JPH057975A - 鋳造用鋳型 - Google Patents
鋳造用鋳型Info
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- JPH057975A JPH057975A JP18589591A JP18589591A JPH057975A JP H057975 A JPH057975 A JP H057975A JP 18589591 A JP18589591 A JP 18589591A JP 18589591 A JP18589591 A JP 18589591A JP H057975 A JPH057975 A JP H057975A
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- B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
- B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
- B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
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- B28B7/34—Moulds, cores, or mandrels of special material, e.g. destructible materials
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
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Abstract
も有利な鋳造用鋳型を提供すること。 【構成】 石英ガラス粒子を所定の形状に成形したこと
を特徴とする鋳造用鋳型。
Description
関するものである。
料を加熱して溶融させ、鋳型内に溶融物を鋳込み、冷却
して固化させることによって鋳造物を製造するのであ
る。鋳造物としては、一般に金属が知られているが、他
にも、セラミックを材料とする電鋳煉瓦等も鋳造によっ
て製造されている。
適するシェルモールド鋳造法やインベストメント鋳造法
が知られている。砂型鋳造法では、石英を主成分とする
硅砂と粘土からなる鋳物砂を用いて鋳型がつくられる。
シェルモールド鋳造法では、細かい硅砂にフェノール樹
脂やフラン樹脂等の有機粘結材(有機バインダ)の粉末
を5%程度混ぜたレジンコーテッドサンドが鋳型材とし
て用いられる。この場合、硅砂に混ぜた有機粘結材は溶
融物を鋳造する際に焼失する。いずれの場合にもコスト
削減のために、鋳型材として用いた硅砂をできるかぎり
再利用することが望ましい。
が用いられているが、注湯温度の高い鋳物の場合には極
めて純度の高いフラタリー硅砂が用いられている。硅砂
はα−石英(SiO2 )で構成される。SiO2 は耐火
性にすぐれている。また融点以上の温度でも粘性が大き
いので、鋳型内で鋳造物に近接した部分が融点以上の温
度に加熱されても流動することがない。このように狭い
範囲で溶融が起きても鋳型としての機能が損われること
はない。また珪砂は入手し易く安価であるため経済的に
も有利である。
の反応性が小さいので焼きつきが生じ難く、そのため型
離れが良い。このようにSiO2は鋳型材に適した種々
の性質を有している。
型が高温の鋳造物の表面から熱を奪い、鋳造物の表面温
度が低下する。鋳造物内部は高温のままである。その結
果、鋳造物の表面のみが収縮しようとする。一方、鋳型
は鋳造物に加熱されて膨張する。鋳造物は収縮しようと
し、逆に鋳型は膨張しようとする。このため、鋳型が鋳
造物の表面を引き伸ばそうとする現象が起る。
ッジクラック(2面にわたる角部の亀裂)が発生する場
合がある。また、寸法の大きな製品を鋳込んだときには
鋳型が膨張して鋳造物側に向かって湾曲し、鋳造物の表
面に面へこみ(コンケーブ)をつくる場合もある。この
ため、大型鋳造物の鋳型においては、平坦な面を得るた
めに、面へこみをあらかじめ予定して鋳型内面を凹状に
しておくことが多い。つまり原型の平坦面を凸状にする
のである。
従来の硅砂を用いた鋳型は鋳造物を冷却する能力が大き
い。また、硅砂特有の変態(後述する)に伴う吸熱作用
が加味されるので鋳造物表面から熱を奪う作用は一層大
きくなる。さらに、珪砂は変態に伴って容積が膨張す
る。このため、前述したエッジクラックや面へこみが発
生し易いのである。ところで、面へこみは修正可能であ
るが多大な研削費を必要とし、エッジクラックは破断の
原因になることがあるため、いずれも好ましくない。
然の硅砂はα−石英(SiO2 )で構成されている。α
−石英は加熱を受けると573℃でβ−石英に変態して
1.35%体積が膨張する。β−石英は1250℃でβ
−クリストバライトに転移して、17.4%容積を増加
する。更にβ−石英は1700℃付近で溶融して石英ガ
ラスとなり容積は20%も増加する。
1700℃以上の溶融物を鋳込んだ場合には、僅かな時
間で個々の粒子が加熱され、それぞれの粒子がその温度
に応じた変態相に到達する。そして鋳型材はSiO2 の
様々な変態相の混合物になる。この時、膨張を繰り返し
た粒子の中には亀裂が入ったり、崩壊するものも出てく
る。
鋳型の通気性を損なうので再使用できない。使用材の鋳
型材を再使用する時には、鋳型材を分級して微粉を取り
除く必要がある。そして、新しい鋳型材を補充して再び
鋳型を作成するのである。
かには、亀裂が入り崩壊し易くなった粒子も多く存在す
る。このような粒子は再処理や移送中に加えられる僅か
な外力によって崩壊して微粉となり、その都度発塵する
ことになる。鋳造の途中で鋳型材粒子が崩壊して微粉や
ダストになると、鋳型の通気性が損なわれ鋳造物の品質
が低下する。
深い観察によって次の事実も明らかになった。それは、
従来の硅砂を使った鋳型においては、鋳型を構成する珪
砂粒子が注湯時に溶融煉瓦材料から輻射加熱を受け、熱
衝撃によって崩壊し、鋳型から飛び出して溶融物に入る
現象が見られると言うことである。そしてこれに起因す
ると思われる製品の欠点や、亀裂の発生、気孔の生成な
どが指摘されるに至っている。
分されるが、これは近年重要かつ深刻な問題となってい
る。また粉塵の発生は作業環境に悪影響をもたらす。
2 −SiO2 質セラミックやAl2 O3 −SiO2 質セ
ラミックを鋳込む場合に特に大きな不都合となる。これ
らの電鋳煉瓦材料は融点が高く鋳造温度が約1900℃
と非常に高温になるからである。実際、電鋳煉瓦を鋳造
する場合には、鋳型材の再利用率が50%以下になって
しまう。仮に再利用率が50%とすると、1+0.5+
0.52 +0.53 +…=1/(1−0.5)=2の計
算によって、個々の粒子は平均2回の使用で廃棄される
ことになる。
型を構成したが、鋳造物と反応して焼付きが発生し、鋳
型材としては不向きなことが判明した。
発明の目的は微粉やダストの発生が少なく、高品質の鋳
造物を製造でき、さらにコスト的にも優れた鋳造用鋳型
を提供することにある。
ラス粒子を所定の形状に成形したことを特徴とする鋳造
用鋳型である。
ず、熱膨張も実質的に無視できるので、高精度の鋳造物
を製造できる。また、石英ガラスは化学的、物理的に安
定しているので、崩壊して微粉やダストを生じることが
少ない。従って、鋳込時に微粉やダストが溶融物に混じ
ることがない。また、通気性が良好な鋳型を構成でき、
しかも、何度も鋳型材として使用できる。
ッシュ以上で8メッシュ以下のものを用いることが望ま
しい。限定理由は48メッシュより粒径が小さいと鋳型
の通気性が低下して気泡が発生したり、多量のバインダ
ーを必要とする。8メッシュ以下では十分な強度がでな
い。粘結材としてはフラン系樹脂、フェノール系樹脂、
水ガラス等の通常用いられているバインダーを用いるこ
とができる。
量比で珪砂の0.5〜5%の範囲に調整するのが望まし
い。
にふりかけて有機バインダーを硬化させることによって
作成できる。また、鋳型は、シェルモールド鋳造法によ
る鋳型を製作するためのシェル鋳型造型機によって自動
的に製作することもできる。
子にバインダーを加えないで、真空吸引の手段を使って
鋳型とすることもできる。このような真空吸引鋳型につ
いても、本発明を適用できる。
導体のパッケージ用フィラー材として多量に生産されて
おり、容易に入手できる。
を準備し、これに少量のフランバインダーを加えて、箱
状の鋳型を形成した。その寸法形状は、内寸で250×
400×1500mm、厚みは30mmであった。石英
ガラス粒子とフランバインダーの混合率は重量比で1.
5%であった。
面とし、上面の中央に直径150mmの孔を設け、その
上に高さ250mmの円筒形の押湯部を載せた。押湯部
の上面を露出させ、鋳型の周囲には除冷剤として前記と
同様の石英ガラス粒子を充填した。
−SiO2 質材料を電気炉で約1900℃に加熱して溶
融させ、この溶融物を鋳型に注湯した。その後、これを
徐冷して、約一週間後に鋳造物を取り出した。
材として用いた鋳造物に比べ極めて寸法精度に優れ、亀
裂の全くないものであった。
取り出し水洗乾燥し、40メッシュ以下の部分を篩分け
した。その結果40メッシュ以下の微粉に崩壊した部分
は2%に過ぎず、40メッシュ以上の部分は98%であ
った。従って、石英ガラス粒子の再利用率は98%であ
った。
さい。例えば天然の硅砂の約65%である。また、石英
ガラスの密度は2.21g/cm3 であって硅砂の2.
65g/cm3 に比べて小さい。従って、石英ガラスで
構成した鋳型は、単位時間当たりに吸収する熱量が小さ
く、熱の吸収速度も硅砂の鋳型より小さい。このため、
鋳造物から急激に熱を奪うことがない。さらに石英ガラ
スの熱膨張率は5.5〜5.8×10-7と小さいので、
鋳型における熱膨張は実質的には無視できるオーダーで
ある。このため石英ガラス粒子で構成した鋳型を用いる
ことによって高精度の鋳造物を製造でき、鋳造物の面へ
こみやエッジクラックを防止できる。
極めて安定しているため、崩壊して微粉やダストを生じ
ることが少ない。従って、鋳込時に微粉やダストが溶融
物に混じることがなく高品質の鋳造物を得ることができ
る。また、石英ガラス粒子は容易に崩壊しないので再利
用率が極めて高く鋳型材として何度も使用できる。再使
用時に新砂として補充する石英ガラス粒は極くわずかで
よい。再利用率が95%の場合を想定して石英ガラス粒
子の平均使用回数を計算すると、平均使用回数は1+
0.95+0.952 +0.953 +…=1/(1−
0.95)=20の計算によって、20回となる。この
平均使用回数は、従来技術の欄で述べたα−石英の平均
使用回数2回の10倍にも相当する。これは石英ガラス
の単価がα−石英の約8倍であるという経済的ハンデキ
ャップを充分に補って余りあるものである。
で、集塵装置の設置費やその運転費を要せず、また廃砂
の処分費も軽減できるので、コスト的な利点は前述の見
積よりもさらに大きなものとなる。 ◆
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1】 石英ガラス粒子を所定の形状に成形した
ことを特徴とする鋳造用鋳型。
Priority Applications (3)
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- 1992-06-30 EP EP19920111088 patent/EP0521469B1/en not_active Expired - Lifetime
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EP0521469A1 (en) | 1993-01-07 |
DE69214022T2 (de) | 1997-04-30 |
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