TW201637751A - 消失模型鑄造方法 - Google Patents

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TW201637751A TW104136872A TW104136872A TW201637751A TW 201637751 A TW201637751 A TW 201637751A TW 104136872 A TW104136872 A TW 104136872A TW 104136872 A TW104136872 A TW 104136872A TW 201637751 A TW201637751 A TW 201637751A
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Abstract

本發明可鑄成直徑18mm以下且完工狀態良好之細孔。於下式中，係設塗佈於發泡模型(2)之塗模劑的厚度為t(mm)、孔洞部(3)的直徑為D(mm)、經乾燥之塗模劑的常溫抗彎強度為σc(MPa)。於鑄造具有直徑為18mm以下且長度為l(mm)之孔洞的鑄物時，使用於孔洞部(3)之周邊部處熔液之凝固終了的凝固終了時間te(秒)為塗模劑之熱分解終了的時間t0(秒)以內時，符合下式之塗模劑：σc≧{t0/(t0-te)}×(1.5×10-4×l2/t2+160/D2)。

Description

消失模型鑄造方法
本發明有關一種用以鑄造具有孔洞之鑄物的消失模型鑄造方法。
按，相對一般之砂模鑄造法尺寸精度更為優異之鑄物的鑄造方法，已開發的有例如包模鑄造法(別名：脫蠟法)、石膏鑄模鑄造法、以及消失模型鑄造法等等。
其中尤以消失模型鑄造法，被認為是最適於用以藉由鑄造而在鑄物之內部形成孔洞(此法稱為「鑄孔」)。此處，消失模型鑄造法係將於發泡模型之表面塗佈以塗模劑而成之鑄模埋於鑄砂之中後，在鑄模內注入金屬之熔液，令發泡模型消失而以該熔液置換之，藉而鑄造鑄物之方法。
專利文獻1揭示一種消失模型鑄造法，其係相應於模型之係數(模型之體積÷模型之表面積)而設定鑄造時之鑄造時間。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-110577號公報
且說此類消失模型鑄造法之中，於鑄造中(凝固進行中)，相對塗佈於發泡模型之孔洞部之表面之塗模劑、及填充於孔洞部之內部之鑄砂，來自周圍之熱負荷大且自熔液會有各種外力作用於其上。又，發泡模型之孔洞部，係藉由鑄孔而形成孔洞之部分。因此，如概念圖之第18圖所示，孔洞部23之孔洞端部23a或是中央部23b處之塗模劑24會有所損傷，以致會有熔液26滲出至孔洞部23內部所填充之鑄砂25之情事。特別是鑄成直徑18mm以下之細孔時，因塗模劑24發生損傷，會產生熔液26與鑄砂25熔黏之「熔傷」，以致難以形成完工狀態良好之細孔。
因此，通常直徑18mm以下且長度50mm以上之細孔並非利用鑄孔法，而是對於鑄物隨後以機械加工來開設細孔。或是，進行數次之試作，在決定塗模劑之材質或鑄造條件(注入熔液時之熔液溫度)後，再鑄成直徑18mm以下且長度50mm以上之細孔，但卻難以進行安定之製造。
本發明之目的係在提供一種可以良好之完工狀態鑄成直徑18mm以下之細孔的消失模型鑄造方法。
本發明係一種消失模型鑄造方法，其係將於發泡模型之表面塗佈塗模劑而成之鑄模埋入鑄砂之中後，於前述鑄模內注入金屬熔液，令前述發泡模型消失而與前述熔液置換，而據以鑄造具有直徑為18mm以下且長度為l(mm)之孔洞的鑄物；其特徵在於：若設塗佈於前述發泡模型之前述塗模劑的厚度為t(mm)、形成有前述孔洞之部分的前述發泡模型之孔洞部的直徑為D(mm)、經乾燥之前述塗模劑之常溫的抗彎強度為σc(MPa)時，使用於前述孔洞部之周邊部處前述熔液之凝固終了的凝固終了時間te(秒)為前述塗模劑之熱分解終了的時間t0(秒)以內時，符合下式之前述塗模劑：σc≧{t0/(t0-te)}×(1.5×10-4×l2/t2+160/D2)。
根據本發明，於鑄造具有直徑為18mm以下且長度為l(mm)之孔洞的鑄物時，使用於孔洞部之周邊部處熔液之凝固終了的凝固終了時間te(秒)為塗模劑之熱分解終了的時間t0以內時，符合上式之塗模劑。此處，塗模劑之高溫強度直接測定困難。然而，將塗模劑加熱至樹脂分解而形成燒結體之後又恢復至常溫之塗模劑的 抗彎強度，係降低至將塗模劑原狀乾燥後之樹脂黏結體之常溫抗彎強度之約1/7以下，基於此可推定樹脂分解尚未完全終了，亦即，尚未成為完全之燒結體的塗模劑的抗彎強度較完全成為燒結體之塗模劑的抗彎強度為高。作為樹脂黏結體之塗模劑的強度，常溫下為σc，伴隨著樹脂之熱分解之進行其會持續降低，當分解率為100%時成為0。但是，於孔洞部之周邊部處，若熔液之凝固終了的凝固終了時間te(秒)為塗模劑之熱分解終了之時間t0(秒)以內的話，塗模劑中將有作為樹脂黏結體之強度殘留。是以，若考慮於塗模劑中殘留之作為樹脂黏結體之強度，可獲得上式。因此，藉由使用符合上式之塗模劑，即便是鑄造具有直徑18mm以下之細孔的鑄物，也可使塗模劑不致損傷。藉此，鑄造時不會發生熔傷，可鑄成直徑為18mm以下、完工狀態良好之細孔。
1‧‧‧鑄模
2‧‧‧發泡模型
3‧‧‧孔洞部
3a‧‧‧孔洞端部
4‧‧‧塗模劑
5‧‧‧鑄砂
6‧‧‧熔液
23‧‧‧孔洞部
23a‧‧‧孔洞端部
23b‧‧‧中央部
24‧‧‧塗模劑
25‧‧‧鑄砂
26‧‧‧熔液
第1A圖係鑄模之俯視圖。
第1B圖係鑄模之側視圖。
第2圖係鑄模之側視圖。
第3圖係第2圖之A-A剖視圖。
第4圖係第2圖之重要部位B之放大圖。
第5圖係鑄模之側視圖。
第6圖係第5圖之C-C剖視圖。
第7圖係第5圖之重要部位D之放大圖。
第8圖係顯示加熱至樹脂分解後又恢復至常溫之塗模劑的抗彎強度與可鑄孔直徑的關係之圖。
第9圖係顯示鑄造中之塗模劑之溫度與塗模劑之強度的關係之圖。
第10圖係顯示鑄造中之塗模劑之溫度與塗模劑之強度的關係之圖。
第11A圖係鑄模模塊之俯視圖。
第11B圖係鑄模模塊之側視圖。
第12A圖係鑄模模塊之俯視圖。
第12B圖係鑄模模塊之側視圖。
第13A圖係鑄模模塊之俯視圖。
第13B圖係鑄模模塊之側視圖。
第14圖係用於凝固時間之解析的鑄模模塊之立體圖。
第15A圖係顯示孔洞部之周邊部的冷卻曲線之圖。
第15B圖係顯示孔洞部之周邊部的冷卻曲線之圖。
第15C圖係顯示孔洞部之周邊部的冷卻曲線之圖。
第16圖係顯示短邊T與凝固終了時間te的關係之圖。
第17圖係顯示短邊T與凝固終了時間te的關係之圖。
第18圖係利用消失模型鑄造法進行鑄造之概念圖。
以下，兹就本發明之較佳實施方式，參照圖面進行說明。
(消失模型鑄造方法)
根據本發明實施方式之消失模型鑄造方法，係將於發泡模型之表面塗佈塗模劑而成之鑄模埋入鑄砂(乾燥砂)之中後，於鑄模內注入金屬熔液，令發泡模型消失而與熔液置換，而鑄造具有直徑為18mm以下且長度為l(mm)之孔洞的鑄物之方法。此一消失模型鑄造方法，被認為是利用「鑄孔」來鑄造具有例如直徑18mm以下且長度100mm以上之細孔的鑄物之最適性方法。
消失模型鑄造方法具有：將金屬(鑄鐵)熔解而形成熔液之熔解步驟；將發泡模型成形之成形步驟；以及於發泡模型之表面塗佈以塗模劑而形成鑄模之塗佈步驟。而且，消失模型鑄造方法又具有：將鑄模埋於鑄砂之中並將鑄砂填充至鑄模之各個角落之造型步驟；藉由於鑄模內注入熔液(熔融金屬)，而將發泡模型熔解並與熔液置換之澆鑄步驟。此外，消失模型鑄造方法又具有將注入鑄模內之熔液冷卻而予形成為鑄物之冷卻步驟；以及將鑄物與鑄砂分離之分離步驟。
有關形成熔液之金屬，可使用灰口鑄鐵(JIS-FC250)或球狀石墨鑄鐵(JIS-FCD450)等。又，作為發泡模型，可使用發泡苯乙烯等之發泡樹脂。又，作為塗模 劑可使用二氧化矽系骨材之塗模劑等。又，作為鑄砂，可使用以SiO2為主成分之「矽砂」、鋯砂、鉻鐵礦砂、或合成陶瓷砂等。又，鑄砂中可添加黏結劑或硬化劑。
又，塗模劑之厚度宜為3mm以下。這是因為塗模劑之厚度若為3mm以上，則塗模劑之塗佈及乾燥有必要重複3次以上因而費工，而且厚度也易於變得不均一所致。
此處，於鑄造具有直徑為18mm以下且長度為l(mm)之孔洞的鑄物時，本實施方式中，於凝固終了時間te(秒)為時間t0(秒)以內時，係使用符合下式(1)之塗模劑。於此，凝固終了時間te(秒)，係發泡模型之孔洞部之周邊部處熔液之凝固終了的時間。又，時間t0(秒)，係塗模劑之熱分解終了的時間。又，發泡模型之孔洞部，係指藉由鑄孔而形成有孔洞之部分。
σc≧{t0/(t0-te)}×(1.5×10-4×l2/t2+160/D2)‧‧‧式(1)
於此，l係形成於鑄物之孔洞之長度(mm)，t係塗佈於發泡模型之塗模劑的厚度(mm)，D係發泡模型之孔洞部的直徑(mm)，σc係經乾燥之塗模劑之常溫抗彎強度(彎曲強度)(MPa)。
第1A圖係鑄模之俯視圖，第1B圖係鑄模之側視圖。如第1A圖及第1B圖所示，此處係考慮使用於長方體之發泡模型2之中央部，具有自上面以至下面貫通 而設之直徑為D(mm)且長度為l(mm)的孔洞部3之鑄模1，來鑄造具有直徑為18mm以下且長度為l(mm)的細孔之鑄物的情況。又，孔洞部3係設置成於其孔洞端部3a與發泡模型2的面之間形成角隅。亦即，孔洞端部3a處未經施予倒角等之加工。又，孔洞部3之直徑D係指夾著孔洞部3之中心線之孔洞部3的表面間之長度，並非孔洞部3之表面上所塗佈的塗模劑之表面間之長度。
於此，細孔之直徑宜為10mm以上。又，細孔之直徑更好的是18mm以下。這是因為，若是在直徑10mm之細孔的表面塗佈厚度3mm之塗模劑，則細孔之內側之空間的內徑將會成為4mm，而難以在細孔之內部置入鑄砂所致。
首先，根據基本之鑄造條件，預測發泡模型2之孔洞部3的表面所塗佈之塗模劑上作用之負荷。此處，在細孔沿鉛直方向設置之情況，孔洞部3之孔洞端部3a所塗佈之塗模劑上會有以下之外力作用。
(1)熔液之靜壓(σp)
(2)熔液之流動所造成之動壓(σm)
(3)塗模劑與熔液凝固時之熱收縮‧膨脹差(σthout)
(4)孔洞部3內之鑄砂與塗模劑之熱收縮‧膨脹差(σthin)
(5)發泡模型之燃燒所發生之氣體之壓力(Pgout)(σgout)
(6)發泡模型之燃燒所發生之氣體滯留於孔洞部3之內部所生之內壓(Pgin)(σgin)
因此，若設與熔液(熔融金屬)之溫度同等級之高溫下的塗模劑之強度(熱強度)為σb，而下式(2)成立的話，可在不發生塗模劑之損傷所造成之熔液與鑄砂的「熔傷」下進行「鑄孔」。
σb>σp+σm+σthout+σthin+σgout+σgin‧‧‧式(2)
以下，針對上述各外力進行研討。
(熔液之靜壓)
如鑄模1之側視圖即第2圖所示，若令發泡模型2消失而與熔液6置換，則發泡模型2之周圍填充之鑄砂5將會受到熔液6之靜壓。如第2圖之A-A剖視圖即第3圖所示，孔洞部3之表面所塗佈之塗模劑4將會在周向受到壓縮力。
此處，發泡模型2之周圍所填充之鑄砂5之量若是充分時，如第2圖之重要部位B之放大圖即第4圖所示，孔洞端部3a上所塗佈之塗模劑4中，熔液6之靜壓與來自鑄砂5之反作用力將會平衡。因此，可忽視孔洞部3之軸向之負荷。
另一方面，當孔洞部3之內部所填充之鑄砂5之量不夠充分時，孔洞端部3a處所塗佈之塗模劑4上將會有源自熔液6之靜壓(浮力)之彎曲應力作用。
此處，設孔洞部3之直徑為D(mm)，重力加速度為g、熔液6之密度為ρm(kg/mm3)。如此，熔液6之靜壓所造成之對於孔洞部3(半圓)之外力w(N/mm)若以平均壓頭差(熔液之澆注口與孔洞部3在鉛直方向高度之差)為h(mm)，可由次式(3)求得。又，熔液之澆注口係指較孔洞部為上方，開口於包圍發泡模型之鑄砂，且供熔液注入之部位。
w=ρmgh×∫(D/2sinθ×θ)dθ=ρmghD/2×∫sin2θdθ=ρmghD/2〔θ/2-sin2θ/4〕=(π/4)ρmghD‧‧‧式(3)
塗佈於孔洞部3之表面的厚度t(mm)之塗模劑4上作用之應力，若假定並無來自填充於孔洞部3內部的鑄砂5之反作用力而近似平板時，根據樑理論成為次式(4)之σc(MPa)。
此處，M係作用於孔洞部3兩端之力矩，I係半圓筒之截面2次力矩。
M=(π/48)ρmghDl2
I=Dt3/12
(熔液之流動所造成之動壓)
熔液之流動所造成之動壓，若以熔液之流動徐緩為前 提則可忽視。
(塗模劑與熔液凝固時之熱收縮‧膨脹差)
線膨脹率係以鑄鐵較鑄砂為大。因此，塗模劑與熔液凝固時之熱收縮‧膨脹差，將會對塗模劑之軸向賦予壓縮力。此一壓縮力雖可能成為塗模劑所形成之圓管因挫曲而破壞之原因，但可認為其小至可忽略之程度。又，塗模劑之周向之應力亦可忽略。
(孔洞部內之鑄砂與塗模劑之熱收縮‧膨脹差)
孔洞部3內之鑄砂或塗模劑，其溫度變化較熔液為小。因此，源自孔洞部3內之鑄砂與塗模劑之熱收縮‧膨脹差的影響，較塗模劑與熔液凝固時之熱收縮‧膨脹差為小，可予忽略。
(發泡模型之燃燒所發生之氣體之壓力)
如鑄模1之側視圖即第5圖所示，令發泡模型2消失而以熔液6置換時，填充於發泡模型2之周圍的鑄砂5，將會受到發泡模型2之燃燒所發生之氣體之壓力。
如第5圖之C-C剖視圖即第6圖所示，孔洞部3之表面上所塗佈之塗模劑4，會於周向受到壓縮力。然而，如第5圖之重要部位D之放大圖即第7圖所示，對於孔洞部3之軸向將會賦予下式(5)之拉張力。
又，如第7圖所示，發泡模型2之周圍所填充之鑄砂5之量若是充分時，氣體之壓力與來自鑄砂5之反作用力將會平衡，因此孔洞部3之軸向之負荷可忽略。
(發泡模型之燃燒所發生之氣體滯留於孔洞部之內部所生之內壓)
發泡模型2之燃燒所發生之氣體滯留於孔洞部3之內部所生之內壓，對於塗模劑產生式(6)之周向之應力、以及式(7)之軸向之應力。
σgin≒D×Pgin/t‧‧‧式(6)
σginz≒D×Pgin/(2t)‧‧‧式(7)
此處，孔洞部3之直徑D愈小則愈難鑄孔，因此可謂式(6)、式(7)所表示之外力之影響乃小至可忽略之程度。
由以上可知，鑄砂之填充量充分時，對於塗模劑之負荷小。然而，實際上來自鑄砂之反作用力並不充分，而在塗模劑上有源自熔液之靜壓的彎曲應力、以及發泡模型2之燃燒所發生之氣體的壓力所造成之軸向的拉張力作用。因此，塗模劑有必要具有能耐此等力之熱強度。是以，作為鑄孔條件，式(2)可利用式(4)與式(5)，而如同式(8)之方式般之近似。
σb>σp+σgout=(π/8)ρmghl2/t2+kPgout/D2+γ‧‧‧式(8)
此處，k為比例常數，γ=σm+σthout+σthin+σgin≒0。
式(8)係無鑄砂之反作用力時成立，為最嚴苛的條件。因之，若亦將鑄砂之反作用力加入而將各項置換為係數，則可設為如式(9)般之孔洞部3之直徑D與長度l及塗模劑之厚度t的函數。
σb>α‧l2/t2+β/D2‧‧‧式(9)
此處，塗模劑之熱強度難以直接測定。因此，代替塗模劑之熱強度σb(MPa)，係使用加熱至樹脂分解後又恢復至常溫之塗模劑的抗彎強度σn(MPa)。如此，基於加熱至樹脂分解後又恢復至常溫之塗模劑的抗彎強度、與孔洞部之可鑄孔直徑(可鑄孔徑)之關係係如第8圖所示。如此，基於此一關係，式(9)可以下式(10)表示
σn≧-0.36+140/D2‧‧‧式(10)
因此，藉由使用符合上式(10)之塗模劑，並將塗佈於發泡模型之塗模劑的厚度設為1mm以上，即便是鑄造具有直徑18mm以下且長度100mm以上之細孔的鑄物，也可使塗模劑無損傷。
(塗模劑的抗彎強度)
此處，上式(10)係利用與孔洞部之軸向正交之截面之短邊為100mm的鑄模而求得。又，孔洞部之周邊部處，於熔液之凝固終了之前，孔洞部之塗模劑成為燒結體。因此，為了使「熔傷」不發生，作為塗模劑之燒結體的熱強度，有必要超過浮力等外力之總合。
另一方面，於鑄模中，與孔洞部之軸向正交之截面之短邊(第1A圖之短邊T)若是變薄，則孔洞部之周邊部處至熔液之凝固終了之前所需之時間變短。此一情況下，可預想孔洞部之周邊部處熔液之凝固終了時，構成塗模劑之樹脂的分解並未完全終了，即尚未成為完全之燒結體。
如後所述，將塗模劑加熱至樹脂分解而形成燒結體之後又恢復至常溫之塗模劑的抗彎強度σn，係降低至將塗模劑原狀乾燥後之樹脂黏結體之常溫的抗彎強度σc之約1/7以下。基於此可推定，樹脂分解尚未完全終了，亦即，尚未成為完全之燒結體的塗模劑的抗彎強度，較完全成為燒結體之塗模劑的抗彎強度σn為高。
鑄造中之塗模劑之溫度與塗模劑之強度的關係係示於第9圖中。常溫(RT)下塗模劑的抗彎強度為σc，源自樹脂之骨材之結合力(作為樹脂黏結體之強度)決定塗模劑之強度。若藉由加熱而塗模劑之樹脂分解開始時，伴隨著樹脂之熱分解之進行，塗模劑之強度持續降低。而後，若樹脂分解完全終了，則塗模劑的抗彎強度將 會成為於形成為燒結體後又恢復至常溫(RT)之塗模劑的抗彎強度σn。
於孔洞部之周邊部處至熔液之凝固終了為止之時間若是較長之情況，如第9圖所示，於孔洞部之周邊部處，至熔液之凝固終了之前塗模劑之樹脂分解將完全終了，而塗模劑成為燒結體。第10圖係顯示鑄造中之塗模劑之溫度與塗模劑之強度的關係。如第10圖所示，孔洞部之周邊部處，至熔液之凝固終了為止之時間若是較短之情況下，可預想於孔洞部之周邊部處熔液之凝固終了之時點，塗模劑之樹脂分解尚未完全終了，即尚未成為完全之燒結體。而且，若是塗模劑尚未成為完全之燒結體，則可推定塗模劑中作為樹脂黏結體之強度殘留，其強度較已成為燒結體之塗模劑的抗彎強度σn為高。
因此，在塗模劑之熱分解終了之前，孔洞部之周邊部處熔液之凝固終了時，塗模劑中將會有作為樹脂黏結體之強度殘留。換言之，孔洞部之周邊部處熔液之凝固終了的凝固終了時間te(秒)為塗模劑之熱分解終了的時間t0(秒)以內時，塗模劑中將會有作為樹脂黏結體之強度殘留。而且，尚未成為完全之燒結體之塗模劑的抗彎強度，可推定為較已成為燒結體之塗模劑的抗彎強度σn為高。因此，可以說是以塗模劑中殘留有作為樹脂黏結體之強度者，塗模劑不易損傷而「熔傷」不易發生。
此處，用於塗模劑之樹脂的熱分解之反應速度式可以下式(11)表示。
kt=f(α)‧‧‧式(11)
此處，k為反應速度常數，t為反應時間(秒)，α為分解率，f(α)為分解率α之函數。
如是，孔洞部之周邊部處熔液之凝固終了時(t=te)的塗模劑之熱強度σb，可以下式(12)表示。
σb=g(α)=g(f-1(kte))=h(te)‧‧‧式(12)
此處，g(α)為決定分解率α之熱強度σb的函數。
h(te)可表為g(f-1)，因此熱強度σb成為至凝固終了之時間的函數。
此處，如後所述，塗模劑之熱分解終了之時間t0可近似成1600秒。孔洞部之周邊部處熔液之凝固終了的凝固終了時間te(秒)為塗模劑之熱分解終了之時間t0(秒)以內時，可以說是塗模劑中殘留有作為樹脂黏結體之強度，因此乃成為式(13)。
te≦t0≒1600(秒)‧‧‧式(13)
根據孔洞部之與軸向正交的截面之短邊為100mm之鑄模的試驗結果(詳如後述)而求取式(9)之α與β時，成為下式(14)般之情形。
σb>1.5×10-4×l2/t2+160/D2‧‧‧式(14)
若是塗模劑內之樹脂分解尚未終了時，即孔洞部之周邊部處熔液之凝固終了的凝固終了時間te為塗模劑之熱分解終了之時間t0以內時，使用作為樹脂黏結 體之塗模劑的抗彎強度σc，可將式(14)作如下式(15)般之近似。
kσc≧1.5×10-4×l2/t2+160/D2‧‧‧式(15)
此處，k係因樹脂分解狀況而變化之係數。
塗模劑之熱強度，於樹脂之分解率為0%時σb=σc，於分解率為100%時σb=0(實際上具有作為燒結體之強度)。若將式(12)假定為一次式，則成為式(16)。
k=1-te/t0‧‧‧式(16)
將式(16)代入式(15)則成為式(17)。藉由使用符合此式(17)之塗模劑，可使「熔傷」不致發生。
σc≧{t0/(t0-te)}×(1.5×10-4×l2/t2+160/D2)‧‧‧式(17)
又，若將式(13)代入式(17)，則成為下式(18)。
σc≧{1600/(1600-te)}×(1.5×10-4×l2/t2+160/D2)‧‧‧式(18)
又，鑄模之形狀不限為長方體，也可為三角柱或五角柱等之角柱狀或是圓柱狀。
又，鑄模之形狀為長方體時，如後所述，孔洞部之周邊部處熔液之凝固終了的凝固終了時間te，可以鑄模之孔洞部與軸向正交的截面之短邊T(參見第1A 圖)之函數表示。鑄造中使用一般之鑄砂時，孔洞部之周邊部處熔液之凝固終了的凝固終了時間te，可以式(19)近似。
te=-1.03×10-3T2+16.5T‧‧‧式(19)
若將式(19)代入式(17)，則成為式(20)。
σc≧t0/(t0+1.03×10-3T2-16.5T)×(1.5×10-4×l2/t2+160/D2)‧‧‧式(20)
又，若將式(19)代入式(18)，則成為式(21)。
σc≧1600/(1600+1.03×10-3T2-16.5T)×(1.5×10-4×l2/t2+160/D2)‧‧‧式(21)
(鑄孔評價)
其次，針對孔洞部之與軸向正交的截面之短邊T的長度不同之3個鑄模模塊(鑄模)，以鑄孔法所形成之細孔的長度為100mm時，使塗模劑、鑄砂、及孔洞部3之直徑分別相異化，評價能否鑄孔。3個鑄模模塊之尺寸、短邊T、長邊、高度依序分別為100(mm)×200(mm)×100(mm)、50(mm)×200(mm)×100(mm)、25(mm)×200(mm)×100(mm)。短邊T為100mm之鑄模模塊之俯視圖係示於第11A圖中，側視圖係示於第11B圖中。又，短邊T為50mm之鑄模模塊之俯視圖係示於第12A圖中，側視圖係示於第12B圖中。又，短邊T為 25mm之鑄模模塊之俯視圖係示於第13A圖中，側視圖係示於第13B圖中。又，塗模劑之種類係示於表1中。又，能否鑄孔之結果係示於表2中。又，此一評價係使用相同成分之灰口鑄鐵(JIS-FC250)，以相同之鑄造方法進行。
評價之結果可知，即便是相同種類之塗模劑與鑄砂之組合，仍是以鑄模模塊之短邊T愈薄愈易鑄孔。作為其理由可預想的是，若是鑄模模塊之短邊T變薄，則孔洞部之周邊部處熔液之凝固終了的凝固終了時間te變短，如此構成塗模劑之樹脂之分解將不會完全終了，即尚未成為完全之燒結體。
又，由表1可知，將塗模劑加熱至樹脂分解而成為燒結體之後又恢復至常溫時之塗模劑的抗彎強度σn，係降低至塗模劑原狀乾燥後之樹脂黏結體的常溫抗彎強度σc之約1/7以下。由此可知，樹脂分解尚未完全終了，亦即，尚未成為完全之燒結體之塗模劑的抗彎強度，可推定為較完全成為燒結體之塗模劑的抗彎強度σn高。
使用鑄造軟體JSCAST(Qualica公司)，求得鑄模模塊之短邊T相異化時之直徑為14mm之孔洞部的周邊之凝固時間。鑄模模塊之立體圖係示於第14圖中。鑄模模塊之長邊及高度分別設為100mm、200mm，鑄模模塊之短邊T分別相異化成100mm、50mm、25mm。又，鑄模模塊中，於高度方向之中央、上段(自上端面起50mm之位置)、下段(自下端面起50mm之位置)分別設置孔洞部。又，熔液係假定為灰口鑄鐵(JIS-FC250)，並提供其物性值。
短邊T為100mm之鑄模模塊中之孔洞部的周邊部之冷卻曲線係示於第15A圖中。又，短邊T為50mm之鑄模模塊中之孔洞部的周邊部之冷卻曲線係示於第 15B圖中。又，短邊T為25mm之鑄模模塊中之孔洞部的周邊部之冷卻曲線係示於第15C圖中。此處，測定部位之「孔洞中心」、「鑄物表層」、「鑄物第2層」，係於第14圖中分別表示之部位。藉由熔液凝固時之凝固潛熱，至熔液完全凝固為止，熔液之溫度和緩地下降。而且，於熔液完全凝固之後，熔液之溫度快速地下降。因此，冷卻曲線中之曲折點可考慮為凝固終了時間。
又，第14圖中，鑄模模塊也有受到來自高度方向之排熱的影響。因此，較之設於鑄模模塊之中央的孔洞部，以鑄模模塊之上段(自上端面起50mm之位置)及鑄模模塊之下段(自下端面起50mm之位置)分別設置之孔洞部凝固速度較快。
第14圖中之短邊T為100mm的鑄模模塊中所設之上下段之孔洞部、以及中央之孔洞部之凝固時間及能否鑄孔之結果係示於表3中。
此處，短邊T為100mm之鑄模模塊中使用的塗模劑不符合式(10)。然而，自表3所示之實驗結果可知，鑄模模塊之上下段之孔洞部的周邊之凝固時間未達 1600秒，可鑄成完工狀態良好之細孔。相對於此又可知，鑄模模塊之中段之孔洞部的周邊之凝固時間較1600秒為長，無法鑄成完工狀態良好之細孔。因此可知，即使不符合式(10)之條件，凝固速度快之上下段處可進行「鑄孔」。
依循以上之實驗結果，將短邊T與凝固終了時間te之關係示於第16圖中。由第16圖可知，凝固終了時間te為1600秒以上時，有必要符合式(10)之條件。基於此一事實可知，凝固終了時間te有必要為1600秒以內，因此塗模劑之熱分解終了之時間t0可以1600秒近似。
又，短邊T為100mm之鑄模模塊之中央的孔洞部係式(10)之成立界限(t0≒1600(秒))。因之，將表2所示之鑄孔試驗結果的代表例即塗模劑A之鑄孔界限(成為不能鑄孔之直徑8mm)及塗模劑B之直徑14mm的兩個條件分別代入式(9)中解連立方程式而求得α與β時，則成為式(14)。
σb>1.5×10-4×l2/t2+160/D2‧‧‧式(14)
塗模劑內之樹脂分解尚未終了時，即孔洞部之周邊的凝固終了時間te若為塗模劑之熱分解終了時間t0以內時，則使用作為樹脂黏結體之塗模劑的常溫抗彎強度σc，可獲得式(17)。又，若於式(17)中代入t0≒1600(秒)，可獲得式(18)。
σc≧{t0/(t0-te)}×(1.5×10-4×l2/t2+160/D2)‧‧‧式(17)
σc≧{1600/(1600-te)}×(1.5×10-4×l2/t2+160/D2)‧‧‧式(18)
因此可知，藉由使用符合式(17)或式(18)之塗模劑，即使鑄造具有直徑為18mm以下之細孔的鑄物，塗模劑也不致損傷。
又，使用前述數值解析結果，求取短邊T與鑄模模塊中央之孔洞部的周邊部之凝固終了時間te之關係。短邊T與凝固終了時間te之關係係示於第17圖中。作為計算條件，於鑄造中使用一般之鑄砂時，由第17圖可知，孔洞部之周邊部處熔液之凝固終了的凝固終了時間te，可以式(19)近似。
te=-1.03×10-3T2+16.5T‧‧‧式(19)
因此，將式(19)分別代入式(17)、式(18)中，可獲得式(20)及式(21)。
σc≧t0/(t0+1.03×10-3T2-16.5T)×(1.5×10-4×l2/t2+160/D2)‧‧‧式(20)
σc≧1600/(1600+1.03×10-3T2-16.5T)×(1.5×10-4×l2/t2+160/D2)‧‧‧式(21)
由此可知，藉由使用式(20)或式(21)之塗模劑，即使鑄造具有直徑為18mm以下之細孔的鑄物，仍可使塗模劑不致損傷。
(實施例)
其次，使用灰口鑄鐵(JIS-FC250)作為熔液，使用於50(mm)×100(mm)×200(mm)之長方體之發泡模型中配置自上面貫通至下面之長度100mm且直徑14mm之孔洞部而成的鑄模，據以鑄造具有細孔之鑄物。
於式(21)中代入T=50(mm)、l=100(mm)、D=14(mm)，再將表1之塗模劑B塗佈2次之標準厚度t=0.9(mm)代入，則右邊成為5.7。塗模劑B之常溫抗彎強度σc雖較4.4MPa為大，但也有5.7MPa以下之情況，因此無法鑄孔之可能性高。因此，藉由將塗模劑B塗佈3次而使厚度t形成為1.4mm，而符合式(21)。
於發泡模型3次塗佈塗模劑B進行鑄造之結果，可在不發生「熔傷」下將完工狀態良好之細孔予以鑄孔。
(效果)
如以上所述，根據本實施方式之消失模型鑄造方法，於鑄造具有直徑為18mm以下且長度為l(mm)之孔洞的鑄物時，使用於孔洞部之周邊部處熔液之凝固終了的凝固終了時間te(秒)為塗模劑之熱分解終了的時間t0以內時，符合上式(17)之塗模劑。此處，塗模劑之高溫強度直接測定困難。然而，將塗模劑加熱至樹脂分解而形成燒結體之後又恢復至常溫之塗模劑的抗彎強度，係降低至 將塗模劑原狀乾燥後之樹脂黏結體之常溫的抗彎強度之約1/7以下。基於此可推定樹脂分解尚未完全終了，亦即，尚未成為完全之燒結體的塗模劑的抗彎強度較完全成為燒結體之塗模劑的抗彎強度為高。作為樹脂黏結體之塗模劑的強度，常溫下為σc，伴隨著樹脂之熱分解之進行其會持續降低，當分解率為100%時成為0。但是，於孔洞部之周邊部，若熔液之凝固終了的凝固終了時間te(秒)為塗模劑之熱分解終了之時間t0(秒)以內的話，塗模劑中作為樹脂黏結體之強度殘留。是以，若考慮作為於塗模劑中殘留之作為樹脂黏結體之強度，可獲得上式(17)。因此，藉由使用符合上式(17)之塗模劑，即便是鑄造具有直徑18mm以下之細孔的鑄物，也可使塗模劑不致損傷。藉此，鑄造時不會發生熔傷，可鑄成直徑為18mm以下、完工狀態良好之細孔。
又，由於塗模劑之熱分解終了之時間t0為1600秒，因此孔洞部之周邊部處熔液之凝固終了之凝固終了時間te(秒)為1600秒以內時，塗模劑中將有作為樹脂黏結體之強度殘留。因此，此時藉由使用符合上式(18)之塗模劑，可使塗模劑不致損傷。
又，孔洞部之周邊部處熔液之凝固終了的凝固終了時間te，可作為鑄模中之孔洞部的與軸向正交之截面的短邊T之函數而以上式(19)表示。因此，符合此一關係時，藉由使用符合上式(20)、式(21)之塗模劑，可使塗模劑不致損傷。
以上，雖就本發明之實施方式進行了說明，然其無非為具體例之例示，並無特別限定本發明之意義，有關其具體構成等係可適宜地作設計變更。又，發明之實施方式中所記載之作用及效果，無非是列舉由本發明所產生之最適性作用以及效果，本發明之作用及效果，並不受本發明之實施方式中所記載者之限定
1‧‧‧鑄模
2‧‧‧發泡模型
3‧‧‧孔洞部
3a‧‧‧孔洞端部
l‧‧‧長度
D‧‧‧直徑

Claims (3)

  1. 一種消失模型鑄造方法，其係將於發泡模型之表面塗佈塗模劑而成之鑄模埋入鑄砂之中後，於前述鑄模內注入金屬熔液，令前述發泡模型消失而與前述熔液置換，而據以鑄造具有直徑為18mm以下且長度為l(mm)之孔洞的鑄物；其特徵在於：若設塗佈於前述發泡模型之前述塗模劑的厚度為t(mm)、形成有前述孔洞之部分的前述發泡模型之孔洞部的直徑為D(mm)、經乾燥之前述塗模劑之常溫的抗彎強度為σc(MPa)時，使用於前述孔洞部之周邊部處前述熔液之凝固終了的凝固終了時間te(秒)為前述塗模劑之熱分解終了的時間t0(秒)以內時，符合下式之前述塗模劑：σc≧{t0/(t0-te)}×(1.5×10-4×l2/t2+160/D2)
  2. 如申請專利範圍第1項之消失模型鑄造方法，其中前述塗模劑之熱分解終了之時間t0為1600秒。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之消失模型鑄造方法，其中前述鑄模之形狀為長方體，若設前述鑄模中之前述孔洞部之與軸向正交的截面之短邊為T，則符合下式：te=-1.03×10-3T2+16.5T。
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