JP5598670B2 - 鋳物砂の除去方法と鋳物砂の除去装置 - Google Patents

Description

本発明は、中子を用いた鋳物の鋳物砂を除去する鋳物砂の除去方法と鋳物砂の除去装置に関する。

注湯後に解枠し、その鋳物の鋳物砂並びに注湯により発生したガラ、ダマなどを除去する必要があるが、一般にこうした鋳物砂の除去は、鋳物砂が付着した鋳物を振動させることで除去するか、或いはショットブラスト、エアーブローなどの手段又はそれらの併用によって行われている。

しかし、近年多用されているシェル中子などを用いた鋳物では、鋳物の内部に中子樹脂などが焼き付いていて、これが容易に除去出来難いという問題があり、種々対応策が検討されている。
そこで、中空部が屈曲するような形状の鋳物の鋳物砂、中子砂を容易に除去する方法として、研掃材乃至衝撃付与材（金属球）をその中空部に投入し、鋳物を揺動させることが提案されている。

こうした従来技術としては、次の文献が挙げられる。
特開２０１０−６４０８２ 特開２００４−１７４６０３

上述した従来技術の金属球を用いた方法は、具体的には、３〜３０ミリの直径の金属球を用いること、その鋳物を振動させるときの振動数が、略５〜２０Ｈｚであり、捩れ幅（振幅）が略３０〜２００ミリであること、その揺動時間が略１〜１２０分であることことが提案されている。

こうした鋳物砂（中子砂）の除去方法を実践してみたが、次の問題点が生じた。
先ず、金属球が直径５ｍｍを超える１０ミリ、２０ｍｍ或いは３０ミリの大きなものであると、例えば、鋳物として、上記中空部を形成するシリンダーヘッドの給排気ポートのような内径の小さい箇所での剥離除去が旨く行かないことが分かった。これは、狭い空間内であるが故に、金属球（スチールボール等を使用）の移動距離が採れず、振動を付与した際に金属球を十分に加速して内壁に衝突させることが出来難く、衝撃作用が十分に発揮できないことが原因であると予測できる。

また、振動を付与する際に、その振動数が略５〜２０Ｈｚの場合、振動としては極めて緩やかなものであり、その中空部内において金属球に対して所定の往復運動を付与するとはできるが、このような緩慢な振動では、鋳物砂の剥離処理スピードが遅く、作業時間がかかる。

勿論、振動付与による処理時間を、略１〜１２０分としているが、そうした１分程度では、中空部内の中子砂の剥離排出は出来難いものであった。
かかる従来技術では、鋳物の中空部内における中子砂（シェル砂を含め）の剥離、除去としての実用化に至っていなかったもので、こうした中空部という特殊な条件下おいて有効な剥離作用を発揮させるためには、研掃材としての金属球（メディア）と振動の他のファクターについても検討が必要であるものと結論された。

本発明は、かかる問題点に鑑み、中子を用いた鋳物の鋳物砂を効果的に、且つ、能率良く剥離、除去することができると共に使用する研掃材を循環使用するところの鋳物砂の除去方法と鋳物砂の除去装置とを提供することを目的とする。

本発明にかかる鋳物砂の除去方法は、上記目的を達成するために、除去室に前記鋳物を設置し、前記除去室を、振動数４０Ｈｚ〜６０Ｈｚ、振幅５ｍｍ〜１５ｍｍ、加速度２０Ｇ〜５０Ｇで振動させながら、前記鋳物に対して多数の粒径１ｍｍ〜５ｍｍの研掃材を所定量投入し、前記鋳物の鋳物砂の除去と前記中子の焼き付き部位を剥離除去し、前記研掃材を回収して次の鋳物に対して使用するように循環使用する、中子を用いた鋳物の鋳物砂を除去する鋳物砂の除去方法であって、前記研掃材として上記粒径のスチールボールを用い、該スチールボールの全体容積が、前記鋳物中空部の鋳物空間の容積率の少なくとも５０％乃至８０％となる量に制御して供給することを特徴とする。

本発明にかかる鋳物砂の除去装置は、上記目的を達成するために、中子を用いた鋳物の鋳物砂を除去する鋳物砂の除去装置であって、前記鋳物を設置する除去室（１）と、該除去室（１）を振動させる振動機（２）であって、振動数４０Ｈｚ〜６０Ｈｚ、振幅５ｍｍ〜１５ｍｍ、加速度２０Ｇ〜５０Ｇを発現できるものと、所定重量の前記研掃材であって、その粒径が１ｍｍ〜５ｍｍのものと、前記除去室（１）に前記研掃材を供給する供給ホッパー（３）と、前記除去室（１）から排出された排出物を分別する振動コンベア（４）と、前記振動コンベア（４）から分離された砂及び前記研掃材を前記供給ホッパー（３）に搬送する搬送装置（５）と、前記鋳物砂及び前記研掃材を分離するセパレーター（７）と、該セパレーター（７）から鋳物砂だけを排砂する排砂シュート（６）、とから成り、前記研掃材が前記鋳物に対して循環再使用されるように構成されている、ことを特徴とする。

本発明において、鋳物とは、アルミ合金、鋳鉄、鋳鋼などの鋳物を含む。
そして、研掃材とは、ショット球、鋼球、ベアリング球、カットワイヤー、グリッド、その他、この種の鋳物業界で使用されているもの全てを含み、その素材も、スチール、ステンレススチール、真鍮、亜鉛等、種々のものが含まれる。
また、中子は、シェル中子を意味しているが、炭酸ガス反応型、油性砂焼成型など、既に公知の手段で成形されている全ての中子を含む。そして、その表面は、塗型剤が塗布されることがある。
また、振動機は、二次元方向の振動を生成する型のもの、三次元方向の振動を生成する型のものなど、電動機とバランサーとによって構成されている公知の振動機全てを含む。

本発明の方法及び装置によれば、鋳物の中空部などのような特殊な部位に対しても十分な衝撃力でもって中子砂を剥離、除去するには、比較的小径の研掃材、即ち、粒径が１ｍｍ〜５ｍｍのもので、これに対して運動エネルギーを十分に付与する大きな加速度、即ち、２０Ｇ〜５０Ｇの振動でもって、且つ、その振幅も小さく、即ち、５ｍｍ〜１５ｍｍとし、且つ、その振動数は、４０Ｈｚ〜６０Ｈｚと大きくすることが有効であり、且つ、前記研掃材をスチールボールとすると共に該スチールボールの全体容積が、前記鋳物中空部の鋳物空間の容積率の少なくとも５０％乃至８０％、好ましくは７０％となる量に制御して供給することが、鋳物空間でのスチールボールの衝突力、反射衝突力を高め、スチールボール同士の衝突確率を出来るだけ小さくして、振動付与による鋳物空間内壁に対するスチールボールの衝突エネルギーをトータルで見て高い状態のものとすることができ、鋳物空間内壁及び鋳砂表面に対する最も効果的な衝突剥離作用を現出させ得るものであるということを見出したものである。これによって、狭い中空部でも小さな研掃材に十分な加速度で、頻繁な振動、即ち、４０Ｈｚ〜６０Ｈｚの振動によって、中空内壁へ大きな運動エネルギーの衝撃を確実に、且つ、頻繁に付与できることで、効果的な剥離作用を、効率よく行うことができるに至ったものである。しかも、その研掃材を回収し、次の鋳物に対して使用できるように循環させるものであるから、全体としての鋳物砂除去作業の能率が大幅に向上させることができる利点がある。

また、本発明の装置によれば、振動コンベア、搬送装置、セパレーター、供給ホッパーなどの敷設によって、研掃材の循環ルートがサークルに形成されて、再利用が可能となっているもので、装置としてもコンパクトに構成でき、特に実施例のように、上下の方向に循環させる方式では設置スペースを小さくできる。

発明を実施するための好適形態

本発明方法の実施に際しては、中子の焼き付き部位の剥離除去と共に塗型剤をも除去することが好ましい。
前記塗型剤は、鋳物の表面に焼き付いて残る場合が多々あり、これを綺麗に除去することができる。
本発明に言う塗型剤とは、実施例では、シェル中子に用いるジルコン系（ジルコン、黒鉛、酸化鉄）のものであるが、その他、中子に使用する公知の塗型剤を全て対象とする。

また、前記除去室から排出された排出物を、ガラ、ダマと砂及び前記研掃材とに分別し、前記ガラ、ダマは廃棄し、砂及び前記研掃材はセパレーターに回収して後に前記砂、微粉を排砂し、前記研掃材は前記供給ホッパーに供給して次の鋳物に対して循環使用することが望ましい。このようにすると、排出物の二段階の分別処理が可能で、先に、ガラ、ダマを排出、処理することでもって、研掃材（及び鋳物砂）の循環搬送を軽負荷で行うことができる。

本発明の鋳物砂の除去方法に用いる鋳物砂の除去装置を示す全体の正面図である。 本発明の除去装置の側面図である。 本発明の除去装置の防音ボックスを設けた状態の側面図である。 本発明の剥離除去の作用を示す概略説明図である。

以下、本発明にかかる鋳物砂の除去方法と該方法に用いる除去装置について、図面を参照して詳述する。
図１は、除去装置の全体を示す正面図であり、図２は、その側面図、図３は、防音ボックスを敷設した状態の他の側面図、図４は、除去作用を説明する概略図である。

この除去装置は、鋳物Ｃ（図４参照）を設置する除去室１と、該除去室１を振動させる振動機２であって、振動数４０Ｈｚ〜６０Ｈｚ、振幅５ｍｍ〜１５ｍｍ、加速度２０Ｇ〜５０Ｇを発現できるものと、研掃材として、ここではスチールボールＢ（図４参照）を用い、その粒径が１ｍｍ〜５ｍｍのものと、前記除去室１に前記スチールボールＢを供給する供給ホッパー３と、前記除去室１から排出された排出物を分別する振動コンベア４と、前記振動コンベア４から分離された砂及び前記スチールボールを前記供給ホッパー３に搬送する搬送装置５と、前記砂及びスチールボールＢを分離するセパレーター７と、該セパレーター７から鋳物砂だけを排砂する排砂シュート６とから成る。

前記除去室１は、上部にスチールボールＢを投入する開口１Ａが設けられており、底部には排出口１Ｂが設けられている。そして、横方向には、前記鋳物Ｃを挿入設置し、取り出すための作業用開口１Ｃが設けられている。図３は、防音ボックス８が略全体を覆った状態を示し、この防音ボックス８は、防音素材、防音構造のパネルにより構成されている。
前記振動機２は、この実施例では、二次元方向の振動を創出できる型のもので、その性能は、振動数４０Ｈｚ〜６０Ｈｚ、振幅５ｍｍ〜１５ｍｍ、加速度２０Ｇ〜５０Ｇを発現できるものである。
この振動機２は、振動モーター２Ａ，２Ｂと、振動機本体２Ｃとから構成され、この振動機本体２Ｃと前記除去室１とが固定されている。

前記スチールボールＢは、その粒径が１ｍｍ〜５ｍｍのものを、略均等な比率で混在させた状態で用いる。尤も、その比率は、対象となる鋳物の形状等に鑑み、適宜のものを選択してよい。
前記振動コンベア４は、当業界において使用されている公知のものを用いている。

前記搬送装置５は、ここでは、前記振動コンベア４から受け渡しされたスチールボールＢ及び鋳物砂を上方に持ち上げるバケットエレベーター５Ａと、これを水平に搬送するスクリューコンベア５Ｂとから構成されている。

前記セパレーター７は、スチールボールＢと鋳物砂及び微粉とを分離するもので、ここでは、篩い型（スクリーン）が用いられている。このセパレーター７には、排砂シュート６が連設されており、分離された鋳物砂を外部へ排出し、再使用或いは廃棄処理する。
また、微粉は、このセパレーター７の排気口７Ａに連設されるダクトを介して集塵機（図外）に吸引される。
前記供給ホッパー３は、前記セパレーター７からスチールボールＢを受け取り、前記除去室１に供給するもので、底部には、開閉自在のゲート３Ａが設けられている。

ここでは、鋳物としてアルミ合金の鋳造物を対象として次のように鋳物砂、特にシェル中子の除去方法を実施した。
先ず、除去室１に前記鋳物Ｃを設置し、前記除去室１の振動を、ここでは、振動数４５Ｈｚとし、振幅は、１０ｍｍに、加速度４０Ｇに設定して振動させながら、前記鋳物Ｃに対して、研掃材として、粒径１ｍｍ〜５ｍｍのスチールボールＢを所定量、ここでは、その鋳物の持つ鋳物空間の容積率の７０％となる量に制御されて供給される。

図４に示すように、前記スチールボールＢは、除去室１の前記鋳物の中空部にまで入り込み、且つ、内部で微細に振動して中空部内壁に頻繁に衝突し、効率良く付着した中子残留物Ｄを除去して行くことができた。ここでの除去対象物の中子残留物Ｄには、シェル中子、中子に塗布した塗型剤（ジルコン系（ジルコン、黒鉛、酸化鉄）も含まれる。

この実施例で行った除去方法に基づき、アルミ合金鋳物について、振動機の振動数と、加速度と、鋳物空間の容積率の７０％に対応したスチールボールＢの使用量を適宜設定し、鋳物砂除去を行ったところ、剥離除去の結果についての関係として、次のような結果が得られた。
振動数 加速度 ＳＢ使用量（空間容積比）処理時間 結果
４０Ｈｚ ２０Ｇ ７０％ ３分 可
４０Ｈｚ ２０Ｇ ７０％ ３分 良
４０Ｈｚ ３０Ｇ ７０％ ３分 良
４０Ｈｚ ３０Ｇ ７０％ ３分 優良
４０Ｈｚ ５０Ｇ ７０％ ３分 優良
５０Ｈｚ ２０Ｇ ７０％ ３分 可
５０Ｈｚ ３０Ｇ ７０％ ３分 優良
５０Ｈｚ ３０Ｇ ７０％ ３分 優良
５０Ｈｚ ５０Ｇ ７０％ ３分 優良
６０Ｈｚ ２０Ｇ ７０％ ３分 可
６０Ｈｚ ３０Ｇ ７０％ ３分 優良
６０Ｈｚ ３０Ｇ ７０％ ３分 優良
６０Ｈｚ ５０Ｇ ７０％ ３分 優良
上記のＳＢ使用量は、対象鋳物の鋳物空間容積比を示す。
この結果から、何れの設定においても、比較的短い処理時間であっても、鋳物砂の除去効果が十分に得られたことが分かる。
尚、研掃材の使用について、上記鋳物空間容積比を７０％で実施したが、他に５０％、６０％、８０％に設定して、夫々、振動数、加速度、処理時間を上述のように設定して実施してみたところ、結果として研掃作用（除去）が全て良であり、略々上記結果に準ずる状態が得られた。

尚、本発明の実施に際して、研掃材を投入し、振動を付与して中空鋳物の残留鋳物砂を除去しているときに、この鋳物に対してエアーを吹き付け、鋳物外部から除去室１の外部へと排出するようにすることで、中空鋳物内部で一旦剥離された鋳物砂、中子、中子に塗布された塗型剤を外部へ排出させることができる。
こうした方策を併用することで、より一層鋳物砂の除去作用をスムースに行い、綺麗な仕上げ面を得ることができるものである。

本発明にかかる鋳物砂除去方法と装置は、振動及び研掃材（スチールボール等）の特定条件を設定することで、中空鋳物の残留鋳物砂を効率良く除去できると共に研掃材を循環使用して行うものであるので、作業能率が高く、研掃材を有効使用ができて、その応用範囲は広い。

１：除去室
２：振動機
３：供給ホッパー
４：振動コンベア
５：搬送装置
６：排砂シュート
７：セパレーター

Claims (2)

1. 除去室に鋳物を設置し、前記除去室を、振動数４０Ｈｚ〜６０Ｈｚ、振幅５ｍｍ〜１５ｍｍ、加速度２０Ｇ〜５０Ｇで振動させながら、前記鋳物に対して多数の粒径１ｍｍ〜５ｍｍの研掃材を所定量投入し、前記鋳物の鋳物砂の除去と前記中子の焼き付き部位を剥離除去し、前記研掃材を回収して次の鋳物に対して使用するように循環使用する、中子を用いた鋳物の鋳物砂を除去する鋳物砂の除去方法であって、
   前記研掃材として上記粒径のスチールボールを用い、該スチールボールの全体容積が、前記鋳物中空部の鋳物空間の容積率の少なくとも５０％乃至８０％となる量に制御して供給することを特徴とする鋳物砂の除去方法。
2. 請求項１に記載の鋳物砂の除去方法に用いる鋳物砂の除去装置であって、
   前記鋳物砂を設置する除去室（１）と、
   該除去室（１）を振動させる振動機（２）であって、振動数４０Ｈｚ〜６０Ｈｚ、振幅５ｍｍ〜１５ｍｍ、加速度２０Ｇ〜５０Ｇを発現できるものと、
   所定重量の前記研掃材であって、その粒径が１ｍｍ〜５ｍｍのものと、
   前記除去室（１）に前記研掃材を供給する供給ホッパー（３）と、
   前記除去室（１）から排出された排出物を分別する振動コンベア（４）と、
   前記振動コンベア（４）から分離された砂及び前記研掃材を前記供給ホッパー（３）に搬送する搬送装置（５）と、
   前記鋳物砂及び前記研掃材を分離するセパレーター（７）と、
   該セパレーター（７）から鋳物砂だけを排砂する排砂シュート（６）と、
   から成り、
   前記研掃材が前記鋳物に対して循環再使用されるように構成されていることを特徴とする鋳物砂の除去装置。

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