(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳物砂を粘結剤により硬化させ鋳型を造型する鋳型造型方法において、隙間なく形成された中空球体を粘結剤と混練した鋳物砂の間に配置して前記鋳型の造型を行う鋳型造型方法であって、前記中空球体は、金属板を半球状に加工し半球状の該金属板を全周溶接により接合されたものであることを特徴とする鋳型造型方法。
【請求項２】
鋳物砂を粘結剤により硬化させ鋳型を造型する鋳型造型方法において、隙間なく形成された中空球体を粘結剤と混練した鋳物砂の間に配置して前記鋳型の造型を行う鋳型造型方法であって、前記中空球体は、質量が１ｋｇ以上、５ｋｇ以下で、外径が５０ｍｍ以上、２５０ｍｍ以下であることを特徴とする鋳型造型方法。
【請求項３】
鋳物砂を粘結剤により硬化させ鋳型を造型する鋳型造型方法において、隙間なく形成された中空球体を粘結剤と混練した鋳物砂の間に配置して前記鋳型の造型を行う鋳型造型方法であって、前記中空球体の比重が、前記鋳物砂の比重の０．７５倍から１．２５倍の範囲にあることを特徴とする鋳型造型方法。
【請求項４】
前記中空球体は、金属板を半球状に加工し半球状の該金属板を全周溶接により接合されたものであることを特徴とする請求項２または３に記載の鋳型造型方法。
【請求項５】
前記中空球体は、質量が１ｋｇ以上、５ｋｇ以下で、外径が５０ｍｍ以上、２５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または３に記載の鋳型造型方法。
【請求項６】
前記中空球体が鉄球であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋳型造型方法。
【請求項７】
前記中空球体は、外径の異なる２種以上のものからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の鋳型造型方法。
【請求項８】
鋳物砂間に複数配置されて鋳型の造型に用いられる造型材であって、隙間なく形成された中空球体からなり、該中空球体の比重が、前記鋳物砂の比重の０．７５倍から１．２５倍の範囲にあることを特徴とする鋳型用造型材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は鋳造品の砂型造型における、鋳型造型方法および該方法に用いる鋳型用造型材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋳物砂を用いて造型する造型方法では、鋳物砂に粘結剤を混練して鋳型金枠内に収容し、前記鋳物砂を硬化させて鋳型を造型している。
ところで、鋳型金枠は通常直方体であり、そのサイズは製品の最大幅、高さ、長さにより決定される。この鋳型金枠では、鋳型金枠と相似ではない製品形状によって隙間が広く空くため、該隙間には、大量の鋳物砂を充填させなければならない。
従来は、これに対し、製品に沿うような形状の仕切りを金枠内面に取付けるタイプの冶具やパイプ型、ブロック型の冶具を砂と共に充填させるタイプの冶具による砂抜き法が提案されている。しかしこれらの冶具は汎用性が低く多品種生産には不向きである。
【０００３】
このため、特許文献１に示すように、半球状の鉄製のカップ同士を点溶接して、隙間を有する鉄球状の中空ボールにして鋳物砂の中に配する方法が提案されている。
この方法では具体的に、鋳枠に鋳物砂を充填させる際に、製品の形状によって鋳枠と製品の間に発生する隙間に、半球形のカップを一定の隙間で合わせ、点溶接で接合した中空ボールを配する。これにより、高い汎用性で鋳物砂および粘結剤使用量を低減することが可能になる。また、カップの接合方法を点溶接として隙間を確保することで溶湯熱による内部膨張空気の圧力を逃がすことを可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６０−１３１２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の方法では、使用する材料によって鋳型のかさ比重が異なり、ハンドリングに際して鋳型重量の増加や重心が偏るためバランスが悪くなり、鋳型を吊り下げる際のクレーンへの悪影響が出ることがわかっている。
また、特許文献１で提案されている中空ボールでは、点溶接方式で接合されているため接合強度が低く、ブレーカーを用いた解枠・回収作業などの鋳型バラシ作業においては中空ボールの溶接部が破断するという耐久性の問題がある。また、この中空ボールは鋳型内部に空間を設け、その空間内に使用する必要があるため、造型と同時に中空ボールを使用した場合には隙間より砂が入る事により中空であることの利点が損なわれ、また、中空部への砂の侵入によってかさ密度が変わって鋳型としてのバランスが損なわれたり、鋳物砂回収時の回収効率が悪くなるという問題がある。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決する為、汎用性が高く、耐久性を持ち、作業性を変えずに中空を維持したまま使用が可能な鋳型造型方法および鋳型用造型材の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明の鋳型造型方法のうち、第１の本発明は、鋳物砂を粘結剤により硬化させ鋳型を造型する鋳型造型方法において、隙間なく形成された中空球体を粘結剤と混練した鋳物砂の間に配置して前記鋳型の造型を行う鋳型造型方法であって、前記中空球体は、金属板を半球状に加工し半球状の該金属板を全周溶接により接合されたものであることを特徴とする。
第２の本発明は、鋳物砂を粘結剤により硬化させ鋳型を造型する鋳型造型方法において、隙間なく形成された中空球体を粘結剤と混練した鋳物砂の間に配置して前記鋳型の造型を行う鋳型造型方法であって、前記中空球体は、質量が１ｋｇ以上、５ｋｇ以下で、外径が５０ｍｍ以上、２５０ｍｍ以下であることを特徴とする
第３の本発明は、鋳物砂を粘結剤により硬化させ鋳型を造型する鋳型造型方法において、隙間なく形成された中空球体を粘結剤と混練した鋳物砂の間に配置して前記鋳型の造型を行う鋳型造型方法であって、前記中空球体の比重が、前記鋳物砂の比重の０．７５倍から１．２５倍の範囲にあることを特徴とする。
【０００９】
第４の本発明の鋳型造型方法は、前記第２または第３の本発明において、前記中空球体は、金属板を半球状に加工し半球状の該金属板を全周溶接により接合されたものであることを特徴とする。
【００１０】
第５の本発明の鋳型造型方法は、前記第１または第３の本発明において、前記中空球体は、質量が１ｋｇ以上、５ｋｇ以下で、外径が５０ｍｍ以上、２５０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】
第６の本発明の鋳型造型方法は、前記第１〜第５の本発明のいずれかにおいて、前記中空球体が鉄球であることを特徴とする。
【００１２】
第７の本発明の鋳型造型方法は、前記第１〜第６の本発明のいずれか１項において、前記中空球体は、外径の異なる２種以上のものからなることを特徴とする。
【００１３】
第８の本発明の鋳型用造型材は、鋳物砂間に複数配置されて鋳型の造型に用いられる造型材であって、隙間なく形成された中空球体からなり、該中空球体の比重が、前記鋳物砂の比重の０．７５倍から１．２５倍の範囲にあることを特徴とする。
【００１４】
本発明では、隙間なく形成された中空球体が鋳物砂の間に配置して使用されるので、高い汎用性において、鋳物砂や粘結剤の使用量が削減される。また、中空球体は隙間なく形成されているので鋳物砂の侵入を回避でき、中空空間の確保がなされる。なお、隙間なくとは、少なくとも外部からの鋳物砂の侵入が防止される状態を示している。
【００１５】
中空球体の製造方法は特に限定されないが、必要な強度を有し、かつ低コストでの製作が可能な方法が望ましい。好適には、金属板を半球カップ状に加工し半球カップの開口部同士を突き合わせて全周溶接により接合する方法が挙げられる。
接合部の全周溶接は、半球形状のカップ同士の接合強度をもたせ耐久性を向上させる。また、鋳物砂の侵入を防ぎ中空状態を常に維持出来、別途鋳型内部に空間を持たせなくとも鋳物砂との同時造型を可能にする。
【００１６】
前記中空球体の材質は特別のものに限定されないが、鋳造時の加熱に伴う内部膨張や鋳型バラシなどに支障のない強度を有するのが望ましく、鉄球（鉄素材や鋼素材からなるもの）で構成するのが望ましい。
また使用領域を限定する事により、鉄板の強度が極端に低下しない温度領域に限って使用し、砂付けを一定寸法設ける事により溶湯の漏れを防止出来る。板厚については、強度の他に鉄球の質量も考慮して定められる。
【００１７】
上記中空球体は、鋳物砂との比重差が小さいのが望ましい。すなわち、中空球体質量は同体積の鋳物砂とほぼ同等の比重とするのが最適である。
中空球体のかさ比重が大きすぎると鋳型の移動や運搬における過荷重、および重心の偏心による重量バランスの偏りによる作業性が悪化し、かさ比重が小さいと鋳物砂を充填する際に中空球体が移動して作業性が悪化する。これらの影響を小さくするために、使用される中空球体は質量が１ｋｇ以上、５ｋｇ以下で、直径が５０ｍｍ以上、２５０ｍｍ以下が望ましい。また、中空球体の比重が使用する鋳物砂の比重の０．５から２．０倍の範囲にあるのが望ましい。さらには、中空球体の比重が使用する鋳物砂の比重の０．７５倍以上、１．２５倍以下であるのが一層望ましい。
これにより鋳型の重量バランスを取りやすくなり、また、鋳型枠（鋳枠）内に収容する際に、比重差による浮沈が生じにくくなる。中空球体の比重（中空部を含む、かさ比重）が、鋳物砂の比重に対し、０．５倍未満であると中空球体が相対的に軽すぎて、質量バランスを取りにくく、また、鋳物砂間に配置した際に中空球体の浮上が生じやすい。一方、中空球体の比重が鋳物砂の比重の２倍を超える場合、中空球体が相対的に重すぎて質量バランスをとりにくく、また、鋳物砂間に配置した際に中空球体の沈降が生じやすい。すなわち上記比重差を小さくすることで、鋳型ハンドリングにおける過荷重および重心への影響を少なくし、振動造型においては沈降や浮上などの流動や分離を防ぐ効果がある。また、近年使用されつつある発泡スチロール製木型の潰れ変形防止にも効果がある。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、鋳物砂を粘結剤により硬化させ鋳型を造型する鋳型造型方法において、隙間なく形成された中空球体を粘結剤と混練した鋳物砂の間に配置して前記鋳型の造型を行うので、各形状の鋳型に対し砂の代替として汎用性のある中空球体を充填させることにより砂使用量および、それに伴う添加物使用量を削減できる効果がある。
また、製品から離れた位置に中空球体を配置することで、鋳物を研磨再生するにあたって、製品から離れ熱影響の少ない部位の未燃焼状態の残留添加物を抑制でき、研磨再生処理を軽減出来る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態における中空球体の製造過程を示す図である。
【図２】同じく、鋳枠内に鋳物砂および中空球体を充填した状態を示す図である。
【図３】同じく、中空球体の充填状態を示す一部拡大図である。
【図４】同じく、鋳物を製造した時点での鋳型を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
鉄板を用いて半球カップにプレス成形し、図１に示すように二つの半球カップ１ａ、１ｂの開口側を対向させるように突き合わせ、突き合わせ部分の全周を隙間なく溶接して中空球体としての鉄球１を得る。図中２は、全周溶接部位である。鉄球１は複数を用意する。該鉄球１は、好適には、質量が１ｋｇ以上、５ｋｇ以下で、外径が５０ｍｍ以上、２５０ｍｍ以下である。
一方、鋳枠１０と製品形状となる木型１１と、さらに鋳枠１０の隙間、通気穴より鋳物砂が漏れないよう、硬化後に流動しない最低限度の圧縮強度を有するように粘結剤を混練した自硬性の鋳物砂とを用意する。
上記鋳物砂に対し、前記鉄球１の比重は、前記鋳物砂の比重の０．７５倍から１．２５倍の範囲にあるものとする。
【００２１】
前記鋳物砂は、硬化する前に前記鉄球１となじませながら鋳枠１０内に充填して砂型１２を形成する。この際に、鉄球１は、木型１１の表面、すなわち鋳物となる表面と直接触れないように、前記表面から所定の距離を隔てて配置する。なお、鉄球１が鋳枠１０と接しても問題はない。
鋳物砂および鉄球１を鋳枠１０内に充填した後、鋳枠１０ごと上下反転を行い、木型１１を抜いた後に砂型１２間に出来た空間に溶湯が鋳込まれて製品１３が得られる。
【００２２】
その後、製品１３を抜いた後、鋳物砂やその他金物と共に鉄球１も回収装置シェーカーに投入する。ブレードの傾斜と振動を用い球形状を生かして、チルや芯金などに用いられるその他金物と別な方法で鉄球１を分別回収を行う。
回収の際に鉄球１の浮沈などは生じにくく、また、回収による損傷などもない。また、鋳込み、回収を通して中空空間が維持され、鋳物砂の内部侵入も生ずることなく、繰り返し使用が可能である。
【実施例１】
【００２３】
実施例１として、製品鋳込み重量５０ｔとして、幅２，５００ｍｍ×長さ４，５００ｍｍ×高さ３，０００ｍｍの内容積を持った金枠を用いた。砂はムライト系人工砂（比重１．６７）とし、粘結剤にアルカリフェノールを用いて自硬性鋳型で製造するものとした。
図３に示すような形状の製品に対し、金枠内に鋳物砂および木型と３００ｍｍ以上を離した範囲に鉄球１を配置して造型した。このときの個々の鉄球は外径１４０ｍｍで、砂とほぼ同等比重１．６を有していた。
【００２４】
実施例２としてジルコン砂（比重２．９０）を用い同じくアルカリフェノールによる自硬性鋳型で製造する場合、鉄球には外径１２０ｍｍ、比重は２．５のものを使用した。
【００２５】
これら鉄球を使用することにより充填に必要な砂使用量が従来の質量対比２０％低減した。
使用砂とほぼ同等比重の鉄球を用いることで鋳枠ハンドリング時のバランス不安定や過荷重の問題は無い。製品より一定距離を保ち充填することで鋳込み時の溶湯の漏れや、解枠時の鉄球への溶損・破損等の熱影響はみられなかった。
【００２６】
参考例１（ムライト系人工砂）
参考例１として、実施例１と同条件の鋳型を製造するに当たり、外径１６０ｍｍ、重さ７．５ｋｇ、比重３．５の鉄球を使用した。隙間の多い方に多くの鉄球を入れることとなるため重心が偏心し、鋳型反転時に鋳型やクレーンが損傷することがあった。
また、鋳型質量そのものが重くなり、起重機（クレーンや反転機）が過荷重に成る恐れがあった。これを避けるためには鉄球の使用量を制限する必要があり、砂の使用量低減効果は上記実施例に比べて小さくなった。また作業者のハンドリング（手で持って作業することも考慮）時も重量物となり作業性が悪化した。
【００２７】
参考例２（ジルコン砂）
参考例２として、実施例２と同条件の鋳型を製造するに当たり、外径１５０ｍｍ、重さ０．９ｋｇ、比重０．６の鉄球を使用した。砂混練機から鋳型に砂を落とし入れると、その勢いで鉄球が移動することがあり、随時位置を修正するため作業性が落ちた。また、強度が弱く型バラシの落下時に破損するものがいくつか見受けられた。
【００２８】
上記参考例１、２においても、鉄球使用により充填に必要な砂使用量を低減できたが、質量バランス、強度などに問題が生じた。したがって、中空球体の質量、比重を適切に設定するのが望ましいことが明らかになった。
【符号の説明】
【００２９】
１  鉄球
２  全周溶接部位
１０  鋳枠
１１  木型
１２  砂型
１３  製品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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