(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部通路を有する鋳造品のための鋳造方法であって、
開放された頂部を有する複数のキャリアを準備し、
コア砂で形成され、且つ、前記鋳造品の外壁を形成するためのモールドキャビティを有する複数のモールドエレメントを準備し、
コア砂で形成され、且つ、鋳造品の前記内部通路を形成するための複数のコアエレメントを準備し、
前記モールドエレメントとコアエレメントとを複数のモールド／コア組立体に組立て、  該モールド／コア組立体を一度に一つずつ前記開放された頂部から前記キャリアに搭載し、
前記モールド／コア組立体とキャリアとを注入ステーションに搬送すると共に、該モールド／コア組立体内に溶融金属を注入し、
該溶融金属を固化させて鋳造品とし、
該鋳造品とモールド／コア組立体とをアンローディングステーションでアンロードし、  前記モールドエレメント及びコアエレメントのコア砂を回収し、
回収されたコア砂を再生して、モールドエレメント及びコアエレメントを準備するのに使用するために戻すようになっており、
ノックアウト機構が、前記キャリアがコンベアによって移動されるときに係合して操作される、カム駆動表面を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
複数のキャリアを準備し、
夫々、コア砂で形成されたモールドエレメントとコア砂で形成されたコアエレメントとから成る複数のモールド／コア組立体を準備し、
前記モールド／コア組立体を一度に一つずつ前記キャリアに搭載し、
前記モールド／コア組立体及びキャリアを注入ステーションに移動すると共に、該モールド／コア組立体内に溶融金属を注入し、
該溶融金属を固化させて鋳造品とし、
該鋳造品とモールド／コア組立体とをアンローディングステーションでアンロードし、  前記モールドエレメント及びコアエレメントの前記コア砂を再使用のために回収するようになっており、
前記キャリアが金属シートの交換可能な側壁と、該金属シートの側壁の外表面領域を冷却のために大気に露出させる支持フレーム枠とを含む、
ことを特徴とする鋳造方法。
【請求項３】
内部通路を有する鋳造品のための鋳造装置であって、
モールド／コア組立体を有し、該モールド／コア組立体が、
コア砂で形成され、鋳造品の外壁を形成するためのモールドキャビティを形成するモールドエレメントと、
コア砂で形成され、前記鋳造品の内部通路を形成する、前記モールドキャビティ内に配置されたコアエレメントとを含み、
前記鋳造装置が内部に配置され、開放された頂部を有する内部キャビティを形成するテーパ状の側面と、端面プレートと、底部分とを有するモールド／コアキャリアを更に有し、
前記モールド／コアキャリアの側面が開放されたフレーム構造と、該開放されたフレーム構造と前記モールド／コア組立体との間に配置された鋼製側面シートとを備えている、
ことを特徴とする鋳造装置。
【請求項４】
前記鋼製側面シートが前記フレーム構造に取り付けられている、
請求項３に記載の鋳造装置。
【請求項５】
前記鋼製側面シートが前記フレーム構造に交換可能に取り付けられている、
請求項４に記載の鋳造装置。
【請求項６】
鋼製側面シートが、前記側面シートの角度を前記モールド／コア組立体の隣接する表面の角度に合致させるように前記フレーム構造に遊動可能に取り付けられている、
請求項３に記載の鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鋳造用、特に内燃機関用のシリンダヘッドやシリンダブロックのような大型の鉄合金物品の鋳造用方法及び装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
伝統的な鋳造方法は、一般に、「生砂」モールドを採用しており、このモールドが鋳造品の外表面と、モールドキャビティ方向に溶融した鉄合金を注入する湯道とを形成する。生砂モールドは、モールド部材に加圧成形された、砂、粘土及び水の混合である。生砂モールドは、鋳造中に溶融金属を収容するための十分な構造的一体性を提供し、これによって鋳造の外壁を構成するように、十分な厚みを有する。しかし、生砂モールドの構造的一体性は、完全に満足できるものでなく、生砂は、作業者の手によって加えられる圧力で容易に曲がる。
【０００３】
例えば、シリンダヘッドを鋳造する場合、生砂モールドには、鋳造されるシリンダヘッドの排気、吸気及び冷媒通路や他の内部通路を形成するコアエレメントを位置決めして保持するために、キャビティと、予め形成されたキャビティ部分とが設けられる。
【０００４】
冷媒通路は、２つのコアエレメントで形成され、シリンダへの複数の吸気路を形成する一体のコアエレメントと複数のシリンダからの複数の排気路を形成するワンピースのコアエレメントとを互いに交差させるように配置していることが多い。このような方法では、冷媒コアの第１のエレメントを、生砂モールド内に配置し、吸気用及びシリンダの排気用通路を形成するコアエレメントを、生砂モールド内に配置し、冷媒コアの第２のエレメントを、接着剤を使用して冷媒コアの第１のエレメントと結合させることが多い。この方法は、実質的な労働コストと信頼性に欠ける鋳造品の発生の原因になる。接着剤を使用する場合、鋳造中に複数の冷媒ジャケットコアエレメントを確実に一体に保持すべく、作業者は接着剤を正確に塗布する必要がある。また、作業者は、製造中に冷媒ジャケットコアの２つのエレメントを確実に組み立てて、且つ、そのコアエレメントを互いに確実に位置決めする生砂モールドの対向部分を損傷せずに生砂内に別体のコアエレメントを組み立てる必要がある。この製造方法では、コアエレメントを生砂モールド内に組み立てるときに、モールドの生砂が作業者によって変形されることや、複数のコアエレメントの互いに対する確実な配置を維持するに当たって、信頼性に欠けることがある。その結果、シリンダヘッドの内壁の厚みが製造中に確実に維持される保証が無く、信頼性のない鋳造品が生じる実質的な恐れがある。
【０００５】
この方法は、1992年6月9日発行の米国特許5,119,881号明細書に述べられた方法によって改良された。この改良された方法では、互いに係合する複数のワンピース型コアエレメントが、信頼できる壁厚のシリンダヘッドを形成するように確実に位置決めされてその位置に維持される交差する通路形成部分を有し、且つ、金属の量を減少させることを可能にする、一体のコア組立体を構成する。この改良された方法では、コア組立体は、例えば、単一品の冷媒ジャケットコアと、単一品の排気コアと、単一品の吸気コアとを含み、これらはいずれも、確実に位置決めされると共に、一体のコア組立体に共に保持され、このコア組立体は、生砂モールドを使用している製造者による一層信頼性の無いコアエレメントの組立体を不要にする。この改良された方法では、一体のコア組立体はその全体が、生砂モールドに溶融鉄合金を注入する前に、生砂モールド内に配置されていた。
【０００６】
このような鋳造では、シリンダヘッドの内部通路を形成するコアエレメントは、硬化樹脂を混合した高級「コア砂」で形成され、コア砂硬化剤混合物を加圧して加圧したまま樹脂を硬化させることによって、コアエレメントを形成することができ、これによって、取り扱いと、モールドのキャビティに注入される溶融金属によってコアエレメントの外表面に加えられる力とに耐え得る十分な構造的一体性を有するコアエレメントを形成するようになっている。溶融鉄合金が硬化した後にシリンダヘッドの内部からコア砂を除去できるように、コア砂樹脂は、華氏300〜400度程度の温度で分解するように選択される。
【０００７】
コア砂のコスト面から、砂は、鋳造品から除去された後に再使用のために回収されることが望ましい。モールドに使用された生砂の回収も望ましいが、生砂−粘土混合物の大部分は、経済的にリサイクルできず鋳物工場から搬出して廃棄せざるを得ないまでに鋳造工程で質が落ちることがある。このような鋳造品の生産高は、年間数百万個のシリンダヘッドに上ることが多いので、鋳造工程の生砂の残滓の処理と処分のコストは、鋳物工場の操業に重い非生産的なコストを課している。加えて、コア砂には、鋳造工程にそれを再使用することができない程度に生砂が混合されていることが多い。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、生砂を、鋳造中にシリンダヘッド又はシリンダブロックのような他の鋳造品の内外両表面を提供する「コア砂」組立体と置換することによって、生砂の使用を不要にする。本発明では、鋳造品の内部通路を画成するコアエレメントを形成するために使用されるものと同一のコア砂で形成されたモールドが使用される。いずれもコア砂で形成されたモールド及びコアエレメントが組み立てられた後、これらは、モールド／コア組立体内への溶融鉄合金の注入中、及び、溶融鉄合金が硬化して鋳造品を形成する冷却期間中、組み立てられたモールドとコアとのエレメントを一体に保持する側面を有するキャリアに入れられる。モールド／コア組立体のキャリアは、例えば、精錬炉に使用される耐火ライニング材で鋳造された絶縁シェル等を含む幾つかの形態をとることができる。耐火シェルはコア砂製モールド／コア組立体を支持するのに十分な厚みを有してもよく、或いは、支持金属枠内に設けられた薄壁の耐火シェルであってもよい。このような耐火シェルエレメントは、廃棄又は再生が必要になるまで、鋳造作業に繰り返し使用することができる。しかし、キャリアは、回りを囲む支持構造によって支持される薄くて交換可能な金属壁であって、支持構造は、その薄く交換可能な壁の外表面を大気に露出して冷却するために十分に開放されていることが好ましい。
【０００９】
本発明のプロセスでは、複数のモールドキャリアが設けられると共に、複数のコア砂製モールド／コア組立体が設けられる。モールド／コア組立体は、一つずつモールドキャリアに搭載されて、注入ステーションに搬送され、そこで、コア砂製モールド／コア組立体に溶融金属が充填される。注入されたモールド／コア組立体及びキャリアは、次に、鋳造物が形成されるまで自然冷却され、その冷却期間後に、アンローディングステーションに移送され、そこで、キャリアが反転されて、鋳造品が取り出され、コア砂が鋳造品の内部空間から除去される。鋳造品は、その後、検査及び更なる加工作業に供され、コア砂は、更なる複数のコア砂エレメント、即ち、モールドエレメント、コアエレメント、或いは両者を準備するために回収される。
【００１０】
本発明において、生砂を、再使用可能なモールド／コア組立体キャリア及びモールドエレメント及びコアエレメントの組合せと置換することによって、生砂が不要にされている。生砂の使用を不要にすることによって、生砂及びその土バインダのコストや、生砂とコア砂とこれらの各バインダとの混合に伴う問題や、過剰な生砂の処理に関する環境関連コストが回避される。
【００１１】
本発明の他の特徴及び利点は、図面と以下に続く本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に使用されるモールド／コア組立体キャリアの一実施例の一部切欠き斜視図である。
【図２】内部コア組立体を示すためにモールドエレメントを分離した、本発明のモールド／コア組立体の斜視図である。
【図３】図１のモールド／コアキャリア内の図２のモールド／コア組立体の配置を示す。
【図４】本発明のプロセスのブロック図である。
【図５】本発明に使用されるモールド／コア組立体の別の実施例の斜視図である。
【図６】本発明に使用されるモールド／コア組立体キャリアの現に好ましい実施例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、図４のブロック図に示されたプロセスに使用されるモールド／コア組立体キャリア１０の一実施例の斜視図である。図１に示すように、モールド／コア組立体用キャリア１０は、製鉄釜の炉をライニングするのに使用される耐火材のような鋳造用耐火材で形成されたライナ１１を含むことができる。このような耐火ライナ１１は鋼製ジャケット１２内に設けることができる。図１は、開口している頂部分を除いて、ライナ１１を囲み、耐火ライナに十分な構造的強度を与えるものとして鋼製ジャケット１２を図示しているが、鋼製ジャケットは、図５に示すように、例えば、山形鋼及びストラップ鋼で作られた支持用鋼製フレームに減量することができる。図１は、耐火ライナ１１を示すために、一端が部分的に破断されている。
更に図１に示すように、鋼製ジャケット１２には、起立した姿勢に支持されない限りキャリア１０が反転するように、キャリア１０の重心の下の回転軸１４上に位置する回動ピン１３を設けることができる。更に、鋼製ジャケット１２には、耐火ライナ１１を交換する必要がある場合に、その耐火ライナ１１を鋼製スリーブ１２から容易に破砕して除去できるように、一つ又は複数の開口１５を設けることができる。
【００１４】
図２は、コア砂及び樹脂で形成されたモールドエレメント２１、２２を含むモールド／コア組立体２０を示している。図２に示すように、下側モールドエレメント２２には、一般的に、モールドエレメント２１、２２に使用されるコア砂で夫々形成された複数の組み立てられたコアエレメントを含むコア組立体２３を位置決めするために、表面２２aが設けられている。更に図２に示すように、モールドエレメント２１、２２には、モールドキャビティ２５を充填するために溶融鉄合金が注入されて運搬される通路２４が設けられている。
【００１５】
本発明では、コア組立体２３は、モールド半部２１、２２と協働して鋳造物の外表面及びその内部通路を形成する内表面を含むことができる。例えば、コア組立体２３の下側には、その外（コア組立体２３の下側で図２に図示されていない）の部分に隣接するキャビティ部分を設けることができる。図２は、溶融鉄合金用の通路２４が両モールドエレメント２１、２２に形成されるものとして図示しているが、通路は、主に一方のモールドエレメントに形成することができる。モールド／コア組立体２０には、矢印付き破線２６で示すように、上側モールドエレメント２１が下側モールドエレメント２２上に重ねられ、位置決めされる。
【００１６】
本発明のプロセスでは、コア組立体２３がモールドエレメント２２内にセットされ、位置決め表面２２aによってその中に位置決めされ、上側モールドエレメント２１が下降移動され且つ互いに係合するモールドエレメントの表面によってモールドエレメント２２上に位置決めされて、モールド／コア組立体２０が完成する。そして、モールド／コア組立体２０は図３に示すように、溶融鉄合金を受ける開口２４が上方を向いた状態でキャリア１０の中央キャビティ１１a内に降下させられる。キャビティ１１aの内側面は、モールド／コア組立体２０の重量を利用してコアエレメント２１、２２を近接関係に保持させるためにテーパ状にすることができる。但し、キャビティ１１a及びキャビティ４０a（図６）の側面のテーパは、分かり易く図示するために大いに誇張されている。
【００１７】
図４に示す本発明のプロセスでは、プロセスの第１工程１００で複数のキャリア１０が準備され、プロセスの別の第１工程１０１で図２に示す複数のモールド／コア組立体２０が準備される。工程１０２では、モールド／コア組立体２０が、図３に示すキャリア１０内に配置され、注入ステーション１０３に搬送され溶融鉄合金が注入開口２４を介してモールド／コア組立体２０内に注入される。次いで、キャリア１０及び注入されたモールド／コア組立体２０は、ある期間、例えば４５分間、溶融鉄合金を硬化させて鋳造品を形成させるために保持領域に置かれる。この保持期間は、図４に、工程１０３と工程１０４との間に破線で図示されている。保持期間の後、キャリア１０は、アンローディングステーション１０４に移動され、そこで、キャリアが反転させられ、鋳造品とモールド／コア組立体の残滓とを排出して、更なる処理用に供する。更なる処理では、モールド／コア組立体２０のモールドエレメント２１、２２及びコアエレメント２３の両者からのコア砂が、線１０６で示すように、更なるモールドエレメント又はコアエレメント又は両方を準備すべく、再生及び再使用のために工程１０５で回収される。線１０６で示すように、回収されたコア砂は、例えば、これを工程１０１でモールド／コア組立体を準備するために使用する前に更なる樹脂を供給することによって再生することができる。
【００１８】
図５は本発明に使用することのできるキャリア３０の別の実施例を示し、この実施例では、モールド／コア組立体２０は、比較的薄い耐火ライナ３１によって担持される。耐火ライナ３１は、例えば、注入中に構造用支持体３２及びライナ３１がモールド／コア組立体２０を支持するように離間された山形鋼３３とストラップ鋼３４との溶接物である構造用フレーム枠３２によって、支持される。本発明の別の実施例では、ライナ３１は、構造用フレーム枠３２によって支持される薄い金属シートで形成してもよい。
【００１９】
図６は、図４の工程１００に備えたモールド／コア組立体キャリア４０の好ましい実施例を斜視図で示す。図６の好ましいモールド／コアキャリア４０は、耐火材ライナを使用せずに、キャリア４０には、モールド／コア組立体２０の側面と係合して、その位置決めの結果、注入及び鋳造金属の冷却中に（図４の工程１０３及び１０４）モールド／コア組立体を一体に保持するための、２つの薄く交換可能な金属シート４１が使用されている。例えば1/4インチ厚の鋼シートのようなこの２つの薄く交換可能な金属シート４１構造用フレーム枠４２内に挿入され、タック溶接で所定位置に保持されてもよい。構造用フレーム枠４２は、両端がフレーム枠の端部４３に溶接された複数のサイドスラット４４によって所定位置に保持される一対のテーパ状フレーム枠端４３で構成することができる。図６に示すように、スラット４４は、薄い金属シート４１の外表面を大気に露出して鋳造品を冷却するために、広く離間されている。
【００２０】
或いは、少なくとも一つの金属シート４１は、例えばシート４１に取り付けられてスラット４４を貫通して延びる複数のスタッドによって、フレーム枠内に浮遊可能に収容されていてもよい。ここで、スタッド４８上にはロックナット４９がシートから遠ざかる方向に離間して設けられ、モールド／コア組立体がキャリア４０に挿入されるときに、シート４１の表面がモールド／コア組立体２０の隣接する表面と適合して注入中にこれと密着するようにシートがスタッド４８上を滑動してそれ自身の角度を求めることができるようにされる。
【００２１】
フレーム枠４３には、アンローディングステーションである工程１０４でキャリア４０の反転を可能にする回動ピン４５を設けることができる。モールド／コア組立体及び鋳造品のキャリア４０からのアンロードを更に支援するために、キャリアには、例えば反転されたキャリア４０をステーション１０４に移動させているコンベアに隣接するカム操作面によってノックアウト機構を設けることができる。図６はキャリア４０を担持して保持するためのフレーム４７を更に示している。
【００２２】
本発明のプロセスの好ましい形態では、図４に示すように、プロセスの第１工程１００で複数の図６に示すキャリア４０が設けられ、プロセスの別の第１工程１０１で複数の図２に示すモールド／コア組立体２０が設けられる。モールド／コア組立体２０は、工程１０２で、薄く交換可能な金属シート４１間のキャリア４０の中央キャビティ４０a内に頂の開口を介して配置され、溶融鉄合金が注入開口２４を介してモールド／コア組立体２０内に注入される注入ステーション１０３に搬送される。その後、キャリア４０及び注入されたモールド／コア組立体２０は、図４に工程１０３と１０４との間に破線で示したある期間、例えば約４５分間、保持領域に置かれ、溶融鉄合金を固化させ鋳造品を形成させる。この保持期間の後、キャリア４０はアンローディングステーション１０４に移動され、そこで、キャリアが反転されて、例えばアンローディングステーション１０４でのカム４６のカム操作面との係合によってノックアウト機構が作動されて、鋳造品とモールド／コア組立体の残滓を排出して更なる処理に供する。更なる処理では、モールド／コア組立体２０のモールドエレメント２１、２２及びコアエレメント２３の両者からのコア砂が、線１０６で示すように、モールドエレメント又はコアエレメント又は両者を更に準備するための再生及び再使用に備えて、工程１０５で回収される。回収工程は、他の鋳造残滓からコア砂を分離するためのスクリーニングと、金属粒子状物質を除去するための回収コア砂の磁気スクリーニングの両方を含むことができる。線１０６で示すように、回収されたコア砂は、例えば、工程１０１でモールド／コア組立体を準備するために回収されたコア砂を使用する前に、更なる樹脂を供給することによって再生することができる。
【００２３】
本発明の他の実施例及び応用例は、特許請求の範囲から逸脱しない範囲で、図面と上述の本発明の方法から当業者に明らかになるであろう。例えば、本発明はシリンダヘッドの成形に関連して述べたが、エンジンブロック、トランスミッションハウジング、大型バルブハウジングのような他の鋳造品にも若干の変更を加えて応用することができる。
【図１】
0005356564.tif 000002
【図２】
0005356564.tif 000003
【図３】
0005356564.tif 000004
【図４】
0005356564.tif 000005
【図５】
0005356564.tif 000006
【図６】
0005356564.tif 000007