平成2年度 研究報告 大分県工業試験場

脚般研究
消失模型鋳造法における複雑形状鋳物の製造技術に関する研究
機械部 吉 浦 洋 之

1 はじめに永い歴史をもつ鋳造法も木型、金型及び現物を模鋳造方案には充分なる検討が必要である。

図3は、AC4A、MC、BC6について鋳込み後の寸型に用いて山砂又は、珪砂に粘結材を添加し、鋳枠法精度を検討するため、発泡模型及び製［指の上型に中でつき固め、卜型、下型に分割後模型を取り除きついて寸法を測定した。

空洞にしたのち溶湯を注入して製造する方法について基本的には現在でも変化はない。
今回取り組む鋳造法は発泡スチロールの模型を砂

図4は、上、下合わせ型の2ケ込めによる箱型発泡模型の鋳造方案を示す。上型、下型を接着剤で貼合わせた後押⊥による力▲案図である。）厚内側及び薄中に埋設し、枠内を減圧したのち注湯する方法であ

肉側から同時鋳込みによって製品の良否を観察しるため、従来の方法に比較して全く異なった方法でた。

あり、中子の不要、鋳バリの発生が少なく、高精度（3）実験装置及び供試材な上に機械的強度が高く、省力化、省エネルギし】川−、

表1は、実験に用いた装置を示す。模型成型装置クリーン化等の優れた特徴がある。そのため、最近は一次発泡したビーズを成型発泡する装置であるたではこの鋳造法についての研究が進み実用化されつめ、ポイラ」及びオ」−トクレ」−ブを必要とする。■更つある。に模型の表面には焼付け防止、さし込み防止等の目そこで昨年に引続き本研究では、実用に即した中的で塗型を施し、乾燥する装置を必要とする。また、子を必要とする箱型の複雑な模型を用いてアルミ合模型の充填には、フラスコ、真空ポンプ、三次元振金、マグネシウム合金、銅合金（以下AC4A、MC、動テーブル等によって砂を充填する。材料の溶解にBC6と略す）の3種類について鋳造力案、塗型の通気は、高周波溶解炉を用い、模型及び製品の寸法測定性、材質の組織等を中心に調査研究した。には定圧ダイヤルノギス等を用いた。

2 実験方法Å1の金型を用いて成型発泡したEPS模型の表面に塗塑を施し、乾燥後非粘結砂中に埋設して鋳込む
ため、枠内の減圧度、注湯温度、方案等適正条件を見出す必要がある。特に振動による砂の充填（振動、振幅）が大きな原因となり、製品の良否に影響を及ぼすため、珪砂の選定、フラスコの形状等を考慮する必要がある。
（1）実験方法のフロチャート

予備発泡、成型発泡、塗型、乾燥、砂充填、注湯及び製品の仕上げ等製造工程について図1に示す。

下型（2）模型の形状及び鋳造方案

図2には箱型発泡模型の上型、下型についての斜回を示す。この箱型は場所によって肉厚が異なり、
26

図2 箱型発泡模型の斜図

平成2年度 研究報告 大分県工業試験場

1200cの1．2気圧

金型への全面放水割型、寄せ型

湯口、湯道、堰塗膜1皿皿前後の1回

一次及び二次乾燥

振動、振幅一80へノー300

湯道、堰、製品の切断

塗型の厚さ至塗型の種類毒焼付け湘勘

図1製造工程（各工程のフn凹チャ騨卜）及び評価

27 ¶平成2年度 研究報告 大分県工業試験場

図4 箱型発泡模型の鋳造方案
図3 上型発泡模型の寸法測定位置

表2は、模型成型用として、ポリスチレン（以下 ントル5号を用いた。また、鋳込み材料には、AC4EPSと略す）を用い、模型の塗型には、石英及びシ A、MC、BC6をそれぞれ鋳込んだ。
リカの主成分を用い、模型充填用珪砂にはフリーマ

オ…トクレープ

模型成形装置ボイラー
塗型乾燥装置

恒温恒温器

1950×1270，maXlOkg／c汀デ 50 kg／hの蒸気発生

戸〆600×60鳳max8kg／cポ ≦ビーズの蒸気発泡、冷却装置等

15〜400c，湿度10〜80％

他

1．5rげ／min，600mmHg〆600×600軋200meshの金属

鱒吸引

フラスコ
模型充填装置

三次元振動テーブル 1288×640H，maX2G
溶 解 炉 高周波溶解炉

フラスコ内への砂の充填
金属材料の溶解

3kHz30kW，30kg′／鉄

模型寸法測定装置

表1実験に用いた装置

名

称

発泡ポリスチレン

適用（C6H5CH＝CH2）

炭素92％

塗 型 材

主成分は、石英、シリカ等で粘土の他ボンド及び界面活性剤消泡剤を混入 ⊇芦充 填 用 珪 砂 35〜48meshピークでSiO299・5％を有し比重は1・6〜1・8
溶 解 材 料

アルミニウム合金鋳物
AC4A（JIS†ま5202〕

Si書Mg【マグネシウム合金鋳物
MCりIS5203相当〕

Zn Al AIZncu∃4・8

表2 供 試 材
28 椚

青 銅 鋳 物BC6りISH5111）

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ヽヽ

93 実験結果及び考察−−7（1）塗型厚と通気度

﹁1︑し璽

ヽ︑蝦5

製

定後、J‡Sに基づく手法によって通気度を算出した︵0表3及び図5は、塗型厚と通気度を求めたものである。CO2砂型へ塗型剤を付着後乾燥させ、厚みを測

ぺL
rし4結果である。ボ山メ度が高くなるにつれて塗型の付たがって発泡模型の表面では直接測定できないが、つL︑■3︑し着量も増しているが通気度は逆に低下している。し1ll

塗型厚（mm）

鋳込み実験から1〜1．5mm程度で充分だと考えら

図5 塗型厚と通気度

れ鋳鋼等の高温注入には焼付け防止の意味から2︵訳︶mm程度必要だと考えられる。しかし、2mm厚となった場合、通気度も20以下となることから塗型の練乾燥は勿論のこと、バックサンドも粗い粒度を選定窪する必要がある。

竪（2）砂の充填及び鋳込み条件

表4は砂の充填及び鋳込み条件等を示したものである。模型をフラスコ中に設置し、振動をかけつつ砂を充填するがⅩ、Y、Zの振動数はⅩ及びYがほぼ同程度の45〜48‡izであるのに対し、本実験の模図6 模型に対する各測定点の収縮

通 気 度備塗型厚（mm）

12考

3 Ⅹ

0．40．862 賢 59 60 60．3 （1）鋳型作製：CO2型の底面に塗型材を付着
58 55 55 56〔2）乾燥時間：恒温重290c2日間乾燥後測定
Ⅴ×H≦（3）通気度算出式ニP＝ニ
1．055

1．248

【40・3 40239 1．6 1．8r25 023 ．20田219．7∈34巨30書33

PXAxT
P：通気度
Ⅴ：通過する空気量〔2000ml〕
H：試験片高さ（cm）
P：空気量（cmH20）
T：Ⅴが通過するのに要する時間
A：言式験片の断面積〔cnり申戸理化学工業（株）製（エビコK肌124〕

32．3

表3 塗型厚と通気度

鋳込条件

材 質
振動パターン（Hz）

書 減圧変〔m㌻「注入温度備 考

7 2 00c

落し込み方案Y ‖ Fz F時間 設定時 AC4A H 48 】45 H 2 5 4分 100】

7 5 0ひC

落し込み方案M C 48芦45

皿 書4分 十 80∋ BC6 】48 45∈20

4分 u ∈ 300

2 2 0 …12 5 0

12 0 0押上方案

表4 砂充填及び鋳込み条件
ーW 29 山一

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型は箱型であるため、Z軸はあまり強くしない方が1．5％、8．8mmで2．8％となり平均では1．99％の収縮

よく20Hzで充分であることが確認できた。しかし、となった。したがってAC4Aに対しMCでは6％程振動時間が短いと砂落ちが発生したため、4〜5分度収縮が大きく、BC6でも6％程度の収縮となった。

は必要である。減圧度では、MC及びAC4Aは比重

このことをJISの規格表と比較した場合、AC4A及が軽いことから、50〜−70で充分と思われるがびMCでは10／1000〜12／1000でほぼ規格通りのBC6は−300以上は必要と思われる。しかしこの場合収縮であるのに対しBC6は若干高い値となった。こ方案によって大きく異なる。したがって、落し込みの理由については今後の研究で解明していきたい。

方案では若干低い値でもよいと思われる。また、鋳図7は、模型に対する各材質の長さ方向に対する込みの温度はMCで7000C以下、AC4Aで7200C前収縮率を求めたものである。8mmから60mmまで後、BC6では1200〇Cで充分満足した結果が得られたが、MC及びAC4Aの様な軽比重の材料では、落し掛（3）材料の収縮32︵㌔︶込み方案が最適であることが確認できた。

蓋

図6は、図2で示した各測定点について各材料の竪模型に対する製品の収縮率を求めたものである。この図からAC4Aでは、長さ方向が187mmでは1．3％位であるのに対し、8．8mmでは2．8％の収縮を示し、a〜hまでの8点の平均では1．87％の収縮であった。

MCについては187mmで1．4％、8．8mmで2．5％、平図7 模型に対する各材質の長さ方向に対する均では1．98％であった。さらにBC6では187mmで収縮率

材 質 強度（N／m2） 伸び（％） 硬さHB（10／500） 製品重量〔kg）

比重（β〕

鋳造条件3。6 書 462。6 8落し込み方案

AC4AM C132 4．2

BC619 21−54 6．1

18．81．1

5 04．71。8 2 落し込み方案 ≦ 8t92 押上方案でも可

表5 製品の重量及び機械的性質

e f

5 、 高㍍十JJLニト；105．40ぎ 54。81．54j l．99
材 質 測定項目 円 】AC4A ト 模型寸法（mm〕

製品寸法（mm〕

収縮率〔薫γ） H

MC5∠皇．20≦ 4∠皇．30
収縮率（さ好）製品寸法〔mm）

聖望」さ・25
表6 各材質の収縮30 ′竺J】空L竺一札」

平成2年度 研究報告 大分県工業試験場︵≡︶勅陛︵∈︻こ古畳︵H喜−＼三髄涙ON00Nの爪〇三︵完0A C 4 A

M C

B C 6

図8 各材質の機械的性質
は3％前後から2％前後で各材質とも減少しているが60mm以上になるとゆるやかなカーブで収縮率が写真1AC4Aの鋳造組織減少し、材質面からはBC6がAC4A、MCに比較して若干低い値となっているのは消失模型鋳造法の特性とも考えられる。
（4）製品の重量及び機械的性質

表5は、図4に示す箱型の2ケ込めについて調査した結果、AC4A、MCでは落し込み方案について良好な結果が得られたが押上方案では、湯廻り不良等が発生した。BC6では、押上方案でも良好な結果が得られ、湯廻り不良、焼付け、砂落ち等の不良は認められなかった。また、湯口比についてBC6を1とした場合、Alでは1．5倍、MCでは2倍にすれば注湯時における湯廻り不良も防止することが確認できた。

写真2 MCの鋳造組織

参考までに2ケ込めの内1ケ分についての重量を示す。
材質についての機械的性質では、JISに基づく値とほぼ同程度であったがBC6の強度では若干下回った。この理由として、￠25の丸棒による立て込め試験片であったため、押しの効果が少なかったものと考えられる。
図8は各材質の機械的性質を比較したものである。 AC4Å、MCとも封S規格をほぼ満足しているが8C6は強度、伸びとも若干下回った。この理由について今後の研究で解明したい

写真3 BC6の鋳造組織（5）顕微鏡組織写真

写真1のÅC4Aは、倍率100倍の顕微鏡組織写真

BC6は、柱状晶及び等軸晶が表れた共晶組織を示である。粗大化された組織は、凝固速度の遅い消失す。特に脱酸剤として、Znを使用したため、αデン模型鋳造法の特性と考えられる。また、α素地であドライト相の範囲がやや狭く、♂相が広い組織となるAlの基地の他に塊状の初晶、板状の共晶その他った。

混合組織を観察することができる。MCの組織は
AC4Aを金型鋳造した組織に近く、Mgの基地の他

4 ま と めMg2Si及び不純物等の混合組織になっているもの（1）塗型厚と通気度と考えられる。

AC4A、MC等の軽合金は1mm前後でもよいが山〟 31平成2年度 研究報告 大分県工業試験場
BC6の場合は若干厚めの方がよい結果が得られた。
1mm程度の塗型厚で通気度は50前後である。

（5）顕微鏡組織AC4Åでは、α相における塊状の初晶、板状の共（2）砂の充填及び鋳込条件

晶が粗大化されているのは消失模型鋳造法の特性と砂充填の振動数は、Ⅹ、Y軸が45〜48Hz位でよ考えられる。

く、Z軸はその半分くらいでよい。充填時間は3分

MCでは金型鋳造した組織に近く、一般砂型と以上必要。減圧度はBC6を除く軽合金は−100以下若干異なる。

が望ましい。しかし、BC6は−300以下を必要とする。

BC6では柱状晶、等軸品等のα十♂デンドライ

鋳込方案では、BC6は押上でもよいが軽合金は落しトの共晶組織となった。

込みの方が望ましい。
（3）材質の収縮

材質の別なく、長さ方向の方が厚み方向よりも収縮が少ない。その範囲は2．8〜1．3％の間でばらつく。

AC4Aに対し、MC、BC6とも約6％収縮率が高い。
（4）製品の重量及び機械的性質

湯口比ではBC6を1とした場合、AC4Aでは1．5倍、MCでは2倍くらいにすれば溶湯が入りやすい。

参考文献
1 鋳物設計：鋳造技術講座編集委員会，日刊工業新聞社
2 非鉄合金鋳物：鋳造技術講座編集委員会，日刊工業新聞社
3 金属組織写真集：金属工学，丸善
4 工業試験場研究報告：平成元年度技術開発研究費補助事業成果普及報告書

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