JPH03230860A - 加圧鋳造方法 - 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） 本発明は加圧鋳造方法に関する。

（従来の技術） 鋳型のキャビティ内に溶融状態で注入された金属（以下
、必要に応じてこれを溶湯という）を加圧することによ
り、得られる鋳物の組織の緻密化（鋳物巣の発生防止）
を図り、機械的性質を向上させるという加圧鋳造方法は
一般に知られている。

すなわち、鋳物に巣と呼ばれる内部欠陥を生ずるのは、
第３図に示すように、主に金属の凝固時の温度低下に伴
って金属の密度が高くなるためである。つまり、キャビ
ティ内で金属が収縮してその収縮分を凝固中の金属で補
えなくなる場合に上記巣が発生ずる。そして、かかる巣
の発生を防止することに上記金属の加圧は効果的な役割
を果たすものである。

なお、第３図に記載の凝固区間は理論状のものであり、
実際は過冷現象により低温側に若干ずれる。

ところで、この加圧鋳造は、ダイキャストに代表される
ように金属に大きな圧力（１，０００〜２０００気圧）
を加えるというのが通常であり、従って、この大きな加
圧力に耐え得るよう鋳型には金型が適用されている。

これに対して、近年は鋳造技術の進歩に伴い、比較的低
い圧力（数１００気圧程度）での金属の加圧でも巣のな
い健全な鋳物が得られるようになってきており、金型で
はなくて砂型において加圧鋳造を採用するという試みが
ある。

例えば、特開昭６３−１３７５６４号公報には、ロスト
フオーム法により鋳物砂を用いて造型した鋳型のキャビ
ティ内に溶融状態の金属を満たした後、この鋳型全体を
高圧ガス容器内で加圧することにより、この鋳型内の金
属に加圧力を付与するという提案が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） 上記金型を用いたダイキャストの場合、金属を製品キャ
ビティから離れた湯口側から加圧することになるため圧
力ロスがあり、且つ、キャビティが複雑形状を有するも
のであれば、複雑形状部分に注入されている金属は放熱
面積が大きく早期に凝固するため、キャビティの細部に
まで加圧力を効果的に及ぼすことは難しい。従って、こ
のダイキャストでは上述の如き非常に高い加圧力を必要
とするため、加圧手段が大型になるとともに、高圧力で
あるがゆえに中子の破損の問題があり、中子を用いた複
雑形状製品の鋳造も難しい。

一方、砂型を用いる上記提案の場合、大型の加圧容器を
必要とするとともに、加圧容器の蓋の開閉を要するため
、キャビティ内への注湯と加圧とのタイミングが難しく
、生産効率を高めることが難しくなる。また、この提案
の場合、加圧ガスによって溶湯と鋳型との密着性が低下
することになるため、金属の凝固速度が上がらず、従っ
て、金属組織が緻密になり難くて機械的性質の向上もあ
まり望むことができない。しかも、キャビティへの注湯
後に加圧容器に蓋をして加圧することになるため、注湯
後の加圧タイミングが遅れ、キャビティが複雑形状を有
するものであれば、複雑形状部分に注入されている金属
が早期に凝固するため、キャビティの細部にまで均等に
加圧力を作用せしめることは難しい。

すなわち、本発明の課題は、砂型を用いる加圧鋳造方法
において、大型の加圧容器を用いることなく、且つ主型
や中子に大きな負荷をかけることなく、金属を効率良く
加圧できるようにすることにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、このような課題に対して、金属を加圧しなが
らその凝固を進行させていくにあたり、中子を鋳物砂に
より造型し、この中子の内部に加圧ガスを供給すること
により、中子表面からキャビティ内の金属に凝固の進行
に応じた高い圧力を付与するようにするものである。

すなわち、そのための具体的な手段は、主型と鋳物砂に
より造型された中子とによりキャビティを構成し、この
キャビティ内に注入された金属を加圧しながらこの金属
の凝固を進行させていくにあたり、上記中子の内部に加
圧ガスを供給することにより、この中子を構成する鋳物
砂の粒子間隙を通じて中子の表面からキャビティ内の金
属に凝固の進行に応じた凝固初期よりも高い圧力を付与
することを特徴とする加圧鋳造方法である。

この場合、主型自体は、鋳物砂で造型しても、金型とし
てもよい。また、鋳造用金属としては、軽合金から鋳鉄
に至るまで各種の鋳物用合金を利用することができる。

また、凝固初期の加圧は、ダイキャストのように湯口側
から行なうことかでき、あるいは中子の内部に供給する
加圧ガスにより中子表面から行なうこともできる。

そうして、凝固の進行に応じた高い圧力の付与にあたっ
ては、加圧力を凝固初期から凝固の進行状態に応じて段
階的に高めていく方法と連続的に高めていく方法のいず
れでも採用することができる。その場合、凝固初期の加
圧力は零に近い極めて低い値にすることができ、キャビ
ティ内の凝固途中段階にある鋳造金属の耐圧強度の上昇
に応じて、金属に高圧力を付与していけばよい。

（作用） 上記加圧鋳造方法において、中子内部に供給した加圧ガ
スにより加圧力を中子表面から金属に及はすということ
は、金属が中子を介して内側から加圧されるということ
である。そして、上記中子内部への加圧ガスの供給によ
り凝固初期よりも高い圧力を金属に付与するということ
は、金属の耐圧強度が凝固の進行に伴って高くなってい
くから、この凝固途中の金属自体を加圧力の受けに利用
するということである。つまり、溶湯の主型との接触部
には比較的早い時期に凝固層が形成されるため、この凝
固層が上記加圧力を一部受は持つことになって主型の受
ける負荷は小さくなり、主型に砂型を適用しても、この
主型の破損を招くことなく、溶湯に比較的高い圧力をか
けることができるものである。

また、鋳物巣の発生防止のためには凝固する瞬間の金属
に圧力が作用していることが必要であり、且つ凝固が進
行するに従って高い圧力が必要になるが、金属にその凝
固の進行に応じた高い圧力を付与するということは、凝
固する瞬間の金属に圧力を及ぼして鋳物巣の発生を確実
に防止できるということである。そうして、この場合、
金属はどちらかというと同相が少ない内側から固相が多
い外側へ向けて加圧されるため、上記凝固瞬間の金属の
加圧を効率良く行なうことができるものである。

また、金属を内側から加圧できるということは高い凝固
速度を得ることができるということであり、鋳物の組織
の緻密化、機械的性質の向上という面で有利になる。

さらに、金属に内側から加圧力を与えることができると
いうことは、キャビティ形状が複雑であっても、このキ
ャビティの細部にまで加圧力を及ぼすことができるとい
うことである。よって、複雑形状の製品を鋳造する場合
にも組織の緻密さにむらを生ずることがなくなる。

また、中子自体は、金属に作用する加圧ガスの通り道的
なものになるから、加圧力の影響を直接受けることがな
く、中子に薄肉部があってもその破損の問題は生ずるこ
とがない。

さらに、上記金属の、加圧は中子を介して行なうから、
大型の加圧容器は不要であり、加圧装置の小型化が図れ
るとともに、注湯及び加圧作業も簡単になる。

（発明の効果） 従って、本発明によれば、中子内部への加圧ガスの供給
により、金属に凝固初期よりも高い圧力を中子表面から
付与するようにしたから、主型の受ける負荷を小さく抑
え且つ中子の破損を招くことなく、凝固瞬間の金属に高
い圧力をかけることができるようになり、内部欠陥の発
生を確実に且つ効率良く防止することができるとともに
、大型の加圧容器を用いることなく、複雑形状の製品を
鋳造する場合にもキャビティの細部にまで加圧力を及ぼ
し鋳物全体にわたってその組織の緻密化ないしは機械的
性質の向上を図ることができ、しかも加圧装置の小型化
が図れるとともに、注湯及び加圧作業も容易になる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

本例はアルミニウム合金（ＡＩ−８ＳＬ、以下、単にア
ルミ合金という）により、フランジ付きのカップ状製品
を鋳造する場合のものである。

第１図において、１は第１主型、２は第２主型、３は中
子、４はこの両生型１，２と中子３とにより り構成された製品用キャビティである。両生型１゜２と
中子３とはレジン硬化剤を含む自硬性鋳物砂（砂は珪砂
６号である）によって造型されていて、各々通気性を有
する。

第１主型１には湯口５、湯道６及びゲート７が形成され
、キャビティ４を上から覆う第２主型２にはガス抜き通
路８が形成されている。また、湯口５の周囲には湯溜り
部９が形成されている。湯道６は湯口５から延びる垂直
部の内径が２０順、垂直部からゲート７に至る水平部の
内径が１０ｍｍであり、ゲート７の内径は８　ｍｍ　％
キャビティ４の最大直径は１００ｍｍである。

上記中子３は第２主型２に金属製（ステンレス製）幅木
１１にて支持されていて、この金属製幅木１１に中子３
の内部へ加圧ガスを供給するためのガス供給通路１２が
形成されている。第２主型２は第１主型１に結合されて
いる。また、上記湯口５は加圧蓋１３によって塞ぐこと
ができるようになっている。

そうして、上記金属製幅木１１のガス供給通路０ １２に加圧源１４が第ルギュレータ１５及び第１制御弁
１６を順に介して接続されているとともに、上記湯口５
に加圧ガスを供給すべく加圧蓋１３に上記加圧源１４が
第ルギュレータ１５、第２レギユレータ１７及び第２制
御弁１８を順に介して接続されている。上記加圧蓋１３
、加圧源１４、レギュレータ１５．１７及び制御弁１６
，１８はユニット化されていて、この加圧ユニットはロ
ボットに搭載されている。

上記第ルギュレータ１５は加圧力を１０気圧に調整する
ものであり、第２レギユレータ１７は加圧力を２．５気
圧に調整するものである。また、第１及び第２の制御弁
１６．１８はそれぞれ圧力供給通路を開閉する弁である
。

また、第２図に示すように、上記金属製幅木１１のキャ
ビティ４への露出面には、この金属製幅木１１を周回す
る螺旋周回溝（ねじ溝）１９が０゜８ｍｍピッチで形成
されている。

次に、上記アルミ合金製品の加圧鋳造にあたっての各工
程を順に説明する。

１ 一鋳型の組み立て 中子３を第２主型２に金属製幅木１１により支持し、こ
の第２主型２を第１主型１に結合する。

なお、主型１，２及び中子３には加圧時の溶湯差込み防
止のために塗型剤を塗布しておく。

注湯 湯口５からアルミ合金溶湯を湯溜り部９に溜るようにな
るまで注入する。キャビティ４や湯道６等のエアはガス
抜き通路８から外部に抜け、且つこのガス抜き通路８に
流入した溶湯はガス抜き通路内面との接触により急冷凝
固し、このガス抜き通路８を塞ぐ。

一加圧蓋の閉止− 加圧ユニットを搭載したロボットを湯口５の上方へ移動
させ、加圧蓋１３のフランジを湯溜り９に没入させ、且
つ湯口５の上方に空間２０ができるようにする。上記加
圧蓋１３のフランジが没入にした溶湯部分は、このフラ
ンジとの接触により急冷凝固し、これにより、湯口５の
上方の空間２０はシールされる。

　２ １次加圧− 第３図に示すように、溶湯、つまり金属の凝固初期（溶
湯温度が６００℃以下になり、凝固が開始する時点）に
第２制御弁１８を開とし、湯口５の上方空間２０に２．
５気圧の加圧ガス（圧縮空気）を供給して金属の湯面を
低圧力で加圧する。

この１次加圧は金属中の固相率が４０％程度になるまで
行なう。

この凝固初期の金属はほとんど液状であるため、上記加
圧ガスによる加圧力はパスカルの原理により溶湯全体に
均一に行き渡る。よって、加圧前は第２図に示すように
、表面張力により金属製幅木１１の周回溝１９の内に入
り込むことができなかった金属（溶湯）Ｍが、上記加圧
により第４図に示すようにこの周回溝内に押し込まれて
周回溝内面に密着し、急冷凝固することにより、この金
属製幅木１１の部位において第２主型２と中子３との間
を完全にシールする。そして、このシールにより、キャ
ビティの内圧は溶湯熱の影響によって３気圧程度に上昇
する。

３ また、この凝固初期の金属の耐圧強度は低く、上記低圧
力は主型１，２により受は持たれる。そして、金属の耐
圧強度はその凝固の進行に伴って金属中の固相率が４０
％程度になるころには、０、　１５ｋｇ１’／ｍｍ２弱
（１０気圧以上）まで上昇する。

一２次加圧− 金属の固相率が４０％を越えるころに、第１制御弁１６
を開とし中子３の内部に１０気圧の高圧のガスを供給し
、この加圧ガスによる加圧力を中子３の鋳物砂の粒子間
隙を通じて中子３の表面からキャビティ４内の金属に作
用させ、その状態を金属の凝固完了まで維持する。

この場合、金属の耐圧強度は１０気圧以上にまで上昇し
ているから、上記加圧力はこの凝固途中の金属自体で受
は持たれ、主型１，２は実質的な負荷は作用しない。従
って、主型１．２には、砂型であるにも拘らず、バック
アップ手段なしでその破損を招くことがないものである
。もちろん、中子３自体も加圧力の影響を直接受けない
ため破４ 損することがない。

そして、金属には中子３を介して固相が少ない内側から
固相が多い外側へ向けて高い圧力が作用し、且つ金属の
凝固の進行に応じて加圧力が高められるから、加圧に無
駄を生ずることなく、凝固瞬間の金属に加圧力を効果的
に及ぼすことができるものであり、これにより、鋳物業
の発生が確実に且つ効率良く防止される。

また、金属は、内側から加圧されて主型１，２に押し当
てられた状態になるため、この主型１゜２からの放熱が
促進されて凝固速度が上がる。そうして、このように溶
湯が内側から加圧され且つ高い凝固速度が得られるため
、鋳物は結晶粒が微細になり組織が緻密になって、機械
的性質の向上が図れることになる。また、中子３の全表
面から溶湯に加圧力が作用するため、この溶湯はその全
体が均等に加圧されることになる。このことは、キャビ
ティ形状が複雑であっても、このキャビティの細部にま
で加圧力を及ぼすことができるということであり、金属
組織の緻密さにむらを生ずる５ こともなくなるものである。

型ばらし− 主型１．２をばらして鋳造品を取出し、金属製幅木１１
を鋳造品から外し、中子砂の取出しを行なう。この場合
、金属製幅木１１は鋳造品にねじ結合された状態である
から、鋳造品に対し回転させることにより、簡単に外す
ことができる。

なお、複数の中子を組み合わせて複雑形状の製品を得る
ような場合において、キャビティ各部での溶湯の凝固時
間の差が大きくなる場合には、中子側からの加圧系を各
中子毎に、あるいは複数の中子毎に複数の独立した加圧
系統に分け、キャビティ各部の加圧制御を独立して行な
うようにすることもできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は鋳造方案を示す
断面図、第２図は金属製幅木と溶湯との関係を溶湯加圧
前の状態で示す断面図、第３図は金属の密度、耐圧強度
及び加圧力の温度変化を示す特性図、第４図は溶湯加圧
後の金属製幅木と溶６ 湯との関係を示す断面図である。 １．２・・・・・・主型 ３・・・・・・中子 ４・・・・・・キャビティ ５・・・・・・湯口 １２・・・・・・ガス供給通路 １３・・・・・・加圧蓋 １４・・・・・・加圧源 ７ 第 ２ 図 温度（０Ｃ） ９ 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）主型と鋳物砂により造型された中子とによりキャ
   ビティを構成し、このキャビティ内に溶融状態で注入さ
   れた金属を加圧しながらこの金属の凝固を進行させてい
   くにあたり、上記中子の内部に加圧ガスを供給すること
   により、この中子を構成する鋳物砂の粒子間隙を通じて
   中子の表面からキャビティ内の金属に凝固の進行に応じ
   た凝固初期よりも高い圧力を付与することを特徴とする
   加圧鋳造方法。