JPH03230862A - 加圧鋳造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は加圧鋳造方法に関する。

（従来の技術） 鋳型のキャビティ内に注入された溶融状態の金属（以下
、必要に応じてこれを溶湯という）を加圧することによ
り、得られる鋳物の組織の緻密化（鋳物束の発生防止）
を図り、機械的性質を向上させるという加圧鋳造方法は
一般に知られている。

すなわち、鋳物に巣と呼ばれる内部欠陥を生ずるのは、
主に金属の凝固時の温度低下に伴って金属の密度が高く
なるためである。つまり、キャビティ内で金属が収縮し
てその収縮分を凝固中の金属で補えなくなる場合に上記
巣が発生する。そして、かかる巣の発生を防止すること
に上記金属の加圧は効果的な役割を果たすものである。

ところで、この加圧鋳造は、ダイキャストに代表される
ように溶湯に大きな圧力（１０００〜２０００気圧）を
加えるというのが通常であり、従って、この大きな加圧
力に耐え得るよう鋳型には金型が適用されている。

これに対して、近年は鋳造技術の進歩に伴い、比較的低
い圧力（数１００気圧程度）での溶湯の加圧でも巣のな
い健全な鋳物が得られるようになってきており、金型で
はなくて砂型において加圧鋳造を採用するという試みが
ある。

例えば、特開昭６３−１３７５６４号公報には、ロスト
フオーム法により鋳物砂を用いて造型した鋳型のキャビ
ティ内に溶湯を満たした後、この鋳型全体を高圧ガス容
器内で加圧することにより、この鋳型内の溶湯に加圧力
を付与するという提案が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） 上記金型を用いたダイキャストの場合、金属を製品キャ
ビティから離れた湯口側から加圧することになるため圧
力ロスがあり、且つ、キャビティが複雑形状を有するも
のであれば、複雑形状部分に注入されている金属は放熱
面積が大きく早期に凝固するため、キャビティの細部に
まで加圧力を効果的に及ぼすことは難しい。従って、こ
のダイキャストでは上述の如き非常に高い加圧力を必要
とするため、加圧手段が大型になるとともに、高圧力で
あるがゆえに中子の破損の問題があり、中子を用いた複
雑形状製品の鋳造も難しい。

一方、砂型を用いる上記提案の場合、大型の加圧容器を
必要とするとともに、加圧容器の蓋の開閉を要するため
、キャビティ内への注湯と加圧とのタイミングが難しく
、生産効率を高めることが難しくなる。また、この提案
の場合、加圧ガスによって溶湯と鋳型との密着性が低下
することになるため、溶湯の凝固速度が上がらず、従っ
て、金属組織が緻密になり難くて機械的性質の向上もあ
まり望むことができない。しかも、キャビティへの注湯
後に加圧容器に蓋をして加圧することになるため、注湯
後の加圧タイミングが遅れ、キャビティが複雑形状を有
するものであれば、複雑形状部分に注入されている金属
が早期に凝固するため、キャビティの細部にまで均等に
加圧力を作用せしめることは難しい。

すなわち、本発明の課題は、砂型を用いる加圧鋳造方法
において、大型の加圧容器を用いることなく、溶湯の加
圧と加圧用ガスの洩れ防止とを簡便に行なえるようにす
ることにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、このような課題に対して、鋳物砂による中子
を溶融金属の熱で消失する消失性部材により支持し、キ
ャビティ内に溶融金属を充填して上記消失性支持部材を
消失させ、しかる後に上記中子の内部に加圧ガスを供給
することにより、中子表面からキャビティ内の金属を加
圧できるようにするものである。

すなわち、その具体的な手段は、鋳物砂により造型した
中子を主型に溶融金属の熱で消失する消失性支持部材に
より支持し、この中子と主型とにより構成したキャビテ
ィ内に溶融金属を充填して上記消失性支持部材を消失さ
せ、しかる後に上記中子の内部に加圧ガスを供給してこ
の中子を構成する鋳物砂の粒子間隙を通じて中子の表面
からキャビティ内の金属を加圧することを特徴とする加
圧鋳造方法である（以下、これを第１の手段という）。

この場合、主型自体は、鋳物砂で造型しても、金型とし
てもよい。また、鋳造用金属としては、軽合金から鋳鉄
に至るまで各種の鋳物用合金を利用することができる。

さらに、加圧力は放気圧から数十気圧にすることができ
、あるいは主型が耐え得る限りにおいてはさらに高圧に
することかできる。

また、消失性支持部材には、発泡ポリスチレンなど熱に
より溶解し実質的に消失するものであれば、各種の材料
を利用することができる。

そして、上記第１の手段において、中子に湯口より上方
へ突出する突出部を設けておいて溶融金属をキャビティ
内に充填した際に上記突出部をこの溶融金属の湯面より
上方へ露出させるとともに、上記湯面の上に密閉空間を
形成し、しかる後にこの密閉空間に加圧ガスを供給する
ことにより、上記突出部から中子内部に加圧ガスを供給
して中子表面から金属を加圧すると同時に、上記湯面か
ら金属を加圧するようにすることができる（以下、これ
を第２の手段という）。

（作用） 上記第１の手段においては、キャビティに溶融金属を注
入すると、消失性支持部材がこの溶融金属の熱で溶解消
失して溶融金属で置換され、中子はキャビティ内の金属
によって保持されることになる。つまり、溶融金属は中
子に接触するとこの接触部が直ちに凝固を開始し中子ま
わりに凝固層ないし半凝固層を形成するから、中子はか
かる層によって保持された状態になる。

そうして、中子内部に供給された加圧ガスか鋳物砂の粒
子間隙を通じて中子表面からキャビティ内の金属に加圧
力を及はすということは、金属が中子を介して内側から
加圧されるということである。そして、この場合、中子
は消失性支持部材に置換された鋳造用金属により主型と
の接触が避けられているから加圧ガスの外部への洩れも
生じないものである。

すなわち、中子を幅木によって主型に支持した場合、金
属は、溶融状態ではその有する表面張力のために幅木に
接触しても、この幅木表面の微小な凹部には入ることが
できず、従って、幅木表面と金属との間には微小な空隙
を生じ易いものである。そして、この微小空隙を通して
中子からの加圧ガスが主型側に抜は易いものであるが、
上述の如く、鋳造用金属により中子を保持するようにし
たから、加圧ガスの洩れの問題はなく、このガス洩れ防
止のための特別なシール手段を講する必要がない。

また、キャビティ内の金属に内側から加圧力を与えるこ
とかできるため、キャビティ内の金属が主型に押し当て
られた状態になり、この主型によって冷却が促進されて
比較的高い凝固速度を得ることができ、鋳物の組織の緻
密化、機械的性質の向上という面で有利になる。

また、キャビティ内の金属に内側から加圧力を与えるこ
とができるということは、キャビティ形状が複雑であっ
ても、このキャビティの細部にまで加圧力を及ぼすこと
ができるということである。

よって、複雑形状の製品を鋳造する場合にも組織の緻密
さにむらを生ずることがなくなる。

また、中子自体は、金属に作用する加圧ガスの通り通約
なものになるから、加圧力の影響を直接受けることがな
く、中子に薄肉部かあってもその破損の問題は生ずるこ
とがない。

さらに、上記金属の加圧は中子を介して行なうから、大
型の加圧容器は不要であり、加圧装置の小型化が図れる
とともに、注湯及び加圧作業も簡単になる。

第２の手段においては、中子の一部を金属の湯面から突
出せしめて、その上方の密閉空間に加圧ガスを供給する
ようにしたから、キャビティ内の金属を中子表面からと
場面からと同時に加圧することができるようになる。

つまり、加圧系統は１系統でありながら、キャビティ内
の金属を内側（中子表面）と外側（湯面）との双方から
加圧することができるようになる。

（発明の効果） 第１の手段によれば、鋳物砂による中子を消失柱部材に
より支持し、キャビティ内に溶融金属を充填して上記消
失性支持部材を消失させ、しかる後に上記中子の内部に
加圧ガスを供給するようにしたから、比較的簡単な構成
で外部への加圧ガスの洩れを生ずることなく、且つ中子
の破損を招くことなく、金属を内側から加圧し、複雑形
状の製品を鋳造する場合にもキャビティの細部にまで加
圧力を及ぼしながら、鋳物全体にわたってその組織の緻
密化ないしは機械的性質の向上を図ることができ、しか
も加圧装置の小型化が図れるとともに、注湯及び加圧作
業も容易になる。

第２の手段によれば、中子の一部を金属の湯面から突出
せしめて、その上方の密閉空間に加圧ガスを供給し、キ
ャビティ内の金属を中子表面からと湯面からと同時に加
圧するようにしたから、１系統の加圧手段でキャビティ
内の金属を内外から効果的に加圧することができるよう
になる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

０ 本例はアルミニウム合金（ＡＩ−８Ｓｉ、以下、単にア
ルミ合金という）により、カップ状製品を鋳造する場合
のものである。

第１図において、１は主型、２は中子、３は加圧蓋、４
はこの主型１と中子３とにより構成された製品用キャビ
ティである。主型１は金型であり、中子３はレジン硬化
剤を含む自硬性鋳物砂（砂は珪砂６号である）によって
造型されていて、通気性を有する。

主型１には湯口５の周囲に湯溜り部６が形成されている
。中子３は、主型１のキャビティ底に消失性支持部材７
のみによって主型１に接触しないように支持されるもの
であり、湯口５より上方へ突出する突出部２ａを有する
。上記消失性支持部材７は発泡ポリスチレンで成形され
ている。上記湯溜り部６は加圧蓋３のフランジを没入さ
せる溶融金属を溜めるためのものである。

すなわち、加圧蓋３は第２図に示すように湯溜り部６の
溶融金属にフランジを没入させ上記湯口５の上に加圧エ
アを供給すべき密閉空間８を形成１ 突出部２ａは上記密閉空間８に突出せしめられるもので
ある。そして、この加圧蓋３には通路開閉用の制御弁９
が介装された圧力供給通路を介して加圧源１０が接続さ
れている。上記加圧蓋３及び制御弁９はユニット化され
ていて、この加圧ユニットはロボットに搭載されている
。

次に、上記アルミ合金製品の加圧鋳造にあたっての各工
程を順に説明する。

鋳型の組み立て 中子２を主型１に、突出部２ａが湯口５より上方へ突出
した状態になるように、且つ主型１と中子２とが接触し
ないように消失性支持部材７により支持する。

なお、主型１及び中子２には加圧時の溶湯差込み防止の
ために塗型剤を塗布しておく。

注湯− 湯口５から溶融金属（アルミ合金溶湯）をキャビティ４
に注入し、且っ湯溜り部６に溶融金属が溜るようになる
ようにする。この場合、中子２の２ 突出部２ａが溶融金属の湯面から一部上方へ露出するよ
うにする。

これにより、消失性支持部材７は上記溶融金属の熱（約
７１０℃）で軟化、ガス化して中子２の内部に浸透消失
し、溶融金属で置換され、中子はこの金属により包まれ
た状態になって主型１に接触しないように保持されるこ
とになる。

加圧蓋の閉止 加圧ユニットを搭載したロボットを湯口５の上方へ移動
させ、加圧蓋３のフランジを湯溜り６の溶融金属中に没
入させ、湯口５の上方に密閉空間８ができるようにする
。すなわち、上記加圧蓋３のフランジが没入にした溶融
金属部分は、このフランジとの接触により急冷凝固し、
これにより、湯口５の上方の空間８は密閉されることに
なる。

−加圧 制御弁９を開とし、加圧源１０から２．５気圧の加圧ガ
ス（圧縮空気）を上記密閉空間８に供給する。これによ
り、加圧ガスによる加圧力が湯口５の湯面から金属に伝
わるとともに、湯面より露３ 出した中子突出部２ａから中子２の内部に加圧ガスが供
給され、この加圧ガスによる加圧力が中子２の鋳物砂の
粒子間隙を通じて中子２の表面から、つまり内側から金
属に作用することになる。そうして、この加圧状態を金
属の凝固完了まで維持する。

この場合、キャビティ４内の金属は、湯口５から、つま
り外側から加圧されるだけでなく、中子２を介して内側
からも加圧されることになり、主型１に押し当てられた
状態になるため、この主型１からの放熱が促進されて凝
固速度が上がる。そうして、このように金属が内側から
加圧され且つ高い凝固速度が得られるため、鋳物は結晶
粒が微細になり組織が緻密になって、機械的性質の向上
が図れることになる。また、金属に接する中子２の全表
面から金属に加圧力が作用するため、この金属はその全
体が均等に加圧されることになる。

このことは、キャビティ形状が複雑であっても、このキ
ャビティの細部にまで加圧力を及ぼすことができるとい
うことであり、金属組織の緻密さに４ むらを生ずることもなくなるものである。

型ばらし 主型１をばらして鋳造品を取出し、加圧蓋３を外して中
子砂の取出しを行なう。

なお、上記実施例では主型を金型にしたから２゜５気圧
よりも大きな圧力をかけることができるが、砂型にする
場合には、金属の凝固初期に２．５気圧程度の低い加圧
力とし、凝固後半に高い加圧力とすることができる。こ
の場合、キャビティ内の金属は砂型との接触部に凝固層
が形成された状態で高い圧力を受けるため、この凝固層
が加圧力を一部受は持つことになって主型１の受ける負
荷は小さくなる。よって、主型が砂型であっても、主型
にバックアップ手段なしでその破損を招くことなく、金
属に比較的高い加圧力をかけることができる。もちろん
、中子自体は加圧力の影響をあまり受けないため破損す
ることがない。

また、複数の中子を組み合わせて複雑形状の製品を得る
ような場合において、キャビティ各部での溶湯の凝固時
間の差が大きくなる場合には、中５ 子側からの加圧系を各中子毎に、あるいは複数の中子毎
に複数の独立した加圧系統に分け、キャビティ各部の加
圧制御を独立して行なうようにすることもできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は中子を主型に支
持した注湯前の状態を示す断面図、第２図は注湯後の状
態を示す断面図である。 １・・・・・・主型 ２・・・・・・中子 ２ａ・・・・・・突出部 ３・・・・・加圧蓋 ４・・・・・・キャビティ ５・・・・・・湯口 ア・・・・・・消失性支持部材 １０・・・・・・加圧源 ほか２名 ６

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳物砂により造型した中子を主型に溶融金属の熱
   で消失する消失性支持部材により支持し、この中子と主
   型とにより構成したキャビティ内に溶融金属を充填して
   上記消失性支持部材を消失させ、しかる後に上記中子の
   内部に加圧ガスを供給してこの中子を構成する鋳物砂の
   粒子間隙を通じて中子の表面からキャビティ内の金属を
   加圧することを特徴とする加圧鋳造方法。
2. （２）中子に湯口より上方へ突出する突出部を設けてお
   いて溶融金属をキャビティ内に充填した際に上記突出部
   をこの溶融金属の湯面より上方へ露出させるとともに、
   上記湯面の上に密閉空間を形成し、しかる後にこの密閉
   空間に加圧ガスを供給することにより、上記突出部から
   中子内部に加圧ガスを供給して中子表面から金属を加圧
   すると同時に、上記湯面から金属を加圧する請求項（１
   ）に記載の加圧鋳造方法。