JPH0241723A

JPH0241723A - 金型鋳造方法

Info

Publication number: JPH0241723A
Application number: JP19014188A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Nagasaka; 長坂　康正; Tsutomu Kato; 励加藤; Nariaki Abe; 安部　成昭
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-07-29
Filing date: 1988-07-29
Publication date: 1990-02-09
Anticipated expiration: 2011-12-04
Also published as: JP2560789B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は金型鋳造方法に関する。

〈従来の技術）従来、金型は一般的に、鋳型例えば珪砂等の無気質粒子
をフェノール樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂て固
めて形成した砂型の中に鋳造金属の溶湯な注入し、その
凝固後に砂型を解体することて製造されている。この砂
型は熱伝導性か悪いため、砂型内に注入された溶湯は徐
冷され、合金の結晶粒か粗大化し材料強度か低下すると
共に、樹脂の燃焼て発生するガスによって鋳造金型にブ
ローホール、ピンホール等が発生する。

上記徐冷により合金結晶粒か粗大化することは第１１図
の急冷組織と第１２図の徐冷組織の顕微鏡写真を比較す
れば明らかである。ここで第１１図は金型（鉄鋳型）を
用いて、また第１２図は砂型を用いて鋳造された亜鉛−
アルミニウム合金表面組織を表わしている。

モして徐冷により強度か低下することは、種々の冷却速
度で鋳造された試験片の強度を比較した第１０図のグラ
フから判る。該グラフ中、曲線Ａは１２０℃金型を用い
亜鉛−アルミニウム合金の溶湯を急冷させて鋳造したも
の、曲線Ｂは砂型を用い室温て徐冷させて鋳造したもの
、曲＆ＩＣは３５０°Ｃ金型を用い炉内で徐冷させて鋳
造したものの各使用温度ての引張り強さをを示す。

即ち、強度の高い金型を鋳造するためには、溶湯の冷却
速度を速める鋳型を用いれば良いことか判る。

〈発明か解決しようとする課題〉溶湯の冷却速度を速めるための鋳型材として、表に示さ
れるように熱伝導係数の大きな黒鉛を用いることが考え
られる。

しかしながら、黒鉛製鋳　　　　　表局部的に固まり、鋳造された金型の表面に流れしわが生
じるという問題かある。

本発明は上記問題を解決することを目的としてなされた
ものであり、強度を低下させず且つ表面に流れしわを生
じさせない金型鋳造方法を提供することか解決しようと
する課題である。

〈課題を解決するための手段〉上記課題を解決できる本発明の金型鋳造方法は、垂直プ
レスの可動プラテンに、金型凹形状を形成する為の高剛
性・高熱伝導性材料で出来た分割可動凸モデルを取付け
、それをプレスのボルスタ−上に設置した溶湯浴槽に沈
降せしめ、溶湯の凝固を待って分割可動凸モデルの中央
モデルから先に上昇させ該凸モデルを脱型することを特
徴とする。

いわば、雄型原型を硬化性物質の中に埋没して降下後に
雄型原型を除いて雌型を造る手法てあり、かかる技術は
樹脂の弾性体模型の製造にみられるが（特開昭５６−２
１８１６号公報参照）、金型の鋳造には採用困難と思わ
れていたものである。

上記凸モデルの材料としては熱伝導性が高いものほど良
いか、鋳造用モデルにとって必要な剛性を有していなけ
ればならないことは当然てあり、高熱伝導性と高剛性を
兼ね備えた好ましい材料として例えば黒鉛を挙げること
がてきる。

分割可動凸モデルは、独立した複数の部分モデルを組付
けたものであって、その全体形状か、鋳造しようとする
金型の凹形状に対応する凸形状となり、そして各部分モ
デルを個々に動かすことができるようにしたモデルであ
る。好ましい形態の分割可動凸モデルとして、中央モデ
ルと外側モデル（又は更に中間モデル）とからなり、中
央モデルは楔形であって上方に引抜き可能で、また外側
モデルは鋳造金属の凝固による収縮方向に対して自在に
習動可能な機構としたものが挙げられる。

そのような凸モデルは鋳造時、凝固金属て締め付けられ
ても脱型が容易である。更にほこの分割可動凸モデル内
に、それぞれバルブを有する複数の独立した水冷管を配
し、鋳造しようとする金型の形状いかんによって溶湯の
凝固領域を制御できるようにするのか有利である。

上記の溶湯浴槽としては、鋳枠（箱）内にシェル砂等て
砂型（浴槽壁）を作り、その熱伝導性が悪くガスの発生
しやすい砂型の内面を薄い鉄板等で覆ってなるものが良
い。この浴槽内に有害ガスを発生させるような有機物の
使用は極力避けるべきである。

浴槽内に注入した溶湯の表面にはノロ（酸化物、不純物
）が発生するが、浮いたノロが凸モデルに付若し、巻き
込まれないように、適当なノロ除去手段を構するのか肝
要である。例えば可撓性・耐火性の網を溶湯表面に浮か
せておき、凸モデルが降下し溶湯表面に接触した直後速
やかにその網を引き上げるようにするとノロを都合良く
除去できる。凸モデルを沈降させる際、ノロとともにオ
ーバフローする溶湯か飛散せぬよう浴槽上部外周に堰を
設けるのかよい。分割可動凸モデルの脱型タイミンクを
、例えば熱電対による溶湯温度検知で判定するようにし
てもよい。

く作用〉金型鋳造方法を上記のような構成とすれば、次のような
作用を奏する。

浴槽内の溶湯中に、金型凹形状を形成する凸モデルを沈
降させるため、鋳造される金型表面には流れしわが生じ
ない。また凸モデルは高熱伝導性材料でできているため
、凸モデル表面に接した溶湯は急冷される。この急冷に
より、合金結晶粒子の粗大化が阻止され、金型の強度は
高くなる。そして凸モデルを分割可動にしであるため、
楔形にした中心モデルを引抜くようにすることで容易に
脱型できる。

〈実施例）本発明の金型鋳造方法の一実施例を図面に基きながら説
明するが、これにより本発明はなんら限定されるもので
はない。

始めに本実施例で使用する鋳造装置を第１図により説明
する。該鋳造装置は、垂直プレスの可動プラテン４に、
金型凹形状を形成するための分割可動凸モデルｌを取付
ける一方、プレスのボルスタ−３に溶湯浴槽２を載置し
たものである。

分割可動凸モデルｌは、独立した水冷管１６ａ。

１７ａ　、　１８．１７ｂ、　１．６ｂを配した鉄枠１
４ａ、１５，１４ｂのまわりに黒鉛（モデル部分）　ｌ
ｌａ、１．２ａ、１３，１２ｂ、ｌｌｂを固定したもの
であり、昇降プレート１０に取付けられた中央モデルｌ
ｃと、遊動プレート９ａに取付けられた左側モデルｌａ
と、もう一方の遊動プレート９ｂに取付けられた右側モ
デル１ｂとに分割構成されている。中央モデル１ｃと左
右両側モデルｌａ、ｌｂとは上下方向のテーバ状アリ溝
１９．１９により習動可能となつている。昇降プレート
１０はサーボモータ６のボールネジ７により上下方向に
動く。遊動ブレ）−９ａ、９ｂはレール８ａ、８ｂに掛
合した状態（横Ｆから視た部分を示した第１ａ図も参照
）で水平方向に自在に滑動するが、両プレート９ａ、９
ｂはコイルハネ５により互いに引き合うようにしである
。したがって、左右両側モデルｌａ、ｌｂは中央モデル
ＩＣに密着する。

溶湯浴槽２は、鋳枠２９内に砂型２０を作り、砂型２０
の内面を薄い鉄板等ててきた被覆板２４．２４・・・で
覆ってなるものである。該被覆板２４は溶湯の熱で膨張
するが、それによる変形を防ぐためスリット２５．２５
・・・が設けられている。なた溶湯浴槽２の上部外周に
は、溢れ出る溶湯か飛散せぬよう堰２１が設けられ、そ
の切欠き部２２の下にバケツか置かれている。更に溶湯
浴槽２内には熱電対２６，２７．２８か設けられており
、溶湯温度を測定できるようになっている。

次に鋳造方法を説明する。まず第２図に示すように、溶
湯浴槽２に溶湯３４を流し込む。なお該浴槽２は注湯直
前に浴槽内面がバーナーて加熱され、揮発成分が予め除
去されている。溶湯３４を傾動鋼３３から注湯管３５を
介して砂型２０の湯口５４に注ぎ、湯道５５を通った溶
湯３４が所定の高さ３７まて達したところて注湯な止め
る。

すると第３図に示すように、浴槽中の溶湯３４上にノロ
４４か発生するが、把手４０．４１の付いたノロ除去用
金網３８．３９を浮ばせる。該金網３８．３９は溶湯よ
りも比重の軽いセラミック被覆アルミニウムで出来た金
網を二分割したもので、溶湯表面全体を覆うように金具
４２．４３で押さえつける。

次いで第４図に示すように、垂直プレスの可動プラテン
４を降下させ、凸モデルｌを溶湯浴槽２に沈める。その
際、凸モデル底のモデル部分１２ａ。

１３．１２ｂか溶湯面に接し、金網３８．３９を押し込
むタイミンクを見計らって矢印Ａ方向に金網３８．３９
を引き上げ、ノロ４４をモデル部分１２ａ、１３，１２
ｂから除去する。ノロ４４は浮力により、溢れたした溶
湯とともに堰２１の切欠き部からバケツ５７中に注ぎ込
まれる。

ここで第５図に示すように、凸モデルｌ内に備え付けら
れている水冷管１８−”＋７ａ、＋７ｂ　−＋１６ａ、
１６ｂに順次通水し、中央部５７から矢印りて示される
ように外側に向って溶湯３４が凝固するようにバルブ（
図示せず）を順次閉いていく。ハルツを開いていくタイ
ミングは浴槽中に設置した熱電対２６，２７゜２８によ
る測定温度により判断する。溶温か凝固すると、大きく
“ひけ”４９が生じるのて柄杓４７て、つぎ湯４８を補
充する。微細な結晶は熱伝導性の良い凸モデル１側から
成長していく。

溶湯全体が凝固温度に達すると、こんどは固体の冷却に
伴なう収縮が始まり、分割可動凸モデルｌを圧縮し始め
るため、今度も又、凝固金属の温度を熱電対２６，２７
．２８により測定しながら、第６図に示すようにサーボ
モータ６を駆動させてボールネジ７を回転させ、中央モ
デルＩＣを矢印Ｂ方向に引き上げる。左右両側モデルＩ
ａ、ｌｂは矢印Ｃ方向に僅かに移動し、モデル部分１１
ａ、ｌｌｂ、１２ａ、１２ｂ、１３及び鋳造金型の応力
集中部５８．５８の応力を解除する。

第７図に示すように、鋳造金型５９の冷却に伴なう収縮
変形か心配なくなるような温度に達したら、垂直プレス
の可動プラテン４を上昇させ、分割可動凸モデルｌを脱
型する。その後、浴槽２をプレスのボルスタ−３から取
り出し、鋳枠１９を開き、砂型２０を解体し、鋳造金型
５９を取り出す。

こうして取り出された鋳造金型の第９図に示す寸法誤差
δを調べたところ、δ〈ｌＩＩｍであった。

このような亜鉛−アルミニウム合金金型を通常の砂型モ
デルで鋳造するとδ＝６〜７■Ｉに達することから本実
施例の方法は鋳造変形が極めて少ない鋳造法といえる。

しかも樹脂をバインダとして使用する砂型と違い、切削
加工した黒鉛て凸モデルを製作しであるため、鋳造した
金型の使用面にはガスによるブローホール、ピンホール
等が全く見られない。

なお凸モデルの底の一部に凹形状６１かあり、溶湯中に
空気を巻き込む虞れのある場合、第８図に示すように、
空気抜き六６０を設けることで解決できる。

〈発明の効果〉本発明の金型鋳造方法によれば、緻密な結晶粒組織の表
面を持つ金型か得られるため、金型の強度を高め耐摩耗
性を向上させることかてきる。

また表面に流れしわの無い金型か得られるため、黒鉛モ
デル表面に高精度の仕上加工を施すことによって、磨き
加工を要さずに即使用てきる金型を鋳造することができ
る。

そのうえモデルを分割して準備することて゛支持材等の
繰り返し利用てきる部分か生れ、しかも鋳造金型を２個
以上造る場合は、モデル全体が繰り返し使用出来る。以
上のことから大幅なコストダウンを図ることができる。

更に本発明方法によれば、モデル材として剛性の高い黒
鉛を用い、分割可動にしたモデル内に独立した複数の水
冷管を設け、合金の冷却収縮に伴なう応力状態を常に一
定の範囲の中に制御しておくことか可能であるため、鋳
造変形を小さくできるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の金型鋳造方法の一実施例て使用される
装置を一部断面で示す概要図、第１ａ図は該装置の一部
分を示す側面図、第２図乃至第７図は一実施例の各工程
を連続的に示す説明図、第８図は他の実施例に係る凸モデルを示す部分断面図第９図は鋳造された金型の寸法を示す図、第１０図は従
来の種々の条件で鋳造された各試験片の、温度と引張り
強さとの関係を比較して示すグラフ、第１１図及び第１２図はそれぞれ金型及び砂型による鋳
造品の急冷組織及び徐冷組織を対比して示す金属組織の
顕微鏡写真である。図中：１・・・分割可動凸モデル　ｌａ−左側モデル１ｂ・・
・右側モデル　　　　ＩＣ・・・中央モデル２・・・溶
湯浴槽　　　　　３・・・ボルスタ−４・・・可動プラ
テン１１ａ、ｌｌｂ、１２ａ、１２ｂ、１３−黒鉛（モデル
部分）１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ、１８・−・水
冷管２０・・・砂型　　　　　　　２４・・・被覆板２
６．２７．２８−・・熱電対　　　３４・・・溶湯３８
．３９・・・ノロ除去用金網特許出願人　トヨタ自動車株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

垂直プレスの可動プラテンに、金型凹形状を形成する為
の高剛性・高熱伝導性材料で出来た分割可動凸モデルを
取付け、それをプレスのボルスター上に設置した溶湯浴
槽に沈降せしめ、溶湯の凝固を待って分割可動凸モデル
の中央モデルから先に上昇させ該凸モデルを脱型するこ
とを特徴とする金型鋳造方法