JP5572793B2 - 凍結鋳造用鋳型の製造方法 - Google Patents
凍結鋳造用鋳型の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5572793B2 JP5572793B2 JP2011189844A JP2011189844A JP5572793B2 JP 5572793 B2 JP5572793 B2 JP 5572793B2 JP 2011189844 A JP2011189844 A JP 2011189844A JP 2011189844 A JP2011189844 A JP 2011189844A JP 5572793 B2 JP5572793 B2 JP 5572793B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- casting
- mold
- freeze
- sand
- model
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
Description
例えば、高温の溶湯を鋳型に流し込む鋳込みの際に、周囲環境の温度が著しく上昇し、鋳物砂を固めるために使用されている結合剤が燃焼して異臭が発生する。また、ハンマーや振動機を使った型ばらしの際には、振動や騒音が発生し、多量の粉塵も生じる。更に、結合剤が付着した鋳物砂を再利用するためには研磨処理が必要となり、その際にも騒音や粉塵が生じる。また、研磨後には多量の産業廃棄物が発生する。
凍結鋳造法は、水分を含んだ鋳物砂を型枠に内蔵した模型(木型)の周囲に充填し、鋳物砂内に含まれる水分を凍結させて製作した鋳型を使用することにより、鋳物(製品)を製造する方法である。
凍結鋳造法によれば、鋳込みの際に、周囲環境の温度上昇を抑制することができるとともに、結合剤を使用しないために異臭も発生しない。また、凍結鋳型は常温に戻ると自然に崩壊するため、ハンマーや振動機を使った型ばらしの作業も不要となる。更に、使用後の鋳物砂はそのまま再利用することができるため、研磨処理が不要となり、産業廃棄物の発生量も著しく減少させることができる。
凍結鋳造法で用いられる鋳型(凍結鋳造用鋳型)の製作において、鋳物砂内に含まれる水分を凍結させる方法としては、液体窒素や液化炭酸ガスを鋳物砂内に通過させる方法(特許文献1参照)が知られている。しかしながら、液体窒素や液化炭酸ガスを鋳物砂内に通過させる方法は、作業者に液体窒素や液化炭酸ガスが接触するおそれがあるために危険性が高いという問題があった。
しかしながら、−40℃の冷凍庫内で凍結させて製造した凍結鋳造用鋳型(凍結鋳型)は、鋳造可能な材質と形状が制限されてしまうという問題があった。
先ず、材質については、溶解温度が約700℃のアルミニウム、同じく約1000℃の銅、同じく約1400℃の鋳鉄までは可能であるが、これ以上溶解温度が高い鋳鋼やステンレス等には対応できない。形状については、製品厚みで約30mm、重量で約50kgまでのものが限界である。
上記した材質及び形状以外のものを使用すると、溶湯が鋳型に充填するまでに輻射熱で鋳型壁の凍結が解除され、鋳型の損傷・崩壊が始まってしまうため、綺麗な鋳肌や高い寸法精度を有する鋳造品を得ることができない。
更に模型は金属粉末を樹脂で接着することにより形成された多数の通気孔を有する多孔質材料からなることから、冷気を通過させるためのベントホールを設けることなく模型内に冷気を通過させることができるため、ベントホール跡が凍結鋳型壁に残ることを防ぐことができる。そのため、できあがった製品(鋳物)の表面にベントホール痕がつくことがなく、製品の品質を向上させることが可能となる。
図1は、本発明に係る凍結鋳造用鋳型(以下、凍結鋳型と称する)の製造方法の説明図((a)〜(c))、及びこの方法で得られた凍結鋳型による鋳造法の説明図((d)、(e))である。
図2は、本発明において好適に使用される模型を示す図であって、(a)は模式断面図、(b)は(a)図の部分拡大図である。
図2(b)に示す如く、模型(1)を構成する多孔質材料は、金属粉末(2)が樹脂(3)により接着されることにより形成されている。
金属粉末(2)同士の間には微小な隙間(4)が形成されており、この隙間(4)は凍結鋳造用模型(1)内に冷気を通過させるための通気孔として機能する。
アルミニウムは熱伝導性に非常に優れているため、鋳型成形時の冷却時間を短縮することができ、鋳型の製造効率を向上させることが可能となる。また、他の金属粉末と比べて軽量であるために、模型の取り扱い性にも優れたものとなる。
凍結鋳造用模型(1)の通気度は、0.39〜1.72リットル/cm2・minに設定することが好ましい。通気度が低すぎると鋳物砂に含まれる水分を完全に凍結できないおそれがあり、通気度が高すぎると模型の強度が低くなり、いずれの場合も好ましくない。
エポキシ樹脂を使用することにより、金属粉末が強固に接着されるため、高強度で耐久性に優れた模型となる。
より具体的には、エポキシ樹脂をメチレンクロライド(塩化メチレン)溶液中で分散させたものを使用して金属粉末(2)同士を接着することが好ましい。
また、エポキシ樹脂として金属フィラーを充填したものを使用してもよい。金属フィラーとしては、例えば、金属粉末(2)と同じ種類の金属(例えばアルミニウム)からなる粒径20〜500μmのものを使用することができる。
鋳物砂(8)としては硅砂等の公知の鋳物砂を使用することができ、鋳物砂(8)中の水分の含有量は3〜10%(重量%)とすることが好ましい。
冷凍庫(9)には庫内の冷気を庫外に取り出して再び庫内に戻す循環路(10)が接続されている。循環路(10)には、庫内の冷気を吸引して庫外に排出する吸引ブロワ(11)と、吸引ブロワ(11)にて庫外に排出された冷気を冷却する冷却ユニット(12)が設けられている。
吸引ブロワ(11)の駆動により、定盤(5)の導管(7)に吸引力が生じ、庫内の冷気は模型(1)内の隙間(通気孔)及び鋳物砂(8)内を通過する。このときの吸引力(真空圧)は例えば、0〜−100kPaの範囲(例えば−4〜−16kPa)に設定することが好ましい。冷気が模型(1)内の隙間(通気孔)及び鋳物砂(8)を通過することにより、鋳物砂(8)に含まれる水分が急速に凍結される。
鋳物砂(8)内に通過される冷気の温度を−60℃以下に設定することにより、従来の凍結鋳造用鋳型の製造方法(−40℃の冷気を使用する方法)に比べて、鋳鋼やステンレス等の溶解温度が高い材料を用いた鋳造や、厚くて重量が大きい製品の鋳造が可能であるとともに、綺麗な鋳肌や高い寸法精度を有する鋳造品を得ることができる。
後述する実施例において、鋳物砂(8)内に通過される冷気の温度を−60℃に設定した場合には目が細かく綺麗な鋳肌をもつ製品(鋳造品)が得られるのに対して、−50℃に設定した場合は粗い鋳肌をもつ製品(鋳造品)しか得られないことが示されている。
鋳物砂(8)内に通過される冷気の温度を−80℃以下に設定することにより、−60℃や−70℃の冷気を使用した場合に比べて、更に溶解温度が高い材料を用いた鋳造や、厚くて重量が大きい製品の鋳造が可能となるとともに、綺麗な鋳肌や高い寸法精度を有する鋳造品を得ることができる。
後述する実施例において、鋳物砂(8)内に通過される冷気の温度を−80℃に設定した場合には、目が細かくて綺麗な鋳肌をもち、角部はエッジが立っており、上型面に砂落ちによる凹みも見られない製品(鋳造品)が得られるのに対し、−60℃及び−70℃に設定した場合には、目が細かくて綺麗な鋳肌をもち、角部はエッジが立っているが、上型面に砂落ちや異物噛み込みによる凹みが見られたことが示されている。つまり、冷気の温度を−80℃に設定することにより、上型面の凹みの発生を防止することが可能となる。
この場合、先ず図1(c)に示すように冷凍庫(9)内に収容した砂型構造物の鋳物砂(8)内に−40℃以下の冷気を通過させて水分を凍結させた後(この時の冷却時間は、上記した温度毎に設定された時間とすることが好ましい)、別の冷凍庫(第二の冷凍庫)(図示略)内に砂型構造物を収容して−80℃以下(好ましくは−100℃以下)の雰囲気に1時間以上(好ましくは2時間以上)放置すればよい。尚、第二の冷凍庫内での冷却時間(放置時間)は、冷凍庫(9)内での冷却時間よりも長く設定することが好ましい。
以上は型枠(金枠)(6)の厚みが125mmの例であって、型枠厚みを増すとそれに比例して冷却時間を延ばす事は言うに及ばない。
時間が経過すると、凍結した水分が融解及び蒸発することにより凍結した鋳物砂(砂型)は自然に崩壊するので、固化した金属を鋳造品(C)として取り出すことができる(図1(e)参照)。
鋳物砂(8)中の水分の含有量は5%(重量%)とし、図1(b)に示す工程における吸引ブロワ(11)による吸引力(真空圧)は−10kPaに設定し、鋳物砂(8)内に−40℃の冷気を通過させて水分を凍結させた鋳型に加えて、同様に−40℃の冷気を通過させた鋳型を更に別の冷凍庫内に収容し、それぞれ−50℃、−60℃、−70℃、−80℃の温度で2時間放置した合計5種類の鋳型を製造した。
図1(a)〜(c)に示す工程により得られた凍結鋳型(13)内に、図1(d)に示すように低合金鋼の溶湯を鋳込み温度1650℃で注入し、製品厚み40mm、重量2.8kgの鋳造品(鋳物)を得た。
サンプル1〜5の鋳造品の鋳肌の状態を目視評価し、鋳鋼品鋳肌標準(日本鋳鍛鋼会発行資料に基づく)に基づいて以下の基準により判定した。
◎・・・鋳鋼品鋳肌標準特級又は1級に相当
○・・・鋳鋼品鋳肌標準2級又は3級に相当
△・・・鋳鋼品鋳肌標準4級に相当
×・・・鋳鋼品鋳肌標準5級に相当
測定は、以下の手順にて行った。
レーザースキャナ(Shape Grabber社製、非接触三次元計測システム ガンドリー式(LMシリーズ) スキャナーヘッド:型式SG-102、処理ソフト(Polyworks IMAlign(InnovMetric Software社製))を用いて、各サンプル表面の80mm×80mmの範囲の3次元形状を測定し、この測定データを3次元CAD(クボテック株式会社製、KEY CREATOR ver8.5 ソフト名)に取り込んだ。
3次元CADにより、取り込まれた3次元形状の測定データに基づいて上記範囲を横断する横断線(長さ:L=80mm)に沿って投影形状(断面形状)を表す投影ラインを作成し、この投影ライン上に設定した原点から前記横断線の方向に1mmピッチで測定点を設定し、各測定点における凹み深さを目測して記録した。本測定では、L=80mmに設定したため、測定点は80点である。
各測定点における凹み深さに基づいて、最大山高さ(Rp)、最大谷深さ(Rv)、最大高さ(Rz=Rp+Rv)、算術平均粗さ(Ra=(1/L)×ΣAR)を、所定の計算式を用いて計算した。
上記投影ライン上において予め暫定的に深さ方向の座標の基準点(z座標ゼロ位置)を設定し、上記各測定点においてこの基準点からのz軸方向(深さ方向)の距離を算出し、この算出値の平均値をz座標平均値(A)として求めた。
上記各測定点において、[凹み深さ(D)]−[z座標平均値(A)]を計算し、D−Aが正の場合は山高さとして算出し、負の場合は谷深さとして算出した。算出された山高さの最大値を最大山高さ(Rp)とし、算出された谷深さの最大値を最大谷深さ(Rv)とし、この2つの値から最大高さ(Rz=Rp+Rv)を算出した。
隣り合う測定点の間の区間において、各測定点でのz座標(隣り合う2つの測定点のz座標)とz座標平均値(A)との差で囲まれる部分(台形領域)の面積値(AR)を求めて、この面積値(AR)を用いて算術平均粗さ(Ra=(1/L)×ΣAR)を算出した。
表面粗さの計算結果(測定結果)を表2に示す。尚、表中の数値の単位はμmであり、各値はJIS0601に準拠している。
また、表2に示される結果から、冷却温度−40℃の場合は表面粗さが非常に大きく、冷却温度が低下するに従って表面粗さが小さくなることが分かる。しかしながら、表面粗さの減少の程度は冷却温度には比例せず、−40℃〜−60℃の範囲では急激に減少する(約80%減少)が、−60℃〜−80℃の範囲では緩やかに減少する(約22%減少)という傾向が明確にみられる。このことから、表面粗さを小さくするためには、少なくとも冷却温度を−60℃以下とすることが有効であることが確認された。
2 金属粉末
3 樹脂
4 隙間(通気孔)
5 定盤
6 型枠
7 導管
8 鋳物砂
9 冷凍庫
10 循環路
11 吸引ブロワ
12 冷却ユニット
Claims (3)
- 水分を含んだ鋳物砂を型枠内に設置した模型の周囲に充填し、
前記鋳物砂内に−60℃以下の冷気を通過させて水分を凍結させることにより凍結鋳型を製造する凍結鋳造用鋳型の製造方法であって、
前記模型は、金属粉末を樹脂で接着することにより形成された多数の通気孔を有する多孔質材料からなることを特徴とする凍結鋳造用鋳型の製造方法。 - 前記鋳物砂内に−80℃以下の冷気を通過させて水分を凍結させることにより凍結鋳型を製造することを特徴とする請求項1記載の凍結鋳造用鋳型の製造方法。
- 水分を含んだ鋳物砂を型枠内に設置した模型の周囲に充填し、
前記鋳物砂内に−40℃以下の冷気を通過させて水分を凍結させ、
該水分を凍結させた鋳物砂を−80℃以下の雰囲気に放置して更に冷却することを特徴とする請求項1記載の凍結鋳造用鋳型の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011189844A JP5572793B2 (ja) | 2010-09-03 | 2011-08-31 | 凍結鋳造用鋳型の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010198361 | 2010-09-03 | ||
JP2010198361 | 2010-09-03 | ||
JP2011189844A JP5572793B2 (ja) | 2010-09-03 | 2011-08-31 | 凍結鋳造用鋳型の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012071349A JP2012071349A (ja) | 2012-04-12 |
JP5572793B2 true JP5572793B2 (ja) | 2014-08-20 |
Family
ID=46167716
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011189844A Expired - Fee Related JP5572793B2 (ja) | 2010-09-03 | 2011-08-31 | 凍結鋳造用鋳型の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5572793B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103551502A (zh) * | 2013-10-30 | 2014-02-05 | 贵州宏狮煤机制造有限公司 | 一种刮板机槽邦钢整箱铸造方法 |
CN105710290A (zh) * | 2014-12-04 | 2016-06-29 | 中国核工业二四建设有限公司 | 一种放射性废物井铸铁盖板铸造和防腐工艺 |
CN113547076B (zh) * | 2021-07-28 | 2022-05-03 | 南京航空航天大学 | 一种砂型冷冻打印层间预冷装置 |
CN114850449A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-08-05 | 南京航空航天大学 | 一种复杂金属产品的负压式冷冻砂型铸造装置及方法 |
CN114985680B (zh) * | 2022-05-25 | 2023-06-16 | 南京航空航天大学 | 一种基于机械臂的冷冻切削缺陷识别修复机构及方法 |
CN115740360B (zh) * | 2022-11-30 | 2023-07-18 | 南京航空航天大学 | 冷冻砂型绿色铸造工业级高柔性模具快速制冷方法与装置 |
CN115921822B (zh) * | 2023-03-01 | 2023-09-08 | 南京航空航天大学 | 一种石墨套管的冷冻砂型绿色铸造钛合金构件成形方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5647241A (en) * | 1979-09-25 | 1981-04-28 | Teisan Kk | Casting method |
FR2566687B1 (fr) * | 1984-06-27 | 1986-08-22 | Air Liquide | Dispositif de fabrication de moules ou de noyaux de moulage congeles |
-
2011
- 2011-08-31 JP JP2011189844A patent/JP5572793B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012071349A (ja) | 2012-04-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5572793B2 (ja) | 凍結鋳造用鋳型の製造方法 | |
JP5867938B1 (ja) | 鋳型及び鋳型の製造方法 | |
CN104439074A (zh) | 一种熔模精密铸造方法 | |
CN104525870A (zh) | 缓冲器箱体的制造方法 | |
JP4867790B2 (ja) | 三次元形状造形物の製造方法 | |
JP5473855B2 (ja) | 鋳型造型方法および鋳型用造型材 | |
JP5437950B2 (ja) | 凍結鋳造用模型及びこの模型を用いた凍結鋳型の製造方法 | |
Nyembwe et al. | Assessment of surface finish and dimensional accuracy of tools manufactured by metal casting in rapid prototyping sand moulds: general article | |
Rodríguez-González et al. | Comparative study of aluminum alloy casting obtained by sand casting method and additive manufacturing technology | |
WO2016075844A1 (ja) | 鋳型 | |
JP6489394B1 (ja) | 鋳造用砂型の製造方法 | |
Michels et al. | Suitability of lost cores in rheocasting process | |
JP2020082157A (ja) | 成形金型および成形方法 | |
US3313007A (en) | Method of making sheet metal forming dies | |
Gopinath et al. | Effect of solidification parameters on the feeding efficiency of Lm6 aluminium alloy casting | |
CN217858680U (zh) | 一种采用3d打印铸造的转子盘部件树脂砂芯 | |
Sadayappan et al. | Sand Casting of Aluminum Alloys | |
Stein et al. | Influence of core variables on aluminum casting dimensions in semi-permanent molds | |
JP2016209920A (ja) | 鋳物用砂型製造用組成物、鋳物用砂型の製造方法、及び鋳物用砂型 | |
Parkas | Improving casting traceability in iron foundry by laser engraving of moulds | |
CN102773426A (zh) | 用近终形异型坯连铸机结晶器生产连铸坯的方法 | |
CN211276481U (zh) | 一种成品率高的圆形镁合金铸件 | |
Mitin et al. | Simulation of Casting by Means of ProCAST Design Software | |
CN207447323U (zh) | 一种覆砂冷铁结构 | |
JP2011513070A (ja) | 鋳型及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20121004 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131120 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131202 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140130 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140402 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140502 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5572793 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |