JP4350135B2 - 鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は鋳造装置に関し、更に詳細には可動型と固定型とから構成され、前記可動型が固定型方向に移動して型閉じされたとき、内部に鋳造製品用のキャビティが形成される成形型を具備する鋳造装置に関する。

近年の鋳造装置としては、可動型と固定型とから構成され、前記可動型が固定型方向に移動して型閉じされたとき、内部に鋳造製品用のキャビティが形成される成形型を具備する鋳造装置が汎用されている（例えば、下記特許文献１参照）。
特開２００６−２８９４０６号公報

可動型と固定型とから構成される成形型を具備する鋳造装置では、鋳造製品を容易に取り出すことができ、鋳造製品の生産性を向上できる。
ところで、可動型と固定型とから構成される成形型を具備する鋳造装置を用いて鋳造する際には、溶融金属を成形型内のキャビティ内に溶融金属を注湯したとき、直ちに溶融金属が冷却されて固化されないように、予め成形型をガスバーナー等によって予備加熱することが行われる。かかる予備加熱は、成形型を鋳造装置内に組み込む前に実施されることがあるが、一般的には、成形型を鋳造装置内に組み込んだ後、型開された状態で実施されることが多い。
しかし、成形型を鋳造装置内に組み込んでから予備加熱して所定温度に昇温した成形型であっても、成形型は急激に冷却されるため、予備加熱した直後に溶融金属の注湯を行うことが必要であった。このため、何等かの原因で成形型への溶融金属の注湯が遅れると、成形型を再加熱することを要した。
そこで、本発明は、鋳造装置内に組み込んだ成形型に予備加熱を施しても、成形型が急激に冷却される従来の鋳造装置の課題を解決し、鋳造装置内に組み込んで予備加熱を施し、所定温度に昇温した成形型の温度低下を可及的に少なくできる鋳造装置を提供することを目的とする。

本発明者等は、先ず、従来の鋳造装置において、鋳造装置内に組み込んで予備加熱を施し、所定温度に昇温した成形型が急激に冷却される原因を調査したところ、成形型を構成する可動部材を駆動する駆動部材や成形型を支持する支持部材等との周辺部材と成形型の部材とが直接接続されている。このため、成形型の熱が接続部から周辺部材に伝熱され、成形型が急激に冷却されるとの知見を得た。
本発明者等は、かかる知見を基にして更に検討を重ねた結果、成形型を構成する部材と周辺部材との接続部を、成形型を構成する部材よりも高断熱性に形成することによって、鋳造装置内に組み込んだ成形型に予備加熱を施して所定温度に昇温した後、成形型が急激に冷却されることを防止できることを知り、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、固定型である下型に対して可動型の上型が上下方向に接離可能に設けられていると共に、前記下型及び上型に対して横型を接離方向にスライドするスライド部材が設けられ、前記上型が下型方向に移動し且つ前記横型が前記上型及び下型の方向にスライドして型閉じされて内部に形成された鋳造製品用のキャビティに、上面側に形成された湯口から注湯された溶融金属が重力によって充填される重力鋳造用成形型を具備する鋳造装置であって、前記下型の側方に突出して形成された突出部が第１接続部を介して支持されている支持部材上に、前記横型が第２接続部を介して接続されたスライド部材がスライドするレールが第３接続部を介して支持され、且つ前記下型及び横型が周辺部材であるスライド部材及び支持部材から断熱されるように、前記接続部の各々がキャビティを形成する形成部材よりも高断熱性に形成されていることを特徴とする鋳造装置にある。
かかる本発明において、接続部の各々に、下型及び横型から周辺部材への伝熱を断熱する断熱材を設けることによって、接続部をキャビティ形成部材よりも高断熱性に形成できる。この断熱材としては、セラミック製の断熱材を好適に用いることができる。
更に、本発明においては、成形型のキャビティの肉厚を、前記キャビティに充填された溶融金属の冷却速度が所定速度範囲となるように調整することによって、キャビティ内に充填された溶融金属を均一速度で冷却できる。
この様に、成形型のキャビティの肉厚を調整するには、成形型を構成する部材として、加工が容易な鋳鉄材によって形成することが好適である。

本発明では、下型の側方に突出して形成された突出部を第１接続部を介して支持する支持板上に、横型を第２接続部を介して接続したスライド部材をスライドするレールを第３接続部を介して支持し、且つ下型及び横型を周辺部材であるスライド部材及び支持部材から断熱するように、接続部の各々をキャビティを形成する形成部材よりも高断熱性に形成している。
更に、本発明に係る重力鋳造用成形型では、その上下面が周辺部材とは非接触であるため、成形型が急冷されることを防止できる。
このため、下型及び横型から接続部を介して周辺部材への伝熱を可及的に防止でき、鋳造装置に組み込んだ成形型に予備加熱を施して所定温度に昇温した後でも、下型及び横型の温度低下を可及的に少なくできる。
その結果、鋳造装置に組み込んだ、上型、下型及び横型によって形成される成形型に予備加熱を施す際に、成形型は高断熱性に形成された断熱部に囲まれているため、外部の周辺装置への伝熱を抑制でき、効率的に成形型を予備加熱できる。
しかも、予備加熱を施して所定温度に昇温した成形型に、何等かの原因で溶融金属の注湯が遅れても、成形型の温度を略一定に保持できる。このため、成形型を再加熱することなく溶融金属を注湯でき、鋳造製品の生産性を向上できる。
また、本発明に係る鋳造装置では、成形型からの伝熱によって加熱された周辺部材の熱膨張等に因る狂いを可及的に少なくでき、鋳造製品の精度向上にも資することができる。

本発明に係る鋳造装置の一例を示す縦断面図を図１に示す。図１に示す鋳造装置は重力鋳造装置であって、重力鋳造成形型１０（以下、単に成形型１０と示す）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に充填される溶融金属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、上部湯道部２２と下部湯道部２４との境界部の外周側には、環状の冷却部３０が設けられており、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も、冷却部３２が設けられている。かかる冷却部３０，３２には、キャビティ１８に充填された溶融金属の冷却を促進するために用いられる。
尚、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に充填された溶融金属の冷却速度が所定速度範囲となるように、例えば横型１６，１６を部分的に肉抜きして凹部１６ａ，１６ａを形成して調整している。

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、周辺部材である支持板３６に第１接続部４０を介して載置されている。第１接続部４０は、第１接続部材４０ａとしてのセラミック板によって形成されている。第１接続部４０を形成するセラミック板は、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であって、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周辺部材としてのスライド部材４２に、第２接続部４４を介して接続されている。第２接続部４４も、第２接続部材４４ａとしてのセラミック板によって形成されている。第２接続部４４を形成するセラミック板は、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であって、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、スライド部材４２と断熱されている。
更に、周辺部材としてのスライド部材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。かかるスライド部材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、熱伝導率の小さい第３接続部材４８ａとしてのセラミック板から成る第３接続部４８を設けている。このため、スライド部材４２は、支持板３６とも断熱されている。

図１に示す鋳造装置を用いて鋳造を行うには、上型１２、下型１４及び横型１６，１６を支持板３６上に第１接続部材４０ａから成る第１接続部４０を介して組み立てた後、型開状態で上型１２、下型１４及び横型１６，１６をガスバーナー等によって加熱して所定温度とする。
所定温度に昇温された上型１２、下型１４及び横型１６，１６は、支持板３６及びスライド部材４２に断熱材である第１接続部材４０ａから成る第１接続部４０及び第２接続部４４ａから成る第２接続部４４を介して接続されている。このため、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２（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の溶融金属を注湯する。注湯した溶融金属は、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内に充填される溶融金属は、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。溶融金属の注湯は、側部押湯部２８，２８に溶融金属が充填されるまで継続する。

溶融金属の注湯を停止した後、キャビティ１８等に充填された溶融金属は冷却される。その際に、成形型１０の熱は、上型１２、下型１４及び横型１６の露出面から放熱される。この放熱によってキャビティ１８内の溶融金属の冷却速度が許容範囲内であれば、冷却部３０，３２に冷媒としての水を供給することなく自然冷却を続行する。
一方、上型１２、下型１４及び横型１６の露出面からの放熱量のみでは不足する場合は、自然冷却に加えて冷却部３０，３２の一方又は両方に水を供給する強制冷却も併用する。
かかる冷却の際に、キャビティ１８内の溶融金属の冷却速度は、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に充填された溶融金属の冷却速度よりも速い。このため、キャビティ１８内の溶融金属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に充填された溶融金属が押湯として、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に充填された溶融金属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に充填された溶融金属は均一に冷却される。
この冷却速度の調整手段として、図１及び図２に示す鋳造装置では、横型１６，１６を部分的に肉抜きして凹部１６ａ，１６ａを形成している。かかる肉抜きに代えて、例えば横型１６，１６を切削加工や塗型剤等によって冷却速度が所定範囲となるように調整してもよい。更に、横型１６，１６に加えて、上型１２、下型１４の冷却速度を調整してもよい。

更に、成形型１０内に充填された溶融金属の冷却を続行し、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到達したとき、図２（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に充填された溶融金属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融金属の冷却が終了した後、図２（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２（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に示すように組み立てて鋳造に用いることができる。
更に、これまで述べてきた第１接続部材４０ａから成る接続部４０，第２接続部材４４ａから成る第２接続部及び第３接続部材４８ａから成る第３接続部４８は、成形型１０及び周辺部材３４と別体に形成しているが、成形型１０や周辺部材３４の所定箇所に高断熱部としての第１接続部４０、第２接続部４４及び第３接続部４８を形成してもよい。

本発明に係る鋳造装置の一例を説明する縦断面図である。 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。

１０ 重力鋳造成形型
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（支持部材）
３８ 突出部
４０ 第１接続部
４０ａ 第１接続部材
４２ スライド部材
４４ 第２接続部
４４ａ 第２接続部材
４６ レール
４８ 第３接続部
４８ａ 第３接続部材

Claims (5)

1. 固定型である下型に対して可動型の上型が上下方向に接離可能に設けられていると共に、前記下型及び上型に対して横型を接離方向にスライドするスライド部材が設けられ、
   前記上型が下型方向に移動し且つ前記横型が前記上型及び下型の方向にスライドして型閉じされて内部に形成された鋳造製品用のキャビティに、上面側に形成された湯口から注湯された溶融金属が重力によって充填される重力鋳造用成形型を具備する鋳造装置であって、
   前記下型の側方に突出して形成された突出部が第１接続部を介して支持されている支持部材上に、前記横型が第２接続部を介して接続されたスライド部材がスライドするレールが第３接続部を介して支持され、
   且つ前記下型及び横型が周辺部材であるスライド部材及び支持部材から断熱されるように、前記接続部の各々がキャビティを形成する形成部材よりも高断熱性に形成されていることを特徴とする鋳造装置。
2. 接続部の各々には、下型及び横型から周辺部材への伝熱を断熱する断熱材が設けられている請求項１記載の鋳造装置。
3. 断熱材が、セラミック製の接続材である請求項１又は請求項２記載の鋳造装置。
4. 成形型のキャビティの肉厚が、前記キャビティに充填された溶融金属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請求項１〜３のいずれか一項記載の鋳造装置。
5. 成形型を構成する部材が、鋳鉄材によって形成されている請求項１〜４のいずれか一項記載の鋳造装置。