JPH06182521A

JPH06182521A - 差圧鋳造方法

Info

Publication number: JPH06182521A
Application number: JP35513392A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyoshi Sato; 三由佐藤; Minoru Uozumi; 稔魚住; Kunio Shimizu; 邦雄清水
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 1994-07-05

Abstract

(57)【要約】【目的】ストーク（湯口管）を用いて注湯する吸引鋳
造法において、後で鋳物の製品部とストーク部を溶断す
る必要の無い吸引鋳造法を提供する。【構成】本発明方法は、溶湯容器２の上方に鋳型１を
設置し、圧力差により下方から溶湯容器２内の溶湯７
を、ストーク４を介して鋳型キャビティ１１内に注湯し
た後、湯口部１２の溶湯が半凝固状態となった時に圧力
差を解除するとともに、上記ストーク４と鋳型１を引き
離すことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧力差により下方から
溶湯を鋳型キャビティ内に注湯することにより鋳物を製
造する差圧鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】差圧鋳造方法は一般的に、溶湯容器（溶
解炉、保温炉、取鍋、るつぼ等）の上方に鋳型を配置す
るとともに、鋳型と容器内溶湯との間にストーク（湯口
管）を介設し、相対的に溶湯容器側圧力よりも鋳型キャ
ビティ側圧力が低くなるようにして鋳型キャビティ内に
下方から溶湯を注湯することにより鋳物を製造する方法
として知られている。かかる差圧鋳造方法の代表例とし
ては、いわゆる吸引鋳造法（例えば特開昭６０−２４４
４５７号公報参照）や低圧鋳造法を挙げることができ
る。

【０００３】吸引鋳造法は、例えば図７に示すような装
置を用いる方法である。該装置は、搬送ローラー５，５
で動く定盤３（図８(a) 参照）に設けられた貫通穴３１
に、図８(b) に示すように落下防止用のフランジ部４１
を有するストーク４を嵌挿し、図８(c) に示すように鋳
型１を載置した後、それらを図７に示されているように
溶湯容器２上に運ぶとともに、ローラー５，５を降下さ
せてストーク４下端部を溶湯７中に浸漬し、次いで鋳型
１にチャンバー６を被せ、その減圧口６１に真空ポンプ
９を接続することにより構成される。注湯は、定盤３及
びチャンバー６で囲まれる空間を減圧し、溶湯７を下方
から鋳型キャビティ１１内に吸引することにより行われ
る。

【０００４】一方、低圧鋳造法は、鋳型側を減圧する代
わりに溶湯容器側を加圧して注湯する方法である。図７
に示されている吸引鋳造法と較べると、圧力調整手段の
設け方に多少相違があるものの、溶湯容器と鋳型の配置
状態、鋳型の搬送手段、ストーク介設方法は同様であ
る。具体的には、一時的に密閉状態とした溶湯容器内に
不活性ガスを圧送して溶湯の表面に圧力を加え、ストー
クを介して溶湯を鋳型内へ押し上げることにより注湯が
行われる。

【０００５】上記のような差圧鋳造方法は、空気や溶
湯表面に浮遊するノロ、フラックス等の不純物の巻き込
みが無くなる；圧力調整で静かに注湯できるため砂中
子が使用できる；凝固収縮時の溶湯補給もスムースに
行われる；指向性凝固が行われるので健全な、気密性
に優れた鋳物ができる；等の利点を有している。

【０００６】溶湯の凝固は、概して上から下へと、即ち
製品部→湯口部→ストーク部の順に進行してゆくが、キ
ャビティ内の溶湯（製品部）の脱落を避け、歩留りの向
上を図るには、少なくとも湯口部が完全に凝固するまで
所要の圧力差を維持する必要がある。その間にストーク
は溶損し始め、ストーク内溶湯もある程度まで凝固す
る。このためストークは１回使用しただけで使い捨てら
れる。鋳造を終えて装置から鋳型を取り外すと、ストー
クは鋳物の製品部に固着したまま取り出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って最終製品を得る
には、上記鋳物の製品部から湯口部・ストーク部を分離
しなければならない。従来より、その分離は、主として
溶断により行われてきた。しかしながら溶断は、コスト
アップの主因となり、また非常に手間を要する。溶断に
代わる方法としてカッチングやノコ刃による切断が考え
られるが、この方法では大型マシーンを必要とし、また
切断を可能にする熱処理も必要とするので一層のコスト
アップを招く。

【０００８】差圧鋳造方法には、上記の問題のほかに、
ストークの内壁に多量の溶湯が付着凝固するので方案歩
留りが悪い；ストークを除去するまで形状、大きさ等で
鋳物の取り回しが困難である；という問題もある。以上
のような鋳物の製品部と湯口部・ストーク部の分離に係
る種々の問題は、吸引鋳造法、低圧鋳造法等の差圧鋳造
方法の普及を妨げている。

【０００９】本発明は上記問題を解決する目的で為され
たものであり、その解決しようとする課題は、鋳物の製
品部と湯口部・ストーク部の分離にさほど大掛りな機
械、エネルギー、手間及びコストを要さず、最終製品に
する迄の取り回しが容易で、高品質の鋳物を従来よりも
生産性良く安価に製造できる差圧鋳造方法を提供するこ
とである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の差圧鋳造方法は、溶湯容器の上方に鋳型を配
置し、圧力差により下方から溶湯容器内の溶湯をストー
クを介して鋳型キャビティ内に注湯した後、湯口部の溶
湯が半凝固状態となった時に圧力差を解除するととも
に、上記ストークと鋳型を引き離すことを特徴とする。

【００１１】ストークと鋳型を引き離すには、溶湯容
器、ストーク及び／又は鋳型に適当な保持・昇降手段を
設け、ストーク側を固定して鋳型を上昇させるか、鋳型
側を固定してストークを降下させるか、又はストークと
鋳型の両方を相互に反対方向に引っ張るかすればよい。
一般的な吸引鋳造装置、即ち溶湯容器上に配置される定
盤にストークをセットし、その上に鋳型及び減圧用チャ
ンバーを配置するという構成の装置では、鋳型よりも格
段に重量が大きい溶湯容器側を動かし難いので、注湯後
の鋳型を運び去る際にストーク側を固定して鋳型を上昇
させストークと鋳型を引き離すのが好ましい。

【００１２】上記の半凝固状態とは、圧力差を解除して
も溶湯が落下しない程度に流動性を失ってはいるが完全
には凝固していない状態をいう。実際には湯口部の溶湯
が半凝固状態と言える時間には多少の幅があり、この幅
のある時間内にストークと鋳型を引き離すことになる
が、引き離すタイミングを左右する半凝固状態の程度の
判断には慎重を期すことが望まれる。溶湯の凝固が適当
な程度にまで進んでいないと製品部で溶湯の分断が起こ
る虞がある。他方、溶湯の凝固が進みすぎていると、ス
トークと鋳型を引き離すのに相当な力を要したり、鋳物
側に不必要な部分を大きく多く残すことになる。

【００１３】ストークと鋳型を引き離すタイミングは、
例えば予備試験により湯口部の溶湯が好適な半凝固状態
になる時間を調べておくことにより決定でき、実際の操
作に当たっては、その時期をタイマーで設定しておくこ
とができる。或は鋳型の湯口部付近に熱電対をセットし
ておき、測定温度が溶湯の半凝固温度まで下がった時に
ストークと鋳型を引き離すようにしてもよい。このタイ
ミングは一般的に、自動車のエキゾーストマニホールド
のような肉厚３〜４ｍｍの鋳物を製造する場合、注湯完
了後２０秒程度である。

【００１４】溶湯が鋳鉄で且つストークが鉄製ストーク
（セラミック等を使用しない１００％鉄系金属のもの）
である場合、鋳型から引き離されたストークは、直ちに
溶湯容器内（溶湯中）に投入され、鋳造原料として使用
されるのが好ましい。ストークは安価な軟鉄製のもので
あっても溶湯容器が３００ｋｇ級の溶解炉であれば鋳鉄
組成に問題となる影響を与えることはない。なお、アル
ミニウムやマグネシウムのような低融点溶湯では、鉄製
ストークを溶湯中に浸漬してストーク内に付着している
半凝固金属を溶解除去して、該ストークを繰り返し使用
するようにしてもよい。

【００１５】

【作用】溶湯を下方から鋳型内に注湯する差圧鋳造法で
は、溶湯容器から鋳型内へと充填された溶湯は、鋳型で
冷却されるとともに容器内溶湯から高熱を受けるため、
上から順に凝固、半凝固、溶解の各状態である部分が存
在する。時間の経過とともに上から下へと移行する半凝
固部分は、ある程度広い領域に及ぶものである。

【００１６】本発明の上記構成の鋳造方法によれば、湯
口部が半凝固状態となったタイミングを見計らって、鋳
型とストークを強制的に引き離すため、鋳型キャビティ
下部からストーク上部までの半凝固状態の溶湯は湯口部
で分断される。このことは、鋳造後における製品部とス
トーク部の溶断の必要性を無くし、鋳物の取り回しを容
易にする。溶湯が鋳鉄である場合、鋳物から分断された
直後の鉄製ストーク及びそれに付着している半凝固溶湯
は未だ高温であるため、それを直ちに溶湯容器内に投入
すれば溶解エネルギーをさほど必要としない。

【００１７】

【実施例】

実施例１この実施例において注湯に至るまでの操作は、先に図７
及び図８を用いて説明した通りである。従って、ここで
は注湯後の工程を中心に説明する。なお、鋳型１（図７
参照）は自硬性砂型であり、鋳物を多数個製造できるキ
ャビティ１１を有している。上端にフランジ部４１を有
するストーク４は軟鋼製であり、各寸法は、管内径＝６
０ｍｍ、肉厚３．５ｍｍ、長さ＝４００ｍｍである。昇
降手段６５を備えるチャンバー６にはシール具６２と、
ジャバラ６３で動く鋳型押え板６４が設けられおり、該
板の作動には大気圧が利用される。溶湯容器は、溶解炉
として利用できる高周波炉２であり、溶湯７は鋳鉄であ
る。

【００１８】注湯後、湯口部１２の溶湯が半凝固状態に
なったとき、チャンバー６を上昇・後退させ、図４に示
すように代った鋳型引上げ用治具８で鋳型１を保持す
る。なお湯口部の溶湯７２が半凝固になる時間は予め実
験で確かめられており、チャンバーを撤去する時に減圧
は解除されるが、鋳型１内の溶湯が脱落することはな
い。鋳型引上げ用治具８は、図３(a) 及び(b) に示すよ
うに、そのアーム部８１，８２をシリンダ８３により広
げたり狭めたりして、鋳型１を開放・拘束できるように
なっている。

【００１９】鋳型引上げ用治具８で鋳型１をある程度引
上げると、図１に示すように凝固〜半凝固状態の溶湯に
より製品部と連結しているストーク４も引上げられる。
それらが或る程度引上げられた状態で、定盤３の下側で
作動する第一マニピュレータ２１と定盤３の上側で作動
する第二マニピュレータ２２でストーク４を動かないよ
うに保持した後、鋳型引上げ用治具８を更に上昇させ
る。すると鋳型１とストーク４が引き離され、溶湯が半
凝固状態にある湯口部で分断する。その後、図２に示す
ように第二マニピュレータ２２だけでストーク４を定盤
３から抜き取り、炉内溶湯中に落下させる。

【００２０】実施例２実施例１の場合と殆ど同様であるが、この実施例では、
図５に示されているようにフランジ部の無いストーク４
０を用いる。注湯に先立って鋳型１と高周波炉２の間に
ストーク４０を介設する操作、その時から最終的に鋳型
１を撤去する迄の間のストーク４０の保持、及び鋳型１
から分断されたストーク４０を炉内溶湯７に落下させる
操作は全て第一マニピュレータ２１のみで行う。この実
施例の特有の効果は、フランジ部の有るストークを製造
する場合と市販の鉄製パイプを切断する場合を比較すれ
ば判るように、１回限りの消耗品であるストークを従来
より非常に廉価に入手でき、鋳造コストを著しく低減で
きることである。またマニピュレータは１個だけです
み、注湯後の鋳型１とストーク４０の引き離し操作にお
ける装置の制御システムを簡素化できるというメリット
も有する。

【００２１】実施例３実施例１では鋳型１内の溶湯が凝固した後にチャンバー
６を撤去し、鋳型引上げ用治具８で鋳型１を引上げた
が、この実施例では鋳型１の引上げを、図６(a)に示す
ように鋳型引上げ手段を設けたチャンバー６０で行う。
チャンバー６０の内側下部には可倒タイプの係止爪６
５，６５とストッパー６６，６６が設けられている。上
記の係止爪６５，６５に対応して、鋳型１には底に近い
外縁に段部１５，１５が設けられている。また鋳型１の
堰部１３と湯口部１２の境目には、溶湯通路の内径を狭
くした形の絞り部１４が設けられている。

【００２２】図６(a) は注湯終了直後の状態を示してい
るが、その後にチャンバー６０を上昇させた時の状態を
図６(b) に示す。鋳型１は、その段部１５，１５がチャ
ンバー６０に設けられている係止爪６５，６５に支えら
れるようにして引上げられる。その際、ストーク４は第
一マニピュレータ２１で動かないように保持されてお
り、上記絞り部１４の所で半凝固溶湯７２は分断され
る。ストーク４側に分断された凝固溶湯は第二マニピュ
レータ２２によってストーク４とともに定盤３から上方
に取り外され、炉内溶湯７中に落下される。なお、別の
場所でのチャンバー６０からの鋳型１の取り出しは、係
止爪６５，６５が倒れるようにストッパー６６，６６の
位置をずらして行われる。

【００２３】

【発明の効果】本発明の差圧鋳造方法によれば、湯口部
の溶湯が半凝固状態のときにストークと鋳型を引き離す
ようにするので、型バラシして取り出された鋳物に対し
て製品部から湯口部・ストーク部の溶断を行う必要がな
くなり、生産性を向上することができる。また、切断の
ための手間や設備を省けることによる経費節減に加え、
分断された湯口部とストーク部を半凝固状態で溶解でき
ることによるエネルギー節減（完全凝固後に再溶解する
場合の1/5 ）で、生産コストを大幅に低減させることが
できる。その上、型バラシして取り出された鋳物には、
邪魔になるストーク部等の不要部分が無いので、取り回
しが容易となり、そのための工程数も少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の一実施例に係る、鋳型とストーク
を引き離す直前の状態を示す図である。

【図２】その後の状態を示す図である。

【図３】鋳型引上げ用治具の操縦法の説明図である。

【図４】一実施例に係る注湯後の溶湯の凝固状態を示す
断面図である。

【図５】他の実施例に係る図である。

【図６】別の実施例に係る図である。

【図７】吸引鋳造法に使用される一装置の説明図であ
る。

【図８】ストークの取り付け方法の一例を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１鋳型２溶湯容器（高周波炉）３定盤４ストーク６チャンバー７溶湯８鋳型引上げ用治具１１キャビティ１２湯口部２１第一マニピュレータ２２第二マニピュレータ４０フランジ部の無いストーク６０鋳型引上げ手段を設けたチャンバー

Claims

【特許請求の範囲】

溶湯容器の上方に鋳型を設置し、圧力差により下方から
溶湯容器内の溶湯をストークを介して鋳型キャビティ内
に注湯した後、湯口部の溶湯が半凝固状態となった時に
圧力差を解除するとともに、上記ストークと鋳型を引き
離すことを特徴とする差圧鋳造方法。