WO2005107976A1 - 精密鋳造用プラスターモールドの乾燥・脱ロウ・焼成方法 - Google Patents

精密鋳造用プラスターモールドの乾燥・脱ロウ・焼成方法 Download PDF

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WO2005107976A1
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gypsum
drying
model
plaster
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PCT/JP2005/006044
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hidekazu Suzuki
Original Assignee
Shonan Design Co., Ltd.
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04—Use of lost patterns
    • B22C9/043—Removing the consumable pattern

Definitions

  • the present invention relates to a method for drying and dewaxing a gypsum mold in a plaster mold method of precision construction.
  • the lost wax method is a wax with a sprue ⁇ Immerse the wax model in a slurry that is a dispersion liquid containing a refractory filler and colloidal silica ⁇ Dry and dry the first layer, and further immerse in a slurry ⁇ Sprinkle stucco and dry several times
  • the wax model is covered with a fireproof coating. Then, the gate is heated downward to 150-300 ° C, the wax model is melted and discharged, and the remaining wax components are burned and burned off.
  • the temperature is raised to around 1000 ° C and baked to convert the refractory coating layer into a ceramic, forming a high-strength ⁇ type with a hollow part similar to the wax model.
  • the molten metal is poured with the gate facing upward, the mold is collapsed after cooling, and a metal body having a shape similar to a wax model is taken out and formed into a metal product by post-processing.
  • a wax model with a sprue is placed in a mold, plaster is poured, and the wax model is buried in the gypsum and cured. After the plaster has hardened sufficiently, the mold force is released and allowed to dry naturally for several days. Next, the caloric temperature is raised to 150 to 250 ° C with the sprue downward, the wax model is melted and discharged, and the temperature is further raised to 300 to 750 ° C to burn the wax component remaining in the gypsum. It is burned down and a plaster mold with a model-shaped hollow part is manufactured.
  • the lost wax method high melting point alloys such as titanium alloy, nickel alloy, cobalt alloy and steel are used.
  • low melting point alloys such as A1 alloy 'Mg alloy ⁇ ⁇ alloy are used.
  • the mold of the lost wax method is ceramic, and has high strength and heat resistance to withstand the precision structure of a high melting point alloy. ⁇ When the mold collapses, a strong impact is applied to the surface of the metal body, but the metal body has high strength and can be taken out with little damage.
  • the plaster mold of the plaster mold method is gypsum, and does not have high strength and heat resistance enough to withstand the precision fabrication of a high melting point alloy.
  • Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a large thin product.
  • Patent Document 2 discloses a method for obtaining a gypsum mold.
  • Patent Document 3 discloses a “method of manufacturing a metal structure using a stereolithography resin as a master” and a “method of manufacturing a mold for precision manufacturing and a model used therefor” disclosed in Patent Document 3.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-82211
  • Patent Document 2 JP-A-9-66344
  • Patent Document 3 JP 2002-153943 A
  • the gypsum drying step requires the longest time among all steps in the precision artificial plaster mold method, as described above. This is the force required to dry sufficiently to the center of the gypsum mold for precision manufacturing. The intervals are getting longer and longer.
  • the present invention provides a plaster mold manufacturing process in which a resin model (a) provided with a gate model is placed in a mold frame and plaster for precision molding is poured and hardened in the plaster molding method in precision molding. A), the mold is removed after the gypsum hardening, the mold is removed, and the depressurized state (I) is applied!
  • the plaster mold (P) in which (a) is buried is heated stepwise with the gate (O) facing down ( ⁇ ), and the hot-melt decomposition liquefied component of the resin model (a) flows out from the gate (O)
  • a drying 'dewaxing' firing method for a precision molding plaster mold comprising a dewaxing step (C) and a firing step (D) for burning and burning the resin model (a) and removing excess moisture from the gypsum. is there.
  • the stepwise heating in the dewaxing step is desirably performed in a temperature zone of 250 ° C or lower.
  • the resin model is heated at a temperature of 300 ° C to 750 ° C (a). It is desirable to burn off.
  • the resin model (a) is desirably a polystyrene powder layered model.
  • the resin model (a) may be a two-component reaction-curable polyurethane resin model containing a wax component (b) and Z or a plasticizer component (c).
  • the reduced pressure state (I) is desirably a state in which the dry gas can flow into the space where the gypsum mold (P) is arranged from the pore capillary (CP). Further, it is desirable that the pressure in the space is in a temperature range of normal temperature to 80 ° C., and the pressure is in a pressure range of 200 mmHg to 750 mmHg.
  • the stepwise heating (II) is performed such that the stepwise heating (II) is maintained for a predetermined time in a first temperature zone, and is maintained for a predetermined time in a second temperature zone higher than the first temperature zone by a predetermined value. It is desirable to go through the process.
  • the first temperature zone is preferably 150 ° C. or lower
  • the second temperature zone is preferably 150 ° C. to 250 ° C.
  • the predetermined time is desirably at least 30 minutes.
  • the wax component (b) contained in the resin model (a) is preferably a fine powder having a melting point of 50 to 130 ° C.
  • plasticizer component (c) contained in the resin model (a) is desirably liquid at 0 ° C.
  • the ability to quickly dry the gypsum mold in the entire precision manufacturing process is the rate-limiting for a short delivery time. It is necessary to dry off excess free water from the gypsum mold to remove the gypsum crystallization water. The long time required for water removal is to dry and remove excess free water.
  • FIG. 1 is an overall perspective view of a model of a two-cylinder suction port used as an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which a two-cylinder suction port-shaped resin model with a sprue is installed in a mold, and a gypsum-water mixture is poured into the mold.
  • FIG. 3 is a sectional view of a gypsum mold in which a two-cylinder suction port shape resin model is embedded.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a gypsum mold in which a two-cylinder suction port-shaped resin model is buried and subjected to reduced pressure heating and drying below a gate.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view in which a dewaxing step is performed in a heating furnace.
  • a model is buried in a plaster mold and dried and 'dewaxed', so that the model itself is burned off.
  • the plaster mold cannot be reused because the plaster mold collapses after implantation and the metal body is taken out and formed into a product.
  • the same shape In order to manufacture a plurality of animal products, models corresponding to the number of products are required. Since each product produces a product similar to a model, the shape of the model must be tightly controlled and quality controlled.
  • FIG. 1 is an overall perspective view of a model (M) of a two-cylinder suction port used as an example of the present invention.
  • This 3D shape data was introduced into an optical molding machine, and an optical molding master model was manufactured. Next, it was inverted with silicon rubber to produce a silicon rubber split mold.
  • a two-component reaction-curable urethane resin was vacuum-injected into the silicone rubber mold to prepare a two-cylinder suction port-shaped resin model (a).
  • the overall perspective view of the created two-cylinder suction port shape resin model (a) is the same as FIG.
  • the resin model for precision manufacturing (a) a resin that melts, melts, and burns out is most suitable.
  • polystyrene fine powder beads are used and used.
  • police made by powder additive manufacturing The Tylene model is made of a thermoplastic resin having a softening point of 150 to 200 ° C., and is softened and melted off in the dewaxing step (I).
  • the heating conditions evolve, it is thermally degraded, decomposed, burned and burned. If burned sufficiently, the amount of ash remaining in the gypsum mold will be very small. A small amount of ash remaining in the model space in the gypsum mold can be easily removed by blowing air.
  • a few models can be manufactured by powder additive manufacturing, but if tens or more models are manufactured, the occupation time of the modeling machine becomes longer.
  • a dozen of duplicate resin models are produced by inverting the silicone rubber mold into a star model and vacuum-injecting the liquid resin into the silicone rubber mold. If a single master model is produced, it is not difficult to produce several hundred duplicated resin models (a) using multiple silicone rubber molds in a short period of time.
  • the resin model (a) is additionally provided with a metal gate shape!
  • the gate shape can be added as a three-dimensional solid model that is integrated with the resin model during powder additive manufacturing or stereolithography, or the gate model is manufactured in advance and the resin model (a) is attached with an adhesive. You may join them. Preferably, it is the quickest method to mold in an integrally added state.
  • the duplicated resin model (a) uses and implements a two-component reaction-curable urethane resin.
  • urethane resin has a heat resistance of about 80 ° C., is a resin which is easily degraded by heating, decomposed and melted, and has high suitability as a model for precision manufacturing.
  • a wax component (b) and / or a plasticizer component (c) are compounded and used in the two-component reaction-cured urethane resin solution.
  • the wax component (b) and / or the plasticizer component (c) are washed away, and the urethane resin is shrunk in a gypsum mold (P). ).
  • the urethane resin is thermally decomposed and melted, part of which flows out, and part of which burns and burns off. If burned sufficiently, the amount of ash remaining in the gypsum mold (P) will be very small. A small amount of ash remaining on the model space in the plaster mold (P) can be easily removed by blowing air.
  • the two-component reaction-curable resin is used as a replica material of an industrial prototype design model, and is excellent in its workability, curability, shape retention, and cutting workability.
  • the addition of a catalyst for hardening promotes rapid hardening and demolding, and the liquid as a plasticizer component (c). It is also possible to incorporate a plasticizer in the form of a wax, or to mix its fine powder as the wax component (b).
  • Gypsum Z water 100 parts Mix in Z50 part, place resin model (a) in the mold, pour gypsum Z water mixture as shown in Fig. 2, and immerse resin model (a) Was.
  • the gypsum was allowed to harden by leaving it at room temperature for several hours. Thereafter, the mold was removed and the gypsum model immersed gypsum mold (P) was taken out.
  • Gypsum can be hardened only by water necessary for a chemical reaction, but it is necessary to maintain sufficient fluidity and workability for pouring into a mold. Therefore, surplus water is absolutely necessary, and it is necessary to remove this surplus water from the plaster mold.
  • Gypsum mold bulk strength Initial drying of the gypsum mold except for excess water is left at room temperature. Free water molecules existing between the gypsum crystal particles gradually evaporate and disperse from the surface of the gypsum mold. When the free moisture on the gypsum mold surface scatters, capillaries are generated between gypsum crystal particles, and the free moisture present in the lower layer of the gypsum surface migrates to the surface through the capillaries and scatters sequentially into the air. The process of moisture transfer, scattering and drying is repeated to gradually dry the inside of the gypsum mold.
  • the surface area may be increased.
  • the plaster mixed with gypsum and water is filled with a wooden or metal frame, and the four sides and the bottom surface are used. Consists of 5 faces It is a box shape. The five sides that make up the formwork can be easily assembled with screws. Therefore, the plaster mold is manufactured as a rectangular parallelepiped, which is the simplest manufacturing method.
  • the gypsum mold is made to have a complicated shape so as to have a large surface area, the mold itself becomes complicated, and it takes a long time to produce the mold, and no advantage can be found.
  • the rectangular gypsum mold in which the resin model (a) is embedded has a small surface area as described above.
  • the gypsum mold becomes large, the surface area per weight becomes smaller, and drying of the central portion of the gypsum mold becomes very disadvantageous.
  • the resin model (a) has a hollow body having an opening, the gypsum which has entered the hollow portion from the opening of the model and hardened is consequently almost covered with the material of the model. Since the material of the model hardly absorbs water and also has a resin component power, the free moisture present in the gypsum located in the hollow part of the resin model (a) is very difficult to transfer to the gypsum surface and be evaporated and dried. In a disadvantaged state.
  • the gypsum mold (P) removed from the mold (F) was decompressed.
  • the most effective method is to install it in a tank (V) and dry it under reduced pressure with a reduced pressure of 200 to 750 mmHg at a temperature of 20 to 80 ° C for several hours while flowing nitrogen gas from the capillary (CP). I found it.
  • the free moisture on the gypsum surface is quickly evaporated and scattered by placing the gypsum mold (P) in a reduced pressure state. Also, it tries to suck out the free moisture inside the gypsum mold (P) to the surface under reduced pressure. Moisture scattered from the gypsum surface is carried out of the system on dry gas flowing through the capillary (CP). Since the surface temperature of the gypsum mold (P) decreases due to free moisture scattering from the surface of the gypsum mold (P) and the evaporation and scattering of free moisture decreases, it is effective to hold the gypsum mold (P) in a slightly heated state. is there.
  • the decompression tank (V) itself is heated by an electric heater (H).
  • the gypsum mold (P) is irradiated with infrared rays from the glass window of the decompression tank (V). It is effective to heat the gypsum mold (P) by heating the dry gas introduced from the capillary (CP).
  • a heat transfer heater (H) is used.
  • (HR) is a holding table for holding the plaster mold (P).
  • the capillaries (CP) are easily manufactured by heating and melting a glass tube with a burner, stretching the glass tube at a stretch, forming a thin enameled wire at the stretched portion, and cutting.
  • the capillary (CP) As long as the capillary (CP) is manufactured from the glass tube by the above method, it will be tubular up to the tip of the capillary (CP). When the tip of the capillary (CP) is immersed in water and air pressure is applied to the other end, air is released from the tip of the capillary (CP) into the water and bubbles are generated, confirming the completion of the capillary (CP).
  • the resin model (a) to which the gate (OP) has been added is melted and melted away from the gate portion (B) of the gypsum mold (P), and the interior of the model shape is removed.
  • the purpose is to provide a space in a plaster mold (P). Naturally, the drying of the gypsum proceeds simultaneously and in parallel.
  • the plaster mold (P) is placed in the combustion furnace (FN) with the bottom of the gate (OP) facing down, and is heated by electricity or gas. .
  • the dewaxing force at a furnace temperature of 150 to 200 ° C. which is equal to or higher than the melting temperature of polystyrene.
  • the temperature is raised to ⁇ 200 ° C, the remaining free water and water of crystallization are turned into steam inside the gypsum, and the gypsum mold (P) may be broken by the pressure.
  • the furnace temperature is maintained at a higher temperature of 120 to 150 ° C near the compounded melt and liquefied for 30 minutes or more, and the liquid plastic
  • the wax component (b) is allowed to flow out together with the agent (c). Thereafter, the furnace temperature is increased stepwise to promote dewaxing.
  • the gypsum mold (P) was taken out at a furnace temperature of 120 to 150 ° C, cooled and cut, and the cross section was observed. As a result, the wax component (b) and the liquid plasticizer component (c) were It was confirmed that water began to flow slightly from the gate (OP) due to natural fall, and that it had penetrated into the gypsum mold (P) inner wall. In the resin model (a), the wax component (b) and the liquid plasticizer component (c) escaped, so that a sponge-like contracted resin skeleton remained.
  • the behavior change of the resin model (a) embedded in the gypsum mold (P) due to heating can be clearly shown.
  • the wax component (b) contained in the resin model (a) and the liquid plasticizer component are contained.
  • (c) oozes out of the resin model (a) and impregnates the gypsum mold (P) inner wall.
  • the resin skeleton of the resin model (a) is in the form of a sponge that retains traces of the wax and wax component (b) and the liquid plasticizer component (c) oozing out of the resin model (a). Shrink. ⁇ The internal pressure at which the resin model (a) expands due to heating is reduced by this phenomenon.
  • the gating shape force applied to the resin model (a) also begins to dewax, and the wax and wax components (b) that ooze out of the resin model (a) inside in turn. It has been reached that the liquid plasticizer component (c) is smoothly interpreted as flowing out from the gypsum mold (P) and falling naturally.
  • Gypsum releases part of the water of crystallization at around 130 ° C and changes to hemihydrate gypsum. Therefore, at the stage where the temperature in the furnace, which is slightly higher than that, is kept around 150 ° C for 30 minutes, the crystallization water will be released and the hemihydrate gypsum will be formed.
  • the resin model (a) buried inside the gypsum mold is in a dewaxed state, and the release of water of crystallization generated from the center of the gypsum mold (P) passes through the dewaxing passage to remove the dewaxed component. As it is extruded, it is discharged from the plaster mold (P) gate (OP) into the heating furnace (FN).
  • (FH) is a heater for heating
  • (MP) is a metal tray
  • (AB) is an effluent during the dewaxing process.
  • the steam released from the gypsum mold (P) can eliminate the internal pressure inside the gypsum as long as the stepwise heating is surely performed, and can prevent the gypsum mold (P) from breaking.
  • a resin model (a) consisting of a two-part reaction-curable urethane resin containing a liquid plasticizer (c) and a wax component (b), which has a lower melting point than the commercially available lost wax, It was found that the gypsum mold (P) was excellent in performance to avoid cracking.
  • the furnace temperature was gradually increased to 700 to 750 ° C. and the plasticizer (c) of the resin model (a) embedded in the gypsum mold (P) (c) ) And the waxy component (b), the shrinked resin skeleton, which is the husk, is burned.
  • the liquid plasticizer (c) and the wax component (b) impregnated and adhered to the inner wall of the gypsum mold (P) are also burned. Further, free water and released crystallization water existing in the gypsum mold (P) itself are removed, and a gypsum mold usable for production is completed.
  • Air is injected into the interior from the gypsum mold (OP) to remove trace ash remaining inside the gypsum mold (P).
  • OP gypsum mold
  • P trace ash remaining inside the gypsum mold
  • it is important to remove moisture from the gypsum mold (P) . If molten metal is introduced in a state where moisture removal from the gypsum mold (P) is insufficient, the moisture in the gypsum mold (P) reacts with the molten metal to cause an explosion. You need to be very careful.

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Abstract

　この発明は、大型樹脂模型を埋没させた石膏型を割れることなく効率よく乾燥させる方法を提供することを目的とする。この発明は、精密鋳造におけるプラスターモールド法において、型枠内に湯口模型を付した樹脂模型（ａ）を設置し、精密鋳造用石膏を流し込み硬化させる石膏型製作工程（Ａ）と、石膏硬化後型枠を外し、減圧状態（I）において樹脂模型（ａ）が埋没した石膏型（Ｐ）を乾燥させる乾燥工程（Ｂ）と、樹脂模型（ａ）が埋没した石膏型（Ｐ）を、湯口（Ｏ）を下方にして階段状加熱（II）し、樹脂模型（ａ）の熱溶融分解液化成分を湯口（Ｏ）より流出させる脱ロウ工程（Ｃ）と、樹脂模型（ａ）を燃焼焼失させ、且つ石膏の余剰水分を除去する焼成工程（Ｄ）とから成る精密鋳造用プラスターモールドの乾燥・脱ロウ・焼成方法である。尚、脱ロウ工程での階段状加熱は、２５０°C以下の温度帯域で行われることが望ましく、また前記焼成工程では、３００°C～７５０°Cの温度にて樹脂模型（ａ）を燃焼消失させることが望ましい。

Description

明 細 書
精密铸造用プラスターモールドの乾燥'脱ロウ'焼成方法
技術分野
[0001] 本発明は、精密铸造のプラスターモールド法における石膏型の乾燥'脱ロウ'焼成 方法に関するものである。
背景技術
[0002] 精密铸造における代表的な工法は、ロストワックス法とプラスターモールド法である 。ロストワックス法とは湯口を付したロウ ·ワックス模型を耐火フィラーとコロイダルシリカ 配合分散液であるスラリーに浸漬 ·乾燥し初層を、さらにスラリ一に浸漬 ·スタッコを振 り掛け乾燥を数回繰り返し、ロウ'ワックス模型を耐火被覆層にて被覆する。ついで、 湯口を下方にして、 150〜300°Cに加温し、ロウ'ワックス模型を溶融流出せしめ、残 存するロウ'ワックス成分を燃焼 '焼失せしめる。ついで 1000°C前後に昇温し、焼成 することにて耐火被覆層をセラミック化せしめ、ロウ'ワックス模型と類似の中空部位を 有する高強度の铸型と成す。次いで、湯口を上方にして、溶融金属を铸込み、冷却 後铸型を崩壊せしめて、ロウ'ワックス模型類似形状の金属体を取り出し、後加工に て金属製品と成す方法である。
[0003] プラスターモールド法とは湯口を付したロウ ·ワックス模型を型枠内に設置し石膏を 流し込み、石膏内部にロウ 'ワックス模型を埋没した状態にて硬化せしめる。石膏が 十分硬化した後、型枠力 脱型し、数日間自然乾燥せしめる。次いで、湯口を下方 にして 150〜250°Cにカロ温し、ロウ'ワックス模型を溶融流出せしめ、更に 300〜750 °Cに昇温して、石膏内部に残存するロウ'ワックス成分を燃焼'焼失せしめ、模型形 状の中空部位を有する石膏型を製作する。この石膏型の湯口を上方にして、溶融金 属を铸込み、冷却後、石膏型を崩壊せしめて、ロウ 'ワックス模型類似形状の金属体 を取り出し、後加工にて金属製品と成す方法である。
[0004] ロストワックス法には、チタン合金 ·ニッケル合金 ·コバルト合金ゃ铸鋼鉄のごとき高 融点合金が使用される。一方、プラスターモールド法では、 A1合金 'Mg合金 ·Ζη合 金などの低融点合金が使用される。 [0005] ロストワックス法の铸型はセラミックであり、高融点合金の精密铸造に耐える高強度' 耐熱性を有している。铸型崩壊時、金属体表面に強い衝撃を受けるが、金属体が高 強度なるためほとんど損傷なく金属体を取り出すことができる。一方、プラスターモー ルド法のプラスターモールドは石膏であり、高融点合金の精密铸造に耐えるだけの 高強度 ·耐熱性を有していない。し力しながら、低融点合金の精密铸造に耐えるだけ の強度と耐熱性は保有している。石膏型崩壊時、金属体に衝撃を受けるが、石膏型 はセラミック型よりも強度が弱く比較的簡単に崩壊させることができるため、高融点合 金よりも強度の劣る低融点合金でも、ほとんど損傷なく金属体を取り出すことができる
[0006] 精密铸造用石膏型の乾燥に関しては、铸物便覧 日本铸物協会編に記載されて いる。铸物便覧には石膏型の乾燥に関し、乾燥炉の昇温曲線と石膏型中心部位の 温度曲線が開示されている。乾燥炉温度 230°Cにて約 20時間後に石膏型中心温度 が乾燥炉温度 230°Cに到達して 、る。
[0007] 精密铸造用石膏メーカー サンエス石膏 (株)のカタログによれば、石膏の乾燥は、 ( 1)室温にて 3時間自然乾燥、（2)室温から 100°Cで 1時間、（3) 100〜150°Cで 1時 間、（4) 150〜250でで1時間、乾燥機内で乾燥することを指示している。
[0008] 尚、砂型や石膏型を使用した低圧铸造法については、特許文献 1に開示される「薄 物大型铸造品の製造方法」があり、石膏铸型を得るものとしては特許文献 2に開示さ れる「光造形榭脂をマスターとした金属铸造品の铸造方法」及び特許文献 3に開示さ れる「精密铸造用铸型の製作方法とそれに用いる模型」がある。
特許文献 1：特開 2004 -82211号公報
特許文献 2：特開平 9— 66344号公報
特許文献 3 :特開 2002— 153943号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] し力しながら、上述したように、精密铸造プラスターモールド法における全工程の中 で石膏の乾燥工程が最も長時間を要する。これは、精密铸造用石膏型の中心部位 まで十分に乾燥する必要がある力 であり、特に石膏型が大きくなると、乾燥所要時 間は益々長くなるものである。
[0010] また、石膏型の乾燥が不十分の場合、溶融金属を铸込むと水蒸気爆発を起こすと 言った危険性を伴う。精密铸造法 日本铸物協会精密铸造部会編 p— 197には、 Mg合金の精密铸造においては、石膏型の未乾燥水分と化学反応を起こすため、石 膏型は適さな ヽと記されて ヽるほどである。
[0011] これに対して、石膏乾燥炉での加熱乾燥を急ぐと、石膏型の割れやそりが発生する 原因となる。特に、ロストワックス模型ではなぐ榭脂模型の場合にはその現象が顕著 に発現される。
[0012] よって、本発明者達は、大型榭脂模型を埋没させた石膏型を割れることなく効率よ く乾燥させる方法を鋭意検討した結果、本発明に到達した。
課題を解決するための手段
[0013] したがって、この発明は、精密铸造におけるプラスターモールド法において、型枠 内に湯口模型を付した榭脂模型 (a)を設置し、精密铸造用石膏を流し込み硬化させ る石膏型製作工程 (A)と、石膏硬化後型枠を外し、減圧状態 (I)にお!/ヽて榭脂模型 ( a)が埋没した石膏型 (P)を乾燥させる乾燥工程 (B)と、榭脂模型 (a)が埋没した石 膏型 (P)を、湯口（O)を下方にして階段状加熱 (Π)し、榭脂模型 (a)の熱溶融分解 液化成分を湯口（O)より流出させる脱ロウ工程 (C)と、榭脂模型 (a)を燃焼焼失させ 、且つ石膏の余剰水分を除去する焼成工程 (D)とから成る精密铸造用プラスターモ 一ルドの乾燥'脱ロウ'焼成方法である。尚、脱ロウ工程での階段状加熱は、 250°C 以下の温度帯域で行われることが望ましぐまた前記焼成工程では、 300°C〜750 °Cの温度にて榭脂模型 (a)を燃焼消失させることが望ま 、。
[0014] さらに、前記榭脂模型 (a)は、ポリスチレン粉末積層造形模型であることが望ましい 。また、前記榭脂模型 (a)は、ロウ'ワックス成分 (b)及び Z若しくは可塑剤成分 (c)を 含有する 2液反応硬化性ポリウレタン榭脂模型であっても良いものである。
[0015] さらにまた、前記減圧状態 (I)とは、乾燥気体が細孔キヤピラリー (CP)より石膏型（ P)が配置された空間へ流入可能な状態であることが望ましい。また、前記空間は、常 温〜 80°Cの温度範囲内の温度であることが望ましぐ前記圧力は、 200mmHg〜7 50mmHgの圧力範囲内の圧力であることが望ましい。 [0016] また、前記階段状加熱 (II)は、第 1の温度帯域において所定時間保持され、前記 第 1の温度帯域よりも所定値高い第 2の温度帯域において所定時間保持されるような 加熱経過を経ることが望ましい。尚、第 1の温度帯域は、 150°C以下であり、第 2の温 度帯域は 150°C〜250°Cであることが望ましい。また、前記所定時間は、少なくとも 3 0分であることが望ましい。
[0017] さらに、前記榭脂模型 (a)に含有されるロウ'ワックス成分 (b)は、融点 50〜130°C の微粉末であることが望ま 、。
[0018] さらにまた、前記榭脂模型 (a)に含有される可塑剤成分 (c)は、 0°Cにおいて液状 であることが望ましい。
発明の効果
[0019] 以上説明したように、精密铸造全工程の中で石膏型をいかに迅速に乾燥せしめる 力が短納期の律速となる。石膏型より過剰の遊離水を乾燥除去し'石膏の結晶水を 除去することが必要である。水分除去に長時間を要するのは、過剰の遊離水を乾燥 除去することである。
[0020] 本発明の方法に従って、乾燥初期段階に乾燥気体を通じながら減圧'加熱にて乾 燥することにより、迅速に石膏型の乾燥が促進され、短納期対応が可能となる。また、 石膏型の急激乾燥による割れを防止できる効果をも備えている。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]本発明実施例として用いた 2気筒吸引口のモデルの全体斜視図である。
[図 2]湯口を付加した 2気筒吸引口形状榭脂模型を型枠に設置し、石膏'水混合物を 型枠内へ注 ヽで 、る状態断面図である。
[図 3]2気筒吸引口形状榭脂模型が埋没した石膏型の断面図である。
[図 4]2気筒吸引口形状榭脂模型が埋没した石膏型を、湯口を下方にて、減圧加熱 乾燥を実施している断面図である。
[図 5]加熱炉にて脱ロウ工程を実施している断面図である。
符号の説明
[0022] a 樹脂模型
F 型枠 FB 枠体底部
FN 加熱炉
O 空気抜き孔
OP 湯口
P 石膏型
V 減圧槽
発明を実施するための最良の形態
[0023] 以下、この発明の実施例について図面により説明する。
実施例
[0024] 精密铸造プラスターモールド法は模型を石膏型に埋没せしめ、乾燥'脱ロウ'焼成 するため、模型自体は焼失するものである。石膏型は、铸込み後石膏型を崩壊し、 金属体を取り出し製品と成すために、これも、再使用できないものである。同一形状 複数の铸物製品を製造するためには、製品に相当する数だけ模型が必要である。そ の 1つ 1つの模型と類似の铸物製品が生産されるものであるため、模型の形状はしつ 力りと品質管理されたものであらねば成らない。
[0025] 図 1は、本発明実施例として用いた 2気筒吸引口のモデル (M)の全体斜視図であ る。この 3次元形状データを光造形機に導入し、光造形マスターモデルを製作した。 次いで、シリコンゴムにて反転しシリコンゴム割り型を製作した。このシリコンゴム型に 2液反応硬化性ウレタン榭脂液を真空注型し、 2気筒吸引口形状榭脂模型 (a)を作 成した。作成した 2気筒吸引口形状榭脂模型 (a)の全体斜視図は図 1と同じである。
[0026] ここで、まず最初に榭脂模型 (a)の実施の形態について説明する。ものつくりにおい てはいきなり量産するものではなぐ初期は数個〜数十個の試作生産から開始される のが一般的である。精密铸造品もし力りである。近年、顧客力 铸造品を受注する場 合は 3次元データにて受注する形態が急速に増加して来た。この 3次元データを積 層粉末造形機に送り、 3次元立体造形にて榭脂模型を制作するラビッドプロトタイピ ングが最も早 、模型製作方法である。
[0027] 精密铸造用榭脂模型 (a)としては加熱溶融流失燃焼する榭脂が最適であり、本発 明にてもポリスチレン微粉末ビーズを実施使用して 、る。粉末積層造形されたポリス チレン模型は軟ィ匕点 150〜200°Cの熱可塑性榭脂から成るものであり、脱ロウ工程（ I)にて軟化溶融流失するものである。また、加熱条件の進展に従って、熱劣化分解 燃焼し焼失する。十分焼失させれば、石膏型内に残留する灰分は微量となる。石膏 型内の模型形状空間部位に残留した微量の灰分は、空気を吹き込むことにより簡単 に除去することができる。
[0028] 数個の模型程度なら粉末積層造形にて製作できるが、数十個以上の模型を制作 するとなると造形機の占有時間が長くなるために、 1個の 3次元立体光造形模型をマ スターモデルとし、シリコンゴム型に反転しシリコンゴム型へ液状樹脂を真空注型する ことにて、数十個の複製榭脂模型を制作するものである。 1個のマスターモデルをし つかり製作すれば、複数のシリコンゴム型にて数百個程度の複製された榭脂模型 (a) を短期間に制作することは、さほど難しいことではない。
[0029] 尚、榭脂模型 (a)には铸造用湯口形状が付加されて!、るものである。湯口形状の 付加は、粉末積層造形や光造形時に榭脂模型に一体付加させた 3次元立体造形模 型としてもよいし、湯口模型を先行製作し、榭脂模型 (a)に接着剤にて接合してもよ い。好ましくは、一体付加状態にて造形するのが最も早い方法である。
[0030] 複製された榭脂模型 (a)は、 2液反応硬化性ウレタン榭脂を実施使用するものであ る。一般にウレタン榭脂は耐熱性 80°C程度であり、加熱劣化分解溶融流出し易い榭 脂であり、精密铸造用模型として適合性が高いものである。この 2液反応硬化ウレタ ン榭脂液にはロウ'ワックス成分 (b)及びまたは可塑剤成分 (c)が配合使用される。こ れにて、脱ロウ工程 (I)の段階にてまず、ロウ'ワックス成分 (b)及びまたは可塑剤成 分 (c)が流失し、ウレタン榭脂は収縮した状態にて石膏型 (P)に残留する。次いで、 加熱条件の進展に従って、ウレタン榭脂が熱分解溶融し、その一部は液ィ匕流出し、 その一部は燃焼し焼失する。十分焼失させれば、石膏型 (P)内に残留する灰分は微 量となる。石膏型 (P)内の模型形状空間部位に残留した微量の灰分は、空気を吹き 込むことにより簡単に除去することができる。
[0031] 2液反応硬化性榭脂は工業用試作デザインモデルの複製材料として使用されてお り、その製作作業性，硬化性 ·形状保持性 ·切削加工性に優れている。硬化促進用触 媒を添加することにより急速硬化 ·脱型することができるし、可塑剤成分 (c)として液 状可塑剤を配合することも可能であるし、ロウ'ワックス成分 (b)としてその微粉末を配 合することも可能である。
[0032] このような 2液反応硬化性ウレタン榭脂を用いた精密铸造用榭脂模型の詳細は、本 発明者達により、特開平 2003— 211257号公報及び特開平 2003— 290871号公 報に開示されている。
[0033] 次に石膏型製作工程 (A)の実施の形態について説明する。
[0034] 精密铸造用石膏は各種上巿されており、その代表的な石膏はサンエス石膏 (株)の「 キャスター 8」を実施使用した。石膏 Z水 = 100部 Z50部にて混合し、型枠内に榭脂 模型 (a)を配置し、図 2に示すように、石膏 Z水混合物を流し込み、榭脂模型 (a)を 埋没させた。室温にて数時間放置し石膏を硬化せしめ、その後、型枠を外して榭脂 模型埋没石膏型 (P)を取り出した。
[0035] 榭脂模型 (a)を型枠 (F)に設置するに際し、榭脂模型 (a)に付加した湯口（OP)を 型枠底面 (FB)に瞬間接着剤にて軽く固定設置した。これにて、型枠 (F)を外した石 膏型 (P)の底面部位表面 (PB)には、図 3に示すように、空気抜き孔 (O)及び湯口（ OP)が顔を出している状態となる。尚、 Dは铸込み口用受け皿である。
[0036] 次に石膏型 (P)を乾燥させる工程 (B)の実施形態につ!、て説明する。
[0037] 石膏の硬化には化学反応に必要な水があればよいが、十分な流動性を保持し、型 枠に注入できる作業性が必要である。そこで、どうしても余剰水分を必要とし、この余 剰水分を石膏型より除くことが必要となる。
[0038] 石膏型の塊力 余剰水分を除く石膏型の初期乾燥は室温放置とされて 、る。石膏 の結晶粒子間に存在する遊離水分子は、石膏型の表面より除々に蒸発飛散する。 石膏型表面の遊離水分が飛散すると石膏結晶粒子間に毛細管が生成され、石膏表 面の下部層に存在する遊離水分がその毛細管を通って表面に移行し、空気中へ順 次飛散すると言った水分移行飛散乾燥過程が繰り返されて、除々に石膏型内部まで 乾燥するものである。
[0039] 石膏型を迅速に乾燥させるためには、その表面積を大きくすれば良い。しかしなが ら、石膏型の外形を決定するのは型枠であり、石膏と水を混合した石膏'水混合物を 注入する枠は木枠または金属枠が使用され、 4つの側面と底部面の 5面で構成され た箱型である。型枠を構成する 5面はビス留めにて簡単に組み立てができるものであ る。よって、石膏型は直方体として製作され、最も簡単な製作法となる。
[0040] 石膏型の形状を表面積大となるように複雑形状にするならば、型枠自体が複雑に なり、型枠製作に長時間を要することとなり、メリットが見出せない。
[0041] 榭脂模型 (a)を埋没した直方体の石膏型は、上記の通りその表面積が小さ 、。
[0042] 大型複雑形状の榭脂模型 (a)の場合には、石膏型も大きくなり、重量あたりの表面 積は益々小さくなり、石膏型中心部位の乾燥は非常に不利となる。特に榭脂模型 (a )の形状が開口を持った中空体となると、模型の開口部より中空部位に進入硬化した 石膏は結果的に模型の材質にほぼ覆われた状態となる。模型の材質は水をほとんど 吸収しな 、榭脂成分力もなるため、榭脂模型 (a)の中空部位に位置する石膏に存在 する遊離水分は、石膏表面へ移行し蒸発乾燥されるには非常に不利な状態にある。
[0043] こう 、つた理由から、大型中空複雑形状の榭脂模型 (a)では数日間の室温乾燥条 件では石膏型の中心部位まで迅速に乾燥させることは非常に困難である。
[0044] 石膏の硬化性を阻害することなぐ迅速に乾燥を促進するための方法を鋭意検討 した結果、図 4で示すように、型枠 (F)より脱型した石膏型 (P)を減圧槽 (V)に設置し 、キヤピラリー（CP)より窒素ガスを流しながら、 200〜750mmHgの減圧にて、温度 20〜80°Cで数時間、減圧微加熱乾燥する方法が最も有効であることを見出した。
[0045] つまり、石膏型 (P)が硬化した後、石膏型 (P)を減圧状態に置くことにより石膏表面 の遊離水分を迅速に蒸発飛散させるものである。また、石膏型 (P)内部の遊離水分 を減圧にて表面へ吸い出そうとするものである。石膏表面より飛散した水分は、キヤピ ラリー（CP)よりながれる乾燥気体に乗って系外へ運ばれるものである。石膏型 (P) の表面より遊離水分飛散にて石膏型 (P)表面温度が低下し、遊離水分の蒸発飛散 が低下するので、石膏型 (P)をやや加熱状態に保持することが有効である。石膏型（ P)を加熱状態に保持するために、減圧槽 (V)自体を電熱ヒーター (H)にて暖める方 式'減圧槽 (V)のガラス窓より赤外線を石膏型 (P)に照射し石膏型 (P)を加熱する方 式'キヤピラリー (CP)より導入する乾燥気体を加熱する方式などが有効である。この 実施例では、伝熱ヒーター (H)を用いている。また、図 4中において、（HR)は、前記 石膏型 (P)を保持する保持台である。 [0046] キヤビラリ一（CP)はガラス管をバーナーで加熱溶融させて一気に引き伸ばし、引き 伸ばし部位が細いエナメル線状となし、切断することにて簡単に製作される。ガラス 管から上記方法にてキヤビラリ一 (CP)を製作する限り、キヤビラリ一 (CP)の先端まで 管状となる。キヤピラリー (CP)の先端を水につけ他端に空気圧をかけると、キヤビラリ 一 (CP)先端より水中へ空気が放出され気泡が発生することにてキヤビラリ一（CP)の 完成が確認される。
[0047] 次いで、脱ロウ工程 (C)の実施形態について説明する。
[0048] 脱ロウ工程 (C)は湯口（OP)を付加した榭脂模型 (a)を溶融液ィ匕せしめ、石膏型（ P)の湯口部位 (B)より溶融流失させ、模型形状の内部空間を石膏型 (P)に設けるこ とを目的とするものである。当然、石膏の乾燥も同時並行的に進行するものである。
[0049] よって、図 5で示すように、石膏型 (P)は湯口（OP)が顔を出した底面を下方にして 燃焼炉 (FN)内に設置され、電気またはガスにて加熱される。
[0050] 榭脂模型 (a)がポリスチレン粉体積層造形物である場合、ポリスチレンの軟ィ匕溶融 温度以上の炉内温度 150〜200°Cで脱ロウされる力 急激に炉内温度を 150〜200 °Cに昇温すると、残存する遊離水や結晶水が石膏内部で水蒸気化し、その圧力にて 石膏型 (P)が割れることがあるため、段階的に昇温する必要がある。
[0051] 榭脂模型 (a)が 2液反応硬化性榭脂の場合、配合された溶融液化する近辺のより 高温の 120〜 150°Cで炉内温度を 30分以上保持し、液状の可塑剤（c)と共にロウ' ワックス成分 (b)を液ィ匕流出させるものである。その後段階的に炉内温度を昇温し、 脱ロウを促進するものである。
[0052] 炉内温度 120〜150°Cの時点で石膏型 (P)を取り出し冷却後切断し、その断面を 観察した結果、ロウ'ワックス成分 (b)と液状の可塑剤成分 (c)は湯口（OP)より自然 落下にて僅かに流失し始めていると共に、石膏型 (P)内壁部へ浸透していることが確 認された。榭脂模型 (a)はロウ ·ワックス成分 (b)と液状の可塑剤成分 (c)が抜け出し て 、るため、スポンジ状で収縮した榭脂骨格が残留して 、た。
[0053] こう言った観察事実から、石膏型 (P)に埋没している榭脂模型 (a)の、加熱による挙 動変化を明確ィ匕することができる。つまり、これは、榭脂模型 (a)が加熱されることによ り、榭脂模型 (a)の内部に抱含されて ヽるロウ'ワックス成分 (b)と液状の可塑剤成分 (c)が榭脂模型 (a)の内部から滲み出して石膏型 (P)内壁に含浸する。榭脂模型 (a )の榭脂骨格はロウ ·ワックス成分 (b)と液状の可塑剤成分 (c)が榭脂模型 (a)の内部 カゝら滲み出した形跡を保持したスポンジ状にて収縮する。榭脂模型 (a)が加熱により 膨張しょうとする内圧はこの現象にて緩和される。更に加熱が続行されると、榭脂模 型 (a)に付した湯口形状部位力も脱ロウが始まり、順次内部の榭脂模型 (a)からにじ み出たロウ ·ワックス成分 (b)と液状の可塑剤成分 (c)がスムースに湯口形状の石膏 型 (P)から流出自然落下するものであると解釈されることに到達した。
[0054] 石膏は約 130°C近辺で結晶水の一部を放出し、半水石膏に変化する。よって、そ れよりもやや高温の炉内温度 150°C近辺で 30分保持する段階で、結晶水が放出さ れ半水石膏ィ匕するものであろう。この時点では、石膏型内部に埋没した榭脂模型 (a) は脱ロウ状態にあり、石膏型 (P)中心内部から発生する結晶水の放出は脱ロウ通路 を経由して、脱ロウ成分を押し出しながら石膏型 (P)の湯口（OP)から加熱炉 (FN) 内に放出されることになる。尚、図 5において、（FH)は加熱用ヒーターであり、 (MP) は金属製の受け皿であり、 (AB)は脱ロウ工程中の流出物である。
[0055] つまり、石膏型 (P)から放出される水蒸気は、段階的加熱を確実に進行させる限り 石膏内部に内圧を排除し、石膏型 (P)が割れることを回避することができる。特に巿 販ロストワックスよりも融点の低 、液状の可塑剤 (c)やロウ ·ワックス成分 (b)を含有す る 2液反応硬化性ウレタン榭脂から成る榭脂模型 (a)の場合は、石膏型 (P)が割れる ことを回避できる性能に優れていると言えることが判った。
[0056] 次 、で、焼成工程 (D)の実施形態につ!、て説明する。
[0057] 脱ロウ工程 (C)終了後、引き続き炉内温度を徐々に 700〜750°Cに昇温し、石膏 型 (P)に埋没した榭脂模型 (a)の液状の可塑剤 (c)やロウ ·ワックス成分 (b)の抜け殻 である収縮した榭脂骨格を燃焼せしめる。この時、石膏型 (P)内壁に含浸付着した 液状の可塑剤（c)やロウ'ワックス成分 (b)も燃焼させるものである。また、石膏型 (P) 自体に存在した、遊離水 ·放出結晶水は除去され、铸造に使用可能な石膏型が完 成する。
[0058] 石膏型湯口（OP)より内部へ空気を噴射し、石膏型 (P)内部に残存する微量灰分 を除去する。直ちに铸造装置に設置し、溶融金属の铸込みに備える。 特に石膏型 (P)は水分除去が重要であり、石膏型 (P)よりの水分除去が不十分な 状態で溶融金属を铸込むと石膏型 (P)の水分と溶融金属が反応し爆発を起こすの で、十分な注意が必要である。

Claims

請求の範囲
[1] 精密铸造におけるプラスターモールド法にぉ 、て、
型枠 ）内に湯口模型を付した榭脂模型 (a)を設置し、精密铸造用石膏を流し込 み硬化させる石膏型製作工程 (A)と、
石膏硬化後型枠を外し、減圧状態 (I)にお ヽて榭脂模型 (a)が埋没した石膏型 (P) を乾燥させる乾燥工程 (B)と、
榭脂模型 (a)が埋没した石膏型 (P)を、湯口（O)を下方にして階段状加熱 (Π)し、 榭脂模型 (a)の熱溶融分解液化成分を湯口（O)より流出させる脱ロウ工程 (C)と、 榭脂模型 (a)を燃焼焼失させ、且つ石膏の余剰水分を除去する焼成工程 (D)とか ら成ることを特徴とする精密铸造用プラスターモールドの乾燥'脱ロウ'焼成方法。
[2] 前記榭脂模型 (a)がポリスチレン粉末積層造形模型であることを特徴とする請求項
1記載の精密铸造用プラスターモールドの乾燥'脱ロウ'焼成方法。
[3] 前記榭脂模型 (a)が、ロウ ·ワックス成分 (b)及び Z若しくは可塑剤成分 (c)を含有 する 2液反応硬化性ポリウレタン榭脂模型であることを特徴とする請求項 1記載の精 密铸造用プラスターモールドの乾燥 '脱ロウ'焼成方法。
[4] 前記減圧状態 (I)とは、乾燥気体が細孔キヤビラリ一 (CP)より石膏型 (P)が配置さ れた空間へ流入可能な状態であることを特徴とする請求項 1、 2又は 3記載の精密铸 造用プラスターモールドの乾燥 '脱ロウ'焼成方法。
[5] 前記階段状加熱 (II)は、第 1の温度帯域において所定時間保持され、前記第 1の 温度帯域よりも所定値高い第 2の温度帯域において所定時間保持されるような加熱 経過を経ることを特徴とする請求項 1〜4のいずれか一つに記載の精密铸造用プラス ターモールドの乾燥 '脱ロウ'焼成方法。
[6] 前記榭脂模型 (a)に含有されるロウ'ワックス成分 (b)は、融点 50〜130°Cの微粉 末であることを特徴とする請求項 1〜4のいずれか一つに記載の精密铸造用ブラスタ 一モールドの乾燥 '脱ロウ'焼成方法。
[7] 前記榭脂模型 (a)に含有される可塑剤成分 (c)は、 0°Cにお 、て液状であることを 特徴とする請求項 1〜4のいずれか一つに記載の精密铸造用プラスターモールドの 乾燥 ·脱ロウ ·焼成方法。
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