JPH0248344B2

JPH0248344B2 -

Info

Publication number: JPH0248344B2
Application number: JP55109910A
Authority: JP
Inventors: Eichi Peeji Enno
Original assignee: FUAAREI Inc
Current assignee: FUAAREI Inc
Priority date: 1979-09-25
Filing date: 1980-08-12
Publication date: 1990-10-24
Also published as: BR8004345A; JPS5647261A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、アンダーカツト域を有するダカスト
鋳物を鋳造するためダカスト用金型に使用する消
耗性砂中子に関するものである。

アンダーカツトを有する、たとえばアルミニウ
ム、亜鉛、マグネシウム、銅およびそれらの合金
のような金属のダイカストには問題がある。加圧
ダイカスト法は、遭退する高温度および高圧力に
耐えうる金型またはダイを必要とすることが知ら
れている。したがつて、ダイカスト金型用として
は一般に鉄系材料が使用される。これらダイ材料
は容易には解体できず、したがつて複雑なダイカ
スト鋳物形状、たとえばアンダーカツトを有する
鋳物はこの種のダイカスト金型からは容易に取り
出すことができない。

半永久的ダイカスト金型が、約30psi程度の圧
力において消耗性中子と共に使用されている。こ
れら低圧力での使用に対し、中子は結合剤もしく
は樹脂と混合された鋳物砂から構成されている。
熱、触媒または化学反応のいずれかを利用するこ
とにより、砂粒は結合されてそれぞれの形状にさ
れ、鋳造工程に使用される。実際の鋳造部品を固
化および冷却する際放出される熱は水蒸気を追い
出すか、或いは中子内の結合剤を化学分解させ
る。このことは鋳物からの中子の除去を容易にす
る。

ガラスおよび可溶性塩を用いた中子も過去にお
いて使用され、英国特許第1179241号明細書に記
載されている。この種の中子は、工程制御の欠
如、経済性、取扱い性および塩類の腐蝕作用の点
で欠点を有する。

数1000psiの圧力でダイカスト（高圧力ダイカ
スト）において、主たる問題は単一の中子／バイ
ンダー系において三つの重要な特性を与えること
ができないことであつた。これらは、秀れた砂離
れ性（shakeout）、秀れた耐崩壊性（washout
resistance）及び耐表面浸透性とである。

本発明における砂離れ性（又は型ばらし性）と
は、高圧で圧入される溶湯がダイス内で凝固する
まで該溶湯に耐え、ついで溶湯の熱により結合剤
の結合力を減じまた揺動機構によつて、砂粒が容
易に鋳物から崩壊落下する性質であり、耐崩壊性
とは圧入される高速溶湯に対する中子の抵抗性で
あり、秀れた耐崩壊性は完成鋳物の寸法安定性と
鋳物中への中子からの砂の巻き込みを防止する。

更に、耐表面浸透性とは中子表面の砂粒間に溶
湯を浸透させない性質であり、中子表面に溶湯が
侵入すると中子表面を破壊すると共に、鋳物表面
に突起を発生し平滑な表面を有する鋳物が得られ
ない。この状態は、後の機械加工および工具寿命
に対し極めて悪影響がある。さらに、もし部品装
着の後に鋳物中の砂がこの鋳物から分離される
と、たとえば自動車エンジンの潤滑系のような関
連部品に損傷をもたらすであろう。過去に開発さ
れた高圧注入用消耗性コアは、良好な砂離れ性を
有するが高度の崩壊性と表面浸透性とを示し、或
いは良好な耐崩壊性と耐表面浸透性とを有するが
極めて貧弱な砂離れ性を示す。上記した諸問題
は、本発明による中子の使用により解決される。

より詳細には、本発明によれば、アンダーカツ
ト領域を有するダイカスト鋳物を形成するための
ダイカスト金型に使用する消耗性中子が提供さ
れ、本発明の技術的構成は：Ａ (a)鋳物砂と、(b)アルミニウムのモル数に対し
３モル％乃至40モル％の量の硼素を含有しかつ
燐対アルミニウムと硼素との合計モル数のモル
比が２：１乃至４：１であり、鋳物砂の0.3〜
3.5重量％の量で含まれる硼素化燐酸アルミニ
ウム結合剤と、(c)燐酸アルミニウムと反応して
前記結合剤を中子が損傷なく取り扱いうる程度
まで硬化させ硬化剤10〜20重量％と、(d)硼素化
燐酸アルミニウムと水との合計重量に対し15〜
50重量％の量の水とからなり、Ｂ中子が所定粘度の被覆を有して中子の表面細
孔部を実質的に封止し、前記被覆が４〜30重量
％の懸濁剤と60〜95重量％の微粒子耐火材と１
〜10％の結合剤と、前記懸濁剤および前記結合
剤と相互に作用して前記所定粘度を得る５〜20
重量％の有機液状溶剤とからなることを特徴と
する。

本発明の目的および利点は、添付図面を参照す
る以下の記載から明らかとなるであろう。この図
面は、上記した三つの問題が生ずる鋳造作業を説
明するのに有用である。プランジヤ１１は鋼部材
１３および１４と砂中子１５とにより形成された
ダイカスト金型の中に溶融金属１２を注入するの
に使用される。最終ダイカスト鋳物の形状はアン
ダーカツト領域を含むことに注目すべきである。
第１図には本発明砂中子１５への鋳造時における
溶融金属１２によつて影響をうける領域の一例が
示してある。図示の砂中子の場合、参照符号１６
で示す領域が溶融金属の砂中子表面への浸透が起
り易い領域であり、参照符号１７の領域は高圧溶
融金属の注入部に近いアンダーカツト部であるた
め、被覆の崩壊（washout）の生じ易い領域であ
る。

本発明の消耗性中子は、高圧ダイカスト法に使
用してアンダーカツト領域を有する鋳物を経済的
に製造するため、高温および高圧に適するよう設
計されている。

本発明の消耗性中子は、アンダーカツト領域を
有するダイカスト鋳物を製造するため使用するこ
とができ、この目的で結合剤を含み、この結合剤
はアルミニウムのモル数に対し約３モル％乃至約
40モル％の量の硼素化燐酸アルミニウムからな
り、燐対アルミニウムと硼素との合計モル数のモ
ル比は約２：１乃至約４：１である。この結合剤
は、適当な鋳物砂および適当な硬化剤と混合され
て、中子を形成する。この中子はまた、耐表面浸
透性および耐崩壊性を改善するために被覆する。

前記した硼素化燐酸アルミニウム結合剤は米国
特許第3930872号明細書に詳細に記載されており
この特許の開示を本明細書中に引用する。特に、
この米国特許明細書は、アルミニウムのモル数に
対し約３モル％乃至約40モル％の量の硼素を含有
しかつ燐対アルミニウムと硼素との合計モル数の
モル比が約２：１乃至約４：１である硼素化燐酸
アルミニウムと、アルカリ土類金属および酸化物
を含有するアルカリ土類金属材料と水とから結合
剤が構成されると述べている。今回、この結合剤
は、鋳物砂に対し約0.3〜3.5重量％の量で存在さ
せれば、ダイカスト用として有益な砂離れ性を付
与することが確認された。AFSNo.65の微細度の
代表的なシリカ鋳物砂を使用する場合は、結合剤
を約1.0〜3.5重量％の範囲で使用するのが好まし
い。下限は後の取扱いに耐えるのに充分な中子強
度を与えるために必要とされ、一方上限は(a)中子
製造の際の砂の流動性の変化に関連して不均一な
密度により生ずる吹込み造型の諸問題および(b)砂
離れ効率を著しく低下させないためにこの上限を
越えないようにすべきである。もしたとえばジル
コンのようなより重質の鋳物砂を使用すれば、よ
り少量、すなわち約0.3〜1.5重量％程度の結合剤
が必要とされる。それぞれ上限および下限は、シ
リカ砂の場合と同じ理由で選択される。勿論、上
記した砂とは異なる密度を有する他の一般的に使
用される鋳物砂の使用も、本発明の範囲内であ
る。これら他種の砂は、その密度に適する量の結
合剤の使用を必要とするであろう。

硬化剤は、結合剤を硬化させそれにより中子を
損傷することなく取り扱いかつダイカスト機に装
着させるに必要な強度を中子に付与するのに充分
な量で存在させるべきである。前記米国特許第
3930872号明細書に記載されているような、たと
えばアルカリ土類金属と酸化物とを含有するアル
カリ土類金属材料の如き硬化剤を砂中子中に使用
する場合は、約10〜20重量％の範囲の結合剤を使
用すべきである。前記米国特許第3930872号明細
書に記載された硬化剤の量が減少すると、可使時
間（bench life）は増大する。しかしながら、こ
の利点は、砂離れ性と中子強度との喪失により相
殺される。たとえばアンモニアガスのような他の
公知の硬化剤も考えられ、本発明の砂中子につい
て使用するのに適するであろう。

硬化および砂離れ性をさらに向上させる目的
で、必要に応じてFe₂O₃としての酸化鉄を約１％
〜４％の量で砂中子中に存在させることができ
る。約４％を越える量のFe₂O₃は、中子強度の望
ましくない損失をもたらす。

さらに米国特許第3930872号明細書に教示され
ているように、この教示された目的で水を砂中子
組成物中に含有させ、その量は硼素化燐酸アルミ
ニウムと水との合計重量に対し15〜50重量％であ
る。

本発明の消耗性中子を製造するには、結合剤と
固体硬化剤と必要に応じFe₂O₃とを鋳物砂中に混
合により加えるべきである。固体でなく気体の硬
化剤を使用する場合は、結合剤とFe₂O₃とを砂と
混合し、次いで気体硬化剤を混合物中に通して結
合剤の硬化を開始させる。

製造後、中子を被覆して耐崩壊性および耐表面
浸透性に関し性能をさらに向上させるものであ
る。一般に、この中子被覆は、懸濁剤と耐火材と
結合剤と溶剤とからなつている。

懸濁剤は、通常、粘土または粘土誘導体であ
る。これら材料は、耐火材を懸濁状態に維持する
機能を果すのに充分な量で存在させるべきであ
る。この懸濁剤は、全固体重量に対し、約４〜30
重量％の範囲の量で存在させる。

被覆用組成物中に有用である典型的な微粒子耐
火材はグラフアイト、シリカ、酸化アルミニウ
ム、酸化マグネシウム、ジルコンおよび雲母を包
含するが、これらのみに限定されない。これら材
料は、一般に全固体重量に対し約60〜95重量％の
範囲の量で存在させる。

被覆粒子の材料を、たとえば熱可塑性樹脂のよ
うな結合剤の使用により結合させる。この種の結
合剤は被覆組成物の全固体重量に対し約１〜10重
量％からなる。結合剤と懸濁剤とは、有機液体で
もよい特定溶剤に相溶性（compatible）のもの
とすべきである。溶剤は、被覆の厚さと均一性と
を調節するのに必要な粘度を得るため有効とされ
る量で使用すべきである。

ダイカスト鋳造用の中子被覆は、他の鋳造法に
適する中子被覆よりも前記所望特性を充分満足す
るものとすべきである。中子被覆は、中子表面上
の細孔を実質的に封止しうる能力を有すべきであ
る。ダイカスト鋳造は溶融金属を加圧下に圧入す
るので、中子表面上のどのような細孔にも溶融金
属が浸透するので、その結果、鋳造部品の表面上
に砂が捕捉される。中子に対し適切な中子被覆を
施こせば、砂中子中への溶融金属の浸透が防止さ
れる。

好適な中子被覆は、全固体重量に対し、４〜30
重量％のアミン処理されたベントナイト懸濁剤
と、１〜10重量％の熱可塑性樹脂結合剤と、60〜
95重量％のたとえばシリカなどのような耐火材と
からなつている。上記の諸成分を粉末状にて充分
量の有機液状溶剤と混合して、乾燥の際所望の被
覆厚さを与えると共に中子表面上の細孔を封止す
るのに必要な粘度を与える。

本発明の結合方式と組合せて使用するのに好適
であることが判明した他の中子被覆が米国特許第
4096293号明細書に記載されており、その開示を
本願明細書に引用する。特に、被覆材料は、中子
の表面細孔を実質的に封止するのに充分でありか
つダイカスト鋳造の際良好な耐崩壊性と耐表面浸
透性とを与えるような被覆の厚さと均一性とを得
るのに適する粘度を有し、約５〜90重量％の有機
液体溶剤と、約0.1〜２重量％の懸濁液と、約５
〜80重量％の平均粒径20〜25μで約70μ以上の粒
子を含まないアルミン酸カルシウム粒子と、硬質
樹脂とからなり、前記硬質樹脂はフマル酸とガム
ロジンとペンタエリトリトールとの反応生成物で
あつて、組成物100重量部当り約0.5〜５重量部の
重量比で存在する必要に応じ、湿潤剤を約0.01〜
２重量％の範囲の量で加えることもできる。

造型用金型内で中子を造型しついで取り出すと
その中子は取扱うのに充分な強さを有する。次い
で、中子被覆をはけ塗り、浸漬、噴霧または同等
な方法で塗布する。被覆が乾燥したら、中子を鋳
造機上のダイ内に配設する。ダイの鋼製部分は中
子により形成されない金属部品の表面形状を形成
する。中子をこのダイ内に配置し、ピン、くぼみ
または当業者に公知のその他手段により位置決め
し、中子を固定位置に設置してダイを閉鎖し、そ
の後、溶融金属をダイ内に注入する。

ダイ内で鋳物が固化する間、熱が鋳物から放出
される。この熱の一部は中子中に移行して中子の
温度を高める。この熱の移行によつて中子中の結
合剤を分解し、生じた水分を放出させる。溶融金
属がダイ内で固化した後、ダイカスト金型を開い
て、得られた鋳物と消耗性コアとを取り出す。常
温まで冷却した後、中子を機械的に砂落しする。

以下、実施例により本発明を説明する。

実施例１ジルコン鋳物砂（AFS微細度No.120）と鋳物砂
に対し約1.25重量％の硼素化燐酸アルミニウム結
合剤と結合剤の約20重量％の量の前記アルカリ土
類硬化剤とを含有する中子を使用して、アルミニ
ウム合金を第１図に示した形状にダイカスト鋳造
した。中子は、15重量％のアミン処理ベントナイ
ト懸濁剤、５重量％の熱可塑性樹脂結合剤及び80
重量％のシリカ耐火物質とからなる中子被覆で２
回被覆した。常温に冷却した後、中子を鋳物か機
械的に分離させる際良好な砂離れ性が認められ
た。この鋳物は良好な耐表面浸透性を示すと共
に、耐崩壊性も良好である。

実施例２シリカ鋳物砂（AFS微細度No.65）と鋳物砂に
対し約2.5重量％の硼素化燐酸アルミニウム結合
剤と結合剤の20重量％の前記アルカリ土類硬化剤
とを含有する中子を使用して、Ｓ字型中子を有す
るポンプ部品にアルミニウム合金をダイカスト鋳
造した。中子は、実施例１に記載した組成の中子
被覆で２回被覆した。常温に冷却した後、中子を
鋳物から機械的に分離する際、良好な砂離れ性が
認められた。この鋳物は良好な耐表面浸透性を示
すと共に耐崩壊性も良好である。

【図面の簡単な説明】

第１図はダイカスト機の金型部分の断面図であ
る。１１…プランジヤ、１２…溶融金属、１３，１
４…鋼製ダイ、１５…砂中子、１６…表面浸透部
分、１７…崩落発生域。

Claims

【特許請求の範囲】１秀れた砂離れ性、秀れた耐崩壊性、耐表面浸
透性、秀れた保存寿命及び数1000psiを超える圧
力に耐えうる高い中子強度を有する、アンダーカ
ツト領域を有するダイカスト鋳物に適用する消耗
性砂中子であつて、該砂中子は主として次の構成
からなり：Ａ (a)鋳物砂と、(b)アルミニウムのモル数に対し
３モル％乃至40モル％の量の硼素を含有しかつ
燐対アルミニウムと硼素との合計モル数のモル
比が２：１乃至４：１であり、鋳物砂の0.3〜
3.5重量％の量で含まれる硼素化燐酸アルミニ
ウム結合剤と、(c)燐酸アルミニウムと反応して
前記結合剤を中子が損傷なく取り扱いうる程度
まで硬化させる硬化剤10〜20重量％と、(d)硼素
化燐酸アルミニウムと水との合計重量に対し15
〜50重量％の量の水とからなり、Ｂ中子が所定粘度の被覆を有して中子の表面細
孔部を実質的に封止し、前記被覆が４〜30重量
％の懸濁剤と60〜95重量％の微粒子耐火材と１
〜10％の結合剤と、前記懸濁剤および前記結合
剤と相互に作用して前記所定粘度を得る５〜20
重量％の有機液状溶剤とからなることを特徴とするダイカスト用消耗性砂中子。２鋳物砂がシリカ砂からなり、結合剤を1.0〜
3.5重量％の量で存在させることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の砂中子。３鋳物砂がジルコン砂からなり、結合剤を鋳物
砂の0.3〜1.5重量％の量で存在させることを特徴
とする特許請求の範囲第１項又は第２項の何れか
に記載の砂中子。４砂中子硬化剤が結合剤の重量の10〜20重量％
の量でアルカリ土類金属と酸化物とを含有するア
ルカル土類材料からなることを特徴とする特許請
求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の砂
中子。５ Fe₂O₃を鋳物砂の１〜４重量％の量で中子中
に存在させることを特徴とする特許請求の範囲第
１項乃至第４項のいずれかに記載の砂中子。６被覆材料が５〜90重量％の有機液体溶剤と、
0.1〜２重量％の懸濁剤と、５〜80重量％の、平
均粒子が20〜25μでありかつ約70μ以上の粒子を
含有しないアルミン酸カルシウム粒子と、硬質樹
脂とからなり、前記硬質樹脂はフマル酸とガムロ
ジンとペンタエリトリトールとの反応生成物であ
つて被覆組成物100重量部当り0.5〜５重量部含有
されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の砂中子。