JP3592251B2 - 還元鋳造方法、還元鋳造装置及びこれに用いる成形型 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元しつつ鋳造する還元鋳造方法、還元鋳造装置及びアルミニウム還元鋳造方法に用いる成形型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋳造方法には種々の方法があるが重力鋳造法は鋳造品の質の良さ、成形型の簡易さ等の多くの利点を有する。図５は重力鋳造法によるアルミニウムの鋳造に使用する成形型の例を示す。成形型１００は金属製であり、下型１０２ａと上型１０２ｂの分割型によって所望形状の鋳造品が鋳造されるキャビティ１０４が形成されている。
上型１０２ｂには、アルミニウムまたはその合金等の金属の溶湯を注湯する湯口１０６とキャビティ１０４との間に押湯部１０８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が形成されている。
【０００３】
ところで、金属の溶湯が凝固する際には、約３％程度の収縮が発生する。このため、キャビティに充填された溶湯の凝固によって生じる収縮は、得られる鋳造品にヒケ等の欠陥として発現する。図５に示す成形型１００に設けた押湯部１０８は、キャビティ１０４に充填された溶湯が凝固に伴なって収縮する際に、押湯部１０８の重力によって溶湯を補充し、ヒケ等の欠陥が生じることを防止する。押湯部１０８からキャビティ１０４に溶湯を補充する作用は、押湯部１０８に注湯された溶湯の重力の作用によるから、通常の鋳造装置では押湯部１０８として大きな容積を確保している。
【０００４】
これは、鋳造装置の成形型内での溶湯の流動性が低いため、押湯部１０８の重量を大きくして強制的に溶湯を補充する必要があるからである。たとえば、アルミニウムの鋳造では、アルミニウムがきわめて酸化しやすいため、溶湯の表面にアルミニウムの酸化皮膜が形成され溶湯の流動性が低下するという問題があり、このため、キャビティ１０４の内壁面に溶湯の流動性を向上させる塗型剤を塗布するといったことが行われている。
【０００５】
このようなアルミニウムの鋳造方法に関して、本出願人は先に塗型を使用することなくアルミニウムの流動性を向上させることができ、良好な外観のアルミニウム鋳造品を得るアルミニウム鋳造方法について提案した（特開２０００−２８００６３号公報）。このアルミニウム鋳造方法においては、図６に示すように、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、アルミニウムまたはその合金の溶湯を注湯して鋳造することを特徴とする。マグネシウム窒素化合物は、アルミニウムまたはその合金の溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元する作用を有し、これによって溶湯の表面張力を低減して溶湯の流動性、湯周り性を高め、湯じわ等をなくして高品質の鋳造を可能にする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、重力鋳造法ではキャビティに溶湯を充填する際にエアや酸化物が巻き込まれることを防止するため、溶湯を層流にしてキャビティに充填する。溶湯を層流として充填させるため、従来の成形型では湯口とキャビティとを連絡するゲートを大きくとり、乱流を極力生じさせないように、キャビティの下面からゆっくりと湯面が上昇するように注湯している。図５に示す成形型１００において押湯部１０８の径を大きくとっているのは、押湯部１０８内の溶湯による押湯の作用と、キャビティ１０４に注湯する際にできるだけエアや酸化物を巻き込まないようにするためである。また、層流によって注湯するため成形型を傾斜させて注湯する方法も広く行われている。
【０００７】
このように、重力鋳造法では注湯時に乱流が生じないようにするためゲートを広くとったり、層流によって注湯しやすい位置にゲートを設けるといった制約があって、成形型や設備の自由度が規制されるという問題がある。また、傾斜注湯を行うような場合には設備が大型になって複雑になるという問題がある。また、従来の重力鋳造法の場合の歩留まりは一般に５０〜６０％程度であり、他の鋳造方法と比較して決して良好とは言い難い。
【０００８】
本発明はこのような従来の重力鋳造法における課題を解決すべくなされたものであり、前述した還元性化合物を利用して溶湯の表面に形成される酸化皮膜を還元しつつ鋳造する還元鋳造方法を利用することによって、高品質でかつ効率的な鋳造方法を提供することを目的としている。還元鋳造方法による場合は、溶湯の表面の酸化皮膜が還元されることで、溶湯の流動性が高まり、湯周り性が向上してキャビティ内での溶湯の充填性が良好となる。本発明は、このような還元鋳造方法による作用をさらに効果的に発揮することを可能にする還元鋳造方法、還元鋳造装置及びアルミニウム還元鋳造に好適に用いられる成形型を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
すなわち、金属の溶湯を成形型のキャビティ内に注湯し、成形型のキャビティ内で溶湯と還元性化合物とを接触させて溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元しつつ鋳造する還元鋳造方法であって、溶湯を前記キャビティに注湯する際に、該溶湯をキャビティ内で乱流状態を生じさせるように注湯することを特徴とする。
また、金属の溶湯を成形型のキャビティ内に注湯し、成形型のキャビティ内で溶湯と還元性化合物とを接触させて溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元しつつ鋳造する還元鋳造方法であって、前記キャビティより上流側に、押湯部よりも流路径の細いランナーを設け、該ランナーの流路径を調整して溶湯のキャビティ内への流速を調整して乱流状態を生じさせるように注湯することを特徴とする。
また、金属の溶湯としてアルミニウムまたはその合金の溶湯を使用し、成形型内にマグネシウムガスと窒素ガスとを導入して反応させて得たマグネシウム窒素化合物を還元性化合物として鋳造することを特徴とする。
【００１０】
また、金属の溶湯を成形型のキャビティ内に注湯し、成形型のキャビティ内で溶湯と還元性化合物とを接触させて溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元しつつ鋳造する還元鋳造装置であって、前記キャビティの上流側に、押湯部よりも流路径が細く形成され、溶湯をキャビティ内で乱流状態を生じさせるように注湯するランナーが設けられていることを特徴とする。
また、前記キャビティの直前に押湯部が設けられ、該押湯部にランナーが接続されていることを特徴とする。
また、前記ランナーの上流側に設けられる湯口に、溶湯をためる溶湯溜まりが設けられ、溶湯溜まりとランナーとの連通を開閉する開閉部材が設けられていることにより、溶湯溜まりに貯溜されている溶湯を一気にキャビティに注入することができ、溶湯の流速を速めてキャビティに注入することができる。
また、前記ランナーの内壁面が断熱処理され、あるいは前記ランナーが、セラミック、アルミナボード等の断熱材により成形されていることにより、ランナーにおける溶湯の流動性が良好となり、キャビティに注入される溶湯の流速を速めることができる。
【００１１】
また、アルミニウムまたはその合金の溶湯をキャビティ内に注湯し、マグネシウムガスと窒素ガスとを反応させて生成したマグネシウム窒素化合物と前記溶湯とをキャビティ内で接触させ、溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元しつつ鋳造するアルミニウム還元鋳造方法に用いられる成形型において、前記キャビティの上流側に、押湯部よりも流路径が細く形成され、溶湯をキャビティ内で乱流状態を生じさせるように注湯するランナーが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面とともに詳細に説明する。
図１は本発明に係る鋳造装置１０の全体構成を示す説明図であり、アルミニウム鋳造に適用した例を示す。
１２はアルミニウムまたはアルミニウム合金を注湯して鋳造品を得る成形型である。成形型１２には湯口１２ａ、キャビティ１２ｂ、押湯部１５を介して湯口１２ａとキャビティ１２ｂとを連通するランナー１６が設けられている。
【００１３】
成形型１２は配管２２によって窒素ガスボンベ２０と接続され、配管２２のバルブ２４を開放することにより、成形型１２の窒素ガス導入口１２ｄからキャビティ１２ｂ内に窒素ガスが注入され、キャビティ１２ｂ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１９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を開くことによって加熱炉２８内にアルゴンガスが注入される。この加熱炉２８は、ヒータ３２によって加熱されており、炉内温度は金属ガスとしてのマグネシウムガスを発生させるため、マグネシウム粉末が昇華する８００℃以上に設定されている。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することができる。
【００１４】
アルゴンガスボンベ１９は、バルブ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。配管３８には加熱炉２８へのマグネシウム粉末の供給量を制御するバルブ４０が介装されている。加熱炉２８は、配管４２を介して成形型１２の金属ガス導入口１２ｃに接続されており、加熱炉２８でガス化された金属ガスは成形型１２の金属ガス導入口１２ｃから金属ガス導入路１２ｅを介してキャビティ１２ｂ内に導入される。配管４２に介装したバルブ４５は、成形型１２のキャビティ１２ｂに注入する金属ガスの供給量を調節するためのものである。
【００１５】
図２に成形型１２の構成を拡大して示す。成形型１２は金属製の型部１３と、硫酸カルシウム等のセラミック製のアダプター１４とを組み合わせて成り、型部１３とアダプター１４とはその境界面で分割可能に設けられている。また、型部１３はキャビティ１２ｂ内で溶湯が凝固した後、型開きして鋳造品が型内から取り出される分割型に形成されている。
型部１３のキャビティ１２ｂの頂部には押湯部１５が配され、押湯部１５とキャビティ１２ｂとは、押湯部１５よりも縮径したゲート１５ａを介して接続されている。
【００１６】
本実施形態の成形型１２において、型部１３に設けられている押湯部１５の容積は、従来の重力鋳造装置に用いられる成形型に設けられる押湯部の容積にくらべて、はるかに小さい。本実施形態において、このように押湯部１５の容積を小さく形成できるのは、還元鋳造方法によって鋳造する場合は、注湯時の湯周り性がきわめて良いため、押湯作用を利用することなく容易にキャビティに溶湯を充填できることによる。したがって、本実施形態において型部１３に形成する押湯部１５の容積は、キャビティ１２ｂ内で溶湯が凝固する際のヒケを補充する程度に設定すればよい。
【００１７】
アダプター１４に設けるランナー１６は、押湯部１５を介してキャビティ１２ｂと湯口１２ａとを連通するとともに、湯口１２ａからキャビティ１２ｂに注入する溶湯の流速、流量を調節するために設けたものである。実施形態では、押湯部１５に向けて真っ直ぐに垂下するようにランナー１６を配置し、湯口１２ａから溶湯が垂直にキャビティ１２ｂに落とし込まれるようにしている。ランナー１６の流路径を押湯部１５よりも細く設定しているのは、キャビティ１２ｂに注入される溶湯の流速を、湯口１２ａから単に押湯部１５を介してキャビティ１２ｂに注入する場合よりも速めるためである。ランナー１６からキャビティ１２ｂに溶湯を充填する際の溶湯の流速および流量は、ランナー１６の流路径やランナー１６の長さ等を調節することによって制御することが可能である。
【００１８】
なお、湯口１２ａからキャビティ１２ｂに注湯する際にある程度の流速で注湯できるようにするため、本実施形態では、湯口１２ａに一定量の溶湯を溜める溶湯溜まりを設け、ランナー１６の開口部に溶湯溜まりとランナー１６との連通を開閉する開閉部材としての開閉栓１８を取り付け、湯口１２ａに一定量の溶湯が溜まった時点で開閉栓１８をあけてキャビティ１２ｂに溶湯を注入開始し、溶湯溜まりの溶湯の湯面が一定の高さを保持するよう溶湯を補充して注湯する。
また、ランナー１６を通過する際の溶湯の流動性を良好にするため、断熱性を有する塗型を用いてランナー１６の内壁面に断熱処理を施し、あるいはアダプター１４をセラミックあるいはアルミナボード等の断熱材によって形成してランナー１６の断熱性をキャビティ１２ｂが形成されている型部１３よりも高くする方法も有効である。
【００１９】
本実施形態に示す成形型１２のように、湯口１２ａとキャビティ１２ｂとをランナー１６によって連通し、ランナー１６を介してキャビティ１２ｂに溶湯を注入すると、上記のように、注湯時の溶湯の流速が速くなってキャビティ１２ｂ内へは、溶湯が乱流となって注入される。本実施形態において、ランナー１６を細径にしぼり、溶湯の流速を上げてキャビティ１２ｂに溶湯を注入する構成としているのは、キャビティ１２ｂ内で積極的に乱流を起こして溶湯を注入するためである。このように、キャビティ１２ｂに溶湯を注入する際に乱流を起こすようにして注湯する方法は、還元鋳造方法を用いた鋳造方法にきわめて好適に利用することが出来る。
【００２０】
図１に示す鋳造装置１０によるアルミニウムの還元鋳造は以下のようにしてなされる。
まず、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１２ｂ内に窒素ガスを注入し、キャビティ１２ｂ内の空気を窒素ガスによってパージする。キャビティ１２ｂ内の空気は成形型１２の排気孔（不図示）から排出され、キャビティ１２ｂ内が窒素ガス雰囲気となって実質的に非酸素雰囲気となる。その後、バルブ２４をいったん閉じる。
【００２１】
成形型１２のキャビティ１２ｂ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１９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。
【００２２】
次に、バルブ４０を閉じ、バルブ３０およびバルブ４５を開放し、アルゴンガスの圧力、流量を調節しつつ、成形型１２の金属ガス導入口１２ｃから金属ガス導入路１２ｅを経由してマグネシウムガスをキャビティ１２ｂ内に注入する。
キャビティ１２ｂ内にマグネシウムガスを注入した後、バルブ４５を閉じ、バルブ２４を開放して、窒素ガス導入口１２ｄからキャビティ１２ｂ内に窒素ガスを注入する。成形型１２内に窒素ガスを注入することにより、マグネシウムガスと窒素ガスとがキャビティ１２ｂ内で反応しマグネシウム窒素化合物（Ｍｇ３Ｎ２）が生成される。マグネシウム窒素化合物はキャビティ１２ｂの内壁面に粉体として析出する。
窒素ガスをキャビティ１２ｂ内に注入する際には、窒素ガスの圧力およ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よい。
【００２３】
キャビティ１２ｂの内壁面にマグネシウム窒素化合物が析出している状態で、湯口１２ａにアルミニウムの溶湯５０を注湯する。注湯時には、ランナー１６を開閉栓１８で閉止し、湯口１２ａに設けた溶湯溜まりに一定量の溶湯を溜めた後、開閉栓１８をあけて湯口１２ａから溶湯５０を流下させるようにすることによって、溶湯５０の流速を高めてキャビティ１２ｂに注入することができる。
図３に、湯口１２ａからキャビティ１２ｂに溶湯５０を注入している状態を示す。溶湯５０はランナー１６を経由することで流れがしぼられて、流速が速められた状態でキャビティ１２ｂに注入される。
キャビティ１２ｂに注入されたアルミニウムの溶湯はキャビティ１２ｂ内の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の作用によって溶湯の表面の酸化皮膜から酸素が奪われ、溶湯の表面が純粋なアルミニウムに還元される。
【００２４】
アルミニウムの溶湯は酸素と化合して溶湯の酸化皮膜が形成されやすいという性質があり、酸化皮膜が形成されることによって、キャビティ内での湯周り性が阻害されて鋳造品に巣が生じたり、湯じわが生じたりする原因となる。これに対して、マグネシウム窒素化合物にアルミニウムの溶湯を接触させ、アルミニウムの表面に形成される酸化皮膜を還元して鋳造する方法（還元鋳造方法）の場合は、溶湯の表面の酸化皮膜が還元されて純粋なアルミニウムの表面となることにより、酸化皮膜が形成されて溶湯の表面張力が大きくなることを防止し、湯周り性が良好となって短時間のうちにキャビティに溶湯を充填することができるとともに、溶湯の未充填部がなくなり、湯じわ等のない良品が得られるという特徴がある。
【００２５】
本実施形態では、ランナー１６を経由してキャビティ１２ｂに溶湯を注入することにより、アルミニウムの溶湯が乱流状態となってキャビティ１２ｂに注入される。このように乱流状態でキャビティ１２ｂに溶湯５０を注入すると、キャビティ１２ｂ内に生成されているマグネシウム窒素化合物とアルミニウムの溶湯５０との還元反応が促進され、アルミニウムの溶湯の流動性がたかまって、より短時間のうちにキャビティ１２ｂに溶湯５０を充填することが可能となる。このように、溶湯５０を乱流状態としてキャビティ１２ｂに注入する場合には、引き続いてキャビティ１２ｂに注入されてくる溶湯５０に対してもマグネシウム窒素化合物による還元反応が持続して作用し、好適な鋳造がなされるようになる。図３は、乱流状態で溶湯５０が注入される状態を示している。
【００２６】
還元鋳造方法によって鋳造する場合は、アルミニウムの流動性がきわめて良好になるから、数秒程度のうちにキャビティ１２ｂへの溶湯の充填が完了する。したがって、ランナー１６を介してキャビティ１２ｂに溶湯が注入され、押湯部１５に溶湯５０が充填されたところで、ランナー１６を開閉栓１８によって閉止し、キャビティ１２ｂ内の溶湯を凝固させるようにする。
還元鋳造方法による場合は、キャビティ１２ｂへの溶湯の充填が短時間のうちに完了するから、従来の鋳造方法の場合のように、キャビティ内で溶湯が凝固しないよう型温を高くしておく必要がない。したがって、キャビティ１２ｂに充填された溶湯も短時間のうちに凝固が完了する。実際、本実施形態の還元鋳造方法による場合は、成形型１２を室温にしたまま鋳造することができ、これによって湯じわや巣などのない良好な鋳造品を得ることができる。
【００２７】
上記実施形態の鋳造装置では、キャビティ１２ｂの直前に設けた押湯部１５にランナー１６を接続した成形型１２を使用することによって、ランナー１６から注入される溶湯が最終的に押湯部１５を充填し、溶湯が凝固する際のヒケを押湯部１５から補充して鋳造することができる。また、鋳造後には、押湯部１５を分断することで鋳造品を得ることができる。還元鋳造方法による場合は押湯部１５の容積が小さくできるから溶湯が凝固した後に押湯部１５内で凝固した金属を分断する作業は容易である。
【００２８】
なお、成形型に設けるランナー１６の位置は、キャビティ１２ｂに連通する位置であれば製品に応じて適宜選択することが可能である。図４は鋳造装置１０で使用する成形型１２の他の実施形態を示す。この成形型１２では、押湯部１５を経由してキャビティ１２ｂに連絡する湯路とは別に、キャビティ１２ｂにじかにランナー１６を接続する湯路を設けたことを特徴とする。前述したように、本実施形態の成形型１２は、キャビティ１２ｂ内で乱流となるように溶湯５０を注入することを特徴とする。したがって、図４に示す成形型１２のようにキャビティ１２ｂに注湯する上流側にキャビティ１２ｂにじかにランナー１６を接続し、ランナー１６の径を押湯部１５よりも細径として溶湯を注入する際の速度を速めることによって、キャビティ１２ｂ内で乱流させながら溶湯５０を注入することができる。
【００２９】
本実施形態の成形型１２を使用する場合は、前述したと同様にして、キャビティ１２ｂの内壁面にマグネシウム窒素化合物が析出させた後、まず、湯口１２ｆにアルミニウムの溶湯５０を注湯してランナー１６からキャビティ１２ｂ内に溶湯を注入する。ランナー１６からキャビティ１２ｂに注入された溶湯は、キャビティ１２ｂ内へは乱流状態となって注入され、キャビティ１２ｂ内のマグネシウム窒素化合物と溶湯表面の酸化皮膜との還元反応が促進され、アルミニウムの流動性がより高められた状態で充填されていく。
【００３０】
一方、湯口１２ａにも、湯口１２ｆへの注湯と同時もしくは若干遅れてアルミニウムの溶湯５０を注湯し押湯部１５を介してキャビティ１２ｂに溶湯を注入する。最終的には押湯部に充填された溶湯によって凝固の際のヒケを防止しながら凝固させる。還元鋳造方法の場合は溶湯の湯周り性がきわめて良いから、押湯部をほとんど設けずに鋳造することも可能である。
このように、製品に応じてランナー１６あるいは必要に応じて押湯部１５を配置することによって好適な還元鋳造を行うことが可能となる。
【００３１】
還元鋳造方法では溶湯表面に形成される酸化皮膜を還元して溶湯の表面を純粋な溶湯金属としてキャビティに充填させるようにすることが重要な条件である。上記各実施形態において、ランナー１６を経由してキャビティ１２ｂにアルミニウムの溶湯５０を注入し、キャビティ１２ｂ内で溶湯を乱流させながら注湯しているのは、この還元反応を促進させるためであり、還元反応を促進させることによって溶湯の流動性を高め、溶湯の濡れ性、湯周り性を良好にして、キャビティ１２ｂの内壁面との転写性（平滑性）に優れ、湯ジワ等のない良好な鋳造品を得ることが可能とする。
【００３２】
キャビティの上流側にランナーを設けて、ランナーを経由してキャビティに溶湯を注入する成形型の場合は、ランナーの流路径および／または長さを調節することによってキャビティに注入される溶湯の流速および流量を調節することが可能である。したがって、成形型を設計する際に、製品の形状、大きさ等に合わせてランナーの流路径あるいは長さを適宜設定しておくことにより、製品ごとに最適な流速および流量で溶湯をキャビティに注入して鋳造することができる。
【００３３】
また、上述したように、還元鋳造方法による場合は溶湯の湯周り性が良好となって成形型のキャビティに容易に溶湯が充填されるから、従来の鋳造装置で使用する成形型のように、成形型を保温する必要がなく、成形型を加温する装置構成が不要となって鋳造装置の構成を簡素化することができ、また、成形型に塗型を用いたりする必要がなくなることから、成形型自体の構造も簡素化できるという利点がある。
【００３４】
なお、以上の説明では、溶湯としてアルミニウムまたはその合金の溶湯を用いた鋳造方法について説明したが、本発明はマグネシウムまたは鉄等の金属、また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。
【００３５】
【発明の効果】
本発明に係る還元鋳造方法、還元鋳造装置およびこれに用いる成形型によれば、上述したように、従来の重力鋳造方法における注湯方法とはまったく異なり、キャビティに溶湯を注入する際に溶湯をキャビティ内で乱流させながら注湯することによって、キャビティ内に生成されている還元性化合物と溶湯表面の酸化皮膜との還元反応が促進され、キャビティ内における溶湯の流動性、湯周り性が良好となり、溶湯の未充填、湯じわ等のない良品を得ることができる。また、溶湯の流動性、湯周り性が良好となることから製品の歩留まりを向上させることが可能となる。また、成形型については、キャビティの上流側にランナーを設けることによって、キャビティ内に溶湯を乱流させながら注入させて、好適な還元鋳造を行うことができる等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鋳造装置の全体構成を示す説明図である。
【図２】鋳造装置に用いる成形型の構成を示す断面図である。
【図３】成形型に溶湯を注入している状態を示す説明図である。
【図４】鋳造装置に用いる成形型の他の構成例を示す断面図である。
【図５】従来の鋳造装置で使用される成形型の構成例を示す断面図である。
【図６】アルミニウムの還元鋳造方法によって鋳造する方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 鋳造装置
１２ 成形型
１２ａ 湯口
１２ｂ キャビティ
１２ｃ 金属ガス導入口
１２ｄ 窒素ガス導入口
１２ｅ 金属ガス導入路
１３ 型部
１４ アダプター
１５ 押湯部
１５ａ ゲート
１６ ランナー
１８ 開閉栓
１９ アルゴンガスボンベ
２０ 窒素ガスボンベ
２８ 加熱炉
３６ タンク
５０ 溶湯
１００ 成形型
１０２ａ 下型
１０２ｂ 上型
１０４ キャビティ
１０６ 湯口
１０８ 押湯部
【発明の属する技術分野】
本発明は溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元しつつ鋳造する還元鋳造方法、還元鋳造装置及びアルミニウム還元鋳造方法に用いる成形型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋳造方法には種々の方法があるが重力鋳造法は鋳造品の質の良さ、成形型の簡易さ等の多くの利点を有する。図５は重力鋳造法によるアルミニウムの鋳造に使用する成形型の例を示す。成形型１００は金属製であり、下型１０２ａと上型１０２ｂの分割型によって所望形状の鋳造品が鋳造されるキャビティ１０４が形成されている。
上型１０２ｂには、アルミニウムまたはその合金等の金属の溶湯を注湯する湯口１０６とキャビティ１０４との間に押湯部１０８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が形成されている。
【０００３】
ところで、金属の溶湯が凝固する際には、約３％程度の収縮が発生する。このため、キャビティに充填された溶湯の凝固によって生じる収縮は、得られる鋳造品にヒケ等の欠陥として発現する。図５に示す成形型１００に設けた押湯部１０８は、キャビティ１０４に充填された溶湯が凝固に伴なって収縮する際に、押湯部１０８の重力によって溶湯を補充し、ヒケ等の欠陥が生じることを防止する。押湯部１０８からキャビティ１０４に溶湯を補充する作用は、押湯部１０８に注湯された溶湯の重力の作用によるから、通常の鋳造装置では押湯部１０８として大きな容積を確保している。
【０００４】
これは、鋳造装置の成形型内での溶湯の流動性が低いため、押湯部１０８の重量を大きくして強制的に溶湯を補充する必要があるからである。たとえば、アルミニウムの鋳造では、アルミニウムがきわめて酸化しやすいため、溶湯の表面にアルミニウムの酸化皮膜が形成され溶湯の流動性が低下するという問題があり、このため、キャビティ１０４の内壁面に溶湯の流動性を向上させる塗型剤を塗布するといったことが行われている。
【０００５】
このようなアルミニウムの鋳造方法に関して、本出願人は先に塗型を使用することなくアルミニウムの流動性を向上させることができ、良好な外観のアルミニウム鋳造品を得るアルミニウム鋳造方法について提案した（特開２０００−２８００６３号公報）。このアルミニウム鋳造方法においては、図６に示すように、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、アルミニウムまたはその合金の溶湯を注湯して鋳造することを特徴とする。マグネシウム窒素化合物は、アルミニウムまたはその合金の溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元する作用を有し、これによって溶湯の表面張力を低減して溶湯の流動性、湯周り性を高め、湯じわ等をなくして高品質の鋳造を可能にする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、重力鋳造法ではキャビティに溶湯を充填する際にエアや酸化物が巻き込まれることを防止するため、溶湯を層流にしてキャビティに充填する。溶湯を層流として充填させるため、従来の成形型では湯口とキャビティとを連絡するゲートを大きくとり、乱流を極力生じさせないように、キャビティの下面からゆっくりと湯面が上昇するように注湯している。図５に示す成形型１００において押湯部１０８の径を大きくとっているのは、押湯部１０８内の溶湯による押湯の作用と、キャビティ１０４に注湯する際にできるだけエアや酸化物を巻き込まないようにするためである。また、層流によって注湯するため成形型を傾斜させて注湯する方法も広く行われている。
【０００７】
このように、重力鋳造法では注湯時に乱流が生じないようにするためゲートを広くとったり、層流によって注湯しやすい位置にゲートを設けるといった制約があって、成形型や設備の自由度が規制されるという問題がある。また、傾斜注湯を行うような場合には設備が大型になって複雑になるという問題がある。また、従来の重力鋳造法の場合の歩留まりは一般に５０〜６０％程度であり、他の鋳造方法と比較して決して良好とは言い難い。
【０００８】
本発明はこのような従来の重力鋳造法における課題を解決すべくなされたものであり、前述した還元性化合物を利用して溶湯の表面に形成される酸化皮膜を還元しつつ鋳造する還元鋳造方法を利用することによって、高品質でかつ効率的な鋳造方法を提供することを目的としている。還元鋳造方法による場合は、溶湯の表面の酸化皮膜が還元されることで、溶湯の流動性が高まり、湯周り性が向上してキャビティ内での溶湯の充填性が良好となる。本発明は、このような還元鋳造方法による作用をさらに効果的に発揮することを可能にする還元鋳造方法、還元鋳造装置及びアルミニウム還元鋳造に好適に用いられる成形型を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
すなわち、金属の溶湯を成形型のキャビティ内に注湯し、成形型のキャビティ内で溶湯と還元性化合物とを接触させて溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元しつつ鋳造する還元鋳造方法であって、溶湯を前記キャビティに注湯する際に、該溶湯をキャビティ内で乱流状態を生じさせるように注湯することを特徴とする。
また、金属の溶湯を成形型のキャビティ内に注湯し、成形型のキャビティ内で溶湯と還元性化合物とを接触させて溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元しつつ鋳造する還元鋳造方法であって、前記キャビティより上流側に、押湯部よりも流路径の細いランナーを設け、該ランナーの流路径を調整して溶湯のキャビティ内への流速を調整して乱流状態を生じさせるように注湯することを特徴とする。
また、金属の溶湯としてアルミニウムまたはその合金の溶湯を使用し、成形型内にマグネシウムガスと窒素ガスとを導入して反応させて得たマグネシウム窒素化合物を還元性化合物として鋳造することを特徴とする。
【００１０】
また、金属の溶湯を成形型のキャビティ内に注湯し、成形型のキャビティ内で溶湯と還元性化合物とを接触させて溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元しつつ鋳造する還元鋳造装置であって、前記キャビティの上流側に、押湯部よりも流路径が細く形成され、溶湯をキャビティ内で乱流状態を生じさせるように注湯するランナーが設けられていることを特徴とする。
また、前記キャビティの直前に押湯部が設けられ、該押湯部にランナーが接続されていることを特徴とする。
また、前記ランナーの上流側に設けられる湯口に、溶湯をためる溶湯溜まりが設けられ、溶湯溜まりとランナーとの連通を開閉する開閉部材が設けられていることにより、溶湯溜まりに貯溜されている溶湯を一気にキャビティに注入することができ、溶湯の流速を速めてキャビティに注入することができる。
また、前記ランナーの内壁面が断熱処理され、あるいは前記ランナーが、セラミック、アルミナボード等の断熱材により成形されていることにより、ランナーにおける溶湯の流動性が良好となり、キャビティに注入される溶湯の流速を速めることができる。
【００１１】
また、アルミニウムまたはその合金の溶湯をキャビティ内に注湯し、マグネシウムガスと窒素ガスとを反応させて生成したマグネシウム窒素化合物と前記溶湯とをキャビティ内で接触させ、溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元しつつ鋳造するアルミニウム還元鋳造方法に用いられる成形型において、前記キャビティの上流側に、押湯部よりも流路径が細く形成され、溶湯をキャビティ内で乱流状態を生じさせるように注湯するランナーが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面とともに詳細に説明する。
図１は本発明に係る鋳造装置１０の全体構成を示す説明図であり、アルミニウム鋳造に適用した例を示す。
１２はアルミニウムまたはアルミニウム合金を注湯して鋳造品を得る成形型である。成形型１２には湯口１２ａ、キャビティ１２ｂ、押湯部１５を介して湯口１２ａとキャビティ１２ｂとを連通するランナー１６が設けられている。
【００１３】
成形型１２は配管２２によって窒素ガスボンベ２０と接続され、配管２２のバルブ２４を開放することにより、成形型１２の窒素ガス導入口１２ｄからキャビティ１２ｂ内に窒素ガスが注入され、キャビティ１２ｂ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１９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を開くことによって加熱炉２８内にアルゴンガスが注入される。この加熱炉２８は、ヒータ３２によって加熱されており、炉内温度は金属ガスとしてのマグネシウムガスを発生させるため、マグネシウム粉末が昇華する８００℃以上に設定されている。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することができる。
【００１４】
アルゴンガスボンベ１９は、バルブ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。配管３８には加熱炉２８へのマグネシウム粉末の供給量を制御するバルブ４０が介装されている。加熱炉２８は、配管４２を介して成形型１２の金属ガス導入口１２ｃに接続されており、加熱炉２８でガス化された金属ガスは成形型１２の金属ガス導入口１２ｃから金属ガス導入路１２ｅを介してキャビティ１２ｂ内に導入される。配管４２に介装したバルブ４５は、成形型１２のキャビティ１２ｂに注入する金属ガスの供給量を調節するためのものである。
【００１５】
図２に成形型１２の構成を拡大して示す。成形型１２は金属製の型部１３と、硫酸カルシウム等のセラミック製のアダプター１４とを組み合わせて成り、型部１３とアダプター１４とはその境界面で分割可能に設けられている。また、型部１３はキャビティ１２ｂ内で溶湯が凝固した後、型開きして鋳造品が型内から取り出される分割型に形成されている。
型部１３のキャビティ１２ｂの頂部には押湯部１５が配され、押湯部１５とキャビティ１２ｂとは、押湯部１５よりも縮径したゲート１５ａを介して接続されている。
【００１６】
本実施形態の成形型１２において、型部１３に設けられている押湯部１５の容積は、従来の重力鋳造装置に用いられる成形型に設けられる押湯部の容積にくらべて、はるかに小さい。本実施形態において、このように押湯部１５の容積を小さく形成できるのは、還元鋳造方法によって鋳造する場合は、注湯時の湯周り性がきわめて良いため、押湯作用を利用することなく容易にキャビティに溶湯を充填できることによる。したがって、本実施形態において型部１３に形成する押湯部１５の容積は、キャビティ１２ｂ内で溶湯が凝固する際のヒケを補充する程度に設定すればよい。
【００１７】
アダプター１４に設けるランナー１６は、押湯部１５を介してキャビティ１２ｂと湯口１２ａとを連通するとともに、湯口１２ａからキャビティ１２ｂに注入する溶湯の流速、流量を調節するために設けたものである。実施形態では、押湯部１５に向けて真っ直ぐに垂下するようにランナー１６を配置し、湯口１２ａから溶湯が垂直にキャビティ１２ｂに落とし込まれるようにしている。ランナー１６の流路径を押湯部１５よりも細く設定しているのは、キャビティ１２ｂに注入される溶湯の流速を、湯口１２ａから単に押湯部１５を介してキャビティ１２ｂに注入する場合よりも速めるためである。ランナー１６からキャビティ１２ｂに溶湯を充填する際の溶湯の流速および流量は、ランナー１６の流路径やランナー１６の長さ等を調節することによって制御することが可能である。
【００１８】
なお、湯口１２ａからキャビティ１２ｂに注湯する際にある程度の流速で注湯できるようにするため、本実施形態では、湯口１２ａに一定量の溶湯を溜める溶湯溜まりを設け、ランナー１６の開口部に溶湯溜まりとランナー１６との連通を開閉する開閉部材としての開閉栓１８を取り付け、湯口１２ａに一定量の溶湯が溜まった時点で開閉栓１８をあけてキャビティ１２ｂに溶湯を注入開始し、溶湯溜まりの溶湯の湯面が一定の高さを保持するよう溶湯を補充して注湯する。
また、ランナー１６を通過する際の溶湯の流動性を良好にするため、断熱性を有する塗型を用いてランナー１６の内壁面に断熱処理を施し、あるいはアダプター１４をセラミックあるいはアルミナボード等の断熱材によって形成してランナー１６の断熱性をキャビティ１２ｂが形成されている型部１３よりも高くする方法も有効である。
【００１９】
本実施形態に示す成形型１２のように、湯口１２ａとキャビティ１２ｂとをランナー１６によって連通し、ランナー１６を介してキャビティ１２ｂに溶湯を注入すると、上記のように、注湯時の溶湯の流速が速くなってキャビティ１２ｂ内へは、溶湯が乱流となって注入される。本実施形態において、ランナー１６を細径にしぼり、溶湯の流速を上げてキャビティ１２ｂに溶湯を注入する構成としているのは、キャビティ１２ｂ内で積極的に乱流を起こして溶湯を注入するためである。このように、キャビティ１２ｂに溶湯を注入する際に乱流を起こすようにして注湯する方法は、還元鋳造方法を用いた鋳造方法にきわめて好適に利用することが出来る。
【００２０】
図１に示す鋳造装置１０によるアルミニウムの還元鋳造は以下のようにしてなされる。
まず、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１２ｂ内に窒素ガスを注入し、キャビティ１２ｂ内の空気を窒素ガスによってパージする。キャビティ１２ｂ内の空気は成形型１２の排気孔（不図示）から排出され、キャビティ１２ｂ内が窒素ガス雰囲気となって実質的に非酸素雰囲気となる。その後、バルブ２４をいったん閉じる。
【００２１】
成形型１２のキャビティ１２ｂ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１９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。
【００２２】
次に、バルブ４０を閉じ、バルブ３０およびバルブ４５を開放し、アルゴンガスの圧力、流量を調節しつつ、成形型１２の金属ガス導入口１２ｃから金属ガス導入路１２ｅを経由してマグネシウムガスをキャビティ１２ｂ内に注入する。
キャビティ１２ｂ内にマグネシウムガスを注入した後、バルブ４５を閉じ、バルブ２４を開放して、窒素ガス導入口１２ｄからキャビティ１２ｂ内に窒素ガスを注入する。成形型１２内に窒素ガスを注入することにより、マグネシウムガスと窒素ガスとがキャビティ１２ｂ内で反応しマグネシウム窒素化合物（Ｍｇ３Ｎ２）が生成される。マグネシウム窒素化合物はキャビティ１２ｂの内壁面に粉体として析出する。
窒素ガスをキャビティ１２ｂ内に注入する際には、窒素ガスの圧力およ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よい。
【００２３】
キャビティ１２ｂの内壁面にマグネシウム窒素化合物が析出している状態で、湯口１２ａにアルミニウムの溶湯５０を注湯する。注湯時には、ランナー１６を開閉栓１８で閉止し、湯口１２ａに設けた溶湯溜まりに一定量の溶湯を溜めた後、開閉栓１８をあけて湯口１２ａから溶湯５０を流下させるようにすることによって、溶湯５０の流速を高めてキャビティ１２ｂに注入することができる。
図３に、湯口１２ａからキャビティ１２ｂに溶湯５０を注入している状態を示す。溶湯５０はランナー１６を経由することで流れがしぼられて、流速が速められた状態でキャビティ１２ｂに注入される。
キャビティ１２ｂに注入されたアルミニウムの溶湯はキャビティ１２ｂ内の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の作用によって溶湯の表面の酸化皮膜から酸素が奪われ、溶湯の表面が純粋なアルミニウムに還元される。
【００２４】
アルミニウムの溶湯は酸素と化合して溶湯の酸化皮膜が形成されやすいという性質があり、酸化皮膜が形成されることによって、キャビティ内での湯周り性が阻害されて鋳造品に巣が生じたり、湯じわが生じたりする原因となる。これに対して、マグネシウム窒素化合物にアルミニウムの溶湯を接触させ、アルミニウムの表面に形成される酸化皮膜を還元して鋳造する方法（還元鋳造方法）の場合は、溶湯の表面の酸化皮膜が還元されて純粋なアルミニウムの表面となることにより、酸化皮膜が形成されて溶湯の表面張力が大きくなることを防止し、湯周り性が良好となって短時間のうちにキャビティに溶湯を充填することができるとともに、溶湯の未充填部がなくなり、湯じわ等のない良品が得られるという特徴がある。
【００２５】
本実施形態では、ランナー１６を経由してキャビティ１２ｂに溶湯を注入することにより、アルミニウムの溶湯が乱流状態となってキャビティ１２ｂに注入される。このように乱流状態でキャビティ１２ｂに溶湯５０を注入すると、キャビティ１２ｂ内に生成されているマグネシウム窒素化合物とアルミニウムの溶湯５０との還元反応が促進され、アルミニウムの溶湯の流動性がたかまって、より短時間のうちにキャビティ１２ｂに溶湯５０を充填することが可能となる。このように、溶湯５０を乱流状態としてキャビティ１２ｂに注入する場合には、引き続いてキャビティ１２ｂに注入されてくる溶湯５０に対してもマグネシウム窒素化合物による還元反応が持続して作用し、好適な鋳造がなされるようになる。図３は、乱流状態で溶湯５０が注入される状態を示している。
【００２６】
還元鋳造方法によって鋳造する場合は、アルミニウムの流動性がきわめて良好になるから、数秒程度のうちにキャビティ１２ｂへの溶湯の充填が完了する。したがって、ランナー１６を介してキャビティ１２ｂに溶湯が注入され、押湯部１５に溶湯５０が充填されたところで、ランナー１６を開閉栓１８によって閉止し、キャビティ１２ｂ内の溶湯を凝固させるようにする。
還元鋳造方法による場合は、キャビティ１２ｂへの溶湯の充填が短時間のうちに完了するから、従来の鋳造方法の場合のように、キャビティ内で溶湯が凝固しないよう型温を高くしておく必要がない。したがって、キャビティ１２ｂに充填された溶湯も短時間のうちに凝固が完了する。実際、本実施形態の還元鋳造方法による場合は、成形型１２を室温にしたまま鋳造することができ、これによって湯じわや巣などのない良好な鋳造品を得ることができる。
【００２７】
上記実施形態の鋳造装置では、キャビティ１２ｂの直前に設けた押湯部１５にランナー１６を接続した成形型１２を使用することによって、ランナー１６から注入される溶湯が最終的に押湯部１５を充填し、溶湯が凝固する際のヒケを押湯部１５から補充して鋳造することができる。また、鋳造後には、押湯部１５を分断することで鋳造品を得ることができる。還元鋳造方法による場合は押湯部１５の容積が小さくできるから溶湯が凝固した後に押湯部１５内で凝固した金属を分断する作業は容易である。
【００２８】
なお、成形型に設けるランナー１６の位置は、キャビティ１２ｂに連通する位置であれば製品に応じて適宜選択することが可能である。図４は鋳造装置１０で使用する成形型１２の他の実施形態を示す。この成形型１２では、押湯部１５を経由してキャビティ１２ｂに連絡する湯路とは別に、キャビティ１２ｂにじかにランナー１６を接続する湯路を設けたことを特徴とする。前述したように、本実施形態の成形型１２は、キャビティ１２ｂ内で乱流となるように溶湯５０を注入することを特徴とする。したがって、図４に示す成形型１２のようにキャビティ１２ｂに注湯する上流側にキャビティ１２ｂにじかにランナー１６を接続し、ランナー１６の径を押湯部１５よりも細径として溶湯を注入する際の速度を速めることによって、キャビティ１２ｂ内で乱流させながら溶湯５０を注入することができる。
【００２９】
本実施形態の成形型１２を使用する場合は、前述したと同様にして、キャビティ１２ｂの内壁面にマグネシウム窒素化合物が析出させた後、まず、湯口１２ｆにアルミニウムの溶湯５０を注湯してランナー１６からキャビティ１２ｂ内に溶湯を注入する。ランナー１６からキャビティ１２ｂに注入された溶湯は、キャビティ１２ｂ内へは乱流状態となって注入され、キャビティ１２ｂ内のマグネシウム窒素化合物と溶湯表面の酸化皮膜との還元反応が促進され、アルミニウムの流動性がより高められた状態で充填されていく。
【００３０】
一方、湯口１２ａにも、湯口１２ｆへの注湯と同時もしくは若干遅れてアルミニウムの溶湯５０を注湯し押湯部１５を介してキャビティ１２ｂに溶湯を注入する。最終的には押湯部に充填された溶湯によって凝固の際のヒケを防止しながら凝固させる。還元鋳造方法の場合は溶湯の湯周り性がきわめて良いから、押湯部をほとんど設けずに鋳造することも可能である。
このように、製品に応じてランナー１６あるいは必要に応じて押湯部１５を配置することによって好適な還元鋳造を行うことが可能となる。
【００３１】
還元鋳造方法では溶湯表面に形成される酸化皮膜を還元して溶湯の表面を純粋な溶湯金属としてキャビティに充填させるようにすることが重要な条件である。上記各実施形態において、ランナー１６を経由してキャビティ１２ｂにアルミニウムの溶湯５０を注入し、キャビティ１２ｂ内で溶湯を乱流させながら注湯しているのは、この還元反応を促進させるためであり、還元反応を促進させることによって溶湯の流動性を高め、溶湯の濡れ性、湯周り性を良好にして、キャビティ１２ｂの内壁面との転写性（平滑性）に優れ、湯ジワ等のない良好な鋳造品を得ることが可能とする。
【００３２】
キャビティの上流側にランナーを設けて、ランナーを経由してキャビティに溶湯を注入する成形型の場合は、ランナーの流路径および／または長さを調節することによってキャビティに注入される溶湯の流速および流量を調節することが可能である。したがって、成形型を設計する際に、製品の形状、大きさ等に合わせてランナーの流路径あるいは長さを適宜設定しておくことにより、製品ごとに最適な流速および流量で溶湯をキャビティに注入して鋳造することができる。
【００３３】
また、上述したように、還元鋳造方法による場合は溶湯の湯周り性が良好となって成形型のキャビティに容易に溶湯が充填されるから、従来の鋳造装置で使用する成形型のように、成形型を保温する必要がなく、成形型を加温する装置構成が不要となって鋳造装置の構成を簡素化することができ、また、成形型に塗型を用いたりする必要がなくなることから、成形型自体の構造も簡素化できるという利点がある。
【００３４】
なお、以上の説明では、溶湯としてアルミニウムまたはその合金の溶湯を用いた鋳造方法について説明したが、本発明はマグネシウムまたは鉄等の金属、また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。
【００３５】
【発明の効果】
本発明に係る還元鋳造方法、還元鋳造装置およびこれに用いる成形型によれば、上述したように、従来の重力鋳造方法における注湯方法とはまったく異なり、キャビティに溶湯を注入する際に溶湯をキャビティ内で乱流させながら注湯することによって、キャビティ内に生成されている還元性化合物と溶湯表面の酸化皮膜との還元反応が促進され、キャビティ内における溶湯の流動性、湯周り性が良好となり、溶湯の未充填、湯じわ等のない良品を得ることができる。また、溶湯の流動性、湯周り性が良好となることから製品の歩留まりを向上させることが可能となる。また、成形型については、キャビティの上流側にランナーを設けることによって、キャビティ内に溶湯を乱流させながら注入させて、好適な還元鋳造を行うことができる等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鋳造装置の全体構成を示す説明図である。
【図２】鋳造装置に用いる成形型の構成を示す断面図である。
【図３】成形型に溶湯を注入している状態を示す説明図である。
【図４】鋳造装置に用いる成形型の他の構成例を示す断面図である。
【図５】従来の鋳造装置で使用される成形型の構成例を示す断面図である。
【図６】アルミニウムの還元鋳造方法によって鋳造する方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 鋳造装置
１２ 成形型
１２ａ 湯口
１２ｂ キャビティ
１２ｃ 金属ガス導入口
１２ｄ 窒素ガス導入口
１２ｅ 金属ガス導入路
１３ 型部
１４ アダプター
１５ 押湯部
１５ａ ゲート
１６ ランナー
１８ 開閉栓
１９ アルゴンガスボンベ
２０ 窒素ガスボンベ
２８ 加熱炉
３６ タンク
５０ 溶湯
１００ 成形型
１０２ａ 下型
１０２ｂ 上型
１０４ キャビティ
１０６ 湯口
１０８ 押湯部
Claims (8)
- 金属の溶湯を成形型のキャビティ内に注湯し、成形型のキャビティ内で溶湯と還元性化合物とを接触させて溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元しつつ鋳造する還元鋳造方法であって、
溶湯を前記キャビティに注湯する際に、該溶湯をキャビティ内で乱流状態を生じさせるように注湯することを特徴とする還元鋳造方法。 - 金属の溶湯を成形型のキャビティ内に注湯し、成形型のキャビティ内で溶湯と還元性化合物とを接触させて溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元しつつ鋳造する還元鋳造方法であって、
前記キャビティより上流側に、押湯部よりも流路径の細いランナーを設け、該ランナーの流路径を調整して溶湯のキャビティ内への流速を調整して乱流状態を生じさせるように注湯することを特徴とする還元鋳造方法。 - 金属の溶湯としてアルミニウムまたはその合金の溶湯を使用し、成形型内にマグネシウムガスと窒素ガスとを導入して反応させて得たマグネシウム窒素化合物を還元性化合物として鋳造することを特徴とする請求項１または２記載の還元鋳造方法。
- 金属の溶湯を成形型のキャビティ内に注湯し、成形型のキャビティ内で溶湯と還元性化合物とを接触させて溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元しつつ鋳造する還元鋳造装置であって、
前記キャビティの上流側に、押湯部よりも流路径が細く形成され、溶湯をキャビティ内で乱流状態を生じさせるように注湯するランナーが設けられていることを特徴とする還元鋳造装置。 - 前記キャビティの直前に押湯部が設けられ、該押湯部にランナーが接続されていることを特徴とする請求項４記載の還元鋳造装置。
- 前記ランナーの上流側に設けられる湯口に、溶湯をためる溶湯溜まりが設けられ、溶湯溜まりとランナーとの連通を開閉する開閉部材が設けられていることを特徴とする請求項４または５記載の還元鋳造装置。
- 前記ランナーの内壁面が断熱処理され、あるいは前記ランナーが、セラミック、アルミナボード等の断熱材により成形されていることを特徴とする請求項４、５または６記載の還元鋳造装置。
- アルミニウムまたはその合金の溶湯をキャビティ内に注湯し、マグネシウムガスと窒素ガスとを反応させて生成したマグネシウム窒素化合物と前記溶湯とをキャビティ内で接触させ、溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元しつつ鋳造するアルミニウム還元鋳造方法に用いられる成形型において、
前記キャビティの上流側に、押湯部よりも流路径が細く形成され、溶湯をキャビティ内で乱流状態を生じさせるように注湯するランナーが設けられていることを特徴とするアルミニウム還元鋳造方法に用いられる成形型。
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