JPS6372466A - 鋳造方法およびその鋳型構造 - 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】 本発明は鋳造方法およびその鋳型構造に関し、一層詳細
には、キャビティを画成する砂型と前記砂型を支持する
金型とで鋳型を構成し、この鋳型内に溶湯を注入して加
圧すると共に前記砂型を介して排気を行うことにより鋳
造欠陥のない良質な製品を得ることの出来る鋳造方法お
よびその鋳型構造に関する。

自動車等のエンジン部を構成するシリンダヘッドのよう
に、形状が複雑でしかも高精度を要する製品の形成方法
として圧力鋳造法がある。

この方法では、例えば、アルミニウム合金等の軽金属か
らなる溶湯を鋳型内に注入して加圧しているため、複雑
な形状の製品を得ることが出来る。

ところで、従来の圧力鋳造法が適用される鋳型は製品に
対応したキャビティを金属製の金型で画成しているため
、前記金型内に溶湯を注入した場合に前記溶湯の熱が金
型によって大量に吸収されてしまう。特に、製品の薄肉
部を構成する部分に注入された溶湯は前記金型に接触す
ることによりその温度が急激に低下してしまう。

この結果、鋳型内の深部まで溶湯が到達しなかったり、
あるいは鋳造された製品の表面に湯皺等の発生する虞が
ある。また、金型が溶湯の熱によって膨張することでキ
ャビティの間隙が減少し、湯回り不良が発生すると共に
前記キャビティ内に発生するガスの排気機能が低下し、
このガスの製品内への巻き込み等による鋳造欠陥が生じ
るという欠点が指摘されている。

一方、鋳型として比熱の小さい砂型を前記金型の代わり
に用いれば、溶湯の温度低下、湯回り不良等を最小限に
抑制することが可能となる。

然しなから、複雑な形状の製品を形成する圧力鋳造法で
は、前記溶湯に対してその注入時および凝固時に圧力を
負荷しているため、前記砂型が崩壊したり、あるいはそ
の位置がずれる虞があり、高精度を必要とする製品の形
成には不適当である。

本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、製品を成形するための鋳型を砂型で形成すると
共に前記砂型を金型によって支持した後、前記砂型内に
溶湯を注入して加圧することにより鋳造欠陥のない良質
で高精度な製品を形成することの出来る鋳造方法および
その鋳型構造を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る方法は砂型
によって製品に対応するキャビティを画成し、次いで、
前記砂型を金型により支持した後、前記キャビティに溶
湯を注入し、さらに、前記溶湯を加圧することを特徴と
する。

また、本発明に係る装置は溶湯の圧入されるキャビティ
を画成する砂型と、前記砂型を支持する金型と、前記金
型を介して前記砂型に連通し気体を外部に排出する排気
路とを具備することを特徴とする。

次に、本発明に係る鋳造方法およびその鋳型構造につき
好適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳
細に説明する。

第１図において、参照符号１０は本発明に係る鋳型を用
いて鋳造された自動車のエンジン部を構成するシリンダ
ヘッドを示す。この場合、シリンダヘッド１０は図示し
ないシリンダブロックに連結されるシリンダ室１２を有
し、このシリンダ室１２にはインレフトバルブ１４を介
して燃料ガスを供給する吸気路１６が連通される。また
、前記シリンダ室１２にはエキシストバルブ１８を介し
て排気ガスを外部に排出する排気路２０が連通される。

ここで、インレフトバルブ１４のステム部１４ａはシリ
ンダヘッド１０の外部と吸気路１６との間に画成された
孔部２２にバルブガイド２４を介して挿通される。また
、インレットバルブ１４の傘部１４ｂは吸気路１６とシ
リンダ室１２とを連通ずる開口部２６にバルブシート２
８を介して係合する。同様に、エキシストパルプ１８の
ステム部１８ａはシリンダへ・７ド１０の外部と排気路
２０との間に画成された孔部３０にバルブガイド３２を
介して挿通される。エキシストパルプ１８の傘部１８ｂ
は排気路２０とシリンダ室１２とを連通ずる開口部３４
にバルブシート３６を介して係合する。なお、シリンダ
ヘッド１０の中、シリンダ室１２の周囲およびインレッ
トバルブ１４、エキシストバルブ１８間にはシリンダヘ
ッド１０を冷却するためのウォータジャケラ）３８ａ乃
至３０ｄが画成される。この場合、前記ウォータジャケ
ット３８ａ乃至３８ｄは相互に連通しており、これらの
中に冷却水が流入される。

次に、第２図において、参照符号４０は第１図に示すシ
リンダヘッド１０を鋳造するための鋳型を示す。この鋳
型４０はシリンダヘッド１０を形成するためのキャビテ
ィを画成する砂型４２ａ乃至４２ｎと、所定の砂型４２
ａ乃至４２ｎに当接してそれらを支持する金型４４ａ乃
至４４ｅと、これらの砂型４２ａ乃至４２ｎおよび金型
４４ａ乃至４４ｅの外周部を囲繞する下型４６、上型４
８、摺動型５０および５２とから基本的に構成される。

この場合、砂型４２ａおよび４２ｄ乃至４２ｊはシリン
ダヘッド１０の外周部およびシリンダ室１２を形成する
と共に溶湯の通路としてのランナ部５３ａ、５３ｂを形
成する。また、砂型４２ｂ、４２Ｃは吸気路１６および
排気路２０を形成し、さらに゛、砂型４２に乃至４２ｎ
はウォータジャケット３８ａ乃至３８ｄを形成する。

なお、砂型４２２乃至４２ｎは、図では示されていない
が、リング状に構成することで一体的に形成される。

一方、上型４８、摺動型５０および５２には各金型４４
ａ乃至４４ｅに指向して排気管５４ａ乃至５４ｅが挿通
される。これらの排気管５４ａ乃至５４ｅは前記金型４
４ａ乃至４４ｅ内に穿設された排気路５５ａ乃至５５ｅ
を介して砂型４２ａ乃至４２ｎに連通ずる。

また、上型４８からシリンダヘッド１０の孔部２２およ
び３０にかけて冷却用の冷し金５６および５８が配置さ
れる。この場合、砂型４２には前記冷し金５６によって
支持される。さらに、下型４６から砂型４２ｍ、４２ｎ
間にかけて位置決めピン６０が配置される。この位置決
めピン６０は一体的に形成される砂型４２１乃至４２ｎ
を支持する。

次に、以上のように構成される鋳型４０を用いてシリン
ダヘッド１０を形成する方法につき説明する。

先ず、砂型４２ａ乃至４２ｎを所定の成形用金型を用い
て形成する。この場合、砂型４２ａ乃至４２ｎの素材と
しては、例えば、ジルコンサンドが用いられる。次いで
、前記砂型４２ａ乃至４２ｒｌを乾燥、焼成した後、そ
の表面に通気性を有するコーティング剤をディッピング
によりコーティングすることでコーティング層を形成す
る。

ここで、前記コーティング剤としては、例えば、次の表
に示す材料を所定の重量％で混合し、その粘度を３０乃
至４０ＣＰに調整したものを用いると好適である。

表 このようにしてコーティング層が形成された砂型４２ａ
乃至４２ｎは、第２図に示すように、鋳型４０内の所定
部位に配置される。この場合、砂型４２ａから４２ｂ、
４２ｃにかけて冷し金５６および５８が挿入され、また
、砂型４２ｊから４２Ｊ乃至４２ｎにかけて位置決めピ
ン６０が挿入される。そして、砂型４２ｋが前記冷し金
５６によって支持され、また、一体内に形成される砂型
４２１乃至４２ｎが位置決めピン６０によって支持され
る。

さらに、前記冷し金５６および５８によって画成される
シリンダヘッド１０の孔部２２．３０に対応する部位に
は繊維成形体からなるバルブカイト２４および３２が配
設される。同様に、砂型４２ｂおよび４２ｃによって画
成される吸気路１６、排気路２０の開口部２６．３４に
対応する部位にも繊維成形体からなるバルブシート２８
および３６が配設される。

ここで、前記繊維成形体はアルミナ繊維、シリカ繊維、
窒化珪素繊維等の無機繊維から構成され、シリンダヘッ
ド１０を構成するアルミニウム合金と結合して強化複合
層を形成するものである。なお、本実施例では、平均直
径３乃至４μｍ、長さ０．５鵬墓のアルミナ繊維にバイ
ンダとしてシリカゾルを混入した繊維成形体を用い、吸
引付着成形法により形成している。

次いで、これらの砂型４２ａ乃至４２ｎおよび金型４４
ａ乃至４４ｅに対して下型４６、上型４８、摺動型５０
および５２の型締めを行う。この場合、上型４８、摺動
型５０および５２には排気管５４ａ乃至５４ｅが挿通さ
れており、これらの排気管５４ａ乃至５４ｅが金型４４
ａ乃至４４ｅ内に穿設された排気路５５ａ乃至５５ｅに
連通ずる。

以上のようにして組み上げられた鋳型４０内に溶解炉か
ら７３０乃至７８０℃のアルミニウム合金よりなる溶湯
を０．０８乃至０．３ｍ／ｓｅｃの充填速度および圧力
１０乃至５０ｋｇ／ａａで注入し、キャビティ内に前記
溶湯が略充填された後、この溶湯をさらに１００乃至２
５０ｋｇ／ｃ１１まで加圧し、この加圧状態下において
溶湯を完全凝固させる。

この場合、繊維成形体からなるバルブガイド２４．３２
およびバルブシート２８．３６の一部が前記溶湯の熱に
よって溶融し、シリンダヘッド１０の孔部２２．３０お
よび開口部２６．３４の周壁部に繊維強化複合層が形成
される。なお、シリンダヘッド１０を構成する他の部位
は溶湯の加圧によって緻密化され、極めて良質な組織が
形成される。

また、シリンダヘッド１０を構成するキャビティは砂型
４２ａ乃至４２ｎによって画成されているため、アルミ
ニウム合金からなる溶湯を比較的低速度で鋳型４０内に
充填した場合であっても前記砂型４２ａ乃至４２ｎによ
って溶湯の熱が大量に奪われる虞がない。従って、急激
な温度低下による湯回り不良、湯皺等の発生が最小限に
抑制され、極めて良質な製品を得ることが出来る。

さらに、鋳型４０内に注入された溶湯はその凝固時にガ
スを発生するが、このガスは通気性のあるコーティング
層を介して砂型４２ａ乃至４２ｎから金型４４ａ乃至４
４ｄに到達し、次いで、前記金型４４ａ乃至４４ｅに穿
設された排気路５５ａ乃至５５ｅより排気管５４ａ乃至
５４８を介して鋳型４０の外部に排出される。従って、
前記溶湯からのガスによる湯回り不良、当該ガスの巻き
込み等による鋳造欠陥等の発生することがない。

なお、砂型４２ａ乃至４２ｎの外周部は金型４４ａ乃至
４４ｅによって支持されると共に、冷し金５６および位
置決めピン６０によって中子である砂型４２に乃至４２
ｎの位置が保持されているため、溶湯の充填時および前
記溶湯の凝固時に発生する圧力に対して砂型４２ａ乃至
４２ｎが崩壊したり位置ずれを起こす虞がなく、従って
、極めて高精度な製品が成形されることになる。また、
シリンダヘッドｌＯの厚肉部には冷し金５６および５８
が挿入されているため、前記厚肉部における溶湯の冷却
速度が他の薄肉部の冷却速度に接近し、ひけ巣や空孔等
が発生することもない。

このようにして溶湯が凝固した後、鋳型４０が型開きさ
れ、砂型４２ａ乃至４２ｎおよびランナ部５３ａ、５３
ｂを除去することでシリンダヘッド１０が完成する。な
お、前記砂型４２ａ乃至４２ｎの外周部にはコーティン
グ層が形成されているため、砂型４２ａ乃至４２ｎとシ
リンダヘッド１０との離型が容易であり、且つ極めて良
好な鋳肌が得られる。

以上のように、本発明によれば、キャビティを砂型によ
り形成すると共に前記砂型を金型によって支持し、前記
砂型内に溶湯を注入加圧することにより当該製品を形成
している。従って、溶湯が急激に冷却されることがない
ため、キャビティ内の湯回り不良、湯皺等の鋳造欠陥が
発生せず、極めて良質な製品を鋳造することが出来る。

また、前記砂型は金型によって支持されているため、溶
湯の注湯時および凝固時に発生する圧力に対して当該砂
型が位置ずれしたり崩壊したりすることがなく、従って
、極めて精度の高い製品を得ることが出来る。さらに、
溶湯から発生するガスは砂型から前記金型に形成した排
気路を介して外部に排出されるため、前記ガスによる鋳
造欠陥が発生することもない。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに
設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る鋳造方法および鋳型によって形成
されるシリンダヘッドの断面説明図、第２図は本発明に
係る鋳造方法が適用される鋳型の断面説明図である。 １０・・・シリンダヘッド　　２４・・・バルブガイド
２８・・・バルブシート３２・・・バルブガイド３６・
・・バルブシート４０・・・鋳型４２ａ〜４２ｎ・・・
砂型　　　４４ａ〜４４ｅ・・・金型４６・・・下型　
　　　　　　４８・・・上型５０．５２・・・摺動型　
　　　５４ａ〜５４ｅ・・・排気管５６．５８・・・冷
し金　　　　６０・・・位置決めビンＦＩＧ、１

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）砂型によって製品に対応するキャビティを画成し
   、次いで、前記砂型を金型により支持した後、前記キャ
   ビティに溶湯を注入し、さらに、前記溶湯を加圧するこ
   とを特徴とする鋳造方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の方法において、溶湯
   に接触する砂型の外周部に通気性のコーティング層を形
   成した後、キャビティ内に溶湯を注入してなる鋳造方法
   。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載の方法において、キャ
   ビティの所定部位に繊維成形体を配設した後、前記キャ
   ビティに溶湯を注入してなる鋳造方法。
4. （４）溶湯の圧入されるキャビティを画成する砂型と、
   前記砂型を支持する金型と、前記金型を介して前記砂型
   に連通し気体を外部に排出する排気路とを具備すること
   を特徴とする鋳型構造。
5. （５）特許請求の範囲第４項記載の鋳型構造において、
   製品の厚肉部に対応するキャビティには溶湯を冷却する
   冷し金が挿入されてなる鋳型構造。
6. （６）特許請求の範囲第４項記載の鋳型構造において、
   砂型からなる中子が位置決めピンにより支持されてなる
   鋳型構造。