JP4223829B2 - 水溶性鋳造用鋳型の製造方法 - Google Patents
水溶性鋳造用鋳型の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4223829B2 JP4223829B2 JP2003043691A JP2003043691A JP4223829B2 JP 4223829 B2 JP4223829 B2 JP 4223829B2 JP 2003043691 A JP2003043691 A JP 2003043691A JP 2003043691 A JP2003043691 A JP 2003043691A JP 4223829 B2 JP4223829 B2 JP 4223829B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sand
- water
- foundry sand
- steam
- mold
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水溶性鋳造用鋳型の製造方法に関し、特に、鋳物砂の成形型への充填性を向上させるとともに且つ造型後に得られた鋳型の強度を十分に確保可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、鋳造用鋳型の製造方法として、鋳物砂用耐火性粒状物に、水溶性の粘結剤と水とを加えて鋳物砂を作り、この鋳物砂を成形型に充填して造型して鋳型を得る方法がある。例えば、水溶性の粘結剤として、水に対して易溶性の硫酸マグネシウム等の硫酸化合物を主体とする粘結剤を用いた、水溶性鋳造用鋳型の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この製造方法によって得られた鋳型は、水没させることにより容易に崩壊させることができるため、型くずしが容易であり、粘結剤を回収して繰り返し使用することもできる。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５３−１１９７２４号公報（第１−２頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１に記載の鋳型の製造方法においては、鋳物砂用耐火性粒状物の表面に水溶性の粘結剤を確実に被覆させるために、粘結剤を溶解可能な量の水を粘結剤と共に添加することが必要である。つまり、鋳物砂は、水分を含んだ、いわゆる、ウェットサンドの状態となるため、鋳物砂の流動性が低く、このままの状態で鋳物砂を成形型へ充填すると、特に、複雑形状を有する成形型に充填する際には、その充填性が悪くなる。そして、この鋳物砂を造型して得られた鋳型に鋳込み金属を充填する際には充填不良が生じやすく、鋳造時に、焼き付き欠陥、砂かみ欠陥、割れ欠陥、変形などの鋳造欠陥が生じる虞がある。
【０００５】
ここで、鋳物砂を成形型に充填する前に乾燥させてドライ状態にすれば、鋳物砂の充填性は向上する。ところが、粘結剤中の無機硫酸化合物は、結晶水を含有する水和物の状態で強度を発現するが、成形型へ充填する前に鋳物砂を乾燥させると、鋳物砂内の自由水だけでなく、無機硫酸化合物の水和物に含有する結晶水までもが蒸発してしまい、無機硫酸化合物中の結晶水が少なくなったり、場合によっては、無機硫酸化合物が無水和物となってしまって、鋳物砂を造型して得られる鋳型の強度が不足する。
本発明の目的は、水分を含む鋳物砂を成形型への充填前に乾燥させてその充填性を向上させること、成形型への充填後あるいは充填中に蒸気を供給して鋳物砂に水分を補給し粘結剤の強度を発現させること、等である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の水溶性鋳造用鋳型の製造方法は、鋳物砂を造型して鋳造用鋳型を製造する鋳造用鋳型の製造方法において、鋳物砂用耐火性粒状物に水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と水とを加え鋳物砂用耐火性粒状物に粘結剤を被覆して鋳物砂を作る粘結剤被覆工程と、この鋳物砂内の水分の少なくとも一部を加熱又は減圧吸引により除去する水分除去工程と、水分の一部が除去された鋳物砂を成形型に充填して造型する充填工程と、成形型に充填された鋳物砂に蒸気を供給してこの蒸気の一部を結露させることにより鋳物砂に水分を補給する水分補給工程と、鋳物砂を乾燥させる乾燥工程とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
この水溶性鋳造用鋳型の製造方法においては、まず、粘結剤被覆工程において、鋳物用耐火性粒状物に水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と水とを加えて混合し、鋳造用耐火性粒状物に水に溶解した粘結剤を被覆して鋳物砂を作る。ここで、粘結剤としては、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ニッケル等、水溶性を示す種々の硫酸化合物を１種類単独であるいは複数種類組み合わせたものを使用できる。
【０００８】
次に、水分除去工程において、鋳物砂を加熱したり、減圧して蒸発した水蒸気を吸引することで、鋳物砂内の水分の少なくとも一部を除去する。ここで、鋳物砂内の水分を完全に除去する必要はなく、成形型に充填できる程度に鋳物砂が乾燥されていればよい。そして、次の充填工程において、水分の少なくとも一部が除去された鋳物砂を成形型に充填して造型する。
【０００９】
ところで、粘結剤中の無機硫酸化合物が結晶水を全く含有しない無水和物の状態では、結晶水を含有する水和物と比べて、粘結剤の強度が格段に低下する。しかし、前記の水分除去工程において、鋳物砂内の水分の少なくとも一部が除去されるため、粘結剤の無機硫酸化合物中の結晶水が少なくなったり、場合によっては、無機硫酸化合物の一部が無水和物となってしまい、そのまま造型して鋳型とした場合には、鋳型の強度が不足する虞もある。そこで、水分補給工程において、成形型に充填された鋳物砂に蒸気を供給し、この蒸気を鋳物砂内で結露させることにより鋳物砂に水分を補給する。
【００１０】
その後、乾燥工程において、造型後の鋳物砂を加熱するなどして鋳物砂を乾燥させて鋳型の作製を完了する。ここで、鋳型の強度を確保するために、鋳物砂内の無機硫酸化合物が少なくとも一部の結晶水を含有する状態を維持しつつ鋳物砂を乾燥させて、無機硫酸化合物が水和物の状態で存在させるようにすることが望ましい。その際の鋳物砂の乾燥方法としては、鋳物砂にマイクロ波を照射して結晶水よりも誘電率の高い鋳物砂内の水分を先に蒸発させる方法が望ましいが、その他の方法も適用できる。具体的には、鋳型に温風を供給してその熱により水分を蒸発させる方法、金型を加熱してその中に鋳物砂を充填して硬化させる方法、成形型内に鋳物砂を充填させた後に減圧して水分を蒸発させる方法などを適用できる。さらに、これらの方法を組み合わせて適用してもよい。
【００１１】
請求項２の水溶性鋳造用鋳型の製造方法は、請求項１の発明において、前記水分補給工程において、蒸気を供給する直前の鋳物砂の温度が８０℃以下であることを特徴とするものである。鋳物砂の温度が蒸気の飽和温度よりも高い状態では、蒸気を供給しても蒸気が結露しないため、鋳物砂に水分を補給することができない。そこで、鋳物砂の温度が８０℃以下の状態で鋳物砂に蒸気を供給することで、蒸気を確実に結露させて鋳物砂に水分を補給することができる。
【００１２】
請求項３の水溶性鋳造用鋳型の製造方法は、鋳物砂を造型して鋳造用鋳型を製造する鋳造用鋳型の製造方法において、鋳物砂用耐火性粒状物に水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と水とを加え鋳物砂用耐火性粒状物に粘結剤を被覆して鋳物砂を作る粘結剤被覆工程と、この鋳物砂内の水分の少なくとも一部を加熱又は減圧吸引により除去する水分除去工程と、鋳物砂に蒸気を供給してこの蒸気の一部を結露させることにより鋳物砂に水分を補給しつつ鋳物砂を成形型に充填して造型する充填工程と、鋳物砂を乾燥させる乾燥工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
この水溶性鋳造用鋳型の製造方法においては、請求項１の発明と同様に、粘結剤被覆工程において、鋳物砂用耐火性粒状物に粘結剤を被覆して鋳物砂を作り、さらに、鋳物砂の成形型への充填性を向上させるために、水分除去工程において、鋳物砂から水分の少なくとも一部を除去する。しかし、この状態では、粘結剤の無機硫酸化合物の少なくとも一部が無水和物となっている虞があり、そのまま造型して鋳型とした場合には、鋳型の強度が不足する虞もある。そこで、充填工程において、鋳物砂に蒸気を供給して、この蒸気の一部を結露させることにより鋳物砂に水分を補給しつつ、鋳物砂を成形型に充填して造型する。
【００１４】
その後、乾燥工程において、造型後の鋳物砂を加熱するなどして鋳物砂を乾燥させて鋳型の作製を完了する。その際、請求項１と同様に、鋳物砂にマイクロ波を照射して加熱するなどして、鋳物砂内の無機硫酸化合物が少なくとも一部の結晶水を含有する状態を維持しつつ鋳物砂を乾燥させることが望ましい。
【００１５】
請求項４の水溶性鋳造用鋳型の製造方法は、請求項３の発明において、前記充填工程において、蒸気を供給する直前の鋳物砂の温度が８０℃以下であることを特徴とするものである。鋳物砂の温度が８０℃以下の状態で鋳物砂に蒸気を供給することで、蒸気を確実に結露させて鋳物砂に水分を補給することができる。
【００１６】
請求項５の水溶性鋳造用鋳型の製造方法は、請求項１〜４の発明において、前記乾燥工程において、過熱蒸気により鋳物砂を乾燥させることを特徴とするものである。過熱蒸気を鋳物砂に供給することで、過熱蒸気の熱により鋳物砂内の水分を蒸発させて鋳物砂を乾燥させる。ここで、鋳物砂を成形型に充填した後または成形型に充填する際に、過熱蒸気を鋳物砂に供給して蒸気の一部を結露させて、鋳物砂に水分を補給した後、その過熱蒸気を継続して鋳物砂に供給して乾燥工程を行うようにすれば、水分補給に続いて過熱蒸気で鋳物砂を乾燥することができる。
【００１７】
請求項６の水溶性鋳造用鋳型の製造方法は、請求項１〜４の発明において、前記乾燥工程において、鋳物砂にマイクロ波を照射して鋳物砂を乾燥させることを特徴とするものである。鋳物砂にマイクロ波を照射させると、鋳物砂内の水分は無機硫酸化合物の結晶水よりも誘電率が高いため、結晶水よりも先に蒸発しやすくなる。従って、無機硫酸化合物が少なくとも一部の結晶水を含有する状態を維持しつつ水を除去することが可能になり、乾燥状態において無機硫酸化合物を水和物の状態で存在させることができる。
【００１８】
請求項７の水溶性鋳造用鋳型の製造方法は、請求項１〜６の発明において、前記成形型が通気性を有するセラミック型であることを特徴とするものである。従って、乾燥工程で鋳物砂を乾燥する際に、蒸発した水分を通気性のセラミック型から均等に外部へ放出させることができるため、鋳型の強度を均一化することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。本発明は、鋳物砂を造型してアルミニウム合金鋳造用鋳型を製造する水溶性鋳造用鋳型の製造方法に適用した一例である。
図１に示すように、この水溶性鋳造用鋳物の製造方法は、珪砂等の鋳物砂用耐火性粒状物（以下、耐火性粒状物という）に水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と水とを加え耐火性粒状物に粘結剤を被覆して鋳物砂を作る粘結剤被覆工程と、この鋳物砂内の水分の少なくとも一部を加熱又は減圧吸引により除去する水分除去工程と、水分の少なくとも一部が除去された鋳物砂を成形型に充填して造型する充填工程と、成形型に充填された鋳物砂に蒸気を供給してこの蒸気の一部を結露させることにより鋳物砂に水分を補給する水分補給工程と、鋳物砂を乾燥させる乾燥工程とを備えている。
【００２０】
まず、粘結剤被覆工程において、珪砂等の耐火性粒状物に、水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と、この粘結剤を溶解可能な量の水とを加えて混合させ、水に溶解させた粘結剤を耐火性粒状物の表面に被覆して鋳物砂を作る。ここで、粘結剤に含まれる無機硫酸化合物は、融点がアルミニウム合金鋳造の平均的な注湯温度である７７０℃以上で、且つ、水に対して易溶であることが望ましい。具体的には、表１に示す、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、硫酸ナトリウム、硫酸ニッケル、硫酸マンガン等である。
【００２１】
【表１】
【００２２】
ここで、粘結剤を溶解させるために、耐火性粒状物に相当量の水を添加することから、粘結剤被覆工程で得られた鋳物砂は、水分を含む、いわゆるウェットサンドの状態である。このウェットサンドの状態では、鋳物砂の流動性が低く成形型への充填性が悪い。そこで、水分除去工程において、鋳物砂を加熱したり、あるいは、減圧して蒸発した水分を吸引することにより、鋳物砂内の水分を除去して乾燥させる。その際、鋳物砂内の水分を全て除去する必要はなく、後述の充填工程において充填しにくくならない程度に乾燥させておけばよい。つまり、鋳物砂の種類や鋳物砂が充填される成形型の形状等、種々の条件毎に、除去する水分の量（加熱時間や減圧吸引の時間）を調節すればよい。
【００２３】
次に、充填工程において、ブローイング造型により成形型内に鋳物砂を充填する。図２に示すように、水分除去工程で水分の少なくとも一部を除去された鋳物砂Ｓを成形型１の中子成形キャビティ２内に吹き込む。ここで、成形型１は、通気性を有するセラミック型であり、上下に２分割された型分割体１ａ，１ｂで構成され、成形型１は、アルミニウム製のケース部材３で覆われている。鋳物砂Ｓをキャビティ２内に充填する際には、成形型１の上側に設置したブローヘッド４内に加圧エアを作用させ、ブローノズル５を介して成形型１の内部に形成された中子成形キャビティ２内に鋳物砂Ｓを吹き込み、このキャビティ２内に鋳物砂Ｓを加圧充填して鋳物砂Ｓで所定の形状に造型する。
【００２４】
ところで、前述の水分除去工程において、鋳物砂は水分の少なくとも一部を除去されているため、鋳物砂内の粘結剤中の無機硫酸化合物が含有する結晶水の量が少なくなったり、場合によっては、結晶水が全て脱水して無水和物となっていると考えられる。ここで、硫酸マグネシウムや硫酸アルミニウム等の無機硫酸化合物においては、一般的に、結晶水を含有しない無水和物の状態では、結晶水を含有する水和物の状態と比べて強度が低い。従って、鋳物砂中の無機硫酸化合物の一部が無水和物になっている状態で、後述の乾燥工程で鋳物砂を乾燥させた場合、得られた鋳型の強度が不足する虞がある。そこで、水分補給工程において、成形型に充填された鋳物砂に蒸気を所定時間供給し、この蒸気を鋳物砂内で結露させて、鋳物砂に水分を補給する。
【００２５】
そして、乾燥工程において、鋳物砂にマイクロ波を照射して鋳物砂を乾燥させて鋳型を作る。図３に示すように、この乾燥工程においては、鋳物砂Ｓを充填した成形型１に対して均等にマイクロ波が照射されるようにスターラー６を回転させつつ、マグネトロン７からマイクロ波を所定時間照射する。このマイクロ波は成形型１を透過してキャビティ２内の鋳物砂Ｓに作用する。ここで、前記水分補給工程において水分を補給された鋳物砂Ｓ内には、自由水と無機硫酸化合物の結晶水という２つの状態で水分が存在するが、自由水の方が結晶水よりも誘電率が高いため、自由水が結晶水よりも先に蒸発しやすくなり、鋳物砂Ｓ内の無機硫酸化合物が少なくとも一部の結晶水を含有する状態を維持しつつ鋳物砂Ｓ内の自由水を蒸発させる。
【００２６】
鋳物砂内の水分が蒸発して発生した水蒸気は、吸引ポンプ８により吸引フード９、吸引ホース１０を介して成形型１の外部へ排出される。このようにして鋳物砂を乾燥させることで、乾燥状態において粘結剤の無機硫酸化合物が結晶水を含有することになって強度が発現するため、乾燥により得られる鋳型の強度を十分に確保することができる。
【００２７】
ここで、成形型１は通気性を有するセラミック型であり、蒸発した水分が成形型１から均等に外部へ放出されるため、無機硫酸化合物が含有する結晶水の量のばらつきを極力抑えて、得られた鋳型の強度を均一化することができる。
尚、キャビティ２を形成する成形型１は、セラミック型に限らず、合成樹脂製の型など、マイクロ波を透過するものであれば、他の材質のものでも使用できる。
【００２８】
以上説明した水溶性鋳造用鋳型の製造方法に関し、次のような試験を実施して実際に所定以上の強度が得られるかどうかを検証した。
まず、珪砂としての溶融セラミックサンド１００重量部に対して、粘結剤として水溶性の無機硫酸化合物である硫酸マグネシウム・７水和物と硫酸アルミニウム・１８水和物を４：１で混合して１．５重量部加え、さらに、水１．２重量部を添加して混練し、鋳物砂とした。
【００２９】
次に、この鋳物砂を２００℃で２時間乾燥し、鋳物砂内の水分を完全に蒸発させた。そして、図４に示すように、直径３０ｍｍ、高さ１００ｍｍの塩化ビニル製パイプからなる円筒試験筒１０内に乾燥後の鋳物砂Ｓ（７５ｇ）を、砂温度を夫々変化させて充填したのち、チューブ１１を介して円筒試験筒１０に蒸気を供給した。ここで、蒸気は５００ｍｌの三角フラスコ１２に水を入れ加熱することで発生させた。本試験では１分間に約８ｍｌの水が蒸発し蒸気となる。水蒸気供給時の鋳物砂の温度と、蒸気通過時間、試験片硬化高さ及び圧縮強度の関係を表２に示す。
【００３０】
【表２】
【００３１】
ここで、蒸気が鋳物砂を通過し、円筒試験筒下部のろ紙１３から排気されるまでの時間を蒸気通過時間とした。また、蒸気通過時間が経過した後、円筒試験筒をJIS Z 2601に定められる試験片搗き固め器で３回ラミングして高さ５０ｍｍの試験片とした。試験片を押し抜き、出力７００Ｗのマイクロ波発生装置（電子レンジ）を用い、１分間マイクロ波を照射し、冷却後に試験片の硬化高さと圧縮強度を測定した。このように試験片にマイクロ波を照射することで、硫酸マグネシウムに含まれる結晶水よりも、誘電率が高い自由水を先に蒸発させやすくなるため、硫酸マグネシウムが結晶水を含有する状態を維持しつつ、自由水を蒸発させて試験片を乾燥させることができる。
【００３２】
表２に示すように、蒸気通過時間は砂温度と相関があり、砂温度が高くなるに従って蒸気の通過が速くなる傾向にある。これは、試験片の鋳物砂の中を蒸気が通過する際に、鋳物砂の温度が１００℃以下の場合は蒸気が凝縮し、加熱により再度気化して蒸気となるまでの時間を要するものと考えられる。従って、砂温度が高い程、ほとんど結露せずに蒸気が通過してしまうことになる。
【００３３】
試験片の硬化高さは、砂温度が１５０℃以上では未硬化であった。これは蒸気がほとんど凝縮することなく（つまり、粘結剤がほとんど溶解することなく）試験片を通過したためであると考えられる。恐らく、飽和温度である１００℃以上の砂温度では試験片は硬化しないものと思われる。また、砂温度が低いほど試験片の硬化高さが短くなる傾向にあった。これは蒸気が試験片を通過する際に粘結剤を洗い流すための現象であると考えられる。さらに、圧縮強度は試験片の硬化層が短い程、高くなる傾向にあるが、これは、粘結剤が流されて濃縮することで強度が高くなっていることが要因であると思われる。
【００３４】
次に、鋳物砂の水分を０．５重量部として、前述の試験と同様の試験を実施した場合の、水蒸気通過時の砂温度と蒸気通過時間、試験片硬化高さ、圧縮強度の関係を表３に示す。
【００３５】
【表３】
【００３６】
これは表２の試験と同様な条件で鋳物砂を作製した後に、７５ｇの鋳物砂に対して素早く水分を０．５重量部添加して攪拌した後、図４の円筒試験筒に投入し、蒸気を通過させて測定したものである。鋳物砂が水分を含有している場合においても、砂温度が８０℃以下において、試験片は硬化し、砂温度が低下するに従って、試験片硬化高さが短くなり、圧縮強度が増加する傾向にある。
【００３７】
さらに、試験片に蒸気を通過させない場合の、試験片中の水分量と、蒸気通過時間、試験片硬化高さ、圧縮強度の関係を表４に示す。
【００３８】
【表４】
【００３９】
ここで、水分を加えていない場合（水分０重量部）及び水分を０．５重量部だけ添加した場合においては、試験片は未硬化であり、強度が発現していない。従って、蒸気を通過させて鋳物砂に水分を供給することが、乾燥後の試験片の強度発現に非常に有効であることがわかる。
【００４０】
尚、表２及び表３における１００℃以下の鋳物砂において、鋳物砂から得られた高さ５０ｍｍの試験片に硬化層と未硬化層が形成されるが、未硬化層においては十分な鋳型強度が得られない。従って、実用に際して、例えば、ブローイング造型においては、図５に示すように、ブローヘッド４とキャビティ２内の成形部Ｓａ間に所定の距離をとり、前記の未硬化層Ｓｂがこの間に形成されるようにする必要がある。
【００４１】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。
１］水分除去工程において、鋳物砂内の水分の少なくとも一部を除去した後に、充填工程において、鋳物砂に蒸気を供給しつつ鋳物砂を成形型に充填して造型するようにしてもよい。
【００４２】
即ち、図６に示すように、この水溶性鋳造用鋳型の製造方法は、鋳物砂用耐火性粒状物に水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と水とを加え鋳物砂用耐火性粒状物に粘結剤を被覆して鋳物砂を作る粘結剤被覆工程と、この鋳物砂内の水分の少なくとも一部を加熱又は減圧吸引により除去する水分除去工程と、鋳物砂に蒸気を供給してこの蒸気の一部を結露させることにより鋳物砂に水分を補給しつつ鋳物砂を成形型に充填して造型する充填工程と、鋳物砂を乾燥させる乾燥工程とを備えている。充填工程において、蒸気を鋳物砂に供給しつつ鋳物砂を成形型のキャビティに充填することで、鋳物砂を充填しつつ蒸気を結露させて鋳物砂に水分を供給することができ、作業効率を向上させることが可能になる。
【００４３】
この製造方法を検証する為に、前記実施形態の図４とほぼ同様に、蒸気を供給した後の鋳物砂で試験片を作製して行った検証試験の結果を表５に示す。但し、この試験においては、鋳物砂を混練した後、円筒試験筒１０に、鋳物砂Ｓと蒸気を同時投入した。
【００４４】
【表５】
【００４５】
鋳物砂Ｓと蒸気を５秒以内に円筒試験筒１０に投入した場合では、試験片は未硬化であるが、１０秒以上では試験片が硬化し強度が発現することがわかる。１０秒以上時間をかけて蒸気を鋳物砂と接触させることで粘結剤が溶解し強度が発現するようである。前記実施形態の表２、表３において、鋳物砂を充填後に蒸気を通過させた場合は、蒸気が鋳物砂中の骨材である珪砂を１００℃に加熱しながら流れるため、蒸気が鋳物砂を通過するのに比較的長い時間がかかる。しかし、この試験においては、円筒試験筒内に充填される前に鋳物砂が蒸気と接触し、珪砂表面の粘結剤のみを溶解させるため、蒸気通過時間が極めて短いようである。
尚、ブローイング造型においてブロータイムが１０秒を超えることはよくあることから、表５の試験結果に基づいて鋳型（中子）造型を実施することは十分に工業的に可能である。
【００４６】
２］乾燥工程において、過熱蒸気を鋳物砂が充填された成形型のキャビティ内に供給し、この過熱蒸気により鋳物砂を乾燥するようにしてもよい。ここで、図１の水分補給工程、あるいは、図６の充填工程において、過熱蒸気を鋳物砂に供給して蒸気の一部を結露させて鋳物砂に水分を補給した後、その過熱蒸気を継続して鋳物砂に供給して乾燥工程を行うことで、過熱蒸気により鋳物砂への水分補給に続けて鋳物砂を乾燥することができれば、作業効率を向上させることが可能になる。
【００４７】
そこで、過熱蒸気により鋳物砂に水分を補給した後に続けて鋳物砂を乾燥させて、鋳型を製造する水溶性鋳造用鋳型の製造方法に関し、以下のような検証試験を行った。耐火性粒状物としてウェドロンを用い、これに、粘結剤として、硫酸マグネシウム単独、あるいは、硫酸マグネシウムと硫酸アルミニウムを９：１の割合で混合したものと、水とを加えて混練し、鋳物砂とした。この鋳物砂を突き固めて造型して試験片を作製し、試験片に２８０℃の過熱蒸気を所定時間供給した。その結果を表６に示す。
【００４８】
【表６】
【００４９】
硫酸マグネシウム単独の粘結剤を使用した場合で且つ過熱蒸気を４分間供給した場合には、試験片に十分な強度が発現している。しかし、過熱蒸気を５分間供給した場合では、４分間過熱蒸気を供給した場合に比べて、強度が低下している。これは、過熱蒸気により、硫酸マグネシウムに含有される結晶水が多く蒸発してしまい、結晶水が少なくなって強度が低下したと思われる。一方、硫酸マグネシウムと硫酸アルミニウムからなる粘結剤を使用した場合で、且つ過熱蒸気を４分供給した場合には、やや強度が発現しているが、過熱蒸気を２分間しか供給しなかった場合には、強度が発現していない。これは、過熱蒸気の供給時間が少ないために、粘結剤を溶解するのに十分な水分が試験片に補給されず、粘結剤中の硫酸マグネシウムや硫酸アルミニウムが少しの結晶水しか含有していないか、あるいは、無水和物となっているからであると考えられる。
【００５０】
３］乾燥工程における、鋳物砂の乾燥方法としては、前述のマイクロ波や過熱蒸気による乾燥の他、鋳型に温風を供給してその熱により水分を蒸発させる方法、金型を加熱してその中に鋳物砂を充填して硬化させる方法、成形型内に鋳物砂を充填させた後に減圧して水分を蒸発させる方法などを適用できる。さらに、これらの方法を組み合わせて適用してもよい。
【００５１】
４］その他、耐火性粒状物としては、鋳物砂として使用される平均粒子径がおよそ0.05mm(280mesh)〜1mm（16mesh）に位置する粒子サイズのものなら、いかなる種類を用いても良い。例えば、国内珪砂、輸入珪砂、ジルコンサンド、クロマイトサンド、オリビンサンド、スラグサンド、カーボンサンド、ムライトサンド、アルミナサンド、シャモットサンド、セラミックサンド、多孔質セラミックサンド、溶融セラミックサンド、各種ガラス砂、中空ガラス球状砂、各種耐火材料の粉砕物、ショット玉等の金属粒状物及びこれらの再生砂等の鋳物砂として用いられる各種鋳物砂用耐火性粒状物である。
【００５２】
５］鋳物砂あるいは粘結剤には、鋳造欠陥を防止するために通常鋳物砂に添加されるベンガラ、鉄粉、石炭粉、黒鉛粉、木粉、タルク、澱粉、穀物粉、シリカフラワー、ジルコンフラワー、オリビンフラワーなどを所定量配合できる。
【００５３】
さらに、鋳物砂あるいは粘結剤には、型への充填性を改善するために、無機潤滑剤として二硫化タングステン、二硫化モリブデン、有機潤滑剤として炭化水素系、ポリアルキレングリコール、シリコーン系、フッ素系、フェニルエーテル、リン酸エステル潤滑剤を所定量配合できる。
さらに、鋳型にはアルコール性塗型、水性塗型、粉末塗型、表面安定剤、ひけ防止用テルル粉末などの通常、鋳型表面に塗布する造型材料を用いることができる。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、水分除去工程において鋳物砂内の水分の少なくとも一部を除去して乾燥させるので、充填工程において、鋳物砂を成形型へ充填するのが容易になり、鋳物砂の充填性が向上する。さらに、水分補給工程において、成形型に充填された鋳物砂に蒸気を供給して、この蒸気を鋳物砂内で結露させることにより鋳物砂に水分を補給するので、粘結剤中の無機硫酸化合物を水和物の状態にすることができ、その後の乾燥工程で鋳物砂を乾燥させて得られた鋳型の強度を十分に確保することができる。
【００５５】
請求項２の発明によれば、鋳物砂の温度が蒸気の飽和温度よりも低い８０℃の状態で鋳物砂に蒸気を供給することで、蒸気を確実に結露させて鋳物砂に水分を補給することができる。
【００５６】
請求項３の発明によれば、充填工程において、鋳物砂に蒸気を供給して、この蒸気の一部を結露させることにより鋳物砂に水分を補給しつつ、鋳物砂を成形型に充填して造型するので、請求項１とほぼ同様の効果が得られる他、作業効率を向上させることが可能になる。
【００５７】
請求項４の発明によれば、鋳物砂の温度が蒸気の飽和温度よりも低い８０℃の状態で鋳物砂に蒸気を供給することで、蒸気を確実に結露させて鋳物砂に水分を補給することができる。
【００５８】
請求項５の発明によれば、乾燥工程において、過熱蒸気を鋳物砂に供給することで、過熱蒸気の熱により鋳物砂内の水分を蒸発させて鋳物砂を乾燥させることができる。さらに、鋳物砂を成形型に充填した後または成形型に充填する際に、過熱蒸気を鋳物砂に供給して蒸気の一部を結露させて鋳物砂に水分を補給した後、その過熱蒸気を継続して鋳物砂に供給して乾燥工程を行うことで、水分補給に続いて過熱蒸気で鋳物砂を乾燥することができ、作業効率を向上させることが可能になる。
【００５９】
請求項６の発明によれば、乾燥工程において、鋳物砂にマイクロ波を照射して鋳物砂を乾燥させるので、無機硫酸化合物中の結晶水よりも誘電率の高い鋳物砂内の自由水を先に蒸発させて、無機硫酸化合物が少なくとも一部の結晶水を含有する状態を維持しつつ水を除去することが可能になり、乾燥工程後に得られる鋳型内で無機硫酸化合物を水和物の状態で存在させることができるため、鋳型の強度を十分に高めることができる。
【００６０】
請求項７の発明によれば、乾燥工程で鋳物砂を乾燥する際に、蒸発した水分を通気性のセラミック型から均等に外部へ放出させることができるため、鋳物砂を均等に乾燥させて鋳型の強度を極力均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る水溶性鋳造用鋳型の製造方法を示す工程図である。
【図２】充填工程における鋳物砂の型への充填作業を説明する説明図である。
【図３】乾燥工程におけるマイクロ波による乾燥作業を説明する説明図である。
【図４】検証用試験装置の概略構成図である。
【図５】ブローイング造型における鋳物砂の充填状態を示す説明図である。
【図６】変更形態に係る水溶性鋳造用鋳型の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
Ｓ 鋳物砂
１ 成形型
２ キャビティ
【発明の属する技術分野】
本発明は、水溶性鋳造用鋳型の製造方法に関し、特に、鋳物砂の成形型への充填性を向上させるとともに且つ造型後に得られた鋳型の強度を十分に確保可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、鋳造用鋳型の製造方法として、鋳物砂用耐火性粒状物に、水溶性の粘結剤と水とを加えて鋳物砂を作り、この鋳物砂を成形型に充填して造型して鋳型を得る方法がある。例えば、水溶性の粘結剤として、水に対して易溶性の硫酸マグネシウム等の硫酸化合物を主体とする粘結剤を用いた、水溶性鋳造用鋳型の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この製造方法によって得られた鋳型は、水没させることにより容易に崩壊させることができるため、型くずしが容易であり、粘結剤を回収して繰り返し使用することもできる。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５３−１１９７２４号公報（第１−２頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１に記載の鋳型の製造方法においては、鋳物砂用耐火性粒状物の表面に水溶性の粘結剤を確実に被覆させるために、粘結剤を溶解可能な量の水を粘結剤と共に添加することが必要である。つまり、鋳物砂は、水分を含んだ、いわゆる、ウェットサンドの状態となるため、鋳物砂の流動性が低く、このままの状態で鋳物砂を成形型へ充填すると、特に、複雑形状を有する成形型に充填する際には、その充填性が悪くなる。そして、この鋳物砂を造型して得られた鋳型に鋳込み金属を充填する際には充填不良が生じやすく、鋳造時に、焼き付き欠陥、砂かみ欠陥、割れ欠陥、変形などの鋳造欠陥が生じる虞がある。
【０００５】
ここで、鋳物砂を成形型に充填する前に乾燥させてドライ状態にすれば、鋳物砂の充填性は向上する。ところが、粘結剤中の無機硫酸化合物は、結晶水を含有する水和物の状態で強度を発現するが、成形型へ充填する前に鋳物砂を乾燥させると、鋳物砂内の自由水だけでなく、無機硫酸化合物の水和物に含有する結晶水までもが蒸発してしまい、無機硫酸化合物中の結晶水が少なくなったり、場合によっては、無機硫酸化合物が無水和物となってしまって、鋳物砂を造型して得られる鋳型の強度が不足する。
本発明の目的は、水分を含む鋳物砂を成形型への充填前に乾燥させてその充填性を向上させること、成形型への充填後あるいは充填中に蒸気を供給して鋳物砂に水分を補給し粘結剤の強度を発現させること、等である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の水溶性鋳造用鋳型の製造方法は、鋳物砂を造型して鋳造用鋳型を製造する鋳造用鋳型の製造方法において、鋳物砂用耐火性粒状物に水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と水とを加え鋳物砂用耐火性粒状物に粘結剤を被覆して鋳物砂を作る粘結剤被覆工程と、この鋳物砂内の水分の少なくとも一部を加熱又は減圧吸引により除去する水分除去工程と、水分の一部が除去された鋳物砂を成形型に充填して造型する充填工程と、成形型に充填された鋳物砂に蒸気を供給してこの蒸気の一部を結露させることにより鋳物砂に水分を補給する水分補給工程と、鋳物砂を乾燥させる乾燥工程とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
この水溶性鋳造用鋳型の製造方法においては、まず、粘結剤被覆工程において、鋳物用耐火性粒状物に水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と水とを加えて混合し、鋳造用耐火性粒状物に水に溶解した粘結剤を被覆して鋳物砂を作る。ここで、粘結剤としては、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ニッケル等、水溶性を示す種々の硫酸化合物を１種類単独であるいは複数種類組み合わせたものを使用できる。
【０００８】
次に、水分除去工程において、鋳物砂を加熱したり、減圧して蒸発した水蒸気を吸引することで、鋳物砂内の水分の少なくとも一部を除去する。ここで、鋳物砂内の水分を完全に除去する必要はなく、成形型に充填できる程度に鋳物砂が乾燥されていればよい。そして、次の充填工程において、水分の少なくとも一部が除去された鋳物砂を成形型に充填して造型する。
【０００９】
ところで、粘結剤中の無機硫酸化合物が結晶水を全く含有しない無水和物の状態では、結晶水を含有する水和物と比べて、粘結剤の強度が格段に低下する。しかし、前記の水分除去工程において、鋳物砂内の水分の少なくとも一部が除去されるため、粘結剤の無機硫酸化合物中の結晶水が少なくなったり、場合によっては、無機硫酸化合物の一部が無水和物となってしまい、そのまま造型して鋳型とした場合には、鋳型の強度が不足する虞もある。そこで、水分補給工程において、成形型に充填された鋳物砂に蒸気を供給し、この蒸気を鋳物砂内で結露させることにより鋳物砂に水分を補給する。
【００１０】
その後、乾燥工程において、造型後の鋳物砂を加熱するなどして鋳物砂を乾燥させて鋳型の作製を完了する。ここで、鋳型の強度を確保するために、鋳物砂内の無機硫酸化合物が少なくとも一部の結晶水を含有する状態を維持しつつ鋳物砂を乾燥させて、無機硫酸化合物が水和物の状態で存在させるようにすることが望ましい。その際の鋳物砂の乾燥方法としては、鋳物砂にマイクロ波を照射して結晶水よりも誘電率の高い鋳物砂内の水分を先に蒸発させる方法が望ましいが、その他の方法も適用できる。具体的には、鋳型に温風を供給してその熱により水分を蒸発させる方法、金型を加熱してその中に鋳物砂を充填して硬化させる方法、成形型内に鋳物砂を充填させた後に減圧して水分を蒸発させる方法などを適用できる。さらに、これらの方法を組み合わせて適用してもよい。
【００１１】
請求項２の水溶性鋳造用鋳型の製造方法は、請求項１の発明において、前記水分補給工程において、蒸気を供給する直前の鋳物砂の温度が８０℃以下であることを特徴とするものである。鋳物砂の温度が蒸気の飽和温度よりも高い状態では、蒸気を供給しても蒸気が結露しないため、鋳物砂に水分を補給することができない。そこで、鋳物砂の温度が８０℃以下の状態で鋳物砂に蒸気を供給することで、蒸気を確実に結露させて鋳物砂に水分を補給することができる。
【００１２】
請求項３の水溶性鋳造用鋳型の製造方法は、鋳物砂を造型して鋳造用鋳型を製造する鋳造用鋳型の製造方法において、鋳物砂用耐火性粒状物に水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と水とを加え鋳物砂用耐火性粒状物に粘結剤を被覆して鋳物砂を作る粘結剤被覆工程と、この鋳物砂内の水分の少なくとも一部を加熱又は減圧吸引により除去する水分除去工程と、鋳物砂に蒸気を供給してこの蒸気の一部を結露させることにより鋳物砂に水分を補給しつつ鋳物砂を成形型に充填して造型する充填工程と、鋳物砂を乾燥させる乾燥工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
この水溶性鋳造用鋳型の製造方法においては、請求項１の発明と同様に、粘結剤被覆工程において、鋳物砂用耐火性粒状物に粘結剤を被覆して鋳物砂を作り、さらに、鋳物砂の成形型への充填性を向上させるために、水分除去工程において、鋳物砂から水分の少なくとも一部を除去する。しかし、この状態では、粘結剤の無機硫酸化合物の少なくとも一部が無水和物となっている虞があり、そのまま造型して鋳型とした場合には、鋳型の強度が不足する虞もある。そこで、充填工程において、鋳物砂に蒸気を供給して、この蒸気の一部を結露させることにより鋳物砂に水分を補給しつつ、鋳物砂を成形型に充填して造型する。
【００１４】
その後、乾燥工程において、造型後の鋳物砂を加熱するなどして鋳物砂を乾燥させて鋳型の作製を完了する。その際、請求項１と同様に、鋳物砂にマイクロ波を照射して加熱するなどして、鋳物砂内の無機硫酸化合物が少なくとも一部の結晶水を含有する状態を維持しつつ鋳物砂を乾燥させることが望ましい。
【００１５】
請求項４の水溶性鋳造用鋳型の製造方法は、請求項３の発明において、前記充填工程において、蒸気を供給する直前の鋳物砂の温度が８０℃以下であることを特徴とするものである。鋳物砂の温度が８０℃以下の状態で鋳物砂に蒸気を供給することで、蒸気を確実に結露させて鋳物砂に水分を補給することができる。
【００１６】
請求項５の水溶性鋳造用鋳型の製造方法は、請求項１〜４の発明において、前記乾燥工程において、過熱蒸気により鋳物砂を乾燥させることを特徴とするものである。過熱蒸気を鋳物砂に供給することで、過熱蒸気の熱により鋳物砂内の水分を蒸発させて鋳物砂を乾燥させる。ここで、鋳物砂を成形型に充填した後または成形型に充填する際に、過熱蒸気を鋳物砂に供給して蒸気の一部を結露させて、鋳物砂に水分を補給した後、その過熱蒸気を継続して鋳物砂に供給して乾燥工程を行うようにすれば、水分補給に続いて過熱蒸気で鋳物砂を乾燥することができる。
【００１７】
請求項６の水溶性鋳造用鋳型の製造方法は、請求項１〜４の発明において、前記乾燥工程において、鋳物砂にマイクロ波を照射して鋳物砂を乾燥させることを特徴とするものである。鋳物砂にマイクロ波を照射させると、鋳物砂内の水分は無機硫酸化合物の結晶水よりも誘電率が高いため、結晶水よりも先に蒸発しやすくなる。従って、無機硫酸化合物が少なくとも一部の結晶水を含有する状態を維持しつつ水を除去することが可能になり、乾燥状態において無機硫酸化合物を水和物の状態で存在させることができる。
【００１８】
請求項７の水溶性鋳造用鋳型の製造方法は、請求項１〜６の発明において、前記成形型が通気性を有するセラミック型であることを特徴とするものである。従って、乾燥工程で鋳物砂を乾燥する際に、蒸発した水分を通気性のセラミック型から均等に外部へ放出させることができるため、鋳型の強度を均一化することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。本発明は、鋳物砂を造型してアルミニウム合金鋳造用鋳型を製造する水溶性鋳造用鋳型の製造方法に適用した一例である。
図１に示すように、この水溶性鋳造用鋳物の製造方法は、珪砂等の鋳物砂用耐火性粒状物（以下、耐火性粒状物という）に水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と水とを加え耐火性粒状物に粘結剤を被覆して鋳物砂を作る粘結剤被覆工程と、この鋳物砂内の水分の少なくとも一部を加熱又は減圧吸引により除去する水分除去工程と、水分の少なくとも一部が除去された鋳物砂を成形型に充填して造型する充填工程と、成形型に充填された鋳物砂に蒸気を供給してこの蒸気の一部を結露させることにより鋳物砂に水分を補給する水分補給工程と、鋳物砂を乾燥させる乾燥工程とを備えている。
【００２０】
まず、粘結剤被覆工程において、珪砂等の耐火性粒状物に、水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と、この粘結剤を溶解可能な量の水とを加えて混合させ、水に溶解させた粘結剤を耐火性粒状物の表面に被覆して鋳物砂を作る。ここで、粘結剤に含まれる無機硫酸化合物は、融点がアルミニウム合金鋳造の平均的な注湯温度である７７０℃以上で、且つ、水に対して易溶であることが望ましい。具体的には、表１に示す、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、硫酸ナトリウム、硫酸ニッケル、硫酸マンガン等である。
【００２１】
【表１】
ここで、粘結剤を溶解させるために、耐火性粒状物に相当量の水を添加することから、粘結剤被覆工程で得られた鋳物砂は、水分を含む、いわゆるウェットサンドの状態である。このウェットサンドの状態では、鋳物砂の流動性が低く成形型への充填性が悪い。そこで、水分除去工程において、鋳物砂を加熱したり、あるいは、減圧して蒸発した水分を吸引することにより、鋳物砂内の水分を除去して乾燥させる。その際、鋳物砂内の水分を全て除去する必要はなく、後述の充填工程において充填しにくくならない程度に乾燥させておけばよい。つまり、鋳物砂の種類や鋳物砂が充填される成形型の形状等、種々の条件毎に、除去する水分の量（加熱時間や減圧吸引の時間）を調節すればよい。
【００２３】
次に、充填工程において、ブローイング造型により成形型内に鋳物砂を充填する。図２に示すように、水分除去工程で水分の少なくとも一部を除去された鋳物砂Ｓを成形型１の中子成形キャビティ２内に吹き込む。ここで、成形型１は、通気性を有するセラミック型であり、上下に２分割された型分割体１ａ，１ｂで構成され、成形型１は、アルミニウム製のケース部材３で覆われている。鋳物砂Ｓをキャビティ２内に充填する際には、成形型１の上側に設置したブローヘッド４内に加圧エアを作用させ、ブローノズル５を介して成形型１の内部に形成された中子成形キャビティ２内に鋳物砂Ｓを吹き込み、このキャビティ２内に鋳物砂Ｓを加圧充填して鋳物砂Ｓで所定の形状に造型する。
【００２４】
ところで、前述の水分除去工程において、鋳物砂は水分の少なくとも一部を除去されているため、鋳物砂内の粘結剤中の無機硫酸化合物が含有する結晶水の量が少なくなったり、場合によっては、結晶水が全て脱水して無水和物となっていると考えられる。ここで、硫酸マグネシウムや硫酸アルミニウム等の無機硫酸化合物においては、一般的に、結晶水を含有しない無水和物の状態では、結晶水を含有する水和物の状態と比べて強度が低い。従って、鋳物砂中の無機硫酸化合物の一部が無水和物になっている状態で、後述の乾燥工程で鋳物砂を乾燥させた場合、得られた鋳型の強度が不足する虞がある。そこで、水分補給工程において、成形型に充填された鋳物砂に蒸気を所定時間供給し、この蒸気を鋳物砂内で結露させて、鋳物砂に水分を補給する。
【００２５】
そして、乾燥工程において、鋳物砂にマイクロ波を照射して鋳物砂を乾燥させて鋳型を作る。図３に示すように、この乾燥工程においては、鋳物砂Ｓを充填した成形型１に対して均等にマイクロ波が照射されるようにスターラー６を回転させつつ、マグネトロン７からマイクロ波を所定時間照射する。このマイクロ波は成形型１を透過してキャビティ２内の鋳物砂Ｓに作用する。ここで、前記水分補給工程において水分を補給された鋳物砂Ｓ内には、自由水と無機硫酸化合物の結晶水という２つの状態で水分が存在するが、自由水の方が結晶水よりも誘電率が高いため、自由水が結晶水よりも先に蒸発しやすくなり、鋳物砂Ｓ内の無機硫酸化合物が少なくとも一部の結晶水を含有する状態を維持しつつ鋳物砂Ｓ内の自由水を蒸発させる。
【００２６】
鋳物砂内の水分が蒸発して発生した水蒸気は、吸引ポンプ８により吸引フード９、吸引ホース１０を介して成形型１の外部へ排出される。このようにして鋳物砂を乾燥させることで、乾燥状態において粘結剤の無機硫酸化合物が結晶水を含有することになって強度が発現するため、乾燥により得られる鋳型の強度を十分に確保することができる。
【００２７】
ここで、成形型１は通気性を有するセラミック型であり、蒸発した水分が成形型１から均等に外部へ放出されるため、無機硫酸化合物が含有する結晶水の量のばらつきを極力抑えて、得られた鋳型の強度を均一化することができる。
尚、キャビティ２を形成する成形型１は、セラミック型に限らず、合成樹脂製の型など、マイクロ波を透過するものであれば、他の材質のものでも使用できる。
【００２８】
以上説明した水溶性鋳造用鋳型の製造方法に関し、次のような試験を実施して実際に所定以上の強度が得られるかどうかを検証した。
まず、珪砂としての溶融セラミックサンド１００重量部に対して、粘結剤として水溶性の無機硫酸化合物である硫酸マグネシウム・７水和物と硫酸アルミニウム・１８水和物を４：１で混合して１．５重量部加え、さらに、水１．２重量部を添加して混練し、鋳物砂とした。
【００２９】
次に、この鋳物砂を２００℃で２時間乾燥し、鋳物砂内の水分を完全に蒸発させた。そして、図４に示すように、直径３０ｍｍ、高さ１００ｍｍの塩化ビニル製パイプからなる円筒試験筒１０内に乾燥後の鋳物砂Ｓ（７５ｇ）を、砂温度を夫々変化させて充填したのち、チューブ１１を介して円筒試験筒１０に蒸気を供給した。ここで、蒸気は５００ｍｌの三角フラスコ１２に水を入れ加熱することで発生させた。本試験では１分間に約８ｍｌの水が蒸発し蒸気となる。水蒸気供給時の鋳物砂の温度と、蒸気通過時間、試験片硬化高さ及び圧縮強度の関係を表２に示す。
【００３０】
【表２】
ここで、蒸気が鋳物砂を通過し、円筒試験筒下部のろ紙１３から排気されるまでの時間を蒸気通過時間とした。また、蒸気通過時間が経過した後、円筒試験筒をJIS Z 2601に定められる試験片搗き固め器で３回ラミングして高さ５０ｍｍの試験片とした。試験片を押し抜き、出力７００Ｗのマイクロ波発生装置（電子レンジ）を用い、１分間マイクロ波を照射し、冷却後に試験片の硬化高さと圧縮強度を測定した。このように試験片にマイクロ波を照射することで、硫酸マグネシウムに含まれる結晶水よりも、誘電率が高い自由水を先に蒸発させやすくなるため、硫酸マグネシウムが結晶水を含有する状態を維持しつつ、自由水を蒸発させて試験片を乾燥させることができる。
【００３２】
表２に示すように、蒸気通過時間は砂温度と相関があり、砂温度が高くなるに従って蒸気の通過が速くなる傾向にある。これは、試験片の鋳物砂の中を蒸気が通過する際に、鋳物砂の温度が１００℃以下の場合は蒸気が凝縮し、加熱により再度気化して蒸気となるまでの時間を要するものと考えられる。従って、砂温度が高い程、ほとんど結露せずに蒸気が通過してしまうことになる。
【００３３】
試験片の硬化高さは、砂温度が１５０℃以上では未硬化であった。これは蒸気がほとんど凝縮することなく（つまり、粘結剤がほとんど溶解することなく）試験片を通過したためであると考えられる。恐らく、飽和温度である１００℃以上の砂温度では試験片は硬化しないものと思われる。また、砂温度が低いほど試験片の硬化高さが短くなる傾向にあった。これは蒸気が試験片を通過する際に粘結剤を洗い流すための現象であると考えられる。さらに、圧縮強度は試験片の硬化層が短い程、高くなる傾向にあるが、これは、粘結剤が流されて濃縮することで強度が高くなっていることが要因であると思われる。
【００３４】
次に、鋳物砂の水分を０．５重量部として、前述の試験と同様の試験を実施した場合の、水蒸気通過時の砂温度と蒸気通過時間、試験片硬化高さ、圧縮強度の関係を表３に示す。
【００３５】
【表３】
これは表２の試験と同様な条件で鋳物砂を作製した後に、７５ｇの鋳物砂に対して素早く水分を０．５重量部添加して攪拌した後、図４の円筒試験筒に投入し、蒸気を通過させて測定したものである。鋳物砂が水分を含有している場合においても、砂温度が８０℃以下において、試験片は硬化し、砂温度が低下するに従って、試験片硬化高さが短くなり、圧縮強度が増加する傾向にある。
【００３７】
さらに、試験片に蒸気を通過させない場合の、試験片中の水分量と、蒸気通過時間、試験片硬化高さ、圧縮強度の関係を表４に示す。
【００３８】
【表４】
ここで、水分を加えていない場合（水分０重量部）及び水分を０．５重量部だけ添加した場合においては、試験片は未硬化であり、強度が発現していない。従って、蒸気を通過させて鋳物砂に水分を供給することが、乾燥後の試験片の強度発現に非常に有効であることがわかる。
【００４０】
尚、表２及び表３における１００℃以下の鋳物砂において、鋳物砂から得られた高さ５０ｍｍの試験片に硬化層と未硬化層が形成されるが、未硬化層においては十分な鋳型強度が得られない。従って、実用に際して、例えば、ブローイング造型においては、図５に示すように、ブローヘッド４とキャビティ２内の成形部Ｓａ間に所定の距離をとり、前記の未硬化層Ｓｂがこの間に形成されるようにする必要がある。
【００４１】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。
１］水分除去工程において、鋳物砂内の水分の少なくとも一部を除去した後に、充填工程において、鋳物砂に蒸気を供給しつつ鋳物砂を成形型に充填して造型するようにしてもよい。
【００４２】
即ち、図６に示すように、この水溶性鋳造用鋳型の製造方法は、鋳物砂用耐火性粒状物に水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と水とを加え鋳物砂用耐火性粒状物に粘結剤を被覆して鋳物砂を作る粘結剤被覆工程と、この鋳物砂内の水分の少なくとも一部を加熱又は減圧吸引により除去する水分除去工程と、鋳物砂に蒸気を供給してこの蒸気の一部を結露させることにより鋳物砂に水分を補給しつつ鋳物砂を成形型に充填して造型する充填工程と、鋳物砂を乾燥させる乾燥工程とを備えている。充填工程において、蒸気を鋳物砂に供給しつつ鋳物砂を成形型のキャビティに充填することで、鋳物砂を充填しつつ蒸気を結露させて鋳物砂に水分を供給することができ、作業効率を向上させることが可能になる。
【００４３】
この製造方法を検証する為に、前記実施形態の図４とほぼ同様に、蒸気を供給した後の鋳物砂で試験片を作製して行った検証試験の結果を表５に示す。但し、この試験においては、鋳物砂を混練した後、円筒試験筒１０に、鋳物砂Ｓと蒸気を同時投入した。
【００４４】
【表５】
鋳物砂Ｓと蒸気を５秒以内に円筒試験筒１０に投入した場合では、試験片は未硬化であるが、１０秒以上では試験片が硬化し強度が発現することがわかる。１０秒以上時間をかけて蒸気を鋳物砂と接触させることで粘結剤が溶解し強度が発現するようである。前記実施形態の表２、表３において、鋳物砂を充填後に蒸気を通過させた場合は、蒸気が鋳物砂中の骨材である珪砂を１００℃に加熱しながら流れるため、蒸気が鋳物砂を通過するのに比較的長い時間がかかる。しかし、この試験においては、円筒試験筒内に充填される前に鋳物砂が蒸気と接触し、珪砂表面の粘結剤のみを溶解させるため、蒸気通過時間が極めて短いようである。
尚、ブローイング造型においてブロータイムが１０秒を超えることはよくあることから、表５の試験結果に基づいて鋳型（中子）造型を実施することは十分に工業的に可能である。
【００４６】
２］乾燥工程において、過熱蒸気を鋳物砂が充填された成形型のキャビティ内に供給し、この過熱蒸気により鋳物砂を乾燥するようにしてもよい。ここで、図１の水分補給工程、あるいは、図６の充填工程において、過熱蒸気を鋳物砂に供給して蒸気の一部を結露させて鋳物砂に水分を補給した後、その過熱蒸気を継続して鋳物砂に供給して乾燥工程を行うことで、過熱蒸気により鋳物砂への水分補給に続けて鋳物砂を乾燥することができれば、作業効率を向上させることが可能になる。
【００４７】
そこで、過熱蒸気により鋳物砂に水分を補給した後に続けて鋳物砂を乾燥させて、鋳型を製造する水溶性鋳造用鋳型の製造方法に関し、以下のような検証試験を行った。耐火性粒状物としてウェドロンを用い、これに、粘結剤として、硫酸マグネシウム単独、あるいは、硫酸マグネシウムと硫酸アルミニウムを９：１の割合で混合したものと、水とを加えて混練し、鋳物砂とした。この鋳物砂を突き固めて造型して試験片を作製し、試験片に２８０℃の過熱蒸気を所定時間供給した。その結果を表６に示す。
【００４８】
【表６】
硫酸マグネシウム単独の粘結剤を使用した場合で且つ過熱蒸気を４分間供給した場合には、試験片に十分な強度が発現している。しかし、過熱蒸気を５分間供給した場合では、４分間過熱蒸気を供給した場合に比べて、強度が低下している。これは、過熱蒸気により、硫酸マグネシウムに含有される結晶水が多く蒸発してしまい、結晶水が少なくなって強度が低下したと思われる。一方、硫酸マグネシウムと硫酸アルミニウムからなる粘結剤を使用した場合で、且つ過熱蒸気を４分供給した場合には、やや強度が発現しているが、過熱蒸気を２分間しか供給しなかった場合には、強度が発現していない。これは、過熱蒸気の供給時間が少ないために、粘結剤を溶解するのに十分な水分が試験片に補給されず、粘結剤中の硫酸マグネシウムや硫酸アルミニウムが少しの結晶水しか含有していないか、あるいは、無水和物となっているからであると考えられる。
【００５０】
３］乾燥工程における、鋳物砂の乾燥方法としては、前述のマイクロ波や過熱蒸気による乾燥の他、鋳型に温風を供給してその熱により水分を蒸発させる方法、金型を加熱してその中に鋳物砂を充填して硬化させる方法、成形型内に鋳物砂を充填させた後に減圧して水分を蒸発させる方法などを適用できる。さらに、これらの方法を組み合わせて適用してもよい。
【００５１】
４］その他、耐火性粒状物としては、鋳物砂として使用される平均粒子径がおよそ0.05mm(280mesh)〜1mm（16mesh）に位置する粒子サイズのものなら、いかなる種類を用いても良い。例えば、国内珪砂、輸入珪砂、ジルコンサンド、クロマイトサンド、オリビンサンド、スラグサンド、カーボンサンド、ムライトサンド、アルミナサンド、シャモットサンド、セラミックサンド、多孔質セラミックサンド、溶融セラミックサンド、各種ガラス砂、中空ガラス球状砂、各種耐火材料の粉砕物、ショット玉等の金属粒状物及びこれらの再生砂等の鋳物砂として用いられる各種鋳物砂用耐火性粒状物である。
【００５２】
５］鋳物砂あるいは粘結剤には、鋳造欠陥を防止するために通常鋳物砂に添加されるベンガラ、鉄粉、石炭粉、黒鉛粉、木粉、タルク、澱粉、穀物粉、シリカフラワー、ジルコンフラワー、オリビンフラワーなどを所定量配合できる。
【００５３】
さらに、鋳物砂あるいは粘結剤には、型への充填性を改善するために、無機潤滑剤として二硫化タングステン、二硫化モリブデン、有機潤滑剤として炭化水素系、ポリアルキレングリコール、シリコーン系、フッ素系、フェニルエーテル、リン酸エステル潤滑剤を所定量配合できる。
さらに、鋳型にはアルコール性塗型、水性塗型、粉末塗型、表面安定剤、ひけ防止用テルル粉末などの通常、鋳型表面に塗布する造型材料を用いることができる。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、水分除去工程において鋳物砂内の水分の少なくとも一部を除去して乾燥させるので、充填工程において、鋳物砂を成形型へ充填するのが容易になり、鋳物砂の充填性が向上する。さらに、水分補給工程において、成形型に充填された鋳物砂に蒸気を供給して、この蒸気を鋳物砂内で結露させることにより鋳物砂に水分を補給するので、粘結剤中の無機硫酸化合物を水和物の状態にすることができ、その後の乾燥工程で鋳物砂を乾燥させて得られた鋳型の強度を十分に確保することができる。
【００５５】
請求項２の発明によれば、鋳物砂の温度が蒸気の飽和温度よりも低い８０℃の状態で鋳物砂に蒸気を供給することで、蒸気を確実に結露させて鋳物砂に水分を補給することができる。
【００５６】
請求項３の発明によれば、充填工程において、鋳物砂に蒸気を供給して、この蒸気の一部を結露させることにより鋳物砂に水分を補給しつつ、鋳物砂を成形型に充填して造型するので、請求項１とほぼ同様の効果が得られる他、作業効率を向上させることが可能になる。
【００５７】
請求項４の発明によれば、鋳物砂の温度が蒸気の飽和温度よりも低い８０℃の状態で鋳物砂に蒸気を供給することで、蒸気を確実に結露させて鋳物砂に水分を補給することができる。
【００５８】
請求項５の発明によれば、乾燥工程において、過熱蒸気を鋳物砂に供給することで、過熱蒸気の熱により鋳物砂内の水分を蒸発させて鋳物砂を乾燥させることができる。さらに、鋳物砂を成形型に充填した後または成形型に充填する際に、過熱蒸気を鋳物砂に供給して蒸気の一部を結露させて鋳物砂に水分を補給した後、その過熱蒸気を継続して鋳物砂に供給して乾燥工程を行うことで、水分補給に続いて過熱蒸気で鋳物砂を乾燥することができ、作業効率を向上させることが可能になる。
【００５９】
請求項６の発明によれば、乾燥工程において、鋳物砂にマイクロ波を照射して鋳物砂を乾燥させるので、無機硫酸化合物中の結晶水よりも誘電率の高い鋳物砂内の自由水を先に蒸発させて、無機硫酸化合物が少なくとも一部の結晶水を含有する状態を維持しつつ水を除去することが可能になり、乾燥工程後に得られる鋳型内で無機硫酸化合物を水和物の状態で存在させることができるため、鋳型の強度を十分に高めることができる。
【００６０】
請求項７の発明によれば、乾燥工程で鋳物砂を乾燥する際に、蒸発した水分を通気性のセラミック型から均等に外部へ放出させることができるため、鋳物砂を均等に乾燥させて鋳型の強度を極力均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る水溶性鋳造用鋳型の製造方法を示す工程図である。
【図２】充填工程における鋳物砂の型への充填作業を説明する説明図である。
【図３】乾燥工程におけるマイクロ波による乾燥作業を説明する説明図である。
【図４】検証用試験装置の概略構成図である。
【図５】ブローイング造型における鋳物砂の充填状態を示す説明図である。
【図６】変更形態に係る水溶性鋳造用鋳型の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
Ｓ 鋳物砂
１ 成形型
２ キャビティ
Claims (7)
- 鋳物砂を造型して鋳造用鋳型を製造する鋳造用鋳型の製造方法において、
鋳物砂用耐火性粒状物に水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と水とを加え鋳物砂用耐火性粒状物に粘結剤を被覆して鋳物砂を作る粘結剤被覆工程と、
この鋳物砂内の水分の少なくとも一部を加熱又は減圧吸引により除去する水分除去工程と、
水分の少なくとも一部が除去された鋳物砂を成形型に充填して造型する充填工程と、
成形型に充填された鋳物砂に蒸気を供給してこの蒸気の一部を結露させることにより鋳物砂に水分を補給する水分補給工程と、
鋳物砂を乾燥させる乾燥工程と、
を備えたことを特徴とする水溶性鋳造用鋳型の製造方法。 - 前記水分補給工程において、蒸気を供給する直前の鋳物砂の温度が８０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の水溶性鋳造用鋳型の製造方法。
- 鋳物砂を造型して鋳造用鋳型を製造する鋳造用鋳型の製造方法において、
鋳物砂用耐火性粒状物に水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と水とを加え鋳物砂用耐火性粒状物に粘結剤を被覆して鋳物砂を作る粘結剤被覆工程と、
この鋳物砂内の水分の少なくとも一部を加熱又は減圧吸引により除去する水分除去工程と、
鋳物砂に蒸気を供給してこの蒸気の一部を結露させることにより鋳物砂に水分を補給しつつ鋳物砂を成形型に充填して造型する充填工程と、
鋳物砂を乾燥させる乾燥工程と、
を備えたことを特徴とする水溶性鋳造用鋳型の製造方法。 - 前記充填工程において、蒸気を供給する直前の鋳物砂の温度が８０℃以下であることを特徴とする請求項３に記載の水溶性鋳造用鋳型の製造方法。
- 前記乾燥工程において、過熱蒸気により鋳物砂を乾燥させることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の水溶性鋳造用鋳型の製造方法。
- 前記乾燥工程において、鋳物砂にマイクロ波を照射して鋳物砂を乾燥させることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の水溶性鋳造用鋳型の製造方法。
- 前記成形型が通気性を有するセラミック型であることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の水溶性鋳造用鋳型の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003043691A JP4223829B2 (ja) | 2003-02-21 | 2003-02-21 | 水溶性鋳造用鋳型の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003043691A JP4223829B2 (ja) | 2003-02-21 | 2003-02-21 | 水溶性鋳造用鋳型の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004249339A JP2004249339A (ja) | 2004-09-09 |
| JP4223829B2 true JP4223829B2 (ja) | 2009-02-12 |
Family
ID=33026620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003043691A Expired - Fee Related JP4223829B2 (ja) | 2003-02-21 | 2003-02-21 | 水溶性鋳造用鋳型の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4223829B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5248079B2 (ja) * | 2007-10-09 | 2013-07-31 | リグナイト株式会社 | 鋳型の製造方法 |
| JP2009241135A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Mazda Motor Corp | 水溶性鋳型の製造方法及びその装置 |
| JP5830741B2 (ja) * | 2009-05-12 | 2015-12-09 | リグナイト株式会社 | 鋳型の製造方法 |
| JP6012129B2 (ja) * | 2012-09-24 | 2016-10-25 | アイシン高丘株式会社 | 溶湯用保温材及びその製造方法 |
| US20180065172A1 (en) * | 2016-02-15 | 2018-03-08 | Technology Research Association For Future Additive Manufacturing | Granular material, three-dimensional laminated and shaped mold, three-dimensional laminated and shaped mold manufacturing method, and three-dimensional laminated and shaped mold manufacturing apparatus |
| CN106493285B (zh) * | 2016-10-28 | 2019-03-05 | 东南大学 | 一种提高覆膜砂性能的方法 |
| JP7311965B2 (ja) | 2018-12-07 | 2023-07-20 | 群栄化学工業株式会社 | 鋳型の製造方法および鋳型造型用型 |
-
2003
- 2003-02-21 JP JP2003043691A patent/JP4223829B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004249339A (ja) | 2004-09-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4223830B2 (ja) | 水溶性鋳造用鋳型及びその製造方法 | |
| JP6604944B2 (ja) | 鋳型の製造方法及び鋳型 | |
| JP3878496B2 (ja) | 鋳型用砂及びその製造方法 | |
| JP6193884B2 (ja) | コーテッドサンド及びその製造方法並びに鋳型の製造方法 | |
| JP5933169B2 (ja) | 粘結剤コーテッド耐火物、鋳型、鋳型の製造方法 | |
| JP7122977B2 (ja) | 鋳型材料組成物及びこれを用いた鋳型の製造方法 | |
| JP6978366B2 (ja) | コーテッドサンド及びそれを用いた鋳型の製造方法並びに鋳物砂の再生方法 | |
| JP4223829B2 (ja) | 水溶性鋳造用鋳型の製造方法 | |
| JP2005224833A (ja) | 鋳造用鋳型及びその製造方法 | |
| JP5717242B2 (ja) | 粘結剤コーテッド耐火物、鋳型、鋳型の製造方法 | |
| JP2007030028A (ja) | 水溶性中子の造型方法及び造形装置 | |
| JP2007030027A (ja) | 水溶性中子の造型方法及びアルミ合金の鋳造方法 | |
| US11123789B2 (en) | Method for inorganic binder castings | |
| JP7252897B2 (ja) | 鋳型材料及びその製造方法、鋳型及びその製造方法、並びに鋳物砂の再生方法 | |
| JP5393344B2 (ja) | 水溶性鋳型の造型法 | |
| JP4485343B2 (ja) | 水溶性中子の造型方法及び造形装置 | |
| JP4219720B2 (ja) | 鋳造用鋳型の製造方法 | |
| JP2016002574A (ja) | 鋳型の製造法 | |
| JP2006061948A (ja) | 水溶性中子の造型方法 | |
| JP2004174598A (ja) | 水溶性中子用の鋳物砂及び水溶性中子の製造方法並びに水溶性中子 | |
| JP2005034892A (ja) | 過熱水蒸気による水溶性中子の造型方法及び装置 | |
| JP7223098B2 (ja) | コーテッドサンドの製造方法 | |
| JP7202238B2 (ja) | コーテッドサンド及びそれを用いた鋳型の製造法 | |
| JP5451587B2 (ja) | 中子のリサイクル造型法及び中子砂 | |
| JP5442293B2 (ja) | 中子のリサイクル造型法及び中子砂 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051117 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20081113 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20081120 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111128 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111128 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121128 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121128 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131128 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |