(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を減圧吸引により鋳型に注湯する減圧吸引鋳造方法であって、(a) 上部及び底部にそれぞれ開口部を有する鋳型収納室内に、湯道と、前記湯道に連通するキャビティとを有する鋳型を、前記湯道が前記鋳型収納室の底部開口部に開口するように配置し、(b) 前記キャビティの上端部の近傍に優先吸引部を形成し、(c) 鋳型収納室の上部開口部に配設された吸引ヘッドの開口端を、前記優先吸引部を完全に覆うように前記鋳型の上面に密着させ、シリンダ装置で押圧手段を駆動することにより前記吸引ヘッドを押圧し、もって前記鋳型に常時一定圧力がかかるようにし、(d) 前記押圧手段による力と、前記鋳型収納室と鋳型の断面積の差で発生する圧力とにより、前記鋳型を鋳型収納室内に拘束するように押圧力をかけながら、前記優先吸引部に減圧を付与することにより、前記キャビティ内に前記溶融金属を注湯することを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の減圧吸引鋳造方法において、前記優先吸引部は前記キャビティの上端部と鋳型上面との距離が小さくなるように鋳型上面に凹部状に形成された吸引口であることを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の減圧吸引鋳造方法において、前記鋳型は側面を覆う鋳型クランプによって保持されていることを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の減圧吸引鋳造方法において、前記優先吸引部のうち前記キャビティに近接する部分に、鋳型の他の部分より通気性が良い材料からなる多孔性部材を設け、もって前記キャビティ内に前記溶融金属をより急速に注湯することを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の減圧吸引鋳造方法において、前記キャビティ内に通気性の中空中子を配置し、前記中空中子の開口端を前記優先吸引部の近傍に位置することにより、前記キャビティ内を前記中空中子を介して急速に減圧することを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の減圧吸引鋳造方法において、前記キャビティのうち湯廻りの悪い部分の近傍まで、前記優先吸引部に開口する少なくとも１つの穴を延在させ、もって前記優先吸引部近傍以外からも減圧することを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の減圧吸引鋳造方法において、前記鋳型収納室に不活性ガスを供給し、減圧前に前記鋳型収納室内を不活性ガスで置換することを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の減圧吸引鋳造方法において、まず低い減圧度で吸引しながら鋳型収納室内の圧力変化を計測し、次いで圧力が所定のレベルに到達したら減圧度を上げて溶融金属を前記キャビティ内に吸引することを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
【請求項９】
溶融金属を減圧吸引により鋳型に注湯する減圧吸引鋳造装置であって、(a) 上部及び底部にそれぞれ開口部を有し、前記上部の開口部に蓋部材が密封状態で係合した鋳型収納室と、 (b) 湯道と、前記湯道に連通するキャビティとを有する鋳型であって、前記鋳型収納室の底部開口部に前記湯道が開口するように前記鋳型収納室内に配設された鋳型と、(c) 前記キャビティの上端部の近傍に形成された優先吸引部と、(d) 鋳型収納室の上部開口部に配設され、前記蓋部材に摺動自在に受承され、前記優先吸引部を完全に覆う前記鋳型の上面に密着する吸引ヘッドと、(e) シリンダ装置によって前記吸引ヘッドに常時一定圧力をかける押圧装置と、(f) 前記吸引ヘッドに連通する減圧装置とを有し、前記鋳型を鋳型収納室内に拘束するように押圧力をかけながら、前記優先吸引部に減圧を付与することにより、前記キャビティ内は減圧され、もって前記キャビティ内への前記溶融金属の湯回りが可能となることを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の減圧吸引鋳造装置において、前記優先吸引部は前記キャビティの上端部と鋳型上面との距離が小さくなるように、鋳型上面に凹部状に形成された吸引口であることを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項１１】
請求項９又は10に記載の減圧吸引鋳造装置において、前記鋳型は側面を覆う鋳型クランプによって保持されていることを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項１２】
請求項９乃至11のいずれかに記載の減圧吸引鋳造装置において、前記優先吸引部のうち前記キャビティに近接する部分に、鋳型の他の部分より通気性が良い材料からなる多孔性部材を設けたことを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項１３】
請求項９乃至12のいずれかに記載の減圧吸引鋳造装置において、前記キャビティ内に通気性の中空中子が配置されており、前記中空中子は前記優先吸引部に開口する小径の第２の吸引口に連通していることを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項１４】
請求項９乃至13のいずれかに記載の減圧吸引鋳造装置において、前記優先吸引部に開口する少なくとも１つの穴が前記キャビティのうち湯廻りの悪い部分の近傍まで延在し、もって前記優先吸引部近傍以外からも減圧することを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項１５】
請求項９乃至14のいずれかに記載の減圧吸引鋳造装置において、前記鋳型収納室に不活性ガスを供給するガス源が連通し、減圧前に前記鋳型収納室内を不活性ガスで置換することを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項１６】
請求項９乃至15のいずれかに記載の減圧吸引鋳造装置において、前記鋳型収納室内に圧力センサーを有し、前記鋳型収納室内の圧力変化により前記溶融金属の湯面を検知することを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項１７】
溶融金属を減圧吸引により鋳型に注湯する減圧吸引鋳造方法であって、(a) 上部及び底部にそれぞれ開口部を有する鋳型収納室内に、湯道と、複数の補給路を介して前記湯道に連通するキャビティとを有する鋳型を、前記湯道が前記鋳型収納室の底部開口部に開口するように前記鋳型収納室内に設け、(b) 前記キャビティの上端部の近傍に優先吸引部を形成し、(c) 鋳型収納室の上部開口部に配設された吸引ヘッドの開口端を、前記優先吸引部を完全に覆うように前記鋳型の上面に密着させ、シリンダ装置で押圧手段を駆動することにより前記吸引ヘッドを押圧し、もって前記鋳型に常時一定圧力がかかるようにし、(d) 前記押圧手段による力と、前記鋳型収納室と鋳型の断面積の差で発生する圧力とにより、前記鋳型を鋳型収納室内に拘束するように押圧力をかけながら、優先吸引部に減圧を付与することにより、前記キャビティ内に前記溶融金属を注湯することを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
【請求項１８】
請求項17に記載の減圧吸引鋳造方法において、前記優先吸引部は前記キャビティの上端部と鋳型上面との距離が小さくなるように、鋳型上面に凹部状に形成された吸引口であることを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
【請求項１９】
請求項17又は18に記載の減圧吸引鋳造方法において、前記鋳型は側面を覆う鋳型クランプによって保持されていることを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
【請求項２０】
請求項17乃至19のいずれかに記載の減圧吸引鋳造方法において、前記優先吸引部のうち前記キャビティに近接する部分に、鋳型の他の部分より通気性の良い材料からなる多孔性部材を設け、もって前記キャビティ内に前記溶融金属をより急速に注湯することを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
【請求項２１】
請求項17乃至20のいずれかに記載の減圧吸引鋳造方法において、前記キャビティ内に通気性の中空中子を配置し、前記中空中子を前記優先吸引部に開口する小径の第２の吸引口に連通させることにより、前記キャビティ内を前記中空中子を介して急速に減圧することを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
【請求項２２】
請求項17乃至21のいずれかに記載の減圧吸引鋳造方法において、前記キャビティのうち湯廻りの悪い部分の近傍まで、前記優先吸引部に開口する少なくとも１つの穴を延在させ、もって前記優先吸引部近傍以外からも減圧することを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
【請求項２３】
請求項17乃至22のいずれかに記載の減圧吸引鋳造方法において、前記鋳型収納室に不活性ガスを供給し、減圧前に前記鋳型収納室内を不活性ガスで置換することを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
【請求項２４】
請求項17乃至23のいずれかに記載の減圧吸引鋳造方法において、まず低い減圧度で吸引しながら鋳型収納室内の圧力変化を計測し、次いで圧力が所定のレベルに到達したら減圧度を上げて溶融金属を前記キャビティ内に吸引することを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
【請求項２５】
溶融金属を減圧吸引により鋳型に注湯する減圧吸引鋳造装置であって、(a) 上部及び底部にそれぞれ開口部を有し、前記上部の開口部に蓋部材が密封状態で係合した鋳型収納室と、(b) 湯道と、複数の補給路を介して前記湯道に連通するキャビティと、前記キャビティの上端部の近傍に優先吸引部とを有する鋳型であって、前記鋳型収納室の底部開口部に前記湯道が開口するように前記鋳型収納室内に配設された鋳型と、(c) 鋳型収納室の上部開口部に配設され、前記蓋部材に摺動自在に受承され、前記優先吸引部を完全に覆うように前記鋳型の上面に密着する吸引ヘッドと、(d) シリンダ装置によって前記吸引ヘッドに常時一定圧力をかける押圧装置と、(e) 前記吸引ヘッドに連通する減圧装置とを有し、前記鋳型を鋳型収納室内に拘束するように押圧力をかけながら、優先吸引部に減圧を付与することにより、前記キャビティ内は減圧され、もって前記キャビティ内への前記溶融金属の湯回りが可能となることを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項２６】
請求項25に記載の減圧吸引鋳造装置において、前記優先吸引部は前記キャビティの上端部と鋳型上面との距離が小さくなるように、鋳型上面に凹部状に形成された吸引口であることを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項２７】
請求項25又は26に記載の減圧吸引鋳造装置において、前記鋳型は側面を覆う鋳型クランプによって保持されていることを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項２８】
請求項25乃至27のいずれかに記載の減圧吸引鋳造装置において、前記補給路は前記湯道に沿って複数設けられているとともに、前記湯道から前記キャビティにかけて次第に傾斜しており、先の補給路から前記キャビティ内に入ってキャビティ内を上昇する溶融金属の液面と、後の補給路から前記キャビティ内に入る溶融金属の液面とがほぼ一致するように、各補給路の位置及び形状が定められていることを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項２９】
請求項25乃至28のいずれかに記載の減圧吸引鋳造装置において、前記湯道の上端は前記優先吸引部に近接する位置まで延在し、もって溶融金属がキャビティ内のみならず湯道内も急速に上昇することを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項３０】
請求項25乃至29のいずれかに記載の減圧吸引鋳造装置において、前記鋳型は、前記優先吸引部のうち前記キャビティに近接する部分に、鋳型の他の部分より通気性が良い材料からなる多孔性部材を有することを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項３１】
請求項25乃至30のいずれかに記載の減圧吸引鋳造装置において、前記鋳型の下面に逆円錐台状又は円筒状に形成された下方突出部は前記鋳型収納室の底部開口部から突出しており、前記突出部の底部に前記湯道の開口部があるとともに、前記突出部が底部を除いて保護枠で覆われていることを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項３２】
請求項25乃至31のいずれかに記載の減圧吸引鋳造装置において、前記キャビティ内に通気性の中空中子が配置されており、前記中空中子は前記優先吸引部に開口する小径の第２の吸引口に連通していることを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項３３】
請求項25乃至32のいずれかに記載の減圧吸引鋳造装置において、前記優先吸引部に開口する少なくとも１つの穴が前記キャビティのうち湯廻りの悪い部分の近傍まで延在し、もって前記優先吸引部近傍以外からも減圧することを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項３４】
請求項25乃至33のいずれかに記載の減圧吸引鋳造装置において、前記鋳型収納室に不活性ガスを供給するガス源が連通し、減圧前に前記鋳型収納室内を不活性ガスで置換することを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【請求項３５】
請求項25乃至34のいずれかに記載の減圧吸引鋳造装置において、前記鋳型収納室内に圧力センサーを有し、前記鋳型収納室内の圧力変化により前記溶融金属の湯面を検知することを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、減圧吸引鋳造方法及び装置に関し、特に複雑形状や薄肉のステンレス鋳鋼、耐熱鋳鋼など、鋳造性に劣る鋳物の製造に適した減圧吸引鋳造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
一般に、５mm以下というような薄い部分を有する薄肉鋳物を鋳造する場合、鋳型との接触によって注湯された溶湯の冷却凝固が促進されるため、溶湯の流動性が悪くなり、湯回り不良等の欠陥が発生しやすくなる。また、複雑な形状をした薄肉鋳物では、鋳造時、空気や鋳型から発生するガスを溶湯中に巻き込みやすく、凝固後の鋳物にブローホール等のガス欠陥が発生して、健全な鋳造製品を得ることが極めて困難である。
【０００３】
複雑な形状をした薄肉鋳物を製造する方法の一つとして、ロストワックス鋳造法が知られている。このロストワックス鋳造法においては、セラミックス鋳型を用い、鋳造時に鋳型を７００℃〜９００℃に加熱することにより充填時の溶湯の冷却速度を遅くし、溶湯の流動性を良くするものである。しかしながら、高価なセラミックス鋳型を使用するため、鋳型の造型に費用がかかり、複雑形状で薄肉の鋳物を鋳造するには製造コストが相当に高くなる。
【０００４】
また、特開昭６０−５６４３９号には、キャビティと湯道等が形成された石膏鋳型において、キャビティにおける溶湯の最終充填部近傍から石膏鋳型の外表面にかけて、石膏より通気性が良好な耐火性フィルタを設けてキャビティの排気能力を高め、溶湯の流動性の向上とガス欠陥の防止を図る技術が開示されている。この技術は、石膏の水和凝結作用を利用して、スラリーを硬化、乾燥させて鋳型を製造するものであり、前記のロストワックス鋳造法等と同様に、寸法精度の高い鋳造品を得る精密鋳造方法の一つとして、金型類、一般機械部品、美術工芸品等に適用される。
【０００５】
しかし、石膏鋳型を製作するための石膏混練、流し込み、凝固硬化、脱型、乾燥等の工程に４８時間以上と長時間を必要とするために生産性が悪く、また鋳型の通気度が非常に低いため、鋳込み時の加圧、減圧に際しての鋳造方案が難しいという問題がある。さらに、鋳型の冷却速度が遅いことにより、金属の凝固速度が非常に遅く、複雑形状で薄肉の鋳物では、収縮欠陥が発生しすくやく、鋳造歩留が悪くなり易い。
【０００６】
また、このような薄肉鋳物の鋳造方法として、例えば、特公昭６０−３５２２７号で開示されるように、鋳型内キャビティを減圧して溶湯を鋳型空洞部に吸引鋳造する減圧吸引鋳造方法が最近用いられるようになった。しかしながら、この方法では、溶湯に浸漬されない鋳型部分から空気を巻き込み易く、減圧吸引効果が不十分である。また、高さが小さく単純形状のものは鋳造できるが、高さや肉厚部があり、複雑形状である場合には適用するのが難しい。
【０００７】
特開平２−３０３６４９号には、鋳型と鋳型周囲につき固めた粒状物とを減圧によりチャンバー内に保持し、これを溶湯に浸漬して注湯する減圧吸引鋳造方法の開示がある。しかし、この方法では、鋳型を粒状物と共に吸引して保持し、そのまま浸漬するために、浸漬前後に溶湯が乱れ、空気を巻き込み易く、更に、粒状物と鋳型を減圧容器から突出させて保持するために、底からの空気の巻き込みが問題となる。
【０００８】
特公平６−８５９９０号には、減圧容器内に、貫通流路を有する鋳型を配置し、この貫通流路の上端を溶湯を通さない栓で閉じ、鋳型を取り巻く減圧容器内圧力より貫通流路上端に作用する圧力を低く設定することによって、鋳型のキャビティ及び湯道等に溶湯を充填する技術が開示されている。しかし、この技術では、湯口の上方から減圧されるため、キャビティ、押湯や吐かせ等の充填末端部の減圧度が不十分である。
【０００９】
また、特公平６−８５９９０号には通気性鋳型内に鋳型空隙部と連通している充填流路を形成して、充填流路の上部を、鋳型を取り巻く真空室内圧力よりも低い圧力に維持することにより、鋳型壁の移動、鋳型面内への金属浸透、及び鋳型の破損の防止を可能にする吸引鋳造装置及び方法が開示されている。しかし、この方法では、選択的に差圧発生手段を用いることにより、充填流路から、鋳型内空隙部へ溶融金属が充填する際に、溶融金属の自由表面に重力方向と逆向きでない余分な力が作用し、その結果、充填中の溶融金属は乱されて、ブローホール欠陥及びピンホール欠陥が発生してしまうという問題がある。また、溶融金属の充填中に鋳型上部からの減圧と側部からの減圧とに所望の差が出るようにコントロールすることは非常に難しい。その上、この方法では、選択的に差圧発生手段を設けることによって、減圧手段の構成が複雑になり、薄肉鋳物を鋳造するために必要な高い減圧速度が得られない。さらに、溶融金属が充填流路を充填してから、鋳型空隙部に充填を始めるので、溶融金属の温度低下が生じ、特に鋳型空隙部が薄肉形状である場合には、不廻り、吹かれ、湯じわ等の欠陥が生じるという問題がある。
【００１０】
本発明者らは、(a) 底部に少なくとも１つ以上の開口部を有する減圧容器と、(b) 前記減圧容器内に配設され、前記減圧容器の底部開口部に開口する湯道と、前記湯道に連通するキャビティとを有する鋳型と、(c) 前記減圧容器内に連通する減圧装置とを有し、前記キャビティのうち前記湯道の開口部から最も遠くて前記溶融金属が最後に充填される部分の近傍に、鋳型上面に開口する凹部状の吸引口が形成されており、もって前記吸引口における前記キャビティと鋳型上面との距離を鋳型の他の部分より小さくなり、前記キャビティ内に前記溶融金属の急速な湯回りが可能となる減圧吸引鋳造装置を提案している。しかし、減圧鋳造品の生産性を向上するためには、減圧吸引鋳造装置の構造を改良することが望まれる。
【００１１】
【発明が解決しようとする問題点】
従って、本発明の目的は、湯廻り不良やブローホール等の鋳造欠陥の発生を防止するとともに、生産性の良好な、特に薄肉鋳物の製造に最適な減圧吸引鋳造装置及び方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、鋳型収納室内に配置された鋳型のキャビティの上端部の近傍に優先吸引部を設け、かつ鋳型収納室の上部開口部に配設された吸引ヘッドを鋳型の上面に密着させ、鋳型を鋳型収納室内に拘束するように押圧力をかけながら減圧吸引することにより、鋳型サイズの公差にかかわらず常に吸引ヘッドと鋳型上面との密着を十分に保持することができ、もって薄肉鋳物の量産性が著しく向上することを発見し、本発明に想到した。
【００１３】
即ち、本発明の第１の減圧吸引鋳造方法は、(a) 上部及び底部にそれぞれ開口部を有する鋳型収納室内に、湯道と、湯道に連通するキャビティとを有する鋳型を、湯道が鋳型収納室の底部開口部に開口するように配置し、(b) キャビティの上端部の近傍に優先吸引部を形成し、(c) 鋳型収納室の上部開口部に配設された吸引ヘッドの開口端を、優先吸引部を完全に覆うように鋳型の上面に密着させ、シリンダ装置で押圧手段を駆動することにより吸引ヘッドを押圧し、もって鋳型に常時一定圧力がかかるようにし、(d) 押圧手段による力と、鋳型収納室と鋳型の断面積の差で発生する圧力とにより、鋳型を鋳型収納室内に拘束するように押圧力をかけながら、優先吸引部に減圧を付与することにより、キャビティ内に溶融金属を注湯することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の第１の減圧吸引鋳造装置は、(a) 上部及び底部にそれぞれ開口部を有し、上部の開口部に蓋部材が密封状態で係合した鋳型収納室と、 (b) 湯道とそれに連通するキャビティとを有する鋳型であって、鋳型収納室の底部開口部に湯道が開口するように鋳型収納室内に配設された鋳型と、(c) キャビティの上端部の近傍に形成された優先吸引部と、(d) 鋳型収納室の上部開口部に配設され、蓋部材に摺動自在に受承され、優先吸引部を完全に覆う鋳型の上面に密着する吸引ヘッドと、(e) シリンダ装置によって吸引ヘッドに常時一定圧力をかける押圧装置と、(f) 吸引ヘッドに連通する減圧装置とを有し、鋳型を鋳型収納室内に拘束するように押圧力をかけながら、優先吸引部に減圧を付与することにより、キャビティ内は減圧され、もって前記キャビティ内への溶融金属の湯回りが可能となることを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明の第２の減圧吸引鋳造方法は、(a) 上部及び底部にそれぞれ開口部を有する鋳型収納室内に、湯道と、複数の補給路を介して湯道に連通するキャビティとを有する鋳型を、湯道が鋳型収納室の底部開口部に開口するように前記鋳型収納室内に設け、(b) キャビティの上端部の近傍に優先吸引部を形成し、(c) 鋳型収納室の上部開口部に配設された吸引ヘッドの開口端を、優先吸引部を完全に覆うように鋳型の上面に密着させ、シリンダ装置で押圧手段を駆動することにより吸引ヘッドを押圧し、もって鋳型に常時一定圧力がかかるようにし、(d) 押圧手段による力と、鋳型収納室と鋳型の断面積の差で発生する圧力とにより、鋳型を鋳型収納室内に拘束するように押圧力をかけながら、優先吸引部に減圧を付与することにより、キャビティ内に前記溶融金属を注湯することを特徴とする。
【００１６】
更に、本発明の第２の減圧吸引鋳造装置は、(a) 上部及び底部にそれぞれ開口部を有し、前記上部の開口部に蓋部材が密封状態で係合した鋳型収納室と、(b) 湯道と、複数の補給路を介して湯道に連通するキャビティと、キャビティの上端部の近傍に優先吸引部とを有する鋳型であって、鋳型収納室の底部開口部に湯道が開口するように鋳型収納室内に配設された鋳型と、(c) 鋳型収納室の上部開口部に配設され、蓋部材に摺動自在に受承され、優先吸引部を完全に覆うように鋳型の上面に密着する吸引ヘッドと、(d) シリンダ装置によって吸引ヘッドに常時一定圧力をかける押圧装置と、(e) 吸引ヘッドに連通する減圧装置とを有し、鋳型を鋳型収納室内に拘束するように押圧力をかけながら、優先吸引部に減圧を付与することにより、キャビティ内は減圧され、もってキャビティ内への前記溶融金属の湯回りが可能となることを特徴とする。
【００１７】
本発明を以下詳細に説明する。
[1] 鋳鋼
本発明の減圧吸引鋳造方法及び装置は、溶湯温度が高く、薄肉鋳物を製造するのが困難な鋳鋼等に利用するのが好ましい。このような鋳鋼は、高い耐熱性及び耐酸化性を有するが、その好ましい組成は以下の通りである。
Ｃ：０．０５〜０．４５重量％
Ｓｉ：２重量％以下、
Ｍｎ：１重量％以下、
Ｃｒ：１６〜２５重量％、
Ｗ：３重量％以下、
Ｎｉ：２重量％以下、
Ｎｂ及び／又はＶ：０．０１〜１重量％、
Ｆｅ及び不可避的不純物：残部、又は
Ｃ：０．２０〜０．６０重量％
Ｓｉ：２重量％以下、
Ｍｎ：１重量％以下、
Ｃｒ：１５〜３０重量％、
Ｗ：２〜６重量％、
Ｎｉ：８〜２０重量％、
Ｆｅ及び不可避的不純物：残部。
上記組成の鋳鋼は、通常のα相の他にγ相から転移した相（α相＋炭化物）でα’相と呼ばれる相を有する。α’相の（α相＋α’相）に対する面積率は２０〜９０％であるのが好ましい。
【００１８】
[2] 第１の減圧吸引鋳造方法及び装置
図１を用いて、本発明の第１の減圧吸引鋳造装置を説明する。図１の減圧吸引鋳造装置１は、底部に開口部３を有する鋳型収納室２内に、キャビティ７と湯道６等を有し、側面を覆う鋳型クランプ70によって保持された鋳型４を配設し、鋳型収納室２に上方から減圧吸引力を作用させて、鋳型４下端の湯口６ａから溶湯を吸引して注湯を行う方式のものである。具体的には、減圧吸引鋳造装置１の鋳型収納室（例えば、内径600 mm、高さ800 mmを有する鉄製の減圧容器）２は、底部に開口部３が設けらており、また上部フランジ21には蓋部材２ａが密封手段40により密封状態で係合しており、蓋部材２ａの中央部には吸引ヘッド18を摺動自在に受承する開口部52ａが設けられている。吸引ヘッド18はフレキシブル管９に接続されており、フレキシブル管９は、減圧制御手段10を介して真空ポンプ等の減圧装置11に接続されている。
【００１９】
鋳型収納室２内には、砂鋳型４が収容される。本発明では、造型性及び通気性の点から珪砂等を用いた砂鋳型が好適である。例えば、珪砂７号を材料として、縦方向２分割で造型したコールドボックス型が好ましい。砂鋳型４には、砂鋳型下面より下方に突出した溶湯導入部５が設けられており、砂鋳型４は溶湯導入部５が開口部３より下方に突出するように鋳型収納室２内に配置される。
【００２０】
砂鋳型４内では、湯道６（例えば、縦10mm、横100 mmの断面を有する）が溶湯導入部５から垂直方向に延在し、湯道６にはキャビティ７が連通している。キャビティ７としては、例えば外径60mm、長さ200 mm、肉厚2.5 mmのパイプ部７ａ、外径80mm、幅３mmのフランジ部７ｂ及びパイプ部より突き出た外径10mm、直径20mmのボス部７ｃからなる形状の例が挙げられるが、勿論これに限定されるものではない。キャビティ内面には塗型剤を0.01〜４mm、例えば0.15mmの厚さに塗布するのが好ましい。キャビティ７の上端には、押湯８ａ（吐かせを兼ねる）及び堰８ｂが設けられている。なお、鋳型収納室２と、蓋部材２ａ及び鋳型４との間にはそれぞれパッキン23ａ、23ｂが配置されており、鋳型収納室２の密封状態の低下を防止するとともに、鋳型４内のキャビティ７の減圧度が低下するのも防止している。
【００２１】
減圧側に臨む鋳型４の上面でキャビティ７の押湯８ａ等の近傍には、優先吸引部が設けられている。優先吸引部の一例としては、図１に示すように、キャビティ７の押湯８ａ等に向かって凹部状に切り込まれた吸引口12がある。吸引口12は、押湯８ａとの間に介在する鋳砂が鋳造時の機械的、熱的衝撃によって破砕しない程度に、押湯８ａに近接しているのが好ましい。具体的には、吸引口12の底部から押湯８ａまでの距離は約15〜30mmとするのが好ましい。また、吸引口12の直径は鋳型４の機械的強度が低下しない程度であれば特に限定されず、キャビティ７及び押湯８ａ等のサイズに応じて適宜設定することができる。具体例として、300 mm程度の吸引口12の直径とすることができる。また、減圧吸引力を吸引口12の限定部分、特に溶湯の最終充填部分に対向する吸引口12の底部に作用させるために、吸引口12のの位置に開口部を有するとともに、吸引口12の側面を覆う下方突出部を有する仕切り部材を用いても良い。さらに凹部状に切り込まれた吸引口12内に、後述するような鋳型４本体よりも大きな通気度を有する多孔性部材や、ブロック等を設けても良い。
【００２２】
図１に示す減圧吸引鋳造装置では、吸引口12と溶湯最終充填部としての押湯８ａとの間に、鋳型４本体よりも大きな通気度を有する多孔性部材16が設けられている。多孔性部材16は、例えば鋳型４より粒度の粗い鋳砂を円板状、平板状等につき固めて形成したものが好ましい。この多孔性部材16は、造型時に、鋳型４に一体的に埋設しても良いが、別体として形成し、鋳造時に鋳型４に嵌め込んで使用することもできる。
【００２３】
鋳型４と多孔性部材16との通気度の関係は、後者が前者よりも大きければ効果があるが、後者が前者の約３〜30倍であるのが好ましい。この通気度の例として、例えば鋳型４を珪砂６号として通気度を261 とし、多孔性部材16を珪砂５号として通気度を785 から、鋳型をジルコンとして通気度を48、多孔性部材16を珪砂４号として通気度を1130とするのが好ましい。ただし、通気度は JIS Z2603/1976 の「鋳物砂の通気度試験方法」により測定したものである。
【００２４】
吸引ヘッド18は、フレキシブル管９に接続するとともに蓋部材２ａの開口部52ａ内を摺動する管状部18ａと、管状部18ａの下端に接合された拡径部18ｂとからなり、拡径部18ｂは、吸引口12を完全に覆うように鋳型４上面に密着される。拡径部18ｂの下端面には、鋳型４上面との密着性を確保するためのパッキン23ｃが設けられている。このような構造により、吸引ヘッド18は、減圧吸引力を主として吸引口12に作用させることができる。
【００２５】
図２に例示するように、吸引ヘッド18には鋳型４を押圧する押圧手段30が係合している。押圧手段30は、空気シリンダーのように常時一定圧力を吸引ヘッド18にかける手段を有することが必要である。図２に示す押圧手段30は、蓋部材２ａに固定された一対のブラッケト31と、ブラッケト31にシャフト32ａを介して枢動自在に支持されている一対のレバー32と、シャフト32ｂを介して一対のレバー32に枢着されているリンク33と、リンク33に枢着されている空気シリンダー34とを有する。各レバー32は中央部分にスロット32ｃを有し、そのスロット32ｃに吸引ヘッド18のピン35が遊嵌している。空気シリンダー34が下降すると、それに連動して、レバー32とともに吸引ヘッド18が下がり、鋳型４上面に一定の押圧力を及ぼす。この構造のため、鋳型４の高さに公差があっても鋳型４上面への押圧力が異なることはない。また、異なる高さの鋳型４を使用する場合にも空気シリンダー34のストロークを変えるだけでよいという利点も得られる。押圧力はレバー32からの力だけでなく、鋳型収納室と鋳型上下面の断面積の差で発生する圧力も加わる。もし押圧力をスプリングで与えようとすると、異なる高さの鋳型４を使用した場合に押圧力が異なるので、押圧力を一定に保とうとすると鋳型４ごとにスプリングも変えなければならない。さらに鋳型４の高さのばらつきによっては、吸引ヘッド18の固定位置を調節しなければならないこともある。
【００２６】
また、蓋部材２ａの密封手段40は、蓋部材２ａに取付け具を介して回転自在に固定された回転部材41と、回転部材41に固定された固定治具42と、回転部材41に枢動自在に取り付けられた空気シリンダー43とからなる。空気シリンダー43が上昇すると、回転部材41は回転し、固定治具42は鋳型収納室２のフランジから離脱する。一方、空気シリンダー43が下降すると、回転部材41は逆に回転して固定治具42は鋳型収納室２のフランジを蓋部材２ａに対して押圧する。蓋部材２ａと鋳型収納室２との間にはシール部材（パッキン）23ａが設けられているので、両者は完全に密封される。
【００２７】
鋳型４の側面は鋳型クランプ70によって保持されており、鋳型４の側面はほぼクランプ70によって覆われている。鋳型クランプ70を設けることにより、鋳型４が側面から減圧されることがなくなり、その結果鋳型４内に過大な横方向の減圧度分布が生じるのを防止することができる。
【００２８】
鋳型収納室２の外側面には、減圧吸引鋳造装置１が溶湯保持炉14内の溶湯15に浸漬されたことを検知する湯面センサー13が取り付けられている。また、鋳型４の下面より下方に突設された溶湯導入部５の側面及び鋳型下面を覆う保護枠24（例えば鋼製）が設けられている。保護枠24の下部は鋳型収納室２の底部開口部３より下方に突出しているので、減圧吸引時に溶湯導入部５とともに溶湯保持炉14内の溶湯15に浸漬される。この保護枠24によって、溶湯導入部５の強度が確保されるとともに、湯道６に作用する減圧の低下が防止され、更には溶湯導入部５の側面等を通じての空気の巻き込みが防止される。
【００２９】
図１の減圧吸引鋳造装置１により鋳造を行う場合、まず鋳型４の溶湯導入部５を溶湯保持炉14内の溶湯15に浸漬する。鋳型収納室２の側面に取り付けた湯面センサー13により、溶湯導入部５の浸漬を感知すると、鋳型収納室２の下降を停止し、同時に減圧装置11を作動させて減圧を開始する。鋳型収納室２内を減圧すると、吸引口12を介してキャビティ７内の空気は吸引されるので、湯道６内に入った溶湯はキャビティ７内に急速に充填される。キャビティ７内の減圧度は吸引口12と押湯８ａとの距離を適宜調節することにより制御することができる。
【００３０】
また図１の減圧吸引鋳造装置１では、鋳型収納室２に不活性ガス供給手段25が接続され、不活性ガスを鋳型収納室２内に圧入し、鋳型収納室２の空気をパージして不活性ガスにより置換することができる。不活性ガスとしては窒素ガス、アルゴンガス等が好ましい。不活性ガス置換を行う場合には、不活性ガス供給手段25を作動させて鋳型収納室２内の空気をパージし、不活性ガスで充満する。その後、鋳型４を収納した鋳型収納室２を下降させて、溶湯導入部５を溶湯保持炉14内の溶湯15に浸漬し、減圧して溶湯の吸引を行う。
【００３１】
湯面センサー13の代わりに減圧吸引鋳造装置１の鋳型収納室２内に圧力センサー（図示せず）を取り付け、鋳型収納室２内の圧力変化を検知することにより、湯面を検知することもできる。図３は、鋳造時の減圧パターンと注入した溶湯の重量の経時変化を示す図である。Ａは鋳造前、Ｂは湯面に達した時、Ｃは鋳造時の減圧度を示す。鋳造前では、鋳型４の湯口６ａは溶湯15に達していず、微小な空気の流れがあるだけである（工程Ａ）。次に鋳型収納室２が下降して鋳型４の湯口６ａが溶湯15に達すると、鋳型収納室２内の減圧度は急激に上昇する（工程Ｂ）。一定時間内に予定の浸漬深さになったところで、減圧装置の減圧吸引力を上げる（工程Ｃ）。鋳型４のキャビティ７内に溶融金属15が充満したら減圧度は一定になるので、減圧装置を停止し、一定時間経過してキャビティの製品部が凝固した後、鋳型収納室２を上昇させる。この方式では、溶湯に浸漬する湯面センサー13を使用しないので、消耗品がなく、また設備も簡単である。
【００３２】
図４は、第１の減圧吸引鋳造装置の別の例を示す概略断面図であり、基本的な構成は図１で示すものと同様である。従って、同じ部分については説明を省略する。図４においては、キャビティ７内に配置する中子26を中空とする。中子26内の中空部は吸引口12に開口する多孔性部材16の小孔27に連通しているので、減圧吸引力は直接中子26内に及ぶ。また鋳型４内には、吸引口12から、押湯８ａ以外のキャビティ末端部８ｄ、８ｅの近傍まで延在する小径の吸引孔28が設けられている。この構成によって、中子26周縁部及びキャビティ末端部８ｄ、８ｅへの溶湯の急速な湯回りが可能となる。なお、図４の減圧吸引鋳造装置の操作は、図１のものと全く同じでよい。
【００３３】
[3] 第２の減圧吸引鋳造方法及び装置
図５を用いて、本発明の第２の減圧吸引鋳造装置を説明する。図５においては、鋳型４に、溶湯導入部５の底面からほぼキャビティ７に沿って吸引口12近傍まで延在する湯道60が設けられており、この湯道60は３本の溶湯補給路61ａ、61ｂ及び61ｃを介してキャビティ７と接続している。各溶湯補給路61ａ、61ｂ及び61ｃは、湯道60との接続位置よりキャビティ７との接続位置が上方にくるように、湯道60からキャビティ７にかけて上方に次第に傾斜している。また、湯道60の上端は押湯８ａより僅かに上方に位置させるのが好ましい。これにより、湯道60内の減圧度をキャビティ７内の減圧度より僅かに大きく保つことができる。このような構成により、キャビティ７内に入る溶湯の先端面に乱れが少なく、かつ急速な充填が可能となる。
【００３４】
図５に示す第２の減圧吸引鋳造装置の操作は基本的に図１に示すものと同じであるが、湯道60から溶湯補給路61ａ、61ｂ及び61ｃを介してキャビティ７に溶湯が急速に入る点が異なる。また、湯道60内の減圧度はキャビティ７内の減圧度より、減圧過程の中間点で約20mmＨｇ大きくするのが好ましい。
【００３５】
図６は、第２の減圧吸引鋳造装置の別の例を示す概略断面図である。この減圧吸引鋳造装置における基本的な構成は、図５の実施例と同様であるので、同一符号を付した部分については、その説明を省略する。図６の減圧吸引鋳造装置においては、キャビティ７内に中空の中子62を有する鋳型４を使用する。中子62内の中空部は吸引口12内に開口する多孔性部材16の小孔63と連通しているので、減圧吸引力が直接中子62内に及ぶ。また鋳型４内には、吸引口12から押湯８ａ以外のキャビティ末端部65の近傍まで延在する小孔64が設けられている。キャビティ末端部65と小孔64との間に多孔性部材が設けられていてもよい。この構成によって、キャビティ７内への均一な注湯が促進される。図６の減圧吸引鋳造装置の操作は図５のものと同じでよい。
【００３６】
図７は、複数個の鋳造製品を同時に作製することができる所謂複数個取りの鋳型４を有する減圧吸引鋳造装置を示す概略断面図であり、図８はそのＡ−Ａ断面図である。図８から明らかなように、鋳型４は４個の分割鋳型からなるが、勿論それ以外の分割数の組立鋳型としてもよい。分割鋳型を用いると、造型から鋳造まで一貫して行うことができ、かつハンドリングが容易である。図７では、吸引口12に円錐状の凹部12ａが形成されており、その底部に鋳型４本体よりも大きな通気度を有する多孔性部材16が設けられている。
【００３７】
多孔性部材16の直ぐ下まで湯道60が延在しており、湯道60に複数のキャビティ７が３本の溶湯補給路61ａ〜61ｃを介して連通している。なお、各々のキャビティ７及び押湯８ａは、図５に示したものと同一形状を有してもよい。見切り面90は、湯道60内の垂直中心線を通って各キャビティを２分割する垂直面と一致している。図８から分かるように、組立鋳型４は、直交する２つの垂直面と一致する見切り面90によって４つの同一形状の鋳型片92に分割される。同様の原理によって、ｎ個取り鋳型をｎ個の分割鋳型よりなる組立鋳型として形成することができる。上記構成により、模型製作、造型等のコストを低減することができる。なお、図７の減圧吸引鋳造装置の操作は、図５のものと同じでよい。
【００３８】
図９は、図７の減圧吸引鋳造装置の変更例を示す概略断面図であり、図10はそのＢ−Ｂ断面図である。この実施例における基本的な構成は、図７に示したものと同様であるので、同一符号を付した部分については、その説明を省略する。この減圧吸引鋳造装置において、鋳型４は４つのＵ字型状の鋳型クランプ80によって側面から保持されている。鋳型クランプ80は、上方が下方よりも厚くなるようにテーパーを有する。また鋳型収納室２は下方が上方よりも厚くなるようにテーパーを有する。この構成を有する減圧吸引鋳造装置の場合、吸引ヘッド18を押圧すると、図10に示す矢印の方向に分割鋳型片92が締まる。なお、図９の減圧吸引鋳造装置の操作は、図７のものと同じでよい。
【００３９】
【実施例】
本発明を以下の実施例により更に詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００４０】
実施例１
下記表１及び表２に示す組成の鋳鋼の溶湯（1550℃）を用いて、図１に示す減圧吸引鋳造装置により鋳造実験を行ったところ、肉厚2.5 mmまで不廻りや欠肉等の鋳造欠陥のない鋳造品が得られた。
0003794033.tif 000002
【００４１】
実施例２
上記表１及び表２に示す組成の鋳鋼の溶湯（1580℃）を用いて、図４に示す減圧吸引鋳造装置により鋳造実験を行ったところ、肉厚2.0 mmまで不廻りや欠肉等の鋳造欠陥のない鋳造品が得られた。
【００４２】
実施例３
上記表１及び表２に示す組成の鋳鋼の溶湯（1610℃）を用いて、図５に示す減圧吸引鋳造装置により鋳造実験を行ったところ、肉厚1.5 mmまで不廻りや欠肉等の鋳造欠陥のない鋳造品が得られた。
【００４３】
実施例４
図５の減圧吸引鋳造装置における湯流れ状態を調べるために、図11に示すマニホールド鋳造用キャビティ７と湯道60を接続する６本の溶湯補給路66ａ〜66ｆを有する鋳型を用いて、コンピューター・シミュレーション及び実際の湯流れの測定を行った。結果を図11に併せて示す。図中の数値は、充填開始からの経過時間（単位は秒）を表す。図11から分かるように、溶湯はまず湯道60から第１の溶湯補給路66ａを通りキャビティ７の下部に充填される。キャビティ７の下部に充填された溶湯の湯先か第２の溶湯補給路66ｂの上端部と同じ高さに達する直前に、溶湯補給路66ｂから溶湯のキャビティ７への注入が開始される。その後順次キャビティ７に充填された溶湯の湯先が各溶湯補給路の高さに達する直前にその溶湯補給路から溶湯の注入が開始される。このような溶湯の湯先の進行状態は図11に点線で示されている。このように、キャビティ７内に充填された溶湯の湯先に、温度低下の少ない溶湯が注湯されていくため、湯廻り不良、リーク発生、空気の巻き込み、ブローホール発生等の鋳造欠陥を防止するのに極めて有効である。
【００４４】
図11の溶湯充填方式を達成するための減圧吸引鋳造装置の各部の減圧度は図12に示す通りである。図11から明らかなように、キャビティ７への溶湯の充填は約１秒以内に完了する。この時間内では吸引口12の減圧吸引力はキャビティ７よりも湯道60に対し強く作用していることが分かる。つまり、湯道60の減圧度がキャビティ７の減圧度よりも大きくなっている。湯道60内にこのような大きな減圧吸引力を発生させるために、キャビティ７に沿って延在する湯道60の上端は吸引口12の近傍にまで達するのが好ましい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の減圧吸引鋳造方法及びその装置によれば、鋳型収納室の上部開口部に摺動可能に配設された吸引ヘッドを鋳型の上面に密着させ、かつ吸引ヘッドに一定の押圧力をかけることによって、鋳型サイズにバラツキがあっても、また異なるサイズの鋳型を用いても吸引ヘッドと鋳型上面との密着性を良好にし、かつ所定の押圧力を付与することができる。このため、使用する鋳型のサイズにあわせて吸引ヘッドを交換したり、その固定位置を調節したりする必要がなく、鋳物の生産性が著しく向上する。さらに、本発明の構成により、極めて薄い鋳物でも湯廻り不良等の欠陥をなくすことができる。このような利点を有する本発明の減圧吸引鋳造装置及び方法は、著しく肉薄な鋳鋼製の鋳造品を作製するのに好適であり、特にマニホールド等の排気系機器等を鋳造するのに適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の減圧吸引鋳造装置の一例を示す部分断面図である。
【図２】吸引ヘッドの押圧手段を示す部分断面図である。
【図３】鋳造時の減圧パターン及び注入溶湯重量の経時変化を示すグラフである。
【図４】第１の減圧吸引鋳造装置の別の例を示す部分断面図である。
【図５】本発明の第２の減圧吸引鋳造装置の一例を示す部分断面図である。
【図６】第２の減圧吸引鋳造装置の別の例を示す部分断面図である。
【図７】複数の鋳型片からなる組立鋳型を有する減圧吸引鋳造装置を示す部分断面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図である。
【図９】図７の減圧吸引鋳造装置の変更例を示す部分断面図である。
【図１０】図９のＢ−Ｂ断面図である。
【図１１】図５の減圧吸引鋳造装置における注湯時の湯流れの実測値とコンピューター・シミュレーションの結果を示す図である。
【図１２】図５の減圧吸引鋳造装置における注湯時の各部の減圧度を示すグラフである。
【符号の説明】
１：減圧吸引鋳造装置
２：鋳型収納室
３：開口部
４：鋳型
５：溶湯導入部
６：湯道
７：キャビティ
９：フレキシブル管
10：減圧制御手段
11：減圧装置
12：吸引口
13：湯面センサー
14：溶湯保持炉
15：溶湯
16：多孔性部材
18：吸引ヘッド
23：パッキン
24：保護枠
25：不活性ガス供給手段
26：中子
30：押圧手段
31：ブラケット
32：レバー
33：リンク
34：空気シリンダー
35：ピン
60：湯道
61：溶湯補給路
66：溶湯補給路
70：鋳型クランプ
90：見切り面
92：分割鋳型片
【図１】
0003794033.tif 000003
【図２】
0003794033.tif 000004
【図３】
0003794033.tif 000005
【図８】
0003794033.tif 000006
【図４】
0003794033.tif 000007
【図５】
0003794033.tif 000008
【図６】
0003794033.tif 000009
【図７】
0003794033.tif 000010
【図９】
0003794033.tif 000011
【図１０】
0003794033.tif 000012
【図１２】
0003794033.tif 000013
【図１１】
0003794033.tif 000014