(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定型と可動型との間に所定の形状のキャビティ部が形成される複数の金型を垂直方向に並べて配置し、各金型のキャビティ部に連通する湯口系から溶湯を注湯し、該溶湯を垂直方向に並べて配置された下方の金型のキャビティ部から順に上方の金型のキャビティ部まで充填した後、該溶湯を凝固させることにより、薄肉部を備える鋳鉄製品を多数個取りする金型鋳造方法において、
各金型の前記可動型をそれぞれ独立に作動可能とすると共に、各金型に充填された前記溶湯の凝固に応じ、先に前記溶湯が充填された金型から順に該可動型を作動させて金型を開くことを特徴とする金型鋳造方法。
【請求項２】
前記金型は、鋳鉄製品に薄肉部を形成するために、前記固定型と可動型との間に配設される中子を備え、前記キャビティ部は該中子と該固定型及び可動型との間に形成されることを特徴とする請求項１記載の金型鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄肉部を備える鋳鉄製品を多数個取りする金型鋳造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金型鋳造により得られる鋳鉄製品として、例えば、内燃機関の排気管（エキゾーストマニホールド）が知られている。前記エキゾーストマニホールドは、従来砂型を用いる鋳造装置により製造されているが、前記砂型は１回の鋳造毎に形成され鋳造後には崩されるので量産性が低い。そこで、前記砂型に変えて金型を用いることが提案されている。
【０００３】
図１示のように、エキゾーストマニホールド１は、内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）に接続される接続部２と、各接続部２が集合する集合部３とからなる。各接続部２はフランジ４を介して前記シリンダヘッドに接続され、集合部３はフランジ５を介してマフラー（図示せず）に接続される。前記エキゾーストマニホールド１において、フランジ４，５は肉厚に形成されるが、各接続部２と集合部３とは肉薄に形成される。
【０００４】
前記エキゾーストマニホールド１の金型鋳造方法に用いられる鋳造装置は、例えば図５（ａ）示のように、固定型１１と、摺動入れ子１２と、可動型１３とを備えている。固定型１１、摺動入れ子１２、可動型１３は組み合わされて、内部に図１示のエキゾーストマニホールド１の外形に沿う形状の空洞部１５を形成し、空洞部１５に中空のシェル中子１６が配設される。シェル中子１６は、図１に破線で示すエキゾーストマニホールド１の内形に沿う形状に成形されている。そして、空洞部１４に配設されたシェル中子１６と、固定型１１、摺動入れ子１２、可動型１３との間に、溶湯が注湯されるキャビティ部１７が形成される。
【０００５】
図５（ｂ）は、図５（ａ）示の可動型１３を除いた状態の金型を図５（ａ）に矢示する方向から見た図であり、固形型１１は、受口２１、湯口２２、湯道２３、ゲート２４からなる湯口系を備え、該湯口系から注湯される溶湯がキャビティ部１７に充填されるようになっている。
【０００６】
図５示の鋳造装置を用いる金型鋳造方法では、まず受口２１から溶湯を注湯し、湯口２２、湯道２３を介して、ゲート２４からキャビティ部１７に充填する。次に、キャビティ部１７に充填された溶湯を凝固せしめたのち、所定時間後に可動型１３を作動させて金型を開き、鋳造品を離型することにより、エキゾーストマニホールド１を得ることができる。
【０００７】
図５示の鋳造装置は１つの湯口系に１つの金型を対応させるものであるので、前記装置を用いる金型鋳造方法では、１回の操作につき、１個の鋳造品が得られるに過ぎない。しかし、工業的には装置の設置面積を節約すると共に、単位時間当りに得られる製品数を増加させるために、１つの湯口系に複数の金型を対応させ、１回の操作により複数個の鋳造品が得られる多数個取りを行うことが好ましい。
【０００８】
そこで、図２示のように、固定型１１と可動型１３とを備える複数の金型１４ａ，１４ｂを垂直方向に並べて配置した装置を用いる鋳造方法が知られている。図２示の装置は、図２（ａ）示の可動型１３を除いた状態の金型を図２（ａ）に矢示する方向から見た図２（ｂ）に示すように、垂直方向に上下２層に並べて配置された金型１４ａ，１４ｂを、さらに受口２１に続く湯口２２の左右に１対ずつ配置し、湯口２２から複数の湯道２３を分岐させると共に、各湯道２３を各金型１４ａ，１４ｂのゲート２４に接続したものである。
【０００９】
図２示の装置を用いる従来の鋳造方法によれば、溶湯を注湯するときには、該溶湯は受口２１から湯口２２を経て、まず下層の金型１４ａ，１４ａのキャビティ部１７に導入され、次いで上層の金型１４ｂ，１４ｂのキャビティ部１７に充填される。そして、上層の金型１４ｂ，１４ｂのキャビティ部１７に充填された前記溶湯が凝固した後、図４（ｂ）示のように、上下の金型１４ｂ，１４ｂの可動型１３を同時に作動させることにより、金型１４ｂ，１４ｂが開かれ、鋳造品が離型される。従って、前記従来の鋳造方法によれば、１回の操作により各金型１４ｂ，１４ｂから４個の鋳造品を得ることができる。
【００１０】
しかしながら、前記エキゾーストマニホールド１を鋳造する場合には、下層の金型１４ａから得られる鋳造品に鋳造割れが発生することがあり、製品歩留りが低減するとの不都合がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、薄肉部を備える鋳鉄製品の多数個取りを行うときに鋳造割れを防止することができる金型鋳造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、図２示のような装置を用いて、多数個取りによるエキゾーストマニホールドの鋳造を行うときに、下層の金型１４ａにおいて鋳造割れが発生する原因について検討した。その結果、前記鋳造割れは前記エキゾーストマニホールドのフランジ４，５のような肉厚の部分では発生せず、接続部２や集合部３のような肉薄の部分で発生することが判明した。
【００１３】
前記鋳造割れが発生する理由として、先に充填された下方の金型の前記溶湯は、上方の金型に充填された溶湯よりも早く凝固し、凝固収縮を開始することが考えられる。前記金型に充填された溶湯が凝固収縮するときには、鋳造品が前記金型に拘束されるため、該拘束に抗するに足る強度が要求されるが、該強度は凝固収縮の進行に伴って増大する。そこで、先に凝固が始まる下方の金型では、上方の金型に充填された溶湯が凝固するまでの間に、前記肉薄の部分で該鋳造品の強度が前記拘束に耐えきれなくなり、前記鋳造割れを起こすものと考えられる。前記金型、特に銅合金等からなる金型は、熱伝導性が高く前記溶湯が冷却されやすいため、前記現象が起き易くなる。
【００１４】
そこで、本発明の金型鋳造方法は、前記目的を達成するために、固定型と可動型との間に所定の形状のキャビティ部が形成される複数の金型を垂直方向に並べて配置し、各金型のキャビティ部に連通する湯口系から溶湯を注湯し、該溶湯を垂直方向に並べて配置された下方の金型のキャビティ部から順に上方の金型のキャビティ部まで充填した後、該溶湯を凝固させることにより、薄肉部を備える鋳鉄製品を多数個取りする金型鋳造方法において、各金型の前記可動型をそれぞれ独立に作動可能とすると共に、各金型に充填された前記溶湯の凝固に応じ、先に前記溶湯が充填された金型から順に該可動型を作動させて金型を開くことを特徴とする。
【００１５】
本発明の金型鋳造方法によれば、各金型の可動型がそれぞれ独立に作動可能とされているので、垂直方向に並べて配置された下方の金型のキャビティ部から上方の金型のキャビティ部に順に溶湯を充填したのち、各金型に充填された前記溶湯の凝固に応じて、各可動型を個別に作動させることができる。従って、前記溶湯の凝固及び凝固収縮が早い、先に前記溶湯が充填された金型から順に該可動型を作動させることにより、該金型から得られる鋳造品が凝固収縮時に金型に拘束されることを防止して、鋳造割れの発生を阻止することができる。
【００１６】
本発明の金型鋳造方法は、鋳鉄製品に薄肉部を形成するために、前記固定型と可動型との間に配設される中子を備え、該中子と該固定型及び可動型との間に前記キャビティ部が形成されるような金型に適用することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態で得られる鋳造品である内燃機関の排気管（エキゾーストマニホールド）の斜視図であり、図２は図１示のエキゾーストマニホールドの鋳造に用いられる金型鋳造装置の構成を示す説明図であり、図３は図２の部分拡大図であり、図４は図２示の金型鋳造装置の作動説明図である。
【００１８】
本実施態様の金型鋳造方法により製造される鋳造品は、図１示のように、４気筒の内燃機関用のエキゾーストマニホールド１であり、該内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）に接続される４つの接続部２と、各接続部２が集合する集合部３とからなる。各接続部２と集合部３とは中空であり、内部で連通している。また、各接続部２はフランジ４を介してシリンダヘッドに接続され、集合部３はフランジ５を介してマフラー（図示せず）に接続されるようになっている。そして、前記シリンダヘッドから排出される高温の排気が、各接続部２から集合部３を介して前記マフラーに導かれる。
【００１９】
前記エキゾーストマニホールド１では、フランジ４，５は肉厚に形成されているが、各接続部２と集合部３とは肉薄に形成されている。
【００２０】
本実施形態において、前記エキゾーストマニホールド１の金型鋳造方法に用いられる鋳造装置は、図２（ａ）示のように、固定型１１と、摺動入れ子１２と、可動型１３とを備える金型１４ａ，１４ｂが垂直方向に並べて配置されている。金型１４ａ，１４ｂは、例えば全量の０．３５〜１．５重量％のクロムを含む銅合金により形成され、金型１４ａが下層に、金型１４ｂが上層に配置されており、さらに図２（ｂ）示のように受口２１に続く湯口２２の両側に各１対ずつ配置されている。湯口２２からは、各金型１４ａ，１４ｂに対応する湯道２３が分岐し、ゲート２４を介して各金型１４ａ，１４ｂに溶湯を導入するようになっている。
【００２１】
次に、図３に示す金型１４ｂを例として、各金型１４ａ，１４ｂの構成を詳細に説明する。図２から明らかなように、金型１４ａと金型１４ｂとは基本的に同一の構成を備えている。
【００２２】
図３（ａ）示のように、金型１４ｂは、固定型１１、摺動入れ子１２、可動型１３が組み合わされて、内部に図１示のエキゾーストマニホールド１の外形に沿う形状の空洞部１５を形成し、空洞部１５に中空のシェル中子１６が配設される。シェル中子１６は、例えば、表面にフェノール樹脂がコーティングされた鋳物砂により、図１に破線で示すエキゾーストマニホールド１の内形に沿う形状に成形される。そして、空洞部１５に配設されたシェル中子１６と、固定型１１、摺動入れ子１２、可動型１３との間に、溶湯が注湯されるキャビティ部１７が形成される。
【００２３】
シェル中子１６は、固定型１１に挿入される支持ピン１８ａと、摺動入れ子１２に挿入される支持ピン１８ｂとによって支持されて固定されている。１９は鋳込み穴１９ａを形成するための入れ子であり、２０はガス抜き孔である。
【００２４】
図３（ｂ）は、図３（ａ）示の可動型１３を除いた状態の金型を図３（ａ）に矢示する方向から見た図である。図３（ｂ）示のように、固形型１１は、受口２１、湯口２２、湯道２３、ゲート２４を備え、受口２１から注湯された溶湯が湯口２２、湯道２３を介して、ゲート２４からキャビティ部１７に導入されるようになっている。図３（ｂ）において、２５ａ，２５ｂはガス抜き孔であり、２６は湯道２２に設けられたフィルターでありセラミック等の耐熱性の多孔質体からなる。
【００２５】
本実施形態の鋳造方法でエキゾーストマニホールド１の鋳造を行うときには、金型１４ａ，１４ｂを所定温度に加熱し、受口２１から球状黒鉛鋳鉄等の溶湯を注湯する。すると、前記溶湯は、まず受口２１から湯口２２の底部に達し、下層の金型１４ａの湯道２３を介してゲート２４からキャビティ部１７に導入される。
【００２６】
前記溶湯は下層の金型１４ａのキャビティ部１７に充填されると、次に、その液面が湯口２２に沿って上昇し、上層の金型１４ｂの湯道２３を介してゲート２４からキャビティ部１７に導入される。そして、前記溶湯が上層の金型１４ｂのキャビティ部１７に充填される。
【００２７】
このとき、金型１４ａ，１４ｂは前記クロム−銅合金からなり熱伝導率が高いので、先に充填された下層の金型１４ａでは前記溶湯の凝固が始まっている。従って、上層の金型１４ｂに充填された溶湯の凝固を待って、金型１４ａ，１４ｂを開くと、下層の金型１４ａではエキゾーストマニホールド１の薄肉部が凝固収縮の際に金型１４ａ拘束されて鋳造割れを起こす虞がある。
【００２８】
そこで、本実施形態では、下層の金型１４ａのキャビティ部１７に充填された前記溶湯が凝固したならば、上層の金型１４ｂのキャビティ部１７に充填された前記溶湯の凝固を待たずに、下層の金型１４ａの可動型１３を作動させ、図４（ａ）示のように下層の金型１４ａを開く。上層の金型１４ｂは、下層の金型１４ａが開かれて、上層の金型１４ｂのキャビティ部１７に充填された前記溶湯が凝固した後、その可動型１３を別途作動させることにより開かれる。
【００２９】
本実施形態の鋳造方法では、前記のように、金型１４ａ，１４ｂの可動型１３を独立に作動させることにより、各金型１４ａ，１４ｂのキャビティ部１７に充填された前記溶湯の凝固に応じて適切な時期に、各金型１４ａ，１４ｂを開くことができる。従って、エキゾーストマニホールド１のように薄肉部を有する鋳造品であっても、その薄肉部が凝固収縮時に金型１４ａ，１４ｂに拘束されることがなく、鋳造割れを防止することができる。
【００３０】
本実施形態では、金型が上下２層に並べて配置されている場合について説明しているが、前記金型はさらに多層に並べて配置されていてもよい。この場合には、先に溶湯が充填された層から順に各層の金型を開くようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鋳造方法で得られる鋳造品の一例を示す斜視図。
【図２】本発明の鋳造方法に用いられる金型鋳造装置の一構成例を示す説明図。
【図３】図２の部分拡大図。
【図４】図２示の金型鋳造装置の作動説明図。
【図５】金型鋳造装置の一構成例を示す説明図。
【符号の説明】
１…鋳造品、  １１…固定型、  １３…可動型、  １４ａ，１４ｂ…金型、  １６…中子、  １７…キャビティ部。
【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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