JP3141615B2

JP3141615B2 - 差圧鋳造装置

Info

Publication number: JP3141615B2
Application number: JP05083484A
Authority: JP
Inventors: 一弘松野; 茂征佐藤
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1993-04-09
Filing date: 1993-04-09
Publication date: 2001-03-05
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: JPH06292962A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロストワックス法によ
って製作したセラミック・シェル鋳型を用いて鋳造を行
う差圧鋳造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】貴金属やチタンその他の材質による歯牙
や美術工芸品などの比較的小さな鋳造品は、一般に、薄
肉で、また、繊細な模様などもあって鋳造時に湯回り不
良を起こしやすい。したがって、これを改善するため
に、鋳型温度や鋳込温度を高くして鋳造時の溶湯の温度
低下を抑制することが行われている。しかし、材料とし
て例えばチタンやチタン合金を用いた場合、実際の作業
で溶湯を過熱して鋳込温度を高くすることは大変難し
い。また、チタン特有の反応性によって、鋳型温度が高
くなるほどチタンと鋳型との反応が激しくなり、鋳造品
のコンタミネーションが深くなる問題がある。

【０００３】湯回り不良を抑制する他の方法としては、
遠心力によって湯流れを改善する遠心鋳造法や反転鋳造
法、反転加圧鋳造法、鋳型のキャビティを吸引減圧しな
がら注湯する吸引鋳造法、鋳型室と溶解室が隔離された
鋳造装置で鋳型室を吸引減圧しながら溶解室をアルゴン
ガスで加圧して鋳造する差圧鋳造法（吸引・加圧鋳造
法）など機械的な補助手段を用いる方法がある。

【０００４】これらの方法には一長一短があって、鋳造
品の材質や形状、大きさその他によって使い分けられて
いるが、湯回りがよい差圧鋳造法が多く用いられる。

【０００５】差圧鋳造法は例えば図５に示すような差圧
鋳造装置によって次の如く行われる。

【０００６】(1) 先ず、埋没法によって製作したブロッ
ク状の多孔質の鋳型２５をリング台２６の上に置き、ル
ツボ台４と鋳型２５をパッキン２７を介してジャッキ１
２で機械的に締めつけ、ルツボ台４と鋳型２５との間を
シールする。

【０００７】(2) 鋳型室３と溶解室２とを吸引排気して
各室３，２内の空気を排出する。

【０００８】(3) その後、鋳型室３を吸引しながら、溶
解室２にアルゴンガス（Ａｒガス）を導入して差圧（例
えば10〜20cmHgの圧力差）を設ける。これにより、多孔
質の鋳型２５内が吸引される。

【０００９】(4) そして、ルツボ７内のインゴット６と
電極８の間にアークを発生させてインゴット６を溶解す
る。

【００１０】(5) インゴット６は、溶解するとルツボ７
の底の穴から自重で自然落下して鋳型２５内に注湯さ
れ、その上面はアルゴンガスで加圧される。

【００１１】このように多孔質の鋳型２５内が吸引され
ながら、鋳型２５材料が注湯されるので、鋳造品の湯回
りやガス欠陥などを改善できる特徴がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の差圧
鋳造では、鋳型とルツボ台の接触面で十分に気密を保持
できることが最も重要で、特に鋳型は取り付けやすい形
状とジャッキで締めつけても壊れない強度が必要であ
る。

【００１３】したがって、通常、鋳型は、埋没法やセラ
ミック・モールド法などで製作した比較的に機械的強度
の強いブロック状で多孔質の鋳型に制限される。このよ
うに、鋳型はブロック状のものに制限されることによ
り、例えば、ロストワックス法で製作したセラミック・
シェル鋳型と比較すると、同じ鋳造品で一般に約６〜７
倍の鋳型材料を必要とし、鋳型の肉厚も厚くなるので鋳
造時の通気性にも影響を及ぼす。また、肉厚の鋳型は熱
伝導率が悪いため熱衝撃に弱く、鋳型の熱処理過程や鋳
造時に割れやすくなるなどの問題がある。

【００１４】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
のであり、ブロック状の鋳型を用いることなく鋳造品を
製造することができる差圧鋳造装置を提供することを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、ルツボが収容された溶解室と鋳型が収
容される鋳型室をそのルツボが載置されるルツボ台で仕
切ると共にルツボ台に注湯孔を形成し、鋳型室を吸引減
圧すると共に、溶解室を加圧してルツボ内の溶湯を鋳型
に注湯して差圧鋳造を行う差圧鋳造装置において、薄肉
に形成したセラミック・シェル鋳型の湯口の外周端部に
フランジを設け、該フランジ部分の下部を鋳型受け台で
吊した状態で支持し、該鋳型受け台を上記ルツボ台に向
かって押圧し、セラミック・シェル鋳型のフランジを上
記注湯孔の周りのルツボ台に気密性よく取り付けたもの
である。

【００１６】

【作用】セラミック・シェル鋳型は、曲げ応力に対して
は比較的弱く容易に割れてしまうので差圧鋳造には用い
られていないが、セラミック・シェル鋳型にフランジを
設けて、このフランジを鋳型取付機構によりルツボ台に
気密性よく取り付けることで、鋳型自体には曲げ応力等
がほとんどかからず、鋳型が割れることはない。また、
鋳型の取り付けはフランジを鋳型取付機構によりルツボ
台に取り付けるだけで行われるので、簡単に鋳型を取り
付けられる。従って、ブロック状の鋳型を用いることな
く薄肉のセラミック・シェル鋳型を用いて差圧鋳造によ
り鋳造品を製造することが可能となる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００１８】図１において、１は差圧鋳造装置の本体を
示し、この本体１内の中央部には、内部を溶解室２と鋳
型室３とに上下に仕切るルツボ台４が設けられている。

【００１９】ルツボ台４の中央部には注湯孔５が設けら
れ、このルツボ台４上に、溶解する材料（金，白金など
の貴金属等）からなるインゴット６が注湯孔５の真上に
位置されるようにルツボ７が載置される。ルツボ７の上
方には、電圧の印加によりルツボ７上のインゴット６を
溶解させるアークを発生させるタングステン等の電極８
が設けられている。溶解室２には、アークやインゴット
等の溶解室２内の状態を監視できる覗き窓９が設けられ
ていると共に、Ａｒガス等の不活性ガスの導入や排気を
行うためのガス口１０が設けられている。

【００２０】鋳型室３には室３内を排気する排気口１１
が設けられている。鋳型室３内の注湯孔５の下方には、
ジャッキ１２により室３内を上下に昇降するリング台１
３が設けられ、このリング台１３上に鋳型受け台１４が
載置される。鋳型受け台１４は、鋳型１５の湯口カップ
１６の上端部にその径方向外方に約90°折り返したよう
なフランジ１７を有する多孔質のセラミック・シェル鋳
型１５を、そのフランジ１７の部分で鋳型１５を吊るし
た状態で支持するもので、例えば、図４に示すように直
径方向に２つに分割された金属または耐火性材料からな
る円筒状に形成される。鋳型受け台１４は、支持した鋳
型１５の湯口カップ１６が上記注湯孔５の真下に位置さ
れるようにリング台１３上に載置され、このリング台１
３がジャッキ１２により上昇されることでセラミック・
シェル鋳型１５のフランジ１７がルツボ台４の下面に耐
火性材料からなるパッキン１８を介して押し付けられ、
フランジ１７がルツボ台４に機械的に締結されてその間
がシールされるようになっている。鋳型受け台１４、ジ
ャッキ１２、リング台１３等により鋳型取付機構１９が
構成され、この鋳型取付機構１９によりセラミック・シ
ェル鋳型１５のフランジ１７がルツボ台４に気密性よく
取り付けられることになる。

【００２１】さて、セラミック・シェル鋳型１５は、例
えばロストワックス法によって製作される。

【００２２】先ず、図２に示すように、蝋または消失除
去可能な材料でフランジ付きの所望の模型を製作する。
具体的には目的とする製品と相似する製品部２０に湯道
を形成するための湯道形成部２１を介して上記注湯孔５
とほぼ同じ径の湯口カップ１６が形成されるように湯口
カップ形成部２２を設け、この湯口カップ形成部２２の
上端部にフランジ形成部２３を設けた模型を製作する。
次に、これにロストワックス法によって所定のコーティ
ングを行い、これを脱蝋・焼成することにより図３に示
したようなフランジ１７付きの薄肉のセラミック・シェ
ル鋳型１５が製作される。

【００２３】ここで、鋳型のフランジ１７は、例えば耐
化物などで別途にフランジ１７だけを製作して、フラン
ジ１７なしのセラミック・シェル鋳型を接合するか、ま
たは、耐火性のフランジを蝋型に組込んでセラミック・
シェル鋳型を製作することもできる。しかし、このよう
な方法は、フランジとセラミック・シェル鋳型の熱膨張
率の差によってクラックを発生したり、また、かなりコ
ストが高くなるので、フランジは、セラミック・シェル
鋳型と同時に製作して同じ材質、同じ肉厚にするのが最
善である。

【００２４】次に、所定温度のセラミック・シェル鋳型
１５を、図４に示すように鋳型受け台１４にフランジ１
７部分で鋳型１５が吊るされるように支持させる。この
際、鋳型受け台１４を２分割することによってフランジ
１７の直径を小さくすることができて、操作も簡単で、
例え熱いセラミック・シェル鋳型１５でもすばやくセッ
トすることができる。

【００２５】そして、鋳型受け台１４に載置したセラミ
ック・シェル鋳型１５を図１に示したように差圧鋳造装
置の鋳型室３に挿入してリング台１３上に載置し、セラ
ミック・シェル鋳型１５を吊るした状態でフランジ１７
とルツボ台４を耐火性のパッキン１８を介してジャッキ
１２で機械的に締結する。

【００２６】これにより、精密鋳造用鋳型として最も広
く普及しているロストワックス法で製作したセラミック
・シェル鋳型１５を、シール性よく、しかも破損のおそ
れなく差圧鋳造装置に簡単に締結することができる。

【００２７】すなわち、セラミック・シェル鋳型１５
は、曲げ応力に対しては比較的弱く容易に割れてしま
い、鋳型１５全体を締めつけても簡単に割れてしまう。
例えば、鋳型受け台１４を使わないで、セラミック・シ
ェル鋳型１５をリング台１３に置いてジャッキ１２で締
結すると、セラミック・シェル鋳型１５は簡単に割れて
しまう。しかし、セラミック・シェル鋳型１５は、局部
的な圧縮応力に対してはかなり抵抗できる性質があり、
これを利用すべくフランジ１７を湯口カップ１６の上端
部に設け、このフランジ１７のみをパッキン１８を介し
てルツボ台４に押し付ける。これによって、鋳型１５は
そのフランジ１７のパッキン１８に接触している局部だ
けが圧縮応力を受けているので、締結によってフランジ
１７およびセラミック・シェル鋳型１５が割れることは
ほとんどなく、締結部の気密性も実用上十分となる。

【００２８】また、セラミック・シェル鋳型１５は鋳型
受け台１４に中吊りの状態で支持され、この状態で注湯
されることになるが、特に強度が弱いセラミック・シェ
ル鋳型１５を除いて、一般的な強度を有するセラミック
・シェル鋳型１５なら注湯によって壊れることはほとん
どない。通常の置き注ぎに耐えるセラミック・シェル鋳
型なら、このような装置で使用できるセラミック・シェ
ル鋳型の大きさが比較的小さいこともあって、中吊りで
鋳造してもとくに問題は発生しない。

【００２９】次に上述の差圧鋳造装置を用いて具体的に
鋳造品を作製した場合を説明する。

【００３０】[具体例１]先ず、ロストワックス法によっ
て図２に示すような蝋型(12g) を製作し、この蝋型12個
を一つのツリーに組み立てた。これに特開昭64-11049号
公報に開示した精密鋳造用鋳型の製造方法によってチタ
ン鋳造品用のコーティングを行い、これを脱蝋してツリ
ーを12個の鋳型に分解し、1100℃で１時間焼成して、図
３に示すようなセラミック・シェル鋳型を製作した。

【００３１】製作したセラミック・シェル鋳型を800 ℃
で１時間予熱して、これを鋳型受け台１４に支持させ、
これをリング台１３上に載置して、ルツボ台４と鋳型
（フランジ）をパッキン１８を介してジャッキ１２で機
械的に締めつけた。

【００３２】次に、鋳型室３と溶解室２とを真空ポンプ
で吸引減圧して各室３，２内の空気を排出し、その後、
溶解室２に元圧が1Kg/cm²のアルゴンガスをガス口１０
から導入した。このとき、鋳型室３の圧力は−10〜−20
cmHgで、一方、溶解室２の圧力は0.6 〜0.8Kg/cm²であ
った。つまり、鋳型室３と溶解室２とで圧力差（差圧）
があって、セラミック・シェル鋳型のフランジとパッキ
ン１８の接触部の気密が十分に保持されていることを確
認した。

【００３３】続いて、溶解室２の電極８と70g のTi-6Al
-4V のインゴット６の間にアークを飛ばしてインゴット
６を溶解し、鋳造を行った。この場合、インゴット６の
溶解及び注湯を通じて鋳型室３と溶解室２の差圧はほと
んど変化しなかった。

【００３４】鋳造後のセラミック・シェル鋳型及びフラ
ンジには、クラックその他の破損は見られなかった。セ
ラミック・シェル鋳型を破壊して鋳造品を目視検査した
ところ、薄肉部の湯回りは完全で、鋳造品表面にピンホ
ールその他のガス欠陥もなく、また、セラミック・シェ
ル鋳型の割れによるバリなどの欠陥もない良品が得られ
た。

【００３５】[具体例２]具体例１で製作した他のセラミ
ック・シェル鋳型を100 ℃で１時間予熱した以外は具体
例１と同様にして鋳造を行った。

【００３６】鋳造後のセラミック・シェル鋳型及びフラ
ンジには、クラックその他の破損は見られなかった。セ
ラミック・シェル鋳型を破壊して鋳造品を目視検査した
ところ、薄肉部の湯回りは完全で、鋳造品表面にピンホ
ールその他のガス欠陥もなく、また、セラミック・シェ
ル鋳型の割れによるバリなどの欠陥もない良品が得られ
た。

【００３７】一般に、セラミック・シェル鋳型の熱間強
度は、800 ℃と100 ℃では後者が弱いが、この結果100
℃のセラミック・シェル鋳型でも十分に実用できること
が確認された。この利点は、特にチタン及びチタン合金
の鋳造品では、鋳型温度が低いほど鋳造品表面のコンタ
ミネーションが浅くなることにある。

【００３８】[具体例３]セラミック・シェル鋳型を特願
平4-82407 号に開示されている精密鋳造用鋳型の製造方
法で製作し、このセラミック・シェル鋳型を100 ℃で１
時間予熱した以外は具体例１と同様にして鋳造を行っ
た。

【００３９】鋳造後のセラミック・シェル鋳型及びフラ
ンジには、クラックその他の破損は見られなかった。セ
ラミック・シェル鋳型を破壊して鋳造品を目視検査した
ところ、薄肉部の湯回りは完全で、鋳造品表面にピンホ
ールその他のガス欠陥もなく、また、セラミック・シェ
ル鋳型の割れによるバリなどの欠陥もない良品が得られ
た。

【００４０】[比較例１]具体例１で製作した他のセラミ
ック・シェル鋳型を200 ℃で１時間予熱し、鋳型受け台
を使用しないで、図１に示したリング台１３に直接置い
て鋳型室３と溶解室２を吸引減圧して空気を排出した。
次いで、元圧1Kg/cm²のアルゴンガスを溶解室２に導入
した。この場合、鋳型室３と溶解室２は通じているので
圧力差はなく、室内の圧力は0.〜0.2Kg/cm²であった。
この状態での70g のTi-6Al-4V のインゴットを溶解・鋳
造した。

【００４１】鋳造後のセラミック・シェル鋳型にはクラ
ックその他の破損は見られず、特に問題はなかったが、
鋳型を破壊して鋳造品を目視検査したところ、薄肉部に
湯回り不良が見られ、また、ピンホールなどのガス欠陥
が存在し満足な鋳造品は得られなかった。

【００４２】従って、本発明に係る差圧鋳造装置を用い
て鋳造を行うことにより、表面にピンホールその他のガ
ス欠陥もなく、また、バリなどの欠陥もない良品の鋳造
品が得られる。特に、本発明に係る差圧鋳造装置は、チ
タンやチタン合金などの湯流れの悪い金属を精密鋳造す
る場合にも、薄肉でほとんどガス欠陥のない精密鋳造品
を得ることができるので、チタンおよびチタン合金その
他の湯回り不良を生じやすい鋳造品やピンホールその他
のガス欠陥を発生しやすい鋳造品の精密鋳造に適してい
る。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、ブロック状の鋳型を用いることなく薄肉
のセラミック・シェル鋳型を用いて鋳造品を製造できる
という優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の差圧鋳造装置の一例を示す断面図であ
る。

【図２】本発明のセラミック・シェル鋳型を製作するた
めの蝋型の一例を示す断面図である。

【図３】本発明のセラミック・シェル鋳型の一例を示す
断面図である。

【図４】本発明のセラミック・シェル鋳型を鋳型受け台
に支持させた状態を示す図で、その（ａ）は断面図、
（ｂ）は上面図である。

【図５】従来の差圧鋳造装置の一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１装置本体２溶解室３鋳型室４ルツボ台５注湯孔６インゴット１５セラミック・シェル鋳型１７フランジ１９鋳型取付機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 18/04 B22C 9/04 B22D 18/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ルツボが収容された溶解室と鋳型が収容
される鋳型室をそのルツボが載置されるルツボ台で仕切
ると共にルツボ台に注湯孔を形成し、鋳型室を吸引減圧
すると共に、溶解室を加圧してルツボ内の溶湯を鋳型に
注湯して差圧鋳造を行う差圧鋳造装置において、薄肉に
形成したセラミック・シェル鋳型の湯口の外周端部にフ
ランジを設け、該フランジ部分の下部を鋳型受け台で吊
した状態で支持し、該鋳型受け台を上記ルツボ台に向か
って押圧し、セラミック・シェル鋳型のフランジを上記
注湯孔の周りのルツボ台に気密性よく取り付けたことを
特徴とする差圧鋳造装置。