JPS606242A - 複合耐久鋳型の製造法 - 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】 本発明は複合耐久鋳型及びその製造法に関する。

アルミ合金鋳物などを得るだめの鋳型とりわけ多数回の
使用に耐える鋳型としては一般に金型が用いられている
。金型は、製造に手間と時間がかかり、きわめてコスト
が高い反面、耐久性が良好な長所から大量生産用の鋳型
として利用度が高い。しかしながら、多品種少量生産あ
るいは試作用などにおいては、金型はど耐久性はなくと
も、安価で容易に製造できる耐久鋳型が望まれている。

このような目的のだめの耐久鋳型として、多数のセラミ
ック系耐久鋳型が従来より提案されているが、型強度が
不足したシ、鋳肌が悪かったり、必ずしも製造法が容易
でない等の理由によりほとんど実用化されていないのが
実情である。

本発明は前記したような事情から研究を重ねて創案され
たもので、その目的とするところは、十分な強度と耐久
性を有すると共に鋳型面及び鋳肌が良好で複雑形状製品
を容易に鋳造できる複合耐久鋳型を提供することにある
。

また、本発明の他の目的とするところは、上記特性に加
え、曲げ強度などの強度特性が一段と優れ、かつ寸法変
化も少ないこの種複合耐久鋳型を提供することにある。

さらに本発明の目的とするところは、上記特性を備えた
複合鋳型を簡単な工程で比較的能率よく安価に製造でき
る方法を提供することにある。

これらの目的を達成するため本発明は、耐久鋳型を、鉄
系粉と耐火物粉の複合焼成体でしかも型面を含む外周部
に酸化鉄分の分散した緻密な硬化シェル層を有し、内部
に未焼成混合物からなるバッキング層を有する特殊構造
とし、さらには、この複合焼成体を鋼繊維により補強し
た構造としたものである。

また、本発明は、耐久鋳型を得るにあたり、鉄系粉と耐
火物粉および粘結材を重量比で（１〜５）：（１〜５）
：１に配合し、あるいはさらに鋼繊維を１〜１０容量係
添加してスラリー状の混合物を作り、これを適宜流し込
みにより成形し、この成形体を自然乾燥又は／及び１次
焼成後、酸化性雰囲気中で６００〜１０００℃にて焼成
する方法としたものである。

以下本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。

第１図ないし第３図は本発明による複合耐久型の一例を
示すもので、鉄系粉と耐火物粉を骨材とする複合焼成体
１からなっている。

この複合焼成体１は、外周部に焼成された緻密な硬化シ
ェル層２が形成されると共に、この硬化シェル層２の内
側に未焼成混合物からなるバッキング層３が形成され、
型面５、湯道６及び湯ロアはそれぞれ前記硬化シェル層
２で構成され、硬化シェル層２及びバッキング層３を貫
いてビン用穴８が形成される。こノ硬化シェル層２又は
バッキング層３には、必要に応じ、型冷却、保温のため
の導管やヒータ４が埋込まれてもよい。

前記硬化シェル層２は、第３図（ａ）のように、耐火物
粉に分散した鉄系粉の変化した酸化鉄粒（α−ＦｎｚＯ
ｓ）　２０と焼成耐火物粒２１との接合組織からなって
いる。前記硬化シェル層２の生成機構は必ずしも明確で
はないが、ｈがα−ｈ２０３に変化する以外に特別な複
合生成（４） 物が認められないことから、鉄系粉が酸化鉄に変化して
体積が大きく増加し、耐火物粒子を包み込んだ形で焼結
されつつ耐火物粒子の焼成も進行し、耐火物粒子との界
面で拡散接合的な接着が行われた結果と考えられる。

一方、硬化シェル層２より内側のバッキング層３は、第
３図（ｂ）のように、未焼成″７！まの鉄系粉粒子２０
′と耐火物粒子２１′の混合組織からなっている。

第４図は本発明に係る複合耐久鋳型の他の実施例を示す
もので、鉄系粉と耐火物粒にさらに鋼繊維９を骨材とす
る複合焼成体１ｃからなっている。この複合焼成体１ｃ
は、前記実施例と同様に外周の緻密な硬化層２とその内
側の未焼成部分からなるバッキング層３からなっている
が、それら硬化層２とバッキング層３及びそれらの層間
に鋼繊維９が分散し、この分散した鋼繊維９によりバッ
キング層３を構成する混合組織を強化し、また硬化シェ
ル層２とノ々ツキング層３間を架橋してそれらの付着力
を増加している。

次に本発明による複合耐久鋳型の製造法を説明すると第
５図ないし第７図のごとくである。

すなわち、目的とする複合耐久鋳型を得るにあたっては
、まず、鉄系粉と耐火物粉を混合し、鋼繊維を用いる場
合にはこれを前記骨材と混合し、これに粘結材を添加し
、十分に混合攪拌してスラリー状の混合資料１０を得る
。粘結材はベントナイト等公知のものを用いることもで
きるし、硬化過程で蒸発する成分を有するもの、たとえ
ばシリカゾルなどを用いることもできる。

「鉄系粉」としては、鋳鉄粉、純鉄粉、電解粉などの鉄
粉、あるいは銅粉を用いることができる。

また、「耐火物粉」としては、耐火度が高く、高温での
変形率が小さく、鉄系粉と接合しやすい性質のもの、た
とえばムライト、ジルコニウム、溶融シリカ、溶融ジル
コン、シリマナイト、カイアナイト、クロマイト、高ア
ルミナ・シャモット、ケイソウ土、パーライト、滑石マ
グネシアなど任意のものを用い得る。粘結材がシリカゾ
ルのようなものである場合には、これがｐＨ２〜３で安
定状態にあることから、中性又は酸性の耐火物粉が適当
といえよう。

「鋼繊維」としては快削鋼などを用いることもできるが
、できればステンレス系のものを用いる。ステンレス系
の鋼繊維は焼成時にも酸化によシ消失しないため、硬化
シェル層及びバッキング層の両層に対する補強効果が高
い。もちろん、・央削鋼などを用いてもバッキング層の
補強効果は得られ、電装防止、耐火物粉の脱落防止のメ
リットはある。鋼繊維としては、それ自体の強度が高く
かつ表面積の大きいもの、たとえばビビリ振動切削によ
り生成したものが好適である。

前記鉄系粉と耐火物粉と粘結材の配合比は、一般に重量
比で（１〜５）：（１〜５）：１（７） 程度が適当である。この配合比によシ強度と熱伝導性及
び肌性状などの各特性をバランスよく達成することがで
きる。配合比の下限を１：１：１としだのは、鋳型とし
て使用可能な最低限の強度を得るだめであり、上限を規
定したのは、鋳型の成型性から、骨材が多すぎると、粘
結材の被覆能が低下し、強度の低下や鋳型表面の安定性
劣化を生じさせるからである。そして、鉄系粉の上限を
規定したのは、鉄系粉の添加を過度にすると、鋳型に十
分な強度が得られず、また、型面の表面性状が悪化して
転写性を損うからであり、耐火物粉の上限を規定したの
は、強度が損われるからである。

鋼繊維を併用する場合、その添加量は１〜１０容積チが
適当である。１チ未満では強度向上及び寸法安定性の効
果は期待できない。

また上限を１０％としたのは、ファイバーポールが生じ
やすく、良好なスラリー状資料が得られなくなるおそれ
があり、また、硬化シ（８） エル層表面への析出が過剰となって肌を悪くし、かつコ
スト的にも不利だからである。

なお、鉄系粉の粒度は一般に最大寸法で５０〜５００μ
ｍの範囲、耐火物粉の粒度は概ね最大寸法で５０〜３０
０μｍの範囲が望ましい。その理由は、型面の表面あら
さないし転写性の而からは粒度の小さなことが望ましい
が、反面においてクラックが入りやすくなるからであり
、上限を設定したのは強度の点と鋳型表面性状の点から
である。鋼繊維を併用する場合には、製造する型の寸法
などにより、たとえば長さ１〜３０ｒｎｍｚ太さ２０〜
４００μｍのような諸元のものを用いればよい。

次に、本発明は、前記のようにして得たスラリー状の混
合資料１０を所望形状に成形する。これは、たとえば第
５図のように楔形又は現物１２をセットした型枠１１に
混合資料１０を流し込み、所定時間放置することによシ
行う。この際に、固化促進のために硬化剤を加えたり、
充填性を助長するため振動を加えたり、スクイズするこ
とも効果的である。

そして、この成形時に型枠内にビンやノ４イゾ類を装入
することでビン穴８や冷却、保温用の埋込み機構４が得
られる。

このようにして得られた成形体１３を型枠１１から脱型
したのち、亀裂防止、歪発生の防止を図るため、１〜４
８Ｈｒの自然乾燥を行う。粘結材が蒸発成分を含むもの
である場合など必要に応じて、自然乾燥に代えあるいは
自然乾燥に加え、成形体１３に直接着火するなどの方法
によ９１次焼成を行ってもよい。

次いで、この工程を終えた成形体１３を、酸化性雰囲気
中で焼成する。酸化性雰囲気は空気でもよいし、酸素供
給を行ったいわゆる酸素富化空気でもよい。焼成条件は
配合比、粒度鋳型寸法などにもよるが、一般に焼成温度
６００〜１０００℃程度、焼成時間１〜５０Ｈｒを採用
するのがよい。焼成温度の下限を６００℃とし焼成時間
の下限を１時間とじたのけ、焼成が不十分となシ、本発
明の特徴である硬化シェル層が生成されないからである
。

焼成温度の上限を１０００℃としたのは硬化層は生成さ
れるものの表面が荒れて鋳肌面を損うからである。また
、焼成時間の上限を５０Ｈｒ　としたのは、焼成時間が
長いほど強度は向上するものの硬化シェル層は限度以上
成長せずかえって表面の荒れを起させる不利があり、ま
た主意性も低下するからである。

この焼成工程によシ耐大物粉の焼成と鉄系粉の酸化の進
行による前記硬化シェル層２が次第にされる。

以上の工程によシ第１図ないし第４図のような複合耐久
鋳型が完成する。そこであとは、型面５に塗型を施し、
鋳造装置に取付けて、注湯、離型を行えばよい。この鋳
造においては、鋳型が流し込み成形で作られるため模型
やモデルに対する転写性がきわめてよく、かつまた型面
が焼成によって緻密な硬化シェル層２となるため鋳肌も
良好となる。さらに、（１１） 鉄系粉の酸化した硬化シェル層２が鋳型外周部を形成す
るため型強度が高く、また、熱伝導性も良好となり、急
熱、急冷によっても亀裂、欠ケ、？ロツキなどの発生が
なく、鋳型において重要なコーナ一部の欠は等が生じな
い。そして、骨材として鋼繊維を併用した場合にはより
強度が高いものとなると共に、寸法変化が低減される。

さらに、本発明の複合耐久鋳型は金型に比較して熱伝導
率が低く、溶湯の低速での流入でも湯回りが良好となる
。

従って低圧、低速の鋳込みでも複雑形状あるいは薄肉形
状の鋳造が可能となる。

本発明による複合耐久鋳型を組込む鋳造装置は任意であ
るが、後記する鋳造実験に用いた装置を示すと第８図の
ごとくである。すなわち、この鋳造装置は、台枠１５に
前後の固定台１６ａｓ１６ｂを設け、一方の固定台１６
ａに枠体１７を介して複合焼成体である複合耐久鋳型１
ａを取付ける。そして前記台枠１５の両側にはガイドロ
ッド１８．１８を（１２） 固定し、このガイドロッド１８．１８に２枚の取付は板
１９ａ、１９ｂをその端部をもって挿通すると共に両取
付は板１９ａ、１９ｂ間をローラベアリングなどのスペ
ーサ２５によジ結合し、固定台１６ａに面する一方の取
付は板１９ａには枠体１７を介して複合耐久鋳型１ｂを
取付ける。

そして、他方の取付は板１９ｂの背面には台枠１５に設
けた型開閉用のシリンダ２６のピストンロッド２７を連
結すると共に、取付は板１９ｂの前面には可動板２８を
配し、この可動板２８に複合耐久鋳型１ｂのピン穴８．
８に対応する押出しビン２９．２９の端部を固定し、こ
れら押出しビン２９．２９のまわシに、常態において可
動板２８を取付は板１９ｂの前面に押付けるスプリング
３０．３０を介在させる。そして、可動板２８の背面側
には取付は板１９ｂの板厚を貫く突出しビン３１．３１
を設けている。

この構造を採用した場合には、図示する型閉め、鋳込み
状態からシリンダ２６を作動して型開きを行った際に、
突出しピン３１．３１が固定台１６ｂに当接することで
可動板２８が取付は板１９ｂの前方に移動させられ、こ
れにより押出しビン２９．２９を軸方向に移動して型面
に付いている製品の離型がなされる。そのだめ、離型時
間の正確な設定と、部分的な荷重のかからない円滑な離
型が可能となる。

次に本発明の実施例を述べる。

実施例 １、　鉄系粉として鋳鉄粉（粒度１００μｍアンダー）
、耐火物粉として合成ムライト粉（粒１ｉ１００μアン
ダー）を用い、粘結材トシてエチルシリケートを用い、
それらを重量配合比で３：３：１にとって混合攪拌し混
合資料Ａを得た。あわせてステンレス轍維長さ７　ｍ１
Ｍ太さ０１９市を１〜４容積係の範囲で添加混練し、混
合資料Ｂを得た。

それら各混合資料ＡＸ　Ｂを夫々模型（ミシン部品、自
動車部品）を入れた型枠に流し込み成形し、固化した成
形体を脱型後着火して０．５時間の１次焼成を行い、次
いで焼成炉にて酸性算囲気で焼成温度９００℃で２次焼
成を行い、１７０ｘ１７０ｘ５０πｍの抱合耐久鋳型Ａ
ＸＢを得た。

■、複合耐久鋳型Ａ（鋼繊維添加なし）とＢ（鋼繊維添
加）について、焼成時間と圧縮強度の関係、および焼成
時間と重量増加の関係を示すと第９図と第１０図のとお
りである。焼成時間の増加と共に圧縮強度は向上し、重
量も増加する。これは混合資料中の鉄系粉が酸化して硬
化層が生成されたためである。

次に複合耐久鋳型Ｂ（鋼繊維添加）について、曲げ強度
試験を行った結果と寸法変化の測定を行った結果を示す
と第１１図および第１２図のとおりである。

この第１１図と第１２図から鋼繊維を添加した場合には
、曲げ強度が著しく向上し、（１５） また鋳型寸法の変化（伸び）が大幅に抑制されることが
わかる。

なお、急熱急冷の影切をみるため、８００℃５分加熱、
常温５分冷却のサイクルで繰返し加熱冷却テストを行っ
たが、２４サイクル後も亀裂、欠けの発生はみられなか
った。

■、得られた複合耐久鋳型Ａ、Ｂにグラファイトアルコ
ール溶液で塗型を行い、第８図に示す実験用鋳造装置に
組込み、アルミニウム合金ＡＤＣ−１２の重力鋳造を行
った。

鋳込み条件は、鋳込み温度７００℃、鋳込み時間３〜５
秒、離型時間１５〜５０秒で行った。その結果、湯流れ
不足やひけもなく良好な鋳造を行え、鋳肌も良好であっ
た。

耐久性は５０回の鋳造後も型の損傷は全く見られず、な
お相当回数の鋳造が可能であった。

なお、本発明の耐久鋳型は、アルミニウム合金のほか、
Ｚｎ合金、均合金、Ｃｕ合金、普通（１６） 鋳鉄、ダクタイル鋳鉄などの鋳造に利用できる。

以上説明した本発明の第１発明によるときには、充分な
強度と耐久性を有しかつ鋳型面や鋳肌が良好な耐久鋳型
を提供でき、第２発明によるときにはさらに強度と寸法
安定性が高く、複雑形状−の製品に好適な耐久鋳型を提
供できる。さらに本発明の第３、第４発明によるときに
は、上記特性を備えた耐久鋳型を簡単な工程で安価かつ
能率よく製造できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る複合耐久鋳型の一例を示す斜視図
、第２図はその拡大断面図、第３図（、）は第２図にお
ける硬化シェル層の部分的拡大図、第３図（ｂ）は第２
図におけるバッキング層の部分的拡大図、第４図は本発
明の他の実施例を示す断面図、第５図ないし第７図は本
発明による複合耐久鋳型の製造過程を概略的に示す断面
図、第８図は本発明鋳型を用いた鋳造装置の一例を示す
断面図、第９図は本発明における焼成時間と圧縮強度の
関係を示すグラフ、第１０図は焼成時間と重量変化の関
係を示すグラフ、第１１図は鋼繊維を添加した場合の曲
げ強度と添加率との関係を示すグラフ、第１２図は鋼繊
維添加率と寸法変化の関係を示すグラフである。 １．１′・・・複合焼成体、２・・・硬化シェル層、３
・・・バッキング層。 特許出願人　中　川　威　雄 同　新東工業株式会社 （１９） ＝２５６＝ →”？””ｅＦ’ｌＱ　ｚ 毛 渇責菅・悠　苫 コピ ヤ覧−押？ ′ｔ ５←音ぜ支 ？ 一手一系売補正書（方式） １、事件の表示 昭和５８年特　許願第６２７８４号 ２、発明の名称　複合耐久鋳型及びその製造法３、補正
をする者 事件との関係　特　許出願人 中用威雄外１名 ６、補正の対象 図　面の浄書（内容に変更なし） 手続補正書 昭和５９年１月３０日 １、事件の表示 昭和５８年特　許願第６２７８４号 ２、発明の名称 複合耐久鋳型及びその製造法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 中　川　威　雄　外１名 自　発 ７、補正の内容　・− 補正内容 １１本願の特許請求の範囲の記載を以下のように訂正す
る。 「１．鉄系粉と耐火物粉の複合焼成体からなり、Ｖ−複
ム　が、型　を４む外　部に　化・分の分散したち密な
硬化層を有していることを特徴とする複合耐久鋳型。 ２、鉄系粉と耐火物粉及び鋼繊維の複合焼成体からなり
、蔭韮合焼成体が、酸化鉄分及び鋼繊りの分　したち・
な　化層を有していることを特徴とする複合耐久鋳型。 ３、鉄系粉と耐火物粉を骨材としこれに粘結材を重量配
合比で（１〜５）　：　（，１〜５）＝１に混合攪挿し
たスラリー状混合物を流し込み固化成形し、成形体を自
然乾燥又は／及び１次焼成後、酸化性雰囲気中で６００
〜１０００℃にて焼成することを特徴とする複合耐久鋳
型の製造法。 ４、鉄系粉と耐火物粉を骨材としこれに粘結材を重量配
合比で（１〜５）　：　（１〜５）：１に配合し、さら
にｉＩｌ繊維を１〜１０容積％添加して混合攪　１− オキしてスラリー状の混合物を得しめ、この混合物を流
し込み固化成形し、自然乾燥又は／及び１次焼成後、酸
化性雰囲気中で６００〜１０００℃にて所要時間焼成す
ることを特徴とする複合耐久鋳型の製造法。」 ２、本願明細書中、第４頁第７行目、第５頁第６行目、
同頁第７行目、同頁第９行目、同頁第１０行目、同頁第
１２行目、同頁第１５行目、同頁第１８行目、第６頁第
６行目、同頁第１９行目から第２０行目にかけて、第８
頁第１１行目、第９頁第２０行目から第１０頁第１行目
にかけて、第１２頁第２行目、同頁第７行目、同頁第１
１行目、同頁第１９行目から第２０行目にかけて、第１
３頁第１行目、同頁第１８行目、第１８頁第１５行目、
第１９頁第８行目に、「硬化シェル層」とるのをそれぞ
れ「硬化層」と訂正する。 ２−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鉄系粉と耐火物粉の複合焼成体からなシ、該混合複
   合焼成体が、型面を含む外周部に酸化鉄分の分散した緻
   密な硬化シェル層を有し、内部には未焼成混合物からな
   るバッキング層を有していることを特徴とする複合耐久
   鋳型。 ２、鉄系粉と耐火物粉及び鋼繊維の焼成体からなり、該
   混合複合焼成体が、型面を含む外周部に酸化鉄分及び鋼
   繊維の分散した緻密な硬化シェル層を有し、内部には鋼
   繊維により強化された未焼成混合物からなるバッキング
   層を有していることを特徴とする複合耐久鋳型。 ３、鉄系粉と耐火物粉を骨材としこれに粘結材を重量配
   合比で（１〜５）：（１〜５）：１に混合攪拌したスラ
   リー状混合物を流し込み固化成形し、成形体を自然乾燥
   又は／及び１次焼成後、酸化性雰囲気中で６００〜１０
   ００℃にて焼成することを特徴とする複合耐久鋳型の製
   造法。 ４、鉄系粉と耐火物粉を骨材としこれに粘結材を重量比
   で（１〜５）：（１〜５）＝１に配合し、さらに鋼繊維
   を１〜１０容量チ添加して混合攪拌してスラリー状の混
   合物を得しめ、この混合物を流し込み固化成形し、自然
   乾燥又は／及び１次焼成後、酸化性雰囲気中で６００〜
   １ｏｏｏ℃にて所要時間焼成することを特徴とする複合
   耐久鋳型の製造法。