JPH0818121B2 - 鋳造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鋳造装置に関し、詳細には、一部に砂型を
用いるとともに比較的低速かつ低圧で溶湯を製品キャビ
ティへ供給する吸引鋳造装置、低圧鋳造装置等の鋳造装
置に関する。

この鋳造装置は、上述した鋳造装置における砂型のメ
ザシ不良の防止に利用される。

〔従来の技術〕

従来、吸引鋳造や低圧鋳造等の型の一部に砂型を用い
るとともに鋳型へ比較的低速かつ低圧で溶湯を供給する
鋳造装置において、湯回り性を確保するために溶湯の充
填速度を高めると、溶湯の水撃作用によって急激な圧力
上昇が起こり、砂型部分に「メザシ不良」を生じる問題
があった。

この「メザシ不良」を生じるメカニズムについて述べ
る。外気と製品キャビティ内との差圧によって、製品キ
ャビティの下方から低速で製品キャビティへ溶湯が流入
する吸引鋳造や低圧鋳造等の差圧鋳造や、製品キャビテ
ィの上方から溶湯の重力で製品キャビティ内へ低速で溶
湯が流入する重力鋳造において、ゆっくりと製品キャビ
ティ内を流れる溶湯が、その最終充填位置でその流れを
急激に止められるため、溶湯の有する慣性重量が型の弾
性力で吸収されるとともに、溶湯中を圧力伝播され最終
充填位置付近に急激な圧力上昇が生じる。すると、その
圧力上昇が砂型に対して加わるため、砂型の砂目に溶湯
が差し込むいわゆる「メザシ不良」が生じる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者等は、この急激な圧力上昇を緩和することに
より「メザシ不良」を防止することについて、検討を重
ねた。鋳造技術分野において、溶湯の流れが急に停止し
た際の衝撃を緩和する技術としては、特開昭49-73329号
に見られるような換気弁がある。この換気弁の概略構成
図を、第13図に示す。

この換気弁300は、鋳型内の換気ダクトを閉鎖するよ
うに取り付けられる。換気弁300のシリンダ302内にはピ
ストン304が摺動可能に設けられており、通常はこのピ
ストン304とシリンダ302に間隙から出口306へガスが抜
けるようにされている。換気ダクト308から流入する溶
湯はピストン304を図上右側へ押しやり、出口306を閉鎖
する。その後、溶湯はピストン304をさらに奥へ押す
と、その力は圧縮バネ310で受けられるので、溶湯の流
れが急激に停止した際の衝撃が緩和される。

このように換気弁300には、流入する溶湯の衝撃を緩
和する作用があるが、この換気弁300の圧縮バネ310によ
る減衰機構を低圧鋳造等における水撃作用の防止に適用
した場合、機構が複雑化して信頼性に劣るという問題が
残った。

したがって、本発明の目的は、一部に砂型を用いると
ともに鋳型へ比較的低速かつ低圧で溶湯を供給する鋳造
装置において、圧縮バネによる減衰機構を別途設けるこ
となく水撃作用を防止することにより、湯回り性を確保
し、かつ、水撃作用に基づくメザシ不良を防止すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明の鋳造装置は、製品キャビティにおけ
る溶湯の最終充填位置に所定のテーパ角度を有するテー
パ溝を製品キャビティ方向へ開くように設けることによ
り、溶湯の水撃作用を緩和したことを特徴とする。

具体的には、本発明の構成は次の通りである。なお、
参考までに第１図における符号を付してある。

本発明は、一部に砂型（20）を用いるとともに比較的
低速かつ低圧で溶湯を製品キャビティ（18）へ供給する
鋳造装置（10）である。

この鋳造装置（10）においては、製品キャビティ（1
8）における溶湯の最終充填位置付近に長方形に開口し
所定開口面積および長さを有する溝部（26）が設けられ
ている。この溝部（26）には製品キャビティ（18）方向
へ開いてテーパが形成されている。そして、このテーパ
は溝開口部と溝端部をそれぞれ円形として面積を換算し
た場合に２〜30度の稜線の角度を有する。さらに、この
溝部（26）の先端には１次元方向の最小間隙が0.1〜1mm
であるガス抜き穴（28）が設けられているものである。

上記発明の構成において、比較的低速とは、溶湯の流
速が2m/sec以下を言い、比較的低圧とは、溶湯の圧力が
20kg/cm²以下を言う。

また、溝部（26）の開口面積は、製品キャビティ（1
8）における平均流路断面積の５％以上あればよく、溝
部（26）の流さは60〜150mmあればよい。なお、製品キ
ャビティ（18）における平均流路断面積は、溶湯浸入個
所から溶湯の最終充填位置までの経路の断面を積分して
得た値を経路長さで割った値のことであるが、種々の代
用値を用いてもよい。

また、テーパの開き角度は、次のようにして換算され
る。第２図にその溝内の溶湯が凝固すると板状の呈する
板状テーパ溝の例を示すように、溝部高さ（h1）溝部底
部幅（w1）、溝端部幅（w2）、溝部奥行（ｔ）としたと
きに、テーパの開き角度θ_AVは、次のように表される。

また、ガス抜き穴（28）の１次元方向の最小間隙が0.
1mm未満のときはガス抜き穴（28）としての役割を果た
さず、反対に1mmを超えるときは溶湯が浸入するため、
0.1〜1mmとした。

〔作用〕

上述の本発明の鋳造装置によれば、鋳型の下方より製
品キャビティ（18）へ比較的低速で供給された溶湯は、
ガスを巻き込むことなく製品キャビティ（18）に充填さ
れ、溝開口部へ流入し、製品キャビティ（18）内のガス
をガス抜き穴（28）を介して排出する。このとき、溝部
（26）へ浸入した溶湯は、ガスを押しやりつつ溝内にお
いて鋳型への放熱によって冷却され、凝固することによ
り、溶湯の流れは停止する。また、溝開口部へ流入した
溶湯は、溝部に形成されたテーパ部分に沿って溝端部へ
流れるが、テーパ部分の存在によって徐々に流路断面が
絞られるため、流速の低下が急激に生じることがなく、
さらにテーパの存在により乱流を生じて、溶湯の冷却が
促進され単位面積当たりの冷却面積が大きくなり、凝固
が適度に促進される。

〔実施例〕

次に、第１図ないし第６図に基づき、本発明にかかる
鋳造装置の一実施例を説明する。

本実施例は、アルミニウム製インテークマニホールド
の吸引鋳造装置であり、溝部を板状とした例である。

第１図は、吸引鋳造装置の縦断面図、第２図（ａ）
は、溝内の溶湯が凝固すると板状を呈する板状溝部をテ
ーパ側から見た図、第２図（ｂ）は、板状溝部のテーパ
断面方向から見た図、第３図（ａ）、（ｂ）は、板状溝
部の溶湯充填状態を示す図、第４図は、溶湯充填パター
ンを示すグラフ、第５図は、最終減圧度に対する湯温の
関係を示すグラフ、そして、第６図は、注湯速度に対す
る湯温の関係を示すグラフである。

第１図に示すように、吸引鋳造装置10は、下型12と、
下型12の上に配置される前型14と、後型16とから鋳型が
構成される。下型12のキャビティ面12aと、前型14のキ
ャビティ面14aと、後型16のキャビティ面16aとから製品
キャビティ18が郭定される。製品キャビティ18の内部に
は、砂型中子20が配置される。砂型中子20の膨大部分20
aは、インテークマニホールドのサージタンクに相当す
る部分を成形するためのものである。膨大部分20aから
延びている中子部20bは、インテークルニホールドのブ
ランチに相当する部分を成形するためのものである。製
品キャビティ18は、下型12の取り付けられたスリーブ22
へ下方において連続しており、スリーブ22は下型12の下
方に配置された図示しない溶湯容器内の溶湯へ浸漬され
ているストーク（図示しない）に接続されている。製品
キャビティ18の上方部分18a、すなわち、中子20の膨大
部分20aの近傍には、長方形をした開口部24形成されて
おり、開口部24から上方に向けて板状溝部26が形成され
ている。この開口部24の開口位置は、製品キャビティ18
における溶湯の最終充填位置で、かつ、製品部最高位置
に当たる。板状溝部26は、製品キャビティ18に向けて開
いたテーパ形状をしている。そして、板状溝部26の先端
には、ガス抜き穴28が連続して設けられている。第２図
（ａ）、（ｂ）に詳細を示すように、板状溝部26は互い
に平行に延びた側面26a、26bおよびテーパ面26c、26dか
らなる。ガス抜き穴28は、側面28a、28bが板状溝部26の
側面26a、26bに連続しており、板状溝部26のテーパ面26
c、26dの先端の溝端面30から平行面28c、28dが鋳型外ま
で延びている。溝部高さ（h1）、溝部底部幅（w1）、溝
端部幅（w2）、溝部奥行（ｔ）、ガス抜き穴長さ（h
2）、ガス抜き穴間隙（w3）の寸法は、次の通りであ
る。h1＝60mm、w1＝13mm、w2＝8mm、ｔ＝90mm、h2＝30m
m、w3＝0.5mmであった。

また、テーパ角度θは５度であり、溝開口面および溝
段歩を円形として面積を換算した場合のテーパ角度（θ
_AV）は、4.0度であった。

なお、下型12、前型14および後型16からなる鋳型は、
図示しないチャンバーによって被われており、チャンバ
ー内を減圧することにより、ガス抜き穴、板状溝部26を
介して製品キャビティ18内を減圧して、スリーブ22を介
して、下方より溶湯を製品キャビティ18内へ充填するよ
うにされている。

次に、この吸引鋳造装置10を用いたインテークマニホ
ールドの鋳造について説明する。

第１図に示すように、鋳型を被っているチャンバー内
を減圧することより、製品キャビティ18内を所定圧力ま
で減圧する。製品キャビティ18内の減圧によって、スリ
ーブ22から溶湯が吸い上げられ、減圧度、鋳型の温度、
溶湯の温度等の条件に応じた注湯速度で製品キャビティ
18内に溶湯が充填される。溶湯は、最終的には、溝開口
部24から板状溝部26に流入する。そして、第２図に示す
ように、板状溝部26のテーパ面26c、26dで徐々に絞ら
れ、流速が緩やかに低下するとともに、板状溝部26との
接触によって冷却され、凝固する。特に、板状26は、水
平方向の断面形状が長方形に形成されているため中心部
まで冷え易い。この凝固は、テーパ面26c、26dと溶湯の
接触による乱流効果でより促進される。板状溝部26内に
おける溶湯の充填位置は、製品キャビティ18内の減圧度
および溶湯の凝固度合によって決まってくる。また、溶
湯の充填状態には、第３図（ａ）および（ｂ）に示す二
通りがある。第３図（ａ）に示すように板状溝部26の溝
端部まで溶湯が充填されていない場合は、水撃作用が発
生することがない。しかし、溝部26における溶湯の充填
度合いが低いと、すなわち、減圧度や注湯速度が小さい
と、湯回り性が低下する。第３図（ｂ）に示すように、
溝端部まで溶湯が充填される場合は、水撃作用を完全に
防ぐことはできないが、減圧度や注湯速度によっては溶
湯のそれ程急激な圧力上昇を生じることがなく、メザシ
不良が防止できる。

次に、第４図において実線で示す溶湯パターンとなる
ようにチャンバー内の減圧度を制御し、溶湯の充填を行
った。鋳型の温度を350℃に保ち、最終減圧度と湯温を
種々変えて実験した結果を第５図に示す。同図におい
て、□は溝端部まで溶湯が充填されてものであり、○は
板状溝部26の途中まで湯が充填されているが、湯回り性
は良好なものであり、▲は板状溝部26に十分に湯が充填
されておらず、湯回り不良を生じたものである。なお、
□のものにおいて、メザシ不良はいずれも発生しなかっ
た。これは、上述したように、水撃作用が緩和されたこ
とによるものと考えられる。

さらに、最終減圧度に代えて注湯速度と湯温の関係で
整理した結果を第６図に示す。○は湯回り性が良好で、
メザシ不良が発生しない良品であり、×は湯回り不良が
生じた不良品である。

これに対して、本実施における板状溝部26を設けなか
った以外は同じ条件で鋳造を行った従来例としての比較
例１と上記実施例の結果を対比する。第７図は、比較例
１における注湯速度に対する湯温の関係を示すグラフで
ある。同図において、○および×は第６図と同じであ
り、△は湯回り性は良好であったがメザシ不良が発生し
たものである。

両者を比べると、比較例１のものは、湯回り性が良好
であるものもすべてメザシ不良が発生しており、本実施
例の方法によれば、比較例１でメザシ不良が発生する注
湯速度でも良品を鋳造可能であることが分る。

次に、板状溝部26に代えてオーバーフロー部を設けた
ものを比較例２として実験を行った。

次に、第８図ないし第11図に基づき、本発明にかかる
鋳造装置の第２比較例を説明する。

本比較例は、第１実施例と同じくアルミニウム製イン
テークマニホールドの吸引鋳造装置であるが、溝部では
なく、オーバーフロー部を設けた例である。

第８図に示すように、溝開口124に連続してオーバー
フロー部126が形成されている。オーバーフロー部126
は、溝開口124からガス抜き穴128にかけて流路断面積が
急激に増大した後急激に減少した形状をしている。各部
の寸法を第９図に示す。第９図（ａ）は、オーバーフロ
ー部の平面図、第９図（ｂ）は、オーバーフロー部の縦
断面図、そして、第９図（ｃ）は、第９図（ａ）におけ
るIXa矢視図である。

各部の寸法は、次の通りである。

w4＝40mm、w5＝26mm、w6＝0.5mm（直径）、w7＝10mm
（直径）、h3＝40mm、h4＝26mm、h5＝20mm、角度θ１＝
θ２＝10度であった。

この比較例２における鋳造条件とオーバーフロー部の
溶湯の充填状態は、第１実施例と略同じであるが、比較
例２においては、オーバーフロー部において流路断面が
急激に増加するため、第４図において、破線で示すよう
に、流速が増加する部分が存在する。

比較例２における最終減圧度に対する湯温の関係を第
10図に示すが、溝部とオーバーフロー部の充填状態を比
較した場合、略同様の特性を示す。しかしながら、比較
例２の場合、第11図に注湯速度に対する湯温の関係を示
すように、オーバーフロー部に対する溶湯の充填度が高
いものにおいてメザシ不良が発生していることが分る。
これは、比較例２においてはオーバーフロー部126の上
端部のテーパ角度が大きいため、溶湯の流速が急激に減
速して、水撃作用が発生したことにより圧力増加が起こ
り、それにより中子に溶湯が差し込んだと考えられる。
すなわち、オーバーフロー部126では、水撃作用に基づ
くメザジ不良をほとんど防止できないことが分る。

なお、テーパ角度θ２を種々変えて実験を行った結果
について説明すると、第12図に示すように、テーパ角度
が２度を超えると、急激にサージ圧力が低下し、メザシ
発生圧力を下回り、30度を超えると、メザシ発生圧力を
超えることが分る。したがって、テーパ角度は、２度な
いし30度の範囲であれば、水撃作用の防止効果が得られ
る。

上述したように、本実施例によれば、テーパを形成し
た溝を製品キャビティの最終充填位置付近に設けて鋳造
を行うことにより、水撃作用を防止することができ、従
来法においてメザシ不良が発生した注湯速度でも良品の
鋳造を行うことが可能である。これにより、薄肉部の湯
回り不良対策を行うことができるとともに、注湯速度を
上げることができるため、鋳造のサイクルタイムの短縮
が可能となる。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本
発明は、この実施例に限定されるものではなく、特許請
求の範囲に記載の範囲内で種々の実施態様が包含される
ものである。

〔発明の効果〕

以上より、本発明の鋳造装置によれば、製品キャビテ
ィにおける溶湯の最終充填位置に所定のデーパ角度を有
するテーパ溝を製品キャビティ方向へ開くように設けた
ので、圧縮バネによる減衰機構を別途設けることなく、
製品キャビティへ充填される溶湯の水撃作用を緩和する
ことができ、信頼性が高まる。

また、溝部のテーパによって水撃作用が緩和されるの
で、テーパ溝を形成しない場合に比べて溝部長さを短く
することができ、鋳造装置を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は、本発明にかかる鋳造装置の一実
施例を説明するための図面であり、 第１図は、吸引鋳造装置の縦断面図、 第２図（ａ）は、板状溝部をテーパ側から見た図、 第２図（ｂ）は、板状溝部のテーパ断面方向から見た
図、 第３図（ａ）、（ｂ）は、板状溝部の溶湯充填状態を示
す図、 第４図は、溶湯充填パターンを示すグラフ、 第５図は、最終減圧度に対する湯温の関係を示すグラ
フ、 そして、第６図は、注湯速度に対する湯温の関係を示す
グラフである。 第７図は、本発明にかかる鋳造装置に対する比較例１を
説明するための図面であり、注湯速度に対する湯温の関
係をグラフである。 第８図ないし第11図は、本発明にかかる鋳造装置に対す
る比較例２を説明するための図面であり、 第８図は、吸引鋳造装置の縦断面図、 第９図（ａ）は、オーバーフロー部の平面図、 第９図（ｂ）は、オーバーフロー部の縦断面図、 第９図（ｃ）は、第９図（ａ）におけるIXa矢視図、 第10図は、最終減圧度に対する湯温の関係を示すグラ
フ、 そして、第11図は、注湯速度に対する湯温の関係を示す
グラフである。 第12図は、テーパ角度に対するサージ圧力の関係を示す
グラフである。 第13図は、従来例の説明するための図面であり、換気弁
の概略構成図である。 10……鋳造装置 18……製品キャビティ 20……砂型 26……溝部 28……ガス抜き穴

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一部に砂型を用いるとともに比較的低速か
   つ低圧で溶湯を製品キャビティへ供給する鋳造装置であ
   って、 製品キャビティにおける溶湯の最終充填位置付近に開口
   し、所定開口面積および長さを有する幅の狭い溝部が設
   けられ、該溝部には製品キャビティ方向へ徐々に開いた
   テーパ状の溝側壁が形成されており、該溝側壁の傾きが
   ２〜30度の範囲で形成され、また前記溝部の先端には１
   次元方向の最小間隙が0.1〜1mmであるストリット状のガ
   ス抜き穴が設けられていることを特徴とする鋳造装置。