JPH07314117A - 精密鋳造方法およびこれに用いる鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精密鋳造品、殊に薄肉で複雑形状の製品を鋳
造する際の湯廻り不良やブローホールその他引け巣等の
鋳造欠陥を有効に防止する。 【構成】 鋳型２４の適宜個所に、鋳型キャビティ３４
と連通する通気孔２６を適宜数穿設する。鋳型２４に溶
湯４０を鋳込むと、通気孔２６から鋳型キャビティ３４
中のガスが外部へ逃出するのを許容する。これにより、
キャビティ３４へ鋳込まれる溶湯４０とガスとの置換が
促進し、良好な湯廻りが達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、精密鋳造品における
湯廻り不良やブローホールその他引け巣等の鋳造欠陥を
有効に防止し得る精密鋳造方法と、これに使用される鋳
型に関するものである。

【０００２】

【従来技術】例えば自動車のターボチャージャーに使用
されるタービンブレードのように複雑形状を呈する薄肉
の精密鋳造品は、ロストワックス法に代表される精密鋳
造方法により鋳造される。この精密鋳造方法は、鋳込対
象物の外形を画成するキャビティを内部に形成したロス
トワックス鋳型を使用する方法であって、該鋳型は該鋳
込対象物と同一形状を有するワックス型にインベスト材
をコーティングして固めてから、脱ワックスすることに
より得られる。すなわちワックス型に耐火材のインベス
ト材(ジルコンフラワの如き耐火材粉末と粘結剤との混
合溶液)を被覆した後に、これを焼成して該ワックス型
を熱で溶出させることにより、ワックス型の部分をキャ
ビティとする鋳型が製造され、これは多数の微細な気孔
を有している。なお該ワックス型は、鋳込対象物から型
取りした雌型にワックスを流し込むことにより製造され
る。

【０００３】このロストワックス鋳型を使用して精密鋳
造を行なうには、図５に示す減圧鋳造法が好適に使用さ
れる。すなわち金属溶解ルツボ１０の外周に近接して誘
導コイル１２が配設され、このルツボ１０に装填した金
属材料は、誘導コイル１２からの誘電加熱により溶解し
て溶湯１４となる。ロストワックス鋳型１６は鋳込対象
物の外部輪郭形状を画成するキャビティ１８を備え、該
キャビティ１８に連通する鋳込口１８ａを下方に指向さ
せた状態で鋳込室２０の内部に倒立配置されている。金
属溶解ルツボ１０および鋳込室２０の内部は、例えばア
ルゴンガスの如く溶湯金属１４と不活性なガスで置換さ
れている。鋳込室２０はガス吸引源(図示せず)に連通す
ると共に、金属溶解ルツボ１０の真上に密着的に配置さ
れる。このとき鋳型１６のキャビティ１８は、鋳込口１
８ａに設けたスノート２２を介してルツボ１０中の溶湯
１４に臨んでいる。

【０００４】精密鋳造に際しては、前記ガス吸引源を作
動させて鋳込室２０のガスを吸引すると、前述の如くロ
ストワックス鋳型１６は多数の微細な気孔を有している
ので、該気孔を介してキャビティ１８の内部は減圧され
る。このため前記スノート２２からルツボ１０中の溶湯
１４が吸上げられ、該キャビティ１８に溶湯１４が充満
して鋳込みがなされるものである。なお鋳込室と金属溶
解ルツボとの配置関係を逆転させ、溶湯をキャビティ中
のガスとの差圧を利用して鋳型中へ落し込む方法であっ
てもよい。更に図６に示すように、ロストワックス鋳型
１６を正立状態で位置させ、金属溶解ルツボ１０からの
溶湯１４を落差による重力を利用して、該キャビティ１
８に落し込む方法も実施されている。

【０００５】

【発明が解決すべき課題】前述した精密鋳造方法は、タ
ービンブレードやゴルフのクラブヘッドの如く複雑な形
状を呈する製品を鋳造するのに好適に使用される。しか
し精密鋳造方法によって鋳型のキャビティへ溶湯を鋳込
んだ際に、該キャビティの内部形状によっては、湯廻り
の不良やブローホールその他引け巣等の鋳造欠陥を生ず
ることが知られている。殊にチタン合金のように融点が
高くて流動性が悪い金属を使用して薄肉製品を精密鋳造
したり、また鉄系合金やニッケル基合金を精密鋳造に使
用する場合であっても、薄肉で複雑形状の製品を鋳込む
ときは湯廻り不良を生じ易い。このように鋳造欠陥を生
ずる原因としては、鋳型がポーラスであるとは云えその
気孔度は極めて小さいことが挙げられる。すなわち減圧
鋳造時にキャビティに存在している不活性ガスは、該キ
ャビティへの溶湯の侵入に伴い鋳型の気孔部分から逃出
しようとするが、該気孔の程度が極めて小さいために、
殊に複雑な形状の部分において前記溶湯との置換が遅れ
てしまうことに起因する。このようにキャビティ内のガ
スと溶湯との置換が遅れると、薄肉形状の部分では溶湯
が冷めて凝固してしまい、湯廻り不良等の鋳造欠陥とし
て表われることになる。

【０００６】

【発明の目的】この発明は、前述した精密鋳造方法に内
在している前記課題に鑑み、これを好適に解決するべく
提案されたものであって、精密鋳造品、殊に薄肉で複雑
形状の製品を鋳造する際の湯廻り不良やブローホールそ
の他引け巣等の鋳造欠陥を有効に防止し得る手段を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を克服し、所期
の目的を達成するため本発明は、金属溶解ルツボ等で溶
解された溶湯を、鋳型キャビティ中のガスとの差圧を利
用して、または落差による重力を利用して鋳型中に鋳込
むようにした精密鋳造方法において、前記鋳型の適宜個
所に鋳型キャビティと連通する通気孔を適宜数穿設し、
該鋳型に前記溶湯を鋳込んだ際に、前記通気孔から鋳型
キャビティ中のガスが外部へ逃出するのを許容して、該
キャビティへ鋳込まれる溶湯とガスとの置換を促進さ
せ、これにより良好な湯廻りを得るようにしたことを特
徴とする。また同じく前記課題を克服し、所期の目的を
達成するため、本願の別発明に係る鋳型は、精密鋳造方
法により溶湯を鋳型へ鋳込んだ際に、鋳型キャビティ中
のガスが外部へ逃出するのを許容し得る通気孔を適宜数
穿設したことを特徴とする。

【０００８】

【実施例】次に、本発明に係る精密鋳造方法およびこれ
に用いる鋳型につき、好適な実施例を挙げて、添付図面
を参照しながら以下説明する。本発明では、精密鋳造時
に鋳型キャビティ内に存在するガスと該キャビティに鋳
込まれる溶湯との置換が迅速に行なわれない点に着目
し、鋳型における鋳造欠陥を生じ易い部分にガス抜き用
の通気孔を適宜数穿設することにより対処するようにし
たものである。例えば図２に示す鋳型２４は、ゴルフク
ラブのウッド用ヘッドを精密鋳造するためのもので、ソ
ール面側に開口２５を有する卵形状で、例えば直径５mm
程度の通気孔２６が最も鋳造欠陥を生じ易い個所に１つ
穿設されている。また図３に示すクラブヘッド鋳造用の
鋳型２４は、例えば直径１mm程度の通気孔２６を約１０
〜２０個所に亘って穿設してある。

【０００９】なお精密鋳造用の鋳型２４に通気孔２６を
穿設するには、例えば図４(1)に示す如く、鋳造しよう
とするクラブヘッドの外観形状を呈するワックス型２８
の鋳造欠陥を生じ易い部位に、直径が１mm程度の竹串し
３０を刺し通して固定する。次いで図４(2)に示すよう
に、前記竹串し３０を突出的に固定したワックス型２８
を、粘結剤を混合したインベスト材３２で全面的に覆っ
た後、このインベスト材３２を焼成することにより該ワ
ックス型２８を溶出させる。このとき竹串し３０も焼成
時の熱により焼失するので、図４(3)の如く得られた鋳
型２４には、該竹串し３０の焼失跡が前記通気孔２６と
して残留する。次いで図４(4)に示すように、鋳型２４
における通気孔２６が位置している部分を切断して、該
鋳型２４のキャビティ３４と外部とを該通気孔２６によ
り連通させる。このように通気孔２６を鋳型２４に穿設
するための部材としては、鋳型焼成時の熱により焼失し
得る有機系のものであれば、前記竹串し以外に適宜径の
釣り糸、その他ワックス自体による突起部等が好適に使
用される。

【００１０】次に、キャビティ３４と連通する通気孔２
６を適宜数穿設した前記鋳型２４を使用して、図５で述
べた減圧鋳造法により精密鋳造を行なう場合につき説明
する。図１に示すように、鋳型２４は鋳込効率を向上さ
せるため一般に複数個を纏めてツリー状に形成され、キ
ャビティ３４を下方に指向させた倒立状態で鋳込室４２
の内部に配置されている。金属溶解ルツボ３６には例え
ばチタン合金が装填され、誘導コイル３８への通電によ
り該金属材料は誘電加熱されて溶湯４０となる。なお鋳
型２４におけるキャビティ３４の鋳込口３４ａは、スノ
ート４４を介してルツボ３６中の溶湯４０に臨んでい
る。また金属溶解ルツボ３６および鋳込室４２の内部
は、溶湯４０と不活性なガスで置換されている。

【００１１】この状態で、鋳込室４２に連通するガス吸
引源を作動させ、該鋳込室４２のガスを吸引すると、前
記鋳型２４に適宜数穿設した通気孔２６および該鋳型２
４に固有の気孔部を介してキャビティ３４の内部は減圧
され、前記スノート４４からルツボ３６中の溶湯４０が
吸上げられて該キャビティ３４に鋳込まれる。この場合
に、鋳型２４の鋳造欠陥を生じ易い個所には前記通気孔
２６が穿設されているために、キャビティ３４内に存在
するガスは、該キャビティ３４に溶湯が侵入するに伴い
外部へ逃出し、ガスと溶湯４０との置換が迅速に達成さ
れる。従ってキャビティ３４が薄肉で複雑形状を呈して
いる場合であっても、溶湯４０は短時間で隅々にまで廻
るので、湯廻り不良やブローホールその他引け巣等の鋳
造欠陥が有効に防止される。

【００１２】なお鋳型２４に穿設する通気孔２６の開口
径に関しては、種々の試作並びに実験を行なった結果、
直径０.１mm以下では鋳造欠陥を防止する効果が少な
く、しかも該鋳型２４の造型作業も困難となることが判
った。また直径１０mm以上の通気孔２６では、その個所
での通気度が大き過ぎて溶湯４０の漏れが増大したり、
却ってその周辺に鋳造欠陥を誘発する可能性が高くなる
ことが判明した。従って通気孔２６の直径は０.１〜１
０mm程度の範囲から選択することとし、該通気孔２６を
鋳込対象物の形状や金属材質の種類等に応じて、前記鋳
型２４に１個穿設するか、または複数個を分散的に穿設
することが推奨される。

【００１３】実験例として、本発明に係る鋳型を使用し
て精密鋳造方法を実施し、チタン合金を素材とするクラ
ブヘッドを鋳造した場合の良品率を表１に示す。 すなわち通気孔がない鋳型を使用して鋳造した精密鋳造
品に比べて、通気孔を単一または複数穿設した鋳型を使
用して鋳造した精密鋳造品は、湯廻りおよびブローホー
ルの何れにおいても良品率が格段に向上したことが判
る。なお実験例では、クラブヘッドの精密鋳造につき述
べたが、他にも自転車のフレームを構成する各パイプを
共通的に接続するジョイント部材の精密鋳造にも好適に
応用することができる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明に係る精密鋳
造方法およびこれに用いる鋳型によれば、該鋳型にキャ
ビティ内のガスと溶湯との置換を許容する通気孔が穿設
されているので、例えばチタン合金のように高融点で流
動性が比較的不良な金属材料を使用して、薄肉で複雑形
状の精密鋳造品を鋳造する場合であっても、溶湯は速や
かにキャビティの隅々まで行き渡る。従って湯廻り不良
やブローホールその他引け巣等の鋳造欠陥を有効に防止
し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るロストワックス鋳型を使用して精
密鋳造を行なう減圧鋳造法の概略を示す説明図である。

【図２】本発明の好適実施例に係る鋳型を示す部分断面
図であって、１つの通気孔が最も鋳造欠陥を生じ易い個
所に穿設された状態を示している。

【図３】本発明の好適実施例に係る鋳型を示す部分断面
図であって、複数の通気孔が最も鋳造欠陥を生じ易い個
所に穿設された状態を示している。

【図４】精密鋳造用の鋳型に通気孔を穿設する工程を示
す概略説明図である。

【図５】ロストワックス鋳型を使用して精密鋳造を行な
う減圧鋳造法の概略を示す説明図である。

【図６】ロストワックス鋳型を使用して精密鋳造を行な
う減圧鋳造法の概略を示す説明図である。

【符号の説明】

２４ 鋳型 ２６ 通気孔 ３４ キャビティ ３６ 金属溶解ルツボ ４０ 溶湯

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶湯(40)を、鋳型キャビティ(34)中のガ
   スとの差圧を利用して、または落差による重力を利用し
   て鋳型(24)中に鋳込むようにした精密鋳造方法におい
   て、 前記鋳型(24)の適宜個所に鋳型キャビティ(34)と連通す
   る通気孔(26)を適宜数穿設し、 該鋳型(24)に前記溶湯(40)を鋳込んだ際に、前記通気孔
   (26)から鋳型キャビティ(34)中のガスが外部へ逃出する
   のを許容して、該キャビティ(34)へ鋳込まれる溶湯(40)
   とガスとの置換を促進させ、これにより良好な湯廻りを
   得るようにしたことを特徴とする精密鋳造方法。
2. 【請求項２】 前記溶湯(40)は、鋳型キャビティ(34)中
   のガスとの差圧を利用して鋳型(24)中へ吸上げることに
   より鋳込まれる請求項１記載の精密鋳造方法。
3. 【請求項３】 前記溶湯(40)は、鋳型キャビティ(34)中
   のガスとの差圧を利用して鋳型(24)中へ落し込むことに
   より鋳込まれる請求項１記載の精密鋳造方法。
4. 【請求項４】 精密鋳造方法により溶湯(40)を鋳型(24)
   へ鋳込んだ際に、鋳型キャビティ(34)中のガスが外部へ
   逃出するのを許容し得る通気孔(26)を適宜数穿設したこ
   とを特徴とする精密鋳造方法に用いる鋳型。
5. 【請求項５】 直径０.１〜１０mm程度の通気孔(26)
   が、前記鋳型(24)に１またはそれ以上分散的に穿設され
   る請求項４記載の精密鋳造方法に用いる鋳型。