(57)【要約】【課題】余肉部や押湯に用いる材料を低減して材料歩留まりを向上したり加工工数を低減したりすることができ、かつ、鋳造品において引け巣の発生を防止することが可能な鋳型及び鋳型の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】鋳型１は、鋳物砂２と、鋳物砂２に形成されたキャビティ４と、キャビティ４の周囲に沿って螺旋形状に設置され、冷却媒体が流通する冷却管５とを備える。冷却管５は、キャビティ４に溶融金属が注入されるときの下部側に冷却媒体入口部５Ａが設けられ、かつ、上部側に冷却媒体出口部５Ｂが設けられており、冷却媒体は、冷却媒体入口部５Ａから冷却媒体出口部５Ｂへ向けて冷却管５を流れてもよい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳物砂と、
前記鋳物砂に形成されたキャビティと、
前記キャビティの周囲に沿って螺旋形状又は蛇行形状に設置され、冷却媒体が流通する冷却管と、
を備える鋳型。
【請求項２】
前記冷却管は、前記キャビティに溶融金属が注入されるときの下部側に冷却媒体入口部が設けられ、かつ、上部側に冷却媒体出口部が設けられており、
前記冷却媒体は、前記冷却媒体入口部から前記冷却媒体出口部へ向けて前記冷却管を流れる請求項１に記載の鋳型。
【請求項３】
鋳枠内にキャビティを形成するための模型を設置するステップと、
前記模型の周囲に沿って、冷却媒体が流通可能な冷却管を螺旋形状又は蛇行形状に設置するステップと、
前記鋳枠内に鋳物砂を充填するステップと、
前記模型を前記鋳物砂内から抜き取るステップと、
を有する鋳型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型及び鋳型の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋳造によって製造される鋳造品は、表面欠陥や内部欠陥が発生する場合があり、これらの欠陥を補修するには、多大な労力やコストがかかる。内部欠陥のうち引け巣は、金属の凝固時の収縮によって生じることが知られている。
特許文献１には、鋳造用中子のシェル鋳型造型法に関する技術であって、工数を減らしたり、鋳造用中子の形状や寸法の狂いや欠陥を無くしたりすることが可能な技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−３４６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
引け巣の発生を防止するため、鋳造品に余肉部を設けたり、鋳造時に押湯（おしゆ）を行ったり、鋳型に冷し金（ひやしがね）を設置したりする技術がある。押湯は、凝固収縮部に溶融金属（溶湯）を供給することをいう。また、押湯は、凝固時の鋳造品に温度勾配を持たせるため、鋳造品上部に溜める溶融金属を指す場合もある。冷し金は、熱伝導率の大きい金属製の棒若しくは直方体又は黒鉛を鋳型内に設置することをいい、鋳造品の冷却を促進させる。
【０００５】
しかし、冷し金は、鋳込み後、溶融金属によって加熱され、冷却効果が減少する場合がある。また、鋳造品の板厚が厚い場合は、冷し金の効果は不足する。例えば、鋳造品の板厚が、冷し金の厚さよりも0.7倍〜1.0倍以上厚い場合、冷し金を使用しても効果が得られないことが多い。さらに、余肉部や押湯を設置することは、材料歩留まりの悪化や加工工数の増加に繋がる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、余肉部や押湯に用いる材料を低減して材料歩留まりを向上したり加工工数を低減したりすることができ、かつ、鋳造品において引け巣の発生を防止することが可能な鋳型及び鋳型の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の鋳型及び鋳型の製造方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る鋳型は、鋳物砂と、前記鋳物砂に形成されたキャビティと、前記キャビティの周囲に沿って螺旋形状又は蛇行形状に設置され、冷却媒体が流通する冷却管とを備える。
【０００８】
この構成によれば、キャビティに溶融金属が注入され、注入された溶融金属が凝固するとき、冷却管を流通する冷却媒体によって、溶融金属が冷却される。このとき、冷却管は、キャビティの周囲に沿って螺旋形状又は蛇行形状に設置されていることから、キャビティの周囲を効率良く冷却できる。
【０００９】
また、キャビティが広い面や長い距離を有している場合でも、螺旋形状又は蛇行形状の冷却管の間隔を調整したり、直線状の冷却管を螺旋形状又は蛇行形状に変形したりするだけで、冷却面積を広くしたり、冷却距離を長くすることができる。すなわち、直方体状の冷し金や棒状の冷し金を設置する場合に比べて、冷却面積や冷却距離の調整が容易である。
さらに、冷却管内に常に冷却媒体を流通させることができるため、冷し金のように冷却条件が変化することなく、安定して溶融金属を冷却できる。
【００１０】
上記発明において、前記冷却管は、前記キャビティに溶融金属が注入されるときの下部側に冷却媒体入口部が設けられ、かつ、上部側に冷却媒体出口部が設けられており、前記冷却媒体は、前記冷却媒体入口部から前記冷却媒体出口部へ向けて前記冷却管を流れてもよい。
【００１１】
この構成によれば、キャビティに注入された溶融金属の凝固において、指向性を持たせることができ、キャビティの下方から上方に向けて溶融金属を凝固させることができる。その結果、キャビティの上方に押湯を設けておけば、鋳造品として必要な部分に引け巣を発生させる可能性を低減できる。
【００１２】
また、本発明に係る鋳型の製造方法は、鋳枠内にキャビティを形成するための模型を設置するステップと、前記模型の周囲に沿って、冷却媒体が流通可能な冷却管を螺旋形状又は蛇行形状に設置するステップと、前記鋳枠内に鋳物砂を充填するステップと、前記模型を前記鋳物砂内から抜き取るステップとを有する。
【００１３】
この構成によれば、鋳物砂に形成されたキャビティと、キャビティの周囲に沿って螺旋形状又は蛇行形状に設置され、冷却媒体が流通する冷却管とを備える鋳型が製造される。その結果、キャビティに溶融金属が注入され、注入された溶融金属が凝固するとき、冷却管を流通する冷却媒体によって、溶融金属が冷却される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、余肉部や押湯に用いる材料を低減して材料歩留まりを向上したり加工工数を低減したりすることができ、かつ、鋳造品において引け巣の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る鋳枠と鋳枠内に配置された模型及び冷却管を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る鋳枠と鋳枠内に配置された鋳物砂、模型及び冷却管を示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る鋳型を示す縦断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る鋳型を示す縦断面図であり、冷却管に外部配管が接続された状態を示す。
【図５】本発明の一実施形態に係る鋳型を示す縦断面図であり、キャビティ内に溶融金属が注入された状態を示す。
【図６】鋳造品の一例を示す斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る冷却管の第１実施例を示す斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る冷却管の第２実施例を示す斜視図である。
【図９】図８のＡ方向矢視図の一例である。
【図１０】図８のＡ方向矢視図の他の例である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る鋳型を示す縦断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る鋳型によって製造された製品部及び押湯を示す縦断面図である。
【図１３】鋳造品の他の例を示す斜視図である。
【図１４】従来の鋳型を示す縦断面図である。
【図１５】従来の鋳型によって製造された製品部及び押湯を示す縦断面図である。
【図１６】本実施形態の一実施形態に係る冷却管を用いたモデルを示す斜視図である。
【図１７】本実施形態の一実施形態に係る冷却管を用いたモデルを示す平面図である。
【図１８】本実施形態の一実施形態に係る冷却管を用いたモデルを示す側面図である。
【図１９】本実施形態の一実施形態に係る冷却管を用いたモデルによる解析結果を示す縦断面図である。
【図２０】従来の冷却管を用いていないモデルを示す斜視図である。
【図２１】従来の冷却管を用いていないモデルによる解析結果を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の一実施形態に係る鋳型について、図面を参照して説明する。
鋳型１は、図３に示すように、鋳造に用いる砂型であり、鋳物砂２と、模型７（図１及び図２参照）によって鋳物砂２に形成されるキャビティ４と、キャビティ４の周囲に沿って設置される冷却管５を有する。冷却管５は、例えばステンレス鋼等の金属製である。キャビティ４には、鋳造時、図５に示すように、溶融金属１０が注入される。
【００１７】
図１〜図５に示す例では、鋳型１によって、図６に示すような軸線上に開口部２１を有する中空の円柱形状の鋳造品２０が作成される。このとき、冷却管５は、図３及び図４に示すように、キャビティ４の周囲に沿って螺旋形状に設置される。図７は、冷却管５を示す斜視図である。冷却管５は、例えば管径が５０ｍｍであり、管の間隔が５０ｍｍである。図７に示すように、冷却管５を螺旋形状に設置するとき、管径と管の間隔を同一にすることによって、キャビティ４内の溶融金属１０の冷却を均一に行うことができる。
【００１８】
また、冷却管５の冷却媒体入口部５Ａは、鋳造時のキャビティ４の下部側に位置し、冷却媒体出口部５Ｂは、鋳造時のキャビティ４の上部側に位置する。冷却管５の冷却媒体入口部５Ａと冷却媒体出口部５Ｂは、図４に示すように、外部配管１１と接続される。外部配管１１は、冷却媒体を供給する供給装置（図示せず。）と接続され、供給装置は、ポンプ等によって鋳型１内に設置された冷却管５に冷却媒体を供給する。冷却媒体は、キャビティ４に注入された溶融金属を冷却できればよく、例えば水である。
【００１９】
冷却管５は、図７に示した螺旋形状に限定されず、図８に示すように、例えば蛇行形状に設置されてもよい。図１１に示す例では、平面状の底部に沿って蛇行形状の冷却管５−１が設置される。また、図１１に示すように、鋳型１には、蛇行形状の冷却管５−１と螺旋形状の冷却管５−２を組み合わせて使用してもよい。図１１に示す鋳型１を用いて鋳造することによって、図１３に示すような鋳造品２２が形成される。
【００２０】
さらに、冷却管５は、図９に示すように、平面状のキャビティ４の周囲に沿って同列に配置してもよいし、図１０に示すように、複数の段差部を有するようなキャビティ４の場合、段違いになるように配置することも可能である。
冷却管５は、キャビティ４の周囲に沿って螺旋形状又は蛇行形状に設置されていることから、キャビティ４の周囲を効率良く冷却できる。
【００２１】
また、キャビティ４が広い面や長い距離を有している場合でも、螺旋形状又は蛇行形状の冷却管の間隔を調整したり、直線状の冷却管５を螺旋形状又は蛇行形状に変形したりするだけで、冷却面積を広くしたり、冷却距離を長くすることができる。すなわち、冷却管５の代わりに直方体状の冷却部を設置する例や直方体状の冷し金や棒状の冷し金を設置する例に比べて、冷却面積や冷却距離の調整が容易である。
さらに、冷却管５内に常に冷却媒体を流通させることができるため、冷し金のように冷却条件が変化することなく、安定して溶融金属を冷却できる。
したがって、余肉部や押湯の量を低減できるため、余肉部や押湯に用いる材料を低減して材料歩留まりを向上したり、余肉部や押湯の作成が不要になって加工工数を低減したりすることができる。
【００２２】
次に、本実施形態に係る鋳型１の製造方法について説明する。
まず、図１に示すように、鋳枠６内に模型７や導管８を配置する。導管８は、溶融金属１０をキャビティ４に導く湯道である。そして、このとき、模型７の周囲に一定距離を離隔して、冷却管５を配置する。模型７と冷却管５との距離は、冷却管５とキャビティ４に注入される溶融金属１０との熱交換効率を考慮して決定される。このとき、図１に示すように冷却管５は、治具９によって支持しておくとよい。
そして、図２に示すように、鋳枠６内に鋳物砂２を充填していく。
【００２３】
鋳物砂２の充填が完了した後は、図３に示すように、鋳枠６の上下を反転し、模型７を鋳物砂から抜き取る。これによって、キャビティ４が形成される。図６に示すような中空の鋳造品２０を製造する場合は、開口部２１を形成するための中子１２をキャビティ４内に設置する。
そして、図４に示すように、冷却管５の冷却媒体入口部５Ａと冷却媒体出口部５Ｂに外部配管１１を接続する。
以上によって、鋳型が形成される。
【００２４】
次に、本実施形態に係る鋳型１を用いた鋳造方法について説明する。
本実施形態に係る鋳型１を用いた鋳造は、導管８を介して溶融金属１０をキャビティ４に注入することによって行う。このとき、冷却管５に冷却媒体を流通させる。これによって、従来の冷し金を用いることなく、キャビティ４に注入された溶融金属１０を冷却できる。
【００２５】
また、冷却媒体が、鋳枠６の下部側に設けられた冷却媒体入口部５Ａから、上部側に設けられた冷却媒体出口部５Ｂへ向けて冷却管５を流れる。したがって、キャビティ４に注入された溶融金属１０の凝固において、指向性を持たせることができ、キャビティ４の下方から上方に向けて溶融金属１０を凝固させることができる。その結果、キャビティ４の上方に押湯を設けておけば、鋳造品として必要な部分に引け巣を発生させる可能性を低減できる。
【００２６】
この点について、図１１及び図１２と、図１４及び図１５を用いて説明する。すなわち、従来の図１４に示す鋳型３１のように、本実施形態の冷却管５を設置せず、押湯１３のみを形成する対策をした場合は、最終凝固部Ｌが形成される位置を調整できないため、製品部１５内に最終凝固部Ｌが生じたり、押湯１３と製品部１５との境界に最終凝固部Ｌが生じたりする。その結果、製品部１５内に引け巣が発生するおそれがある。一方、本実施形態では、図１１に示すように、冷却管５を用いて溶融金属１０を冷やすことによって、凝固収縮する方向を調整することが可能になるため、図１２に示すように、最終凝固部Ｌを押湯１３内に形成できる。
【００２７】
上述したとおり、最終凝固部Ｌが形成される位置を上方に移動できることについて、シミュレーション解析を行って確認した。シミュレーション解析は、鋳造解析（ＪＳ−ＣＡＳＴｖｅｒ１０）を用いた。
【００２８】
本実施形態の冷却管５を用いたモデルを図１６〜図１８に示し、冷却管５を用いていない従来のモデルを図２０に示す。なお、解析ソフトにおいて、螺旋形状の冷却管を作成することが困難であったため、製品下端側からリング部材を５０ｍｍ間隔で平行に並べることによって、螺旋形状をモデル化した。冷却媒体温度の分布は、各リングを２０℃から１４０℃の間で２０℃間隔に設定することとした。
【００２９】
解析の結果、冷却管５を用いていない従来の例では、図２１に示すように、最終凝固部Ｌが製品部１５内に発生した。一方、本実施形態の冷却管５を用いたモデルでは、図１９に示すように、最終凝固部Ｌが製品部１５よりも上方の押湯１３内に発生することが確認できた。これは、本実施形態のような冷却管５を使用することによって、冷却水による溶融金属１０の冷却促進と、下側からの凝固の指向性が行われたためといえる。
【符号の説明】
【００３０】
１  鋳型
２  鋳物砂
４  キャビティ
５  冷却管
５Ａ  冷却媒体入口部
５Ｂ  冷却媒体出口部
６  鋳枠
７  模型
８  導管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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