JP3142042B2

JP3142042B2 - 鋳型造型法及び装置

Info

Publication number: JP3142042B2
Application number: JP06032880A
Authority: JP
Inventors: 永人鵜崎
Original assignee: Sintokogio Ltd
Current assignee: Sintokogio Ltd
Priority date: 1994-02-04
Filing date: 1994-02-04
Publication date: 2001-03-07
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: JPH07214243A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、模型付き模型板と該模
型板に型合わせされた鋳枠とによって画成する造型空間
に鋳物砂を投入し該鋳物砂に空気圧力を作用させる鋳型
造型方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来技術と問題点】従来、鋳型の造型には、ジョル
ト、スクイズ、流気加圧、衝撃波などを利用した様々な
方法があった。これらの方法は単一にあるいは組み合わ
せにより使用されていたが、これらの方法にはそれぞれ
の欠点があった。ジョルトでは振動と騒音が問題であ
り、スクイズでは模型面近くの鋳型の硬度が低く問題と
なることが多く、流気加圧では模型板面に数多くのベン
トが必要であり、衝撃加圧では衝撃時の騒音と鋳型のク
ラックの発生があり、また、パタ−ン面近くの充填状態
はあまり良くなかった。このため、造型時において振動
騒音を発することなくしかも成形された鋳型にクラック
がなく均一性がある充填成形方法が望まれていた。本発
明は、上記の問題に鑑みて成されたもので、鋳物砂を予
備圧縮または造型する際に振動および騒音も低く、ベン
トを少なくでき、また成形された鋳型にクラックを生じ
させずに均一な充填密度の鋳型を造型する方法及び装置
を提供することを目的とするものである。

【０００３】

【問題解決のための手段】上記の目的を達成するために
本発明における鋳型造型方法は、模型付き模型板と該模
型板の周囲に型合わせされた鋳枠とによって画成される
造型空間に鋳物砂を投入し、該鋳物砂に空気圧力を作用
させる方法において、該鋳物砂の上方より、 a)空気の振動数が８Ｈｚ〜２０Ｈｚ； b)最大振幅が０．１ＭＰａ〜０．６ＭＰａ；である空気圧力振動を振動時間０．３秒〜２秒作用させ
ることを特徴とするものである。

【０００４】

【作用】上記のような解決手段を採用することにより、
鋳型を造型する際に空気圧力振動によりブリッジを破壊
しつつ圧縮をするので、振動および騒音も低く、また成
形された鋳型にクラックを生じさせずに均一な鋳型が造
型される。

【０００５】

【実施例１】以下本発明の実施例を図面にもとづいて詳
しく説明する。図１において、基台１の中央部にはシリ
ンダ２がそのピストンロッド３を上方に指向させて取り
付けられており、ピストンロッド３の先端には、内部に
空洞部４を形成させるとともに該空洞部４に連通された
排気孔５を備えたテ−ブル６が固着されている。該テ−
ブル６の上には模型７を上面に固定した模型板８が固着
されている。模型板８には上下を貫通するように形成さ
れた通気孔９が設けられ、通気孔９には気体だけが通過
できる大きさの網目を有するベントプラグ（図示せず）
が埋め込まれている。一方、基台１の４箇所には、該基
台１に対し立設された柱部材１１が設けられ、該柱部材
１１の中間部には、複数個のロ−ラ１２を回転可能に取
り付けた一対の第１ロ−ラ−コンベア１３ａが左右に延
長されてかつテ−ブル６が上下に通過し得るように前後
に所定間隔をもって敷設されており、第１ロ−ラ−コン
ベア１３ａの上部には矩形状の鋳枠１４が左右に移動可
能に載置されている。前記柱部材１１におけるロ−ラコ
ンベア１３ａの若干上方位置から内側に向けて突設され
たブラケット１５の上面は、ガイドピン（図示せず）に
係合された盛枠１６が昇降自在に載置されている。柱部
材１１における上端部には、ヘッドフレ−ム１７が設け
られており、前記ブラケット１５とヘッドフレ−ム１７
との間には第２ロ−ラコンベア１３ｂが設けられてい
る。該第２ロ−ラコンベア１３ｂには上部を密封した閉
鎖カバ−１８が左右移動可能に載置されており、閉鎖カ
バ−１８の内部にはスクイズフット１９が内蔵されてい
る。さらに閉鎖カバ−１８は砂投入ホッパ−２０と連結
されている。また、前記閉鎖カバ−１８の一側には給気
孔２１が開けられており、該給気孔２１は給気管２２の
下端に連通接続されている。前記ヘッドフレ−ム１７の
上部には空気圧力振動装置２４が設けられていて前記給
気管２２は該空気圧力振動装置２４の給排管２３に連通
接続され、さらに該空気圧力振動装置２４は開口率を変
えられる開閉バルブ２５を介して圧縮空気源２６に連通
されている。ここで該空気圧力振動装置２４は、回転式
エアバルブ２７及び回転式エアバルブ２７の回転を可変
するためのインバ−タ２８からなっている。該回転式エ
アバルブ２７は、ケ−シング３０内で回転可能なロ−タ
−３１及びケ−シング３０の一端を開口させた排気口３
２を設けている。また、前記砂投入ホッパ−２０の中に
はル−バ−３３が設けられその上には混練された鋳物砂
４１が満たされる。ここで、ヘッドフレ−ム１７の中央
位置は中央ステ−ション３５、図面左側の砂入れ位置は
砂入れステ−ション３６を構成する。

【０００６】このように構成されたものは、図１におい
て、シリンダ２を作動して模型板８が上昇され模型板
８、鋳枠１４、盛枠１６が合わさり一時停止する。これ
により、模型板８、鋳枠１４及び盛枠１６に画成された
造型空間が形成される。次に、砂投入ホッパ−２０が中
央ステ−ション３５に移動しル−バ−３３が開いて砂入
れを行う（図２）。これにより鋳物砂４１は、模型板
８、鋳枠１４および盛枠１６で画成される造型空間に、
ゆるやかに入れられる。その後、砂入れホッパ−２０が
左側の砂入れステ−ション３６に戻り、閉鎖カバ−１８
が中央ステ−ション３５に入り込み再び模型板８が上昇
して模型板８の上面と鋳枠１４の下面、鋳枠１４の上面
と盛枠１６の下面、盛枠１６の上面と閉鎖カバ−１８の
下面、閉鎖カバ−１８の上面とヘッドフレ−ム１７が連
結される。これにより回転エアバルブ２７の給排管２３
の下端が給気管２２の上端に連通され給気孔２１を介
し、閉鎖カバ−１８に連通される。その後、図３に示す
ように、開閉バルブ２５を少し開くと共に回転式エアバ
ルブ２７を回転させ、空気を鋳物砂４１の上面からかけ
る。この時、回転式エアバルブ２７の回転に従い空気圧
力は加圧（図３ａ）と減圧（図３ｂ）が交互に繰り返さ
れて、空気は給排管２３、給気管２２および造型空間３
７で上下に振動する。続いて、開閉バルブ２５をさらに
開き、空気量を次第に大きくしていく。図３ａにおいて
鋳物砂４１は全体として圧縮性があるため、空気圧力に
より造型空間が加圧されると、造型空間内の鋳物砂４１
は空気流により下方に移動すると共に圧縮される。回転
エアバルブが図３ｂの状態になると、造型空間の空気圧
力が減少（減圧）すると共に上方からの高圧空気の一部
が模型板８で反射する影響のため、鋳物砂４１は少し上
方に戻される。これにより鋳物砂４１は流動化するとと
もに鋳物砂４１間の抵抗によるブリッジは破壊され鋳物
砂４１は均一化する。そして次の空気圧力により再び加
圧される。この繰り返しによって、順次鋳物砂４１の上
面レベルが下がって行くと共に鋳物砂４１の充填率が徐
々に高くなっていく。ここで、空気圧力を充填初期から
強く（高い圧力）すると鋳物砂４１の分離、即ち鋳型に
クラックが生じる。鋳物砂４１の分離が起こる場合には
加圧と減圧の速度を変えるとよい。加圧は高速に行い
（昇圧あるいは加圧速度を速く）、減圧はゆっくり（降
圧あるいは減圧速度）と行うことにより鋳物砂４１の分
離は起こらなくなる。このように鋳物砂４１は次第に圧
縮される。また、この時余った空気は排気口３２から間
欠的に排気される。空気圧力振動による圧縮が終了する
と、たとえば油圧駆動によりスクイズフット１９が下が
り、鋳物砂４１をさらに機械的に圧縮する（図４）。そ
の後シリンダ２が下降作動して閉鎖カバ−１８、盛枠１
６、鋳枠１４がもとの位置に下降して型抜きを行う。本
実施例では、空気圧力の振動を用いて鋳物砂４１を圧縮
しているので、鋳枠自体にジョルトのように振動がかか
ることがなく、造型をすることができる。衝撃の場合に
問題となる騒音も低減できる。また、空気圧力の振動が
繰り返されることにより、比重の小さい不純物は鋳型上
面に移動するとともに、鋳型面には均一な砂粒子が移動
するため、模型板近くの鋳型はきれいになる。従って、
鋳型を造型する際に振動および騒音も低くまた成形され
た鋳型にクラックを生じさせずに均一な密度の鋳型を造
型することができる。なお、本実施例においては、予備
圧縮の後に機械的に圧縮したが、必ずしも機械的圧縮は
必要ではなく、鋳物砂４１の種類、空気圧力振動の振幅
及び空気量によってはスクイズを省略できる。また、本
実施例においては、ベントプラグを用いたが、空気圧力
の振動により圧縮するものであるため、ベントプラグは
必須のものではない。

【０００７】

【実施例２】上記の実施例においては、空気圧力振動装
置２４として回転式エアバルブ２７を用いて発生させた
が、図５に示すように、ジャバラ５１の振動で作ること
ができる。図５において、シリンダ５２は、作動用給排
気管５３，５４を介して電磁弁５５に連通されている。
該電磁弁５５のポ−トは、圧力源５６および排気孔５７
に連結されており、またシリンダ５２のロッド５８の先
端はジャバラ５１に連結されている。このジャバラ５１
は空気５９が入っており、ジャバラ５１の先端は前記給
気管２２を通じて鋳枠１４に連結されている。このよう
に構成されたものは電磁弁５５を切り換える事により、
作動用給気管５３，５４を通じて作動用空気がシリンダ
５２を作動させシリンダ５２のロッド５８が上下に振動
する。この振動により、ロッド５８が下がるとジャバラ
５１内の空気は圧縮されて造型空間に送られ、鋳物砂４
１を圧縮する。次に空気が膨張すると共に強制的にシリ
ンダ５２の上昇により容積が大きくなり造型空間の空気
の圧力は低くなる。これが連続して、空気圧力の振動が
発生する。この空気圧力の振動により鋳物砂４１は造型
される。この場合、大量の圧縮空気が必要でないため空
気量の消費を少なくできるという利点を持つ。

【０００８】

【実施例３】図６および図７は、別の実施例を示す。空
気圧力振動装置６１を除き、実施例１と同じように構成
したもので、空気圧力振動装置６１以外は模式的に示し
てある。図６において、空気圧力振動装置６１は回転エ
アバルブ６２と空気源６３，６４及び給排管６５からな
る。ここで空気源６３，６４は大気圧以上の空気源６３
と真空空気源６４の２つである。ここで、モ−タ６２に
より回転エアバルブ６２を回転させると回転により給排
管６５には、大気圧以上の空気と大気圧以下の空気圧力
の振動が発生する。これにより、鋳枠内は空気圧力の振
動が加えられる。この場合、空気源６３の圧力をあまり
高くとらなくても、空気圧力の振動の振幅が得られる利
点がある。

【０００９】

【実施例４】図７において、バルブＡおよびバルブＢ
は、シリンダ７１およびシリンダ７２により、開閉可能
となっている。バルブＡの開口端７１Ａは高圧空気源に
連通されており、バルブＢの開口端７２Ｂは低圧空気源
に連通されておいる。ここでは、高圧源を０．３０ＭＰ
ａ、低圧源を０．１４ＭＰａに連結させている。さらに
シリンダ７１とシリンダ７２は、空気配管７３Ａ，７３
Ｂを介して電磁弁７４に連結されており、電磁弁７４は
空気源７５に連結されている。このように構成したもの
において、空気配管７３Ａ，７３Ｂには、交互に電磁弁
７４を制御することにより、空気源７５から空気が供給
され、交互にシリンダ７１，７２を作動する。シリンダ
７２が行き端の時、シリンダ７１が戻り端に作動しバル
ブＡは開放され、高圧空気源から空気が流入し、鋳枠内
に高圧の空気が流入する。定められた時間後には、バル
ブＡは閉じられ、そのかわりにシリンダ７２が戻り端に
作動させバルブＢは開放され、低圧空気源に鋳枠内から
空気が流出し、鋳枠内は低圧空気源に近い圧力となる。
電磁弁７４を作動させることによりこれを繰り返し、空
気が加圧と減圧を交互に繰り返す。この場合の空気の圧
力の変化の様子を模式的に図８および図９に示す。図８
において、縦軸はバルブＡとバルブＢの作動を示してお
り横軸は通電時間を示している。図９において、縦軸は
空気の絶対圧力を示し、横軸は時間を示している。ここ
で電磁弁７４を図８のように通電すると、それに応じて
空気圧力振動装置から発生する、高圧空気源と低圧空気
源の混合する空気圧力は、図９のように変動する。この
場合、空気圧力の振動の効果に加え大気圧以上の振動で
あるため、鋳物砂４１の圧縮が良好となる。

【００１０】このようにした場合の造型空間を画成する
鋳枠内の鋳物砂の上部の空気圧力の振動の例を図１０及
び図１１に示す。この圧力は鋳枠寸法、振動数、空気源
の圧力により異なる。ここで、縦軸は絶対圧力であり、
横軸は時間を示す。図１０は、加圧振動のみの空気圧力
の振動を用いた場合の造型空間内の空気圧力の経時的変
化を示している。図１０において、加圧振動前は、造型
空間の圧力は大気圧になっている。ここで、たとえば図
３において既述した空気圧力振動装置を作動させ、開閉
バルブ２５の開口率を大きくして振幅を次第に大きくし
ていく。これにより、造型空間内の絶対圧力は次第に振
動しながら大きくなっていく。また、造型空間内には空
気が次第に蓄積されて行くため、空気圧力の振動の最低
圧力も次第に大きくなっていく。次に、次第に大きくし
た加圧振動の振幅を一定値にすると、造型空間内の圧力
もこれに応じて平衡状態になり最低圧力は一定のままで
振幅をする。そして、開閉バルブを次第に閉じて加圧振
動の振幅を次第に小さくしていき開口率を零にする。こ
れに伴い、造型空間内の圧力も次第に小さくなり大気圧
に戻る。

【００１１】図１１は、圧縮空気源と真空源を用いた加
圧減圧振動の空気圧力振動を用いた場合の造型空間内の
圧力の経時的変化を示している。図１１において、加圧
減圧振動前は、造型空間の圧力は大気圧になっている。
ここで、図６において高圧源と低圧源に開閉バルブ（図
示せず）を設け、空気圧力振動装置を作動させ、高圧源
側及び低圧源側の開口率を大きくして振幅の絶対値を次
第に大きくしていく。これにより、造型空間内では空気
圧力振動が次第に大きくなっていく。次に、開口率を一
定にして次第に大きくした加圧振動の振幅の絶対値を一
定値にすると、造型空間内の圧力は、平衡状態になり最
大及び最低圧力は一定のままで振幅をする。その後、開
閉バルブの開口率を小さくして零にする。これに伴い、
造型空間内の圧力も次第に振幅が小さくなり大気圧に戻
る。

【００１２】以上の空気圧力振動装置を利用して造型し
た場合の実験結果を図１２に示す。空気源の圧力は０．
３ＭＰａを用いた。直径１０５ｍｍ×４００ｍｍの円筒
型で、実施例１と同様の実験用装置を用いて造型した場
合である。振動数については、限度がある。振動数を増
やしすぎると振動が加圧から減圧にうつり変わるとき、
鋳枠内の減圧が十分に行われないうちに次の加圧が始ま
るため空気圧力の振動の効果が出ない。振動数が２０Ｈ
ｚ以上の時はこの傾向があった。一方、振動数を８Ｈｚ
より小さくする事では、振動によるブリッジ崩壊の効果
が出ない。振幅は空気の加圧源の圧力と開閉弁の開口率
により決定されるが、圧力については理論上は制限がな
い。しかし、圧縮空気の取扱いのしやすさ及びコスト削
減の観点から工場で通常用いる圧縮空気を用いることが
有利である。一方、加圧振動の場合、振幅の絶対値が
０．１ＭＰａ以上あれば上記の効果を得ることができる
ことを確認した。振動時間は、鋳物砂の粒度及び粘結材
により異なり、また、経済的観点から制限がある。すな
わち、０．３秒より短いものは、振動数が少ないため、
空気圧力振動の効果が出ない。一方、２秒より長いもの
は、たとえば３秒として、振動時間を長くしてもあまり
鋳型硬度が高くならないため、振動時間を長くする意義
がない。振動数と加圧圧力（加圧源の圧力）との間には
相関関係がある。鋳物砂の比重が大きい場合及び鋳物砂
の粒径の大きいものほど高い圧力の振動が必要になる。
鋳枠内が急速に減圧される程、鋳枠内の空気は反射しや
すい。鋳枠内の減圧速度を速めるためには空気圧力の振
動の振幅を大きくする。緩めるには排気口３２に絞りを
つける。以上のように該鋳物砂の上方より、空気圧力の
振動の振動数が８Ｈｚ〜２０Ｈｚ、振幅が０．１ＭＰａ
〜０．６ＭＰａである空気圧力振動を振動時間０．３秒
〜２秒作用させることにより良質な鋳型を成形でき、所
定の範囲内において、硬度が８０以上となり、鋳型とし
て用いることができることが確認できた。さらに空気圧
力の振動の波形例の１周期分について示したのが、図１
３である。たとえば、加圧源を用いた場合、空気圧力振
動は加圧時と減圧時の波により構成されるが、加圧時の
加圧速度が減圧時の減圧速度と同等またはそれ以上であ
ることが好ましいことがわかった。減圧速度が余りに大
きいとクラックが鋳型に生じてしまうからである。

【００１３】

【発明の効果】本発明は上記の説明から明らかなよう
に、空気圧力振動により鋳物砂を流動化またはブリッジ
の破壊をしながら充填することにより、クラックがない
均一な鋳型を作成することができる。また、空気圧力の
振動により鋳物砂は圧縮されていくから必ずしもベント
を使用しなくても良くベントの数は削減できる。パタ−
ン面の充填が良くなり、形状の深いものもできる。さら
に鋳枠は振動させないため振動がなく大きな騒音がなく
なる等産業界に与える効果は著大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す砂投入前の断面概略図で
ある。

【図２】本発明の実施例を示す砂投入前の断面概略図で
ある。

【図３】本発明の実施例を示す砂投入後の空気圧力振動
を作用させた時の断面概略図である。

【図３ａ】本発明の実施例を示す砂投入後の空気圧力振
動による加圧中の断面概略図である。

【図３ｂ】本発明の実施例を示す砂投入後の空気圧力振
動による減圧中の断面概略図である。

【図４】本発明の実施例を示す砂圧縮後に機械的圧縮を
している断面概略図である。

【図５】実施例２に係る空気圧力振動装置の概略図であ
る。

【図６】実施例３に係る空気圧力振動装置の概略図であ
る。

【図７】実施例４に係る空気圧力振動装置の概略図であ
る。

【図８】実施例３に係る空気圧力振動を示すグラフであ
る。

【図９】実施例４に係る空気圧力振動を示すグラフであ
る。

【図１０】実施例１−４に用いられる空気圧力振動（加
圧振動）の例を示すグラフである。

【図１１】実施例１−４に用いられる空気圧力振動（加
圧減圧振動）の例を示すグラフである。

【図１２】実験例の鋳型硬度を示すグラフである。

【図１３】空気圧力振動の波形例（１周期分）を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

７模型８模型板１４鋳枠１９スクイズフット２４空気振動装置３２排気口３７造型空間

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】模型付き模型板と該模型板の周囲に型
合わせされた鋳枠とによって画成される造型空間に鋳物
砂を投入し、該鋳物砂に空気圧力を作用させる方法にお
いて、該鋳物砂の上方より、 a)空気の振動数が８Ｈｚ〜２０Ｈｚ； b)最大振幅が０．１ＭＰａ〜０．６ＭＰａ；である空気圧力振動を振動時間０．３秒〜２秒作用させ
ることを特徴とする鋳型造型方法
【請求項２】前記空気圧力振動の作用の後に鋳物砂に
対し機械的に加圧する事を特徴とする請求項１記載の鋳
型造型方法
【請求項３】模型板８の上方に、該模型板８上に載置
される鋳枠１４の上部開口を気密に閉鎖可能にすると共
にスクイズフット１９を内蔵した閉鎖カバ−１８を配設
し、該閉鎖カバ−１８には前記鋳枠１４とで画成される
空間内に空気を供給する給気管２２を連通し、該給気管
２２を空気圧力振動を発生させる空気圧力振動装置２４
の給排管２３に連通可能にし、該空気圧力振動装置２４
を空気源２６に連通したことを特徴とする鋳型造型装置