JP2008132512A - 鋳物製品の鋳造方法および該方法に用いられる下鋳型収納機構、ならびに鋳造用プレス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳物製品の製造における酸化皮膜の生成を抑制して、酸化物系の鋳造欠陥を減少させることができる鋳物製品の鋳造方法を提供する。
【解決手段】製品輪郭形状の凹部を有する下鋳型と、該下鋳型に重ね合わせることにより、前記鋳物製品を鋳造するためのキャビティを画成する製品輪郭形状の膨出部を有する上鋳型とを備える鋳型を用いて鋳物製品を鋳造する鋳造方法であって、前記下鋳型を有底形状のガス注入ボックスに設置する工程と、該ガス注入ボックスに雰囲気ガスを注入する工程と、前記下鋳型の凹部に鋳物製品を鋳造するのに必要な所定の量の溶融金属を注湯する工程と、該上鋳型を前記下鋳型に向かって下降させる工程と、該上鋳型を下鋳型に重ね合わせたのち、該上鋳型の下降を停止する工程とを含んでいる。
【選択図】なし

Description

本発明は鋳物製品の鋳造方法および該方法に用いられる下鋳型収納機構、ならびに鋳造用プレス装置に関する。さらに詳しくは、鋳物製品を鋳造するのに必要な所定の量の溶融金属が注入される下鋳型に上鋳型を重ね合わせることにより、鋳物製品を鋳造する鋳物製品の鋳造方法および該方法に用いられる下鋳型収納機構、ならびに鋳造用プレス装置に関する。

従来、上鋳型と下鋳型を重ね合わせた鋳型に画成されるキャビティに溶融金属を注入して鋳物を鋳造する生産においては、溶融金属の流動を制御し、かつ、不純物並びにガスの巻き込みを防止することで不良発生を防止し良品を得ることを目的に、鋳造方案と呼ばれる製品形状とは関係のない溶融金属の流路を設けることが慣習的に必要不可欠とされてきた（たとえば非特許文献１参照）。

そこで、鋳物の歩留まりを上げる方法として、各種の鋳型造型法によって造型された主型でありかつ鋳造方案を達成するのに必要なキャビティを有せず鋳物製品鋳造用として必要なキャビティだけを有する下鋳型と、各種の鋳型造型法によって造型された主型でありかつ鋳造方案を達成するのに必要なキャビティを有せず前記下鋳型のキャビティとで鋳物製品鋳造用のキャビティを画成可能な突起部分を有する上鋳型とを用いて鋳造を行う方法であって、前記鋳物製品だけを鋳造するのに必要な量の溶融金属を前記下鋳型のキャビティ内に注入した後、前記上鋳型の突起部分を溶湯注入の前記キャビティ内に進入させて前記鋳物製品だけを鋳造するのに必要なキャビティを画成するようにして前記上鋳型を前記下鋳型に重ね合わせる鋳造方法（砂型プレスキャスティングプロセス）が提案されている（特許文献１参照）。前記鋳造方法では、所望の鋳物製品を溶融金属の歩留まりが高い状況で容易、かつ確実に鋳造することができる。

（社）日本鋳造工学会 図解 鋳造用語辞典 初版 日本国発行 日刊工業新聞社発行 １９９５年１１月３０日 ２１２頁の湯口系 特開２００５−５２８７１号公報

しかしながら、前記鋳造方法では、上鋳型と下鋳型を合わせるまでのあいだ、下鋳型に注入された溶解金属の表面は酸化雰囲気にあるため、酸化皮膜が生成され、酸化物系の鋳造欠陥として製品に残留するおそれがある。このため、この鋳造方法を用いて良好な鋳物製品を得ることが望まれている。

そこで、本発明は、叙上の事情に鑑み、鋳物製品の製造における酸化皮膜の生成を抑制して、酸化物系の鋳造欠陥を減少させることができる鋳物製品の鋳造方法および該方法に用いられる下鋳型収納機構、ならびに鋳造用プレス装置を提供することを目的とする。

本発明の鋳物製品の鋳造方法は、製品輪郭形状の凹部を有する下鋳型と、該下鋳型に重ね合わせることにより、前記鋳物製品を鋳造するためのキャビティを画成する製品輪郭形状の膨出部を有する上鋳型とを備える鋳型を用いて鋳物製品を鋳造する鋳造方法であって、前記下鋳型を有底形状のガス注入ボックスに設置する工程と、該ガス注入ボックスに雰囲気ガスを注入する工程と、前記下鋳型の凹部に鋳物製品を鋳造するのに必要な所定の量の溶融金属を注湯する工程と、該上鋳型を前記下鋳型に向かって下降させる工程と、該上鋳型を下鋳型に重ね合わせたのち、該上鋳型の下降を停止する工程とを含むことを特徴としている。

また、本発明の鋳物製品の鋳造方法は、製品輪郭形状の凹部を有する下鋳型と、該下鋳型に重ね合わせることにより、前記鋳物製品を鋳造するためのキャビティを画成する製品輪郭形状の膨出部を有する上鋳型とを備える鋳型を用いて鋳物製品を鋳造する鋳造方法であって、前記下鋳型を有底形状のガス注入ボックスに設置する工程と、該ガス注入ボックスに雰囲気ガスを注入する工程と、該雰囲気ガスを注入中に、前記下鋳型の凹部に鋳物製品を鋳造するのに必要な所定の量の溶融金属を注湯する工程と、該上鋳型を前記下鋳型に向かって下降させる工程と、注湯開始から上鋳型が下鋳型に重ね合わされるまでのあいだに前記雰囲気ガスの注入を終了する工程と、該上鋳型の下降を停止する工程とを含むことを特徴としている。

また、本発明の下鋳型収納機構は、製品輪郭形状の凹部を有する下鋳型と、該下鋳型に重ね合わせることにより、前記鋳物製品を鋳造するためのキャビティを画成する製品輪郭形状の膨出部を有する上鋳型とを備える鋳型を用いて鋳物製品を鋳造する鋳造方法に用いられる下鋳型収納機構であって、前記下鋳型を設置する有底形状のガス注入ボックスと、該ガス注入ボックスに雰囲気ガスを注入するガス吹き込み手段と、前記ガス注入ボックスとガス吹き込み手段とを連結する連結体とを備えてなることを特徴としている。

さらに、本発明の鋳造用プレス装置は、製品輪郭形状の凹部を有する下鋳型と、該下鋳型に重ね合わせることにより、前記鋳物製品を鋳造するためのキャビティを画成する製品輪郭形状の膨出部を有する上鋳型とを備える鋳型を用いて鋳物製品を鋳造する鋳造用プレス装置であって、可動フレームと、該可動フレームに設けられる昇降手段と、該昇降手段のロッドの先端部に連結される鋳型加圧板と、該加圧板の四隅に立設されるガイドロッドと、前記鋳型加圧板に設けられ、前記上鋳型を支持するクランプ手段と、前記下鋳型を設置する有底形状のガス注入ボックス、該ガス注入ボックスに不活性ガスを注入するガス吹き込み手段および前記ガス注入ボックスとガス吹き込み手段とを連結する連結体を備える下鋳型収納機構と、前記可動フレーム、昇降手段およびクランプ手段の動作を制御する制御手段とを備えていることを特徴としている。

本発明によれば、溶融金属の酸化皮膜の生成が抑制されるため、酸化物系の鋳造欠陥が減少し、良質の鋳物製品を鋳造することができる。

本発明の鋳物製品の鋳造方法は、鋳物製品を鋳造するのに必要な所定の量の溶融金属が注入される製品輪郭形状の凹部を有する下鋳型と、該下鋳型に重ね合わせることにより、前記鋳物製品を鋳造するためのキャビティを画成する製品輪郭形状の膨出部を有する上鋳型とからなる鋳型、および鋳物製造における酸化皮膜を抑制する下鋳型収納機構を用いている。前記下鋳型および上鋳型は、生型、シェル型、コールドボックス法鋳型または自硬性鋳型などの各種の鋳型造型法を用いて適宜造型することができる。また、本発明は中子を含む鋳型にも用いている。また、本発明の鋳型には多孔性金型も含まれる。さらに、鋳型造型法は、スクイズ、ブロースクイズ、流気加圧造型法またはこれらの複合に限らず、切削、流し込み方法などの造型方法とすることができる。なお、前記鋳物製品とは、たとえば解枠後の鋳型から取り出された一般の鋳物素材から、湯口、湯道および堰などの湯口系、押湯、揚りおよびガス抜きなどの鋳造方案を取り除いたものであって、機械に最終部品として取り付けられたり、単独で販売される状態のものをいい、たとえば円形のブレーキドラムや四角いケースなどである。また、前記溶融金属とは、鉄や非鉄金属が溶解していて下鋳型に注入可能なものをいう。

以下、添付図面に基づいて、本発明の鋳物製品の鋳造方法および該方法に用いられる下鋳型収納機構、ならびに鋳造用プレス装置を説明する。
図１および図３に示されるように、本発明の一実施の形態に用いられる鋳造用プレス装置Ａは、造型ラインに沿って取鍋傾動方式の注湯機Ｐに対向して配置されている。この鋳造用プレス装置Ａは、横方向（図１の紙面左右方向）Ｓに往復移動する走行台車（図示せず）に連結される可動フレーム１と、該可動フレーム１に設けられる昇降手段Ｂと、該昇降手段Ｂのロッド２の先端部２ａに連結される鋳型加圧板３と、該鋳型加圧板３の四隅に立設されるガイドロッド４と、上鋳型Ｆ１を前記鋳型加圧板３の４辺のうち対向する２辺から支持する、たとえば４個のクランプ手段Ｃと、鋳物製造における酸化皮膜を抑制する下鋳型収納機構Ｄと、前記可動フレーム１、昇降手段Ｂおよびクランプ手段Ｃの動作を制御する制御手段とを備えている。この制御手段は、前記走行台車の往復移動の動作回路、昇降手段Ｂの昇降動作である上昇速度や下降速度、停止を制御する動作回路、クランプ手段Ｃの動作回路およびこれらの動作回路を連動して制御する回路などから構成されている。

前記昇降手段Ｂは、電動式、油圧式または空気圧式によりロッド２が昇降可能であれば、本発明において、とくに限定されるものではなく、実施の形態では、位置および速度を高精度に制御できる電動サーボシリンダが用いられている。この電動サーボシリンダには、ねじ機構、駆動モータおよび位置検出器としてのロータリーエンコ−ダなどが内蔵されている。なお、この位置および速度を制御できる電動サーボシリンダに代えて、速度を制御できる電動サーボシリンダと位置を検出して位置決めを制御するために、リニアスケールを用いることもできる。

また、前記クランプ手段Ｃは、前記上鋳型Ｆ１を鋳型加圧板３に支持することができる構成であれば、とくに限定されるものではないが、たとえばエアシリンダなどの駆動機構と該駆動機構の作動により回動または伸縮するクランク部材とから構成することができる。または、電磁力を用いた支持構造や、吸引力を用いた支持構造とすることもできる。

また、前記下鋳型収納機構Ｄは、前記下鋳型Ｆ２を設置するガス注入ボックス１１、該ガス注入ボックス１１に雰囲気ガスを注入するガス吹き込み手段Ｅおよび前記ガス注入ボックス１１とガス吹き込み手段Ｅとを連結する連結体Ｇを備えている。前記ガス注入ボックス１１は、上部に上鋳型Ｆ１が挿通可能な開口部１２を有し、下部（底部）に通気孔１３aが形成されるリング状の補強材１３と通気孔１４ａが形成される通気板１４とを載置して風箱１５を形成した有底形状を呈している。この風箱１５により、前記下鋳型Ｆ２の周囲および内部に雰囲気ガスを均一に注入することができる。また、側壁部には、前記連結体Ｇを構成する、一端が前記ガス吹き込み手段Ｅに接続され、他端にアダプタ１６が連結されるホース１７における、該アダプタ１６を着脱自在に嵌合できるアタッチメント１８が設けられている。このガス吹き込み手段Ｅとしては、とくに限定されるものではないが、たとえばガスボンベ１９などの不活性ガスからなる雰囲気ガス供給装置を用いることができる。この不活性ガスといしては、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、Ａｒ（アルゴン）ガスまたはＮ_２（窒素）ガスなどを用いる。前記ガスボンベ１９から供給された雰囲気ガスは、ガス注入ボックス１１内の風箱１５に注入されたのち、循環して通気孔１３a、１４ａを通って下鋳型Ｆ２回りとともに下鋳型Ｆ２内を通ってキャビティに充填される。

以下、本実施の形態におけるプレス工程を説明する。まず、鋳型として、生砂２１を用いて鋳枠２２内に生型造型法によって造型された主型であり、鋳物製品を鋳造するのに必要な所定の量の溶融金属２３が注入される製品輪郭形状の凹部２４を有する下鋳型Ｆ２と、生砂３１を用いて鋳枠３２内に生型造型法によって造型された主型であり、前記鋳物製品を鋳造するためのキャビティを画成する製品輪郭形状の膨出部３３を有する上鋳型Ｆ１とからなる鋳型を用いる。

ついで、図１に示されるように、造型後、搬送コンベヤ、たとえばローラコンベヤ５１により搬送されて来た反転状態の上鋳型Ｆ１を、造型ライン上で待機している鋳造用プレス装置Ａの鋳型加圧板３を下降させてクランプ手段Ｃにより鋳型加圧板３に支持したのち、造型ライン上から後退位置に移動して待機させる。そして、続いて搬送されて来た、ガス注入ボックス１１にセットされた下鋳型Ｆ２が、該ボックス１１を載置する定盤５２の四隅に形成される開口部を通して位置決めシリンダ５３のロッドを差し込み、注湯される位置に固定される。

ついで、図２に示されるように、アダプタ１６をアタッチメント１８に接続したのち、たとえば不活性ガスをガスボンベ１９からガス注入ボックス１１内の風箱１５を通って吹き込み口である通気孔１４ａより該ボックス１１内に不活性ガスを充填する。この不活性ガスの吹き込み量は、つぎの溶融金属２３が注入される前までに充填される。

ついで、図３に示されるように、造型ラインから離れた位置に待機していた注湯機Ｐを前記下鋳型Ｆ２側に移動させて、トリベ５４を傾動し該下鋳型Ｆ２の凹部２４にキャビティ容積の１２０％の範囲の溶融金属２３を注湯する。これによって、溶融金属２３の注入時には、溶融金属２３は不活性ガスの雰囲気内で保持されるため、酸化皮膜の生成が抑制される。
そして、注湯が完了したのち、注湯機Ｐを後退させて鋳造用プレス装置Ａを、図１および図３に示されるように、上鋳型Ｆ１が下鋳型Ｆ２の上方の位置まで来るように移動させる。

ついで、図４に示されるように、前記上鋳型Ｆ１を、下鋳型Ｆ２に注湯された溶融金属２３内に侵入させる。そして、該上鋳型Ｆ１が前記下鋳型Ｆ２に重なり、接触を開始し始め、鋳型を押し込み過ぎない位置で上鋳型Ｆ１の下降を停止する。この上鋳型Ｆ１が下鋳型Ｆ２に重なり始めたら、不活性ガスの吹き込みを停止したのち、アダプタ１６とアタッチメント１８の連結を解除する。これにより、上鋳型Ｆ１が下鋳型Ｆ２に重ね合わされる工程においても溶融金属２３は不活性ガスの雰囲気内に維持されるため、酸化皮膜の生成が抑制される。

本実施の形態では、下鋳型Ｆ２をガス注入ボックス１１にセットし、その中にＡｒ、Ｎ_２などの不活性ガスを充填してガス注入ボックス１１内を不活性ガスの雰囲気にした状態で溶融金属２３を注入し、その後、上鋳型Ｆ１を迅速に下降させて、上鋳型Ｆ１を下鋳型Ｆ２に重ね合わせることにより、溶融金属２３の酸化を抑制している。その結果、鋳物製品の酸化物系の鋳造欠陥を減少させることができる。なお、前記不活性ガスの吹き込みは、溶融金属２３の注入前から、上鋳型Ｆ１が下鋳型Ｆ２に合わさるまで吹き込むのが好ましいが、本発明においては、これに限定されるものではなく、たとえば溶融金属２３の注入前までの吹き込みや、溶融金属２３の注入前から注湯終了までの吹き込みなどでも酸化皮膜の生成を抑制することもできる。

本発明の一実施の形態にかかわる鋳造用プレス装置の概略構成図である。 ガス注入工程を示す図である。 ガス注入中の注湯工程を示す図である。 ガス注入中に、上鋳型を下降させて下鋳型に重ね合わせる状態を示す図である。

符号の説明

Ａ 鋳造用プレス装置
Ｂ 昇降手段
Ｃ クランプ手段
Ｄ 下鋳型収納機構
Ｅ ガス吹き込み手段
Ｇ 連結体
Ｐ 注湯機
Ｆ１ 上鋳型
Ｆ２ 下鋳型
１ 可動フレーム
２ ロッド
２ａ 先端部
３ 鋳型加圧板
４ ガイドロッド
１１ ガス注入ボックス
１２ 開口部
１３ 補強材
１４ 通気板
１４ａ 通気孔
１５ 風箱
１６ アダプタ
１７ ホース
１８ アタッチメント
１９ ガスボンベ
２１、３１ 生砂
２２、３２ 鋳枠
２３ 溶融金属
２４ 凹部
３３ 膨出部
５１ ローラコンベヤ
５２ 定盤
５３ 位置決めシリンダ
５４ トリベ

Claims (5)

1. 製品輪郭形状の凹部を有する下鋳型と、該下鋳型に重ね合わせることにより、前記鋳物製品を鋳造するためのキャビティを画成する製品輪郭形状の膨出部を有する上鋳型とを備える鋳型を用いて鋳物製品を鋳造する鋳造方法であって、
   前記下鋳型を有底形状のガス注入ボックスに設置する工程と、
   該ガス注入ボックスに雰囲気ガスを注入する工程と、
   前記下鋳型の凹部に鋳物製品を鋳造するのに必要な所定の量の溶融金属を注湯する工程と、
   該上鋳型を前記下鋳型に向かって下降させる工程と、
   該上鋳型を下鋳型に重ね合わせたのち、該上鋳型の下降を停止する工程
   とを含む鋳物製品の鋳造方法。
2. 製品輪郭形状の凹部を有する下鋳型と、該下鋳型に重ね合わせることにより、前記鋳物製品を鋳造するためのキャビティを画成する製品輪郭形状の膨出部を有する上鋳型とを備える鋳型を用いて鋳物製品を鋳造する鋳造方法であって、
   前記下鋳型を有底形状のガス注入ボックスに設置する工程と、
   該ガス注入ボックスに雰囲気ガスを注入する工程と、
   該雰囲気ガスを注入中に、前記下鋳型の凹部に鋳物製品を鋳造するのに必要な所定の量の溶融金属を注湯する工程と、
   該上鋳型を前記下鋳型に向かって下降させる工程と、
   注湯開始から上鋳型が下鋳型に重ね合わされるまでのあいだに前記雰囲気ガスの注入を終了する工程と、
   該上鋳型の下降を停止する工程
   とを含む鋳物製品の鋳造方法。
3. 製品輪郭形状の凹部を有する下鋳型と、該下鋳型に重ね合わせることにより、前記鋳物製品を鋳造するためのキャビティを画成する製品輪郭形状の膨出部を有する上鋳型とを備える鋳型を用いて鋳物製品を鋳造する鋳造方法に用いられる下鋳型収納機構であって、
   前記下鋳型を設置する有底形状のガス注入ボックスと、
   該ガス注入ボックスに雰囲気ガスを注入するガス吹き込み手段と、
   前記ガス注入ボックスとガス吹き込み手段とを連結する連結体
   とを備えてなる下鋳型収納機構。
4. 前記ガス注入ボックスの下部に、前記下鋳型に均一に雰囲気ガスを注入するための通気孔を有する風箱が形成されている請求項３記載の下鋳型収納機構。
5. 製品輪郭形状の凹部を有する下鋳型と、該下鋳型に重ね合わせることにより、前記鋳物製品を鋳造するためのキャビティを画成する製品輪郭形状の膨出部を有する上鋳型とを備える鋳型を用いて鋳物製品を鋳造する鋳造用プレス装置であって、
   可動フレームと、
   該可動フレームに設けられる昇降手段と、
   該昇降手段のロッドの先端部に連結される鋳型加圧板と、
   該加圧板の四隅に立設されるガイドロッドと、
   前記鋳型加圧板に設けられ、前記上鋳型を支持するクランプ手段と、
   前記下鋳型を設置する有底形状のガス注入ボックス、該ガス注入ボックスに雰囲気ガスを注入するガス吹き込み手段および前記ガス注入ボックスとガス吹き込み手段とを連結する連結体を備える下鋳型収納機構と、
   前記可動フレーム、昇降手段およびクランプ手段の動作を制御する制御手段
   とを備えてなる鋳造用プレス装置。