JPH07100586A - 鋳型砂の圧密装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】原型を備えた原型支持プレート上の成形箱内に
挿入した鋳型砂にガス圧を急激に作用して鋳型砂を圧密
する装置であって、ガス圧の作用を受ける通気性層を被
圧密鋳型砂の表面の真上に設けた形式のものにおいて、
通気性層（１０）が、圧密すべき鋳型砂（１１）の高さ
に適合した通気性を有し、従って、原型の高い輪郭およ
びまたはプラトー状輪郭に対応する範囲（１３）の通気
性は、原型が存在しない原型支持プレートの部分に対応
する範囲（１２）の通気性よりも小さく設定する。 【効果】鋳型の水平断面における強度が均一化し、鋳型
内で亀裂の発生を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原型を備えた原型支持
プレート上の成形箱内に挿入した鋳型砂にガス圧を急激
に作用させて鋳型砂を圧密する装置であって、ガス圧の
作用を受ける通気性層を未圧密状態の鋳型砂の表面の真
上に設けた形式のものに関する。

【０００２】

【技術的背景】成形箱と充填フレームとから成り、原型
を備えた原型支持プレートで下面を閉鎖した成形スペー
スに鋳型砂を充填し、補助部材の形の通気性層を鋳型砂
の自由表面に載せ、次いで、貯蔵した高圧ガスを補助部
材に急激に放圧させる形式のガス圧成形法は、すでに試
みられており、同一出願人により出願されている（特願
昭５８−４６１０４）。補助部材は、固定してないの
で、鋳型砂の圧密に伴う鋳型砂表面の下降運動に追従す
る。ガス圧は、補助部材において、運動エネルギーに変
換されて鋳型砂表面に伝達される。しかも、補助部材の
通気性に基づき、同時に、ガスと鋳型砂表面との間でエ
ネルギー交換が行われる。更に、ガスは、鋳型砂内に浸
透し、流動化効果をもたらす。この効果は、ガス圧によ
って作られる衝撃エネルギーと共に、鋳型砂の圧密に寄
与する。更に、補助部材を複数の部分に分割し、上記部
分を所与の原型輪郭に適合させ、高い原型輪郭上にある
部分を低い原型輪郭上にある部分よりも小さく構成する
ことも提案されている。かくして、特に、水平面内の密
度または鋳型の硬さをほぼ同一の数値とすることを意図
している。しかしながら、実験から判明したのだが、こ
の目的は達成が容易でない。特に、輪郭に大きな高低差
またはプラトー状面があるような原型の場合、満足でき
る鋳型硬さは得られるが、本質的に上部から下部へ延び
る亀裂が生ずると言うことが判った。これは、本質的に
垂直方向へ作用する剪断力に起因する。

【０００３】

【従来の技術】公知の別の提案では、砂を充填する成形
箱の上方に、場合によっては断面積の異なるノズル状ボ
アを有する分配板を配置し(米国特許第３，１７０，２
０２号)、或いは、例えば、原型上方の特定の表面部分
を、鋳型砂に埋設した壁と鋳型砂表面の上方に間隔をお
いて固定した閉鎖底面とを有するカップ状容器で被う
（西独公開第２，９４９，３４０号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これら双方の公知の装
置では、満足できる圧密効果は得られない。第１の事例
では、ノズルの配置に対応して鋳型砂表面に多数のクレ
ータ（エクボ）が生じ、他方、第２の事例では、底面の
下方にある鋳型砂は、実際上、圧密されず、ガス圧が、
容器外にある鋳型砂表面部分にのみ作用して、上記部分
にクレータ状凹みが生ずる。即ち、上述の問題は解決さ
れず、逆に、クレータ形成に起因する欠陥が附加され
る。

【０００５】本発明の課題は、鋳型の水平断面における
鋳型の強度が均一であると共に、鋳型内の亀裂の発生が
防止されるよう、冒頭に延べた種々の装置を改善するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的は、本発明に基
づき、通気性層の通気性を圧密すべき鋳型砂の高さに適
合させ、原型の高い輪郭およびまたはプラトー状輪郭
（平坦部）に対応する範囲の通気性を原型の存在しない
原型支持プレートの部分に対応する範囲の通気性よりも
小さくすることによって、達成される。

【０００７】冒頭に延べた方法では、原型輪郭に適合し
た負荷を補助部材に加えることによって鋳型の硬さを調
節するが、本発明では、原型支持プレート状の原型の高
さ推移に層の通気性を適合させることにより、即ち、圧
密ストローク（鋳型砂表面の下降長さ）の大きい範囲に
作用するガス圧を圧密ストロークの小さい範囲（原型の
高く広い部分）のガス圧より大きくすることにより、上
記目的を達成する。更に、前者の範囲では、より多量の
ガスを鋳型砂内に浸透させて、後者の範囲よりも強い流
動化を行う。かくして有意の亀裂の発生が確実に防止さ
れると言うことが、実験から判った。この理由は、ガス
圧にもとづく砂粒間のエネルギー交換および流動化効果
によって達成される圧密過程が、鋳型砂の全ての部分容
積について、同一速度で、即ち、同一時間で行われ、従
って、隣接の鋳型砂容積が、同時点に圧密ストロークを
行い、上記容積間の水平方向相対運動では現れず、且
つ、特定の型部分の過早の圧密に起因する水平方向圧力
平行運動も現れないことにある。

【０００８】

【好適な実施の態様】本発明の好ましい実施の態様に基
づき、通気性の異なる層ゾーンを、垂直方向に関して
も、鋳型砂内に差込んだ格子状壁によって相互に区画す
ることによって、上述の効果を増大できる。

【０００９】即ち、上記の格子状壁は、充填高さの少な
くとも一部にわたって垂直方向へ並ぶ鋳型砂容積を層の
通気性に対応して相互に区画するので、ガス圧力に対す
る通気性の差の影響は、型の深い個所において、分離状
態に保持される。かくして、特に、隣接の鋳型砂容積の
間の“短絡”流動が避けられる。上記の格子状壁は、例
えば、原型の外面の範囲まで差込むことができる。即
ち、この格子状壁は、緩い状態の上記鋳型砂容積を相互
に分離するのみならず、最終的に圧密された型範囲まで
突出する。

【００１０】本発明の別の態様にもとづき、通気性層の
一部は、不動に配置し、一部は、鋳型砂の表面と移動で
きるよう、上記表面に可動なよう載せる。可動層は、ガ
ス圧にょって加速される補助部材を形成し、その運動エ
ネルギーは、鋳型砂に伝達されて補助的圧密効果を生ず
る。この場合、原型の上方にある層範囲、即ち、通気性
の小さい範囲は不動であり、自由な原型支持プレートの
上方にある層範囲、即ち、大きな圧密ストロークが行わ
れる範囲は可動である。

【００１１】しかしながら、通気性層主体を鋳型砂表面
に載せ、上記表面と共に移動させることもできる。この
場合、原型の高い輪郭およびまたはプラトー状輪郭に対
応する通気性層範囲の重量負荷を原型の存在しない原型
支持プレートの部分に対応する通気性層範囲の重量負荷
よりも小さくするのが好ましい。このような場合、層は
異なる圧密ストロークに追従できるよう可撓性に構成す
るのが好ましい。

【００１２】ガス圧成形法の場合、一般に挿入された緩
い状態の鋳型砂を成形箱と共に受容する充填フレームを
成形箱上に載せる。この場合、通気性層の不動部分は、
常に充填フレームにとどまり、成形箱および完成鋳型の
下降運動を妨害しないよう、充填フレームに固定する。

【００１３】この実施の態様の場合、格子状壁は、通気
性層の不動部分および成形箱に固定し、成形箱内まで延
ばす。かくして、格子状壁も、成形箱の運動を妨害しな
い。

【００１４】合目的的な実施の態様に基づき、通気性層
は、所望の通気性に適合した自由開口断面積を有る１つ
または複数の多孔板から構成する。

【００１５】

【実施例】図示の実施例を参照して以下に本発明を詳細
に説明する。

【００１６】図１において、原型２を備えた原型支持プ
レート１は、成形箱３の下面を閉鎖する。成形箱３に
は、成形箱とともに成形スペースを形成する充填フレー
ム４が載っている。この成形スペースの上方には、プレ
ート６で上部を閉鎖したガス補集室５が設けてある。ガ
ス補集室５には、高圧容器７の導管８が開口している。
この導管には、開口断面積の大きい弁（図示してない）
が設けてある。成形箱３および充填フレーム４の操作な
らびに鋳型砂の充填に必要な装置は、慣用のタイプであ
るので、図示してない。圧密操作に必要なガス圧は、図
示の如く高圧容器から取出すことができ、或いは、可燃
ガス混合物の爆発によって作ることができる。

【００１７】成形箱３および充填フレーム４に充填した
鋳型砂１１の自由表面の上方には、通気性層１０が配設
してある。本実施例の場合、通気性層１０は、通気性の
異なる２つの範囲、即ち、通気性の大きい外縁範囲１２
と、通気性の小さい中央範囲１３とを有する。この中央
範囲は、ほぼ、原型２（特に、原型の高い輪郭範囲およ
びプラトー状輪郭範囲）の上方にあり、一方、通気性の
大きい範囲は、原型の存在しない原型支持プレート１の
部分の上方にある。

【００１８】図２〜図４の実施例の場合、通気性層は、
２つの部分から構成されている。この場合、１つの部分
１４が、通気性の大きいゾーン１２を形成し、別の部分
１５が、通気性の小さいゾーン１３を形成する。ゾーン
１３の通気性は、例えば、上記範囲の充填フレームの自
由横断面積の１０％以下である。

【００１９】本実施例では、通気性の小さいゾーン１３
を含む部分１５は、例えば、リブ１６によって、充填フ
レーム４に固定してあり、一方、別の部分１４は、可動
なよう、リブ１６の下方の鋳型砂表面に載せてある。

【００２０】通気性の異なる部分１４、１５は、それぞ
れ、多孔板から構成できる。この場合、通気性の小さい
ゾーン１３を形成する部分１５の多孔板は、グリル１７
で支持できる。

【００２１】通気性の異なるゾーン１２、１３は、通気
性層の不動部分１５とともにリブ１６によって、例え
ば、成形箱３のレベルに、充填フレームに固定した格子
状壁１３によって、充填した鋳型砂の深いゾーンまで相
互に分離されている。特殊な態様として、成形箱の通常
のバーと同様、取付リブ２０を備えた格子状壁１９を成
形箱３の上部に案内することができる。原型の種類に応
じて（例えば、成形箱３の周縁範囲に壁があるような浴
槽下半部を製造する場合）、部分１４、１５の配置を逆
にすることもできる。大容積のボール状原型の場合は、
原型の範囲まで垂直にゾーン１２、１３を配置するのが
有利である。更に、原型によって決まる条件に適合する
よう、通気性の異なるゾーンを分離することができる。

【００２２】

【実験例】図５、図６に１ｍ×１ｍの寸法の成形箱３を
原型支持プレート１に載置し、輪郭で示す原型２を原型
支持プレート１上に載置した状態を夫々平面図として示
す。下部に並置した３個の原型は約６０〜８０ｍｍの高
さであり、成形箱の縁から３５〜５０ｍｍ離れて置かれ
ている。記入した数字は鋳型成形テスト後の各部分の鋳
型強度をＮ／ｃｍ²で示すものである。

【００２３】ベントナイト結合剤材を用いた鋳型砂を次
の組成で配合した。 ベントナイト量 ８％ 圧縮性 ４０％ 圧縮生強度 ２１Ｎ／ｃｍ² 通気性 １００

【００２４】図５、図６とも、鋳型砂を容器ガス圧５バ
ールで衝撃的に作用させてガス圧成形を行った。図６
は、鋳型砂充填のみで多孔プレートを用いない比較例を
示し、図５は、本発明の実施例として、中央部１３に気
孔率５％の多孔プレートを配し、周辺部１２には多孔プ
レートなし（気孔率１００％）として、夫々成形テスト
した。

【００２５】図５、図６の各部の数字（強度）から明ら
かな如く、図５では図６に比べて周辺部の強度が顕著に
改善されている。中央部の強度はほぼ同じであるか、ま
たはやや低目となっている。かくて、全体として強度の
分布は平均化された。

【００２６】図７に、鋳型空間内における圧力の経過を
示す。急峻な圧力上昇曲線Ａ（左側）は原型のない（気
孔率１００％）周辺部１２での、また他の曲線Ｂ（右
側）は多孔板の下方で測定した曲線である。最終的圧力
は双方の曲線共等しくなるが、多孔板の存在によって圧
力上昇が遅延されることが明らかとなっている。これに
より、その下部の鋳型砂中の多孔プレート（即ち、通気
性層）の効果が裏付けられる。

【００２７】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、原型のな
い部分では通気性の小さな通気性層（多孔プレート）を
配した原型のある部分の上方よりも圧力上昇速度が遅延
され、その結果双方の部分間での強度の差が減少・均一
化され、鋳型成形体に亀裂等の不良が発生することが避
けられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガス圧式圧密装置の本質的部分の部分切欠略
図、

【図２】成形箱および充填フレームを含む装置の実施例
の断面図、

【図３】図２の実施例の平面図、

【図４】図２の範囲IVの拡大詳細図、

【図５】本発明の実施例の原型配置およびテスト後の強
度値の分布を示す平面図、

【図６】比較例の原型配置およびテスト後の強度値の分
布を示す平面図、

【図７】多孔プレート（通気性層）のある部分とない部
分での圧力上昇曲線を示すグラフである。

【符号の説明】

１…原型支持プレート ２…原型 ３…成形箱 ４…充填フレーム ５…ガス補集室 ７…高圧容器 １０…通気性層（補助部材） １１…鋳型砂 １２、１３…通気性層の通気性の異なる部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ノルベルト・ダム ドイツ連邦共和国 7521 カールスドルフ −ノイトハルト、ビュヘナウアーシュトラ ーセ 22

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原型を備えた原型支持プレート上の成形箱
   内に挿入した鋳型砂にガス圧を急激に作用して鋳型砂を
   圧密する装置であって、ガス圧の作用を受ける通気性層
   を被圧密鋳型砂の表面の真上に設けた形式のものにおい
   て、通気性層（１０）が、圧密すべき鋳型砂（１１）の
   高さに適合した通気性を有し、従って、原型の高い輪郭
   およびまたはプラトー状輪郭に対応する範囲（１３）の
   通気性は、原型が存在しない原型支持プレートの部分に
   対応する範囲（１２）の通気性よりも小さく設定してあ
   ることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】通気性層（１０）の通気性の異なるゾーン
   （１２，１３）が、垂直方向に関しても、鋳型砂（１
   １）内に埋設された格子状壁（１８）によって相互に区
   画されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】通気性層（１０）の一部（１５）が、不動
   に配置してあり、一部（１４）が、鋳型砂（１１）の表
   面に固定せずに載せてあり、上記鋳型砂とともに移動で
   きることを特徴とする請求項１または請求項２記載の装
   置。
4. 【請求項４】通気性層（１０）の、鋳型（２）の上方に
   ある範囲（１３）が不動であり、原型支持プレート
   （１）の自由な部分の上方にある範囲（１３）が可動で
   あることを特徴とする請求項１〜３の一に記載の装置。
5. 【請求項５】通気性層（１０）の全体が、鋳型砂（１
   １）の表面に載っており、上記鋳型砂と共に移動でき、
   通気性層（１０）の、原型の高い輪郭およびまたはプラ
   トー状輪郭に対応する範囲（１３）の重量負荷が、原型
   の存在しない原型支持プレートの部分に対応する範囲
   （１２）の負荷よりも小さいことを特徴とする請求項１
   または請求項２記載の装置。
6. 【請求項６】請求項１〜５の一に記載の装置であって、
   成形箱上に充填フレームを載せた形式のものにおいて、
   通気性層（１０）の不動部分（１５）が、充填フレーム
   （４）に固定してあることを特徴とする装置。
7. 【請求項７】格子状壁（１８）が、通気性層（１０）の
   不動部分（１５）にのみ取り付けてあり、成形箱（３）
   内まで延びていることを特徴とする請求項１〜６の一に
   記載の装置。
8. 【請求項８】格子状壁（１８）が、垂直方向へ分割して
   あり、上半部（１８）は、充填フレーム（４）に固定し
   てあり、下半部（１９）は、成形箱（３）に固定してあ
   って上記成形箱内に延びていることを特徴とする請求項
   １〜６の一に記載の装置。
9. 【請求項９】通気性層（１０）が、所望の通気性に対応
   する自由開口断面積を有する１つまたは複数の多孔板か
   らなることを特徴とする特徴とする請求項１〜８の一に
   記載の装置。