JPH0459164A - 加圧鋳造装置 - 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） 本発明は加圧鋳造装置に関する。

（従来技術） 鋳物に巣と呼ばれる内部欠陥を生じるのは、主として金
属溶湯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。すなわち、製品キャビティ内で金属が収
縮してその収縮分を凝固中の溶湯で補えなくなる場合に
上記巣が発生する。

そこで鋳型の製品キャビティ内に注入された溶湯を加圧
することにより、鋳造品の組織の緻密化を図って巣の発
生を防止し、併せて鋳造品の機械的強度を向上させるい
わゆる加圧鋳造法が一般に知られている。

ところで、この加圧鋳゛造は、グ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）
を加えるのが通常であり、従って、この大きな加圧力に
耐えうるように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法を採用することも試み
られている。

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
与するという技術か開示されている。

一方、上記金型を用いたダイキャストの場合、溶湯を製
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、かつ、製品キャビティが複雑な形
状を有するものであれば、その複雑な形状部分に中に注
入されている溶湯は放熱面積が大きく早期に凝固するた
め、製品キャビティの細部にまで加圧力を効果的に及ぼ
すことが困難になる。したがって、このダイキャストで
は前述のような高い圧力を必要とするため、加圧手段が
大型になるとともに、高圧力であるが故に鋳型として砂
型を使用できず、かつ中子を用いた複雑形状製品の鋳造
も困難であった。

（発明の目的） そこで本発明は、鋳型として中子を備えた砂型を用いた
場合でも、鋳型を破損することなしに、製品キャビティ
各部の溶湯を効果的に加圧することができ、これにより
緻密な組織を有する良質な鋳物を得ることかできる加圧
鋳造装置を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、鋳型を収容する圧力容器と、製品キャビティ
内に注入された溶湯を鋳型の湯口側から気体加圧する第
１加圧手段と、製品キャビティ内の溶湯を製品キャビテ
ィ側から気体加圧する第２加圧手段と、上記圧力容器内
を上記第１および第２加圧手段よりも低い圧力で加圧す
る第３加圧手段と、溶湯と鋳型との境界を湯口側でシー
ルする第１シール手段と、溶湯と鋳型との境界を製品キ
ャビティ側でシールする第２シール手段とを備えている
ことを特徴とする。

（発明の効果） 本発明によれば、第１加圧手段によって湯口に供給され
た加圧気体により、溶湯を湯口側から加圧するとともに
、第２加圧手段によって製品キャビティ側に供給された
加圧気体により、製品キャビティ内の溶湯を内側から加
圧し、さらに容器内に収容された鋳型全体を第３加圧手
段によって加圧しているから、第１、第２加圧手段の圧
力と第３加圧手段の圧力との間に圧力差を適当に設ける
ことによって、溶湯全体を隈なく加圧することができ、
しかも溶湯と鋳型との密着が良好になり、面精度や冷却
性が向上する。また指向性凝固に応じて未凝固部分をよ
り積極的に（大圧力をもって）加圧できるから、鋳物全
体に亘ってその組織の緻密化と機械的強度の向１上を図
ることができる。さらに鋳型全体が圧力容器内に収容さ
れることによって、雰囲気が大気圧の場合に比較して鋳
型内外の圧力差を小さくすることができ、鋳型の負荷が
軽減されるから、鋳型の形状保持性が高められ、主型を
砂型で作成した場合でも、鋳型が破損するおそれがない
等の数々の利点を有するものである。

（実　施　例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図において、鋳型Ａは、第１主型１、第２主型２お
よび中子３とよりなり、これら両生型１．２と中子３と
により、アルミニウム製のフランジ付きカップ状製品を
形成するための製品キャビティ４か両生型１．２および
中子３により構成されている。両生型１．２および中子
３は、通常のレジン硬化剤を含む通気性のある自硬性砂
型であり、砂は珪砂６号を用いている。

第１主型１には、湯口５、湯道６およびゲート７が形成
され、製品キャビティ４の上方を覆う第２主型２にはエ
ア抜き通路８が設けられている。

また湯口５の周囲には湯溜り溝９が環状に形成されてい
る。湯道６は、湯口５から延びる垂直部の内径が２０ｍ
ｍ、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８ｍｍ、製品キャビティ４の
最大内径は１２０　ｍｍである。

フランジ付きカップ状製品の中空部を形成するだめの中
子３は、第１主型１に結合された第２主型２に金属製（
ステンレススチール製）幅木１１で支持されていて、こ
の金属製幅木１１には、中子３の内部へ加圧エアを供給
するための第２エア導入通路１２が形成されている。

鋳型Ａ全体は雰囲気加圧用の圧力容器１３内に収容され
ている。この容器１３は、上部筐体１３ａと下部筐体１
３ｂとがボルト締めされて一体化されたものよりなり、
上部筐体１３ａには、鋳型Ｍの湯口５の直上方位置に、
湯口５の周囲の湯溜り部９の外径よりも大きい内径を有
する円形の開口１４が、湯口５および湯溜り部９と同軸
的に形成されている。容器１３の開口１４の上方には、
開口１４を密閉するための蓋部材１５を上下方向に摺動
可能に設けたフレーム１６が配設されており、蓋部材１
５はモータ１７によって下降して容器１３の開口１４を
密閉するようになっている。また蓋部材１５の支持して
いる部材の上端にはシリンダ１８が固定され、このシリ
ンダ１８から蓋部材１５を貫通して下方へ延びるピスト
ンロッド１９の下端に、湯口５を密閉するための蓋部材
２０が取付けられている。この蓋部材２０は容器１３の
開口１４の蓋部材１５の内部において蓋部材１５と同軸
的に設けられている。湯口５を密閉するための蓋部材２
０は、湯口５の密閉時に、湯口５の周囲に環状に形成さ
れた湯溜り溝９内の溶湯内に没入するスカート部２０ａ
を備え、後述するように溶湯と鋳型Ａとの境界を湯口５
側でシールする第１シール手段を構成する。そしてピス
トンロッド１９内には、蓋部材２０が湯口５をシールし
たとき、蓋部材２０によって湯口５の上方に形成される
閉空間２１に加圧エアを供給するための第１エア導入通
路２２が形成されている。

２３は加圧エア源で、上記加圧エア源２３は、第１制御
部２４、第１導管２５を介して第１エア導入通路２２に
接続されている。また上記加圧エア源２３は、第２制御
部２６および第２導管２７を介して金属製幅木１１内の
第２エア導入通路１２に接続されている。上記第２導入
管２７は容器１３の下部筐体１３ｂの壁部を貫通して容
器１３内に導入され第２エア導入通路１２に接続されて
いる。また、上記金属製幅木１１の製品キャビティ４へ
の露出面には、この金属製幅木１１の外周に周回溝２８
が０．８ｍｍ　ピッチのねじ溝によって形成されている
。この周回溝２８は、後述するように、溶湯と鋳型へと
の境界を製品キャビティ４側でシールする第２シール手
段を構成する。さらに上記加圧エア源２３は、第３制御
部２９および第３導管３０を介して下部筐体１３ｂの壁
部に接続されている。上記蓋部材１５．２０、モータ１
７およびシリンダ１８を備えたフレーム１６、加圧エア
源２３および第１〜第３制御部２４．２６．２９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。

次に、本発明による加圧鋳造装置を用いたアルミニウム
合金製品の加圧鋳造方法を各工程順に説明する。

（１）鋳型Ａおよび容器１３の組立て 中子３を第２主型２に金属幅木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
および中子３には加圧時の溶湯差込み防止のため塗型剤
を塗布しておく。このように組立てられた鋳型Ａを下部
筐体１３ｂ内に入れ、第２導管２７を金属製幅木１１の
上部に接続した後、下部筐体１３ｂに上部筐体１３ａを
締着して容器１３を組立てる。

（２）注湯 湯口５からアルミニウム合金溶湯を湯溜り部９に溜るレ
ベルまで注湯する。製品キャビティ４および湯道６等内
のエアはエア抜き通路８から容器１３内に抜け、かつこ
のエア抜き通路８内に流入した溶湯はエア抜き通路・８
内面との接触により急冷凝固し、このエア抜き通路８を
塞ぐ。

（３）容器１３および湯口５の密閉 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、モータ１７を駆動してフレーム１６に設けられて
いる蓋部材１５を下降させて容器１３の開口１４に取付
け、容器１３を密閉する。

次にシリンダ１８を作動させて蓋部材２０を下降させ、
この蓋部材２０のスカート部２０ａを湯溜り溝９に没入
させ、かつ湯口５の上方に閉空間２１を形成する。蓋部
材２０のスカート部２０ａが没入した湯溜り溝９内の溶
湯は、このスカート部２０ａとの接触により急冷凝固し
、これにより、溶湯と鋳型Ａとの境界を湯口５側でシー
ルする第１シール手段が構成される。

（４）１次加圧 第１制御部２４を作動させて、湯口５の上方の閉空間２
１に３〜４気圧の加圧エアを供給して凝固初期の溶湯を
湯口５から加圧する。この凝固初期の溶湯はほとんど液
体であるため、湯口５からの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。したがって加圧前は、
第２図に示すように表面張力によって金属製幅木１１外
周の周回溝２８内に入りこむことができなかった溶湯Ｍ
が、上記加圧により、第３図に示すように周回溝２８内
に押しこまれて周回溝２８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。すなわち、溶
湯と鋳型Ａとの境界を製品キャビティ４側でシールする
第２シール手段が構成される。

（５）２次加圧 続いて第２制御部２６を作動させて、中子３の内部に３
〜４気圧の加圧エアを供給し、この加圧エアによる加圧
力を中子３の砂の粒子間隙を通じて中子３の表面から製
品キャビティ４内の溶湯を加圧する。次に第３制御部２
９を作動させて容器１３内を加圧するとともに、第１、
第２制御部２４．２６により、湯口５側および中子３側
の圧力を容器１３内の圧力（雰囲気圧）に対して約５気
圧の圧力差を維持しながら上昇させ、湯口５側および中
子３側の圧力を約２５気圧、容器１３内の圧力を約２０
気圧にした状態で、この圧力を凝固完了まで保持する。

この場合、製品キャビティ４内の溶湯は、中子３を介し
て内側からも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、主型１．２からの放熱が促
進されて凝固速度か上昇する。そしてこのように溶湯が
内側から加圧されか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、機械的強
度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、製品キャビティ４内の
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、製品キャビティ４の形状が複雑であっても、この
製品キャビティ４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じ
ることもなくなるのである。

さらに鋳型Ａ全体が容器１３内において加圧されている
ため、主型１．２が受ける負荷は小さくなり、主型１．
２が砂型であるにも拘らず、湯口５側および中子３側か
ら比較的高い２次加圧力をかけても、その破損を招くお
それはないものである。また中子３自体も加圧力の影響
を直接受けないため、中子３が破損するおそれもない。

（６）型ばらし シリンダ１８およびモータ１７を作動させて蓋部材１５
．２０を容器１３および湯口５がらそれぞれ取外し、か
つ容器１３の上部筐体１３ａを下部筐体１３ｂから取外
して鋳型Ａを容器１３内から取出し、次に主型１．２を
ばらして鋳造品を取出し、さらに金属製幅木１１を鋳造
品から外して、中子砂の取出しを行なう。この場合、金
属製幅木１１は周回溝２８によって鋳造品に螺合された
状態にあるから、鋳造品に対し回転させることにより、
容易に鋳造品から取外すことができる。

以上の説明で明らかなように、本発明による加圧鋳造装
置を用いれば、複雑な形状の製品を鋳造する場合にも、
製品キャビティの細部まで加圧力を及ぼしながら、溶湯
を鋳型に密着させることができるから、鋳物全体に亘っ
て面精度が良好で、かつ緻密な組織と高い機械的強度を
備えた鋳物を鋳造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による加圧鋳造装置の実施例の構成を示
す断面図、第２図はその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である。 １．２・・・主型 ４・・・製品キャビティ ９・・・湯溜り溝 １２・・・第２エア導入通路 １３・・・容器 １５．２０・・・蓋部材 ２２・・・第１エア導入通路 ２３・・・加圧エア源 ３・・・中子 ５・・・湯口 １１・・・金属製幅木 １４・・・容器の開口 ２８・・・周回溝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 製品キャビティを有する鋳型を収容する圧力容器と、 上記製品キャビティ内に注入された溶湯を上記鋳型の湯
   口側から気体加圧する第１加圧手段と、上記製品キャビ
   ティ内の溶湯を製品キャビティ側から気体加圧する第２
   加圧手段と、 上記圧力容器内を上記第１および第２加圧手段よりも低
   い圧力で加圧する第３加圧手段と、上記溶湯と上記鋳型
   との境界を湯口側でシールする第１シール手段と、 上記溶湯と上記鋳型との境界を製品キャビティ側でシー
   ルする第２シール手段と を備えていることを特徴とする加圧鋳造装置。