JPH0364220B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、セラミツクシエル鋳型を用いるイン
ベストメント鋳造方法に関するものである。

（発明の背景） セラミツクシエル鋳型を用いるインベストメン
ト鋳造方法においては、鋳造製品の機械的性質を
向上させるため、湯の凝固時に適切な温度勾配を
与えてこの温度勾配の方向へ結晶成長させ、一方
向性凝固組織を得ることがある。この場合従来は
湯の一部を冷し金で冷却し、この冷し金付近から
結晶成長させるようにしている。また鋳型に流入
する湯に強い乱流を発生させる湯口設計にし、凝
固温度を調節して微細組織の結晶を得ることもあ
る。

しかしながら従来の方法では、鋳型内の湯を一
部の場所から凝固させる際、他の場所では鋳型に
接する部分まで湯は溶けた状態にあつた。すなわ
ち湯の凝固が進むにつれて、製品の表面になる鋳
型内面に接する湯も順次凝固するようにしてい
た。このため鋳巣が製品の表面に現れたり、面び
けが発生したり、また製品表面にピンボールが現
れたりし易くなり、製品の歩止まりが悪くなると
いう問題があつた。また冷却に長時間を要し、生
産性が悪いという問題もあつた。

そこで注湯後に鋳型を外側から急冷することが
考えられる。しかしセラミツクシエル鋳型は高温
（約1000℃）に加熱した状態で注湯されるため、
この高温の鋳型を急冷すると製品の割れや面び
け、鋳巣の発生を促進することになり、製品の歩
止まりがさらに低下し、品質も一層低下するとい
う問題が生じる。

一方特に薄肉の製品を鋳造する場合には、この
薄肉の部分に湯の回りを良好にして製品歩止まり
を高めることも要求される。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑みなされたもので
あり、セラミツクシエル鋳型を用いてインベスト
メント鋳造する場合に、鋳造製品の表面に鋳巣、
面びけ、ピンホールなどの欠陥が現れることがな
く、また内部組織も機械的性質に優れた一方向性
凝固組織あるいは微細組織にすることができ、生
産性も高く、また特に薄肉の製品を鋳造する場合
にこの薄肉部分への湯の回りを良好にして製品の
歩止まりを高めることができるインベストメント
鋳造方法を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明によればこの目的は、ツリー状のセラミ
ツクシエル鋳型を用いるインベストメント鋳造方
法において、前記鋳型６０の湯口棒部６４と製品
部６６とを連通する湯道６８の壁を厚肉にして熱
容量を大きくし、この湯道６８内に前記湯口棒部
６４に臨む絞り部７０を形成し、金属溶湯を注湯
した前記鋳型６０全体を暫時自然冷却した後、外
側から強制的に急冷することにより、前記製品部
６６内の湯の鋳型６０内面接触部分全体を殻状に
先づ凝固させ、その後製品部６６内および絞り部
７０を順次凝固させることを特徴とするインベス
トメント鋳造方法、により達成される。

（実施例） 第１図と第２図は、本発明の実施に使用する冷
却装置の一実施例を示す平面図と、その−線
断面図、第３図は同じく一部を断面した側面図で
ある。

これらの図で符号１０は基盤に固定されたフレ
ームであり、このフレーム１０は直立する４本の
足１２と、これらの足１２の頂点を互いに連結す
る４本の梁１４とで構成される。１６はカバーで
あつて断面逆凸状のトンネル型に作られ、その下
部は基盤に固定された一対のレール１８，１８に
向つて開口している。このカバー１６は前記フレ
ーム１０の梁１４の４本の連結ブラケツト２０に
吊られている。カバー１６の正面および背面の開
口には逆凹状の板２２が固定されている。この板
２２は、後記するように水を噴射した際、水や蒸
気が外部へ飛散するのを防ぐ。なお第２図は一方
のこの板２２を取り除いてカバー１６内部を示し
ている。このカバー１６の上部には煙突状の排気
筒２４が突出している。

２６は水タンクであり、フレーム１０の上部に
取付けられている。この水タンク２６にはパイプ
２８により外部から水が注入され、このタンク２
６内の水位はフロート弁３０によつて常に略一定
に保たれている。第１，２図で３２はこのタンク
２６内の水位が規定以上になつた時に排水するた
めのオーバーフロー防止用の排水パイプ、第１図
で３４はタンク２６の底に連通する排水パイプで
ある。

３６はカバー１６内の上方を横断するよう逆Ｕ
字状に折曲された主管であり、この主管３６の両
端にはカバー１６のトンネルの長手方向に長い副
管３８，３８が連結され、さらにこれら副管３
８，３８には縦方向の枝管４０が多数連結されて
いる。これら主管３６、副管３８および枝管４０
は冷却媒体である水を通す水路となつている。ま
た主管３６、枝管４０には多数のノズル４２が取
付けられ、これらノズル４２は後記台車５６に載
せられてカバー１６内へ運ばれた注湯後の鋳型６
０を指向している。

４４は導水管であつて前記水タンク２６から主
管３６へ水を導く。この導水管４４には水タンク
２６側から順次電動式加圧ポンプ４６、バルブ４
８、圧力計５０が取付けられている。第１，３図
に示すスイツチ５２押すことにより加圧ポンプ４
６の電源が一定時間だけ入り、一定量の水が加圧
されて主管３６、副管３８、枝管４０へ導かれ
る。なおバルブ４８の下流側はバルブ５３を介し
て迂回路５４により水タンク２６に連通してい
る。このバルブ５３の開度を変えることにより、
ポンプ４６が吐出する加圧水の圧力を調整するこ
とができる。

５６は前記レール１８上を移動する台車であ
る。この台車５６の上部には金網製の仕切壁５８
が形成され、ここにツリー状の鋳型６０が複数個
載置されている。この台車５６は、カバー１６の
両開口に取付けられた板２２の下方を通過できる
高さと幅に作られている。

第４図はツリー状セラミツクシエル鋳型の断面
図、第５図はその一部拡大図である。これらの図
で６２は湯口、６４は湯口棒部、６６は製品部、
また６８は湯口棒部６４と製品部６６とを連通す
る湯道であり、この湯道６８には絞り部７０が湯
口棒部６４に臨むように形成されている。なおこ
の実施例では、湯道６８が短いので湯道６８と絞
り部７０とがほぼ一体となつているが、一般的に
は湯道６８が長く、この湯道６８内の一部に絞り
部７０が形成されることになるのは勿論である。

ツリー状の鋳型６０は、ろう製の湯口棒にろう
摸型をろう付けし、このろう摸型のツリーをスラ
リ槽、スタツコ槽に繰り返し浸漬してセラミツク
層を形成し、その後脱ろう、焼成の行程を経て作
られる。従つて特に湯道６８を形成する壁にはス
ラリ、スタツコ粒が厚く付着し、この湯道６８全
体の熱容量が大きくなる。またこの湯道６８内に
設けた絞り部７０の回りはこの絞り部７０が無い
湯道６８の他の部分よりも肉厚が大きくなるので
絞り部７０の回りの熱容量が一層大きくなる。

（作用） 次に本実施例の作用を説明する。前記のように
して作られた鋳型６０は湯口を上にして台車５６
に載置され、高温（約1000℃）で焼成された後、
注湯行程においてこの高温の鋳型６０に溶融した
金属の湯が注入される。湯が溶けている状態のま
まこの台車５６はレール１８上を移動し、図に示
すカバー１６内へ入る。すなわちこの移動中に鋳
型６０は周囲の空気によつて自然冷却される。こ
の暫時の自然冷却の間に溶湯は高温の鋳型６０の
奥まで流入し、特に薄肉の部分にも円滑に流入す
る。

この後スイツチ５２を押せばポンプ４６が所定
の時間だけ作動し、バルブ５３により調圧された
加圧水がノズル４２へ送られ、水が霧状になつて
鋳型６０に噴き付けられる。従つて鋳型６０は外
側から強制的に急冷される。水は鋳型６０から気
化熱を奪つて蒸発し、その蒸気は排気筒２４から
外部へ排出される。

鋳型６０は強制的に外部から急冷されるため、
第５図にａで示すように先づ湯の鋳型内面接触部
分全体が殻状、あるいは表皮状に凝固する。湯道
６８、絞り部７０付近は熱容量が大きく、しかも
大量の湯を含む湯口棒部６４に接しているので温
度低下は遅い。特に絞り部７０は湯口棒部６４に
臨む位置にあるので、溶湯はこの絞り部７０付近
で凝固が遅れることになる。

このため凝固はａ、ｂ、ｃ、ｄに示すように順
次内側へ進み、一方向性凝固組織となる。また製
品部６６の中心部にある凝固前の湯は、湯道６
８、湯口棒部６４、湯口６２の湯に連通している
ので、製品部６６の湯は常に湯口６２、湯口棒部
６４内の湯により加圧され、押湯効果を最後まで
発生させることができる。このため鋳巣などの欠
陥が発生しにくい。また製品表面層の大部分は急
冷によつてほぼ同時に形成されるから、万一製品
内部に鋳巣ができても、鋳巣は製品表面に現れる
ことが無く、ピンホールなどの欠陥も表面に現れ
なくなる。

また注湯後暫時自然冷却するから、この間に溶
湯は鋳型６０内のすみまで十分に流入し、特に薄
肉製品での湯回りが良好になる。

（実験例） 次に本発明の実験例を説明しておく。乗用車の
変速機に用いるシフトフオークを７個×３列に並
べた高さ約40cmのツリーからセラミツクシエル鋳
型を作り、鉄を注湯した。そしてその後速やかに
約６Km／cm²に加圧した水を前記第１〜３図に示し
た装置により、ノズルから40〜80秒間噴霧して急
冷した。その結果鋳巣、面びけ、ピンホールなど
の欠陥が表面に現れない製品ができた。

なおこの実験例では鉄を注湯したが、鉄はアル
ミ合金に比べて表面張力が小さいから、従来の方
法では押湯効果を長引かせるため湯道６８、絞り
部７０を大径する必要があつた。このため注湯時
の乱流が弱まり結晶の微細化が妨げられていた。
しかし本発明によれば押湯効果が大きいので湯道
６８、絞り部７０を小径化でき、注湯時の乱流を
強化することによつて結晶の微細化を促進でき、
製品の機械的性質を一層向上させることが可能で
ある。

以上の実施例では、加圧水を用いて急冷した
が、本発明では水以外に、冷却空気、液体窒素等
の冷媒も使用できる。またこれら冷媒は実施例の
ように噴霧すれば鋳型全体を均一に急冷でき好ま
しいが、本発明は冷媒中に鋳型を浸漬するなど、
他の急冷方法を採用してもよい。

（発明の効果） 本発明は以上のように、湯口棒部６４に臨むよ
うに絞り部７０を湯道６８に設けると共に、鋳型
の湯道６８を厚肉にして熱容量を大きくし、注湯
後暫時自然冷却した後、鋳型全体を強制的に急冷
して、製品部６６内の湯を鋳型６０内面に接触す
る部分から殻状に凝固させるものである。従つ
て、湯道の凝固は遅くなり湯道６８を介して湯口
棒部６４の溶けた湯による押湯効果を凝固中に十
分に生かすことができ、面びけや鋳巣などが発生
しにくくなり製品の歩止まりが向上する。さらに
一方向性凝固、結晶の微細化が可能なので製品の
機械的性質も向上する。

さらに押湯効果が凝固中に長く発生するので、
鋳型６０を外側から急冷しても製品の歩止まりが
低下せず、この強制急冷により冷却時間を短縮で
きるから、生産性が向上する。さらにまた注湯後
に暫く自然冷却するから、この間に溶湯は鋳型の
先端まで十分に流入し、特に薄肉の部分にも良好
に溶湯が回る。このため特に薄肉の製品の歩止ま
りも向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による冷却装置の一実施例の平
面図、第２図はその−線断面図、第３図は同
じく一部を断面した側面図、第４図は鋳型の断面
図、また第５図はその一部拡大図である。 ２６……水タンク、４６……加圧ポンプ、６０
……セラミツクシエル鋳型、６４……湯口棒部、
６６……製品部、６８……湯道、７０……絞り
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ツリー状のセラミツクシエル鋳型を用いるイ
   ンベストメント鋳造方法において、前記鋳型６０
   の湯口棒部６４と製品部６６とを連通する湯道６
   ８の壁を厚肉にして熱容量を大きくし、この湯道
   ６８内に前記湯口棒部６４に臨む絞り部７０を形
   成し、金属溶湯を注湯した前記鋳型６０全体を暫
   時自然冷却した後、外側から強制的に急冷するこ
   とにより、前記製品部６６内の湯の鋳型６０内面
   接触部分全体を殻状に先づ凝固させ、その後製品
   部６６内および絞り部７０を順次凝固させること
   を特徴とするインベストメント鋳造方法。 ２ 加圧水を噴霧することによつて鋳型６０を急
   冷する特許請求の範囲第１項記載のインベストメ
   ント鋳造方法。