JP6677862B1 - 鋳造用中子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、中空体の基本形状を有する鋳造用中子（１）及びその製造方法に関し、鋳造用中子（１）は、鋳物砂及び結合剤、並びにその特性を設定するために添加されていてもよい添加剤から形成される混合物からなる成形材料から形成される。本発明による鋳造用中子（１）は、簡単な方法で製造され得る。これは、鋳造用中子（１）が少なくとも２つのサブセグメント（９〜１７）に分離され、成形要素（２８ａ〜３０ｂ）が嵌合形態の方式で互いに相互作用し、かつそれによって互いに隣接して配置されるサブセグメント（９〜１７）が、周辺側で提供される嵌合形態によって、少なくとも一方向（ＬＲ、ＵＲ）で互いに対して不動に固定され、それによって互いに隣接して配置されたサブセグメント（９〜１７）が、互いに当接し、又はこれらの周辺側の近傍に提供されることによって達成される。【選択図】図１

Description

本発明は、中空体の基本形状を有する鋳物用中子に関し、鋳物用中子は、鋳物砂及び結合剤、並びにその特性を設定するために添加されていてもよい添加剤から形成される混合物からなる成形材料から形成される。

本明細書で問題となっているタイプの鋳物用中子は、融解金属で作製された鋳造部品の鋳造関連の製造に役立つ。それぞれの鋳造部品において、鋳物用中子がチャネルやチャンバなどのキャビティを形成する。これらのキャビティは、重量を削減するために提供され得る。しかし、実際の使用時には、一般的に流体がそれらを通って流れる。

鋳造材料の固化後に鋳造部品から鋳物用中子を除去できるようにするために、それらはいわゆる「ロストコア」として挿入される。製造のために、上記で説明した方法で混合された成形材料混合物は、中子シューティング装置の鋳型キャビティの中に高圧で導入（シュート）される。成形材料の流動性、シューティング圧力、及び成形材料が中子を製造するために提供される機械の鋳型キャビティの中に導入される位置は、特に微粒子中子の場合でも鋳型の完全な充填が達成されるように適応される。中子をシュートした後、中子は、熱を加えるか、又は反応ガスでガス処理することにより硬化されて、それらは中子シューティング機から取り外され、各鋳型内に導入されることが可能になり、その場合それらは融解金属を排出する場合に発生する応力に耐える。

そのようなチャネル及びキャビティが鋳物用中子によって形成される鋳造部品の典型的な例は、運転中に冷却する必要がある駆動機械用のハウジングである。そのような機械ハウジングには、いわゆる「冷却シース」、すなわち、エネルギー代謝の結果として動作中に熱が発生する機械の領域を囲むチャネルのシステムが一般的に提供される。機械の重要な領域の最適な貫流を保証し、小さな寸法で最大の冷却効果を確保するこの方法で、各場合に鋳物用中子によって形成されるチャネルの表面の品質に対して最高の要件が設定される。

本明細書で問題となっているタイプの鋳物用中子の製造における特定の課題は、鋳物用中子が一般に固形体を形成せず、むしろ複数の点で分断されて、その結果、それらの壁が、より多量の中子材料が集まるアイランド、より大きく、より厚いトラック、細かく分岐したウェブ、より大きなブリッジ、及び他の繊細な形状の形成要素を備え得る、細かく分解される構造を形成する。通常、断面が円形又は楕円形の鋳物用中子の周方向に閉鎖された基本構造により、中子シューティング機からの中子の取り外しは、そのように細かく分解される鋳物用中子が原因で、著しい努力によってのみ可能になる。したがって、多数のアンダーカット及びブレークスルにもかかわらず、中子シューティング機の形成成分を完成した中子から分離できるようにするために、複雑なスライダ構造などが提供されなければならない。このような複雑な機械に伴う高コストは別として、この複雑さにより、本明細書で問題のタイプの鋳物用中子の大規模な技術的、迅速な連続生産がより困難になる。
タービンの羽根の製造のための鋳物用中子が、米国特許出願公開第２０１１／２０４２０５号明細書により公知となっている。この鋳物用中子は、例えば、セラミック分子及び好適な結合剤により混合される成形材料により成形される。この場合、この鋳物用中子は、２つのセグメントにより構成される。これら２つのセグメントは、縁部側において確実なロック方式により互いに相互作用する形成要素を有する。これにより、これら２つのセグメントは、相互に当接する。上記形成要素を介して、相互に隣接して配置された上記サブセグメントは、２つの空間上の方向において、すなわち、これらのセグメントの外側に垂直に配置された方向、及び、上記セグメントの長手方向において上記外側に交差して配置された方向において、確実なロックにより相互に対して不動となるように固定される。
同様に、成形材料から成形される複数のサブセグメントにより構成される鋳物用中子が、欧州特許出願公開第１８５７１９８号明細書により公知となっている。これら複数のサブセグメントは、相互に係合する突起部及び凹部を介して確実にロックする方法により相互に結合している。

上述した従来技術の背景に対して、より簡単な製造を可能にする、中空体に対する基本形状において対応する鋳物用中子を設計するという目的が浮上した。

本発明は、少なくとも請求項１に示された特徴を有する鋳物用中子によりこの目的を達成した。

本発明の有利な構成は、従属請求項に示され、一般的な発明概念として以下に詳細に説明される。

本発明による中空体の基本形状を有する鋳物用中子は、鋳物砂及び結合剤、並びにその特性を設定するために添加されていてもよい添加剤から形成される混合物からなる成形材料から形成され、したがって本発明によって、鋳物用中子が少なくとも２つのサブセグメントに分離されており、かつ確実なロック方式で互いに相互作用する形成要素が縁部側上に提供され、それによって互いに隣接して配置されたサブセグメントが互いに当接するか、又はこれらの縁部側に近接し、形成要素を介して互いに隣接して配置されたサブセグメントが、確実なロックによって少なくとも一方向で互いに向かって不動に固定されることを特徴とする。

したがって、本発明による鋳物用中子は、１つの部品で製造されるのではなく、２つ以上のサブセグメントから構成される。これらの個々のセグメント自体はもはやキャビティを区切らないため、単純に設計された中子ツールを使用して、従来の中子シューティングプロセスで製造され得る。中空体の形成に必要な複雑なスライダの配置は、サブセグメントの製造には必要とされない。同時に、本発明に従って形成されたサブセグメントは、多数のブレークスルなどを備えて繊細に設計されている場合、それらの区切られた空間的広がりのために比較的摩耗が起こりにくい。これにより、サブセグメントは簡単に取り付けられ、鋳物用中子を組み立てるために運搬されることが可能である。この場合、本発明による鋳物用中子の組立ては、それが使用される鋳型全体の組立ての過程で、又はそれから分離される時点で実施され得る。

本発明による鋳型のサブセグメントは、確実なロック方式で相互作用する形成要素によってそれらの相対位置に固定されるため、一方では鋳物用中子を組み立てる場合、サブセグメントが容易に正しい位置を見つけることが保証される。他方では、確実なロック結合を介して、鋳型内への溶融鋳造、及び鋳物用中子を貫通する負荷を受ける状況下でも、鋳造作業中にサブセグメントがその位置を維持することが保証される。

本発明による鋳型の場合、サブセグメントを一体に確実に保持することは、サブセグメントが確実なロック方式で互いに結合する形成要素の領域で互いに接着されるという点で支持され得る。代替的又は追加的に、形成要素を使用して、本発明による鋳物用中子を他の鋳物用中子又はそれぞれの鋳型の成形部品に結合することも可能である。したがって、例えば、形成要素を径方向に突出する突出部として設計することが好都合になり得、それを介して、本発明による鋳物用中子の隣接するサブセグメントが、少なくとも一方向で互いに対して不動に確実なロックによって固定される。突出部として設計された形成要素、及びサブセグメントを互いに確実なロック方式で固定することにより、例えば、サイド中子などの、鋳型内の鋳物用中子を取り囲む形成部品及び中子にサブセグメントを簡単に結合すること、したがって、本発明による鋳型の簡単な自動化可能な組立てが可能になる。

離型後、サブセグメントの確実なロックの相互固定のために設けられた成形部品によって形成された突出部は、完成した鋳造部品の開口部を形成し、それは、鋳造部品の鋳型を形成するキャビティ、チャネルなどにつながる。これらの開口部は、その後使用されるストッパーによって密閉されることができ、例えば溶接作業などで、添加材料を接着又は溶接する、あるいは別の方法で、例えば確実なロック方式で、鋳造部品の周囲の材料に結合され得る。

密封の前に、突出部によって形成される開口部が使用されて、互いに交わる２つのサブセグメント間の接合部の中に侵入する融解金属によって形成され得る、生じる可能性のあるウェブを整えることができる。この目的のために、ドリルやミルなどの適切な機械加工ツールが、各開口部を通って案内され得る。

本発明によれば、鋳物用中子は、長手方向に互いに対向する２つの端面を含む、長手方向に延在する中空円筒の基本形状を有する。個々のサブセグメントは、そのような円筒のチューブ状に設計された鋳物用中子の場合、サブセグメント間に対応して配置された分離接合部により、シェルの方式で形成され得る。しかしながら、同様に、問題のサブセグメントが環状となるように、１つ又は複数のサブセグメントを鋳型の他のサブセグメントから分離することもまた好都合であり得る。言うまでもなく、このような環状設計は、鋳物用中子の形状がサブセグメント間の分離接合部の対応するコースを提供する場合、鋳型のすべてのサブセグメントについてもまた有利であり得る。

特に電動式駆動機械の冷却シースの製造のための本発明による鋳物用中子の典型的な設計は、鋳物用中子が、本発明に従って、少なくとも１つのセクションにわたって、鋳物用中子によって区切られた空間の周りに蛇行する方式で走るストリップとして設計されることの結果として達成される。

既に上記で示したように、本発明による鋳物用中子の場合、本発明による鋳物用中子のサブセグメント間の分離接合部のコースは、構造のコース及び配置に従って選択され、これらは、鋳造部品内のキャビティ、チャネルなどを形成するために、その壁の領域に設けられる。この場合、２つの隣接するサブセグメント間の分離接合部は、鋳物用中子の少なくとも長手方向のセクションに延在するか、又は鋳物用中子の少なくとも周方向のセクションに延在することができる。分離接合部はもちろん、その方向、すなわち鋳物用中子の長手方向のセクションにわたって、かつ周方向などの別のセクションにわたって方向を変えることもできる。特に、鋳物用中子が円筒状の中空体の形態を有する場合、分離平面が鋳物用中子の一方の端面から他方の端面まで互いに隣接する少なくとも２つのサブセグメント間に延在することが好都合であることが証明されている。

本発明による鋳物用中子のサブセグメントが確実なロックによって固定され、互いに当接する形成要素として設計されることが特に適していることが見出されており、それを介して隣接するサブセグメントが、少なくとも１つの方向で互いに対して、確実なロックにより不動に固定され、第１のサブセグメントの縁部側上に突出部が形成され、第１のサブセグメントの突出部を充填する凹部が第２のサブセグメントの縁部側上に形成される。この場合、凹部は、例えば、くさび形、円錐形、又はハーフシェル形のくぼみとして形成され、それに対応する断面の突出部は、くさび形、半円形に、又は円錐形に形成される。このようにして、一体に結合されるサブセグメントは、鋳物用中子を組み立てる場合に、自動調心の方法の確実なロック方式で互いに相互作用する形成要素を介して、想定される相対位置を正確に見つける。

したがって、本発明の中心概念は、基本形状の中空体を形成する複雑な形状の鋳物用中子をサブセグメントに分離することであり、前記サブセグメントは、もはや空間的に閉鎖されていない設計により、より簡単に製造されるばかりでなく、鋳造部品内の鋳物用中子によってそれぞれの場合に形成されるキャビティ、チャネルなどの正確な形成が保証されるように、適切に設計された形成要素を介して鋳物用中子内で互いに対して固定される。

この中心概念に従って、本発明による鋳物用中子を製造するための方法は、少なくとも以下の作業ステップ
ａ）鋳物用中子のサブセグメントを製造するステップであって、サブセグメントが、空間的に互いに分離され、形成砂及び結合剤、並びにその特性を設定するために添加されていてもよい添加剤からなる成形材料から互いに独立して物理的に形成されるステップと、
ｂ）鋳物用中子を形成するために互いに空間的に分離されて製造されたサブセグメントを一体に接合するステップと、
を提供する。

この文脈における「空間的に分離された」及び「物理的に独立した」とは、サブセグメントのそれぞれに対して、適切な鋳型キャビティが各場合に中子シューティング機内に設けられることを意味する。もちろん、これには、サブセグメントのそれぞれに鋳型キャビティが設けられている中子シューティングボックス内でサブセグメントを一体に同時に成形するという実際に重要な可能性が含まれる。本発明による方法のこの変形形態によって、本発明による鋳物用中子を形成するために一体に構成され得る、各１組のサブセグメントの費用効果がある、時間を節約した製造が可能になる。

本発明は、例示的な実施形態を表す図面を使用して以下により詳細に説明される。それぞれの場合の図が、以下に概略的に示される。

図１は、鋳物用中子の上方からの斜視図である。 図２は、図１による鋳物用中子の断面Ａを示す図である。 図３は、中子シューティングボックスの下部の平面図である。

鋳物用中子１は、円筒状の中空体の基本形状を有し、したがって、鋳物用中子１の下端面ＳＵから上端面ＳＯまで長手方向ＬＲに延在する内部ＩＲを区切る。

この目的のために実証され、それ自体既知の方法で成形砂及び有機又は無機結合剤から混合された成形材料から形成された鋳物用中子１は、車両駆動装置として機能する電動機用ハウジング内の冷却水シースを形成するのに役立ち、その冷却水シースは鋳型内で鋳造されるが、本明細書ではさらに図示されず、例えば、従来のアルミニウム鋳造材料用などの軽融解金属でできた中子容器として構成される。

鋳物用中子１の周壁２は、鋳物用中子１の長手方向軸線ＬＸの周りを循環する環状セグメント形状の環状セクション３及び蛇行セクション４によって形成される。

径方向ＲＲの外側に突出し、完成したハウジングの流入開口部を形成する突出部５から進み、特定の厚さのストリップのように形成された環状セクション３が、鋳物用中子１の周囲の約４分の３にわたって延在する。

蛇行セクション４の開始点は、環状セクション３の端部に結合されている。蛇行セクション４の屈曲部６は、それぞれの場合に、それらの長手方向セクション７が長手方向軸線ＬＸに軸方向に平行になるように配置される。この場合、蛇行セクション４は、環状セクション３の端部から環状セクション３の反対方向に進み、到着するまで鋳物用中子１によって区切られた内部ＩＲの周りを走り、その端部は、蛇行セクション４の開始点に隣接する長手方向セクション７’の端部に設けられる。そこから径方向外側に突出する突出部８は、完成したハウジング内に、鋳物用中子１によって形成される水シースの排水開口部を形成する。

鋳物用中子１は、９つのサブセグメント９〜１７に細分化される。第１のサブセグメント９は、突出部５から環状セクション３の長さの半分にわたって延在する。第２のサブセグメント１０は、環状セクション３の第２の半分を取り込む。第３から第９のサブセグメント１１〜１７は、各場合に蛇行セクション４の長さの約７分の１にわたって延在し、第９のサブセグメント１７は、蛇行セクション４の他のサブセグメント１１〜１６よりも、蛇行セクション４の端部につながる長手方向セクション付近で長い。

サブセグメント９、１０；１０、１１；１１、１２；１２、１３；１３；１４；１４；１５；１５、１６；１６；１７が互いに当接する分離接合部（分離接合部１８〜２４は図１に見ることができる）は、各場合に長手方向ＬＲの第１セクション２５に、及び周方向ＵＲの隣接するセクション２６に走り、セクション２５と２６との間に形成される角度は９０°に等しくない可能性があり、したがって、セクション２５の位置合わせは、長手方向ＬＲばかりでなく、周方向ＵＲにも１つの成分を有することができ、セクション２６の位置合わせは、周方向ＵＲばかりでなく長手方向ＬＲにも１つの成分を有することができる。

この場合、サブセグメント９〜１６の縁部側に隣接する各分離接合部１８〜２４が、分離接合部１８〜２４で互いに出会う領域において、形成要素２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂは、径方向外側に突出する突出部の形態で設計される。分離接合部１８〜２４でそのように形成された形成要素２７ａ〜３０ｂの対２７ａ、２７ｂ；２８ａ、２８ｂ；２９ａ、２９ｂ；３０ａ、３０ｂの１つの形成要素２７ａ、２８ａ、２９ａ、３０ａは、各場合に、その突出部の長さＬＶにわたって延在する１つの凹部３１を有し、その凹部３１は円の４分の３に相当する断面で形成された切り込みの方式で形成される。したがって、各場合に形成要素２７ａ、２８ａ、２９ａ、３０ａに割り当てられた形成要素２７ｂ、２８ｂ、２９ｂ、３０ｂは、同様に４分の３の円形の断面を有するくさび形である。このようにして、形成要素２７ｂ、２８ｂ、２９ｂ、３０ｂは、各場合に割り当てられた形成要素２７ａ、２８ａ、２９ａ、３０ａの凹部３１を充填して、形成要素の対２７ａ、２７ｂ；２８ａ、２８ｂ；２９ａ、２９ｂ；３０ａ、３０ｂによって形成される径方向外側に突出する突出部は、全体として円形の断面形状を有する。

各場合にサブセグメント９〜１７に設けられた形成要素２７ａ〜３０ｂ及び分離接合部１８〜２４の領域で互いに当接するそれらの縁部側を介して、サブセグメント９〜１７が、周方向ＵＲ及び長手方向ＬＲに確実なロック方式で固定されて、周方向ＵＲ及び長手方向ＬＲにおける相対運動が下端面ＳＵ上で防止されるようになる。

環状中子１を製造するために、中子シューティングボックスが提供され、その下部４０が図３に示されている。分かりやすくするために本明細書ではさらに示されていないが、中子シューティングボックスは、２つの同一の環状中子１のためのサブセグメント９〜１７がその中にシュートされ得るように設定される。したがって、互いに空間的に分離された２組の鋳型キャビティ４９〜５７が、中子シューティングボックスの下部４０内に、及び本明細書に示されていない中子シューティングボックスの関連する上部内に対応する方法で形成される。中子ボックスをシュートした後、ここでサブセグメント９〜１７の２組がそれ自体既知の方法でシュートされ得る。次に、それらは２つの環状中子１を形成するように構成される。この場合、この構成は、鋳物用中子１が各鋳型の中に配置される前に発生することができ、又はサブセグメント９〜１７は、その中に設けられる鋳物用中子１を形成する各鋳型内で構成され得る。

１ 鋳物用中子
２ 鋳物用中子１の周壁
３ 鋳物用中子１の環状セクション
４ 鋳物用中子１の蛇行セクション
５ 突出部
６ 屈曲部
７，７’ 長手方向セクション
８ 突出部
９−１７ サブセグメント
１８−２４ 分離接合部
２５ 長手方向ＬＲに走る分離接合部のセクション
２６ 周方向ＵＲに走る分離接合部のセクション
２７ａ−３０ｂ 形成要素
３１ 凹部
４０ 中子ボックス下部
４９−５７ 鋳型キャビティ
ＩＲ 鋳物用中子によって区切られた内部
ＬＲ 鋳物用中子１の長手方向
ＬＶ 突出部の長さ
ＵＲ 鋳物用中子１の周方向
ＲＲ 径方向
ＳＵ 鋳物用中子１の下端面
ＳＯ 鋳物用中子１の上端面
ＬＸ 鋳物用中子１の長手方向軸線

Claims (7)

1. 鋳物砂及び結合剤、並びにその特性を設定するために添加されていてもよい添加剤から形成される混合物からなる成形材料から成形される鋳物用中子であって、
   当該鋳物用中子（１）が少なくとも２つのサブセグメント（９〜１７）に分割されており、
   確実なロック方式で互いに相互作用する形成要素（２８ａ〜３０ｂ）が縁部側に設けられ、これにより互いに隣接して配置された前記サブセグメント（９〜１７）が互いに当接するか、
   又は、これらの縁部側に近接し、形成要素を介して互いに隣接して配置された前記サブセグメント（９〜１７）が、確実なロックによって少なくとも一方向（ＬＲ、ＵＲ）で互いに不動に固定され、
   当該鋳物用中子が、長手方向（ＬＲ）に互いに対向する２つの端面（ＳＯ、ＳＵ）を含む、前記長手方向（ＬＲ）に延在する中空円筒の基本形状を有し、
   当該鋳物用中子が、当該鋳物用中子（１）により区切られた空間（ＩＲ）の周りに蛇行形状で延在するストリップとして、少なくとも一部（４）にわたって形成される、ことを特徴とする鋳物用中子。
2. 前記サブセグメント（９〜１７）が、少なくとも確実なロック方式で互いに対して固定されたそれらの形成要素（２８ａ〜３０ｂ）の領域で互いに接着されていることを特徴とする、請求項１に記載の鋳物用中子。
3. 分離接合部（１８〜２４）が、当該鋳物用中子（１）の前記長手方向（ＬＲ）の少なくとも一部において、２つの隣接するサブセグメント（９〜１７）の間に延在することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の鋳物用中子。
4. 分離接合部（１８〜２４）が、当該鋳物用中子（１）の一方の端面から他方の端面まで、互いに隣接する少なくとも２つのサブセグメント（９〜１７）の間に延在することを特徴とする、請求項２に記載の鋳物用中子。
5. 分離接合部（１８〜２４）が、当該鋳物用中子（１）の周方向（ＵＲ）において、互いに隣接する２つのサブセグメント（９〜１７）の間に延在することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の鋳物用中子。
6. 隣接するサブセグメント（９〜１７）が少なくとも１つの方向（ＬＲ、ＵＲ）に互いに対して不動に確実なロックによって固定される形成要素（２８ａ〜３０ｂ）として、第１のサブセグメント（９〜１７）の縁部側上に突出部が形成され、第２のサブセグメント（９〜１７）の縁部側上に凹部（３１）が形成され、該凹部（３１）が前記第１のサブセグメント（９〜１７）の前記突出部を充填することを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載の鋳物用中子。
7. 前記形成要素（２８ａ〜３０ｂ）が、径方向に突出する突出部として形成され、これを介して、隣接するサブセグメント（９〜１７）が、少なくとも１つの方向（ＬＲ、ＵＲ）で互いに不動に確実なロックによって固定されることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載の鋳物用中子。
   

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