JPH10512328A - 十分に高密度な金型および金属部品を製造する方法 - Google Patents
十分に高密度な金型および金属部品を製造する方法Info
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- JPH10512328A JPH10512328A JP8522309A JP52230996A JPH10512328A JP H10512328 A JPH10512328 A JP H10512328A JP 8522309 A JP8522309 A JP 8522309A JP 52230996 A JP52230996 A JP 52230996A JP H10512328 A JPH10512328 A JP H10512328A
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Abstract
(57)【要約】
十分に高密度な金属部品、または別の金型の片方とかみ合って多数の部品を鋳造する金型の片方を製造する方法である。工程としては、管状型基部内に模型を配置する工程と、模型の臨界表面上でセラミック部材を鋳造する工程と、型基部から模型を取り除く工程と、セラミック部材に転写された臨界表面を、溶浸金属(26)よりも高い融解温度を有する粉末化された金属(24)で覆う工程と、所定量の溶浸金属(26)を粉末化された金属(24)上に配置する工程と、管状型基部(10)を、粉末化された金属を融解することなく溶浸金属を融解するのに十分な温度の炉内に配置する工程と、臨界表面を露出させるためにセラミック部材(20)を管状型基部の第1の開口端部から取り除く工程とを含む。溶浸金属の量は溶浸金属が融解したときに粉末化された金属の粒子間の空間を満たすのに十分なだけあり、これにより十分に高密度な金属部品を生成する。金属部品は溶浸金属が凝固したときにセラミック部材から転写される臨界表面を有している。金属粉末はまた、溶浸金属内で混入物または酸化金属をふるい分けるフィルタとして作用し、その結果、このような混入物により十分に高密度な型部品の仕上がり表面に傷がもたらされないようにする。
Description
【発明の詳細な説明】
十分に高密度な金型および金属部品を製造する方法
発明の分野
本発明は迅速な試作のための方法に係り、とりわけ正確な金属部品、および多
様な試作部品が成形される正確な金型を製造する方法に関する。
発明の背景
新製品を競争者に先がけて市場に投入することは、大きな市場シェアを獲得す
るための鍵として認識されている。従って、新製品開発の全ての工程の速度を速
めることにはインセンティブが存在している。市場の時機全体に重要な影響力を
有する製品開発の一つの領域は、市場テストのために製品および包装の試作品を
製造する領域である。このようなテストには通常、消費者により吟味または使用
される多種類の外観的、感触的および機能的に類似した試作品が必要とされる。
製品の量が必要とされる場合には、部品を製造する一般的な方法は成形である
。製品の成形の典型例には、非常に高価でかつ多数のキャビティを持つ鋼製型で
作られたプラスチック部品が含まれる。例えば、大多数の瓶はブロー成形で作ら
れ、かつ大多数の瓶蓋は射出成形で作られている。通常、製品の型のコストに妥
当性を持たせるにはかなりの量の製品が必要となる。他方、市場テストのために
は数百の部品のみが必要とされる。しかしながら、製品部品と同一の特性を持つ
よう試作部品を成形することがしばしば必要となる。
このため、成形による試作部品をどのようにして迅速に得るかは重要な課題と
なっている。少量の部品が鋳造できる試作部品用の型を迅速に製造するための方
法は既に幾つか存在している。例えば、加熱下で柔軟なゴム製の模型にて耐火粉
末と熱可塑性バインダとを結合させる。この工程は半製品を形成し、この半製品
は続けてさらに加熱されることでバインダが融解する。結果として得られた多孔
質の製品に、融解した低融点の金属を溶浸させると、面加工の必要がない高密度
な型が形成される。この工程の欠点は、バインダが取り除かれた後に、型を結合
させておくために粉末が焼結されてしまうことにある。焼結により、未焼結のも
のに比べてより小さな空間を粒子が占有するようになる。このため、焼結収縮は
型およびそれから作られる部品の正確さに影響を与える。
冷却流体等のためのチャネルを有する焼結した金属製品は、焼結した粉末と銅
線とを組み合わせることにより形成することができる。焼結温度の適用下におい
て、銅線は融解するとともに焼結した粒子の孔に吸収され、その結果、チャネル
が形成される。
部品を迅速に試作するための別の方法は、従来の射出成形によるろう型ではな
く、迅速な試作システムにより生成された模型を用いるインベストメント鋳造法
である。このような模型の一例としては、クイックキャスト(QuickCas
t)模型がある(なお「QuickCast」は、カリフォルニア州(CA)の
バレンシアにある3Dシステムズ社(3D Systems,Inc.)の商標である)。中空
状のプラスチック製の模型は通常、浸せき方法により薄いセラミック製のシェル
で覆われる。プラスチックは、最小限の灰残留物を残してセラミック製のシェル
から焼き尽くされる。融解した金属はそれから、金属部品またはプラスチック部
品のための金型を鋳造するためにセラミック製のシェルに注がれる。シェルは融
解した金属を受け入れるための小孔のみを有しているので、臨界表面の灰残留物
を検査することは難しい。臨界表面上の灰残留物は金属鋳造の失敗を起こし得る
。融解した金属は臨界表面が正確に再生されないほどに冷却および収縮する。部
品が大きくなればなるほど、その不正確さは高まる。
インベストメント鋳造法の改良は、セラミック製のシェルの正確な凝固を与え
るよう化学的に調整されたセラミック製のスラリーおよびバインダを注ぐことに
よって模型のまわりに作られたセラミック製のシェルを利用している。シェルの
製造がより速くなされるので、このことはインベストメント鋳造法の改良となる
。しかしながら、インベストメント鋳造法は未だ、融解した金属の収縮が不正確
さを助長しないような小さなサイズの型に限定されている。
ここで欠けているのは、主として射出成形のために用いられ、また部品のサイ
ズによらず、かつかなり多数のプラスチック部品を成形することができる正確な
金型の片方を迅速に製造するための方法である。
発明の概要
本発明の一つの特徴において、十分に高密度な型の片方を製造する方法は幾つ
かの工程を含んでいる。第1の工程は、管状型基部内に模型を配置する工程を含
む。管状型基部は溶浸金属よりも高い融解温度を有している。管状型基部はまた
第1の開口端部および第2の開口端部を有している。模型は第1の開口端部に対
向する臨界表面を有している。別の工程は、模型の臨界表面と型基部の第1の開
口端部との間でセラミック部材を鋳造することにより臨界表面をセラミック部材
に転写する工程を含む。さらに別の工程は、模型を型基部の第2の開口端部から
取り除くことにより、セラミック部材の臨界表面を管状型基部内で露出させる工
程を含む。さらに別の工程は、セラミック部材の臨界表面を粉末化された金属で
型基部の第2の開口端部から覆う工程を含む。粉末化された金属は溶浸金属より
も高い融解温度を有する粒子を含んでいる。さらに追加の工程は、粉末化された
金属の上に所定量の溶浸金属を配置するとともに、粉末化された金属を融解させ
ることなく溶浸金属を融解させるのに十分な温度の炉内に、第2の開口端部を直
立させて配置する工程を含む。
溶浸金属の量は融解したときに粉末化された金属の粒子間の空間を満たすのに
十分なだけあり、これにより十分に高密度な金型の片方を生成する。金型の片方
は溶浸金属が凝固したときにセラミック部材から転写される臨界型表面を有して
いる。最後の工程は、セラミック部材を管状型基部の第1の開口端部から取り除
くことにより、成形のために臨界型表面を露出させる工程を含む。
模型を取り除く工程では、模型を管状型基部の融解温度よりも低い温度で焼き
尽くすようにするとよい。粉末化された金属は、鋼、ステンレス鋼、タングステ
ンおよび炭化タングステンからなるグループから選択されるとよい。溶浸金属は
、銅、銅合金およびベリリウム銅からなるグループから選択されるとよい。
この方法はさらに、部品の鋳造にあたって金型の片方と、この金型の片方にか
み合う型の片方とが整列するよう管状型基部を機械加工する工程を含むとよい。
別の工程として、部品の鋳造にあたって臨界型表面に鋳造材料を導入するために
スプルー孔を金型の片方を貫くように機械加工する工程を含むようにするとよい
。
この方法は他に、溶浸金属が融解したときに溶浸金属が臨界表面で最初に凝固
するよう所定量の溶浸金属の上に断熱材を配置するようにしてもよい。
この方法はさらに、溶浸金属を融解させる前に、粉末化された金属内に冷却管
または突出しピン用スリーブのような鋼挿入物を挿入する工程を含むようにして
もよい。鋼製管またはスリーブ挿入物は炉の温度を越える融解温度を有し、その
結果、溶浸金属は溶浸金属が凝固するときに冷却管または突出しスリーブを固定
的に位置決めする。
本発明の別の特徴において、十分に高密度な金属部品を鋳造する方法は、金属
粉末を、仕上がり面と金属粉末を収容する手段とを有する型内に配置する工程を
含んでいる。金属粉末は型の仕上がり面に対向する表面と、溶浸金属の融解温度
を越える焼結温度とを有している。別の工程は、溶浸金属を型の仕上がり面に対
向する金属粉末の表面から金属粉末内に溶け込ませる工程を含む。金属粉末は融
解した溶浸金属が型の仕上がり面まで流れる際のフィルタとして作用し、これに
より混入物および酸化金属を溶浸金属からふるい分ける。混入物は、型の仕上が
り面で凝固した場合には鋳造部品上に傷のある表面をもたらす。
図面の簡単な説明
明細書は本発明を特に指摘しかつ明確に請求する請求項で終わるが、本発明は
以下に添付図面とともに好ましい実施例について説明することによりさらによく
理解されるであろう。なお添付図面において、同一の参照符号は同一の要素を示
している。
図1は本発明による十分に高密度な型を製造する方法に必要とされる構成部品
である管状型基部の平面図である。
図2は図1の断面線2−2に沿った正面縦断面図であり、管状型基部の内部を
示している。
図3は管状型基部に挿入される部品模型であって緊密に取り付けることを可能
にするスカートを有する部品模型を開示する別の平面図である。
図4は図3の断面線4−4に沿った正面縦断面図であり、管状型基部の内部に
模型が配置された様子を示している。
図5は図4と同様の正面縦断面図であり、模型の臨界表面に適合するようセラ
ミック材料が加えられた様子を示している。
図6は図4と同様の正面縦断面図であり、セラミック転写面の上部に模型がく
るよう管状型基部が反転した様子を示している。
図7は図4と同様の正面縦断面図であり、焼尽くしまたはその他の方法により
セラミック表面から模型が取り除かれた様子を示している。
図8は図4と同様の正面縦断面図であり、金属粒子層がセラミック表面を覆う
とともに、その粒子の上部に栓状の溶浸金属が配置され、かつその栓の上方に断
熱層が配置された様子を示している。
図9は図4と同様の正面縦断面図であり、型基部を炉内に配置するとともに溶
浸金属を金属粒子内に溶け込ませ、これにより臨界表面がセラミックから溶浸さ
れた金属粒子へ転写された様子を示している。
図10は図4と同様の正面縦断面図であり、セラミック材料を取り除くことに
より金属複合物の臨界表面が露出された様子を示している。
図11は90°回転するとともに十分に高密度な金型の片方を形成するために
両端部が縮められた型基部を示す正面縦断面図である。
図12は図11と同様の正面縦断面図であり、図11に示された型の片方と、
これと同様にして製造された第2の型の片方とを略かみ合わせることにより部品
を成形する様子を示している。
図13は図12に示された互いにかみ合う型の片方間で射出成形された部品の
正面縦断面図である。
発明の詳細な説明
ここで図面、とりわけ図1および図2には、十分に高密度な金型を製造する方
法を提供する、本発明の好ましい型基部が概略符号10として示されている。型
基部10は管状をなし、環状の内面12を有している。管状型基部10は好まし
くは、例えば継目無管のように軟鋼からなっている。型基部10の材料は後述す
る溶浸金属よりも高い融点を有している。型基部10は種々の異なった形状の内
面12を有していてもよい。しかしながら、機械加工の容易性および一様な熱伝
達のためには環状が好ましい。内面12は、旋盤上で回転させること等により滑
らかでかつ完全に機械加工するとよい。型基部10は両端部が開口しており、第
1の開口端部11および第2の開口端部13を有している。
図3および図4は模型14の一例を示しており、この模型14は型基部10に
挿入され、内面12に対して緊密に取り付けられ、かつ中心に配置されている。
模型14は瓶蓋の外面を表す臨界表面16を有している。模型14は好ましくは
、試作技術としてよく知られたステレオリソグラフィ法により作られ、ここでは
模型を記述する電子ファイルがポリマーのレーザ硬化によって迅速に物理的な部
品に変換される。さらに好ましくは、模型14はエポキシから作られ、かつクイ
ッ
クキャスト(QuickCast)方法により中空状のハニカム構造として製造
される(なお「QuickCast」は、カリフォルニア州(CA)のバレンシ
アにある3Dシステムズ社の商標である)。外観的に類似した部品はステレオリ
ソグラフィ法により作ることができるが、このような部品は堅くかつ脆く、成形
された部品とは感触的な面で類似していない。
図4は臨界的な瓶蓋の表面16が内壁12の軸と同心でかつ第1の開口端部1
1に向けて上方を向くよう管状型基部10に押し込まれたエポキシの模型14を
示している。模型14は内壁12から臨界表面16を隔離するスカート18を持
つよう設計されている。図5は高温でかつ真空脱気された石膏および水の混合物
が管状型基部10内および模型14の臨界表面16上に注がれた様子を示してい
る。模型14の臨界表面16の逆形状22を正確に写しながら石膏が固まってセ
ラミック部材20を形成した後、管状型基部10は図6に示すように、模型14
を容易に取り除くために反転される。管状型基部10はそれから、型基部10を
少なくとも3時間にわたって約1100°Fで加熱するために、酸素雰囲気を有
する炉(図示せず)内に配置される。この温度はさらなる処理のために石膏を十
分に固め、かつ図7に示すようにエポキシ製の模型14を焼き尽くす。模型14
の中空状の特性のために、模型14は膨張したり、セラミック部材20を砕いた
りすることなく、焼尽くし後には単にそれ自体が崩壊する。エポキシの灰はそれ
から、開口した管から投げ出されることにより取り除かれる。エポキシ製の模型
に近い管の開口端部は、焼尽くしの間に模型を十分に脱炭させるために、炉内の
酸素に容易に接触できるようにしている。大きな開口端部は、インベストメント
鋳造法において模型を取り除く際に一般的な、複雑な換気の必要性をなくしてい
る。また、セラミック部材20に逆表面22として転写される臨界表面16は、
全ての灰が取り除かれたことを見るために、管の開口端部から容易に検査するこ
とができる。
図8はタングステン、炭化タングステンまたは鋼合金のような細かい粉末24
がセラミック部材20の逆表面22上に加えられた様子を示している。金属粉末
が管状型基部内に注がれた後、管は粉末を安定化させるために数回たたかれる。
融点が約5050°Fと高いため、好ましくは炭化タングステンが用いられる。
粉末の深さは全ての臨界的な逆表面22を覆うのに十分なだけある。粉末24は
好ましくはマイナス100メッシュ/プラス230メッシュのふるいにかけられ
、63ミクロンから153ミクロンの範囲の粒子サイズを有している。
粉末24の上には粉末粒子間の空間を満たすのに十分な量の溶浸金属26の粒
子、小片またはスラグが配置されている。溶浸金属26は銅またはその合金であ
るとよく、その硬度および熱伝導性からベリリウム銅が好ましい。管状型基部1
0はそれから、水素炉(図示せず)内に配置される。断熱層28はベリリウム銅
のスラグ26の上方に配置されている。炉は約2100°Fまで上昇し、そこで
少なくとも1時間にわたって維持される。炉の還元雰囲気において、この温度は
ベリリウム銅のスラグ26を融解させるとともに、融解していない粉末24内に
流れ込ませて図9に示すように金属複合物25を形成させる。金属粉末はフィル
タとして作用し、臨界表面に到達する融解した溶浸金属から不純物を取り除く。
このことはインベストメント鋳造法で用いられていたような多孔質セラミックフ
ィルタの必要性をなくす。
ベリリウム銅は冷却するにつれて収縮する。しかしながら、ベリリウム銅が詰
め込まれる融解していない金属粒子24は、臨界的な逆表面22の近傍で材料の
高い体積割合を与える。粒子24は溶浸金属26の融解温度では融解または焼結
しないので、粒子24は収縮はしない。ベリリウム銅は粒子間を満たし、かつ管
状型基部を型の不変的な一部としながら型基部10の内面12と融合する。断熱
層28は臨界的な逆表面22の近くのベリリウム銅を最初に凝固させ、その結果
、表面22でのひずみおよび収縮応力を最小化させ、これにより金属複合物が逆
表
面22の逆の臨界表面30、すなわち模型14の臨界表面16の複製物を正確に
呈する。融解した溶浸金属26はその上面から降下し、凝固しながらも断熱層2
8により融解したまま維持され、過剰な凝固溶浸金属34の上部に収縮くぼみ3
2を形成させる。
金属粉末の粒子サイズ、粒子サイズの分布および粒子の形状はこの方法に幾つ
かの態様で影響を与える。より細かな粒子は通常、より滑らかな表面仕上がりを
与えるが、より長い溶浸時間が必要となる。粒子サイズの分布は、最終的な型の
金属粉末と溶浸金属との比率に影響を与える金属粉末のタップ密度に影響を与え
る。マイナス100/プラス230メッシュの金属粉末のタップ密度は典型的に
は、平均して40%および55%の間にある。粒子サイズの分布を調整すること
により、タップ密度はかなり増加し得る。炭化タングステン粉末は球状の形状で
はなく不規則な形状になりがちである。このことは、マイナス325メッシュの
粉末のように、より細かな粒子サイズの分布においてその流れに影響を与え、粉
末がセラミック部材の臨界表面上に注がれたときにアグロメレーションを引き起
こす。このようなアグロメレーションは複合物25の表面仕上がりに不利に働く
。商業的に容易に入手でき、かつ良好な表面仕上がりを与えることから、マイナ
ス100/プラス230メッシュの炭化タングステン粉末を用いることが好まし
い。より細かな粉末は良好な流れを妨げるだけでなく、潜在的な吸入障害および
爆発障害のためにかなりの注意が必要とされる。
水素炉内での溶浸工程中に、鋼製の管状型基部10はセラミック部材20より
も大きな割合で熱により膨張する。このことは内面12とセラミック部材20と
の間に小さな間隙を作り出す。溶浸金属はこの間隙を通って漏れる可能性がある
。しかしながら、漏れは通常最小限であり、かつ工程に問題を引き起こさない。
この漏れは、融解した溶浸金属に作用する重力を粉末の毛細管力が打ち消すよう
、間隙近くの金属の粒子サイズの分布を調整することにより避けることができる
。
図10は臨界表面30を露出させるためにセラミック部材20が取り除かれた
様子を示している。断熱層28もまた、管状型基部10から取り除かれている。
最終的に、管状型基部10の両端部は、図11に示すように、臨界表面30の最
外端と同レベルにまで縮められ、過剰な溶浸金属34は内面12に対して直角を
なし、これにより型の片方36を形成している。型の片方36はまた、図12に
示されているように、機械加工によって形成されたスプルー孔38を有している
。
図12はまた、型の片方36とかみ合うことでそれらの間にキャビティを形成
する型の片方40を示している。型の片方40は好ましくは型の片方36と同一
の迅速な試作方法で作られている。型の片方36および40は好ましくは、組み
合わされて射出成形型となる。融解したプラスチック樹脂がスプルー孔38を通
ってキャビティ内に噴射されると、プラスチック製の蓋42が成形される。型か
ら取り除かれたプラスチック製の瓶蓋42は図13に示されている。
この方法の重要な特徴は、簡易でかつ迅速な反転工程の使用、および模型から
成形部品への臨界表面の正確な転写にある。また、この型製造方法は、収縮のた
めに部品サイズによっては不正確さが増加するけれども、インベストメント鋳造
法の場合のような小さな部品に限定されるものではない。本発明による十分に高
密度な金型構造は材料の選択により高い熱伝導性および高い耐摩耗性の両方の特
性を有する。
鋼製冷却水管および/または突出しスリーブ(図示せず)は、溶浸金属が融解
する前に粉末内に加えられるとよい。融解したベリリウム銅はそれから、融解し
ていない鋼挿入物のまわりで凝固してそれらの位置を固定する。
本発明の特に好ましい実施例において、管状型基部10は、外径が101.6
mm、内径が88.9mm、および長さが254mmの軟鋼の継目無管から作ら
れる。模型14はカリフォルニア州(CA)のバレンシアにある3Dシステムズ
社のエポキシ樹脂#SL5170から作られ、かつ3Dシステムズ社によって作
られているモデルSLA−250機械を用いてステレオリソグラフィ法により電
子ファイルから生成されている。
模型14は1100°Fの温度で型基部10から焼き尽くされるようにすると
よい。セラミック部材20は水および石膏の混合物を模型14の臨界表面16上
に注ぐことにより形成される。石膏は、オハイオ州(OH)のモーミー(Maumee
)にあるランサム・アンド・ランドルフ社(Ransom & Randolf)によって作られ
ているコアC1プラスタ(Core C1 plaster)である。それは融解した金属の2
500°Fの温度にも劣化することなく耐える。しかしながら石膏部材20は、
物理的に砕き、そのかけらを粒子および溶浸金属の表面に接触することなく取り
除くことにより、型基部から容易に取り除くことができる。なお、十分に高密度
な金型表面を乱すことなく石膏を取り除くためにビードブラストを用いるように
してもよい。
断熱層28は好ましくは、ニューヨーク州(NY)のナイアガラフォールズ(
Niagara Falls)にあるカーボランダム社(Carborundum Corp.)によって作ら
れているファイバーフラックス(Fiberfrax)である。少なくともセラミック部
材と同じ厚さの断熱層が好ましい。
本発明の特定の実施例について説明してきたが、当業者であれば本発明の精神
および範囲を離れることなく種々の変更および修正をなし得ることは明らかであ
り、本発明の範囲内にあるこのような全ての修正は従属クレームでカバーされる
ことが意図されている。例えば、本発明の説明は主として金型の製造に向けられ
ているが、考えられる他の可能な応用には放電加工機(EDM)用の電極の製造
が含まれる。銅合金/タングステン合金の複合物からなる金属電極はEDM加工
において重要な電気伝導性および耐摩耗性についての優れた特性を与えることに
なるであろう。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項
【提出日】1997年2月3日
【補正内容】
請求の範囲
1. 十分に高密度な型の片方を製造する方法において、
a) 管状型基部内に模型を配置する工程であって、前記管状型基部は溶浸金
属よりも高い融解温度を有するとともに第1の開口端部および第2の開口端部を
有し、前記模型は前記第1の開口端部に対向する臨界表面を有する工程と、
b) 前記模型の前記臨界表面と前記型基部の前記第1の開口端部との間でセ
ラミック部材を鋳造することにより臨界表面を前記セラミック部材に転写する工
程と、
c) 前記模型を前記型基部の前記第2の開口端部から取り除くことにより、
前記セラミック部材の前記臨界表面を前記管状型基部内で露出させる工程と、
d) 前記セラミック部材の前記臨界表面を粉末で覆う工程であって、前記粉
末は溶浸金属よりも高い融解温度を有する粒子を含む工程と、
e) 前記粉末の上に所定量の溶浸金属を配置するとともに、前記粉末および
前記管状型基部を融解させることなく前記溶浸金属を融解させるのに十分な温度
の炉内に、前記第2の開口端部を直立させて配置する工程であって、前記溶浸金
属の量は前記粉末の前記粒子間の空間を満たすのに十分なだけあり、これにより
十分に高密度な金型の片方であって前記溶浸金属が凝固したときに前記セラミッ
ク部材から転写される前記臨界型表面を有する金型の片方を生成する工程と、
f) 前記セラミック部材を前記管状型基部の前記第1の開口端部から取り除
くことにより、成形のために前記臨界型表面を露出させる工程とを含むことを特
徴とする、十分に高密度な型の片方を製造する方法。
2. g) 部品の鋳造にあたって前記金型の片方と、この金型の片方にかみ
合う型の片方とが整列するよう前記型基部を機械加工する工程と、
h) 前記部品の鋳造にあたって前記臨界型表面に鋳造材料を導入するために
スプルー孔を前記金型の片方を貫くように機械加工する工程とをさらに含むこと
を特徴とする請求項1記載の方法。
3. 前記模型を取り除く工程は前記模型を前記管状型基部の前記融解温度よ
りも低い温度で焼き尽くすものであることを特徴とする請求項1または2記載の
方法。
4. 前記溶浸金属が融解したときに前記溶浸金属が前記臨界表面で最初に凝
固するよう前記所定量の溶浸金属の上に断熱材が配置されていることを特徴とす
る請求項1乃至3のいずれか記載の方法。
5. 十分に高密度な型の片方を製造する方法において、
a) 管状型基部内にエポキシ製の模型を配置する工程であって、前記管状型
基部は溶浸金属よりも高い融解温度を有するとともに第1の開口端部および第2
の開口端部を有し、前記模型は前記第1の開口端部に対向する臨界表面を有する
工程と、
b) 前記模型の前記臨界表面と前記型基部の前記第1の開口端部との間でセ
ラミック部材を鋳造することにより臨界表面を前記セラミック部材に転写する工
程と、
c) 前記エポキシ製の模型を前記型基部の前記第2の開口端部から焼き尽く
すことにより、前記セラミック部材の前記臨界表面を前記管状型基部内で露出さ
せる工程と、
d) 前記セラミック部材の前記臨界表面を粉末で覆う工程であって、前記粉
末は溶浸金属よりも高い融解温度を有する粒子を含む工程と、
e) 前記粉末の上に所定量の溶浸金属を配置するとともに、前記所定量の溶
浸金属の上に断熱材を配置する工程と、
f) 約2100°Fの水素炉内に前記管状型基部を前記第2の開口端部を直
立させて配置する工程であって、前記溶浸金属の量は融解したときに前記粉末の
前記粒子間の空間を満たすのに十分なだけあり、これにより十分に高密度な金型
の片方であって前記所定量の溶浸金属が凝固したときに前記セラミック部材から
転写される前記臨界型表面を有する金型の片方を生成する工程と、
g) 前記セラミック部材を前記管状型基部の前記第1の開口端部から取り除
くことにより、成形のために前記臨界型表面を露出させる工程と、
h) 部品の鋳造にあたって前記金型の片方と、この金型の片方にかみ合う型
の片方とが整列するよう前記管状型基部を機械加工する工程と、
i) 前記部品の鋳造にあたって前記臨界型表面に鋳造材料を導入するために
スプルー孔を前記金型の片方を貫くように機械加工する工程とを含むことを特徴
とする、十分に高密度な型の片方を製造する方法。
6. 前記所定量の溶浸金属が融解する前に前記粉末内に鋼挿入物を挿入する
工程であって、前記鋼挿入物は前記炉の温度を越える融解温度を有し、前記所定
量の溶浸金属は前記溶浸金属が前記粒子間の空間および前記挿入物のまわりで凝
固するときに前記挿入物を固定的に位置決めする工程をさらに含むことを特徴と
する請求項1または5記載の方法。
7. 十分に高密度な金属部品を鋳造する方法において、
a) 粉末を、仕上がり面と前記粉末を収容する手段とを有する型内に配置す
る工程であって、前記粉末は前記型の前記仕上がり面に対向する表面と、溶浸金
属の融解温度を越える焼結温度とを有する工程と、
b) 溶浸金属を前記型の前記仕上がり面に対向する前記粉末の前記表面から
前記粉末内に溶け込ませる工程であって、前記粉末は前記融解した溶浸金属が前
記型の前記仕上がり面に流れる際のフィルタとして作用し、これにより前記型の
前記仕上がり面で凝固した場合に前記鋳造部品上に傷のある表面をもたらすこと
になる混入物および酸化金属を前記溶浸金属からふるい分ける工程とを含むこと
を特徴とする、十分に高密度な金属部品を鋳造する方法。
8. 前記粉末は鋼、ステンレス鋼、タングステンおよび炭化タングステンか
らなるグループから選択されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか記載
の方法。
9. 前記溶浸金属は銅、銅合金およびベリリウム銅からなるグループから選
択されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか記載の方法。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 FI
B29C 33/38 B29C 45/26
45/26 B22F 5/00 F
【要約の続き】
その結果、このような混入物により十分に高密度な型部
品の仕上がり表面に傷がもたらされないようにする。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. 十分に高密度な型の片方を製造する方法において、 a) 管状型基部内に模型を配置する工程であって、前記管状型基部は溶浸金 属よりも高い融解温度を有するとともに第1の開口端部および第2の開口端部を 有し、前記模型は前記第1の開口端部に対向する臨界表面を有する工程と、 b) 前記模型の前記臨界表面と前記型基部の前記第1の開口端部との間でセ ラミック部材を鋳造することにより臨界表面を前記セラミック部材に転写する工 程と、 c) 前記模型を前記型基部の前記第2の開口端部から取り除くことにより、 前記セラミック部材の前記臨界表面を前記管状型基部内で露出させる工程と、 d) 前記セラミック部材の前記臨界表面を粉末化された金属で覆う工程であ って、前記粉末化された金属は溶浸金属よりも高い融解温度を有する粒子を含む 工程と、 e) 前記粉末化された金属の上に所定量の溶浸金属を配置するとともに、前 記粉末化された金属および前記管状型基部を融解させることなく前記溶浸金属を 融解させるのに十分な温度の炉内に、前記第2の開口端部を直立させて配置する 工程であって、前記溶浸金属の量は前記粉末化された金属の前記粒子間の空間を 満たすのに十分なだけあり、これにより十分に高密度な金型の片方であって前記 溶浸金属が凝固したときに前記セラミック部材から転写される前記臨界型表面を 有する金型の片方を生成する工程と、 f) 前記セラミック部材を前記管状型基部の前記第1の開口端部から取り除 くことにより、成形のために前記臨界型表面を露出させる工程とを含むことを特 徴とする、十分に高密度な型の片方を製造する方法。 2. g) 部品の鋳造にあたって前記金型の片方と、この金型の片方にかみ 合う型の片方とが整列するよう前記型基部を機械加工する工程と、 h) 前記部品の鋳造にあたって前記臨界型表面に鋳造材料を導入するために スプルー孔を前記金型の片方を貫くように機械加工する工程とをさらに含むこと を特徴とする請求項1記載の方法。 3. 前記模型を取り除く工程は前記模型を前記管状型基部の前記融解温度よ りも低い温度で焼き尽くすものであることを特徴とする請求項1または2記載の 方法。 4. 前記溶浸金属が融解したときに前記溶浸金属が前記臨界表面で最初に凝 固するよう前記所定量の溶浸金属の上に断熱材が配置されていることを特徴とす る請求項1乃至3のいずれか記載の方法。 5. 十分に高密度な型の片方を製造する方法において、 a) 管状型基部内にエポキシ製の模型を配置する工程であって、前記管状型 基部は溶浸金属よりも高い融解温度を有するとともに第1の開口端部および第2 の開口端部を有し、前記模型は前記第1の開口端部に対向する臨界表面を有する 工程と、 b) 前記模型の前記臨界表面と前記型基部の前記第1の開口端部との間でセ ラミック部材を鋳造することにより臨界表面を前記セラミック部材に転写する工 程と、 c) 前記エポキシ製の模型を前記型基部の前記第2の開口端部から焼き尽く すことにより、前記セラミック部材の前記臨界表面を前記管状型基部内で露出さ せる工程と、 d) 前記セラミック部材の前記臨界表面を粉末化された金属で覆う工程であ って、前記粉末化された金属は溶浸金属よりも高い融解温度を有する粒子を含む 工程と、 e) 前記粉末化された金属の上に所定量の溶浸金属を配置するとともに、前 記所定量の溶浸金属の上に断熱材を配置する工程と、 f) 約2100°Fの水素炉内に前記管状型基部を前記第2の開口端部を直 立させて配置する工程であって、前記溶浸金属の量は融解したときに前記粉末化 された金属の前記粒子間の空間を満たすのに十分なだけあり、これにより十分に 高密度な金型の片方であって前記所定量の溶浸金属が凝固したときに前記セラミ ック部材から転写される前記臨界型表面を有する金型の片方を生成する工程と、 g) 前記セラミック部材を前記管状型基部の前記第1の開口端部から取り除 くことにより、成形のために前記臨界型表面を露出させる工程と、 h) 部品の鋳造にあたって前記金型の片方と、この金型の片方にかみ合う型 の片方とが整列するよう前記管状型基部を機械加工する工程と、 i) 前記部品の鋳造にあたって前記臨界型表面に鋳造材料を導入するために スプルー孔を前記金型の片方を貫くように機械加工する工程とを含むことを特徴 とする、十分に高密度な型の片方を製造する方法。 6. 前記所定量の溶浸金属が融解する前に前記粉末化された金属内に鋼挿入 物を挿入する工程であって、前記鋼挿入物は前記炉の温度を越える融解温度を有 し、前記所定量の溶浸金属は前記溶浸金属が前記粒子間の空間および前記挿入物 のまわりで凝固するときに前記挿入物を固定的に位置決めする工程をさらに含む ことを特徴とする請求項1または5記載の方法。 7. 十分に高密度な金属部品を鋳造する方法において、 a) 金属粉末を、仕上がり面と前記金属粉末を収容する手段とを有する型内 に配置する工程であって、前記金属粉末は前記型の前記仕上がり面に対向する表 面と、溶浸金属の融解温度を越える焼結温度とを有する工程と、 b) 溶浸金属を前記型の前記仕上がり面に対向する前記金属粉末の前記表面 から前記金属粉末内に溶け込ませる工程であって、前記金属粉末は前記融解した 溶浸金属が前記型の前記仕上がり面に流れる際のフィルタとして作用し、これに より前記型の前記仕上がり面で凝固した場合に前記鋳造部品上に傷のある表面を もたらすことになる混入物および酸化金属を前記溶浸金属からふるい分ける工程 とを含むことを特徴とする、十分に高密度な金属部品を鋳造する方法。 8. 前記粉末化された金属は鋼、ステンレス鋼、タングステンおよび炭化タ ングステンからなるグループから選択されることを特徴とする請求項1乃至7の いずれか記載の方法。 9. 前記溶浸金属は銅、銅合金およびベリリウム銅からなるグループから選 択されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか記載の方法。
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