JP3138630B2 - 鋳型の造型法 - Google Patents

鋳型の造型法

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JP3138630B2 JP08018471A JP1847196A JP3138630B2 JP 3138630 B2 JP3138630 B2 JP 3138630B2 JP 08018471 A JP08018471 A JP 08018471A JP 1847196 A JP1847196 A JP 1847196A JP 3138630 B2 JP3138630 B2 JP 3138630B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、鋳物砂内への炭素
系物質の含有量を増大させ、製品の焼付防止と再利用可
能によるコストの低減を図った鋳型の造型法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から鋳造作業においては、溶湯が鋳
型の耐火物内に浸透する、いわゆる焼付現象が問題とな
っている。この対策として、鋳型に塗型材を塗布する方
法が一般的に知られているが、塗型材を塗布する方法で
は塗型材の塗布量が薄い部分や発生したクラックの隙間
から溶湯が鋳物砂内に浸透することがあり、焼付の発生
を完全に防ぐことはできなかった。又塗型材の塗布作業
や乾燥工程に手間がかかる上に、塗型材の飛ばされ等の
塗型材自体に起因する製品不良が起こることもあった。
【0003】又、焼付を発生させやすい部分に粒径が小
さく耐火度の高い硅砂を局部的に、ポケットサンドとし
て使用する方法もあるが、この方法では焼付に関して有
効であるが、硅砂の粒径が小さいために鋳型の通気度が
減少し、鋳造時に発生するガスが抜けきらずに、ガスブ
ロー等の製品不良を誘発することがあった。
【0004】これ以外にもVプロセス法のように鋳型表
面にビニールフィルムを張る方法や、シェルモールド法
のように鋳型の耐火物硅砂を焼成する方法等があるが、
いずれも鋳型の形成に手間がかかる上に、製品の熱容量
が大きな場合には焼付を完全に防止するには至っていな
かった。
【0005】一方従来から、炭素系添加物は溶湯とのぬ
れ性が悪い点は知られており、このような溶湯とのぬれ
性が悪い炭素系添加物を鋳物砂に添加する発明がいくつ
か出願されている。例えば、特開平5−200478
号、特開昭61−169127号、特開平1−2023
35号等がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
5−200478号の発明は、異常黒鉛組織の低減を目
的としたもので、又黒鉛は硅砂に対して4%含有する程
度であり、この程度の割合の炭素を含有しただけでは焼
付の発生を有効に防止することはできなかった。又特開
昭61−169127号の発明は、炭素粉末を含有した
フェノール樹脂で被覆層を形成し、これによってシェル
モールド法における鋳型材のクラック発生の防止と、鋳
肌の向上を目的とした発明であり、炭素粉末含有のフェ
ノール樹脂は鋳型用砂の表面に用いられるため分離でき
ず再利用はできなかった。又、特開平1−202335
号の発明は、黒鉛等を耐火物粉粒体に含有させて流動性
耐火物スラリを構成し、このスラリを模型に塗布し、そ
の後焼成を行ないロストワックス法における製品組織の
異常防止と、還元性ガスを発生させるために脱炭層の形
成を防止するものであり、かかる方法においても特開平
5−200478号と同様、焼付を黒鉛の含有によって
有効に防止できず、しかも混入させた黒鉛を再利用する
ことはできなかった。
【0007】又、従来炭素系添加物の含有割合をほぼ1
00%として用いた例もあるが、この場合は形状的に焼
付が発生しやすい箇所にのみ部分的に黒鉛を用いたもの
であり、鋳物成形後は周囲の硅砂等と混合してしまい鋳
造後に炭素系添加物を他の鋳物砂から分離して回収する
ことはできず、使い捨てとなっていた。そのため、無駄
が大きく、コストや廃棄処理等の問題があった。また、
部分的に炭素系粉末を用いるため、炭素系粉末を所望の
形状に固定するためには、少なくとも用いられる炭素系
粉末だけは樹脂等を用いて硬化させなければならなかっ
た。
【0008】更に、炭素系粉末は、直径が0.1mm程
度の微粉であり、炭素系粉末を固めた場合に内部の通気
性が良くなく、また表面に有する気孔のため吸湿性が高
く、鋳型を固定するための樹脂製の粘結剤を多く必要と
する。そのため、炭素系粒子の含有割合を大きくすると
粘結剤の燃焼による多量のガスの発生に加え通気性の低
下によるガス欠陥等を引き起こしやすくなり、鋳物砂に
対する炭素系粉末の添加量を微量に抑えなければならな
いという問題があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、鋳造時の焼付
を防止でき、しかも無駄が少なく、鋳造コストを低下さ
せることができる鋳型の造型法を提供することを目的と
する。
【0010】すなわち、粒度1〜8号で、かつショアー
硬度40以上の炭素系粒子を耐火物に対し10〜100
%混合して鋳物砂を構成し、かつ該鋳物砂に結合剤を用
いることなく鋳型を形成することとした。
【0011】炭素系粒子の材質としては、石油コーク
ス、石油ピッチコークス、天然黒煙、無煙炭、人造黒
煙、カーボンブラック、樹脂炭、プレカーサ等である。
炭素系粒子の粒度は、1号より大きいと粒子間の隙間が
大きくなり、溶湯の浸透を防ぐのが困難となり、一方8
号より細かいと、鋳型の通気度が不足する点と、再生の
際微粉として回収されることが多くなる。又硬度は、シ
ョアー硬度が20以下では使用中に粒子が摩耗や破砕に
よって微粉となり、回収率が低下することから20以
上、好ましい数値としては40以上である。
【0012】混合割合は、鋳物砂の全体に対して炭素系
粒子を10%以上含んでいれば、焼付を発生させること
が比較的少なく、50%以上炭素系粒子を含む場合は焼
付を発生させることがほとんどない。炭素系粒子に混合
する耐火物としては硅砂、その他鋳物砂として用いられ
る通常の材質のものである。
【0013】鋳型を固定させる方法としては、振動造形
法、あるいは凍結法等を用いることとする。炭素系粒子
の結合に樹脂系の粘結剤を用いると樹脂に含まれる炭素
が黒鉛化することにより炭素砂どうしを結合させて炭素
砂の固まりとなってしまうため使用後の除去に手間がか
かり、又除去により炭素系粒子が微粉化するため、ノー
バインダの振動造形法、あるいは凍結法が好ましい。凍
結法は、2〜35%の水分を鋳物砂に加え、鋳型を形成
した後に冷却し凍結固定させる。水分割合は、鋳物砂に
含有する水分が2%以下であると鋳物砂の凍結が不十分
で、鋳型強度が十分得られず、又35%以上の含む場合
には水分が多すぎ注湯時に溶湯が吹き返したり、製品に
ブローホール等の欠陥が発生することがある。
【0014】更に炭素系粒子としては、炭素成分のみか
らなる粒子でなく炭素系材料を硅砂等の耐火物表面にコ
ーティングしたものでもよい。
【0015】鋳造法としては、通常の鋳造法に加え、消
失模型鋳造法やVプロセス鋳造法、更に、溶湯注湯時に
鋳型内を減圧し発生するガスを外部を引き出す減圧鋳造
法でもよい。
【0016】したがって本発明によれば、溶湯との濡れ
性が悪い炭素系粒子が鋳物砂内に10%以上含まれてい
ることから、鋳型の表面に塗型材を塗布することなく鋳
型を形成することができ、しかも溶湯が鋳物砂の内部に
浸透することがなく、製品の焼付を防止し、更に鋳造終
了後に鋳物砂が処理工程で攪拌されても所定の炭素系粒
子が均一に含まれることから次の鋳造に鋳物砂を再利用
することができる。
【0017】尚、粘結剤により固定した鋳物砂を一部に
用い、他の部分を本発明にかかる黒鉛砂を用いて鋳型を
造型してもよい。
【0018】
【実施例】本発明にかかる鋳型の造型法の一実施例につ
いて図1を用いて説明する。
【0019】図1において、1は鋳型であり、鋳型1の
内部に発泡ポリスチレンからなる消失模型4が埋設して
あり、更にせき6が模型4に接続している。模型4の埋
設に用いた鋳物砂2は、粒度5号、ショアー硬度60の
黒鉛粒子100%であり、振動造形法によりノーバイン
ダの黒鉛砂を造形し、造形した後湯口8から溶湯(FC
300相当)を注湯した。
【0020】鋳型の解枠を翌日に行なったところ、解枠
機で振動を与えることなく、鋳型1を反転したのみで製
品と鋳物砂2を取り出すことができ、又製品にショット
ブラストを行なうと、焼付箇所が一か所もない良好な鋳
肌の製品を得ることができた。
【0021】更に、上記黒鉛砂を用い、この鋳物砂2に
水分を4重量%添加混合して冷却凍結させて、造形し
た。凍結は、−30度で3時間冷却を行ない、完全に凍
結した後湯口8から溶湯(FC300相当)を注湯し
た。この場合においても、上記と同様な効果を得ること
ができた。
【0022】図2に他の実施例を示す。
【0023】図2において消失模型4の表面には塗型材
3が塗布してあり、鋳物砂2には、6号の硅砂を50
%、粒度6号、ショアー硬度60の黒鉛粒子50%を混
合した物を用いた。この鋳物砂2を粘結材を用いず造形
した。又下部にはブロア12に接続したメッシュパイプ
10を配設し、更に鋳物砂2の上面にビニルフィルム1
4を設け上面を密閉した。
【0024】メッシュパイプ10を通してブロア12で
鋳型1の内部の空気を吸引し、溶湯を湯口8より注湯し
た。鋳物砂2の通気性は十分あり、発生したガスはブロ
ア12によって排出され、翌日解枠を行なったところ、
上記実施例と同様焼付箇所は一か所もなく、非常に良好
な鋳肌の製品が得られた。
【0025】又、塗型材3を用いないで上記条件と同様
な条件で鋳造を行なった場合においても、同様に良好な
製品を得ることができた。
【0026】図3に硅砂と黒鉛の混合割合を変更してそ
れぞれ鋳造を行なった結果を示す。粒度は全て6号とし
た。この結果から、30%以上黒鉛を混合させた場合の
結果が良好であることがわかる。
【0027】又、図4に黒鉛の硬度と回収率についての
実験結果を示す。この結果から、黒鉛のショアー硬度は
40以上あれば再利用するにあたり十分な硬度であるこ
とがわかる。
【0028】次に、溶湯と炭素の関係について実験を行
なった。
【0029】実験は、電気炉内に硅砂を引きつめ、その
上にFC300相当の鋳鉄片を置き、炉内の雰囲気をア
ルゴンガスにして加熱を行なった。温度が鋳鉄の溶融温
度に達すると、鋳鉄片は溶融し図5に示すように鋳鉄の
溶湯30は硅砂32の上にほぼ球状となった。この後、
炉内に空気を導入し、アルゴンガスを排出させると、球
状だった溶湯30の形状が崩れ、図6に示すように硅砂
32の上に薄く広がった。
【0030】次に、電気路内に上記硅砂32に代えて無
煙炭を敷き、その上に鋳鉄片を置き、上記実験と同様ア
ルゴンガス雰囲気下で溶融し、その後空気を導入させて
アルゴンガスを排出させた。すると、空気を導入させて
もアルゴンガス雰囲気下と同様、溶湯30は球状のまま
であることが確認された。このとき炉内のガスを回収し
分析すると一酸化炭素の存在が確認された。
【0031】このことを考察すると、まず溶湯30が空
気に触れると溶湯表面が酸素に触れ、酸化しFeOとな
り、このFeOと硅砂のSiO2 からFeO・SiO2
(ファィアライト)が生成され、溶湯30の硅砂に対す
る濡れ性が高くなり、図6に示すように薄く広がったも
の思われる。これを鋳造時の鋳型内での状況にあてはめ
ると、鋳型内で溶湯が酸素に触れ酸化して酸化鉄が生成
され、その酸化鉄と硅砂によりファィアライトが生成さ
れることにより溶湯表面の濡れ性が増加し、鋳物砂内に
溶湯が浸透として焼付が発生すると思われる。
【0032】一方、鋳物砂を硅砂に代え炭素系粒子とす
ると、炭素系粒子自体が溶湯との濡れ性が悪いことに加
え、空気中の酸素が高温下において炭素と結合し、溶湯
の酸化、すなわちFeOの生成を阻害し、結果的にファ
ィアライトの生成がなされず濡れ性を低いままとし、溶
湯の鋳物砂内への浸透がなく焼付を防止できると思われ
る。
【0033】
【発明の効果】本発明の鋳型の造型法によれば、10%
以上炭素系粒子を含んで鋳物砂を構成し、この鋳物砂を
ノーバインダもしくは凍結法等により樹脂等の結合剤を
用いず造型することしたので、かかる鋳型によって鋳造
した場合製品に焼付の発生がなく、しかも鋳物砂、すな
わち炭素粒子の再利用が可能となり、生産コストの低い
良質な製品が得られる鋳造ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の造型法で造型した鋳型の一例を示す断
面図である。
【図2】本発明の造型法の他の実施例による鋳型の断面
図である。
【図3】実験結果を示す図表である。
【図4】実験結果を示す図表である。
【図5】実験結果を示す図である。
【図6】実験結果を示す図である。
【符号の説明】
1 鋳型 2 鋳物砂 3 塗型材 4 模型 6 せき 8 湯口 10 メッシュパイプ 12 ブロア 14 ビニル 30 溶湯 32 硅砂
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B22D 18/06 509 B22C 9/02 102K

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒度1〜8号で、かつショアー硬度40
    以上の炭素系粒子を耐火物に対し10〜100%混合し
    て鋳物砂を構成し、かつ該鋳物砂に結合剤を用いること
    なく鋳型を形成したことを特徴とする鋳型の造型法。
  2. 【請求項2】 前記鋳物砂に2〜35%の水分を加え、
    鋳型を形成した後に凍結したことを特徴とする請求項1
    に記載の鋳型の造型法。
  3. 【請求項3】 前記炭素系粒子は、炭素系材料を前記耐
    火物表面にコーティングしたものであることを特徴とす
    る請求項1又は2に記載の鋳型の造型法。
  4. 【請求項4】 前記炭素系粒子は、石油コークス、石油
    ピッチコークス、天然黒煙、無煙炭、人造黒煙、カーボ
    ンブラック、樹脂炭、プレカーサのいずれかであること
    を特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の鋳型
    の造型法。
  5. 【請求項5】 前記鋳型の表面に塗型剤を塗布すること
    なく前記鋳型を形成することを特徴とした請求項1〜4
    のいずれか1項に記載の鋳型の造型法。
  6. 【請求項6】 前記請求項1〜5のいずれか1項に記載
    の鋳型の造型法による鋳型を消失模型鋳造法に用いたこ
    とを特徴とする鋳造法。
  7. 【請求項7】 前記請求項1〜5のいずれか1項に記載
    の鋳型の造型法による鋳型をVプロセス鋳造法に用いた
    ことを特徴とする鋳造法。
  8. 【請求項8】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の鋳
    型の造型法による鋳型を、溶湯注湯時に減圧させる減圧
    鋳造法に用いたことを特徴とする鋳造法。
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JP5124163B2 (ja) * 2007-04-19 2013-01-23 独立行政法人国立高等専門学校機構 鋳造装置
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