JP4397040B2 - コア材料 - Google Patents

Description

本発明は、鋳造基材および結合剤を備える、鋳型のための鋳造コア（casting core）または型を作製するための工程、およびその工程の作製後の鋳造コアまたは型に関する。

鋳造コアの機能は、鋳造においてまたは外部の輪郭を削り落とすことにおいて、空洞を形成することである。この種類の鋳造コアは、コアシューティングユニットの手段により従来はコアボックスの中で作製され、ここで、結合剤および適切であるならば添加剤が提供された鋳物砂は、コア鋳型箱の空洞の中へ圧縮空気を用いて導入される。使用される合剤は、通常は液体の合成樹脂または無機結合剤である。

本発明は全ての有機および無機の型およびコアの作製工程に関し、好ましくはウレタン冷却箱工程および/またはレゾールCO₂工程に関する。例えば超音波工程などの物理的な工程も同様に可能である。

ウレタン冷却箱コア作製は有機結合剤のシステムを用いて冷却コア箱の中で起こり、それは例えば４級アミンの手段によって、コア箱の中で直接的にガス硬化（gas-cured）している。鋳型材料混合物（例えば、ケイ砂、有機結合システム、硬化剤）の固化は、ガス状の触媒またはガス状の４級アミンの手段により、鋳型材料が冷却コア箱の中に導入された後に起こる。個々の成分は特別の装置の中で前もって混合される。他の中で、このウレタン冷却箱の工程の利点の一つは、コアまたは型において高い強度が達成されることにある。

例えばレゾールCO₂工程と呼ばれる他の工程は、アルカリ縮合した石炭酸樹脂の結合剤によるコア作製工程であり、それは硬化のためであって二酸化炭素がガス抜きされている。ウレタン冷却箱工程と同様に、鋳型材料は、一般的にはケイ砂の鋳型基材に基づいている。この工程は鋳造操作における「ベイン（vein）」の防止によって区別される。このガス抜き工程の不利益な点は、侵食の増加と不適切な温度安定性を理由とする低い強度にある。

完成した鋳造されたコアをウォッシュ（wash）により被覆することができる。ウォッシュは、鋳造コアの上に薄い被覆を形成するための、粉末、液体またはペーストの形状の耐熱材料である。コアウォッシュは多くの機能を有している。それらには、断熱、スムージング、金属が型の壁に付着することの防止、ベイニング（veining）の防止が含まれ、従って型が開放された時に型の壁から鋳物が確実に分離することを保障する。

完成した鋳物の鋳造操作の後、鋳造コアを鋳物から取り去る。鋳造コアを、例えば、ブラスティング、振動、噴出、はじき出し、洗い流しにより取り去る。

DE 195 25 307 A1は、鋳型のための鋳造コアを開示する。その提案は鋳型のための鋳造コアのためのものであって、その鋳型は、結合剤の手段によって固化し、水にさらされた結果としてその形状を失う乾燥物質を備える。

DE 195 49 469 A1は鋳造成形のための鋳造コアについて述べており、それはポリフォスフェートに基づいた水溶性結合剤の手段により固化した鋳物砂を備え、その結合剤は、インスタント化したポリリン酸ナトリウムであって、提供された鋳物砂の重量による100部あたり、結合剤の3から7重量部および水の0.5から2重量部の混合比である。

DE 199 14 586 A1は、鋳造を行うにあたって使用するための鋳物砂を作製するための樹脂に基づいた結合剤を開示している。コア砂を作製するための結合剤混合物は、単一成分（単一樹脂）、または、添加物を有する一つまたはそれ以上の単一成分の混合物（樹脂混合物）から成る。

本発明は、上記で述べたタイプの鋳造コアまたは型を提供するという目的に基づいており、それは孔の構造を有する一方、上記で述べた不利な点を回避する。特にコアウォッシュを使用する事はもやは必要ではない。鋳造操作における不利なベイニングを回避することも意図されている。

本発明によると、この目的は、鋳型材料および/または結合剤に孔形成剤（pore former）を添加することによって達成される。

走査電子顕微鏡による試験のもと、既知のレゾールCO₂工程により作製されたコアは典型的な孔の構造を示す。この孔の構造は上記の膨張の欠点（「ベイン」）を防止する事が見出された。

酸形成剤（acid former）によること又は熱に曝すことによってそれらが分解する過程で、孔形成剤は例えば二酸化炭素を放出し、その二酸化炭素は鋳型材料混合物の中で望む細孔構造を作製する。物理的な方法、例えば超音波法を使用することも、細孔構造の形成に寄与するかもしれない。

孔形成剤は二酸化炭素の産生に限定されるものではない。鋳造コアまたは鋳型において望む孔を作製する任意の孔形成添加物が可能であり；例えば、窒素を産生する物質も可能であろう。

孔構造が存在することにより、膨張の欠点を防ぐ目的で、引き続いて鋳造コアをウォッシュで処理することは不要となる。

孔形成剤として二酸化炭素を産生する物質を使用することは好適であり、その例には、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸ナトリウム、および/または、炭酸水素ナトリウムなどがある。炭酸水素ナトリウムは特に特に適していることが見出された。

有利に二酸化炭素を産生する物質に、酸性化剤（acidifier）が添加され、および/または熱が提供される。二酸化炭素は、特に酸性環境の結果として、または熱の形でエネルギーを供給することにより放出される。放出される二酸化炭素の量を制御するために、および/または、さもなければ二酸化炭素が放出される時間を特定ために、例えば酒石などの酸性化剤を二酸化炭素を生成する物質に添加する。

本工程の特に好適な一態様によれば、結合剤は、1：1の比のフェノール樹脂成分とイソシアネート成分からなり、その2成分は鋳型材料の中へ同時にまたは連続して導入され、引き続いて混合される。

有利に、孔形成剤をコア鋳型材料混合物へ、結合剤と同時にまたはそれに引き続いて添加することも可能である。

二酸化炭素を生成する物質を結合剤の成分と共に添加することも同様に可能である。

上記で詳細に述べた鋳造コアの作製工程により、鋳造コアは多孔性の材料構造を有している。少なくとも鋳造コアの中に多孔性領域が形成され、鋳造操作中と金属鋳造において鋳造コアを除去する間に望む利点を示す。

鍵となる技術的利点は、先行技術と比較して単純化され、より複雑でない鋳造工程にある。それは、細孔構造と鋳造コアの適切な強度により、コアウォッシュ処理が不必要となるからである。

下記に述べるのは、本発明の作製工程のためのケイ砂と結合剤の混合物の組成物の特に有利な実施例である。

100重量部のケイ砂
0.6重量部の樹脂（例えばフェノール樹脂）
0.6重量部のイソシアネート
0.75重量比の孔形成剤、例えば、炭酸水素ナトリウム

樹脂とイソシアネートの重量画分は、鋳造コアの望む強度に応じて、0.5から1の間にできる。一般的には、樹脂およびイソシアネートは同量、すなわち1：1の比で添加される。

孔形成剤は一般的には0.5から1の重量比の量で添加される。

選択肢として、二酸化炭素の放出を制御するために、酸形成剤、例えば酒石、の0.2から0.7重量比を混合液に添加することが可能である。

下記の記載は例示的な、鋳造コア作製工程の典型的な過程の概要である。ウレタン冷却箱工程における工程の段階は、下記に具体的に述べる通りである。
・ケイ砂の秤量または容積測定的計量を行なう。
・バッチミキサーの中へケイ砂を作動させる。
・樹脂成分とイソシアネート成分を秤量ポンプにより計測する。計測は平行してまたは連続して行うことができる。
・両者の結合剤成分と平行して、または一つの結合剤成分と平行して、孔形成剤を連続して添加し、適切であるならば酸形成剤を添加する。
・混合時間は、望む要件とミキサーの型に依存して10から120秒である。
・湿った混合物をキャスト・シューティング機械上で加工する。
・コアを除去する。
・例えば200℃で熱処理を行い、熱処理は様々に、適用に依って行うことが可能である。
・実際の鋳造操作のために、完成したコアを砂型の中に設置する。

加えて一つの図は鋳造コア材料の多孔性構造を示し、平均コアサイズは100nmから500nmである。

Claims (6)

1. 鋳型基材および結合剤に基づいて、鋳型材料から鋳造コアまたは型を作製する工程であって、該結合剤はフェノール樹脂およびイソシアネートからなり、
   炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸ナトリウムおよび/または炭酸水素ナトリウムであり、かつ酸性化剤として酒石が添加された孔形成剤が該鋳型材料へ添加されることを特徴とする上記工程。
2. 前記酸性化剤は、二酸化炭素が放出される量および/または二酸化炭素が放出される時間を制御するために前記孔形成剤へ添加されることを特徴とする、請求項１記載の工程。
3. 形成されたコアまたは型を熱処理にかけることを特徴とする、請求項１または請求項２の少なくとも一つの請求項記載の工程。
4. 前記結合剤は１：１の比のフェノール樹脂成分およびイソシアネート成分から成り、該２成分はケイ砂を含む鋳型材料の中へ同時に導入され、その後混合されることを特徴とする、請求項１から請求項３の少なくとも一つの請求項記載の工程。
5. 結合剤と同時にまたはそれに引き続いて、孔形成剤がコア鋳造材料混合物へ添加される、請求項１から請求項４の少なくとも一つの請求項記載の工程。
6. 結合剤の１成分または２つまたはそれ以上の成分と共に孔形成剤を添加することを特徴とする、請求項１から請求項４の少なくとも一つの請求項記載の工程。

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