JPH03230861A - 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注入された溶融状態の金属（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、
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
巣が発生する。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。

ところで、この加圧鋳造は、ダイキャストに代表される
ように溶湯に大きな圧力（１０００〜２０００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）での溶湯の加圧でも巣のな
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
ビティ内に溶湯を満たした後、この鋳型全体を高圧ガス
容器内で加圧することにより、この鋳型内の溶湯に加圧
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、溶湯の凝固速度が上がらず、従っ
て、金属組織が緻密になり難し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、キャビテ
ィ各部の金属を効果的に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、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を加圧できるよ
うにするものである。

すなわち、具体的には、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
溶融状態で注入された金属を加圧凝固させて鋳物を得る
ようにした加圧鋳造方法であって、上記中子の内部に加
圧ガスを供給し、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を加圧する
ものである（以下、これを第１の手段という）。

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。

さらに、加圧力は散気圧から数十気圧にすることができ
、あるいは主型が耐え得る限りにおいてはさらに高圧に
することかできる。

そして、上記第１の手段において、主型を鋳物砂により
造型する場合には、中子を主型に金属製幅木によって支
持することにより、この主型と中子との鋳物砂同士によ
る接触をなくして主型と中子との間の通気を断つことが
できる（以下、これを第２の手段という）。

また、上記第２の手段において、金属製幅木のキャビテ
ィへの露出面にこの金属製幅木を周回する周回溝を設け
ておき、中子の内部への加圧ガスの供給の前に、湯口か
ら金属に加圧力を与えて上記周回溝に金属を押し込むこ
とができる（以下、これを第３の手段という）。

（作用） 上記第１の手段においては、中子内部に供給された加圧
ガスが中子を構成する鋳物砂の粒子間隙を通じて加圧力
を中子表面から金属に及ぼすから、金属は中子を介して
内側から加圧されることになる。そして、金属は上記加
圧により主型に押し当てられた状態になるため、比較的
高い凝固速度を得ることができ、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。

そうして、中子を介して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通約
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するこ
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。

第２の手段においては、主型に砂型を適用する場合、中
子を金属製幅木で主型に支持し、この中子と主型との鋳
物砂による接触をなくすようにしたから、中子から主型
への加圧ガスの逃げがなくなり、金属を効率良く加圧す
ることができる。

第３の手段においては、湯口からの金属の加圧により金
属製幅木の周回溝に押し込まれた金属は、この周囲溝の
内面との接触により放熱面積が急に増えてこの金属製幅
木に密着した状態で局部的に早期に凝固し、中子と主型
との間をより完全にシールすることになる。

つまり、金属は、溶融状態ではその有する表面張力のた
めに金属製幅木に接触しても、この幅木表面の微小な四
部には入ることができず、従って、幅木表面と金属との
間には微小な空隙を生じ易いものである。そして、この
微小空隙を通して中子からの加圧ガスが主型側に抜は易
いものであるが、上述の如く、金属製幅木に周回溝を設
けて事前に金属を周回溝に押し込み、シールをするよう
にしたから、加圧ガスが金属製幅木の表面に沿って主型
側に抜けることを防止する・ことができる。

（発明の効果） 第１の手段によれば、中子の内部に加圧ガスを供給し、
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を加圧するようにしたことに
より、大型の加圧容器を用いることなく、さらに、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、金属を内側から加圧し、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ながら
、金属を主型に密着させることができるようになり、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。

第２の手段によれば、中子を金属製幅木で主型に支持し
て中子と主型との鋳物砂による接触をなくし、主型と中
子との間の通気を断つようにしたから、主型を砂型とす
る場合でも中子から主型側への加圧ガスの抜けを防止し
ながら、第１の手段を実施することができる。

第３の手段によれば、金属製幅木のキャビティへの露出
面に周回溝を形成し、湯口からの金属の加圧によりこの
金属を上記周回溝に押し込んだ後に、中子からの金属の
加圧を行なうようにしたから、加圧ガスが金属製幅木の
表面に沿って主型側に抜けることを確実に防止して第１
の手段を実施することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

〈実施例１〉 本例は第１図乃至第３図に示されていて、アルミニウム
合金（ＡＩ−８８ｉ、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０ （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２０ｍｍ。

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關、キャビティ４の最大直径は
１１００ｙｎ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１ ３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制御井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４．５〜１０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゜８ｍ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。

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２ 持し、この第２主型２を第１主型１に結合する。

なお、主型１２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。

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。

１次加圧− 溶湯、つまり金属の凝固初期（溶湯温度が６０３ ０℃以下になり、凝固が開始する時点）に第２制御弁１
８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加圧する。

この凝固初期の溶湯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３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。

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４．５〜１０気圧の加圧ガスを
供給し、この加圧ガスによる加圧４ 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、キャビティ４内の金属は、中子３を介して内
側から加圧されることになり、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、このように金属が
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
ら金属に加圧力が作用するため、この金属はその全体が
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こともなくなるものである。

ところで、この２次加圧を金属の固相率が４０％を越え
るころから行なうのは、この時点て鋳造金属が比較的大
きな加圧力に耐え得る強度になる５ ためである。つまり、金属の主型１．２との接触部に凝
固層が形成され、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１．２の受ける負荷は小さくなるた
めである。従って、主型１゜２は、砂型であるにも拘ら
ず、金属に比較的高い２次加圧力をかけても、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
め破損することがない。

そして、このように金属の凝固の進行に応じて加圧力を
高めていくから、加圧に無駄を生ずることなく鋳物巣の
発生を確実に防止することができるものである。

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。

〈実施例２〉 ６ 本例は第４図及び第５図に示されており、自動車のシャ
シ一部分のエンジン搭載用サブフレーム２１を加圧鋳造
する例である。

第４図に示すように、上記サブフレーム２１は幅方向に
延びる複数のリブ２２を有し、このリブ２２とリブ２２
との間に空間２３か形成されているとともに、両端に取
付孔２４．２４が形成されているものである。

第５図には鋳造方案が示されている。すなわち、同図に
おいて、２５は上側の第１主型、２６は下側の第２主型
、２７は上記空間２３ないしは取付孔２４を形成するた
めの中子、２８は製品用キャビティである。上記主型２
５．２６及び中子２７は実施例１と同様の自硬性鋳物砂
によって造型されていて、各々通気性を有する。また、
２９は湯口、３０は実施例１と同様の加圧ユニットの加
圧蓋１３が被冠される湯溜り部、３４は湯道である。

上記各中子２７はそれぞれガス供給通路を有する金属製
幅木３１により第１主型２５に支持されていて、各ガス
供給通路には加圧ユニットの第１７ 制御弁１６が主管３２及び分岐管３３を介して接続され
ている。

加圧鋳造方法は本例も実施例１と同じであり、各中子２
７は連通しているため、２次加圧においてはキャビティ
２８に注入されている金属の全体にわたって同時に均等
な圧力が作用することになる。

なお、鋳造すべき製品の形状が複雑になってキャビティ
各部での金属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方が好ましい。

〈実施例３〉 本例は第６図に示されており、中子の支持に金属製幅木
を用いない例である。

すなわち、同図において、４１は主型、４２は中子、４
３は製品キャビティである。主型４１及び中子４２は先
の実施例１と同様の自硬性鋳物砂で造型されていて、通
気性を有する。中子４２は、８ 湯口４４より上方へ突出した突出部４２ａを有し、この
突出部４２ａが加圧蓋４５と同軸に設けられた支持部材
４６に結合されて湯口４４から吊り下げ支持されている
。また、湯口４４の周囲には上記加圧蓋４５のフランジ
を溶湯に没入させるための湯溜り部４７が形成されてい
る。加圧蓋４５はシリンダ装置４８により昇降するよう
になっていて、この加圧蓋４５に加圧源１４が接続され
ている。

本例の場合、キャビティ４３に溶湯を中子４２の突出部
４２ａが一部露出するように注入し、次いで加圧蓋４５
を下降させて湯口４４の上方空間４９をシールし、しか
る後に加圧ガスを上記上方空間４９に供給する。これに
より、加圧ガスによる加圧力が湯口４４の湯面から金属
に伝わるとともに、湯面より露出した中子突出部４２ａ
から中子４２の内部に加圧ガスが供給され、先の実施例
と同様に中子表面から、つまり内側から金属に加圧力が
作用することになる。

【図面の簡単な説明】

９ 図面は本発明の実施例を示し、第１図は実施例１の鋳造
方案を示す断面図、第２図は同例における金属製幅木と
溶湯との関係を溶湯加圧前の状態で示す断面図、第３図
は同関係を溶湯加圧後の状態で示す断面図、第４図は実
施例２の鋳造すべき製品を示す斜視図、第５図は同例の
鋳造方案を示す断面図、第６図は実施例３の鋳造方案を
示す断面図である。 １、　２．　２５゜ ２６．４１・・・・・・主型 ３．２７．４２・・・・・・中子 ４．２８．４３・・・・・・キャビティ５．２９．４４
・・・・・・湯口 １１．３１・・・・・・金属製幅木 １２・・・・・・ガス供給通路 １３．４５・・・・・・加圧蓋 １４・・・・・・加圧源 １９・・・・・・周回溝 区 ５ 記 Ｋ　層 −、−＜　　Ｎ　　（’Ｔ’ｌ　　ｑ　　、−Ｉ　　Ｎ
　　Ｉｆｆ　　　寸　Ｃい寸寸寸寸（ｆｉＨ寸−一 −［Ｆ］ト（２）Ｏ″１Ｈ （Ｎ　　　（ト）　　◇１　　◇１　　（ト）　　Ｈｏ
） 寸 ば） 寸 区

Claims (3)

【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
   れた金属を加圧凝固させて鋳物を得るようにした加圧鋳
   造方法であって、上記中子の内部に加圧ガスを供給し、
   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を加圧することを特徴とする
   加圧鋳造方法。
2. （２）主型を鋳物砂により造型し、中子を主型に金属製
   幅木によって支持することにより、この主型と中子との
   鋳物砂同士による接触をなくして主型と中子との間の通
   気を断つ請求項（１）に記載の加圧鋳造方法。
3. （３）金属製幅木のキャビティへの露出面にこの金属製
   幅木を周回する周回溝を設けておき、中子内部への加圧
   ガスの供給の前に、湯口から金属に加圧力を与えて上記
   周回溝に金属を押し込む請求項（２）に記載の加圧鋳造
   方法。