JPS587379B2 - 型および中子を製造する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は型または中子（心型）を製造するための方法に
関する。

金属特に鉄および鋼を鋳造するとき、所望の形状の物品
およびひな型を鋳造できるようにするため主に砂よりな
る型または中子がしばしば使用される。

十分な強度を持つ型および中子を得るため、一般に砂に
結合材特に有機樹脂を加え且つこの結合材を熱の影響の
下でまたは触媒の助けにより硬化させる。

このようにして製造された型または中子は一般に満足す
べき鋳造のために使用することができない。

なぜならば、液体金属（たとえば鉄）は鋳造中に砂に侵
透して鋳ばりを形成し、一方これに加えて、砂が反応し
てけい酸塩を形成し、該けい酸塩は鋳ばりおよび鋳造物
に付着し（ガラス化して上薬りをかけたようになる現象
、以下これをガラス化上塗りという）、その結果、鋳造
物が所望の形状を得ないからである。

鋳ばりの形成およびガラス化上塗りは特にコーナ一部分
のような鋭く湾曲した表面において生じる。

鋳ばりおよびガラス化上塗りされた材料はほとんどの場
合において機械的な方法たとえば研削または切断によっ
て除去しなければならす、このような作業は時間浪費的
な作業であり、実際的且つ経済的な観点から見て不利な
ものである。

上記のようにして作られた型および中子は一般に、表面
上に砂粒が付着する結果、滑らかな表面を有していない
。

滑らかな表面を持つ鋳造物を得るためには、一般に型ま
たは中子に被覆物が適用される。

この被覆物は主として粉末ジルコニア、セラミック物質
、炭塵粉末ケーキ、粉末黒鉛等またはこれらの混合物よ
りなる。

被覆物の適用は、有機結合材の硬化後に得られた型また
は中子を、たとえば、被覆材料の水性またはアルコール
性（たとえばインプロパノール性）懸濁液または溶液で
処理することによって行なわれ、次いで蒸発または燃焼
によって揮発性成分（たとえば、水またはインプロビル
アルコール）が型の表面から除去される。

被覆物の適用によって、鋳ばりの形成およびガラス化上
塗りをある程度は防止できるが、型が鋳造中に高い熱荷
重を受ける場合、すなわち型または中子の形状または寸
法の結果、鋳造中における熱の除去が困難であるかある
いは十分に除去できないとき、被覆物への侵透が起こる
（そして鋳ばりの形成が起こる）。

このことは特に比較的厚い金属層または表面積は大きい
が体積は小さい比較的小さな中子の場合にひき起こされ
る。

現在では、型および中子が高い熱荷重を受けるときに鋳
ばりの形成およびガラス化上塗りを阻止する方法は全く
知られていない。

本発明は、高い熱荷重が存在する場合でも鋳ばりの形成
およびガラス在上塗りが起こらない、型および中子の製
造方法を提供することである。

本発明によれば、砂、有機結合材および粉末ビチューメ
ンを含有する成形された混合物を硬化させることを特徴
とする、型または中子の製造のための方法が提供される
。

本発明は、大部分の砂、０．１〜５重量％の樹脂および
小部分のビチューメンを含有する成形された混合物を硬
化させることにより型または中子を製造するための方法
において、該ビチューメンが粉末ビチューメンでありか
つ２〜１０重量％ の割合で存在すること、該樹脂が硬
化しうる樹脂であること、および硬化中該ビチューメン
は粉末形のままでなければならないことを特徴とする上
記方法に関する。

以下において使用する型という言葉は中子も含む。

成形された混合物とは、所望の寸法および形状を持つ型
が硬化後に得られるような形状に成形された混合物を意
味することを理解されたい。

この目的のため、混合物を中子型の中であるいは所望の
形状を持つ原型の上で硬化させるのが極めて好適である
。

好ましくは、硬化される混合物の９５〜９９．５重量％
は砂よりなる。

多くの型式の砂、たとえばクロマイト砂、ジルコニア砂
、カンラン石砂が好適であるが、経済的且つ実際的な理
由のため、けい砂を使用するのが好ましい。

有機結合材とは、一般に複雑な三次元構造を持つ高分子
化合物を形成するように反応できる有機化合物を意味す
る。

これら化合物は、砂が上記反応の後で持つ形状を保つよ
うな安定性を砂に与え、その結果、型は中子型または原
型を除去した後でも崩壊しない。

有機結合材即ち樹脂の量は硬化される混合物の０． １
−５重量％である。

０．１重量％未満の樹脂では型または中子に充分な強度
を与えず、一方５重量％より多い量は不経済であり、と
いうのはさらに価値ある技術的利点がもたらされないか
らである。

好適な有機結合材の例は、フルフリルアルコール−ユリ
ア−ホルムアルデヒド樹脂、フルフリルアルコールーフ
ェノールーホルムアルデヒト樹脂、エポキシ樹脂であり
、フルフリルアルコールーユリアーホルムアルデヒド樹
脂が好ましい。

上記した樹脂たとえばフルフリルアルコール−ユリア−
ホルムアルデヒド樹脂の量に基づいて５０−９５重量％
のフルフリルアルコールが該樹脂中に含有されるのが極
めて好適である。

要求される樹脂の量を減少させるように砂への樹脂の接
着性を改善するため、好ましくは該樹脂に基づいて０．
０５−０．５重量％のシランが主として、硬化される混
合物に添加される。

粉末ビチューメンの量は広い限界内で変動できるが、硬
化される混合物に基づいて２−１０重量％の量を使用す
る。

この量が少なすぎると、鋳造物を製造するときに局部的
な鋳ばりの形成およびガラス化上塗りをひき起こす危険
性がある。

極めて多量の粉末ビチューメンを使用しても何の技術的
利点も生じない。

ビチューメンはコールタールおよび特に石油ないしシエ
ール油の蒸留によって得られた残留留分ならびにこれら
残留留分から得られた成分を含むことを理解されたい。

残留留分はまた、技術的方法たとえば熱分解法または触
媒分解法によって原油から得られた油の蒸留残留物も含
むことを理解されたい。

残留留分の成分の例は残留留分を沈殿剤で処理すること
によって得られた沈殿物であり、このような処理におい
ては、沈殿ビチューメンが得られる。

極めて好適な沈殿剤は脂肪族炭化水素（たとえば、せい
ぜい６個の炭素原子を持つもの）である。

残留留分からプロパンの助けで沈殿によつて得られるプ
ロパンビチューメンが好ましい。

上記ビチューメンはそのまま使用できあるいは高い温度
において酸化剤たとえば空気で処理した後に使用できる
。

粉末ビチューメンは任意の適当な態様でビチューメンか
ら得ることができる。

例を説明すれば、固体ビチューメンを摩砕し且つ液相か
らスプレーすることによって得られる。

粒が１ｍｍ以下たとえば０．０２−１．０ｍｍの断面を
持つ粉末ビチューメンが極めて好適である。

硬化は加熱により行なってもよいが、この方法は熱の供
給を必要とし、一方、粉末ビチューメンが溶融し且つ溶
融ビチューメンが流れる危険もある。

したがって、硬化は酸たとえばｐ−トルエンスルホン酸
の助けによりほぼ室温で行なうのが好ましい。

酸の量は好ましくは有機結合材に基づいて２０−１００
重量％であり、硬化速度は周囲温度および砂のｐＨなら
びに酸の量に依存する。

触媒として使用される酸は水を含有していてもよく、２
０−３０％の水を含有する燐酸がこの用途のための優れ
た酸である。

滑らかな表面を持つ鋳造物を作ることができる型を得る
ために本発明に従う方法を実施する場合これら型は被覆
物を備えるのが極めて好適であるこの被覆物を適用する
方法およびこれの組成は砂、有機結合材および粉末ビチ
ューメンを含有する成形された混合物を硬化させる方法
とは異なる方法で製造された型の公知の被覆物と同様で
ある。

被覆物の適用のため、型は被覆物として好適な材料たと
えば粉末ジルコニア、セラミック物質、炭塵粉末ケーキ
、粉末グラファイト、またはこれらの混合物をアルコー
ル（たとえばイソプロビルアルコール）または水の中に
懸濁させた懸濁液で処理するのが極めて好適である。

加うるに、懸濁液は主として結合材たとえば澱粉または
これから作った生成物、および懸濁剤たとえば粘土、金
属の酸化物を含有する。

アルコール性または水性懸濁液は様々な方法、たとえば
噴霧、注ぎ込み、ブラッシングによって、あるいは型を
懸濁液中に液浸することによって型に適用してもよい。

揮発性溶媒、すなわちアルコールまたは水は次いで蒸発
、乾燥、または（もし可能であれば）燃焼によって除去
される。

また、懸濁液中に液浸するのに先立って型を加熱するこ
ともでき、揮発性溶媒は液浸後に蒸発する。

被覆物の適用のために後者の技術（型を加熱する方夾を
使用する場合、型の温度を粉末ビチューメン中のビチュ
ーメンの軟化点以下に保つよう注意しなければならない
。

なぜならば、そのようにしないと粉末形態のビチューメ
ンが失なわれる危険があるためである。

本発明はまた本発明の方法に従って製造された型を使用
して金属、特に鉄および鋼を鋳造するための方法、およ
びこのようにして得られた鋳造物にも関するものである
。

実施例 多数の型を次の通り製造した。

砂、粉末ビチューメンおよび触媒を羽根型混合機内で１
分間だけ混合した。

次いで、フルフリルアルコールーユリアーホルムアルデ
ヒド樹脂を加えて混合作業を１分間だけ継続した。

混合中の温度は２２−２５℃であり、相対湿度は６０−
７０％であった。

使用した砂は５９ＡＦＳ微細度を有し、ビチューメンは
プロパンビチューメンであり、粉末粒は０．７ｍｍ以下
の直径および約０．２５ｍｍの平均直径を有していた。

粉末ビチューメンの量は変えられた。

フルフリルアルコールーユリアーホルムアルデヒド樹脂
は８５重量％のフルフリルアルコールおよび１５重量％
のユリアーホルムアルデヒド樹脂から調合し、約０．２
重量％のシランを含有し、且つ砂の重量に基づいて１．
４重量％だけ加えた。

使用した触媒は７５．％燐酸であり、これをフルフリル
アルコールーユリアーホルムアルテ゛ヒド樹脂に基づい
て５０％だけ加えた。

得られた混合物を羽根型混合機から木製中子型に移送し
て４５分後に硬化させた。

得られた多数の型は、グラファイトおよび粉末ケーキを
イソプロビルアルコール中に懸濁させた懸濁液中に液浸
することによって被覆物を備え、次いで、型に付着した
イソプロピルアルコールを燃焼させた。

約１，３８０℃の温度で灰鋳鉄を型の中に鋳込み、次い
で冷却後に型を除去することによって型内で鋳造物を製
造した。

得られた鋳造物の品質を決定するため、鋳ばりの形成お
よび表面の粗さに注目した。

下記の表は粉末ビチューメンの量に依存する結果を示す
。

粉末ビチューメンを加えることによって鋳ばりの形成が
妨げられ、２．６重量％の粉末ビチューメンを加えたと
きには完全に阻止されることか明確に理解できる。

被覆物を適用しないときには粗い表面が得られるが、こ
のような粗い表面でも多くの適用例については許容され
得る。

試験４に使用した型の引張強さはシャフハウゼン所在の
ゲオルグ・フィッシャー（ ＧｅｏｒｇＦｉｓｃｈｅｒ
）社によって販売されている曲げ装置ＧＭ−５２７を
具備したＳＰＤＲ型の剛さ試験機、曲げ試験機で測定し
た。

引張強さは４８時間後に１９ｋｇであることが判明した
が、この引張強さは通常の適用例について十分なもので
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 砂、０．１〜５重量係の樹脂、およびビチューメン
   を含有する成形された混合物を硬化させることにより型
   または中子を製造する方法において、該ビチューメンが
   粉末ビチューメンでありかつ２〜１０重量％の割合で存
   在すること、該樹脂が硬化しうる樹脂であること、およ
   び硬化中該ビチューメンは粉末形のままでなければなら
   ないことを特徴とする上記方法。