JP4524691B2 - 鋳型の減圧方法 - Google Patents

Description

本発明は鋳型の減圧方法に関する。さらに詳しくは、消失模型を使用した鋳造法の注湯工程における減圧方法に関する。

従来より、消失模型を使用した鋳造法においては、まず発泡樹脂で作製される消失模型を製品型としたのち、同じ発泡樹脂で作製された湯口、湯道、堰、押し湯部などを形成し、これらを消失模型の外側に組み立てて鋳物砂に埋設して鋳型を作製する。ついで、この湯口に溶湯（溶融金属）を注入（鋳込み）して、溶湯の熱により消失模型を分解ガス化させて消失させ、消失模型が存在していた製品空間（キャビティ）に充填され凝固することにより鋳物製品が製造される。

しかしながら、発泡ポリスチレンなどを初めとする消失材料は、炭化水素を主な組成物としており、熱により分解することにより気化したり、炭化物に分解されている。こうして生成されたガスや炭化物などが鋳物製品内に残留することで、鋳物製品のガス欠陥などの原因となる。

このような問題を解決するためにたとえば、吸引鋳枠内を、ゲ−ジ圧で−４６．７ｋＰａより真空に近い圧力から、ゲ−ジ圧で−４６．７ｋＰａより大気圧に近い圧力に切り替えて注湯を行う鋳型の減圧方法がある(特許文献１参照)。
鋳型内を吸引する方法は、鋳込み時に消失模型の燃焼ガスを吸引するためガス欠陥の防止や、鋳型キャビティ内を吸引し減圧するため良好な溶湯の湯流れ性、鋳型砂に乾燥砂を使用する場合で鋳込み時の鋳型強度が高くなり型くずれや型張りなど鋳型または鋳型砂に起因する不具合の防止などの効果を有している。これらの効果は吸引圧力が低圧力になるほど大きくなる。

特許第３７５９３８４号公報

つぎに吸引圧力が低圧力になるほど大きくなる問題について説明する。図６に示される鋳型１０１は、上下２段に配設された消失模型（製品型）１０２に湯口１０３、湯道１０４および堰１０５から構成される湯口系や、押し湯部１０６が組み付けられたのち、鋳枠１０７内に配置し、鋳物砂１０８が充填されている。そして、鋳枠１０７のチャンバーＣの吸引管Ｃ１には、レシーバータンク１０９を介して真空ポンプ１１０が接続されている。なお、符号１１１は圧力調整器である。
この鋳型１０１において、図７に示されるように、吸引圧力を低圧力、たとえばゲージ圧で−６０．０４ｋＰａ（−４５０ｍｍＨｇ）にするほど鋳込みのときに最初の溶湯Ｍが著しく吸引されて、湯口系や、押し湯部１０６、消失模型１０２側に流れる。そして、この溶湯は鋳物砂１０８内の吸引力により、塗型が塗布されていない湯道１０４や、堰１０５、押し湯部１０６の周りの鋳物砂１０８の内壁面１０８ａに沿って吸着されて薄い金属皮膜１１２を形成する。そして、この金属皮膜１１２の熱により湯道１０４や、堰１０５、押し湯部１０６の消失材料が分解ガス化して消失し、この湯道１０４、堰１０５および押し湯部１０６を埋設した部分が空洞Ｓとなり、その後に鋳込まれた溶湯がこの空洞に流れて行く現象（以下、溶湯の先走り現象という）が見られる。

このような現象が起こると、この湯口系の薄い金属皮膜１１２は通気性がないため、湯口系の消失材料の燃焼ガスは湯口系から排出されない。このため、湯口系に発生するガス欠陥や酸化物、異物欠陥は、製品部に移動し、製品部で欠陥となって残ることとなる。また、この先走り現象では、後から鋳込まれた溶湯と薄い金属皮膜が完全に溶け合わないために鋳造後の鋳物製品に湯境や湯じわといった欠陥が発生する問題がある。

ここで、逆に吸引圧力を高圧力、たとえばゲージ圧で−３３．３４ｋＰａ（−１００ｍｍＨｇ）に近づけると、前記先走り現象は抑えられるが、消失材料の燃焼ガスの吸引および排出が不充分になったり、鋳込み時の湯流れが低下する問題がある。
そこで、本発明は、叙上の事情に鑑み、鋳込み時に薄い金属皮膜の形成を抑えることにより、ガス欠陥、異物欠陥、湯境や湯じわといった欠陥などを防止し、良好な鋳物製品を得ることができる鋳型の減圧方法を提供することを目的とする。

本発明の鋳型の減圧方法は、鋳型内を吸引しながら注湯工程を行う鋳型の減圧方法であって、前記注湯工程における注湯初期の終了まで、大気圧に近い所定の第１吸引圧力で前記鋳型内を吸引する工程と、前記注湯初期の終了時点から、前記所定の第１吸引圧力より低い所定の第２吸引圧力に切り替えて前記鋳型内を吸引する工程とを含むことを特徴としている。

本発明によれば、注湯初期の終了時点から、大気圧に近い所定の第１吸引圧力より低い所定の第２吸引圧力に切り替えて注湯を行うことにより、溶湯の先走り現象による薄い金属皮膜の発生を抑えることができ、鋳型強度の確保、消失模型の燃焼ガスの排出、溶湯の湯流れ性の改善が可能となる。これにより、金属皮膜の部分に生じやすいガス欠陥、異物欠陥、湯境や湯じわといった欠陥などの発生を防止することができる。その結果、良好な鋳物製品を得ることができる。

本発明において、注湯工程における注湯開始から注湯終了までの期間のうち、注湯開始から湯口系に溶湯が満たされ消失模型に入りだす時点までを注湯初期と称している。そして、本発明は、鋳型内の吸引圧力を注湯工程における注湯初期の終了時点から大気圧に近い所定の第１吸引圧力から低真空に近い所定の第２吸引圧力に切り替えて注湯を行う。
本発明は、消失模型が鋳枠内に配置されたのち、鋳物砂に埋設された鋳型を用いる消失模型鋳造法に適用することができる。
たとえば、前記消失模型鋳造法において、消失模型の材料には一般的に用いられるポリスチレンやポリメチルメタクリレートなどの発泡材料を使用することができる。また、この発泡材料には耐火度と通気性を有する塗型を施工した後、鋳型砂に埋設されるが、この際の塗型剤は一般的に消失模型鋳造用として公知のものを使用することができる。湯口系および押し湯部に関しては、消失模型と同様の材料を使用することもできる。
また、鋳物砂は、その種類を問わない。鋳物砂へ添加する粘結剤は酸硬化でもアルカリ硬化型など一般に公知の自硬性プロセスに採用される粘結剤とすることができる。
また、鋳型を密閉にするために鋳枠にシール材を用いることができる。このシール剤としては、プラスチック系の他に金属系やゴム系など充分な気密性を有する材質を用いることができる。

以下、添付図面に基づいて本発明の鋳型の減圧方法および該減圧方法に用いる減圧装置を説明する。図１に示されるように、本発明の一実施の形態にかかわる減圧装置は、鋳型の減圧方法として消失模型鋳造法に適用した場合の減圧装置であって、鋳型１、該鋳型１の吸引配管経路Ａに連結される吸引機構１１、配管切替え装置１２および制御盤２１を備えている。
前記鋳型１は、本実施の形態の場合、チャンバー２とフィルタ付吸引管２ａを底部に有する有底形状の鋳枠３と、該鋳枠３内に上下２段に配設される消失模型４と、該消失模型４の周りに組み付けられた湯口５、湯道６、堰７および押し湯部８と、鋳枠３内に充填された鋳型砂９とから構成されている。

本実施の形態では、前記吸引配管経路Ａの途中に接続される配管切替え装置１２から吸引機構１１までの吸引配管経路Ａが２つに分岐する真空配管系統Ａ１、Ａ２にされている。そして、前記制御盤２１は配管切替え装置１２に連結されている。この配管切替え装置１２としては、たとえばバルブを用いた切替え装置から構成される装置を用いることができる。
なお、鋳型１から配管切替え装置１２までの吸引配管経路Ａの配管を主吸引配管Ｐとし、配管切替え装置１２から吸引機構１１までの吸引配管経路Ａのうち真空配管系統Ａ１、Ａ２の配管を第１分岐吸引配管Ｐ１および第２分岐吸引配管Ｐ２とする。
前記鋳型１と配管切替え装置１２とを接続する主吸引配管Ｐは、チャンバー２の吸引部に着脱自在に連結されている。また、前記吸引機構１１は、本実施の形態では、第１分岐吸引配管Ｐ１および第２分岐吸引配管Ｐ２に接続される、真空ポンプ１１ａと、圧力調整器１１ｂと、レシーバータンク１１ｃとから構成されているが、本発明においては、これに限定されるものではない。

前記制御盤２１は、配管切替え装置１２を操作して注湯工程における注湯初期の終了時点から注湯初期の所定の第１吸引圧力より低い所定の第２吸引圧力に切り替える制御をする構成であれば、本発明において、とくに限定されるものではない。たとえば図２に示されるように、検知手段として、下段の消失模型４に組み付けられた堰７に近い湯道６の位置ａと該堰７から消失模型４に溶湯が流入する位置（堰７と消失模型４との境目より少し上流位置）ｂとに埋め込まれた導電線３１に結線された電池３２と電球３３とからなるタッチセンサ３４を用いて、あらかじめ注湯実験により図３〜４に示されるように、溶湯の注入（注湯開始）から溶湯Ｍが湯道６を通過して堰７から消失模型４に流入したときに知らせる電球３３の点灯までの時間を算出する。本実施の形態では、この注湯開始から電球３３の点灯までの時間として注湯初期の終了を知ることができる。

このため、前記制御盤２１は、注湯初期に掛かる時間の記憶部と、注湯開始信号を入力してから注湯初期の終了時点の信号に基づいて、前記配管切替え装置１２を作動して、注湯初期の終了時点まで大気圧に近い所定の第１吸引圧力により鋳型１を吸引していた真空配管系統Ａ１から低真空に近い所定の第２吸引圧力により吸引する真空配管系統Ａ２に切り替える制御部とで構成されている。
本発明において、前記所定の第１吸引圧力および所定の第２吸引圧力は適宜選定することができるが、たとえば前記所定の第１吸引圧力としてはゲージ圧で−１ｍｍＨｇ〜−１００ｍｍＨｇであり、前記所定の第２吸引圧力としてはゲージ圧で−１０１ｍｍＨｇ〜−４５０ｍｍＨｇとすることができる。第１吸引圧力がゲージ圧で−１００ｍｍＨｇを超えると、前記先走り現象が抑えきれなくなる。第２吸引圧力がゲージ圧で−４５０ｍｍＨｇを超えると、鋳込んだ溶湯による製品に対する差し込み欠陥が増加する。

以上説明したとおり、注湯初期では、真空配管系統Ａ１で鋳型１をゲージ圧で、たとえば−７５ｍｍＨｇの吸引圧力により吸引することにより、溶湯の先走り現象を抑えることができるため、湯道６、堰７、押し湯部８の周辺表面に薄い金属皮膜が形成されない。このため、これらの周辺表面の通気性を確保することができる。
この注湯初期を経過すると、湯口系や押し湯部８に順次溶湯が充填され、これ以降は溶湯の先走り現象は起きにくくなり、消失模型４のキャビティに溶湯が満たされていく段階である。
このため、注湯初期の終了時点から、配管切替え装置１２を作動して、真空配管系統Ａ２で鋳型１をゲージ圧で、たとえば−３５０ｍｍＨｇの吸引圧力に切り替えて吸引する。
これにより、消失模型４の燃焼ガスが充分に吸引され、かつ排出されるとともに、溶湯の湯流れ性が改善される。また、鋳込み時の鋳型の強度が確保されて、型くずれや型張りなどが発生しなくなる。
また、前記注湯初期の終了時点から吸引圧力を切り替えた吸引は、注湯終了および注湯終了後も続けられるが、注湯終了後に大気圧に近い吸引圧力に切り替えることができる。これにより、省エネ効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、前記溶湯の先走り現象に起因するガス欠陥、酸化物欠陥、湯境い欠陥、湯じわ欠陥が発生しないことにより注湯温度の低温度化を可能とするとともに、この注湯温度の低下により注湯作業環境改善効果（注湯温度が下げられれば注湯作業者の高温作業が楽になる）を得ることができる。

なお、本実施の形態では、上下２段に配設した消失模型を鋳物砂に埋設した鋳型について説明しているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、１段に配設した消失模型や３段以上に配設した消失模型を鋳物砂に埋設した鋳型にも適用することができる。
また、本実施の形態では、あらかじめ実験により算出した注湯初期の終了時点を制御盤に記憶させて注湯工程を行っているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、注湯作業毎に鋳型に注湯初期の終了時点を検知する検知手段を取り付けて注湯工程を行うこともできる。
また、本実施の形態では、配管切替え装置１２を設けこれに制御盤２１を連結するとともに吸引配管経路Ａを途中で２系統に分岐しているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、配管切替え装置１２を省くとともに吸引配管経路Ａを分岐させずに吸引圧力を切り替える構成とすることもできる。たとえば図５に示されるように、制御盤４１を吸引機構４２における真空ポンプ４２ａの圧力調整器４２ｂに接続させて吸引圧力を切り替えるようにすることができる。なお、符号４２ｃはレシーバータンクである。
さらに、本実施の形態では、前記配管切替え装置１２から吸引機構１１までの吸引配管経路Ａを２系統に分岐しているが、３系統など所定の個数に分岐させて吸引圧力を段階的に吸引させることもできる。

本発明の一実施の形態にかかわる減圧システムの部分切欠き図である。 本発明における注湯初期の終了時点を検知するタッチセンサを説明する図である。 注湯初期と図２のタッチセンサの動作を説明する図である。 注湯初期と図２のタッチセンサの動作を説明する図である。 本発明の他の実施の形態にかかわる減圧システムを説明する図である。 従来の消失模型を使用した鋳造法を説明する図である。 注湯の先走り現象を説明する図である。

符号の説明

Ａ 吸引配管経路
Ａ１、Ａ２ 真空配管系統
Ｐ 主吸引配管
Ｐ１ 第１分岐吸引配管
Ｐ２ 第２分岐吸引配管
１ 鋳型
２ チャンバー
２ａ フィルタ付吸引管
３ 鋳枠
４ 消失模型
５ 湯口
６ 湯道
７ 堰
８ 押し湯部
９ 鋳型砂
１１、４２ 吸引機構
１１ａ、４２ａ 真空ポンプ
１１ｂ、４２ｂ 圧力調整器
１１ｃ、４２ｃ レシーバータンク
１２ 配管切替え装置
２１、４１ 制御盤
３１ 導電線
３２ 電池
３３ 電球
３４ タッチセンサ

Claims (4)

1. 鋳型内を吸引しながら注湯工程を行う鋳型の減圧方法であって、
   前記注湯工程における注湯初期の終了まで、大気圧に近い所定の第１吸引圧力で前記鋳型内を吸引する工程と、
   前記注湯初期の終了時点から、前記所定の第１吸引圧力より低い所定の第２吸引圧力に切り替えて前記鋳型内を吸引する工程
   とを含む鋳型の減圧方法。
2. 前記注湯初期の終了時点をあらかじめ注湯実験により算出する工程を含む請求項１記載の鋳型の減圧方法。
3. 前記注湯初期の終了時点を検知する工程を含む請求項１記載の鋳型の減圧方法。
4. 前記所定の第１吸引圧力がゲージ圧で−１ｍｍＨｇ〜−１００ｍｍＨｇであり、前記所定の第２吸引圧力がゲージ圧で−１０１ｍｍＨｇ〜−４５０ｍｍＨｇである請求項１、２または３記載の鋳型の減圧方法