(57)【要約】  【課題】Ｖプロセス鋳型を用いて薄肉鋳物の鋳造する減圧造型の注湯方法とその方法により鋳造した鋳物を提供する。  【解決手段】  原形模型板の表面に遮蔽部材を密着する遮蔽部材密着工程と、密着した遮蔽部材上に造型枠体を載置すると共に造型枠体内に粘結剤を含まない充填材を充填する工程と、充填材の上面を密閉して造型枠体内を負圧にし、もって遮蔽部材を充填材側に吸着して遮蔽部材を成形する工程と、ついで原形模型板を遮蔽部材から離型して造型面を有する半割鋳型を造型する工程と、半割鋳型と同様にして造型したもう一つの半割鋳型と型合せして鋳造キャビティを画成すると共に完成鋳型を形成する工程と、鋳造キャビティ内に溶融金属を注入する工程と、しかる後造型枠体内の負圧状態を解除して鋳物を取り出す工程と、を有する減圧鋳型造型の注湯方法において、完成鋳型に注湯を開始する前に造型枠体を通じて鋳造キャビティ内を減圧する工程を有する。  【選択図】図１
2005288511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原形模型板の表面に遮蔽部材を密着する遮蔽部材密着工程と、
該密着した遮蔽部材上に造型枠体を載置すると共に該造型枠体内に粘結剤を含まない充填材を充填する工程と、
該充填材の上面を密閉して造型枠体内を負圧にし、もって前記遮蔽部材を充填材側に吸着して遮蔽部材を成形する工程と、
ついで前記原形模型板を遮蔽部材から離型して造型面を有する半割鋳型を造型する工程と、
該半割鋳型と同様にして造型したもう一つの半割鋳型と型合せして鋳造キャビティを画成すると共に完成鋳型を形成する工程と、
該鋳造キャビティ内に溶融金属を注入する工程と、
しかる後前記造型枠体内の負圧状態を解除して鋳物を取り出す工程と、を有する減圧鋳型造型の注湯方法において、
前記完成鋳型に注湯を開始する前に前記造型枠体及び開放揚がりの少なくとも一方を通じて前記鋳造キャビティ内を減圧する工程を有することを特徴とする減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項２】
前記造型枠体を通じて前記鋳造キャビティ内を減圧する工程が、前記遮蔽部材密着工程の後に、前記原形模型板の製品部にベントプラグを配した後、前記密着した遮蔽部材及びベントプラグの上に造型枠体を載置して該造型枠体内に充填材を充填する工程により設けられたベントプラグを通じてなされることを特徴とする請求項１に記載の減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項３】
前記造型枠体を通じて前記鋳造キャビティ内を減圧する工程が、前記半割鋳型を造型した後、遮蔽部材に多数個の孔を貫通させた通気孔によりなされることを特徴とする請求項１に記載の減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項４】
前記完成鋳型の少なくとも一方の半割鋳型の減圧度を注湯前から注湯終了時まで測定する工程と、測定した減圧度を制御装置に伝達し、該半割鋳型の鋳型内部及び前記鋳造キャビティの減圧度を調整する工程とを、さらに有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項５】
前記鋳造キャビティに注湯する際、鋳型内部圧力をＰm、前記鋳造キャビティ内圧力をＰcとしたとき、
Ｐm＝１〜７５ｋＰａ、Ｐc＝１〜９５ｋＰａでかつ、
Ｐc−Ｐm＝３〜９４ｋＰａとなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項６】
前記半割鋳型に開放揚がりを設けないことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の減圧鋳型造型の注湯方法により鋳造した鋳物。
【請求項８】
原形模型板の表面に遮蔽部材を密着する遮蔽部材密着工程と、
該密着した遮蔽部材上に造型枠体を載置すると共に該造型枠体内に粘結剤を含まない充填材を充填する工程と、
該充填材の上面を密閉して造型枠体内を負圧にし、もって前記遮蔽部材を充填材側に吸着して遮蔽部材を成形する工程と、
ついで前記原形模型板を遮蔽部材から離型して造型面を有する半割鋳型を造型する工程と、
該半割鋳型と同様にして造型したもう一つの半割鋳型と型合せして鋳造キャビティを画成すると共に完成鋳型を形成する工程と、
該鋳造キャビティ内に溶融金属を注入する工程と、
しかる後前記造型枠体内の負圧状態を解除して鋳物を取り出す工程と、を有する減圧鋳型造型の注湯方法であって、
前記鋳造キャビティに注湯する際、鋳型内部圧力をＰm、前記鋳造キャビティ内圧力をＰcとしたとき、
Ｐm＝１〜７５ｋＰａ、Ｐc＝１〜９５ｋＰａでかつ、
Ｐc−Ｐm＝３〜９４ｋＰａとなることを特徴とする減圧鋳型造型の注湯方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳物を鋳造するため、特に薄肉鋳物を鋳造するための減圧鋳型造型の注湯方法及び鋳物に関する。ここで、減圧鋳型造型（以下、「Ｖプロセス」という）とは、原形模型板の表面に遮蔽部材を密着する遮蔽部材密着工程と、該密着した遮蔽部材上に造型枠体を載置すると共に該造型枠体内に粘結剤を含まない充填材を充填する工程と、該充填材の上面を密閉して造型枠体内を負圧にし、もって前記遮蔽部材を充填材側に吸着して遮蔽部材を成形する工程と、ついで前記原形模型板を遮蔽部材から離型して造型面を有する半割鋳型を造型する工程と、該半割鋳型と同様にして造型したもう一つの半割鋳型と型合せして鋳造キャビティを形成する工程と、該鋳造キャビティ内に溶融金属を注入する工程と、しかる後前記造型枠体内の負圧状態を解除して鋳物を取り出す工程と、を有する鋳型造型・注湯プロセスをいう。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｖプロセスは広く用いられている（特許文献１参照）。しかしながら、その適用範囲としてはピアノフレームやカウンタウエイトなどの肉厚鋳物が多く、たとえば、肉厚３ｍｍ程度以下の薄肉を鋳造する鋳型としては用いられていなかった。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５４−１１８２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の問題に鑑みて成されたもので、Ｖプロセス鋳型を用いて薄肉鋳物を鋳造する減圧鋳型造型の注湯方法とその方法により鋳造した鋳物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】
【０００５】
上記の目的を達成するために本発明における減圧鋳型造型の注湯方法は、Ｖプロセスにおいて鋳造キャビティ内を前記造型枠体を通じて減圧することを特徴とする。即ち、通常のＶプロセスが、遮蔽部材により造型枠体内と、大気に通じる鋳造キャビティとを遮断して、造型枠体内を負圧にして遮蔽部材を充填材側に吸着して遮蔽部材を成形し鋳造キャビティを維持するのに対して、本発明では、上記の遮蔽を解除し、通常では鋳型が崩壊すると思われる状態、換言すると造型枠体内と大気に通じている鋳造キャビティを連通した状態で、半割鋳型及び鋳造キャビティを維持しつつ鋳物を鋳造することを特徴とする。
また、前記造型枠体を通じて前記鋳造キャビティ内を減圧する工程が、前記遮蔽部材密着工程の後に、前記原形模型板の製品部にベントプラグを配した後、前記密着した遮蔽部材及びベントプラグの上に造型枠体を載置して該造型枠体内に充填材を充填する工程により設けられたベントプラグを通じてなされることを特徴とする。
さらに、前記造型枠体を通じて前記鋳造キャビティ内を減圧する工程が、前記半割鋳型を造型した後、遮蔽部材に多数個の孔を貫通させた通気孔によりなされることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明における減圧鋳型造型の注湯方法は、前記完成鋳型の少なくとも一方の半割鋳型の減圧度を注湯前から注湯終了時まで測定する工程と、測定した減圧度を制御装置に伝達し、該半割鋳型の鋳型内部及び前記鋳造キャビティの減圧度を調整する工程を、さらに有することを特徴とする。
さらに、前記半割鋳型には開放揚がりを設けないことを特徴とする。開放揚がりは鋳造キャビティ内の空気や溶湯のカスなどを吐き出す作用により、型くずれせず安定して鋳造するために通常用いられていた。しかし、本発明においてはこの開放揚がりを設けずに鋳造キャビティを適度に減圧すると溶湯の流れが良くなり、型くずれが起きる前に鋳造キャビティ内に溶湯を効率的に充たすことができることを発見したのである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、Ｖプロセスにおいて鋳造キャビティ内を前記造型枠体及び開放揚がりの少なくとも一方を通じて減圧することから、減圧鋳型造型による薄肉鋳物の鋳造が可能である。また、通気孔により鋳型内部と鋳造キャビティを同時に減圧できるため、別途、鋳造キャビティを減圧するための装置が不要となり、造型装置の構造が簡単になるという利点がある。
なお、本発明において開放揚がりを設けないことにより、押湯、捨て湯部は必要最小限とすることができる。これにより、製品歩留まりが向上するという利点がある。
さらに、本発明は、通常のＶプロセス鋳型の特徴は保持しているため、解枠性に優れ、薄肉鋳物の取り出しが簡単になるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。本発明は、Ｖプロセス鋳型において、鋳造キャビティと鋳型内部を連通する通気孔を有し、造型枠体を通じて鋳造キャビティを減圧することを特徴とする。
即ち、原形模型板の表面に遮蔽部材を密着する遮蔽部材密着工程と、該密着した遮蔽部材上に造型枠体を載置すると共に該造型枠体内に粘結剤を含まない充填材を充填する工程と、該充填材の上面を密閉して造型枠体内を負圧にし、もって前記遮蔽部材を充填材側に吸着して遮蔽部材を成形する工程と、ついで前記原形模型板を遮蔽部材から離型して造型面を有する半割鋳型を造型する工程と、該半割鋳型と同様にして造型したもう一つの半割鋳型と型合せして鋳造キャビティを画成すると共に完成鋳型を形成する工程と、該鋳造キャビティ内に溶融金属を注入する工程と、しかる後前記造型枠体内の負圧状態を解除して鋳物を取り出す工程と、を有する減圧鋳型造型の注湯方法であって、前記完成鋳型に注湯する前に前記造型枠体を通じて前記鋳造キャビティ内を減圧する工程を有し、前記鋳造キャビティに注湯する際、鋳型内部圧力をＰm、前記鋳造キャビティ内圧力をＰcとしたとき、Ｐm＝１〜７５ｋＰａ、Ｐc＝１〜９５ｋＰａでかつ、Ｐc−Ｐm＝３〜９４ｋＰａとなることを特徴とする。
ここで、鋳型内部圧力Ｐmを１〜７５ｋＰａとしたのは、１ｋＰａより低くすると真空ポンプが大掛りなものになり、７５ｋＰａより高くすると注湯時に発生するガスを吸引することができないためである。また、鋳造キャビティ内圧力Ｐcを１〜９５ｋＰａとしたのは、９５ｋＰａより高くすると大気圧（１０１．３ｋＰａ）との圧力差が十分でなくなるため、溶湯のスムースな流入を確保することができず、１ｋＰａより低くすると鋳型が鋳造キャビティに向かい崩壊する恐れがあるためである。さらに、Ｐc＞Ｐmになるようにする必要がある。なぜなら、鋳型内部圧力Ｐmを鋳造キャビティ内圧力Ｐcよりも低い減圧度にすることで、溶湯の鋳型への差込みを防止するためである。また、Ｐc−Ｐmは、Ｐc及びＰmの値により決まってくるが、３〜９４ｋＰａ必要である。
ここで、造型枠体とはＶプロセスにおいて使用される吸引パイプが具備された鋳枠をいう。
また、本発明において、通気孔はフィルム成形後に製品部にベントプラグを配して造型し、抜型後に鋳造キャビティ側からベントプラグのスリットに沿って、フィルムを切欠くことで設けることができる。さらに、前記通気孔は鋳造キャビティ側から針等で鋳型内部へ貫通する孔を開けることにより確保しても良い。
さらに、本発明において、前記のように鋳造キャビティを適度に減圧することにより開放揚がりは不要とすることができる。なお、開放揚がりとは、上鋳型を突き抜け、鋳造キャビティと大気とを結ぶ管状の空隙である。従って、開放揚がりを設けないと、上半割鋳型の上部には鋳造キャビティと大気を結ぶ連通孔がないことになる。
【実施例１】
【０００９】
以下、図面に基づき実施例を説明する。
図１は、実施例に用いた減圧鋳型造型装置の概略断面図である。上下の半割鋳型１ａ，１ｂは、Ｖプロセスの造型工程を用いて造型され、半割鋳型１ａ，１ｂを型合わせして、鋳造キャビティ２を画成した。
ここで、前記半割鋳型１ａ，１ｂの造型方法を図２に基づき詳しく説明する。図２において、原形模型板１２の表面に遮蔽部材であるフィルム１３を原形模型板１２に負圧により密着させ、フィルム１３上に前記造型枠体である鋳枠３を載置した後、フィルム１３の上半割鋳型１ａ側に通気孔であるベントプラグ６を模型形状に合わせて複数個配置した。その後、鋳枠内に砂を充填し、上半割鋳型１ａの造型を行った。次に、上半割鋳型１ａを前記原形模型板１２より離型し、上半割鋳型１ａの鋳造キャビティ面側からベントプラグ６のスリットに沿ってフィルム１３を切り欠いた。このようにしてベントプラグ６を通気孔として確保して上半割鋳型１ａを造型した。
次に、この上半割鋳型１ａと同様にして造型したもう一つの下半割鋳型１ｂとを型合せして鋳造キャビティを画成するとともに完成鋳型を形成した（図１）。この時、造型枠体である鋳枠３内に通じている鋳造キャビティ２は湯道及び湯口を介して大気と連通している。なお、本実施例においては、下半割鋳型１ｂには通気孔であるベントプラグ６が設けられていないが、場合により設けることもできる。以上のようにして、図1の状態の減圧鋳型造型装置を完成した。
【００１０】
次に、このようにして完成した減圧鋳型造型装置の作用について説明する。図１において、上下の半割鋳型１ａ，１ｂの内部を、鋳枠３，３、吸引パイプ４，４、配管５及びリザーバタンク１０を介して、減圧ポンプ１１により減圧した。
また、鋳造キャビティ２を通気孔であるベントプラグ６を通して、半割鋳型１ａ，１ｂと同時に減圧した。半割鋳型１ａ，１ｂ内部の圧力は、圧力センサー７により検出され、その検出圧力は制御装置８に送られる。この制御装置８からは検出圧力に応じた制御信号が送られて、比例制御弁９を必要に応じた開度に調整し、半割鋳型１ａ，１ｂ及び鋳造キャビティ２の吸引圧力を変化させ、この間に、鋳造キャビティ２内に溶融金属としてアルミニウム合金を注入した。しかる後、造型枠体内の負圧状態を解除して鋳物を取り出した。この鋳物は３ｍｍ以下の薄肉で欠陥が無かった。
【００１１】
上記の説明から明らかなように、本発明は、従来のＶプロセス鋳型に、鋳造キャビティ２と半割鋳型１ａ，１ｂ内部を連通する通気孔であるベントプラグ６を設けることで、減圧状態で鋳造を実施できる。
【実施例２】
【００１２】
次に、図３から図５により、本発明を用いた別の実施例を説明する。
図３は針で上半割鋳型の内部に貫通する通気孔を開けた場合を示す。上下の半割鋳型２１ａ，２１ｂは、Ｖプロセスにより造型した。次に、上半割鋳型２１ａの鋳造キャビティ２２側より針で上半割鋳型２１ａ側にフィルムを貫通し、鋳型内に到達する複数個の通気孔２３を開けた。その孔明けの方法は、図４に示すように、複数本の針２４を備えた治具を駆動装置２５にて駆動し、一度に通気孔２３を開けた。針２４の位置はコンピュータ制御により鋳物の形状において湯廻りが悪いと考えられる場所や湯口から遠い鋳物形状部に合わせて予め設定されるようになっている。また、装置の簡素化や、通気孔２３の数が少ない場合は手作業により孔明けを行っても良い。なお、本実施例においては、下半割鋳型２１ｂには通気孔２３が開けられていないが、場合により開けることができる。その後、半割鋳型２１ａ，２１ｂを型合わせし、鋳造キャビティ２２を構成した（図３）。次に、半割鋳型２１ａ，２１ｂの内部圧力ＰmをＰm＝１〜７５ｋＰａ、鋳造キャビティ２２の内圧力ＰcをＰc＝１〜９５ｋＰａとなるように圧力条件を調整しながら、注湯を行った。
【００１３】
図５は、本発明の実施例における上下の半割鋳型１ａ，１ｂ、鋳造キャビティ２内の圧力の例を示したものである。
注湯時の半割鋳型１ａ，１ｂの内部圧力をＰm、鋳造キャビティ２の内圧力をＰc及び半割鋳型１ａ，１ｂの内部圧力Ｐmと鋳造キャビティ２の内圧力Ｐcの圧力差をＰc−Ｐmとしたときに、鋳造キャビティ２の内圧力Ｐcは溶湯のスムースな流入を確保するためには大気圧（１０１．３ｋＰａ）との圧力差が必要である。また、Ｐc−Ｐmが小さいと型くずれを生じ、Ｐc−Ｐmが大きいとＰmが小さくなるため真空設備が大きくなり、設備コストが大きくなる。
上記の理由及び実験結果から、Ｐm＝１〜７５ｋＰａ、Ｐc＝１〜９５ｋＰａでかつ、Ｐc−Ｐm＝３〜９４ｋＰａの場合に効果があることがわかった。
さらに詳しく圧力の変化を説明する。注湯開始から注湯完了にかけては、鋳造キャビティ２の減圧による湯廻り性の向上、成形フィルム焼失に伴う発生ガスの吸引のために、半割鋳型１ａ，１ｂの内部圧力Ｐmは高減圧度を保つ。
前記鋳造キャビティ２が溶湯で満たされる注湯完了以降は、前記半割鋳型１ａ，１ｂの内部圧力Ｐmを、前記圧力センサー７が検知して前記制御装置８に送信する。制御装置８は、前記比例制御弁９の開度を調整して、半割鋳型１ａ，１ｂの内部圧力Ｐmの調整を行い、半割鋳型１ａ，１ｂの内部圧力Ｐmを低減圧度にし、溶湯の鋳型への差込みを防止する。
【実施例３】
【００１４】
図６は、開放揚がりＲを用いて鋳造キャビティ内を減圧する方法の一例を示す。上下の半割鋳型３１ａ，３１ｂは、Ｖプロセスの造型工程を用いて造型され、型合せを行い、鋳造キャビティ３２を構成する。半割鋳型３１ａ，３１ｂの内部は、鋳枠３３，３３、吸引パイプ３４，３４、配管３５及びリザーバタンク３６を介して、減圧ポンプ３７により減圧される。
また、上半割鋳型３１ａには鋳造キャビティと連結し、押湯と兼用でこの上半割鋳型３１ａの上面に向けて開口した開放揚がりＲを設けた。さらに、下半割鋳型３１ｂには、鋳造キャビティ３２と開放揚がりＲを連結する図示していない板ぜきを設けた。
鋳造キャビティ３２内部は開放揚がりＲの上半割鋳型３１ａ上面にある開口に接続された接続治具３８、鋳造キャビティ減圧用リザーバタンク３９、圧力調整弁４０及びリザーバタンク３６を介して、減圧ポンプ３７により減圧した。
次に、半割鋳型３１ａ，３１ｂの内部圧力ＰmをＰm＝１〜７５ｋＰａ、鋳造キャビティ３２の内圧力ＰcをＰc＝１〜９５ｋＰａとなるように圧力条件を調整しながら、注湯を行った。
【比較例】
【００１５】
図７は、開放揚がりＲを設けた鋳型において、鋳造キャビティ内を減圧しない場合の一例を示す。上下の半割鋳型３１ａ，３１ｂは、Ｖプロセスの造型工程を用いて造型され、型合せを行い、鋳造キャビティ３２を構成した。半割鋳型３１ａ，３１ｂの内部は、鋳枠３３，３３、吸引パイプ３４，３４、配管３５及びリザーバタンク３６を介して、減圧ポンプ３７により減圧した。
また、上半割鋳型３１ａには鋳造キャビティと連結し、押湯と兼用でこの上半割鋳型３１ａの上面に向けて開口した開放揚がりＲを設けた。さらに、下半割鋳型３１ｂには、鋳造キャビティ３２と開放揚がりＲを連結する図示していない板ぜきを設けた。このような鋳型に対し、鋳造キャビティを減圧せずに注湯を行った。
【００１６】
図８から図１０は注湯結果を示す概略図である。この概略図は注湯結果の写真を模式的に示したものである。
図８は、実施例２の方法で注湯した結果を示す。図９は、実施例３の方法で注湯した結果を示す。図１０は比較例の方法で注湯した結果を示す。
図１０に示すように、前記比較例である鋳造キャビティ内を減圧しない場合には、せきに近い鋳造キャビティの一部にのみ溶湯が充填されていることがわかる。次に、図９に示す実施例３の本発明を用いた方法によるものは、開放揚がりＲのある部分には溶湯が到達しており、比較例と比べて鋳造キャビティ内を減圧する効果が現れている。しかし、開放揚がりＲのない部分については溶湯が充填されていないことがわかり、鋳物としては不十分なものである。それに引き替え、図８に示すように、実施例２に示す本発明を用いた別の方法の場合は、鋳造キャビティ全体に溶湯が充満し、実施例３の結果よりさらに鋳造キャビティ内を減圧する効果が現れていることがわかる。
以上の結果から見ても、本発明を用いることの有用性を確認することができる。
【００１７】
【表１】
2005288511.tif 000003
【００１８】
また、表１において、鋳造キャビティ内を減圧するにあたり、鋳造キャビティと造型枠体とを連通させる方法として、本発明による針により通気孔を設ける方法、ベントプラグを使用して通気孔を設ける方法がある。また、鋳造キャビティ内を開放揚がりを介して減圧する方法がある。これらの方法の充てん性、造型コスト、造型の作業性を比較した。
その結果、針により通気孔を設ける方法が、充てん性、造型コスト、造型の作業性とも他の２方法と比較して良好な結果を示した。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、大物薄肉鋳物、例えば大物家電、大型テレビ等のフレーム、自動車フレーム、機械装置フレームなどの鋳造品に好適である。なお、材質については問わない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例の断面概略図を示す。
【図２】本発明の実施例の方法の概略を示す。
【図３】本発明の別の実施例の断面概略図を示す。
【図４】本発明の実施例の一段階の概要を示す。
【図５】本発明の実施例の圧力線図を示す。
【図６】本発明の別の実施例の断面概略図を示す。
【図７】別の注湯方法による比較例の断面概略図を示す。
【図８】本発明実施例による結果を示す。
【図９】本発明の別の実施例による結果を示す。
【図１０】別の注湯方法による比較例の結果を示す。
【符号の説明】
【００２１】
１ａ，１ｂ      半割鋳型
２              鋳造キャビティ
３，３          鋳枠
６              ベントプラグ
１２            原形模型板
１３            フィルム
２１ａ，２１ｂ  半割鋳型
２２            鋳造キャビティ
２３            通気孔
Ｒ              開放揚がり
３１ａ，３１ｂ  半割鋳型
３２            鋳造キャビティ
３３，３３      鋳枠
３８            接続治具
【図２】
2005288511.tif 000004
【図１】
2005288511.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005288511.tif 000008
【図６】
2005288511.tif 000009
【図７】
2005288511.tif 000010
【図８】
2005288511.tif 000011
【図９】
2005288511.tif 000012
【図１０】
2005288511.tif 000013