JP2914991B2 - 中空鋳物の製造方法および装置 - Google Patents

中空鋳物の製造方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は中空状の鋳物の製造方法および装置に関し、
一層詳細には、例えば、自動車用エンジンの吸気マニホ
ールドのように中空状で且つ薄肉の鋳物をシェル中子を
使用して鋳造する際、前記中子に含まれる樹脂成分の燃
焼から発生するガスによる鋳物の内部欠陥の発生を防止
すると共に、溶湯の凝固を促進させ、品質に優れた鋳造
品を効率よく鋳造することを可能とした中空鋳物の製造
方法および装置に関する。
[発明の背景] 高馬力化、高級化指向と相俟って、例えば、4気筒か
ら6気筒へとエンジンの多気筒化が行われる傾向にあ
る。この場合、生産効率の向上と高品質化とを目指し、
自動車等のエンジンを構成する各部品には鋳造品が多用
されつつある。この多気筒エンジン本体に気化燃料を供
給するために用いられる吸気マニホールドもこの例外で
はない。この吸気マニホールドは、通常、薄肉で長い曲
管形状を呈する。従って、鋳造に際しては、中空部分を
形成するために中子を使用する必要がある。この場合、
中子はシェル中子であり、当該シェル中子を作製する
際、樹脂成分が使用される。従って、このシェル中子に
は当該樹脂剤が含有されている。このため、中子に高温
の溶湯が接触した際にその樹脂成分が溶湯の熱によって
焼成しガスが発生する。この燃焼ガスの大部分は金型に
設けられたガス抜き孔を介して大気中に放散される。然
しながら、一方において、中子の形状、あるいは溶湯温
度等の諸条件に依存して完全に放散することが出来ず、
溶湯の中にガスの一部が残留することもある。その結
果、鋳造欠陥を招来する虞がある。
[発明の目的] 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもの
であって、金型にシェル中子を配置し、次いで当該金型
内のキャビテイに溶湯を加圧充填した後、中子の一方の
巾木部から当該中子内の燃焼ガスを強制的に排出し、し
かる後、前記中子の他方の巾木部から冷却用気体を前記
中子内に強制的に供給し、これによって高温の溶湯を注
湯する際、シェル中子の樹脂成分が燃焼して生ずるガス
による鋳物の内部欠陥の発生を阻止し併せて溶湯の凝固
の促進を図り、鋳造欠陥のない高品位の鋳造品を効率よ
く鋳造することを可能とする中空鋳物の製造方法および
装置を提供することを目的とする。
[目的を達成するための手段] 前記の目的を達成するために、本発明は、金型内に中
空状の中子が組み込まれて画成されるキャビテイに溶湯
を加圧充填して中空状の鋳物を鋳造する中空鋳物の製造
方法であって、燃焼成分を含んで形成されている前記中
空状の中子の一端部側から溶湯を第1の所定圧力以上と
なるように加圧注湯し、第1の時刻において溶湯充填が
完了した後、更に溶湯に対して加圧し、その間の第2の
時刻において前記燃焼成分が燃焼して発生する前記中子
からの燃焼ガスを該中子の中空状の内部を通って外部に
強制的に吸引排出し、該溶湯に対する加圧圧力が前記第
1の所定圧力より大である第2の所定圧力に至って所定
時間経過後に前記強制的に燃焼ガスを排出することを停
止し、更に該第2の所定圧力による溶湯への加圧状態を
維持し、前記金型の型開き直前の第3の時刻において該
中子の他端部側から該中子の内部に冷却用気体を供給
し、前記冷却用気体により該中子を介して溶湯を冷却す
ることを特徴とする。
なお、中子を構成する燃焼成分が樹脂成分であると、
鋳物内に巣が発生する懸念が払拭され、本発明の効果が
一層発揮できる。
また、本発明の中空鋳物の製造方法を実施するための
製造装置は、ガス排出機構と冷却用気体供給機構とを有
し、前記ガス排出機構は、前記中子の中空状の内部一端
部側に連通する燃焼ガス排出口と、前記燃焼ガス排出口
に接続される第1の管路と、前記第1の管路に介装され
排気源に連通する第1の電磁切換弁と、を有し、前記冷
却用気体供給機構は、前記中子の中空状の内部他端部側
に連通する冷却用気体供給口と、前記冷却用気体供給口
に接続される第2の管路と、前記第2の管路に介装され
冷却用気体供給源に連通する第2の電磁切換弁と、を有
し、溶湯注湯時に前記第1の電磁切換弁は排気源が付勢
されている間開成されて前記中子に含まれる燃焼成分が
燃焼されて発生する前記中子からの燃焼ガスを外部に強
制的に排出し、前記溶湯に対する加圧圧力が所定圧力に
至って所定時間経過後に閉成されて前記の強制的に燃焼
ガスを排出することを停止し、前記第2の電磁切換弁は
冷却用気体供給源が付勢されており且つ前記溶湯が前記
所定圧力によって加圧状態が維持されて型開き直前の時
刻に開成されて前記中子の他端部側から該中子の内部に
冷却用気体を供給して該中子を冷却することを特徴とす
る。
[実施態様] 次に、本発明に係る中空鋳物の製造方法について、そ
れを実施する装置との関係において好適な実施態様を挙
げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
第1図において、参照符号10は本実施態様に係る中空
鋳物の鋳造装置を示し、この鋳造装置10は鋳型11を含
む。当該鋳型11は下型12と、上型14とから基本的に構成
される。本実施態様では、下型12と上型14の夫々対向す
る製品成形面によってキャビティCが画成され、このキ
ャビティCは、中空鋳物の一例として、エンジンの吸気
マニホールドの輪郭形状に対応する。
先ず、前記下型12の製品成形面は製品である吸気マニ
ホールドの外形を形成するように、すなわち、図中、下
方に指向して凹面となるように湾曲形成される。このよ
うな下型12にあっては、キャビテイCの略中心に臨むよ
うにゲート部16が設けられ、このゲート部16はストーク
18を介して溶湯が加熱保持される溶湯保持炉(図示せ
ず)に連通する。従って、加熱保持炉の溶湯表面を所定
圧の圧力気体で加圧することによって、溶湯が当該スト
ーク18、ゲート部16を介してキャビテイCに供給される
ように構成されている。なお、前記ゲート部16の周囲
は、例えば、銅合金等の高熱伝導部材からなる入子20に
よって囲繞されており、溶湯の熱を拡散させ、その近傍
の溶湯の凝固を促進するようにしている。
次に、前記上型14は図示しない駆動機構に連結されて
昇降自在に構成される。この場合、上型14の製品成形面
は吸気マニホールドの外形を形成するように、すなわ
ち、図中、下方に指向して凸状に形成されている。
また、前記上型14は製品である吸気マニホールドのシ
リンダヘッド側における比較的厚肉な部分を形成するた
めの入子22と、図中、これとは反対側の端部にあって、
吸気マニホールドの開口部とされる部分を形成するため
の分割型24とを含む。この場合、前記入子22と分割型24
の材質には、例えば、銅合金のような高熱伝導部材が用
いられ、これら以外の部分よりも伝熱効率を向上させて
いる。さらに、前記入子22と分割型24の背面には夫々、
冷却ブロック28、30が設けられている。当該冷却ブロッ
ク28、30内には冷却用水を導入するための通路29、31が
形成されている。
このような上型14の、図中、左方端部には押湯部32が
設けられる。この場合、当該押湯部32の材質として下型
12および上型14の他の部位に比較して熱容量の大きな金
属、例えば、SKD61等の工具鋼を採用している。当該押
湯部32は前記キャビティCに連通しており、キャビティ
Cに充填される溶湯が凝固することにより生ずる収縮に
対して当該キャビティCに溶湯の補充を行うように作用
する。
ここで、前記上型14と前記下型12間に吸気マニホール
ドの中空部分を画成するためのシェル中子34を介装す
る。この中子34は予め吸気マニホールドの内空間に対応
する形状に型造りされた中空状である(第1図、破線参
照)。前記中子34の両端部にはこの中子34を前記下型12
に対して入れ込む際、当該中子34自体を位置決め固定す
るための中子34と同質部材からなる巾木部34a、34bが形
成される。
次に、以上のように構成される鋳型11には溶湯が中子
34と接触した際に発生する中子34の樹脂成分の燃焼ガス
を吸引してこれを外部に強制的に排気するガス排出機構
である排気回路36と、中子34内に強制的に冷却用流体で
ある空気を吹き込み、中子34と接触する溶湯の凝固を促
進させる流体供給機構である冷却回路38が接続される。
すなわち、押湯部32には前記巾木部34aに臨み当該巾
木部34a、中子34を構成する粒子間から樹脂成分が燃焼
する際生ずるガスを強制排出するための排出口40が設け
られている。なお、当該排出口40にはT字管42が接続さ
れ、矢印に示すようにコンプレッサ(図示せず)から電
磁弁44を介して圧縮空気が前記T字管42に供給されるよ
うに構成されている。
一方、分割型24には冷却用流体供給口である空気通路
45が設けられ、この空気通路45にはコンプレッサ(図示
せず)から電磁弁46を介して冷却用空気が供給される管
路48を接続しておく。前記空気通路45は中子34と同質の
材質からなる巾木部34bに臨む。
本実施態様に係る吸気マニホールドの低圧鋳造装置の
鋳型11は、基本的には、以上のように構成されるもので
あり、次に、その作用並びに効果について説明する。
第1図において、先ず、予め吸気マニホールドの内空
間に対応する形状に形成されている中子34を下型12の所
定位置に位置決めする。
次に、上型14を図示しない駆動機構によって下降させ
前記下型12と型締めする。これによって、前記下型12お
よび前記上型14の製品成形面と、吸気マニホールドの内
空間に対応する形状に形成されている中子34との間には
吸気マニホールドの製品形状に相当するキャビティCが
画成される。その際、当該キャビティCは前記下型12の
略中間に設けられているゲート部16に連通すると共に前
記上型14の端部に設けられている押湯部32に連通する。
次に、第2図を参照しながら当該鋳型における動作説
明を行う。溶湯保持炉(図示せず)に加熱保持されて溶
湯の表面を加圧手段(図示せず)から供給される所定圧
の圧力気体によって加圧し、加圧力が圧力P1に達すると
溶湯がストーク18を介してゲート部16に到達し、さらに
溶湯面の加圧を続行することにより前記キャビテイCと
溶湯が加圧充填される。なお、時刻t0秒は前記キャビテ
イCに溶湯が充填完了される時間を示し、予め試行によ
って決定されたものである。
キャビテイCに溶湯が充填される際、中子内の樹脂成
分が高温の溶湯の熱によって燃焼してガスが発生する。
そこで、t0秒経過した後、時刻t1において電磁弁44が
ONされ、コンプレッサ(図示せず)から当該電磁弁44を
介して空気がT字管42に供給され、高圧の空気がT字管
42を通過することにより排出口40に負圧が生じ、微細な
粒子からなる中子34から発生する燃焼ガスがその粒子間
を通って巾木部34aに至り、次いで、当該T字管42を介
して外部に排出される。
一方、前記キャビテイCに充填された溶湯の凝固が徐
々に進行すると、溶湯は凝固するに従って収縮する。他
方、押湯部32を構成する部材は熱容量の大きな金属を選
択しているので、押湯部32の空洞32a内に満たされてい
る溶湯は未凝固の状態である。そこで、この未凝固の溶
湯が一部前記キャビテイCに重力によって補充されるこ
とで前記キャビティCが完全に満たされる。そして、溶
湯保持炉(図示せず)の溶湯面が圧力P2に達すると、所
定時間この加圧状態が保持される。
ところで、前記上型14には高熱伝導部材よりなる入子
22、分割型24とが設けられているので熱が当該入子22、
分割型24の背面の冷却ブロック28、30の冷却作用下に放
散される。この際、冷却ブロック28、30内に設けられる
通路29、31内を冷却用水が通流されるので冷却用水によ
って熱交換がなされ、熱放散が促進されることになる。
しかも、溶湯面が圧力P2に達してから電磁弁44をOFFす
ることにより燃焼ガス排出動作を停止して後、時刻t2
おいて電磁弁46がONされ、コンプレッサ(図示せず)か
ら電磁弁46を介して冷却用空気が分割型24内の空気通路
45に供給されこの空気は巾木部34bに供給される。この
結果、前記分割型24が冷却されると共に、中子34自体も
冷却され、これは、溶湯の凝固の促進に役立つことにな
る。そして、このタイミングは次の事象を考慮して決定
される。すなわち、電磁弁46をONして冷却用空気を空気
通路45に供給して強制空冷を行うタイミングとして、溶
湯面が圧力P2に達してからすぐに電磁弁46がONされる
と、キャビテイC内の溶湯が所謂エアふかれを起こし、
鋳造欠陥の要因となり、また、逆に前記タイミングが遅
延すると溶湯の凝固が促進されることにはならないから
である。
電磁弁46のON状態が所定時間経過後の時刻t3において
当該電磁弁46がOFFされ、冷却用空気の供給が停止され
る。溶湯保持炉(図示せず)内の溶湯面に印加されてい
た圧力が減圧される。これによって余剰な溶湯がゲート
部16からストーク18を介して前記溶湯保持炉内に戻る。
その後、前記上型14を下型12から離間させて型開きを
し、吸気マニホールドを取り出して後、吸気マニホール
ドからは中子34が除去される。
[発明の効果] 以上のように、本発明によれば、金型内のキャビテイ
に溶湯を加圧充填して所定時間経過後、中子の巾木部の
一端部から中子内の燃焼ガスを強制排出し、しかる後、
前記中子の巾木部の他端部から冷却用気体を前記中子内
に強制的に供給するようにしている。従って、燃焼ガス
の排気性の向上と溶湯の凝固の促進を図り、鋳造欠陥の
ない高品位の鋳造品を簡単な構成の装置により効率よく
鋳造することが可能となる効果が得られる。
以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明し
たが、本発明はこの実施態様に限定されるものではな
く、冷却用液体は空気に代えて不活性ガスを導入するこ
とも可能である等、本発明の要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々の改良並びに設計の変更が可能なことは勿論で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る中空鋳物の鋳造装置の鋳型の概略
縦断面図、 第2図は第1図に示す中空鋳物の鋳造方法のタイムチャ
ートである。 10……鋳造装置、11……鋳型 12……下型、14……上型 16……ゲート部、18……ストーク 24……分割型、28、30……冷却ブロック 32……押湯部、34……中子 34a、34b……巾木部、36……排気回路 44……電磁弁、45……空気通路 46……電磁弁
フロントページの続き (72)発明者 井村 武 埼玉県狭山市新狭山1―10―1 ホンダ エンジニアシング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−296938(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22C 9/24,9/10 B22C 9/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金型内に中空状の中子が組み込まれて画成
    されるキャビテイに溶湯を加圧充填して中空状の鋳物を
    鋳造する中空鋳物の製造方法であって、燃焼成分を含ん
    で形成されている前記中空状の中子の一端部側から溶湯
    を第1の所定圧力以上となるように加圧注湯し、第1の
    時刻において溶湯充填が完了した後、更に溶湯に対して
    加圧し、その間の第2の時刻において前記燃焼成分が燃
    焼して発生する前記中子からの燃焼ガスを該中子の中空
    状の内部を通って外部に強制的に吸引排出し、該溶湯に
    対する加圧圧力が前記第1の所定圧力より大である第2
    の所定圧力に至って所定時間経過後に前記強制的に燃焼
    ガスを排出することを停止し、更に該第2の所定圧力に
    よる溶湯への加圧状態を維持し、前記金型の型開き直前
    の第3の時刻において該中子の他端部側から該中子の内
    部に冷却用気体を供給し、前記冷却用気体により該中子
    を介して溶湯を冷却することを特徴とする中空鋳物の製
    造方法。
  2. 【請求項2】金型内に中空状の中子が組み込まれて画成
    されるキャビテイに溶湯を加圧充填して中空状の鋳物を
    製造する中空鋳物の製造装置であって、 前記装置はガス排出機構と冷却用気体供給機構とを有
    し、 前記ガス排出機構は、前記中子の中空状の内部一端部側
    に連通する燃焼ガス排出口と、前記燃焼ガス排出口に接
    続される第1の管路と、前記第1の管路に介装され排気
    源に連通する第1の電磁切換弁と、を有し、 前記冷却用気体供給機構は、前記中子の中空状の内部他
    端部側に連通する冷却用気体供給口と、前記冷却用気体
    供給口に接続される第2の管路と、前記第2の管路に介
    装され冷却用気体供給源に連通する第2の電磁切換弁
    と、を有し、 溶湯注湯時に前記第1の電磁切換弁は排気源が付勢され
    ている間開成されて前記中子に含まれる燃焼成分が燃焼
    されて発生する前記中子からの燃焼ガスを外部に強制的
    に排出し、前記溶湯に対する加圧圧力が所定圧力に至っ
    て所定時間経過後に閉成されて前記の強制的に燃焼ガス
    を排出することを停止し、前記第2の電磁切換弁は冷却
    用気体供給源が付勢されており且つ前記溶湯が前記所定
    圧力によって加圧状態が維持されて型開き直前の時刻に
    開成されて前記中子の他端部側から該中子の内部に冷却
    用気体を供給して該中子を冷却することを特徴とする中
    空鋳物の製造装置。
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