(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
鋳造方法の一つに、一対の鋳型を見切り面において型合わせして、これらの間に形成される注湯空間(製品形状を模した注湯空間)に液体状の金属(所謂「溶湯」)を注湯して、製品を造形する、というものがよく知られている。
【0003】
鋳型として、金属製の金型や、砂(鋳物砂)を用いて形成される砂型がよく知られている。金型は、砂型に比べて強度が高い。また、金型は、耐摩耗性にも優れている。したがって、一度の鋳造で崩されてしまう使い捨ての砂型とは違い、金型は、何度も繰り返して使用される。
【0004】
ところで、鋳造の際に、型合わせされた金型の見切り面間に隙間があると、この隙間に溶湯がさし込んで、製品に鋳バリが発生してしまう。また、この隙間が大きい場合は、湯漏れに発展する虞もある。したがって、鋳造時には、金型の見切り面を隙間なく密着させて、注湯空間を十分に封鎖する必要がある。
【0005】
そこで、多くの場合、鋳造時には、金型の見切り面を密着させるために金型に押圧力が加えられる。例えば特許文献1には、補強ブロックで金型を押さえる(バックアップする)ことによって金型の見切り面を密着させる方法が提案されている(特許文献1)。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところが、鋳造の度に押圧力が加えられることによって、金型には僅かずつ歪みが生じてしまう。金型に歪みが生じたために見切り面の平面度が低下すると、鋳造時に見切り面を密着させるために金型に加える押圧力を大きくしなければならず、これによって金型がさらに大きく歪んで見切り面の平面度がさらに低下する、という悪循環が生じる。さらに、見切り面の平面度が低下することによって、注湯空間に注湯された高温の溶湯が見切り面の面内に回り込むようになり、高温の溶湯に触れることによって見切り面が熱変形し、これによって、見切り面の平面度がさらに低下する、といった悪循環も生じ得る。
【0008】
本発明が解決しようとする課題は、金型に歪みが生じることを抑制しつつ、注湯空間を十分に封鎖できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために成された本発明は、
型合わせされることにより、間に注湯空間を形成する一対の鋳型であって、
前記一対の鋳型のそれぞれが、
前記注湯空間を形成する注湯面領域とこれに連なる見切り面とを備える金型と、
前記金型に形成された薄肉砂層と、
を備え、
前記薄肉砂層が、
前記注湯面領域を被覆する、表面が製品の外形を模した形状となっている第1部分と、
前記第1部分と連なり、前記注湯面領域の周縁の全周に亘って、前記見切り面を越えるように形成された第2部分と、
を備え
、
前記一対の鋳型が型合わせされることによって、一方の金型の前記第2部分と他方の金型の前記第2部分とが互いに当接した状態となる。
【0010】
ここで、「第2部分が見切り面を越える」とは、第2部分の表面位置が、見切り面の法線方向側にあることを意味する。
上記の構成によると、一対の鋳型が型合わせされた状態において、各金型に形成された薄肉砂層の第2部分(すなわち、金型の見切り面を越えるように形成された第2部分)が互いに当接し合うことにより、注湯空間が十分に封鎖される。また、仮に、金型の見切り面同士を直接に密着させることで注湯空間を封鎖しようとした場合、金型同士を大きな力で押しつけ合わせなければならないが、ここでは金型よりも柔らかい薄肉砂層を密着させることで注湯空間を封鎖するので、そのような大きな力が必要ない。したがって、そのような大きな力が何度も加えられることによって金型に歪みが生じる、という事態を回避できる。また、薄肉砂層の第2部分が存在しているために、注湯空間に注がれた溶湯が金型の見切り面に回り込むことが確実に防止される。したがって、見切り面が高温の湯に触れることによって熱変形する、という事態も回避できる。
【0011】
好ましくは、前記一対の鋳型において、
前記第2部分が、前記見切り面の少なくとも一部を被覆するように形成されている。
【0012】
第2部分が見切り面の少なくとも一部を被覆するように形成されることによって、第2部分の砂崩れを抑制しつつ、注湯空間を確実に封鎖することができる。
【0013】
好ましくは、前記一対の鋳型において、
前記第2部分が前記見切り面を被覆する部分の幅が、5mm以下である。
【0014】
第2部分が見切り面を被覆する部分の幅が大きくなるにつれて、薄肉砂層を形成するのに必要な砂の量が多くなり、製造コストが高くなるが、当該幅が5mm以下であれば製造コストを抑えつつ、注湯空間を十分に封鎖することができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によると、一対の鋳型が型合わせされた状態において、各金型に形成された薄肉砂層の一部分が互いに当接し合うことによって注湯空間が封鎖されるので、金型に歪みが生じていても、注湯空間を十分に封鎖できる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【0018】
<1.鋳型の構成>
実施形態に係る一対の鋳型の構成について、
図1、
図2を参照しながら説明する。
図1(a)は、一対の鋳型100,100を模式的に示す側面図である。
図1(b)は、一対の鋳型100,100を、
図1(a)において紙面と平行な方向(縦断面方向)に沿って切断した断面図である。
図1(c)は、一対の鋳型100,100を、
図1(a)の矢印c方向(横断面方向)に沿って切断した断面図である。
図1(d)は、一方の鋳型100を、
図1(a)の矢印d方向(見切り面の法線方向)から見た図である。
図2は、第2部分22の形状が異なる一対の鋳型100,100を、
図1と同様に示す図である。
【0019】
一対の鋳型100,100は、対向配置されて型合わせされることにより、間に注湯空間Vを形成するものであり、各鋳型100は、金型1と、これに形成された薄肉砂層2と、を備える。
【0020】
金型1は、金属(具体的には例えば鋳鉄)により形成され、注湯空間Vを形成する面領域(注湯面領域)11と、これに連なる見切り面12とを備える。注湯面領域11は、製品の外形よりも一回り大きく、製品の外形を大まかに模した形状となっている。また、注湯面領域11の一部は、注湯空間V内に溶湯を注ぎ入れるための湯口を形成している。一方、見切り面12は、注湯面領域11を取り囲むように形成され、平坦な形状となっている。
【0021】
薄肉砂層2は、砂(すなわち鋳物砂であり、ここでは例えばレジンコーテッドサンド)を焼成することにより形成される(具体的な形成方法については後に説明する)。
薄肉砂層2は、注湯面領域11を被覆する第1部分21を備える。第1部分21は、表面が製品の外形を模した形状となっている。また、薄肉砂層2は、第1部分21と連なり、注湯面領域11の周縁の全周に亘って形成された第2部分22を備える。第2部分22は、金型1の見切り面12を越えるように(すなわち、見切り面12から突出するように)形成される。すなわち、第2部分22は、その表面位置が、見切り面12の法線方向側にある。また、この実施形態では、第2部分22は、
図1に示されるように、見切り面12に回り込んでその全体を被覆するように形成される。もっとも、第2部分22は、必ずしも見切り面12の全体を被覆していなくともよく、例えば
図2に示されるように、見切り面12の一部分のみを被覆するように形成されてもよい。
【0022】
第2部分22は、金型1の見切り面12を越える突出高さd1が大きくなるにつれて、型締め時等に砂崩れを起こしやすくなる。その一方で、第2部分22が、金型1の見切り面12を被覆する部分の幅(被覆幅)d2が大きくなるにつれて、砂崩れを起こしにくくなる。
この点に関して、
図3には、発明者が行った試験の結果が示されている。この試験は、後述するステップS1〜ステップS5を経て、金型1に突出高さd1が異なる薄肉砂層2をそれぞれ形成した一対の鋳型100,100を準備し、鋳造時を想定してこれらを型合わせした状態で型締めした後に開放して、砂崩れの有無を目視にて確認したものである。ただし、この試験では、第2部分22の被覆幅d2がゼロとされている(すなわち、第2部分22が見切り面12を全く被覆しない形とされている(
図7参照))。
図3(a)には、被覆幅d2がゼロであり、突出高さd1が0.3mmである第2部分22が形成された鋳型100,100を、型締めした後に開放した状態の写真が示されている。一方、
図3(b)には、被覆幅d2がゼロであり、突出高さd1が0.5mmである第2部分22が形成された鋳型100,100を、型締めした後に開放した状態の写真が示されている。
図3(a)および
図3(b)を比較すると明らかなように、第2部分22の突出高さd1が0.3mmの場合は砂崩れが生じていないが、突出高さd1が0.5mmの場合には砂崩れが生じている。この試験で発明者が、被覆幅d2がゼロの場合の突出高さd1の適正範囲を検証した結果、突出高さd1が0.3mm以下であれば、砂崩れが十分に回避されることが判明した。したがって、被覆幅d2がゼロの場合、第2部分22の突出高さd1は、0mmより大きく、かつ、0.3mm以下であることが好ましい。
【0023】
ただし、上記の通り、第2部分22は、その被覆幅d2が大きくなるにつれて、砂崩れを起こしにくくなる。したがって、被覆幅d2を大きくすれば、0.3mmより大きな突出高さd1も許容される。
もっとも、第2部分22の被覆幅d2が大きくなるにつれて、薄肉砂層2を形成するのに必要な砂の量が多くなり、製造コストが高くなるというデメリットも存在する。したがって、第2部分22の被覆幅d2は、0mm以上、かつ、5mm以下であることが好ましい。被覆幅d2が5mm以下であれば製造コストを抑えつつ、注湯空間Vを十分に封鎖することができる。
被覆幅d2が例えば5mmの場合、突出高さd1を例えば0.5mm以下としておけば、砂崩れを十分に回避できる。もっとも、被覆幅d2は5mmよりも大きくてもよく、この場合は、突出高さd1を0.5mmよりも大きくしても、砂崩れを回避できる。
鋳造するべき製品の重量が大きい場合、溶湯が注湯された注湯空間Vを封鎖するために、第2部分22には十分な強度が必要となってくるところ、突出高さd1、被覆幅d2、あるいは、これらの両方を大きくする(すなわち、第2部分22の体積を大きくする)ことによって、第2部分22の強度を高めることができる。
【0024】
<2.薄肉砂層の形成方法>
金型1に薄肉砂層2を形成する方法の一例について、
図4〜
図6を参照しながら説明する。
図4、
図5は、当該方法を説明するための図である。
図4は、当該方法に係る各工程を各金型1の縦断面方向にて示す図であり、
図5は、当該方法に係る各工程を各金型1の横断面方向にて示す図である。また、
図6は、薄肉砂層2の形成に用いられる模型3を、薄板平板部分311の主面の法線方向から見た図である。
【0025】
ステップS1:まず、一対の金型1と、模型3を準備する。金型1は、上述したとおり、注湯面領域11とこれに連なる見切り面12とを備える。模型3は、薄板平板部分31を備える。薄板平板部分31は、その主面の法線方向に沿って見て、金型1と同形状である。また、模型3は、薄型平板部分31の各主面に形成された、製品形状を模した形状部分32,33を備える。また、模型3には、ヒータが内蔵される。
【0026】
ステップS2:次に、模型3を挟んで、一対の金型1を、見切り面12を介して対向配置して、各金型1と模型3との間に隙間40が形成された状態とする。ただし、このとき、各金型1の見切り面12と模型3(具体的には、模型3の薄型平板部分31)とが密着しないように、模型3の薄板平板部分31の各主面に、例えば棒状の突起311を、間隔をあけて複数個設けておく。この状態において、金型1の注湯面領域11と模型3(具体的には、模型3の製品形状を模した形状部分32,33)との間に僅かな隙間(好ましくは1mm〜6mmの隙間であり、ここでは例えば、約2mmの隙間)41が形成され、かつ、見切り面12と模型3(具体的には、模型3の薄型平板部分31)との間にも僅かな隙間(ここでは例えば、約0.3mmの隙間)42が形成された状態となる。隙間40の寸法は、突起311の寸法で微調整することができる。当然のことながら、注湯面領域11と模型3との間の隙間41と、見切り面12と模型3との間の隙間42とは、互いに連通して、全体として隙間40を形成している。なお、薄板平板部分31の側面の全体(ただし、上側の側面の一部分313と下側の側面の一部分313を除く全体)には外側に張り出したフランジ部312が形成されており、フランジ部312が金型1の外周面に当接することによって、当該隙間40が、上下に開口部を形成しつつ閉鎖された空間となる。
【0027】
ステップS3:次に、金型1と模型3の間の隙間40に砂80を充填する。ここで用いられる砂80は、鋳物砂であり、具体的には、骨材(例えば、硅砂、山砂、アルミナ砂、オリビン砂、クロマイト砂、ジルコン砂、ムライト砂、人工砂、中空の粒子(具体的には例えば、中空のセラミックス粒子)、等)を、フェノール系樹脂等の熱硬化性樹脂等でコーティングしたものであり、所謂「レジンコーテッドサンド(RCS)」である。骨材として中空の粒子を用いることによって、薄肉砂層2を、高い断熱効果を有する断熱層とすることができる。隙間40に砂80を充填するにあたっては、具体的には、当該隙間40の上側の開口部に砂供給カップ81をセットすると共に、下側の開口部に吸引装置82をセットする。そして、砂供給カップ81から上側の開口部を介して隙間40に向けて砂80を供給しつつ、下側の開口部に吸引装置82で吸引圧を形成する。これによって、隙間40に砂80が充填されていく。もっとも、隙間40に砂80を充填する方法はこれに限られるものではなく、例えばブロー方式(吹き込み方式)で行ってもよい。
【0028】
ステップS4:隙間40の全体に砂80が充填されると、続いて、模型3に内蔵されたヒータ等を用いて隙間40に充填された砂80を加熱する。すると、隙間40に充填された砂80が、熱硬化反応により金型1に付着し、焼成される。これによって、金型1に、これを被覆する薄肉砂層2が形成される。この薄肉砂層2は、金型1の注湯面領域11を覆う厚みが約2mmの被覆部分(第1部分21)と、これと連なって見切り面12を覆う厚みが約0.3mmの被覆部分(第2部分22)とを備える。いうまでもなく、第2部分22は、注湯面領域11の周縁の全周に亘って、見切り面12を越えるように形成された部分となっている。
【0029】
ステップS5:次に、各金型1(すなわち、薄肉砂層2が形成された金型1)を模型3から離間させる。これによって、一対の鋳型100,100が得られる。
【0030】
<3.製品の製造方法>
次に、一対の鋳型100,100を用いて製品(鋳物製品)を鋳造する方法について、引き続き
図4、
図5を参照しながら説明する。
【0031】
ステップS101:まず、一対の鋳型100,100を型合わせする。具体的には、各金型1を、見切り面12を介して対向配置して、金型1間に注湯空間Vが形成された状態とする。上述したとおり、各金型1には薄肉砂層2が形成されており、その第2部分22が、金型1の見切り面12を越えるように形成されている。したがって、この状態において、第2部分22が互いに当接し合うことにより、注湯空間Vが封鎖される。したがって、金型1に歪みが生じていたとしても、注湯空間Vを十分に封鎖できる。また、仮に、金型1の見切り面12同士を直接に密着させることで注湯空間Vを封鎖しようとした場合、金型1同士を大きな力で押しつけ合わせなければならないが、ここでは金型1よりも柔らかい薄肉砂層2を密着させることで注湯空間Vを封鎖するので、そのような大きな力が必要ない。したがって、そのような大きな力が何度も加えられることによって金型に歪みが生じる、という事態を回避できる。
【0032】
ステップS102:次に、湯口を介して注湯空間Vに注湯する。注湯空間Vが溶湯で満たされると、その状態で注湯空間V内の溶湯が自然冷却されて固化するのを待つ。
上述したとおり、ここでは、注湯空間Vが薄肉砂層2の第2部分22によって封鎖されているので、このときに見切り面12から湯漏れが生じることがなく、鋳バリが生じない。また、第2部分22が存在しているために、注湯空間Vに注がれた溶湯が金型1の見切り面12に回り込むことが確実に防止される。したがって、見切り面12が高温の溶湯に触れることによって熱変形する、という事態も回避できる。特に、第2部分22を、見切り面12に回り込んでその全体を被覆するように形成しておけば、見切り面12を十分に保護してその変形を確実に防止できる。また、ここでは、金型1の注湯面領域11も薄肉砂層2で被覆されているので、溶湯が注湯面領域11に直接に接触しない。したがって、溶湯の冷却速度を小さくすることができる(ひいては、鋳物の硬化を抑制できる)。また、注湯面領域11が溶湯と直接に接触しないので、注湯面領域11の熱変形も抑制される。
【0033】
ステップS103:注湯空間V内の溶湯が固化すると、金型1を互いに離間させる。これによって、製品9が得られる。金型1を製品9から離間させる際に、金型1に形成されていた薄肉砂層2は崩壊する。薄肉砂層2が剥離した金型1は、清掃された後、再びステップS1の金型1として用いられる。
【0034】
<4.その他の実施形態>
上記の実施形態では、第2部分22は、見切り面12の全体あるいは一部を被覆するように形成されていたが、第2部分22は、必ずしも見切り面12を被覆するように形成されていなくともよい。すなわち、第2部分22は、
図7に示されるように、見切り面12を全く被覆しなくともよい。この場合、第2部分22は、見切り面12を越えつつ(すなわち、見切り面12から突出しつつ)、見切り面12に全く回り込まないものとなる。
【0035】
上記の実施形態では、金型1の見切り面12は平坦な形状であるとしたが、見切り面12は非平坦な形状であってもよい。例えば
図8に示されるように、見切り面12における注湯面領域11との境界付近の部分に、断面がL字状の段差を形成してもよい。この場合、見切り面12は、相対的に隆起した部分121と相対的に沈下した部分(段差の低い側の部分)122とを備えることとなる。
このような金型1において、薄肉砂層2の第2部分22は、例えば、
図8に示されるように、見切り面12の沈下した部分122を被覆し、隆起した部分121を越えるようなものとする。つまり、第2部分22の表面位置が、隆起した部分121の法線方向側に配置されるようにする。なお、第2部分22は、
図8に示されるように沈下した部分122のみを被覆するものであってもよいし、沈下した部分122に加えて、隆起した部分121の一部あるいは全部を被覆するものであってもよい。
【0036】
上記の実施形態に係る薄肉砂層2の第2部分22は、
図1、
図2等に示されるように、表面が平坦な形状であってもよいし、第2部分22の全体あるいは一部(好ましくは、湯口と逆側の部分(下側部分))の表面を非平坦形状としてもよい。
具体的には例えば
図9(a)に示されるように、一方の金型1に形成される第2部分22の下側部分を、下方に向かうにつれて厚みが増す傾斜形状とし、他方の金型1に形成される第2部分22の下側部分を、下方に向かうにつれて厚みが減じる傾斜形状としてもよい。
また例えば
図9(b)に示されるように、各金型1に形成される第2部分22の下側部分を、表面が波打った形状とし、一方の金型1の第2部分22の山と他方の金型1の第2部分22の谷とが噛み合うようにしてもよい。
また例えば
図9(c)に示されるように、各金型1に形成される第2部分22の下側部分が、平坦な部分、これと連なる傾斜した部分、および、これと連なる波打った部分から構成されるようにしてもよい。
第2部分22の全体あるいは一部(好ましくは例えば、下側部分)の表面を非平坦形状とすると、これが平坦形状である場合と比べて、第2部分22間の隙間の経路長(すなわち、当該隙間の上側の開口端から下側の開口端までの道のりの長さ)が長くなる。したがって、一対の鋳型100,100を型合わせして注湯空間Vに注湯したときに、その勢いで第2部分22間の隙間に溶湯が進入したとしても、当該隙間の経路長が十分に長いために、溶湯は当該経路の途中で冷却されて固化し、下側の開口端まで到達することがない。したがって、溶湯が金型1に到達することが防止される。
【0037】
上記の実施形態において各金型1に形成される薄肉砂層2の第2部分22は、
図1、
図2等に示されるように、互いに同じ厚みであるとしてもよいし、異なる厚みであるとしてもよい。すなわち、
図9(d)に示されるように、一方の金型1に形成される第2部分22の例えば下側部分の厚みを、他方金型1に形成される第2部分22の下側部分の厚みがよりも厚くしてもよい。
この構成によると、第1部分21の隙間と第2部分22間の隙間とが直線的に連続しないので、一対の鋳型100,100を型合わせして注湯空間Vに注湯したときに、その勢いで第2部分22間の隙間に溶湯が進入する、という事態を抑制できる。ひいては、溶湯が金型1に到達することが防止される。
【0038】
上記の実施形態においては、一対の鋳型100,100の両方において、金型1に形成される薄肉砂層2が見切り面12を越える第2部分22を備える構成としたが、一方の金型1に形成される薄肉砂層2が第1部分21と第2部分22を備え、他方の金型1に形成される薄肉砂層2は第1部分21のみを備え、第2部分22を備えない構成としてもよい。
【解決手段】型合わせされることにより、間に注湯空間を形成する一対の鋳型100,100であって、各鋳型100が、注湯空間Vを形成する注湯面領域11とこれに連なる見切り面12とを備える金型1と、金型1に形成された薄肉砂層2と、を備える。薄肉砂層2が、注湯面領域11を被覆する、表面が製品の外形を模した形状となっている第1部分21と、第1部分21と連なり、注湯面領域11の周縁の全周に亘って、見切り面12を越えるように形成された第2部分22と、を備える。