JP3114159B2 - 鋳型製造方法 - Google Patents

鋳型製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、金属を鋳造する
ための鋳型を製造する方法に関し、特に造型用模型を必
要としない鋳型の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、比較的複雑な形状の鋳造品を製造
する場合には、所定の材質で実物と同じ形状の原型（オ
ス型）を作成し、これをもとに鋳型を作成する工程を採
る。原型は、素材によって木型、金型、あるいは樹脂型
があるが、形状の複雑化や高寸法精度の要求などから精
密な加工機械を用いた加工する場合も多い。このように
して製造した原型の形状を砂型に転写して、固化させて
鋳型（メス型）を構成するようにしている。
【０００３】この転写の際には原型を取り除く必要があ
るが、鋳型を分割型とする、あるいはワックスや樹脂な
どの素材で原型を作り、砂型材料を付着させてから昇温
させて溶融あるいは燃焼させて除去するなどの方法が用
いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような方法においては、いずれも原型を転写して鋳型を
作成するために、工程が複雑になり、また、複雑な形状
の再現性が良くないという解決すべき課題があった。特
に、比較的寸法が大きくかつ形状が複雑である場合に
は、ワックスや樹脂では強度が低くて作業性や精度が悪
く、一方、分割型とする場合に、大きな鋳型を剥離させ
る作業が困難であり、その際に細部が欠けたりすること
がある。いずれも上記のような課題が一層顕著となっ
た。この発明は、上記のような課題に鑑み、寸法が大き
くかつ形状が複雑であるような鋳造品を鋳造する場合で
も、造型用模型を必要とせず、工程を軽減して作業性良
く、かつ高度の形状再現性をもって製造することができ
る鋳型の製造方法及び装置を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、粉粒体を固化させたブロックを、予め入力されたプ
ログラムに沿って工具を操作する自動制御加工機械等に
より直接に加工し、これを鋳型又は鋳型の一部とするこ
とを特徴とする鋳型製造方法である。これにより、自動
制御加工機械にデータを入力すれば、これを基に例えば
ＣＡＭと呼ばれるプログラムに沿って工具が操作され、
鋳型内面の必要な形状が、正確かつ迅速に加工される。
請求項２に記載の発明は、上記加工機械で用いられるデ
ータを、製品の寸法形状データを基にコンピュータで修
正して作成することを特徴とする請求項１に記載の鋳型
製造方法であり、製品寸法・形状に対して凝固収縮、仕
上げ代等を入力すれば、いわゆるＣＡＤと呼ばれるプロ
グラムにより正確で迅速な鋳型設計が行われ、これに沿
って鋳型加工がなされる。
【０００６】請求項３に記載の発明は、複数の上記ブロ
ックを加工し、これを組み合わせて鋳型とすることを特
徴とする請求項１又は２に記載の鋳型製造方法である。
請求項４に記載の発明は、上記複数のブロックの突き合
わせ面に位置決め用の凹凸を形成することを特徴とする
請求項３に記載の鋳型製造方法である。請求項５に記載
の発明は、上記複数のブロックの突き合わせ面の双方に
位置決め用の凹部を形成し、これら凹部に該凹部の双方
に嵌合する形状の位置決め部材を装着することを特徴と
する請求項３に記載の鋳型製造方法である。請求項６に
記載の発明は、上記ブロックは板状であり、２つを組み
合わせて鋳型とすることを特徴とする請求項３又は４に
記載の鋳型製造方法である。請求項７に記載の発明は、
上記ブロックは、鋳型用原料砂を圧縮強度が２０〜８０
ｋｇ／ｃｍ2 となるように固化させたことを特徴とする
請求項１ないし６のいずれかに記載の鋳型製造方法であ
る。請求項８に記載の発明は、粉粒体を固化させたブロ
ック状のワークを保持する加工台と、加工台上のワーク
を予めインプットされたプログラムに沿って機械加工す
る自動制御加工機械と、ワークの近傍に開口する粉粒体
吸引管とを有することを特徴とする鋳型製造装置であ
る。
【０００７】
【実施例】以下、図１及び図２を参照して、この発明の
実施例を説明する。この実施例の方法では、図１（ａ）
に示すように、３次元的な鋳型の形状、寸法に関するデ
ータをコンピュータ１に記憶させ、この記憶データをも
とにして加工機械２の駆動を制御する。これは、広く用
いられているＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）
というプログラムにより行われる。形状、寸法データの
入力も、個々の数値データを人間が入力する以外に、図
面３や模型のデータを直接、間接に読み込むための種々
のデバイスやプログラムが開発・提供されているので、
それを用いれば良い。
【０００８】鋳型は、鋳造される製品に対して、凝固収
縮、仕上げ代等を見込んで設計されるが、その設計作業
もＣＡＤ（Computer Aided Design）と呼ばれるプログ
ラムにより、形状をブラウン管に表示しながら行われる
ことが多い。その場合には、そのデータをそのままＣＡ
Ｍのデータとして用いることができるので、データの入
力作業を省くことができる。また、製品の設計自体をＣ
ＡＤで行なう場合、それに付随して鋳型の設計も行える
ので、手間を一層省くことができる。
【０００９】次に、図１（ｂ）を参照してこの発明の方
法に用いる加工装置２の実施例を説明する。この加工装
置２は、砂ブロック４を載置する加工台５の上側に橋状
の機械支持部６が設けられており、これに、ドリル、エ
ンドミル、フライス等の加工工具７を把持し、回転駆動
させるマシンヘッド８が２又は３方向に移動自在に設け
られて構成され、マシンヘッド８の移動や工具の回転を
制御するための制御装置を備えている。この加工装置２
には、ブロック４の切削に伴って発生する砂などの粉粒
体を吸引して除去する吸引管９が、加工台５の所定位置
に１又は複数設けられ、これは真空ポンプに接続されて
いる。なお、吸引管９をマシンヘッド８に取り付けてこ
れと連動させ、開口部を加工位置に近付けて確実に吸引
させるようにしてもよい。
【００１０】次に、上記の加工装置２を用いて鋳型を作
成する方法を図２を参照して説明する。この例では、ブ
ロックは２枚の板状に形成され、その突き合わせ面をそ
れぞれ加工して上型と下型とする。ブロック４の材料や
成形方法については、通常の鋳型に必要とされる特性の
他に、切削等に際して欠け落ちたりしない程度の機械加
工性が必要であるが、特に厳しい仕様が必要ではなく、
発明者等の実験によれば圧縮強度が２０ｋｇ／ｃｍ2 以
上であれば問題がなかった。また、圧縮強度が８０ｋｇ
／ｃｍ2 以上であると機械加工の能率や工具の寿命が低
下するので、最適な範囲は圧縮強度が４０〜６０ｋｇ／
ｃｍ2 である。
【００１１】砂（粉粒体）原料としては、機械加工の能
率や工具の寿命を考慮すると、粒度を通常よりも微細に
調整した砂の方が好ましい。比較的割れ易い素材の鋳造
などの場合には、必要に応じて特殊砂粒を用いる。製造
方法としては、一般にＣＯ2型と称される粘結剤の水ガ
ラスをガスにより硬化させるガス硬化鋳型、フラン樹脂
の酸による硬化反応を利用したフラン樹脂鋳型などが好
適に用いられる。
【００１２】ブロック４の突き合わせ面の端部には、位
置決めのための凹凸１０ａ，１０ｂを形成する。これ
は、ブロック４を作成するときに予め形成しておいて
も、加工機械によって鋳型面を加工する際に形成しても
よい。また、凸部１０ｂの方は、ブロック４とは別に、
例えば２つの円錐台の底部どうしを合わせた形状のもの
を予め作成しておき、ブロック４には凹部１０ａを形成
してこれを固着させて形成してもよい。このようにする
と、凸部１０ｂを加工するために突き合わせ面全体を切
削する必要がなくなる。
【００１３】ブロック４の表面の加工は、ブロック４を
加工台５上に載置して位置決め固定し、自動制御加工機
械２により、予めインプットされたプログラムに沿って
行なわれる。工具７の交換が必要な場合は、加工装置２
自体にそのような機能を備えているものとしてもよい
が、そうでない場合には人間により順次工具交換をして
作業を継続する。湯口を含む鋳造空間を形成するように
機械加工を行った後に、必要に応じて表面を強化するた
めの表面処理を行なう。図２（ｂ），（ｃ）に示すよう
に、上下のブロック４を加工して下型４ａ、上型４ｂと
した後、図２（ｄ）に示すように、これらを位置決め用
凹凸１０ａ，１０ｂを指標として突き合わせて一体化
し、接着や締結により固定して鋳型が完成する。この例
では、上下の型４ａ，４ｂの鋳型面は突き合わせ面より
突出して形成されている。
【００１４】この装置においては、ブロック４の近傍に
開口する粉粒体吸引管９により砂を吸引しながら加工す
るので、切削された砂が工具７とブロック４の間に入っ
て加工された表面を傷つけることが防止される。また、
吸引管９が同時に加工に伴う粉塵をも吸引するので、作
業環境を良好に維持する。
【００１５】この実施例の方法は、一度コンピュータ１
にデータを入力すれば、必要に応じて加工を行うことが
できるので量産も可能であるが、特に、少品種少量生産
に好適である。そして、データをＣＡＤの手法を用いて
改変したり組み合わせたりすることも容易であるので、
鋳造の条件を反映させたり、設計の微細な変更に適応さ
せることも容易である。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、自動制御加工機械に鋳型の寸法や形状のデータを入
力することにより、例えばＣＡＭと呼ばれるプログラム
に沿って工具が操作され、鋳型内面の必要な形状が加工
されるので、従来の工程を大幅に省略することができ
る。また、鋳型を直接加工するので、微細で複雑な形状
も正確に加工でき、しかも、従来の場合のように転写工
程を要しないので、より精密な鋳造を行なうことができ
る。結果として、寸法が大きくかつ形状が複雑であるよ
うな鋳造品を少品種少量生産する場合でも、工程を減ら
して製造コストを軽減しつつ高度の形状再現性をもって
製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の方法を実施する装置の概略を示す図
である。
【図２】この発明の方法の概略を示す図である。
【符号の説明】
１ コンピュータ ２ 加工装置 ４ ブロック ５ 加工台 ７ 加工工具 ８ マシンヘッド ９ 吸引管 １０ａ，１０ｂ 位置決め凹凸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ２３Ｑ 15/00 ３０７ Ｂ２３Ｑ 15/00 ３０７Ｚ

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 粉粒体を固化させたブロックを、予め入
    力されたプログラムに沿って工具を操作する自動制御加
    工機械により直接に加工し、これを鋳型又は鋳型の一部
    とすることを特徴とする鋳型製造方法。
  2. 【請求項２】 上記加工機械で用いられるデータを、製
    品の寸法形状データを基にコンピュータで修正して作成
    することを特徴とする請求項１に記載の鋳型製造方法。
  3. 【請求項３】 複数の上記ブロックを加工し、これを組
    み合わせて鋳型とすることを特徴とする請求項１又は２
    に記載の鋳型製造方法。
  4. 【請求項４】 上記複数のブロックの突き合わせ面に位
    置決め用の凹凸を形成することを特徴とする請求項３に
    記載の鋳型製造方法。
  5. 【請求項５】 上記複数のブロックの突き合わせ面の双
    方に位置決め用の凹部を形成し、これら凹部に該凹部の
    双方に嵌合する形状の位置決め部材を装着することを特
    徴とする請求項３に記載の鋳型製造方法。
  6. 【請求項６】 上記ブロックは板状であり、２つを組み
    合わせて鋳型とすることを特徴とする請求項３又は４に
    記載の鋳型製造方法。
  7. 【請求項７】 上記ブロックは、鋳型用原料砂を圧縮強
    度が２０〜８０ｋｇ／ｃｍ2 となるように固化させたこ
    とを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の鋳
    型製造方法。
  8. 【請求項８】 粉粒体を固化させたブロック状のワーク
    を保持する加工台と、加工台上のワークを予めインプッ
    トされたプログラムに沿って機械加工する自動制御加工
    機械と、ワークの近傍に開口する粉粒体吸引管とを有す
    ることを特徴とする鋳型製造装置。
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