JP3574303B2

JP3574303B2 - 精密鋳造用鋳型の製造方法とスラリー塗布装置

Info

Publication number: JP3574303B2
Application number: JP21478497A
Authority: JP
Inventors: 茂平田; 雄二池上; 真人野田; 昇館農
Original assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2017-08-08
Also published as: JPH1157938A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロストワックス法などの精密鋳造用鋳型の製造方法およびこの方法の実施に用いる生型製作のためのスラリー塗布装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属部材をロストワックス法などの精密鋳造法を適用して製造する場合、鋳造金属部材と同じ形状の中空部（キャビティ）を有する鋳型を作製し、その鋳型中空部に溶湯を流し込み、凝固させることで製造していた。
【０００３】
このような精密鋳造用鋳型は、一般に、下記工程を経て製造されるのが普通である。
▲１▼ 製造する金属部材と同じ凹部（キャビティ）を持つ金型を作る（図１−ａ）。
▲２▼ その金型のキャビティ内に溶融ワックスを注入する（図１−ｂ）。
▲３▼ ワックスにより形成された消失模型（以下、これを「ワックスパターン」という）を金型から取り出す（図１−ｃ）。
▲４▼ このワックスパターンの表面に耐火物、粘結剤あるいは水を含むスラリーを付着塗布する（図１−ｄ）。
▲５▼ スラリーの付着した模型の表面に耐火物の粉末を付着させる（図１−ｆ）。
▲６▼ スラリー付着模型を乾燥し、鋳型（生型）を作製する（図１−ｇ）。
▲７▼ 上記鋳型（生型）内部のワックスパターンを加熱溶融して除去し、金属部材に対応する中空部を有する鋳型を完成させる（図１−ｈ，ｉ）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上掲の従来鋳型製造方法については、次のような課題があった。即ち、この従来技術では、ワックスパターンの表面にスラリーを塗布して付着させ、このスラリーの粘結力を利用して耐火物粉末を付着させているが、いわゆるワックスパターンの形状によっては正確に鋳型を形成できない場合があつた。例えば、ワックスパターン表面に小さな凹みがある場合には、その凹み内部を完全にスラリーで充填することができず、凹み内部に気泡が残ってしまうことがある。その結果、形成された鋳型は所望の形状とは異なり、できあがった金属部材は不正確な形状となる。
【０００５】
このような欠点を解決する手段として、ワックスパターンを吊り下げ金具で吊るしてスラリー槽に入れる際、この吊り下げ金具を手やハンマーで叩いて、気泡を取り除くという方法も提案されている。しかしながら、この方法は、実際にかなりの振動を与えてもなかなか微小な気泡は除去できず、振動を与えるセッティングも大変で作業性が悪いという問題点があった。
また、特開平６−６３６９５号公報には、スラリー槽に超音波振動装置を入れ、これにより微小な気泡を取り除く方法を提案している。しかし、鋳型を形成するためのスラリーは、耐火物の粉末を多量に含有しているため振動が途中で減衰し、タンク全体が振動するようになるので、目的とするワックスパターンにまで振動を伝えることが難しく、気泡の除去ができない部分が生じるという欠点があった。
【０００６】
本発明の目的は、従来技術が抱えている上述した課題を解決し、模型表面の気泡を完全に除去することにより、良好な精密鋳造用鋳型を製造するための方法およびそのために用いられるスラリー塗布装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、スラリー塗布状態のワックスパターンの表面から気泡を効率よく除去する方法について種々検討した結果、スラリーの中を伝わる超音波発振器からの振動の減衰を防止するには、スラリーを構成する耐火物粉末の量を減らさなければならないことがわかった。しかし、この耐火物量を減らすとスラリーの付着量が少なくなり、鋳型の形成そのものが困難となることもわかった。
【０００８】
そこで、耐火物粉末のような振動を減衰させる個体を含まず、その後、スラリー中に混入しても、鋳型形成に問題のないものを探すため種々検討した結果、バインダーあるいは蒸留水が適当であることが判明した。これらの液体は、超音波の振動を減衰させるような個体を含んでおらず、その後、スラリー中に混入してもスラリーの特性を劣化させることのないものである。
即ち、超音波振動器を入れたこれらの液体中にワックスパターンを浸漬することで、微小な凹部の気泡をスラリー塗布の前に予め取り除くことができる。逆に、その部分がこれら液体で満たされることになる。その後、スラリーを塗布することで、これらの液体とスラリーとが容易に置換し、ワックスパターンにそった正確な鋳型を作製できることがわかった。
【０００９】
すなわち、本発明は、金型キャビティに対応する模型の表面にスラリーを塗布したのち、そのスラリーを固化させて精密鋳造用鋳型を作成する方法において、洗浄後の模型に対し、スラリー塗布に先立ち、スラリー構成材である粘結剤もしくは水を塗布し、好ましくはこの操作を２回以上繰返して効果的な脱気予備処理を予め行うことを特徴とする精密鋳造用鋳型の製造方法である。
【００１０】
上記粘結剤もしくは水の塗布は、模型を粘結剤もしくは水を収容した脱気予備処理槽内に浸漬すると共に、このタンクに超音波振動を付加することによって行うことが好ましい。
【００１１】
なお、本願発明において使用する「水」としては、未処理の水の他、好ましくは「蒸留水」、より好ましくは「イオン交換水」を使用する。これは、イオン交換水や蒸留水の方がＮａ^＋やＣａ^＋などが少なく、バインダーを劣化させる度合いが低く、スラリーの寿命を永く維持できるからである。
【００１２】
また、本発明は、金型キャビティに対応する模型の表面にスラリーを塗布し、そのスラリーを固化させて精密鋳造用鋳型を作成する際に用いるスラリー塗布装置において、スラリー塗布槽の他に、その前工程として用いるための、超音波振動付加手段を具える粘結剤もしくは水を満たした脱気予備処理槽を設け、処理すべき模型を前記脱気予備処理槽からスラリー塗布槽に移すための移動手段を設けたことを特徴とするスラリー塗布装置である。
【００１３】
本発明において用いる上記超音波振動の発振手段としては、一般的に知られている超音波振動子などで十分であるが、振動を効果的に伝えるためには、金属やプラスチックの振動板を介して行うことが望ましい。そして、超音波発振器の設置は、脱気予備処理槽の液面の他、底部や側面に取り付けて配置してもよい。
【００１４】
超音波振動の付加に当たっては、ワックスパターンの表面形状を傷めないようにするために、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、より好ましくは２０〜１００ｋＨｚの超音波を使用することが望ましいが、本発明法については、振動の減衰がほとんど無いため、相対的に低周波でも十分気泡を除去できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる精密鋳造用鋳型の製造方法およびスラリー塗布装置について説明する。
まず、鋳型の製造に当たっては、金属部材に対応する金型１を作製する（図１−ａ）。その金型キャビティ１ａに溶融したワックス２を注入充填し（図１−ｂ）、その後、冷却して凝固させることにより、固形化したワックスパターン３を作製する。このワックスパターン３の端部を加熱、軟化させ、ワックスよりなる柱状の幹を接合してツリーを形成する（図１−ｃ）。その後、得られたツリーをバインダーやコロイダルシリカからなる粘結剤４を収容した脱気予備処理槽５内に一定時間（３０ｓｅｃ〜０．５ｈｒ）浸漬する（図１−ｄ）。その後、粘結剤を塗布した脱気予備処理ツリーを懸吊してスラリー塗布槽６中に移動浸漬し（図１−ｅ）、表１に示す条件でスラリー７の塗布を行う。このスラリー７には、バインダー（コロイダルシリカなど）、水、ジルコンフラワー、溶融シリカなどからなる懸濁液を用いる。
【００１６】
このような鋳型製作工程において、本発明の特徴とするところは、スラリー塗布槽６への生型（ワックスパターン３′）の装入浸漬に伴うスラリー塗布処理の前に、該ワックスパターン３からなるツリーを、粘結剤や蒸留水を満たした超音波振動子８を取付けた脱気予備処理槽５内に浸漬して、予め該ワックスパターン３の表面にこれらの液体を付着させることにより、残留気泡を除去する脱気予備処理を行い、その後、スラリー７の塗布を行うようにした点にある。
脱気予備処理槽５に取付けた超音波振動子８は、前記脱気予備処理槽６内にツリーが装入浸漬されたときに作動し、１０〜２０ｓｅｃ程度の間浸漬したままの状態で保持する。こうすると、ワックスパターン３の表面から微小な気泡が効果的に除去できるし、後のスラリーとのなじみもよいので、粘結剤４が残留するトラブルもない。
なお、上記超音波振動子８は槽の内・外でさらに取付けてもよい。
【００１７】
次に、ワックスパターン３′の表面にスラリー７を塗布した後は、その表面にジルコンサンドやアルミナサンド、シャモットサンド、ムライトサンドなどからなる鋳型耐火物砂９を付着させる砂付作業を行う（図１−ｆ）。
【００１８】
上述した、脱気のための予備処理後、スラリー塗布作業、砂付着作業を例えば、８回程度繰返して、耐火物砂を充分に付着させたのち、重量変化が無くなるまで乾燥させる。このようにして、ワックスパターンを内蔵した鋳型を形成することができる（図１−ｇ）。
【００１９】
次に、このワックスパターン３′を内蔵する鋳型（図１−ｇ）を高温蒸気中で加熱することにより、ワックスパターン３′を溶融させて鋳型から取り除き（図１−ｈ）、金属部材に対応する中空部をもつ鋳型１０とする（図１−ｉ）。
【００２０】
なお、製品の鋳造は、上記鋳型を約１１００℃で１時間焼成し、その焼成鋳型内に大気中で溶解した金属溶湯を流し込み凝固させることで製品を鋳造する。
【００２１】
【実施例】
表１に示す脱気のための予備処理条件の下で本発明方法を実施した。このときのワックスパターン表面からの脱気の様子について調査した。即ち、図２に示す４ｍｍφ×１０ｍｍＤの穴を有する鋳造した製品の凹部（穴）に、気泡の残留による形状不良が発生しているかどうかを評価した。その結果を表２に示す。
表２に示すように、一般的に行われている従来法のＮｏ．９は、５０％近い製品に形状不良が発生している。これに対し、スラリー塗布槽中に超音波発振器を入れてスラリーの塗布を行うＮｏ．７，Ｎｏ．８の従来法の場合、やや改善されるものの２０％程度の形状不良が発生していた。
これに対し、本発明に従うＮｏ．１〜６の方法では、液体の種類がバインダー、蒸留水，もしくはバインダーと蒸留水の混合物でも、超音波発振器を具備することで形状不良の発生を無くすことができる。また、この効果は、超音波発振器の様式、周波数の高低に関係ない。
【００２２】
【表１】

【００２３】
【表２】

【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明よれば、ワックスパターンをスラリー塗布に先立ち、超音波振動を加えた水あるいはバインダーに浸漬して脱気予備処理を行うので、ワックスパターン表面の気泡の付着を完全に防止できる。これにより、正確にワックスパターンの形状を表現した鋳型を作製することができる。そして、振動が減衰しにくい水や粘結剤を使っているので、発振器がコンパクトなものでよく、加えてワックスパターン全体に均一に振動が伝わり、気泡除去のバラツキが小さいという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる鋳型製造工程の説明図である。
【図２】実施例で用いた鋳造品の説明図である。
【符号の説明】
１金型
１ａ金型キャビティ
２ワックス
３ワックスパターン
３′ワックスパターン（予備処理）
４粘結剤
５脱気予備処理槽
６スラリー塗布槽
７スラリー
８超音波振動子
９耐火物粉
１０鋳型

Claims

金型キャビティに対応する模型の表面にスラリーを塗布したのち、そのスラリーを固化させて精密鋳造用鋳型を作成する方法において、洗浄後の模型に対し、スラリー塗布に先立ち、スラリー構成材である粘結剤もしくは水を塗布して予め脱気予備処理を行うことを特徴とする精密鋳造用鋳型の製造方法。
粘結剤もしくは水の塗布は、模型を粘結剤もしくは水を収容した脱気用予備処理槽内に浸漬すると共に、このタンクに超音波振動を付加することによって行うことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
金型キャビティに対応する模型の表面にスラリーを塗布し、そのスラリーを固化させて精密鋳造用鋳型を作成する際に用いるスラリー塗布装置において、スラリー塗布槽の他に、その前工程として用いるための、超音波振動付加手段を具える粘結剤もしくは水を満たした脱気予備処理槽を設け、処理すべき模型を前記脱気用予備処理槽からスラリー塗布槽に移すための移動手段を設けたことを特徴とするスラリー塗布装置。