JPS5952018B2 - 水溶性鋳型を用いた精密鋳造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は表層部に硫酸マグネシウムの結晶微粒子が多く
集まつた緻密層を形成した水溶性鋳型を用いた精密鋳造
法に関する。

従来から、過給機用翼車、タービン用翼車等の薄肉で複
雑な形状をした部材を鋳造するには、一般にα型の半水
石こうを主体とし、これに耐火物粉末或いは凝固時間や
膨張量をコントロールするための添加物を配合した鋳造
用石こう及び水を混合してスラリー状としたものを、枠
内に設置したゴム模型上に流し込んで硬化せしめた後、
該模型を取り除いて鋳型を成形し、次いで２５０〜５５
０℃に予熱した上記鋳型に溶融金属を鋳込んで減圧鋳造
法若しくは加圧鋳造法で鋳造するようにしている。

そして、鋳造後は上記鋳型を機械的振動又は高圧水洗浄
等の方法で崩壊して除去するようにしている。しかしな
がら、上記の如き薄肉で複雑な形状の部材を鋳造する場
合には、崩壊後の鋳型残り或いは薄肉部の変形等が生じ
るため、鋳物の形状に大きな制約が課せられる。

また、従来の鋳型はα型半水石こうを凝結材（バインダ
ー）としている為、鋳型表面及び内部とも略均一な組成
となり、１００〜１２０℃に加熱した場合には上記α型
半水石こうが半水石こうとなり、２００℃付近に加熱し
た場合には無水石こうとなり、強度が低下する。

このため、減圧鋳造時或いは加圧鋳造時に鋳型の一部が
壊れ、砂嘴みや鋳肌荒れの原因となる。本発明者等は上
記従来の問題点を改善すべく本発明を成したものであり
、その目的とする処は、鋳造時における機械的強度に優
れ、且つ鋳造後においては水によつて容易に崩壊し取り
除きが可能な水溶性鋳型を用いることで、鋳造品の鋳肌
が良好で、しかも内部が健全な製品を得ることができ、
特に過給機用翼車、タービン用翼車等の薄肉で複雑な形
状の部材を精密鋳造するのに好適した鋳造法を提供する
にある。

斯る目的を達成すべく本発明は、石こう、硫酸マグネシ
ウムの水和物、水及び必要に応じて粉末状或いは粒状の
耐火物を混合してスラリーを作る工程と、このスラリー
をゴム摸型などに流し込んで硬化せしめ、次いで該摸型
を取り除いて鋳型となる成形物を作る工程と、この成形
物を１２０℃以下の温度次いで２７０℃以上の温度で二
段階に加熱乾燥せしめて鋳型を製造する工程と、この鋳
型を用いて最初は減圧で次いで加圧して連続的に溶融金
属を鋳込むようにしたことをその要旨としている。

以下に本発明に係る精密鋳造法の一例を工程順に詳述す
る。

先ず水溶性の鋳型を製造する方法について述べると、最
初の工程として、半水石こう （ＣａＳＯ４ｌ／２Ｈ２
０）に硫酸マグネシウムの水和物例えば１、２、３、４
、５、６、７或いは１２個の水分子が結合した水和物を
、たとえば、上記半水石こうの量と比較して重量比で２
／３程度の割合となるように，混合してスラリーとする
か、或いはこの混合物にムライトフラワーなどの粉末状
耐火物と水を加え、更にこれに珪砂などの粒状耐火物を
加えて混合しスラリーとする。

そして、このスラリーを減圧下などの出来るだ，け気泡
が生じない状態で、枠内に設置した製品形状をしたゴム
摸型上に流し込み、５〜１０分程静置して石こうを凝固
せしめ、次いで上記ゴム摸型を取り除き、後に鋳型とな
る成形物を製造する。

次いで上記成形物を１２０℃以下の乾燥炉で所定５時間
１次乾燥せしめ、この後更に２７０℃以上の乾燥炉で２
次乾燥して水溶性の鋳型とする。以上において、無水硫
酸マグネシウムとせずに硫酸マグネシウムの水和物を添
加するようにしたのは、上記成形物を乾燥せしめる際に
、石こうの４，針状結晶間を硫酸マグネシウム水和物の
水溶液が表面に向つて移動し、この移動につれて硫酸マ
グネシウムの結晶微粒子が表層部に移動し、表層部に緻
密な層を形成するという所謂フローテーシヨン現象をね
らつたものであり、逆に無水硫酸マグネシウムを添加す
ると石こうよりも先に無水硫酸マグネシウム加疑固して
しまい、上記フローテーシヨンが生じないので、鋳型全
体が従米と同様の均一組成となり強度が低下してしまう
からである。

また１２０℃以下の温度で１次乾燥するようにしたのは
、この温度以上で一気に加熱乾燥せしめると、石こうの
水和物（ＣａＳＯ４・２Ｈ２０）及び硫酸フマグネシウ
ムの水和物の脱水反応が急激に行なわれ、フローテーシ
ヨンによつて生じた鋳型表層部の緻密層の通気が悪くな
り、第１図に示す如く、鋳型の抗折力が低下し、鋳型が
部分的に破裂状態となり、鋳型としての機能を成さなく
なるからである。

ここで、第１図に示す各例の組成は次の通りである。

先ず実線で示した「石こう」は石こう１００Ｗｔ％、
「石こう＋ムライト」にあつては石こう：２５ｗｔ％、
ムライト７５ｗｔ％、また本発明に係る「石こう＋ムラ
イト＋硫酸マグネシウム＋珪砂」にあつては、石こう：
１５．２ｗｔ％、ムライトニ６０．８ｗｔ％、硫酸マグ
ネシウムニ１１．５Ｗｔ％、珪砂：１２．５ｗｔ％であ
る。更に、２７０℃以上の温度で２次乾燥するようにし
たのは、硫酸マグネシウムの水和物は２７０℃以上で無
水硫酸マグネシウムとなり、鋳造後の鋳巣・ふかれ等を
防止し得ると共に、水に容易に溶けるようにするためで
ある。

このようにすることで、鋳造後に鋳型を容易に崩壊せし
めることができ、薄肉で複雑な形状の製品を変形させる
ことなく鋳型を除去し得る。尚、２次乾燥後の本発明の
鋳型強度は、例えば乾燥温度を２７０℃、乾燥時間を３
時間とした場合には約５０ｋｇ／Ｃｍ・、乾燥温度を３
００℃、乾燥時間を３時間とした場合には約４０ｋｇ／
Ｃｍ２である。

このように第２次乾燥した後の鋳型強度は１次乾燥後の
鋳型強度よりも劣ることとなるが、従来の鋳型に比較し
た場合、大巾に強度は向上する。次に上記水溶性鋳型を
用いた精密鋳造法を第２図に基いて詳述する。

第２図は精密鋳造装置］を示すものであり、鋳造装置１
はボックス状のケース２の上面に開口部３を形成し、こ
の開口部３を蓋体４で気密に密閉し得るようにするとと
もに、下面に２本のバイブ５，６を接続し、一方のバイ
ブ５をバルブ７を介して圧気源８につなげ、他方のバイ
ブ６をバルブ９を介して真空ポンプ１０につなげている
。

そしてケース２内にはアングル状のブラケット１１によ
つて鋳枠１２が支持され、この鋳枠１２に前記した方法
によつて製造した水溶性鋳型１３及び冷し金１４をセッ
トしている。而してこれら鋳型１３及び冷し金１４によ
つて製品を鋳造するキャビティ１５及びこれ１５とつな
がる湯口１６が形成される。以上の如き鋳造装置１を用
いて精密鋳造するには、蓋体４を外して開口部３から溶
湯Ｍを予め予熱したラドル１７に注入し、蓋体４によつ
て開口部３を閉じ、真空ポンプ１０を駆動せしめ、ケー
ス２内を減圧する。

しかる後ラドル１７を傾け溶湯Ｍを湯口１６を介してキ
ャビティ１５内に溶湯Ｍを充填する。そして直ちにバル
ブ９を閉じ真空引きを停止し、次いで溶湯Ｍが凝固する
前にバルブ７を開とし、ケース２内に圧気を導入し、溶
湯Ｍを加圧しつつ鋳造する。

このようにして溶湯Ｍを凝固せしめた後、鋳型１３を鋳
造装置１から取り出して水槽中に浸漬し、鋳型１３を溶
かして製品である鋳物を得る。次に本発明の具体的な実
施例を述べる。

尚、実施例１は本願の第１発明に、実施例２は本願の第
２発明にそれぞれ該当するものである。実施例１ 石こう６０部（以下本願にあつては単に部といつた場合
には重量部を示す。

）に硫酸マグネシウムの水和物４０部及び水５０部を入
れて気泡の発生を極力抑えて混合してスラリーとし、こ
のスラリーを枠内に設置したコンプレッサーホィールの
ゴム摸型に流し込み、石こうが凝固した後ゴム摸型を取
り除いて鋳型となる成形物を作成した。その後この成形
物を８０℃の乾燥炉にて４時間乾燥せしめ、次いで２７
０℃の乾燥炉にて３時間乾燥せしめて鋳型とした。そし
て、上記鋳型を約２００℃に予熱し、２０ｍｍＨｇの減
圧室中で溶解温度７２０℃の溶融アルミニウム（ＡＣ４
Ｃ相当）を鋳込み、直ちに９ｋｇ／Ｃｍ・の圧縮空気を
送り込んで約６分間程静置し凝固せしめた後、大気解放
し放冷した。

その後、この鋳型を水槽中に約３０分浸漬したところ、
鋳型は完全に溶出し、また鋳物自体も流水で洗浄したと
ころ非常に鋳肌の優れたものが得られた。

実施例２ 石こう１２部、硫酸マグネシウムの水和物８部、ムライ
トフラワー２０部、珪砂６０部、水２０部を材料とし、
実施例１と同様の方法で鋳型となる成形物を作成し、こ
れを１００℃で３時間乾燥せしめた後、更に２７０℃に
て３時間乾燥して鋳型とし、この鋳型の温度が低下しな
いようにして実施例１と同じ条件で溶融アルミニウムを
鋳造した。

そして鋳造金属が凝固した後直ちに水槽に浸漬したとこ
ろ、鋳型は完全に溶解した。このようにして得られた鋳
物製品の鋳肌の面粗度と従来の石こう鋳型を用いた場合
の鋳肌の面粗度を第３図に示している。

即ち本発明方法によつて得られた製品の鋳肌の面粗度は
第３図イに示す如く約１．５μと優れているが、従来方
法によつて得た製品の鋳肌の面粗度は第３図口に示す如
く、約３．０μと劣つている。以上の説明で明らかな如
く本発明によれば、石こう、硫酸マグネシウム水和物及
び水を含むスラノーを鋳型形状に成形せしめた後、これ
を２段階に加熱乾燥せしめるようにして鋳型を製造する
ようにしたので、乾燥工程におけるフローテーシヨンに
よつて鋳型表面には硫酸マグネシウムの結晶微粒子を多
量に含む緻密層が形成され、このため、鋳型は鋳造時に
おける機械的強度に優れたものとなると同峙に鋳造後に
容易に水に溶けるものとなる。

したがつて斯る鋳型を用いて最初減圧状態で次いで加圧
状態で鋳造する精密鋳造方法によつて得られた製品は寸
法精度が高く、且つ鋳肌に極めて優れたものとなる等多
くの利点を有する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施の一例を示すものであり、第１図は
１次乾燥後の本発明に係る鋳型の強度を従来例と比較し
た線図、第２図は本発明方法を実施するための鋳造装置
の縦断面図、第３図イは本発明方法によつて得られた製
品の鋳肌の面粗度を表わす線図、第３図口は従来法によ
つて得られた製品の鋳肌の面粗度を表わす線図である。 尚、図面中１は鋳造装置、８は圧気源、１０は真空ポン
プ、１２は鋳枠、１３は鋳型、１５はキヤビテイ、Ｍは
溶湯である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 石こう、硫酸マグネシウムの水和物及び水を混合し
   てなるスラリーを摸型に流し込んで硬化せしめ、次いで
   摸型を取り除くことで所定形状の成形物を成形し、この
   成形物を１２０℃以下の温度で１次乾燥した後２７０℃
   以上の温度で２次乾燥して成形物内の結晶水を取り除い
   て鋳型とし、常温以上に予熱した上記鋳型を用いて溶融
   金属を減圧鋳造し、その後上記溶融金属が凝固する前に
   圧縮気体にて溶融金属を加圧するようにしたことを特徴
   とする水溶性鋳型を用いた精密鋳造法。 ２ 石こう、硫酸マグネシウムの水和物、ムライト等の
   耐火物、及び水を混合してなるスラリーを摸型に流し込
   んで硬化せしめ、次いで摸型を取り除くことで所定形状
   の成形物を成形し、この成形物を１２０℃以下の温度で
   １次乾燥した後２７０℃以上の温度で２次乾燥して成形
   物内の結晶水を取り除いて鋳型とし、常温以上に予熱し
   た上記鋳型を用いて溶融金属を減圧鋳造し、その後上記
   溶融金属が凝固する前に圧縮気体にて溶融金属を加圧す
   るようにしたことを特徴とする水溶性鋳型を用いた精密
   鋳造法。