JP3181921B2 - 押湯鋳造のための押湯溜めを有する堰システムの配置、及びそのようなシステムを作る方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は請求の範囲１の前文に記載された種類の、
押湯鋳造のための押湯溜めを有する堰システムの配置に
関する。

背景技術 液体及び固体状態の両者において、金属は冷えたとき
容積の減少、いわゆる熱収縮を受けることはよく知られ
ている。不均一な熱分布が注湯後の鋳型空隙部を支配
し、この理由のため鋳造品の全ての部分が同時に凝固し
ない鋳造鋳型においては、これは最後に凝固する鋳造部
に早期に凝固した鋳造部の収縮を補償するための液体金
属の放出を起こさせ、これが鋳造品の鋳造表面の陥没ま
たは空洞（巨視的または微視的穴）の形で現れる一般的
に“鋳引け”と呼ばれている鋳造欠陥を導く。これらの
鋳造欠陥を避けるために、当業者は一連の便法を用いて
おり、その中で最も一般的なものは押湯溜め（feeding
reservoires）、すなわち注湯時に金属で満たされてい
る鋳型内の空隙部、の使用であり、この空隙部は比較的
大きな断面積を持つダクトを通して最後に凝固する鋳造
部に連結されており、この最後に凝固する鋳造部より遅
くその空隙部内の金属が凝固するような寸法を有してお
り、かくして収縮を補償するための液体金属でこれらの
鋳造部を後押湯することができる。US−Ａ−1410775は
この方法の例を記載している。

US−Ａ−1410775に記載された方法では、溶湯の全流
が押湯溜めを通過する。この押湯溜めは必然的に押湯の
ために必要な全ての溶湯を収容することができるために
かなりの容積を持つであろう、これは溶湯が乱流方式で
押湯溜めを通って流れるであろうことを意味する。もし
溶湯がアルミニウムやマグネシウムまたはそれらの合金
のような容易に酸化する物質であるなら、このような配
置は金属の損失及び多分鋳造品の汚染を起こす比較的大
量の酸化物の形成の危険を伴う。

発明の開示 この発明の目的は上に参照した従来技術の不利益を提
供しない堰システムの配置を提供することにあり、この
発明によれば、この目的は請求の範囲１の特徴節に記載
された特徴により達成される。

この配置では、押湯溜めは溶湯の流れを運ぶダクトか
ら浸透性隔壁により分離されており、この隔壁はそれを
通る流れに対して有限の抵抗を持っており、かつ注入の
初期相中はこの隔壁はその流れをダクトのみに限定する
壁のような作用をするであろう。もしダクトが層流また
は準層流を支持する態様の形状をしているなら、すなわ
ち平坦形状のような、断面積に対する高辺長比を持つな
ら、酸化の危険は顕著に減らされよう。注入の後段相中
に、鋳造空隙部からの背圧が増え、ダクト中の溶湯が浸
透性隔壁を浸透し、かくして押湯溜めを徐々に満たすこ
ととなり、鋳造空隙部が満たされると、湯溜めもまた満
たされ、空隙部内の鋳造品の収縮時に押湯溶湯を供給す
る準備が完了するであろう。

浸透性隔壁を使用することの追加的利益は鋳型が満た
されるとき起こる液圧サージングを制動する効果を持つ
ことである。

本発明はまたこの発明の配置を作る方法に関する。こ
の方法は請求の範囲10に明記されている。

この発明による配置と方法の有利な実施例、その一明
白であること以外の−効果は本発明の以下の詳細な部分
に説明されており、請求の範囲２−９及び11−13にそれ
ぞれ記載されている。

好ましい実施例の説明 図１は受口２、溶湯湯道３、縦湯口４及び堰５からな
る堰システム１を示す。この堰システムにおいては、溶
湯が図では垂直に延びて示されている縦湯口４への入口
に穏やかな状態で到達するように、溶湯が縦湯口４中に
直接注下されないことを確実とするために溶湯湯道３は
受口の下流に置かれている。そのとき、溶湯は縦湯口頂
部4aから縦湯口底部4bに流れる。示された実施例では、
縦湯口４は平坦なダクト状の形状をしており、それは図
３及び４から分かるように下向きに収斂している。縦湯
口４の平坦ダクト形状は下記式による小さな動水半径
（hydraulic radius）を確実とする： ここでＡは断面積を意味し、 Ｐは濡れ辺長（wetted circumference）を意味す
る。

この動水半径は、下記式によるレイノルズ数の計算に
入ってくる： ここでV_mは液体の平均流速を意味し、 ｒは動水半径を意味し、 μは動的粘度を意味する。

かくして、平坦形状は小さなレイノルズ数を与えるの
に貢献する。なぜなら平坦ダクトでは濡れ辺長が断面積
に関して最大であるからである。かくして、小さなレイ
ノズル数が維持されるので、入口流速V_mは丸い入口に関
して対応する断面積に対して増やすことができる。レイ
ノルズ数は層流（小さな値）から乱流（大きな値）への
変化を示すので、その数値を小さく保つのが有利であ
る。この平坦形状により、縦湯口４内の流れは乱流のな
い主として層流の型で起こる。

底部4bに向かって下向きに収斂する縦湯口４の形状は
縦湯口４の頂部4a内に、特に溶湯の注入の初期相時に低
圧が発生しないことを確実とする。なぜなら正しく収斂
する形状は下記のベルヌーイの式により底部4bと同じ頂
部4aの静圧を確実とするからである： または ここで ｖは液体の流速を意味し、 ｇは重力加速度を意味し、 ｐは静圧を意味し、 ‖は液体の比重を意味し、 ｈは測地高さ(geodetic height)を意味し、 X₁は頂部を意味し、 X₂は底部を意味する。

速度ｖが同じで高さｈが異なるときのベルヌーイの式
から明らかである如く、非収斂縦湯口４は溶湯柱からの
“引き”を起こして底部4bにおけるより低い頂部4aの圧
力を提供することになろう。これは溶湯の注入の初期相
で特に事実であり、堰システム１を通して反対方向に作
用することのできる鋳型空隙部15内の溶湯からの背圧は
存在しない。かくして、縦湯口４のこの収斂形状によ
り、この技術の当業者により一般的に知られている如
く、速度ｖと高さｈが異なるが圧力ｐが同じであるよう
に、ベルヌーイの式を考慮して縦湯口が形作られると
き、縦湯口４を通して均一な圧力を確実とすることがで
きる。層流は同時にレイノルズ数が低い値に保たれるよ
うな幾何学的な形状を備えることにより確実とされる。

図１−4bに示される如く、縦湯口４の少なくとも一側
は網スクリーン６を通して押湯溜め７と連絡している。
網スクリーン６は溶湯に対して浸透性があるが、このよ
うな浸透に対して抵抗を提供する。注入の初期相におい
て、均一な圧力が縦湯口４内に確立されているとき、こ
の圧力はまた押湯溜め７内に及んでおり、網スクリーン
６はそれを通る流れに対するその抵抗のために、通常の
ダクト壁の態様で作用するであろう。この理由から、縦
湯口４の中を主として溶湯は流れ、押湯溜め７中にいか
なる有意な量でも浸透しない。しかし、押湯溜め７は少
なくとも縦湯口４を通って流れる溶湯からの輻射熱で加
熱される。鋳型空隙部15内の溶湯は縦湯口底部4b内に徐
々に背圧を確立し、この縦湯口底部内の圧力は上昇する
であろう。しかし網スクリーン６はこの網スクリーン６
を通して溶湯が押湯溜め７中に浸透するのを可能とし、
そこでゆっくりした充填工程が開始される。これは続く
であろうが、網スクリーン６はなお溶湯による浸透に対
して抵抗を提供する。この後、鋳型空隙部15がちょうど
頂部まで溶湯で満たされると、縦湯口４を通る液体流は
止まり、注入されている溶湯からの全圧は今や網スクリ
ーン６を経由して湯溜り７に適用され、この後、湯溜り
は急速に満たされる。

この後、図６にＢで示されている、注入場所での注入
が終わり、もし鋳型が鋳型列の鋳型14であるなら、それ
は冷却帯域Ｃの方へ矢印Ａの方向に通過する。

冷却帯域Ｃにおいて、鋳型空隙部15内で凝固時に鋳造
品は収納し、堰システム１内の圧力の降下をもたらし、
溶湯が押湯溜め７から引き出されて鋳型空隙部15内の収
縮により作られた空隙部を満たすこととなる。

図５は説明されたこの発明による堰システム１を用い
る、入口ダクト5aと堰5bを含む底入口を持つ鋳型を示
す。溶湯が注入装置17から受口２に流入されるとき、溶
湯は堰システム１を経て鋳型空隙部15に流れ、そこを溶
湯は上昇するであろう。図５においては、鋳型空隙部15
は揚り16により上向きに終了しているところが示されて
いる。しかし、揚り16はこの発明には必要ではない。

鋳型14は造型機10で造られた鋳型内の鋳型であること
ができ、そこでは原料貯蔵所11からの鋳型砂が造型空間
に向けられ、そこで水圧ピストン12上の模型13a,13bと
逆圧板13cのそれぞれが鋳型14を形成するように互いに
押圧され、鋳型はそれから鋳型列の一部を形成するよう
に水圧ピストン12によって鋳型列中に押し出される。鋳
型は更に注入場所Ｂに押され、そこで鋳型空隙部は溶湯
で満たされる。この後、鋳型14は更に冷却部Ｃに向けて
矢印Ａの方向に動かされ、そこで溶湯は凝固し鋳造品は
収縮する。

例えば図６に示された造型プラントにおけるこの鋳造
工程中の堰システム１中の工程の推移は図2b−2eを持つ
図２に示されている。これらの内の図2bは注入の初期相
を示し、ここで堰システムはちょうど満たされたところ
であり、図2cは鋳型空隙部15の溶湯からの背圧が溶湯を
押湯溜め７中に浸透させたところの状況を示す。鋳型空
隙部が完全に満たされる結果として液圧注入サージング
が起こるとき、押湯溜めは図2dに示されるように実質的
に完全に満たされる。この後で鋳造品が収縮するとき、
溶湯は図2eに示されるように押湯溜め７から引かれるで
あろう。

図６に示された種類の造型プラントで鋳型が造られる
とき、押湯溜め７と網スクリーン６は有利には作られ、
多分断熱管８、いわゆるイソ−チューブ（Iso−tube）
で断熱されているプレハブ一体化装置の形で挿入される
ことができる。イソ−チューブは押湯溜めからの熱損失
を減らすために鋳造業で使用されている断熱管である。
このチューブは多くの異なる直径と長さで作られてい
る。用いられる材料は“Keruld"でありうるし、セラミ
ック繊維からなっていてもよい。デンマークでは、この
チューブはKeramax A/S社によって製造されているが、
国際的にはFOSECO社により供給されているものとして良
く知られている。

網スクリーンは例えば細い繊維状の石英ガラスからな
る材料から作られ、樹脂で結合された四角い穴を持つウ
ェブを形成するように組み立てられることができる。こ
のウェブは三つの品質、すなわち軟質、半硬質、硬質で
作られている。西欧でFiramの名で売られているこのウ
ェブは900mmの幅を持ちメートル単位で調達できる。供
給者はRudolf SilenのNOVACAST社及びEdstraco社であ
り、対応する製品はSENSANA社により販売されている。

もちろん、網スクリーンはまた耐熱性の他の材料、例
えば通常のガラス繊維ウェブから製造されてもよい。

浸透性壁は網スクリーン以外の形であってもよく、そ
れは例えば多孔性板、格子、ふるいまたは網等の形、例
えばイソ−チューブに穿孔したものであることができ
る。

押湯溜め７と網スクリーン６が位置するダクトの形状
は、もちろん、図示のものと異なってもよい。それは例
えば網スクリーン６が上側を構成する大体水平な溝また
はダクトであることができる。縦湯口４はまたもちろん
堰システムの入口を構成するダクトであってもよい。

更に、縦湯口４と押湯溜め７それ自体はまた異なる形
状であってもよいが、所定の合金の流れの形式に関して
必要なときはレイノルズ数が考慮されるべきであり、ま
たダクトシステム中の低圧を避けるべきであるときはベ
ルヌーイの式が考慮されるべきである。

図4aは網スクリーン６が縦湯口４を取り囲む実施例を
示す。この配置では、網スクリーン６の一方側は浸透壁
として機能し、一方その他の残る側はダクトを強化する
機能をする。この配置では、ダクト4,5,5a及び5bは単一
装置として挿入されるまたは挿入前に押湯溜めと一体化
されるプレハブ中空成形体素子の形であることができ、
またはそれぞれがそれぞれの鋳型14に挿入された二つの
部分から組み立てられることができる。

プレハブダクト４を持つ特に有利な構造は図4bに示さ
れる態様でダクトが押湯溜め７中に挿入されるとき、そ
して湯溜め中にまたはその一部中にダクト壁またはダク
ト装置が構成されるときに達成される。

この構造は小さなレイノルズ数を維持し、それにより
提供される利益を伴いながら、湯溜め７を丸い形状を持
って構築し、入口／縦湯口４を湯溜めを通して横断的に
延ばさせ、同時に湯溜め７が丸いまたは円筒形状のため
に小さな表面積とかくして低熱損失を持つようにさせる
ことを可能とする。更に、この場合全てのダクト壁が湯
溜め７により加熱され、押湯工程中の壁での凝固が避け
られる。

押湯溜め７と網スクリーン６が一体化装置の形で構築
されるとき、それは有利にはプレハブで作られ鋳型14の
作成中に挿入することができる。

更に、押湯溜め７は圧力を維持するための及び／また
は押湯溜め７を圧力下に保つための手段をまたそれが注
入場所を離れるときにも備えることができ、このような
圧力発生手段は例えば本出願人の特許出願WO 95/18689
に示された方式で設けることができる。

図面の簡単な説明 図１はこの発明による堰システムの正面図を示し、 図２は種々の充填度におけるこの発明による堰システ
ムの側面図を示し、 図３は押湯溜め、網スクリーン及び縦湯口を持つこの
発明による縦湯口の断面の頂面図を示し、 図４は図３に示された押湯溜め周りに断熱層を持つ縦
湯口を拡大寸法と断面で示し、 図4aは網スクリーンが縦湯口を取り巻いている縦湯口
の拡大寸法の断面であり、 図4bは網スクリーンが押湯溜め内に縦湯口を形成して
いる縦湯口の拡大寸法の断面であり、 図５はこの発明による堰システムを用いるときの注入
の例を鋳型を通る断面で見たところを示し、 図６はこの発明による堰システムを用いることのでき
る、かつこの工程を示す役目をする鋳型列プラントを示
す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22C 9/08 ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ)

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】押湯鋳造のための押湯溜め（７）を有する
   堰システムの配置であって、この堰システムに少なくと
   も一つの押湯溜め（７）が連結されており、前記堰シス
   テムが、湯道（３）から一つまたは多数の鋳型空隙部
   （15）へ延びる注入ダクト（4,5）を有するものにおい
   て、少なくとも一つの押湯溜め（７）が貫流に対して有
   限の抵抗を提供する浸透性の隔壁（６）を通してのみ堰
   システム（１）と連絡するように設けられ、前記の浸透
   性の隔壁（６）が前記ダクト（４）に設けられているこ
   と、及び押湯溜め（７）が実質的に前記ダクト（４）に
   沿って延びていることを特徴とする堰システムの配置。
2. 【請求項２】浸透性の隔壁が網目または網スクリーンの
   形であることを特徴とする請求の範囲１に記載の堰シス
   テムの配置。
3. 【請求項３】前記ダクト（４）は縦湯口であることを特
   徴とする請求の範囲１または２に記載の堰システムの配
   置。
4. 【請求項４】押湯溜めが断熱材料（８）により、浸透性
   の隔壁（６）から遠い方に対面する一つの側または複数
   の側を断熱されていることを特徴とする請求の範囲１−
   ３のいずれか一に記載の堰システムの配置。
5. 【請求項５】前記断熱材料（８）がイソ−チューブ材料
   である請求の範囲４に記載の堰システムの配置。
6. 【請求項６】注入ダクト（4,5）が押湯溜め（７）の始
   めから鋳型空隙部（15）へ延びるダクトの少なくとも一
   部で断熱されていることを特徴とする請求の範囲１−５
   のいずれか一に記載の堰システムの配置。
7. 【請求項７】押湯溜めが押湯溜め（７）に圧力を適用し
   かつこのような圧力を溶湯が堰システム中に注入された
   後も維持する手段を備えていることを特徴とする請求の
   範囲１−６のいずれか一に記載の堰システムの配置。
8. 【請求項８】浸透性の隔壁（６）がプレハブダクト装置
   （４−６）の一部として設けられており、前記プレハブ
   ダクト装置はダクトの少なくとも一つの壁側部分を構成
   していることを特徴とする請求の範囲１−７のいずれか
   一に記載の堰システムの配置。
9. 【請求項９】前記プレハブダクト装置は中空成形体また
   は中空成形体の一部の形をしていることを特徴とする請
   求の範囲８に記載の堰システムの配置。
10. 【請求項１０】浸透性の隔壁（６）を持つ押湯溜め
    （７）が鋳型の作成時に鋳型中に挿入されるのに適合し
    たプレハブ装置の形で構築されていることを特徴とする
    請求の範囲１−９のいずれか一に記載の堰システムの配
    置。
11. 【請求項１１】少なくとも一つの押湯溜めが湯道から一
    つまたは多数の鋳型空隙部へ延びる注入ダクトを有する
    堰システムに連結されている請求の範囲１−10のいずれ
    か一つに記載の堰システムの配置を作る方法において、
    少なくとも一つの押湯溜め（７）が貫流に対して有限の
    抵抗を提供する少なくとも一つの浸透性の隔壁（６）を
    通して堰システム（１）と連絡するように設けられてい
    ることを特徴とする方法。
12. 【請求項１２】ダクトの少なくとも一部のダクト壁がプ
    レハブ成形体として所望の形に構築されていること、前
    記ダクトの残余のダクト壁と共にダクトを形成するよう
    に前記プレハブ成形体が置かれることを特徴とする請求
    の範囲11に記載の方法。
13. 【請求項１３】前記プレハブ成形体はすべてのダクト壁
    を構成する中空成形体である請求の範囲12に記載の方
    法。
14. 【請求項１４】ダクトの全てのダクト壁がプレハブ成形
    体として所望の中空形に構築されていること、及び押湯
    溜めを通るダクトを形成するように前記プレハブ成形体
    が置かれることを特徴とする請求の範囲11に記載の方
    法。