WO2006067990A1 - 消失模型鋳造法による鋳物の製造方法 - Google Patents

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WO2006067990A1
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pouring
model
bowl
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Ryoji Hirukawa
Tatsuhiko Kato
Masahito Goka
Original Assignee
Sintokogio, Ltd.
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    • 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
    • B22C9/046—Use of patterns which are eliminated by the liquid metal in the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D23/00—Casting processes not provided for in groups B22D1/00 - B22D21/00
    • 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
    • B22C9/03—Sand moulds or like moulds for shaped castings formed by vacuum-sealed moulding

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing pig iron sword such as rat pig iron, ductile pig iron, etc., and more specifically, using a disappearance model to improve the quality of the sword and improve the production efficiency. It provides a method for producing freight.
  • a coating mold is applied to the outer surface of the foamed resin model, and this is used as a product mold.
  • molten metal is supplied to the hot water tray, the foamed resin is decomposed and gasified by the heat of the molten metal, and the molten metal advances to the runway and reaches the foamed resin model.
  • the molten metal decomposes and gasifies this foamed resin model by heat, fills the space where the foamed resin model existed, and solidifies to produce a product.
  • a material using a sand containing a binder such as furan sesame is generally called a full mold forging method.
  • a full mold forging method a material using a sand containing a binder such as furan sesame.
  • the lost foam forging method is a material using a sand containing a binder such as furan sesame.
  • the forging method using the disappearance model is adopted as a method for forging water pipes and the like because the cost of the forging equipment is low.
  • the lost foam method is used without using a binder, there is also an advantage that there is little waste sand.
  • the present invention has been made to overcome the above-described problems of the prior art, and in the pot manufacturing method using the disappearance model, the pouring of the hot water during pouring is not impaired. It is an object of the present invention to provide a method for producing a high-quality porcelain product that is free from defects such as “sinks” and “baths” and “gas defects” by lowering the hot water temperature.
  • a method for producing a product with high productivity is provided by shortening the cooling time of the product, repeatedly using the product sand, improving the yield of the molten metal, and improving the production efficiency of the mold. This is an issue.
  • the step of decompressing the mold in the method for producing a fried article by the disappearance model forging method according to claim 1 is provided below the mold and connected to the mold.
  • a method for manufacturing a container having a configuration achieved by reducing the pressure in the air passage provided with a through hole was adopted.
  • the step of pressurizing the mold further after the step of depressurizing the mold. These steps are achieved by depressurizing and pressurizing the inside of the air passage.
  • the pressure in the step of decompressing the saddle is set to 0.03 Mpa. It was set as the structure which is a vacuum pressure of 0.05 Mpa.
  • the step of depressurizing the mold from the start of pouring is performed according to the method for producing a soot by the disappearance model forging method described in claim 3 or 4.
  • the construction was such that the step of pressurizing the mold was continued until the completion of pouring until the temperature of the pouring was lowered to the ferrite-pearlite transformation temperature.
  • the saddle mold should not use a binder in the method for producing a soot by the disappearance model forging method described in any of claims 1 to 5.
  • the composition was formed from sand.
  • the material of the foam model is PMMA, and the foam The magnification was 40 to 50 times.
  • the foamed model integrates the runner, the weir, and the product part. Molded one, or part of these parts, and then integrated by bonding
  • a method for producing a highly productive product is provided by shortening the cooling time of the product, repeatedly using the material sand, improving the yield of molten metal, and improving the production efficiency of the metal mold. thing Is possible.
  • the hot water temperature when pouring into the bowl greatly affects the quality of the final product and the manufacturing cost.
  • the temperature of the molten metal when pouring is determined by the amount of heat shrinkage and flow of the molten metal This is a factor that affects the power, the extent to which the foamed model decomposes and disappears, and the power energy required for melting.
  • the semi-solid state is a process in which pig iron changes its state from a liquid phase to a solid phase, and is a state in which cementite as a liquid phase portion and martensite as a solid phase portion are mixed.
  • the pouring temperature is controlled to be lowered to the transition temperature of the semi-solid state, and low-temperature pouring is performed. It is important to take measures to prevent the harmful effects of hot water.
  • Table 1 shows the results of this pouring test.
  • Fig. 2 is an enlarged photograph of the microstructure of the obtained test piece under a microscope, and is a micrograph of the test piece in a semi-solid state.
  • the circles in Table 1 indicate that the semi-solid state has been realized, and the X marks indicate that the semi-solid state has not been realized.
  • the temperature of the molten metal to be injected was changed in the range of 1400 ° C to 1230 ° C.
  • the pouring temperature was 1350 ° C or higher, the structure that was in the solid state when it dropped into the water tank was not observed.
  • the pouring temperature reached 1330 ° C, a slightly solid structure was observed, and when the pouring temperature was 1300 ° C or lower and 1230 ° C or higher, liquid and solid were mixed. Tissue was observed. Therefore, it was proved that a semi-solid state can be realized by pouring hot water in the temperature range of 1230 ° C and 1330 ° C.
  • the pig iron product that was prototyped is a straight pipe with a nominal diameter of 8 inches and a thickness of 3.5 mm as shown in Fig. 3 (with a weight of 5.5 kgZl), and a nominal diameter of 10 inches and a thickness of 5 mm
  • Fig. 3 with a weight of 5.5 kgZl
  • the foam model used for forming the saddle shape was manufactured by foaming polymethylmethacrylic resin (PMMA) and forming it into the shape of an irregular tube.
  • PMMA polymethylmethacrylic resin
  • the expansion ratio is too high and the specific gravity is decreased, the rigidity of the molded product will be low. As a result, it becomes easy to deform, and it becomes impossible to obtain a container product with high dimensional accuracy. Therefore, it is desirable to set the expansion ratio between 40 times and 50 times.
  • a surface layer is formed by applying a coating mold on the outer surface of the molded foam model.
  • This coating mold is used for the purpose of preventing the reaction between the sand and the molten metal, improving the rigidity of the foam model, and reinforcing it. Therefore, it is desirable that the coating mold to be applied has a strength of 15 KgZcm 2 or more.
  • the concentration of the coating mold also affects the occurrence of gas defects in the porcelain product. In order to suppress the occurrence of gas defects, it is necessary to set the concentration to about 70 Baume.
  • the foam model When making the foam model, make a foam model in the shape of the final pottery product, and make foam models such as runners, gates, hot water trays, and hot water sections separately.
  • the product part and the runner, the spout, the hot water tray, the hot water feeder, etc. may be formed as a single unit, and the coating mold may be applied thereto. Alternatively, these may be formed separately, then formed into an integral shape by adhesion, and then a coating mold may be applied.
  • molten metal is poured into it.
  • the material of the poured metal is FCD45.
  • the molten metal is filled into the bowl while the foam model is decomposed and disappeared by the heat of the molten metal.
  • the gas of the decomposed foam model is discharged to the outside of the saddle shape through the inside of the sand with some air permeability.
  • the molten metal filled in the saddle shape is cooled with time to change its state from a liquid phase to a solid phase.
  • the method of forging the mold while reducing the pressure is different from the method of forging the mold without reducing the pressure in the process after pouring the molten metal into the mold. That is, simultaneously with pouring the molten metal into the bowl with the foam model built in, the bowl is decompressed by depressurizing the inside of the vent (2) provided below the bowl (1) as shown in FIG.
  • the air passage (2) is provided with a plurality of air holes (3) for direct communication with the sand in the bowl, and one end of the air passage (2) is installed outside. Connected to a decompression device (not shown) equipped with a vacuum pump, etc.! /
  • the vertical pressure reduction is preferably continued until the molten metal is solidified in order to sufficiently suck the decomposition gas and the like.
  • Table 2 shows the results of molding a straight tubular deformed tube with a nominal diameter of 8 inches and a wall thickness of 3.5 mm, and a straight tubular deformed tube with a nominal diameter of 10 inches and a wall thickness of 5 mm.
  • deformed pipes are formed with parameters of the pouring temperature and whether or not the pressure of the saddle is reduced when pouring, and the evaluation results of the formed deformed pipes are shown in the table.
  • ⁇ , ⁇ , X The ones marked with a ⁇ mark are “baths” due to the flow of molten metal in the shaped deformed pipe. Represents a high-quality porcelain product with no gas defects due to gas entrainment,
  • the tensile strength of the porcelain product is improved by depressurizing the mold during pouring, and the tensile strength is improved when pouring in a semi-solid state. There is a tendency to do this.
  • the bowl (1) is depressurized in the air passage (2) provided below, and the bowl is decompressed. Continue until pouring is complete. Then, after pouring is completed, the pressure in the reduced pressure passage (2) is increased to the atmospheric pressure or higher. By doing so, air having a low temperature is sent from the air passage (2) into the void of the sand in the saddle mold, and an air flow can be formed. This air flow makes it possible to increase the cooling rate of the material. In this case, if a heat-resistant plastic film (4) is placed on the top surface of the bowl, the film (4) is removed and the pressure in the force vent (2) is changed to atmospheric pressure. It is desirable to apply pressure above. This is because air easily flows in the bowl.
  • Pressurization of the air passage (2) may be performed until the porcelain is sufficiently cooled! /, But until the porcelain temperature is lowered to the ferrite pearlite transformation temperature, and thereafter The pressure in the air passage (2) may be returned to atmospheric pressure. By doing so, it becomes possible to effectively increase the cooling rate of the waste without consuming wasteful energy.
  • FIG. 1 shows an outline of a test apparatus for confirming a temperature condition for establishing a semi-solid state.
  • Fig. 2 shows a micrograph of the structure of a test piece that has been confirmed to be semi-solid in a test for confirming the temperature conditions under which the semi-solid state is established.
  • FIG. 3 shows a photograph of a prototype pipe made of pig iron.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration when the saddle mold is pressurized and depressurized.
  • FIG. 5 shows a comparison of the bow I tension strength of the ware product produced by the forging method with the vacuum-type decompression and the forging method without the decompression.

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Abstract

　消失模型を使用した鋳物製造方法において注湯時の湯流れ性を損なうことなく注湯温度を下げ、欠陥のない高品質な鋳物製品を低コストで製造する方法を提供する。 　消失模型を使用した鋳物の製造方法において、鋳型に乾燥砂を使用し、かつ消失模型として発泡模型を使用し、更に1250°Cから1330°Cの範囲の温度を有する溶湯を鋳型の湯口から注湯すると共に、通気路を介して鋳型を減圧する構成にした。 　また、通気路を介して鋳型を減圧した後、更に通気路を介して鋳型を加圧するようにした。

Description

明 細 書
消失模型铸造法による铸物の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、ねずみ铸鉄、ダクタイル铸鉄等の铸鉄铸物の製造方法に係り、更に詳 細には消失模型を使用し、铸物品質を高めると共に生産効率の向上を図った铸物 の製造方法を提供するものである。
背景技術
[0002] 異形管等の铸鉄製品を製造するプロセスとして、消失模型を使用した铸物製造方 法が多用されてきている。
[0003] 消失模型を使用した铸物製造方法においては、まず発泡榭脂模型の外面に塗型 を塗布し、これを製品型とすると共に、発泡榭脂模型の外面に塗型を塗布した湯道、 湯口、湯受け皿、押し湯部等を形成し、これらを組み立てて铸物砂の中に込める。こ の湯受け皿に溶湯を供給すると、溶湯の熱により発泡榭脂は分解ガス化され、溶湯 は湯口力ゝら湯道へと進み、発泡榭脂模型に到達する。溶湯はこの発泡榭脂模型を 熱により分解ガス化させて消失させ、発泡榭脂模型が存在していた空間に充填され 凝固することにより铸物が製造される。
[0004] このような消失模型を使用して铸物を製造する方法において、铸物砂として例えば フラン榭脂のようなバインダーを含んだ铸物砂を使用するものを一般にフルモールド 铸造法と呼び、バインダーを使用していない铸物砂を使用するものをロストフオーム 铸造法と一般に呼んで 、る。
[0005] 消失模型を使用した铸造方法は、铸造設備費が安価であるため水道管等の铸造 法として採用されて 、る。また、粘結剤を使用しな 、ロストフオーム法を採用した場合 には、廃砂が少ないという利点もある。
[0006] しかしながら、消失模型を使用して铸物を製造する場合、発泡榭脂模型を铸型の 中に入れたまま注湯するため、発泡榭脂模型が分解する際に大量のガスを発生し、 そのため湯流れ性が悪くなるという問題があり、力かる問題を解決するため注湯温度 を高める等の対応をとる必要があった。 [0007] 更に、注湯温度を高めることにより冷却する過程で体積の収縮がおこり、いわゆる「 ひけ」が発生するため、铸型に押し湯を設けて「ひけ」の発生を抑える等の配慮が必 要になっていた。
[0008] また、铸型に乾燥砂を使用し、注湯温度を高めると、注湯後铸物が冷却されるまで の時間が長くなり、解枠までの時間が長くなるという問題があった。
発明の開示
[0009] 本発明は、上述したような従来技術の問題点を克服するためになされたものであり 、消失模型を使用した铸物製造方法において、注湯時の湯流れ性を損なうことなく 注湯温度を下げ、「ひけ」、「湯境」等の欠陥や、「ガス欠陥」のない高品質な铸物製 品の製造方法を提供することを課題とする。
[0010] また、铸物の冷却時間の短縮、铸物砂の繰り返し使用、溶湯の歩留まり向上、およ び铸型の生産効率向上等により、生産性の高い铸物製品の製造方法を提供すること を課題とする。
[0011] 上記課題を解決するため、本願請求項 1に係る発明では、消失模型铸造法による 铸物の製造方法において、铸型に乾燥砂を使用し、かつ消失模型として発泡模型を 使用し、更に 1250°Cから 1330°Cの範囲の温度を有する溶湯を铸型の湯口から注湯 するステップと、铸型を減圧するステップと、を備えた構成の铸物の製造方法とした。
[0012] 注湯温度を従来力 行われている注湯温度より低く設定することによりセミソリッド状 態 (固体と液体の共存状態)での注湯を実現し、冷却の際の熱膨張による体積の収縮 量を低減させ、「ひけ」等の欠陥の発生を抑制することが可能となる。また、铸型を減 圧することにより、注湯時に発生する発泡模型の分解ガスが吸引され製品内部にガ スを巻き込むことがなくなると共に、湯流れ性を高めることができる結果、铸物製品中 に「ガス欠陥」や「湯境」等の欠陥が発生しな 、ように抑制することができ、高品質な 铸物製品の製造方法を提供することが可能となる。
[0013] また、本願請求項 2に係る発明では、請求項 1に記載された消失模型铸造法による 铸物の製造方法における铸型を減圧するステップを、铸型下方に設けられ铸型に連 通する孔を備えた通気路内を減圧することによって達成される構成の铸物の製造方 法とした。 [0014] このような構成とすることにより、注湯時に発生する発泡模型の分解ガスが吸引され 铸物製品内部にガスを巻き込むことがなくなることに加え、铸型下方から減圧吸引さ れることになるため、铸型に注湯された溶湯には下方へ吸引する力が作用する。この 結果、溶湯が铸型の下方にひきつけられ、湯流れ性を更に改善することが可能とな る。
[0015] また、本願請求項 3に係る発明では、請求項 2に記載の消失模型铸造法による铸物 の製造方法において、前記铸型を減圧するステップの後、更に铸型を加圧するステ ップを含み、これらのステップが前記通気路内を減圧および加圧することによって達 成される構成とした。
[0016] このような構成とすることにより、加圧された低温の空気が铸型内部を流れるため、 注湯された铸型全体の冷却速度を上げることが可能となるため、解枠までの時間を 短くすることができる。その結果、铸物製品の生産性を高めることが可能となる。
[0017] また、本願請求項 4に係る発明では、請求項 1から 3のいずれかに記載された消失 模型铸造法による铸物の製造方法において、铸型を減圧するステップの圧力を 0.03 Mpaから 0.05Mpaの真空圧である構成とした。
[0018] 铸型を減圧するステップの圧力として 0.03Mpaから 0.05Mpaの真空圧を適用すること により、注湯時に発生する発泡模型の分解ガスが最も良く吸引され、製品内部にガス を巻き込むことがなくなると共に、湯流れ性をも高めることができる。
[0019] また、本願請求項 5に係る発明では、請求項 3または 4に記載された消失模型铸造 法による铸物の製造方法にぉ ヽて、铸型を減圧するステップを注湯開始時から注湯 完了時まで続け、注湯完了時力 铸物温度がフェライト ― パーライト変態温度に 低下するまで前記铸型を加圧するステップを続ける構成とした。
[0020] このような構成とすることにより、解枠までの時間を更に短くすることができ、铸物製 品の生産 ¾を高めることが可能となる。
[0021] また、本願請求項 6に係る発明では、請求項 1から 5のいずれかに記載された消失 模型铸造法による铸物の製造方法にぉ 、て、铸型が粘結剤を用いな 、铸物砂から 形成された構成とした。
[0022] このような構成とすることにより、铸物砂の繰り返し使用が可能となり、铸物製品の生 産性を高めることが可能となる。
[0023] また、本願請求項 7に係る発明では、請求項 1から 6の 、ずれかに記載された消失 模型铸造法による铸物の製造方法において、発泡模型の材質が PMMAであり、その 発泡倍率が 40から 50倍である構成とした。
[0024] このような構成とすることにより、型が変形に耐えられる程度まで剛性を高めることが できると共に、ガスおよび残渣の発生が少ない発泡模型を得ることができ、高品質の 铸物製品を生産することが可能となる。
[0025] また、本願請求項 8に係る発明では、請求項 1から 7の 、ずれかに記載された消失 模型铸造法による铸物の製造方法において、発泡模型の全面または一部に 15Kgf/c m2以上の曲げ強度を有する塗型を塗布した構成とした。
[0026] このような構成とすることにより、铸物砂と溶湯の反応を防止し、発泡模型の剛性を 更に高くすることができ、高品質の铸物製品を生産することが可能となる。
[0027] また、本願請求項 9に係る発明では、請求項 1から 8の 、ずれかに記載された消失 模型铸造法による铸物の製造方法において、铸型に押し湯部を設けない構成とした
[0028] 铸型に押し湯部を設けないことにより、溶湯の歩留まりが向上し、铸物製品の生産 性をより高めることが可能となる。
[0029] また、本願請求項 10に係る発明では、請求項 1から 9のいずれかに記載された消失 模型铸造法による铸物の製造方法において、発泡模型が湯道、堰、製品部を一体 成形したもの、またはこれらの一部を別成形した後、接着により一体化する構成とした
[0030] このような構成とすることにより、铸型の生産効率が向上し、铸物製品の生産性をよ り高めることが可能となる。
[0031] 以上説明したような手段をとることにより、消失模型を使用した铸物製造方法におい て、注湯時の湯流れ性を損なうことなく注湯温度を下げ、「ひけ」、「湯境」等の欠陥や
、「ガス欠陥」のない高品質な铸物製品の製造方法を提供することが可能となる。
[0032] また、铸物の冷却時間の短縮、铸物砂の繰り返し使用、溶湯の歩留まり向上、およ び铸型の生産効率向上等により、生産性の高い铸物製品の製造方法を提供すること が可能となる。
発明を実施するための最良の形態
[0033] 铸物製品の製造工程において、铸型に注湯する際の湯温は、最終製品の品質お よび製造コストに大きな影響を及ぼす。従来铸物製品を製造する場合、一般的には 1450°C程度の高温で注湯を行っていた力 注湯する際の溶湯の温度は、溶湯が凝 固する際の熱収縮量、湯流れ性、発泡模型を分解消失させる程度、および溶解に必 要となる電力エネルギーを左右する要因となる。
[0034] 注湯温度が高 、と、溶湯が凝固し冷却される過程で熱膨張により起こる体積の収 縮が大きくなり、「ひけ」が発生する原因になる。従来は、押し湯を行ってこの「ひけ」 を防止するようにしていた。注湯温度を下げ、半凝固状態に近い溶湯、即ち、セミソリ ッド状態の溶湯を使って注湯すると、熱膨張による体積の収縮量と凝固の過程で生 じる黒鉛の析出過程での体積の膨張量がほぼ同じ程度になり、これらを互いに相殺 することができ、「ひけ」の発生を防止することが可能となる。ここでセミソリッド状態と は、铸鉄が液相から固相に状態変化する過程で、液相部分であるセメンタイトと、固 相部分であるマルテンサイトが混在した状態をいう。
[0035] また、このようにセミソリッド状態で注湯を行うようにすると、従来のような高温で注湯 する場合に較べて溶湯を高温に加熱する必要がなくなるため、加熱のためのェネル ギー消費を低減することができる。
[0036] しかし、注湯温度が低いと溶湯の粘性が高くなつて湯流れ性が低下する。 その結 果湯回りが悪くなつて「湯境」等の欠陥の原因となる。
[0037] また、注湯温度が低 、と発泡模型をガス化して分解消失させる速度が遅くなつたり 、発泡模型の残渣が生じたりする。この結果残渣ゃガスの巻き込みによる欠陥が生じ る原因となる。
[0038] 以上述べたような観点力 考えると、高品質の铸物製品を低コストで生産するため には、注湯温度をセミソリッド状態の遷移温度まで低下させるように制御し、かつ低温 注湯による弊害を防止するための対策を講じることが重要になってくる。
[0039] そこで、注湯時に铸型の堰部において、溶湯がセミソリッド状態となるように溶湯の 温度を制御するための条件を明らかにしておく必要があり、この条件を求めるための 注湯試験を実施した。
[0040] 注湯試験は、図 1に示すように実際の铸型の湯道をシユミレートするように、金属パ イブの内側に耐火材を配置し、パイプの中心部分に発泡榭脂 (ロストフオーム)をセット して、これに溶湯を流し込むようにした。パイプを通り過ぎた溶湯力 パイプ出口に設 けた水槽内へ落下するようにしておき、ここに落下したサンプル (テストピース)の組織 観察を行うことによってパイプの出口位置 (堰部に相当する位置)におレ、てセミソリッド 状態が得られていたか否かの評価をおこなった。
[表 1] 注湯温度とセミソリッド組織実現状況
Figure imgf000008_0001
[0041] 表 1はこの注湯試験の結果を示したものである。また図 2は得られたテストピースの 顕微鏡による組織の拡大写真であり、セミソリッド状態を呈したテストピースの顕微鏡 写真である。表 1に示した〇印は、セミソリッド状態が実現されていたことを表し、 X印 はセミソリッド状態が実現されていな力つたことを表す。
[0042] 注湯試験においては、注入する溶湯の温度を 1400°Cから 1230°Cの範囲で変化 させて試験を行った。注湯温度が 1350°C以上の条件では水槽内へ落下する段階で 固体状態であった組織は観察されな力つた。しかし、注湯温度が 1330°Cになるとわ ずかに固体状態であった組織が観察され、注湯温度が 1300°C以下、 1230°C以上 の条件では液体と固体が混在した状態であった組織が観察された。従って、 1230°C 力も 1330°Cの温度範囲で注湯を行えばセミソリッド状態を実現することが可能である ことを実証することができた。 [0043] 次に、種々条件を変えてダクタイル铸鉄異形管の試作をおこなった。試作を行った 铸鉄製品は、図 3に示すような呼び径 8インチで肉厚 3. 5mmの直管状の異形管 (重 量 5. 5KgZl個)と、呼び径 10インチで肉厚 5mmの直管状の異形管 (重量 llKgZl 個)の 2種類である。
[0044] この試作においては、注湯温度を 1400°Cから 1230°Cまで変化させて注湯を行うと 共に、注湯する際に铸型を減圧する場合と減圧しな!ヽ場合に分けて試作を行った。
[0045] まず、铸型を減圧しないで異型管を成形する方法について以下に詳細に説明する
[0046] 铸型を形成する際に使用する発泡模型は、ポリメチルメタクリル榭脂（PMMA)を 発泡させて異型管の形状に成形することにより製作した。この場合、発泡模型として は発生ガスゃ残渣をより少なくするために、発泡倍率を高めて比重をより低くすること が望ましいが、あまりに発泡倍率を高め、比重を低くすると成形体としての剛性が低く なって、変形し易くなるため寸法精度の高い铸物製品を得ることができなくなる。従つ て、発泡倍率を 40倍から 50倍の間で設定するのが望ま U、。
[0047] 次に、成形した発泡模型の外表面に、塗型を塗布することにより表面層を形成する 。この塗型は砂と溶湯との反応を防止し、発泡模型の剛性を向上させたり、補強した りする目的で使用されるものである。そのため塗布する塗型は 15KgZcm2以上の強 度を有するものが望まし 、。塗型の濃度は铸物製品中におけるガス欠陥の発生にも 影響するものであり、このガス欠陥の発生を押さえるためには 70ボーメ程度の濃度に しておく必要がある。
[0048] なお、発泡模型を製作するにあたって、最終的な铸物製品の形状をした発泡模型 を製作し、湯道、湯口、湯受け皿、押し湯部等の発泡模型をそれぞれ別に製作する ようにしても良いが、製品部分と湯道、湯口、湯受け皿、押し湯部等を一体として成 型し、これに塗型を塗布するようにしても良い。また、これらを別々に成形した後、接 着によって一体形状に形成し、その後塗型を塗布するようにしても良 、。
[0049] 次に、塗型を塗布した発泡模型を使用して、铸型を成形する。铸型に使用する铸 物砂としては人工セラミック铸物砂であるセラビーズ 400(商品名)を使用した。この铸 物砂には粘結材を混ぜていないため、破砕による廃砂は無ぐ铸物砂として再使用 が可能であると 、う利点を有して 、る。
[0050] 発泡模型を内蔵した铸型ができあがると、これに溶湯が注入される。注湯した地金 の材質は FCD45である。発泡模型を使用して铸物を製造する場合、溶湯が湯口に 注がれると、溶湯の熱で発泡模型を分解消失させつつ溶湯は铸型の内部に充填さ れていく。分解した発泡模型のガスは、ある程度の通気性を有する铸物砂の内部を 通って铸型の外部へ放出される。
[0051] また、铸型の内部に充填された溶湯は時間と共に冷却され液相から固相へ状態変 化していく。
[0052] 注湯された铸物の温度が充分冷却されると、铸型は解体され、中から成形された铸 物製品が取り出され、異形管の成形工程が終了する。
[0053] 次に、铸型を減圧しながら注湯して異型管を成形する方法について以下に説明す る。
[0054] 铸型を減圧しながら铸造する方法と、铸型を減圧しな!ヽで铸造する方法とが異なる のは、铸型に溶湯を注入する以降の工程である。即ち、発泡模型を内蔵した铸型に 溶湯を注入すると同時に、図 4に示すように铸型 (1)下方に設けた通気路 (2)内を減圧 することによって铸型の減圧が行われる。
[0055] この通気路 (2)には、铸型内の铸物砂と直接連通させるための通気孔 (3)が複数設 けられており、通気路 (2)の一端は外部に設置され、真空ポンプ等を備えたの減圧装 置 (図示せず)に連通されて！/、る。
[0056] 減圧装置により、通気路 (2)の内部を減圧すると铸物砂内に存在する空気や、榭脂 製の発泡模型が分解して発生した分解ガスを铸物砂の中に存在する空隙を通して 吸引する。
[0057] 铸型の減圧は、分解ガス等を十分に吸引するために、注湯した溶湯が凝固するま で続けることが望ましい。また、砂を直接吸引せず、かつ分解ガス等を十分に吸引す るようにするためには、減圧する際の圧力は 0.03Mpaから 0.05Mpaの範囲に設定する ことが望ましい。
[0058] 铸型の減圧が完了し、注湯された铸物の温度が充分冷却されると、铸型は解枠さ れ、中から成形された铸物製品が取り出され、異形管の成形工程が終了する。 [0059] なお、ここで通気路 (2)を铸型の下方に設ける場合について説明した力 これに限ら ず、通気路 (2)を铸型の側方または上方に設けても良いし、あるいは铸型外周の铸枠 に直接通気孔を設け、铸枠の外側を減圧するようにしても良 、。
[0060] ただし、通気路 (2)を図 4に示すように铸型下方に設けた場合、铸型を減圧しつつ注 湯する際に、溶湯は铸型下方に吸引されることになり、溶湯が铸型の内部空間で跳 ね上がりにくくなり、溶湯面が铸型の下方力 安定して上昇していく。その結果、空気 やガスの巻き込みを抑えることができるという効果が期待できる。
[0061] また、铸型の上面には、耐熱性のプラスチックフィルム (4)を設けて置くことによって、 铸型を減圧する際、外部から铸物砂に流入する空気を減少させ、その結果分解ガス 等の吸引除去をより効果的に行うことができるようになる。
[0062] 以上説明したような方法によって、ダクタイル铸鉄異形管を試作した結果について 説明する。
[表 2]
8インチ異形管および 1 0インチ異形管の試作評価結果
Figure imgf000011_0001
[0063] 表 2は、呼び径 8インチで肉厚 3. 5mmの直管状の異形管と、呼び径 10インチで肉 厚 5mmの直管状の異形管を成形した結果について示したものである。
[0064] これらの異形管は、注湯温度と、注湯時に铸型を減圧する力否かという点をパラメ ータとして成形したものであり、成形された異形管の評価結果を表中に〇、△、 Xで 示してある。〇印を付したものは、成形された異形管に湯流れ性に起因する「湯境」 やガスの巻き込みによるガス欠陥等のない、高品質の铸物製品であったことを表し、
△は湯流れ性には問題ないものの、ガス欠陥が生じていたものを表し、 Xは湯流れ 性に問題があったものを表している。
[0065] 注湯温度を下げて高品質な铸物製品を得るためには、铸型の減圧が不可欠である ことが確認できた。
[0066] 表 2の結果と、表 1の結果とを考え併せると、セミソリッド状態を確立させた上で、品 質上問題のない、特に薄肉の铸物製品を製造するためには、注湯温度を 1250°Cか ら 1330°Cの範囲に制御し、併せて铸型を減圧する必要があることが判った。なお、こ のようにセミソリッド状態で注湯することにより、押し湯部を設ける必要が無くなり、溶 湯の歩留りを向上させることが可能となる。
[0067] また、表 2に示す注湯時に铸型を減圧した場合の铸物製品と、注湯時に铸型を減 圧しない場合の铸物製品の引張強度を測定した結果を図 5に対比して示す。
[0068] この図から判るように、注湯時に铸型を減圧することにより、铸物製品の引張強度は 向上し、また、セミソリッド状態で注湯を行った場合の方が引張強度が向上する傾向 にあることが半 Uる。
[0069] 更に、ここで行った試作とは別に、铸型を減圧した後、铸型を強制冷却させるため に、铸型を更に加圧して異型管を成形する試験を行った。
[0070] 铸型を減圧した後、更に铸型を加圧する製造プロセスは、铸型を減圧しながら注湯 する製造プロセスとほぼ同様である力 溶湯を铸型に注入しつつ通気路 (2)内を減圧 した後、更に通気路 (2)内を加圧する点のみ異なる。
[0071] 即ち、発泡模型を内蔵した铸型に溶湯を注入すると同時に、铸型 (1)下方に設けた 通気路 (2)内を減圧することによって铸型の減圧が行われ、この減圧は注湯が完了す るまで続けられる。そして注湯が完了したあと減圧された通気路 (2)内の圧力を大気 圧以上に加圧する。このようにすることによって、通気路 (2)から铸型内の铸物砂の空 隙に温度の低い空気が送り込まれ、空気の流れを形成することができる。この空気の 流れによって铸物の冷却速度を速めることが可能となる。 なお、この場合において铸 型の上面に、耐熱性のプラスチックフィルム (4)が配置されている場合には、このフィ ルム (4)を除去して力 通気路 (2)内の圧力を大気圧以上に加圧することが望ましい。 铸型内を空気が流動し易くなるからである。
[0072] 通気路 (2)の加圧は、铸物が充分に冷却されるまで実施してもよ!/、が、铸物の温度 がフェライト パーライト変態温度に低下するまで加圧し、その後は通気路 (2)内の 圧力を大気圧にもどすようにしても良い。このようにすることにより、ムダなエネルギー を消費することなぐ効果的に铸物の冷却速度を高めることが可能となる。
[0073] このように铸型を減圧した後、铸型を強制冷却させるために铸型を更に加圧して異 型管を成形する比較試験を行った結果、強制冷却しない方法の場合、注湯から解枠 まで 30分間力かっていたもの力 強制冷却することにより 15分間で解枠することがで きるようになり、大幅な生産性の向上を図ることができるようになった。
図面の簡単な説明
[0074] [図 1]図 1は、セミソリッド状態が確立される温度条件を確認するための試験装置概要 を示したものである。
[図 2]図 2は、セミソリッド状態が確立される温度条件を確認するための試験において 、セミソリッド状態が確認されたテストピースの顕微鏡による組織拡大写真を示したも のである。
[図 3]図 3は、試作した铸鉄製異形管の写真を示したものである。
[図 4]図 4は、铸型を加圧、および減圧する際の構成を示した図である。
[図 5]図 5は、铸型の減圧を行った铸造法と、減圧を行わない铸造法による铸物製品 の弓 I張強度を比較して示したものである。

Claims

請求の範囲 [1] 消失模型铸造法による铸物の製造方法であって、铸型に乾燥砂を使用し、かつ消失 模型として発泡模型を使用し、
(1) 1250°Cから 1330°Cの範囲の温度を有する溶湯を铸型の湯口から注湯するステツ プと、
(2)铸型を減圧するステップと、
からなることを特徴とする铸物の製造方法。
[2] 請求項 1に記載の消失模型铸造法による铸物の製造方法であって、前記铸型を減 圧するステップが、铸型下方に設けられ铸型に連通する孔を備えた通気路内を減圧 することによって達成されることを特徴とする铸物の製造方法。
[3] 請求項 2に記載の消失模型铸造法による铸物の製造方法であって、前記铸型を減 圧するステップの後、更に铸型を加圧するステップを含み、これらのステップが前記 通気路内を減圧および加圧することによって達成されることを特徴とする铸物の製造 方法。
[4] 請求項 1から 3のいずれかに記載の消失模型铸造法による铸物の製造方法であって
、前記铸型を減圧するステップの圧力が 0.03Mpaから 0.05Mpaの真空圧であることを 特徴とする铸物の製造方法。
[5] 請求項 3または 4に記載の消失模型铸造法による铸物の製造方法であって、前記铸 型を減圧するステップを注湯開始時力ゝら注湯完了時まで続け、注湯完了時力ゝら铸物 温度がフェライト パーライト変態温度に低下するまで前記铸型を加圧するステツ プを続けることを特徴とする铸物の製造方法。
[6] 請求項 1から 5のいずれかに記載の消失模型铸造法による铸物の製造方法であって
、前記铸型が粘結剤を用いな ヽ铸物砂カゝら形成されたものであることを特徴とする铸 物の製造方法。
[7] 請求項 1から 6のいずれかに記載の消失模型铸造法による铸物の製造方法であって 、前記発泡模型の材質が PMMAであり、その発泡倍率力 0から 50倍であることを特 徴とする铸物の製造方法。
[8] 請求項 1から 7のいずれかに記載の消失模型铸造法による铸物の製造方法であって 、前記発泡模型の全面または一部に 15Kgf/cm2以上の曲げ強度を有する塗型を塗 布したことを特徴とする铸物の製造方法。
[9] 請求項 1から 8のいずれかに記載の消失模型铸造法による铸物の製造方法であって
、铸型に押し湯部を設けな 、ことを特徴とする铸物の製造方法。
[10] 請求項 1から 9のいずれかに記載の消失模型铸造法による铸物の製造方法であって
、前記発泡模型が湯道、堰、製品部を一体成形したもの、またはこれらの一部を別成 形した後、接着により一体としたものであることを特徴とする铸物の製造方法。
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