JPH0698456B2

JPH0698456B2 - 金型鋳造方法

Info

Publication number: JPH0698456B2
Application number: JP61095177A
Authority: JP
Inventors: 武史村井; 述史佐川
Original assignee: Sintokogio Ltd; Mazda Motor Corp
Current assignee: Sintokogio Ltd; Mazda Motor Corp
Priority date: 1986-04-24
Filing date: 1986-04-24
Publication date: 1994-12-07
Anticipated expiration: 2009-12-07
Also published as: JPS62252639A; US4804035A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、金型のキャビティに重力注湯を行う金型鋳造
方法に関するものである。

（従来技術）例えば、第３図に示すようなクランク軸10をダクタイル
鋳鉄（球状黒鉛鋳造）によって金型鋳造するについて、
一般に、第１図に示すようなグラビティ金型１が使用さ
れている。すなわち、開閉金型１（型合せ面1a）はクラ
ンク軸10の形状に相当するキャビティ２を垂直方向に備
え、このキャビティ２の下端部から溶湯を流入させるよ
うに湯道３を形成し、上端に開口した注湯口４から溶湯
を注入し、溶湯の重力によってキャビティ２内に溶湯を
充填するグラビティ鋳造が行われる。

しかして、上記クランク軸10のような鋳造品を鋳造する
場合に、このクランク軸10は軸部分11およびピン部分12
に対してカウンタウェイト13が連接され、該カウンタウ
ェイト13の部分は溶湯の流れに対して直交する方向の横
断面積が軸部分11およびピン部分12に対して急激に増大
しているものである。

そして、上記のように横断面積が大きく変化しているこ
とに伴って鋳造品（クランク軸10）に表面欠陥が発生す
る問題がある。上記欠陥は鋳造品10の横断面形状の変化
に応じて湯面の上昇速度が異なり、その結果金型１との
接触による溶湯の冷却特性が異なることに起因するもの
である。

すなわち、従来より鋳鉄のの金型鋳造においては、金型
１の損耗を防止するために塗型を使用しているが、前記
のようにダクタイル鋳鉄を金型鋳造した場合に、この塗
型の断熱性の影響によって軸部分11およびピン部分12の
横断面積の小さい部分に縦方向（軸方向）にしわ状（線
状）の表面欠陥Ａ（湯じわ欠陥）が発生し、さらに、カ
ウンタウェイト13の平面部13a（上下面）に同様に湯じ
わ（図示せず）が発生している。上記断熱層を形成する
と、冷却速度が遅くなって薄い凝固層ができ、これは強
度が弱く流速の早い溶湯によりよじれを受け、湯じわを
生じるものであり、特に、ダクタイル鋳鉄は全体的に凝
固速度が遅いため、この現象が顕著となるものである。

一方、塗型を施さない場合には、金型１からの急冷効果
によって溶湯の凝固形態が表皮生成形に変化することか
ら、前記横断面積の小さい軸部分11およびピン部分12に
発生する湯じわＡの欠陥は低減するが、横断面積の大き
いカウンタウェイト13の側面部13b（外周面）に軸方向
と直交する横方向にしわ状（線状）の表面欠陥Ｂ（湯じ
わ欠陥）が発生することになる。前記ダクタイル鋳鉄溶
湯は表面張力が大きく、湯面自由表面と金型１とのコー
ナーは大きなＲとなる。そして、湯面上昇方向に対する
断面積が極端に大きくなる前記カウンタウェイト13の側
面部13bでは、湯面上昇の停滞により金型１と接触する
部分の溶湯が前記大きなＲ状態で部分凝固してしまい、
次に湯面が上昇した時に湯境状の表面欠陥となることに
よるものである。

（発明の目的）本発明は上記事情に鑑み、湯じわによる表面欠陥発生を
解消するようにした金型鋳造方法を提供することを目的
とするものである。

（発明の構成）本発明の金型鋳造方法は、金型のキャビティに、横断面
積が他の部分より大きく溶湯流速が低下する横断面増大
部の外周面にのみ塗型等によって断熱層を形成し、その
後上記キャビティ内に溶湯を注湯することを特徴とする
ものである。

すなわち、本発明においては、第１図および第２図に示
す金型１において、キャビティ２のカウンタウェイトを
鋳造する横断面増大部５の側面部5aにのみ断熱層６を形
成し、他の小径部７には形成しない状態で溶湯を注湯す
るものである。

上記断熱層６としては、アルミナ系基礎塗型もしくはア
セチレン煤の併用、または黒鉛材料、セラミック材料等
の断熱性素材を、はけ塗りまたはマスキングによる部分
スプレー塗布、金型１への埋め込み等によって形成する
ものである。

上記断熱層として塗型剤を使用した場合に、その膜厚は
塗型剤の種類によっても異なるが、約30〜300μｍ程度
が好ましい。すなわち、30μｍ未満では断熱効果が十分
でなく、300μｍを越えると効果が飽和し必要がない。

一方、溶湯の組成としては、一般のダクタイル鋳鉄等が
好適であり、特に、Ｃ量が例えば3.4％程度に、およびS
i量が2.2％程度に少ない方が湯じわの発生が低減する。
また、金型初期温度を例えば80℃程度に、および鋳込温
度を例えば1310℃程度に低くすると同様に湯じわの発生
が低減する特性を有している。

そして、基本的には、上記特性により横断面増大部５以
外の小径部７についての湯じわの発生がなく、この横断
面増大部５については前記断熱層６の形成によって湯じ
わの発生がなくなるものである。

（発明の効果）本発明によれば、キャビティの横断面積が大きく湯面の
上昇速度が遅い横断面増大部の側面部については、この
側面部にのみ塗型等によって断熱層を形成することに
より、その断熱効果によって溶湯表皮部の部分凝固を抑
制し、湯境状の横湯じわ欠陥の発生を解消できる。

一方、前記横断面増大部の周面部以外の部分、例えば、
キャビティの横断面積の小さい部分については塗型等に
よる断熱層を形成していないことから、金型からの急冷
効果によって溶湯の凝固形態が表皮生成形に変化してこ
の部分に発生する湯じわ欠陥を抑制することができる。

このように、キャビティの横断面増大部の側面部にのみ
断熱層を形成することで、この断熱層形成部分の溶湯の
凝固を遅くすること、および、他の部分は急冷を行うよ
うに冷却特性を調整することによって全体に表面欠陥の
ない鋳造品を鋳造することができる。

（実施例）以下、本発明の鋳造方法の実施例を説明する。この実施
例は、金型鋳造法によるダクタイル鋳鉄製クランク軸の
鋳造の例を示し、キャビティの横断面増大部の側面部へ
の塗型すなわち断熱層の有無、およびその種類等の条件
を種々変更して鋳造し、その鋳造品の表面欠陥を測定し
た結果を、比較例とともに第４図に示す。

本発明の実施例としては、前記第１図および第２図に示
すような金型１を使用し、そのキャビティ２の横断面増
大部５（カウンタウェイト）の側面部5aにのみ２種類の
塗型を施し、下記組成の溶湯を注湯して鋳造し、鋳造品
10の表面を観察し、各部の湯じわの発生状態を観察す
る。この湯じわとしては、軸部分11およびピン部12に発
生する縦方向のＪ部しわ（第４図において●で示す）は
その長さを合計し、カウンタウェイト13の平面部13aに
発生するＫ′部しわ（第４図において○で示す）はその
長さを合計し、カウンタウェイト側面部13bに発生する
横方向のＫ部しわ（第４図において×で示す）はその発
生本数を合計するものである。

本発明実施例における塗型種類としては、次のＩ、IIで
ある。

I.塗型種類…基礎塗型（アルミナ系）塗型方法…金型のカウンタウェイト側面部に刷毛塗り製品組成（％）…C3.39〜3.57,Si2.13〜2.32,Mn0.46〜
0.47,S0.008〜0.009,Mg0.022〜0.027,Cu0.75〜0.79 II.塗型種類…基礎塗型（アルミナ系）＋アセチレン煤塗型方法…マスキング板を使用し、金型のカウンタウェ
イト側面部にスプレー塗布製品組成（％）…C3.25〜3.45,Si2.16〜2.20,Mn0.29,S
0.018〜0.021,Mg0.023〜0.031,Cu0.76〜0.88 上記組成の溶湯に対し、サンドイッチ法により球状化剤
（JMM−M5）を1.0％添加する球状化処理を施すととも
に、表面添加法により接種剤（ストリームMSP）を0.4％
添加する接種を行って溶湯処理を実施した。上記溶湯を
前記第１図および第２図に示すような開閉金型１の所定
部分すなわち横断面増大部５の側面部5aに塗型を施した
後、注湯するものであり、その場合の金型初期温度は80
℃程度とし、鋳込温度は1310℃程度で行った。

上記本発明の実施例に対し、比較例としてこのテストに
使用したダクタイル鋳鉄の組成は次の通りである。

C3.4〜3.9％,Si2.2〜2.8％,Mn0.3％,P＜0.04％,S＜0.01
5％,Cu0.8％,Mg0.022％，上記組成の溶湯に対し、同様に球状化剤を1.0％添加す
る球状化処理を施すとともに、接種剤を0.4％添加する
接種を行って溶湯処理を実施する。上記溶湯を前記第１
図および第２図に示すような開閉金型１に注湯するもの
であり、その場合の金型初期温度は80℃または150℃と
し、鋳込温度は1310℃または1380℃で行った。

上記金型１に対する塗型剤の塗布は、次のＡ〜Ｄの種類
である。

A.塗型せず B.アセチレン煤のみ C.基礎塗型（SD100）のみ D.基礎塗型＋アセチレン煤第４図から分るように、本発明実施例における部分塗型
の場合には、前記例ＩおよびIIのいずれの場合にも、Ｊ
部、Ｋ′部およびＫ部のいずれの部分についても湯じわ
の発生はなく、表面欠陥のない鋳造品が得られた。

一方、全面に塗型をした場合に、軸部のＪ部の湯じわ
は、塗型を施したB,C,Dの場合に略同等に発生し、塗型
のないＡにおいては発生していない。同様に、カウンタ
ウェイトの上下面のＫ′部の湯じわは、アセチレン煤の
みを塗布したＢの時に顕著に発生し、塗型なしおよびア
セチレン煤を塗布しないＡおよびＣの場合には、大幅に
減少している。これに対して、カウンタウェイトの側面
部のＫ部の湯じわは、塗型のないＡの時に顕著に発生
し、塗型特に基礎塗型を施したＣおよびＤの場合には、
全く発生していない。すなわち、塗型のないＡにおいて
は、他の条件の変動にかかわらず本発明実施例と同様に
Ｊ部およびＫ′部には湯じわの発生は全く見られなかっ
たものである。

これは、塗型による断熱効果がないため、製品表面部の
凝固が急速に進み、白鉄化して強固な表皮層を形成する
ためであると推定される。また、Ｊ部、Ｋ′部の湯じわ
が鋳造品下部（堰前）に多く発生する傾向を示すのに対
し、Ｋ部の湯じわは鋳造品上部（反堰側）に多く発生し
ている。これは、カウンタウェイト部は軸部分およびピ
ン部に比べて湯面面積が非常に大きいため、前述のよう
に湯面の上昇速度が極端に遅くなり、溶湯の温度低下と
も相俟って、停滞した湯面の金型壁との接触部分が部分
的に凝固するために発生するものと推定される。

なお、製品成分と湯じわの発生については、Ｊ部、Ｋ′
部においては各々Ｃ量、Si量の低い方が湯じわ発生量は
少ない。黒鉛化促進元素であるＣおよびSiの量を低くす
ることにより、白鉄化傾向が強くなり、鋳型界面部に強
固な表皮層が形成されるためであろうと考える。また、
製品成分の変動に対応して外引け欠陥の発生が懸念され
たが、C3.4％、Si2.2％の低水準の製品においても大き
な外引け欠陥は発生しなかった。

また、金型初期温度の湯じわに対する影響は、今回の温
度変化範囲においては、各部の湯じわ発生量ともに殆ど
ないものである。ただし、鋳込温度が高い場合には、金
型初期温度が低いほどＪ部、Ｋ′部の湯じわ発生量が少
なくなる。金型初期温度が低いほど、溶湯と金型との温
度差が大きく、製品から金型へ奪われる熱量も多く急冷
され、白鉄化が進むものである。

さらに、鋳込温度の湯じわに対する影響は、Ｊ部、Ｋ′
部については、鋳込温度の低い方が湯じわ欠陥の発生が
少なく、鋳込温度が高いと溶湯が凝固開始温度に達する
までの金型への熱移動が多く、金型初期温度を高くした
のと同様な結果を示すものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に使用する開閉金型の一例を示す正
面図、第２図は第１図の金型の要部斜視図、第３図は第１図によるクランク軸の鋳造品を示す正面
図、第４図は本発明実施例と塗型の有無および種類に対する
比較例による鋳造品の湯じわの発生を測定した結果を示
すグラフである。１……金型、２……キャビティ５……横断面増大部、5a……側面部６……断熱層、７……小径部 10……クランク軸、11……軸部分 13……カウンタウェイト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶湯の流れに対して直交する方向の横断面
積が他の部分より大きい横断面増大部を有するキャビテ
ィを垂直方向に備えた金型に溶湯を重力注湯し、前記キ
ャビティの下端部から溶湯を流入させるグラビティ鋳造
を行うにあたり、前記金型のキャビティに、溶湯流速が
低下する前記横断面増大部の側面部にのみ塗型等によっ
て断熱層を形成し、その後上記キャビティ内に溶湯を注
湯することを特徴とする金型鋳造方法。