JP4730575B2 - モデルによる鋳型部品のガス圧予測方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中子等の鋳型部品による鋳造時に鋳型部品から発生する燃焼ガスにより上昇する圧力を、モデル鋳型部品により予測する、モデルによる鋳型部品のガス圧予測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋳造に使用される鋳型の一種に、下型及び上型と中子とを含むものがある。下型と上型とは上下方向（縦方向）に型割され、両型により区画されたキャビティ内に中子が設置される。中子は、砂に粘結剤（バインダ）たる樹脂を混合して造型されることが多い。そのため、鋳造時には溶湯の熱により樹脂が燃焼するとともに水分が蒸発し、中子から燃焼ガス（以下「ガス」と言う）が発生する。ガスの発生量が多く、中子内のガスの圧力（以下「ガス圧」と言う）が所定値を超えると、ガスが気泡となって鋳造製品に残留したり、鋳造の次の工程における工具破損の原因になったりする。
【０００３】
ガスの発生量を減少させるためには、理論上は中子中のバインダの含有量を減少させれば良い。しかし、そうすると中子の強度が低下し、中子折れが多くなる。このように、バインダの含有量は中子の種々の特性に関連しており、ガスの発生量の減少のみを考慮して含有量を減少させることはできない。
【０００４】
そこで、鋳型からガスを抜いてガス圧が常に所定値（溶湯圧）以下となるように調節している。ガス圧を調節するには、鋳型内のガス圧を検知することが必要である。そのために図１１に示す第１従来例では、実物中子１０４のガス圧を測定したい部位に複数本のガス圧検知用パイプ１０２を突き立て、該パイプの先端に圧力センサ１０１を取り付ける。この実物中子１０４を下型１０６と上型１０７とにより区画されたキャビティ１０８内に設置し、実物溶湯を流し込む。その際に中子１０４の各部におけるガス圧の変化を圧力センサ１０１により検知する。
一方、特開平４ー１６４２１８号公報（以下「第２従来例」と言う）では、図１２に示すように、容器１１０の中にシェル砂１１１を充填して作成したモデル中子１１２を使用している。このモデル中子１１２に圧力取出し管１１３が接続され、石英管１１４内に配置されている。また、石英管１１４にはまた、モデル中子１１２の近くに熱伝対１１６が配置され、そのまわりに電気炉１１７が配置されている。ガス圧の検知時は、電気炉１１７によりモデル中子１１２を加熱し、発生したガスを圧力取出し管１１３から取り出し、マノメータ１１８によりガス圧を検知する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記第１従来例のように実物中子１０４をキャビティ１０８内に設置し実物溶湯を流し込むことによりガスの圧力を検知すると、手間と時間がかかる。特に、複雑な形状を持つ鋳造製品（例えば、内燃機関のシリンダヘッド）を鋳造する際のガス圧の検知ではこの傾向が顕著になる。即ち、この場合は複数の中子片を組み合わせた中子を用いるが、ピーク圧はある特定の中子片に発生し、バインダ（樹脂）の量及びシェル砂の通気性等によりそのピーク圧の値及び発生位置が変動する場合が多い。それにも関わらず、毎回のガス圧検知において該中子片を他の中子片と組み合わせてキャビティ内に設置しなければならず、時間及び手間がかかる。しかも、該中子片の形状、寸法等が決まらなければ結局中子が設計できず、鋳造を開始することができない。
【０００６】
この点、上記第２従来例によれば、上記第１従来例に比べて、実物中子１０４のキャビティ１０８内への設置及び実物溶湯の流込みは不要になり、その分ガス圧の検知が容易になる。しかし、所定の形状、材質のモデル中子１１２全体の平均化されたガス圧が検知できるのみである。比較的簡単な形状の中子では、各部分でのガス圧に大差がないので、これでも足りる。
【０００７】
これに対して、上記複数の中子片を組み合わせた中子では各部分のガス圧は異なる場合が多く、第２従来例によるガス圧の検知は十分とは言えない。即ち、該中子でシリンダヘッド等を鋳造する場合、特定の中子片のピーク圧が他の中子片のピーク圧に比べて特に高くなることがある。そして、ピーク圧の値及び発生場所がシリンダヘッド等に発生するガス欠陥の大きさ及び場所と対応することが分かっている。従って、このピーク圧の値及び発生場所を検知することが重要であるが、第２従来例は、これらを正確、簡単かつ迅速に検知することはできない。
【０００８】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、砂粒子が所定の空隙率、形状及び直径から成る、砂製で所定の形状及び寸法を持つ実物鋳型部品内におけるピーク圧の値及び発生場所を、モデル鋳型部品により簡単かつ迅速に予測することができる、鋳型部品のガス圧予測方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、上記第２従来例の長所を享受しつつ、その欠点を克服することはできないかどうか、鋭意研究した。その際、砂から成る鋳型部品（上型、下型又は中子）から発生するガスのガス圧を検知に関して、以下の点に注目した。
【００１０】
第１に、鋳造製品のガス欠陥に影響するのはガス圧のピーク圧の値であり、気体の種類はこの値の大きさには殆ど影響しない。よって、ガス欠陥は、実物中子及び実物溶湯等を用いて実際に中子等からガスを発生させる代わりに、空気を内部に供給することによっても確認することができる。
【００１１】
第２に、実際の鋳造時に中子等の鋳型部品から発生したガスが、その周りの溶湯を透過する量は極めて少ないと考えられる。よって、ガス圧を検知する上では溶湯は実質的にガスの非透過物と考えることができる。
【００１２】
第３に、実際の鋳造時にガス圧は開始から終了まで時間の経過につれて変化するが、ガス欠陥に影響するのはそのピーク値である。よって、そのピーク値の大きさ及び発生場所さえ分かれば良く、鋳造の全行程におけるガス圧の変化が分かる必要はない。これに関連して、中子からガスが発生し、しかも中子が複数の中子片を組み合わせて成る場合、特定の中子片にガス圧のピーク値が存在する場合が多い。その場合、該中子片におけるガス圧の検知を行えば十分である。
【００１３】
即ち、本発明のモデルよる鋳型部品のガス圧予測方法は、砂製の第１実物鋳型部品による鋳造時に、第１実物鋳型部品から発生するガスにより上昇する第１実物鋳型部品内のガス圧のピーク値を検知する検知工程と；第１実物鋳型部品を非通気性のフィルムで包装した第１モデル鋳型部品に空気を供給及び排出して、第１モデル鋳型部品内の空気圧のピーク値及び発生場所をガス圧のピーク値及び発生場所と整合させ、その際の空気の供給量及び排出量のデータを収集する収集工程と；第１実物鋳型部品と同形状で寸法、砂粒子の空隙率、形状又は直径が異なる砂製の第２実物鋳型部品による鋳造時におけるガス圧のピーク値を、第２実物鋳型部品を非通気性のフィルムで包装した第２モデル鋳型部品に収集工程で収集したデータに基づき、空気を供給及び排出することにより予測する予測工程と；から成ることを特徴とする。
【００１４】
本発明のモデルよる鋳型部品のガス圧予測方法によれば、第２実物鋳型部品による鋳造時にピーク圧が所定値（第２実物鋳型部品の溶湯圧）を超えるかどうか、即ち鋳物にガス欠陥が生ずるおそれがあるかどうかを、第２モデル鋳型部品により予測することができる。その結果、第２実物鋳型部品の鋳型内への設置や実際の鋳造等が不要になるのみならず、鋳型部品の設計変更に迅速に対処することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の発明の実施の形態は以下の通りである。
＜鋳造製品、材料、鋳型、鋳造方法＞
鋳造製品（鋳物）としては、自動車のシリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース、カムシャフト及びインテークマニホールドがある。この他にも各種足廻り部品や各種駆動系部品がある。鋳造製品は様々な材料、鋳型及び鋳造方法により鋳造される
シリンダヘッドの場合、材料はアルミニウムで、鋳型は中子を含み、低圧鋳造法により鋳造される。シリンダブロックの場合、材料は鋳鉄で鋳型は中子を含み重力鋳造法により鋳造されることもあるし、材料はアルミニウムで鋳型は中子を含み高圧鋳造法又はダイカスト鋳造法により鋳造されることもある。クランクケース及びカムシャフトの場合、材料は鋳鉄で、鋳型は中子を含まず、重力鋳造法により鋳造される。インテークマニホールドの場合、材料は鋳鉄で、鋳型は中子を含み、重力鋳造法により鋳造される。
【００１６】
鋳型が中子を含まない場合は、上型又は下型の少なくとも一方が実物鋳型部品に相当し、中子を含む場合は中子が実物鋳型部品に相当する。尚、中子は単体から成っても良いし、複数の中子片から成っても良い。複数の中子片から成る場合、そのうちの１つのみに本発明を適用することもできる。
＜実物鋳型部品におけるガス圧検知＞
ガス圧検知工程は、鋳物の鋳造時に、砂から成る第１実物鋳型部品から発生するガスにより上昇するガス圧のピーク値及びその発生場所を検知する。即ち、第１実物鋳型部品である上型、下型又は中子等が溶湯に浸ると、その樹脂成分が溶湯により加熱溶融されてガスが発生し、実物鋳型部品内のガス圧が上昇する。
【００１７】
尚、ガス圧が所定値（第１実物鋳型部品の溶湯圧）を超えないように、実物鋳型部品にはガスの吸引、通気又は排気するための手段が設けられている。吸引手段等は第１実物鋳型部品の上面、下面に設けることができる。
【００１８】
ガスの発生量とガスの吸引量等とにより決まるガス圧は、例えば実物鋳型部品内に埋設した圧力センサにより検知する。尚、各部分における温度差等によりガス圧は鋳型部品内の場所において異なることが多いので、センサは複数箇所即ち長手方向の中間部及び端部や、厚さ方向の浅い部分及び深い部分に配設することが望ましい。
＜モデル鋳型部品と実物鋳型部品との整合、モデル鋳型部品によるデータ収集＞
整合、収集工程では、第１実物鋳型部品を非通気性のフィルムで包装した第１モデル鋳型部品を製作し、その内部に空気を供給する。その際、空気の供給量はガス圧のピーク値を示すときのガスの発生量に見合う量とする。本発明では、空気の総供給量は上記ガスの総発生量と等しくする。但し、空気の単位時間当たりの供給量はガスの単位時間当たりの供給量と等しくなくて良い。本発明では、ガス圧のピーク値さえ検知できれば良く、ガス圧の逐次変化を検知することは不可欠ではないからである。
【００１９】
また、第１モデル鋳型部品の内部から空気を排出等する。空気の総排出量はガスの総排出量と等しくする。
【００２０】
要するに、第１モデル鋳型部品の内部の空気圧のピーク値及びその発生場所が、上記実物鋳型部品のガス圧のピーク値及び発生場所と整合すれば良い。そのためには、空気の供給及び排出等の試行錯誤を繰り返し、空気圧のピーク値及びその発生場所が、ガス圧のピーク値及び発生場所に極力近づくような給気量及び排気量を見つけ出し、これをデータとして収集する。
＜モデル鋳型部品によるガス圧予測＞
ガス圧予測工程は、第１実物鋳型部品と構成が異なる第２実物鋳型部品で鋳造した場合のガス圧のピーク値を、第２モデル鋳型部品により予測する。第２モデル鋳型部品は、第２実物鋳型部品を非通気性のフィルムで包装して製作し、上記第１モデル鋳型部品により収集したデータに基づき、空気を供給及び排出される。
【００２１】
その際、第２モデル鋳型部品内の空気圧を検知する。検知された空気圧が所定値（第２実物鋳型部品における溶湯圧）よりも低ければ、これを使用して鋳造しても、鋳造製品にガス欠陥が発生する心配は殆んどない。反対に、検知された空気圧が所定値よりも高ければ、鋳造製品にガス欠陥が発生するおそれがある。この場合は、第２実物鋳型部品の設計変更等を検討する。
【００２２】
第２モデル鋳型部品により第２実物鋳型部品のガス圧を予測できるのは、例えば第２実物鋳型部品の寸法が第１実物鋳型部品のそれとは異なるときである。具体的には、形状は同じで寸法が異なる（相似形）ことである。また、第２実物鋳型部品を形成する砂の粒子の空隙率、形状、直径が第１実物鋳型部品のそれとは異なる場合にも予測できる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を基にして説明する。この実施例は、自動車の内燃機関用のシリンダヘッドをアルミニウムから低圧鋳造法により鋳造する際、砂から成る中子から発生するガスのガス圧を予測するものある。
（１）実物中子によるガス圧検知
始めに、図１に示す金属製の実物上型１０及び実物下型１１と砂製の実物中子１５とで区画形成されるキャビティ１３内に実物溶湯を流し込んで、シリンダヘッドを鋳造する。中子１５は高さ方向に組み合わされ、組合せ時に高さ方向において中間に位置する中間中子片（第１実物鋳型部品に相当する）１６と、上方に位置する上方中子片１９と、下方に位置する下方中子片２１とから成る。
【００２４】
これまでのシリンダヘッドの鋳造によると、中間中子片１６内のガス圧が上方中子片１９及び下方中子片２１内のガス圧よりも高くなることが分かっている。その理由は、中子１５全体が溶湯に覆われるためと考えられる。
【００２５】
中間中子片（以下「第１実物中子片」と呼ぶ）１６の寸法は約縦１５０ｍｍ、横７００ｍｍ、高さ１００ｍｍ、体積は約９００ｍｍ³である。図２及び図４に示すように、第１実物中子片１６はメイン部１７とサブ部１８とから成る。メイン部１７は全体に亘って複数の孔１７ａが形成されるとともに、前方側及び後方側にそれぞれ前方（フロント）幅木部２２ａ及び後方（リア）幅木部２２ｂが突設されている。サブ部１８はサブ連結幅木部１８ｅにおいてメイン部１７に連結されている。第１実物中子片１６は、幅木部２２ａ及び２２ｂを上型１０及び下型１１により支持されている。また下面に突設された多数の幅木部２２ｃが下型１１により支持されている。
【００２６】
第１実物中子片１６のうちでも、特にメイン部１７の第１部分１７ｃ及び第２部分１７ｄと、サブ部１８の第３部分１８ｃ及び第４部分１８ｄのガス圧が高くなる傾向がある。その理由は、これらは幅木部２２ａ及び２２ｂから遠い位置にあるためと考えられる。
【００２７】
そこで、これらの部分のガス圧を検知するために、図１に示すように、先端にセンサの付いたガス圧検知用の第１パイプ２３ａ及び第２パイプ２３ｂをメイン部１７の上面側に第１部分１７ｃ及び第２部分１７ｄにそれぞれ突き立て、上面側に先端にセンサの付いたガス圧検知用の第３パイプ２４ａ及び第４のパイプ２４ｂをサブ部１８の第３部分１８ｃ及び第４部分１８ｄにそれぞれ突き立てる。また、第１実物中子片１６から発生するガスを吸引するために、中央部に１本のガス吸引用パイプ２５を突き立てる。
【００２８】
この状態で第１実物中子片１６を上方中子片１９及び下方中子片２１と組み合わせて中子１５とし、上型１０及び下型１１により区画されるキャビテイ１３内に設置する。その際、ガス圧検知用の第１、第２、第３及び第４パイプ２３ａ，２３ｂ，２４ａ及び２４ｂは上型１０を貫通させ（圧力計測器（不図示）に接続する。また、ガス吸引用パイプ２５は上型１０を貫通させ、上面開口からポンプ２７まで延び途中にヤニ溜め２８が形成された第１ホース２９に接続する。
【００２９】
下型１１には、上記中子１５の２つのサブ連結幅木部１８ｅに対応する部分にベント（排気孔）３０ａが形成され、その中に多数の細孔を持つ２つのベント部材３１ａが挿入されている。また、幅木部２２ａ及び２２ｂにもベント（排気孔）３０ｂが形成され、そこにベント部材３１ｂが挿入されている。
【００３０】
シリンダヘッドの鋳造のためにキャビテイ１３内に溶湯（約７００度）を供給すると、供給につれて中子１５の第１実物中子片１６は溶湯に覆われ、温度が次第に上昇する。第１実物中子片１６の温度は常温から約５００度までは比較的早く上昇し、それ以後約７００度までは比較的ゆっくり上昇する。温度が約３５０度に達した後、第１実物中子片１６等からガスが発生する。第１実物中子片１６から発生したガスはその周りを包囲している溶湯内に閉じこめられ、これによって内部のガス圧が上昇する。
【００３１】
尚、第１実物中子片１６からのガスの総発生量は、例えば別途測定した第１実物中子片１６の単位重量あたりのガス発生量に、第１実物中子片１６の総重量を乗ずることにより求めることができる。
【００３２】
上昇する第１実物中子片１６内のガス圧のピーク値が所定値（第１実物中子片１６の溶湯圧）を超えないように、ベント部材３１ａ，３１ｂ及びガス吸引用パイプ２５からガスを鋳型の外部に排気する。ガス吸引用パイプ２５からの吸引量はポンプ２７の動力により調整する。尚、溶湯圧は予め溶湯量制御圧力値により求めておく。
【００３３】
その際、第１実物中子片１６内のガス圧を、ガス圧検知用の第１、第２、第３及び第４パイプ２３ａ、２３ｂ、２４ａ及び２４ｂの先端に取り付けた圧力センサにより測定する。ガス圧は、第１実物中子片１６内からのガスの発生量、ガス吸引用パイプ２５からのガスの吸引量、ベント３０ａ及び３０ｂのガスの通気量及びベント部材３１ａ及び３１ｂからのガスの排気量により決まる。ガス圧の測定は、ガス吸引用パイプ２５からのガス吸引量を３段階に、ベント３０ａ及び３０ｂからのガス排気量を２段階に、そしてベント部材３１ａ及び３１ｂのガス通気性を２段階に変更して行う。実際の鋳造工程により近い条件でガス圧を検知するためである。即ち、鋳造の繰返しにより、ホース２９にヤニが詰まり、ポンプ２７の駆動力が一定でもガスの吸引量が変動する。また、第１実物中子片１６のサブ連結幅木部１８ｅと下型１１のベント３０ａとの隙間にバリが形成され、ベント３０ａからの排気を妨げる。更に、ベント部材３１ａ及び３１ｂの細孔が目詰まりして開孔率が低下する。これらは何れもガス圧に影響する。尚、第１実物中子片１６の幅木部２２ａ、２２ｂ及び２２ｃの周囲にはバリが形成されるが、ガス圧には影響しない。
【００３４】
次に、ガス吸引用パイプ２５からのガス吸引量、ベント３０からのガス排気量及びベント部材３１ａ及び３１ｂのガス通気性の設定について説明する。
【００３５】
たとえポンプ２７の出力が一定であっても、ガス吸引用パイプ２５からのガスの吸引量が一定になるとは限らない。ガス中に含まれるヤニがホース２９内で詰まって通気性を低下させるからである。そこで、図３に示すように、上型１０及び下型１１を開き、上型１０の下面開口をゴムパッキン３６で塞いだ状態で、下面開口に流量計３３及び圧力計３４が配置されたホース３５を接続する。そして、流量計３３により観察される吸引量が０Ｌ／分、５Ｌ／分及び１５Ｌ／分になるときの、ポンプ２７の出力を調べる。
【００３６】
また、図１及び図４（図２を下方から見た斜視図）に示すように、溶湯がサブ連結幅木部１８ｅと下型１１のベント３０ａとの間の隙間に入り込むと、バリが形成される。このバリはベント３０ａを通ずるガスの排気を妨げてガス圧を上昇させ、バリがなければガス圧は低くなる。そこで、２つのサブ連結幅木部１８ｅにバリが発生した（ガス抜きゼロ）場合と、発生しない場合とを設定する。具体的には、「バリ有り」は幅木部１８ｅの中子を削って強制的にバリを発生させて実現し、「バリ無し」は正常な中子を使用して実現する。
【００３７】
さらに、図１において、新品の時は目詰まりしていないベント部材３１ａ及び３１ｂの細孔は、鋳造を繰り返すにつれて目詰まりし、その開孔率が低下する。開孔率が低下するとガスの通気量が減少する。そこで、細孔に目詰りがない（開孔率１００％）場合と、目詰りがある（目詰り率２５％、開孔率７５％）場合とを設定する。具体的には図５に示すように、エアー圧調整装置４１、流量計４２及び圧力計４３が配置された空気流通系４４に、「目詰り無し」のベント部材３１ａ及び３１ｂと、「目詰り有り」のベント部材３１ａ及び３１ｂとをそれぞれ取り付け、所定圧力のエアーを流通させたときの単位時間当たりのエアー流量を測定し、記録する。
【００３８】
以上の３つの因子を適宜組み合わせて、表１に示す６つの条件を設定する。
【００３９】
【表１】

【００４０】
上記条件１から６の下、第１実物中子片１６内の第１から第４部分１７ｃ、１７ｄ、１８ｃ及び１８ｄにおけるガス圧を、ガス圧検知用の第１、第２、第３及び第４パイプ２３ａ、２３ｂ、２４ａ及び２４ｂの先端に取り付けた圧力センサにより測定し、測定結果を記録する。条件３の結果を図６の曲線及び図７（ｃ）の棒グラフで示す。第１から第４部分１７ｃ、１７ｄ、１８ｃ及び１８ｄにおけるガス圧の時間に対する変化を示す図６において、曲線ａはメイン部１７の第１部分１７ｃおけるガス圧の変化を示し、曲線ｂはメイン部１７の第２部分１７ｄにおけるガス圧の変化を示す。また、曲線ｃ及びｄは（殆んど重なっている）それぞれ、サブ部１８の第３部分１８ｃ及び第４部分１８ｄにおけるガス圧の変化を示す。
【００４１】
このグラフから明らかなように、メイン部１７の第１部分１７ｃ及び第２部分１７ｄにおけるガス圧は当初急速に上昇し、その後緩やかに上昇してピーク圧に達し、その後緩やかに下降している。サブ部１８の第３部分１８ｃ及び第４部分１８ｄにおけるガス圧も同様に変化している。そして、全体的にサブ部１８のガス圧の方がメイン部１７のガス圧よりも高い。
【００４２】
このガス圧のピーク値が、直線ｅで示した溶湯圧よりも高くなると、鋳物製品にガス欠陥が生ずる。よって、溶湯圧がピーク値を超えないようにパイプ２５からのガスの吸引量やベント部材３１からのガスの通気量等を調整する。
【００４３】
尚、その他の条件１、２、４、５及び６におけるガス圧の変化を図７（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）において棒グラフで示す。条件１か６の何れの場合も、ピーク値が溶湯圧を超えず、ガス欠陥は生じなかった。
（２）モデル中子における整合、モデル中子よるデータ収集
次に、第１モデル中子片５０の作成及びこれを用いて行うガス圧の予測について、図８、図９及び図１０をもとに説明する。
【００４４】
上記第１実物中子片１６をガスを透過させない樹脂フィルムで全体を包装する。このフィルムの材料はシリコン樹脂（自硬性）で、厚さは中子１５の外径寸法より約５０から７０ｍｍである。また、１６本の給気パイプ５２と、それぞれ先端に圧力センサを備えた４本のガス検知用パイプ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ及び５４ｄと、１本の吸引パイプ５６と、４本のベントパイプ５３を第１実物中子片１６に突き立てる。
【００４５】
各給気パイプ５２はその先端が第１実物中子片１６に所定深さ（ここでは全て同じ深さである。但し、深さは異なっても良い）入り込むように突き立て、突立場所は第１実物中子片１６おけるガスの発生場所に対応させる。即ち、メイン部１７及びサブ部１８の表面（上面）側及び裏面（下面）側の全領域に亘らせる。４本のガス圧検知用パイプ５４ａから５４ｄ、１本の吸気パイプ５６及び４本のベントパイプ５３の突立場所は、それぞれ上記図１のガス圧検知パイプ２３ａ、２３ｂ、２４ａ及び２４ｂ、吸引パイプ２５及びベント部材３１ａ及び３１ｂの突立場所に対応させる。各ベントパイプ５３には流量制御弁５７（図９参照）を取り付ける。尚、各パイプの突立てにより樹脂フィルム５１に開いた孔の縁と各パイプとの間はシール部材によりシールして、空気漏れを防止する。
【００４６】
こうして製作した第１モデル中子片（第１モデル鋳型部品に相当する）５０では給気パイプ５２からその内部にエアーを供給する。その際、単位経過時間当たりの給気量は一定とし、総給気量はガスの総発生量と等しくする。
【００４７】
また、また吸引パイプ５６からの空気の吸引量は上記第１実物中子片１６と同様にポンプ２７の駆動力を調整して３段階に切り換え、総吸引量は上記総吸引量と等しくする。ベント部材３１ａ及び３１ｂの目詰りに相当するベントパイプ５３の単位時間当たりの通気量は、図９に示す流量調整弁５７の弁開口度を調整して２段階に設定し、総通気量は上記ベント部材３１からの総通気量と等しくする。尚、下型ベント３０ａ及び３０ｂからの排気量は、「バリ有り」の代わりに適当な蓋部材でベント３０ａ及び３０ｂの入口をふさぎ、「バリ無し」の場合はこの蓋部材を除去することにより２段階に調整する。
【００４８】
こうして、第１モデル中子片５０においても、第１実物中子片１６の場合と同様に、条件１から６を設定する。
【００４９】
次に、第１モデル中子片５０の各条件１から６におけるガス圧の調整について説明する。第１モデル中子片５０により第１実物中子片１６におけるガス圧を予測するためには、第１モデル中子片５０の第１から第４部分５８ａ、５８ｂ、５８ｃ及び５８ｄにおける空気圧（特にピーク圧）を、極力上記図７（ａ）から（ｆ）のガス圧（特にピーク圧）に近づけることが必要である。そのために、単位時間当たりの各給気用パイプ５２からの給気量、吸引パイプ５６からの吸引量及び各ベントパイプ５３からの通気量等を調整する。
【００５０】
その際、第１実物中子片１６ではガスは単位時間に対して不規則に発生するが、第１モデル中子片５０では給気パイプ５２からの給気は一定の割合で行っている。よって、吸引パイプ５６からの空気の吸引、各ベントパイプ５３からの空気の通気等を第１実物中子片１６の場合と同様に行っても必ずしもガス圧は同じにならない。従って、各給気パイプ５２からの給気量、吸引パイプ５６からの空気の吸引量、各ベントパイプ５３からの空気の通気量等の調整を繰り返し調整して、試行錯誤により、ピーク値が第１実物中子片１６のピーク値に近くなるような給気量、吸引量、通気量等を見つける。
【００５１】
こうして、条件１から６の下、第１モデル中子片５０を用いて検知した第１から第４部分５８ａから５８ｄおけるピーク圧を図７（ａ）から（ｆ）において折れ線グラフで示す。例えば、図７（ｃ）の折れ線グラフは、条件３即ち第１実物中子片１６においてパイプ２５からのガスの吸引量は５Ｌ／ｍ、サブ連結幅木部１８ｅでは「バリ有り」（下型ベント３０からのガス抜き無し）、サブ連結幅木部１８ｅでの目詰まりは「有り」、そしてベント部材３１ｂの目詰りは「有り」（開孔率７５％）に対応する。これによれば、第１実物中子片１６のガス圧は、メイン部１７の前方（第１）部では９．１であり、後方（第２）部では９．２、サブ部の前方（第３）部では１２．１及び後方（第４）部では１２．７である。これに対して、第１モデル中子片で５０のガス圧は、メイン部１７の前方（第１）部では１０．４、後方部（第２）では１１．６であり、サブ部１８の前方（第３）部では１３．３及び後方（第４）部では１１．７である。
【００５２】
これから明らかなように、ピーク圧が第１実物中子片１６ではサブ部１８の後方部１８ｄに発生したのに対して、第１モデル中子片５０ではサブ部１８の前方部１８ｃに発生し、発生場所は異なる。しかし、ピーク圧の値は第１実物中子片１６では１２．７であるのに対して、第１モデル中子片５０では１３．３であり、大差はない。
【００５３】
尚、条件１の場合のピーク圧は第１実物中子片１６では１３．６で、第１モデル中子片５０では１３．８である。条件２の場合のピーク圧は第１実物中子片１６では６．０で、第１モデル中子片５０では７．６である。条件４の場合のピーク圧は第１実物中子片１６では９．８で、第１モデル中子片５０では１０．５である。条件５の場合のピーク圧は第１実物中子片１６では１１．０で、第１モデル中子片５０では９．７である。そして、条件６の場合のピーク圧は第１実物中子片１６では８．２で、第１モデル中子片５０では７．９である。
【００５４】
こうして、何れの条件１から６でも、第１モデル中子片５０によれば第１実物中子片１６の場合に近いピーク圧が得れることが確認された。これにより、前述した３つの前提、即ち鋳造製品のガス欠陥に影響するのはピーク圧の値であり気体の種類はこの値の大きさには影響しないこと、実際の鋳造時に中子から発生したガスはその周りの溶湯を透過から外部に殆ど抜けないこと、及び実際の鋳造時にガス圧は開始から終了まで時間の経過につれて変化するがガス欠陥に影響するのはそのピーク値であること、の妥当性が裏付けられた。
（３）モデル中子によるピーク値の予測
第１の予測例として、例えば上記第１実物中子片１６と同じ性質（空隙率、形状及び直径）の砂から成り、同形状で、寸法（体積）の異なる第２実物中子片におけるピーク圧の予測について説明する。この場合、例えば第１実物中子片の１．１倍の体積を持つ実物第２中子片（第２実物鋳型部品に相当する）を準備し、全体を樹脂製フィルムで包装する。次に、１６本の給気用パイプ５２、４本の圧力検知用パイプ５８ａから５８ｄ、１本の吸引用パイプ５６、４本のベントパイプ５３を突き立てる。こうして第２モデル中子片（第２モデル鋳型部品に相当する）を製作する。
【００５５】
そして、第２モデル中子片において、給気パイプ５２からの単位時間当たりの給気量及び総給気量や、ベントパイプ５３からの単位時間当たりの排気量及び総排気量を、それぞれ第１実物中子片１６即ち第１モデル中子片５０の場合の１．１倍にして同様に調整する。
【００５６】
このような給排気を行ったときの第１から第４部分５８ａから５８ｄにおけるガス圧を検知用パイプ５４ａから５４ｄのセンサにより検知する。その結果、第１から第４部分５８ａから５８ｄの何れかのピーク圧が、第２実物中子片に対応する溶湯圧よりも大きければ、その部分でガス欠陥が発生するおそれがあることが予測される。反対に、第１から第４部分５４ａから５４ｄの何れでのピーク圧が溶湯圧よりも低ければ、そのおそれはないと予測できる。
【００５７】
第２の予測例として、例えば、上記第１実物中子片１６と同形状で同じ体積を持ち、空隙率、形状係数又は直径が異なる砂から成る第２実物中子片の場合は、給気量、排気量を同じ条件にして行えば、砂種に応じたガス圧が予測できる。
【００５８】
図１０に、条件３の場合のガス圧予測の結果を示す。図１０において、曲線ｇ及びｈはバリ連結幅木部１８ｅにバリがある場合のそれぞれサブ部１８の前方部及び後方部のガス圧と時間との関係を示し、曲線ｉ及びｊはバリ連結幅木部１８ｅにバリがない場合のメイン１７部のそれぞれ前方部及び後方部のガス圧と時間との関係を示す。
【００５９】
このグラフから明らかなように、サブ部１８の前方部及びサブ部１８の後方部では１５から２０秒経過時点で、丸印で示すピーク圧が曲線ｅで示した溶湯圧よりも高くなっている。
（４）実施例の効果
このように、本実施例によれば、第１実物中子片１６を用いたガス圧の検知により、条件１から６における第１から第４部分１７ｃ、１７ｄ、１８ｃ及び１８ｄでのピーク圧を検知する。次に、第１モデル中子片５０における空気の給気量、排気量及び通気量等を繰り返し調整することにより、その条件１から６におけるピーク圧を、第１実物中子片１６の条件１から６におけるピーク圧に整合させる。これにより、第１モデル中子片５０おいて第１実物中子片１６と同等のピーク圧を得るために必要な給気量、排気量及び通気量等のデータを集める。
【００６０】
従って、例えば新しい鋳造製品の鋳造のために中子１５の中間中子片１６の形状や寸法が変更になる場合に、以下の効果が得られる。
【００６１】
第１に、第２モデル中子片によりピーク圧を予測することが可能になる。その結果、第２実物中子片の製作、該第２実物中子片を含む中子のキャビティへの設置、及びキャビティに溶湯を注入しての鋳造が、何れもが不要となる。これにより、中間中子片１６即ち中子１５の材料費が半減されるのみならず、ガス圧の検知作業に要する時間及び手間が低減される。
【００６２】
第２に、中子１５を構成する第３つの中子片１６，１９及び２１のうち、最大ピーク圧が発生する中間中子片１６のみを取り出してピーク圧を予測できる。これにより、上方中子片１９及び下方中子片２１の製作が不要になり、そのための材料費、時間、手間が節約できる。また、中間中子片１６の設計が中子の設計、製造を遅らせることがなくなる。
【００６３】
第３に第１実物中子片１６を包装する樹脂フィルム５１や、第１モデル中子片に供給する空気は簡単に入手でき、ガス圧検知に要する費用が安くできる。
【００６４】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明に係るモデルよる鋳型部品のガス圧予測方法は、砂製の第１実物鋳型部品のガス圧のピーク値を検知する検知工程と、第１モデル鋳型部品における空気の供給量及び排出量のデータを収集する収集工程と、第２実物鋳型部品におけるガス圧のピーク値を、第２モデル鋳型部品に空気を供給及び排出し収集したデータに基づき予測する予測工程と、から成る。
【００６５】
従って、本発明のガス圧予測方法によれば、第２実物鋳型部品を使用した鋳造時に鋳物にガス欠陥が生ずるおそれがあるかどうかを、第２実物鋳型部品により実際に鋳造を行うことなく予測することができる。その結果、第２実物鋳型部品の鋳型内への設置や実際の鋳造等が不要になり、ピーク値検知のために要する時間及び手間を大幅に低減することができる。
【００６６】
また、鋳物の設計変更に伴い鋳型部品の形状等を変更する場合に、設計後の鋳型部品によりガス欠陥が発生するか、を容易かつ迅速に知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のガス圧検知工程で使用する実物中子片１６を示す説明図である。
【図２】 図１の中子１５を形成する実物中子片１６の表面側斜視図である。
【図３】 図１の吸引パイプ２５の吸引量の測定を説明する説明図である。
【図４】 図２示した中間中子片１６の裏面側斜視図である。
【図５】 図１のベント部材３１の通気量の測定を説明する説明図である。
【図６】 図１の実物中子片１６の４つの場所から発生するガスのガス圧の時間に対する変化を示すグラフである。
【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）及び（ｆ）は、実物中子片１９及びモデル中子片５０を使用して６つの条件の下、４つの場所で検知したガス圧を示すグラフである。
【図８】 収集工程で使用するモデル中子片５０を示す説明図である。
【図９】 図８のベントパイプ５３の通気量の調整を説明する説明図である。
【図１０】図８のモデル中子片５０を使用して４つの場所で検知したガス圧の時間に対する変化を示すグラフである。
【図１１】第１従来例を示す説明図である。
【図１２】第２従来例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０：上型 １１：下型
１５：中子 １６：中間中子片
１７：メイン部 １８：サブ部
１７ｃ：第１部分 １７ｄ：第２部分
１８ｃ：第３部分 １８ｄ：第４部分
１８ｅ：バリ連結幅木部 ２２ａ，２２ｂ：幅木部
２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ：ガス圧検知パイプ
２５：給気パイプ ３０ａ，３０ｂ：ベント
３１ａ，３１ｂ：ベント部材 ５０：モデル中子片 ５１：フィルム ５２：給気パイプ
５３：ベントパイプ ５６：吸引パイプ
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ：ガス圧検知パイプ

Claims (6)

1. 砂製の第１実物鋳型部品による鋳造時に、第１実物鋳型部品から発生するガスにより上昇する該第１実物鋳型部品内のガス圧のピーク値を検知する検知工程と、
   前記第１実物鋳型部品を非通気性のフィルムで包装した第１モデル鋳型部品に空気を供給及び排出して、該第１モデル鋳型部品内の空気圧のピーク値及び発生場所を上記ガス圧のピーク値及び発生場所と整合させ、その際の空気の供給量及び排出量のデータを収集する収集工程と、
   前記第１実物鋳型部品と同形状で寸法、砂粒子の空隙率、形状又は直径が異なる砂製の第２実物鋳型部品による鋳造時におけるガス圧のピーク値を、該第２実物鋳型部品を非通気性のフィルムで包装した第２モデル鋳型部品に前記収集工程で収集したデータに基づき、空気を供給及び排出することにより予測する予測工程と、から成ることを特徴とするモデルによる鋳型部品のガス圧予測方法。
2. 前記第１実物鋳型部品は、中子を形成する複数の中子片の一つである請求項１記載のモデルによる鋳型部品のガス圧予測方法。
3. 前記検知工程において、ガス圧のピーク値は前記第１実物鋳型部品の複数箇所で検知する請求項１又は２記載のモデルによる鋳型部品のガス圧予測方法。
4. 前記検知工程において、ガス圧のピーク値が所定値を超えないように前記第１実物鋳型部品からガスを排出する請求項１〜３のうちのいずれか一つに記載のモデルによる鋳型部品のガス圧予測方法。
5. 前記収集工程において、空気は複数箇所から供給する請求項１〜４のうちのいずれか一つに記載のモデルによる鋳型部品のガス圧予測方法。
6. 前記収集工程において、空気は単位時間当たり一定量ずつ供給する請求項１〜５のうちのいずれか一つに記載のモデルによる鋳型部品のガス圧予測方法。

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