JP4718685B2 - チル成形のための方法およびデバイス - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、鋳鉄をチル成形するための方法およびデバイスに関する。
【０００２】
（背景技術）
成形材料または生砂の硬化層でライニングされた固定金属鋳型（ｓｔａｔｉｏｎａｌｙ ｍｅｔａｌ ｍｏｕｌｄ）での鋳造による鋳鉄部品の製造に関する方法およびデバイスが、ＳＥ−Ｃ−５０６５０８（これは、参考として本明細書中に援用される）に示されている。管状金属鋳型が使用され、これによって、この鋳型内の上方が開いた管状の空間は、絶縁発砲材料を使用してライニングされる。鋳型およびライニング（ｌｉｎｉｎｇ）の冷却効果によって、ライニングの下端から上側に向けて、最後に固化する鉄の上部に存在するフィーダー容量まで、正面に指向性の固化が与えられるような方法で、溶融した鋳鉄を上側から充填する。
【０００３】
記載の方法およびデバイスは、均一な厚みおよび比較的薄い壁を有する鋳造部品（例えば、シリンダーライニング）において秀逸な結果を与えるが、変化する断面およびより複雑な形状を有する部品の鋳造には不適切であり、ここでの冷却速度は、種々の鋳造部品間で非常に大きく変化する。良好な延性手段と組み合わされた改善された力学特性に対する要求は、力学特性を改善するために従来的に使用されている合金材料が使用できないことを意味する。なぜなら、ワーカビリティーが、高カーバイド含有量のために減少し、そして鋳造がその収縮傾向に起因して困難となるからである。
【０００４】
（発明の開示）
従って、本発明の一般的な目的は、変化する断面積および比較的複雑な形状を有する鋳鉄部品のチル成形（ｃｈｉｌｌ ｍｏｕｌｄｉｎｇ）ための方法およびデバイスを提供することであり、ここで、鋳造材料の力学的特性は、添加される合金材料によってのみ制御されず、かつ制限されない。
【０００５】
本発明に従う鋳造方法の更なる目的は、主にパーライトの転移温度範囲（ｐｅａｒｌｉｔｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒａｎｇｅ）により、鋳造物の冷却速度に影響を与える増加した可能性を提供することであり、これによって、力学特性をさらに高く向上することが可能となる。増加した冷却速度は、また、生産性（すなわち、単位時間および生産単位当たりの多数の鋳造部品）を増加させる。
【０００６】
さらに本発明の更なる目的は、高レベルの環境要件（例えば、汚染物質の低放出、低減したエネルギーの使用、きれいな作業環境、鋳型材料または砂（ｓａｎｄ）の減少した使用量、成形材料または砂を堆積するために対応して減少した必要性を伴う鋳造物に対して計算された各重量単位、および付与エネルギーの有意に改善された回収）を満たすことである。
【０００７】
本発明に従って、これらの目的は、鋳鉄を鋳造するためのデバイスによって達成され、このデバイスは、外壁および内壁を有するチル鋳型（ｍｏｕｌｄ）を備え、この鋳型において、内壁は鋳型と接触しており、このデバイスがさらに、加圧手段およびチル鋳型冷却手段を備えることを特徴とし、加圧手段は鋳型の外壁に可変圧力を付与するためにあり、そしてチル鋳型冷却手段は金属チル鋳型の内壁を可変冷却するためにある。
【０００８】
鋳型の壁厚は、鋳造部品の要求される力学特性のための所望の熱転移の速度が達成されるように選択される。鋳型は、好ましくは、成形材料または生砂（ｇｒｅｅｎ ｓａｎｄ）から製造される。
【０００９】
さらに、上記の加圧手段が、金属チル鋳型の外壁に作用する油圧プレス（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｅｓｓ）、空気圧プレス（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｐｒｅｓｓ）を備えることが利点である。
【００１０】
上記チル鋳型冷却手段は、好ましくは、上記金属チル鋳型に配置された多数の冷却サーキット、クーラントコンテナ、熱交換器およびクーラントポンプを備え、これらによって、上記クーラントポンプは、上記冷却サーキットと上記クーラントコンテナ、上記熱交換器および上記クーランとポンプと接続するクーラント導管を通してクーラントを循環する。
【００１１】
これらの目的は、本発明に従って、本発明に従う鋳鉄部品を製造するための方法によって達成され、この方法によって、金属チル鋳型（外壁および内壁を有し、ここで内壁は鋳型と接触している）は、溶融鋳鉄で充填される。この方法は、加圧手段が可変圧力を上記金属チル鋳型の外壁に付与し得ること、およびチル鋳型冷却手段が、鋳造物の冷却中に上記金属チル鋳型の内壁を可変的に冷却し得ることを特徴とする。
【００１２】
上記鋳型は、好ましくは、硬化成形材料また生砂から製造される。この鋳型の壁厚は、要求される冷却速度を達成するように選択される。
【００１３】
この鋳造方法によって、低Ｃ−当量（ｌｏｗ Ｃ−ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）を有する材料、ならびに、相当より高い撓み強さ、疲労強さ、および弾性率（これらの全てが良好な力学特性を与える）を有する鋳造物を得るために使用される、高レベルのカーバイド安定化合金材料（ｃａｒｂｉｄｅ ｓｔａｂｉｌｉｓｉｎｇ ａｌｌｏｙｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）を含む材料の鋳造が可能となる。
【００１４】
低Ｃ−当量を有する材料の鋳造ならびに、中程度の量のカーバイド安定化合金材料、現実的にカーバイドを含有せずに良好な機械加工性を有する丈夫な材料の添加によって得られ得る。
【００１５】
この鋳造方法は、また、鋳造物に、従来の生砂鋳造に相当する、より低い寸法散乱（ｄｉｍｅｎｔｉｏｎａｌ ｓｃａｔｔｅｒ）を提供する。
【００１６】
（本発明を実施するためのモード）
図１は、本発明に従う鋳鉄のチル鋳型鋳造のためのデバイス１００を示す。このデバイスは、剛性厚壁金属チル鋳型１００を備え、この鋳型は側部エレメント２００、上部エレメント２０５および底部エレメント２０７を備える。側部エレメント２００の各々は外壁２１０および内壁２２０を有し、外壁２１０は、溶融鋳鉄が注がれる鋳型キャビティ１５０と離れて面し、そして内壁２２０は鋳型３００と面している。上部エレメント２０５には対応する外側部２０６および内側部２１２を備える。同様に、底部エレメント２０７は、外側部２０８および内側部２１３を有する。鋳型壁３３０の厚みは所望の熱転移速度が得られるように選択される。成形材料、壁厚、圧力および温度によって、この熱転移速度が制御され、これによって、薄壁は高い冷却速度を与え、そして厚壁は低い冷却速度を与える。鋳型３００は、従来の方法、あるいはエアスクイズコアマシン、コア形成マシンによって、またはマニュアルマニファクチュアによって、硬化、絶縁成形材料を使用して、適切な公知の有機または無機結合剤あるいは生砂を使用して生成される。この成形は、鋳型キャビティー１５０を形成するテンプレートを使用して実施される。鋳型壁厚３３０は従来の手段によって生成されるか、あるいは、コアボックスまたは鋳型ブロックの高さによって生成される。鋳型３３０は、好ましくは、第一鋳型部品３１０および第二鋳型部品３２０を備える。鋳型部品３１０はおよび３２０は、コアが組み立てられた後に接着剤またはボルト接続手段によって取り付けられ、コアが要求される。鋳型３００はチル鋳型１００に配置され、この鋳型に、チル鋳型１００の側部エレメント２００、上部エレメント２０５および底部エレメント２０７が、１つ以上の加圧手段４００を加圧することによって鋳型３００の周囲に近づけられる。溶融材料は、鋳型キャビティ１５０に接続された入口ポート１６０を通して鋳型に注がれる。入り口ポートは、従来の方法によって製造される。
【００１７】
このようにして、チル鋳型の側部エレメント２００、上部エレメント２０５および底部エレメント２０７に、チル鋳型に接続して配置された加圧手段４００を使用して可変圧力を付与することが可能となる。加圧手段４００は、好ましくは、油圧プレスまたは空気圧プレスを備え、それぞれチル鋳型の外壁２０６、２０８および２１０に作用するように配置される。チル鋳型１００における溶融材料の固化中に、容量減少（例えば、オーステナイトの形成中）および増加（例えば、グラファイトの形成中）が、種々の相転移中に生じる。容量におけるこれらの変化は、要因（例えば、溶融材料間のサイズにおける関係、鋳型およびコア、もしあれば、ならびに、基本材料（ｂａｓｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）の化学組成物、接種、精錬処理など）に依存してより大きく、またはより小さくなる。チル鋳型の外壁２０６、２０８および２１０のそれぞれに付与される圧力を制御することを可能とすることで、鋳型またはコアに力を付与することなく、または収縮間隙率を生じることなく残渣の溶融材料を増加容量の領域から減少容量のへと転移させる力を部分的に制御することも可能となる。
【００１８】
本発明に従うデバイスにはまた、チル鋳型冷却手段５００によって可変冷却が提供され、それぞれチル鋳型の内壁２１２、２１３および２２０に作用する。チル鋳型冷却手段５００は、チル鋳型の側部エレメント２００、上部エレメント２０５および底部エレメント２０７内に、またはこれらの上に配置された、数個、好ましくは６個の冷却サーキット５２０を備える。チル鋳型冷却手段５００は、好ましくは、水などのクーラントが保存されるクーラントコンテナ５３０、このクーラントから熱を回収するための熱変換器５４０、およびクーラントサーキット５２０の内外にクーラント導管を通してクーラントを循環させるためのクーラントポンプ５５０を備える。
【００１９】
鋳型キャビティ１５０は、全鋳造プロセス間にチル鋳型１００においてクーラントによって冷却される。冷却速度は、鋳型壁３３０の熱転移速度、チル鋳型、鋳型キャビティ１５０の内壁２２０の熱転移速度、およびクーラントの温度によって制御される。この熱転移は、また、加圧手段４００の加圧によっても影響を受ける。冷却速度は、全冷却プロセル中に、パーライト転移が完了するまで制御され、鋳造物のための所望の力学特性を達成する；高い冷却速度は高い強度を与える。パーライト転移相（ｐｅａｒｌｉｔｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｈａｓｅ）を介する冷却速度は、鋳造物の温度がパーライト転移の温度を超える場合、チル鋳型を開放することによって増加され得る。次いで生じる空冷によって、冷却速度が増加され、これによって、さらに高い強度がさらに与える。対して、冷却速度はまた、鋳造物の温度がオーステナイトの範囲である場合、チル鋳型を開放することによっても減少され得る。解放後直ちに、この鋳造物は、絶縁媒体内に浸漬され、絶縁媒体によって覆われ、そして、この状態を鋳造物の温度がパーライト転移温度未満に低下するまで維持される。この方法はまた、鋳造部品への応力を減少させるために使用され得るが、次いで鋳造物は、鋳鉄の場合、その温度が２００℃未満となるまで絶縁媒体中で維持されなければならない。チル鋳型の開放は、所望の材料特性に依存して、パーライト転移相の前後で実施され得る。
【００２０】
本発明は、図に示された実形態または上記の実施形態に制限されないが、添付の特許請求の範囲内で改変され得る、例えば、２個よりも多くの鋳型部品で鋳型を構成すること（例えば、３つまたは４つの部品を使用して１つの鋳型単位を組み立てること）が可能である。
【図面の簡単な説明】
本発明の好ましい実施形態は、添付の図面を参照することで上記により詳細に記載される。
【図１】 図１は、本発明に従う、鋳鉄のチル鋳型鋳造のためのデバイスの概略断面を示す。

Claims (5)

1. 鋳鉄を鋳造するためのデバイスであって、該デバイスは外壁（２０６、２０８、２１０）および内壁（２１２、２１３、２２０）を有する圧力伝達エレメント（２００、２０５、２０７）を有する金属チル鋳型（１００）を備え、該内壁は鋳型（３００）に接触しており、該デバイスがさらに、加圧手段（４００）およびチル鋳型冷却手段（５００）を備え、該加圧手段は該チル鋳型の該圧力伝達エレメント（２００、２０５、２０７）の該外壁（２０６、２０８、２１０）に可変圧力を付与するためにあり、該チル鋳型冷却手段は該チル鋳型の該内壁（２１２、２１３、２２０）を可変冷却するためにある、デバイス。
2. 請求項１に記載のデバイスであり、前記加圧手段（４００）が、前記チル鋳型の前記外壁（２０６、２０８、２１０）に作用するように配置された油圧プレスまたは空気圧プレスを備えるデバイス。
3. 請求項１または２に記載のデバイスであって、前記チル鋳型冷却手段（５００）が、前記チル鋳型（１００）に配置された数個の冷却サーキット（５２０）、クーラントコンテナ（５３０）、熱変換器（５４０）およびクーラントポンプ（５５０）を備え、これらによって、該クーラントポンプが、クーラント導管（５１０）を通してクーラントを循環させ、該クーラント導管（５１０）が、該冷却サーキット（５２０）を互いに接続し、かつ該クーラントコンテナ（５３０）、該熱変換器（５４０）および該クーラントポンプ（５５０）と接続している、デバイス。
4. 請求項１〜３に記載のデバイスであって、前記鋳型の壁（３３０）は、所望の熱転移速度が得られるように選択された厚みを有し、鋳造材料の所望の力学的特性を達成する、デバイス。
5. 請求項１〜４に記載のデバイスであって、前記鋳型（３００）が硬化成形材料または生砂から製造される、デバイス。

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