JP2009274098A - 低圧鋳造用砂型及びそれを利用した低圧鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質の鋳造品を生産性良く製造可能な低圧鋳造用砂型及びそれを利用した低圧鋳造装置を提供する。
【解決手段】低圧鋳造装置１０は、砂型２０と低圧鋳造炉５０により構成される。前記砂型は、上型２０Ａと下型２０Ｂにより構成されており、製品部のキャビティ２２を有している。前記砂型２０の上方には押湯２８が設けられ、前記砂型２０の下方には、一端が前記キャビティ２２に連通し、他端が前記低圧鋳造炉５０の給湯管（ないしストーク）６０に連通する湯口２４が設けられている。前記湯口２４の周囲には、該湯口２４内の溶湯を凝固させるための冷やし金２６が設けられている。低圧鋳造炉５０から給湯管６０及び湯口２４を介してキャビティ２２に注湯すると、冷やし金２６の冷却効果により、溶湯５８が湯口２４内で凝固し、キャビティ２２内が未凝固であっても、砂型２０を低圧鋳造炉５０から分離できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、低圧鋳造用砂型及びそれを利用した低圧鋳造装置に関するものである。

従来の低圧鋳造法は、図４に示すように、金型１０２と低圧鋳造炉１１０を含む低圧鋳造装置１００を利用したものであり、前記金型１０２は、上型１０２Ａと下型１０２Ｂで構成されるとともにキャビティ１０４を備えている。また、前記砂型１０２には、前記キャビティ１０４と連通する湯口１０４Ａが形成されている。該湯口１０４Ａは、従来の砂型鋳造法における押湯部を兼ねるものである。前記低圧鋳造炉１１０は、炉体１１２の内側に、台１１４とヒータ１２２を備えており、前記台１１４上に坩堝１１６が設置されている。前記炉体１１２の側面に設けられたパイプ１２４に接続されている図示しない空圧制御装置によって、該坩堝１１６に貯留されている溶湯１１８に圧力をかけると、給湯管１２０及び湯口１０４Ａを介して、前記キャビティ１０４に押し上げられる。加圧による溶湯補給は、前記キャビティ１０４内の溶湯１１８が完全に凝固するまで続けられ、凝固した後に加圧を解除し、鋳物を金型１０２から分離する。

また、下記特許文献１には、湯口の下流に押湯キャビティを介して鋳造キャビティを画成させた型合わせ砂型における湯口の側部位置に、遮断ピン挿入用の挿入孔を穿った低圧鋳造用砂型と、この鋳型に溶湯を注湯した後、湯口を遮断するとともに該低圧鋳造用砂型を１８０度垂直回転させて送り出し、溶湯の凝固を成さしめるようにした鋳造方法及び装置が開示されている。当該技術によれば、前記遮断ピンを挿入孔に挿入して、挿入孔先端側の型砂を前記湯口における押湯キャビティと溶湯通過フィルタの間の位置に移動させて湯口を型砂で遮断している。
特開２０００−１４１０２０号公報

しかしながら、前記図４に示す従来の低圧鋳造技術は、歩留りが非常に良い，高品質の溶湯を静かに注湯するといった利点がある一方、凝固完了まで鋳造炉を占有しているため、生産性が低いという不都合がある。更に、鋳型に砂型を使う場合、金型に比べて凝固が遅い砂型では、低圧鋳造炉の占有率がより高くなり、生産性が大幅に低下するという不都合がある。

次に、前記特許文献１に記載の技術では、鋳型を１８０度回転させるために構造が複雑になり、製造工程も増えるという不都合がある。これに加え、大型のものの場合は、反転ができない又は困難であるという不都合もある。また、ストークの上部にある鋳型を壊して溶湯を遮断しているため、鋳型が生型のように外力で破壊できるものでなくてはならない。更に、遮断時の鋳型砂による砂かみ不良を防止するためには、溶湯通過フィルタを設ける必要が生じる。

本発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、高品質の鋳造品を生産性良く製造することができる低圧鋳造用砂型とそれを利用した低圧鋳造装置を提供することである。

前記目的を達成するため、本発明は、キャビティに連通する押湯収容部が上方に立設され、前記キャビティに連通する湯口を下方に有するとともに、低圧鋳造炉の給湯管から前記湯口を介して前記キャビティに注湯される低圧鋳造用砂型であって、前記湯口の周囲に、冷やし金を配置したことを特徴とする。主要な形態の一つは、前記湯口の給湯管側の端部と前記冷やし金の間に、断熱材を設けたことを特徴とする。他の形態は、前記冷やし金は、前記湯口の延長方向に対して直交方向の厚みが、１０ｍｍ以上であることを特徴とする。

本発明の低圧鋳造装置は、前記いずれかに記載の低圧鋳造用砂型，該低圧鋳造用砂型の下方に設けられており、前記湯口に連通する給湯管を有するとともに、坩堝内の溶湯に圧力をかけることによって、前記給湯管及び湯口を介して前記キャビティに注湯する低圧鋳造炉，を備えたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明は、キャビティに連通する押湯収容部が上方に立設され、前記キャビティに連通する湯口を下方に有するとともに、低圧鋳造炉の給湯管から前記湯口を介して前記キャビティに注湯される低圧鋳造用砂型に、前記湯口の周囲に冷やし金を配置し、前記湯口内の溶湯を急速に凝固させて湯口を遮断する。これによって鋳造炉上で凝固完了まで鋳型を保持することなく、湯口遮断後直ちに鋳型を次の工程へ移動させることができるようになり、鋳造サイクルタイムを短縮することができる。このため、砂型鋳造と低圧鋳造の特長を併せ持ち、高品質の鋳造品を生産性良く製造できるという効果が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

最初に、図１及び図２を参照しながら本発明の実施例１を説明する。図１は、本実施例の低圧鋳造装置の全体構成を示す断面図である。図２(A)は、本実施例の砂型の冷やし金周辺のマクロ組織の模式図，図２(B)は、前記マクロ組織を撮影した写真である。本実施例の低圧鋳造装置は、従来のフラン自硬性砂型鋳造に低圧鋳造を組み合わせたハイブリッド型低圧鋳造装置であって、砂型鋳造を低圧鋳造に適用するにあたり生じる生産性の低下を解決したものである。

図１に示す低圧鋳造装置１０は、砂型２０と低圧鋳造炉５０により構成されている。前記砂型２０は、上型２０Ａと下型２０Ｂにより構成されており、両者の空洞部によって、製品部のキャビティ２２が形成されている。前記砂型２０の上方には、前記キャビティ２２に連通した押湯２８が形成されている。前記砂型２０の下方には、一端が前記キャビティ２２に連通し、他端が前記低圧鋳造炉５０の給湯管（ないしストーク）６０に連通する湯口２４が設けられている。前記湯口２４の周囲には、該湯口２４内の溶湯を凝固させるための冷やし金２６が設けられている。該冷やし金２６は、給湯管６０側へ近づけすぎると、給湯管６０の内部まで凝固が進み、鋳造炉５０と砂型２０が分離できなくなるため、給湯管６０から所定の距離を保つような位置に配置される。

このような冷やし金２６としては、例えば、鋳鉄などが用いられるが、公知の鋼材やアルミニウム，銅合金などを用いるようにしてもよい。また、前記冷やし金２６は、前記湯口２４の外周を一周するように設けてもよいし、部分的に配置してもよい。なお、前記冷やし金２６は、冷却効果が十分に得られるように、前記湯口２４の延長方向に対する直交方向の厚みないし高さＨ（図２(A)参照）が、１０ｍｍ以上に設定されている。図２(A)及び図２(B)には、アルミニウム溶湯が湯口２４内で凝固した場合の断面の凝固組織が示されている。図２(A)は、湯口壁の左右に冷やし金２６を配置した状態で凝固したアルミニウムの凝固組織の模式図を示し、図２(B)は、その部分の実際のマクロ凝固組織を写真撮影したもので、右半分のマクロ組織を示している。これらの図において、凝固したアルミニウム３４の凝固組織は、粒状のアルミニウム結晶粒３０と、前記冷やし金２６が当たった所を中心に扇状に形成された柱状の凝固組織３２から成っている。ここで、柱状の凝固組織３２は、溶湯が急速に凝固した時に形成され、一方、粒状の凝固組織（結晶粒３０）は凝固が遅い時に形成される。これにより、湯口２４内のアルミニウム溶湯は、冷やし金２６に接した面から急速に凝固していき、扇状にその範囲を広げながら凝固が進んで行ったことがわかる。すなわち、湯口２４内におけるアルミニウム溶湯の凝固は、冷やし金２６に接した部分から、湯口通路の中心部に向かって通路を遮断するような形に凝固範囲を広げていくことが分かる。このように、冷やし金２６の冷却効果によって、湯口２４内のアルミニウム溶湯が遮断されることが確認された。

次に、前記低圧鋳造炉５０は、前記砂型２０の下方に配置されるものであって、炉体５２の内側底面に設けられた台５４の上に、溶湯５８を貯留する坩堝５６が設置されている。本実施例では、前記溶湯５８として、アルミニウム合金の溶湯を利用している。前記坩堝５６の内側には、前記溶湯５８を汲み上げるための給湯管６０が略垂直方向に配置されており、該給湯管６０は、前記炉体５２の上面に設けられた開口６２を通過し、前記湯口２４を介して、砂型２０のキャビティ２２に連通可能となっている。また、前記炉体５２の内側には、複数のヒータ６４が設けられており、前記溶湯５８の溶湯状態の維持が可能となっている。更に、前記炉体５２の側面の適宜位置には、図示しない自動注湯空圧制御装置に接続されるパイプ６６が設けられており、前記自動注湯空圧制御装置によって、前記坩堝５６の溶湯面に低い圧力を加えて溶湯５８を押し上げ注入する。このような低圧鋳造炉５０による注湯技術は公知である。

次に、本実施例によるアルミニウム合金の鋳造手順を説明する。まず、図示しない溶解装置によって溶解されたアルミニウム合金の溶湯５８が、ヒータ６４によって凝固しないように加熱されながら坩堝５６内に貯留されている。そして、前記湯口２４と給湯管６０が一致するように、前記砂型２０を低圧鋳造炉５０上にセットした状態で、図示しない自動注湯空圧制御装置によって、坩堝５６の溶湯面が加圧され、前記溶湯５８が前記給湯管６０及び湯口２４を通過して、製品部であるキャビティ２２に押し上げられる。キャビティ２２及び押湯２８が溶湯５８で満たされると、前記冷やし金２６が当たった部分から凝固が始まり、湯口２４内の溶湯５８が凝固する。溶湯５８の凝固によって湯口２４が遮断されたら、低圧鋳造炉５０による加圧を停止する。このように、前記湯口２４をキャビティ２２よりも先に固化することにより、前記キャビティ２２内の溶湯５８が未凝固であっても、前記鋳造炉５０からの分離が可能となる。なお、湯口２４遮断後の製品部の凝固収縮に対する溶湯５８の補給は、前記砂型２０の上部の押湯２８から行う。前記鋳造炉５０から分離された砂型２０は、図示しないコンベアなどで搬送しながら冷却され、他の砂型２０が前記鋳造炉５０にセットされ、上述した動作が繰り返し行われる。

このように、実施例１によれば、湯口２４の周囲に設けた冷やし金２６によって湯口２４を遮断し、注湯後の砂型２０を低圧鋳造炉５０から移動可能として鋳造サイクルタイムを短縮としたので、高品質の鋳造品を生産性良く製造することができるという効果が得られる。

次に、図３を参照しながら本発明の実施例２を説明する。なお、上述した実施例１と同一ないし対応する構成要素には同一の符号を用いることとする。前記実施例１では、給湯管６０側が砂型２０側よりも先に凝固してしまい、砂型２０が低圧鋳造炉５０から分離不能になるのを防止するために、冷やし金２６を給湯管６０から離して配置することとした。本実施例では、前記冷やし金２６と給湯管６０の間に断熱材を配置することによって、給湯管６０側の凝固の進み過ぎを防止する構成としたものである。図３(A)に示す砂型４０では、断熱材４２が、冷やし金２６と給湯管６０の隙間を完全に埋めるように配置されている。図３(B)に示す砂型４４では、前記断熱材４２が冷やし金２６とは接触せず、前記給湯管６０の端部に接触するように配置した例である。図３(C)に示す砂型４６は、前記断熱材４２が冷やし金２６と接触し、前記給湯管６０から離れるように配置した例である。いずれの配置とした場合であっても、給湯管６０側の凝固の進み過ぎを防止して、砂型２０と低圧鋳造炉５０を良好に分離することができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した形状，寸法は一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。
(2)冷やし金２６の材質も一例であり、同様の効果を奏するものであれば、公知の各種の金属を用いてよい。
(3)前記実施例２で示した断熱材４２の配置も一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。また、前記断熱材４２も、前記冷やし金２６と同様に、湯口２４の外周を一周するように設けてもよいし、部分的に設けるようにしてもよい。
(4)前記低圧鋳造炉５０の構成も一例であり、同様の効果を奏するものであれば、必要に応じて適宜設計変更してよい。
(5)前記実施例１では、湯口２４の遮断後、砂型２０を低圧鋳造炉５０から分離することとしたが、これも一例であり、低圧鋳造炉５０上で砂型２０を冷却することを妨げるものではない。
(6)本発明は、アルミニウム合金の鋳造が好適な適用例であるが、他の公知の各種の鋳造用金属全般に適用可能である。

本発明によれば、キャビティに連通する押湯収容部が上方に立設され、前記キャビティに連通する湯口を下方に有するとともに、低圧鋳造炉の給湯管から前記湯口を介して前記キャビティに注湯される低圧鋳造用砂型に、前記湯口の周囲に冷やし金を配置し、前記湯口内の溶湯を急速に凝固させて湯口を遮断することとした。このため、高品質の鋳造品を生産性良く製造するための低圧鋳造用砂型と低圧鋳造装置の用途に適用できる。

本発明の実施例１の低圧鋳造装置の全体構成を示す断面図である。 (A)は前記実施例１の砂型の冷やし金周辺の凝固したアルミニウムのマクロ組織の模式図，(B)はマクロ組織の写真である。 本発明の実施例２の砂型を示す主要断面図である。 背景技術の一例を示す図である。

符号の説明

１０：低圧鋳造装置
２０：砂型
２０Ａ：上型
２０Ｂ：下型
２２：キャビティ
２４：湯口
２６：冷やし金
２８：押湯
３０：結晶粒
３２：凝固組織
３４：アルミニウム
４０，４４，４６：砂型
４２：断熱材
５０：低圧鋳造炉
５２：炉体
５４：台
５６：坩堝
５８：溶湯
６０：給湯管（ストーク）
６２：開口
６４：ヒータ
６６：パイプ
１００：低圧鋳造装置
１０２：金型
１０２Ａ：上型
１０２Ｂ：下型
１０４：キャビティ
１０４Ａ：湯口
１１０：低圧鋳造炉
１１２：炉体
１１４：台
１１６：坩堝
１１８：溶湯
１２０：給湯管（ストーク）
１２２：ヒータ
１２４：パイプ

Claims (4)

1. キャビティに連通する押湯収容部が上方に立設され、前記キャビティに連通する湯口を下方に有するとともに、低圧鋳造炉の給湯管から前記湯口を介して前記キャビティに注湯される低圧鋳造用砂型であって、
   前記湯口の周囲に、冷やし金を配置したことを特徴とする低圧鋳造用砂型。
2. 前記湯口の給湯管側の端部と前記冷やし金の間に、断熱材を設けたことを特徴とする請求項１記載の低圧鋳造用砂型。
3. 前記冷やし金は、前記湯口の延長方向に対して直交方向の厚みが、１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の低圧鋳造用砂型。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の低圧鋳造用砂型，
   該低圧鋳造用砂型の下方に設けられており、前記湯口に連通する給湯管を有するとともに、坩堝内の溶湯に圧力をかけることによって、前記給湯管及び湯口を介して前記キャビティに注湯する低圧鋳造炉，
   を備えたことを特徴とする低圧鋳造装置。

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