JPS6035227B2 - 鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本出願は同一出願人による１９７群王１０月２日付米国
特許出願第９４７，６２１号の一部継続出願であり、本
願発明は通気性鋳型に於ける金属鋳造に係わる。

米国特許第３，８６３，７０６号及び第３，９００，０
６４号および持公昭５２−３８９２４号公報に開示され
ている技術は既に数年来商業的成功裡に実用化されてい
るが、発明者は当初採用の予定であった耐高温セラミッ
ク鋳型ではなく低温結合砂粒タイプの通気性鋳型と前記
技術を併用することにいくつかの問題があることを発見
した。

これらの問題は、砂などの粒子を少量の無機または有機
の熱硬化樹脂または化学硬化樹脂などと一緒に結合した
例えばクロニング・−タイプのような低温結合砂粒シェ
ルモールドではセラミック鋳型に比較して製造コストは
安いが低温結合剤である故に特に鉄系金属の場合湯の温
度以下の温度で急速に破損することそして鋳造空洞部の
内面が比較的柔軟であることの２つの重大な欠点がある
ことから生じる。

第１の欠点については、低温結合砂鋳型が破損するまで
の時間は鉄系金属と併用する際には砂で測る程度であり
、耐火性鋳型を用いた上記特許の鋳造方法に於いて鋳造
物を凝固させるのに必要な時間は、低温結合砂鋳型では
鋳型空洞部内の溶融金属が十分に凝固する前に鋳型破損
が起こる時間であることが多い。

第２の欠点については、上記特許の開示技術に於いては
１本の長い垂直な中央押し湯口に湯を引３き上げてから
上下方向で間隔を保つ複数の湯道を介して複数鋳型空洞
部へ流入させるのに高い真空度が要求され、このような
高い真空度条件下では頻繁に溶融金属が低温結合砂鋳型
の柔軟な成形面に浸入して鋳造物の品質を受容し難い程
度まで低ヂ下させる。

このような問題があるため、多くの場合、特に鉄系金属
部品の鋳造に際しては上記特許の技術と低温結合砂鋳型
を併用することは不可能であり、従って良質の鋳造物を
得るにははるかに高価なセラミック・シェルモールドを
使用せざるを得ない。

本発明の主要目的は、金属部品の従来よりも経タ済的な
鋳造を可能にする比較的簡単に安価な、非可擬性、自立
性、通気性の、複数空洞部を有する低温結合砂鋳型に鋳
造する方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、比較的短い時間サイクル０内に且
つ比較的低い真空度で、非可榛性、自立性、通気性の低
温結合砂鋳型に鋳造する方法を提供することにある。

本発明の重要な特徴の１つとして発明者は傷道が極めて
細いか、または湯道の一部が１９．１肋夕（０．７５イ
ンチ）以下、好ましくは１２．７豚（０．５０インチ）
以下の最大幅または最大直径である１個以上の鋳型空洞
部を具備する非可操性、自立性の低温結合砂鋳型を使用
すれば、この鋳型に減圧を作用させることによって鋳型
空洞部を熔融金属で満た０すと、鋳型は未加熱で、周囲
室温であるから、比較的狭い傷道部分内の細い湯が迅速
に、但し下方に配置された容器内の溶融金属によって与
えられる熱によって再び熔解する前の短時間であるが、
凝固することを発見した。

発明者は、このような短時間の傷道凝固を利用すれば、
鋳型空洞都内の湯が完全な凝固状態でなくても狭い傷道
部分内の凝固金属が再び融解して鋳型空洞部内の湯が再
び容器へ流れ落ちる前に、鋳型を下方の容器内傷面から
速やかに引上げることができることを発見した。

１０９３ｑｏ（２０００ｏ Ｆ）またはそれ以上の温度
で鋳造される例えば鉄系金属のような高融点金属の場合
、狭い湯道内に最初の凝固が起こった後速やかに鋳型を
下方の湯面から引上げることによって、鋳型にさらに熱
が加わるのを防止しかつ鋳型空洞部内の鋳造物が凝固す
るのに充分なほどに鋳型の破損時間が延びることを発見
した。

このことは鋳造サイクル時間を著しく短縮することをも
可能にし、これによって製造コストが軽減される。例え
ば内側寸法が１２．７柳以下の比較的小さい空洞を有す
る鋳型では、鋳型空洞部及びその近傍の狭い傷道または
この傷道の一部に於せる溶融金属の充填および凝固が鋳
型破損前に鋳型を取り去る程度に迅速に起きる。

比較的大きい空洞部の場合で、凝固時に収縮が伴わない
金属ならば、破損前に鋳型を引上げることができるよう
に複数の狭い傷道を採用することで鋳型空洞部への充填
を迅速化すればよい。鋳型が破損する前に本発明の狭い
傷道部分を通して充填できないほど鋳型空洞部の内側寸
法が例えば１２．７肋以上と大きくかつ凝固時に収縮が
伴なう場合には、１個以上の垂直湯道と鋳型空洞部との
間に旨押湯を採用して、鋳型を下方の傷面から引上げた
後も旨押湯及び成形空洞内の金属の少なＪくとも一部が
融解状態を特続して鋳型空洞部へ流入するようにする。

数個取鋳型を利用する場合、傷道下端が互い離れていれ
ば、複数の分離された鋳造金属部品または部品群が自動
的に得られる。

Ｊ本発明にて使用するような通常の方法
で作られた非可榛性、自立性の低温結合砂鋳型の場合、
許容最長濠債時間、すなわち、傷道の狭い部分で凝固し
た金属が再び融解するかまたは鋳型が破損し始めるまで
鋳型を湯面と接触させ得る時間が、主として下方の容器
内溶融金属の必要保持温度によって規定されることを発
見した。１０９ｙｏ以上の温度で鋳造される例えば銭鉄
や鋼のような鉄系金属の場合、前記時間は比較的短く、
最も長くて約３の抄であるから、浸債時間は約５乃至１
耳少程度が望ましいことが判明した。

また、鋳型空洞面への侵入を防止するため、鉄系溶融金
属を容器内傷面から約１５２．４肌ないし２０３．４肌
（約６乃至８インチ）を越えない高さまで鋳型空洞都内
へ引き上げるのに約一６８９なし、し−２０６７ｋＰａ
ｇ／（９４４４なし、し８０６６ｋＰａａ）程度の減圧
を利用するにとどめねばならない。銅、アルミニウム及
びこれらの合金のように低融点金属ならば時間をもっと
長くし、鋳型空洞部の高さも鉄系より高くしてもよい。
非可犠牲、自立性、通気性の低温結合砂鋳型は上面を有
する上型と下面を有する下型とからなりかつ側面を有す
る。

ひとつ以上の部品を成形するためのひとつ以上の鋳型空
洞部は鋳型分割面までか又はこれを横切って延びかつ上
面と下面との間にある。このような複数の鋳型空洞部を
概ね水平な平面内に配列し、好ましくは水平方向に互い
に間隔を保つようにして水平面で縦にかつ横にも分散さ
せる。各鋳型空洞部は、最大幅または最大直径が１９．
１側以下（好ましくは約１２．７側またはそれ以下）で
ある少なくとも１本の湯道またはそのような部分を有し
、各傷道の開□下端は鋳型下面で終る垂直部分を具備す
る。数個取鋳型の場合、湯道の垂直部分は分割面に対し
て概ね垂直であり、開□下端は互いに間隔を保って水平
平面内に分散されている。肉厚が約１２．７肌以下の鋳
造物ならば、狭い湯道を複数の鋳型空洞部の近くに配置
し、太い中央の垂直湯道を設ければよい。

肉厚がもっと大きい大型鋳造物ならば、収縮の問題がな
い限り複数の狭い湯道を採用すればよい。さもなければ
、狭い垂直部分を有するひとつ以上の湯道とひとつ以上
の鋳型空洞部との間に旨押湯を介在させればよい。本発
明の方法にしたがって非可孫性、自立性、通気性の鋳型
への鋳造を行なう際に使用される鋳造装置は、溶融金属
を収納する容器のほかに、開□底を有するチェンバを含
み、チェンバの外周壁と鋳型上面との間にてシーリング
が達成され、かつ前記鋳型の周側面及び下面がチェンバ
の外周壁よりも下方に伸び出ている。前記チェンバ及び
前記容器を相対移動自在に支持し、前記湯道の開□下端
を前記容器内の湯面下に損潰させる駆動手段が設けられ
ている。チェンバ内で鋳型の上面に減圧を作用させるた
めの真空手段が設けられている。この真空手段によって
、チェンバへの鋳型のための特有の保持が与えられると
共に、前記チェンバを下げて前記傷道の閉口下端を含め
て鋳型下面全体を前記容器内の湯面下に浸潰させたとき
に、複数のの鋳型空洞部が湯で同時に満たされる。本発
明は極めて簡単でしかも経済的な技術を利用して特に鉄
系金属の良質鋳造物を製造することを可能にし、生産コ
ストの著しい軽減を実現す夕る。

以下添付図面に従って好ましい実施例を詳述しながら本
発明の構成要件及び目的をさらに明確にする。

第１図から明らかなように、鋳造装置は、台座０ １２
に支柱１４を取付け、駆動ピストン−シリンダー６によ
って上下に沼動させ得るように前記支柱１４に水平アー
ム１８を取付けて成る。

溶融金属を収納する容器２２の上方に位置するアーム１
８の自由端から垂下する支持部材１９に詳しくは後述す
るチェンバ２０を取付ける。第３図及び第４図に於いて
、クロニング （ｃｒｏｎｉｎｇ）シェルモールドと呼ばれる非可操性
、自立性、通気性の低温結合砂鋳型は、砂またはこれと
等価の粒子及び少量の、通常約５％の無機または有機の
熱硬化樹脂または化学硬化樹脂またはこれと等価の低温
結合剤を材料とし、当業者に公知の技術及び設備により
作られる。

即ち、さらさらした砂と結合剤の混合物を、分割面を形
成する金属のベース・プレートに敦層されている加熱さ
れた金属型半体上に配分し、この金属型半体上で硬化さ
せて非可榛性、自立性のシェル・モールド半型を得、こ
れを金属型半体及びベース・プレ−トから取外すことに
よって作成する。第４図に示すように、鋳型３川ま上下
２つのシェル半型（上型および下型）から成り、水平な
鋳型分割面２９に沿って両半型を接着することにより一
体的な使い捨ての非可孫性、自立性の鋳型３０とする。

鋳型３川ま鋳型分割面２９とほぼ平行で、上下の間隔を
保つ上型の上面３１及び下型下面３３そしてこれら上下
面間を垂直に広がる周側面３２を具備する。面３１，３
３は加熱された金属型の不規則な外形に従って厚さがほ
ぼ一様となるように形成されるので不規則輪郭を有する
。鋳型３０を支持すると共に上面３１に減圧を作用させ
るため、詳しくは後述するが、チェンバ２０‘こ対する
シーリングに好適な切れ目のない水平平坦なシール面部
分３８が周緑に形成されるように前記上型上面の外縁を
可塑状態に於いて例えばプレス加工で成形する。第３図
及び第４図に示すように上型と下型の間に鋳型分割面２
０を横切って広がる複数の単一部分鋳型空洞部を設ける
。

第４図には２つのこのような鋳型空洞部（ｍｏｌｄｃａ
ｖｉｔｉｅｓ）３４を図示した。詳しくは後述するよう
に複数部分３（ｍｕｌｔｉｐｌｅｐａｒｔ）鋳型空洞部
を設けることも可能である。

商業的な規模では上記鋳型空洞部の数が６乃至２０であ
り、第３図には１７個を図示してある。このような単一
部分または複数部分鋳型空洞部を鋳型３０の周縁に囲ま
れた水平部分内に配分子し、かつ上下面３１，３３間で
鋳型３０の長さかつ横方向に存在させる。複数の鋳型空
洞部３４は概ね水平面内で互いに間隔を保ち、それぞれ
が鋳型分割面２９を横切って広がっている。各鋳型空洞
部３４は鋳型分割面２９に対して概ね垂直にこの分割面
の下側から垂下し、その開□下端が長さかつ横のいずれ
の方向にも互いに間隔を保つ垂直な湯道３５を有し、こ
れら湯道は前記分割面２９と平行な概ね水平な面でかつ
鋳型３０の下面３３にて終わる。上述のように各傷道３
５が本発明に独自な所期の機能を果すためには少なくと
もその湯道の一部の少なくとも１つの方向の寸法が１９
．１肋またはそ０れ以下、好ましくは１２．７脚または
それ以下の比較的細い寸法でなければならない。

この細い傷道または細い部分のある湯道が垂直で且つ円
形断面を呈すれば好都合であるが、円形断面でなくても
よい。タ 第１図、第２図及び第５図から明らかなよう
に、チェンバ２川こ鋳型３０を保持させかつ適当な弁２
６及びホース２８を介して真空ポンプ２４から上面３１
に減圧を作用させるための特有の保持を与えるのがチェ
ンバ２０である。

第２図に示すようにチェンバ上壁４４は支柱１９の下端
に接続されており、必要に応じてチェンバ２０の内部及
び鋳型３０の上面３１に減圧を作用させるための真空ホ
ース２８を接続した出入口５８を具備する。このチェン
バ２０の内部を限定するため上壁４４の外周から垂下す
る外周壁４０‘こよって限定これる開□底がチェンバ２
０に具備されている。特に第２図、第４図及び第５図か
ら明らかなように、外周壁４０の下端には水平なシール
面４２を形成し、鋳型３０の周緑において鋳型空洞部を
含む鋳型３０の水平部分と概ね同じ等にある水平なシー
ル上面３８を形成し、このシール上面３８とシール面４
２を共鋤せしめる。したがって、鋳型３０の周側面３２
の一部及び下面３３がチヱンバ２０よりも下方にある。
使用に際してはチェンバ２０を第１図のように上昇位置
に設定し、手動または自動で鋳型３０の周緑シール上面
３８をチェンバ２０のシール面４２に当接させる。

ここで弁２６を操作することにより鋳型３０をチェンバ
２０に固定する特有の保持力を作り出すと共に、チェン
バ出入口５８からチェンバ２０の内部に減圧を作用させ
、さらには鋳型３０の鋳型空洞部を含む鋳造領域と同じ
広がりであってシール面３８に囲まれた上面３１全体に
減圧を作用させる。減圧は好ましくは約一６８９ないし
一２０６７ｋＰａｇ（９４４４なし、し８０６舷Ｐａａ
）とする。次いで駆動用ピストンーシリンダ１６を操作
することによって鋳型３０を保持しているチヱンバ２０
を容器２２にむかつて降下させ、すべての垂直湯道の開
□下端が容器２２内の溶融金属液面６０よりも下方へ来
るまで鋳型３０の下面３３を降下させる。

そして、鋳型３０の下面３３の全面を熔融金属内に浸債
する。鋳型３０の上面３１に減圧が作用しているのでＪ
溶融金属が傷道内で吸い上げられ、すべての鋳型空洞部
に同時に充満する。

以上に詳述した本発明の方法では容器内へ沈めた後、鋳
型空洞部が満たされ、各湯道の少なくとも一部に存在す
る金属が凝固したら直ちに駆動用ピストンーシリンダ１
６を操作してチェンバ２０及び鋳型３０を上昇させれば
、凝固部分よりも下方の、即ち、傷道下端付近に残留す
る溶融金属部分が容器２２へ流れ落ち、第６図に図示す
るような分離された金属部品が鋳型３０内に残る。

鋳型空洞部内に未凝固の金属がある場合には、湯道の一
部分にて凝固した金属は栓のように働き、この凝固金属
が下にある溶融金属の熱によって再び溶解する前に鋳型
を引上げるわけである。鋳型３０を上昇させているとき
にも継続して減圧状態に保って結合剤の燃焼ガスを吸引
するのが望ましい。チェンバ２０を第１図のように非作
用位置へ上昇させたら弁２６を操作して真空ポンプ２４
を遮断し、新しい鋳型と交換できるように鋳型３０を解
放する。次いで第６図のように湯道金属６４の短かし、
部分が付随している分離された金属部品６２を分解され
た鋳型３０から公知の方法で取出せばよい。

凝固後に鋳造物を取出す際には低温結合砂鋳型であるこ
とによる鋳型の自己崩壊性を利用するので、セラミック
鋳型で必要とするような鋳型の破壊ほどの労力は不用で
、容易に取出せる。第７図乃至第１０図には複数部分鋳
型空洞部及び垂直陽道を有する鋳型を図示してある。即
ち、第７図及び第８図には既に述べたように構成され、
上面６７及び下面６９の間に広がり且つ周側面７１より
も内側に位置する複数の複数部分鋳造空洞部を有する数
個取鋳型６５の一部を図示してあり、ここでは前記複数
の複数部分鋳型空洞部のうちの１つだけを図解した。

各複数部分鋳型空洞部は２つの鋳型空洞部７３，７５を
含み、これらの空洞部のそれぞれが中央旨押湯７８に接
続された水平押湯堰７７，７９を具備する。この旨押湯
７８は細い垂直湯道８０に接続している。押傷堰７７，
７９及び旨押傷７８の形状及び大きさは鋳造物の形状及
び大きさに従って設既定すればよい。垂直湯道８０の横
断方向寸法は本発明の方法に照らして口径約６．４側乃
至１２．７肋とする。場合によっては複数の垂直傷道を
必要とすることもあり得る。第７図及び第８図に図示す
るように鋳型は例えば鋳型空洞部の寸法が１２．７棚以
上となるような大型部品を成形する場合特に有用である
。

なぜなら、特に鉄系金属の場合に鋳型の破損が発生する
前に、鋳型空洞都内の湯が完全に凝固するための時間が
ないからである。凝固に収縮を伴う金属の場合、旨押湯
は鋳型空洞都内の湯が凝固する過程で給傷源として作用
する。使用に際しては上述のように鋳型６５に湯を充填
し、湯が鋳型空洞部７３，７５及び冒す甲湯７８に充満
し、垂直傷道８０内で凝固したら直ちに容器内の湯から
離脱させる。

但し、鋳型６５を容器内の湯から離脱させた後も、鋳型
空洞部７３，７５に於ける金属凝固に伴う収縮を補償す
るため押湯堰７７，７９を介して鋳型空洞部７３，７５
への給湯を持続するのに充分な時間、旨押湯７８内の金
属は溶融状態のままである。このように構成したから、
鋳型の尚早な破損が回避できるほど鋳込みサイクルが短
縮される。凝固が完了すると、分解された鋳型６５内に
押傷榎と、旨押傷及び垂直湯道の一部とに対応する金属
片の付着した分離された金属部品群が残る。第９図には
上面８２及び下面８３の間に、２つだけを図示した複数
の鋳型空洞部８４を有する数個取鋳型８１を示してあり
、前記複数の鋳型空洞部８４はこれら鋳型空洞部８４を
垂直傷道８５に接続する本発明独自の狭い水平湯道部分
８６を有する中央垂直傷道８５の周りに集まっている。

この構成は約１２．７肌またはそれ以下の厚さの部品を
鋳造するのに好適である。即ち、鋳型空洞部８４でも狭
い水平傷道都分８６でも即座に凝固が起こり、鋳型８１
を下方の湯面から引上げると垂直湯道８５から湯が流れ
落ちて分離された鋳造部品が得られる。第１０図に示す
数個取鋳型９川ま上面９２及び下面９４間に複数の鋳型
空洞部９５を有し、比較的大きい鋳型空洞９５を迅速に
充満させかつ垂直傷道内の金属が凝固したら鋳型が破損
する前にいち早く鋳型を取出せるように各鋳型空洞部に
は２本の狭い傷道９７，９８が設けられている。

この鋳型１本の狭い垂直湯道では鋳型が破損する前に充
満させることができないような大きい空洞部を有する鋳
型で収縮補償を必要としない金属を鋳造する場合に好適
である。本発明の趣旨を逸脱することなく、特許請求の
範囲内で上記実施例以外の態様でも本発明の方法を実施
できることは当業者にとって明白であるつ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するための鋳型及び装置を
一部断面で示す簡単な側面図であり、第２図は第１図図
示装置のチェンバ部分を示す詳細な断面図であり、第３
図は第１図図示鋳型の平面図であり、第４図は第３図図
示鋳型を一部断面で示す詳細な側面図であり、第５図は
鋳造装置のチェンバに取付けた第３図及び第４図の鋳型
をその下面が下方に位置する容器内の湯面下に没した状
態で示す詳細な一部断面図であり、第６図は本発明に従
って鋳造された金属部品の断面図であり、第７図は第１
図図示鋳型の改良構成を一部断面で示す詳細な側面図で
あり、第８図は第７図８−８線に沿って第７図図示鋳型
を一部断面で示す詳細な平面図であり、第９図は第１図
図示鋳型のさらに別の改良構成を一部断面で示す詳細な
側面図であり、第１０図は第１図図示鋳型の第９図図示
構成とも異なる改良構成を一部断面で示す詳細な側面図
である。 １６・・・・・・駆動用ピストン・シリンダ、２０・・
・・・・チヱンバ、２２…・・・溶融金属容器、２４・
・・・・・真空ポンプ、２９・・・・・・鋳型分割面、
３０・・・・・・鋳型、３４・・・・・・鋳型空洞部、
３５・・・…湯道、６５，８１，９０・・・・・・鋳型
、７３，７５，８４，９５・・・・・・鋳型空洞部、８
０，８５，９７，９８・・・・・・湯道。 ＦＩＧＩＦＩＧ２ ＦＩＧ３ ＦＩＧ４ ＦＩＧ５ ＦＩＧ６ ＦＩＧ７ ＦＩＧ８ ＦＩＧ９ ＦＩＧＩＯ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上面を有する上型と下面を有する下型とからなり、
   少なくとも１つの鋳型空洞部を有し、この鋳型空洞部か
   ら伸びる前記下型の湯道の開口下端が前記下面にて終わ
   る非可撓性、自立性、通気性の低温結合砂鋳型内に金属
   を吸上げて鋳造する際に、前記上型の上面に減圧を作用
   させながら、前記湯道の開口下端を含む前記下型の下面
   の全面を下方の溶融金属の湯面下に沈めることによつて
   前記鋳型空洞部を溶融金属で満たし、そして前記湯道の
   最大幅が１９．１ｍｍ以下の少なくとも一部分において
   その全断面にわたつて前記溶融金属を凝固させ、この湯
   道内で凝固した金属が下方の前記溶融金属の熱のために
   再び融解する前にかつ前記鋳型が前記溶融金属の熱によ
   つて破損する前に前記鋳型を前記湯面から離脱させるこ
   とを特徴とする非可撓性、自立性、通気性の低温結合砂
   鋳型内に金属を鋳造する方法。 ２ 前記湯道の前記少なくとも一部分が垂直であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 前記湯道の前記少なくとも一部分が水平であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ４ 前記溶融金属が少なくとも１０９３℃に加熱された
   鉄系金属であり、前記鋳型が３０秒以内前記下方の溶融
   金属内に浸漬されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項から第３項までのいずれか１項に記載の方法。 ５ 前記鋳型空洞部が前記湯道との間に盲押湯を含み、
   前記鋳型を前記湯面から離脱させた後も前記鋳型空洞部
   へ流入できるように前記盲押湯の少なくとも一部及び前
   記鋳型空洞部内の前記金属が融解状態のままであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項までのい
   ずれか１項に記載の方法。 ６ 溶融金属が前記湯道の下側部分から流れ落ちて複数
   の前記鋳型空洞部内に分離された複数の金属部分が残る
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第５項まで
   のいずれか１項に記載の方法。 ７ 前記鋳型の上面に減圧を作用させることにより前記
   鋳型のための特有の保持効果を提供することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項
   に記載の方法。