JP5738255B2 - 鋳型及び鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳物を鋳造するのに用いられる鋳型、特に砂型に関する。

従来から使用されている砂型１００は、例えば図６に示される構造を有している。
鋳型１００は、湯口１０１から注がれた溶湯は、鉛直方向に延びるたて湯道１０３、たて湯道１０３に連なるよこ湯道１０５、よこ湯道１０５に連なる堰１０７を順次通り、製品キャビティ１０９に供給される。

従来の砂型１００において、溶湯を鋳込み中に溶湯がたて湯道１０３を通じて落下した後、よこ湯道１０５、堰１０７を通って製品キャビティ１０９に流入するが、落下の距離が長いと、たて湯道１０３とよこ湯道１０５の接続部分で溶湯の流れが大きく乱れ、周囲のガス（空気）を巻き込んでしまう。この事象は、湯口が高い程、つまり鋳物のサイズが大きい程、多く発生し、鋳物製品内のガス欠陥につながる。

この問題を解決する手段として、特許文献１は、図７に示される二段式湯道を用いて、ガス及び介在物を低減することを提案している。つまり、特許文献１の砂型１１０は、よこ湯道が上よこ湯道１１５と下よこ湯道１１７の２段構造になっている点で図６の従来の鋳型と相違する。所望の成分の溶湯を湯口１１１に注入すると、溶湯は湯口１１１からたて湯道１１３を通ってまず上よこ湯道１１５に入り、その末端部で壁に衝突したあと静かに下よこ湯道１１７に入り、両側（図中の左右）に分かれて下よこ湯道１１７を準静状態で流れ、下よこ湯道１１７の両側又は一方に配置されたそれぞれの堰１１９に一様に入って製品キャビティ（図示省略）に流れ込む。

特開平７−１９５１４２号公報

例えば製品重量が１０ｔを超えるような大型の鋳物を鋳造する場合には落下距離が長いために巻き込むガスの量が大きいために、二段湯道だけでは、鋳物製品内のガス欠陥を十分に回避することができない。
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、大型の鋳物製品へのガスの流入を抑制できる鋳型、及び、その鋳型を用いて鋳物を製造する鋳造方法を提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた、本発明の鋳型は、二段式湯道を備えることを前提としている。つまり本発明の鋳型は、鋳物砂で成形された鋳型本体と、鋳型本体の上面に開口し、溶湯が注がれる湯口と、湯口に連結され、注がれた溶湯が鉛直方向に流れる第１たて湯道と、第１たて湯道に連結され、第１たて湯道を通過した溶湯が水平方向に流れる第１よこ湯道と、第１よこ湯道に連結され、第１よこ湯道を通過した溶湯が鉛直方向に流れる第２たて湯道と、第２たて湯道に連結され、第２たて湯道を通過した溶湯が水平方向に流れる第２よこ湯道と、第２よこ湯道に連結され、第２たて湯道を通過して供給された溶湯が凝固する製品キャビティと、を備える。
本発明の鋳型は、ガス回収路を備えることを特徴とする。ガス回収路は、第１よこ湯道に連結され、第１よこ湯道を流れる前記溶湯に含まれるガスを回収する。このガス回収路は、第１よこ湯道と第２たて湯道の連結部に連通し、かつ、第１よこ湯道において溶湯が流れる向きに第２たて湯道を越えて水平方向に沿って形成されるか、または、鉛直方向に沿って形成されることを特徴とする。
なお、本願発明において、水平方向及び鉛直方向とは、実際に鋳造を行うために置かれた鋳型の向きを基準にして特定される。

二段式湯道を備える鋳型は、湯口から注がれた溶湯が第１たて湯道を通過し、第１よこ湯道に進入、衝突することで、ガスの巻き込みが生ずる。そして、ガスが巻き込まれた溶湯が第１よこ湯道、第２たて湯道及び第２よこ湯道を通って製品キャビティに流れ込み、鋳物製品にガス欠陥を生じさせることがある。ところが、本発明のように、ガス回収路を形成することにより、第１よこ湯道を通ってきた溶湯に含まれるガスの少なくとも一部をガス回収路にて回収することで、第２たて湯道以降に流れ込むガスの量を低減する。

本発明におけるガス回収路は、少なくとも２つの形態で実現できる。
一つ目による形態のガス回収路は、第１よこ湯道と第２たて湯道の連結部に連通し、かつ、第１よこ湯道において溶湯が流れる向きに、第２たて湯道を越えて水平方向に沿って形成される。このガス回収路には、第１よこ湯道を通ってきた溶湯に含まれるガスの一部が、溶湯とともに流れ込むことで、第２たて湯道に流れ込むガスの量を低減する。しかも、ガス回収路には、溶湯も流れ込むため、鋳型本体から剥離した鋳物砂、その他の異物も流れ込むため、健全な鋳物製品を得る上で好ましい。

一つ目の形態において、ガス回収路にはガス及び異物が流れ込むが、その捕捉の効果を向上するために、ガス回収路の先端側に、開口寸法が拡大された捕捉部を設けることが好ましい。
ガス及び介在物を含む溶湯が捕捉部まで達すると、ガス回収路と捕捉部との境界部分に形成される段差が障害となって、ガス及び介在物はガス回収路に向けて逆流し難い。したがって、捕捉部を設けることにより、より健全な鋳物製品を得るのに寄与することができる。

また、一つ目の形態において、一端がガス回収路に連通し、他端が鋳型本体の上面に開口するガス抜き路を鉛直方向に沿って形成することができる。
ガス回収路に達したガスを鋳型の外部に排出することで、より健全な鋳物の製造に寄与することができる。このガス吹き路は、湯道（第１たて湯道〜第２よこ湯道）を掃除するのにも利用できる。

二つ目による形態のガス回収路は、第１よこ湯道と第２たて湯道の連結部に連通し、かつ、鉛直方向に沿って形成される。
このガス回収路は、溶湯内を上方に浮上して溶湯の表面から放出されてガスを流れ込ませることで、それよりも下流側（溶湯の流れ）へ流れるガスの量を低減できる。

本発明によれば、ガス回収路を形成することにより、第１よこ湯道を通ってきた溶湯に含まれるガスをガス回収路にて回収するので、第２たて湯道を通って製品キャビティまで流れ着くガスの量を低減できる。したがって本発明によれば、大型の鋳物製品へのガスの侵入を阻止できる鋳型、及び、その鋳型を用いて鋳物を製造する鋳造方法を提供することができる。

第１実施形態にかかる鋳型を示す正断面図であり、湯道に沿った切断線による断面図である。 （ａ）は図１のIIａ−IIａ線矢視断面図、（ｂ）は図１のIIｂ−IIｂ線矢視断面図である。 ガス回収路にガスが優先的に流れ込むことを説明する図であり、（ａ）は第１実施形態の鋳型の第１たて湯道と第１よこ湯道の連結部近傍の溶湯の流れを示す模式図、（ｂ）は従来の鋳型の第１たて湯道と第１よこ湯道の連結部近傍の溶湯の流れを示す模式図である。 第２実施形態にかかる鋳型を示し、（ａ）は図２（ａ）に相当する断面図、（ｂ）は図２（ｂ）に相当する断面図である。 第３実施形態に係る鋳型を示し、（ａ）は図２（ａ）に対応する図、（ｂ）は図２（ｂ）に対応する図である。 従来の鋳型を示す正断面図である。 特許文献１で提案された鋳型を示す正断面図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第１実施形態］
第１実施形態に係る鋳型１は、鋳型本体１０と、鋳型本体１０が収容される型枠４０と、鋳型本体１０及び型枠４０が載せられる台盤５０と、を主たる構成要素として備えている。鋳型本体１０には製品キャビティ２３が形成されており、この製品キャビティ２３に図示しない取鍋から溶湯を供給することにより、鋳物製品を鋳造する。なお、製品キャビティ２３を含め、ここで示す鋳型１の構造、形状はあくまで一例にすぎない。

［鋳型本体１０］
鋳型本体１０は、鋳物砂を堆積させることで形成される。鋳型本体１０は、鋳物砂以外に、鋳物砂同士を結着するバインダ、その他の添加物を含むことを許容する。
鋳型本体１０には、取鍋から溶湯が注がれる湯口１１が上面に開口している。鋳型本体１０には、 湯口１１に基端（図中、上端）で連なる第１たて湯道１３が形成されている。第１たて湯道１３は鋳型本体１０の高さ方向に沿って形成されており、注がれた溶湯は鉛直方向に流れる。
第１たて湯道１３の下端である終端には第１よこ湯道１５が連通している。第１よこ湯道１５は、鋳型本体１０の幅方向に沿って、基端（第１たて湯道１３の終端）から終端に亘って形成されている。第１たて湯道１３から流れ込んだ溶湯は、その基端から終端まで第１よこ湯道１５を水平方向に流れる。

第１よこ湯道１５の終端には、第２たて湯道１７が連通している。第２たて湯道１７は、鋳型本体１０の高さ方向に沿って、基端（第１よこ湯道１５の終端）から終端に亘って形成されている。第１よこ湯道１５から流れ込んだ溶湯は、基端から終端に向けて第２たて湯道１７を鉛直方向に流れる。
第２たて湯道１７の終端には、第２よこ湯道１９が連通している。第２よこ湯道１９は、その基端（第２たて湯道１７の終端）において鋳型本体１０の幅方向Ｘの両側に向けて各々分岐する分岐湯道１９Ａ，１９Ｂからなる。分岐湯道１９Ａ，１９Ｂは、各々、鋳型本体１０の幅方向Ｘの所定位置で直角に屈曲した後に、鋳型本体１０の長さ方向に沿って終端まで形成されている。第２よこ湯道１９から流れ込んだ溶湯は、基端から終端まで分岐湯道１９Ａ，１９Ｂを水平方向に流れる。
分岐湯道１９Ａ，１９Ｂの各々の終端には、鉛直方向の上向きに立ち上がる押上げ堰２１が連通しており、さらに押上げ堰２１の先端には製品キャビティ２３が連通している。第２よこ湯道１９（分岐湯道１９Ａ，１９Ｂ）から流れ込んだ溶湯は、押上げ堰２１を介して通過して製品キャビティ２３に供給された後に凝固される。なお、製品キャビティ２３には押湯を設けることができるが、ここでの記載は省略している。

鋳型本体１０は、ガス回収路２５を備えることを特徴としている。ガス回収路２５は、第１たて湯道１３から第１よこ湯道１５に溶湯が流れ込む際に溶湯に巻き込まれたガスが、第２たて湯道１７よりも優先的に流れ込む流路として機能する。
ガス回収路２５は、第１よこ湯道１５と第２たて湯道１７の連結部に、基端で連通しており、第１よこ湯道１５において溶湯が流れる向きに連結部を越えて、行き止まりである終端まで形成されている。ガス回収路２５は、終端側に基端側よりも径が拡大された捕捉部２６を備えている。第１よこ湯道１５の終端に至った溶湯は、一部が第２たて湯道１７に流れ込むが、残部はガス回収路２５に流れ込む。

さて、以上の鋳型１を用いて鋳造を行うには、溶湯を湯口１１に注ぐ。注がれた溶湯は、第１たて湯道１３、第１よこ湯道１５、第２たて湯道１７、第２よこ湯道１９及び押上げ堰２１を順に通って製品キャビティ２３に流入する。その過程で、溶湯に巻き込まれたガスは、以下のようにしてガス回収路２５に向かう。つまり、図３（ａ）に示されるように、第１よこ湯道１５を流れる溶湯Ｍ中のガスＧは、溶湯に比べて比重が小さいので、その大部分が溶湯中の上方に浮上する。そうして溶湯Ｍが第２たて湯道１７との連結部分に達すると、溶湯Ｍは、第２たて湯道１７とガス回収路２５に分岐して流れる。ガスＧは、溶湯Ｍの上方に浮上しているから、鉛直方向下向きに連なる第２たて湯道１７よりも、ガス回収路２５に向かう量が多い。こうして、鋳型１は、第２たて湯道１７以降に流れるガスＧの量を低減することができるので、鋳物製品のガス欠陥を抑制できる。ガス回収路２５に流れ込んだ溶湯Ｍは、鋳込み終了後に、鋳物製品が凝固するのと同様に凝固する。この凝固された部分に多くのガスＧが含まれるが、この部分は製品ではないので、鋳物製品の品質に影響を与えることがない、
一方、図３（ｂ）に示されるように、ガス回収路２５を設けないと、ガスＧは溶湯Ｍの上方に浮上するが、第２たて湯道１７以外に行き場がないため、溶湯Ｍとともに第２たて湯道１７に流れ民でしまう。

本実施形態は、ガス回収路２５の先端側に径の大きい捕捉部２６を備えているため、捕捉部２６に達するまでのガス回収路２５と捕捉部２６との境界には、段差が形成されることになる。したがって、ガス及び介在物を含む溶湯Ｍが捕捉部２６に達すると、この段差が障害となって、ガス及び介在物はガス回収路２５に向けて逆流し難い。このように、捕捉部２６は、より健全な鋳物製品を得るのに有効である。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る鋳型２を、図４を参照して説明する。
鋳型２もガス回収路２５を備えている点で鋳型２は鋳型１と同じであり、以下では、鋳型１との相違点を中心にして鋳型２を説明する。なお、鋳型１と同じ構成部分には、図４に鋳型１と同じ符号を付している。
鋳型２は、ガス抜き路２７を備えている。ガス抜き路２７は、一端がガス回収路２５に連通され、他端が鋳型本体１０の上面に開口している。ガス回収路２５にガスを含んだ溶湯が到達すると、ガスは溶湯の上面に向かって浮上する。ガス抜き路２７に対応する位置で浮上したガスは、溶湯の上面から離脱し、ガス抜き路２７を通って、鋳型本体１０の外に放出される。したがって、鋳型２によると、鋳物製品のガス欠陥を抑制できるという鋳型１による効果に加えて、より健全な鋳物の製造に寄与できる利点がある。
ガス抜き路２７は、鋳造を行う前に、湯道を掃除するのに有用である。つまり、鋳型２を造型する過程で鋳型２から遊離した鋳物砂が湯道内に残留することがあるが、ガス抜き路２７の上端開口から送風することで、この鋳物砂を取り除くことができる。

［第３実施形態］
第１，２実施形態に係るガス回収路２５は、第２たて湯道１７との接続部分を越えて、第１よこ湯道１５を、溶湯Ｍの流れる向きに延長した形態をなしているが、本願発明のガス回収路はこの形態に限定されない。この例を、本発明の第３実施形態として、図５に基づいて説明する。なお、鋳型１と同じ構成部分には、図５に鋳型１と同じ符号を付している。

第３実施形態に係る鋳型３は、ガス回収路２９が、第１よこ湯道１５と第２たて湯道１７の連結部分に連なるが、鉛直方向上向きに延びており、その上端は、鋳型本体１０の上面に開口している。
この鋳型３においても、ガスＧを含む溶湯Ｍが第１よこ湯道１５と第２たて湯道１７の連結部分に達すると、ガス回収路２９が設けられているために、上方に浮上したガスＧが溶湯Ｍの表面から放出されてガス回収路２９内に流れ込む。そのガスＧはガス回収路２９を通過して鋳型３の外部に排出される。したがって、第３実施形態に係る鋳型３においても、第１，２実施形態と同様に、鋳物製品のガス欠陥を抑制できる。しかも、鋳型３は、ガス回収路２９が上向きに形成されているので、そこに流れ込む溶湯の量が鋳型１，２に比べて少ないので、溶湯を効率よく消費できる。
なお、ガス回収路２９は、第１よこ湯道１５と第２たて湯道１７の連結部分に連なるように設けたが、第１たて湯道１３と第１よこ湯道１５の連結部分と、第１よこ湯道１５と第２たて湯道１７の連結部分の間に設けることもできる。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、ガス回収路２５は水平方向に沿って形成し、ガス回収路２９は鉛直方向に沿って形成したが、水平（鉛直）方向に傾斜して形成することもできる。このことは、湯道（第１たて湯道１３，第１よこ湯道１５，第２たて湯道１７，第２よこ湯道１９）についても同様である。
また、ガス回収路２５，２９は、湯道（第１よこ湯道１５，第２たて湯道１７）と同じ口径として示したが、湯道よりも口径を大きくしてもよいし、小さくしてもよい。

１，２，３ 砂型（鋳型）
１０ 鋳型本体
１１ 湯口
１３ 第１たて湯道
１５ 第１よこ湯道
１７ 第２たて湯道
１９ 第２よこ湯道
１９Ａ，１９Ｂ 分岐湯道
２１ 押上げ堰
２３ 製品キャビティ
２５，２９ ガス回収路
２６ 捕捉部
２７ ガス抜き路
Ｇ ガス
Ｍ 溶湯
４０ 型枠
５０ 台盤

Claims (6)

1. 鋳物砂で形成された鋳型本体と、
   前記鋳型本体の上面に開口し、溶湯が注がれる湯口と、
   前記湯口に連結され、注がれた前記溶湯が鉛直方向に流れる第１たて湯道と、
   前記第１たて湯道に連結され、前記第１たて湯道を通過した前記溶湯が水平方向に流れる第１よこ湯道と、
   前記第１よこ湯道に連結され、前記第１よこ湯道を通過した前記溶湯が鉛直方向に流れる第２たて湯道と、
   前記第２たて湯道に連結され、前記第２たて湯道を通過した前記溶湯が水平方向に流れる第２よこ湯道と、
   前記第２よこ湯道に連結され、前記第２たて湯道を通過して供給された前記溶湯が凝固する製品キャビティと、
   前記第１よこ湯道に連結され、前記第１よこ湯道を流れる前記溶湯に含まれるガスを回収するガス回収路と、を備え、
   前記ガス回収路は、
   前記第１よこ湯道と前記第２たて湯道の連結部に連通し、かつ、
   前記第１よこ湯道において前記溶湯が流れる向きに前記第２たて湯道を越えて水平方向に沿って形成されるか、または、鉛直方向に沿って形成される、
   ことを特徴とする鋳型。
2. 前記第２たて湯道を越えて水平方向に沿って形成される前記ガス回収路は、
   前記溶湯が流れる向きの先端側に、開口寸法が拡大された捕捉部を備える、
   請求項１に記載の鋳型。
3. 一端が前記ガス回収路に連通し、他端が前記鋳型本体の上面に開口する、ガス抜き路が鉛直方向に沿って形成される、
   請求項２に記載の鋳型。
4. 鉛直方向に沿って形成される前記ガス回収路は、鉛直方向上向きに延びており、その上端は、前記鋳型本体の前記上面に開口している、
   請求項１に記載の鋳型。
5. 前記第１よこ湯道および前記第２よこ湯道は、鉛直方向における位置が互いに相違する、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋳型。
6. 溶湯を鋳型内に鋳込んで鋳物製品を得る鋳造方法であって、
   前記鋳型が請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋳造方法。

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