WO1994020240A1

WO1994020240A1 - Vacuum suction casting apparatus and method using the same

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Publication number: WO1994020240A1
Application number: PCT/JP1994/000393
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Onuma; Takashi Mimata; Kimio Kubo
Original assignee: Hitachi Metals, Ltd.
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1994-03-11
Publication date: 1994-09-15
Also published as: EP0640420A1; DE69424835D1; US5509458A; EP0640420A4; EP0640420B1; DE69424835T2

Description

明細減圧吸引铸造装置及び方法技術分野

本発明は、減圧吸引铸造装置及び方法に関し、特に複雑形状や薄肉のステンレス铸鋼、耐熱铸鋼など、鐯造性に劣る铸物の製造に適した減圧吸引铸造装置及び方法に関する。背景技術

一般に、 5 mm以下というような薄い部分をを有する薄肉铸物を铸造する場合、铸型との接触によって注湯された溶湯の冷却凝固が促進されるため、溶湯の流動性が悪くなり、湯回り不良等の欠陥が発生し易くなる。また、複雑な形状をした薄肉铸物では、铸造時、空気や铸型から発生するガスを溶湯中に巻き込み易く、凝固後の铸物にブ口一ホール等のガス欠陥が発生して、健全な铸造製品を得ることが極めて困難である。

複雑な形状をした薄肉铸物を製造する方法の一つとして、口ストヮックス铸造法が知られている。このロストヮックス鐯造法においては、セラミックス铸型を用い、铸造時に鐯型を 700 て〜 900 °C に加熱することにより充塡時の溶湯の冷却速度を遅くし、溶湯の流動性を良くするものである。しかしな力ら、高価なセラミックス铸型を使用するため、铸型の造型に費用がかかり、複雑形状で薄肉の铸物を铸造するには製造コストが相当に高くなる

また、特開昭 6 0 - 5 64 3 9号には、キヤビティと湯道等が形成された石膏铸型において、キヤビティにおける溶湯の最終充塡部近傍から石膏铸型の外表面にかけて、石膏より通気性が良好な耐火製フィルタを設けてキヤビティの排気能力を高め、溶湯の流動性の向上とガス欠焰の防止を図る技術が開示されている。この技術は、石膏の水和凝結作用を利用して、スラリーを硬化、乾燥させて鐯型を製造するものであり、前記のロストワックス铸造法等と同様に、寸法精度の高い铸造品を得る精密铸造法の —つとして、金型類、一般機械部品、美術工芸品等に適用されている。

しかし、石膏铸型を製作するための石膏混練、流し込み、凝結硬化、脱型、乾燥等の工程に 48時間以上と長時間を必要とするために生産性が悪く、また铸型の通気度が非常に低いため、铸込み時の加圧、減圧に際しての铸造方案が難しいという問題がある。更に、铸型の冷却速度が遅いことにより、金属の凝固速度が非常に遅く、複雑形状で薄肉の铸物では、収縮欠陥が発生しやすく、铸造歩留が悪くなり易い。また、このような薄肉铸物の鐯造方法として、例えば

、特公昭 60- 35227号で開示されるように、铸型内キヤビティを減圧して溶湯を铸型空洞部に吸引铸造する減圧吸引铸造方法が最近用いられるようになった。しかしながら、この方法では、溶湯に浸潰されない铸型部分から空気を巻き込み易く、減圧吸引効果が不十分である。また、高さが小さく単純形状のものは铸造できるが、高さや肉厚部があり、複雑形状である場合には適用するのが難しい

特開昭 64- 53759号には、減圧容器内に、貫通流路を有する铸型を配置し、この貫通流路の上端を溶湯を通さなぃ栓で閉じ、铸型を取り巻く減圧容器内圧力より貫通流路上端に作用する圧力を低く設定することによって、铸型のキヤビティおよび湯道等に溶湯を充塡する技術が開示されている。しかし、この技術では、湯口の上方から減圧されるため、キヤビティ、押湯や吐かせ等の充塡末端部の減圧度が不十分である。

特開平 2- 303649号には、铸型と铸型周囲につき固めた粒状物とを減圧によりチャンバ一内に保持し、これを溶湯に浸漬して注湯する減圧吸引铸造方法の開示がある。しかし、この方法では、铸型を粒状物と共に吸引して保持し、そのまま浸漬するために、浸漬前後に溶湯が乱れ、空気を巻き込み易く、更に、粒状物と铸型を減圧容器から突出させて保持するために、底からの空気の巻き込みが問題となる。

上述したように、従来の铸造方法では、いずれも铸型キヤビティ末端部への注湯が不十分であり、 5 mm以下、特に 3 mm以下という薄肉かつ複雑形状の铸物を铸造することは困難であった。

従って、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、湯廻り不良やブローホール等の铸造欠陥の発生を防止するとともに、生産性の良好な、特に薄肉铸物の製造に最適な減圧吸引铸造装置を提供することである。

本発明のもう 1 つの目的は、かかる効果を発揮する減圧吸引铸造装方法を提供することである。発明の開示

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、減圧容器内に配置された铸型のキヤビティ、押湯や吐かせの近傍に吸引口を設けることによって吸引効果が著しく高められ、またキヤビティと湯道とを 2 つ以上の溶湯補給路で接続することによつて押湯効果が著しく高められ、複雑な形状をした高品質の薄肉铸物を、低コス卜で生産性良く製造できることを発見し、本発明に想到した。

即ち、本発明の第一の減圧吸引铸造装置は、

( a ) 底部に少なくとも 1 つ以上の開口部を有する減圧容器と、

( b ) 前記減圧容器内に配設され、前記減圧容器の底部開口部に開口する湯道と、前記湯道に連通するキヤビティとを有する铸型と、

( C ) 前記減圧容器に連通する減圧装置とを

有し、前記キヤビティのうち前記湯道の開口部から最も遠くて前記溶融金属が最後に充塡される部分の近傍に、铸型表面に開口する凹部状の吸引口が形成されており、もって前記吸引口における前記キヤビティと铸型表面との距離が鐯型の他の部分より小さくなり、前記キヤビティ内への前記溶融金属の急速な湯回りが可能となることを特徴とする。

また、本発明の第一の減圧吸引铸造方法は、

( a ) 底部に少なくとも 1 つ以上の開口部を有する減圧容器内に、湯道と、前記湯道に連通するキヤビティとを有する铸型を、前記湯道が前記減圧容器の開口部内に開口するように配置し、

( b ) 前記キヤビティのうち前記湯道から最も遠くて前記溶融金属が最後に充塡される部分の近傍に、铸型表面に開口する凹部状の吸引口を形成して前記吸引口における前記キヤビティと鐯型表面との距離を铸型の他の部分より小さくし、

( c ) 前記減圧容器に取り付けた減圧装置により铸型内を減圧することにより、前記キヤビティ内に前記溶融金属を急速に注湯することを特徴とする。

更に、本発明の第 2 の減圧吸引铸造装置は、 ( a ) 底部に少なくとも 1 つ以上の開口部を有する減圧容器と、

( b ) 前記減圧容器内に配設され、前記減圧容器の開口部に開口しほぼ前記キヤビティの側面の少なくとも一部に沿って伸びる湯道と、複数の補給路を介して前記湯道に連通するキヤビティと、前記キヤビティのうち前記湯道の開口部から最も遠くて前記溶融金属が最後に充塡される部分の近傍に形成された凹部状の吸引口とを有する铸型と、

( c ) 前記減圧容器に連通する減圧装置とを

有し、前記減圧装置により減圧容器内を減圧すると、前記キヤビティ内は前記吸引口により他の铸型部分よりも急速に減圧され、もって前記キヤビティ内への前記溶融金属の急速な湯回りが可能となることを特徴とする。

更に、本発明の第 2 の減圧吸引铸造方法は、

( a ) 底部に少なくとも 1 つ以上の開口部を有する減圧容器内に、ほぼ前記キヤビティの側面の少なくとも一部に沿って伸びる湯道と、複数の補給路を介して前記湯道に連通するキヤビティと、前記キヤビティのうち前記湯道の開口部から最も遠くて前記溶融金属が最後に充塡される部分の近傍に形成された凹部状の吸引口とを有する铸型を、前記湯道が前記減圧容器の開口部内に開口するように設け、

( b ) 前記キヤビティのうち前記湯道から最も遠くて前記溶融金属が最後に充塡される部分の近傍に、铸型表面に開口する吸引口を形成し、もって前記吸引口における前記キヤビティと铸型表面との距離を铸型の他の部分より小さくし、

( C ) 前記減圧容器に取り付けた減圧装置により铸型内を減圧することにより、前記キヤビティ内に前記溶融金属を急速に注湯することを特徴とする。図面の簡単な説明

図 1 は、本発明の第一実施例の減圧吸引铸造装置を示す概略断面図であり、

図 2 は、図 1 の減圧吸引铸造装置の変更例を示す概略断面図であり、

図 3 は、図 1 の減圧吸引铸造装置の別の変更例を示す概略断面図であり、

図 4 は、本発明の第二実施例の減圧吸引鐯造装置を示す概略断面図であり、

図 5 は、図 4 の減圧吸引铸造装置の変更例を示す概略断面図であり、

図 6 は、複数の铸型よりなる組立铸型を有する減圧吸引铸造装置を示す概略断面図であり、

図 7 は、図 6 の A — A断面図であり、

図 8 は、第二実施例による減圧吸引铸造装置における注湯時の湯流れの実測値及びコンピューター · シミュレーション結果を示す図であり、

図 9 は、減圧吸引铸造装置における各部の減圧度を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態

本発明を以下詳細に説明する。

〔 1 〕铸鋼

本発明の減圧吸引铸造装置及び方法は、溶湯温度が高く、薄肉铸物を製造するのが困難な铸鋼等に利用す.るのが好ましい。このような铸鋼は、高い耐熱性及び耐酸化性を有するが、その組成の一例は以下の通りである。

C ： 0. 0 5〜 0. 4 5重量％

S i ： 0. 4 〜 2 重量％

M n ： 0. 3 〜 1 重量％

C r ： 1 6〜 25重量％

W ： 0 〜 3 重量％

N i ： 0 〜 2 重量％

N b 及び又は V ： 0. 0 1〜 1 重量％

F e 及び不可避的不純物：残部

上記組成の铸鋼は、通常の α 相の他に y 相から転移した相（ α 相 + 炭化物）で α ' 相と呼ばれる相を有する。 a ' 相の（相 + ひ ' 相）に対する面積率は 2 0 〜 9 0 % であるのが好ましい。

以下、本発明の減圧吸引铸造装置及び方法を図面を用いて詳細に説明する。

〔 2 〕第一の減圧吸引铸造装置及び方法

図 1 は、本発明の第一の実施例による減圧吸引铸造装置を示す概略断面図である。

本発明の減圧吸引铸造装置 1 は、底部に開口部を有する減圧容器内に、キヤビティと湯道等を有する铸型を配設し、前記減圧容器に上方から減圧吸引力を作用させて、铸型下端の湯口から溶湯を吸引して注湯をおこなう方式のものである。具体的には、減圧吸引铸造装置 1 は、減圧容器（例えば、内径 6 0 0 m m 、高さ 8 0 0 m m を有する鉄製の減圧容器） 2 を有し、減圧容器 2 の底部には開口部 3 が設けられている。また、減圧容器 2 の上部には蓋部材 2 aが密封状態で係合しており、蓋部材 2 aの上端部にはフレキシブル管 9 が取り付けられている。フレキシブル管 9 は、減圧制御手段 1 0 を介し、真空ポンプ等の減圧装置 1 1に接続される。

減圧容器 2 内には、砂铸型 4 が収容される。本発明では、造型性および通気性の点からけい砂等を用いた砂铸型が好適である。例えば、けい砂 7 号を材料として、縦方向 2 分割で造型したコールドボックス型が好ましい。砂铸型 4 には、砂铸型下面より下方に突出した溶湯導入部 5 が設けられており、砂铸型 4 は溶湯導入部 5 が開口部 3 より下方に突出するように減圧容器 2 内に配置される。砂铸型 4 内には、湯道 6 (例えば、縦 1 0 mm、横 1 0 O mmの断面を有する）が溶湯導入部 5 から垂直方向に延在し、湯道 6 にはキヤビティ 7 が連通してレ、る。キヤビティ 7 としては、例えば、外径 60mm、長さ 200mm 、肉厚 2.5mm のノ、⁰ ィプ部 7a、夕径 80mm、幅 3mm のフランジ部 7b 及びパイプ部より突き出た外径 10mm、直径 20mmのボス部 7 cからなる形状の例が挙げられるが、勿論これに限定されるものではない。キヤビティ内面には塗型剤を 0.01〜 0.4 mm、例えば 0.15mmの厚さに塗布するのが好ましい。キヤビティ 7 の上端には、押湯 8a (吐かせを兼ねる）及び堰 8 b が設けられてレ、る。なお、減圧容器 2 と、蓋部材 2aと、铸型 4 との間にはそれぞれパッキン 23が配置されており、減圧容器 2 の密封状態の低下を防止するとともに、铸型 4 のキヤビティ 7 の減圧度が低下するのも防止してレ、る。

減圧側に臨む鐯型 4 の上面には、前記キヤビティ 7 の押湯 8a等に向かって凹部状に切り込まれた吸引口 12が形成されていることを特徴とする。吸引口 12は、押湯 8a ( 吐かせを兼ねる）との間に介在する铸砂が铸造時の機械的、熱的衝撃によって破砕しない程度に、押湯 8aに近接しているのが好ましい。具体的には、吸引口 12の底部から押湯 8 a までの距離は約 15~30mm するのが好ましレ、。また、吸引口 12の直径は铸型 4 の機械的強度が低下しない程度であれば特に限定されず、キヤビティ 7 及び押湯 8a等のサイズに応じて適宜設定することができ'る。具体的例として、 300mm 程度の吸引口 12の直径とすることができる。

減圧容器 2 の外側面には、減圧吸引铸造装置 1 が溶湯保持炉 14内の溶湯 15に浸潰されたことを検知する湯面センサー 1 3 が取り付けられている。

図 1 の減圧吸引铸造装置 1 により铸造を行う場合、まず铸型 4 の溶湯導入部 5 を溶湯保持炉 14内の溶湯 15に浸漬する。減圧容器 2 の側面に取り付けた湯面センサー 1 3 により、溶湯導入部 5 の浸漬を感知すると、減圧容器 2 の下降を停止し、同時に減圧装置 11を作動させて減圧を開始する。減圧容器 2 内を減圧すると、吸弓卜口 12を介ク I- してキヤビティ 7 内の空気は吸引されるので、湯道 6 内に入った溶湯はキヤビティ 7 内に急速に充塡される。キャビティ 7 内の減圧度は吸引口 12と押湯 8aとの距離を適宜調節することにより制御することができる。

図 2 は、図 1 の減圧吸引铸造装置の変更例を示す概略断面図であり、基本的な構成は図 1 の減圧吸引铸造装置と同じである。従って、図 1 と同じ部材には同じ参照番号を付してある。

図 2 に示す減圧吸引铸造装置においては、吸引口 12と、溶湯最終充塡部としての押湯 8aとの間に、鐯型 4 本体よりも大きな通気度を有する多孔性部材 16が設けられている。多孔性部材 16は、例えば铸型より粒度の粗い铸砂を円板状、平板状等につき固めて形成したもの'が好ましい。この多孔性部材 16は、造型時に、铸型 4 に一体的に埋設しても良いが、別体として形成し、铸造時に铸型 4 に嵌め込んで使用することもできる。

铸型 4 と多孔性部材 16との通気度の関係は、後者が前者よりも大きければ効果があるが、後者が前者の約 3 〜 30倍であるのが好ましい。例えば铸型を硅砂 6 号（通気度： 261 ) により形成し、塗型剤の通気度を 48とすると、多孔性部材 16を硅砂 5 号（通気度： 785 ) 乃至硅砂 4 号（通気度： 1130) により形成するのが好ましい。ただし、通気度は JIS Z 2603- 1976 (铸物砂の通気度試験法 ) により測定したものである。

図 2 に示す減圧吸引铸造装置では、更に減圧容器 2 内を铸型室 17と減圧室 18とに区画する不通気性の材料からなる仕切り部材 19が配設されている。仕切り部材 19は、減圧吸引力を吸引口 12の限定部分、特に溶湯最終充塡部に対向する吸引口 12の底部に作用させるためのもので、吸弓 I 口 12の位置に開口部を有するとともに、吸引口 12の側面を覆う下方突出部 19a を有する。仕切り部材 19の上面には、吸引口 12と整合した中央開口部を有する開口板 20を載置してもよい。

この開口板 20と減圧室 5 内に突出する蓋部材 2aのフランジ 21との間には、コイルスプリング等の铸型挟持手段 22が配設されている。铸型挟持手段 22の弾性力は、開口板 20、仕切り部材 19を介して铸型 4 に及ぼされ、铸型 4 を铸型室 17内の所定位置に固定する。また、開口板 20と仕切り部材 19との間にも、パッキング等の気密部材 23が配置され、減圧室 18と铸型室 17との間を気密に保持する o

また、本実施例では、铸型 4 の下面より下方に突設された溶湯導入部 5 の側面及び铸型下面を覆う保護枠 24 ( 例えば鋼製）が設けられている。保護枠 24の下部は減圧容器 2 の底部開口部 3 より下方に突出しているので、減圧吸引時に溶湯導入部 5 とともに溶湯保持炉 14内の溶湯 15に浸漬される。この保護枠 24によって、溶湯導入部 5 の強度が確保されるとともに、湯道 6 に作用する減圧の低下が防止され、更には溶湯導入部 5 の側面等を通じての空気の巻き込みが防止される。

更に本実施例では、減圧容器 2 に不活性ガス供給手段 25が接続されている。不活性ガス供給手段 25は、不活性ガスを減圧容器 2 内に圧入し、減圧容器 4 の空気をパ - ジして不活性ガスにより置換する。不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス等が好ましい。

図 2 の減圧吸引铸造装置の操作は基本的に図 1 のものと同じであるが、不活性ガス供給手段 25を有するので、まず減圧容器 2 内の雰囲気を不活性ガスで置換する工程を行う。そのためには、不活性ガス供給手段 25を作動させて減圧容器 2 内の空気をパージし、不活性ガスで充満する。その後、鐯型 4 を収納した減圧容器 2 を下降させて、溶湯導入部 5 を溶湯保持炉 14内の溶湯 15に浸潰し、減圧して溶湯の吸引を行う。

図 3 は、図 1 の減圧吸引铸造装置の更に別の変更例を示す概略断面図であり、基本的な構成は図 1 及び図 2 で示すものと同様である。従って、同じ部分については説明を省略する。

この実施例においては、キヤビティ 7 内に配置する中子 26を中空とする。中子 26内の中空部 26a は、吸引口 12 に開口する小径の吸引口 27を介して減圧室 18と連通している。そのため、減圧吸引力は直接中子 26内に及ぶ。また、铸型 4 内には、吸引口 12から、押湯 8a以外のキヤビティ末端部 8d及び 8eの近傍まで延在する小径の吸引口 28 が設けられてレ、る。この構成によって、中子 26周縁部及びキヤビティ末端部 8d及び 8eへの溶湯の急速な湯回りが可能となる。なお、図 3 の減圧吸引铸造装置の操作は、図 2 のものと全く同じでよい。

〔 3 〕第二の減圧吸引铸造装置及び方法

図 4 は、本発明の第 2 実施例による減圧吸引铸造装置を示す概略断面図である。

本実施例においては、铸型 4 に、溶湯導入部 5 の底面からほぼ前記キヤビティの側面の少なくとも一部に沿つて（例えば垂直に）吸引口 12近傍まで延在する湯道 60が設けられており、この湯道 60は 3 本の溶湯補給路 61a 、 6 1 b 及び 6 1 c を介してキヤビティ 7 と接続している。各溶湯補給路 6 1 a 、 6 1 b 及び 6 1 c は、その湯道 6 0との接続位置よりキヤビティ 7 との接続位置が上方にくるように、湯道 6 0からキヤビティ 7 にかけて上方に次第に傾斜してし、る。このような構成により、キヤビティ 7 内に入る溶湯の先端面に乱れが少なく、かつ急速な充塡が可能となる。なお、湯道は 6 0に限らず、必要に応じてキヤビティ 7 の底部に直接連通する別の湯道を設けてもよい。

図 4 に示す第二の実施例の減圧吸引铸造装置の操作は、基本的に第一の実施例のものと同じであるが、ほぼ前記キヤビティの側面の少なくとも一部に沿って伸びる（例えば垂直な）湯道 6 0から溶湯補給路 6 1 a 、 6 1 b 及び 6 1 c を介してキヤビティ 7 に溶湯が急速に入る点が異なる。なお、このとき、緝道 60とキヤビティ 7 の減圧度は同じであるとは限らず、好ましい一実施例では、例えば、減圧過程の中間点にある段階では、湯道 6 内の減圧度をキヤビティ 7 内より約 5 O mm H g 大きくするのが好ましい

図 5 は、図 4 の減圧吸引铸造装置の変更例を示す概略断面図である。この実施例における基本的な構成は、図 4 の実施例と同様であるので、同一符号を付した部分については、その説明を省略する。

この実施例においては、キヤビティ 7 内に中空の中子 6 2を有する铸型 4 を使用する。中子 62内の中空部 62 a は、吸引口 1 2内に開口する小径の吸引口 63を介して減圧室 1 8と連通し、減圧吸引力が直接中子 62内に及ぶ。また铸型 4 内には、吸引口 1 2から、押湯 8 a以外のキヤビティ末端部 65の近傍まで延在する小径の吸引口 64が設けられている。この構成によって、キヤビティ内への注湯が促進される。図 5 の減圧吸引铸造装置の操作は図 4 のものと同じでよい。

図 6 は、複数個の铸造製品を同時に作製することができる所謂複数個取りの铸型を有するとともに、前記铸型が複数の分割铸型からなる組立铸型を用いた減圧吸引铸造装置を示す概略断面図であり、図 7 はその A - A 断面図である。図 6 及び図 7 においては、 4 個取りの铸型が示されているが、勿論それ以外の数の铸型からなる組立铸型としてもよい。

各々のキヤビティ 7 及び押湯 8 aは、図 4 に示したものと同一形状を有していてもよい。各キヤビティ 7 は、垂直な中心線に沿って延在する共通の湯道 60と、 3 本の溶湯補給路 6 1 a 〜 6 1 c によって連通している。見切り面 9 0 は、湯道 60内の垂直中心線を通って各キヤビティを 2 分割する垂直面と一致していれる。図 7 力、ら分かるように、本実施例の組立铸型 9 1では、直交する 2 つの垂直面と一致する見切り面 90によって 4 つの同一形状の铸型 92に分割される。同様の原理によって、 n 個取り铸型を、 n 個の分割铸型よりなる組立铸型として形成することができる。上記構成により、模型製作、造型等のコストを低減することができる。なお、図 6 の減圧吸引铸造装置の操作は、図 4 のものと同じでよい。

本発明の以下の実施例により更に詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。

実施例 1

下記の表 1 に示す組成の铸鋼の溶湯（ 1550て）を用いて、図 1 及び図 2 に示す減圧吸引铸造装置により、铸造実験を行つたところ、肉厚 2.5 mmまで不廻り等の铸造欠陥のない铸造品が得られた。

表 1 (重量％ )

S i M n N i C r F e

0.08 1.8 0.6 8.0 18.0 残部

実施例 2

上記表 1 に示す組成の铸鋼の溶湯（ 1580°C ) を用いて、図 4 に示す減圧吸引铸造装置により、铸造実験を行つたところ、肉厚 2.0 mmまで不廻りやフローバック等の鐯造欠陥のなぃ铸造品が得られた。

実施例 3

上記表 1 に示す組成の铸鐧の溶湯（ 1610°C ) を用いて、図 5 に示す減圧吸引铸造装置により、铸造実験を行つたところ、肉厚 1.5 mmまで不廻りやフローバック等の铸造欠陥のなぃ鐯造品が得られた。

実施例 4 図 4 の構成の減圧吸引铸造装置における湯流れ状態を調べるために、図 8 に示すマ二ホールド铸造用キヤビティ 7 と湯道 60を接続する 6 本の溶湯補給路 6 6 a 〜 6 6 f を有する铸型を用いて、コンピューター ' シミュレーション及び湯流れの実測を行った。結果を図 8 に併せて示す。図中の数値は、充塡開始からの経過時間を表し、単位は秒である。

図 8 から分かるように、溶湯は、まず湯道 6 0から第一の溶湯補給路 6 6 a を通りキヤビティ 7 の下部に充塡された。キヤビティ 7 の下部に充塡された溶湯の湯先が第 2 の溶湯補給路 6 6 b の上端部と同じ高さに達する直前に、溶湯補給路 6 6 b から溶湯のキヤビティ 7 への注入が開始された。その後、順次キヤビティ 7 に充塡された溶湯の湯先が各溶湯補給路の高さに達する直前にその溶湯補給路から溶湯の注入が開始されている。このような溶湯の湯先の進行状態は図 8 に点線で示されている。

このように、キヤビティ 7 内に充塡された溶湯の湯先に、温度低下の少ない溶湯が注湯されていくため、湯回り不良、リーク発生、空気の巻き込みやブローホール発生等の铸造欠陥を防止するのに極めて有効である。

図 8 の溶湯充塡方式を達成するための減圧吸引铸造装置の各部の減圧度は図 9 に示す通りである。図 9 から明らかなように、キヤビティ 7 への溶湯の充塡は、約 1 秒以内の時間で完了した。この時間内では、減圧室 1 8 (即ち吸引口 1 2 ) の減圧吸引力は、キヤビティ 7 よりも湯道 6 0に対し強く作用していることが分力、る。つまり、湯道 6 0の減圧度が、キヤビティ 7 の減圧度よりも大きくなつている。湯道 6 0内にこのような大きな減圧吸引力を発生させるため、垂直に延在する湯道 6 0の上端が、吸引口 1 2 の近傍にまで達するのが好ましい。産業上の利用可能性

以上説明した通り、本発明の減圧吸引铸造方法及びその装置によれば、铸型のキヤビティ、押湯や吐かせの近傍、特に溶湯最終充墳部近傍に吸引口を設けることによつて、キヤビティへの吸引効果が一層大きくなり、キヤビティの溶湯最終充塡部までへの注湯が促進され、その結果湯廻り不良等の欠陥の発生を抑制することができる。また、前記吸引口と溶湯最終充塡部間に、铸型より通気度の大きい多孔性部材を介装したことにより、キヤビティ、押湯および吐かせの部位ごとに減圧度を制御して、キヤビティ内への溶湯の注入速度を調節することがでさる。

さらに、湯道とキヤビティとを複数の溶湯補給路で連通したことによって、キヤビティに注湯された溶湯の湯先に溶湯補給路を経由した溶湯が供給されるため、キヤビティに充塡中の湯先の温度低下を防ぎ、湯回り不良、湯境欠陥の発生を効果的に防止することができ、その結果引け巣欠陥の発生を防止することができる。

このような利点を有する本発明の減圧吸引铸造装置及び方法は、著しく肉薄な鐯鋼製の铸造品を作製するのに好適であり、特にマ二ホールド等の排気系機器等を铸造するのに適する。

Claims

請求の範囲 '

1 . 溶融金属を減圧吸引により铸型に注湯する減圧吸引铸造装置であって、

( c ) 前記減圧容器に連通する減圧装置とを

有し、前記キヤビティのうち前記湯道の開口部から最も遠くて前記溶融金属が最後に充塡される部分の近傍に、铸型表面に開口する凹部状の吸引口が形成されており、もって前記吸引口における前記キヤビティと铸型表面との距離が铸型の他の部分より小さくなり、前記キヤビティ内への前記溶融金属の急速な湯回りが可能となることを特徴とする減圧吸引铸造装置。

2 . 請求の範囲 1 に記載の減圧吸引铸造装置において、前記吸引口のうち前記キヤビティに近接する部分に、铸型の他の部分より通気性が良い材料からなる多孔性部材を設けたことを特徴とする減圧吸引铸造装置。

3 . 請求の範囲 1 又は 2 に記載の減圧吸引铸造装置において、前記減圧装置に連通する前記減圧容器部分に減圧室が形成され、前記減圧室に面する铸型部分の表面が前記吸引口の底面を残して仕切り板で覆われていることを特徴とする減圧吸引铸造装置。 '

4 . 請求の範囲 1 乃至 3 のいずれかに記載の減圧吸引铸造装置において、前記铸型の下面に逆円錐台状に形成された下方突出部は前記減圧容器の底部開口部から突出しており、前記突出部の底部に前記湯道の開口部があるとともに、前記突出部が底部を除いて保護枠で覆われていることを特徴とする減圧吸引铸造装置。

5 . 請求の範囲 1 乃至 4 のいずれかに記載の減圧吸引铸造装置において、前記キヤビティ内に通気性の中空中子が配置されており、前記中空中子は前記吸引口に開口する小径の第二の吸引口に連通していることを特徴とする減圧吸引铸造装置。

6 . 請求の範囲 1 乃至 5 のいずれかに記載の減圧吸引铸造装置において、前記キヤビティは複数の押湯を有し、前記吸引口に開口する少なくとも 1 つの穴が前記吸引口近傍以外の押湯の近傍まで延在していることを特徴とする減圧吸引铸造装置。

7 . 請求の範囲 1 乃至 6 のいずれかに記載の減圧吸引铸造装置において、前記減圧容器に不活性ガスを供給するガス源が連通し、減圧前に前記減圧容器内を不活性ガスで置換することを特徴とする減圧吸引铸造装置。

8 . 溶融金属を減圧吸引により铸型に注湯する減圧吸引铸造方法であって、

( b ) 前記キヤビティのうち前記湯道から最も遠くて前記溶融金属が最後に充塡される部分の近傍に、铸型表面に開口する凹部状の吸引口を形成して前記吸引口における前記キヤビティと铸型表面との距離を铸型の他の部分より小さくし、

( c ) 前記減圧容器に取り付けた減圧装置により铸型内を減圧することにより、前記キヤビティ内に前記溶融金属を急速に注湯することを特徵とする減圧吸引铸造方法。

9 . 請求の範囲 8 に記載の減圧吸引铸造方法において、前記吸引口のうち前記キヤビティに近接する部分に、铸型の他の部分より通気性が良い材料からなる多孔性部材を設け、もって前記キヤビティ内に前記溶融金属をより急速に注湯することを特徴とする減圧吸引铸造方法。

1 0 . 請求の範囲 8 又は 9 のいずれかに記載の減圧吸引铸造方法において、前記減圧装置に連通する前記減圧容器部分に減圧室を形成し、前記減圧室に面する铸型部分の表面上を前記吸引口の底面を残して仕切り板で覆い、もつて前記吸引口からの減圧効果を向上させることを特徴とする減圧吸引铸造方法。

1 1 . 請求の範囲 8 乃至 1 0のいずれかに記載の減圧吸引铸造方法において、前記キヤビティ内に通気性の中空中子を配置し、前記中空中子の開口端を前記吸引口の近傍に位置することにより、前記キヤビティ内を前記中空中子を介して急速に減圧することを特徴とする減圧吸引铸造方法。

12. 請求の範囲 8 乃至 11のいずれかに記載の減圧吸引铸造方法において、前記キヤビティに複数の押湯を設け、前記吸引口に開口する少なくとも 1 つの穴を前記吸引口近傍以外の押湯の近傍まで延在させ、もって前記吸引口近傍以外の押湯からも減圧することを特徴とする減圧吸引鐯造方法。

13. 請求の範囲 8 乃至 12のいずれかに記載の減圧吸引铸造方法において、前記減圧容器に不活性ガスを供給し、減圧前に前記減圧容器内を不活性ガスで置換することを特徴とする減圧吸引铸造方法。

14. 請求の範囲 8 乃至 13のいずれかに記載の減圧吸引铸造方法において、前記湯道の開口部を溶融金属保持炉内の溶融金属に浸漬した後で、前記減圧容器内を減圧することを特徴とする減圧吸引铸造方法。

15. 溶融金属を減圧吸引により铸型に注湯する減圧吸引铸造装置であって、

(a) 底部に少なくとも 1 つ以上の開口部を有する減圧容器と、

(b) 前記減圧容器内に配設され、前記減圧容器の開口部に開口し铸型内をほぼ前記キヤビティの側面の少なくとも一部に沿って伸びる湯道と、複数の補給路を介して前記湯道に連通するキヤビティと、前記キヤビティのうち前記湯道の開口部から最も遠くて前記溶融金属が最後に充塡される部分の近傍に形成された凹部状の吸引口とを有する铸型と、

( C ) 前記減圧容器に連通する減圧装置とを

有し、前記減圧装置により減圧容器内を減圧すると、前記キヤビティ内は前記吸引口により他の铸型部分よりも急速に減圧され、もって前記キヤビティ内への前記溶融金属の急速な湯回りが可能となることを特徴とする減圧吸引鐯造装置。

1 6 . 請求の範囲 1 5に記載の減圧吸引铸造装置において、前記補給路は前記湯道に沿って複数設けられているとともに、前記湯道から前記キヤビティにかけて次第に傾斜しており、先方の補給路から前記キヤビティ内に入ってキヤビティ内を上昇する溶融金属の液面と、後方の補給路から前記キヤビティ内に入る溶融金属の液面とがほぼ一致するように、各補給路の位置及び形状が定められていることを特徴とする減圧吸引铸造装置。

1 7 . 請求の範囲 1 5又は 1 6に記載の減圧吸引铸造装置において、前記湯道の上端は前記吸引口に近接する位置まで延在し、もって溶融金属がキヤビティ内のみならず湯道内も急速に上昇することを特徴とする減圧吸引铸造装置

18. 請求の範囲 15乃至 17のいずれかに記載の減圧吸引铸造装置において、前記铸型は、前記吸引口のうち前記キャビティに近接する部分に、铸型の他の部分より通気性が良い材料からなる多孔性部材を有することを特徴とする減圧吸引铸造装置。

19. 請求の範囲 15乃至 18のいずれかに記載の減圧吸引铸造装置において、前記減圧装置に連通する前記減圧容器部分に減圧室が形成され、前記減圧室に面する铸型部分の表面が前記吸引口の底面を残して仕切り板で覆われていることを特徴とする減圧吸引铸造装置。

20. 請求の範囲 15乃至 19のいずれかに記載の減圧吸引铸造装置において、前記鐯型の下面に逆円錐台状に形成された下方突出部は前記減圧容器の底部開口部から突出しており、前記突出部の底部に前記湯道の開口部があるとともに、前記突出部が底部を除いて保護枠で覆われていることを特徴とする減圧吸引铸造装置。

21. 請求の範囲 15乃至 20のいずれかに記載の減圧吸引铸造装置において、前記キヤビティ内に通気性の中空中子が配置されており、前記中空中子は前記吸引口に開口する小径の第二の吸引口に連通していることを特徴とする減圧吸引铸造装置。

22. 溶融金属を減圧吸引により铸型に注湯する減圧吸引铸造方法であって、

(a) 底部に少なくとも 1 つ以上の開口部を有する減圧容器内に、ほぼ前記キヤビティの側面の少なくとも一部に沿って伸びる湯道と、複数の補給路を介して前記湯道に連通するキヤビティと、前記キヤビティのうち前記湯道の開口部から最も遠くて前記溶融金属が最後に充塡される部分の近傍に形成された凹部状の吸引口とを有する铸型を、前記湯道が前記減圧容器の開口部内に開口するように設け、

( b ) 前記キヤビティのうち前記湯道から最も遠くて前記溶融金属が最後に充填される部分の近傍に、铸型表面に開口する吸引口を形成し、もって前記吸引口における前記キヤビティと铸型表面との距離を铸型の他の部分より小さくし、

( c ) 前記減圧容器に取り付けた減圧装置により铸型内を減圧することにより、前記キヤビティ内に前記溶融金属を急速に注湯することを特徴とする減圧吸引铸造方法。

23 . 請求の範囲 22に記載の減圧吸引铸造方法において、前記吸引口のうち前記キヤビティに近接する部分に、铸型の他の部分より通気性が良い材料からなる多孔性部材を設け、もって前記キヤビティ内に前記溶融金属をより急速に注湯することを特徴とする減圧吸引铸造方法。

24 . 請求の範囲 22又は 23のいずれかに記載の減圧吸引铸造方法において、前記減圧装置に連通する前記減圧容器部分に減圧室を形成し、前記減圧室に面する铸型部分の表面上を前記吸引口の底面を残して仕切り板で覆い、もつて前記吸引口からの減圧効果を向上させることを特徴とする減圧吸引铸造方法。

2 5 . 請求の範囲 22乃至 2 4のいずれかに記載の減圧吸引铸造方法において、前記キヤビティ内に通気性の中空中子を配置し、前記中空中子を前記吸引口に開口する小径の第二の吸引口に連通させることにより、前記キヤビティ内を前記中空中子を介して急速に減圧することを特徴とする減圧吸引铸造方法。

2 6 . 請求の範囲 22乃至 25のいずれかに記載の減圧吸引铸造方法において、前記キヤビティに複数の押湯を設け、前記吸引口に開口する少なくとも 1 つの穴を前記吸引口近傍以外の押湯の近傍まで延在させ、もって前記吸引口近傍以外の押湯からも減圧することを特徴とする減圧吸引铸造方法。

27 . 請求の範囲 22乃至 2 6のいずれかに記載の減圧吸引铸造方法において、前記湯道の開口部を溶融金属保持炉内の溶融金属に浸潰した後で、前記減圧容器内を減圧することを特徴とする減圧吸引铸造方法。