JP4153689B2 - 鋳造用鋳型の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強度を大きくした生型からなる鋳造用鋳型の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋳物を製造するには、鋳型に溶解された金属（以下、「溶湯」という）を流し込むことにより行われており、この鋳型には、生型（砂と粘土分とを混練した鋳物砂に水分を加え、エアー圧、油圧、爆発力又は振動力を利用してプレス圧をかけて成型したもの）、自硬性鋳型（水ガラス、合成樹脂等の無機バインダー又は有機バインダーを用い、触媒等の作用で硬化させたもの）、シェルモールド法による鋳型（加熱した金型にフェノール樹脂を加えた砂をかぶせて、金型の熱により砂を硬化させたもの）、コールドボックス法による鋳型、アルカリフェノール法による鋳型、フラン法による鋳型、炭酸ガス法による鋳型等が用いられている。
【０００３】
そして、一般に、鋳型の内、主型としては生型又は自硬性鋳型が用いられ、中子としては自硬性鋳型、シェルモールド法による鋳型又はコールドボックス法による鋳型が用いられている。
【０００４】
ところで、鋳物の製造工程においては、造型機で主型及び中子を造型した後、主型に中子をセットし、この主型と中子の間の空洞に溶湯を流し込み、そして、流し込んだ溶湯を冷却して凝固させることにより鋳物が完成するものである。また、主方及び中子に使用された砂は、廃砂として廃棄処分されるか、又は主型又は中子の原料の砂として再利用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、中子としては、自硬性鋳型、シェルモールド法又はコールドボックス法による鋳型が用いられており、これらには合成樹脂が混練されているので、廃砂をそのまま利用することができず、廃砂を機械加工により表面処理をしなければならなかった。したがって、廃砂を主型及び中子の原料の砂として再利用する際、作業工程が多くなり、また、コストも高くなるものであった。
【０００６】
また、中子に生型を用いると、廃砂を機械加工により表面処理することなく、そのまま利用することができるが、生型では強度が不足し、中子を移動させることが困難で、また、保存性が悪く、さらに表面安定が悪いものであり、中子として用いることができないものであった。
【０００７】
本発明は、以上の問題点を解決し、生型であってもシェルモールド法による鋳型等と同等の強度を持つことができるようにし、その結果、安価かつ効率的に廃砂を再利用することができるようにした鋳造用鋳型の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、以上の問題点を解決するために、生型の強度を向上させる技術に関し鋭意検討し、特定組成の塗型剤を含浸させると表面強度が向上することを見出し、本発明を完成させたものである。
【００１０】
また、本発明による鋳造用鋳型の製造方法は、砂及び粘土に水分を加えて鋳型本体を成型する鋳型本体成型工程と、この鋳型本体成型工程で成型された鋳型本体の表面より０．５〜６ｍｍの範囲に塗型剤を含浸させる塗型剤含浸工程と、この塗型剤含浸工程で塗型剤を含浸させた鋳型本体を炉内温度１００〜１８０℃で加熱乾燥させる乾燥工程とを有し、前記塗型剤が、骨材と無機バインダー及び／又は有機バインダーとからなることを特徴として構成されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の鋳造用鋳型は、鋳型本体の表面に塗型剤を含浸させている。この塗型剤は、骨材と無機バインダー及び／又は有機バインダーとを混合したもので、この塗型剤の含浸部分がシェルモールド法による鋳型と同等の強度を有するものである。
【００１２】
骨材としては、黒鉛、マグネシア、ジルコン、シリカ、ムライト、シャモット及びアルミナを用いることができ、また、無機バインダー及び有機バインダーとしては、酢酸ビニル樹脂、ブタジエン系合成ゴム、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エステル樹脂及び珪酸アルカリを用いることができる。
【００１３】
塗型剤の骨材とバインダーとの配合比は、骨材を５０質量部としたとき、バインダーを１００〜２０００質量部であることが好ましく、１００〜１０００質量部であることが特に好ましい。バインダーの配合が５０質量部未満であると、十分な鋳型強度を得ることができない場合があり、また、２０００質量部を超えると、鋳型の崩壊性が悪化する。
【００１４】
塗型剤を含浸させた厚みは、鋳型本体の表面より０．５〜６ｍｍの範囲が好ましく、１〜４ｍｍの範囲がより好ましい。含浸の厚みが０．５ｍｍ未満であると、十分な鋳型強度を得ることができない場合があり、また、６ｍｍを超えると、鋳型の崩壊性が悪化する。
【００１５】
本発明による塗型剤を含浸させる鋳型本体は、砂及び粘土に水分を加えて成型したものであり、いわゆる生型である。この鋳型本体は、従来公知の方法により製造することができ、砂としては、ケイ砂、アルミナサンド、ジルコンサンド、クロマイトサンド、オリビンサンド等を用いることができ、また、鋳造に使用した鋳型の廃砂を使用することができ、廃砂を利用することによりコストダウンを図ることができる。粘土としては、ベントナイト、粉末粘土等を用いることができる。
【００１６】
以上のような鋳造用鋳型を製造するには、砂及び粘土に水分を加えて鋳型本体を成型する鋳型本体成型工程と、この鋳型本体成型工程で成型された鋳型本体に塗型剤を含浸させる塗型剤含浸工程と、この塗型剤含浸工程で塗型剤を含浸させた鋳型本体を加熱乾燥させる乾燥工程とにより行うことができる。
【００１７】
鋳型本体成型工程は、砂及び粘土に水分を加えて成型するものであり、プレス圧は、エアー圧、油圧、爆発力、振動力等を利用して強度を出したものである。塗型剤含浸工程は、鋳型本体に塗型剤を含浸させるもので、含浸手段としては、特に限定されず、例えば、ドブ漬け、スプレー、刷毛塗り等の方法を用いることができる。
【００１８】
乾燥工程は、塗型剤を含浸させた鋳型本体を加熱乾燥させるもので、この作業により、不良原因となる水分を低下させるとともに、塗型剤を含浸させた部分を硬化させ強度を上げることができる。乾燥させる手段としては、特に限定されず、温風加熱、遠赤外線加熱、電気加熱等を用いることができるが、遠赤外線加熱は、短時間で硬化させることができるので好ましい。
【００１９】
乾燥工程における加熱は、５０〜１０００℃の範囲で加熱することが好ましく、１００〜２００℃の範囲で加熱することがより好ましい。例えば、温風加熱の場合は、炉内温度１００〜１６０℃で１〜２時間乾燥させることが好ましく、遠赤外線加熱の場合は、炉内温度１００〜１８０℃で３〜３０分乾燥させることが好ましい。
【００２０】
本発明の鋳造用鋳型を使用して鋳造する鋳物としては、鋳鉄の鋳物、鋳鋼の鋳物、銅合金の鋳物、アルミニウムの鋳物等に利用することができる。
【００２１】
【実施例】
［実施例１］
ケイ砂１００質量部及びベントナイト８質量部からなる鋳物砂に、水４質量部を加えて、１０分間混練し、直径５０ｍｍ、長さ８０ｍｍの円柱状の鋳型本体を作製した。
【００２２】
この鋳型本体を、骨材として、酸化鉄、含水珪酸マグネシウム、シリカ粉末、珪酸ジルコン粉末、黒鉛粉末及びマグネシア系粉末を２０質量部以上含む耐火物を使用し、バインダーとして、珪酸ナトリウム、三リン酸ナトリウム、液状ポリシロキサン、ナフタレンスルフォン酸ナトリウム、ショ糖、メラミン樹脂、含水マグネシウムシリケート、モンモリロナイトを主成分とする粘土鉱物を使用した塗型剤に５分間浸漬させた。塗型剤の含浸部分は、表面から２ｍｍであった。次に、この塗型剤を含浸させた鋳型本体を、遠赤外線加熱炉において、１５０℃で１０分間、加熱乾燥させた。
【００２３】
［比較例１］
塗型剤を含浸させない他は、実施例１と同一である。
【００２４】
［抗圧力試験］
実施例１及び比較例１で作製した鋳型の抗圧力試験を行った。抗圧力試験は、『万能強度試験機 ＰＨＤ型』（ジョージ・フィッシャー社製）を用いた。結果を以下に記載する。
実施例１： ５０ｋｇｃｍ−２
比較例１： ０．７〜２ｋｇｃｍ−２
【００２５】
［鋳造試験］
実施例１及び比較例１で作製した鋳型（中子）を主型にセットし、溶湯（鋳鉄）を注湯した（１４２０〜１４３０℃）。そして、実施例１及び比較例１による中子を取出した際の状態を目視により観察した。結果を以下に記載する。
【００２６】
実施例１：欠けるところなく、完全に取出すことができた。
比較例１：半周に欠け、砂残りが発生した。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、生型からなる鋳造用鋳型の強度を、シェルモールド法による鋳型、自硬性鋳型等と同等にすることができる。したがって、中子にも生型を用いることができるので、廃砂を鋳型の原料として再利用する際、機械的な表面処理をすることなくそのまま用いることができるので、作業効率及びコストダウンを図ることができ、また、産業廃棄物の大幅な減少を図ることができる。さらに、シェルモールド法、コールドボックス法と異なり、有機バインダーを用いないので、ガス発生がほとんどなく、作業環境を改善することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、強度を大きくした生型からなる鋳造用鋳型の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋳物を製造するには、鋳型に溶解された金属（以下、「溶湯」という）を流し込むことにより行われており、この鋳型には、生型（砂と粘土分とを混練した鋳物砂に水分を加え、エアー圧、油圧、爆発力又は振動力を利用してプレス圧をかけて成型したもの）、自硬性鋳型（水ガラス、合成樹脂等の無機バインダー又は有機バインダーを用い、触媒等の作用で硬化させたもの）、シェルモールド法による鋳型（加熱した金型にフェノール樹脂を加えた砂をかぶせて、金型の熱により砂を硬化させたもの）、コールドボックス法による鋳型、アルカリフェノール法による鋳型、フラン法による鋳型、炭酸ガス法による鋳型等が用いられている。
【０００３】
そして、一般に、鋳型の内、主型としては生型又は自硬性鋳型が用いられ、中子としては自硬性鋳型、シェルモールド法による鋳型又はコールドボックス法による鋳型が用いられている。
【０００４】
ところで、鋳物の製造工程においては、造型機で主型及び中子を造型した後、主型に中子をセットし、この主型と中子の間の空洞に溶湯を流し込み、そして、流し込んだ溶湯を冷却して凝固させることにより鋳物が完成するものである。また、主方及び中子に使用された砂は、廃砂として廃棄処分されるか、又は主型又は中子の原料の砂として再利用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、中子としては、自硬性鋳型、シェルモールド法又はコールドボックス法による鋳型が用いられており、これらには合成樹脂が混練されているので、廃砂をそのまま利用することができず、廃砂を機械加工により表面処理をしなければならなかった。したがって、廃砂を主型及び中子の原料の砂として再利用する際、作業工程が多くなり、また、コストも高くなるものであった。
【０００６】
また、中子に生型を用いると、廃砂を機械加工により表面処理することなく、そのまま利用することができるが、生型では強度が不足し、中子を移動させることが困難で、また、保存性が悪く、さらに表面安定が悪いものであり、中子として用いることができないものであった。
【０００７】
本発明は、以上の問題点を解決し、生型であってもシェルモールド法による鋳型等と同等の強度を持つことができるようにし、その結果、安価かつ効率的に廃砂を再利用することができるようにした鋳造用鋳型の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、以上の問題点を解決するために、生型の強度を向上させる技術に関し鋭意検討し、特定組成の塗型剤を含浸させると表面強度が向上することを見出し、本発明を完成させたものである。
【００１０】
また、本発明による鋳造用鋳型の製造方法は、砂及び粘土に水分を加えて鋳型本体を成型する鋳型本体成型工程と、この鋳型本体成型工程で成型された鋳型本体の表面より０．５〜６ｍｍの範囲に塗型剤を含浸させる塗型剤含浸工程と、この塗型剤含浸工程で塗型剤を含浸させた鋳型本体を炉内温度１００〜１８０℃で加熱乾燥させる乾燥工程とを有し、前記塗型剤が、骨材と無機バインダー及び／又は有機バインダーとからなることを特徴として構成されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の鋳造用鋳型は、鋳型本体の表面に塗型剤を含浸させている。この塗型剤は、骨材と無機バインダー及び／又は有機バインダーとを混合したもので、この塗型剤の含浸部分がシェルモールド法による鋳型と同等の強度を有するものである。
【００１２】
骨材としては、黒鉛、マグネシア、ジルコン、シリカ、ムライト、シャモット及びアルミナを用いることができ、また、無機バインダー及び有機バインダーとしては、酢酸ビニル樹脂、ブタジエン系合成ゴム、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エステル樹脂及び珪酸アルカリを用いることができる。
【００１３】
塗型剤の骨材とバインダーとの配合比は、骨材を５０質量部としたとき、バインダーを１００〜２０００質量部であることが好ましく、１００〜１０００質量部であることが特に好ましい。バインダーの配合が５０質量部未満であると、十分な鋳型強度を得ることができない場合があり、また、２０００質量部を超えると、鋳型の崩壊性が悪化する。
【００１４】
塗型剤を含浸させた厚みは、鋳型本体の表面より０．５〜６ｍｍの範囲が好ましく、１〜４ｍｍの範囲がより好ましい。含浸の厚みが０．５ｍｍ未満であると、十分な鋳型強度を得ることができない場合があり、また、６ｍｍを超えると、鋳型の崩壊性が悪化する。
【００１５】
本発明による塗型剤を含浸させる鋳型本体は、砂及び粘土に水分を加えて成型したものであり、いわゆる生型である。この鋳型本体は、従来公知の方法により製造することができ、砂としては、ケイ砂、アルミナサンド、ジルコンサンド、クロマイトサンド、オリビンサンド等を用いることができ、また、鋳造に使用した鋳型の廃砂を使用することができ、廃砂を利用することによりコストダウンを図ることができる。粘土としては、ベントナイト、粉末粘土等を用いることができる。
【００１６】
以上のような鋳造用鋳型を製造するには、砂及び粘土に水分を加えて鋳型本体を成型する鋳型本体成型工程と、この鋳型本体成型工程で成型された鋳型本体に塗型剤を含浸させる塗型剤含浸工程と、この塗型剤含浸工程で塗型剤を含浸させた鋳型本体を加熱乾燥させる乾燥工程とにより行うことができる。
【００１７】
鋳型本体成型工程は、砂及び粘土に水分を加えて成型するものであり、プレス圧は、エアー圧、油圧、爆発力、振動力等を利用して強度を出したものである。塗型剤含浸工程は、鋳型本体に塗型剤を含浸させるもので、含浸手段としては、特に限定されず、例えば、ドブ漬け、スプレー、刷毛塗り等の方法を用いることができる。
【００１８】
乾燥工程は、塗型剤を含浸させた鋳型本体を加熱乾燥させるもので、この作業により、不良原因となる水分を低下させるとともに、塗型剤を含浸させた部分を硬化させ強度を上げることができる。乾燥させる手段としては、特に限定されず、温風加熱、遠赤外線加熱、電気加熱等を用いることができるが、遠赤外線加熱は、短時間で硬化させることができるので好ましい。
【００１９】
乾燥工程における加熱は、５０〜１０００℃の範囲で加熱することが好ましく、１００〜２００℃の範囲で加熱することがより好ましい。例えば、温風加熱の場合は、炉内温度１００〜１６０℃で１〜２時間乾燥させることが好ましく、遠赤外線加熱の場合は、炉内温度１００〜１８０℃で３〜３０分乾燥させることが好ましい。
【００２０】
本発明の鋳造用鋳型を使用して鋳造する鋳物としては、鋳鉄の鋳物、鋳鋼の鋳物、銅合金の鋳物、アルミニウムの鋳物等に利用することができる。
【００２１】
【実施例】
［実施例１］
ケイ砂１００質量部及びベントナイト８質量部からなる鋳物砂に、水４質量部を加えて、１０分間混練し、直径５０ｍｍ、長さ８０ｍｍの円柱状の鋳型本体を作製した。
【００２２】
この鋳型本体を、骨材として、酸化鉄、含水珪酸マグネシウム、シリカ粉末、珪酸ジルコン粉末、黒鉛粉末及びマグネシア系粉末を２０質量部以上含む耐火物を使用し、バインダーとして、珪酸ナトリウム、三リン酸ナトリウム、液状ポリシロキサン、ナフタレンスルフォン酸ナトリウム、ショ糖、メラミン樹脂、含水マグネシウムシリケート、モンモリロナイトを主成分とする粘土鉱物を使用した塗型剤に５分間浸漬させた。塗型剤の含浸部分は、表面から２ｍｍであった。次に、この塗型剤を含浸させた鋳型本体を、遠赤外線加熱炉において、１５０℃で１０分間、加熱乾燥させた。
【００２３】
［比較例１］
塗型剤を含浸させない他は、実施例１と同一である。
【００２４】
［抗圧力試験］
実施例１及び比較例１で作製した鋳型の抗圧力試験を行った。抗圧力試験は、『万能強度試験機 ＰＨＤ型』（ジョージ・フィッシャー社製）を用いた。結果を以下に記載する。
実施例１： ５０ｋｇｃｍ−２
比較例１： ０．７〜２ｋｇｃｍ−２
【００２５】
［鋳造試験］
実施例１及び比較例１で作製した鋳型（中子）を主型にセットし、溶湯（鋳鉄）を注湯した（１４２０〜１４３０℃）。そして、実施例１及び比較例１による中子を取出した際の状態を目視により観察した。結果を以下に記載する。
【００２６】
実施例１：欠けるところなく、完全に取出すことができた。
比較例１：半周に欠け、砂残りが発生した。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、生型からなる鋳造用鋳型の強度を、シェルモールド法による鋳型、自硬性鋳型等と同等にすることができる。したがって、中子にも生型を用いることができるので、廃砂を鋳型の原料として再利用する際、機械的な表面処理をすることなくそのまま用いることができるので、作業効率及びコストダウンを図ることができ、また、産業廃棄物の大幅な減少を図ることができる。さらに、シェルモールド法、コールドボックス法と異なり、有機バインダーを用いないので、ガス発生がほとんどなく、作業環境を改善することができる。
Claims (5)
- 砂及び粘土に水分を加えて鋳型本体を成型する鋳型本体成型工程と、この鋳型本体成型工程で成型された鋳型本体の表面より０．５〜６ｍｍの範囲に塗型剤を含浸させる塗型剤含浸工程と、この塗型剤含浸工程で塗型剤を含浸させた鋳型本体を炉内温度１００〜１８０℃で加熱乾燥させる乾燥工程とを有し、前記塗型剤が、骨材と無機バインダー及び／又は有機バインダーとからなることを特徴とする鋳造用鋳型の製造方法。
- 前記塗型剤の骨材が、黒鉛、マグネシア、ジルコン、シリカ、ムライト、シャモット及びアルミナから選択された１又は２以上である請求項１記載の鋳造用鋳型の製造方法。
- 前記塗型剤の無機バインダー及び有機バインダーが、酢酸ビニル樹脂、ブタジエン系合成ゴム、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エステル樹脂及び珪酸アルカリから選択された１又は２以上である請求項１記載の鋳造用鋳型の製造方法。
- 前記塗型剤の骨材と無機バインダーとの配合比が、骨材を１００質量部としたとき、バインダーを５０〜２０００質量部とした請求項１、２又は３記載の鋳造用鋳型の製造方法。
- 前記砂が、鋳型の廃砂を含んでいる請求項１、２、３又は４記載の鋳造用鋳型の製造方法。
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