JPH0729177B2 - 局部冷却ロストワックス鋳物の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、局部冷却ロストワックス鋳物の製造方法に関
する。

［従来技術］ ロストワックス法は精密鋳造法として最も代表的な鋳造
法である。

ロストワックス法は、鋳肌、寸法精度に優れた鋳物を製
造することができ、産業機械、自動車、電気通信、航空
器等用部品の製造に広く利用されている。

ロストワックス法はインジェクション、アセンブリ
ー、コーティング、脱ろう、焼成、予熱、鋳
造、型ばらし、切断、という工程により構成され
る。ここで インジェクションは、製品形状と同形状のイキワッ
クスパターンを作成する工程であり、通常金型に溶融状
態のワックスを注入することにより行なわれる。

アセンブリーは、インジェクションにより作成され
たイキワックスパターンにゲート、ランナー、湯口等を
組み立てる工程である。このように組み立てられたもの
は一般にツリーと称される。

コーティングは、ツリーをスラリー（水ガラス、コ
ロイダルシリカ等の粘結剤に微細な耐火物を懸濁させた
液）中に浸漬し、スラリーが乾燥する前に即座にサンデ
ィング（耐火物のふりかけ）を行うことにより耐火物を
コートし、乾燥する工程である。このコーティングは数
回繰り返し、強度等を考慮した所望の厚さになされる。
このコーティングにより内部にワックスを内蔵した鋳型
（シェルモールド）が作成される。

脱ろうは、上記コーティング後の鋳型からワックス
を除去する工程であり、ワックスを内蔵した鋳型を溶融
ワックス中に浸漬したりオートクレーブ中に入れる事に
より行なわれる。

焼成は、鋳型に強度を与えるとともに、鋳型内に残
存するワックスを燃焼させ、鋳型内からワックスを完全
に除去するために行なわれる。すなわち、鋳型内にワッ
クスが残存すると、鋳造後の製品の肌荒れをまねくので
これを避けるためである。

通常焼成は800〜900℃近傍の温度で行なわれる。

予熱は、鋳型を200〜400℃に加熱する工程であり、
鋳造時の湯流れを良好にするために行なわれる。

型ばらしは、鋳造後の製品から鋳型を除去する工程であ
り、切断は、湯口、湯道、ゲートを製品とを分離する工
程である。

（背景） ところで、製品の中には、厚肉部を有する製品がある。
かかる製品を鋳造すると、薄肉部における冷却速度と厚
肉部における冷却速度とが異なり、厚肉部の冷却速度は
必然的に遅くなるので、厚肉の部位に引き巣が発生した
り、また結晶粒の粗大化をまねいたりする。

かかる引け巣は、Ｘ線検査、ザイグロ検査等により検出
され、その部分は切り欠き欠陥となるので応力集中を招
き、耐疲労特性を低下させる原因となる。

また、粗大な結晶粒を有する製品は、機械的強度の低下
をまねくものである。

さらに、例えば、タービンブレードの静翼は、インナー
シュラウド、アウターシュラウド部が厚肉であり、この
部分に引け巣が発生したりすると、この静翼をエンジン
に溶接により組み込む際、溶接欠陥の原因となったりす
る。

かかる欠陥を防止するため、湯口長の調整、ゲート位置
の選択、インシュレータの使用による冷却速度の調整等
の鋳型設計により工夫がなされるがそれにも限度があり
必ずしも充分に上記欠陥を防止しえていない。

そこで、厚肉部の冷却速度を早め引け巣等の欠陥発生を
防止するため次のような技術が試みられている。

冷却速度を速くしたい部位に、鋳型表面から冷媒
（エアー、ミスト、液体窒素等）を用いて冷やす技術。

造型前に冷し金を鋳型内にセットしておく技術。

すなわち、ワックスパターンに予め冷し金を接着してお
き、ワックスパターンと冷し金を一緒にコーティング
し、その後、脱ろう、焼成、鋳造を行なう方法である。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記技術には以下に述べるような問題点があ
る。

冷媒を用いる技術では、鋳型には通気度があるた
め、溶湯表面に冷媒が入り込み、鋳物表面を荒らしてし
まう。

また冷却量を自由には選択できないため必ずしも引け巣
の発生を防止しえない。

脱ろう後、冷し金は鋳型内に残り、残ったまま焼成
すると、焼成温度は900℃と高温のため冷し金表面は酸
化し、酸化により生じた酸化膜が、鋳型のキャビティー
中に脱落し、その結果、肌荒れあるいは、鋳物時に溶湯
中に巻き込まれ製品中に非金属介在物として欠陥を生じ
させる。

さらに、焼成中に鋳型と冷し金は熱膨張するが、鋳型
（耐火物よりなる）の熱膨張率に比べ冷し金の熱膨張率
は大きいので焼成中に鋳型に割れを生じさせる。

［問題点を解決する為の手段］ 上記問題点は、製品ワックスパターンの冷し金を使用す
る部位に、冷し金と略同寸法の冷し金ワックスパターン
を設けるとともに、該冷し金ワックスパターンの一面を
覆って該面にプラスチック板を付着させ、該プラスチッ
ク板の外面を残して、コーティングを行うことにより鋳
型を作成し、次いで、脱ろう、焼成を行った後、該鋳型
のコーティングされなかった部分から冷し金を該鋳型に
挿入し、次いで鋳造、型バラシ、切断を行うことを特徴
とする局部冷却ロストワックス鋳物の製造方法によって
解決される。

本発明は、まず、製品ワックスパターンの冷し金を使用
する部位に、冷し金と略同寸法の冷し金ワックスパター
ンを設ける。

冷し金ワックスパターンは、製品ワックスパターンとは
別個にしインジェクション、アセンブリー時に接着して
もよいし、また、製品ワックスパターンと一体成形して
もよい。

次に、本発明では、コーティングを行なう際に、冷し金
ワックスパターンの少なくとも一面にプラスチック板を
付着せしめておきコーティングを行なう。

該面はプラスチック板で覆われているため、該面にはス
ラリー・サンドの付着がなく、付着スラリー・サンドに
起因する鋳物製品における非金属介在物欠陥（シェル噛
み）の発生を防止することができる。

コーティング後は、脱ろうを行なう。なお、コーティン
グしない面に付着したプラスチック板は、脱ろう前に取
りはずす。その面からもろうが逃げるので、脱ろう後に
プラスチック等を取りはずすよりは好ましい。

脱ろう後は焼成を行ない、焼成後、コーティングしない
面から冷し金を挿入する。

なお、冷し金としては、熱伝導率のよい材質を用いるこ
とが好ましい。銅を用いてもよいし、また、コスト的な
面から鋼を用いてもよい。なお、後述する予熱時におけ
る熱膨張を考え、鋳型の冷し金挿入部のキャビテイーよ
り、少し小さめのものを用いることが好ましい。

冷し金挿入後、鋳型を予熱する。この予熱は湯流れをよ
くし、湯回り不良による欠肉欠陥を防止するために行な
われ、通常100〜300℃において行なわれる。従って、こ
の予熱によって冷し金が酸化されることはなく、問題点
で述べたような、肌荒れ、非金属介在物の巻き込みとい
う問題も生じない。また、予熱温度は、焼成温度より低
いことから、冷し金と鋳型との熱膨張率の差により生ず
る鋳型の割れも防止しうる。なお、この鋳型の割れは、
冷し金を冷し金キャビテイー部より小さ目のものを用い
ることによっても防止されるが、これも最初から冷し金
を入れておくのではなく、後に挿入するという本発明に
よって可能となるものである。すなわち、最初から冷し
金を入れておく方法において、小さめの冷し金を入れて
おくと、脱ろう時に冷し金は鋳型中を移動してしまう可
能性があるからである。

予熱後は常法により鋳造する。なお、鋳造は、大気鋳造
であると真空鋳造であるとを問わない。

また、鋳造する合金の種類も問わないが、凝固温度範囲
が広い合金に対して本発明は特に有効である。

鋳造後は放置することにより溶湯を凝固させる。本発明
では、冷し金があるため、厚肉部も早期に凝固し、引け
巣、結晶粒の粗大化をまねかない。

なお、凝固速度をより一層早めたい場合には、冷し金自
身を冷媒で冷却すれば良く、冷却量を自在に選択しう
る。

［実施例］ （実施例） 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

合金としてAl−4.5％Cuを使用した。Al−4.5％Cuは、凝
固温度範囲が広いため引け巣欠陥が発生しやすい合金で
ある。

本実施例では、第１図の１の製品を製造する。

まず、製品１と同じ形状の製品ワックスパターン11をイ
ンジェクション、第２図に示すようにこの製品ワックス
パターン11を、湯口ワックスパターン12、湯道ワックス
パターン13、ゲートワックスパターン14とともに組み立
てる。

次に、製品ワックスパターン11の厚肉部に冷し金ワック
スパターン16を接着させる。さらにこの冷し金ワックス
パターン16の側面17にプラスチック板４を付着させる。

第３図では製品ワックスパターン11と冷し金ワックスパ
ターン16とを別体としたが、インジェクション時に両者
を一体化したワックスパターンを作成してもよい。

また、本例ではプラスチック板４を冷し金ワックスパタ
ーン16の図面上右側面17に付着せしめたが、図面上、上
面18、下面19、あるいは他の個所に付着せしめてもよ
い。

ツリー20作成後はコーティングを行なう。すなわち、ツ
リー20をスラリーに浸漬後サンディング（耐火物のふり
かけ）、乾燥を行ない、この工程を数回繰り返す。

本例ではプラスチック板４の面もスラリー浸漬、サンデ
ィングが行なわれるが、乾燥前に付着した耐火物を除去
すれば、プラスチック板４の面はコーティングされな
い。

なお、プラスチック板４を使用しなくとも、他の手段で
冷し金ワックスパターンの右側面17にスラリーが付着し
ないようにすれば、その右側面17はコーティングされな
い。

コーティングにより各ワックスパターン表面には耐火物
のコーティング層30が形成される。コーティング終了後
脱ろう前の鋳型の断面図を第４図に示す。コーティング
終了後は脱ろうを行なう。

脱ろうは、加熱炉中に鋳型を操入することによって行な
ってもよいし、オートクレーブを用いて行なってもよ
い。なお、プラスチック板４を冷し金ワックスパターン
16から引き離してから脱ろうを行なえば、その部分から
ろうが逃げるので、より好ましい。

脱ろう後は焼成を行なう。焼成は、例えば700〜900℃で
行なえばよい。焼成後、第５図に示すように鋳型内に冷
し金22を挿入した。

次いで200〜300℃で予熱し、鋳造を行なった。

なお、鋳造前において、鋳型に割れは全く見られなかっ
た。

鋳造後、第１表のNo.2については、そのまま放置した。
製品厚肉部における642〜548℃の間の冷却速度を測定し
たところ0.5℃／秒であった。

一方、No.3については、冷し金22をエアーにて吹き付け
た。その際の642〜548℃の間の冷却速度は1.10℃／秒で
あった。

なお、比較のため、冷し金を全く使用しない従来の方法
で同じ製品を製造し、第１表のNo.1とした。

以上のようにして得られたNo.1〜No.3の試料につき、厚
肉部における、結晶粒、引け巣の有無、引張強さを調査
した。なお引き巣の観察はＸ線検査により行ない、引張
強さはT6処理を行なった後に調査した。

その結果を第１表に示す。

第１表に示すように、冷し金を使用した本発明の実施例
（No.2,No.3）においては、冷し金を使用しない比較例
（No.1）に比べ、結晶粒は大巾に小さくなり、引け巣は
小さくなり、また、引張強さは大巾に向上している。

特に冷し金をエアーで冷却したNo.3は、結晶粒はNo.1の
半分以下であり、引け巣は全く存在しなかった。

なお、No.2、No.3の鋳肌はNo.1と全く変わらず、肌荒れ
等はなく、ロストワックス特有のきれいな鋳肌が得られ
た。

（比較例） 本例では、プラスチック板の付着を行わず、スラリー漬
浸、サンディング後、冷し金ワックスパターンの右側面
17に付着したスラリー・サンドを各コーティング工程毎
に除去した。他の点Ｈ上記実施例No.3と同様とした。

最終鋳物について、本例とNo.3を顕微鏡にて表面検査し
たところ、本例のものはNo.3のものに比べシェル（非金
属介在物）噛み欠陥が多かった。

［発明の効果］ ロストワックス特有のきれいな鋳物肌を損なうことがな
い鋳物が得られる。

非金属介在物等の巻き込みがない鋳物が得られる。

鋳型割れがない。

引け巣がない鋳物が得られる。

機械的強度の優れた鋳物が得られる。

結晶粒の微細な鋳物が得られる。

冷却量を自由に選択可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は本発明の実施例を説明するための図
であり、第１図は製品及び冷し金形状を示す斜し図、第
２図はワックスパターン組み立て後の状態を示す側面
図、第３図はコーティングしない面を示すための側面
図、第４図はコーティング後の状態を示す断面図、第５
図は脱ろう、焼成後の状態を示す断面図である。 １……製品、４……プラスチック板、11……製品ワック
スパターン、12……湯口ワックスパターン、13……湯道
ワックスパターン、14……ゲートワックスパターン、16
……冷し金ワックスパターン、20……ツリー、22……冷
し金。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】製品ワックスパターンの冷し金を使用する
   部位に、冷し金と略同寸法の冷し金ワックスパターンを
   設けるとともに、該冷し金ワックスパターンの一面を覆
   って該面にプラスチック板を付着させ、該プラスチック
   板の外面を残して、コーティングを行うことにより鋳型
   を作成し、次いで、脱ろう、焼成を行った後、該鋳型の
   コーティングされなかった部分から冷し金を該鋳型に挿
   入し、次いで鋳造、型バラシ、切断を行うことを特徴と
   する局部冷却ロストワックス鋳物の製造方法。