JP2004188447A

JP2004188447A - 鋳造砂型製造用の模型

Info

Publication number: JP2004188447A
Application number: JP2002358370A
Authority: JP
Inventors: Akio Yamanishi; 昭夫山西; Yoshibumi Takamatsu; 義文高松
Original assignee: MEIKO KOGYO KK; Komatsu Castex Ltd
Current assignee: MEIKO KOGYO KK; Komatsu Castex Ltd
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】金属の鋳造に使用する砂型を製造するための模型であって、高い寸法精度をもったものを提供すること。
【解決手段】比誘電率εｒおよび（または）誘電損失ｔａｎδが低偉材量を選択し、熱可塑性または熱硬化性の樹脂１００重量部に、セラミック物質の粉末を１０〜５０重量部混合し、得られたマイクロ波特性の良好な混合材料をいったんブロック形状またはニアネットシェイプ形状に成形し、これを機械加工して、目的とする鋳造砂型の形状を有するキャビティをもった模型を得る。この模型を用いた砂型の製造は、水性バインダーを使用し、マイクロ波照射により有利に行なうことができる。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属の鋳造に使用する砂型を製造するための模型、その製造方法およびこの模型を使用した砂型の製造方法に関する。本発明において、「マイクロ波特性が良好」とは、その材料の比誘電率εｒおよび（または）誘電損失ｔａｎδが低く、従ってマイクロ波の照射を受けたときに、温度が上昇する度合いの低いことを意味する。
【０００２】
【従来の技術】
金属の鋳造に使用する砂型を製造するためには、一般に、砂型に対してポジ／ネガの関係にある模型を用意しておき、そのキャビティに、珪砂を代表とする耐火物粉末に、水性バインダー、たとえば水ガラスや硫酸マグネシウムの水溶液を混合したものを充填し、マイクロ波を照射して水性バインダーを発熱させ、水分を蒸発させて耐火物粉末を一体化させる、という手法によっている。このとき、水分の除去を助けるよう、減圧することが多い。
【０００３】
従来、上記の砂型製造作業に用いる、砂型に対してポジ／ネガの関係にある模型を製造するには、模型に対してネガ／ポジの関係にある原型を用意し、そのキャビティに液状のシリコーン樹脂やエポキシ樹脂を注入して、それを触媒の作用で固化させる、という方法が採用されていた。
【０００４】
鋳造に精密さが要求されるようになると、いきおい砂型製造用の模型も寸法精度の高いものが必要になるが、従来の製造方法では、模型の寸法精度に限界がある。それは、原型に注入した樹脂が硬化するときに縮小が避けられないからである。複雑な形状の砂型を製造するには、模型を多数に分割して組み合わせる必要があり、それら模型の形状寸法が合致しないと、砂型の製造に差し支える。従来技術によるときは、すべての工程を手作業で行なわなければならず、能率がよくない上に、コストが高くなることが避けられない。
【０００５】
とくに、大量に生産される鋳造品の代表である自動車エンジンの部品についてみると、水冷部を形作るジャケット中子や、エンジンブロックを形作るブロック中子は、いくつもの中子を組み合わせて構成するため、それぞれが高い精度を持っていなければならない。これらの模型は、ＣＡＤ・ＣＡＭによりＮＣ加工をして仕上げたい。そこで、原型に樹脂を注入固化させて得た模型を機械加工して精度を高めたいが、シリコーン樹脂はゴムに近い性質であって機械加工が困難であるし、エポキシ樹脂は欠けやすく、細かい細工は容易にできない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、このような実情にかんがみ、機械加工が可能であって、高い寸法精度をもった鋳造砂型製造用の模型材料、この模型材料を用いた模型、およびその製造方法を提供することにある。この鋳造砂型製造用の模型を用いて砂型を製造する方法を提供することも、本発明の目的に含まれる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の鋳造砂型製造用の模型材料は、熱可塑性または熱硬化性の合成樹脂１００重量部に、セラミック物質の粉末を１０〜５０重量部混合した、マイクロ波特性の良好な混合物をブロック形状に成形してなるものである。
【０００８】
したがって本発明の鋳造砂型製造用の模型は、上記のブロック形状の模型材料で製造した鋳造砂型製造用の模型である。
【０００９】
【発明の実施形態】
上記した鋳造砂型製造用の模型の製造方法は、熱可塑性または熱硬化性の合成樹脂１００重量部に、セラミック物質の粉末を１０〜５０重量部混合し、得られたマイクロ波特性の良好な混合物をブロック形状またはニアネットシェイプ形状に成形して模型材料とし、この模型材料を機械加工して目的とする鋳造砂型の形状を有するキャビティを与えることからなる。模型材料をブロック形状、代表的には直方体や円柱状に成形すれば、それから任意の形状の模型を製造できるが、最終的な模型の形状になるべく近いニアネットシェイプ形状にすることができれば、材料の歩留まりがよいし、機械加工量が少なくてすむから、工具の損耗という点からも有利である。
【００１０】
本発明の模型材料には、マイクロ波特性が良好なこと、すなわち、砂型製造時のマイクロ波照射によりそれ自体の温度が上昇する度合いが低いものを用いる。そのためには、材料の比誘電率εｒおよび（または）誘電損失ｔａｎδが低いことが望ましい。よく知られているように、マイクロ波が誘電物質を通過する際に発生するエネルギーＱは、次の式で表される。
Ｑ＝０．５５６×１０^−１０εｒ・ｔａｎδ・ｆ・Ｅ^２［Ｗ／ｍ^３］
ここで、εｒ：比誘電率ｔａｎδ：誘電損失
ｆ：マイクロ波の周波数Ｅ^２：電界の強さ［Ｖ／ｍ］
【００１１】
材料とする合成樹脂は、後の機械加工を行なう場合に温度が高まること、また砂型の製造時は常にマイクロ波による発熱があることを考えると、熱可塑性樹脂よりも熱硬化性樹脂の方が有利である。模型使用時のマイクロ波による発熱の度合いを考え合わせると、フッ素樹脂またはシリコーン樹脂がとりわけに好適である。そのほか、ポリスチレン、ポリカーボネート、ナイロン６、ＡＢＳ樹脂およびポリプロピレンが有用である。
【００１２】
セラミック物質の粉末は、やはり、上記したマイクロ波特性の良好なものが好ましいが、そのほかに、混合物を機械加工するときに、工具を損傷する度合いが低いことが望ましい。シリカ、アルミナ、ジルコニアなどが代表的であるが、ステアタイト粉末が、軟らかで工具を損わない点で有利である。べリリア粉末も同様に工具にとって好ましいが、高価なことが難点である。そのほか、ホウケイ酸ガラス粉末も有用である。
【００１３】
合成樹脂に対する粉末の混合割合は、合成樹脂１００重量部に対して１０〜５０重量部の範囲からえらぶとよい。１０重量部に達しない配合では、粉末を添加する効果が乏しく、５０重量部を超える配合をすると、混合物の機械的性質が低下し、機械加工時にむしれを生じたり、工具の損傷が甚だしくなったりする。製造した模型の耐久性もよくない。
【００１４】
模型の形状は、２個の割り型とすることが代表的な態様であるが、複雑な形状の砂型を製造するための模型であれば、３個またはそれ以上の割り型にすることもあるし、単純なテーパをもつ中子などを製造するための模型であれば、１個の型で、一方から他方に製品を抜き出すようにすることもできる。
【００１５】
本発明の模型を使用した鋳造砂型の製造は、常法によることができる。すなわち、上記の模型のキャビティに、鋳造用の砂に水性バインダーを添加した材料を充填し、常圧ないし減圧下にマイクロ波を照射してバインダーを固化させ、その後、脱型して鋳造砂型を得る工程である。充填は、流し込み−突き固めによってもよいし、空気流を利用した吹き込み、さらにはキャビティを減圧にしておいて材料を吸い込む方法を選んでもよい。
【００１６】
【実施例１】
フッ素樹脂「テフロン」８００Ｊ（三井デュポンフロロケミカル製）粉末１００重量部に対し、２００メッシュ通過の珪石粉末２０重量部を添加し、ミキサーで混合した。この粉末混合物を加圧加熱して一体化し、それをさらに加熱炉に入れて焼成し、縦３０ｃｍ×横１５ｃｍ×高さ１４ｃｍの直方体の形をしたブロックを形成した。このブロックを機械加工して、図１に示す形状の、自動車エンジンの吸気ポート用中子を製造するための模型を得た。図１において、符号（１Ａ）および（１Ｂ）は左右の割型、符号（３）はキャビティである。
【００１７】
この模型を使用し、６．５号珪砂に水ガラス（ダイソー製「Ｃ」グレード、モル比３２）を４％配合し、ワールミキサーで混合した。混合物を空気圧４ｋｇ／ｃｍ^２で模型内に吹き込み、模型ごと真空装置付きマイクロ波装置に入れ、８０ＨＰａの減圧下に２分間、マイクロ波（出力２ｋＷ）を照射した。表面の安定した中子（砂重量約７００ｇ）を得ることができた。中子を取り出したときの、この模型の表面温度は約４５℃であって、冷却の必要なく連続的に中子を製造するために使用できた。
【００１８】
【実施例２】
珪石粉末２０重量部に代えて、ガラス繊維を破砕して粉末状にしたもの２５重量部を使用し、上記の例を繰り返した。離型性がすぐれた模型が得られた。
【００１９】
【実施例３】
シリコーン樹脂「ＴＳＥ２２１−３Ｕ」（ＧＥ東芝シリコーン製）１００重量部にガラス繊維粉末１５重量部を添加し、混合ののち、０．５〜１．０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を加えながら、１７０℃に１０分間、つづいて２００℃に１０分間加熱することにより、直径１００ｍｍ×高さ１００ｍｍの円柱状ブロックを製造した。このブロックを旋盤で加工し、図２に示す形状の、直径が段階的に変化する中子を製造するための、それに応じたキャビティ（３）をもった一体の模型（２）を製造した。キャビティの深さは１００ｍｍ、最大径２５ｍｍ、最小径７ｍｍである。
【００２０】
この模型に、７号珪砂に水ガラスの溶液４％を混合した砂型材料を充填し、マイクロ波照射により固化させた。この模型は離型性がよく、木槌で軽く衝撃を加えるだけで、中子の砂型を取り出すことができた。同じ形状のテフロン製の模型は、さらに離型性が高く、手で押し出すだけで中子を取り出すことができた。
【００２１】
【発明の効果】
本発明に従って鋳造砂型製造用の模型を製造すれば、合成樹脂・セラミック粉末混合物の用意からはじまって、ブロック形状またはニアネットシェイプ形状への成形、ついで機械加工の工程を経て、寸法精度の高い模型部品を製造することが容易であり、その結果、寸法精度の高い砂型が製造できる。本発明において模型製造の対象とする成形品は、適量のセラミック粉末を混合したことにより、合成樹脂単独の成形品よりも剛性が高く、正確な切削加工が可能であり、薄肉の部分や鋭角のエッジをもった部分に関しても、設計どおりの模型を造ることができる。材料の選択が適切であって、マイクロ波特性が良好な模型を製造すれば、砂型製造時の模型の熱膨張が小さくてすむから、寸法精度の高い砂型を製造するという目的に、よりよく合致する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例において製造した模型の形状を示す図であって、Ａは２個の割型の一方について内面をみた側面図、Ｂは２個の割型を合わせた平面図。
【図２】本発明の実施例において製造した模型のキャビティ形状を示す拡大縦断面図。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ中子製造用の模型（左右の割型）
２中子製造用の模型（一体）
３キャビティ

Claims

熱可塑性または熱硬化性の合成樹脂１００重量部に、セラミック物質の粉末を１０〜５０重量部混合した、マイクロ波特性の良好な混合物をブロック形状に成形してなる鋳造砂型製造用の模型材料。
合成樹脂が、フッ素樹脂またはシリコーン樹脂であり、セラミック物質の粉末が、シリカ、アルミナまたはジルコニアである請求項１の模型材料。
請求項１または２に記載の模型材料で製造した、鋳造砂型製造用の模型。
請求項３に記載した鋳造砂型製造用の模型を製造する方法であって、熱可塑性または熱硬化性の合成樹脂１００重量部に、セラミック物質の粉末を１０〜５０重量部混合し、得られたマイクロ波特性の良好な混合物をブロック形状またはニアネットシェイプ形状に成形して模型材料とし、この模型材料を機械加工して目的とする鋳造砂型の形状を有するキャビティを与えることからなる製造方法。
請求項４に記載の模型のキャビティに、鋳造用の砂に水性バインダーを添加した材料を充填し、常圧ないし減圧下にマイクロ波を照射してバインダーを固化させたのち、脱型して鋳造砂型を得ることからなる鋳造砂型の製造方法。