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生型造型におけるみきり可変技術ーダブルスクイーズ造型法一

技術報告

生型造型におけるみきり可変技術
ーダブルスクイーズ造型法一金森敬*金平諭三*TechnologyofAdjustablePartingPlaneforGreen
SandMolding‑DoubleS
queezeMoldingMethod一
金森敬

TakashiKanamoriandYusoK
anehira金平諭三

キーワード:生型，造型機，みきり，ダブルスクイーズ，ネットシエープ化

プルスクイーズ造型法について報告する.

1. はじめに鋳造品の寸法精度を上げて高精度化することが不可欠となっているが，鋳造工場においては，その実現のために鋳型の高精度化を図らねばならない.その際，過剰な設備投2. みきり可変の考え方
みきり面と枠合わせ面の関係について従来の技術を図 1に示す.図示する形状の製品を仮定した場合，枠面でみき資を回避しつつ，同時に省力化と生産体制の再構築も実行る場合，縦方向に造型不可能な部分ができる.また，オフされる必要がある.

セット鋳型とした場合，有効面積の減少から横方向に造型

こうした観点から，鋳型の高強度での均一性を前提とし不可能となり，もし他の平面的に造型可能な場合でも，既て，既存の模型及び砂処理設備の流用と，ばりなし化を実存の模型を改造しなければならない.既設の造型ラインで現し，なおかっ造型ラインの集約化の可能な造型法の開発使用していた模型を流用する場合には，枠面にかかわらずを行ってきた.
造型ラインの集約に関しては，現状での複数のラインの合わせた枠の内部でみきり面を設定する必要があり，この稼働理由を考えねばならないが，多くは枠寸法と対象製品の考え方を図 2に示す.

考え方をみきり可変と称することとする.このみきり可変との相関で決定されている.平面的にはセグメントパター

みきり可変とした場合，当該ラインで造型可能な製品点ンの考え方による複数種込めや，同一製品の複数個込めで数が増加し，生産枠数の範囲内では別のラインから製品を対応できる. しかし，高さについては，高精度化のために移管することができる.

主流となっている有枠方式では枠面がみきり面となるため既存の造型方法で上型と下型のキャビティに大きな差異に，使用できる造型ラインが限定されている.これに対処のある図 3のような場合，みきりを変えて図 4のように変する方法としてオフセット鋳型があるが，枠の有効面積の更すれば砂付きが確保され，これによって鋳型の変形が生減少と模型の改造費という問題がある.

じにくい.また，注湯，冷却時の砂に対する熱影響が均一

これらの問題を解消するために今回は，みきり面の位置を枠面に拘束されずに可変とすることとした.このために必要な鋳型の条件と，それを満たす方法として開発したダ造型不可部化されやすく，回収砂の管理が容易になる.
製品によっては注湯ヘッドを高くすることで圧力を高め，開放押し湯を採用しないという利用方法もある.

鋳型枠(1)みきり可変なし(2)オフセット鋳型

図 1 みきり面と枠合せ面の関係(従来技術).
技術賞受賞者への依積原稿平成 12年 4月 3日 原稿受理
* 金森新東(株)KANAMORISINTOCo.，Ltd.

490

鋳造工学

第72巻 (2000) 第 7号

鋳型枠

鋳型枠

図 4 みきりを変えて砂付を確保した状態.
図 2 みきり可変.

鋳型枠

図 3 上下型のキャビティに大きな差異がある状態.
みきり可変の実例を図 5に示す.

3. みきり可変となる鋳型
みきり面が枠面でないためには，鋳型高さを高く設定した型では，枠面から設定量だけ砂型が突出した状態となる.
これは上型，下型のいずれに設定されてもよい.
一方，前述の鋳型と合わせられる型は突出した高さと同一量だけ枠内にへこんだ状態で造型されている.
これらの鋳型を枠合わせするのであるから突出した砂型側面はストレートに造型され，かっ，表面も鋳型外周も高

図 5 みきり可変の実例.

4. ダブルスクイーズ造型法の考え方
ダブルスクイーズ造型法はみきりを可変としない通常の造型においても採用される.本造型法は鋳型背面からのスクイーズ(上スクイーズ)にみきり面である模型側からのスクイーズ(下スクイーズ)を付加して鋳型の強度の均一化を図ったものである.

い精度で安定している必要がある.鋳枠の内面も砂持ちと鋳造品の寸法精度を上げて高精度にするためには鋳型の呼ばれる加工が施されることなくストレートな構造でなければならない.

高精度化が必要である.鋳型の高精度化を実現するには鋳鋳型の強度を確保し，砂型の凹凸を設定量に保持するた不可欠となる.従来の造型法では，みきり面の反対側であめに，造型方法においては通常の鋳型背面のスクイーズる鋳型背面の強度が上げられがちであるが，強度の均一性

型全体における各部位において高強度での均一性の確保が(上スクイーズ)のほかに模型面からのスクイーズ(下スクに着目した場合，製品となるキャピティ部のあるみきり面イーズ)を付加してタープルスクイーズとし， これを採用し側の強度も重要となる.みきり面側でも枠の近傍部，製品た.の角郡となる鋳型のエッジ部，模型間，及び縦面の強度確

これらをまとめると，みきり可変となるための条件は次のとおりである.

(1) 鋳型が高強度を確保し，調(ちゅう)密に造型されていること.

(2) 上型，下型共に鋳型側面がストレートであり，型落ちしないこと.
(3) 下スクイーズの距離が可変であり，停止位置の精度が高いこと.

保が従来は困難とされており，これらについて高強度とすることが必要である.強度の均一化が可能であれば，注湯時の圧力と，材質によっては凝固時の膨張の際に生じる鋳型壁の移動を最小限にすることができると考えられる1)
従来の水平割の造型法においては，生型砂の投入後の造型工程は鋳型背面からエネルギーを加えることが多い.従来の上スクイーズ，ブロー後の上スクイーズ，流気加圧，そして衝撃波等の造型法の開発によって，より大きなエネ(4) 造型後，ライン上での動きが安定していること.

ルギーを加えての鋳型の高強度化が図られているが，これこの条件を満足して，初めてみきりは可変となるが，そらはすべて鋳型背面からの加圧である.

れを可能にしたダプルスクイーズ造型法について説明する.

ダプルスクイーズ造型法では模型面を直接動かすことか491

生型造型におけるみきり可変技術ータ プルスクイーズ造型法
e2.
Ii，. ・・ ・〆+‑2 2 4.困旬開咽.

枠近傍部

軍鶏
1.
5右側

2.
目

2.
5

C
I.
6

鋳型密度、 x10'kg/m'

図 6 上スクイーズのみの標線の状態と鋳型の密度(模型なし).

左側

中心r1.l1U7.
1圃圃右側

図 9 ダブルスクイーズの標線の状態と鋳型の密度(枠高:さ : 120mm).
2.
5

べ

1.
57.
112.
51
1.
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5

鋳型密度、 x10'k
9/m'

図 7 ダブルスクイーズの標線の状態と鋳型の密度(模型なし).

0.
57.
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61
1.
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￨
長手話

左側

117.
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57.
6m
m

中心

右側

図10 上スクイーズのみの標線の状態と鋳型の密度(枠高さ: 180mm).
2.
50.
57.
52
2.
6
1
17.
5

左側

37.
52
2.
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6m
m

中心

右側

図 8 上スクイーズのみの標線の状態と鋳型の密度(枠高さ: 120mm).

0.
5

ら，使用する生型砂について，その性質を変更せず，また，7.
&22.
61
17.
5

左側

既存の模型を使用することが可能となった.

5. 模型側からスクイーズした際の砂の挙動
既に，模型側からスクイーズした場合に鋳型の強度が高くなることは報告されている初)4)

117.1由民 7.
6mm

中心右側

図11 ダブルスクイーズの標線の状態と鋳型の密度(枠高さ: 180mm).
ことが分かる.

生型砂の表面に新砂で標線を入れ，透明板を用いて，標さらに厳密に，砂の初期充てんの際に一定間隔に薄いベ線の動きを観察することにより砂の密度を測定することがントナイト層を作り，造型後に鋳型を取り出し切断して観できる.この場合，厳密には砂と透明板の摩擦も作用して察する方法も報告されているの.この場合も同様の結果をいるが，透明板にガラス板を用いることでこれを無視して示している.

砂の挙動を観察している.

前述の試験方法で模型を使って砂の挙動を観察した.試

図 6に上スクイーズのみ行なった場合，図 7にダブルス20X 幅 150x深さ
験で用いた測定装置の内のりは高さ 1クイーズを行なった場合の標線の状態と密度を示す.ここ75mm，高さ 180x幅 150x深さ 75mmの 2種類であ3.
6N/cm2で行った.上スクイーる.スクイーズの面圧は 7ズのみ行なった場合の結果を図 8と図 10に示す. また，

では枠と砂との摩擦力によって砂が原位置にとどまろうとし，下スクイーズの作用で枠近傍部の強度を上げるという

492

第 72巻

鋳造工学

(2000)第 7号
3.
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図1
4 下スクイーズの距離を 30mm増やした場合の模型聞の鋳型の密度.

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密鋳型

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図ズ

1.
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1.
0

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0

1
43.
0

砂のシューテインク

ヘッドイン

ダブルスクイーズ

離型

図15 造型工程.

図1
3 ダブルスクイーズ後の模型聞の鋳型の密度(スクイーズ面圧:59N/cm2).

げても鋳型の強度が若干しか向上しないことが分かる.

このときのスクイーズ距離を同じにして， ダプ Jレスクイー

70x幅 225x深さ 75
次に測定装置の内のりを高さ 2mmとし，下スクイーズ距離を 30mm増 や し て 同 様 の 試
験を行なった結果を図 14に 示 す . 下 ス ク イ ー ズ 距 離 の 増

1に示す.
ズを行なった結果を図 9と図 1

加によって鋳型強度が向上することが分かる.

枠高さが低い場合，図 8と図 9に 示 す と お り ， 上 ス ク

こうした試験から上スクイーズに下スクイーズを付加し，イーズに下スクイーズを付加することでみきり側の密度が同時に下スクイーズの距離を可変とする機構を有する造型高くなり，密度の差が少なくなる.

機を開発することにした.また，枠高さと製品形状によっ0に示すとおり上スクイーズの枠高さが高い場合，図 1
1
みでは，中間部からみきり側にかけて密度が低い.図 1に示すとおり，上スクイーズに下スクイーズを付加するとみきり側の密度が高くなるが，中間部の密度が低く，分割ては分割ヘッドを採用することとした.

6. 実機での調査造型機の工程を図 15に示す.第 l工 程 で 模 型 が 下 ス ク

ヘッドを併用して模型上部の鋳型のしまり過ぎを防止し，イーズ用に設定された距離だけ下がった状態で砂が投入さ中間部の密度を上げる必要がある.

ヘッドが鋳枠上に入り，第 3れる.第 2工程でスクイーズ.

模型聞については模型側からスクイーズを行なっても鋳工程でダブルスクイーズが行なわれ，上下面からスクイー

これズされる.このとき，下スクイーズは CB値 に か か わ ら ず型の強度を上げる効果が小さいという報告がある 4)について検討するために，測定装置の内のりを高さ 240

み き り 面 ま で 工 程 を 完 了 す る よ う に 留 意 し た . 第 4工 程×幅 225x深さ 75mmとし，高さ 90mmの 模 型 を 60で離型される.

mtri間隔で 2本 取 り 付 け て 模 型 聞 の 密 度 を 測 定 し た . ス

この第 4工 程 の 後 ， 枠 付 き の ま ま で ラ イ ン へ 入 る も のクイーズ面圧 39N/cm2で 造 型 し た 結 果 を 図 12， 59N/23に示す. ス ク イ ー ズ 面 圧 を 上cmで造型した結果を図 1と，枠から抜き出して無枠でラインへ入るものを製作した.
ダ ブ ル ス ク イ ー ズ 方 式 の 造 型 機 で 有 枠 方 式 の KDM型 を生型造型 におけるみきり可変技術ーダブ、ルスクイーズ造型法一493

表 1 実機による鋳型強度の調査結果(その1).
鋳型強度 (N/c.')
造型法

流無加圧造型).
表 2 実機による鋳型強度の調査結果(その 2鋳型強度 (N/叩')造型法

枠内寸枠近傍郡

ダブルスクイ‑;(魁衝撃波造型枠中JCi部

使用砂
抗圧力

750x950x300 27.
2 (n=3)27.9 (n=3)

15N/c.
'620xo20X30036.0 (n=l)

/c.
'
20N

16.
4 (n=4)7001010

図16 KDM型造型機(有枠方式).

︒
ト∞︒
∞
H

圏20 鋳型強度の測定位置.

図16に，無枠方式の RDM型を図 17に示す.

50x1
800x1
40/
ダブルスクイーズ造型機で，枠内寸 7)プレジョル
140の実機を用い， a)ダブルスクイーズ， b

図17 RDM型造型機(無枠方式).

)上スクイーズの 3とおりの方法でト+上スクイーズ， c鋳型を作り，図 18に示す測定点の鋳型の強度を測定した9に示す.ただし，この場合の下スクイーズ距結果を図 1ou ト

離は 20mmで固定している.これによって，従来の上ス
クイーズ文はプレジョルト+上スクイーズは枠近傍部の7MUU

一・‑6‑6・一?

図18 鋳型強度の測定位置.

強度が低く，ダブルスクイーズでは鋳型の強度が向上することが分かる.
次に流気加圧造型機からダブルスクイーズ造型機に更新した鋳造工場において，同ーの模型を使用して造型し，鋳型強度を測定した結果を表 1に示す.測定時期は異なって枠
ザイ ;(:750x1800x140H

20，いるが砂の管理値に変更はなく，0
また，測定位置は図 2に示したとおりである.都合により測定点のみ示し模型形状は示さない.測定点@⑥に関しては流気加圧造型での測定はされていない.
別な実機を用いて，衝撃波造型法と比較を行いながら枠こ示す.
近傍部と枠中央部の均一性を調査した結果を表 21

鋳型

図19日 果結︒
5 定
4E 祖
l動 のl糊 蝦川刊
515いずれの場合もダブルスクイーズを行なうことで鋳型強度の均一化が可能であることが分かる.
次に鋳型のエッジ部の成型性を確認する.鋳型をジョル鋳造工学

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第72巻 (2000)第 7号

2 ばり取り作業を廃止した鋳造品の外観.
図2(2) 枠近傍部の鋳型強度の確保による，張り気，型ずれの防止(ジョルト+スクイ ーズ造型)(ダプルスクイ ーズ造型)

均一な鋳型の強度を確保することによって鋳型壁の移動

国2
1 ばりの発生状況.

を最小限に抑えることが可能となり，張り気を防止するこ卜+スクイーズ造型法とダプルスクイーズ造型法で造型

枠近傍部の強度が確保されることにより，枠近傍まで模型とができる.また，張り気に起因する型ずれも防止される.
し，ばりの発生を見やすくするために，アルミニウム合金を入れることができ，従来の造型法では枠の中央部に寄り(AC・3A)を注湯した.この結果得られた鋳物を図 21に示がちであった有効面積が広がる.

す.同じ模型と同じ砂を使用しでも， ジョルト+スクイー(3) ばりなし化の実現

ズ造型ではばりが発生し，ダブルスクイーズ造型ではばりが発生しない.

前述のとおり，鋳型のエッジ部の強度を確保し，角欠けの発生する要因が誠少するために，ばりなし鋳物を生産す

この理由としては以下の 3点が考えられる.

ることが可能となる.

(1) 下スクイーズの効果により，鋳型のエッジ部の強(4) 抜け勾配の低減度が確保される.

鋳型の高強度での均一性を有した状態で，下スクイーズ(2) 下スクイーズが下降するという工程で離型を開始を利用して離型を行うことにより，精密な抜型ができる.

しており，加速度のない状態から離型が開始される

これによって抜け勾配を少なくし，機械加工代を減らすこため，鋳型のエッジ部に力を加えることがなく角欠とが可能となる.

けが発生しない.
(3) 離型時にレペリングシリンダや中抜きローラ等で(5) 砂処理設備の流用
従来の造型法では鋳型背面からエネルギーを加えて，砂の鋳枠の支持を行なわないため，支持物の水平度及をエネルギーの伝達物質としてみきり面側を造型するため，び鋳枠と支持物の平行度による影響を受けず，角欠砂の性質が造型性に及ぼす影響が大きく，現状の砂を流用けが発生しない.
こうした効果からみきり面のばりなし化を実現することができ，ばり取作業を廃止した鋳造品を図 22に示す.

できない場合がある.また，適合する砂の性質の管理幅が狭い造型法では，その維持が困難である.場合によっては，既設の造型機の要求する砂の性質と異なるために，砂処理ばりの発生する要素は鋳造工場の各所に見られるが，造設備の流用ができないこともある.ダブルスクイーズ造型型法と模型と砂という 3要素についてはばりなし化を推法では下スクイーズでみきり面側に直接エネルギーを加え進するために特に重視されるべきであると考えられる.て造型しているため，砂の性質を選ぶことなく造型するこ

7. ダブルスクイーズ造型法の効果
ダプルスクイーズ造型法を開発し，実用化して確認された効果は以下のとおりである.とができる.実際に，高強度な砂や水分の少ない砂と併用した事例がある.
(6) 既存の模型の流用
使用する模型はパターンプレート方式となる.造型する(1) 均一で高い鋳型強度の確保
鋳型背面からエネルギーを加えた場合，鋳型背面及び鋳際の上スクイーズ，下スクイーズはともに，圧力調整を無型中央部には大きい圧力が加わるが，模型側面，枠の側面及びみきり面に加わる圧力は非常に小さい 6)7) これに対接伝える機構上，強大なエネルギーを必要としないことか段階に行えることと，造型に有効な圧力をみきり面側に直ら，木型，樹脂型，金型の既存の模型が流用できる.試作

してダプルスクイーズ造型法において模型側からもスクイー時の木型や既存の模型が使用できることにより，鋳造工場ズした場合，模型面を直接動かして鋳型を造型するために，に強いられる模型の新規製作による膨大な負担を軽減する

みきり面全体と鋳型内面の均一な強度が確保される.

ことができるという効果がある.

生型造型におけるみきり可変技術ーダブルスクイーズ造型法一

第 2ステシヨン

495とし，最小限のアクチュエータで KDM型造型機と同等な造型性能と離型性能を確保した.
これらの機種の特色を考えることで，各工場の実情に合わせながら生産体制を再構築することができるものと思われる.

9. まとめ図23 DSK型造型機.

鋳造において生型造型法は生産性が高く，多くの利点を有することから，主流を占めている.また，その際の鋳造

8. 鋳造工場における設備集約

品は材質も製品形状も多岐にわたっているが，ネットシエー
プ化は，すべてに共通して強く要請されているのが現状でこれまで述べてきたとおり，タやブ、ルスクイーズ造型法にある.今回開発し，実用化したダブルスクイーズ造型法によっ.て高精度鋳造品の生産が可能となり，みきり可変技術

よって，確実な方法で鋳型の高精度化が可能になったものを採用した場合は複数ラインの統合を行うことができる.と考えられ，それを前提として，鋳造工場全体を集約化しまた，鋳型の高強度均一化の実現によって，自硬性鋳型かて厳しい時代の要請に対応すべきであろう.

ら生型への転換の実例も見られ，使用プロセスの統合化も今後とも，鋳造品に対する厳しい要求に応え，鋳造工場考えられている.造型速度は 15秒 /cpm以下の実績を有に役立つ技術を開発する所存であり，各方面のご指導をおしているので通常の 40秒/cpm程度の造型ラインの集約願いする次第である.

化が実行しやすくなっている.

文 献1) 竹本義明，本田勉:日本鋳物協会技術講習会テキス

一方で，現実の鋳造工場では少量生産品に対応するために，従来の手込造型を行っている場合や，少量であるがゆえに造型機自体を安価にし，省エネルギーにする必要のある場合も考えられる.こうした要求を満たして合理化するためにダブルスクイーズ造型法の半自動造型機も併せて開発した. これを図 23に示す.
造型速度:60秒 /cpm以上
第 lステーション:枠セット，砂入れ工程
第 2ステーション:ダフ'ルスクイーズ工程
第 2ステーションをスクイーズ専用ステーションとし，上下各 1本のショートストロークのスクイーズシリンダとした.また，キャリアプレートは特殊構造(特許出願中)

94)37ト(192) 湖上正明，松尾勇一，千々岩健児，畑村洋太郎:鋳物57(1985)7173) 湖上正明，松尾勇一，千々岩健児，畑村洋太郎:鋳物57(1985)7734) 黒田正信，内田繁，五家政人，川畑将秀:目立金属
1993)135
技報 9(5) 川畑将秀，五家政人，黒田正信，内田繁:鋳造工学
31(1997)46
全国講演概要集 15(1980)296) 日本鋳物協会:研究報告 27) 金森正弘:銅合金鋳物の自動造型とその不良対策並びに鋳造方案資料(1981)21