JPS5924549A - 鋳型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は消失模型を使用する精密ｓＪｊ造用り、ｉ型の
製造方法に関する。

一般に、消失模型を使用して鋳型全製造する場合、模型
金剛大物微粉とバインダーとからなるスラリーに浸漬し
７′ｃ後、これを取υ出して配火′吻粒子を振りかけて
付着させ、乾燥固化する。このような操作を繰返し行な
って、模型表ｍ１に角当な厚みの多重ｊＫを形成させる
。しかる後に、１１！、ｌ！型を加熱によυ消失芒せて
、七うミックシェル；防型をイ与る。この加熱によシ内
部の４！へ型を消失させる場合、セラミックシェル鋳型
の熱膨張率が模型の熱膨張率より非常に小込い為、加熱
による熱応力で鋳型に亀裂が入ることが知発する欠点が
あった。

そこで、加熱によｐ　４ｊ、７専１を消失させる時、模
型の熱応力がセラミックシェルＲ１１型に作用しないよ
うにする対策として、例えば、第１図に示すように比較
的Ｑｌｌｉ点の高いワックスにより朽】型１を成形後、
この模型１のＨＩＩＨ点よυ低い温度にｐ、、ｊ型１を
均熱し、この均熱した模型の表面に、模型１の融点より
イ１！−い浴融性のワックス粉末を振りかけて旧情させ
る。このようにした後、前記振りかけた溶融性ワックス
の融点よりほんの少し高い７］Ｗ１度に、前記模型１を
均熱してその温度全高め、符号２で示されるように模型
１の底面に溶融性ワックスの薄層全均一に形成する。こ
のような模型１の溶融性ワックスの薄層２の表面に前述
したのと同様な方法で鋳型３を形成する。

ト 鋳型３を乾燥固化した後に、オー。タレーブを使用して
、４．！、ｌ、型１、薄層２及び鋳型３全加熱し、模型
１を溶融して哨失芒ぜて、セラミックシェル鋳型を・得
る。

この模型消失時、まず模型１を形成しているワックスの
溶融に先立って、これより溶融温度の低い薄層２を形成
しているワックスが溶融１１！する。史に、力１１熱温
度を高くしていくと、模型１を形成しているワックスが
膨張し、このような加熱状態ではほとんど膨張しない鋳
型３との間に熱応力が発生する。このよつな状態になる
と、すでに軟化溶融して流動可能な状態となっているＹ
ＩＶＩ２Ｏ３ックスが前記熱応力で押圧訟れ　ｉ、！７
ｊ型１の開放部４からＣＪｉ型外部へ排出される。この
ため、模型１と鋳型３との間に間隙が生じ、この間隙部
によって模型１が加熱づれて生じる熱応力は叛１型３に
作用しなくなる。このような構成の消失模型１を使用し
て鋳型３全製造すると、模型１の消失の際に、（５０す
１と鋳型３の熱膨張巡の４（〕異に起因する？、σト応
力が、両者の間に介在する易溶１生ワツクスのＲ＋’、
ｌｊ点流り（ｂにより逃されるため、ｉ″ｌＩＪ記熱応
力に起因する鋳型３の亀裂を防止でき、常時健全な３ｆ
（、Ｒ７，ＨＩｉ金製造することができる。

しかし、上記した方法では、模型１の底面に被覆妬せた
薄層２の厚みが小さい場合には、ン（す層２部が軟化溶
融して凹型、外へ押し出烙れてできる鋳型３と模型１と
の間隙が小さくな９、模型１の熱応力が＠（１型３に作
用し１．Ｃ）５型３に亀裂が生じる。

逆に、薄層２がＰＩい場合は、熱応力は０２’、Ｉ型二
３に作用しないが、易溶性ワックスを振りかけて薄層２
の厚みをコントロールするのであるから、鋳型３の寸法
精度が得られなくなる欠点がある。又、易溶性ワックス
を伺着させるための模型１の均熱、易溶性ワックスの振
りかけ、振りかけた易溶性ワックスを溶融させるための
模型１の均熱等の工程を経るため、模型成形に同時間を
要する欠点もある。ところで、上記のようなロストワッ
クス梢密辿造で使用される模型は、一般にリキッド、セ
ミソリッド及びソリッドの状、暢で、金型のギャピディ
内へ圧力注入後、冷却固化させて成形される。

この圧力注入法では、射出成形機が開用される。

しかし、この射出成形機の機能、成形条件、ワックスの
種類及び金型の設組不良等により、多くの成形不良を生
じる。この模型不良の原因は主に、ショートショート、
フローマータ、ウェルドライン、空気の巻込み、表面引
け、ねじれ変形等がある。このような不良原因の内、問
題となるのは、底面引けとねじれ変形である。これらの
不良の原因は俗ｊＮｌ＋　＋ノックスの冷却、凝固収縮
によるものである。即ち、金！Ｊ：’ｊキャビティ内へ
溶融ワックスを圧力注入するゲート部を凝固し、内部収
縮が進むと内圧低下をもたらす。この時、外殻強度が弱
いとへこんで、所に）ワ、表面引けが生１：、る。この
表面引けは肉厚部で大きく、薄肉の場合は小をいので、
肉厚変化の大きい成形品では肉厚部と薄［イ旧１μの凝
固速度が一定でないため、ねじれ変形が起こり易い。

そこで従来では、ワックス成分Ｋ　ｒ］Ｉｊ々の添加剤
を加えてＩＷ固収縮を防止する対策がとらｉ’している
。

例えば、無磯添力ＩＩ剤として粉末雲化成いはシリカ等
を用いるが、これらは収縮防止効果が小さい上に、ワッ
クスの流動（ｉｔ−’ｆｘ疎外し、その上、熱全加えて
ワックスを流出坏せた後、′ｆＪ１型中に残留する。

この残留は、鋳型に溶けた金属を注入して鋳物を製造す
る時、製品の品質を悪くする原因となる。

一方、有機添加済としては種々のプラスチックがちるが
、十分な収縮防止効果を得るには、フックス成分に対し
てかなりの量？添加しなければならない。このプラスチ
ックの添加…が多いと、型等に対する接糸性が生じ、且
つ、ワックスの流動性を悪クシ、成形性が問題となる。

又、プラスチックが浴Ａｔ！ｌｌ　ｌ、た場合、その溶
融物は粘％を性があるため、熱を加えてワックス模をヲ
流出嘔ぜる時、鋳型に残留し、残留物が鋳型を焼成した
時炭化して鋳型から除去することが困難と寿る等の欠点
がある。

本発明の目的は、上記の欠点を解消し、模型成形時の表
面引りやねじれ変形が少なく、且つ、この模型を加熱し
て消失８せる時に鋳バ１２に亀裂が入らない鋳型の製造
方法を提供することにある。

本発頃１は、オ゛〜密鋳造用の釣堀の製造方法においで
、金型のキャピテイ内へ粒子状のワックスを充填後、前
記ワックスの粒子間隙及び前記金型内面とｉ′ＪｉＪ記
ワックス粒子との間隙部へ、液状のワックスを充填し凝
固させて模型を作シ、史にこの模型を１ｉｉＪｉｔｅ金
型よシ取出し、この模！！ｌ！２表面にセラミックシェ
ル鋳型を形成し、しかる陵に、前記模型を加熱浴αＩＬ
させてｆｉｌｌＪ型外へ排出部せる方法を１釆ることに
より、−ヒＬ己目（白を達成する。

次に本発明の原理について述べる。本発明は、先ず金型
キャビディ内へ融点の高いワックスを固体ム′Ｌ子の犬
態で充填し、この充填により生じた全県内面と４１Ｎ７
子及びｔＮｊ、子とｉ＜を子との空隙部へ融点の、低い
ワックスを液体の状態で用カフＥ人して冷却固化し、融
点の高いワックスと融点の低い易溶性のワックスを用い
て模型を：成形し、その後この模型表面にセラミックシ
ェル浩’−”ｊＩｉｋ形成するものである。この際、金
型のキャビティ内へ充填する融点の高いワックスの粒子
ｆＪ’にＪ：３〜１０ｒｎｒｎでなければならない。こ
れは、粒子径が３〜１０＋＋＋ｍであると金型のキャビ
ティ内表面とワックス粒子との空隙部１〜３　ｍｍの太
き芒に押さえることができる７ｔめ、加熱によシ４！、
＼型金消尖させる時、凸：１；点の低いソックスが流出
後、模型とキャピテイ内表面との間に適肖な空隙を与え
ることができるからである。このように本発明でｔユ、
融点の高いワックスの粒子径によって模型と金型のキャ
ビティ内表面との空隙の大きさをコントロールしている
ため、模型加熱時に枠型の熱応力がセラミックシェル間
型に作用せず、割れのない健全な鋳型を製造する屹とが
できる。

なお、Ｍｌｌ１点の高いワックスの粒子径が３ｍｍ以下
では、充填後の前記を隙がｌ　ｔｎｍ以下と小芒くなる
ため、これらの間隙へｌ＋ｉ！Ｉｔ点の低い液体ワック
スを充填することができなくなる。捷た、粒子径が１０
ｍｍ以上になると、粒子間隙が５ｍｍ以上となシ、融点
の低いソックスが模型全体の中で占める割合が多くなり
、加熱により模型を消失させる時に軟化浴融して鋳型外
へ流出する際に、模型の熱応力がセラミックシェル鋳型
に作用し、Ｒｋ型に亀裂が生じる。

ところで、従来のように、金型キャビティ内へワックス
が液体の状態で充填され、これを室温棟で冷却して成形
すると、冷却時のワックスの゛液体収縮及び凝固収縮が
極めて太きいため、模型の肉厚が大きく且つ肉厚差の大
きい模型を成形した時、成形された模型に表面引けやね
じれ変形が生じる。

特に、この表面引け−やねじれ変形は（か型の肉ｊすが
５ｍｍ以上の場合に顕著である。そこで、どんな肉厚の
模型であってもあたかも肉Ｊ９が５　ｍｍ以下であるか
の如くして模型を成形すｇば、表面引けやねじれ変形が
生じないと考えた。即ち、金型キャビティ内へ液体ワッ
クスを充填した時、充填した厚み金５間以下に押さえる
ようにすれば良い。このためには、？１ｌｌｔ固収縮の
全くない固体ソックス全使用し、この固体ワックスの粒
子を先ず金型キャビティ内へ充填して、充填した時成す
粒子間隙を５關以下とし、この間隙へ液体ワックスを充
填すれば、／ｌｋ体ワツタスの充填Ｊ？みｋ　５　ｍｍ
以下とすることができる。このため、模型の肉厚はあた
かも５ｆｆｌｌｌ＋以下の如くなり、表面引けのない模
型を成形することができる。また、固体粒子が充填式れ
た時成すＪＩＹ／、子間隙の分布は模型全体で略均−で
あるため、これらの間隙へ充填式れる液体１ノツクスの
凝固速度は局部的に遅くなったり、速くなったりするこ
とがない。このため、凝固速１隻の差が原因で起こるね
じ〕し変形もなくなる。

なお、金型のキャビティ内へ充填するワックスのオ′）
７子径は３〜Ｌｏｒｎｍでなければならない。粒子径が
３〜１０ｍｍであると、充填後のム°ｌ子間隙全５ｍｍ
以下に押さえられるため、これらのわ′ｌ子間隙へ液体
の状に１；で充填された液層部が冷却、凝固収縮しｆ（
時の凝固層部ｔｊ、内部収縮が小さく、且つ、内圧低下
もほとんどないため、表ｉＮ引けが生じない。

寸た、本発明では、粒子間隙の大きさ全一定とすること
ができるため、液体の状態で充；ｌｊＱされるワックス
の液層厚みを均一にできる。この１ζめｌグ層都の冷と
１１速度が均一なるため、模型肉、すのｊす、い所と薄
い所の凝固法［ケ均−化することができる。

従って、模型内部に残留応力が生じないため、ねじれ変
形が生じない。但し、固体ワックスの粒子径が３　ｍｎ
＋以下では金型のキャビティ内へ充填ネれた時、粒子間
隙が小さく、これらの間隙へ液体のワックスを充填する
ことができない。また、粒子径が３．０ｍｍ以上になる
と粒子間隙が５ｍｍ以上となシ、こ九らの粒子間隙へ液
体のワックスが充填されると液層厚みがＪ早りなって、
液層部が冷却、ン（固する時内部収縮が太きくなる。こ
のため内圧低下が大きくなって表面引けが生じる。史に
、粒子径が１０ｍｍｋ：越えると、これらの；ｒヴ子て
ＸＪＪｌ″ａされた時成す粒子間隙の大きさが不均一と
なり、これらの粒子間隙へ液体の状、明で充填された液
層部の大きさが不均一となり、各液層部の冷却速度が一
定でなくなるため、イて１型内部に残留応力が生じ、ね
じｈ変形が発生する。

このように本発明でＶユ、加熱による模型消失時にσ〕
、ｊ型に亀裂を生じさせないための方法と、金型にて模
型を作る際に、模型の表ｉ？ｉ＋引は及びねじれ変形を
防止する方法が同一となっている。即ち、不発［、ＩＩ
Ｊは、金型キー）・ビティ内へ固体状態の粒子状のワッ
クスを充填後、空隙部へ前記ワックスより［ｌｉ点の低
い液体状のワックスを充填して模型を成形し、次に、こ
の模型表面にセラミックシェルρス１型全形成後、加熱
にょシ前記模型を消失することにより精密Ｉ！セ造用ａ
（ｉ型を製造するものである。

以下本発明の一実施例を図面に従って説明する。

第２図乃至第５図は本発明の鋳型の製造方法の一実施例
を示す説明１ヱｊである。第２図においで、］Ｈ径ｌ〜
３ｍｍに砕いた粒子状の投型成形用ワックス金図示され
ない金型キャビティ内部へ充填した後、図中模型５の位
＠６より前記金型キャビティの空隙部へ、前記粒子状の
ワックスよりＮ１！点の低い易溶１牛ワックスケ液温６
０ｒ、注入圧力３０に９／　／７ｎ　２で圧力注入する
。この注入時のワックスの粘度は１００〜１５０センチ
ボイズの液状である。

ｌ（ダ体状のワックスが凝固後、金型より取出し第２図
及び第３図に示すような模型５が成形てれる。

コ（７）　４％ｙ１５の成形後に、主にポロイダルシリ
カバインダーとジルコンフラワーがら成るスラリーにこ
の模型５を浸２ｒｒＬその後、ジリコンザンドと溶１’
ｊｌ：ｌ！シリカ粒子金混ぜ合わせた面ｊ人物ｆ：衣面
に振りかけ、乾燥固化して第１層シェルを形成する。

ＵＣいて、第２層シェルを第１層シェル形成菌と同じ方
法で形成する。第３層以降のシェル形成手法も」二記と
同様であるが、振υがけ剤は２８メツシユビークのシャ
モットと溶融ムライトの混合物を使用する。このように
して８層から成るセラミックシェルを形成する。このセ
ラミックシェルを十分に乾燥固化した後、オートクレー
ブでＩ＋”、ｉ型５を’／’ａ　ａ！ｌ’消尖させる。

この消失条件は蒸気温度１５０′Ｃ″：、蒸気圧７　Ｋ
７　／　ｏｎ　”である。脱模型後セラミックシェル鋳
型’ｆｆ１１０００Ｃで１時間ガス炉で焼成する。冷却
後第３図のＩ−Ｉで示される位置を縦に切断し、ｉ’！
４１型内面の亀裂の発生状況を肉眼で観察した。この結
果、従来象りではＯ１１〜０．３　ｍｍの幅で、〜団さ
が１０〜１５ｍｍの亀裂が討４められたが、本実施例の
Ｃ１，１型内面には僅かな打１裂も認められなかった。

一方、液体状のワックスが（１１Ｌ固した後図示され々
い金型より」１ｖ、出した模型５に訃いで、先きに充填
した固体粒子の界面と、後から圧力注入した液体状ワッ
クスの凝固後の境界はスムーズで、模型５の表面粗度は
５〜６８程度のものが得らｆ’した。

この成形後、温度２５′ｃ±２Ｃ，？品度５０±５％で
管理した室に４Ｉ２型５を放償、し、３時間経過した後
表面引けとねじれ変形を測定した。表面引けは第２図の
Ｖ−■断面の腹（Ｊｌ！ｌである第５図（肉ｊツ。

２０ｍｍ）ｆ電気マイクロメータ（精度１／１００１０
０Ｏを用いて測定した。また、ねじれ変形は第２図のＩ
Ｖ−４７断面である第４図に示した模型５とギロチンゲ
ージとのなす間隙全専用のギャップゲージ（精度１　／
　１００ｍｍ）を用いて測定し、た。

第１表１−を第５図の模型５の断面の表面引けの大きさ
金示し、第２表はねじれ変形の大きさを第４図のアール
部Ｒの内側への移動距離で示したものである。

第　　　１　　　表 第２宍 なお、第１表及び第２表中の従来例は、本実施例と同じ
ワックスを使用し、且つ、本実施例と同一形状の模型を
射出成形法で成形し、これ金本実施例のものと同じ方法
で測定した結果である。前記射出成形条件は温度が６０
ｔｌ？で、圧力は２０Ｋｑ／ｃ１１１２である。

上記第１表及び第２表から明らかなように、本実施例で
は従来例に比べ、表面引けｔよｌ／３、ねじれ変形の大
きさは１／４以下となっている。また、７Ｙｉ体ソック
スｆｆ：３０　ｈ　／　ｃｔｎ’の注入圧力で成形した
模型についても表面引けとねじれ変形について同様な方
法で測定したが略同じ結果’（ｚ　＃ｒ）ることができ
た。

ところで、金型キャビディ内へ粒子状のワックス全充填
した後、金型内面と粒子あるいは粒子と粒子の間隙への
液体ワックスの充填机、圧力注入による方法が良い。こ
の注入圧力ｔ、Ｊ、５〜１００Ｋｒ／ｃ１ｎ２でなけれ
ばならない。注入圧力が５Ｋｖ／Ｑ１１２以下では、空
隙部へ液体ワックス全注入することができない。また、
注入圧力が１００に９／ｃｙｒ＋２以上の場合は、ワッ
クスの注入は容易となるが、内圧１００に９７ｃｍ”に
削える金型を作るのには大変な製作費を要するため実用
的ではない。更に、内圧が高いと上型と下型の金型をｆ
ｉ＋、−］定する特殊な装置が心安となり、この点でも
実用的でない。

金型キャピテイ内へのワックスの充填口は鋳型を作って
鋳物を製造する時、押湯部であることが望ましい。充填
口が押湯部以外であると、寸法精度の点で製品を製造で
きない場合がある。つまシ模型成形後、ワックス充填口
を専用のワックスで補修するが、補修部は目標の寸法精
度が得られないため、機誠加工全余儀なく烙れる。しか
し、製品によっては機械力］１工が許されない場合もあ
るからである。なお、金型に最初に固体粒子を充填する
方法は、風力落下法で充填しても、金型に振動を−りえ
ながら充填する方法でも良い。史に、固体粒子を金型に
充、１（目した後、空隙部へ液体状態で充」Ｊｌするワ
ックスの融点は固体粒子のそれより低くしなければなら
ない。液体状のワックスの酸１１点の方が高いと、粒子
状で充填したワックスが軟化溶ｔ＾ｌｌｊする時生じる
膨張をセラミック　シェル鋳型内で吸収できないため、
鋳型に熱応力が作用し亀裂が入るためである。

本実施例によれば、図示場れない金型キャビティ内へｔ
Ｖ子状のワックス全光ｊスｆ’（後、金型キャビティ内
の空隙部へ前記粒子状のワックスよｆ）　％１点の低い
ワックスを液体状で充填して１ｑ型５全成形し、この４
°Ｕ型表面にセラミツタシェル鋳型を成形後、加熱によ
り前記模型を消失させて精密鋳造用鋳型を得ることによ
り、鋳型に亀裂が入ることを防止する効果があシ、また
模型５のねじれ変形及び表面引は全減少させる効果があ
る。また、粒子状の固体ワックスと液体状のワックスを
組合わせて模型５を成形するため、模型の凝固速度が速
く模型の成形速度を速める効果があり、′また少［１１
の液体ワックスで成形できるため、成形費を安価とする
効果もある。

以上記述したＱ１０＜本発明によれば、金型にれ゛／子
状で固体のワックスを充填後、金型内面と固体粒子及び
固体粒子間のそれぞれの間隙へ液体状のワックスを充填
して模型を成形することにより、模型形成時の表面引け
やねじれ変形が少なく、且つ、この模型を加熱して消去
させる時に狙１型に亀裂が入らない鋳型の製造方法を４
１ｎ供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の消失模ハ］ツ金用いるｉｉｉ！を型の製
造方法の１例を示した説明図、第２図は本発明の鋳型の
製造方法によシ成形された模型を示す正面図、第３図は
第２図の側面図、第４図は第１図の■−■断面図、第５
図は第１図の■−■断面図である。 第１渭

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金型のキャビティ内へワックスを充填して模型全成
   形し、成形された模型の氷面に附大物粒子を振りかけ付
   着さぜ、こノ′シを乾燥固化芒せた後、前記模！１ｙ全
   力ｌｌ熱溶融してセラミックシェル；用型を形成する鋳
   型の製造方法において、前記金型のキャビティ内へ粒子
   状の固体ワックス金充填した後、前記キャビディ内の固
   体ワックス粒子間隙部及び金型内面と固体ワックス粒子
   との間隙部へ、固体ワックスより融点の低い液体ワック
   スを充填し、この１代体ワックスを乾燥固化して模型を
   成形することｔ’ｌ’＃徴とする錫！型の製造方法。 ２、金型キーＶピテイ内へ充填する固体ワックスの粒子
   径を・３〜１０ｍｍとすることを特徴とする特πＦ請求
   の範囲第１項記載の飢１型の製造方法。 ３、固体ワックス及び液体ワックスの充填口は、■ｊｊ
   型金作って鋳物を゛製造する時の押湯部とすることを特
   徴とするｌｈ　Ｗｌ’：　ｉ４Ｆ求の範囲第１項記載の
   茜型の製造方法。 ４、液体ワックスを金型キャピテイ内へ５　Ｋ４／ａｎ
   ’〜１００　Ｋ９／ａｎ２の圧力で圧力注入すること全
   特徴とする！１′も・許請求の範囲第１項記載の凹型の
   製造方法。