JP4209538B2 - Mold casting method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄肉部を備える鋳鉄製品を多数個取りする金型鋳造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
金型鋳造により得られる鋳鉄製品として、例えば、内燃機関の排気管(エキゾーストマニホールド)が知られている。前記エキゾーストマニホールドは、従来砂型を用いる鋳造装置により製造されているが、前記砂型は1回の鋳造毎に形成され鋳造後には崩されるので量産性が低い。そこで、前記砂型に変えて金型を用いることが提案されている。
【0003】
図1示のように、エキゾーストマニホールド1は、内燃機関のシリンダヘッド(図示せず)に接続される接続部2と、各接続部2が集合する集合部3とからなる。各接続部2はフランジ4を介して前記シリンダヘッドに接続され、集合部3はフランジ5を介してマフラー(図示せず)に接続される。前記エキゾーストマニホールド1において、フランジ4,5は肉厚に形成されるが、各接続部2と集合部3とは肉薄に形成される。
【0004】
前記エキゾーストマニホールド1の金型鋳造方法に用いられる鋳造装置は、例えば図5(a)示のように、固定型11と、摺動入れ子12と、可動型13とを備えている。固定型11、摺動入れ子12、可動型13は組み合わされて、内部に図1示のエキゾーストマニホールド1の外形に沿う形状の空洞部15を形成し、空洞部15に中空のシェル中子16が配設される。シェル中子16は、図1に破線で示すエキゾーストマニホールド1の内形に沿う形状に成形されている。そして、空洞部14に配設されたシェル中子16と、固定型11、摺動入れ子12、可動型13との間に、溶湯が注湯されるキャビティ部17が形成される。
【0005】
図5(b)は、図5(a)示の可動型13を除いた状態の金型を図5(a)に矢示する方向から見た図であり、固形型11は、受口21、湯口22、湯道23、ゲート24からなる湯口系を備え、該湯口系から注湯される溶湯がキャビティ部17に充填されるようになっている。
【0006】
図5示の鋳造装置を用いる金型鋳造方法では、まず受口21から溶湯を注湯し、湯口22、湯道23を介して、ゲート24からキャビティ部17に充填する。次に、キャビティ部17に充填された溶湯を凝固せしめたのち、所定時間後に可動型13を作動させて金型を開き、鋳造品を離型することにより、エキゾーストマニホールド1を得ることができる。
【0007】
図5示の鋳造装置は1つの湯口系に1つの金型を対応させるものであるので、前記装置を用いる金型鋳造方法では、1回の操作につき、1個の鋳造品が得られるに過ぎない。しかし、工業的には装置の設置面積を節約すると共に、単位時間当りに得られる製品数を増加させるために、1つの湯口系に複数の金型を対応させ、1回の操作により複数個の鋳造品が得られる多数個取りを行うことが好ましい。
【0008】
そこで、図2示のように、固定型11と可動型13とを備える複数の金型14a,14bを垂直方向に並べて配置した装置を用いる鋳造方法が知られている。図2示の装置は、図2(a)示の可動型13を除いた状態の金型を図2(a)に矢示する方向から見た図2(b)に示すように、垂直方向に上下2層に並べて配置された金型14a,14bを、さらに受口21に続く湯口22の左右に1対ずつ配置し、湯口22から複数の湯道23を分岐させると共に、各湯道23を各金型14a,14bのゲート24に接続したものである。
【0009】
図2示の装置を用いる従来の鋳造方法によれば、溶湯を注湯するときには、該溶湯は受口21から湯口22を経て、まず下層の金型14a,14aのキャビティ部17に導入され、次いで上層の金型14b,14bのキャビティ部17に充填される。そして、上層の金型14b,14bのキャビティ部17に充填された前記溶湯が凝固した後、図4(b)示のように、上下の金型14b,14bの可動型13を同時に作動させることにより、金型14b,14bが開かれ、鋳造品が離型される。従って、前記従来の鋳造方法によれば、1回の操作により各金型14b,14bから4個の鋳造品を得ることができる。
【0010】
しかしながら、前記エキゾーストマニホールド1を鋳造する場合には、下層の金型14aから得られる鋳造品に鋳造割れが発生することがあり、製品歩留りが低減するとの不都合がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、薄肉部を備える鋳鉄製品の多数個取りを行うときに鋳造割れを防止することができる金型鋳造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、図2示のような装置を用いて、多数個取りによるエキゾーストマニホールドの鋳造を行うときに、下層の金型14aにおいて鋳造割れが発生する原因について検討した。その結果、前記鋳造割れは前記エキゾーストマニホールドのフランジ4,5のような肉厚の部分では発生せず、接続部2や集合部3のような肉薄の部分で発生することが判明した。
【0013】
前記鋳造割れが発生する理由として、先に充填された下方の金型の前記溶湯は、上方の金型に充填された溶湯よりも早く凝固し、凝固収縮を開始することが考えられる。前記金型に充填された溶湯が凝固収縮するときには、鋳造品が前記金型に拘束されるため、該拘束に抗するに足る強度が要求されるが、該強度は凝固収縮の進行に伴って増大する。そこで、先に凝固が始まる下方の金型では、上方の金型に充填された溶湯が凝固するまでの間に、前記肉薄の部分で該鋳造品の強度が前記拘束に耐えきれなくなり、前記鋳造割れを起こすものと考えられる。前記金型、特に銅合金等からなる金型は、熱伝導性が高く前記溶湯が冷却されやすいため、前記現象が起き易くなる。
【0014】
そこで、本発明の金型鋳造方法は、前記目的を達成するために、固定型と可動型との間に所定の形状のキャビティ部が形成される複数の金型を垂直方向に並べて配置し、各金型のキャビティ部に連通する湯口系から溶湯を注湯し、該溶湯を垂直方向に並べて配置された下方の金型のキャビティ部から順に上方の金型のキャビティ部まで充填した後、該溶湯を凝固させることにより、薄肉部を備える鋳鉄製品を多数個取りする金型鋳造方法において、各金型の前記可動型をそれぞれ独立に作動可能とすると共に、各金型に充填された前記溶湯の凝固に応じ、先に前記溶湯が充填された金型から順に該可動型を作動させて金型を開くことを特徴とする。
【0015】
本発明の金型鋳造方法によれば、各金型の可動型がそれぞれ独立に作動可能とされているので、垂直方向に並べて配置された下方の金型のキャビティ部から上方の金型のキャビティ部に順に溶湯を充填したのち、各金型に充填された前記溶湯の凝固に応じて、各可動型を個別に作動させることができる。従って、前記溶湯の凝固及び凝固収縮が早い、先に前記溶湯が充填された金型から順に該可動型を作動させることにより、該金型から得られる鋳造品が凝固収縮時に金型に拘束されることを防止して、鋳造割れの発生を阻止することができる。
【0016】
本発明の金型鋳造方法は、鋳鉄製品に薄肉部を形成するために、前記固定型と可動型との間に配設される中子を備え、該中子と該固定型及び可動型との間に前記キャビティ部が形成されるような金型に適用することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図1は本実施形態で得られる鋳造品である内燃機関の排気管(エキゾーストマニホールド)の斜視図であり、図2は図1示のエキゾーストマニホールドの鋳造に用いられる金型鋳造装置の構成を示す説明図であり、図3は図2の部分拡大図であり、図4は図2示の金型鋳造装置の作動説明図である。
【0018】
本実施態様の金型鋳造方法により製造される鋳造品は、図1示のように、4気筒の内燃機関用のエキゾーストマニホールド1であり、該内燃機関のシリンダヘッド(図示せず)に接続される4つの接続部2と、各接続部2が集合する集合部3とからなる。各接続部2と集合部3とは中空であり、内部で連通している。また、各接続部2はフランジ4を介してシリンダヘッドに接続され、集合部3はフランジ5を介してマフラー(図示せず)に接続されるようになっている。そして、前記シリンダヘッドから排出される高温の排気が、各接続部2から集合部3を介して前記マフラーに導かれる。
【0019】
前記エキゾーストマニホールド1では、フランジ4,5は肉厚に形成されているが、各接続部2と集合部3とは肉薄に形成されている。
【0020】
本実施形態において、前記エキゾーストマニホールド1の金型鋳造方法に用いられる鋳造装置は、図2(a)示のように、固定型11と、摺動入れ子12と、可動型13とを備える金型14a,14bが垂直方向に並べて配置されている。金型14a,14bは、例えば全量の0.35〜1.5重量%のクロムを含む銅合金により形成され、金型14aが下層に、金型14bが上層に配置されており、さらに図2(b)示のように受口21に続く湯口22の両側に各1対ずつ配置されている。湯口22からは、各金型14a,14bに対応する湯道23が分岐し、ゲート24を介して各金型14a,14bに溶湯を導入するようになっている。
【0021】
次に、図3に示す金型14bを例として、各金型14a,14bの構成を詳細に説明する。図2から明らかなように、金型14aと金型14bとは基本的に同一の構成を備えている。
【0022】
図3(a)示のように、金型14bは、固定型11、摺動入れ子12、可動型13が組み合わされて、内部に図1示のエキゾーストマニホールド1の外形に沿う形状の空洞部15を形成し、空洞部15に中空のシェル中子16が配設される。シェル中子16は、例えば、表面にフェノール樹脂がコーティングされた鋳物砂により、図1に破線で示すエキゾーストマニホールド1の内形に沿う形状に成形される。そして、空洞部15に配設されたシェル中子16と、固定型11、摺動入れ子12、可動型13との間に、溶湯が注湯されるキャビティ部17が形成される。
【0023】
シェル中子16は、固定型11に挿入される支持ピン18aと、摺動入れ子12に挿入される支持ピン18bとによって支持されて固定されている。19は鋳込み穴19aを形成するための入れ子であり、20はガス抜き孔である。
【0024】
図3(b)は、図3(a)示の可動型13を除いた状態の金型を図3(a)に矢示する方向から見た図である。図3(b)示のように、固形型11は、受口21、湯口22、湯道23、ゲート24を備え、受口21から注湯された溶湯が湯口22、湯道23を介して、ゲート24からキャビティ部17に導入されるようになっている。図3(b)において、25a,25bはガス抜き孔であり、26は湯道22に設けられたフィルターでありセラミック等の耐熱性の多孔質体からなる。
【0025】
本実施形態の鋳造方法でエキゾーストマニホールド1の鋳造を行うときには、金型14a,14bを所定温度に加熱し、受口21から球状黒鉛鋳鉄等の溶湯を注湯する。すると、前記溶湯は、まず受口21から湯口22の底部に達し、下層の金型14aの湯道23を介してゲート24からキャビティ部17に導入される。
【0026】
前記溶湯は下層の金型14aのキャビティ部17に充填されると、次に、その液面が湯口22に沿って上昇し、上層の金型14bの湯道23を介してゲート24からキャビティ部17に導入される。そして、前記溶湯が上層の金型14bのキャビティ部17に充填される。
【0027】
このとき、金型14a,14bは前記クロム−銅合金からなり熱伝導率が高いので、先に充填された下層の金型14aでは前記溶湯の凝固が始まっている。従って、上層の金型14bに充填された溶湯の凝固を待って、金型14a,14bを開くと、下層の金型14aではエキゾーストマニホールド1の薄肉部が凝固収縮の際に金型14a拘束されて鋳造割れを起こす虞がある。
【0028】
そこで、本実施形態では、下層の金型14aのキャビティ部17に充填された前記溶湯が凝固したならば、上層の金型14bのキャビティ部17に充填された前記溶湯の凝固を待たずに、下層の金型14aの可動型13を作動させ、図4(a)示のように下層の金型14aを開く。上層の金型14bは、下層の金型14aが開かれて、上層の金型14bのキャビティ部17に充填された前記溶湯が凝固した後、その可動型13を別途作動させることにより開かれる。
【0029】
本実施形態の鋳造方法では、前記のように、金型14a,14bの可動型13を独立に作動させることにより、各金型14a,14bのキャビティ部17に充填された前記溶湯の凝固に応じて適切な時期に、各金型14a,14bを開くことができる。従って、エキゾーストマニホールド1のように薄肉部を有する鋳造品であっても、その薄肉部が凝固収縮時に金型14a,14bに拘束されることがなく、鋳造割れを防止することができる。
【0030】
本実施形態では、金型が上下2層に並べて配置されている場合について説明しているが、前記金型はさらに多層に並べて配置されていてもよい。この場合には、先に溶湯が充填された層から順に各層の金型を開くようにする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の鋳造方法で得られる鋳造品の一例を示す斜視図。
【図2】本発明の鋳造方法に用いられる金型鋳造装置の一構成例を示す説明図。
【図3】図2の部分拡大図。
【図4】図2示の金型鋳造装置の作動説明図。
【図5】金型鋳造装置の一構成例を示す説明図。
【符号の説明】
1…鋳造品、 11…固定型、 13…可動型、 14a,14b…金型、 16…中子、 17…キャビティ部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a die casting method for taking a large number of cast iron products having thin portions.
[0002]
[Prior art]
As cast iron products obtained by die casting, for example, exhaust pipes (exhaust manifolds) for internal combustion engines are known. The exhaust manifold is conventionally manufactured by a casting apparatus using a sand mold. However, the sand mold is formed every time the casting is performed and is destroyed after casting, so that mass productivity is low. Therefore, it has been proposed to use a mold instead of the sand mold.
[0003]
As in FIG. 1 shows an exhaust manifold 1 includes a
[0004]
The casting apparatus used for the mold casting method of the exhaust manifold 1 includes a
[0005]
FIG. 5B is a view of the mold in a state excluding the
[0006]
In the mold casting method using the casting apparatus shown in FIG. 5, first, molten metal is poured from the
[0007]
Since the casting apparatus shown in FIG. 5 associates one mold with one gate system, the mold casting method using the apparatus can only obtain one cast product per operation. Absent. However, industrially, in order to save the installation area of the apparatus and increase the number of products obtained per unit time, a plurality of molds are associated with one gate system, and a plurality of operations can be performed by one operation. It is preferable to take a large number of pieces to obtain a cast product.
[0008]
Therefore, as shown in FIG. 2, a casting method using a device in which a plurality of
[0009]
According to the conventional casting method using the apparatus shown in FIG. 2, when pouring molten metal, the molten metal is first introduced from the
[0010]
However, when casting the exhaust manifold 1, casting cracks may occur in the cast product obtained from the
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a mold casting method capable of eliminating such inconvenience and preventing casting cracks when a large number of cast iron products having a thin portion are taken.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors examined the cause of casting cracks in the
[0013]
The reason why the casting crack occurs is that the molten metal in the lower mold previously filled solidifies faster than the molten metal filled in the upper mold and starts solidification shrinkage. When the molten metal filled in the mold is solidified and contracted, the casting is constrained by the mold, so that the strength required to resist the restraint is required. Increase. Therefore, in the lower mold where solidification starts first, the strength of the cast product cannot withstand the restraint at the thin portion until the molten metal filled in the upper mold solidifies, and the casting It is thought to cause cracking. Since the metal mold, particularly a metal mold made of a copper alloy or the like, has high thermal conductivity and the molten metal is easily cooled, the phenomenon is likely to occur.
[0014]
Therefore, in the mold casting method of the present invention, in order to achieve the above object, a plurality of molds in which a cavity portion having a predetermined shape is formed between the fixed mold and the movable mold are arranged in a vertical direction, After pouring the molten metal from the gate system communicating with the cavity portion of each mold, and filling the molten metal from the lower mold cavity portion arranged in the vertical direction to the upper mold cavity portion in order, In a mold casting method in which a large number of cast iron products having a thin wall portion are obtained by solidifying a molten metal, the movable mold of each mold can be independently operated, and the molten metal filled in each mold According to solidification, the movable mold is operated in order from the mold filled with the molten metal first to open the mold.
[0015]
According to the mold casting method of the present invention, since the movable molds of the respective molds can be operated independently, the cavity of the upper mold from the cavity part of the lower mold arranged side by side in the vertical direction. Each of the movable molds can be individually operated in accordance with the solidification of the molten metal filled in each mold after the molten metal is sequentially filled in the portion. Therefore, the solidification and solidification shrinkage of the molten metal is fast, and by operating the movable mold in order from the mold filled with the molten metal first, the cast product obtained from the mold is restrained by the mold during the solidification shrinkage. It is possible to prevent the occurrence of casting cracks.
[0016]
The mold casting method of the present invention includes a core disposed between the fixed mold and the movable mold in order to form a thin portion in the cast iron product, the core, the fixed mold and the movable mold, It can be applied to a mold in which the cavity portion is formed between the two.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view of an exhaust pipe (exhaust manifold) of an internal combustion engine, which is a cast product obtained in the present embodiment, and FIG. 2 shows a configuration of a mold casting apparatus used for casting of the exhaust manifold shown in FIG. 3 is an explanatory view, FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2, and FIG. 4 is an operation explanatory view of the mold casting apparatus shown in FIG.
[0018]
Castings produced by a die casting method of this embodiment, as shown in FIG. 1 shows a exhaust manifold 1 for an internal combustion engine of the four-cylinder, tangent to the internal combustion engine of shea cylinder head (not shown) It consists of four connecting
[0019]
In the exhaust manifold 1, the flanges 4 and 5 are formed thick, but the connecting
[0020]
In this embodiment, the casting apparatus used for the mold casting method of the exhaust manifold 1 is a mold including a fixed
[0021]
Next, the configuration of each of the
[0022]
As shown in FIG. 3 (a), the
[0023]
The
[0024]
FIG. 3B is a view of the mold in a state excluding the
[0025]
When casting the exhaust manifold 1 by the casting method of this embodiment, the
[0026]
When the molten metal is filled in the
[0027]
At this time, since the
[0028]
Therefore, in this embodiment, if the molten metal filled in the
[0029]
In the casting method of the present embodiment, as described above, the
[0030]
In the present embodiment, the case where the molds are arranged in two upper and lower layers is described. However, the molds may be arranged in multiple layers. In this case, the mold of each layer is opened sequentially from the layer filled with the molten metal first.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a cast product obtained by a casting method of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing a configuration example of a mold casting apparatus used in the casting method of the present invention.
FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2;
4 is an operation explanatory view of the mold casting apparatus shown in FIG. 2; FIG.
FIG. 5 is an explanatory view showing a configuration example of a mold casting apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cast product, 11 ... Fixed type | mold, 13 ... Movable type | mold, 14a, 14b ... Metal mold | die, 16 ... Core, 17 ... Cavity part.
Claims (2)
各金型の前記可動型をそれぞれ独立に作動可能とすると共に、各金型に充填された前記溶湯の凝固に応じ、先に前記溶湯が充填された金型から順に該可動型を作動させて金型を開くことを特徴とする金型鋳造方法。A plurality of molds in which a cavity portion of a predetermined shape is formed between the fixed mold and the movable mold are arranged in a vertical direction, and a molten metal is poured from a gate system communicating with the cavity portion of each mold, Gold that takes a large number of cast iron products with thin-walled parts by filling the molten metal in order from the cavity part of the lower mold arranged in the vertical direction to the cavity part of the upper mold in order, and then solidifying the molten metal In the mold casting method,
The movable molds of the respective molds can be independently operated, and the movable molds are operated in order from the molds previously filled with the molten metal according to the solidification of the molten metals filled in the respective molds. A mold casting method characterized by opening a mold.
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