂による
摩耗を減少させることを特徴とするシェル鋳型造型用金
型。 - 【請求項２】前記ニッケル系金属がニッケルおよびりん
含有ニッケルのいずれかであることを特徴とする請求項
１記載のシェル鋳型造型用金型。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63193987A JP2759208B2 (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | シエル鋳型造型用金型 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63193987A JP2759208B2 (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | シエル鋳型造型用金型 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0241736A JPH0241736A (ja) | 1990-02-09 |
| JP2759208B2 true JP2759208B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=16317084
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63193987A Expired - Fee Related JP2759208B2 (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | シエル鋳型造型用金型 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2759208B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5017816B2 (ja) * | 2005-08-18 | 2012-09-05 | 株式会社ブリヂストン | 車両用シートパッド |
| JP4927476B2 (ja) * | 2006-08-21 | 2012-05-09 | 倉敷化工株式会社 | 防振ブッシュ及びその製造方法 |
| JP2011110089A (ja) * | 2009-11-24 | 2011-06-09 | Nhk Spring Co Ltd | 車両用シートクッション |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51109224A (ja) * | 1975-03-20 | 1976-09-28 | Satosen Co Ltd | Tainetsuseichokogokinhifukuojusuru kozotai |
| JPS5377840A (en) * | 1976-12-21 | 1978-07-10 | Mishima Kosan Co Ltd | Preparation of mold for slab |
| JPS61279649A (ja) * | 1985-06-05 | 1986-12-10 | Hitachi Ltd | シエル鋳型造型用金型 |
| JPS6297745A (ja) * | 1985-10-25 | 1987-05-07 | Hitachi Ltd | シエル鋳型造型用金型 |
-
1988
- 1988-08-03 JP JP63193987A patent/JP2759208B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0241736A (ja) | 1990-02-09 |
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