JPH02217132A - 精密鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、産業界で用いられる一般の機械部品を製造す
るための鋳造法に係り、とくに複雑な形状の製品を製造
するのに好適な精密鋳造法に関する。

〔従来の技術〕

鋳型材にて所望の空洞を形成し、この空洞内に溶融金属
や溶融樹脂を注入し、これの同化後に鋳型を崩壊し、鋳
造品を得る鋳造法は古来より行なわれており、現在およ
び将来にわたって産業基礎資材である鋳造品を作る重要
な地位を占めている。

この鋳造法のうちワックス製鋳型模型を用いる精密鋳造
法は近年盤々発展を遂げている。

この精密鋳造法は、消失模型を用いる一体造型によって
鋳型模型を型外に液化除去するので、木型造型に必要な
抜勾配の必要性は全くない特徴を有する。

一方、鋳込後の鋳型の崩壊除去作業が上記精密鋳造法を
含む一般の鋳造法を実施するに当って問題が多い。すな
わち、溶融金属の凝固までは、鉾型は高強度を必要とさ
れるが、その後の強度は小さい方が望ましい。

実際には、このような性質を鋳型に望むことは困難であ
った。そこで、これを解決するため、乾燥珪砂を用いて
真空造型するいわゆる真空造型法が実施されている。

従来、本技術に関連する文献としては、たとえば特公昭
５６−２８６８７号公報および特公昭５７−２８３２３
号公報がある。また空洞内にセラミック。

スリップを注入するものとしては、たとえば特開昭６３
−１４７６０５号公報および特開昭６３−２８８７０３
号公報がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記前者の従来技術においては、ワックス製鋳型模型に
数回乃至１０数回くりかえしサンディングを行ない、そ
の後加熱して鋳型模型を醋型外に除去するため、多くの
作業工数を必要とするため、製造費が一般鋳造品に比較
して１桁位高くなり一般に２０倍程度になる問題があっ
た。

また後者の従来技術においては、鋳型模型の表面にフィ
ルム成形をすることを前提としているため、凹凸の大き
な鋳型模型に適用することが困難であるし、フィルムの
破損により前者の従来技術で通常作成しうる一体成形へ
の適用が不可能となる問題があった。

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決し、金属
にて形成された複雑な形状の製品を容易に大量生産可能
とする精密鋳造法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の精密鋳造法において
は、ＰＥＧにて形成された鋳造模型の表面を、非透過性
でかつ鋳型模型を加熱して、溶融したさいに遮断する薄
膜で被覆し、その周囲に鋳型材を充填したのち、加熱し
て液化した鋳造模型を拡散することなく鋳型外に除去し
て鋳型空洞を形成し、該鋳型空洞内に金属溶湯を鋳込ん
で製品を成形するものである。

また上記薄膜は、鋳造模型の拡散を防止し、かつシール
効果を高めるため、Ｓｉゴムにて構成されたものである
。

また上記薄膜は、鋳物の表面を滑らかに改質するため、
球状化剤粉末を含有したものである。

また、上記鋳型を硬化するため、該鋳型内に含まれる空
気を除去する真空吸引手段を有するものである。

〔作用〕

本発明は、鋳型模型として鋳型用ＰＥＧを用いているの
で、鋳型模型が水に溶は易く、吸湿性があって低温で溶
融することができる。

また上記鋳型模型の周囲に緻密な簿膜を形成するＳｉゴ
ムにて被覆しているので、加熱して該鋳造模型が液化し
た場合でも、液化されたＰＥＧが鋳型内に侵透すること
なく鋳型外に除去することができる。

また、薄膜は、その周囲に充填した乾燥粒子からなる鋳
型内の空気を真空吸引手段にて除去するさい遮断膜とし
ての機能を果すため、鋳型を有効に硬化させることがで
きる。

また薄膜は球状化剤粉末を含有することによつて鋳物の
表面をさらに滑らかに改質することができる。

〔実施例〕

まず、本発明の一実施例である鋳造装置を構成する各要
素（素材およご工程）ごとに順を追って説明する。

（１）鋳造模型材 鋳造模型材としてＰＥＧを使用している。　ＰＥＧは、
分子式ＨＯ（ＣＦＩｚＣＨｘＯ）λＣ８２ＧＨｚＯＨで
表わされるようにエステル結合を多数もった長鎖の二価
アルコールである。分子式からも理解されるように、水
またはエチレングリコールを原料としてエチレンオキサ
イドを重合させて作成するので、生成物は独得の分子量
分布を有しており、平均分子量で分ける。すなわち、分
子量が２００．１０００゜２０００のものを各々＃２０
０．＃１０００゜＄２０００などと呼んでいる。

（１−１）ＰＥＧの概要 ＰＥＧの規格と分析値の１例は、第１表に示すとおりで
ある。分子量の小さい３６００以下は常温で液状だが、 分子量が大きくなるのにともなっ てワセリン状から固体状に変化する。

（１−２）ＰＥＧの融点 ＰＥＧは第３図に示すように常温近傍で融解する。すな
わち常温（２０℃）で白色固体である＃１０００の融点
は約３６℃である。

これより分子量が少ないものは融点が下がり、＃４００
の融点は約５℃である。

逆に分子量が多いものは融点が上るがｘ　６０００で／ も、たかだか６２℃である。

このことは、ＰＥＧを鋳型に用いて、これを除去する場
合に有利な性質を言える。

（Ｉ−３）熱安定性（熱分解による気化温度）ＰＥＧは
１５０〜２００℃に加熱すると熱分解し気化消失する。

この際、炭化したりガム化してスラッジを生成すること
はない（第２表、第４図）。

第２表　ＰＥＧの熱安定性 差動熱量計によるＰＥＧの熱分解温度 温室条件　Ｄ　、　Ｓ　、　Ｃ、（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｉａｌ　ｓｃａｎｎｉｎｇｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）　
（デファレンシャルスキャンニング　カロリメトリイ） ：　４　ｍ　ｃａｌ／ｓｅｅ。

サンプル量＝０．５〜１．０■ 昇温速度：１０℃／ｍｉｎ 雰　囲　気：空気中 備考　ＰＥＧは高温に加熱されますと、分解、しますが
、炭化したりガム化してスラッジを生成する様な事はあ
りません。分解生成物はＰＥＧ中に溶解するか、揮発性
物質となり揮散してしまいます。一般にＰＥＧは、高分
子のもの程熱安定性が劣る傾向があります。

このことはＰＥＧを鋳型模型として用いた場合約２００
℃の温度で容易に気化消失させられることを意味する。

また、ＰＥＧがグリーンボディに浸透、付着したとして
も、焼結工程にて容易に除去できることを示唆する。

（Ｉ−４）吸湿性 吸湿性を第５図および第６図に示すが、分子量の少ない
ものほど吸湿しやすいことがわかる。

（Ｉ−５）水溶液および固体の表面張力いずれも水の表
面張力（７６ｄｙｎ　／　ａｎ　）より小さく、放射用
金型空洞の細隙まで侵入しやすく、またコーナ部の成形
が十分に良好となる。

なお、固体ＰＥＧの表面張力は４５〜４６ｄｙｎ／ａｎ
であり、分子量の違いは殆んどない。

（１−６）粘度 ＰＥＧの温度と動粘度の関係を、ＰＥＧ分子量をパラメ
ータとして示したのが第７図である。

温度が高いほど動粘度は下り、分子量の多いものほど動
粘度は上昇する。

以上、本発明において重要な地位を占めるＰＥＧについ
て、その特性を述べた。

■、鋳型模型 形状は大別して、順テーパのものと逆テーパのものにわ
けられる。

逆テーパとなる形状においては、模型の抜去を考えて通
常は鋳型を分割することが行なわれる。

そして鋳込時に鋳型を組立て、形成された鋳型空洞に鋳
込物質を鋳込むのである。

本発明においても、そのような考え方は妥当である。さ
らに、もう１つの方法は、そして本発明の特徴とすべき
方法は逆テーパの模型をＰＥＧでつくる方法である。こ
れによる鋳型の製法は以下に述べるが、この場合は如何
に複雑な製品であっても一体鋳型となし得る。

■、鋳型 本発明における鋳型材としては、珪砂粉末あるいは珪砂
粒子等の耐熱性粉粒子を用いている。

■、鋳込み物質 溶融金属は、鋳込後放置による温度降下によつて固化し
、鋳造品を成形するものであれば何でもよい。

■、鋳込み 重力鋳込み、吸引鋳込み、加圧舖込みのいずれを使用し
てもよい。鋳型空洞が細隙であるときは、吸引、加圧な
ど要するに差圧を利用して峙型空洞内に鋳込機で充満さ
せる必要がある。

■、鋳型模型の除去 加熱がその手段である。

ＰＥＧが固化し、鋳型模型が形成されたのち、全体を加
熱して鋳型模型としてのＰＥＧを溶融し、鋳型模型を除
去する。

鋳型模型材としてのＰＥＧは、回収して再利用し、繰返
し用いる。鋳型模型の加熱は、急速でないことが望まし
い。なお鋳型壁はなるべく薄くシてシェルウェル（ｓｈ
ｅｌｌ　ｗａｌｌ）おくことが望ましい。すなわち、シ
ェルウェルならば加熱が早急に鋳型全体に廻って鋳型模
型の除去時間の短縮が図れるからである。

またシェルウェルした場合、鋳型のバックアラプ材とし
て珪砂や樹脂などの乾燥粉末を用いるならば、鋳込後の
鋳型除去時間の短縮化を促進する。

さらにシェルウェルした場合は、鋳型造型にあたり、い
わゆるシェルモールド方式により造型することが考えら
れる。

したがって本発明は、精密鋳造法に改良を加えた新しい
成形プロセスであるということができる。

つぎにその理由を纏めると、第３表のようになる。

〔第１実施例〕 以下、本発明の第１実施例である鋳造法の製造工程を示
す第１図により説明する。

第１図（ａ）に示すようにＰＥＧ！ｌの鋳型模型１ａを
作成する。作成方法は、分子量１０００のＰＥＧ　（以
下ＰＥＧ１００Ｏという）を６０°に加熱して液状とし
、これをアルミ金型に鋳込んだものである。

しかるのち、ＰＥＧが凝固したとき、第１図（ｂ）に示
すように、表面にＳｉゴム液を塗布してＳｉゴム膜２ａ
を形成し、その周囲に第１図（ｃ）に示すように、鋳物
砂を充填して鋳型３ａを形成する。

この状態で反転し第１図（ｄ）に示すように、全体をヒ
ータ４ａにより１２０℃に加熱することによってＰＥＧ
の鋳型模型１を溶融して鋳型３の下方の容器５ａ内に排
出し、鋳型３ａ内に空洞６ａを形成する。この場合液状
をした鋳型模型１ａはＳｉゴム膜２ａの存在により鋳型
３ａ内に浸透することなく容易に除去することができる
。

ついで第１図（ｅ）に示すように、上記空洞６ａ内に鋳
鉄溶湯を鋳込み、該鋳鉄溶湯が凝固したのち得られる鋳
物７ａを第１図（ｆ）に示すように鋳型３ａから取出す
ことにより製品を得ることができる。

〔第２実施例〕 つぎに本発明の第２実施例である鋳造装置を示す第２図
について説明する。

第２図に示すようにＰＥＧ製の鋳型模型１の表面にＳｉ
ゴムからなる被膜２を被覆し、台９上の枠体８中に位置
させ、該鋳型模型１の周囲に乾燥砂からなる鋳型３を充
填する。鋳型３の上面にはビニールシー１−１０が被覆
されている。

上記台９には砂を通さないが空気を通す微細穴９ａが無
数にあけられ、吸気箱１１上に搭載されている。該吸気
箱１１は真空ポンプ（図示せず）に接続する吸気口１２
が形成されている。

吸気口１２より真空ポンプにより吸引すると。

鋳型３内の空気が排除され、これによって該鋳型３が硬
化する。

ついで、図示しない手段により全体を加熱することによ
り、鋳型模型１が溶融されるので、溶融された鮎型模型
１を上方から排出して鋳型３内に空洞を形成する。

しかるのち、空洞内に金属溶湯を注入すると、金属製の
製品が形成される。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明した精密鋳造法であるから、つぎに記
載される効果を奏する。

（１）小型で複雑な形状の製品に好適である。

（２）連続的に鋳造を行うことができるので大量生産に
好適である。

（３）機械化、自動化が容易である。

（４）熟練を必要としないで容易に行うことができる。

（５）鋳型模型をリサイクル使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例である精密鋳造法の製造工
程を示す説明図、第２図は本発明の第２実施例である精
密鋳造装置の説明図、第３図は空気中および窒素ガス中
での熱分解を示す図、第４図はＰＥＧの吸湿性を示す図
、第５図は各相対湿度におけるＰＥＧの吸湿性を示す図
、第６図は液状ＰＥＧの表面張力を示す図、第７図はＰ
ＥＧの粘度を示す図である。 ｌ・・・鋳型模型、２・・・Ｓｉゴム膜、３・・・鋳型
、４・・・■ ＼へ（ト）寸−Ｌｘ−、くべ〉 ０劇７７）劃）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋳型用ポリエチレングコールにて形成された鋳型模
   型の表面を非透過性でかつ該鋳型模型を加熱して溶融し
   たさいに遮断する薄膜で被覆し、その周囲に鋳型材を充
   填したのち、加熱して鋳型用ポリエチレングコールを液
   化したとき、拡散することなく上記鋳型外に除去して鋳
   型空洞を形成し、該鋳型空洞内に金属溶湯を鋳込んで金
   属製品を成形する精密鋳造法。 ２、請求項１記載の薄膜はＳｉゴムにて構成された精密
   鋳造法。 ３、請求項２記載の薄膜は球状化剤粉末を含有する精密
   鋳造法。 ４、請求項１記載の精密鋳造法において、上記鋳型内に
   含まれている空気を除去して該鋳型を硬化する真空吸引
   手段を有する精密鋳造法。