JPH0824992A - 精密鋳造用中子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋳型と同程度の高温で焼成が可能、あるいは
溶融金属が必要以上に凝固しない程度の高温に加熱が可
能で、鋳造後の崩壊性の優れた精密鋳造溶中子を得る。 【構成】 重量比で２０〜５０％の２００メッシュアン
ダの耐火物粉末と５０〜８０％の３２メッシュアンダの
耐火物砂と、前記耐火物粉末と該耐火物砂の全重量に対
して重量比で５〜９％のバインダが混合状態で固形化し
てなり、鋳造された溶融金属が凝固した後、衝撃で崩壊
することを特徴とする精密鋳造用中子である。そしてそ
の製造方法は、耐火物粉末と耐火物砂とバインダを混合
し混練した後、金型に成形し、硬化剤に浸漬するか、ま
たは硬化剤の蒸気中にさらして硬化させた後、乾燥する
ことを特徴とし、少なくとも２種類の粒度を有する耐火
物とバインダを混合混練した後成形し、硬化剤と反応さ
せて硬化することを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は精密鋳造法において用い
られる中子およびその製造方法に関する。より詳しく
は、鋳型の焼成温度にも加熱ができて、しかも溶湯を鋳
造後容易に崩壊する中子およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロストワックス精密鋳造法で得られた製
品は、寸法制度に優れ、かつ鋳肌が美麗であり、目的の
寸法形状にニアネットシェイプ的に成形できるので、機
械加工の工数を大幅に省略できる等の利点が多く、広く
普及している。このロストワックス精密鋳造法に用いる
模型はワックス製で、棒状の湯道にあたかもツリーの形
状に製品のワックス模型を組み付けるツリー方式と、円
筒状の湯道の外周に製品のワックス模型を組み付けるホ
ロースプルー方式の２通りの模型の製造方法が用いられ
ている。

【０００３】そして、ロストワックス精密鋳造法に用い
る鋳型は、ワックス模型に耐火物スラリを被覆した後、
耐火物砂を耐火物スラリの上に付着させて被覆し、乾燥
させた後、さらに上述した工程を数回繰り返し通常６〜
９層で所定の厚さに被覆される。この後十分に乾燥させ
た後、ワックス模型を溶出して鋳型を得て、この鋳型を
所定の温度で焼成し、溶融金属を流し込むことにより鋳
造製品を得る。鋳型に鋳造された金属は、凝固、冷却し
た後、鋳型を破壊することにより製品として取り出され
る。この鋳型の焼成は、溶融金属の湯回り性および水分
等を気化させて、鋳巣等の発生を防止するため、約１０
００℃に加熱焼成される。

【０００４】ロストワックス精密鋳造法での鋳型の造型
においては、製品における小孔部分、形状的に耐火物ス
ラリが十分に充填されず不健全な鋳型になり易い部位、
湯道の一部、または湯口カップには中子と称する鋳型部
分が使用される。この中子は、材質的にはアルミナ質に
代表されるセラミック中子、粘土質の中子、またはレジ
ンサンドを使用するシェル中子等が使用されている。

【０００５】そして、ホロースプルー方式で得られた鋳
型には、１つの鋳型に鋳込む湯量を低減するため、図１
に示すようにドーム状の中子を湯道内に装着して鋳造さ
れる。したがって健全な鋳造品を得るためには、鋳型の
湯道に中子を組み込んだままで両者を一緒に焼成するこ
とが最適である。一方上述したように鋳造した後は、製
品を取り出すために鋳型を破壊するので、あまり強固な
鋳型は破壊のための工数が多くかかってしまう。特に中
子は鋳造後は軽度の機械的な打撃のみで簡単に崩壊する
ことが重要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したセラミック中
子は、耐熱性に優れ、鋳型と同時に高温に加熱して焼成
することができるが、比較的高価であるので形状の大き
なものには適さないし、強度が高く、鋳造後の型ばらし
の際、中子の除去に多くの工数がかかるという不具合が
ある。粘土質の中子も、鋳型と同時に焼成することがで
きるし、比較的安価に大きなものも得られるが、セラミ
ック中子と同様強度が高いので中子の除去が困難であ
る。

【０００７】一方シェル中子は、鋳造後の中子の除去は
極めて容易であるが、３００℃以上に加熱するとバイン
ダ分が燃焼して崩壊してしまうため、鋳型と一緒に加熱
焼成することができないので鋳造直前に冷たいままで高
温の鋳型と組み合わせ、速やかに溶融した金属を鋳造す
る必要がある。このため中子の温度は鋳型の温度よりも
低くなるので、鋳造された溶融金属は中子に触れると直
ちに熱量を奪われ、局部的に必要以上に凝固が発生し
て、しばしば湯回りの不良による鋳造欠陥が生ずる原因
となっている。

【０００８】そこで上記問題点を解消する方法として、
特開平３−４４６号公報にアルカリフェノール樹脂を使
用した中子の造型法が開示された。しかしながらこの中
子造型法に開示された技術内容では、耐火材の粒度によ
り成形性、および強度等が大きく異なり、特に鋳造後の
崩壊性が著しく変動して全く使用できない場合もある。
また、バインダと硬化剤をあらかじめ混合した後、型に
流し込んで成形するため、成形する前に部分的に硬化が
始まってしまい、部分的に硬化した部分が成型時に塑性
変形がうまくいかず部分的に中子が切断され、結果的に
グリーン強度の低下を招くうえ、場合によっては成形が
できない場合も出てくる。本発明は、上述したこれらの
問題点を解決し、鋳型と同じ高温でも焼成が可能かある
いは、溶融金属が必要以上に凝固しない温度以上に加熱
が可能で、なおかつ鋳造後の崩壊性が優れた精密鋳造用
中子を提供する事を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため種々検討した結果、中子の耐熱性と鋳造後
の崩壊性を左右する要因としては、中子の形状を維持す
るためのバインダの種類や量の他に骨材としての耐火材
の粒度分布にも依存することを見出した結果に着目し、
耐火材の配合比率等について検討を重ねた結果、有効な
手段を見い出したものである。

【００１０】すなわち、具体的に本発明は、成形された
焼成前の状態で、重量比で２０〜５０％の２００メッシ
ュアンダの耐火物粉末と５０〜８０％の３２メッシュア
ンダの耐火物砂と、該耐火物の全重量に対して重量比で
５〜９％のバインダが混合状態で固形化してなり、鋳造
された溶融金属が凝固した後、衝撃で崩壊することを特
徴とする精密鋳造用中子であり、また第２発明はその製
造方法であり上述の耐火物粉末と耐火物砂とバインダと
を混合混練して、金型成形した後、硬化剤中に浸漬する
かまたは硬化剤の蒸気中にさらして硬化させた後金型か
ら取り出して乾燥するものである。さらに第３発明は少
なくとも２種類の粒度を有する耐火物と、バインダとを
混合混練した後金型成形して中子を得、前記金型と共に
硬化剤と反応させて前記中子を硬化することを特徴とす
る精密鋳造用中子の製造方法である。本発明でいう崩壊
とは通常のノックアウトマシンによる打撃程度の衝撃を
総称するものである。

【００１１】

【作用】本発明者は、鋳型の焼成温度と同程度の１００
０℃付近の高温に加熱してもその形状を維持し、溶湯の
注湯圧に耐え得る強度を有し、かつ鋳造後容易に崩壊す
る中子およびその製造に関し、種々の検討を行った結
果、アルカリレゾール樹脂をバインダとし、ジルコニ
ア、ムライト等の各種耐火物を骨材とすることにより、
高温での焼成に耐え、かつ鋳造後容易に崩壊する中子を
得ることができた。アルカリレゾール樹脂は、トリアセ
チン等の有機エステルに触れると加水分解を起こし硬化
するので中子を硬化させる。硬化した中子は焼成するこ
とによりバインダとして添加する樹脂分は焼失するが、
アルカリレゾール樹脂中に含まれるアルカリ分により中
子に含まれる耐火物の焼結温度が下がり低温でも焼結し
始める。一般に粒子が細かくなるにつれて焼結が起こり
やすくなるため、本発明においてはおもに２００メッシ
ュアンダの微粒子同志、または２００メッシュアンダの
微粒子と３２メッシュアンダの粗粒子の間で焼結が起こ
り易く、これにより形状を維持することができる。

【００１２】この際、２００メッシュアンダの微粒子が
２０％未満になると焼結しない部分が多くなり、中子の
強度が低くなり形状が維持できなくなる。逆に５０％を
超えると焼結する部分が多くなり過ぎて、焼結する際寸
法の変化が大きくなるうえに、軟化により変形したりク
ラックが生じたりして形状を維持できなくなる。さらに
鋳造後の中子の強度が大きくなるため崩壊が困難にな
る。したがって軟化による変形を抑え、崩壊性をよくす
るためには３２メッシュアンダの粗粒子を少なくとも５
０％以上入れる必要がある。なお、本発明においては耐
火物砂は３２メッシュを超える粗いものでも使用するこ
ともできるが、あまり粒子が大きくなると中子の表面肌
が粗くなって良好な鋳物肌が得られず、また場合によっ
ては粗い砂粒がはがれて砂かみの原因となるため３２メ
ッシュアンダの耐火物砂が好ましい。

【００１３】３２メッシュアンダの耐火物には、通常８
０〜３２メッシュの耐火物が混合しており、それよりも
微細な粒はわずかに０．５％以下のオ−ダで含まれるの
で、この微細な粒は無視できる。またこの程度の粒度の
耐火物は通常耐火物砂と呼ばれており、上述の２００メ
ッシュアンダの微細な耐火物は通常耐火物粉末と呼ぶこ
とが多い。

【００１４】アルカリレゾール樹脂が５％未満では、焼
成前の形状を維持することが難しい。９％を超えると成
形時の保形効果は変わらないが、焼成時の収縮が大きく
なる。さらに過剰のアルカリ分は中子の軟化温度を低下
させるため、鋳造時に中子の軟化を招く恐れもある。

【００１５】本発明における耐火物としては、ジルコニ
ア、アルミナ、シリカ、ムライト、ジルコンあるいは炭
酸カルシウム等、通常の精密鋳造法で使用される耐火物
を使用することができるが、主として耐熱性が要求され
る場合は、アルミナやジルコン、崩壊性を重視する場合
には、シリカ、溶融金属との反応性を重視する場合は、
ジルコニア、アルミナ、ジルコンというように用途によ
って使い分けることにより、いっそうその効果が増す。
また、炭酸カルシウムを使用した中子は、焼成すること
によりカルシアに変化するため、鋳造後、水分を作用さ
せることにより水酸化カルシウムとなる。この時結晶構
造が変化するため非常にもろくなり、鋳造後中子の除去
が容易に行えるという効果もある。

【００１６】上述した中子は、湯道の一部として使用さ
れる他、製品部のうちの小孔部等耐火物のスラリが入り
にくく健全な鋳型が得られにくい部位にも利用できる。
この際、あらかじめ中子を金型に設置してワックス模型
を射出成形したり、ワックス模型に挿入したりする場合
もあるが、この場合中子の寸法はワックス模型と同程度
の高い精度が必要となる。また製品形状によっては、非
常に小さい隙間（孔等）が生じ、２、３層程度までは耐
火物スラリが難なく入るが、それ以上は入り難くなる場
合もあり、この場合２、３層程度まで鋳型造型作業を行
った後穴部に中子を挿入し、その後再び鋳型造型作業を
繰り返し中子の上まで鋳型材料を被覆して鋳型を製作す
ることもできる。この場合中子の寸法精度は厳しくなく
安価に製造することができる。

【００１７】

【実施例】以下、実施例と図面を用いて本発明を詳しく
説明する。 （実施例１）耐火物粉末として２００メッシュアンダの
ムライト粉末３００ｇと、耐火物砂として６０〜３２メ
ッシュのアルミノシリケート砂７００ｇとにバインダと
してアルカリレゾール樹脂を６０ｇ加えて、ムライト粉
末（耐火物粉末）３０％、アルミノシリケート砂（耐火
物砂）７０％、バインダとしてアルカリレゾール樹脂を
全耐火物重量の６％とした耐火物スラリを作り、所望の
成形部を有する金型に流し込んだ後、金型の割り面から
硬化剤であるトリアセチン等の有機エステル蒸気を吹き
込んで硬化させ、金型から取り出した後、２４ｈｒ自然
乾燥をおこない図１に示すようなドーム状の中子を得
た。この中子を焼成前のホロースプルー方式の鋳型に装
着し、鋳型と同時に１０００℃で１ｈｒ焼成した後、Ｓ
ＣＭ４１５材を鋳造した。鋳造後ノックアウトマシンに
掛けることにより中子は容易に崩壊した。また、鋳造品
も従来よりも溶湯の湯回りが良好で湯回り不良による鋳
造欠陥が皆無であった。さらに中子に接触した溶湯の急
激な温度低下が少ないので従来よりも押湯効果が良好な
ため、押湯量を３０％程度減らすことができ、鋳造歩留
まりも向上した。

【００１８】（実施例２）耐火物粉末として２００メッ
シュアンダのジルコン粉末を２００ｇと、耐火物砂とし
て８０〜５４メッシュのアルミナ砂を８００ｇとに、バ
インダとしてアルカリレゾール樹脂を５０ｇ加えて、ジ
ルコン粉末２０％、アルミナ砂８０％、バインダとして
アルカリレゾール樹脂を全耐火物重量の５％とした耐火
物スラリを作り、実施例１と同様にして５ｍｍ×１０ｍ
ｍ×２０ｍｍの板状の中子を得た。脱金型した後若干保
形性が悪かったが、これを図２のようにあらかじめワッ
クス模型の穴部に差し込んで装着し、鋳型を造型し１０
００℃で１ｈｒ焼成した後、ＳＵＳ３０４材を鋳造し
た。中子の崩壊性は良好であり、またステンレス鋼に特
有なピッティング欠陥もない良好な鋳造品が得られた。

【００１９】（実施例３）耐火物粉末として２００メッ
シュアンダの溶融シリカ粉末を１００ｇおよび２００メ
ッシュアンダのジルコン粉末を１００ｇと、耐火物砂と
して６０〜４８メッシュアンダのアルミノシリケート砂
を８００ｇに、バインダとしてアルカリレゾール樹脂を
９０ｇ加えて、溶融シリカ１０％、ジルコン粉末１０
％、アルミノシリケート砂８０％、バインダとしてアル
カリレゾール樹脂を全耐火物重量の９％とした耐火物ス
ラリを作り、実施例１と同様にしてφ５ｍｍ×ｌ３０ｍ
ｍの丸棒状の中子を得た。脱金型し、乾燥した後、中子
は目視による検査を行った結果、クラックの発生は認め
られなかった。これを図３に示すように造型途中のツリ
ー式の鋳型の一部の隙間が小さいため鋳型材が入り込め
ない部位に差し込んで装着した後、さらに鋳型材を被覆
して鋳型を完成させ、１０００℃で１ｈｒ焼成した後Ｓ
１５Ｃ材を鋳造した。中子の崩壊性は良好であり、また
鋳造品も欠陥のない良好なものが得られた。

【００２０】（実施例４）耐火物粉末として３５０メッ
シュアンダの溶融シリカ粉末を５００ｇと、耐火物砂と
して８０〜６０メッシュの溶融シリカ砂を５００ｇに、
バインダとしてアルカリレゾール樹脂を７０ｇ加えて、
耐火物粉末５０％、耐火物砂５０％、この耐火物の全重
量に対してバインダが７％となる耐火物スラリを作り、
金型に流し込んだ後、金型と一緒に硬化剤である有機エ
ステル溶液に浸漬して、この有機エステルを含浸させ硬
化させた後、金型から取り出してファン乾燥を行い、φ
６ｍｍ×ｌ２５ｍｍの丸棒状の中子を得た。これを図３
に示すように造型途中の鋳型の一部に差し込み装着した
後、さらに鋳型材を被覆して鋳型を完成させ、１０００
℃で１ｈｒ焼成した後、３５０℃まで冷却し、アルミ合
金ＡＣ４Ｃを鋳造した。鋳造後は低圧のノックアウトマ
シンおよびサンドブラストで容易に中子を除去すること
がることができ、また鋳造品は割れ等もなく健全なもの
が得られた。

【００２１】

【発明の効果】本発明による中子は鋳型の焼成温度と同
程度の高温で焼成が可能で、しかも金属を鋳造した後、
崩壊性に優れた中子であり、本発明の中子の製造方法に
よれば比較的安価に上述の中子を得ることができる。し
たがって、鋳型に中子を組み込んだままで両者を同時に
高温で焼成したり、中子を別の炉を用いて中子に接触し
た溶融金属が瞬間的に凝固してしまわない程度に加熱し
て、焼成した高温の鋳型とこの中子を組み合わせて鋳造
に供することが可能になった。よって本発明の中子を用
いることにより特にホロースプルー方式の場合には、溶
融金属が中子によって冷却されて不必要に凝固すること
が無く、さらに溶融金属が充填された後で従来のように
押湯の部分が中子により冷却されることが無いため、湯
回りの不良や、ヒケ巣等の鋳造欠陥を低減することがで
きるし、さらに鋳造歩留まりも向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる一実施例を示し、本発明の中子
をホロースプルー方式の鋳型に装着したときの状態を示
す断面図である。

【図２】本発明に係わる他の実施例を示し、本発明の中
子をワックス模型の穴部に差し込んで成形されたツリー
式の鋳型を示す断面図である。

【図３】本発明に係わるさらに他の実施例を示し、本発
明の中子を造型途中の鋳型の穴部に差し込んでさらに鋳
型材を被覆して成形されたツリー式の鋳型を示す断面図
である。

【符号の説明】

１ 中子 ２ 鋳型 ３ 製品部 ４ 湯道

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼成前の状態で、重量比で２０〜５０％
   の２００メッシュアンダの耐火物粉末と５０〜８０％の
   ３２メッシュアンダの耐火物砂と、前記耐火物粉末と該
   耐火物砂の全重量に対して重量比で５〜９％のバインダ
   が混合状態で固形化してなり、鋳造された溶融金属が凝
   固した後、衝撃で崩壊することを特徴とする精密鋳造用
   中子。
2. 【請求項２】 重量比で２０〜５０％の２００メッシュ
   アンダの耐火物粉末と５０〜８０％の３２メッシュアン
   ダの耐火物砂と、前記耐火物粉末と該耐火物砂の全重量
   に対して重量比で５〜９％のバインダを混合し混練した
   後、成形し、硬化剤に浸漬するか、または該硬化剤の蒸
   気中にさらして硬化させた後、乾燥することを特徴とす
   る精密鋳造用中子の製造方法。
3. 【請求項３】 少なくとも２種類の粒度を有する耐火物
   と、バインダとを混合混練した後金型成形して中子を
   得、前記金型と共に硬化剤と反応させて前記中子を硬化
   することを特徴とする精密鋳造用中子の製造方法。