JP4350134B2 - 重力鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は重力鋳造装置に関し、更に詳細には成形型内に形成されたキャビティに湯口から注湯された溶湯が流下する湯道を具備する重力鋳造装置に関する。

成形型内に形成されたキャビティに湯口から注湯された溶湯が流下する湯道を具備する重力鋳造装置を用いた鋳造の際に、鋳造サイクルを短縮すべく、キャビティに充填された溶湯を冷却手段によって強制的に冷却することが行われている。
かかる冷却手段としては、例えば下記特許文献１では、キャビティ内に挿入される入れ子内に冷却手段を設けた鋳造装置が提案され、下記特許文献２では、キャビティを形成する部材に冷却媒体用の通路を形成した鋳造装置が提案されている。
特開２００６−２７２４３３号公報 特開２００２−６６７１７号公報

特許文献１及び特許文献２で提案された鋳造装置を用いた鋳造では、成形型のキャビティに充填された溶湯を冷却手段によって強制的に冷却でき、鋳造サイクルの短縮が可能である。
しかし、環状やドーナツ形状の鋳造品（例えば車輪用ホイール等）では、キャビティに充填された溶湯の熱に晒される成形型の部材に、冷却媒体用の通路を形成することは極めて困難であり、且つ構造の複雑化によって鋳造装置の製造コストも高価となる。
しかも、冷却通路が形成された成形型の部材は、キャビティに充填された溶湯による加熱と冷却通路の冷却媒体による冷却との繰り返しによって、冷却媒体用の通路から割れが発生するおそれもある。
そこで、本発明は、成形型を構成する部材に冷媒媒体用の通路を形成した従来の鋳造装置の構造の複雑化及び割れ発生のおそれを解消し、簡略化された構造で且つ割れ発生のおそれを解消できる冷却部材を具備す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、前記目的を達成するには、成形型のキャビティを形成するキャビティ部材と別体に形成した冷却部材を、キャビティ部材の蓄熱量が多い箇所に載置することが有効であると考え検討を重ねた結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、成形型内に形成されたキャビティに、前記成形型の上面側に形成された湯口に注湯された溶湯が流下する湯道を具備する重力鋳造装置であって、前記キャビティを形成するキャビティ部材と別体に形成された、内部に液状冷媒が流れる管路が形成された金属製の冷却部材が、その少なくとも一面が前記キャビティ部材に当接されて配設され、且つ前記キャビティに充填された溶湯を冷却する際に、前記溶湯が収縮してキャビティ内に隙間が形成されたとき、前記隙間に溶湯を供給する押湯効果を呈する複数の押湯部が前記キャビティに接続されており、前記押湯部の各々がキャビティ部材よりも高断熱性部材によって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、冷却部材を、水平方向に延出された幅狭のキャビティの上面側及び下面側に配設することによって、キャビティ内に充填された溶湯の冷却速度を向上できる。特に、冷却部材を、キャビティに溶湯を充填したとき、最も熱容量が大きくなる箇所又はその近傍に配設することによって、キャビティ内に充填された溶湯の冷却速度を向上できる。
また、湯道を、キャビティ部材よりも高断熱性部材によって形成することにより、通常、キャビティの壁面厚さが最も厚く形成される湯道とキャビティとの接合部近傍に配設される冷却部材による冷却から湯道内の溶湯が回避できる。このため、キャビティ内に充填された溶湯の冷却固化よりも、湯道内の溶湯が先に冷却固化される事態を防止できる。

更に、複数の押湯部のうち、湯道に設けられている押湯部の近傍には、キャビティ部材よりも高断熱性部材を介して冷却部材を配設する。押湯部の近傍に冷却部材が配設されても、押湯部はキャビティ部材よりも高断熱性部材によって形成されているため、押湯部内の溶湯がキャビティに充填された溶湯よりも先に冷却固化されることを防止でき、押湯効果を確実に奏することができる。
また、冷却部材を、その横断面形状を四角形とし、配管を鋳包んで形成することによって、冷却部材を容易に形成でき、且つ冷却部材の少なくとも一面をキャビティ部材に容易に当接できる。
尚、冷却部材として、アルミニウム合金で形成した冷却部材を好適に採用できる。

本発明に係る重力鋳造装置では、内部に液状冷媒が流れる管路が形成された金属製の冷却部材をキャビティ部材と別体に形成している。このため、成形型のキャビティを形成するキャビティ部材内に冷却媒体用の通路を形成することを要せず、重力鋳造装置の構造の簡略化を図ることができ、キャビティ部材の割れるおそれも解消できる。
この様に、冷却部材をキャビティ部材と別体に形成しているため、キャビティに溶湯を充填したとき、冷却部材を最も熱容量が大きくなる箇所又はその近傍に配設でき、キャビティに充填した溶湯の冷却を促進できる。
更に、キャビティには、キャビティ部材よりも高断熱性部材によって形成した複数の押湯部を接続している。このため、キャビティに充填した溶湯を冷却する際に、溶湯が収縮して形成されるキャビティ内の隙間に溶湯を充填する押湯効果を確実に奏することができる。

本発明に係る重力鋳造装置の一例を図１に示す。図１に示す重力鋳造装置を構成する成形型１０は、上型１２、下型１４及び横型１６によって構成されている。かかる上型１２、下型１４及び横型１６の各々は、鋳鉄材で形成されており、キャビティ１８の内壁面を形成している。従って、キャビティ１８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１４は固定型であって、上型１２及び横型１６は可動型である。図１に示す成形型１０は、下型１４の方向に上型１２及び横型１６が移動して型閉じした状態である。
更に、成形型１０には、湯口２０に注湯されてキャビティ１８に充填される溶湯が通過する湯道が形成されており、湯口２０を含む上部湯道部２２は、キャビティ１８の直上の下部湯道部２４に接離可能に装着されている。かかる上部湯道部２２の下側内面は、下部湯道部２４方向に徐々に内径が縮径されるテーパ面２６に形成されている。
このテーパ面２６と下部湯道部２４の上部内面は、セラミック材によって形成されており、キャビティ１８の内壁面よりも高断熱に形成されている。テーパ面２６と下部湯道部２４の上部内面の部分は、後述する様に、押湯部としての役割を果たすためである。

図１に示す成形型１０には、キャビティ１８の両側部にも、側部押湯部２８，２８が形成されている。この側部押湯部２８，２８の内壁面も、セラミック材によって形成されており、キャビティ１８の内壁面よりも高断熱に形成されている。
更に、図１に示す成形型１０を構成する上型１２、下型１４及び横型１６，１６によって形成されるキャビティ１８の肉厚は、キャビティ１８に充填された溶湯の冷却速度が所定速度範囲となるように調整されている。例えば、図１に示す成形型１０の横型１６，１６では、部分的に肉抜きして凹部１６ａ，１６ａを形成して、横型１６，１６によって形成するキャビティ１８の肉厚を調整している。

図１に示す鋳造装置では、成形型１０の周辺部材３４は、成形型１０の側方に配設されている。
かかる周辺部材３４のうち、成形型１０を支持する支持部材としての支持板３６が成形型１０の下方側に配設されている。この支持板３６上には、成形型１０の下型１４の側方に突出して形成された突出部３８，３８が、キャビティ１８の内壁面を形成する鋳鉄材から成る下型１４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４０を介して載置されている。このため、キャビティ１８の内壁面を形成する下型１４は、支持板３６と断熱されている。
また、キャビティ１８の両側方の内壁面を形成する横型１６，１６の各々は、横型１６を横方向にスライドするスライド部材４２に、横型１６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４４を介して接続されている。
更に、スライド部材４２は、支持板３６上に形成されたレール４６上にスライド可能に載置されている。このため、スライド部材４２からレール４６への伝熱も防止すべく、スライド部材４２側のレール４６と接触する部分に、スライド部材４２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４８を設けている。

かかる図１に示す重力鋳造装置においては、上型１２上には、冷却部材３０が配設されており、下型１４の外側面にも、冷却部材３２が配設されている。かかる冷却部材３０，３２が配設された箇所は、キャビティ１８に溶湯が充填されたとき、最も熱容量が大きくなる箇所又はその近傍に相当する箇所である。すなわち、冷却部材３０は、図１に示す様に、押湯部として用いられる上部湯道部２２と下部湯道部２４との境界部の外周側に配設される。また、冷却部材３２は、図１に示す様に、下型１４の上部湯道部２２と下部湯道部２４とに対向する外側面に設けられる。かかる部分は、いずれもキャビティ１８に充填された溶湯の熱が蓄熱され易い部分だからである。冷却部材３０，３２を、かかる位置に配設することによって、キャビティ１８に充填された溶湯の冷却速度を向上できる。
上型１２上に配設されている冷却部材３０は、上型１２と別体に形成されており、図２（ａ）に示す様に、環状に形成されている。この冷却部材３０は、その部分断面側面図である図２（ｂ）に示す様に、液状冷媒としての水が流れる管路３０ｂが金属３０ａで覆われて形成されている。かかる冷却部材３０は、その横断面形状が、図２（ｂ）に示す様に、四角形に形成され、上型１２の上面に冷却部材３０の一面を接触して載置されている。
この冷却部材３０内に配設された管路３０ｂには、図２（ａ）に示す様に、冷却部材３０の上面に開口された供給口３１ａに水が供給され、供給口３１ａに隣接する排出口３１ｂから水が排出される。

また、下型１４に配設されている冷却部材３２は、図３（ａ）（ｂ）に示す様に、金属から成る円柱部３２ａ内に、液状冷媒としての水が流れる４個の柱状の管路３２ｂ，３２ｂ・・が円柱部３２ａの外周面に沿って形成されている。かかる管路３２ｂ，３２ｂ・・のうち、一の管路３２ｂに供給された水は、順次管路３２ｂ，３２ｂを通過し、最終の管路３２ｂから排出される。
この管路３２ｂの拡大断面図を図４に示す。管路３２ｂは、円柱部３２ａに形成された凹部３５内に、基部３３に立設された円筒部３７が挿入されている。この円柱部３２ａの下面から突出する基部３３に形成された流路３９は、円筒部３７内に形成された流路４１に連通されている。この流路４１は、凹部３５の内壁面と円筒部３７の外周面との間に形成された流路４３に連通されている。このため、基部３３の流路３９に供給された水は、円筒部３７内の流路４１を上昇し、凹部３５の内壁面と円筒部３７の外周面との間に形成された流路４３を流下して、基部３３に形成された排出路４５から排出される。
尚、冷却部材３０，３２は、水を流す配管を鋳包んで形成することができ、特にアルミニウム合金によって形成することが好ましい。

図１〜図４に示す重力鋳造装置を用いて鋳造する際には、上型１２、下型１４及び横型１６，１６を支持板３６上にセラミック板４０を介して載置して鋳造装置を組み立てた後、型開き状態で上型１２、下型１４及び横型１６，１６をガスバーナー等で予備加熱して所定温度とする。
下型１４及び横型１６，１６から成る成形型１０は、支持板３６及びスライド部材４２等の周辺部材と断熱材であるセラミック板４０，４４を介して接続されており、周辺部材への伝熱を抑制できる。このため、型開き状態での成形型１０の予備加熱を高効率で行うことができ、且つ何等かの原因で注湯が遅れても、成形型１０の温度は急激に低下することなく略一定に保持される。
かかる鋳造装置には、図５（ａ）に示す様に、成形型１０の上部湯道部２２の湯口２０に、取瓶５０の溶湯を注湯する。注湯した溶湯は、上部湯道部２２及び下部湯道部２４の湯道を通過してキャビティ１８内に充填される。キャビティ１８内に充填される溶湯は、キャビティ１８の両側方に形成されている側部押湯部２８，２８にも充填される。この際には、冷却部材３０，３２への水の供給は停止しておく。
溶湯の注湯は、側部押湯部２８，２８に溶湯が充填されるまで継続する。

溶湯の注湯を停止した後、キャビティ１８等に充填された溶湯は冷却される。その際に、冷却部材３０，３２への水の供給を開始する。成形型１０の熱は、上型１２、下型１４及び横型１６の露出面からの放熱による自然冷却と冷却部材３０，３２による強制冷却とによって除去される。
ここで、冷却部材３０，３２の両者による強制冷却では、キャビティ１８に充填された溶湯の冷却速度が速すぎる場合には、冷却部３０，３２の一方のみに水を供給する。
かかる冷却の際に、キャビティ１８内の溶湯の冷却速度は、上部湯道部２２と下部湯道部２４との部分及び側部押湯部２８，２８に充填された溶湯の冷却速度よりも速い。このため、キャビティ１８内の溶湯が冷却されて収縮し隙間が形成されたとき、上部湯道部２２と下部湯道部２４との部分及び側部押湯部２８，２８に充填された溶湯が押湯として、その一部が隙間に流入する。
かかる冷却の際に、上型１２、下型１４及び横型１６，１６によって形成されるキャビティ１８の肉厚が、キャビティ１８に充填された溶湯の冷却速度が所定速度範囲となるように調整されており、キャビティ１８に充填された溶湯は略均一に冷却される。

更に、成形型１０内に充填された溶湯の冷却を続行し、上部湯道部２２と下部湯道部２４との部分に充填された溶湯が、固体状態で取り扱うことのできる半凝固状態に到達したとき、図５（ｃ）に示す様に、上部湯道部２２を下部湯道部から分離する。この上部湯道部２２の分離によって、上部湯道部２２に充填された溶湯が冷却された半凝固状態の金属塊も、下部湯道部の金属塊から分離される。
次いで、成形型１０のキャビティ１８に充填された充填された溶湯の冷却が終了した後、図５（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、鋳造製品５２を取り出す。

図５（ｄ）に示す様に、型開きした成形型１０は、上型１２、下型１４及び横型１６，１６のキャビティ１８の内壁面を形成する面を掃除した後、再度、型閉じし、図１に示す状態にして鋳造に用いることができる。
図１〜図５に示す成形型１０は、横型１６，１６が設けられているが、上型１２及び下型１４のみであってもよい。この場合でも、上型１２を可動型として用いることが好ましい。
また、図６に示す様に、湯道を上部湯道部２２と下部湯道部２４とに分割することなく形成してもよい。この図６に示す湯道は、セラミック材５４によって形成されている。このため、冷却部材３０が湯道を形成するセラミック材５４の外周面に密接して配設されても、湯道内の溶湯が冷却部材３０によって冷却されることを防止できる。
更に、キャビティ１８に充填された溶湯の冷却速度が均一と見なされる範囲内にあれば、横型１６，１６によって形成するキャビティ１８の肉厚を調整すべく、横型１６，１６の所定箇所を部分的に肉抜きすることも要しない。

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を構成する冷却部材３０を説明するための正面図及び部分断面側面図である。 図１に示す重力鋳造装置を構成する冷却部材３２を説明するための正面図及び断面図である。 図３に示す管路３２ｂの拡大断面図である。 図１に示す鋳造装置を用いて鋳造する際の工程を説明する工程図である。 本発明に係る重力鋳造装置の他の例を説明するための縦断面図である。

符号の説明

１０ 成形型
１２ 上型
１４ 下型
１６ 横型
１８ キャビティ
２０ 湯口
２２ 上部湯道部
２４ 下部湯道部
２６ テーパ面
２８ 側部押湯部
３０，３２ 冷却部
３４ 周辺部材
３６ 支持板
４０，４４，４８ セラミック板
４２ スライド部材
４６ レール
５２ 鋳造製品
５４ セラミック材

Claims (7)

1. 成形型内に形成されたキャビティに、前記成形型の上面側に形成された湯口に注湯された溶湯が流下する湯道を具備する重力鋳造装置であって、
   前記キャビティを形成するキャビティ部材と別体に形成された、内部に液状冷媒が流れる管路が形成された金属製の冷却部材が、その少なくとも一面が前記キャビティ部材に当接されて配設され、
   且つ前記キャビティに充填された溶湯を冷却する際に、前記溶湯が収縮してキャビティ内に隙間が形成されたとき、前記隙間に溶湯を供給する押湯効果を呈する複数の押湯部が前記キャビティに接続されており、前記押湯部の各々がキャビティ部材よりも高断熱性部材によって形成されていることを特徴とする重力鋳造装置。
2. 冷却部材が、水平方向に延出された幅狭のキャビティの上面側及び下面側に配設されている請求項１記載の重力鋳造装置。
3. 冷却部材が、キャビティに溶湯が充填されたとき、最も熱容量が大きくなる箇所又はその近傍に配設されている請求項１又は請求項２記載の重力鋳造装置。
4. 湯道が、キャビティ部材よりも高断熱性部材によって形成されている請求項１〜３のいずれか一項記載の重力鋳造装置。
5. 複数の押湯部のうち、湯道に設けられている押湯部の近傍には、キャビティ部材よりも高断熱性部材を介して冷却部材が配設されている請求項１〜４のいずれか一項記載の重力鋳造装置。
6. 冷却部材が、その横断面形状が四角形であって、配管を鋳包んで形成されている請求項１〜５のいずれか一項記載の重力鋳造装置。
7. 冷却部材が、アルミニウム合金で形成されている請求項１〜６のいずれか一項記載の重力鋳造装置。