WO2006054346A1 - 鋳型の製造装置およびその製造方法 - Google Patents

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steam
resin
mold
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Isamu Ide
Toru Seki
Sadao Maeda
Keizo Nishiyama
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Lignyte Co., Ltd.
Maeda Shell Service 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

Definitions

  • the present invention relates to a saddle type manufacturing apparatus used for manufacturing and a manufacturing method thereof.
  • a resin-coated sand obtained by coating a refractory aggregate with a binder such as a thermosetting resin is blown into the cavity of a heated mold, and the binder is thermally cured to form a saddle type.
  • a method of manufacturing is known. According to this method, a high-productivity and stable quality cocoon can be produced, but the mold must be heated to a high temperature. There was a problem if poisonous substances such as ammonia gas and formaldehyde were generated along with the reaction, resulting in a worse working environment.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2000-107835 discloses a method capable of preventing a bad working environment and manufacturing a stable mold in a shorter time. Yes.
  • This method is characterized in that after the resin-coated sand is filled into the mold, superheated steam is blown into the mold to instantly cure the binder, and the inner resin-coated that is not in contact with the mold. Since the heat of steam is transmitted to the sand instantaneously, even if the heating temperature of the mold is set lower than before, the vertical mold can be manufactured in a short time and the generation of toxic gas can be greatly reduced.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a mold manufacturing method capable of obtaining a mold having a stable quality even when a mold having a complicated shape is manufactured while maintaining the safety of the work environment and high production efficiency. Quit.
  • the vertical manufacturing apparatus of the present invention includes the following configuration:
  • Steam supply means for supplying superheated steam into the cavity
  • a plurality of steam discharge passages for discharging superheated steam from the cavity A plurality of steam discharge passages for discharging superheated steam from the cavity
  • a flow rate adjusting means arranged in at least one of the steam discharge passages to adjust the amount of steam discharged from the cavity;
  • Control means for controlling the flow rate adjusting means so that the superheated steam is uniformly filled in the cavity.
  • a temperature sensor is disposed near each inlet of the steam discharge passage, and the control means adjusts the flow rate so that the temperature detected by the temperature sensor is within a predetermined temperature range.
  • U prefer to control the means.
  • the flow rate adjusting means includes an electromagnetic valve, and the control means controls the opening amount of the electromagnetic valve.
  • the production apparatus of the present invention preferably includes a suction pump connected to at least one of the plurality of steam discharge passages, and the control means preferably controls the exhaust amount of the suction pump.
  • the flow rate adjusting means includes an electromagnetic valve, a suction pump is connected to an exhaust port formed by joining a plurality of steam discharge passages at the ends, and the control means is The opening amount of the solenoid valve and the exhaust amount of the suction pump are controlled. According to this configuration, as will be described later, the object of the present invention can be achieved more effectively.
  • control means controls the flow rate adjusting means based on the porosity of the resin-coated sand filled in the cavity. Since the porosity of the resin-coated sand has a large effect on the penetration of steam into the resin-coated sand filled in the cavity, control based on this parameter is effective in further improving the uniformity of temperature distribution in the cavity. It is.
  • a further object of the present invention is to provide a production method for achieving the above object.
  • the manufacturing method of the present invention uses the above-described manufacturing apparatus to fill a heated mold cavity with resin-coated sand obtained by coating a fireproof aggregate with a binder resin. Including the step of blowing superheated steam having a vapor pressure of 1.5-lOkgfZcm 2 into the cavity at a temperature at which the resin-coated sand can be cured or higher, and curing the resin-coated sand.
  • the flow rate adjusting means is controlled by the control means so that the superheated steam is uniformly filled in the cavity.
  • control parameter of the flow rate adjusting means by the control means includes at least one of the temperature in the steam discharge path and the porosity of the resin-coated sand filled in the cavity.
  • FIG. 1 is a schematic view of a saddle-shaped manufacturing apparatus that works on a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a graph showing a narrow particle size distribution of resin-coated sand.
  • FIG. 2B is a schematic diagram showing a filling state of resin-coated sand having a narrow particle size distribution.
  • FIG. 3A is a graph showing a wide particle size distribution of resin-coated sand.
  • FIG. 3B is a schematic view showing a filling state of resin-coated sand having a wide particle size distribution.
  • the vertical manufacturing apparatus of the present embodiment includes a mold 1 having a cavity 40 having a desired shape therein, a sand supply unit 3 for supplying resin-coated sand into the cavity, and A steam supply unit 7 for supplying superheated steam into the cavity, a steam intake passage 10 for supplying superheated steam from the steam supply unit 7 into the cavity 40, and a cavity A plurality of steam discharge passages (20, 21, 22) for discharging superheated steam from the solenoid valves (30, 31, 32) arranged in each of the steam discharge passages, and the steam discharge passages at the end.
  • the suction pump 5 connected to the exhaust port formed in this way and the control unit 4 that controls the electromagnetic valve and the suction pump so that the superheated steam is uniformly filled in the cavity are mainly configured.
  • number 2 is a resin-coated sand filled in a cavity and coated with a binder such as a thermosetting resin on a fireproof aggregate
  • number 60 is a heater for mold heating. is there.
  • a surge tank may be provided on the upstream side of the suction pump as necessary.
  • a metal material or a heat-resistant resin material can be used as a material constituting the mold.
  • a metal material or a heat-resistant resin material can be used as a material constituting the mold.
  • the mold shown in FIG. 1 can be divided into an upper mold and a lower mold, and a cavity 40 is formed inside with the upper mold and the lower mold connected.
  • the sand supply unit 3 can be connected to the steam suction passage 10 by sliding on the rail 80.
  • the steam suction path 10 is used as a sand supply path for injecting the resin-coated sand 2 into the cavity 40 when the sand supply unit 3 is connected.
  • the steam supply unit 7 can generate steam at a temperature of 110 ° C-180 ° C, and the pressure of the steam supplied from the steam generator 70 is greatly increased.
  • microwaves for steam overheating It is preferable to use microwaves for steam overheating.
  • superheated steam is defined as that obtained by further heating saturated steam to a temperature higher than its saturation temperature.
  • the steam pressure is 1.5-lOkgfZcm 2 and the temperature is more preferably 150-700 ° C. It is preferable to supply superheated steam at 200-600 ° C into the cavity.
  • a sealing material is used for the connecting portion in order to prevent escape of superheated steam through the connecting portion. It is preferable to provide it.
  • a recess where a sealing material made of foamed rubber can be placed is provided at the joint of the mold, and an air supply path for injecting air into the sealing material is provided. And are preferred.
  • air is injected into the sealing material disposed in the recess through the air supply path to expand it, and the expanded foamed rubber is pressed against the connecting surface of the segment type to effectively escape the superheated steam. Can be prevented.
  • vertical molds can be manufactured safely without deteriorating the surrounding work environment.
  • the opening amount of each of the electromagnetic valves (31, 32, 33) as the flow rate adjusting means is based on the output of the temperature sensor (50, 51, 52) arranged near the inlet of the corresponding steam exhaust passage. Controlled by control queue 4. That is, the amount of steam drawn into each steam discharge path increases or decreases according to the opening amount of the corresponding electromagnetic valve. Therefore, a steam discharge path is provided at a location where it is difficult for steam with a complex shape to reach, and the opening of the electromagnetic valve is adjusted so that the temperature detected by the temperature sensor installed in the steam discharge path is within the desired temperature range. By controlling this, steam can be evenly distributed to every corner of the cavity.
  • the porosity of the resin-coated sand 2 filled in the cavity is preferably included in the control parameter of the electromagnetic valve from the viewpoint of more uniformly filling the cavity with steam. That is, as shown in FIGS. 2A and 2B, when the particle size distribution of the resin-coated sand 2 is narrow, a relatively large gap is formed between the filled resin-coated sand particles. Becomes relatively large. In this case, the superheated steam supplied into the cavity penetrates into the resin-coated sand through these gaps, and the amount of steam discharged from the steam discharge path 20 immediately increases. As a result, the steam discharge paths 21, 22 There is a risk of reducing the amount of steam supplied to the tank.
  • the operation of these electromagnetic valves is performed so as to reduce the opening amount of the electromagnetic valves arranged in the steam discharge passage 20 and to increase the opening amounts of the electromagnetic valves arranged in the steam discharge passages 21, 22. Controlled by control queue 4.
  • the opening amount of the electromagnetic valve arranged in the steam discharge path 20 is slightly increased, while reaching the inlet of the steam discharge paths 21, 22
  • the opening of the electromagnetic valves arranged in the steam discharge passages 21, 22 is made sufficiently large, and the operation of the electromagnetic valves and suction pumps is controlled so as to increase the displacement of the suction pumps. Controlled by unit 4.
  • the mold can be produced in a safer working environment where it is not necessary to heat the mold to a high temperature, and a mold made of a heat-resistant resin material other than metal can be used. As a result, the design freedom of the mold is increased! ] And manufacturing cost can be reduced.
  • the porosity of the resin-coated sand filled in the mold is obtained in advance by a preliminary experiment, and this porosity is input via an input means (not shown) provided in the control unit 4.
  • the opening amount of the electromagnetic valve is defined as a numerical value measured by the following method.
  • Resin-coated sand is made by coating a fireproof aggregate with a binder (binder resin) such as thermosetting resin.
  • binder resin such as thermosetting resin.
  • thermosetting resin include phenol resin, furan resin, and isocyanate resin. Compound, ammine polyol resin, polyether polyol resin and the like can be used.
  • the mold heating temperature is preferably set to a temperature at which the resin-coated sand to be used can be cured or higher, for example, 130 ° C-200 ° C.
  • superheated steam having a vapor pressure of 1.5-lOkgfZcm 2 at a temperature at which the resin-coated sand 2 can be cured or higher, preferably at a temperature of 200-600 ° C is supplied to the steam supply unit 7 Then blow into the cavity 40 of the mold 1 to cure the resin-coated sand.
  • the superheated steam blown into the cavity uniformly heats the resin-coated sand in the cavity to a temperature necessary for curing, and then the cavity is also discharged through the steam discharge passage (20, 21, 22).
  • the electromagnetic valve (30, 31, 32) and the suction pump 5 are controlled by the control unit 4 so that the superheated steam is uniformly filled in the cavity.
  • the steam supplied into the cavity is forcibly sucked into the steam discharge passages provided at a plurality of locations, so that the steam is uniformly distributed throughout the cavity.
  • the time required for the curing process of the mold can be greatly shortened, and quality variation can be suppressed to stabilize a uniform mold.
  • the thermosetting resin binder is cured using superheated steam at the above temperature, generation of toxic gases such as ammonia, formaldehyde and phenol can be remarkably reduced.
  • the mold made of the cured resin-coated sand is removed from the mold.
  • the mold may be dried by a dryer as a subsequent process.
  • the steam uniformly supplied to the entire cavity having a complicated shape is forcibly removed through the steam discharge passage, the steam is difficult to condense inside the vertical shape. Can be omitted.
  • the resin-coated sand and superheated steam are introduced into the cavity through a single supply path. However, depending on the shape and size of the cavity, the resin-coated sand is supplied through a plurality of supply paths.
  • superheated steam may be introduced into the cavity.
  • an apparatus having three steam discharge paths has been described.
  • two or four or more steam discharge paths may be provided at appropriate positions according to the shape of the cavity.
  • a suction pump may be provided only at the end of a predetermined steam discharge path.
  • the resin-coated sand used in this example was prepared as follows. First, a mixture of 680 parts by weight of phenol, 680 parts by weight of 37% formalin and 101 parts by weight of hexamethyltetramine is placed in a reaction vessel, heated to 70 ° C over about 60 minutes, and left as it is. The reaction was allowed to stand for hours. The obtained reaction product was dehydrated under reduced pressure to 90 ° C. at 100 Torr and then cooled to obtain a resol type phenolic resin having a soft melting point of 80 ° C.
  • the apparatus shown in Fig. 1 was used for manufacturing the vertical mold.
  • the resin-coated sand 2 was injected into the cavity 40 of the mold 1 heated to 160 ° C. from the sand supply unit 3 connected to the steam suction passage 10 at a pressure of 2.5 MPa.
  • the sand supply unit 3 was also separated from the steam suction path 10, and the steam supply unit 7 was connected to the steam suction path 10.
  • a steam generator 70 generated saturated steam at 165 ° C under a pressure of 7 kgf / cm 2 , and the heater 72 was used to superheat the saturated steam to obtain 400 ° C superheated steam.
  • the superheated steam was supplied into the cavity 40 of the mold 1 filled with resin-coated sand for 10, 20, and 30 seconds to produce a vertical mold.
  • the cavity shape is the same, but the solenoid valve, suction pump, And the control unit was used to manufacture a mold using a special dredge apparatus.
  • Table 1 shows the temperature near the inlet of each steam discharge channel (20, 21, 22) and the evaluation results of the vertical molds taken out of the mold force. As the evaluation criteria for the vertical shape, “ ⁇ ” indicates that the vertical shape is good, “ ⁇ ” indicates that a portion of the vertical shape has an uncured part, and “X” indicates that the vertical shape cannot be used. It is shown that.
  • Embodiments 1 to 3 the temperature of the steam discharge passage is relatively uniform, the steam supply time is short! Even in this case, the inside of the cavity can be heated uniformly, and the quality is stable. The mold could be manufactured.
  • Comparative Examples 1 and 3 the suction of steam to the steam discharge path is not controlled, so the steam supply time when the temperature near the inlets of the steam discharge paths 21 and 22 is low should be lengthened. Although there was some improvement in quality, when the steam supply time was short, a vertical defect occurred due to the uneven temperature distribution in the cavity.
  • the result of this example shows that a saddle shape having a complicated shape can be stably manufactured by supplying steam for a short time.
  • Resin-coated sand was prepared in the same manner as in Examples 1 to 3 except that Jumin 90 was used instead of the flattery sand used in Examples 1 and 3. This resin coated sand had a porosity of 37%. Using this resin-coated sand, a bowl was produced in the same manner as in Examples 1-3. Similarly, using this resin-coated sand, a saddle type was produced in the same manner as in Comparative Examples 1-3. The results are shown in Table 2.
  • Example 4 10 108 107 106 ⁇ Example 5 20 118 113 113 ⁇ Example 6 30 125 122 123 o Comparative Example 4 10 114 85 87 X Comparative Example 5 20 123 89 91 X Comparative Example 6 30 131 93 94 X
  • the temperature of the steam discharge passage can be controlled relatively uniformly so that the inside of the cavity can be heated uniformly. Therefore, even though resin-coated sand having a lower porosity is used, It was possible to produce a bowl with stable quality.
  • Comparative Examples 4 and 6 the temperature distribution in the cavity becomes non-uniform due to the decrease in the porosity of the resin-coated sand, and even if the supply time is the longest, the steam discharge paths 21, 22 The temperature in the vicinity could not be raised sufficiently, and as a result, it was impossible to produce a saddle that could be used within the steam supply time adopted this time.
  • the present invention can uniformly cure the resin-coated sand in the mold by increasing the amount of superheated steam supplied to the complicated part when manufacturing a saddle with a complicated shape. There is a special effect.
  • the Japanese Patent Publication the Japanese Patent Publication

Abstract

　複雑形状の鋳型を安定した品質で得ることができる鋳型の製造装置および方法を提供する。この製造方法には、内部にキャビティを有するモールドと、蒸気供給ユニットと、キャビティへの蒸気吸気路と、複数の蒸気排出路と、蒸気排出路に配置され、キャビティから排出される蒸気量を調節する流量調整手段と、流量調整手段を制御する制御手段とを具備する装置が使用される。耐火骨材にバインダー樹脂を被覆してなるレジンコーテッドサンドを、加熱されたモールドのキャビティ内に充填した後、キャビティ内に過熱水蒸気を供給する。この際、キャビティ内に過熱水蒸気が均一に充填されるように流量調整手段が制御手段によって制御される。

Description

明 細 書
铸型の製造装置およびその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、铸造に使用される铸型の製造装置およびその製造方法に関するもので ある。
背景技術
[0002] 従来、耐火骨材に熱硬化性榭脂などの粘結剤を被覆してなるレジンコーテッドサン ドを、加熱した金型のキヤビティ内に吹き込み、粘結材を熱硬化させて铸型を製造す る方法が知られている。この方法によれば、高い生産性と安定した品質の铸型の製 造を行えるが、金型を高い温度に加熱する必要があり、フエノール榭脂等の粘結剤 が硬化する際の急激な反応に伴ってアンモニアガスやホルムアルデヒドなどの有毒 物質が発生し、作業環境の悪化を招くと!ヽぅ問題があった。
[0003] これらの問題点を改善するため、例えば、日本公開特許公報 2000-107835号に作 業環境の悪ィ匕を防ぐとともに、より短時間で安定な铸型を製造できる方法が開示され ている。この方法は、レジンコーテッドサンドを金型内に充填した後、過熱水蒸気を金 型内に吹き込むことで粘結剤を瞬時に硬化させることを特徴としており、金型に接し ていない内側のレジンコーテッドサンドに瞬時に蒸気の熱が伝わるため、金型の加熱 温度を従来よりも低く設定しても短時間で铸型を製造でき、有毒ガスの発生も大幅に 低減できるという長所がある。
[0004] しカゝしながら、複雑形状の铸型を製造する場合は、金型のキヤビティに充填された レジンコーテッドサンドの隅々にまで均一に過熱水蒸気を供給することが困難で、硬 化不十分のために铸型の品質にバラツキを生じる恐れがある。また、金型に充填され たレジンコーテッドサンドの空隙率が低 、場合は、空隙率が高!、場合よりも過熱水蒸 気が通過し 1 、充填されたレジンコーテッドサンドへの均一な熱供給を行い難いと いう問題もある。
発明の開示
[0005] そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ は、作業環境の安全性と、高い製造効率を維持しながら、複雑形状の铸型を製造す る場合においても安定した品質の铸型を得ることができる铸型の製造方法を提供す ることにめる。
[0006] すなわち、本発明の铸型の製造装置は、以下の構成を含む：
内部にキヤビティを有するモールド；
過熱水蒸気をキヤビティ内に供給する蒸気供給手段；
前記キヤビティから過熱水蒸気を排出する複数の蒸気排出路；
前記蒸気排出路の少なくとも 1つに配置され、キヤビテイカ 排出される蒸気量を調 節する流量調整手段；
キヤビティ内に過熱水蒸気が均一に充填されるように流量調整手段を制御する制御 手段。
[0007] 本発明の製造装置において、蒸気排出路の各々の入口付近に温度センサーを配 置し、制御手段は、温度センサーによって検出された温度が所定の温度範囲内とな るように流量調整手段を制御することが好ま U 、。
[0008] また、流量調整手段は、電磁弁を含み、制御手段は電磁弁の開口量を制御するこ とが好ましい。さらに、本発明の製造装置は、複数の蒸気排出路の少なくとも一つに 接続される吸引ポンプを含み、制御手段は吸引ポンプの排気量を制御することが好 ましい。
[0009] 本発明の特に好ましい実施形態として、流量調整手段は、電磁弁を含み、複数の 蒸気排出路が末端において合流することにより形成される排気口に吸引ポンプが接 続され、制御手段は電磁弁の開口量及び吸引ポンプの排気量を制御する。この構 成によれば、後述するように、本発明の目的をより効果的に達成することができる。
[0010] また、制御手段は、キヤビティ内に充填されたレジンコーテッドサンドの空隙率に基 づ 、て上記流量調整手段を制御することが好ま 、。レジンコーテッドサンドの空隙 率は、キヤビティ内に充填されたレジンコーテッドサンドへの蒸気の浸透に大きな影 響を及ぼすので、このパラメータに基づく制御は、キヤビティ内における温度分布の 均一性のさらなる改善に有効である。
[0011] 本発明のさらなる目的は、上記目的を達成するための製造方法を提供することにあ る。すなわち、本発明の製造方法は、上記した製造装置を使用して、耐火骨材にバ インダー榭脂を被覆してなるレジンコーテッドサンドを加熱されたモールドのキヤビテ ィ内に充填するステップと、前記レジンコーテッドサンドの硬化可能温度もしくはそれ 以上の温度で、蒸気圧が 1.5— lOkgfZcm2の過熱水蒸気を前記キヤビティ内に吹き 込み、レジンコーテッドサンドを硬化させるステップとを含み、前記した硬化ステップ にお 、て、キヤビティ内に過熱水蒸気が均一に充填されるように流量調整手段を制 御手段によって制御することを特徴とする。
[0012] 上記製造方法においては、制御手段による流量調整手段の制御パラーターが、蒸 気排出路内の温度、およびキヤビティに充填されたレジンコーテッドサンドの空隙率 の少なくとも一つを含むことが好ましい。これらのパラメータを制御することにより、モ 一ルドのキヤビティ内に信頼性よく均一な温度分布を提供することができる。
[0013] 本発明のさらなる目的および効果は、以下の発明を実施するための最良の形態か らより明確に理解することができる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明の好ましい実施形態に力かる铸型の製造装置の概略図である。
[図 2A]レジンコーテッドサンドの狭い粒度分布を示すグラフである。
[図 2B]狭い粒度分布を有するレジンコーテッドサンドの充填状態を示す概略図であ る。
[図 3A]レジンコーテッドサンドの広い粒度分布を示すグラフである。
[図 3B]広い粒度分布を有するレジンコーテッドサンドの充填状態を示す概略図であ る。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態に基づく铸型の製造 装置および製造方法につ!、て詳述する。
[0016] 本実施形態の铸型の製造装置は、図 1に示すように、内部に所望の形状のキヤビ ティ 40を有するモールド 1と、レジンコーテッドサンドをキヤビティ内に供給するサンド 供給ユニット 3と、過熱水蒸気をキヤビティ内に供給する蒸気供給ユニット 7と、蒸気供 給ユニット 7から過熱水蒸気をキヤビティ 40内に供給する蒸気吸入路 10と、キヤビティ から過熱水蒸気を排出する複数の蒸気排出路 (20, 21, 22)と、蒸気排出路の各々に 配置される電磁バルブ (30, 31, 32)と、蒸気排出路が末端において合流することによ り形成される排気口に接続される吸引ポンプ 5と、キヤビティ内に過熱水蒸気が均一 に充填されるように電磁バルブおよび吸引ポンプを制御する制御ユニット 4とで主とし て構成される。図中、番号 2は、キヤビティ内に充填された、耐火骨材に熱硬化性榭 脂などの粘結剤を被覆してなるレジンコーテッドサンドであり、番号 60は、モールド加 熱用のヒーターである。また、吸引ポンプの上流側には、必要に応じてサージタンク を設けてもよい。
[0017] モールドを構成する材料としては、金属材料や耐熱性榭脂材料を使用することがで きる。モールドの構造、形状については特に制約はない。例えば、複数のセグメント 型により構成され、それらを一体に連結することで内部に所望の形状のキヤビティを 提供するモールドを用いることができる。図 1に示すモールドは、上型と下型とに分割 可能であり、上型と下型を連結した状態で内部にキヤビティ 40が形成される。
[0018] サンド供給ユニット 3は、レール 80上をスライドさせることによって、蒸気吸入路 10に 連結させることができる。蒸気吸入路 10は、サンド供給ユニット 3が連結される場合、レ ジンコーテッドサンド 2をキヤビティ 40内に射出するためのサンド供給路として使用さ れる。
[0019] 蒸気供給ユニット 7は、例えば、 110°C— 180°Cの温度の水蒸気を生成することがで きる蒸気発生器 70と、蒸気発生器 70から供給される蒸気の圧力を大幅に増加させる ことなぐ蒸気温度を高めて過熱水蒸気を生成する加熱器 72とを含む。蒸気の過熱 にはマイクロ波を用いることが好ましい。尚、過熱水蒸気とは、飽和蒸気をさらに加熱 してその飽和温度以上に高めたものとして定義され、本発明においては、蒸気圧が 1.5— lOkgfZcm2で、温度が 150— 700°C、より好ましくは 200— 600°Cの過熱水蒸気を キヤビティ内に供給することが好ましい。
[0020] 尚、図 1に示すように、セグメント型を連結することで内部にキヤビティ 40を形成する 場合は、その連結部を介しての過熱水蒸気の逃げを防ぐため、連結部にシール材を 設けることが好ましい。特に、モールドの連結部に発泡ゴムでなるシール材を配置可 能な凹部を設けるとともに、シール材に空気を注入するための空気供給路を設けるこ とが好ましい。この場合は、凹部に配置したシール材に空気供給路を介して空気を 注入して膨張させ、膨張した発泡ゴムをセグメント型の連結面に押し当てることで、過 熱水蒸気の逃げを効果的に防止することができる。また、周囲の作業環境を悪化さ せることなく安全に铸型の製造を行なえる。
[0021] 流量調整手段である電磁バルブ (31, 32, 33)の各々の開口量は、対応する蒸気排 出路の入口付近に配置された温度センサー (50, 51, 52)の出力に基づいて制御ュ- ット 4によって制御される。すなわち、各蒸気排出路に引き込まれる蒸気の量は、対応 する電磁バルブの開口量に応じて増減する。したがって、複雑形状のキヤビティの蒸 気が到達し難い箇所に蒸気排出路を設け、蒸気排出路に設置した温度センサーに よって検出された温度が所望の温度範囲内となるように電磁バルブの開口量を制御 することにより、キヤビティの隅々まで均一に蒸気を行き渡らせることができる。
[0022] また、キヤビティ内に充填されたレジンコーテッドサンド 2の空隙率を電磁バルブの 制御パラメータに含めることが、キヤビティ内に蒸気をより均一に充填する観点から好 ましい。すなわち、図 2Aおよび図 2Bに示すように、レジンコーテッドサンド 2の粒度分 布が狭い場合は、充填されたレジンコーテッドサンドの粒子同士の間に比較的大き な間隙が形成されるので、空隙率が相対的に大きくなる。この場合、キヤビティ内に 供給された過熱水蒸気はこれらの空隙を介してレジンコーテッドサンド内に浸透しや すぐ蒸気排出路 20からの蒸気排出量が多くなるため、結果的に蒸気排出路 21, 22 に供給される蒸気量が減少する恐れがある。そこで、本発明においては、蒸気排出 路 20に配置された電磁バルブの開口量を減らすとともに、蒸気排出路 21, 22に配置 された電磁バルブの開口量を増やすようにこれらの電磁バルブの動作が制御ュ-ッ ト 4によって制御される。
[0023] 一方、図 3Aおよび図 3Bに示すように、レジンコーテッドサンドの粒度分布が広い場 合は、充填されたレジンコーテッドサンドの比較的大きな粒径の粒子間に粒径の小さ な粒子が充填されるので、空隙率は相対的に小さくなる。この場合、キヤビティ内に 供給された過熱水蒸気はレジンコーテッドサンド内に浸透しにくくなり、レジンコーテ ッドサンドの粒度分布が狭い場合に比べて蒸気排出路 20に配置された電磁バルブ の開口量を大きくする必要がある。その結果、蒸気排出路 21, 22からの蒸気排出量 が少なくなる可能性があるので、吸引ポンプは排気量が大きくなるように制御される。 要するに、蒸気排出路 20の入口付近への蒸気の到達を確保するために、蒸気排出 路 20に配置された電磁バルブの開口量をやや大きくし、一方、蒸気排出路 21, 22の 入口に達する蒸気量を確保するために、蒸気排出路 21, 22に配置された電磁バル ブの開口量を十分に大きくするとともに、吸引ポンプの排気量を増やすように電磁バ ルブおよび吸引ポンプの動作が制御ユニット 4によって制御される。
[0024] また、肉厚の铸型を製造する場合、キヤビティ内に充填されたレジンコーテッドサン ドの中心部への熱供給が不十分となり、加熱されたモールドの内表面に接するレジ ンコーテッドサンドのみ硬化される恐れがある。従来は、この問題を解消するために モールドとして金型を用いてこれを高温に加熱して!/、たので、粘結剤が硬化する際 の有毒ガスの発生による作業環境の悪ィ匕が避けられな力つた。し力しながら、本発明 によれば、強制的に蒸気排出路に蒸気を吸引することでキヤビティ内に充填されたレ ジンコーテッドサンドの中心部へも迅速且つ均一に熱供給を行えるので、従来に比 ベてモールドを高温に加熱する必要がなぐより安全な作業環境の下で铸型を製造 できるとともに、金属以外の耐熱性榭脂材料製のモールドを使用することができる。 結果として、モールドの設計自由度の増力！]と製造コストの低減を図れる。
[0025] 尚、モールドに充填されたレジンコーテッドサンドの空隙率は、予備実験によって予 め求めておき、この空隙率を制御ユニット 4に設けた入力手段 (図示せず)を介して入 力することで、空隙率も加味して電磁バルブの開口量を決定することも好ましい。空 隙率は、例えば、次の方法で測定した数値として定義される。
[0026] まず、 200 mlのメスシリンダーに水：メタノール =7 : 3(重量比)の混合溶液 100 mlを入 れ、これに別のメスシリンダーで測定したレジンコーテッドサンド 100 mlを徐々に加え た後の密閉し、気泡が出なくなつたのを確認した後メスシリンダーの液面を読み、この 数値 (M ml)と 200 mlの目盛りとの差を空隙率とする。したがって、空隙率 (％) =200— M と定義される。用いる溶液としては、上記水とメタノールの混合溶液の他に、水に界面 活性剤をカ卩えたものや、他の液体を使用してもよい。
[0027] 上記した装置を用いた铸型の製造方法について以下に詳細に説明する。まず、レ ジンコーテッドサンド 2をサンド供給ユニット 3により加熱されたモールド 1内に充填する 。レジンコーテッドサンドは、耐火骨材に熱硬化性榭脂などの粘結剤 (バインダー榭 脂)を被覆してなり、熱硬化性榭脂としては、例えば、フエノール榭脂、フラン榭脂、ィ ソシァネートイ匕合物、ァミンポリオール榭脂、ポリエーテルポリオール榭脂などを使用 することができる。モールドの加熱温度は、使用するレジンコーテッドサンドの硬化可 能温度もしくはそれ以上の温度とすることが好ましぐ例えば、 130°C— 200°Cである。
[0028] 次に、レジンコーテッドサンド 2の硬化可能温度もしくはそれ以上の温度、好ましくは 200— 600°Cの温度で、蒸気圧が 1.5— lOkgfZcm2の過熱水蒸気を、蒸気供給ュ-ッ ト 7によりモールド 1のキヤビティ 40内に吹き込み、レジンコーテッドサンドを硬化させる 。吹き込まれた過熱水蒸気は、キヤビティ内のレジンコーテッドサンドを硬化に必要な 温度に均一に加熱した後、キヤビティカも蒸気排出路 (20, 21, 22)を介して排出される 。この際、キヤビティ内に過熱水蒸気が均一に充填されるように電磁バルブ (30, 31, 32)および吸引ポンプ 5が制御ユニット 4によって制御される。
[0029] 本発明によれば、過熱水蒸気を使用して、キヤビティ内に供給された蒸気を複数箇 所に設けられた蒸気排出路に強制的に吸引することで、キヤビティ全体に均一に蒸 気を行き渡らせることができるので、複雑な形状の铸型を製造する場合であっても、 铸型の硬化処理に要する時間を大幅に短縮できるとともに、品質のバラツキを抑えて 均質な铸型を安定して供給することができる。また、上記した温度の過熱水蒸気を使 用して熱硬化性榭脂粘結剤を硬化させるので、アンモニアやホルムアルデヒド、フエ ノールなどの有毒ガスの発生を顕著に低減することができる。また、仮に微量の有毒 ガスが発生したとしても、蒸気に吸収されて排気されるので、作業環境を悪化させる 臭気の発生を防ぐことができる。このように、作業環境の悪ィ匕を防止しながら、铸型の 製造効率の改善と歩留まりの向上を達成することができる。
[0030] 過熱水蒸気の供給をレジンコーテッドサンドが硬化するまで継続した後、硬化した レジンコーテッドサンドでなる铸型をモールドから取り出す。得られた铸型内に水分が 残留するのを防ぐために、後工程として铸型を乾燥機によって乾燥しても良い。尚、 本発明によれば、複雑な形状のキヤビティ全体に均一に供給された蒸気は、蒸気排 出路を介して強制的に除去され、铸型の内部で蒸気が凝結しにくいので、この乾燥 工程を省略することができる。 [0031] 本実施形態においては、レジンコーテッドサンドおよび過熱蒸気を単一の供給路を 介してキヤビティ内に導入したが、キヤビティの形状やサイズに応じて、複数の供給路 を介してレジンコーテッドサンドおよび過熱蒸気をキヤビティ内に導入しても良い。ま た、本実施形態においては、 3つの蒸気排出路を有する装置について説明したが、 キヤビティの形状に応じて、 2つもしくは 4つ以上の蒸気排出路を適所に設けてもょ ヽ 。また、電磁バルブは必ずしもすべての蒸気排出路に設ける必要はない。さらに、所 定の蒸気排出路の末端にのみ吸引ポンプを設けてもよい。
[0032] 実施例
(実施例 1一 3および比較例 1一 3)
以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
[0033] 本実施例で使用するレジンコーテッドサンドを以下のようにして調製した。まず、反 応容器にフエノールを 680重量部、 37%ホルマリンを 680重量部、へキサメチルテトラミ ンを 101重量部の混合物を入れ、約 60分かけて 70°Cまで昇温し、そのまま 5時間放置 して反応させた。得られた反応生成物を 100 Torrで 90°Cまで減圧脱水した後、冷却 して軟ィ匕点が 80°Cのレゾール型フエノール榭脂を得た。
[0034] 次に、 145°Cに加熱したフラッタリーサンド 30 kgをワールミキサー入れ、上記のレゾ ール型フエノール榭脂を 450 g加えて 30秒間混練した。その後、 450 gの水を添カロし、 砂粒が崩壊するまで混練した。さらに、ステアリン酸カルシウム 30 gを添加して 30秒間 混練した後、エアレーシヨンを行って榭脂量が重量比で 1.5 %のレジンコーテッドサン ドを得た。このレジンコーテッドサンドの空隙率は 42 %であった。
[0035] 铸型の製造には図 1の装置を用いた。 160°Cに加熱した金型 1のキヤビティ 40に、蒸 気吸入路 10に接続したサンド供給ユニット 3から上記したレジンコーテッドサンド 2を 2.5 MPaの圧力で射出した。次に、サンド供給ユニット 3を蒸気吸入路 10力も分離し、 蒸気供給ユニット 7を蒸気吸入路 10に接続した。蒸気発生器 70により 7 kgf/cm2の圧 力下で 165°Cの飽和水蒸気を生成し、加熱器 72を用いて飽和水蒸気を過熱して 400 °Cの過熱蒸気を得た。この過熱蒸気をレジンコーテッドサンドが充填された金型 1の キヤビティ 40内に 10、 20、 30秒間供給して铸型を製造した。尚、比較例 1一 3におい ては、キヤビティ形状が同じであるが、流量調整手段である電磁弁、吸引ポンプおよ び制御ユニットを有して ヽな ヽ装置を使用して铸型を製造した。
[0036] [表 1]
Figure imgf000011_0001
[0037] 表 1に各蒸気排出路 (20， 21， 22)の入口付近の温度および金型力 取り出した铸型 の評価結果を示す。铸型の評価基準として、 "〇"は良好な铸型であることを示し、 " △"は、铸型の一部に未硬化部分を有することを示し、 " X "は铸型として使用不能で あることを示している。
[0038] 実施例 1一 3においては、蒸気排出路の温度が比較的均一であり、蒸気の供給時 間が短!、場合でもキヤビティ内を均一に加熱することができ、品質の安定した铸型を 製造することができた。これに対して、比較例 1一 3においては、蒸気排出路への蒸 気の吸引が制御されていないので、蒸気排出路 21, 22の入口付近の温度が低ぐ蒸 気供給時間を長くすれば品質の若干の改善が見られるものの、蒸気の供給時間が 短い場合にはキヤビティ内の不均一な温度分布に起因して铸型の不良が発生した。
[0039] このように、本実施例の結果は、複雑形状を有する铸型を短時間の蒸気供給によ つて安定して製造できることを示して 、る。
[0040] (実施例 4一 6および比較例 4一 6)
実施例 1一 3で使用したフラッタリーサンドの代わりに、ュュミン 90を用いた以外は、 実施例 1一 3と同様にしてレジンコーテッドサンドを調製した。尚、このレジンコーテツ ドサンドの空隙率は 37 %であった。このレジンコーテッドサンドを用い、実施例 1一 3と 同様にして铸型を製造した。同様に、このレジンコーテッドサンドを用い、比較例 1一 3と同様にして铸型を製造した。結果を表 2に示す。
[0041] [表 2] 蒸気供給時間 各蒸気排出路の温度 鏵型の品質
(秒） 20 21 22
実施例 4 10 108 107 106 〇 実施例 5 20 118 113 113 〇 実施例 6 30 125 122 123 o 比較例 4 10 114 85 87 X 比較例 5 20 123 89 91 X 比較例 6 30 131 93 94 X
[0042] 本発明によれば、蒸気排出路の温度が比較的均一に制御してキヤビティ内を均一 に加熱することができので、空隙率のより小さいレジンコーテッドサンドを使用したに もかかわらず、品質の安定した铸型を製造することができた。一方、比較例 4一 6にお いては、レジンコーテッドサンドの空隙率の低下により、キヤビティ内の温度分布が不 均一になるとともに、上記供給時間を最も長くしても、蒸気排出路 21, 22付近の温度 を十分に高めることができず、結果的に今回採用した蒸気供給時間内では使用可能 な錄型を製造することができな力 た。
[0043] このように、本実施例の結果は、空隙率が低いレジンコーテッドサンドを使用した場 合でも、複雑形状を有する铸型を短時間の蒸気供給によって効率よく製造できること を示している。
産業上の利用可能性
[0044] 上記したように、本発明は、複雑形状の铸型を製造する場合に、入り組んだ箇所へ の過熱水蒸気の供給量を増加させることにより、モールド内のレジンコーテッドサンド を均一に硬化できるという格別の効果を奏する。また、 日本公開特許公報
2000-107835号に記載された高温の過熱水蒸気を用いた铸型の製造方法によっても たらされる長所を損なうことなぐ種々の形状の铸型製造に柔軟に対処することがで き、品質のパラツキの少ない铸型を安定に且つ効率よく製造することができる。このよ うに、本発明は、過熱水蒸気を用いた铸型の製造方法のさらなる利用の拡大をもたら すと期待される。

Claims

請求の範囲
[1] 以下の構成を含む铸型の製造装置：
内部にキヤビティを有するモールド；
過熱水蒸気をキヤビティ内に供給する蒸気供給手段；
前記キヤビティから過熱水蒸気を排出する複数の蒸気排出路；
前記複数の蒸気排出路の少なくとも 1つに配置され、キヤビテイカ 排出される蒸気 量を調節する流量調整手段；
キヤビティ内に過熱水蒸気が均一に充填されるように流量調整手段を制御する制御 手段。
[2] 請求項 1に記載の製造装置は、上記排出路の各々の入口付近に配置された温度セ ンサーを含み、上記制御手段は、前記温度センサーによって検出された温度が所定 の温度範囲内となるように上記流量調整手段を制御する。
[3] 請求項 1に記載の製造装置にお!、て、上記流量調整手段は、電磁弁を含み、制御 手段は電磁弁の開口量を制御する。
[4] 請求項 1に記載の製造装置は、上記複数の蒸気排出路の少なくとも一つに接続され る吸引ポンプを含み、制御手段は吸弓 Iポンプの排気量を制御する。
[5] 請求項 1に記載の製造装置にお!、て、上記流量調整手段は、電磁弁を含み、上記 複数の蒸気排出路が末端において合流することにより形成される排気口に吸引ボン プが接続され、前記制御手段は電磁弁の開口量及び吸引ポンプの排気量を制御す る。
[6] 請求項 1に記載の製造装置において、上記制御手段は、キヤビティ内に充填された レジンコーテッドサンドの空隙率に基づいて上記流量調整手段を制御する。
[7] 内部にキヤビティを有するモールドと、過熱水蒸気をキヤビティ内に供給する蒸気供 給手段と、前記キヤビティから過熱水蒸気を排出する複数の蒸気排出路と、前記複 数の蒸気排出路の少なくとも 1つに配置され、キヤビテイカ 排出される蒸気量を調 節する流量調整手段と、前記流量調整手段を制御する制御手段とを具備する装置 を用いた铸型の製造方法であって、前記製造方法は、耐火骨材にバインダー榭脂を 被覆してなるレジンコーテッドサンドを加熱されたモールドのキヤビティ内に充填する ステップと、前記レジンコーテッドサンドの硬化可能温度もしくはそれ以上の温度で、 蒸気圧が 1.5— lOkgfZcm2の過熱水蒸気を前記キヤビティ内に吹き込み、前記レジン コーテッドサンドを硬化させるステップとを含み、しかるに、前記硬化ステップにおい て、前記キヤビティ内に過熱水蒸気が均一に充填されるように流量調整手段が制御 手段によって制御される。
[8] 請求項 7に記載の製造方法において、上記装置は、上記排出路の各々の入口付近 に配置された温度センサーを含み、上記制御手段は、前記温度センサーによって検 出された温度が所定の温度範囲内となるように上記流量調整手段を制御する。
[9] 請求項 7に記載の製造方法において、上記装置は、複数の蒸気排出路の少なくとも 一つに接続される吸引ポンプを含み、上記制御手段は、吸引ポンプの排気量を制御 する。
[10] 請求項 7に記載の製造方法において、上記制御手段による流量調整手段の制御パ ラーターは、蒸気排出路内の温度、およびキヤビティに充填されたレジンコーテツドサ ンドの空隙率の少なくとも一つを含む。
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