TWI628015B

TWI628015B - Disappearing model casting method

Info

Publication number: TWI628015B
Application number: TW104126387A
Authority: TW
Inventors: 堤一之; 高川優作
Original assignee: 神戶製鋼所股份有限公司
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2018-07-01
Also published as: JP2016041444A; KR101929134B1; DE112015003812T5; DE112015003812B4; KR20170044135A; WO2016027672A1; JP6470141B2; CN106573295B; CN106573295A; US20170239711A1; US9862022B2; TW201628734A

Abstract

本發明提供一種可以良好之完工狀態鑄成直徑18mm以下且長度50mm以上之細孔的消失模型鑄造方法。本發明消失模型鑄造方法，其特徵為此一方法包括：將於具有直徑為D(mm)之孔洞部的發泡模型之表面塗佈1mm以上厚度之塗模劑而成之鑄模，埋入鑄砂之中之步驟；於上述鑄模內注入金屬熔液，令上述發泡模型消失而與上述熔液置換之步驟；以及藉由將上述熔液予以冷卻，而形成具有直徑18mm以下且長度50mm以上之細孔的鑄物之步驟；且若設構成上述塗模劑之樹脂加熱至分解後再恢復至常溫之上述塗模劑的抗彎強度(彎曲強度)為σc(MPa)時，符合以下之式(0)及式(1)：2<D≦19.7‧‧‧式(0) σc≧-0.36+140/D²‧‧‧式(1)。

Description

消失模型鑄造方法

本發明有關一種用以鑄造具有細孔之鑄物的消失模型鑄造方法。

按，作為與一般之砂模鑄造相比較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，最適於用以藉由鑄造而在鑄物之內部形成孔洞(稱為「鑄孔」)。消失模型鑄造法之程序，首先係於發泡模型之表面塗佈以塗模劑而獲得鑄模。其次，將此一鑄模埋於鑄砂之中後，藉由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。而後，藉由將該熔液鑄造(凝固)而獲得鑄物。

有關揭示上述消失模型鑄造法之先行文獻，可擧出的是例如專利文獻1。專利文獻1所揭示之消失模型鑄造法，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。根據此一消失模型鑄造法，可將鑄造時間正確且高精度地設定。

第15圖係利用消失模型鑄造法進行鑄孔之概略剖視圖。利用消失模型鑄造法進行鑄孔之情形乃如第15圖所示，係在設有孔洞部23之發泡模型22之表面塗佈以塗模劑24而製作鑄模21。此一孔洞部23係相當於利用鑄孔而形成細孔之部分。藉由將此一鑄模21埋入鑄砂25之中，而在鑄模21之外周及孔洞部23中配置以鑄砂25。然後，於鑄模21內注入金屬之熔液，將發泡模型22以熔液置換。最後，藉由將此一熔液鑄造(凝固)而獲得鑄物。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2011-110577號公報

上述鑄造中(凝固進行中)，相對塗佈於孔洞部23之表面之塗模劑24、及填充於孔洞部23之內部之鑄砂25，會有來自周圍之熔液之熱負荷及各種外力作用於其上。因此乃如第15圖所示，孔洞部23之孔端部23a或是中央部23b處之塗模劑24會有所損傷，以致會有熔液滲出至孔洞部23內之鑄砂25而造成熔傷之情事。熔傷係指熔液與鑄砂25熔黏。特別是作為孔洞部23鑄成直徑18mm以下之細孔時，塗模劑24易於損傷。若發生熔傷，則細孔之完工狀態將變得不甚良好。

為了避免上述熔傷，通常直徑18mm以下且長度50mm以上之細孔遂不以鑄孔法形成，而是在鑄物形成後以機械加工予以形成。或是，以消失模型鑄造法進行數次之試作，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，再製作具有直徑18mm以下且長度50mm以上之細孔之鑄物。然而，後者之製造方法難以安定地製造鑄物。

又，孔洞部以相對水平方向成角度θ之方式配置於發泡模型時，塗佈於孔洞部的表面之塗模劑上將有彎曲應力作用。此一情況下，將更難以形成完工狀態良好之細孔。

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以下且長度50mm以上之細孔的消失模型鑄造方法。

本發明消失模型鑄造方法之特徵為包括：將於具有直徑為D(mm)之孔洞部的發泡模型之表面塗佈1mm以上厚度之塗模劑而成之鑄模埋入鑄砂之中之步驟；於上述鑄模內注入金屬熔液，令上述發泡模型消失而與上述熔液置換之步驟；以及藉由將上述熔液予以冷卻，而形成具有直徑18mm以下且長度50mm以上之細孔的鑄物之步驟；若設構成上述塗模劑之樹脂加熱至分解後再恢復至常溫之上述塗模劑的抗彎強度為σc(MPa)時，符合以下之式(0)及式(1)：2<D≦19.7‧‧‧式(0) σc≧-0.36+140/D²‧‧‧式(1)。

1‧‧‧鑄模

2‧‧‧發泡模型

3‧‧‧孔洞部

3a‧‧‧孔端部

4‧‧‧塗模劑

4a‧‧‧端部

5‧‧‧鑄砂

6‧‧‧熔液

11‧‧‧鑄模

12‧‧‧發泡模型

13‧‧‧孔洞部

14‧‧‧孔洞部

21‧‧‧鑄模

22‧‧‧發泡模型

23‧‧‧孔洞部

23a‧‧‧孔端部

23b‧‧‧中央部

24‧‧‧塗模劑

25‧‧‧鑄砂

D‧‧‧直徑

l‧‧‧長度

第1A圖係實施方式之消失模型鑄造方法中所用之鑄模之俯視圖。

第1B圖係實施方式之消失模型鑄造方法中所用之鑄模之側視圖。

第2圖係發泡模型以熔液置換後之鑄模之剖視圖。

第3圖係第2圖之III-III剖視圖。

第4圖係第2圖之重要部位IV之放大圖。

第5圖係表示熔液之靜壓所造成之彎曲應力的朝向之鑄模之剖視圖。

第6圖係表示由於彎曲應力作用於塗模劑之端部而孔洞部變形後之狀態的鑄模之剖視圖。

第7圖係表示發泡模型之燃燒所產生之氣體之壓力的朝向之鑄模之剖視圖。

第8圖係第7圖之VIII-VIII剖視圖。

第9圖係第7圖之重要部位IX之放大圖。

第10圖係表示經乾燥之塗模劑於常溫下之抗彎強度與鑄孔可能直徑的關係之標繪圖。

第11圖係表示加熱至樹脂分解後再恢復至常溫之塗模劑之抗彎強度與鑄孔可能直徑的關係之標繪曲線圖。

第12圖係表示孔洞部之直徑與因浮力(熔液之靜壓)而在塗模劑之端部發生之應力的關係之標繪圖。

第13A圖係實施例1之鑄模之俯視圖。

第13B圖係實施例1之鑄模之側視圖。

第13C圖係第13B圖之鑄模自E方向觀察之側視圖。

第14圖係實施例1之鑄模之孔洞部以相對水平方向成角度θ之方式配置該孔洞部時之狀態的鑄模之側視圖。

第15圖係利用消失模型鑄造法進行鑄孔之概略剖視圖。

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)

本實施方式之消失模型鑄造方法，包括：將於具有直徑為D(mm)之孔洞部的發泡模型之表面塗佈1mm以上厚度之塗模劑而成之鑄模埋入鑄砂之中之步驟；於上述鑄模內注入金屬熔液，令上述發泡模型消失而與上述熔液置換之步驟；以及藉由將上述熔液予以冷卻，而形成具有直徑18mm以下且長度50mm以上之細孔的鑄物之步驟。

第1A圖及第1B圖，係用於本實施方式之消失模型鑄造方法中之鑄模之俯視圖及側視圖。此一消失模型鑄造方法，藉由使用第1A圖及第1B圖所示之鑄模1，而可鑄造具有直徑18mm以下且長度50mm以上之細孔的鑄物。

本實施方式之消失模型鑄造方法，除上述各步驟以外，另具有：將金屬(鑄鐵)熔解而形成熔液之步驟；將發泡模型成形之步驟；於發泡模型之表面塗佈以塗模劑而形成鑄模之步驟；以及將鑄物與鑄砂分離之步驟。

有關形成熔液之金屬，可使用灰口鑄鐵(JIS-FC250)或片狀石墨鑄鐵(JIS-FC300)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。

鑄模1係如第1A圖及第1B圖所示，具有：長方體之發泡模型2、以及塗佈於該發泡模型2的表面之塗模劑4。發泡模型2具有自其上面之中央部朝下面之中央部貫通之孔洞部3。孔洞部3係相當於利用鑄孔法而在鑄物形成直徑18mm以下且長度50mm以上之細孔的部分。孔洞部3係如第1A圖所示，於俯視鑄模1下為直徑D(mm)之大致圓形，孔洞部3之長度為l(mm)。又，孔洞部3之直徑D係如第1B圖所示，其並非孔洞部3之表面塗佈之塗模劑4的表面彼此連結成之直徑之長度，而是發泡模型2之表面彼此連結成之直徑之長度。孔洞部3之上端近傍及下端近傍未被施以倒角等之加工(未被形成漸細)，發泡模型2之上下面與孔洞部3之表面係成帶有稜角狀。

由上述孔洞部3所形成之細孔之直徑宜為10mm以上且18mm以下。孔洞部3之直徑D若未達10mm之情況下，若是於孔洞部3塗佈以厚度3mm之塗模劑4，則孔洞部3之內側空間之直徑將會成為未達4mm，因此孔洞部3之內側空間中將難以置入鑄砂。孔洞部3之長度l更好的是50mm以上。孔洞部3之長度l若是未達50mm，則孔洞部3之直徑為18mm時，孔洞部3之長度l與直徑D之比(l/D)將會成為3以下，因此即使是不採用本實施方式之消失模型鑄造方法，也能以一般之鑄造方法鑄成細孔。塗模劑4之厚度宜為1mm以上且3mm以下。這是因為塗模劑4之厚度若是超過3mm，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。又，孔洞部3之直徑D及塗模劑4之厚度符合以下之式(0)及式(1)。

2<D≦19.7‧‧‧式(0)

σc≧-0.36+140/D²‧‧‧式(1)

此處，式(0)中，孔洞部之直徑D若是未達2mm，則將無法塗佈1mm以上之厚度之塗模劑。另一方面，孔洞部之直徑D若是超過19.7mm，則不易形成直徑18mm以下之細孔。式(1)中，σc係構成塗模劑之樹脂加熱至分解後再恢復至常溫之塗模劑之抗彎強度(彎曲強度)(MPa)。又，上述式(1)係基於塗模劑之厚度為1mm、孔洞部之長度l為100mm之情況下之實驗結果所得之數學式，適用於將100mm以下長度之細孔形成於鑄物之情況。

此處，塗模劑之抗彎強度係指彎曲強度，亦可稱為抗彎力。塗模劑之抗彎強度係基於彎曲試驗中試驗片破壞為止之最大荷重所算出之彎曲應力的值，其係採用以下之方法所測定之值。首先，將塗模劑流入鑄模中，以室溫或25℃下令塗模劑作12小時以上之自然乾燥。其次，以50℃之恆溫乾燥機將塗模劑乾燥2小時以上後，切成50mm×10mm、厚度2±0.5mm大小之測定用試驗片。相對此一測定用試驗片與鑄模接觸之面，使用抗彎試驗機令其負荷0.05~0.1N/s之荷重，並使用支點間距離40mm且支點前端形狀為R1.5mm之試驗用治具，根據中央集中荷重方式而以3點彎曲試驗測定抗彎力。於此試驗後，以包含中央及兩端之3個部位以上測定試驗片之破斷面之厚度，根據其平均值算出塗模劑之抗彎強度(MPa)。與上述相同地製作測定用試驗片2片，並依相同之手法進行3點彎曲試驗3次，將所得之抗彎強度之平均值作為塗模劑之抗彎強度。

上述「樹脂加熱至分解」，係指構成塗模劑之樹脂加熱至該樹脂之玻璃轉移溫度(Tg)以上之溫度。藉由符合上述式(1)，且將塗模劑之厚度設為1mm以上，可在不損傷塗模劑下，鑄造具有直徑18mm以下且長度50mm以上之細孔的鑄物。

又，孔洞部3之軸心相對水平方向所成之角度θ，較佳的是根據熔液之密度、孔洞部與熔液之澆注口在鉛直方向之高度差、及塗模劑之材質與厚度而決定。具體而言，孔洞部3之長度設為l(mm)、熔液之密度設為ρ_m(kg/mm³)、孔洞部之平均密度設為ρ_d(kg/mm³)、重力加速度設為g時，係以符合下式(2)之方式配置上述孔洞部。

cos² θ≦0.04/{(ρ _m-ρ _d)g}×D/l²‧‧‧式(2)

此外，孔洞部之平均密度ρ_d，係藉由將孔洞部之內部所填充之鑄砂的密度ρ、與孔洞部之表面所塗佈並乾燥之塗模劑的密度ρ_c分別根據其厚度加權平均而算出之值。又，熔液之澆注口係指熔液被注入之部位，具體而言，其較孔洞部為上方且為包圍發泡模型之鑄砂所開口的部分。

此處，將具有沿鉛直方向延伸之細孔的鑄物予以鑄造時，塗模劑4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為σb，而下式(3)成立的話，可在塗模劑無損傷下鑄孔。

σb>σp+σm+σthout+σthin+σgout+σgin‧‧‧式(3)

以下，針對上述(1)~(6)之各外力進行研討。

(熔液之靜壓σp)

第2圖係發泡模型2置換為熔液6後之鑄模1之剖視圖，第3圖係第2圖之III-III剖視圖，第4圖係第2圖之重要部位IV之放大圖。發泡模型2若置換為熔液6，則如第2圖所示，塗模劑4之周圍填充之鑄砂5將會受到熔液6之靜壓。而且，孔洞部3之表面所塗佈之塗模劑4，將會如第3圖所示在周向受到壓縮力。

此處，孔洞部3之內部所填充之鑄砂5之量若是充分時，如第4圖所示，作用於孔端部3a處所塗佈之塗模劑4的熔液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，孔端部3a處所塗佈之塗模劑4上將不會有來自鑄砂5之反作用力的作用，而有源自熔液6之靜壓(浮力)之彎曲應力作用。

此處，若設孔洞部3之直徑為D(mm)，重力加速度為g、熔液6之密度為ρ_m(kg/mm³)、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)h(mm)，則熔液6之靜壓所造成之對於孔洞部3(半圓)之外力w(N/mm)，可由次式(4)表示。

w=ρ _mgh×∫(D/2sinθ×θ)dθ=ρ _mghD/2×∫sin² θdθ=ρ _mghD/2〔θ/2-sin2θ/4〕=(π/4)ρ _mghD‧‧‧式(4)

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σ_c(MPa)，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，由樑理論可以次式(5)表示。

σ_c≒M/I×t/2=(π/8)ρ _mghl²/t²‧‧‧式(5)

此處，於上述式(5)中，M係作用於孔洞部3兩端之彎曲力矩，I係半圓筒之截面2次力矩，分別可以下式表示。

M=(π/48)ρ _mghDl²

I=Dt³/12

第5圖係表示靜壓所造成之彎曲應力的朝向之鑄模之剖視圖，第6圖係表示由於彎曲應力作用於塗模劑4之端部4a而孔洞部變形後之狀態的鑄模之剖視圖。第5圖及第6圖中係表示孔洞部3之軸心相對水平方向所成之角度θ為0°之情形，第5圖及第6圖中之左側為鑄模之底面側，第5圖及第6圖中之右側為鑄模之上面側。孔洞部3之內部所填充之鑄砂5之量充分時，如第5圖所示，孔洞部3之表面所塗佈之圓筒狀之塗模劑4上，會有源自熔液6之靜壓(浮力)的彎曲應力作用。亦即，孔洞部3之軸心相對水平方向以角度θ配置之孔洞部3的表面上所塗佈之厚度t的塗模劑4上作用之應力，根據樑理論，係以塗模劑4之端部4a最大，作用於其端部4a之應力σ_d(MPa)可以下式(6)表示。導因於此一彎曲應力σ_d，如第6圖所示，孔洞部3發生變形。

σ_d=M/I×D/2=2/3(1cosθ)²×(ρ _m-ρ _d)g/D‧‧‧式(6)

此處，於式(6)中，M係作用於孔洞部3兩端之彎曲力矩，I係半圓筒之截面2次力矩。

M=(πD²/4)×(ρ _m-ρ _d)×g×l²/12

I=π/64×D⁴

如以上所述，熔液之靜壓σp係作用於塗模劑4的應力σ_c與作用於塗模劑4之端部4a的應力σ_d之合力，可以下式(6-2)表示。

σp=σ_c+σ_d‧‧‧式(6-2)

(熔液之流動所造成之動壓)

熔液之流動所造成之動壓，因熔液之流動徐緩而可忽視。

(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。此一壓縮力雖會成為孔洞部3之表面所塗佈之塗模劑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4，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)

第7圖係表示發泡模型2之燃燒所產生之氣體之壓力的朝向之鑄模1之剖視圖。如第7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。

第8圖係第7圖之VIII-VIII剖視圖，第9圖係第7圖之重要部位IX之放大圖。如第8圖所示，孔洞部3之表面上所塗佈之塗模劑4，會因發泡模型2之燃燒所發生之氣體之壓力而於周向受到壓縮力。孔洞部3之表面上所塗佈之塗模劑4，如第9圖所示，對於孔洞部3之軸向將會賦予次式(7)之拉張力。

又，如第9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4產生式(8)之周向之應力、以及式(9)之軸向之應力。

σgin≒D×Pgin/t‧‧‧式(8)

σginz≒D×Pgin/(2t)‧‧‧式(9)

此處，孔洞部3之直徑D愈小則愈難鑄孔，因此可謂式(8)、式(9)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之強度。是以，作為鑄孔條件，式(3)可利用式(5)、式(6)、式(6-2)及式(7)，如同式(10)之方式般之近似。

σb>σp+σgout=(π/8)ρ _mghl²/t²+2/3(1cosθ)²×(ρ _m-ρ _d)g/D+kPgout/D²+γ‧‧‧式(10)

此處，k為比例常數，γ=σm+σthout+σthin+σgin≒0。

式(10)係假定無鑄砂之反作用力之情況下的條件。因之，若亦將鑄砂之反作用力加入而將各項置換為係數，則孔洞部3之直徑D與孔洞部3之長度l與塗模劑之厚度 t的函數，可以下式(11)表示。

σb>α‧l²/t²+β/D²+ωD³/{D⁴-(D-2t)⁴}‧‧‧式(11)

此處，代替高溫下之塗模劑之強度σb(MPa)，係使用加熱至樹脂分解後再恢復至常溫之塗模劑之抗彎強度σc(MPa)。換言之，基於樹脂加熱至分解後再恢復至常溫之塗模劑之抗彎強度、與孔洞部之可鑄孔直徑(鑄孔可能直徑)之關係，式(11)可以下式(12)表示。又，樹脂加熱至分解後再恢復至常溫之塗模劑之抗彎強度與鑄孔可能直徑的關係將於後述。

σc≧-0.36+140/D²‧‧‧式(12)

藉由將符合上述式(12)之塗模劑以厚度1mm以上塗佈於發泡模型，可在塗模劑無損傷下，鑄造具有直徑18mm以下且長度50mm以上之細孔的鑄物。

再者，式(10)中，基於作為鑄孔條件可容許之應力增加部分，可算出式(13)。

cos² θ≦0.04/{(ρ _m-ρ _d)g}×D/l²‧‧‧式(13)

因此，孔洞部之軸心相對水平方向所成之角度設為θ時，藉由以符合上述式(13)之方式配置孔洞部，可在塗模劑無損傷下，鑄造具有直徑18mm以下且長度50mm以上之細孔的鑄物。

(鑄孔評估)

其次，將塗模劑之厚度設為1mm，將鑄孔所形成之細孔之長度l設為100mm，使孔洞部3之軸心相對水平方向所成之角度設為0(θ=0)，並將塗模劑之種類及鑄砂之種類分別變更成如表1及表2所示，藉而評估可鑄孔之孔洞部3之直徑。其結果示於表3中。

物性均為乾燥後之值

＊樹脂使用時與不使用時之平均值

上述評估係使用相同成分之灰口鑄鐵(JIS-FC250)，依相同之鑄造方法進行。因此，表1中之3種塗模劑均可推定為高溫下之強度(最高溫度約1200℃)符合式(11)。

此處，因高溫下之塗模劑的強度其直接測定困難，因此乃研討間接推定高溫下之塗模劑的強度之方法。第10圖係表示經乾燥之塗模劑於常溫下之抗彎強度(彎曲強度)(表1)與鑄孔可能直徑(表3)的關係之標繪圖。由第10圖可知，常溫之塗模劑的抗彎強度與塗模劑的高溫強度之相關小。其理由可考慮為：塗模劑乾燥後之抗彎強度，黏結劑(樹脂分)之特性對其有強烈影響，但另一方面，鑄造時塗模劑若被加熱至200~400℃以上，則源自與黏結劑分解所生成之碳(或碳化物)有關之其他機制的強度特性將會成為支配性因素。

因此，將乾燥之塗模劑加熱至樹脂分解而形成燒結體，並將其冷卻至常溫後再測定其抗彎強度。本實施方式中，所乾燥之塗模劑係於加熱至1100℃後，冷卻至常溫而實施抗彎強度試驗。第11圖係表示加熱至樹脂分解後再恢復至常溫之塗模劑之抗彎強度與鑄孔可能直徑之關係。

由第11圖所示之關係，若設鑄孔所形成之孔洞之直徑為D(mm)，設一旦加熱至樹脂分解後再恢復至常溫之塗模劑之抗彎強度(彎曲強度)為σc(MPa)，可獲得下式(14)。

σc≧-0.36+140/D²‧‧‧式(14)

因此所顯示的是，藉由使用符合式(14)之塗模劑，可在塗模劑無損傷下，鑄造具有直徑18mm以下且長度50mm以上之細孔的鑄物。

進而，將孔洞部3之直徑D於10mm~16mm之區間作每次1mm之改變並使孔洞部3之軸心相對水平方向所成之角度為45度(θ=45°)，據以進行相同之實驗。又，其中使用式(14)成立之塗模劑3種。第12圖係表示孔洞部3之直徑D與因浮力(熔液之靜壓)而在塗模劑之端部發生之應力的關係之標繪圖。

由第12圖之標繪圖與鑄孔之可否結果可知，於式 (10)中，作為鑄孔條件可容許之應力增加部分為0.0275MPa以下。亦即，符合下式(15)時可進行鑄孔。

0.0275≧2/3(1cosθ)²×(ρ _m-ρ _d)g/D‧‧‧式(15)

因此，於發泡模型2之內部以直徑D設置長度l之孔洞部3時，以孔洞部3之軸心相對水平方向所成之角度θ為符合下式(16)之方式，配置孔洞部3即可。

cos² θ≦0.04/{(ρ _m-ρ _d)g}×D/l²‧‧‧式(16)

[實施例]

第13A圖及第13B圖分別為實施例1之鑄模之俯視圖及側視圖，第13C圖係第13B圖之鑄模自E方向觀察之側視圖。實施例1之鑄模，如第13A圖、第13B圖及第13C圖所示，係於100(mm)×100(mm)×200(mm)之長方體之發泡模型12中，分別設置自上面以至下面貫通之直徑14mm之孔洞部13、及自對向之一對側面之一面以至另一面貫通之直徑10mm之孔洞部14而成。此等孔洞部13、14之長度均為100mm。使用此一鑄模11，鑄造具有2個細孔之鑄物。

熔液係使用灰口鑄鐵(JIS-FC250)。鑄造中係使用於式(1)代入D=14(mm)所獲得之骨材徑為100μM以下之二氧化矽系骨材的塗模劑(表1之B)。又，作為鑄砂係使用以SiO₂為主成分之矽砂。

將灰口鑄鐵之密度ρ_m=7.3×10^-6(kg/mm³)、鑄砂之密度ρ=1.3×10^-6(kg/mm³)、以及塗模劑之密度ρ_c=1.3× 10^-6(kg/mm³)分別代入式(2)，進而將D=10(mm)、D=14(mm)分別代入式(2)，而獲得以下之式(17)、式(18)之關係式。

(D=10時)1cosθ≦82(mm)‧‧‧式(17)

(D=14時)1cosθ≦98(mm)‧‧‧式(18)

第14圖係實施例1之鑄模之孔洞部以相對水平方向成角度θ之式配置該孔洞部時之狀態的鑄模之側視圖。為了符合上述式(17)及式(18)，如第14圖所示，有必要以孔洞部之軸心相對水平方向所成之角度θ符合下述範圍之方式傾斜孔洞部。

0.60≦θ≦1.35(弧度)

藉由以如是之角度配置孔洞部13、14進行鑄造，可在不造成熔傷下，鑄成完工狀態良好之細孔。

另一方面，鑄造時鑄模11未傾斜之情況下，亦可將直徑10mm之孔洞部14沿垂直方向配置。此處，有關直徑14mm之細孔，在本實施方式之條件下，只能鑄成至長度98mm為止。因此，藉由於孔洞部13之內部填充以鋯砂等，並將孔洞部13之平均密度ρ_d(孔洞部13之內部所填充之鑄砂的密度ρ與孔洞部13之表面所塗佈之塗模劑的密度ρ_c之平均值)設為1.8×10^-6(kg/mm³)以上，可鑄成直徑14mm且長度100mm之細孔。又，設計上若是容許，也可在孔洞部13之周邊施以2mm之沉頭孔加工，而將孔洞部13之實質長度設為98mm以下。藉此，可鑄成完工狀態良好之細孔。

[效果]

如以上所述，根據本實施方式之消失模型鑄造方法，由於塗模劑不易損傷，因此鑄造時不易造成熔傷，可鑄造具有直徑18mm以下且長度50mm以上之完工狀態良好之細孔的鑄物。

再者，將直徑D(mm)且長度l(mm)之孔洞部3的軸心，相對水平方向以符合上式(2)之角度θ配置。藉由以符合上式(2)之角度θ配置孔洞部3，可在塗模劑無損傷下，鑄造具有直徑18mm以下且長度50mm以上之細孔的鑄物。

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，無非是列擧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。

Claims

一種消失模型鑄造方法，其特徵為：此一方法包括：將於具有直徑為D(mm)之孔洞部的發泡模型之表面塗佈1mm以上厚度之塗模劑而成之鑄模，埋入鑄砂之中之步驟；於上述鑄模內注入金屬熔液，令上述發泡模型消失而與上述熔液置換之步驟；以及藉由將上述熔液予以冷卻，而形成具有直徑18mm以下且長度50mm以上之細孔的鑄物之步驟；且若設構成上述塗模劑之樹脂加熱至分解後再恢復至常溫之上述塗模劑的抗彎強度為σc(MPa)時，符合以下之式(0)及式(1)：2<D≦19.7‧‧‧式(0) σc≧-0.36+140/D²‧‧‧式(1)。
如申請專利範圍第1項之消失模型鑄造方法，其中上述孔洞部之長度設為l(mm)、上述孔洞部之軸心相對水平方向所成之角度設為θ、上述熔液之密度設為ρ_m(kg/mm³)、上述孔洞部之平均密度設為ρ_d(kg/mm³)、重力加速度設為g時，係以符合下式(2)之方式配置上述孔洞部：cos²θ≦0.04/{(ρ _m-ρ _d)g}×D/l²‧‧‧式(2)。