JP2002301562A - 鋳造方法及び鋳造装置 - Google Patents
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Abstract
成した押湯部を可及的に少なくした成形型を用いて鋳造
する際に、キャビティに充填された溶湯の凝固に伴なう
収縮に起因して、得られた鋳造品に発生するヒケ等を防
止し得る鋳造方法を提供する。 【解決手段】 成形型12のキャビティ18内に注湯し
た金属の溶湯と還元性化合物とを接触せしめ、前記溶湯
の表面に形成された酸化皮膜を還元しつつ、所望形状の
鋳造品を鋳造する際に、該成形型12として、前記溶湯
を注入する注湯口とキャビティ18との間に形成された
押湯部16と、キャビティ18の溶湯入口から終端部と
しての空間部18bに至る途中に、横断面積が空間部1
8よりも小面積の狭小部18cが形成されたキャビティ
18とを具備し、押湯部16及び狭小部18cが空間部
18bよりも高断熱に形成された成形型12を用い、空
間部18bに充填された溶湯の凝固に伴なう収縮によっ
て間隙が形成されたとき、押湯部16に充填されている
溶湯の少なくとも一部を、狭小部18cを経由して空間
部18bに補充することを特徴とする。
Description
置に関し、更に詳細には成形型のキャビティ内に注湯し
た金属の溶湯と還元性化合物とを接触せしめ、前記溶湯
の表面に形成された酸化皮膜を還元しつつ、所望形状の
鋳造品を鋳造する鋳造方法及び鋳造装置に関する。
が存在するが、例えば、本発明者の二人が、先に特願2
000−108078において提案した改良アルミニウ
ム鋳造方法がある。かかる改良アルミニウム鋳造方法で
採用する成形型を図8に示す。図8に示す成形型100
は、重力鋳造法に用いる金属製の成形型であって、下型
102aと上型102bとの分割型である。この下型1
02aと上型102bとによって、所望形状の鋳造品が
鋳造されるキャビティ104が形成される。更に、上型
102bには、アルミニウム又はその合金の溶湯を注湯
する注湯口106とキャビティ104との間に押湯部1
08が形成され、キャビティ104に注湯された際に、
キャビティ104内の空気を抜く空気抜き孔110,1
10・・も形成されている。かかる成形型100を用い
た改良アルミニウム鋳造方法では、先ず、成形型100
のキャビティ104に還元性化合物であるマグネシウム
窒素化合物(Mg3N2)を導入した後、アルミニウム又は
その合金の溶湯を成形型100の注湯口106に注湯
し、空気抜き孔110,100・・から空気を抜きつつ
キャビティ104及び押湯部108に溶湯を充填する。
次いで、溶湯がキャビティ104等に充填された成形型
100を放冷することによって、キャビティ104内の
溶湯を凝固する。このキャビティ104内の溶湯の凝固
に伴なう収縮に因って発生する隙間は、押湯部108の
溶湯の一部がキャビティ104内に流下して補充され
る。
ム鋳造方法は、成形型100のキャビティ104に、予
め還元性化合物を存在させておくことによって、注湯さ
れたアルミニウム又はその合金の溶湯の表面に形成され
た酸化皮膜を還元し、溶湯の表面張力を低減できる結
果、溶湯の流動性や湯周性等を高めることができる還元
鋳造方法である。このため、改良アルミニウム鋳造方法
では、従来のアルミニウム鋳造方法において、成形型の
押湯部及びキャビティの内壁面に塗布し、酸化皮膜が表
面に形成された溶湯の流動性等の向上を図る塗型剤の塗
布を省略でき、鋳造工程の短縮化及び成形型100の転
写性を高めることができる。ところで、鋳造品の形状に
よっては、成形型100のキャビティ104の形状を、
キャビティ104の溶湯入口から終端部に至る途中に、
横断面積が終端部よりも小面積の狭小部が形成された形
状とせざると得ない場合がある。例えば、キャビティ1
04の形状を、その溶湯入口が設けられた第1空間部1
04aと終端部である第2空間部104bとが、第1空
間部104a及び第2空間部104b(以下、両空間部
を示称するときには、単に空間部104a,104bと
示すことがある)よりも狭く形成された狭小部104c
によって連結された形状とせざるを得ない場合である。
100のキャビティ104に還元性化合物であるマグネ
シウム窒素化合物(Mg3N2)を導入した後、注湯口10
6に注湯したアルミニウム又はその合金の溶湯は、キャ
ビティ104の第1空間部104aに注湯され、更に狭
小部104cを経由して第2空間部104bに注湯され
る。かかる溶湯のキャビティ104の充填は、還元性化
合物の存在によって溶湯表面に形成された酸化物が還元
されるため、短時間で行われる。しかし、キャビティ1
04の狭小部104cに充填される溶湯は、その溶湯量
が空間部104a,104bに比較して少なく、狭小部
104cに充填された溶湯の冷却速度も、空間部104
a,104bに充填された溶湯に比較して速いため、第
2空間部104bに充填された溶湯よりも、狭小部10
4cに充填された溶湯が先に凝固する。このため、第2
空間部104bに充填された溶湯の凝固に伴なって収縮
が発生して間隙が形成されても、第2空間部104bに
第1空間部104a及び押湯部108に充填された溶湯
の一部を補充する、いわゆる押湯効果を奏することがで
きず、得られた鋳造品にヒケ等が発生するおそれがあ
る。
b,104bの各々に、独立に押湯部を形成することに
よって、第2空間部104bに充填された溶湯の凝固に
伴なって発生するヒケ等を解消し得るが、押湯部を複数
個所に形成することは成形型の構造を複雑化する。しか
も、押湯部108に充填された溶湯が凝固した部分は鋳
造品ではないため、鋳造品から切り離される部分であ
り、再度溶融して再利用を図るにしてもエネルギー的に
損失となる。したがって、押湯部を複数個所に形成する
ことは、鋳造品ではない部分の体積が増加し、成形型1
00に注湯した溶湯の歩留率の低下を招き、作業的及び
エネルギー的な損失を大きくする。そこで、本発明の課
題は、溶湯口と複雑な形状のキャビティとの間に形成し
た押湯部を可及的に少なくした成形型を用いて鋳造する
際に、キャビティに充填された溶湯の凝固に伴なう収縮
に起因して、得られた鋳造品に発生するヒケ等を防止し
得る鋳造方法及び鋳造装置を提供することにある。
を解決すべく検討を重ねた結果、予め成形型100(図
8)のキャビティ104内に還元性化合物を存在させる
還元鋳造方法において、押湯部108及びキャビティ1
04の狭小部104cの内壁面のみに断熱効果を有する
塗型剤を塗布することによって、押湯部108及びキャ
ビティ104の狭小部104cに充填された溶湯の冷却
速度を、押湯部108及びキャビティ104の狭小部1
04cの内壁面に塗型剤を塗布しなかった場合に比較し
て遅くできることを知った。この様に、成形型100の
押湯部108及びキャビティ104の狭小部104c
に、成形型100の他の部分よりも高断熱とすることに
よって、キャビティ100の第2空間部104bに充填
された溶湯の凝固に伴なう収縮に起因して、得られた鋳
造品に発生するヒケ等を防止できることを見出し、本発
明に到達した。
内に注湯した金属の溶湯と還元性化合物とを接触せし
め、前記溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元しつ
つ、所望形状の鋳造品を鋳造する際に、該成形型とし
て、前記溶湯を注入する注湯口とキャビティとの間に押
湯部が形成されていると共に、前記キャビティ及び押湯
部に充填された溶湯がキャビティの終端部から押湯部の
方向に順次凝固するように、前記押湯部及びキャビティ
内に部分的に断熱差が設けられている成形型を用い、前
記キャビティに充填された溶湯の凝固に伴なう収縮によ
って間隙が形成されたとき、前記押湯部に充填されてい
る溶湯の少なくとも一部を、前記キャビティに補充する
ことを特徴とする鋳造方法にある。また、本発明は、金
属の溶湯と還元性化合物とが成形型のキャビティ内で接
触し、前記溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元して
鋳造する還元鋳造に用いられる鋳造装置であって、該成
形型には、前記溶湯を注入する注湯口とキャビティとの
間に押湯部が形成されていると共に、前記キャビティ及
び押湯部に充填された溶湯がキャビティの終端部から押
湯部の方向に順次凝固するように、前記押湯部及びキャ
ビチィに部分的に断熱差が設けられていることを特徴と
する鋳造装置でもある。
湯を注入する注湯口とキャビティとの間に形成された押
湯部と、前記溶湯部に連結されたキャビティの溶湯部側
入口から終端部に至る途中に、横断面積が前記終端部よ
りも小面積の狭小部が形成されたキャビティとを具備
し、前記押湯部及び狭小部が前記終端部よりも高断熱に
形成された成形型を用いる場合に、本発明を好適に適用
できる。この場合、押湯部が形成された成形型の部分
を、前記成形型のキャビティの終端部を形成する材料よ
りも高断熱性の材料で形成する材料よりも高断熱性の材
料で形成することによって、押湯部とキャビティの終端
部とに容易に断熱差を付与できる。更に、キャビティの
狭小部が形成された成形型の部分を、前記キャビティの
終端部を形成する材料よりも高断熱性の材料で形成する
ことにより、キャビティ内においても、狭小部と終端部
との間に容易に断熱差を付与できる。一方、押湯部及び
キャビティの狭小部の各内壁面に、金属の溶湯と接触す
る還元性化合物と非反応性である断熱性塗型剤の塗布等
の断熱処理を施し、前記キャビティの終端部の内壁面に
は前記断熱処理を施さなかった成形型を用いることによ
って、押湯部及びキャビティの狭小部と、キャビティの
終端部との間に容易に断熱差を付与できる。また、成形
型として、押湯部が形成された成形型の部分が、前記成
形型のキャビティ部と分割可能に組み立てられて成る成
形型を用いることによって、押湯部が形成された成形型
の部分を共通部品として使用できる。かかる本発明で
は、金属の溶湯として、アルミニウム又はその合金の溶
湯を用いたとき、還元性化合物としては、原料としての
マグネシウムガスと窒素ガスとを反応して得られるマグ
ネシウム窒素化合物を好適に用いることができる。更
に、この還元性化合物が成形型のキャビティ内で生成さ
れるように、押湯部が形成された成形型の部分に、前記
押湯部に溶湯を導入する溶湯導入路と、前記還元性化合
物の原料をキャビティ内に導入する導入路とを形成する
ことによって、キャビティへの導入路の途中の還元性化
合物による閉塞等を防止できる。
とキャビティとの間に形成された押湯部及びキャビティ
に充填された溶湯が、キャビティの終端部から押湯部の
方向に順次凝固するように、押湯部及びキャビティ内に
部分的に断熱差が設けられている。このため、キャビテ
ィの終端部から押湯部の方向に順次凝固する際に、溶湯
の凝固に伴なう収縮に起因してキャビティに隙間が形成
されたとき、押湯部に充填された溶湯の一部がキャビテ
ィ内に流入して補充する、いわゆる押湯効果がキャビテ
ィに充填された溶湯が完全に凝固するまで確実に奏され
る結果、得られる鋳造品に発生するヒケ等の発生を防止
できる。
1に示す。図1に示す鋳造装置10には、成形型12が
設けられており、この成形型12には、アルミニウム又
はその合金の溶湯が注湯される注湯口14に接続された
キャビティ18が形成されている。成形型12には、配
管22によって窒素ガスボンベ20と接続され、配管2
2のバルブ24を開放することにより、窒素ガス導入口
27からキャビティ18内に窒素ガスを注入し、キャビ
ティ18内を窒素ガス雰囲気として実質的に非酸素雰囲
気とすることができる。また、アルゴンガスボンベ25
は、配管26によって金属ガスを発生する発生器として
の加熱炉28に接続されており、配管26に設けられた
バルブ30を開放することによって加熱炉28内にアル
ゴンガスを注入できる。この加熱炉28内は、ヒータ3
2によって加熱可能に形成されており、炉内温度は、後
述する金属ガスとしてマグネシウムガスを発生させるべ
く、マグネシウム粉末が昇華する800℃以上とされて
いる。この配管26のバルブ30と加熱炉28との間に
も、アルゴンガスの流量が所定流量となるように、バル
ブ30によって加熱炉28に注入されるアルゴンガス量
を調整できる。
33が介装された配管34によって、マグネシウム粉末
が収容されているタンク36に接続され、タンク36は
配管38によって、バルブ30よりも下流側の配管26
に接続されている。この配管38にもバルブ40が介装
されている。加熱炉28は、配管42を介して成形型1
2の金属ガス導入口17に接続されており、加熱炉28
でガス化された金属ガスは金属ガス導入口17を介して
キャビティ18内に導入される。この配管42にも、バ
ルブ45が介装されている。アルゴンガスボンベ25か
ら加熱炉28を経由してアルゴンガスを成形型12のキ
ャビティ18に注入する際に、バルブ45によってキャ
ビティ18に注入されるアルゴンガス量を調整できる。
型12は、図2(a)に示す様に、金属製の下型21、
上型23、及びアダプター31から構成されている。こ
の上型23は、金属板29と金属よりも高断熱性の材
料、例えばセラミックから成る挿入板35とから構成さ
れ、アダプター31は、炭酸カルシウムを焼成して形成
した。かかる成形型12は、これらの各部材が分割可能
に積層されている分割型である。この下型21と上型2
3の金属板29とによって所望形状の鋳造品が鋳造され
るキャビティ18が形成される。かかるキャビティ18
は、図2(a)に示す様に、キャビティ18の溶湯入口
が設けられた第1空間部18aと終端部である第2空間
部18bとが、第1空間部18a及び第2空間部18b
(以下、両空間部を示称するときには、単に空間部18
a,18bと示すことがある)よりも狭く形成された狭
小部18cによって連結されている。また、アダプター
31に形成されたアルミニウム又はその合金の溶湯を注
湯する注湯口14とキャビティ18との間には、注湯口
14に注湯された溶湯をキャビティ18に案内する湯路
37と押湯部16とが形成されている。この押湯部16
は、第1空間部18aの溶湯入口の直近であって、上型
23を構成する挿入板35に主として形成されている。
押湯部16の横断面の面積は、湯路37の横断面の断面
積よりも大きく、押湯部16の体積をキャビティ18の
体積に対して5〜20%とすることが好ましい。かかる
湯路37には、加熱炉28にガス化された金属ガスが導
入される金属ガス導入口17からの金属ガス導入路46
が繋ぎ込まれている。また、アダプター31と上型23
とには、キャビティ18内の気体を排気する排気孔3
9,39・・が形成され、下型21には、窒素ガス導入
口27から導入された窒素ガスをキャビティ内に導入す
る導入路41,41・・が形成されている。かかる排気
孔39又は導入路41は、図2(b)に示す様に、横断
面形状が円形の孔であって、孔内に横断面形状が四角形
の柱状挿入体43が挿入され、蒲鉾形の通路44,44
・・を通じてキャビティ18内に通じている。
ルシウムを焼成して形成したアダプター31に、注湯口
14、湯路37、金属ガス導入口17、金属ガス導入路
46、及び排気孔39の一部を形成している。かかる湯
路37等は、キャビティ18の形状や鋳造品を押出す押
出ピン(図示せず)等の配置に応じて形成することを要
するが、アダプター31に鋳造予定の鋳造品に適合する
湯路37等を形成することによって容易に対応できる。
また、図1及び図2に示す成形型12では、実質的にセ
ラミック等の金属よりも高断熱性の材料から成る挿入板
35に、押湯部16が実質的に形成されており、金属製
の下型21と上型23を構成する金属板29とで形成さ
れ、金属面が露出するキャビティ18の空間部18a,
18bよりも高断熱に形成されている。更に、キャビテ
ィ18の狭小部18c,18cの内壁面には、断熱性塗
型剤の塗布等の断熱処理が施されており、狭小部18
c,18cも金属面が露出する空間部18a,18bよ
りも高断熱性に形成されている。ここで、断熱性塗型剤
としては、高断熱性の塗型剤であって、後述する還元性
化合物と非反応性の塗型剤を用いる。かかる塗型剤とし
ては、例えはセラミックが配合された黒鉛等の非酸化物
系の塗型剤を用いることができる。また、狭小部18
c,18cの断熱処理としては、その内壁面に露出して
いる金属表面を加熱処理して四酸化鉄とする処理、或い
は窒化処理等の処理を好適に施すことができる。
小部18c,18cを空間部18a,18bよりも高断
熱性に形成することによって、押湯部16及び狭小部1
8c,18cに充填した溶湯の冷却速度を、空間部18
a,18bに充填した溶湯よりも容易に遅くでき、押湯
部16と空間部18a,18bとの間に大きな冷却速度
差を付与できる。この様に、押湯部16と空間部18
a,18bとの間に大きな冷却速度を付与することによ
って、従来の成形型100(図9)に比較して、押湯部
16に充填された溶湯が空間部18a,18bに流入す
る押湯効果を充分に奏し得ることを図3により説明す
る。
注湯する溶湯温度であり、B点は溶湯が完全に凝固する
温度である。従って、押湯部16に充填された溶湯が、
キャビティ18の空間部18a,18bに流入し有功な
押湯効果を奏し得る領域は、図3(a)に示す斜線の領
域である。一方、図9に示す従来の成形型100も、押
湯部108及びキャビティ104を構成する空間部10
4a,104bの内壁面に断熱性塗型剤を塗布し、その
際に、塗膜の厚さを押湯部108の内壁面を空間部10
4a,104bの内壁面よりも厚くした塗型とすること
によって、図3(b)に示す如く、押湯部108に充填
した溶湯の冷却速度を、空間部104a,104bに充
填された溶湯の冷却速度よりも遅くできる。しかし、図
3(b)に示す従来の成形型100では、図3(a)に
示す成形型12に比較して、その冷却速度差が小さく、
押湯部108の溶湯が空間部104a,104bに流入
して有功な押湯効果を奏し得る領域も狭い。これに対
し、図3(a)に示す成形型12では、図3(b)に示
す従来の成形型100に比較して、その冷却速度差が大
きく、有功な押湯効果を奏し得る領域も広いため、押湯
部16を小形化しても、押湯部16に充填された溶湯と
キャビティ18を構成する空間部18a,18bに充填
された溶湯との凝固時間差を確保できる。
は、空間部18a,18bを連結する狭小部18cは、
空間部18a,18bよりも高断熱に形成されている。
このため、狭小部18cに充填された溶湯が、第2空間
部18bに充填された溶湯よりも先に凝固することを防
止でき、押湯部16の押湯効果は、押湯部16に直近に
設けられた第1空間部18aのみならず、狭小部18c
を経由して第2空間部18bにも及ぶ。その結果、キャ
ビティ18に充填された溶湯のうち、狭小部18cに充
填された溶湯が第2空間部18bに充填された溶湯より
も先に凝固することによって、第2空間部18bに充填
された溶湯の凝固に伴なう収縮に起因するヒケ等の発生
を防止できる。図1及び図2に示す成形型12のキャビ
ティ18及び押湯部16に充填された溶湯の凝固順序
は、各部の断熱性の程度は勿論のこと、空間部18a,
18b、狭小部18c、及び押湯部16の各々に充填さ
れた溶湯量や放熱面積等によって変化する。図1及び図
2に示す成形型12では、第1空間部18aの容量が第
2空間部18bよりも大きいため、狭小部18cの内壁
面に施した断熱処理程度を調整することによって、充填
された溶湯の凝固順序を、第2空間部18b→狭小部1
8c→第1空間部18a→押湯部16とするように調整
できる。
された溶湯とキャビティ18の空間部18a,18bに
充填された溶湯との凝固時間差を充分に確保するには、
キャビティ18に注湯された溶湯の冷却速度を、500
℃/分以上(更に好ましくは700℃/分以上)とする
と共に、押湯部16に注湯された溶湯の冷却速度を、5
00℃/分未満(更に好ましくは300℃/分以下)と
することによって達成できる。特に、両者の冷却速度差
を200℃/分以上とするように調整することが好まし
い。ここで、冷却速度が500℃/分以上に調整された
キャビティ18に充填されて凝固されたアルミニウムの
樹枝状結晶(デンドライト)の間隔は平均で25μm未
満となり、冷却速度が500℃/分未満に調整された押
湯部16に充填されて凝固されたアルミニウムの樹枝状
結晶(デンドライト)の間隔は平均で25μm未満とな
る。かかるアルミニウムの樹枝状結晶(デンドライト)
の間隔が小さくなることは、アルミニウムの結晶構造が
緻密となり、得られたアルミニウム鋳物の機械的強度等
を向上でき有利である。このため、キャビティ18に充
填されて凝固されたアルミニウムの樹枝状結晶(デンド
ライト)の間隔を23μm以下、特に20μm以下とす
ることが好ましい。尚、押湯部16に充填されて凝固さ
れたアルミニウムの部分は、その樹枝状結晶(デンドラ
イト)の間隔がキャビティ18に充填されて凝固された
アルミニウムよりも大きく、機械的強度等も劣るが、キ
ャビティ18に充填されて凝固された製品となる部分か
ら切り離されるため、何等問題とならない。
アルミニウム鋳造する際には、先ず、バルブ24を開放
し、窒素ガスボンベ20から配管22を経て成形型12
のキャビティ18内に窒素ガスを注入し、キャビティ1
8内の空気を窒素ガスによってパージする。キャビティ
18内の空気は成形型12の排気孔39,39・・から
排出され、キャビティ18内を窒素ガス雰囲気とし、実
質的に非酸素雰囲気とすることができる。その後、バル
ブ24を一旦閉じる。成形型12のキャビティ18内の
空気をパージしている際に、バルブ30を開放して加熱
炉28内に、アルゴンガスボンベ20からアルゴンガス
を注入し、加熱炉28内を無酸素状態とする。次いで、
バルブ30を閉じ、バルブ40を開放し、アルゴンガス
圧によりタンク36内のマグネシウム粉末をアルゴンガ
スと共に加熱炉28内に送り込む。加熱炉28は、ヒー
タ32によりマグネシウム粉末が昇華する800℃以上
の炉内温度になるように加熱されている。このため、加
熱炉28に送り込まれたマグネシウム粉末は昇華してマ
グネシウムガスとなる。
バルブ45を開放し、アルゴンガスの圧力、流量を調節
しつつ、配管42、成形型12の金属ガス導入口17、
金属ガス導入路46、湯路37及び押湯部16を経てマ
グネシウムガスをキャビティ18内に注入する。キャビ
ティ18内にマグネシウムガスを注入した後、バルブ4
5を閉じ且つバルブ24を開放し、窒素ガス導入口17
から導入路41,41・・を経由してキャビティ18内
に窒素ガスを注入する。この様に、成形型12内に窒素
ガスを注入することによって、マグネシウムガスと窒素
ガスとをキャビティ18内で反応させてマグネシウム窒
素化合物(Mg3N2)を生成する。このマグネシウム窒
素化合物は、キャビティ18の内壁面に粉体として析出
する。窒素ガスをキャビティ18内に注入する際には、
窒素ガスの圧力及び流量を適宜調節して行う。窒素ガス
とマグネシウムガスとが反応し易いように窒素ガスを予
熱して成形型12の温度が低下しないようにして注入す
ることも好ましい。反応時間は5秒〜90秒程度(好ま
しくは15秒〜60秒程度)でよい。反応時間を90秒
よりも長くしても、成形型12の型温が低下し反応性が
低下する傾向にある。
素化合物が付着した状態で、注湯口14からアルミニウ
ムの溶湯を注湯し、湯路37及び押湯部16を経由して
キャビティ18内に溶湯を注入する。キャビティ18内
では、押湯部16に注湯された溶湯は、第1空間部18
a及び狭小部18cを経由して第2空間部18bに注湯
される。この溶湯の注入は、キャビティ18、押湯部1
6及び注湯口14が溶湯で充填されるまで続行する。か
かる溶湯の注入の際に、キャビティ18内に注湯された
溶湯は、キャビティ18の内壁面に付着しているマグネ
シウム窒素化合物と接触し、マグネシウム窒素化合物が
溶湯表面の酸化被膜から酸素を奪うことによって、溶湯
表面が純粋なアルミニウムに還元される。更に、キャビ
ティ18内に残存する酸素は、マグネシウム窒素化合物
と反応し酸化マグネシウム又は水酸化マグネシウムとな
って溶湯中に取り込まれる。この様にして生成される酸
化マグネシウム等は少量であり、且つ安定な化合物であ
るため、得られるアルミニウム鋳造品の品質に悪影響は
与えることはない。この様に、マグネシウム窒素化合物
がアルミニウムの溶湯表面の酸化皮膜から酸素を奪いと
って純粋なアルミニウムを形成するため、溶湯表面に酸
化皮膜を形成することなく鋳造できる。このため、鋳造
工程中に溶湯の表面張力が酸化皮膜によって増大するこ
とを防止でき、溶湯の濡れ性、流動性、湯周り性を良好
にできる。その結果、キャビティ18の内壁面との決め
の転写性(平滑性)に優れ、且つ湯ジワ等が生じない良
好な鋳造品を得ることができる。
に充填された溶湯の凝固順序は、各部の断熱性の程度は
勿論のこと、キャビティ18の空間部18a,18b、
狭小部18c、及び押湯部16の各々に充填された溶湯
量や放熱面積等によって変化する。この点、図1及び図
2に示す成形型12では、第1空間部18aの容量が第
2空間部18bよりも大きいため、狭小部18cの内壁
面に施した断熱処理程度を調整し、充填された溶湯の凝
固順序を、第2空間部18b→狭小部18c→第1空間
部18a→押湯部16とするように調整する。このた
め、押湯部16及びキャビティ18に充填された溶湯の
うち、第2空間部18bに充填された溶湯の凝固が開始
され、溶湯の凝固に伴なう収縮によって第2空間部18
bに隙間が形成されても、狭小部18c、第1空間部1
8a及び押湯部16に充填された溶湯が流動性を呈し得
るため、第1空間部18a及び押湯部16に充填された
溶湯が連結部18cを経由して流入し、第2空間部18
bで発生した隙間を充填する。次いで、第2空間部18
b及び狭小部18cに充填された溶湯が凝固された後、
第1空間部18aに充填された溶湯の凝固が開始され、
溶湯の凝固に伴なう収縮によって第1空間部18aに隙
間が形成されても、押湯部16に充填された溶湯が流動
性を呈し得るため、押湯部16から溶湯が流入し、第1
空間部18aに発生した間隙を補充する。この様に、図
1及び図2に示す成形型12では、空間部18a,18
bに充填された溶湯の凝固に伴なう収縮によって発生す
る隙間を溶湯で補充できる結果、ヒケ等のない良好な鋳
造品を鋳造できる。
部16を金属板よりも高断熱の挿入板35内に形成して
いるが、図4(a)に示す様に、押湯部16を上型23
を形成する金属板29内に形成してもよい。この場合、
押湯部16の内壁面及び狭小部18cの内壁面には、断
熱性塗型剤の塗布等の断熱処理を施し、金属面が露出す
る空間部18a,18bよりも高断熱性に形成する。こ
の押湯部16の内壁面に塗布する断熱性塗型剤として
は、高断熱性の塗型剤であって、還元性化合物と非反応
性の塗型剤を用いる。かかる塗型剤としては、例えはセ
ラミックが配合された黒鉛等の非酸化物系の塗型剤を用
いることができる。この様に、押湯部16及び狭小部1
8cの内壁面に断熱性塗型剤を塗布するため、その塗布
厚さ等を調整してキャビティ18及び押湯部16に充填
した溶湯の凝固開始時期を容易に調整でき、第1空間部
18b→狭小部18c→第2空間部18a→押湯部16
とすることができる。
部16の溶湯をキャビティ18内に重力で流入させてい
たが、図4(a)に示す成形型12のアダプター31を
上型14bから取り外し可能とし、キャビティ18に充
填された溶湯が凝固したとき、アダプター31を取り外
して、押湯部16の溶湯をキャビティ18側に強制的に
押圧することによって、得られる鋳造品のヒケ等の発生
を更に減少できる。この押湯部16の溶湯を押圧する時
期は、キャビティ18に充填された溶湯が実質的に凝固
された状態で且つ押湯部16の溶湯が流動性を有してい
る状態の時期である。かかる押圧の最適時期は、成形型
12によって異なるため、成形型12ごとに予め実験的
に求めておくことが好ましい。また、押湯部16の溶湯
を押圧する押圧手段としては、図4(b)に示す様に、
上下動可能のピストン47を用いることができる。尚、
図1及び図2に示す成形型12でも、図4(a)(b)
に示す様に、上下動可能のピストン47を押圧手段に用
いて押湯部16の溶湯を押圧する場合には、アダプター
31のみを取外可能としてもよく、挿入板35及びアダ
プター31を取外可能としてもよい。
は、押湯部16を上型23に形成しているが、押湯部1
6に充填された溶湯が凝固して形成された部分は鋳造品
から切除される切除部であるため、金属製の上型23に
形成することは要しない。このため、硫酸カルシウムを
焼成して形成したアダプター31と上型23とに亘って
押湯部16を形成してもよい。この場合、硫酸カルシウ
ムを焼成して形成したアダプター31は、金属製の下型
21及び上型23よりも低熱伝導率、すなわち断熱性が
良好であるため、図5に示す様に、アダプター31内に
形成された押湯部16の部分の体積が、上型23内に形
成された押湯部16の部分の体積よりも大となるよう
に、押湯部16を形成することによって、押湯部16の
内壁面に断熱性塗型剤を塗布しなくても、金属製の下型
21及び上型23に形成されたキャビティ18よりも断
熱性を向上できる。
8cを、金属よりも高断熱性の材料、例えばセラミック
から成る断熱板50に形成してもよい。断熱板50内に
形成された狭小部18c,18cは、その内壁面に断熱
性塗型剤を塗布しなくても、金属製の下型21及び上型
23に形成されたキャビティ18よりも断熱性を向上で
きる。この様に、狭小部18c,18cの内壁面に断熱
性塗型剤を塗布しないことによって、狭小部18c,1
8cの内壁面との決めの転写性(平滑性)を良好とする
ことができる。但し、図6に示す成形型12では、押湯
部16の内壁面には、断熱性塗型剤を塗布するが、押湯
部16に充填された溶湯が凝固された部分は、製品から
切り離される部分であるため、その転写性については不
問である。更に、図1に示す加熱炉28を、図6に示す
様に、成形型12の金属ガス導入口17の直上に設けて
もよく、或いは加熱炉28でガス化された金属ガスとし
てのマグネシウムガスと、金属ガスと反応する反応性ガ
スとしての窒素ガスとを反応させて還元性化合物である
マグネシウム窒素化合物(Mg3N2)を生成する反応槽5
1を成形型12の金属ガス導入口17の直上に設けても
よい。
12のキャビティ18は、押湯部16の直近に形成され
た第1空間部18aと、キャビティ18の終端部として
の第2空間部18bとが、空間部18a,18bよりも
狭く形成された狭小部18cによって連結されている。
かかる成形型12に対し、図7に示すように、押湯部1
6の直近に形成された狭小部18c,18cによって、
押湯部16と終端部である空間部18b、18bとが連
結されている成形型12にも好適に採用できる。図7に
示す成形型12では、押湯部16及び狭小部18c,1
8cの各内壁面に断熱性塗型剤を塗布することによっ
て、空間部18b,18bとの間に容易に断熱差を付与
できる。また、図1、図2、及び図4〜図6に示す成形
型12では、押湯部16を湯路37の途中に形成してい
るが、湯路37とは別に押湯部16を形成してもよい。
尚、以上の説明では、溶湯としてアルミニウム又はその
合金の溶湯を用いた鋳造方法について説明してきたが、
本発明はマグネシウム又は鉄等の金属、又はこれらの合
金の溶湯を用いた鋳造方法にも適用できる。
キャビティとの間に形成した押湯部を可及的に少なくし
た成形型を用いて鋳造しても、キャビティに充填された
溶湯の凝固に伴なう収縮に起因して、得られた鋳造品に
発生するヒケ等を防止できる。このため、可及的にヒケ
等の少ない複雑な形状の鋳造品を省エネルギを図りつつ
鋳造できる。
概略図である。
断面図及び部分断面図である。
従来の成形型との押湯部及びキャビティの各々に充填さ
れた溶湯の冷却速度を示すグラフである。
ある。
ある。
ある。
ある。
鋳造方法を説明する説明図である。
い成形型の断面図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 成形型のキャビティ内に注湯した金属の
溶湯と還元性化合物とを接触せしめ、前記溶湯の表面に
形成された酸化皮膜を還元しつつ、所望形状の鋳造品を
鋳造する際に、 該成形型として、前記溶湯を注入する注湯口とキャビテ
ィとの間に押湯部が形成されていると共に、前記キャビ
ティ及び押湯部に充填された溶湯がキャビティの終端部
から押湯部の方向に順次凝固するように、前記押湯部及
びキャビティ内に部分的に断熱差が設けられている成形
型を用い、 前記キャビティに充填された溶湯の凝固に伴なう収縮に
よって間隙が形成されたとき、前記押湯部に充填されて
いる溶湯の少なくとも一部を、前記キャビティに補充す
ることを特徴とする鋳造方法。 - 【請求項2】 成形型として、溶湯を注入する注湯口と
キャビティとの間に形成された押湯部と、前記溶湯部に
連結されたキャビティの溶湯部側入口から終端部に至る
途中に、横断面積が前記終端部よりも小面積の狭小部が
形成されたキャビティとを具備し、前記押湯部及び狭小
部が前記終端部よりも高断熱に形成された成形型を用い
る請求項1記載の鋳造方法。 - 【請求項3】 成形型として、押湯部が形成された成形
型の部分が、前記成形型のキャビティの終端部を形成す
る材料よりも高断熱性の材料で形成されて成る成形型を
用いる請求項2記載の鋳造方法。 - 【請求項4】 成形型として、キャビティの狭小部が形
成された成形型の部分が、前記キャビティの終端部を形
成する材料よりも高断熱性の材料で形成されて成る成形
型を用いる請求項2又は請求項3記載の鋳造方法。 - 【請求項5】 成形型として、押湯部及びキャビティの
狭小部の各内壁面に、金属の溶湯と接触する還元性化合
物と非反応性である断熱性塗型剤の塗布等の断熱処理を
施し、前記キャビティの終端部の内壁面には前記断熱処
理を施さなかった成形型を用いる請求項2記載の鋳造方
法。 - 【請求項6】 成形型として、押湯部が形成された成形
型の部分が、前記成形型のキャビティ部から分割可能に
組み立てられて成る成形型を用いる請求項1〜5のいず
れか一項記載の鋳造方法。 - 【請求項7】 成形型として、押湯部が形成された成形
型の部分に、前記押湯部に溶湯を導入する溶湯導入路
と、キャビティ内で還元性化合物が生成されるように、
前記還元性化合物の原料をキャビティ内に導入する導入
路が形成されている請求項1〜6のいずれか一項記載の
鋳造方法。 - 【請求項8】 金属の溶湯として、アルミニウム又はそ
の合金の溶湯を用い、且つ還元性化合物として、原料と
してのマグネシウムガスと窒素ガスとを反応して得られ
るマグネシウム窒素化合物を用いる請求項1〜7のいず
れか一項記載の鋳造方法。 - 【請求項9】 金属の溶湯と還元性化合物とが成形型の
キャビティ内で接触し、前記溶湯の表面に形成された酸
化皮膜を還元して鋳造する還元鋳造に用いられる鋳造装
置であって、 該成形型には、前記溶湯を注入する注湯口とキャビティ
との間に押湯部が形成されていると共に、前記キャビテ
ィ及び押湯部に充填された溶湯がキャビティの終端部か
ら押湯部の方向に順次凝固するように、前記押湯部及び
キャビチィに部分的に断熱差が設けられていることを特
徴とする鋳造装置。 - 【請求項10】 成形型には、溶湯を注入する注湯口と
キャビティとの間に形成された押湯部と、前記キャビテ
ィの溶湯入口から終端部に至る途中に、横断面積が前記
終端部よりも小面積の狭小部が形成されたキャビティと
を具備し、 前記押湯部及び狭小部に充填された溶湯の冷却速度が前
記キャビティの終端部に注湯された溶湯よりも遅くなる
ように、前記押湯部及び狭小部が前記終端部よりも高断
熱に形成されている請求項9記載の鋳造装置。 - 【請求項11】 押湯部が形成された成形型の部分が、
前記成形型のキャビティの終端部を形成する材料よりも
高断熱性の材料で形成されている請求項10記載の鋳造
装置。 - 【請求項12】 キャビティの狭小部が形成された成形
型の部分が、前記キャビティの終端部を形成する材料よ
りも高断熱性の材料で形成されている請求項10又は請
求項11記載の鋳造装置。 - 【請求項13】 押湯部及びキャビティの狭小部が、そ
の各内壁面に断熱性塗型剤の塗布等の断熱処理が施さ
れ、前記キャビティの終端部の内壁面には前記断熱処理
が施されていない請求項10記載の鋳造装置。 - 【請求項14】 押湯部及びキャビティの狭小部の各内
壁面には、成形型のキャビティ内に注湯した金属の溶湯
と接触する還元性化合物と非反応性である断熱性塗型剤
の塗布等の断熱処理が施され、他方、前記キャビティの
終端部の内壁面には前記断熱処理が施されていない請求
項10記載の鋳造装置。 - 【請求項15】 押湯部が形成された成形型の部分が、
前記成形型のキャビティ部から分割可能に組み立てられ
ている請求項9〜14のいずれか一項記載の鋳造装置。 - 【請求項16】 押湯部が形成された成形型の部分に、
前記押湯部に溶湯を導入する溶湯導入路と、キャビティ
内で還元性化合物が生成されるように、前記還元性化合
物の原料をキャビティ内に導入する導入路が形成されて
いる請求項9〜15のいずれか一項記載の鋳造装置。
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