JP4302747B2 - 重力鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は重力鋳造装置に関し、更に詳細には湯口に注湯された溶融金属が重力によって湯道部を通過し、湯道部と接続されたキャビティを含む製品側部に充填される重力鋳造装置に関する。

重力鋳造装置では、湯口に注湯された溶融金属を、重力によって湯道部の溶融金属通路を通過してキャビティを含む製品側部に充填した後、充填した溶融金属を冷却して鋳造製品を取り出す。この際に、鋳造製品には、湯道部の溶融金属通路等に充填された溶融金属が冷却されて形成された金属塊が付着している。
かかる金属塊は、鋳造製品から切り落とすことが必要であるため、可及的に小さくすることが望まれている。
しかし、湯道部の溶融金属通路に充填された溶融金属は、キャビティ内に充填された溶融金属が冷却されて収縮して隙間が形成されたとき、この隙間に溶融金属を充填する押湯の役割を果たしている。このため、湯道部の溶融金属通路は、その充填された溶融金属の冷却速度が、キャビティに充填された溶融金属の冷却速度よりも遅くなるように大径に形成されており、鋳造製品に付着する金属塊が大きくなる。
このため、例えば、下記特許文献１には、図７に示す重力鋳造装置が提案されている。図７の重力鋳造装置では、成形型１００のキャビティ１０２を含む製品側部１０４に、湯口１０８を含む湯道部１０６の先端部が分離可能に嵌合されて接続されている。この湯道部１０６は、支持部材１１２に支持されている。
かかる湯道部１０６の溶融金属通路の製品側部１０４には、セラミック製のフィルタ１１０が挿入されており、湯道部１０６の溶融金属通路を流下した溶融金属は、フィルタ１１０で濾過されて製品側部１０４の溶融金属通路に流入する。
特開平１１−３４２４５２号公報

図７に示す重力鋳造装置では、湯道部１０６の湯口１０８から注湯した溶融金属は、湯道部１０６の溶融金属通路を流下しフィルタ１１０で濾過されて製品側部１０４の溶融金属通路に流入する。この溶融金属の注湯は、湯道部１０６の溶融金属通路の中間部近傍まで溶融金属で充填されまで続行する。
溶融金属の注湯を終了した後、湯道部１０６及び製品側部１０４の溶融金属通路及びキャビティ１０２に充填した溶融金属を冷却し、湯道部１０６の溶融金属通路に充填された溶融金属が半凝固状態となったとき、図８に示すように湯道部１０６を上昇して製品側部１０４の溶融金属通路に充填された金属塊から分離する。
分離した湯道部１０６の溶融金属通路に充填された半凝固金属１１４は、溶融金属よりも高粘度となっているため、フィルタ１１０から漏れ出すことなく湯道部１０６と共に製品側部１０４の金属塊から分離される。
その後、製品側部１０４の冷却が完了してから取り出された鋳造製品に付着している金属塊は、湯道部１０６の溶融金属通路に充填された全溶融金属を冷却して形成した金属塊よりも小さくできる。

しかしながら、図７及び図８に示す重力鋳造装置では、湯道部１０６の略ストレート状の溶融金属通路にフィルタ１１０が設けられており、フィルタ１１０及びフィルタ支持構造を必要とし、重力鋳造装置の構造を複雑化する。
また、湯道部１０６等は、金属で形成されており、その放熱量が大きく、湯道部１０６の溶融金属通路に充填された溶融金属が半凝固状態となったときの見極めが困難であり、湯道部１０６と製品側部１０４との切り離しのタイミングが困難である。
そこで、本発明では、湯道部にフィルタが設置された従来の重力鋳造装置の構造が複雑化する等の課題を解決し、簡易な構造で且つ湯道部と製品側部との切り離しを容易に行うことのできる重力鋳造装置を提供することを目的とする。

本発明者等は、かかる目的を達成すべく検討を重ねた結果、キャビティを含む製品側部の溶融金属通路と接続される湯道部の溶融金属通路の接続側内面を、所定角度のテーパ面とし、且つこのテーパ面をキャビティの内面よりも高断熱に形成することによって、湯道部の溶融金属通路に充填した溶融金属が固体状として取り扱うことのできる半凝固状態となったとき、湯道部を製品側部から分離して、湯道部の溶融金属通路の半凝固金属を製品側部の溶融金属通路の金属塊から容易に分離できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、湯口を含む湯道部とキャビティを含む製品側部とが接続されている重力鋳造装置であって、前記製品側部の溶融金属通路よりも湯口側の溶融金属通路が大径に形成された湯道部が、前記製品側部に対して上下方向に分離可能に接続されていると共に、前記湯道部に充填された溶融金属が固体状態で取り扱うことのできる半凝固状態に冷却されたとき、前記湯道部を製品側部と分離した際に、前記湯道部の半凝固状態の金属塊を製品側部の金属塊と切り離して湯道部と共に分離できるように、前記湯道部の製品側部との接続側の溶融金属通路内面が、前記製品側部に向かって徐々に縮径するテーパ面に形成され、且つ前記湯道部のテーパ面及び製品側部の湯道部側の溶融金属通路に充填される溶融金属の冷却速度が、前記キャビティ内に充填される溶融金属の冷却速度よりも遅くなるように、前記テーパ面及び製品側部の湯道部側の溶融金属通路内面がキャビティの内面よりも高断熱面に形成されていることを特徴とする重力鋳造装置にある。

かかる本発明において、湯道部と製品側部との接続は、前記湯道部と製品側部との各々に形成された接続面を接合することによって容易に行うことができる。
この湯道部と製品側部との接続面の少なくとも湯道部側のテーパ面を含む部分を、キャビティの内面を形成する材料よりも高断熱性の断熱材によって形成することによって、湯道部のテーパ面を高断熱に形成できる。
或いは、湯道部のテーパ面及び製品側部の湯道部側の溶融金属通路内面を含む部分を、キャビティの内面を形成する材料よりも高断熱性の断熱材によって形成することにより、湯道部のテーパ面及び製品側部の湯道部側の溶融金属通路内面をキャビティの内面よりも高断熱に形成できる。かかる高断熱性の断熱材としては、セラミック材を好適に採用できる。
更に、湯道部を接続部から分離して移動する際に、前記湯道部をガイドするガイド部を、前記接続部の外周側に設けることによって、湯道部の移動をスムーズに行うことができる。

本発明に係る重力鋳造装置では、湯道部が製品側部に対して上下方向に分離可能に設けられている。このため、湯道部の溶融金属通路に充填された溶融金属が固体状として取り扱うことのできる半凝固状態に冷却されたとき、湯道部を製品側部と分離できる。
しかも、湯道部の湯口側の溶融金属通路内径が製品側部の溶融金属通路内径よりも大径に形成され、且つ湯道部のテーパ面及び製品側部の湯道部側の溶融金属通路に充填される溶融金属の冷却速度が、キャビティ内に充填される溶融金属の冷却速度よりも遅くなるように、テーパ面及び製品側部の湯道部側の溶融金属通路内面がキャビティの内面よりも高断熱に形成されている。このため、キャビティ内に充填された溶融金属が冷却凝固されて形成された隙間には、湯道部に充填されて溶融状態を維持している溶融金属が流入する押湯効果を確実に且つ充分に奏することができる。
更に、テーパ面及び製品側部の湯道側の溶融金属通路内面がキャビティの内面よりも高断熱に形成されており、テーパ面及び製品側部の湯道側の溶融金属通路に充填された溶融金属が半凝固状態となったことを容易に見極めることができ、湯道部と製品側部との分離を容易に行うことができる。
この様に、本発明に係る重力鋳造装置では、湯道部の略ストレート状の溶融金属通路内にフィルタが設けられた従来の重力鋳造装置に比較して、その構造を簡素化でき、得られる鋳造製品に付着する金属塊を可及的に少なくできる。

本発明に係る重力鋳造装置の一例についての縦断面図を図１に示す。図１に示す重力鋳造装置は、主として上型５０、下型５２及び横型５４，５４によって構成されている。かかる上型５０、下型５２及び横型５４，５４の各々は、鋳鉄材で形成されており、キャビティ１４の内壁面を形成している。従って、キャビティ１４の内壁面は、実質的に鋳鉄材によって形成されている。
この下型５２は固定型であって、上型５０及び横型５４，５４は可動型である。図１に示す重力鋳造装置は、下型５２の方向に上型５０及び横型５４，５４が移動して型閉じした状態である。
かかる重力鋳造装置には、湯口１０に注湯されてキャビティ１４に充填される溶融金属が通過する溶融金属通路が形成されており、溶融金属通路は湯口１０を含む湯道部１２とキャビティ１４を含む製品側部１６とから構成される。
図１に示す重力鋳造装置には、キャビティ１４の両側部にも、側部押湯部５５，５５が形成されている。この側部押湯部５５，５５の内壁面は、セラミック材によって形成されており、キャビティ１４の内壁面よりも高断熱に形成されている。
更に、この重力鋳造装置では、上型５２を支持する支持部材としての支持板５８が上型５２の下方側に配設されている。この支持板５８上には、下型５２の側方に突出して形成された突出部５３，５３が、キャビティ１４の内壁面を形成する鋳鉄材から成る下型５２に比較して、熱伝導率の小さい断熱材としてのセラミック板６２を介して載置されている。
また、キャビティ１４の両側方の内壁面を形成する横型５４，５４の各々は、横型５４を横方向にスライドするスライド部材５６に、横型５４を形成する鋳鉄材に比較して、熱伝導率の小さい断熱材としてのセラミック板６２を介して接続されている。
更に、スライド部材５６は、支持板５８上に形成されたレール６０上にスライド可能に載置されている。かかるスライド部材４２側のレール６０と接触する部分にも、スライド部材５６を形成する鋳鉄材に比較して、熱伝導率の小さい断熱材としてのセラミック板６０を設けている。

図１に示す重力鋳造装置の湯道部１２と製品側部１６との拡大部分断面図を図２に示す。図２に示す湯道部１２と製品側部１６とが上下方向に分離可能に接続されている。かかる湯道部１２の湯口１０からキャビティ１４への溶融金属通路内には、フィルタ等の溶融金属の流れを妨げる部材は設けられていない。
また、湯道部１２と製品側部１６との接続は、湯道部１２の製品側部１６との接続側に設けられた金属板１８ａによって形成された接続面と、製品側部１６の湯道部１２側に設けられた金属板１８ｂによって形成された接続面とが接合して行われる。このため、湯道部１２は、製品側部１６の接続面に対して上昇することによって製品側部１６と分離できる。
かかる湯道部１２の製品側部１６の接続面に対して上昇する際には、製品側部１６の湯道部１２側を取り囲むように設けられているガイド部２０によって、湯道部１２はガイドされる。

図２に示す様に、湯道部１２の湯口１０側の溶融金属通路内径は、製品側部１６の溶融金属通路内径よりも大径に形成されている。
かかる湯道部１２の製品側部１６の溶融金属通路内面が、製品側部１６に向かって徐々に縮径するテーパ面２２に形成されている。このテーパ面２２は、後述する様に、湯道部１２に充填された溶融金属が固体状として取り扱うことのできる半凝固状態に冷却されたとき、湯道部１２を製品側部１６と分離した際に、湯道部１２の半凝固状態の金属塊を製品側部１６の金属塊と切り離して湯道部１２と共に分離できるようにするためである。このため、テーパ面２２のテーパ角θは、約６０°に設定されている。
尚、このテーパ角θは、５０〜８０°が好ましく、特に５５〜６５°が好ましい。

かかるテーパ面２２が形成された部分は、この部分に充填された溶融金属が、キャビティ１４内に充填された溶融金属が冷却されて収縮して形成された隙間に溶融金属を充填する押湯部としても作用する。このため、テーパ面２２が形成された部分に充填された溶融金属の冷却速度が、キャビティ１４に充填された溶融金属よりも冷却速度が遅いことが必要である。従って、テーパ面２２は、キャビティ１４の内面よりも高断熱に形成されている。
また、テーパ面２２が形成された部分が押湯部としての機能を充分に果たすには、溶融金属が湯道部１２とキャビティ１４とを連結する製品側部１６の溶融金属通路を通過できることを要する。このため、製品側部１６の溶融金属通路内面２４も、キャビティ１４の内面よりも高断熱に形成されている。
ところで、通常、湯道部１２の本体２６及び製品側部１６の本体２８は、金属材によって形成されており、キャビティ１４の内面も金属材によって形成されている。従って、テーパ面２２の部分及び製品側部１６の溶融金属通路内面２４の部分は、金属材よりも高断熱性のセラミック材３０，３２によって形成することが好ましい。
尚、セラミック材３０，３２は、湯道部１２と製品側部１６との接続面近傍に形成されているが、接続面を金属板１８ａ，１８ｂによって形成して、セラミック材３０，３２が直接当接して破損することを防止している。

図１及び図２に示す重力鋳造装置を用いて鋳造を行う際には、上型５０、下型５２及び横型５４，５４を支持板５８上にセラミック板６２を介して設置し重力鋳造装置を組み立てた後、型開きの状態で上型５０、下型５２及び横型５４，５４をガスバーナー等によって加熱して所定温度とする。
組み立てた重力鋳造装置には、図３（ａ）に示す様に、湯道部１２の湯口１０に、取瓶６４の溶融金属を注湯する。注湯した溶融金属は、図４に示す様に、溶融金属は湯道部１２のテーパ面２２及び製品側部１６の溶融金属通路内面２４を通過し、キャビティ１４に充填される。溶融金属は、図３（ｂ）に示す様に、湯道部１２のテーパ面２２の２／３以上が溶融金属で充填されるまで注湯する。
溶融金属の注湯が終了した後、キャビティ１４等に注湯された溶融金属は冷却される。キャビティ１４の内面及びその近傍は金属によって形成されており、セラミック材３０，３２によって形成された湯道部１２のテーパ面２２及び製品側部１６の溶融金属通路内面２４に比較して高放熱性である。このため、キャビティ１４に充填された溶融金属は、湯道部１２のテーパ面２２及び製品側部１６の溶融金属通路内面２４に充填された溶融金属よりも速く冷却され固体化される。かかるキャビティ１４の溶融金属の冷却の際に、その体積が収縮して形成された隙間には、湯道部１２のテーパ面２２及び製品側部１６の溶融金属通路内面２４に充填された溶融金属が流入し、得られる鋳造製品に空洞部分（ヒケや巣等）が形成されることを防止できる。

湯道部１２及び製品側部１６に注湯された溶融金属の冷却が進行し、キャビティ１４の溶融金属の冷却が完了し且つ湯道部１２のテーパ面２２及び製品側部１６の溶融金属通路内面２４に充填された溶融金属が固体状として取り扱うことのできる半凝固状態に冷却されたとき、図５に示す様に、湯道部１２を製品側部１６からガイド部２０にガイドされて上方に分離する。
ここで、固体状で取り扱うことのできる半凝固状態とは、固液共存状態であって、流動性を殆ど呈しない固体状として取り扱うことのできる状態をいう。すなわち、半凝固状態は、図６に示す様に、液体状態と固体状態との中間領域をいうが、液状に近い流動性を呈する半凝固状態から流動性を殆ど呈しない固体に近い半凝固状態とが存在する。かかる半凝固状態のうち、本発明では、流動性を殆ど呈しない固体状で取り扱うことのできる半凝固状態を採用している。この固体状で取り扱うことのできる半凝固状態は、例えば溶融金属として規格がＡＣ４ＣＨ（ＪＩＳ規格）のアルミニウム合金を用いた場合には、約５７０〜６００℃の領域である。
溶融金属が固体状として取り扱うことのでき半凝固状態であるか否かは、溶融金属の温度を測定することによって容易に判断できるが、所定の重力鋳造装置を継続使用する場合には、溶融金属の注湯完了からの経過時間によって判断してもよい。

この様に、湯道部１２を製品側部１６から上方に分離したとき、湯道部１２のテーパ面２２に充填された金属塊３４は、図３（ｃ）に示す様に、製品側部１６の金属塊３６から切り離されて分離する。分離された金属塊３４は、湯道部１２に伴って上方に移動しつつ冷却された後、湯道部１２から取り出されて再使用される。かかる金属塊３４には、フィルタ等の部材が何等混合されておらず、そのまま再溶融して再利用できる。
次いで、重力鋳造装置のキャビティ１４に充填された充填された溶融金属の冷却が終了した後、図３（ｄ）に示す様に、上型１２を下型１４に対して上方に移動すると共に、横型１６，１６を横方向にスライド移動して型開きして、製品側部１６の金属塊３６が付着した鋳造製品６６を取り出す。
尚、鋳造製品６６に付着する金属塊３６は、通常、切断されて市場に供される。

図１〜図５に示す重力鋳造装置では、湯道部１２のテーパ面２２及び製品側部１６の溶融金属通路内面２４は、セラミック材３０，３２によって形成されているが、製品側部１６の溶融金属通路内面２４は、ガイド部２０等が設けられており、セラミック材３２を設けなくてもキャビティ１４の内面よりも高断熱性であれば、セラミック材３２を省略してもよい。
また、図１〜図５に示す重力鋳造装置では、テーパ面２２がキャビティ１４の内面よりも高断熱に形成されているが、テーパ面２２が形成された湯道部１２の押湯効果を害さない程度に、テーパ面２２を薄板状の鉄板で形成し、テーパ面２２の内側近傍を断熱材によって形成してもよい。
更に、湯道部１２のテーパ面２２に、簡易なフィルターを載置してもよい。このフィルターには、湯道部１２のテーパ面２２の所定位置に固定するための特別の部材を設けることを要しない。

本発明に係る重力鋳造装置の一例を説明するための縦断面図である。 図１に示す重力鋳造装置の拡大部分断面図である。 図１に示す重力鋳造装置を用いた鋳造工程を説明する工程図である。 図３に示す鋳造工程のうち、湯口１０に溶融金属を注湯している状態を説明する部分断面図である。 図３に示す鋳造工程のうち、湯道部１２と製品側部１６とを分離している状態を説明する部分断面図である。 溶融金属の一般的な状態図である。 従来の重力鋳造装置を説明する部分断面図である。 図５に示す重力鋳造装置において、製品側部１０４から湯道部１０６を分離する状態を説明する部分断面図である。

符号の説明

１０ 湯口
１２ 湯道部
１４ キャビティ
１６ 製品側部
１８ａ，１８ｂ 金属板
２０ ガイド部
２２ テーパ面
２４ 溶融金属通路内面
２６，２８ 本体
３０，３２ セラミック材
３０ 取瓶
３４，３６ 金属塊
θ テーパ角

Claims (6)

1. 湯口を含む湯道部とキャビティを含む製品側部とが接続されている重力鋳造装置であって、
   前記製品側部の溶融金属通路よりも湯口側の溶融金属通路が大径に形成された湯道部が、前記製品側部に対して上下方向に分離可能に接続されていると共に、
   前記湯道部に充填された溶融金属が固体状態で取り扱うことのできる半凝固状態に冷却されたとき、前記湯道部を製品側部と分離した際に、前記湯道部の半凝固状態の金属塊を製品側部の金属塊と切り離して湯道部と共に分離できるように、前記湯道部の製品側部との接続側の溶融金属通路内面が、前記製品側部に向かって徐々に縮径するテーパ面に形成され、
   且つ前記湯道部のテーパ面及び製品側部の湯道部側の溶融金属通路に充填される溶融金属の冷却速度が、前記キャビティ内に充填される溶融金属の冷却速度よりも遅くなるように、前記テーパ面及び製品側部の湯道部側の溶融金属通路内面がキャビティの内面よりも高断熱面に形成されていることを特徴とする重力鋳造装置。
2. 湯道部と製品側部との接続が、前記湯道部と製品側部との各々に形成された接続面が接合されてなされている請求項１記載の重力鋳造装置。
3. 湯道部と製品側部との接続面の少なくとも湯道部のテーパ面を含む部分が、キャビティの内面を形成する材料よりも高断熱性の断熱材によって形成されている請求項１又は請求項２記載の重力鋳造装置。
4. 湯道部のテーパ面及び製品側部の湯道部側の溶融金属通路内面を含む部分が、キャビティの内面を形成する材料よりも高断熱性の断熱材によって形成されている請求項１又は請求項２記載の重力鋳造装置。
5. 高断熱性の断熱材が、セラミック材である請求項３又は請求項４記載の重力鋳造装置。
6. 湯道部が接続部から分離されて移動する際に、前記湯道部をガイドするガイド部が、前記接続部の外周側に設けられている請求項１〜５のいずれか一項記載の重力鋳造装置。