JPH01154846A - 流動し易く堅固に硬化された砂型の空隙部で金属を鋳造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は砂型により金属成形物を鋳造することに関す
るものである。

〔従来の技術〕

砂型で溶金を鋳造する方法は沢山ある。

１つの方法は“ロストフオーム法（ｌｏｓｔ　ｆｏａｍ
ｐｒｏｃｅｓｓ）″として一般に知られており、この方
法では模型は蒸発材料（例えば発泡体）より形成される
。弛い（締付けられていない）流動性の砂が上記材料の
周囲につめ込まれ、そして溶金が直接発泡体上に注がれ
、それを蒸発し、そして模型の代わりに凝固した金属を
残す。金属が注がれたとき模型が蒸発するので砂型にお
ける剛性は必要とされない。模型は、工程中発生する蒸
気の量を少なくするために、低い密度にしなければなら
ない。

例として“ロストフオーム法゛を開示する特許は次のも
のがある。ウィツトマサ−（Ｗ　ｉ　ｔ　ｔＩＩｌｏｓ
ｅｒ）、米国特許４，０８５，７９０　；ビショップ（
Ｂ　１ｓｈｏｐ）、米国特許４，４４８．２３５　；ル
ータ−（Ｒｅｕｔｅｒ）、米国特許４．４８２，０００
　、デニス（Ｄｅｎｉｓ）、米国特許４，６１６，６８
９゜ロストフオーム法では鋳造金属の表面粗さや模型分
解生成物から部品内へのガス含有物を含むような色々な
問題に遭遇するであろう。

他の鋳造技術は、硬く且つ比較的に孔の少ない鋳型内に
、より密度の高い模型（例えばワックス）を使用するこ
とに関連する。一般に、ワックス模型の多くは例えば１
７７℃（３５０°Ｆ）近くの温度でオートクレーブによ
って取除かれる。残った模型材料は鋳型内にとどまり、
そして鋳造製品内に炭素を含むことを避けるために非常
な高温で取出さなければならない。このような鋳型は全
てのワックスを除く（蒸発及び燃焼）ために必要な極め
て高い温度（例えば８７１℃（１６００°Ｆ））に耐え
るために、比較的高い割合（約５％以上）の耐火性粘結
剤を必要とする。参照として、米国特許；ブラウン他（
Ｂ　ｒｏｕｎ　ｇｃａｌ、）　、米国特許３，４２２，
８８０　、スコツト（Ｓｃｏｔｔ）　、米国特許３，３
９６，７７５　、及びカーター（Ｃａｒｔｅｒ）、米国
特許２．９４８．９３５がある。

耐火性粘結剤混合物はシェル型を形成する層の状態で模
型の周囲に注がれるか又は、ブロック型を形成するため
に模型の周囲の容器に充満される。

（問題を解決するための具体的手段〕 本発明者は、砂粘結混合物を調整することにより、溶金
の使い捨て模型の使用において、十分新しい砂型方法が
可能であることを発見した。上記砂は鋳型を形成するた
めに該砂を硬化する非耐火性粘結剤を十分に含有してい
るが、該粘結剤の割合は砂が模型の周囲を十分流動でき
るような低さである。得られた鋳型は模型の液体及び蒸
気の分解生成物を収容し閉じ込めるのに十分な多孔性を
有し、そして模型を取除いた後の模型形状を維持するの
に十分な固さを有する。通常の粘結剤配合において、鋳
型は、鋳造に先立って鋳型に影υを与えない比較的に低
い温度で模型が取除かれるような多孔度（例えば、鋳型
容積の３０％以上及び好ましくは４５〜５０％以上が空
隙である。）を有する。かくして、模型は溶金が注入さ
れる前に熱が加えられ、これにより流動状態になって、
取除かれる。かなりの模型材料は開口部から流出し、そ
して残りは、無視できない割合であるが、害を及ぼさな
い砂型の中へ流入し又は吸い込まれ、高温で模型残部を
取除く必要を省くことができる。

製品空隙部内の模型材料の少なくとも１５％、むしろそ
れ以上（例えば５０％以上）が砂混合物内に吸い込まれ
、残留する。空隙部は次いで溶金で満たされ、そして通
常の方式で凝固が行われる。

好ましい実施例は次の特徴を含んでいる。模型はワック
ス、気泡体又はプラスチックよりなる高分子物質から構
成される。模型が加熱される間、溶金を注入するとき上
部に位置せしめられる鋳型の部分は空隙部へ溶金を注入
する間に分解生成物が上方に向けて放出することを促進
する起め、底部に位置せしめられる。溶金を重量に抗し
て吸引することができ、又は模型の除去によって形成さ
れた空隙部へ注入することができる。

この方法は一つには、砂が振動のような比較的単純な操
作によって模型のまわりを流れることができるので、比
較的に低コストである。更に、砂は再生使用され、そし
て用いられる粘結剤の量は比較的に少ないので、又コス
トを下げることができる。この方法は、ロストフオーム
法において時々金属を通して噴出する分解生成物の含有
をさけることで高品質の部品を提供する。複合形状は分
離した砂の中子を使用せずに成形することができる。こ
の方法は、ロストフオーム法で得られるように、鋳型が
その形状を持続するので他と比べて複合模型を用いるこ
とができる。複合模型と同様、上記砂は、所定の方向内
で容易に利用されない部分を利用するため、鋳型を回転
することによって部品の回りに流動することができる。

この方法は平滑なワックス又はプラスチックの模型を用
いることができるが、発泡フオーム模型で可能であるよ
り、更により平滑な表面を提供する。この方法は又鋳型
がむしろ弱いので鋳型から金属部分を比較的に容易に取
出すことができる。

本発明の他の特徴と利点は以下に記述されるそれらの好
ましい実施例と特許請求の範囲がら明確にされる。

〔作　用〕

第２Ａ図において、模型１０は枠１１内に位置されてい
る。模型１０はワックス、プラスチックス、又は発泡フ
オームを含む、種々の既知の模型材料、既知の技術の利
用によって製造することができる。ワックスは特に適し
ている。好適なワックス材料の１つはＫ　Ｃ−６１０で
あり、キントーコリンス（株）　　（Ｋ　１ｎｄｔ　−
Ｃｏ１１ｉｎｓ　　Ｃｏ、）によって販売されている。

第２Ｂ図において、砂−粘結剤混合物１２は模型１０の
まわりに配置されている。砂−粘結剤混合物１２は現場
において良く知られているような、粘結剤でおおわれた
鋳造に滴した砂（例えば、シリカ）で構成されている。

粘結剤は一般に砂型として用いられている種々の鋳物用
粘結剤、例えば有機粘結剤のすべてかなりうる。例えば
標準のフェノールウレタン又は硬化剤で改質されたフェ
ノールホルムアルデヒド樹脂が用いられる（米国特許３
，７２５，３３３　　；４，１４８，１７７　　；及び
４，３１Ｌ６３１）。

粘結剤の使用量を調整することは本発明にとって重要で
ある。もし粘結剤が余りにも多く使用されると砂−粘結
剤混合物が模型のまわりを容易に流れないであろうし、
更に、余りにも多くの粘結剤は比較的に多孔でない鋳型
を形成するであろう。

かかる鋳型は相等量蓄積されているので模型からの液体
や蒸気を閉じ込めることができない。この場合、鋳型空
隙部に残存している模型物質は鋳造の妨げとなる。余り
にも多くの粘結剤は又、鋳型から最終製品を取出す工程
を妨げる。

一方、粘結剤が余りにも少ないと、鋳型は模型の外形に
空隙部を維持するに十分な固さを有しえないであろうし
、これが劣質な製品をつくり出すのである。

意外にも、これらの相反する条件は、鋳型を永久模型か
ら機械的に取出すことを必要としないが、その代わりに
低−粘結剤鋳型の特定の気孔度の特性を表す使い捨て模
型材料の吸上げ作用に依存する方法を用いることで調和
することができる。本発明者は砂に対する粘結剤の割合
が砂重量％で０．２５％から１％の範囲、最も好ましく
は約０．４％から０．７％の範囲にあるべきであること
を発見した。また、模型のまわりを流動できる軟質の硬
化性粘結剤（例えばメチルホルメート−硬化粘結剤）を
用いること、及び共反応によって硬化することが可能で
ある。後者によって、荷重割合をより高くすることがで
きる。

砂−粘結剤混合物が模型のまわりを流動したあと、該混
合物が硬質型を形成するために、例えば選定された粘結
剤に加熱又は硬化方法を適用することによって、硬化せ
しめられる。一般に、粘結剤の製造者はその製品の硬化
に適切な指示を与えるであろう。

鋳型が硬化したあと、模型は溶金を受ける空隙部を形成
するために除去される。除去段階の２つの重要な特徴は
次の通りである。

ａ）除去は溶金が注入される前に行われ、そして ｂ）除去は砂型内（鋳型空隙部内ではない）にかなりの
模型材料残渣を残している比較的低い温度で行われる。

模型材料は鋳造の間、空隙部への蒸気の相当の量の流れ
を回避できる十分な深さ迄鋳型の中へ吸い込まれなけれ
ばならない。かかる蒸気の流れは製品内にガスを含有す
る原因となる。

一般に、第２Ｃ図で示すように、模型が除去されている
間、鋳型は上下を逆に配置させられ、模型材料の相当量
が流体として受口から流出する。砂混合物内の模型材料
の存在は第２Ｃ図及び第２Ｄ図で点１８として示されて
いる。

本発明者は模型を好ましくは１２１°〜２６０℃（２５
０°〜５００°Ｆ）の温度で除去することに決めた。

特にワックス模型は１２１°〜２３２℃（２５０°〜４
５０”　Ｆ）の加圧蒸気を用いて取除かれる。スチレン
と低融点フオームは僅かに高い温度（好ましくは２０４
　’〜２６０℃（４００’〜５００°Ｆ））で取除かれ
るべきである。鋳型の空隙部には通常上記温度で最低約
１０分の後で有害な模型残渣がなくなる。これらの温度
はセラミック鋳型からワックスを取除くのに通常用いら
れている極めて高い温度、例えば８７１℃（１６００°
Ｆ）と著しく対照的である。模型材料が空隙部１４から
完全に取除かれたあと、鋳型は、例えば、第２Ｄ図で示
す重力注入や米国特許３．９００．０６４で開示された
重力に抗した吸引にょって、鋳造用溶金に利用される。

溶金は空隙部に入り（例えば第２Ｄ図に示す受口１６に
より）そして模型の外形は金属が凝固する迄鋳型の剛性
によって維持される。製品が凝固し、鋳型は製品を取出
すため破壊される。上述した粘結剤の割合が実質上製品
への損傷を与えることなく鋳型の破砕を容易にするとい
うことは特に有利である。要望により、鋳型部分には粘
結剤と模型材料を取去り、砂を再生するための処理（例
えば、高温加熱で）を施すことができる。

上述の方法は一般に広い範囲の模型形状に適しており、
そして、広い範囲の材料及び製品に適している。特に自
動車用のエンジン部品、例えばエンジンブロックや吸入
マニホールドに有効に適用される。

本発明の工程は次のように要約される。

ａ）模型を枠内に設置し； ｂ）砂−粘結剤混合物を模型の周囲に流し；Ｃ）混合物
を多孔鋳型を作るために硬化し；ｄ）模型材料を、空隙
部を形成する鋳型外部及び内部に動かすために加熱し； ｅ）空隙部を溶金で充満し； ｆ）金属を凝固し；そして ｇ）鋳造金属を鋳型から取出す。

【図面の簡単な説明】

第１図は好ましい鋳造方法の工程図であり、第２Ａ−Ｄ
図は本発明の方法の各段階における鋳型と模型の説明概
略図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶解可能な物質よりなる使い捨て模型を準備し、該
   模型を砂−粘結剤混合物内に入れ、該砂−粘結剤混合物
   を硬化し、上記混合物内の間隙部を上記模型の代わりに
   形成するために上記使い捨て模型を加熱し、その後上記
   間隙部を溶金で充満し、金属を凝固せしめ、そして、上
   記鋳型から上記金属成形物を取出すことよりなる金属成
   形物を鋳造する方法において、 ａ）使い捨て模型は最初枠体内に配置され、ｂ）砂−粘
   結剤混合物は上記模型の周囲を流動し、そして該混合物
   は ｉ）上記鋳型を硬化できるほど十分に高く、ｉｉ）上記
   混合物を模型の周囲に自由に流動できるほど十分に低く
   、 ｉｉｉ）上記鋳型を該鋳型内で以降形成される鋳物から
   容易に取出せるほど十分に低く、 ｉｖ）鋳型多孔度を維持するほど十分に低い、割合を示
   す非耐火性粘結剤を含み、且つ、 ｃ）上記砂−粘結剤混合物を硬化したのち、模型材料を
   流動状態にすると共に硬化混合物内部と鋳型のすき間外
   部の両方に流動せしめる温度と条件のもとで上記模型と
   鋳型を加熱することによって空隙部が模型の代わりに形
   成されることを特徴とする流動し易く堅固に硬化された
   砂型の空隙部で金属を鋳造する方法。 ２、上記模型がワックス、高分子フォーム、又はプラス
   チックであることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３、模型と鋳型が１２１°〜２６０℃（２５０°〜５０
   ０°Ｆ）の温度迄加熱される（段階ｄ）ことを特徴とす
   る請求項１又は２記載の方法。 ４、上記粘結剤が砂重量％で約０．２５〜０．６％添加
   されることを特徴とする請求項１、２又は３記載の方法
   。 ５、上記溶金が上記空隙部へ重量に抗して吸引されるこ
   とを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の方法。 ６、模型の移動（段階ｃ）のために模型を加熱する間底
   部に置かれる鋳型の部分が鋳造の間、鋳型から模型の分
   解生成物の排出を促進するために上部に配置されること
   を特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の方法。 ７、鋳型は溶金が注入される受口を具備し、そして模型
   の加熱の間（段階ｃ）、鋳型はいくらかの模型材料を流
   出するために反転させられることを特徴とする請求項６
   記載の方法。 ８、砂混合鋳型が、硬化されたあと、少なくとも３０％
   の空隙部分を含むことを特徴とする請求項１から７のい
   ずれかに記載の方法。 ９、模型材料の少なくとも１５％が段階ｄの間、砂混合
   鋳型内に閉じ込められることを特徴とする請求項１から
   ８のいずれかに記載の方法。