JPH0318449A - 有機自硬性鋳型を用いた鋳造方法 - 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】 （技術分野） 本発明は、有機自硬性鋳型を用いた鋳造方法に係り、特
にその鋳型造型工程において、鋳物砂の硬化速度を制御
する方法に関するものである。

（背景技術） 従来から、鋳造品のうち、工作機械部品等の製品重量が
５０ｋｇ以上の、所謂中物、大物は有機自硬性鋳型を用
いた鋳造方法により製作されることが多い。そして、こ
の有機自硬性鋳型を用いる手法はノーベーク法等とも称
され、熱を加えることなく硬化せしめて、目的とする鋳
型を得ることが出来るものであり、そのために、有機質
粘結材として多くはフラン系樹脂などの樹脂を用いて鋳
型の造型が行なわれることが多いが、一般には、分子量
の余り大きくない液状縮金物の樹脂を用い、これに酸性
硬化触媒（硬化剤）を混合して縮合反応を開始せしめ、
次第に活性を増大させて、最終的には三次元架橋により
結合力を最大と為して、目的とする鋳型として完威して
いる。そして、このような有機自硬性鋳型を用いて鋳造
するに際しては、そのような鋳型の造型の後、その得ら
れた有機自硬性鋳型に対して所定の溶湯を注湯して鋳造
を行ない、更にその後、かかる鋳型の型ばらしにより、
形成された鋳物製品を取り出す一方、鋳物砂には、それ
に混入した鋳物パリ、鉄片、鉄粉等の夾雑物（介在物）
との磁気分離操作が施され、回収されて、再使用される
こととなる。

ところで、このような有機自硬性鋳型を用いた鋳造法は
、（ａ）常温で完全に硬化するために、焼威に要する労
力、時間が不要で、造型工数が削減出来る、（ｂ）鋳型
強度が高く、寸法精度の高い高品質な鋳物が出来る、（
Ｃ）硅砂の省資源、産業廃棄物、公害防止に貢献出来る
、（ｄ）注湯後の砂の崩壊性が優れており、使用砂の回
収が９０〜９５％可能で、繰返し使用することが出来、
鋳物砂のクローズドシステムが可能となる等、の特徴を
有しており、これらの理由から、一般産業機械、工作機
械部品の鋳造において、今日多くの鋳造工場で採用され
ているのである。

而して、このように多くの利点を有する有機自硬性鋳型
にあっては、鋳型強度が、鋳物砂に添加される樹脂と硬
化剤による縮合反応がもたらす三次元架橋の結合力に掛
かっているのであり、そして、該縮合反応は、温度によ
って反応速度が大きく左右されるものであるところから
、造型時の環境温度の変動によって、鋳物砂の硬化速度
、換言すれば鋳型の造型に要する時間にかなりの差が生
じる問題があった。

事実、鋳造工場においては、年間を通じて工場内の気温
や模型・鋳枠等の温度を一定に保っておくことが難しく
、夏期と冬期の温度差が３０゛ｃ以上になることも珍し
くないのであり、また、鋳造の操業に当たっては、非量
産型では製品毎に模型と鋳枠が変わるところから、それ
らの温度変化は少ない一方、中量産型のように単時間で
抜型を行ない、すぐに同じ模型・鋳枠を用いて造型を行
なうものにあっては、模型と鋳枠の温度が次第に上昇し
て行くこととなるのである。従って、かかる様々な温度
変化に起因して、鋳型の硬化時間にバラツキが生じてし
まうのであり、かかる造型サイクルの乱れは、延いては
生産サイクル全体を乱す原因となるのである． そのため、かかる鋳型の硬化時間のバラツキを制御する
必要があり、また、同じ有機自硬性プロセスを用いる製
品であっても、製作数量、納期により一日当たりの造型
数が設定されるのであり、そうした生産速度から規定さ
れる鋳型の造型サイクルに合致させて、鋳型の硬化時間
を制御する必要もあって、従来にあっては、硬化剤（例
えば、スルホン酸に添加剤を混ぜたもの）を数種類用意
しておき、設定された鋳型の硬化時間に応じて、使用す
る硬化剤を適宜に選択し、且つその添加量を調整してい
たのである。

例えば、模型の種類と温度、枠のサイズと温度、砂の温
度、添加されるレジン及び硬化剤が一定に設定されたと
すると、夏期に１０〜１５分で抜型出来た鋳型が、冬期
には２０分以上かかる場合があるが、そうした場合に、
硬化剤の添加量が増加され、更にその最多添加量によっ
てもなお硬化時間が遅い場合には、硬化剤の種類が変更
されて、夏期とほぼ同等の所要時間で抜型を行ない得る
ようにしていたのである。

而して、このような従来手法では、複数の硬化剤を使用
するところから、硬化時間の制御が複雑となり、万一間
違えた場合には、造型工程のみならず、生産プロセス全
体が狂う虞れがあった。また、多種類の硬化剤を管理す
る必要があり、管理が複雑となると共に、複数のタンク
等の設備も必要であった．更に、大物の造型にあっては
、肌砂層を均一に形成する必要があるところから、鋳物
砂の充填に１０分程度を要することがあり、このため硬
化剤を多く含む場合には、充填中に硬化が始まって、作
業性の低下及び型の不良を惹き起こす懸念もあった。

一方、直接に温度を制御しようとする場合には、鋳物砂
や模型・鋳枠等を加熱しなければならず、その処理自体
が大掛かりになると共に、鋳物砂に、充填当初から熱が
かかることとなって、充填中に硬化が始まる可能性が大
きく、実用上、その採用は困難であったのである。

（解決課題） かかる状況下において、本発明の課題とするところは、
有機自硬性鋳型を用いた鋳造方法において、鋳型の硬化
時間を簡便に且つ安定的にコントロールし得る手法を提
供すると共に、硬化剤の使用種類及び使用量を低減して
、その管理を簡略化させることにある。

（解決手段） そして、本発明は、かかる課題を解決するために、有機
自硬性の鋳物砂を用いて、目的とする鋳型の造型を行な
った後、その得られた有機自硬性鋳型に所定の溶湯を注
湯して鋳造を行なうことからなる、有機自硬性鋳型を用
いた鋳造方法において、前記鋳型の造型を、鋳枠内に配
置した模型表面に前記鋳物砂にて所定厚みの肌砂層を形
成した後に、耐熱性のボリューム増加材を投入して充填
し、更にその上に必要に応じて前記鋳物砂を裏砂として
投入することにより、実施すると共に、かかるボリュー
ム増加材を所定の温度に予め加熱せしめておくことによ
り、該ボリューム増加材の熱にて前記鋳型を形成する鋳
物砂の硬化速度を制御するようにしたのである。

（具体的構ｅ．） 要するに、本発明は、有機自硬性鋳型の硬化速度の制御
を、投入される硬化剤によるのではなく、ボリューム増
加材に加えた熱によって行なうこととしたのである． ところで、このボリューム増加材なるものは、有機自硬
性鋳型のサンド／メタル比を低減させる目的で使用され
るものであり、鋳型の肌砂層を除いた部分に、自硬性の
鋳物砂に変わって用いられるものである．第１図は、本
発明の鋳造方法において使用される有機自硬性鋳型の一
例を示しているが、製品キャビティ１０を構威する上型
２と下型４のそれぞれは、鋳枠６内に鋳物砂８が充填せ
しめられることによって、形成されている。そして、上
下型２、４共に、キャビティ面を構成する肌砂層を除い
た部分は、鋳物砂８以外の耐熱性を有する構戒材料、例
えばレンガ片、金属片、セラξツクス片等からなるボリ
ューム増加材１８によって充填されているのである。か
かる鋳型構造を採ることによって、鋳物砂８の使用量が
効果的に低減されて、鋳型（２、４）の硬化速度が速め
られると共に、コストダウンが図られ得るのである。

なお、図において、１２は中子、．１４は湯口、１６は
上がりである。

そして、本発明で使用されるボリューム増加材１８は、
所定の鋳枠６内への充填に先立って、予め所定の温度に
加熱せしめられているのである。

例えば、第２図は、ボリューム増加材に対して温度制御
を行なうようにした造型ラインの一例を示している。か
かるラインにおいて、造型された有機自硬性鋳型は、鋳
造が済むと型ばらしされ、所定の磁気分離装置によって
、鋳物砂から鋳物パリ等の介在物が除去されると共に、
所定の回収装置によってボリューム増加材が分離されて
、残った鋳物砂は砂再生装置に送られる一方、ボリュー
ム増加材は、温度調整装置に移送されて、所定の温度に
調整せしめられた上で、続く造型サイクル用にストック
されるのである。

より詳細には、前記分離せしめられたボリューム増加材
１日は、先ず、回収用ホッパー２２から出る時に温度計
測が為されるのであり、回転型のドラム２８の中を移動
する間に、バーナー等の加熱手段や冷却空気の送風機等
の冷却手段にて構成される加熱冷却装置３０によって、
所定の設定温度になるように、昇温・降温されるのであ
る。そして、温度調整が終了した後にストック用のホッ
パ−２４を通じて、充填用供給装置２６に移送されてス
トックされるのである。なお、加熱用の熱源としては、
分離直後の鋳物砂の余熱を利用することも可能である。

そして、温度調整の各種条件、例えば加熱手段・冷却手
段（３０）の温度設定及びボリューム増加材１８のドラ
ム２８中での移動速度等は、ボリューム増加材ｌ８の前
記測定温度や処理量、更に設定温度等によって決定され
るものであり、中間点での計測によるフィードバック制
御も可能である。

ところで、ボリューム増加材の具体的な温度設定域は、
鋳物砂、型、鋳枠の温度やラインの設定サイクル等によ
って決められるものであるが、例えば、全体の温度が低
い上に、造型サイクルが短い場合には、ｌＯＯ゜Ｃ程度
の高温に設定され、また一方、全体の温度が高いにも拘
わらず造型サイクルが長い場合には、５０″Ｃ程度の低
温に設定されることとなる。

そして、具体的な設定温度が決定されると、第３図に示
すような操作によって、ボリューム増加材の温度制御が
実行されるのである。一般に、分離直後のボリューム増
加材は、鋳造ラインの操業状態にも拠るが、常温から２
　０　０　’Ｃ程度になっており、このボリューム増加
材の測定温度と、種々の条件設定因子（個々の温度、設
定サイクル等）により設定された温度値とが比較され、
ボリューム増加材の温度が高い場合には冷却工程が、低
い場合には加熱工程が実施されて、再度の温度チェック
及び温度調整によって、所定の温度に制御されることと
なるのである。

なお、ボリューム増加材は、一般には、３０〜ｌＯＯ゜
Ｃの温度域にコントロールされることとなる。そして、
該ボリューム増加材は、特にその大きさや形状が限定さ
れるものではないが、蓄熱材として使用されるものであ
るところから、所定容量を有することが望ましく、一般
に２０ｍｍ〜４０閣φ程度のものが使用されることとな
り、また、異なる大きさのものを組み合わせて使用する
ことも勿績可能である。

また、ボリューム増加材の温度調整を行なう方法として
は、前記具体例に挙げたようなバッチ処理が、タンクに
ストック出来るところから、大物の鋳造時などのように
一度に大量のボリューム増加材を必要とする場合に適し
た方法であり、一方、小物を短いサイクルで流すような
ラインでは、逐次処理型のライン処理が適している。こ
のライン処理は、分離装置から造型工程へとボリューム
増加材を移送する移送管に対して、所定の加熱・冷却装
置を設けて、該移送管内をボリューム増加材が通過する
際に温度調整を行なうものであり、移送管を、例えばス
クリュー形状とすることにより、効果的に行なわれ得る
。そして、これらの両処理方法は、造型ラインで処理さ
れる品物の種類、鋳枠の大きさ、造型サイクル等によっ
て適宜に選択されることとなる。

そして、本発明に従う鋳造方法にあっては、このように
して所定の温度に予め加熱せしめられたボリューム増加
材を、鋳枠内に配置した模型表面に鋳物砂にて所定厚み
の肌砂層が形成された後に、鋳枠内へ供給するのである
。その際に使用される鋳物砂は、従来と同様のものであ
って、有機質粘結材としてフラン系樹脂、フェノール系
樹脂、アクリル系樹脂等の樹脂が配合され、またそのよ
うな樹脂を硬化せしめるための硬化剤が添加せしめられ
てなるものである。但し、．鋳物砂の硬化速度をボリュ
ーム増加材の熱にて制御するという本発明の主旨からし
て、硬化剤の配合量は、従来に比して低く抑えられるこ
ととなる。そのため、肌砂層の形成中に硬化が始まるこ
とが防止され得るのであり、一方、肌砂層の形戒後は、
温度コントロールの施されたボリューム増加材が投入さ
れることにより、外気温や模型・鋳枠の温度に拘わらず
、直ちに鋳物砂の硬化が開始されるのである。そして、
ボリューム増加材の充填の後には、必要に応じて裏砂が
所定厚さで形成され、鋳型の補強が図られることとなる
ウ なお、当然のことながら、それら肌砂、ボリューム増加
材、裏砂を投入するときには、従来の砂充填作業と同様
に、振動発生機等で振動を与え、鋳物砂及びボリューム
増加材の充填性の向上が図られることとなる。また、鋳
型内の鋳物砂とボリューム増加材との比率は、製品の形
状、寸法、重量、更には鋳枠の構造等により一定ではな
いが、、鋳枠内の３０〜４０％の容積を該ボリューム増
加材にて置き換えることが可能であり、それによって鋳
型全体の強度を低下さゼ・ることばない。

上述のようにして充填が済むと、鋳型の表面層が硬化す
るのを待っ”ζ、．抜型が行なわれることとなる。その
際、本発明にあっては、ボリューム増加材の熱によって
、硬化時間が自由にコントロール出来るのであり、冬場
の硬化遅延が防止されると共に、各種の温度条件のバラ
ツキに起因する硬化時間のバラツキが効果的に回避され
るのである。

そして、抜型された鋳枠と模型とは、次の造型に使用さ
れ得るように、直ちに充填工程に戻される一方、得られ
た鋳型は、必要に応じて塗型工程に移送されることとな
る。なお、この時点では、内部まで完全に縮合反応が終
わっていないことから、続く塗型工程までに所定の時間
を置く必要があるが、塗型開始までの時間を短縮するた
めに、抜型時間を遅らせて充分に内部まで熱を伝達させ
る方法により、造型開始から塗型・型合わせまでの全体
の時間を短縮することも可能である。

そして、本発明に従う鋳造方法にあっては、内部まで完
全に硬化するのを待って、鋳型に塗型を必要に応じて行
ない、型合わせを行なった後、常法に従って所定の溶湯
、例えば鋳鉄溶湯や溶鋼等が注湯されて、目的とする鋳
物製品の鋳造が行なわれる。その後、冷却が終了すると
、鋳型が型ばらしされて、かかる鋳型内に形成された鋳
物製品が取り出されるのであるや得られた鋳物製品は、
更にショットブラスト処理及びバリすりを経た後、素材
完成品とされることとなる。一方、型ばらしが行なわれ
た鋳物砂からは、マグネットセバレーターによって、鋳
物砂に混入した鋳物パリ、鉄片、鉄粉等の介在物が、従
来と同様にして、磁気によって分離されると共に、ブレ
ーカースクリーン等の所定の吸引装置によって、ボリュ
ーム増加材が分離されるのである。そして、鋳物砂は再
生処理を施された後、再使用に備えてストックされ、ボ
リューム増加材は、温度調整を施された後、ストックさ
れることとなる。

ところで、従来から提案されていたボリューム増加材は
、鋳物砂からの分離が困難で回収が難しいという問題を
有していたが、かかるボリューム増加材に対して、耐熱
性のみではなく、磁性をも付与せしめることにより、鋳
物パリ等を除去するマグネットセバレーター等をそのま
ま用いて、容易に該ボリューム増加材を回収することが
出来るのであり、鋳造の自動化が図られ得ると共に、特
別の吸引装置も不要となる優れた効果が得られることと
なる。例えば、そのようなボリューム増加材としては、
金属材料の他、磁性材料を内在せしめた各種の耐熱性の
材料が考えられるが、本願発明者らが先に出願した特願
平１−４０９４８号明細書に詳細に述べられているよう
な、磁性材料を内在したセラミックスポールは、特に好
適なものである。かかる材料は、優れた強度、耐熱性、
耐摩耗性を備えていることから、鋳造時の熱衝撃に耐え
ると共に、軽量なため充填作業性に優れており、加えて
蓄熱材としても良好なものである。そのため、かかるセ
ラミックスポールは、本発明の鋳造法に非常に適したボ
リューム増加材として使用され得、鋳型の硬化速度を効
果的に，′：Ｉントロールし得ると共に、鋳造・型ばら
し後には、介在物除去用に設置され−ζいる“マグネッ
トセバレーターによって容易に鋳物砂と分離することが
出来，，回収が容易に行なわれることとなる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明に従う有機自硬
性鋳型を用いた鋳造方法にあっては、従来の硬化剤の添
加量の増減及びその種類の変更といった手法に替えて、
予め必要とされる温度に加熱したボリューム増加材の熱
によって鋳型の硬化時間を制御するようにしたところか
ら、該ボリューム増加材の温度調整のみによって、鋳型
の硬化時間を簡便に且つ安定的にコントロールすること
が出来るのである。従って、冬場の鋳型の硬化時間の長
期化現象を防止し、また、各種温度条件にて変化する鋳
型の硬化時間のバラツキを効果的に防止して、生産サイ
クルを安定的にコントロールすることが可能となったの
である。加えて、硬化剤を単一の種類に限定することが
可能となって、造型ラインの管理が容易となり、在庫の
管理も著しく容易となるのである。

（実施例） 以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に
具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのよ
うな実施例の記載によって、何等の制約をも受けるもの
でないことは、言うまでもないところである。

また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記
の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限り
において、、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修
正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべ
きである。

実施例　１ 目的とする鋳物製品として、外径が１２００ｍｍφ、厚
みが５　０＝１　２　０ＩｎＩｍ、重量が５　５　０　
ｋｇ、材質がＦＣ３０からなるギャー素材を鋳造すべく
、金枠寸法が１６００ｍｍＸｌ８００ｍｍＸ３００ｍｍ
（上型）若しくは２５０ｍｍ（下型）の鋳枠を用いると
共に、鋳物砂としては、ＡＦＳ４０妙にフラン樹脂０．
　８重量％、硬化剤２４重量％（対樹脂添加量）を均一
に配合したものを用い、更に、ボリューム増加剤には、
コージェライ｝　（２Ｍｇ０・２Ａ／！．０，　　・５
ＳｉＯ４）からなり、磁性材料であるＮｉ−Ｚｎ系フＸ
ライトからなる１０ｍｍφの大きさの芯部を有する、２
５ｌＴＩＩＩＩφの大きさのセラξツクスポールを用い
て、第１図に示される如き構造の鋳型を造型した。なお
、外気温は４゜Ｃ、砂温度はｉｏ’ｃであり、セラミッ
クスポールは９０゜Ｃに加熱したものを投入した。また
、Ｓ／Ｍ比は１．６３であった。

かかる鋳型は、ｉ　．ｏ−１　５分で硬化し、抜型する
ことが出来た． 比較例　１ 実施例と同様の素材を鋳造すべく、外気温４゜Ｃ、砂温
ｋ　Ｏ　’Ｃの温度条件で、ボリューム増加材を使用す
ることなく、実施例と同じ鋳枠を用いて複数の鋳型の造
型を行なった。使用した鋳物砂は、ＡＦＳ４０砂にフラ
ン樹脂０．８重景％を配合したものであり、各造型で、
添加する硬化剤の量を変えて行なった。実施例と同程度
の硬化時間を得るには、硬化剤を３８重量％（対樹脂添
加量）添加しなければならなかった。

以上の結果から、本発明に従う鋳造方法にあっては、ボ
リューム増加材の熱によって硬化速度が良好にコントロ
ールされており、非常に少ない硬化剤の添加量にて良好
な硬化速度が得られていることが判る．

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にて用いられる有機自硬性鋳型の鋳型
構造の一例を示す縦断面説明図であり、第２図は、本発
明に従う鋳造方法を実施する造型ラインの一具体例を示
す説明図であり、また第３図は、ボリューム増加材の温
度調整の処理手順を示すフローチャートである。 ２：上型 ６：鋳枠 １８：ボリューム増加材 ２６：充填用供給装置 ２８：ドラム ３０：加熱冷却装置 ４：下型 ８：鋳物砂 第１図 １４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 有機自硬性の鋳物砂を用いて、目的とする鋳型の造型を
   行なった後、その得られた有機自硬性鋳型に所定の溶湯
   を注湯して鋳造を行なうことからなる、有機自硬性鋳型
   を用いた鋳造方法にして、前記鋳型の造型を、鋳枠内に
   配置した模型表面に前記鋳物砂にて所定厚みの肌砂層を
   形成した後に、耐熱性のボリューム増加材を投入して充
   填し、更にその上に必要に応じて前記鋳物砂を裏砂とし
   て投入することにより、実施すると共に、かかるボリュ
   ーム増加材を所定の温度に予め加熱せしめておくことに
   より、該ボリューム増加材の熱にて前記鋳型を形成する
   鋳物砂の硬化速度を制御するようにしたことを特徴とす
   る方法。