JP5689688B2 - 鋳型及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、工具の加工部材（working component）を含み、かつ、鋼鉄から製造される第１部分と、該工具の本体部材（body component）を含み、かつ、ねずみ鋳鉄から製造される第２部分とを少なくとも含み、鋼鉄とねずみ鋳鉄との間に少なくとも１つの結合領域が存在する一体型鋳造工具の複合鋳造のための鋳型に関する。

本発明は、工具の加工部材を含み、かつ、鋼鉄から製造される第１部分と、該工具の本体部材を含み、かつ、ねずみ鋳鉄から製造される第２部分とを少なくとも含み、鋼鉄とねずみ鋳鉄との間に少なくとも１つの結合領域が存在する一体型鋳造工具の複合鋳造のための鋳型を製造する方法にも関連する。

従来、切断、折り曲げ、又は、他の成形などの薄板金属の加工のための工具の製造において、ねずみ鋳鉄の工具本体（tool body）を個別に製造することがしばしば慣習となっている。従来、この工具本体には、該工具に意図された実際の作業を実行する加工部材が取り付けられている。工具本体の製造は、鋳造によって行われ、そして鋳造の後には、工具本体の加熱処理がしばしば必要とされる。この後に、工具の加工部材（１つ以上）のために必要とされる着座部、ガイドスタブシャフト、そしてそれらを固定するボルト穴を実現するためだけでなく、機械内に工具本体を固定することもできる工具本体の機械加工が続く。

工具が有するべき加工部材（１つ以上）の製造において、出発点はしばしば棒状材料であり、加工部材は正しい形状まで機械加工され、固定用ボルトのための穴、ガイドスタブシャフト等が加工される。この後には通常加熱処理が続き、その後には更なる機械加工、例えば、研磨が実行される。

上述の概要の方法で工具を製造することは、極めて時間の無駄かつ高価であり、そのため、しばしば、異なる製品の新規製造に必要な時間消費の決定因子である。

国際出願公報０３／０４１８９５１は、一体型複合鋳造工具（該工具は、工具の異なるパーツにおいて異なる材料組成を有する）及びその製造方法を開示する。しかしながら、この刊行物による製造は、ある観点（例えば、採用すべき鋳型模型の形成）において、大きな問題に遭遇する。

ＷＯ０３／０４１８９５１Ａ１

本発明は、従来技術に固有の課題を解決するように冒頭に示した鋳型を設計することを目的とする。特に、本発明は、低いコストで、かつ、高い（high）精度で製造できるように鋳型を設計することを目的とする。更に、本発明は、単一かつ同一の鋳型に異なる熱膨張係数を有する材料を、困難を伴わずに鋳込むことができるように鋳型を設計することを目的とする。

方法については、本発明は上述と類似の目的を有する。

鋳型については、少なくとも第１部分に対応する第１模型部（第１型空洞形成部：model section）と、少なくとも第２部分に対応する第２模型部（第２型空洞形成部）とを含むこと、鋳型の使用位置において水平かつ平坦であり、鋳型における結合領域を表す少なくとも１つの接触面に沿って、第１型模型部が第２型模型部と接することを含む状態に鋳型が特徴付けられる場合には、本発明の基礎をなす目的は達成されるだろう。
特に、鋼鉄から製造される工具の加工部材を定義する複数の第１部分と、ねずみ鋳鉄から製造される該工具の本体部材を定義する第２部分とを含み、鋼鉄とねずみ鋳鉄との間に複数の結合領域が存在する一体型鋳造工具の複合鋳造のための鋳型であって、前記複数の第１部分に各々対応する複数個の第１型模型部と、前記第２部分に対応する少なくとも１個の第２型模型部を含み、前記複数個の第１型模型部の各々と前記第２型模型部とが、鋳型の使用位置において水平かつ平坦であり、前記複数の結合領域を表す複数の接触表面に沿って接触し、そして、前記複数の接触表面が共通の一平面上に存在するように設計される鋳型が望ましい。

方法については、第１型模型部が第１部分と対応付けて製造され、第２型模型部が第２部分と対応付けて製造され、前記第１型模型部及び前記第２型模型部に、少なくとも１つの平坦な接触面（当該接触面に沿って、前記第１型模型部及び前記第２型模型部が相互に接する）が提供され、前記鋳型が鋳型材料を用いて最終形態に至り、接触面が鋳型の鋳造位置（moulding position）における水平位置（結合領域であるものとする）に配置され、そして第１型模型部が最も低い位置であるように鋳型が特徴付けられる場合には、本発明の目的は達成されるだろう。
特に、鋼鉄から製造される工具の加工部材を定義する複数の第１部分と、ねずみ鋳鉄から製造される該工具の本体部材を定義する第２部分とを含み、鋼鉄とねずみ鋳鉄との間に複数の結合領域が存在する一体型鋳造工具の複合鋳造のための鋳型の製造方法であって、前記複数の第１部分に各々対応する複数個の第１型模型部と、前記第２部分に対応する少なくとも１個の第２型模型部を含み、前記複数個の第１型模型部の各々と前記第２型模型部とが、鋳型の使用位置において水平かつ平坦であり、前記複数の結合領域を表す複数の接触表面に沿って接触し、そして、前記複数の接触表面が共通の一平面上に存在するように、前記鋳型が設計されることを特徴とする方法が望ましい。
なお、本発明には以下の好ましい実施形態も含まれる。
（形態１）
工具の加工部材を含み、かつ、鋼鉄から製造される第１部分と、該工具の本体部材を含み、かつ、ねずみ鋳鉄から製造される第２部分とを少なくとも含み、鋼鉄とねずみ鋳鉄との間に少なくとも１つの結合領域が存在する一体型鋳造工具の複合鋳造のための鋳型であって、
前記鋳型が、前記第１部分に対応する少なくとも１つの第１型模型部（空洞形成部：model section）及び前記第２部分に対応する少なくとも１つの第２型模型部を含むこと、
前記第１型模型部が、鋳型の使用位置において水平かつ平坦であり、鋳型における結合領域を表す少なくとも１つの接触箇所に沿って前記第２型模型部と接すること、
を特徴とする鋳型。
（形態２）
第１鋳型部[sic,型模型部]が第２型模型部よりも大きい収縮マージンを有するように設計されることを特徴とする形態１に記載の鋳型。
（形態３）
接触面において相互に会合する第１型模型部及び第２型模型部が、前記接触面における階段状の遷移を避けるために傾斜状の遷移領域を有することを特徴とする形態２に記載の鋳型。
（形態４）
前記第１鋳型部[sic,第１型模型部]が第２鋳型部[sic,第２型模型部]の隣接部分に相互結合されることを特徴とする形態１〜３のいずれか１項に記載の鋳型。
（形態５）
前記第１型模型部及び第２型模型部の両方が共通の鋳型枠内に位置すること、
前記第１型模型部がこの鋳型の使用位置において最も低く位置すること、
を特徴とする形態１〜４のいずれか１項に記載の鋳型。
（形態６）
前記第１型模型部が鋳型の使用位置における下側の鋳型枠内に位置すること、
前記第２型模型部が、鋳型の使用位置における上側の鋳型枠に位置すること、
これらの鋳型枠の間の分割面が水平であり、かつ、接触面を含むこと、
を特徴とする形態１〜３のいずれか１項に記載の鋳型。
（形態７）
第１型模型部の中に、接触面の少なくとも一部分に表面が露出し、接触面と一致する表面を有する１つ以上の鋳型中子が存在することを特徴とする形態６に記載の鋳型。
（形態８）
前記鋳型が２以上の第１型模型部及び２以上の接触面を有すること、
全ての接触面が共通の平面にあること
を特徴とする形態１〜７のいずれか１項に記載の鋳型。
（形態９）
工具の加工部材を含み、かつ、鋼鉄から製造される第１部分と、該工具の本体部材を含み、かつ、ねずみ鋳鉄から製造される第２部分とを少なくとも含み、鋼鉄とねずみ鋳鉄との間に少なくとも１つの結合領域が存在する一体型鋳造工具の複合鋳造のための鋳型の製造方法であって、
第１型模型部が前記第１部分と対応付けて製造されること、
第２型模型部が前記第２部分と対応付けて製造されること、
前記第１型模型部及び前記第２型模型部に、少なくとも１つの平坦な接触面を有し、当該接触面に沿って、前記第１型模型部及び前記第２型模型部が相互に接すること、
前記鋳型が鋳型材料を用いて仕上げされ、鋳型の鋳造位置において接触面が水平位置に配置されて結合領域となり、そして、第１型模型部が最も低い位置に配置されること、
を特徴とする方法。
（形態１０）
前記第１型模型部が第２型模型部よりも大きい収縮マージンを有するように設計されることを特徴とする形態９に記載の方法。
（形態１１）
前記鋳型が最終形態に至る前に、第１型模型部が第２型模型部と相互結合されることを特徴とする形態９又は１０に記載の方法。
（形態１２）
前記第１型模型部及び第２型模型部が共通の鋳型枠内に設置されることを特徴とする形態９〜１１のいずれか１項に記載の方法。
（形態１３）
前記第１型模型部が第１の鋳型枠内に設置されること、
前記第２型模型部が第２の鋳型枠内に設置されること、
これらの間の分割面が接触面と一致すること、
を特徴とする形態９又は１０に記載の方法。
（形態１４）
第１型模型部の中に少なくとも１つの鋳型中子が設置されること、
当該鋳型中子が接触面の少なくとも一部と一致する表面を有するように形成されること、
を特徴とする形態１２に記載の方法。

本発明は、以下に、添付の図面を参照しつつ更に詳細に記載される。添付の図面は、以下のようである。
図１は、本発明の一実施例に係る鋳型の単純化した断面図である。 図２は、本発明の一実施例に係る鋳型を製造するための鋳型模型（モデル）の一部の詳細化した断面図である。 図３は、図２に係る最終形態の鋳型模型を示す。

本発明に係る鋳型の断面を示す図１において、符号１は鋳型枠（moulding box or flask）に関連し、符号２は鋳型模型の第１セクション（第１型模型部）に関連し、符号３は鋳型模型の第２セクション（第２型模型部）に関連する。鋳型模型の両方のセクションは、鋳造作業において破壊可能な材料、例えば、発泡スチロールから製造される。

本発明によれば、ある他の（alternative）特別なケースにおいて、鋳造の際に破壊不可能な材料でも鋳型模型又はその一部を製造することが可能である。その際には、鋳造を実行する前にそのような鋳型模型を鋳型から取り除かなければならない。他の実施形態において、例えば、鋳型中子を採用する場合には、鋳造を実行する前に鋳造の際に破（崩）壊可能な模型又はその一部を取り除くことも、あるケースでは有利であり得る。

鋳型模型の第１セクション２は鋼鉄の鋳込みのためであるものとし、その一方では、鋳型模型の第２セクションはねずみ鋳鉄の鋳込みのためであるものとする。そのため、図１の破線によって表される接触面４においてこれらの２つの材料の間に結合領域が形成される。本発明が正しく実施された場合には、そのような結合領域は１から２．５ｍｍの厚さを有し、そこでは両方の鋳物材料が多少混合される。

鋼鉄の鋳込みについては、湯口又はスプルー５（ingate or sprue）が存在し、該湯口又はスプルー５は、図１に示される鋳型の使用位置において、少なくとも一部が第１型模型部（空洞形成部）２の下に位置し、上下方向に注湯するように設計された注湯システムに接続される。この使用位置では、接触面４は水平である。

図１では単一の第１セクション２の模型のみを示しているが、単一かつ同一の鋳型枠１に複数（a plurality）のそのような第１セクション（鋳型の中で鋳造される工具において加工部材を形成するものとする）が位置しても良いことは強調されるべきである。加工部材は、板金の切断（cutting）、穴開け（hole making）、折り曲げ（bending）又は他の成形のために設計されうる。図１において、例えば、切断刃が符号７で示される。

鋳型[sic,模型]の第１セクション２は、接触面４に面するその端に、全体範囲にわたって実質的に均一な厚さの壁部分８を有する。同様に、模型部の第２セクション３は、接触面４の領域において、形状及び厚さの点で壁部分８に対応するが、以下に詳細に記載されるように、ある違いを持つ壁部分９を有する。

図１において、接触面４は鋳型枠１の下側の端１０と平行であり、そのことは、平坦かつ水平の物体（例えば、床）の上に鋳型枠が設置される場合には、接触面４が水平になるであろうことを保障する。

図１に係る鋳型の製造においては、鋳型枠に対する上側部分１１が最初に取り除かれ、鋳型枠１は、その上側の端１２が下方向に面するようにひっくり返された状態で、平坦かつ水平な物体上に設置される。その後、このように１つ以上の第１セクション２及び１つの第２セクション３からなる全体の模型が、鋳型枠１の上側の端１２が置かれた物体上に設置される。しかしながら、このことは、接触面４が第２型模型部３の上側表面１３と平行であることを前提とする。重要なことは、接触面４が、鋳型の鋳造位置においては水平となり、図１に示される鋳型においては鋳型枠の下側の端１０と平行となることである。

第２型模型部３と、第１型模型部２（１つ以上）とを、それらが共に扱いやすいユニットを形成するように、共に連結することも適切でありえる。

その後、鋳型枠１が適切な品質の鋳型用砂で満たされるが、この鋳型用砂は、第２型模型部３の周囲と第１型模型部２（１つ以上）の周囲とで同様の品質を有する必要はないことが強調されるべきである。そのような手段によって鋳型枠１が鋳型用砂で満たされ、これが搗き固められて設置可能となったら、鋳型枠１をひっくり返して鋳造位置とする。鋳型枠が設置されている物体も水平であることから、接触面４が水平であることが保障される。その後、上側部分（蓋）１１が鋳型枠１の上に設置され、鋳型は湯口５及び６を取り付けて完成となる。

模型の第２セクション３が接触面４と平行なその上側サイド１３（図１における）を有さない場合には、最終形態の鋳型において、結果として鋳型枠１が水平な物体上に静置されるときに接触面４が常に水平になるように、第２型模型部３を接触面４と上側表面１３との間の非並行性を補う正しい傾きになるまでくさびをかまして調整しなければならない。

２つの異なる鋳造材料の複合鋳造において、これらはしばしば異なる熱膨張係数を有し、鋳型模型のセクション２及び３の間の接触面４の結合領域で問題を発生させ得る。この場合に関する例では、鋼鉄は鋳型模型の第１セクション２の中で最初に鋳造され、該模型の第２セクション３においてねずみ鋳鉄の鋳造が行われる前に部分的に放冷される。２つの材料の内で、鋼鉄は、ねずみ鋳鉄の熱膨張係数よりもかなり大きい熱膨張係数を示す。この理由のために、模型の第１セクション２（１つ以上）は、模型の第２セクション３に適用される収縮マージンよりも大きな収縮マージンで設計される。この関係は、接触面４の両サイド上に壁８及び９の双方を有する模型の第１セクション２のパーツ及び第２セクション３のパーツを示す図２に図示される。鋳型模型は、仮想線１４の左に延在していることを前提とする。

鋳造された鋼鉄が左方向に縮小することが予測されるので、壁部分８が壁部分９とは直線上に無く、図２の右方向にずれていることは、図２から明らかであろう。

壁部分９に沿った斜面１５及び壁部分８に沿った斜面１６で型模型部２及び３が面取りされていることは、図３から明らかであろう。そのような手段によって、壁部分８及び９の間の遷移（ないし移行）領域、すなわち鋼鉄及びねずみ鋳鉄の間の接触面４に位置する結合領域が遷移においてよりスムーズになるだろう。

２つの型模型部２及び３を共に保持するために、これらは、共に接着剤で連結することもできるし、又は、継ぎ目をテープ又は同様のものによって共に固定することもできる。

上述の実施形態において、型模型部２及び３の双方は、単一かつ同一の鋳型枠１の内に静置される。

他の１つのバージョンでは、鋳型枠１は、下側の鋳型枠と、上側の鋳型枠とに分割され、下側鋳型枠には模型の第１セクション２（１つ以上）のみが格納され、その一方では、上側鋳型枠は、模型の第２セクション３のために使用される。

従って分割した鋳型枠を使用する場合には、模型の第１セクション２が平坦な物体の上でかつ下側の鋳型枠の内側に設置され、その後、鋳型用砂が添加され、詰め込まれ、セットされる。その後、下側鋳型枠が上下反転され、上側の鋳型枠がその上に配置される。その後、模型の第２セクション３が下側の鋳型枠及び接触面４の上の正しい位置に設置され、鋳型が最終形態に至る。

他の実施形態において、鋳造の際に、鋼鉄の鋳造時に鋼鉄内に空洞を提供する鋳型中子を接触面４の下に設置することも可能である。鋳型を開けた後、すなわち上側鋳型枠を取り除いた後に該中子を取り除き、下側鋳型枠をもう一度載せて固定する前に鋳造鋼鉄を点検して、ねずみ鋳鉄の鋳造を行うことができる。

１ 鋳型枠
２ 鋳型模型の第１セクション（第１型模型部）
３ 鋳型模型の第２セクション（第２型模型部）
４ 接触面
５ 湯口又はスプルー
６ 湯口又はスプルー
７ 切断刃
８ 第１セクション２の壁部分
９ 第２セクション３の壁部分
１０ 鋳型枠１の下側の端
１１ 鋳型枠１に対する上側部分
１２ 鋳型枠１の上側の端
１３ 第２型模型部３の上側表面
１４ 仮想線
１５ 壁部分９に沿った斜面
１６ 壁部分８に沿った斜面

Claims (14)

1. 鋼鉄から製造される工具の加工部材の形状を定義する複数の第１部分と、ねずみ鋳鉄から製造される該工具の本体部材の形状を定義する第２部分とを含み、鋼鉄とねずみ鋳鉄との間に複数の結合領域が存在する一体型鋳造工具の複合鋳造のための鋳型であって、
   前記複数の第１部分に各々対応する複数個の第１型模型部と、前記第２部分に対応する少なくとも１個の第２型模型部を含み、
   前記複数個の第１型模型部の各々と前記第２型模型部とが、鋳型の使用位置において水平かつ平坦であり、前記複数の結合領域を表す複数の接触表面に沿って接触し、そして、
   前記複数の接触表面が共通の一平面上に存在するように設計される鋳型。
2. 前記複数個の第１型模型部が第２型模型部よりも大きい収縮マージンを有するように設計される請求項１に記載の鋳型。
3. 前記複数個の第１型模型部及び第２型模型部は各々傾斜状に面取りした接触表面を有し、当該接触表面で相互結合するように設計される請求項１又は２に記載の鋳型。
4. 前記複数個の第１型模型部が第２型模型部の隣接部分に相互結合するように設計される請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋳型。
5. 前記複数個の第１型模型部及び第２型模型部の全てが共通の鋳型枠内に配置され、
   前記複数個の第１型模型部が、前記第２型模型部よりも低い位置に配置されるように設計される請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋳型。
6. 第１型模型部の中に１つ以上の鋳型中子を有し、
   前記複数の接触表面の少なくとも一箇所に前記１つ以上の鋳型中子の表面が露出するように設計される請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋳型。
7. 前記複数の接触表面の全てが共通の一平面上に存在するように設計される請求項１〜６のいずれか１項に記載の鋳型。
8. 鋼鉄から製造される工具の加工部材の形状を定義する複数の第１部分と、ねずみ鋳鉄から製造される該工具の本体部材の形状を定義する第２部分とを含み、鋼鉄とねずみ鋳鉄との間に複数の結合領域が存在する一体型鋳造工具の複合鋳造のための鋳型の製造方法であって、
   前記複数の第１部分に各々対応する複数個の第１型模型部と、前記第２部分に対応する少なくとも１個の第２型模型部を含み、
   前記複数個の第１型模型部の各々と前記第２型模型部とが、鋳型の使用位置において水平かつ平坦であり、前記複数の結合領域を表す複数の接触表面に沿って接触し、そして、
   前記複数の接触表面が共通の一平面上に存在するように、前記鋳型が設計されることを特徴とする方法。
9. 前記複数個の第１型模型部が第２型模型部よりも大きい収縮マージンを有するように、前記鋳型が設計されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 複数個の第１型模型部及び第２型模型部は各々傾斜状に面取りした接触表面を有し、当該接触表面で相互結合するように設計されることを特徴とする請求項８又は９に記載の方法。
11. 前記複数個の第１型模型部が第２型模型部の隣接部分に相互結合されるように、前記鋳型が設計されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記複数個の第１型模型部及び第２型模型部の全てが共通の鋳型枠内に配置され、
    前記複数個の第１型模型部が、前記第２型模型部よりも低い位置に配置されるように、前記鋳型が設計されることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 第１型模型部の中に１つ以上の鋳型中子を有し、
    前記複数の接触表面の少なくとも一箇所に前記１つ以上の鋳型中子の表面が露出するように、前記鋳型が設計されることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記複数の接触表面の全てが共通の一平面上に存在するように、前記鋳型が設計されることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載の方法。

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