JPH034291B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属機械部品の精密鋳造法に関する。

ターボチヤージヤ用ロータ、冷却用の細孔を有
するタービンブレートなど複雑な形状でかつ耐熱
性を要求される機械部品の加工方法としてインベ
ストメントキヤスト法、ロストワツクス法などと
呼ばれる精密鋳造法が古くから行なわれており実
績も多い。

精密鋳造法をロストワツクス法に例をとり簡単
に説明する。

工程はまず製品（機械製品）と同形なワツクス
モデルを作製することから始まる。一般にワツク
スモデルの作製には射出成形機による加圧注入法
がとられる。射出成形は適正な型の分割法をとれ
ば相当に複雑な形状のワツクスモデルを作製する
ことができ、ワツクスモデル作製用の技術として
有用である。

次にこのワツクスモデルの外表面に耐火材の鋳
型を造型する。造型法としては耐火物泥しよう
（スラリー）と耐火砂を交互にワツクスモデルに
まぶして乾燥させる方法が一般的である。ワツク
スモデルの表面にまぶされた耐火物は乾燥すると
ともに固化し、耐火物製の鋳型となる。

次にこれをワツクスの融点以上の温度に加熱
し、溶融したワツクスを耐火物製の鋳型から流し
出せば、製品と同型の空洞を有する鋳型が残る。

この鋳型に、真空中あるいは大気中で溶湯を注
ぎ込み、冷却凝固した後に耐火物製鋳型を破砕す
れば、鋳型の空洞と同形の鋳型すなわち製品が得
られる。

以上が精密鋳造法（ロストワツクス法）の代表
的な工程であり、精密鋳造法は他の生産技術に無
いすぐれた特徴がある、たとえば、 後加工（機械加工など）を必要としない 製品形状が限定されない などである。

一方欠点としては 工程が複雑で長い、 加工コストが割高である、 などがあげられる。

そこで本発明者らは、精密鋳造工程を短縮する
ことにより加工コストの低減を計り、より広く、
多くの機械部品の製造に適用することができる精
密鋳造法につき鋭意研究の結果、従来の精密鋳造
工程のワツクスモデル造型と注湯工程を一つの工
程にすることに想達し、本発明を完成するに至つ
た。

すなわち本発明は加工しようとする機械部品と
同形のモデルを、金属粉末を添加したワツクスで
作り、このモデルの外表面に耐火性の砂とこれを
接着する耐火物泥しようとを交互にまぶして乾燥
して鋳型とし、該鋳型の一部に押し湯部を有する
開口部を設け、これを加熱することによつて該開
口部を通して前記ワツクスを分解除去し、しかる
後、前記金属粉末の融点以上に加熱してこれを溶
解し、外力を加えることなく自重により溶湯を前
記鋳型内に充満させて該鋳型と同一形状の溶湯形
状を形成させ、これを凝固させた後、前記鋳型を
破砕して製品を取出すことを特徴とする金属機械
部品の精密鋳造法である。

本発明法の工程を概略的に説明する。まずワツ
クスモデル造型時にワツクスに金属粉末を添加し
ワツクスモデルを射出成形で造型する。耐火物鋳
型の造型は従来法と同様な工程で行なう。次に従
来法ではワツクスを溶融状態にし鋳型から流し出
す工程になるが、本発明方法では金属粉末を含有
するワツクスモデルごと鋳型を加熱炉内に置き、
まずワツクスが気化する温度まで加熱し、ワツク
スを飛ばした後さらに金属粉末の融点まで加熱
し、金属を溶融状態にし鋳型内で外力を加えるこ
となく自然に流動、充満させる。冷却、凝固以降
の工程は従来法と同じである。

すなわちワツクスモデル造型時にワツクスに金
属粉末を入れておき、これを耐火物製鋳型内で溶
融することで注湯工程のかわりとし、これを省い
た点が新しい点である。

本発明は金属粉体にワツクスを添加し、これを
加熱して溶融したワツクスと金属粉体が流動性を
帯びた状態で金型を用い所定形状に射出成形、固
化し、金属粉末添加ワツクスモデルとし、その
後、精密鋳型法と同様な手法で上記モデル表面に
鋳型を構成し、次にワツクスを加熱分解除去した
後、金属粉末を溶融して鋳型に溶湯を充満させ、
所定の形状の機械部品を製造する方法であるの
で、ワツクスを除去後の金属粉末の密度が高い
（気孔が少ない）程望ましく、従つてワツクス量
は射出成形時に流動性を確保するのに必要な最小
量にすることが望ましいが、金属粉末とワツクス
の体積比率は何んら限定されるものではない。

次に第１図に示した本発明の精密鋳造工程図に
したがつて、更に詳述する。

原料金属粉末としては、還元法、電気分解法、
水噴霧法、ガス噴霧法、真空噴霧法、回転消耗電
極法などの製造法で得られる各種金属粉末の適用
が可能であり、粉末粒子の平均粒径は2μ〜10μ程
度の微細金属粉末がワツクスモデル造型時の添加
金属粉末として射出成形性が良好である。

ワツクス材料としてはパラフインワツクスをは
じめとする熱可塑性材料に、金属粉末を添加した
際の射出成形性を良くするために、成形助剤とし
てエチレンアクリレート（可塑剤）、油剤（浸潤
剤）、ポリエチレン（硬化剤）を添加したものを
使用する。

ワツクスと金属粉末は体積％で概略１：４の割
合で混合し、100℃前後に加熱しながら混練した
のち、固化し、１〜２mmの微粒に粉砕して射出成
形機のホツパ（原料供給器）へ充填する。

射出成形機にはプランジヤ式、インラインスク
リユ式など各種あるが、射出成形圧が2000Kg／cm²
程度までとれるものであれば型式は特に問題とな
らない。射出成形用金型は、成形しようとする対
象品ごとに設計方案もまちまちであるが、ゲイ
ト、ランナの位置、数、寸法、金型の脱気、打出
しピン（エジエクタピン）の位置などがポイント
になる。

射出成形で加工した金属粉末添加ワツクスモデ
ルに耐火物鋳型を造型する方法は従来の精密鋳造
法の耐火物重鋳型の造型方法と同じである。一般
的にはコロイダルシリカ系バインダの耐火物泥し
よう（スラリー）とジルコンサンドなどの耐火砂
を交互にワツクスモデル表面に塗布、乾燥を繰返
しながらまぶしてゆく方法がとられる。

耐火物鋳型が十分に乾燥、固化した後、鋳型内
の金属粉末添加ワツクスモデルの溶融、溶解工程
に移行する。

まず金属粉末添加ワツクスモデルのワツクスを
溶融除去する。これは従来の精密鋳造法の脱ロウ
の工程に相当するものと考えてよく、方法として
はワツクスの融点（100℃前後）まで加熱して鋳
型してから流し出す方法と、ワツクスの分解温度
（200℃前後）まで加熱して分解除去する方法であ
る。工程を自動化しようとする場合には後者の分
解除去が適している。

ワツクスが分離された後、金属粉末のみが多少
ポーラスな状態であるが鋳型内に残る。

次にこれを鋳型ごと加熱炉（金属粉末の材質に
よつては酸化を防止するために真空炉を使う必要
がある。）に入れ、金属粉末の融点以上の温度に
加熱し、金属粉末を溶解さ、鋳型内に外力を加え
ることなく自然に流動充満させる。この際の鋳型
細部への溶湯の充満を確実に行なうためと、除去
したワツクスの減量分を補填するための余分な金
属粉末をあらかじめ鋳型に押し湯として設けてお
く必要がある。

押し湯の量はワツクス減量分の20体積％分と鋳
造方案から決められる本来の押湯分の合計量とな
る。

鋳型内に溶湯が完全に流動充填した後に加熱炉
から取り出し徐冷し凝固させる。

鋳型が常温まで冷却した後、鋳型を破砕し製品
を取り出す。

以上が本発明の基本的な工程であるが次に実施
例で本発明を説明する。

実施例 翼車の製造に本発明の工程を適用した例につき
説明する。第２図に、この実施例の目的製品であ
る翼車を示す。材質は超耐熱合金（インコネル）、
寸法は外径が約80mm、全長が約60mm、射出成形の
成形性を支配する因子である翼の厚さ（ｔ）と長
さ（ｌ）の比ｌ／ｔは約25、翼枚数は６枚であ
る。図において、１は翼車全体を示し、２はボス
部、３は翼基部、４は翼車である。

第３図は、この実施例の各工程で得られる成形
品の断面を示す。

第３図中、１０が金属粉末添加ワツクスモデ
ル、１１がワツクスモデルの表面に耐火物鋳型を
造型した状態、１２がワツクスを分解除去した状
態、１３が金属粉末を加熱炉内で溶解し流動充填
させた状態、１４が凝固後に鋳型を破砕して取出
した製品（押し湯部分が付いた状態）を示す。

金属粉末は回転電極法で製造したインコネル
713C（ニツケル基超耐熱合金）の粒径分布を2μ以
下５体積％、2μ〜10μ92体積％、10μ以上３体積
％に調合したものを使用した。

上記金属粉末80体積％にパラフインワツクスを
18体積％、成形助剤としてエチレンアクリレート
（可塑剤）、油剤（浸潤剤）、ポリエチレン（硬化
剤）を合計２体積％添加し、100℃に加温しなが
ら３時間混練し、これを一度室温まで冷却、固化
した後に粉砕機で平均約２mm角の顆粒をつくり、
これを射出成形用の原料としてホツパより供給し
た。次にスクリユ部が約100℃に加熱されたイン
ラインスクリユ型の射出成形機で金属粉末添加ワ
ツクスモデル５を射出成形した。

次にワツクスモデル５の表面にコロイダルシリ
カ系のスラリーと耐火砂（ジルコンサンド）をス
ラリー塗型、耐火砂まぶし後、約0.5時間乾燥す
る工程を３回繰返して耐火物鋳型７を造型した。

この際金属粉末添加ワツクスモデル５のボス部
２上に押し湯とワツクス減量補填分と円柱状金属
粉末添加ワツクスモデル６をのせ、これをのせた
状態で上記鋳型７を造型した。（１１） 次に上記鋳型７の頂上部を切断し、加熱炉に投
入して190℃で１時間加熱処理しワツクス分を完
全に分解除去した。

この結果鋳型７内にはポーラスな金属粉末成形
体８が残る。（１２） 次にこれを鋳型７ごと真空加熱炉に投入し1450
℃の温度で約１時間加熱し、金属粉末を溶解し、
鋳型内へ自然に流動、充満させる。（１３）この
際押し湯部のポーラスな粉末成形体８はワツクス
の除却により生じた減量分だけで鋳型内部へ流動
するため溶湯面１５は鋳型７の頂上部切口から下
降する。

これを冷却凝固した後、鋳型７を破砕し、製品
９が得られた。（１４） なお製品９は押し湯部が付いた図を示してお
り、仕上工程でこれを切断したものが最終製品に
なる。

得られた製品は従来の精密鋳造品に匹敵する品
質が確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の加工法の工程説明図、第２
図は本発明の一実施態様の対象品、第３図は上記
対象品の製作過程の各工程の成形品の断面図であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 加工しようとする機械部品と同形のモデル
   を、金属粉末を添加したワツクスで作り、このモ
   デルの外表面に耐火性の砂とこれを接着する耐火
   物泥しようとを交互にまぶし乾燥して鋳型とし、
   該鋳型の一部に押し湯部を有する開口部を設け、
   これを加熱することによつて該開口部を通して前
   記ワツクスを分解除去し、しかる後、前記金属粉
   末の融点以上に加熱してこれを溶解し、外力を加
   えることなく自重により溶湯を前記鋳型内に充満
   させて該鋳型と同一形状の溶湯形状を形成させ、
   これを凝固させた後、前記鋳型を破砕して製品を
   取出すことを特徴とする金属機械部品の精密鋳造
   法。