JPH07116775A

JPH07116775A - 金型鋳造用鋳型とその製造方法及びそれを用いた鋳造方法

Info

Publication number: JPH07116775A
Application number: JP6201749A
Authority: JP
Inventors: Susumu Aiuchi; 進相内; Shigeo Hashida; 榮夫橋田; Isamu Kawai; 勇河井; Toshiaki Yamanaka; 敏昭山中; Kiwamu Tsuruhenji; 極二十里; Hiromi Arakawa; 弘巳荒川; Yoji Yokoyama; 洋二横山; Masaki Yoshii; 正樹吉井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-08-31
Filing date: 1994-08-26
Publication date: 1995-05-09

Abstract

(57)【要約】【目的】共晶黒鉛鋳鉄組織の鋳造品を鋳造するのに好敵
な金型構成の鋳型及びその製造方法とそれを用いた鋳造
方法とを提供することにある。【構成】加熱した金型１に成形型４を組合せ、吹き込み
管７を通して熱硬化性樹脂でコ−ティングした鋳物砂８
を、金型１と成形型４で作られる所定の隙間６に充填し
て鋳物砂層９を再現性よく形成する。【効果】崩壊性に優れた薄い鋳物砂層を再現性よく、し
かも高い生産性をもって、金型表面に形成することがで
き、抜け勾配が小さく、寸法バラツキの小さい精度の高
い長寿命鋳型が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金型鋳造に用いられる
鋳型とその製造方法及びそれを用いた鋳造方法に係り、
特に機械装置を構成する精密鋳造品の製造に好敵な鋳型
と鋳型の製造方法及びそれを用いた鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金型鋳造は周知のように金属製の鋳型を
用いて鋳造するものであり、従来より、精密な機械要素
鋳物部品を大量且つ低コストで製造することができる有
効な鋳造法として知られている。金型に使用される金属
材料としては、通常、合金鋼、鋳鋼、鋳鉄、銅、銅合金
などが用いられている。また、金型の寿命を長くするた
め、金型の表面には種々の塗型材を塗布し保護層を形成
して使用される。

【０００３】この種の塗型材としては、煤をもちいた
り、例えば特開昭５８−９７４０号公報に開示されてい
るように一層だけではなく、耐火性向上と強度向上を図
るため、互いに材質の異なる複数層の厚塗の塗型を用い
る例がある。

【０００４】また、ニッケル含有鋳鋼用として複数層の
厚塗りの塗型材料として、ジルコン系またはマグネシア
系塗型材を用いることが、特開昭６２−２４０１３４号
公報に開示されている。

【０００５】通常、これらの塗型材は、例えば煤であれ
ばアセチレンを燃やし、その火炎を金型表面に吹き付け
る方法が用いられている。また、別の方法として細かい
粉末状の塗型材を水あるいは溶液と混合し、刷毛塗りす
る方法が一般的である。さらにまた、別の例としてスプ
レイノズルを通して塗型材を吹き付ける方法も行われて
いる。

【０００６】これらのいずれの方法であっても、金型表
面に再現性よく所望の厚さに塗型材を塗布するのは難し
い。特に１ｍｍのオ−ダの厚さの塗布層を作るには、数
回以上の塗布作業が必要で、±０．２ｍｍ程度の再現性
で信頼性高く塗布層を形成することは困難であり、また
作業時間も長く生産的でない。

【０００７】因みに、これらの塗型材の塗布作業は手間
がかかるので、一度塗布したあとなるべく長期間、使用
に耐えるか、もしくは長期間の使用に耐え得ない場合に
は容易に塗布できることが望まれる。型離れを容易にし
て塗型材の寿命を伸ばすため、また凝固収縮した鋳造品
を金型から取り出し易くするため、抜け勾配を２〜５度
と大きくする必要があり、抜け勾配が大きくなった分、
鋳造品の形状精度を高くすることが出来ないという問題
があった。

【０００８】一方、例えば、平成５年２月９日社団法人
日本鋳物協会主催の鋳物技術講演会のテキスト１２頁に
鋳物製品の薄肉化および寸法精度の向上に関する開発事
例が開示されているように、砂型を金型で補強するいわ
ゆるバックメタル法も高精度の鋳造品を得る方法として
用いられてきているが、従来技術では砂の厚さが５〜６
ｍｍ以上と厚く、鋳造金属の冷却速度を金型鋳造なみに
高められない。また、鋳造後、砂を崩壊して回収するた
めに専用のプロセスが必要となり、砂処理の設備が大が
かりになるという問題があった。

【０００９】また、金型のキャビティ面に肌砂を吸着さ
せる方法が特開平４−３４４８５０号公報に開示されて
いる。この方法によれば、塗型より肌砂を厚くすること
ができるが、肌砂を吸引しているため、通気性が高い肌
砂を薄い厚さで吸着することが困難であり、吸着が不確
実となる問題がある。しかも金型のキャビティ内に進退
可能な模型板をいれて肌砂の厚さを設定しているが、模
型板はその支持部材でのみ支持されているため、砂を充
填する際、砂の圧力分布の不均一さに影響されて支持部
材が変形し易く、模型板の位置が不安定になる。従って
吸着される肌砂の厚さもバラツキが大きくなり易い。ま
た、支持の方法が限定されるので鋳造品の形状も限定さ
れる。

【００１０】

【発明が解決しようとする問題】したがって、本発明が
解決しようとする課題は、上記従来の問題点を解消する
ことにあり、その第一の目的は、精密鋳造品の製造に好
敵な金型鋳造に用いられる改良された鋳型、さらに具体
的には金型を保護する材料として崩壊性に優れた鋳物砂
を所望の厚さで再現性よく、しかも高い生産性をもって
金型表面に形成した鋳型を提供することにある。これに
より抜け勾配が小さく、寸法バラツキが小さく、高精度
の鋳造品を容易に得ることができる。

【００１１】また、第二の目的は、上記第一の目的が達
成される鋳型を高い生産性をもって容易に実現すること
のできる改良された金型鋳造用鋳型の製造方法を提供す
ることにある。

【００１２】また、第三の目的は、上記第一の目的が達
成される鋳型を用いて機械加工性の良好な精密鋳造品が
得られる鋳造方法、さらに具体的には共晶黒鉛鋳鉄の鋳
造品が容易に得られる鋳造方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的は、鋳造
製品の形状に対応する形状に成形された金型表面に、被
覆層として共晶黒鉛組織の鋳鉄品を得るような薄い厚さ
の熱硬化性樹脂で硬化固着された鋳物砂層を形成してな
る鋳型により、達成される。この鋳物砂層は鋳物砂の材
質にもよるが、鋳造時の鋳型の冷却速度を左右する熱伝
導を考慮して金型で構成した鋳型の特徴を最大限に発揮
させるためには厚さを薄く均一にすることが重要であ
り、実用的に好ましい鋳造砂層の厚さは、０．５〜３ｍ
ｍ程度である。

【００１４】また、鋳物砂層を構成する鋳物砂として
は、珪砂、ジルコン砂、クロマイト砂、炭化珪素粒、カ
−ボン粒、セラミックス粒等を単独もしくは複合添加し
て用いることが望ましい。

【００１５】また、金型の表面には鋳物砂層の剥離を防
止するために凹凸を設けて粗化面とすることが望まし
い。この凹凸形状は少なくとも鋳物砂の平均粒径程度の
大きさとし、鋳物砂層の厚さが不均一とならないように
なるべく小さいものとする。

【００１６】また、鋳造品の品質を高めるために、抜け
勾配を１度以下とすることが望ましい。さらにまた、金
型を構成する金属としては、熱伝導の優れたものが望ま
しく、例えば銅や銅合金は好ましい。

【００１７】上記第二の目的は、鋳造製品の形状に対
応する形状に成形され、しかも後の工程で鋳物砂層が形
成される金型表面に貫通する吹き込み穴が設けられた金
型と、所望の鋳造製品と同じ形状に成形され、ベント及
びベントホ−ルが設けられた成形型とを準備する工程
と、前記金型と成形型とを後の工程で形成する鋳物砂
層の厚さに見合った所定の隙間を設けて組み合わせる工
程と、前記金型の吹き込み穴から、予め熱硬化性樹脂
で表面コ−ティングされた鋳物砂、もしくは鋳物砂と熱
硬化性樹脂との混合物を空気等の圧縮気体と共に吹き込
み、前記隙間に充填する工程と、加熱により前記熱硬
化性樹脂を硬化し、鋳物砂を金型に固着する工程と、
前記金型から成形型を離型する工程とを有し、金型表面
に所望厚さの鋳物砂層を形成してなる鋳型の製造方法に
より、達成される。

【００１８】金型の材質及び鋳物砂の組成等について
は、第一の目的達成手段の中で説明した通りであり、熱
硬化性樹脂としては、例えばフェノ−ル樹脂等が用いら
れる。また、ベント及びベントホ−ルが設けられた成形
型は、物性的に金型と同一金属か、もしくは類似の金属
で構成される。そして、成形型には型抜きを容易にする
ため離型材を塗布しておくことが望ましい。

【００１９】また、の成形型を組合せる工程に先立
ち、例えば金型の表面に高圧の空気、砂、鋼粒、軽金属
粒、セラミックス粒、小粒のガラスビ−ズ等の少なくと
も一つの流体を吹き付け、金型表面に付着している砂や
塵埃を取り除く金型清掃工程を付加することが望まし
い。

【００２０】また、の加熱により前記熱硬化性樹脂を
硬化し、鋳物砂を金型に固着する工程としては、の隙
間に鋳物砂と熱硬化性樹脂との混合物あるいは予め熱硬
化性樹脂で表面コ−ティングされた鋳物砂を充填する工
程の後にの加熱工程を独立に設けて硬化しても良い
が、実用的には、例えばの成形型を組み合わせる工程
に先立ち、金型及び成形型を共に所定温度に加熱する金
型温度制御工程を設けておくことが望ましく、隙間に鋳
物砂と熱硬化性樹脂との混合物あるいは予め熱硬化性樹
脂で表面コ−ティングされた鋳物砂を充填する工程が終
了する迄の冷却温度特性を考慮して予め加熱温度を設定
しておけば、鋳物砂の充填後、金型と、成形型とから伝
わって来る熱によって熱硬化性樹脂を容易に硬化させる
ことができる。

【００２１】上記第三の目的は、上記第一の目的達成
手段で実現され金型表面に鋳物砂層を形成した少なくと
も一組の左右鋳型同士を組合せ、型締めする工程と、
鋳型温度を所定温度に設定する温度制御工程と、所定
温度に管理し組み合わせた鋳型に所定温度に溶融した金
属を注湯し、凝固するまで保持する工程と、鋳造品取
り出し工程とを有してなる鋳造方法により、達成され
る。

【００２２】なお、鋳造金属材料としては、共晶黒鉛組
織の鋳鉄品を得るための鉄を主成分とする種々の鉄合金
の他、この種の金型鋳造に適したその他の金属材料が適
宜選択され適用される。

【００２３】以上説明したように、本発明によれば、鋳
物砂と熱硬化性樹脂からなる鋳物砂層が、鋳造品と同じ
形状の成形型を用いて金型表面に所望の厚さで形成され
るので、再現性のよい鋳型が生産性よく提供される。

【００２４】また、本発明によれば、鋳物砂層を成形型
で精度良く、しかも金型との高い密着性を確保しながら
形成できるので抜け勾配の小さい、精度の高い鋳型が提
供される。しかも金型表面の鋳物砂層が崩壊性の優れた
鋳物砂で形成されているので、抜け勾配が極めて小さく
ても、金型に傷を付けることなく鋳造品を取り出せる鋳
型が提供される。

【００２５】さらにまた本発明によれば、鋳物砂層を、
熱歪の小さな金型の表面に、適切な冷却速度が得られる
ような厚さで再現性良く作れるので、機械加工性の優れ
た共晶黒鉛鋳鉄組織の鋳造品が生産性よく提供される。

【００２６】

【作用】本発明によれば、成形型を金型と組合せ、両者
の隙間となる部分に鋳物砂と熱硬化性樹脂との混合物あ
るいは予め熱硬化性樹脂で表面コ−ティングされた鋳物
砂が高圧の空気により充填される。金型と成形型は予め
加熱し、適切な温度に設定してあるので熱硬化性樹脂が
硬化し、鋳物砂粒を相互に固着すると共に、鋳物砂の被
覆層を金型に固着する。

【００２７】成形型を用いて０．５〜３ｍｍ厚さの薄い
鋳物砂層を所望の厚さに再現性よく形成することが可能
となる。

【００２８】また、選定した金型の材料、鋳物砂の材
料、鋳物砂の成形厚さによって溶融金属が所望の速度で
冷却される。

【００２９】また、鋳造時の溶融金属は、０．５〜３ｍ
ｍ厚さの薄い鋳物砂層中の熱硬化性樹脂を容易に熱分解
し、鋳物砂層を崩壊しやすくする。鋳造品の凝固冷却時
の熱収縮は鋳物砂層の崩壊作用によって、鋳造品の金型
への喰い付き現象を発生させることはなく、抜け勾配が
０〜１度の鋳造品であっても容易に型離れする。また、
金型に損傷を与えることがないので、金型の寿命を長く
する効果を発揮する。

【００３０】また、鋳物砂層が薄いので、熱硬化性樹脂
も少なくすることができ、鋳造時時に発生する樹脂の熱
分解ガスも少なく、鋳造不良を低減できる。そして使用
する鋳物砂量が僅かであり、しかも崩壊性に優れている
ので回収し易く、省資源である。

【００３１】

【実施例】以下、図面にしたがって本発明の一実施例を
説明する。

【００３２】〈実施例１〉この実施例は、鋳型の構成及
びその製造例を示したもので、以下、図１〜図４に従っ
て具体的に説明する。すなわち、図１は、金型表面へ鋳
物砂を被覆する鋳型の一連の製造工程を示す断面フロ
−、図２〜図４は金型表層部の部分拡大図である。先
ず、図１の工程に従って順次説明する。

【００３３】（ａ）金型清掃工程では、金型１の表面に
高圧の空気、砂、鋼粒、軽金属粒、セラミックス粒、小
粒のガラスビ−ズ等の少なくとも一つの流体を吹き付
け、金型表面に付着している砂や塵埃を取り除き、清浄
な金型表面を得る。

【００３４】ここで、狭深部や隅部の清掃では、清掃材
となる砂や鋼粒が溜りやすいので、この部分に鋳物砂の
吹き込み穴を設けておけば、予め吹き込み穴を塞いでい
る鋳物砂層を押出装置で除去することにより、吹き込み
穴は、砂や鋼粒の通路となり、清掃がしやすくなる。

【００３５】また、本実施例では、銅金型を使用してお
り、軟らかい材料であるため、吹き付ける材料にも軟ら
かい材料である亜鉛粒を用いて清掃を行なった。鋳物砂
と混じりあった亜鉛粒は、それぞれの粒径差を大きくす
ることにより容易に分離でき、本実施例で使用した亜鉛
粒の大きさは０．５ｍｍ〜０．６ｍｍであった。亜鉛粒
を吹き付ける空気の圧力は、２ｋｇ／ｃｍ²、吹き付け
ノズル内径はφ６ｍｍ、吹き付け距離は１５０ｍｍであ
った。

【００３６】（ｂ）金型温度制御工程では、金型１およ
び成形型４を加熱あるいは冷却して所望の温度に設定す
る。そして成形型４には周知の離型剤、例えばＳｉを含
んだ無機物微粒子を水に分散せしめた溶液を塗布する。

【００３７】ここで金型表面の形状によっては、鋳造時
の溶融金属の凝固収縮により金型表面の一部に変形を起
こす金型もあり、金型温度制御工程で所望の温度に達し
た後、金型の変形部分を毎回矯正金型により修正する工
程を入れることもある。

【００３８】（ｃ）成形型組合わせ工程では、鋳造品の
表面形状と同じ形状を有する成形型４を金型１と組合
せ、所望の厚さの鋳物砂層を形成するための隙間６をつ
くる（成形型４と金型１とを組み合わせたとき、隙間６
が所望の寸法となるように金型１の表面形状を予め作っ
ておく）。

【００３９】（ｄ）鋳物砂吹き込み工程では、金型１に
設けてある吹き込み穴５に吹き込み管７を挿入し、この
吹き込み管７を通して予め熱硬化性樹脂で表面コ−ティ
ングされた鋳物砂８を隙間６に充填する。吹き込み管７
は図示していない鋳物砂貯蔵部に連通している。今日で
は、熱硬化性樹脂で表面コ−ティングされた鋳物砂、所
謂、レジンコ−ティッドサンドを使用するのが一般的で
ある。本実施例においてもレジンコ−ティッドサンドを
使用した。また、狭い隙間に空気を使用して充填するの
で、常温では固体である熱硬化性樹脂のほうが扱いやす
く、また充填しやすい。

【００４０】また、この鋳物砂吹き込み工程では、吹き
込み管７を使用せず、図示していない鋳物砂貯蔵部を直
接、あるいはパッキンを介して金型に押し当て吹き込み
穴５に連通させ、鋳物砂８を隙間６に充填することも可
能であり、また、所謂、アンダ−ブロ−、トップブロ
−、サイドブロ−のいずれの方法でも鋳物砂の吹き込み
は可能である。

【００４１】鋳物砂８は、例えば１〜５ｋｇ／ｃｍ2 の
圧力の空気によって充填されるが、成形型４にはベント
２およびベントホ−ル３が予め設けられているので、空
気は鋳物砂８を通りぬけ、このベント２およびベントホ
−ル３を通って成形型４の外へ排出される。鋳物砂８は
この空気の流れに沿って移送される。吹き込み穴５、ベ
ント２およびベントホ−ル３は、金型１および成形型４
の形状に合わせた適切な位置に設けられているので、鋳
物砂８は隙間６に余すところなく隅々まで充填される。

【００４２】鋳物砂８の充填は１秒以下で完了するの
で、この後直ちに鋳物砂貯蔵部内の圧力を減圧し吹き込
み管を引き出し、吹き込み管内部で鋳物砂８が固着しな
いように圧縮空気や水冷板などで冷却する。

【００４３】ここで、非量産且つ単純な形状であれば、
鋳物砂層を成形する部分に使われる成形型の材料として
は、硬質且つ耐熱性ポリテトラフルオロエチレンも使用
可能である。ポリテトラフルオロエチレンは、熱硬化性
樹脂との付着がなく離型剤が不要であり、また、吹き込
み管を使用する場合は、吹き込み穴をポリテトラフルオ
ロエチレン部分に設けることにより、吹き込み管の断熱
ができ、吹き込み管内での鋳物砂の固着を防止しやすく
なる。金型温度を１５０℃、ポリテトラフルオロエチレ
ン成形型温度を常温で使用した場合、１００回程度の成
形が行なえた。

【００４４】この吹き込み工程で使用された鋳物砂はジ
ルコン砂であり、その粒度分布は表１に示す通りであ
る。また、熱硬化性樹脂にはフェノ−ル樹脂を使用し、
その構成比はジルコン砂重量１に対し、樹脂重量０．８
重量％であった。

【００４５】

【表１】

【００４６】金型１と成形型４とは、（ｂ）金型温度制
御工程で予め所定の温度に加熱されており、鋳物砂８の
充填後、金型１と成形型４から伝わってくる熱によって
熱硬化性樹脂の効果反応が進む。硬化反応によって熱硬
化性樹脂は砂粒相互を結合し、また、金型１の表面に砂
層を固着し、鋳物砂８からなる所望の厚さの鋳物砂層９
を形成する。

【００４７】例えば、熱硬化性樹脂としてフェノ−ル樹
脂を用いた時の金型温度（成形型も同一温度）と硬化時
間の関係を表２に示す。金型温度を２５０℃に設定すれ
ば、１０秒程度の短時間で硬化するので、生産性高く鋳
物砂層９を形成できる。

【００４８】なお、鋳物砂層９の厚さは、鋳物砂８の材
質にもよるが、共晶黒鉛組織の鋳鉄品を得るには０．５
〜３ｍｍ程度あれば実用上十分であり、金型鋳型の特徴
を発揮させるためには熱伝導を考慮して薄い鋳物砂層９
とすることが重要である。

【００４９】

【表２】

【００５０】樹脂硬化後、（ｅ）成形型離型工程にした
がって成形型４を金型１から離型すると、鋳物砂層９の
成形された鋳型１０が出来上がるが、大気にさらされる
ため鋳型１０は冷却されて収縮する。例えば、銅金型の
熱膨張係数は、ジルコン粒にフェノ−ル樹脂をコ−ティ
ングした鋳物砂の熱膨張係数のほぼ３倍である。

【００５１】このため、金型表面を粗面化して凹凸を設
け、投錨効果によって鋳物砂９の剥離を防止することが
望ましい。

【００５２】図２、図３および図４はいずれも金型表面
に凹凸を設けた場合における鋳型の表層部の部分拡大図
を示したものであり、図中の１１、１２及び１３はそれ
ぞれ異なるパタ−ンの凹凸部を示している。剥離防止効
果だけから考えれば、凹凸寸法１４は大きい方が良い。
しかし、凹凸の寸法分だけ鋳物砂層の厚さが不均一とな
り、溶融金属と金型１間の熱伝導特性が場所によって変
わることになる。従って凹凸寸法は剥離しない範囲でな
るべく小さい方が良い。実験によれば、少なくとも鋳物
砂８の平均粒径と略同じ寸法の凹凸寸法１４を表面に設
けることで剥離を防止する効果が現れる。

【００５３】実用的に好ましい凹凸寸法１４の平均値
は、鋳物砂８の平均粒径〜０．５ｍｍ程度である。この
程度であれば、例えば、銅製の金型温度を２００℃とし
て鋳物層９を形成した場合、１００℃まで冷却しても剥
離しないことを確認している。凹凸の形状は、上記のよ
うに断面形状が矩形の凹凸１１（エンドミルで段差加
工）、あるいは加工工具マ−クの凹凸１２（工具が通過
した軌跡が金型の加工表面に残ったもの）、あるいはワ
イヤ・グリッドで表面を粗くした凹凸１３であっても効
果を発揮する。

【００５４】なお、本実施例では、金型１を純銅、成形
型４を銅合金でそれぞれ形成し、鋳物砂層９の厚さは、
１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍの３種類のものを製造した。い
ずれも表面が平坦で良好な薄い鋳物砂層９を形成するこ
とができた。

【００５５】〈実施例２〉この実施例は、上記実施例１
で得られた鋳型を使用した鋳造例を示すもので、以下、
図５の断面フロ−工程図にしたがって順次説明する。

【００５６】（ａ）鋳型組合せ工程では、鋳物砂層９を
形成した左鋳型１５と右鋳型１６を組合せ、型締めす
る。

【００５７】（ｂ）鋳型温度制御工程では、ヒ−タ−１
７の熱で組合せ鋳型１８を所望の温度に設定する。先の
鋳型組合わせ工程で既に所望の温度以上に達している場
合には、自然放冷するか、ファン１９を用いて強制冷却
する。本実施例では、鋳型組合せ後、鋳型温度を設定し
たが、予め左鋳型１５および右鋳型１６の温度降下特性
を把握しておき、鋳型組合せ前に降下温度を見込んで温
度を設定しても良いこと、また、加熱方法としてガス燃
焼加熱方式、冷却方式として型内の水冷方式を用いてよ
いことは云うまでもない。

【００５８】（ｃ）注湯工程では、適切に温度管理した
組合せ鋳型１８に、溶融金属２０を注湯する。注湯後凝
固するまで、鋳型を組み合わせたまま保持する。

【００５９】（ｄ）鋳造品取り出し工程では、左鋳型１
５及び右鋳型１６を離して鋳造品２１を取り出す。この
時、金型に鋳物砂層９を固着している熱硬化性樹脂は、
溶融金属２０の熱によって熱分解するので鋳物砂層９は
容易に崩壊する。したがって、本発明では従来のように
砂を崩壊して回収する格別なプロセスをなんら必要とす
ることなく、鋳造品の取り出しが極めて容易である。

【００６０】この鋳造例では、単純な形状のリング状の
鋳造品２１の例を示したが、複雑な形状の場合、注湯時
に金型温度を均一に確保することは容易でなく、金型が
熱変形する。このような場合には金型材料として熱伝導
の良い銅あるいは銅合金を用いて金型の温度勾配を緩や
かにし、熱変形量を小さくすることが望ましい。

【００６１】銅製金型は鉄系金属金型に比べ軟らかく、
金型の取扱い時に傷が付き易い。また、繰り返し何度も
使用すると、鋳物砂の充填時に、鋳物砂が金型表面に高
速に衝突し、鋳物砂の研削作用によって金型表面が摩耗
する。したがって、鋳造品を大量に生産する場合には、
熱伝導率は銅より小さくなるが、高温強度と耐摩耗性の
優れた例えば銅−クロム−シリコン合金、銅−ベリリウ
ム合金、モネメタルなどを用いてもよい。また、銅の表
面にニッケル、あるいはクロムといった硬質金属を鍍金
しても耐摩耗性が大幅に向上する。

【００６２】この鋳造例では、溶融金属２０として表３
に示した組織の溶湯を用いて鋳造した。したがって、
（ｂ）鋳型温度制御工程では、共晶黒鉛組織を得ること
を目的としているため、１００〜１５０℃に設定した。
その理由は、例えば室温〜６０℃では、水分が金型に付
着し、注湯時に水分が急激に加熱されて蒸気となり溶湯
が飛ばされ危険を伴うと共に、鋳造不良となるからであ
る。また、２００℃以上の高温になると、溶湯の冷却速
度が緩やかになり、共晶黒鉛組織を得ることができなく
なり、さらには金型の加熱冷却の熱疲労が大きくなって
金型の寿命を短くすることになるからである。

【００６３】

【表３】

【００６４】鋳型用の金型は純銅製で、熱伝導の良い薄
い鋳物砂層９（厚さ１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍの３種を作
成）を形成しているので溶融金属２０の冷却速度を高め
ることができ、鋳造品２１については表面から少なくと
も数ｍｍの深さまで共晶黒鉛組織とすることが可能とな
った。

【００６５】したがって、鋳造したままでなく、その一
部を機械加工し、部品として使用する場合、従来の砂型
鋳造技術で得た片状黒鉛鋳鉄と比較して機械加工性に優
れた共晶黒鉛鋳鉄を得ることができるので、精密鋳造品
を容易に鋳造でき、しかも金型表面に所望とする薄い厚
さの鋳物砂層９を容易に形成できるので、鋳型は金型さ
え作成しておけば、鋳造の度に鋳物砂層９を新たに形成
するだけで繰返し使用することができ経済的に優れ、加
工費を大幅に低減することができる。

【００６６】また、鋳造時の抜け勾配については、鋳造
品の形状によっても異なるが、従来は２〜５度と大きく
し、溶融金属が凝固乃至冷却時に収縮しても、離型でき
るようにしてある。しかし、本発明によれば、金型の表
面に崩壊性の良好な薄い鋳物砂層が形成されているの
で、抜け勾配が０〜１度の鋳造品であっても金型に傷を
付けることなしに容易に離型できる。したがって、抜け
勾配が小さくなっただけ鋳造品の品質を高めることが可
能となった。事実、本実施例では、鋳造品２１の全面で
抜け勾配は０．５度であった。

【００６７】さらに、従来の金型鋳造では、塗型層の厚
さが非常に薄く、且つ不均一であったために、鋳造品の
薄肉厚部分は急冷されチル化する。しかし、本発明によ
れば、チル化した部分に対応する鋳物砂層を局部的に厚
くすることにより、局部的な冷却速度の低下が図れ、チ
ル化を防止することが容易と成った。事実、本実施例で
は局部的に鋳物砂層を４ｍｍとすることにより肉厚５ｍ
ｍ、高さ１８ｍｍのリブのチル化を防止できた。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように本発明により、初期
の目的を達成することができた。すなわち、複雑な形状
の鋳物品を鋳造する場合、砂の中子を用いる従来の技術
によれば、鋳造品一個毎に中子を製作し組み立てる必要
があるためコストが高くなる。また、溶融金属が中子に
接する部分は、金型に接する他の部分に比較し冷却速度
が緩やかとなり、所望の組織が得られない。とくに中子
の体積が大きい場合、冷却速度を高めることは困難とな
る。

【００６９】中子を用いない従来技術による金型鋳造方
法では、鋳造品の抜け勾配を大きくしないと鋳造品が取
り出せない。あるいは無理に取り出そうとすると塗型材
を破損する。

【００７０】また、従来技術によるバックメタル鋳造法
では、本発明のように高い冷却速度を得ることが困難で
あり、鋳物砂の量が多く、鋳造後バックメタルに付着す
る鋳物砂を取り除き回収する作業が煩雑となる。

【００７１】しかし本発明によれば、成形型を用いて金
型の表面に、所望の厚さの鋳物砂層を再現性よく形成し
た鋳型を提供することができる。このようにして製作し
た鋳型を用いて鋳造するので形状寸法精度の再現性の高
い鋳造品が得られる。

【００７２】注湯後、溶融金属が凝固した後、鋳造品を
鋳型から取り出す間に、熱硬化性樹脂が溶融金属の熱に
よって熱分解温度以上に加熱されるので、鋳型表面に固
着した鋳物砂層は容易に崩壊する。従って、鋳物砂の回
収も容易であり、金型表面に損傷を与えること無く、鋳
造品を金型から容易に取り出すことができ、金型寿命を
大幅に伸ばすことが可能となる。

【００７３】鋳造品の形状によっても異なるが、通常、
鋳造する時の抜け勾配は２〜５度とし、溶融金属が凝固
乃至冷却時に収縮しても、離型できるようにしてある。

【００７４】しかし、本発明によれば、金型の表面に崩
壊性の良好な薄い鋳物砂層が形成されているので、抜け
勾配が０〜１度の鋳造品であっても金型に損傷を与える
ことなく容易に離型できる。

【００７５】また、熱伝導の良い薄い鋳物砂層を形成で
きるので、溶融金属の冷却速度を高めることができ、例
えば表３に示したような成分の鋳鉄材について、表面か
ら少なくとも数ｍｍの深さまで共晶黒鉛組織とすること
が可能となった。この効果として、鋳造したままでな
く、その一部を機械加工し、精密加工部品として使用す
る場合、従来の砂型鋳造技術で得た片状黒鉛鋳鉄組織と
比較して格段に機械加工性に優れた共晶黒鉛鋳鉄組織を
得ることができ、加工費を大幅に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例となる金型鋳造用鋳型の構成
及びその鋳造工程を示す断面フロ−図である。

【図２】同じく金型表面に凹凸を設けた場合の鋳型表層
部の要部拡大断面図である。

【図３】同じく金型表面に異なる凹凸パタ−ンを設けた
場合の鋳型表層部の要部拡大断面図である。

【図４】同じく金型表面にさらに異なる凹凸パタ−ンを
設けた場合の鋳型表層部の要部拡大断面図である。

【図５】同じく一鋳造工程例を示す断面フロ−図であ
る。

【符号の説明】

１…金型、２…ベント、３…ベントホ−ル、４…成形
型、５…吹き込み穴、６…隙間、７…吹き込み管、８…
熱硬化性樹脂で表面コ−ティングした鋳物砂、９…鋳物
砂層、１０…鋳型、１１、１２、１３…凹凸部、１４…
凹凸寸法、１５…左鋳型、１６…右鋳型、１７…ヒ−
タ、１８…組合せ鋳型、１９…ファン、２０…溶融金
属、２１…鋳造品、２２…崩壊鋳物砂。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２２Ｄ 27/20 Ｃ (72)発明者山中敏昭栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所リビング機器事業部内 (72)発明者二十里極栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所リビング機器事業部内 (72)発明者荒川弘巳栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所リビング機器事業部内 (72)発明者横山洋二栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所リビング機器事業部内 (72)発明者吉井正樹神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳造製品の形状に対応する形状の表面を備
えた金型と、鋳物砂と熱硬化性樹脂とを含み且つ成形型
により転写されて鋳造製品の形状と同一形状の表面を備
えた硬化固着された鋳物砂層とを有し、この鋳物砂層は
前記金型表面に付着し、更に０．５〜３ｍｍの範囲内の
実質的に所望の厚さを備えている鋳型。
【請求項２】鋳物砂層は、鋳鉄の鋳造時に共晶黒鉛組織
の鋳造品を得ることを可能にする薄い厚さを備えている
請求項１の鋳型。
【請求項３】金型の表面には少なくとも鋳物砂の平均粒
径から０．５ｍｍまでの範囲の凹凸が形成されている請
求項１の鋳型。
【請求項４】鋳物砂層を構成する鋳物砂は、珪砂とジル
コン砂とクロマイト砂と炭化珪素砂とカ−ボン粒とセラ
ミック粒からなる群から選択された少なくとも一種から
なり、また熱硬化性樹脂はフェノ−ル樹脂からなる請求
項１の鋳型。
【請求項５】鋳物砂層は、鋳物砂重量１に対して、熱硬
化性樹脂重量が０．５〜４重量％の範囲で構成されてい
る請求項１の鋳型。
【請求項６】銅あるいは銅合金で形成され、且つ抜け勾
配は１度以下である金型からなる請求項１の鋳型。
【請求項７】銅あるいは銅合金で形成され、且つ抜け勾
配が１度以下である成形型により鋳物砂層が成形される
請求項１の鋳型
【請求項８】硬質、且つ耐熱性ポリテトラフルオロエチ
レンで形成され、さらに抜け勾配が１度以下である成形
型により鋳物砂層が成形される請求項１の鋳型。
【請求項９】前記鋳物砂層は金型表面に付着し、局部的
には４〜８ｍｍの範囲内の実質的に所望の厚さを備えて
いる請求項１の鋳型。
【請求項１０】金型の表面に、高圧の空気と共に、
砂、鋼粒、軽金属粒、セラミック粒、ガラス粒から選択
された少なくとも一種を吹き付け、金型表面の鋳物砂層
などの付着物を取り除く金型清掃工程と、鋳造製品の
形状に対応する形状に形成され、しかも後の工程で鋳物
砂層が形成される金型表面に貫通する吹き込み穴が設け
られた金型と、鋳造製品と同一形状に成形され、ベント
及びベントホ−ルが設けられた成形型とを準備する工程
と、金型と成形型を組み合わせ、鋳物砂層の厚さに見
合った所望の隙間を形成する工程と、金型の吹き込み
穴から、予め熱硬化性樹脂で表面コ−ティングされた鋳
物砂、もしくは、熱硬化性樹脂と鋳物砂との混合物を高
圧の空気と共に吹き込み、前記隙間に充填する工程と、
加熱により前記熱硬化性樹脂を硬化し、鋳物砂を金型
に固着する工程と、前記金型から成形型を離型する工
程とを有して成り、金型表面に所望厚さの鋳物砂層を形
成して成る鋳型の製造方法。
【請求項１１】の金型清掃工程に先立ち、金型の吹き
込み穴の表面あるいは内部の硬化固着した鋳物砂層を除
去する工程を有して成る請求項１０の鋳型の製造方法。
【請求項１２】の金型を準備する工程に先立ち、前記
金型清掃工程後、鋳物砂層を固着する金型表面を矯正金
型により修正する工程を付加して成る請求項１０の鋳型
の製造方法。
【請求項１３】の加熱により熱硬化性樹脂を硬化し、
鋳物砂を金型に固着する工程として、の鋳物砂と熱硬
化性樹脂との混合物あるいは予め熱硬化性樹脂で表面コ
−ティングされた鋳物砂を隙間に充填する工程の後に
の加熱工程を独立に設けて硬化するか、もしくはの成
形型を組み合わせる工程に先立ち、金型及び成形型を共
に所定温度に加熱する金型温度制御工程を設け、隙間に
鋳物砂と熱硬化性樹脂との混合物あるいは予め熱硬化性
樹脂で表面コ−ティングされた鋳物砂を充填する工程が
終了するまでの冷却温度特性を考慮して予め加熱温度を
設定し、鋳物砂の充填後、金型と成形型とから伝わって
くる熱によって熱硬化性樹脂を硬化するようにして成る
請求項１０の鋳型の製造方法。
【請求項１４】金型表面に鋳物砂層を形成した請求項
１の鋳型同志を組合せ、型締めする工程と、鋳型温度
を所定温度に設定する温度制御工程と、所定温度に管
理して組合せた鋳型に所定温度の溶融金属を注湯し、凝
固するまで保持する工程と、鋳造品取り出し工程とを
有して成る鋳造方法。
【請求項１５】鋳造金属材料を、共晶黒鉛組織の鋳造品
を得るための鉄を主成分とする鉄合金で構成して成る請
求項１４の鋳造方法。