JPH08206778A

JPH08206778A - 鋳造用金型

Info

Publication number: JPH08206778A
Application number: JP1526895A
Authority: JP
Inventors: Haruhatsu Kamiya; 春初神谷
Original assignee: KOSEI ARUMINIYUUMU KOGYO KK
Current assignee: KOSEI ARUMINIYUUMU KOGYO KK
Priority date: 1995-02-01
Filing date: 1995-02-01
Publication date: 1996-08-13

Abstract

(57)【要約】【目的】健全な鋳造品を製造するために、局部的に溶
湯の凝固速度を制御すること。【構成】溶湯を製品キャビティ１２に充填して凝固
させて鋳造品を成形する鋳造用金型１１において、溶湯
と接する金型表面に複数の穴１４を形成し、この穴１４
にセラミックス１５を充填すること。溶湯を製品キャ
ビティに充填して凝固させて鋳造品を成形する鋳造用金
型において、金型のうち溶湯と接する金型表面から離れ
た部分に複数の穴を形成し、この穴にセラミックスを充
填したこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋳造用金型に関し、特
に健全な鋳造品を製造するために、局部的に溶湯の凝固
速度を制御することができる鋳造用金型に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】鋳造用金型において、金型温度を制御し
て鋳造品の凝固を制御する技術がある。この場合、金型
内に設けた溝や空隙部に水や空気を流して冷却する方
法、金型の一部に局部的に金型と熱伝導度が異なる銅、
ステンレス等の金属を埋設して冷却を変える方法、金型
本体の厚みを部分的に変える方法、電熱ヒーターを金型
内に埋設して加熱制御する方法、金型の外部からバーナ
ーにて加熱する方法、金型の表面に塗る塗型材の種類や
厚みを変える方法等により、金型温度を制御することに
より形状の複雑な鋳造品の成形がなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、水冷法や空冷
法では、冷却の及ぶ範囲が比較的広く往々にして不必要
な部分まで冷却される傾向にあった。また、熱伝導度の
異なる金属を金型に埋設する方法として例えば銅合金を
埋設した場合には、局部的に鋳造品の冷却を速めること
ができるが、上述の水冷法には劣り、また銅合金は、金
型鋼材と比較すると柔らかいため、金型の使用に伴う損
耗が多い。更に、鋳型に使用される塗型材は、銅合金に
対して密着性が悪いので、剥げ落ちやすいという欠点が
あった。また、ステンレスを金型に埋設した場合には、
ステンレスは、熱伝導度が鋳型鋼材よりも劣るため、鋳
造品の冷却を遅くすることができるが、往々にして充分
に鋳造品の冷却を遅らせることができない。更に、塗型
材は、ステンレスに対しても密着性が悪いので、剥げ落
ちやすいという欠点があった。

【０００４】また、電熱ヒーターによる金型内の加熱や
ガスバーナー等による金型の外部加熱は、金型を広い範
囲にわたって加熱するため、金型の必要な部分のみの局
部的な加熱には不向きという欠点があった。また、塗型
材による鋳造品の冷却制御は、塗型直後の鋳造品には効
果が良好であるが、鋳造数の増加に伴って塗型材の損耗
や局部剥げ落ちが起きるため、効果の持続性に欠けると
ともに、塗型材の種類と塗型の厚みを金型の部位により
変える必要がある。このため、塗型材での冷却制御は、
作業が煩雑であり、更に管理が困難であった。したがっ
て、本願発明の目的は、上述の従来例の欠点をなくし、
健全な鋳造品の製造に必要な溶湯の指向性凝固を容易に
するように、溶湯の冷却速度を制御することができる鋳
造用金型を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の第１の発明の構成は、溶湯を製品キャビティ
に充填して凝固させて鋳造品を成形する鋳造用金型にお
いて、溶湯と接する金型表面に複数の穴を形成し、この
穴にセラミックスを充填したことである。更に、第２の
発明の構成は、溶湯を製品キャビティに充填して凝固さ
せて鋳造品を成形する鋳造用金型において、金型のうち
溶湯と接する金型表面から離れた部分に複数の穴を形成
し、この穴にセラミックスを充填したことである。

【０００６】

【作用】上記第１の発明の構成により、金型より熱伝導
率が低いセラミックスが金型内に充填された溶湯の冷却
速度を局部的に下げるので、溶湯の指向性凝固が容易に
実現できる。更に、第２の発明の構成によっても、金型
より熱伝導率が低いセラミックスが金型内に充填された
溶湯の冷却速度を局部的に下げるので、溶湯の指向性凝
固を実現できる。

【０００７】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本願の第１の発明の第１実施例の断面構
造を示す。図１において、金型１１は第１部分１１ａ、
第２部分１１ｂ及び第３部分１１ｃからなる。なお、こ
の３つの部分１１ａ、１１ｂ、１１ｃはいずれも可動型
である。金型１１の材質は例えばＳ４５Ｃ、Ｓ５０Ｃの
炭素鋼、ＳＫＤ６１の耐熱金型鋼である。製品キャビテ
ィ１２は前記３つの部分１１ａ、１１ｂ、１１ｃにより
囲まれた空間である。さらに、押湯口１３が製品キャビ
ティ１２の図示上端に連結するように形成されている。
複数の細長い円形穴１４が第１部分１１ａの溶湯と接す
る表面のうち製品キャビティ１２の壁となる部分に形成
されている。穴１４は、直径が０．５mm〜１０mmで、深
さが２mm〜３０mmである。なお、穴１４は、直径が０．
５mm以上のときは、穴あけ加工が容易である。また、前
記直径が１０mm以下のときは、穴１４が大きくなり過ぎ
ることによる鋳肌の悪化を防ぐことができる。

【０００８】また、穴１４の断面形状は、上述の円形に
限定されず、穴１４とほぼ等しい面積の楕円形、矩形等
でもよい。更に、穴１４の形状は、上述の各種形状のも
のの混在したものでもよい。また、穴１４の深さが２mm
以上のときは、後述するセラミックス１５の剥離を防
ぎ、セラミックス１５による断熱効果も充分である。更
に、前記深さが３０mm以下のときは、穴加工が容易であ
り、かつ、金型１１の強度の低下を防ぐことができる。

【０００９】穴１４の表面積（穴１４の開口面１４ａの
合計）の金型表面のうち穴１４が形成されている部分の
表面積に対する割合（面積率）は５％〜６０％が適当で
ある。なお、前記割合の増加に比例した断熱効果によ
り、溶湯の凝固速度が局部的に抑制されるが、前記割合
が５％以下ではその効果が少ない。また、前記割合が６
０％を超えると、溶湯の冷却が極端に遅くなり、局部的
の鋳造品の表面引けが起こり、鋳肌が悪くなり、かつ、
金型１１の穴加工も困難になる。水ガラスや燐酸塩等の
無機バインダーで固定された粉末状セラミックス１５
（粉末状セラミックス１５と無機バインダーを水に溶い
てペースト状にしたものを穴１４に充填し乾燥させたも
の）が穴１４内に充填されている。この場合、セラミッ
クスの材質は、例えばアルミナ、シリカ、マグネシア、
ジルコニア、酸化カルシウム、酸化鉄、炭化珪素、窒化
珪素等である。これらのセラミックスは、断熱性に優
れ、７００℃〜８００℃のアルミ溶湯に対しても安定で
ある。

【００１０】以上の構成により、粉末状セラミックス１
５の熱伝導率が金型１１の熱伝導率よりも低いため、粉
末状セラミックス１５が充填された部分に接する溶湯の
冷却が、他の部分に接する溶湯の冷却よりも遅れる。こ
の結果、粉末状セラミックス１５が充填された部分に接
する溶湯の凝固が、他の部分に接する溶湯の凝固よりも
遅れることになる（指向性凝固）。このため、複雑な形
状の鋳造品の製造が可能になる。この場合、特に穴１４
が直径５mm〜５０mmの丸穴であると、溶湯の指向性凝固
が顕著に現れ、該丸穴の直径と数により穴１４の表面積
の割合を変えることにより、任意に溶湯の冷却速度を制
御することができる。なお、溶湯の冷却速度が遅くなり
すぎた場合には、穴１４に棒状鋼材を充填することによ
り、溶湯の冷却速度を適正なものにすることができる。

【００１１】具体的に数値等を挙げてこの実施例を説明
すると以下のようになる。アルミホイールの金型鋳造で
はそのリム形状に部位により肉厚に差があるため、これ
までは鋳造品の指向性凝固を確保し健全な鋳造品を造る
ため、局部的に肉厚の薄い所には駄肉を付けていたが、
鋳造品の肉厚の薄い部分に相当する金型１１の表面部分
に局部的に直径３mm深さ１０mmの穴１４を面積率で３０
％穴あけ加工をし、その穴１４にアルミナ粉末を主とし
た耐火物と水ガラスを３％加えてペースト状にしたもの
を充填し乾燥後鋳造に供したところ、前記鋳造品の肉厚
の薄い部分での結晶サイズが粗くなり、溶湯の補給性が
向上し、指向性凝固が確保されて、巣のない健全な鋳造
品ができ、鋳造の歩留りも５％向上し、鋳造品の不良率
が低下した。

【００１２】図２は図１に示すものの変形例の断面構造
を示す。図２において、複数の穴１４には、穴１４の大
きさに合わせた大きさの複数の焼成球状セラミックス１
６が充填されている。更に、穴１４内の前記複数の球状
セラミックス１６相互間の隙間には、上述の無機バイン
ダーで固定された粉末状セラミックス１５が充填されて
いる。以上の構成により、図１に示すものと同様に溶湯
の指向性凝固が実現可能である。更に、球状セラミック
ス１６を使用することにより、穴１４内にセラミックス
を充填する作業が著しく容易になる。

【００１３】図３は、第１の発明の第２実施例を示し、
図４は図３に示すもののＡ−Ａ断面構造を示す。図３及
び図４において、金型２１は、第１部分２１ａ及び第２
部分２１ｂからなる。第１部分２１ａ又は第２部分２１
ｂのうちどちらか一方が固定型であり、他方が可動型で
ある。金型２１の材質は、上述の図１における金型１１
の材質と同じである。製品キャビティ２２は、第１部分
２１ａと第２部分２１ｂに囲まれた空間に形成されてい
る。押湯口２３は製品キャビティ２２に連通するように
形成されている。複数の長細い穴２４が押湯口２３の壁
２３ａに形成されている。この穴２４内に充填されるセ
ラミックス２５は、上述の図１における粉末状セラミッ
クス１５又は図２における粉末状セラミックス１５と球
状セラミックス１６との組み合わせと同様のものであ
る。

【００１４】以上の構成により、セラミックス２５が押
湯口２３に存在する溶湯の冷却速度を遅らせる。このた
め、製品キャビティ２２内において湯まわりが良くな
る。この結果、複雑な形状の鋳造品を製造しやすくな
る。具体的に数値等を挙げて実施例を説明すると以下の
ようになる。アルミ鋳造品の金型鋳造で、従来は高さが
１０cm以上必要であった押湯口２３の壁２３ａに直径３
５mm、深さ１５mmの複数の穴２４を壁２３ａの表面積の
３５％相当あけ、この穴２４にアルミナ７０％、シリカ
３０％からなるセラミックボールを入れ、セラミックボ
ールの間隙部に粉末状セラミックに水ガラスを４％添加
し水を加えてペースト状にしたものを充填し加熱乾燥
後、通常の塗型を施し鋳造に供したところ、押湯高を６
cmと大幅に低くしても従来と同等の押湯効果が得られ、
健全な鋳造品が得られた。

【００１５】図５は第２の発明の一実施例の一部分の平
面を示し、図６は図５に示すもののＢ−Ｂ断面構造を示
す。図５及び図６において、金型３１は図３における金
型２１と同様のものである。製品キャビティ３２は、金
型３１の内部に形成される。押湯口３３は製品キャビテ
ィ３２に連通するように形成されている。金型３１の外
面３１ａのうち押湯口３３に対向する部分に複数の細長
い穴３４が形成されている。穴３４の底は、押湯口３３
から２mm〜２０mm離れている。押湯口３３と穴３４との
距離が短い程、溶湯が指向性凝固になりやすくなるが、
この距離が２mm以下になると、押湯口３３の表面の金型
強度が低下し、金型３１の使用及び取扱い時に、金型３
１が変形したり、破損したりすることになる。なお、こ
の場合、穴３４の形状の制約は特にない。セラミックス
３５が穴３４内に充填されている。このセラミックス３
５は上述の図４におけるセラミックス２５と同様のもの
である。

【００１６】以上の構成により、セラミックス３５が押
湯口３３に存在する溶湯の冷却速度を遅らせる。この結
果、製品キャビティ３２内において湯まわりが良くなる
ため、複雑な形状の鋳造品を製造しやすくなる。具体的
に数値等を限定して実施例を説明すると以下のようにな
る。アルミ鋳造品の金型鋳造で、押湯口３３の高さを１
０cmにした金型３１で、押湯口３３から５mm離れた部分
に直径１１mm、深さ１０cmの複数の穴３４を３mm間隔で
あけ、穴３４の内部にアルミナ７５％、シリカ２５％か
らなる直径１０mmの複数のセラミックボールを充填し、
その間隙に粉末状セラミックスに水ガラスを４％添加し
て水を加えてペースト状にしたものを充填し加熱乾燥
後、通常と同じように塗型を施し、金型鋳造に供したと
ころ、このような処理を施さなかった従来の金型方案で
は押湯口３３の幅が３０mm、高さが１２cmも必要であっ
たものと同等の押湯効果が得られ、鋳造歩留りが向上し
た。

【００１７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本願の第１
の発明に係わる鋳造用金型によれば、健全な鋳造品の製
造に必要な溶湯の指向性凝固を容易にするように、溶湯
の冷却速度を制御することができる。このため、鋳造品
の品質を向上させることができる。更に、第２の発明に
係わる鋳造用金型においても、上述の第１の発明に係わ
る鋳造用金型と同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の第１の発明の第１実施例の断面図であ
る。

【図２】図１の変形例の断面図である。

【図３】前記第１の発明の第２実施例の平面図である。

【図４】図３に示すもののＡ−Ａ断面図である。

【図５】第２の発明の一実施例の一部分の平面図であ
る。

【図６】図５に示すもののＢ−Ｂ断面図である。

【符号の説明】

１２、２２、３２製品キャビティ１１、２１、３１金型１４、２４、３４穴１５粉末状セラミックス１６球状セラミックス２５、３５セラミックス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶湯を製品キャビティに充填して凝固さ
せて鋳造品を成形する鋳造用金型において、溶湯と接する金型表面に複数の穴を形成し、この穴にセ
ラミックスを充填したことを特徴とする鋳造用金型。
【請求項２】溶湯を製品キャビティに充填して凝固さ
せて鋳造品を成形する鋳造用金型において、金型のうち溶湯と接する金型表面から離れた部分に複数
の穴を形成し、この穴にセラミックスを充填したことを
特徴とする鋳造用金型。