JP6746683B2 - Mold for centrifugal casting - Google Patents
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Description
本発明は、遠心鋳造用金型に関する。 The present invention relates to a centrifugal casting mold.
円筒状の鋳型をその軸線を中心に高速回転させ、注入した溶融金属を遠心力で金型内壁に張り付かせることで中空鋳造品である管部材を製造する遠心鋳造方法が知られている。
遠心鋳造方法では、成形した鋳造品を鋳型から引き抜きやすくすると共に中空鋳造品の外表面に形状を付与させるため、鋳型内に塗型材を塗布する方法が採られることがある。この場合、塗型材の塗布を容易にすると共に塗布した塗型材を乾燥させるために、塗型材の塗布に際して、鋳型を適切な温度になるまで予め冷却しておきたい。
このため、先行する鋳造サイクルで鋳型から成形した鋳造品を引き抜いた後、次の鋳造サイクルで塗型材を塗布する前に、鋳型の外表面を冷却している。A centrifugal casting method is known in which a cylindrical mold is rotated at high speed around its axis and the injected molten metal is attached to the inner wall of the mold by centrifugal force to produce a tubular member which is a hollow casting.
In the centrifugal casting method, a method of applying a mold coating material in the mold may be adopted in order to easily pull out the molded cast product from the mold and to impart a shape to the outer surface of the hollow cast product. In this case, in order to facilitate the application of the mold coating material and to dry the applied mold coating material, it is desirable to cool the mold in advance to an appropriate temperature when applying the mold coating material.
For this reason, the outer surface of the mold is cooled after the cast product molded from the mold in the preceding casting cycle is pulled out and before the mold coating material is applied in the next casting cycle.
このように、先行する鋳造サイクルで鋳造品を鋳造してから次の鋳造サイクルに移行するまでの間に鋳造型の内部を冷却する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。
特許文献1には、高温の鋳造型の内部に冷却液を噴霧又は散布して冷却するに際し、鋳造型から発生するミストを回収して周辺設備の劣化を防止し、作業環境の改善がはかれるようにした技術が開示されている。As described above, a technique has been proposed in which the inside of the casting mold is cooled between the casting of the cast product in the preceding casting cycle and the transition to the next casting cycle (for example, Patent Document 1).
Patent Document 1 discloses that when cooling or spraying or spraying a cooling liquid inside a high temperature casting mold, mist generated from the casting mold is recovered to prevent deterioration of peripheral equipment and improve the working environment. This technology is disclosed.
遠心鋳造用金型の外表面の冷却に際しては、金型外表面上での部位ごとに温度低下に差が生じ、これによる温度差に起因して金型が変形を起こしていた。この変形により、金型内の鋳造品を引き抜く際の離型抵抗が大きくなり、鋳造品の引き抜きのために強力で大型な装置を用いなくてはならず、遠心鋳造工程の設備が大きくなるなどの問題が発生していた。
しかしながら、特許文献1に開示された技術は、鋳造型を冷却するに際して発生するミストの回収を主眼とするものであり、遠心鋳造用金型をその外表面から冷却する場合に生じる変形等の技術課題については別段の視点がない。During cooling of the outer surface of the centrifugal casting mold, there was a difference in temperature drop between the parts on the outer surface of the mold, and the mold was deformed due to the temperature difference due to this. Due to this deformation, the mold release resistance when pulling out the cast product in the mold becomes large, a powerful and large device must be used for pulling out the cast product, and the equipment for the centrifugal casting process becomes large. Was having problems.
However, the technique disclosed in Patent Document 1 is mainly aimed at collecting mist generated when the casting mold is cooled, and is a technique such as deformation that occurs when the centrifugal casting mold is cooled from its outer surface. There is no particular perspective on the subject.
そこで、本発明は、金型の外表面の冷却を均一に行うことができ、金型の変形を抑制することができる遠心鋳造用金型を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a centrifugal casting mold that can uniformly cool the outer surface of the mold and can suppress deformation of the mold.
発明者等は、遠心鋳造用金型の冷却時における温度低下が部位ごとに異なっていることの原因として、金型表面の部位ごとに、ライデンフロスト現象の発生度合いに差があることを見出した。即ち、金型外表面は、内部に注湯した溶湯の熱により、300℃程度まで上昇しており、その状態で、冷却しようとすると、冷却水が金型外表面で瞬時に蒸発し、金型外表面と液体との間に蒸発気体の層が発生して、熱伝導を阻害するライデンフロスト現象が生じるが、この現象の発生度合いが金型表面の部位ごとに異なる。
発明者等は、上述の点に着眼し、ライデンフロスト現象の発生を抑制して、金型の冷却効果を均一にするため、金型表面に断熱性のあるコーティングを施し、界面温度を下げることにより上記課題を解決した。
ここに、次のような技術を提案する。The inventors have found that, as a cause of the difference in temperature drop during cooling of the centrifugal casting mold from site to site, there is a difference in the degree of occurrence of the Leidenfrost phenomenon from site to site of the mold. .. That is, the outer surface of the mold has risen to about 300° C. due to the heat of the molten metal poured inside, and if cooling is attempted in that state, the cooling water will instantly evaporate on the outer surface of the mold, A layer of vaporized gas is generated between the outer surface of the mold and the liquid to cause a Leidenfrost phenomenon that hinders heat conduction, but the degree of occurrence of this phenomenon varies depending on the site of the mold surface.
The inventors of the present invention have focused on the above-mentioned points and, in order to suppress the occurrence of the Leidenfrost phenomenon and make the cooling effect of the mold uniform, provide a heat-insulating coating on the mold surface and lower the interface temperature. The above problem was solved by.
Here, the following technologies are proposed.
(1)遠心鋳造用金型(例えば、後述する遠心鋳造用金型10)であって、外表面にコーティング(例えば、後述するコーティング10a)を備え、前記コーティングは、酸化鉄膜又は主成分としてカルシウムを含む膜である遠心鋳造用金型。
(1) A centrifugal casting mold (for example, a
上記(1)の遠心鋳造用金型では、酸化鉄膜又は主成分としてカルシウムを含む膜でなるコーティングによって、金型の界面温度がライデンフロスト現象を生じない範囲内に留まるため、遠心鋳造用金型の外表面の均一な冷却がライデンフロスト現象によって阻害されない。従って、遠心鋳造用金型における温度差に起因する変形が抑制される。 In the centrifugal casting mold of the above (1), the coating made of the iron oxide film or the film containing calcium as the main component keeps the interfacial temperature of the mold within a range where the Leidenfrost phenomenon does not occur. Uniform cooling of the outer surface of the mold is not impeded by the Leidenfrost phenomenon. Therefore, the deformation due to the temperature difference in the centrifugal casting mold is suppressed.
(2)前記コーティングは、前記外表面の略全面を覆うように形成されている、上記(1)の遠心鋳造用金型。 (2) The centrifugal casting mold according to (1), wherein the coating is formed so as to cover substantially the entire outer surface.
上記(2)の遠心鋳造用金型では、上記(1)の遠心鋳造用金型において特に、前記コーティングは前記外表面の略全面を覆うように形成されている。このため、遠心鋳造用金型全体の冷却が均一になり、変形が確実に抑止される。 In the centrifugal casting mold of (2) above, particularly in the centrifugal casting mold of (1) above, the coating is formed so as to cover substantially the entire outer surface. For this reason, the entire centrifugal casting mold is uniformly cooled, and deformation is surely suppressed.
(3)前記コーティングは、前記酸化鉄膜のうち四酸化三鉄を含む膜である、上記(1)又は(2)の遠心鋳造用金型。 (3) The mold for centrifugal casting according to (1) or (2) above, wherein the coating is a film containing triiron tetroxide among the iron oxide films.
上記(3)の遠心鋳造用金型によれば、特に、ライデンフロスト現象の抑制効果が良好である。従って、遠心鋳造用金型の冷却が均一になり、変形が確実に抑止される。 According to the centrifugal casting mold of (3) above, the effect of suppressing the Leidenfrost phenomenon is particularly good. Therefore, cooling of the centrifugal casting mold becomes uniform, and deformation is surely suppressed.
(4)前記コーティングは、前記主成分としてカルシウムを含む膜であり、その厚みが0.4mm以下である、上記(1)又は(2)の遠心鋳造用金型。 (4) The centrifugal casting mold according to (1) or (2) above, wherein the coating is a film containing calcium as the main component and has a thickness of 0.4 mm or less.
上記(4)の遠心鋳造用金型によれば、特に、ライデンフロスト現象の抑制効果が良好である。従って、遠心鋳造用金型の冷却が均一になり、変形が確実に抑止される。 According to the centrifugal casting mold of (4) above, the effect of suppressing the Leidenfrost phenomenon is particularly good. Therefore, cooling of the centrifugal casting mold becomes uniform, and deformation is surely suppressed.
(5)前記コーティングは、前記主成分としてカルシウムを含む膜のうち主成分を炭酸カルシウムとする膜である上記(1)又は(4)の遠心鋳造用金型。 (5) The centrifugal casting mold according to (1) or (4), wherein the coating is a film containing calcium carbonate as a main component among films containing calcium as the main component.
上記(5)の遠心鋳造用金型によれば、特に、ライデンフロスト現象の抑制効果が良好である。従って、遠心鋳造用金型の冷却が均一になり、変形が確実に抑止される。 According to the centrifugal casting mold of (5) above, the effect of suppressing the Leidenfrost phenomenon is particularly good. Therefore, cooling of the centrifugal casting mold becomes uniform, and deformation is surely suppressed.
本発明によれば、金型の外表面の冷却を均一に行うことができ、金型の変形を抑制することができる遠心鋳造用金型を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a mold for centrifugal casting that can uniformly cool the outer surface of the mold and can suppress deformation of the mold.
先ず、本発明の遠心鋳造用金型を用いて行う遠心鋳造の工程について説明することにより、本発明で課題としている遠心鋳造用金型の外表面からの冷却について明らかにする。 First, the process of centrifugal casting performed using the centrifugal casting mold of the present invention will be described to clarify the cooling from the outer surface of the centrifugal casting mold, which is the subject of the present invention.
図1は、本発明の遠心鋳造用金型を用いて行う遠心鋳造の工程図である。図1では、遠心鋳造の1サイクルの工程を表している。
図1において、1サイクルの工程は(a)→(b)→(c)→(d)→(e)→(f)の順に行われ、この1サイクルが循環的に繰り返されて毎回鋳造品が作られる。
本例の場合、鋳造品は管状体であり、1本の管状体である鋳造品が既定の長さで複数に切断されて、それぞれエンジンのシリンダスリーブに加工される。FIG. 1 is a process drawing of centrifugal casting performed using the centrifugal casting mold of the present invention. FIG. 1 shows a process of one cycle of centrifugal casting.
In FIG. 1, the steps of one cycle are performed in the order of (a)→(b)→(c)→(d)→(e)→(f), and this one cycle is cyclically repeated to make a casting product every time. Is made.
In the case of this example, the cast product is a tubular body, and one cast product that is a tubular body is cut into a plurality of pieces each having a predetermined length and processed into a cylinder sleeve of an engine.
上述の工程において、(a)は金型清掃工程、(b)は型温調整工程、(c)は塗型塗布工程、(d)は注湯工程、(e)はキュア工程、(f)は製品引き抜き工程である。
図1において、円筒状の遠心鋳造用金型10はその軸が略水平方向となるように設置される。遠心鋳造用金型10は2組のローラによって軸の周りに回転可能に支持される。2組のローラは、図1において、左側の1組の一対のローラ21と右側の1組の一対のローラ22である。これらのローラ21及びローラ22は図示しないモータ等の動力源によって回転駆動され、この回転に伴って遠心鋳造用金型10がその軸の周りに回転する。遠心鋳造用金型10の一端側(図1において左側)には中心部に開口(不図示)が設けられた円環状枠体11が嵌装される。また、遠心鋳造用金型10の他端側(図1において右側)にはエンドキャップ12が着脱可能に嵌装される。
遠心鋳造用金型10は(f)の製品引き抜き工程以外の工程では回転を持続する。
尚、遠心鋳造用金型10は外表面に特定のコーティングが施されていることを一つの特徴とするが、これについては後に詳述する。In the above process, (a) is a mold cleaning process, (b) is a mold temperature adjusting process, (c) is a coating mold applying process, (d) is a pouring process, (e) is a curing process, and (f) is a process. Is a product drawing process.
In FIG. 1, a cylindrical
The
The
次に(a)から(f)までの1サイクルの工程について順次説明する。
(a)の金型清掃工程では、直前のサイクルにおいて塗型と鋳造品とによるワークが抜き出されて未だ高温の遠心鋳造用金型10の内周面が、部分的にそのロッド30が示された清掃機構の先端側に取付けられたブラシ31によって清掃される。ロッド30、従って、ブラシ31は遠心鋳造用金型10の軸方向に往復移動し、このとき遠心鋳造用金型10はその軸の周りに例えば、180rpm程度の低速で回転を持続する。これにより、遠心鋳造用金型10の内周面である鋳型全体が清掃される。Next, the steps of one cycle from (a) to (f) will be sequentially described.
In the mold cleaning step of (a), the inner peripheral surface of the
(a)の金型清掃工程で内周面全体が清掃された遠心鋳造用金型10は、その内周面である鋳型に塗型材を塗布して塗型を形成する。塗型は成形した鋳造品を鋳型から引き抜き易くする目的で形成されるが、本例の場合は、中空鋳造品の外表面に多数の細かい凸部或いは棘状体(スパイニー)を形成させる目的もある。上述のような塗型を用いて鋳造した中空鋳造品から加工されたシリンダスリーブは、外表面にスパイニーが転写されている。このようなシリンダスリーブが配置されてエンジンブロックに鋳込まれるとそれらのシリンダスリーブは外表面のスパイニーによって正規の位置に強固に保持される。
In the
塗型材の塗布を容易にし、且つ塗布した塗型材を効率よく乾燥させるためには、予め遠心鋳造用金型10を適切な温度まで冷却する必要がある。
そこで、上述した(a)の金型清掃工程に次ぐ(b)の型温調整工程では、遠心鋳造用金型10の外表面にスプレーノズル41から冷却水を噴霧して遠心鋳造用金型10を冷却している。即ち、高温の遠心鋳造用金型10の外表面に冷却水を噴霧した際の冷却水の気化熱によって遠心鋳造用金型10が冷却される。冷却水の噴霧は、遠心鋳造用金型10にエンドキャップ12を嵌装した状態で、遠心鋳造用金型10を例えば、180rpm程度の低速で回転させながら行う。In order to facilitate the application of the mold coating material and to efficiently dry the coated mold coating material, it is necessary to cool the
Therefore, in the mold temperature adjusting step (b) following the mold cleaning step (a) described above, cooling water is sprayed from the
しかしながら、従来は、この冷却を行うに際して、既述のように、遠心鋳造用金型10の外表面上での温度低下に差が生じ、その温度差に起因して金型が変形を起こしていた。遠心鋳造用金型10に変形が生じてしまうと、鋳造品を引き抜く際の離型抵抗が大きくなり、ワーク取出装置として強力で大型の装置を用いる必要が生じるなどの技術課題があった。
この技術課題を解決する手段が遠心鋳造用金型10の外表面に施された特定のコーティングであるが、これについては、(a)から(f)までの1サイクルの工程について説明した後に詳述する。However, conventionally, when this cooling is performed, as described above, there is a difference in temperature decrease on the outer surface of the
The means for solving this technical problem is a specific coating applied to the outer surface of the
(b)の型温調整工程において、スプレーノズル41からの冷却水の噴霧によって適温まで冷却された遠心鋳造用金型10に対し、次の(c)の塗型塗布工程で、内周面である鋳型全体に塗型材60を塗布する。
(c)の塗型塗布工程における塗型材60の塗布は、塗型材供給装置(不図示)からエンドキャップ12の開口部を通して遠心鋳造用金型10内部に延びた中空シャフト51の先端のノズル52から遠心鋳造用金型10の内周面である鋳型全体に塗型材60を吹き付けて行う。中空シャフト51及びノズル52は遠心鋳造用金型10内で長手方向に移動しながら塗型材60を噴射する。In the mold temperature adjusting step of (b), the
The coating of the
一方、遠心鋳造用金型10自体は、例えば、1500rpm程度の中速で回転を持続するため、次第に、内周面である鋳型全体に塗型材60が塗布され塗型61が形成される。
また、塗型材60の塗布時における塗型61の温度は、例えば、150℃〜350℃程度である。On the other hand, the
Further, the temperature of the
(c)の塗型塗布工程で、遠心鋳造用金型10の内周面全体に塗型61が形成されると、次に、(d)の注湯工程で溶湯70が注湯される。溶湯70は図示しない溶解炉で準備されポット71に定量が蓄えられ、このポット71からトラフ72の注湯管73を通して遠心鋳造用金型10の内部、従って、塗型61に注がれる。この間、遠心鋳造用金型10は例えば、2000rpm程度の高速で回転を持続しているため、溶湯70には遠心力が作用し、例えば、注湯後90秒程度経過した後の(e)のキュア工程で、塗型61の内面側に均一な鋳造品74が形成される。
When the coating die 61 is formed on the entire inner peripheral surface of the
次いで、(f)の製品引き抜き工程では、遠心鋳造用金型10の回転を停止させ、エンドキャップ12を取り外す。この状態で、ワーク取出し装置80を用いて塗型61と鋳造品74とが一体になったワークを引き抜く。この引き抜きにおける離型抵抗は例えば、5.0kN〜9.0kN程度である。引き抜いたワークから塗型61を除去すると、外表面にスパイニーが転写された鋳造品74が得られる。この場合の鋳造品74の重量は、例えば、10kg〜35kg程度である。
Next, in the product drawing step (f), the rotation of the
(f)の製品引き抜き工程が終了して工程の1サイクルが終了すると、再び(a)の金型清掃工程から次の1サイクルが始まる。 When the product withdrawing process of (f) is completed and one cycle of the process is completed, the next one cycle starts again from the mold cleaning process of (a).
図2は、図1の工程における遠心鋳造用金型の温度の履歴を表す図である。
図2において、横軸は、図1における既述の1サイクルの工程(a)→(b)→(c)→(d)→(e)→(f)の推移(即ち、時間の推移)を表し、縦軸は、温度(℃)を表している。
図2における各工程(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)に係る経過時間(本例で観察を行った概略の時間帯)と、各工程での遠心鋳造用金型の温度の一例を、より具体的に次の表に示す。FIG. 2 is a diagram showing the temperature history of the centrifugal casting mold in the process of FIG.
In FIG. 2, the horizontal axis represents the transition of the steps (a)→(b)→(c)→(d)→(e)→(f) of one cycle described in FIG. 1 (that is, the transition of time). And the vertical axis represents the temperature (° C.).
The elapsed time (the approximate time zone in which observation was performed in this example) according to each step (a), (b), (c), (d), (e), and (f) in FIG. 2 and each step More specifically, an example of the temperature of the centrifugal casting mold is shown in the following table.
即ち、図1の工程における、遠心鋳造用金型の温度は、行程の進行と共に図2に定性的に表されたように推移し、より具体的には、上記表に表されたような値をとる。
従って、以下のように遠心鋳造用金型の冷却時における曲り量の温度依存性に着眼した考察においても、上記表における温度範囲で見るものとする。
図3は、遠心鋳造用金型の冷却時における曲り量の温度依存性を表す図である。
図3の特性は、発明者等が種々考察を重ねつつ実験により見出したものである。
図3において、横軸におけるTkは遠心鋳造用金型10の温度[℃]であり、Tiは界面の温度[℃]である。ここに界面とは、遠心鋳造用金型10と冷却水との境界面であり、本実施形態の場合、遠心鋳造用金型10の外表面に施された特定のコーティングの外表面がこの界面に該当する。
Tkの各値 に対応してTiが表記され、この表記のとおりTk よりもTiが低く、該当するコーティングの厚み方向にTk とTiの差分に対応する温度勾配を生じている。
また、縦軸は、遠心鋳造用金型の曲り量[mm]である。That is, the temperature of the centrifugal casting mold in the process of FIG. 1 changes as the process progresses as qualitatively represented in FIG. 2, and more specifically, the value as represented in the above table. Take
Therefore, in consideration of the temperature dependence of the bending amount during cooling of the centrifugal casting mold as described below, the temperature range in the above table is also considered.
FIG. 3 is a diagram showing the temperature dependence of the bending amount during cooling of the centrifugal casting mold.
The characteristics of FIG. 3 have been found by the inventors through experiments while conducting various studies.
In FIG. 3, Tk on the horizontal axis is the temperature [° C.] of the
Ti is written corresponding to each value of Tk, and as shown, Ti is lower than Tk, and a temperature gradient corresponding to the difference between Tk and Ti is generated in the thickness direction of the corresponding coating.
The vertical axis represents the bending amount [mm] of the centrifugal casting mold.
図3より理解されるとおり、遠心鋳造用金型10の温度Tk が270[℃]、対応する界面の温度Tiが245[℃]を境界にして、これ以下の領域Z1では、曲り量が0.05[mm]〜0.15[mm]のように余り問題のない範囲に留まる。これに対し、上記境界以上の領域Z2では、曲り量が0.30[mm]〜0.65[mm]のように不連続に増大する。従って、領域Z2では、遠心鋳造用金型10から図1を参照して既述の(f)の製品引き抜き工程における離型抵抗が大きくなってワーク取出し装置80に要求される仕様や鋳造品の品質等の点で支障を生じる。即ち、遠心鋳造用金型10が曲りにより偏心すると、鋳造品が偏肉する不良が生じ、スパイニーにもばらつきが生じる。
As can be understood from FIG. 3, the temperature Tk of the
上述のような、遠心鋳造用金型10の温度Tk が270[℃]、対応する界面の温度Tiが245[℃]という境界値は、ここを境にして、これより高温の領域でライデンフロスト現象が活発に起こっていると推定される。即ち、この高温の領域ではライデンフロスト現象に起因して遠心鋳造用金型10の外表面では部位によって冷却効果に差異が生じ、不均一な温度分布が生じる結果、遠心鋳造用金型10に不所望な曲りが発生していると推定される。
As described above, the boundary value that the temperature Tk of the
従って、ライデンフロスト現象を抑制し、遠心鋳造用金型10の冷却を効率的に行うためには、遠心鋳造用金型10の温度Tk が270[℃]で、これに対応する界面の温度Tiが245[℃]という境界値以下となるように、界面の温度Tiを留めるようにすると曲りの発生を抑制するに効果的であることが判る。
Therefore, in order to suppress the Leidenfrost phenomenon and efficiently cool the
発明者等は、ライデンフロスト現象の発生を抑制して、上記界面の温度Tiを245[℃]という境界値以下にして金型の冷却効果を均一にするために、遠心鋳造用金型10外表面に断熱性のあるコーティングを施し、界面温度を下げることにより上記課題を解決した。
In order to suppress the occurrence of the Leidenfrost phenomenon and make the temperature Ti of the interface below the boundary value of 245[° C.] to make the cooling effect of the mold uniform, the inventors of the present invention have performed the cooling outside the
図4は、本発明の一実施形態としての遠心鋳造用金型に施されたコーティングを表す概念図である。
図4は、特に、図1を参照して既述の遠心鋳造用金型10について、その横断面視による視座で遠心鋳造用金型10自体とその外表面に施されたコーティング10aとを表している。本実施形態では、このコーティング10aが次に述べるような特定のものであり、このようなコーティング10aを施すことによって既述の技術課題を解決している。FIG. 4 is a conceptual diagram showing a coating applied to a centrifugal casting mold as one embodiment of the present invention.
FIG. 4 particularly shows the
ここで、界面の温度Tiは、以下の関係式(1)により算出される。 Here, the temperature Ti of the interface is calculated by the following relational expression (1).
この関係式(1)において、Tk は遠心鋳造用金型10の温度、Twは冷却水の温度、ρは比重、Cpは比熱、λは熱伝導率である。また(ρ・Cp・λ)は物性値であり、上記関係式において(ρ・Cp・λ)kは遠心鋳造用金型10のコーティング10aの物性値、(ρ・Cp・λ)wは冷却水の物性値である。In this relational expression (1), Tk is the temperature of the
既述のように、界面の温度Tiが245[℃]という境界値以下であればライデンフロスト現象は起こり難く、従って、界面の温度Tiが245[℃]以下となるような条件を充足する物性値を呈する物質が遠心鋳造用金型10の外表面のコーティング10aに適する。
As described above, if the interface temperature Ti is equal to or lower than the boundary value of 245 [°C], the Leidenfrost phenomenon is unlikely to occur. Therefore, physical properties satisfying the condition that the interface temperature Ti is 245 [°C] or less are satisfied. A substance exhibiting a value is suitable for the
そして、上記関係式から、熱伝導率λが2.0W/m・K以下のコーティング10aでは、界面の温度Tiが245[℃]以下となるような条件を充足する。従って、このようなコーティング10aを遠心鋳造用金型10の外表面に施すことにより、ライデンフロスト現象の発生が抑制され、冷却工程における冷却の不均一に起因する遠心鋳造用金型10の不所望な曲りが予防されることが判る。
From the above relational expression, the
そこで発明者等は、種々実験を重ね、上述の条件を充足し、遠心鋳造用金型10の外表面に施すコーティング10aに適する膜を特定した。即ち、「黒染め」と通称される黒錆、即ち、四酸化三鉄(Fe3O4)膜がその一例である。この場合は、通常、四酸化三鉄(Fe3O4)と同時に水酸化鉄(FeO(OH))が生成されることから、水酸化鉄もコーティング10aを成す膜として適合すると考えられる。即ち、酸化鉄膜が遠心鋳造金型の外表面に施すコーティングに適する。また、カルキと水中のミネラル(Ca)が反応して生成した炭酸カルシムを主成分として含む、膜がコーティング10aに適することを確認した。即ち、主成分としてカルシウムを含む膜が遠心鋳造金型の外表面に施すコーティングに適する。Therefore, the inventors have conducted various experiments, and have specified the film suitable for the
特に、炭酸カルシウム(CaCO3)ないし炭酸カルシウムを主成分とする膜により遠心鋳造用金型10の外表面のコーティング10aを形成する場合には、コーティング10aの厚みが0.4[mm]以下においてライデンフロスト現象を効果的に抑制でき、遠心鋳造用金型10に対する効率の良い冷却が可能である。In particular, when the
上述のようなコーティング10aの厚みLは、次のような関係式(2)を以下の表に示す条件下で充足する値として算定したものである。
即ち、演算については次の関係式(2)を適用した:The thickness L of the
That is, the following relational expression (2) was applied to the calculation:
関係式(2)において、Lはコーティング10aの厚み、QJは放熱を要する熱量、λは熱伝導率(本例の場合は炭酸カルシウム(CaCO3)ないし炭酸カルシウムを主成分とするコーティング10aの熱伝導率)、θ1はコーティング10aにおける遠心鋳造用金型10と接している側の温度、θ2はコーティング10aにおける冷却水がかけられる外表面の温度、Aはコーティング10の外表面の面積、tは経過時間である。
この場合、経過時間tを余り長く設定すると鋳造のサイクルタイムが伸びて生産性が低下してしまうため、30秒を上限と設定した。In the relational expression (2), L is the thickness of the
In this case, if the elapsed time t is set too long, the casting cycle time will increase and the productivity will decrease, so 30 seconds was set as the upper limit.
上記関係式(2)を適用してコーティング10aの厚みLを算定するに際し、設定した条件は次の表の通りである。
以上述べた本実施形態の遠心鋳造用金型10の作用効果を要約する。
(1)遠心鋳造用金型10では、酸化鉄膜又は主成分としてカルシウムを含む膜でなるコーティングによって、金型の界面温度がライデンフロスト現象を生じない範囲内に留まるため、遠心鋳造用金型10の外表面の均一な冷却がライデンフロスト現象によって阻害されない。従って、遠心鋳造用金型10における温度差に起因する変形が抑制される。The operational effects of the
(1) In the
(2)コーティング10aは、遠心鋳造用金型10外表面の略全面を覆うように形成されている。このため、遠心鋳造用金型10全体の冷却が均一になり、変形が確実に抑止される。
(2) The
(3)コーティング10aは、酸化鉄膜のうち四酸化三鉄(Fe3O4)を含む膜であるため、ライデンフロスト現象の抑制効果が良好である。従って、遠心鋳造用金型10の冷却が均一になり、変形が確実に抑止される。(3) Since the
(4)コーティング10aは、主成分としてカルシウムを含む膜であり、その厚みが0.4mm以下である。このため、ライデンフロスト現象の抑制効果が良好である。従って、遠心鋳造用金型の冷却が均一になり、変形が確実に抑止される。
(5)コーティング10aは、主成分としてカルシウムを含む膜のうち主成分として炭酸カルシウム(CaCO3)を含む膜である。このため、ライデンフロスト現象の抑制効果が良好である。従って、遠心鋳造用金型の冷却が均一になり、変形が確実に抑止される。(4) The
(5) The
なお、本発明は、上述の態様の他にも種々変形変更して実施することができる。
上述の例は、エンジンのシリンダスリーブ(シリンダライナー)の製造工程に適用される遠心鋳造用金型であった。
しかしながら、この態様に限られず、種々の遠心鋳造用金型に適用可能であり、比較的長尺の管状体などの製造時に適用する場合には、冷却時の曲りが少ないため、鋳造品の引き抜きが容易であり、これは生産効率の点からも品質管理の点からも大きな利点となる。ここに、品質管理上の利点とは、具体的には、遠心鋳造用金型の冷却時の曲りが少なくなって鋳造品が偏肉する不良が生じ難くなり、スパイニーの形成にもばらつきが難くなるなどの点である。The present invention can be implemented with various modifications and changes in addition to the above-described aspects.
The above-mentioned example is the centrifugal casting mold applied to the manufacturing process of the cylinder sleeve (cylinder liner) of the engine.
However, the present invention is not limited to this mode, and is applicable to various molds for centrifugal casting, and when it is applied during the production of a relatively long tubular body or the like, since there is little bending during cooling, pulling out of the cast product Is easy, which is a great advantage in terms of production efficiency and quality control. Here, the quality control advantage is, specifically, the bending of the centrifugal casting mold during cooling is less likely to cause defects such as uneven thickness of the cast product, and variations in spiny formation are also less likely to occur. It becomes a point.
10…遠心鋳造用金型
10a…コーティング
41…スプレーノズル
60…塗型材
61…塗型
70…溶湯
74…鋳造品10... Mold for
Claims (1)
外表面にコーティングを備え、
前記コーティングは主成分を炭酸カルシウムとする膜であり、前記金型外表面の全面を覆い、膜厚が0.2mmから0.4mmの範囲である
遠心鋳造金型。 A centrifugal casting mold,
With a coating on the outer surface,
The coating is a film whose main component is calcium carbonate , which covers the entire outer surface of the mold and has a film thickness in the range of 0.2 mm to 0.4 mm.
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