JP4714932B2 - 消失模型用添加剤 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳型用の消失模型に用いられる添加剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消失模型鋳造法はフルモールド法とも言われ、発泡プラスチックにて製作した模型（消失模型）を鋳物砂に埋設したまま鋳型として利用するプロセスであり、残渣欠陥の改良が望まれている。なお、残渣欠陥とは、鋳込まれた溶湯による発泡プラスチックの熱分解により、発生する多量の熱分解ガス及び残渣による鋳物の欠陥である。
【０００３】
このような残渣欠陥に対しては、塗型剤（材）を改良してその改善を図ることが提案されている（特開昭６３−２９０６４７号、特開平３−２１０９３４号、特開平４−２６２８３２号、特開平７−１１２２３８号、特開平８−１５０４３６号等）。
【０００４】
また、発泡プラスチックそのものの燃焼性に着目した研究もなされており、例えば内田らは、ＴｉＯ₂による発泡ポリスチレンの分解温度の低下と軟化温度の上昇を報告している（社団法人日本鋳造工学会、第１３２回全国大会講演概要集）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これら従来の塗型剤（材）やＴｉＯ₂を用いても、発泡プラスチック製の消失模型を用いた場合の残渣欠陥を十分に解消できるとは言い難い。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋳物用の溶融金属と接触して熱を発する金属からなる、発泡プラスチックを用いた消失模型用の添加剤、並びに、該添加剤を含有又は担持する発泡ポリスチレン又は発泡ポリメタクリル酸メチルからなる鋳型用消失模型に関する。
【０００７】
また、本発明は、鋳物砂内に模型を埋設してなる鋳型に溶融金属を注湯し、注湯した該溶融金属によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法であって、前記模型が、注湯する溶融金属と接触して熱を発する金属を含有又は担持する消失模型鋳造法に関する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の添加剤となる金属は、鋳物用の溶融金属と接触して熱を発する。ここで、熱を発するかどうかの確認は、後述の実施例で示した如く次のように行う。適当なバインダーを添加した試料（金属）の粉末を先端に塗布した石英保護管に熱電対を挿入し、これを鋳物用の溶融金属に浸漬する。試料を塗布しない場合の溶融金属の温度と比較して、試料（金属）を塗布したものを浸漬した場合の温度が高い場合、熱を発すると判断できる。このような発熱は、通常、反応熱、例えば燃焼熱、溶解熱、生成熱等として把握でき、溶解の標準自由エネルギーの計算「第３版 鉄鋼便覧 第Ｉ巻 基礎」（丸善株式会社、昭和５８年３月３０日、第３刷）の１９頁、表１・２を参考にすることもできる。本発明の添加剤となる金属は、この測定方法による発熱温度が５℃以上、更に１０〜２００℃、特に２０〜１００℃であることが好ましい。
【０００９】
このような金属としては、ケイ素、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅及びこれらと鉄との合金が好ましく、合金としては、Ｆｅ−Ｍｇ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金などが挙げられる。これら合金の組成は限定されない。本発明では、鉄系鋳物に対してはケイ素、チタン、アルミニウム及びこれらと鉄との合金、中でもケイ素、チタン及びこれらと鉄との合金が、また、アルミニウム系鋳物に対してはニッケルが、また、銅系鋳物に対してはニッケル、銅が、発熱効果が高く好ましい。金属は、一種又は複数を併用することもできる。また、金属は、平均粒径１〜５０μｍ、更に３〜２０μｍの粉末を用いることが好ましい。
【００１０】
本発明の添加剤を発泡プラスチック製の消失模型に含有又は担持させるには、発泡プラスチックの製造工程（原料ビーズ、ペレットの調製時、発泡処理時等）に添加してもよいし、発泡プラスチックを消失模型の形状に成型した後に該模型の表面に粉末品を直接すりこむ、水や有機溶媒の分散液としたもの、例えば塗型剤に添加したものを塗布する等して担持させてもよい。
【００１１】
本発明の添加剤は、鋳物材質に対する影響の点から、最終消失模型の重量に対して、０．１〜１０重量％、更に０．５〜５重量％、特に１〜３重量％の比率で用いられるのが好ましい。
【００１２】
また、消失模型となる発泡プラスチックは、発泡ポリスチレン又は発泡ポリメタクリル酸メチルが好ましい。
【００１３】
本発明の添加剤は、発泡プラスチック製の消失模型を用いる通常のフルモールド法において用いられる。鋳造に用いる鋳物砂としては、石英質を主成分とする珪砂の他、ジルコン砂、クロマイト砂、合成セラミック砂等の新砂又は再生砂が挙げられる。鋳物砂は粘結剤を添加せずに用いることもでき、その場合には充填性が良好であるが、強度が必要な場合には、粘結剤を添加し、硬化剤により硬化させるのが好ましい。本発明の添加剤を含有又は担持させた消失模型は、通常の塗型剤による処理がなされ、鋳造に用いられる。
【００１４】
また、本発明の添加剤は、アルミニウム等の非鉄金属系鋳物や鋳鉄、鋳鋼等の鉄系鋳物の何れにも用いることができる。特に、残渣欠陥の起こりやすい鉄系鋳物用として用いることが、本発明の効果を有効に利用することができ、好ましい。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の添加剤によれば、発泡プラスチック製の消失模型を用いた場合に、残渣欠陥が顕著に改良される。これは、本発明の添加剤となる金属と溶融金属の接触で発生する熱により溶融金属の温度低下が抑制され、発泡模型の熱分解が促進されるためと考えられる。
【００１６】
【実施例】
（１）発熱の確認方法
内径４．０ｍｍの石英保護管の一端を封じ、その先端部分に金属３ｇを５％のコロイダルシリカ溶液１．０ｇと混練したものを、金属粉末の付着量が０．１ｇとなるように塗布（塗布長さ３０ｍｍ）した。２４時間自然乾燥後、この保護管にＣ−Ａ熱電対を装填した。本熱電対と、石英保護管に金属粉末を塗布していない熱電対を同時に１４００℃の鋳鉄熔湯に浸漬し、両熱電対の温度差を計測する。この温度差を、発熱温度として結果を表１に示すが、金属粉末を塗布した熱電対の計測温度が高い場合、発熱が起こっていることを示している。この測定方法は、本実施例では鋳物となる鋳鉄について行ったが、軽合金などの他の金属においても、実施可能である。
（２）金属の添加方法
（２−１）模型内添加
予備発泡を行ったスチレンビーズに対して、表１に示す重量％（対スチレンビーズ重量）の金属（種類は表１に示す）を添加混合した。金属を添加したスチレンビーズを金型に充填し、水蒸気により２次発泡を行い成型した。得られた発泡ポリスチレン成型体の発泡倍率は約５０倍（比重０．０２）であった。得られた発泡体を２５０ｍｍ×１２０ｍｍ×８０ｍｍに加工し、鋳造試験に用いた。
（２−２）模型表面塗布
発泡ポリスチレン（発泡倍率約５０倍）を用いて２５０ｍｍ×１２０ｍｍ×８０ｍｍの寸法に模型を製作した。この模型の表面に表１の重量％（対模型重量）の金属（種類は表１に示す）を塗布し、鋳造試験に用いた。塗布は、金属のアルコール分散物を用いて行った。
（３）鋳造試験
上記で得られた模型に、塗型剤（市販のフルモールド用塗型剤）を７０ボーメで塗布した。その後、５０℃で１２時間乾燥させ、フラン鋳型に埋設し鋳込み評価を行った。
【００１７】
すなわち、フリーマントル珪砂（５号）に有機スルホン酸硬化剤（花王クエーカー（株）製ＴＫ−３）を０．２重量部添加混練した後に、フラン樹脂（花王クエーカー（株）製３４０Ｂ）を珪砂に対して０．５重量部混合した。この混練砂に上記の模型を埋設した。溶湯があふれない速度で堰（湯路、堰には内径３０ｍｍの陶管を使用）の部分から鋳込みを行い（材質ＦＣ−２５０、鋳込み温度１４００℃）、上型面の鋳肌の状態を目視にて以下の基準で評価した。結果を表１に示す。
【００１８】
◎：残渣欠陥の発生なし
○：若干の残渣欠陥の発生あり
△：残渣欠陥の発生あり
×：多量の残渣欠陥の発生あり
【００１９】
【表１】

Claims (6)

1. 鋳物用の溶融金属と接触して熱を発する金属からなる、発泡プラスチックを用いた消失模型用の添加剤であって、前記鋳物が鉄系鋳物であり、前記金属がケイ素、ニッケル及びこれらと鉄との合金から選ばれる金属である、消失模型用添加剤。
2. 発泡プラスチックが、発泡ポリスチレン又は発泡ポリメタクリル酸メチルである請求項１記載の添加剤。
3. 請求項１又は２記載の添加剤を含有又は担持する発泡ポリスチレン又は発泡ポリメタクリル酸メチルからなる鋳型用消失模型。
4. 前記添加剤を０．５〜５重量％含有又は担持する請求項３記載の鋳型用消失模型。
5. 鋳物砂内に模型を埋設してなる鋳型に溶融金属を注湯し、注湯した該溶融金属によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法であって、前記溶融金属が鉄系鋳物の溶融金属であり、前記模型が、注湯する溶融金属と接触して熱を発する、ケイ素、ニッケル及びこれらと鉄との合金から選ばれる金属を含有又は担持する消失模型鋳造法。
6. 前記模型が、前記金属を０．５〜５重量％含有又は担持する、請求項５記載の消失模型鋳造法。