WO2011065410A1 - 消失模型鋳造法 - Google Patents

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WO2011065410A1
WO2011065410A1 PCT/JP2010/070997 JP2010070997W WO2011065410A1 WO 2011065410 A1 WO2011065410 A1 WO 2011065410A1 JP 2010070997 W JP2010070997 W JP 2010070997W WO 2011065410 A1 WO2011065410 A1 WO 2011065410A1
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WO
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model
casting
molten metal
product
mold
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PCT/JP2010/070997
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English (en)
French (fr)
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WO2011065410A8 (ja
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文男 平井
伊藤　理
山田　浩幸
市川　浩
英峰 外薗
山本　智彦
恒輔 村井
Original Assignee
本田技研工業株式会社
ヤマモト・ファンドリー・アジア コーポレーション
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Priority claimed from JP2009268748A external-priority patent/JP5491144B2/ja
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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
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C7/00—Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
    • B22C7/02—Lost patterns
    • B22C7/023—Patterns made from expanded plastic materials

Definitions

  • the present invention relates to a disappearance model casting method.
  • a model with a desired shape obtained by molding a resinous foam is embedded in the molding sand to form a mold, and molten metal is poured into the mold to burn and disappear the model and replace it with a casting.
  • the law is known.
  • a proposal has been made to determine the optimum casting time based on the ratio between the casting time when casting the molten metal into the gap and the casting time when performing the disappearance model casting (Patent Document). 1).
  • Patent Document 2 discloses a measure in which an upper runner and a lower runner are provided to prevent turbulent flow of the molten metal and the molten metal in a high temperature state quickly reaches the upper part.
  • the model in the mold is burned at the initial stage of pouring to generate a large amount of combustion gas, and this combustion gas is discharged out of the mold through the mold.
  • internal pressure which is increased by the generation of combustion gas
  • head pressure of the molten metal it is called a residual defect in which the molten metal is blown out from the gate and the model remains burnt due to prolonged pouring time. Casting defects may occur. For this reason, smooth discharge of the combustion gas out of the mold is required.
  • a through hole is formed in the model, and the runner provided in the mold communicates with the gas discharge passage (Patent Document 3), or a discharge passage that communicates from the model to the atmosphere.
  • Patent Document 4 A technique of improving combustion gas exhaustability by providing (Patent Document 4) is known.
  • Patent Document 4 when casting a casting of about 2 to 10 tons with a large modulus (surface volume / surface area) of a product, that is, a model, combustion gas is generated explosively in the initial stage of pouring, so that it is described in Patent Document 4 above.
  • the molten metal may be ejected through a filter provided in the discharge passage. Therefore, it is considered that the combustion gas can be discharged without ejecting the molten metal by providing the cavity for discharging the combustion gas in a state of being confined in the mold (see Patent Document 5).
  • an object of the present invention is to provide a vanishing model casting method in which the casting time can be set accurately and with high accuracy.
  • an object of the present invention is to provide a disappearing model casting method that can fill a high temperature molten metal throughout the model without increasing the number of gates and can effectively suppress residual defects.
  • an object of the present invention is to provide a vanishing model casting method that can reliably prevent blowback from the gate by a simple method that does not cause an increase in process and cost.
  • an object of the present invention is to provide a vanishing model casting method capable of suppressing the height of the gate as low as possible with the minimum head pressure in a structure in which combustion gas is discharged by a cavity provided in a mold.
  • the invention according to claim 1 is a disappearing model casting method in which a molten metal is poured into a mold formed by embedding a model made of a resinous foam in foundry sand, and the product is cast while the model is disappeared by the molten metal.
  • the casting model casting method is characterized in that the casting time during casting is set in accordance with the modulus of the model (volume of the model ⁇ surface area of the model).
  • the invention according to claim 2 is characterized in that, in the invention according to claim 1, the casting time is calculated by the following equation (1).
  • t Casting time (s)
  • W Casting weight (kg)
  • a ' Gate area (cm 2 )
  • ⁇ Molten metal density (g / cm ⁇ 3 ) a
  • b constant
  • m modulus (model volume / model surface area)
  • H ' Height from the gate to the top of the model (cm)
  • the invention according to claim 3 is the invention according to claim 2, wherein the casting time calculated from the formula (1) is compared with the casting time in actual casting, and the casting defect is based on the difference between the casting time and the casting time. It is characterized by determining the presence or absence of.
  • the invention described in claim 4 is characterized in that in the invention described in claim 2, a casting simulation is performed based on the casting time calculated from the equation (1).
  • the invention according to claim 5 is a disappearance in which molten metal is poured into a mold formed by embedding a model made of a resinous foam in foundry sand, and the product is cast while the model is lost by the molten metal.
  • the vanishing model casting method is characterized in that the molten metal gate to the model installed in the foundry sand is set at the height of the center of gravity of the product to be cast.
  • the invention according to claim 6 is a disappearing model casting method in which a molten metal is poured into a mold formed by embedding a model made of a resinous foam in foundry sand, and the product is cast while the model is lost by the molten metal.
  • the molten metal gate to the model installed in the foundry sand is set downward from the center of gravity within a range of 120 mm from the center of gravity of the product to be cast. .
  • the invention according to claim 7 is a disappearing model casting method in which a molten metal is poured into a mold formed by embedding a model made of a resinous foam in foundry sand, and the product is cast while the model is disappeared by the molten metal.
  • the center of gravity of the product cast in the foundry sand is within the range of 440 mm above the lower end of the product, the molten metal gate to the model installed in the foundry sand is
  • the vanishing model casting method is characterized by being installed above the center of gravity of the product within a range of 440 mm above the lower end.
  • the invention according to claim 8 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 5 to 7, the obtained product is a press die.
  • the invention according to claim 9 is a disappearance in which a molten metal is poured into a casting mold in which a model made of a resinous foam is embedded in foundry sand, and the product is cast while the model is lost by the molten metal.
  • a gas vent passage is formed in the mold and a filter is disposed in the gas vent passage, and a gas passage cross-sectional area of the filter is determined by a modulus of a product to be cast (product volume / product surface area).
  • It is a vanishing model casting method characterized in that it is set according to the above.
  • the volume and surface area of the product here are equivalent to the volume and surface area of the model.
  • the combustion gas generated in the mold when the model disappears by pouring enters the gas vent passage, and is discharged to the atmosphere outside the mold through the filter disposed in the gas vent passage.
  • Some combustion gases pass through the foundry sand and are discharged to the atmosphere.
  • the amount of combustion gas passing through the filter can be optimized by setting the gas passage cross-sectional area of the filter in accordance with the above modulus, and as a result, the internal pressure of the mold caused by the generation of combustion gas is reduced to the head. The pressure below the pressure can surely prevent blowback from the gate.
  • the invention according to claim 10 is a disappearance in which a molten metal is poured into a casting mold in which a model made of a resinous foam is embedded in foundry sand, and the product is cast while the model is lost by the molten metal.
  • a degassing cavity having an upper end set at a position below the uppermost part of the model is formed at a position other than the final filling portion of the molten metal with respect to the model in the foundry sand,
  • the vanishing model casting method is characterized in that a filter is disposed at the upper end.
  • the ninth aspect of the invention it is possible to reliably prevent the blow-back from the gate by a simple method that does not cause an increase in process and cost, and a safe casting operation is realized.
  • the pouring speed can be made as fast as possible while preventing the occurrence of blow back, quick filling of the molten metal can be achieved and the final filling temperature can be kept high, resulting in high quality with little residue No casting product can be obtained.
  • the height of the gate is increased and the head pressure is increased. Therefore, it is possible to cast with the minimum necessary head pressure. As a result, the gate height can be kept as low as possible, and the cost of mold production can be suppressed.
  • Example which concerns on 1st Embodiment it is a graph which shows the casting time calculated according to the modulus of the model. It is sectional drawing of the casting_mold
  • FIG. 1 shows a cross section of a mold 1 conceptually showing a vanishing model casting method according to a first embodiment of the present invention.
  • the mold 1 is constructed by burying a model 3 in foundry sand 2 filled in a casting frame (not shown).
  • a gate 4 connected to the model and a runner 5 connected to the gate 4 are formed.
  • the runner 5 is provided with a plurality of openings (two in FIG. 1) to the upper surface of the mold 1, and a gate 6 is provided in one (right side in FIG. 1). Further, the runner 5 on the other opening side is particularly a gas vent passage 7, and a filter 8 for releasing only the combustion gas to the atmosphere outside the mold 1 is provided in the gas vent passage 7.
  • the manufacture of the mold 1 is performed according to the following procedure. First, a mold-forming agent having graphite as a main component and having excellent fire resistance is applied to the surface of the model 3 and sufficiently dried. On the other hand, the runner 5 (including the gas vent passage 7) 5 and the gate 4 are formed in the cast frame by a method such as assembling a paper tube, and the model 3 is arranged and supported at a substantially central portion in the cast frame. At this stage, a filter 8 is also disposed in the gas vent passage 7. Thereafter, the casting sand 2 is filled in the casting frame, the model 3 is buried, and the gate 6 is installed.
  • new sand or old sand such as zircon sand, chromite sand and synthetic ceramic sand is used in addition to quartz sand mainly composed of quartz.
  • a binder and a curing agent are added to the foundry sand 2 as necessary.
  • the runner 5 and the gate 4 are formed with commercially available products having a diameter of 30 to 70 mm (for example, Kao's quaker casting runner pipes: EG runners CF-30S, CF-50S, CF-70S, etc., the main component being recycled pulp ) Etc. are used.
  • the filter 8 is made of a porous material or the like formed by mixing an appropriate binder with sand equivalent to No. 2 silica sand and having a thickness of about 40 mm.
  • the height H from the gate surface to the gate 6 as the upper surface of the model 3 is preferably 700 mm, and the head pressure in this case is about 0.044 MPa.
  • the model 3 is obtained by hand-molding a synthetic resin foam such as expanded polystyrene into a desired shape.
  • a synthetic resin foam such as expanded polystyrene
  • Kao Quaker PC260 manufactured by Kao Corporation is used, and is applied to the surface of the model with a thickness of 1.5 to 3.5 mm and an air permeability of about 1 per 10 mm 2 .
  • the mold 1 is manufactured.
  • this mold 1 when molten metal (molten metal material) is poured from the gate 6, the molten metal reaches the model 3 through the runner 5 and the gate 4, and the model 3 disappears by being melted with the molten metal.
  • the molten space is filled in the disappearing space. That is, the model 3 is replaced with molten metal.
  • a large amount of combustion gas is generated at the initial stage of pouring in which the model 3 burns, and the combustion gas is discharged to the atmosphere through the filter 8 in the gas vent passage 7 at the most downstream side of the runner 5.
  • a part of the combustion gas passes through a coating film formed by applying a coating agent to the surface of the model 3, and further passes through the foundry sand 2 and is discharged to the atmosphere.
  • the conventional equation (2) is effective when the gate area is smaller than the gate area, but in the disappearance model casting method, a large amount of gas is generated when the model burns in the mold. It is necessary to vent the gas from the gate by making the gate area larger than the gate area. Therefore, in the conventional formula (2), the casting time uses the cross-sectional area of the gate opening as a parameter. In the present invention, the casting time is replaced with the gate area.
  • FIGS. schematically show the casting model.
  • the model of the casting model 1 in FIG. 2 has a surface area S, a volume V, and a wall thickness w
  • the model of the casting model 2 in FIG. 3 becomes the model in FIG.
  • the volume is the same and the wall thickness is doubled, thus the surface area is halved.
  • the casting defect determination can be made earlier.
  • the relationship between t1 and t2 and the type of casting defect are determined as follows, for example.
  • the constant ⁇ is defined by 3 ⁇ 6 in the present invention.
  • a coating agent 60 to 65 Baume was applied to the surface of a model molded from expanded polystyrene having an outer dimension of 750 ⁇ 800 ⁇ 430 (mm) and a modulus of 2.15, and then dried, as shown in FIG.
  • a mold was formed with the same structure as that of the mold, and casting was performed.
  • the casting material was FC300 (flaky graphite cast iron), the temperature of the molten metal during pouring (casting temperature) was 1380 ° C., and the cast weight was 1.2 tons (cast sample 1 in Table 1).
  • casting samples 2 to 6 shown in Table 1 were obtained by changing the casting weight in the range of 1 to 13 tons and the modulus of the model in the range of 1.9 to 2.5. Table 1 shows the casting conditions and the calculated casting time.
  • FIG. 5 shows actual measured values of the casting time in casting samples 1 to 6 shown in Table 1.
  • W / A ′ is common to casting samples Nos. 5 and 6 and the casting time is set only by the above formula (2) without considering the modulus is shown (indicated by ⁇ ).
  • the casting time is 18 seconds later than the present invention, and the final filling temperature is about 20 ° C. lower. Therefore, according to the present invention, it has been found that the casting time can be set to an appropriate time, and at the same time, a casting of good quality can be reliably obtained.
  • FIG. 6 shows a cross section of a mold 21 conceptually showing a vanishing model casting method according to a second embodiment of the present invention.
  • the mold 21 is configured by a model 23 embedded in a foundry sand 22 filled in a casting frame (not shown).
  • a gate 24 connected to the model and a runway 25 connected to the gate 24 are formed around the model 23 in the foundry sand 22.
  • the runner 25 is provided with a plurality of openings (two in FIG. 6) to the upper surface of the mold 21, and a gate 26 is provided in one (right side in FIG. 6). Further, the runner 25 on the other opening side is particularly a gas vent passage 27, and a filter 28 is disposed in the gas vent passage 27 to discharge only the combustion gas to the atmosphere outside the mold 21.
  • the mold 21 is manufactured according to the following procedure. First, a coating agent having graphite as a main component and having excellent fire resistance is applied to the surface of the model 23 and sufficiently dried. On the other hand, the runner 25 (including the gas vent passage 27) 25 and the gate 24 are formed in the cast frame by a method such as assembling a paper tube, and the model 23 is arranged and supported at a substantially central portion in the cast frame. At this stage, the filter 28 is also disposed in the gas vent passage 27. Thereafter, the casting sand 22 is filled in the casting frame, the model 23 is buried, and the gate 26 is installed.
  • new sand or old sand such as zircon sand, chromite sand, and synthetic ceramic sand is used in addition to quartz sand mainly composed of quartz.
  • a binder and a curing agent are added to the foundry sand 22 as necessary.
  • the runner 25 and the gate 24 are formed from commercially available products having a diameter of 30 to 70 mm (for example, Kao's quaker casting runner pipes: EG runners CF-30S, CF-50S, CF-70S, etc., the main component is recycled pulp. ) Etc. are used.
  • a porous material or the like formed by mixing an appropriate binder with sand equivalent to No. 2 silica sand and having a thickness of about 40 mm is used.
  • the model 23 is obtained by hand-molding a synthetic resin foam such as expanded polystyrene into a desired shape.
  • a synthetic resin foam such as expanded polystyrene
  • Kao Quaker PC260 manufactured by Kao Corporation is used, and is applied to the surface of the model with a thickness of 1.5 to 3.5 mm and an air permeability of about 1 per 10 mm 2 .
  • the mold 21 is manufactured.
  • molten metal molten metal material
  • the molten metal reaches the model 23 through the runner 25 and the gate 24, and the model 23 disappears by being melted by the molten metal.
  • the molten space is filled in the disappearing space. That is, the model 23 is replaced with molten metal.
  • a large amount of combustion gas is generated at the initial stage of pouring when the model 23 burns, and the combustion gas is discharged to the atmosphere through the filter 28 of the gas vent passage 27 on the most downstream side of the runner 25.
  • a part of the combustion gas passes through a coating film formed by applying a coating agent on the surface of the model 23, and further passes through the foundry sand 22 and is discharged to the atmosphere.
  • the height position of the gate 24 in the foundry sand 22 is set to a position that satisfies any of the following conditions (a) to (c).
  • the above (a) is the best mode.
  • the gate may not be set at the height of the center of gravity due to design circumstances.
  • the above condition (b) or (c) is adopted. That is, the gate height in the present invention is set so that the height of the center of gravity of the product is the best, and when this is difficult, it is set above or below the vicinity of the center of gravity of the product.
  • FIG. 7 shows a state in which a casting (product) 210 in which an important part 210A exists on a part of the upper surface is cast according to the present invention.
  • the important part 210A is a part where a casting defect such as the above-described residue defect is not allowed and a sound casting filled with the molten metal is to be performed.
  • the gate 24 is arranged on the side of the casting 210 (side gate type), and an important part is located immediately above the gate 24.
  • the important portion 210A is filled with the molten metal in advance, and thereby the important portion 210A has a residual defect. It is hard to happen.
  • FIG. 8 shows a bottom gate type in which the gate 24 is arranged on the bottom surface of the casting 210.
  • the completion of the filling of the molten metal on the upper surface is almost entirely simultaneous, and residue defects are likely to occur on the entire upper surface. Therefore, residue defects are likely to exist in the important part 210A.
  • the gate height affects the degree of filling of the molten metal into the model area to be replaced by the casting. If the gate is too high, the above-mentioned residue defects are likely to occur on the bottom side of the casting, and if the gate is too low, the top side of the casting Residue defects are likely to occur.
  • the present invention solves this problem, and the upper and lower limits of the gate height are set as shown in (b) and (c) above.
  • the upper and lower limits of the gate height are H (upper limit): upper limit of the gate height from the bottom of the casting (mm)
  • H (lower limit) Lower limit of the gate height from the bottom of the casting (mm)
  • Hgate Gate height from the bottom of the casting (mm) Is expressed by the following equation (7).
  • H (upper limit) ⁇ Hgate ⁇ H (lower limit) (7) When the condition of the formula (7) is satisfied, the entire product which is a casting can be filled with high-temperature molten metal, and residue defects can be reduced.
  • the upper limit of gate height: (upper limit) and the lower limit: H (lower limit) are determined from casting data as follows.
  • Ha Bottom (lower end) height position of casting (mm)
  • Hb Height position of the center of gravity of the casting (mm)
  • Hc Upper surface (upper end) height position (mm) of casting a
  • the constants a and b are obtained from the graphs of Table 3 and FIGS. 10 and 11. These tables and graphs are casting data showing the results of examining the formability of the bottom surface of the casting and the top surface of the casting for the casting samples 1 to 7 with the gate height position changed. It is assumed that the important parts are present on the bottom and top surfaces of the casting.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the molten metal temperature at the critical part of the bottom of the casting and the gate height from the bottom of the casting.
  • a coating agent 60 to 65 Baume is applied to the surface of a model molded from expanded polystyrene with an external dimension of 750 ⁇ 800 ⁇ 430 (mm), dried, and then configured in the same manner as shown in FIG. A mold was formed and cast.
  • the gate height in the foundry sand in the mold was 435 mm from the bottom of the model according to the center of gravity of the casting.
  • the upper limit of the gate height: H (upper limit) was 440 mm
  • the lower limit: H (lower limit) was 380.7 mm.
  • the casting material was FC300 (flaky graphite cast iron), the temperature of the molten metal during pouring (casting temperature) was 1365 ° C., and the casting weight was 13 tons. As a result of casting, no casting defects such as residue defects were found on the bottom and top surfaces of the casting, and a good product could be obtained.
  • FIG. 12 shows a cross section of a mold 31 conceptually showing a vanishing model casting method according to a third embodiment of the present invention.
  • This mold 31 is configured by a model 33 being buried in foundry sand 32 filled in a casting frame (not shown).
  • a gate 34 connected to the model and a runner 35 connected to the gate 34 are formed.
  • the runner 35 is provided with a plurality of openings (two in FIG. 12) to the upper surface of the mold 31, and a gate 36 is provided on one (right side in FIG. 12). Further, the runner 35 on the other opening side is particularly a gas vent passage 37, and a filter 38 for releasing only the combustion gas to the atmosphere outside the mold 31 is disposed in the gas vent passage 37.
  • the mold 31 is manufactured according to the following procedure. First, the mold 33 having a fire resistance as a main component is applied to the surface of the model 33 and sufficiently dried. On the other hand, the runner 35 (including the gas vent passage 37) 35 and the gate 34 are formed in the cast frame by a method such as assembling a paper tube, and the model 33 is arranged and supported at a substantially central portion in the cast frame. At this stage, a filter 38 is also disposed in the gas vent passage 37. Thereafter, the casting sand 32 is filled in the casting frame, the model 33 is buried, and the gate 36 is installed.
  • new sand or old sand such as zircon sand, chromite sand, and synthetic ceramic sand is used in addition to quartz sand mainly composed of quartz.
  • a caking agent and a curing agent are added to the foundry sand 32 as necessary.
  • the runner 35 and gate 34 are formed from commercially available products having a diameter of 30 to 70 mm (for example, Kao's quaker casting runner pipes: EG runners CF-30S, CF-50S, CF-70S, etc., the main component being recycled pulp ) Etc. are used.
  • the filter 38 is made of a porous material formed by mixing an appropriate binder with sand equivalent to No. 2 silica sand.
  • the model 33 is obtained by hand-molding a synthetic resin foam such as expanded polystyrene into a desired shape.
  • a synthetic resin foam such as expanded polystyrene
  • Kao Quaker PC260 manufactured by Kao Corporation is used, and is applied to the surface of the model with a thickness of 1.5 to 3.5 mm and an air permeability of about 1 per 10 mm 2 .
  • the mold 31 is manufactured. According to the mold 31, when molten metal (molten metal material) is poured from the gate 36, the molten metal reaches the model 33 through the runner 35 and the gate 34, and the model 33 disappears by being melted by the molten metal. The molten space is filled in the disappearing space. That is, the model 33 is replaced with molten metal. A large amount of combustion gas is generated at the initial stage of pouring when the model 33 burns, and the combustion gas is discharged to the atmosphere through the filter 38 of the gas vent passage 37 on the most downstream side of the runner 35. A part of the combustion gas passes through a coating film formed by applying a coating agent on the surface of the model 33, and further passes through the foundry sand 32 and is discharged to the atmosphere.
  • molten metal molten metal material
  • FIG. 13 shows the cast product 330 in an as-cast state in which the foundry sand is crushed and taken out after casting using the mold as described above.
  • the product 330 in this case is a rectangular parallelepiped box-like object that opens upward, and a partition wall 332 that divides the internal space into four is formed inside the space surrounded by the bottom and the side wall 331.
  • a cast gate part 341 and a runner part 351 are connected to the side wall 331. In this case, two runner portions 3512 are on the gas discharge side, and one runner portion 3511 is on the gate side.
  • the cast gate portion 341 and runner portion 351 are cut from the product 330, and thereafter, the product 330 is subjected to necessary processing and used.
  • the internal pressure is increased by the combustion gas generated when the model 33 is combusted / disappeared.
  • the gas passage cross-sectional area of the filter 38 is taken as the modulus of the product (model 33).
  • the internal pressure of the mold 31 is determined by the cross sectional area of the combustion gas from the filter 38 in the gas vent passage 37, the air permeability and the modulus of the mold 31 and the coating film, and in the third embodiment, The condition of the mold 31 is kept constant, the gas passage cross-sectional area of the filter 38 is set according to the modulus of the casting itself, and the internal pressure of the mold 31 is set to the head pressure or less.
  • size of head pressure becomes a thing according to the height H from the gate surface which is the upper surface of the model 33 to the gate as shown in FIG. For example, when the height H is 700 mm, the head pressure is 0.044 MPa.
  • Example according to the third embodiment The casting samples 1 to 16 having the product weight, modulus, and filter gas passage cross-sectional area shown in Table 4 were examined for the presence or absence of blow back from the gate.
  • the mold had the same configuration as that shown in FIG. 12, and the model was molded from expanded polystyrene with external dimensions of 750 ⁇ 800 ⁇ 430 (mm).
  • a coating agent 60 to 65 Baume was applied to the surface of the model and dried, and then a mold was formed and casting was performed.
  • the casting material was FC300 (flaky graphite cast iron), the temperature of the molten metal during pouring (casting temperature) was 1380 ° C., the head pressure was 0.044 MPa, and the conditions were the same.
  • FIG. 14 shows the relationship between the modulus and the gas passage cross-sectional area. Table 4 also shows whether or not there is blowback (x present, ⁇ : absent).
  • the internal pressure of the mold due to the generation of combustion gas can always be kept below the head pressure to reliably prevent blow back from the gate. it can.
  • This method is simple and does not increase the number of steps because it does not require the work of forming a through hole in the model as in the prior art. Moreover, since it is not necessary to set the head pressure high, the yield can be maintained and the increase in cost can be suppressed.
  • FIG. 15 shows a cross section of a mold 41 conceptually showing a vanishing model casting method according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the mold 41 is constituted by a model 43 embedded in a foundry sand 42 filled in a casting frame (not shown).
  • the model 43 is a cylindrical member having a hat-shaped cross section in which a collar portion 43b is formed below the trapezoidal mountain portion 43a.
  • a gate 44 connected to the flange 43b of the model 43 and a runner 45 connected to the gate 44 are formed.
  • the runway 45 includes a lower runway 45a that communicates between the gates 44 below the model 43, and a vertical bath that extends vertically from one (right side in FIG. 15) gate 44 and opens to the upper surface of the mold 41.
  • the opening of the vertical runner 45b is provided as a gate 46.
  • a plurality of combustion gas discharge cavities 47 are formed in the foundry sand 42 while confined in the foundry sand 42. These cavities 47 extend in the vertical direction. In this case, the cavities 47 extend upward from the flange 43b of the model 43, and extend upward from the other gate 44 (left side in FIG. 15) not connected to the vertical runner 45b. There is. The upper ends of the cavities 47 are positioned at a height that coincides with the upper end surface of the peak portion 43 a that is the uppermost portion of the model 43.
  • a filter 48 is disposed at the upper end of the cavity to discharge only the combustion gas generated during casting to the atmosphere outside the mold 41 through the foundry sand 42.
  • the manufacture of the mold 41 is performed according to the following procedure. First, a coating agent having a fire resistance as a main component is applied to the surface of the model 43 and sufficiently dried. On the other hand, the runner 45, the gate 44, and the cavity 47 are formed in the casting frame by a method such as assembling a paper tube, and the model 43 is arranged and supported at a substantially central portion in the casting frame. At this stage, the filter 48 is also disposed in the cavity 47. Thereafter, the casting sand 42 is filled in the casting frame, the model 43 is buried, and the gate 46 is provided.
  • new sand or old sand such as zircon sand, chromite sand, synthetic ceramic sand, etc. is used in addition to quartz sand mainly composed of quartz.
  • a caking agent and a curing agent are added to the foundry sand 42 as necessary.
  • the runner 45, the gate 44 and the cavity 47 are formed of commercially available products having a diameter of 30 to 70 mm (for example, runner pipes for quaker casting manufactured by Kao Corporation: EG runner CF-30S, CF-50S, CF-70S, etc.) Is recycled pulp).
  • a porous material or the like formed by mixing an appropriate binder with sand equivalent to No. 2 silica sand and having a thickness of about 40 mm is used.
  • the model 43 is obtained by hand-molding a synthetic resin foam such as expanded polystyrene.
  • Coating agent is, for example, Kao Corporation, Kao Quaker PC260 and used, is applied to a thickness 1.5 ⁇ 3.5 mm, model of the surface in air permeability of about 1 per 10 mm 2.
  • the mold 41 is manufactured. According to this mold 41, when molten metal (molten metal material) is poured from the spout 46, the molten metal passes through the runway 45 and the gate 44 and reaches the model 43, and the model 43 disappears by being melted with the molten metal. The molten space is filled in the disappearing space. That is, the model 43 is replaced with molten metal. A large amount of combustion gas is generated at the initial stage of pouring when the model 43 burns, and the combustion gas enters the cavity 47, passes through the filter 48 installed at the upper end of the cavity 47, and further passes through the foundry sand 42. To the atmosphere.
  • molten metal molten metal material
  • a part of the combustion gas passes through a coating film formed by applying a coating agent on the surface of the model 43, and further passes through the foundry sand 42 and is discharged to the atmosphere.
  • the arrows in the mold 41 in FIG. 15 indicate the flow of the combustion gas discharged out of the mold 41 in this way.
  • the internal pressure rises due to the combustion gas generated when the model 43 burns and disappears. This internal pressure is caused by the combustion gas being introduced into the plurality of cavities 47 and the combustion gas passing through the filter 48.
  • the head pressure is controlled so as not to be exceeded by passing through the coating agent and being discharged to the foundry sand 42.
  • the head pressure corresponds to the height H from the gate surface corresponding to the uppermost part of the model 43 (the upper end surface of the mountain portion 43a) to the gate 46. For example, when the height H is 700 mm, the head pressure is 0.044 MPa.
  • the internal pressure can be controlled by the gas passage cross-sectional area of the filter 48 installed at the upper end of the cavity 47.
  • the gas passage cross-sectional area of the filter 48 is at least when the cavity 47 is opened to the atmosphere. It is set larger than the cross-sectional area of the cavity 47 (for example, about 8 times).
  • the upper end of the combustion gas discharge cavity 47 provided in the mold 41 is set to a height that coincides with the upper end of the peak portion 43 a that is the uppermost portion of the model 43.
  • the combustion gas can be sufficiently introduced into the cavity 47 without increasing the head height to increase the head pressure. For this reason, casting can be performed with the minimum necessary head pressure while keeping the height of the gate 46 as low as possible. As a result, the height of the entire mold and the amount of foundry sand used can be reduced, and the cost can be reduced.
  • the position of the upper end of the cavity is set to a height that coincides with the uppermost part of the model.
  • the upper end of the cavity coincides with the uppermost part of the model or is lower than that.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • Example according to the fourth embodiment Casting was actually performed using a mold having the same configuration as the mold shown in FIG. That is, a model having a bottom surface diameter of ⁇ 1090 mm, a top surface diameter of ⁇ 760 mm, a wall thickness of 150 mm, and a modulus (volume ⁇ surface area) of 6 is formed from foamed polystyrene, and a coating agent is formed on the surface of the model. (60-65 Baume) was applied and dried, then a mold was formed and cast. A plurality of cavities were formed in the mold so as to be connected to the model, and the upper ends of these cavities were made to coincide with the top of the model. A filter having a total gas passage cross-sectional area of 62000 mm 2 was installed at the upper end of each cavity.
  • the casting material was FC300 (flaky graphite cast iron), the temperature of the molten metal during pouring (casting temperature) was 1380 ° C., the pouring time was 37 seconds, and the casting weight was 2.2 tons. When casting, no molten metal was ejected, and a casting with good quality could be obtained.

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Abstract

　鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、鋳造時の鋳込み時間を、模型のモジュラス（模型の体積÷模型の表面積）に応じて設定する。これにより消失模型鋳造法での鋳込み時間を正確、かつ高精度に設定することができる。

Description

消失模型鋳造法
　本発明は、消失模型鋳造法に関する。
　樹脂性発泡体を成形して得た所望形状の模型を鋳物砂内に埋設して鋳型を構成し、この鋳型に溶湯を注湯して模型を燃焼・消失させて鋳物に置換する消失模型鋳造法が知られている。同法においては、空隙に溶湯を鋳込む空隙鋳造を行う際の鋳込み時間と消失模型鋳造を行う際の鋳込み時間との比に基づいて、最適な鋳込み時間を定める提案がなされている(特許文献１)。
　上記消失模型鋳造法においては、鋳型内に注湯される溶湯の温度低下に起因して、特に最終充填部位に模型の溶け残りが製品の表面に貼り付いた状態となる残渣欠陥が生じる場合がある。一般に模型への溶湯の侵入は下方から上方に向かってなされるため、残渣欠陥は鋳造製品の上面に起こりやすい。そこで特許文献２には、上部湯道と下部湯道を設けることで溶湯の乱流を防ぎ、高温状態の溶湯が上部まで速やかに到達するといった方策が開示されている。
　また、上記消失模型鋳造法では、注湯初期に鋳型内の模型が燃焼して大量の燃焼ガスが発生するが、この燃焼ガスは鋳型を通して鋳型外に排出される。ここで、燃焼ガスの発生によって高まる鋳型内の圧力（内圧）が溶湯のヘッド圧を超えると、湯口から溶湯が噴出するという吹き戻しや、注湯時間が長引くことにより模型が燃え残る残渣欠陥という鋳造欠陥が起こるおそれがある。このため、燃焼ガスの鋳型外への円滑な排出が求められる。そのための方策として、模型に貫通孔を形成し、その貫通孔に、鋳型内に設けた湯道とガスの排出通路とを連通させたり（特許文献３）、模型から大気に連通する排出通路を設けたり（特許文献４）して、燃焼ガスの排出性を向上させるといった技術が知られている。ところが、製品すなわち模型のモジュラス（模型の体積÷表面積）が大きい２～１０トン程度の鋳物を鋳造する場合には、燃焼ガスが注湯初期において爆発的に発生するため、上記特許文献４に記載のものでは、排出通路に設けたフィルタを突き抜けて溶湯が噴出するおそれがある。そこで、燃焼ガスが排出される空洞を鋳型内に閉じ込めた状態で設けることにより、溶湯が噴出せずに燃焼ガスを排出させることができると考えられる（特許文献５等参照）。
特開２００３－３４０５４７号公報 特開平７－３０８７３４号公報 特開２００２－２１９５５２号公報 特開２００３－００１３７７号公報 特開２００９－１６６１０５号公報
　消失模型鋳造法においては、上記モジュラスが大きくなるほど模型が燃焼する際に発生する燃焼ガスの鋳型外への排出性が低下し、空隙鋳造の鋳込み時間とは異なった挙動を示す。そのため、モジュラスの異なる空隙鋳造の鋳込み時間と消失模型鋳造の鋳込み時間とは比例しないことが判っている。そこで、消失模型鋳造法での正確、かつ高精度な鋳込み時間の設定方法の提供が求められている。よって本発明は、鋳込み時間を正確、かつ高精度に設定することができる消失模型鋳造法を提供することを目的とする。
　また、上記特許文献２に記載される方策では、湯道の増加に伴ってゲートの数も増加するため、鋳型を作製する際の手間や、鋳造後に製品を得る際のゲートを切断する際の手間が増大し、作業性が低下するとともに加工コストの上昇を招くといった不都合な面がある。よって本発明は、ゲートの数を多くすることなく高温の溶湯を模型全域に充填することができ、残渣欠陥を効果的に抑制することができる消失模型鋳造法を提供することを目的とする。
　また、上記特許文献３に記載される方策では、模型に貫通孔を形成する作業が煩雑であるとともに、工程が増加するといった問題が生じる。また、ヘッド圧を高く設定することにより湯口からの吹き戻しを防ぐことはできるが、この場合には歩留まりが悪化してコストの上昇を招く。よって本発明は、工程増加やコスト上昇を招かない簡易な方法で湯口からの吹き戻しを確実に防止することができる消失模型鋳造法を提供することを目的とする。
　また、上記特許文献５に記載される空洞（同文献では筒状部材１０の内部空間）は、上端が、模型の最上部である上面より高い位置にある。このような鋳型構造では、該空洞に燃焼ガスを的確に排出させるためには、湯口を高くしてヘッド圧を相応に高く設定する必要がある。湯口高さを高くすることは、鋳型全体の高さを増大させることになり、鋳物砂の使用量が増えてコストの上昇を招くため、湯口高さはなるべく低く抑えたいという要望がある。よって本発明は、鋳型内に設けた空洞によって燃焼ガスを排出させる構造において、ヘッド圧を必要最小限として湯口高さをできるだけ低く抑えることができる消失模型鋳造法を提供することを目的とする。
　請求項１に記載の発明は、鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、鋳造時の鋳込み時間を、前記模型のモジュラス（模型の体積÷模型の表面積）に応じて設定することを特徴とする消失模型鋳造法である。
　請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記鋳込み時間が下記式（１）により算出されることを特徴とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　ｔ：鋳込み時間（ｓ）
　Ｗ：鋳込み重量（ｋｇ）
　Ａ’：湯口面積（ｃｍ２）
　ρ：溶湯密度（ｇ／ｃｍ－３）
　ａ，ｂ：定数
　ｍ：モジュラス（模型の体積÷模型の表面積）
　ｇ：重力加速度
　Ｈ’：湯口から模型上端までの高さ（ｃｍ）
　請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記式（１）から算出された鋳込み時間と、実際の鋳造時の鋳込み時間を比較し、両者の差異に基づいて鋳造欠陥の有無を判断することを特徴とする。
　請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記式（１）から算出された鋳込み時間に基づいて鋳造シミュレーションを行うことを特徴とする。
　次に、請求項５に記載の発明は、鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、前記鋳物砂内に設置する前記模型への溶湯のゲートを、鋳造される製品の重心位置の高さに設定することを特徴とする消失模型鋳造法である。
　請求項６に記載の発明は、鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、前記鋳物砂内に設置する前記模型への溶湯のゲートを、鋳造される製品の重心位置から１２０ｍｍ以内の範囲で該重心位置から下方に設定することを特徴とする消失模型鋳造法である。
　請求項７に記載の発明は、鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、前記鋳物砂内で鋳造される製品の重心位置が、該製品の下端から上方４４０ｍｍ以内の範囲に存在する場合、前記鋳物砂内に設置する前記模型への溶湯のゲートを、該製品の下端から４４０ｍｍ上方の範囲内で、該製品の重心位置よりも上方に設置することを特徴とする消失模型鋳造法である。
　請求項８に記載の発明は、請求項５～７のいずれかに記載の発明において、得られる製品がプレス金型であることを特徴とする。
　次に、請求項９に記載の発明は、鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、前記鋳型にガス抜き通路を形成するとともに該ガス抜き通路にフィルタを配設し、該フィルタのガス通過断面積を、鋳造される製品のモジュラス（製品の体積÷製品の表面積）に応じて設定することを特徴とする消失模型鋳造法である。ここでの製品の体積および表面積とは、模型の体積および表面積と同等である。この発明では、注湯によって模型が消失する際に鋳型内に発生した燃焼ガスはガス抜き通路に入り込み、このガス抜き通路に配設されたフィルタを通って鋳型外の大気に排出される。また、鋳物砂を通過して大気に排出される燃焼ガスもある。本発明によると、フィルタのガス通過断面積を上記モジュラスに応じて設定することによりフィルタを通過する燃焼ガスの量を適正化することができ、その結果、燃焼ガスの発生による鋳型の内圧をヘッド圧以下として湯口からの吹き戻しを確実に防止することができる。
　次に、請求項１０に記載の発明は、鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、前記鋳物砂内における前記模型に対する前記溶湯の最終充填部以外の位置に、上端が前記模型の最上部以下の位置に設定されるガス抜き用の空洞を形成し、該空洞の該上端にフィルタを配設することを特徴とする消失模型鋳造法である。
　請求項１～４に記載の発明によれば、鋳造時の鋳込み時間を模型のモジュラスに応じて設定することにより、消失模型鋳造法における鋳込み時間を正確、かつ高精度に設定することができ、品質の優れた鋳物製品を得ることができるといった効果を奏する。
　また、請求項５～８に記載の発明によれば、ゲートが製品の重心位置の高さ、もしくは重心位置の高さ近傍に設定されるため、ゲートの数を多くすることなく高温の溶湯を模型全域に充填することができ、残渣欠陥を効果的に抑制することができるといった効果を奏する。
　また、請求項９に記載の発明によれば、工程増加やコスト上昇を招かない簡易な方法で湯口からの吹き戻しを確実に防止することができ、安全な鋳造作業が実現される。また、吹き戻しの発生を防止しながら注湯速度をできるだけ速くすることができるため、速やかな溶湯の充填が達成されて最終充填温度を高く保持することができ、その結果、残渣の少ない高品質の鋳物製品を得ることができる。
　また、請求項１０に記載の発明によれば、鋳型内に設ける燃焼ガス排出用の空洞の上端が模型の最上部以下の高さに設定されているため、湯口高さを高くしてヘッド圧を高める必要がなく、必要最小限のヘッド圧で鋳造することができる。その結果、湯口高さをできるだけ低く抑えることができ、鋳型製造のコスト上昇も抑えることができる。
本発明の第１実施形態に係る消失模型鋳造法を概念的に示した鋳型の断面図である。 第１実施形態において、模型のモジュラスの大小により鋳込み時間が変化するメカニズムを説明する概念図であって、モジュラスが比較的小さい鋳造モデルを示す。 第１実施形態において、模型のモジュラスの大小により鋳込み時間が変化するメカニズムを説明する概念図であって、モジュラスが比較的大きい鋳造モデルを示す。 第１実施形態に係る実施例において、鋳込み時間を算出するにあたって必要なＣ’（定数）と模型のモジュラスの関係を示すグラフである。 第１実施形態に係る実施例において、模型のモジュラスに応じて算出された鋳込み時間を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る消失模型鋳造法を概念的に示した鋳型の断面図である。 第２実施形態に係る鋳型（サイドゲート型）によって上面の一部に重要部位が存在する鋳物（製品）を鋳造した状態を示す断面図である。 本発明ではない鋳型（ボトムゲート型）によって上面の一部に重要部位が存在する鋳物（製品）を鋳造した状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態におけるゲート高さ設定の概念を示す図である。 鋳物底面の重要部位の溶湯温度と鋳物底面からのゲート高さとの関係を示すグラフである。 鋳物上面の重要部位の溶湯温度と鋳物の重心位置からのゲート高さとの関係を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る消失模型鋳造法を概念的に示した鋳型の断面図である。 第３実施形態で得られる鋳造製品の一例を示す斜視図である。 第３実施形態に係る実施例で得た鋳造製品におけるモジュラスとフィルタのガス通過断面積との関係を示すグラフである。 本発明の第４実施形態に係る消失模型鋳造法を概念的に示した鋳型の断面図である。
　　１，２１，３１，４１…鋳型
　　２，２２，３２，４２…鋳物砂
　　３，２３，３３，４３…模型
　　４，２４，３４，４４…ゲート
　　５，２５，３５，４５…湯道
　　６，２６，３６，４６…湯口
　　７，２７，３７…ガス抜き通路
　　８，２８，３８，４８…フィルタ
　４７…空洞
２１０…鋳物（製品）
　以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。
［１］第１実施形態
　図１は、本発明の第１実施形態に係る消失模型鋳造法を概念的に示した鋳型１の断面を示している。この鋳型１は、図示せぬ鋳枠内に充填された鋳物砂２内に模型３が埋没されて構成されている。
　鋳物砂２内における模型３の周囲には、模型に接続されるゲート４と、このゲート４に接続される湯道５が形成されている。湯道５は鋳型１の上面への開口が複数（図１では２つ）設けられており、一方（図１で右側）の開口に湯口６が設けられる。また、他方の開口側の湯道５は特にガス抜き通路７とされ、このガス抜き通路７には燃焼ガスのみを鋳型１外の大気に放出させるフィルタ８が配設されている。
　鋳型１の製造は、次の手順による。まず、模型３の表面に黒鉛を主成分とする耐火性に優れた塗型剤を塗布して十分に乾燥させる。一方、鋳枠に湯道（ガス抜き通路７を含む）５およびゲート４を紙管を組むなどの手法で形成するとともに、鋳枠内の概ね中心部分に模型３を配置して支持する。この段階で、ガス抜き通路７にフィルタ８も配設する。この後、鋳枠内に鋳物砂２を充填して模型３を埋没させ、湯口６を設置する。
　鋳物砂２は、石英質を主成分とする珪砂の他、ジルコン砂、クロマイト砂、合成セラミック砂等の新砂あるいは旧砂が用いられる。鋳物砂２には、必要に応じて粘結剤や硬化剤が添加される。
　湯道５およびゲート４の形成は、φ３０～７０ｍｍの市販品（例えば、花王社製・クエーカー鋳造用湯道管：ＥＧランナーＣＦ－３０Ｓ，ＣＦ－５０Ｓ，ＣＦ－７０Ｓなど、主成分は再生パルプ）などが用いられる。また、フィルタ８は２号珪砂相当の砂に適宜なバインダを混入させて厚さ４０ｍｍ程度に成形した多孔質材料などが用いられる。なお、模型３の上面である湯口面から湯口６までの高さＨは７００ｍｍが好ましく、その場合のヘッド圧は０．０４４ＭＰａ程度となる。
　模型３は、発泡ポリスチレン等の合成樹脂性発泡体を手作りで所望形状に成形したものである。塗型剤は、例えば花王社製・花王クエーカーＰＣ２６０などが用いられ、厚さ１．５～３．５ｍｍ、１０ｍｍ２当たりの通気度１程度で模型の表面に塗布される。
　以上で鋳型１は製造される。この鋳型１によれば、湯口６から溶湯（溶融した金属材料）を注湯すると、溶湯は湯道５およびゲート４を通って模型３に至り、模型３は溶湯で溶解されることによって消失し、消失空間に溶湯が充填される。すなわち、模型３が溶湯に置換される。模型３が燃焼する注湯初期の段階で燃焼ガスが大量に発生し、その燃焼ガスは、湯道５の最下流のガス抜き通路７のフィルタ８を通って大気に排出される。また、燃焼ガスの一部は、模型３の表面に塗型剤が塗布されて形成された塗型膜を通過し、さらに鋳物砂２を通過して大気に排出される。
　さて、本発明においては、模型のモジュラス（模型の体積÷模型の表面積）が大きくなるほど鋳込み時間が長くなるという相関関係があることに基づき、下記旧来の鋳込み時間の式（２）と過去の鋳造データから、モジュラスを考慮した鋳込み時間の式（１）を作成した。（式（２）は、日本鋳物協会編　丸善株式会社発行、改訂４版鋳物便覧：８５ページに記載）
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　ｔ：鋳込み時間（ｓ）
　Ｗ：鋳込み重量（ｋｇ）
　Ａ’：湯口面積（ｃｍ２）
　ρ：溶湯密度（ｇ／ｃｍ－３）
　ａ，ｂ：定数
　ｍ：モジュラス（模型の体積÷模型の表面積）
　ｇ：重力加速度
　Ｈ’：湯口から模型上端までの高さ（ｃｍ）
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　ｃ：流量係数
　Ａ：鋳物に対するゲート開口（せき）の断面積（ｃｍ２）
　Ｈ：有効水頭
　ここで、旧来の式（２）は、湯口面積よりゲート面積の方が小さい場合には有効であるが、消失模型鋳造法においては鋳型内で模型が燃焼する際にガスが大量に発生するため、ゲート面積を湯口面積より大きくしてゲートからもガス抜きをする必要がある。そのため、旧来の式（２）では、鋳込み時間はゲート開口の断面積をパラメータに用いているところ、本発明においてはそれを湯口面積に置き換えたものである。
　ここで、モジュラスが大きくなると鋳込み時間が長くなると考えられるメカニズムを図２および図３により説明する。これら図は鋳造モデルを概略的に示しており、図２の鋳造モデル１の模型が、表面積Ｓ、体積Ｖ、肉厚ｗとした場合、図３の鋳造モデル２の模型は図２の模型に対して体積が同じで肉厚が２倍とされ、したがって表面積が半分とされている。
　この条件で単位時間当たりの模型表面に塗布された塗型剤を通過する燃焼ガス量およびモジュラスを比較してみる。単位時間当たりの塗型剤通過ガス量は塗型の表面積に比例するので、単位時間当たりの塗型剤通過ガス量比は、
　モデル１：モデル２＝ａ・Ｓ：ａＳ／２（ａは定数）
　　　　　　　　　　＝２：１　…（３）
となる。
　一方、モジュラスは体積／表面積の比であるから、
　モジュラス比
　モデル１：モデル２＝Ｖ／Ｓ：２Ｖ／Ｓ
　　　　　　　　　　＝１：２　…（４）
となる。
　上記式（３）および式（４）から、モジュラスが２倍になると、単位時間当たりの塗型剤通過ガス量は１／２になることが判る。つまり、モジュラスが大きくなると単位体積当たりの燃焼ガス量が増え、鋳型の内圧が高くなる。鋳型の内圧が高くなることにより鋳込み時間が長くなると考えられる。そのため、消失模型鋳造法での鋳込み時間を算出する際には、模型のモジュラスを考慮する必要がある。
　上記のようにして消失模型鋳造法における鋳込み時間を算出することにより、以下の付加的な鋳造に関する事項を実施することができる。
・早期の鋳造欠陥判定
　実際の鋳込み時間ｔ１（秒）と、上記本発明に係る算出方法で算出した鋳込み時間ｔ２（秒）とを比較することにより、鋳造欠陥の判定を早期にすることができる。ｔ１とｔ２の関係と鋳造欠陥の種類については、例えば以下のように判定される。なお、定数σは、本発明では３σ≒６で規定される。
　ｔ１＞ｔ２＋３σ：湯回り不良、残渣欠陥（模型の溶け残り）
　ｔ１＜ｔ２－３σ：鋳込み量不足、塗型噛み
　すなわち、実際の鋳込み時間と算出された鋳込み時間との間に大幅な差異がある場合には、製品に何らかの鋳造欠陥が生じていると判断することができる。これにより、もしも鋳造欠陥が発生していることが判定されれば、鋳型の解砕前に速やかに吹き直すことによって冷却時間のタイムロスを短縮することができるといった生産上の利点がある。
　・溶湯の流動解析用の鋳込み時間パラメータ
　上記本発明に係る算出方法で算出した鋳込み時間を、溶湯の流動解析用の計算に用いることにより、高い精度で溶湯の充填温度や最終充填部位などをシミュレーションすることができ、このため、シミュレーションの結果の信頼度を高めることができる。
　（第１実施形態に係る実施例）
　外形寸法が７５０×８００×４３０（ｍｍ）、モジュラスが２．１５の発泡ポリスチレンから成形した模型の表面に塗型剤（６０～６５ボーメ）を塗布して乾燥させ、次いで、図１に示したものと同様の構成で鋳型を形成し、鋳造を行った。鋳造材料はＦＣ３００（片状黒鉛鋳鉄）、注湯時の溶湯の温度（鋳込み温度）は１３８０℃、鋳込み重量は１．２トンであった（表１の鋳造サンプル１）。同様にして鋳込み重量１～１３トン、模型のモジュラスが１．９～２．５の範囲で変化させた鋳造を行って、表１に記載の鋳造サンプル２～６を得た。表１には、鋳造条件と算出した鋳込み時間を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　ここで、上記式（１）に至る計算式を説明すると、
　上記式（２）より、下記式（５）を求める。式（５）はモジュラスを考慮しない場合の鋳込み時間である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　表１の鋳造条件を式（５）に代入し、それぞれの定数Ｃ’を求める。これの計算結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　次に、Ｃ’と模型のモジュラスをグラフ化し（図４）、下記の近似式（６）を求める。
（ここでは、上記定数ａ，ｂはａ＝０．００１２、ｂ＝１．０９９５となる）
　Ｃ＝０．００１２ｍ－１．０９５５　…（６）
　近似式（６）を式（５）に代入すると、式（１）になる。
　そして、式（１）にモジュラスの値ｍ＝１．８，２．０，２．２，２．４を代入すると、図５に示すグラフを得る。
　図５には、表１で示した鋳造サンプル１～６における鋳込み時間の実際の計測値を示している。また、Ｗ／Ａ’が鋳造サンプルＮｏ５，６と共通で、モジュラスを考慮せずに上記式（２）のみで鋳込み時間を設定した場合も示している（×で示す）。このモジュラスを考慮しない場合と本発明とを比較すると、モジュラスを考慮しない場合は、本発明よりも鋳込み時間が１８秒遅く、また、最終充填温度は２０℃程度低かった。したがって本発明によれば、鋳込み時間を適正な時間に設定することができ、これとともに、良好な品質の鋳物を確実に得ることができることが判った。
［２］第２実施形態
　図６は、本発明の第２実施形態に係る消失模型鋳造法を概念的に示した鋳型２１の断面を示している。この鋳型２１は、図示せぬ鋳枠内に充填された鋳物砂２２内に模型２３が埋没されて構成されている。
　鋳物砂２２内における模型２３の周囲には、模型に接続されるゲート２４と、このゲート２４に接続される湯道２５が形成されている。湯道２５は鋳型２１の上面への開口が複数（図６では２つ）設けられており、一方（図６で右側）の開口に湯口２６が設けられる。また、他方の開口側の湯道２５は特にガス抜き通路２７とされ、このガス抜き通路２７には燃焼ガスのみを鋳型２１外の大気に放出させるフィルタ２８が配設されている。
　鋳型２１の製造は、次の手順による。まず、模型２３の表面に黒鉛を主成分とする耐火性に優れた塗型剤を塗布して十分に乾燥させる。一方、鋳枠に湯道（ガス抜き通路２７を含む）２５およびゲート２４を紙管を組むなどの手法で形成するとともに、鋳枠内の概ね中心部分に模型２３を配置して支持する。この段階で、ガス抜き通路２７にフィルタ２８も配設する。この後、鋳枠内に鋳物砂２２を充填して模型２３を埋没させ、湯口２６を設置する。
　鋳物砂２２は、石英質を主成分とする珪砂の他、ジルコン砂、クロマイト砂、合成セラミック砂等の新砂あるいは旧砂が用いられる。鋳物砂２２には、必要に応じて粘結剤や硬化剤が添加される。
　湯道２５およびゲート２４の形成は、φ３０～７０ｍｍの市販品（例えば、花王社製・クエーカー鋳造用湯道管：ＥＧランナーＣＦ－３０Ｓ，ＣＦ－５０Ｓ，ＣＦ－７０Ｓなど、主成分は再生パルプ）などが用いられる。また、フィルタ２８は２号珪砂相当の砂に適宜なバインダを混入させて厚さ４０ｍｍ程度に成形した多孔質材料などが用いられる。
　模型２３は、発泡ポリスチレン等の合成樹脂性発泡体を手作りで所望形状に成形したものである。塗型剤は、例えば花王社製・花王クエーカーＰＣ２６０などが用いられ、厚さ１．５～３．５ｍｍ、１０ｍｍ２当たりの通気度１程度で模型の表面に塗布される。
　以上で鋳型２１は製造される。この鋳型２１によれば、湯口２６から溶湯（溶融した金属材料）を注湯すると、溶湯は湯道２５およびゲート２４を通って模型２３に至り、模型２３は溶湯で溶解されることによって消失し、消失空間に溶湯が充填される。すなわち、模型２３が溶湯に置換される。模型２３が燃焼する注湯初期の段階で燃焼ガスが大量に発生し、その燃焼ガスは、湯道２５の最下流のガス抜き通路２７のフィルタ２８を通って大気に排出される。また、燃焼ガスの一部は、模型２３の表面に塗型剤が塗布されて形成された塗型膜を通過し、さらに鋳物砂２２を通過して大気に排出される。
　さて、第２実施形態の鋳型２１においては、鋳物砂２２内のゲート２４の高さ位置が、次の（ａ）～（ｃ）の条件のうちのいずれかを満足する位置に設定される。
（ａ）鋳造される製品の重心位置の高さ。
（ｂ）鋳造される製品の重心位置から１２０ｍｍ以内の範囲で重心位置から下方。
（ｃ）鋳造される製品の重心位置が製品の下端から上方４４０ｍｍ以内の範囲に存在する場合、製品の下端から４４０ｍｍ上方の範囲内で、製品の重心位置よりも上方。
　本発明では、上記（ａ）を最良の態様としているが、実際の製造にあっては、設計上の事情などによって重心位置の高さにゲートを設定することができない場合がある。その際には、上記（ｂ）または（ｃ）の条件を採用する。すなわち本発明でのゲート高さは、製品の重心位置の高さを最良とし、それが困難な場合には、製品の重心位置の近傍における上方または下方に設定するというものである。
　ここで、図７および図８によって鋳物の上面に重要部位がある場合の本発明の優位性を説明する（図７、図８で斜線部分が溶湯充填による鋳造部分である）。まず図７は、本発明によって上面の一部に重要部位２１０Ａが存在する鋳物（製品）２１０を鋳造した状態を示している。重要部位２１０Ａは、上記残渣欠陥等の鋳造欠陥が許容されず溶湯が充満した健全な鋳造がなされるべき部位である。図７に示すようにゲート２４は鋳物２１０の側方に配されており（サイドゲート型）、重要部位はゲート２４の直上位置にある。このゲート２４が上記（ａ）～（ｃ）のいずれかの条件を満たす高さ位置にある場合には、重要部位２１０Ａに溶湯が先行して充填され、これによって重要部位２１０Ａには残渣欠陥が起こりにくいものとなっている。
　一方、図８はゲート２４が鋳物２１０の底面に配されたボトムゲート型であって、この場合には上面の溶湯充填完了はほぼ全面的に同時となり、残渣欠陥は上面全面に起こりやすい。したがって重要部位２１０Ａに残渣欠陥が存在しやすくなる。
　さて、ゲート高さは鋳物に置換される模型領域への溶湯の充填程度に影響し、ゲートが高すぎると鋳物の底面側に前述の残渣欠陥が起こりやすく、ゲートが低すぎると鋳物の上面側に残渣欠陥が起こりやすい。本発明はこの問題を解決しており、ゲート高さの上限および下限が上記（ｂ）および（ｃ）のように設定される。
　まず、ゲート高さの上限および下限は、
　Ｈ（上限）：鋳物の底面からのゲート高さの上限（ｍｍ）
　Ｈ（下限）：鋳物の底面からのゲート高さの下限（ｍｍ）
　Ｈgate　　：鋳物の底面からのゲート高さ（ｍｍ）
としたとき、次式（７）で表される。
　Ｈ（上限）≧Ｈgate≧Ｈ（下限）　　　…（７）
　（７）式の条件が成り立つとき、鋳物である製品全体に高温の溶湯を充填することができ、残渣欠陥を減少させることができる。ここで、ゲート高さの上限：（上限）および下限：Ｈ（下限）は、鋳造データから下記のように求められる。
　Ｈａ　：鋳物の底面（下端）高さ位置（ｍｍ）
　Ｈｂ　：鋳物の重心の高さ位置（ｍｍ）
　Ｈｃ　：鋳物の上面（上端）高さ位置（ｍｍ）
　ａ，ｂ：定数（注湯温度が１３８０℃、発泡ポリスチレンを主成分とする発泡倍率５０　　　　　倍の手作り模型を用いた場合、ａ＝４４０、ｂ＝１２０である）
としたとき、Ｈｂ＜４４０では
　Ｈ（上限）＝Ｈａ＋ａ　　　…（８）
　Ｈ（下限）＝Ｈｂ－ｂ　　　…（９）
　上記のＨａ、Ｈｂ、Ｈｃ、「Ｈ（上限）＝Ｈａ＋ａ」、「Ｈ（下限）＝Ｈｂ－ｂ」の概念を図９に示す。
　定数ａ，ｂは、表３および図１０、図１１のグラフから求められる。これら表およびグラフは、ゲート高さ位置を変更した鋳造サンプル１～７について鋳物の底面および鋳物の上面の成形性を調べた結果を示す鋳造データである。鋳物の底面および上面には、いずれも上記重要部位が存在するものとされている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　まず、表３で鋳物の底面の成形性をみると、Ｈgate（ゲート高さ）が最大で４４０ｍｍまで成形性が良好であることが確認される。また、図１０は鋳物の底面の重要部位の溶湯温度と鋳物の底面からのゲート高さとの関係を示すグラフであり、これで明らかなように鋳物の底面からのゲート高さが４４０ｍｍ以下であった場合に、底面の重要部位を残渣欠陥なく鋳造することができている。よってａ＝４４０とされた。
　また、表３で鋳物の上面の成形性をみると、Ｈgate－Ｈｂ（鋳物の重心位置からのゲート高さ）が－１２０ｍｍ以内の場合に残渣欠陥が起きている。また、図１１は鋳物の上面の重要部位の溶湯温度と鋳物の重心位置からのゲート高さとの関係を示すグラフであり、これで明らかなように鋳物の重心位置からのゲート高さが－１２０ｍｍ以下であった場合に、上面の重要部位を残渣欠陥なく鋳造することができている。よってｂ＝１２０とされた。
　以上のように、鋳物砂内のゲートの高さ位置を、上記（ａ）～（ｃ）の条件のうちのいずれかを満足する位置に設定することにより、鋳物（製品）の底面および上面の成形性が良好で、特に上面の重要部位に残渣欠陥が起こりにくい消失模型鋳造法を遂行することができる。なお、表３において鋳造サンプル１～４は本発明例であり、５～７は本発明外の比較例となる。
　（第２実施形態に係る実施例）
　外形寸法が７５０×８００×４３０（ｍｍ）で発泡ポリスチレンから成形した模型の表面に塗型剤（６０～６５ボーメ）を塗布して乾燥させ、次いで、図６に示したものと同様の構成で鋳型を形成し、鋳造を行った。鋳型における鋳物砂内のゲート高さは、鋳物の重心に応じて模型の底面から４３５ｍｍとした。この場合、ゲート高さの上限：Ｈ（上限）は４４０ｍｍ、下限：Ｈ（下限）は３８０．７ｍｍであった。鋳造材料はＦＣ３００（片状黒鉛鋳鉄）、注湯時の溶湯の温度（鋳込み温度）は１３６５℃、鋳込み重量は１３トンであった。鋳造の結果、鋳物の底面および上面とも残渣欠陥等の鋳造欠陥は認められず、良好な製品を得ることができた。
［３］第３実施形態
　図１２は、本発明の第３実施形態に係る消失模型鋳造法を概念的に示した鋳型３１の断面を示している。この鋳型３１は、図示せぬ鋳枠内に充填された鋳物砂３２内に模型３３が埋没されて構成されている。
　鋳物砂３２内における模型３３の周囲には、模型に接続されるゲート３４と、このゲート３４に接続される湯道３５が形成されている。湯道３５は鋳型３１の上面への開口が複数（図１２では２つ）設けられており、一方（図１２で右側）の開口に湯口３６が設けられる。また、他方の開口側の湯道３５は特にガス抜き通路３７とされ、このガス抜き通路３７には燃焼ガスのみを鋳型３１外の大気に放出させるフィルタ３８が配設されている。
　鋳型３１の製造は、次の手順による。まず、模型３３の表面に黒鉛を主成分とする耐火性に優れた塗型剤を塗布して十分に乾燥させる。一方、鋳枠に湯道（ガス抜き通路３７を含む）３５およびゲート３４を紙管を組むなどの手法で形成するとともに、鋳枠内の概ね中心部分に模型３３を配置して支持する。この段階で、ガス抜き通路３７にフィルタ３８も配設する。この後、鋳枠内に鋳物砂３２を充填して模型３３を埋没させ、湯口３６を設置する。
　鋳物砂３２は、石英質を主成分とする珪砂の他、ジルコン砂、クロマイト砂、合成セラミック砂等の新砂あるいは旧砂が用いられる。鋳物砂３２には、必要に応じて粘結剤や硬化剤が添加される。
　湯道３５およびゲート３４の形成は、φ３０～７０ｍｍの市販品（例えば、花王社製・クエーカー鋳造用湯道管：ＥＧランナーＣＦ－３０Ｓ，ＣＦ－５０Ｓ，ＣＦ－７０Ｓなど、主成分は再生パルプ）などが用いられる。また、フィルタ３８は２号珪砂相当の砂に適宜なバインダを混入させて成形した多孔質材料などが用いられる。
　模型３３は、発泡ポリスチレン等の合成樹脂性発泡体を手作りで所望形状に成形したものである。塗型剤は、例えば花王社製・花王クエーカーＰＣ２６０などが用いられ、厚さ１．５～３．５ｍｍ、１０ｍｍ２当たりの通気度１程度で模型の表面に塗布される。
　以上で鋳型３１は製造される。この鋳型３１によれば、湯口３６から溶湯（溶融した金属材料）を注湯すると、溶湯は湯道３５およびゲート３４を通って模型３３に至り、模型３３は溶湯で溶解されることによって消失し、消失空間に溶湯が充填される。すなわち、模型３３が溶湯に置換される。模型３３が燃焼する注湯初期の段階で燃焼ガスが大量に発生し、その燃焼ガスは、湯道３５の最下流のガス抜き通路３７のフィルタ３８を通って大気に排出される。また、燃焼ガスの一部は、模型３３の表面に塗型剤が塗布されて形成された塗型膜を通過し、さらに鋳物砂３２を通過して大気に排出される。
　図１３は上記のような鋳型を用いて鋳造した後に鋳物砂を解砕して取り出した鋳放し状態の鋳造製品３３０を示している。この場合の製品３３０は、上方に開口する直方体状の箱状物であって、底部および側壁３３１で囲まれた内部には、内部空間を４つに仕切る隔壁３３２が形成されている。側壁３３１には鋳造されたゲート部分３４１および湯道部分３５１が接続されている。この場合、２つの湯道部分３５１２がガス排出側であり、１つの湯道部分３５１１が湯口側である。鋳造されたゲート部分３４１および湯道部分３５１は製品３３０から切断され、この後、製品３３０は必要な加工が施されて使用に供される。
　さて、第３実施形態の鋳型３１においては、模型３３が燃焼・消失して発生する燃焼ガスによって内圧が上昇するが、この内圧を、フィルタ３８のガス通過断面積を製品（模型３３）のモジュラス（製品の体積÷製品の表面積）に応じて制御してヘッド圧以下とすることにより、湯口３６からの溶湯の吹き戻しを防止することが行われる。
　すなわち、鋳型３１の内圧は、ガス抜き通路３７のフィルタ３８からの燃焼ガスの通過断面積、鋳型３１および塗型膜の通気性およびモジュラスによって決定されると考えられており、第３実施形態では、鋳型３１の条件を一定にして鋳物単体のモジュラスに応じたフィルタ３８のガス通過断面積を設定して鋳型３１の内圧をヘッド圧以下とする。なお、ヘッド圧の大きさは、図１２に示すように模型３３の上面である湯口面から湯口までの高さＨに応じたものとなる。例えば高さＨが７００ｍｍの場合、ヘッド圧は０．０４４ＭＰａとなる。
　以下の実施例で説明するように、実際に鋳造を行ってフィルタのガス通過断面積、モジュラス、湯口からの溶湯の吹き戻し、の３者の関係を調べた。
　（第３実施形態に係る実施例）
　製品重量、モジュラス、フィルタのガス通過断面積が表４に示す条件の鋳造サンプル１～１６により、湯口からの吹き戻しの有無を調べた。鋳型は図１２に示したものと同様の構成とし、模型は、外形寸法が７５０×８００×４３０（ｍｍ）で発泡ポリスチレンから成形した。この模型の表面に塗型剤（６０～６５ボーメ）を塗布して乾燥させ、次いで、鋳型を形成して鋳造を行った。鋳造材料はＦＣ３００（片状黒鉛鋳鉄）、注湯時の溶湯の温度（鋳込み温度）は１３８０℃、ヘッド圧は０．０４４ＭＰａと条件を同じにした。モジュラスとガス通過断面積との関係を図１４に示す。また、表４に吹き戻しの有り無し（×有り、○：無し）を併記している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　この実施例（ヘッド圧が０．０４４ＭＰａ）の場合、図１４から鑑みて下記（１０）式が求められる。
　Ｓ≧１５３３．８ｅａ・Ｍ　　…（１０）
　　　Ｓ：フィルタのガス通過断面積（ｍｍ２）
　　　Ｍ：製品のモジュラス
　　　ａ：定数（鋳造条件により異なる、第３実施形態では０．３７２４）
　さらに、上記（１０）式とフィルタの通気度を考慮すると、下記（１１）式が成立する。
　Ｓ≧１０７・ｅａ・Ｍ／Ｐ　　　…（１１）
　　　Ｐ：通気度（第３実施形態では６５５０）
　この（１１）式を用いることにより、フィルタのガス通過断面積を、モジュラスおよびフィルタの通気度に応じた吹き戻しのない値に設定することができる。
　このようにフィルタのガス通過断面積を製品（模型）のモジュラスに応じて調整することにより、燃焼ガスの発生による鋳型の内圧を常にヘッド圧以下として湯口からの吹き戻しを確実に防止することができる。この方法は、従来技術のように模型に貫通孔を形成するといった作業を必要としないので簡易であり、かつ、工程の増加も生じない。また、ヘッド圧を高く設定する必要もないため、歩留まりは維持でき、コストの上昇を抑えることができる。
　また、吹き戻しが発生しない範囲で注湯速度をできるだけ速くするといった操作を行うことができ、このため、速やかな溶湯の充填が達成されて最終充填温度を高く保持することができ、その結果、残渣の少ない高品質の鋳物製品を得ることができるといった利点も得られる。
［４］第４実施形態
　図１５は、本発明の第４実施形態に係る消失模型鋳造法を概念的に示した鋳型４１の断面を示している。この鋳型４１は、図示せぬ鋳枠内に充填された鋳物砂４２内に模型４３が埋没されて構成されている。
　模型４３は、台形状の山部４３ａの下側に鍔部４３ｂが形成された断面ハット状の円筒部材である。鋳物砂４２内には、模型４３の鍔部４３ｂに接続されるゲート４４と、このゲート４４に接続される湯道４５が形成されている。この場合の湯道４５は、ゲート４４間を模型４３の下方で連通する下部湯道４５ａと、一方（図１５で右側）のゲート４４から鉛直上方に延びて鋳型４１の上面に開口する鉛直湯道４５ｂとを有しており、鉛直湯道４５ｂの開口が、湯口４６として設けられている。
　また、鋳物砂４２内には、複数の燃焼ガス排出用の空洞４７が、鋳物砂４２内に閉じ込めた状態で形成されている。これら空洞４７は上下方向に延びており、この場合は模型４３の鍔部４３ｂから上方に延びるものと、鉛直湯道４５ｂに接続されない他方（図１５で左側）のゲート４４から上方に延びるものとがある。これら空洞４７の上端は、模型４３の最上部である山部４３ａの上端面と一致する高さに位置付けられている。そしてこの空洞の上端には、鋳造時に発生する燃焼ガスのみを、鋳物砂４２を介して鋳型４１外の大気に放出させるフィルタ４８が配設されている。
　鋳型４１の製造は、次の手順による。まず、模型４３の表面に黒鉛を主成分とする耐火性に優れた塗型剤を塗布して十分に乾燥させる。一方、鋳枠内に湯道４５、ゲート４４および空洞４７を紙管を組むなどの手法で形成するとともに、鋳枠内の概ね中心部分に模型４３を配置して支持する。この段階で、空洞４７にフィルタ４８も配設する。この後、鋳枠内に鋳物砂４２を充填して模型４３を埋没させ、湯口４６を設ける。
　鋳物砂４２は、石英質を主成分とする珪砂の他、ジルコン砂、クロマイト砂、合成セラミック砂等の新砂あるいは旧砂が用いられる。鋳物砂４２には、必要に応じて粘結剤や硬化剤が添加される。
　湯道４５、ゲート４４および空洞４７の形成は、φ３０～７０ｍｍの市販品（例えば、花王社製・クエーカー鋳造用湯道管：ＥＧランナーＣＦ－３０Ｓ，ＣＦ－５０Ｓ，ＣＦ－７０Ｓなど、主成分は再生パルプ）などが用いられる。また、フィルタ４８は２号珪砂相当の砂に適宜なバインダを混入させて厚さ４０ｍｍ程度に成形した多孔質材料などが用いられる。
　模型４３は、発泡ポリスチレン等の合成樹脂性発泡体を手作りで成形したものである。塗型剤は、例えば花王社製・花王クエーカーＰＣ２６０などが用いられ、厚さ１．５～３．５ｍｍ、１０ｍｍ２当たりの通気度１程度で模型の表面に塗布される。
　以上で鋳型４１は製造される。この鋳型４１によれば、湯口４６から溶湯（溶融した金属材料）を注湯すると、溶湯は湯道４５およびゲート４４を通って模型４３に至り、模型４３は溶湯で溶解されることによって消失し、消失空間に溶湯が充填される。すなわち、模型４３が溶湯に置換される。模型４３が燃焼する注湯初期の段階で燃焼ガスが大量に発生し、その燃焼ガスは空洞４７内に入り込み、空洞４７の上端に設置されたフィルタ４８を通過し、さらに鋳物砂４２を通過して大気に排出される。また、燃焼ガスの一部は、模型４３の表面に塗型剤が塗布されて形成された塗型膜を通過し、さらに鋳物砂４２を通過して大気に排出される。図１５の鋳型４１内の矢印は、このようにして鋳型４１外に排出される燃焼ガスの流れを示している。
　上記鋳型４１においては、模型４３が燃焼・消失して発生する燃焼ガスによって内圧が上昇するが、この内圧は、複数の空洞４７に燃焼ガスが導入されることと、燃焼ガスがフィルタ４８を通過するか、または塗型剤を通過して鋳物砂４２に排出されていくことによって、ヘッド圧を超えることのないように制御される。ヘッド圧は、模型４３の最上部（山部４３ａの上端面）に相当する湯口面から湯口４６までの高さＨに応じたものになる。例えば高さＨが７００ｍｍの場合、ヘッド圧は０．０４４ＭＰａとなる。
　上記内圧の制御は、空洞４７の上端に設置するフィルタ４８のガス通過断面積によってなすことができ、その場合には、フィルタ４８のガス通過断面積は、少なくとも空洞４７を大気開放にした場合の空洞４７の断面積よりも大きく（例えば８倍程度）設定される。
　上記第４実施形態によれば、鋳型４１内に設ける燃焼ガス排出用の空洞４７の上端が模型４３の最上部である山部４３ａの上端に一致する高さに設定されているため、湯口４６の高さを高くしてヘッド圧を高めなくても、燃焼ガスを空洞４７に十分に導入させることができる。このため、湯口４６の高さをできるだけ低く抑えて必要最小限のヘッド圧で鋳造することができる。その結果、鋳型全体の高さおよび鋳物砂の使用量を減少させることができ、コストの低減が図られる。
　また、鋳型４１内に閉じ込められた空洞４７に燃焼ガスを導入するため、フィルタ４８を突き抜けて溶湯が鋳型４１外に噴出するといったおそれは勿論なく、安全な鋳造を行うことができる。また、鋳型４１の上面に重しを載せて鋳造する場合には、空洞４７をその上面に開口させないことから、重しの形状や重しを載せるレイアウトの自由度が高くなるといった利点もある。
　なお、上記実施形態では空洞の上端の位置は模型の最上部と一致する高さに設定されているが、本発明では、空洞の上端は模型の最上部と一致するか、もしくはそれよりも下方であることを条件としており、上記実施形態に限定されるものではない。
　（第４実施形態に係る実施例）
　図１５に示した鋳型と同様構成の鋳型によって実際に鋳造を行った。すなわち、鍔部の底面の直径がφ１０９０ｍｍ、山部の上面の直径がφ７６０ｍｍ、肉厚が１５０ｍｍ、モジュラス（体積÷表面積）が６の模型を発泡ポリスチレンから成形し、この模型の表面に塗型剤（６０～６５ボーメ）を塗布して乾燥させ、次いで、鋳型を形成して鋳造を行った。鋳型内には、模型に接続する状態に複数の空洞を形成し、これら空洞の上端は模型の最上部に一致させた。そして、各空洞の上端には、トータルのガス通過断面積が６２０００ｍｍ２となるフィルタを設置した。
　鋳造材料はＦＣ３００（片状黒鉛鋳鉄）、注湯時の溶湯の温度（鋳込み温度）は１３８０℃、注湯時間は３７秒、鋳込み重量は２．２トンであった。鋳造した際には溶湯の噴出は勿論なく、良好な品質の鋳物を得ることができた。

Claims (10)

  1. 　鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、
    　鋳造時の鋳込み時間を、前記模型のモジュラス（模型の体積÷模型の表面積）に応じて設定することを特徴とする消失模型鋳造法。
  2. 　前記鋳込み時間が、下記式（１）により算出されることを特徴とする請求項１に記載の消失模型鋳造法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     　ｔ：鋳込み時間（ｓ）
    　Ｗ：鋳込み重量（ｋｇ）
    　Ａ’：湯口面積（ｃｍ２）
    　ρ：溶湯密度（ｇ／ｃｍ－３）
    　ａ，ｂ：定数
    　ｍ：モジュラス（模型の体積÷模型の表面積）
    　ｇ：重力加速度
    　Ｈ’：湯口から模型上端までの高さ（ｃｍ）
  3. 　前記式（１）から算出された鋳込み時間と、実際の鋳造時の鋳込み時間を比較し、両者の差異に基づいて鋳造欠陥の有無を判断することを特徴とする請求項２に記載の消失模型鋳造法。
  4. 　前記式（１）から算出された鋳込み時間に基づいて鋳造シミュレーションを行うことを特徴とする請求項２に記載の消失模型鋳造法。
  5. 　鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、
    　前記鋳物砂内に設置する前記模型への溶湯のゲートを、鋳造される製品の重心位置の高さに設定することを特徴とする消失模型鋳造法。
  6. 　鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、
    　前記鋳物砂内に設置する前記模型への溶湯のゲートを、鋳造される製品の重心位置から１２０ｍｍ以内の範囲で該重心位置から下方に設定することを特徴とする消失模型鋳造法。
  7. 　鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、
    　前記鋳物砂内で鋳造される製品の重心位置が、該製品の下端から上方４４０ｍｍ以内の範囲に存在する場合、前記鋳物砂内に設置する前記模型への溶湯のゲートを、該製品の下端から４４０ｍｍ上方の範囲内で、該製品の重心位置よりも上方に設置することを特徴とする消失模型鋳造法。
  8. 　前記製品がプレス金型であることを特徴とする請求項５～７のいずれかに記載の消失模型鋳造法。
  9. 　鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、
    　前記鋳型にガス抜き通路を形成するとともに該ガス抜き通路にフィルタを配設し、該フィルタのガス通過断面積を、鋳造される製品のモジュラス（製品の体積÷製品の表面積）に応じて設定することを特徴とする消失模型鋳造法。
  10. 　鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、
    　前記鋳物砂内における前記模型に対する前記溶湯の最終充填部以外の位置に、上端が前記模型の最上部以下の位置に設定されるガス抜き用の空洞を形成し、該空洞の該上端にフィルタを配設することを特徴とする消失模型鋳造法。
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