JP6915206B2 - 薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄肉シェルモールドを使用する溶湯鍛造方法に関するものであり、さらに詳しくは、薄肉シェルモールドを使用する金属成型方式であり、圧力差によって充填鋳造すると共に、正圧空間中に加圧冷却することにより、金型材料を減少させ、かつ加圧時における薄肉シェルモールドの破裂の防止可能な薄肉シェルモールドを使用する溶湯鍛造方法に関するものである。

鋳造方法としては、一般に２種の工法に分類され、その一つである重力鋳造方法によれば、金属などの材料を融解するまで加熱し、そして溶融状態下において、それを、予め作製しておいた鋳造金型内に注ぎ入れ、凝固した後、所定の鋳物を得ることができる。このように、操作が簡単でコストが最も少ない重力鋳造方法は、鋳造方式の一種であるが、その鋳造ヘッドが比較的に大きいので、多量の鋳造材料が費やされやすく、かつ鋳込み時に気体及び不純物を巻き込みやすいことは、品質不良の原因の一つになっている。一方、低圧鋳造方法は、低圧（大気圧力よりも低い。）環境下で行われる鋳造方式である。この方法によれば、液体鋳造材料が鋳込み口を通じて円滑に金型中に注入できるので、その利点は、充填速度をより制御しやすくなると共に、鋳込み時に負圧状態下で押込みを行って空気の巻き込み及び不純物の混入を減少させ、そして鋳物の輪郭を明確化し、かつ表面を平滑かつ光沢のある面に仕上げるのに役立つ。

また、鋳造の面では、金型の相違によりさらに変化をもたせることができ、ロストワックス法を使用して形成されたセラミック金型は、精度を増加させることができるのみならず、その表面も鋳造に比べてより一層精緻な面に仕上げられるが、それに比べて金型の作業が複雑で繁雑な手数を必要とし、鋳込み時の強度を十分に支持するように、絶えずに糊付けして乾燥させることによりそれを増厚させる必要がある。

二つ目の工法である圧潰鋳造方法とも称される溶湯鍛造方法は、現在、欠陥を減少させ克服するために研究開発されている鋳造方式であり、溶融金属を金型中に注入することにより、融液凝固前に高い圧力を付与し、高圧環境下で完全凝固されるまで、圧力鋳造及び低圧鋳造に比べて、さらに厚さを有する製品に適合使用でき、その利点は、内部気孔、収縮巣やポロシティなどの欠陥を克服でき、その表面粗さが低く、寸法精度を高めることができると共に、鋳造クラックの生成を防止することができ、機械化自動化方式と表現されている。

従って、本発明の課題は、溶湯鍛造方法をさらに改善するものであり、薄肉シェルモールドを使用する溶湯鍛造方法において、薄肉シェルモールドを使用する金属成型方式であって、金型材料の減少化を達成し、かつ加圧時における薄肉シェルモールドの破裂の防止可能な方法を提供することにある。

そこで、本発明者は、本発明の前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、薄肉シェルモールドを使用する金型成形方式であり、圧力差によって充填鋳造すると共に、正圧空間中に加圧冷却することにより、前記課題を解決できる点に着目し、かかる知見に基づいて本発明に想到するに至った。
すなわち、本発明の薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法は、薄肉シェルモールドを調製することにより、これと共に薄肉シェルモールドは、焼結補強処理を経て各埋設砂を緊密に填装する箱体中に設けられ、かつ圧力室に対して減圧とし、鋳造材料を負圧下で溶錬して薄肉シェルモールド内に注入し、そして薄肉シェルモールドを隔離して真空状態に置き、次いで負圧を解除し、さらに薄肉シェルモールドの内側と外端とに圧力差を有するために、鋳造材料を内側空間に補填して鋳込みを完成し、それを徐々に降温させ、さらに圧力を８０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２まで向上させ、正圧力を経て埋設砂が突き当てられる状態を呈することに合わせて、薄肉シェルモールド内の高圧力を平衡させ、それを圧潰して冷却し、冷却された鋳物を取り出し、薄肉シェルモールドを振砕して完成品を取得するという構成からなるものである。

かくして、本発明の要旨は次の（１）〜（５）に記載の通りのものである。
（１）造型準備ステップ（Ｓ１）と、焼結ステップ（Ｓ２）と、砂埋没減圧ステップ（Ｓ３）と、原料注入ステップ（Ｓ４）と、加圧ステップ（Ｓ５）と、成形ステップ（Ｓ６）と、完成ステップ（Ｓ７）とを含む薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法であって、
前記造型準備ステップ（Ｓ１）において、薄肉シェルモールドを調製し、前記薄肉シェルモールドはセラミック材料から作製され、かつ厚さが０．５〜２．０ｍｍの間にあり、前記薄肉シェルモールドの上端に鋳込み口が設けられ、その口径を２５ｍｍ〜４５ｍｍにして跳水作用を軽減すると共に、前記薄肉シェルモールドの外周囲箇所に外周囲面と垂直方向を呈する複数個の支持枠が設置され、また前記薄肉シェルモールドの内部に希釈したセラミックスラリーを流し込むことにより、これと共に余分のスラリーを導出して乾燥させた後、前記薄肉シェルモールドの内縁が光沢滑面を表現し、また前記薄肉シェルモールドの外縁が粗いマット面で表現され、また圧力室を準備し、かつ前記圧力室中にさらに溶錬炉が設けられ、及び前記圧力室中に設けられる箱体を備え、前記箱体に前記箱体の内側温度を制御する温度制御装置が設けられ、
前記焼結ステップ（Ｓ２）において、造型準備ステップの薄肉シェルモールドは、焼結補強を経て、その焼結温度を６００℃以下に維持し、低温方式によりセラミック材料を焼結させると共に、セラミック化作用の発生を防止することで、前記薄肉シェルモールドの冷熱収縮膨張に対する耐力を増加させ、前記薄肉シェルモールドの開裂を防止し、
前記砂埋没減圧ステップ（Ｓ３）において、焼結完成の薄肉シェルモールドを前記箱体中に設けると共に、前記箱体中に複数個の埋設砂を填装することで、各埋設砂を前記薄肉シェルモールドの外側と各支持枠との間に完全緊密に圧合することにより、前記薄肉シェルモールドの外側に支持されると共に、前記薄肉シェルモールドの外縁の粗いマット面を介してさらに各埋設砂と互いに付着することにより、接触面積を増加させると共に、前記圧力室の内部の空間全体に対して減圧を行うことで、気圧を−０．０２〜−０．０５ＭＰＡに維持して負圧で示し、さらに負圧下において前記温度制御装置により前記箱体の内側を加熱すると共に、各埋設砂の平均伝熱伝導度に沿って前記薄肉シェルモールドの外縁の粗い面により熱伝導を増加して安定的に予熱され、
前記原料注入ステップ（Ｓ４）において、前記圧力室に設けられる溶錬炉内の鋳造材料を、前記圧力室の負圧下で溶錬して前記鋳込み口から予熱完成の薄肉シェルモールド内に注入し、原料供給装置により押込みを行うと共に、鋳造材料を１０〜２０ｋｇ／ｃｍ２の力で持続的に前記鋳込み口箇所に補填して被覆状態を呈して、前記鋳込み口から補填された鋳造材料で前記薄肉シェルモールドの内部空間を隔離することで、前記薄肉シェルモールドの内部未填空間が真空状態を呈し、
前記加圧ステップ（Ｓ５）において、原料注入ステップ（Ｓ４）中の鋳造材料の充填を完成した後、直ちに負圧状態を解除すると共に、気体を前記圧力室に導入することにより、さらに前記薄肉シェルモールドの内側が真空状を呈する内部空間と外端の前記圧力室の内側とに圧力差を有するために、鋳造材料を前記薄肉シェルモールド内に向かって流動させるようにすることで、鋳造材料を前記薄肉シェルモールドの内側空間に補填すると同時に、外側の圧力押込みを経由して鋳造材料が内向きに流動しなくなるように供される時に、鋳込みが完成され、
前記成形ステップ（Ｓ６）において、前記箱体の温度制御装置を停止することにより、前記薄肉シェルモールド内の鋳造材料を徐々に降温させ、さらに継続して前記圧力室内の圧力を８０〜１００ｋｇ／ｃｍ２まで向上させて高正圧で示し、外部の正圧力を経て鋳造材料の前記薄肉シェルモールドの内縁壁に突き当てられる交互作用に合わせて、かつ前記箱体中に設置される埋設砂が、前記薄肉シェルモールドの外部に突き当てられる状態を呈することにより、前記薄肉シェルモールド内の高圧力を平衡させ、前記薄肉シェルモールドの内外圧力差を低減して前記薄肉シェルモールド及び鋳物の損壊を防止し、そして鋳造材料を前記薄肉シェルモールドの内側箇所に圧潰を受けさせると共に冷却させ、鋳造材料を前記薄肉シェルモールドの内縁壁箇所に緊密に付着させ、鋳物の表面に全金型の高仕上げ度を有するように供され、
前記完成ステップ（Ｓ７）において、冷却完成の鋳物を前記薄肉シェルモールドと一緒に取り出すと共に、前記薄肉シェルモールドを振砕して完成品を取得する
ことを特徴とする薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法。

（２）原料注入ステップ（Ｓ４）に至る過程において、前記溶錬炉内の鋳造材料は半固態状を呈し、加圧ステップ（Ｓ５）において、鋳込みを完成する際に、さらに持続的に前記温度制御装置は２〜７分間予熱されるように供されると共に、圧力を２５〜３０ｋｇ／ｃｍ２まで向上させることにより、前記薄肉シェルモールドを鋳造材料の間に安定に付着させ、そして成形ステップ（Ｓ６）において、冷却時に収縮比を減少させることを特徴とする請求項１に記載の薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法。

（３）前記箱体には、前記薄肉シェルモールドの鋳込み口の穿設のために、さらに前記箱体の上端に設置されると共に、穿口を有する蓋体が設けられることを特徴とする請求項１に記載の薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法。

（４）加圧ステップ（Ｓ５）に至る時に、前記蓋体をさらに下向きに押圧して圧力５〜１５ｋｇ／ｃｍ２を付与することにより、各埋設砂の前記薄肉シェルモールドの外側に平均的に対応する圧力を増加させることを特徴とする請求項３に記載の薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法。

（５）加圧ステップ（Ｓ５）に至る時に、前記圧力室に気体を充填することにより、前記圧力室の内部圧力が大気圧力を超えると共に、圧力範囲を１５〜５０ｋｇ／ｃｍ２に保持し、圧力を２〜５分間維持すると共に、前記薄肉シェルモールドを持続的に加熱することで、前記薄肉シェルモールドの鋳込み口箇所の鋳造材料に圧力を受けさせることを特徴とする、請求項１に記載の薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法。

本発明に係る溶湯鍛造方法は、前記の通りの構成からなるものであり、後述のように、薄肉シェルモールドを使用する金属成型方式を提供することができ、かかる金型成型方式の提供により、金型材料の使用量の減少を達成することができ、かつ加圧時に薄肉シェルモールドの破裂を効果的に防止することができる。

本発明の一実施形態に係る薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法のプロセスブロック図である。 本発明の一実施形態に係る薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法のステップＳ１〜Ｓ４の詳細プロセスブロック図である。 本発明の一実施形態に係る薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法のステップＳ５〜Ｓ７の詳細プロセスブロック図である。 本発明の一実施形態に係る薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法の薄肉シェルモールドを示す図である。 本発明の一実施形態に係る薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法の好適な実施例の圧力室減圧の使用状態図である。 本発明の一実施形態に係る薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法の好適な実施例の蓋体による加圧状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法の好適な実施例の鋳造材料の充填による加圧状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法の好適な実施例の圧力室増圧の使用状態図である。 本発明の一実施形態に係る薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法の好適な実施例の圧力量の一部拡大図である。 本発明の一実施形態に係る薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法の好適な実施例の圧力量の一部拡大図である。

以下、図面により本発明を具体的に説明する。もっとも、本発明は、かかる図面により限定されるものではない。
図１〜図１０に示すように、本発明の薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法は、下記のステップを含む。
造型準備ステップ（Ｓ１）にて、薄肉シェルモールド１を調製し、前記薄肉シェルモールド１はセラミック材料から作製され、かつ厚さが０．５〜２．０ｍｍの間にあり、前記薄肉シェルモールド１の上端に鋳込み口１１が設けられ、その口径を２５ｍｍ〜４５ｍｍの間にして跳水作用を軽減すると共に、前記薄肉シェルモールド１の外周囲箇所に外周囲面と垂直方向を呈する複数個の支持枠１２が設置され、また前記薄肉シェルモールド１の内部に希釈したセラミックスラリーを流し込むことにより、これと共に余分のスラリーを導出して乾燥させた後、前記薄肉シェルモールド１の内縁が光沢滑面を表現し、また前記薄肉シェルモールド１の外端が粗いマット面で表現され、また圧力室２を準備し、かつ前記圧力室２中にさらに溶錬炉２１が設けられ、及び前記圧力室２中に設けられる箱体３を備え、前記箱体３に前記箱体３の内側温度を制御する温度制御装置３１が設けられる。

焼結ステップ（Ｓ２）にて、造型準備ステップの薄肉シェルモールド１は、焼結補強を経て、その焼結温度を６００℃以下に維持し、低温方式によりセラミック材料を焼結させると共に、セラミック化作用の発生を防止することで、前記薄肉シェルモールド１の冷熱収縮膨張に対する耐力を増加させ、前記薄肉シェルモールド１の開裂を防止する。

砂埋没減圧ステップ（Ｓ３）にて、焼結完成の薄肉シェルモールド１を前記箱体３中に設けると共に、前記箱体３中に複数個の埋設砂３０を填装することで、各埋設砂３０を前記薄肉シェルモールド１の外側と各支持枠１２との間に完全緊密に圧合することにより、前記薄肉シェルモールド１の外側に支持されると共に、前記薄肉シェルモールド１のその外縁の粗いマット面を介してさらに各埋設砂３０と互いに付着することにより、接触面積を増加させると共に、前記圧力室２の内部の空間全体に対して減圧を行うことで、気圧を−０．０２〜−０．０５ＭＰＡに維持して負圧で示し、さらに負圧下において前記温度制御装置３１により前記箱体３の内側を加熱すると共に、各埋設砂３０の平均伝熱伝導度に沿って前記薄肉シェルモールド１の外縁面の粗い面により熱伝導を増加して安定に予熱する。

原料注入ステップ（Ｓ４）にて、前記圧力室２に設けられる溶錬炉２１内の鋳造材料を、前記圧力室２の負圧下で溶錬して前記鋳込み口１１から予熱完成の薄肉シェルモールド１内に注入し、それは原料供給装置２１１により押込みを行うと共に、鋳造材料を１０〜２０ｋｇ／ｃｍ^２の力で持続的に前記鋳込み口１１箇所に補填して被覆状態を呈して、前記鋳込み口１１から補填された鋳造材料で前記薄肉シェルモールド１の内部空間を隔離することで、前記薄肉シェルモールド１の内部未填空間が真空状態を呈する。

加圧ステップ（Ｓ５）において、原料注入ステップ（Ｓ４）中の鋳造材料の充填を完成した後、直ちに負圧状態を解除すると共に、気体を前記圧力室２に導入することにより、さらに前記薄肉シェルモールド１の内側が真空状を呈する内部空間と外端の前記圧力室２の内側とに圧力差を有するために、鋳造材料を前記薄肉シェルモールド１内に向かって流動させるようにすることで、鋳造材料を前記薄肉シェルモールド１の内側空間に補填すると同時に、外側の圧力押込みを経由して鋳造材料が内向きに流動しなくなるように供される時に、鋳込みを完成する。

成形ステップ（Ｓ６）において、前記箱体３の温度制御装置３１を停止することで、前記薄肉シェルモールド１内の鋳造材料を徐々に降温させ、さらに絶えずに前記圧力室２内の圧力を８０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２まで向上させて高正圧で示し、外部の正圧力を経て鋳造材料の前記薄肉シェルモールド１の内縁壁に突き当てられる交互作用に合わせて、かつ前記箱体３中に設置される埋設砂３０が、前記薄肉シェルモールド１の外部に突き当てられる状態を呈することにより、前記薄肉シェルモールド１内の高圧力を平衡させ、前記薄肉シェルモールド１の内外圧力差を低減して前記薄肉シェルモールド１及び鋳物の損壊を防止し、そして鋳造材料を前記薄肉シェルモールド１の内側箇所に圧潰を受けさせると共に冷却させ、鋳造材料を前記薄肉シェルモールド１の内縁壁箇所に緊密に付着させ、鋳物の表面に全金型の高仕上げ度を有するように供される。

完成ステップ（Ｓ７）において、冷却完成の鋳物を前記薄肉シェルモールド１と一緒に取り出すと共に、前記薄肉シェルモールド１を振砕して完成品４を取得する。

以上の構造により、さらに後述のように説明される。

前述のように、原料注入ステップ（Ｓ４）に至る過程において、前記溶錬炉２１内の鋳造材料は半固態状を呈し、加圧ステップ（Ｓ５）において、鋳込みを完成する時に、さらに持続的に前記温度制御装置３１は２〜７分間予熱するように供されると共に、圧力を２５〜３０ｋｇ／ｃｍ^２まで向上させることで、前記薄肉シェルモールド１を鋳造材料の間に安定に付着させ、そして成形ステップ（Ｓ６）において、冷却時にその収縮比を減少させる。

その内、前記箱体３には、前記薄肉シェルモールド１の鋳込み口１１の穿設のために、さらに前記箱体３の上端に設置されると共に、穿口３２１を有する蓋体３２が設けられる。

その内、加圧ステップ（Ｓ５）に至る過程において、前記蓋体３２をさらに下向きに押圧して圧力５〜１５ｋｇ／ｃｍ^２を付与することにより、各埋設砂３０の前記薄肉シェルモールド１の外側に平均的に対応する圧力を増加させる。

その内、加圧ステップ（Ｓ５）に至る過程において、前記圧力室２に気体を充填することにより、前記圧力室２の内部圧力を大気圧力を超えさせると共に、圧力範囲を１５〜５０ｋｇ／ｃｍ^２に保持し、圧力を２〜５分間維持すると共に、前記薄肉シェルモールド１を持続的に加熱することで、前記薄肉シェルモールド１の鋳込み口１１箇所の鋳造材料に圧力を受けさせる。

上記を経由して、本発明の薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法の好適な実施例について、以下のように詳述する。

本発明は、鋳込み作業に使用され、とりわけ圧力を変えることによって鋳込みを行うと共に、前記薄肉シェルモールド１の内側が負圧で示される一方、外側が正圧で示されることにより、超高正圧下に適用できないセラミック材料から作製された薄肉シェルモールド１は、内外圧力差によって溶湯鍛造の方法に適用され、余分のシェルモールドに要するコストを省くことができる。その使用上では、セラミック材料から作製されてなる薄肉シェルモールド１を用い、それはロストワックス法または立体印刷機でセラミック材料の外型を固定して形成され、その厚さが０．５〜２．０ｍｍの間にあるので、セラミック材料の使用量を節約すると共に、前記薄肉シェルモールド１上に前記鋳込み口１１が設けられ、かつ口径を２５〜４５ｍｍの間にして鋳込み時に跳水作用の発生を減少させることができ、完成した完成品４の鋳物破損を防止し、かつ前記薄肉シェルモールド１の外側端に外周囲と垂直を呈する支持枠１２が設置されることにより、その支持作用を増加させると共に、薄肉シェルモールド１外の加熱作用への妨害を減少させるように供される。また、前記薄肉シェルモールド１の内縁にさらに希釈したセラミックスラリーを使用して流し込むと共に、乾燥を経た後の内縁が光沢滑面を表現して、後続の鋳込みに供される時に、光沢で滑らかな表面を有する鋳物を生成することができる。また、前記圧力室２を準備して後続の鋳込み時の圧力を調整し、かつ箱体３を設置して薄肉シェルモールド１に各埋設砂３０の埋設及び加温予熱の使用のために供される。これで前記薄肉シェルモールド１の調製を完成した後に、薄肉シェルモールド１は焼結を経て、その圧力に対する耐力を増加させると共に、６００℃の低温加熱方式を選択して焼結することにより、前記薄肉シェルモールド１のセラミック化を防止して温度差及び加圧に対する耐力に影響を与える。

また、焼結完成の薄肉シェルモールド１は、前記箱体３中を砂で埋めることを経て、各埋設砂３０を用いて前記薄肉シェルモールド１の外部を支持すると共に、前記圧力室２を用いて減圧を行うことにより、気圧を−０．０２〜−０．０５ＭＰＡに維持し、そして負圧環境下で前記温度制御装置３１を経て箱体３の内側に対して加熱し、各埋設砂３０により熱伝導され、平均的に熱度を前記薄肉シェルモールド１に伝達させ、かつ前記薄肉シェルモールド１は、比較的に薄い厚さを使用するため、迅速に熱度を伝達することができ、前記薄肉シェルモールド１の内側に対して予熱を行う。

このため、負圧状況下で加熱熔煉した鋳造材料を前記鋳込み口１１から注入すると共に、原料供給装置２１１を用いて予圧を付与して１０〜２０ｋｇ／ｃｍ^２の力度合いで鋳造材料を前記薄肉シェルモールド１に注入する。そして、前記薄肉シェルモールド１は、外側の埋設砂３０を経て各支持枠１２に合わせて、鋳造材料を圧潰する力強さを支持し、鋳造材料を前記鋳込み口１１に補填して被覆状態を呈すると、さらに前記鋳込み口１１箇所を介して前記薄肉シェルモールド１の内外の出入口を阻隔することにより、前記薄肉シェルモールド１の内外を仕切り隔てることにより、前記薄肉シェルモールド１内の残余空間が真空状態を呈するように構成される。

また、気体を前記圧力室２に導入することにより、前記圧力室２を正常な大気圧力に徐々に復帰させると共に、前記薄肉シェルモールド１の内側の負圧と圧力差を生じさせることで、充填された鋳造材料を内外での正圧が負圧に合わせられて生じる圧力差によって前記薄肉シェルモールド１に填装すると共に、前記薄肉シェルモールド１は、持続的に予熱下で継続的に内部の負圧空間に補填し、そして補填完成後に温度制御装置３１を停止することができ、それを各埋設砂３０及び前記薄肉シェルモールド１の熱伝導速度により温度を下降させると共に、持続的に前記圧力室２の内部圧力を８０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２まで高めることで、鋳造材料を高圧下で完成品４の鋳物を冷却形成する。そして、それを取り出して前記薄肉シェルモールド１を振砕し、高仕上げ度を有する完成品４を取得し、そして伝統的な溶湯鍛造にコストがかかる金型を省略することができ、かつ少量に生産できると共に、良好な安定度を有し、一般の溶湯鍛造とは異なり、そのシェルモールドの製造はセラミックを選択しても、過度の加圧をすることで破損につながることがない。

また、加圧ステップ（Ｓ５）において、さらに前記圧力室２に気体を充填することにより、前記圧力室２の内部圧力を大気圧力を超えさせると共に、圧力範囲を１５〜５０ｋｇ／ｃｍ^２に保持し、圧力を２〜５分間維持すると共に、前記薄肉シェルモールド１を持続的に加熱することで、前記薄肉シェルモールド１の鋳込み口１１箇所の鋳造材料に圧力を受けさせて前記薄肉シェルモールド１の内部空間への補填を行う。

ここで、上記についてテストデータを提供する。

鋳造材料を液態として用い、前記薄肉シェルモールド１に完全に充填満了しておらず、前記薄肉シェルモールド１の内部の負圧度が−０．０５ＭＰＡである場合には、不活性気体を使用して充填することで、前記圧力室２の圧力を高める。

上記から分かるように、前記薄肉シェルモールド１に完全に充填満了していない時、薄肉シェルモールド１の厚さが薄ければ薄いほど、その耐圧程度が低くなり、かつ厚さ０．５ｍｍの薄肉シェルモールド１に対して４０ｋｇ／ｃｍ^２以上の圧力を加える時に破損につながるおそれがあるため、充填満了していない状態下で圧力を緩減させると共に予熱を維持することで、前記鋳造材料を薄肉シェルモールド１内に全充填させるようにする。

かかる作業により、充填完成後の薄肉シェルモールド１は、内部の鋳造材料の突け当てと外部の圧力平衡を経て、耐力を十分に高めることができ、下記の表２のように示される。

このため、前記のように対比づけると、低正圧（１０〜２０ｋｇ／ｃｍ^２）を経て鋳造材料を前記薄肉シェルモールド１に充填満了するのを確認した後、次いで高正圧（８０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２）を負荷するため、薄肉シェルモールド１の厚さを減少することができ、セラミック材料を節約する目的が達成され、かつ言及に値するのは、前記薄肉シェルモールド１の厚さが薄ければ薄いほどの場合では、その放熱効果が相対的に高くなると共に、異なる段階に異なる圧力を加えて制御することにより、さらに鋳造効率を向上させると共に、鋳造加圧を維持して力学性能を変化する作用効果が得られることである。

なお、鋳造材料をさらに半固態形態下で前記薄肉シェルモールド１に注入することができる。

ここに至って、上記から分かるように、使用上、鋳造材料を半固態形態まで加熱し、半固態での流動性が比較的に低いので、相対的により高い圧力でなければ、押込みを行うことができないが、その半固態の金属の変形量が比較的に低く、かつ温度が液体状態に比べて低くなり、そして、比較的に薄い薄肉シェルモールド１を使用する場合に、より大きい圧力を付与し、かつ冷却時の収縮が液体金属の冷却凝固よりも小さいため、さらなる正確な寸法の完成品４をさらに取得することができると共に、良好な外表面を有し、及び金属加工性を向上させるので、半固態の金属を使用して前記薄肉シェルモールド１に対して充填することが最適である。

特別に言及するのは、本発明は、一般の伝統的な溶湯鍛造に比較して、流動性がより高く、かつ融点がより低い金属を使用する必要があり、さらにセラミック材料により作製された薄肉シェルモールド１は、その他の金属材料に適用されてもよく、セラミックの高耐熱の特性を埋設砂３０と合わせた後に耐圧性を向上させることにより、その他の低い流動の金属材料の鋳造に提供でき、かつ伝統的な溶湯鋳造に対して、本発明は、単回使用のシェルモールドで溶湯鍛造を行うので、伝統的な金型のようにメンテナンスを行う必要がなく、その金型も立体印刷やロストワックス法などの方式によって完成されるため、生産効率を増大させる。

上記説明によれば、本発明の作用効果は、薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法に係り、さらに詳細に言えば、下記のステップにより歩留まりを高め、及び消耗材を減少させる方法を提供することにある。

それは、まず、薄肉シェルモールド１を調製し、その厚さが０．５〜２．０ｍｍの間にあると共に、セラミック材料を選択して作製され、かつ前記薄肉シェルモールド１の上端箇所に前記鋳込み口１１が設けられる。その口径を２５ｍｍ〜４５ｍｍにして跳水作用を軽減すると共に、前記薄肉シェルモールド１の外周囲箇所に外周囲面と垂直方向を呈する複数個の支持枠１２が設置されることにより、前記薄肉シェルモールド１の外側を支持する。また、前記薄肉シェルモールド１の内部に希釈したセラミックスラリーを流し込むことにより、これと共に余分のスラリーを導出して乾燥させた後、前記薄肉シェルモールド１の内縁が光沢滑面を表現し、また前記薄肉シェルモールド１の外端が粗いマット面で表現される。また前記圧力室２を準備し、かつ前記圧力室２中にさらに前記溶錬炉２１が設けられ、及び前記圧力室２中に設けられる前記箱体３を備え、前記箱体３に前記箱体３の内側温度を制御する前記温度制御装置３１が設けられると共に、調製された薄肉シェルモールド１は焼結補強を経て、温度を６００℃以下に維持することで、低温方式によりセラミック材料を焼結させる。同時に、セラミック化作用の発生を防止することで、前記薄肉シェルモールド１の冷熱収縮膨張に対する耐力を増加させ、前記薄肉シェルモールド１の開裂を防止する。次いで焼結完成の薄肉シェルモールド１を前記箱体３中に設けると共に、前記箱体３中に各埋設砂３０を填装することで、各埋設砂３０を前記薄肉シェルモールド１の外側と各支持枠１２との間に完全緊密に圧合することにより、前記薄肉シェルモールド１の外側に支持されると共に、前記薄肉シェルモールド１のその外縁の粗いマット面を介してさらに各埋設砂３０と互いに付着することにより、接触面積を増加させると共に、前記圧力室２の内部の空間全体に対して減圧を行うことで、気圧を−０．０２〜−０．０５ＭＰＡに維持して負圧で示す。さらに負圧下において前記温度制御装置３１により前記箱体３の内側を加熱すると共に、各埋設砂３０の平均伝熱伝導度に沿って前記薄肉シェルモールド１の外縁面の粗い面により熱伝導を増加して、前記薄肉シェルモールド１に安定に予熱し、そして鋳造材料を負圧下で溶錬して前記鋳込み口１１から予熱完成の薄肉シェルモールド１内に注入することを経て、前記原料供給装置２１１により押込みを行う。鋳造材料を１０〜２０ｋｇ／ｃｍ^２の力で持続的に前記鋳込み口１１箇所に補填して被覆状態を呈して、前記鋳込み口１１から補填された鋳造材料で前記薄肉シェルモールド１の内部空間を隔離することで、前記薄肉シェルモールド１の内部未填空間が真空状態を呈し、それから直ちに前記圧力室２の負圧状態を解除すると共に、気体を前記圧力室２に導入することにより、前記薄肉シェルモールド１の内側の内部空間と外端とに圧力差を有するために、鋳造材料を内向きに流動させるようにすることで、鋳造材料を前記薄肉シェルモールド１の内側空間に補填する。同時に、外側の圧力押込みを経由して鋳造材料が内向きに流動しなくなるように供される時に、鋳込みを完成する。次いで前記箱体３の温度制御装置３１を停止することで、前記薄肉シェルモールド１内の鋳造材料を徐々に降温させ、さらに絶えずに前記圧力室２の圧力を８０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２の間まで向上させて、外部の正圧力を経て鋳造材料の前記薄肉シェルモールド１の内縁壁に突き当てられる交互作用に合わせて、かつ前記薄肉シェルモールド１の外縁の埋設砂３０が互いに突き合わされる状態を呈することにより、前記薄肉シェルモールド１内の高圧力を平衡させ、前記薄肉シェルモールド１の内外圧力差を低減して前記薄肉シェルモールド１及び鋳物の損壊を防止する。そして鋳造材料を前記薄肉シェルモールド１の内側箇所に圧力を受けさせると共に冷却させ、鋳造材料を前記薄肉シェルモールド１の内縁壁箇所に緊密に付着させ、鋳物の表面に全金型の高仕上げ度を有するように供され、そして冷却完成の鋳物を前記薄肉シェルモールド１と一緒に取り出すと共に、前記薄肉シェルモールド１を振砕して前記完成品４を取得する。
このようにして、薄肉シェルモールドを使用する溶湯鍛造方法に係り、特に、薄肉シェルモールドを使用する金属成型方式を指し、圧力差によって充填鋳造すると共に、正圧空間中に加圧冷却することにより、金型材料の減少を達成し、かつ加圧時に薄肉シェルモールドの破裂を防止する方法を提供する。

Ｓ１〜Ｓ７ プロセスステップ
１ 薄肉シェルモールド
１１ 鋳込み口
１２ 支持枠
２ 圧力室
２１ 溶錬炉
２１１ 原料供給装置
３ 箱体
３０ 埋設砂
３１ 温度制御装置
３２ 蓋体
３２１ 穿口
４ 完成品

Claims (5)

1. 造型準備ステップ（Ｓ１）と、焼結ステップ（Ｓ２）と、砂埋没減圧ステップ（Ｓ３）と、原料注入ステップ（Ｓ４）と、加圧ステップ（Ｓ５）と、成形ステップ（Ｓ６）と、完成ステップ（Ｓ７）とを含む薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法であって、
   前記造型準備ステップ（Ｓ１）において、薄肉シェルモールドを調製し、前記薄肉シェルモールドは、セラミック材料から作製され、かつ厚さが０．５〜２．０ｍｍの間にあり、前記薄肉シェルモールドの上端に鋳込み口が設けられ、その口径を２５ｍｍ〜４５ｍｍにして跳水作用を軽減すると共に、前記薄肉シェルモールドの外周囲箇所に外周囲面と垂直方向を呈する複数個の支持枠が設置され、また前記薄肉シェルモールドの内部に希釈したセラミックスラリーを流し込むことにより、これと共に余分のスラリーを導出して乾燥させた後、前記薄肉シェルモールドの内縁が光沢滑面を表現し、前記薄肉シェルモールドの外縁が粗いマット面で表現され、圧力室を準備し、かつ前記圧力室中にさらに溶錬炉が設けられ、及び前記圧力室中に設けられる箱体を備え、前記箱体に前記箱体の内側温度を制御する温度制御装置が設けられ、
   前記焼結ステップ（Ｓ２）において、造型準備ステップの薄肉シェルモールドは、焼結温度を６００℃以下に維持し、低温方式によりセラミック材料を焼結させることにより、焼結補強を経て、前記薄肉シェルモールドの冷熱収縮膨張に対する耐力を増加させ、前記薄肉シェルモールドの開裂が防止され、
   前記砂埋没減圧ステップ（Ｓ３）において、焼結完成の薄肉シェルモールドを前記箱体中に設けると共に、前記箱体中に複数個の埋設砂を填装することで、各埋設砂を前記薄肉シェルモールドの外側と各支持枠との間に完全緊密に圧合することにより、前記薄肉シェルモールドの外側に支持されると共に、前記薄肉シェルモールドの外縁の粗いマット面を介してさらに各埋設砂と互いに付着することにより、接触面積を増加させると共に、前記圧力室の内部の空間全体に対して減圧を行うことで、気圧を−０．０２〜−０．０５ＭＰａに維持して負圧で示し、さらに負圧下において前記温度制御装置により前記箱体の内側を加熱すると共に、各埋設砂の平均伝熱伝導度に沿って前記薄肉シェルモールドの外縁の粗い面により熱伝導を増加して安定的に予熱され、
   前記原料注入ステップ（Ｓ４）において、前記圧力室に設けられる溶錬炉内の鋳造材を、前記圧力室の負圧下で溶錬して前記鋳込み口から予熱完成の薄肉シェルモールド内に注入し、原料供給装置により押込みを行うと共に、鋳造材料を０．９８〜１．９６ＭＰａ（１０〜２０ｋｇ／ｃｍ^２ ）の圧力で持続的に前記鋳込み口箇所に補填して被覆状態を呈して、前記鋳込み口から補填された鋳造材料で前記薄肉シェルモールドの内部空間を隔離することで、前記薄肉シェルモールドの内部未填空間が真空状態を呈し、
   前記加圧ステップ（Ｓ５）において、原料注入ステップ（Ｓ４）中の鋳造材料の充填を完成した後、直ちに負圧状態を解除すると共に、気体を前記圧力室に導入することにより、さらに前記薄肉シェルモールドの内側が真空状を呈する内部空間と外側の前記圧力室の内側とに圧力差を有するために、鋳造材料を前記薄肉シェルモールド内に向かって流動させるようにすることで、鋳造材料を前記薄肉シェルモールドの内側空間に補填すると同時に、外側の圧力押込みを経由して鋳造材料が内向きに流動しなくなるように供される時に、鋳込みが完成され、
   前記成形ステップ（Ｓ６）において、前記箱体の温度制御装置を停止することで、前記薄肉シェルモールド内の鋳造材料を徐々に降温させ、さらに絶えずに前記圧力室内の圧力を７．８５〜９．８１ＭＰａ（８０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２ ）まで向上させて高正圧で示し、外部の正圧力を経て鋳造材料の前記薄肉シェルモールドの内縁壁に突き当てられる交互作用に合わせて、かつ前記箱体中に設置される埋設砂が、前記薄肉シェルモールドの外部に突き当てられる状態を呈することにより、前記薄肉シェルモールド内の高圧力を平衡させ、前記薄肉シェルモールドの内外圧力差を低減して前記薄肉シェルモールド及び鋳物の損壊を防止し、そして鋳造材料を前記薄肉シェルモールドの内側箇所に圧潰を受けさせると共に冷却させ、鋳造材料を前記薄肉シェルモールドの内縁壁箇所に緊密に付着させ、鋳物の表面に全金型の高仕上げ度を有するように供され、
   前記完成ステップ（Ｓ７）において、冷却完成の鋳物を前記薄肉シェルモールドと一緒に取り出すと共に、前記薄肉シェルモールドを振砕して完成品を取得することを特徴とする薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法。
2. 前記原料注入ステップ（Ｓ４）に至る過程において、前記溶錬炉内の鋳造材料は半固態状を呈し、加圧ステップ（Ｓ５）において、鋳込みを完成する際に、さらに持続的に前記温度制御装置が２〜７分間予熱されるように供されると共に、圧力を２．４５〜２．９４ＭＰａ（２５〜３０ｋｇ／ｃｍ^２ ）まで向上させることにより、前記薄肉シェルモールドを鋳造材料の間に安定に付着させ、そして成形ステップ（Ｓ６）において、冷却時に収縮比を減少させることを特徴とする請求項１に記載の薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法。
3. 前記箱体には、前記薄肉シェルモールドの鋳込み口の穿設のために、さらに前記箱体の上端に設置されると共に、穿口を有する蓋体が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法。
4. 前記加圧ステップ（Ｓ５）に至る時に、前記蓋体をさらに下向きに押圧して圧力０．４９〜１．４７ＭＰａ（５〜１５ｋｇ／ｃｍ^２ ）を付与することにより、各埋設砂の前記薄肉シェルモールドの外側に平均的に対応する圧力を増加させることを特徴とする、請求項３に記載の薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法。
5. 前記加圧ステップ（Ｓ５）に至る過程において、前記圧力室に気体を充填することにより、前記圧力室の内部圧力が大気圧力を超えると共に、圧力範囲を１．４７〜４．９０ＭＰａ（１５〜５０ｋｇ／ｃｍ^２ ）に保持し、圧力を２〜５分間維持すると共に、前記薄肉シェルモールドを持続的に加熱することにより、前記薄肉シェルモールドの鋳込み口箇所の鋳造材料に圧力を受けさせることを特徴とする、請求項１に記載の薄肉シェルモールドの溶湯鍛造方法。
   

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