JPH0371953A - 孔明き鋳塊用鋳型および注湯装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はアル４ニウムまたはアルミニウム合金等の鋳型
に関し、詳しくはこれらの金属の孔明き鋳塊を得るため
の鋳型とそれに対する注湯装置に係るものである。

［従来の技術］ 例えばアルごニウムまたはアルミニウム合金は、−旦、
溶解炉で溶解し所定の成分に調整後、５ｋｇから１０ｋ
ｇ程度までの鋳塊に製造されている。

この鋳塊を溶解炉で溶解して所定の型に流込んで鋳物製
品をつくりだし、または溶解炉、保持炉で溶解、保持後
、精密な金型に溶融金属を高圧、高速で押込んでダイカ
スト製品とするなどして軽合金製品が得られている。

通常、鋳物製品、ダイカスト製品を製造する場合、鋳塊
は５）ｃｇから１０ｋｇの重量のものが多く使用される
が、溶解炉で鋳塊を溶解するに際し、迅速に溶解され省
エネルギーを図れることが必要である。しかし、鋳塊は
５ｋｇのものでもその大きさは約６００　Ｘ　９０　Ｘ
　４０（１）程度の大きさで、溶解時間も長時間かかり
エネルギーの原単価も高価についている。さらに溶解時
間が長くなるとそれに比例して酸化ロスも多くなってい
る。

鋳塊の溶解時間を短縮するため、鋳塊を幾かに割るとか
、鋳塊に孔を明けることが提案されたことがある。この
孔明き鋳塊と孔無し鋳塊との溶解時間を比較すれば、孔
明き鋳塊の方が表面積が増大し、溶解熱雰囲気に接する
部分が多く、溶解し易いことは自明である。

［発明が解決しようとする課題］ 孔明き鋳塊は、溶解時間が短く省エネルギーの目的を達
し易いが、鋳塊の製作時に種種の問題点がある。

すなわち孔明き鋳塊を製造するには、作業はつぎの手順
によらなければならない。

（１）孔明き部分に相当する凸部のついた鋳型を製作す
る。

（２）この鋳型を連続鋳造機に取付ける。

（３）次に、この鋳型に溶融金属を注湯する。

（４）注湯後、場合によっては水冷し鋳型から離脱させ
る。

この場合、凸部のない鋳型に注湯し冷却したときは、連
続鋳造機で鋳型を反転すると、鋳塊製品は自重で円滑に
鋳型から離れて落下する。

これに対し凸部を有する鋳型では、注湯、冷却後に、連
続鋳造機で鋳型を反転しても鋳型から鋳塊は離脱しない
。鋳塊が鋳型から容易に離脱しない原因は、鋳型の凸部
が鋳型の長さ方向およびこれに直交する方向に関してそ
れぞれ対称の形状となっていることと、溶融金属が鋳型
内で凝固し冷却する途中に収縮することとが関係するた
めである。その結果、凸部が縮みしろを妨害して、冷却
後も鋳塊内に引張り応力が残留したままとなり、各凸部
には、鋳型中心に向う応力がそれぞれ働き、鋳塊が各凸
部を噛込んだ状態となって鋳塊の鋳型からの離脱を至難
としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前述の問題点を解消するもので、溶解が迅速
で省エネルギー効果を奏する孔明き鋳塊を製作するにお
いて、鋳型の反転のみで鋳塊が鋳型からきわめて容易に
離脱する鋳型を提供する。さらに、この鋳型に注湯する
に際し凸部の存在にも拘らず、鋳型内の湯まわりを良好
とし均斉のとれた鋳塊が得られる鋳造装置も併せ提案す
るものである。具体的には鋳型内に配設する凸部におい
て、鋳型の長さ方向における両勾配面の傾斜角度が異な
るものとし、鋳型中心に近い側の勾配面の傾斜角度は急
で、鋳型中心に遠い側の勾配面の傾斜角度は緩やかであ
る。

さらに傾斜角度の緩やかな勾配面は、鋳型の底に近い部
分よりも頂部に近い部分の方が一層緩やかな傾斜角度と
してあり、多段階の緩勾配面または曲率が順次中となる
複合勾配面としである。このような凸部とすることによ
り、凸部が凝固した鋳塊に噛込まれることを防止した。

さらに、前記複数の凸部を有する鋳型に対して注湯する
に際し、溶融金属の湯まわりが各部に均分され、湯びけ
またはす等のない均質な鋳塊が得られるように、各凸部
の中間に溶融金属を分注する注湯装置を提供するもので
ある。

従って本発明は、孔明き鋳塊を得るために内部に凸部を
有する鋳型において、鋳型内に設ける凸部を椎体状に形
威し、この凸部の鋳型の長さ方向における両勾配面の傾
斜角度が異なる構成となっている。さらに異なる両勾配
面のうち、鋳型中心に遠い側の勾配面を緩やかなものと
し、かつ凸部の頂部付近に至るほど勾配が緩やかな複合
勾配面とするのである。

また、鋳型内部に複数の凸部を設けた鋳型に対する注湯
装置において、鋳型内部の各凸部の間隔数に等しい溶融
金属の注湯口を、前記の各凸部の間隔部にそれぞれ臨ま
せて溶融金属回転分配機に設置した、 構成の注湯装置を用いて前述発明の鋳型に注湯するので
ある。

［発明の作用］ 冶金学的には、金属または合金には、凝固が開始しそし
て完了する一定の温度がある。凝固が完了すれば固有の
空間格子を作り、それ以後は多少の力を加えても金属組
織は変化しない。

そのため、凝固完了点について考察すると、例えば鋳型
温度が高くても、また鋳込温度が高くても、通常の鋳型
内に金属が満されて十分に押湯がきくと仮定すると、溶
融金属が凝固して収縮しようとする部分に次から次へと
金属が満されて、凝固が完了するまで収縮しないことに
なる。

しかし、鋳塊用鋳型のように鋳型１個、１個に注湯し押
湯がない場合には、その金属の組成に応じた融点から凝
固完了までの間にも収縮する。次いで凝固完了時点から
さらに常温に冷却する間にも収縮する。このように注湯
された金属は多段階に分けて収縮する。これに対して鋳
型は固体の温度差により膨張、収縮を繰返すのみで、注
湯された金属に比較して膨張代、収縮代は小さい。

さらに、本発明にみる凸部を設けた鋳型では、第４図に
示すように溶融金属の凝固は鋳型中心３に向かって収縮
しつつ進行する。従って、鋳型１の長さ方向の収縮りと
、鋳型１の長さ方向に直交する方向の収縮Ｓとが発生す
るが、前者の鋳型１の長さ方向の収縮りが後者の直交方
向の収縮Ｓに比べて格段に大きく、長さ方向の収ｗｉＬ
が凝固時の収縮の挙動を支配する。これに対処するため
、本発明の鋳型の凸部は第５図に示すように鋳型中心３
に近い側を急勾配面１２とし鋳型中心３に遠い側を緩や
かな勾配面とし、しかも鋳型底に近い部分よりも頂部付
近の方が勾配が緩やかである。

このような凸部２を有する鋳型１に低湯面４まで溶融金
属を鋳込んだ場合、収縮代は水平にのみ生じ水平応力Ａ
の水平分力りと垂直分力Ｂとの合力Ｃは第一勾配面２２
に付加され水平応力Ａが残留するので鋳物製品は鋳型か
ら抜は難くなる。ところが、凸部２の頂部付近の勾配を
さらに緩やかにして、溶融金属を高温部５まで鋳込むと
水平応力への水平分力りと垂直分力Ｂとの合力Ｃは、凸
部２の頂部付近のさらに緩やかな第二勾配面３２より上
方に向って作用する。その結果、本発明の鋳型内におけ
る溶融金属の凝固は鋳型開口面へ向かって収縮すること
になり、鋳型１内の凸部２を噛込ことがない。さらに凸
部２の鋳型中心３に近い側の勾配面１２に対しては、溶
融金属の凝固時の収縮がこの勾配面１２から離反する傾
向となるから多段階の緩勾配とする必要はなく直立に近
い急勾配であってもよい。

かくして、本発明の鋳型は注湯した溶融金属が凝固する
と鋳型を反転し下向きにすれば、鋳塊の０重のみで鋳型
から容易に離脱する。

また、このような、作用を示す鋳型に注湯するには、注
湯口を有する回転分配機に出湯樋から溶融金属を注入し
、回転分配機の回転に伴う注湯口からの間欠的な流出量
とその直下を移動する鋳型の内容積とを合致させること
により、個個の鋳型に溶融金属を鋳込んでいる。この場
合、回転分配機に設ける注湯口を従来例のように１個と
せず、鋳型に配設した各凸部の間隔部に対面するように
複数個設置する本発明によれば、溶融金属の流れは凸部
により妨げられることなく、鋳型内に均一に拡散する。

［実　施　例］ 以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な一実施例を説
明する。

第１〜第５図に示すように、本発明では鋳型ｌの内部に
凸部２を配設し、その凸部２を特定の形状とした。

すなわち、各凸部２は錐体状に形成され、鋳型ｌの長さ
方向における両勾配面の傾斜角度が異なったものとし、
鋳型中心３に近い側の勾配面が急勾配面１２としである
。図示の実施例では鋳型中心３に遠い側の勾配面を緩や
かな第−緩勾配面２２ならびに第一勾配面よりさらに緩
やかな第二緩勾配面３２が連続するものとしている。

本実施例では凸部２の、鋳型中心３に近い側の急勾配面
１２が鋳型底に対し７４度の勾配となっている。また、
鋳型中心３に遠い側の二段階の勾配面ば鋳型底に接する
第−緩勾配面２２は鋳型底に対し３６度の勾配で、それ
に連続する第二緩勾配面３２は鋳型底に対し１５度の勾
配とした。

なお、６．６゛および６”は鋳型補強用のリブである。

鋳型１内に設ける凸部２は、鋳型１と一体化した同材質
のものでよいことは勿論であるが、第６図または第７図
に示すように、凸部を鋳型本体ｌ”（鋳型１から凸部を
除いた部分、以下同様、）に対し着脱可能に装着するこ
とができる。

このような実施例では凸部を鋳型本体と異材質のものと
なし得るから有利である。この実施例では鋳型本体の製
造後に、前述の特定形状の凸部が鋳型本体に取付けられ
るが、この凸部２′は第６図に示すように鋳型本体１゛
または凸部２°より熱膨張係数の大きな材料よりなる取
付部７を用いて鋳型本体に取付けである。また第７図に
示す凸部２”は、受熱時に弾力性の大きな金属よりなる
取付部７′を用いて鋳型本体に取付けである。これらの
取付部７または７″を介して鋳型本体に取付けた凸部２
゛または２″は、溶融金属を鋳型１に注湯した場合の温
度上昇により鋳型の長さ方向に沿って前後・左右と鋳型
底に垂直な方向に１〜３ｍｍ程度の移動が可能となり、
溶融金属の凝固時に凸部にかかる収縮応力を緩和する。

さらに、鋳型１内に配設する凸部２は、この鋳型ｌに適
用する溶融金属の凝固点（実質的に融点）より１００〜
２００’Ｃ低い温度において３分間保持した場合に、機
械的強度が低下するか、または消失する材料を用いて、
凸部２を形成することができる。特に所定の温度で保持
後に消失するタイプの凸部は、例えば、発砲ポリスチレ
ンとケイ砂、末節粘土を混練して所定の形状につくりだ
し、潤滑離型剤としての微粒子窒化ホウ素を溶剤中に分
散させた塗料を前記凸部の表面に塗着したものを使用す
る。

このような実施例における凸部は鋳型ｌへの溶融金属の
鋳込みごとに鋳型本体に取付ける必要がある。

凸部２において鋳型中心３に遠い側の勾配面を緩やかと
し、かつ複合勾配面とするのに、他の実施例として、緩
勾配面の傾斜の度合いを三段階以上とすることもできる
。また、緩勾配面の傾斜の度合いをステップ状とせず、
凸部の基部から頂部へ向って曲率が次第に小となる湾曲
勾配面としても同じ効果を奏する。鋳型中心３に近い側
の勾配は急でよく、鋳型底に対し直立の状態でもよいこ
とは前述したとおりである。

以上の実施例にみる孔明き鋳塊用鋳型に対しては、複数
の注湯口４１を有する回転分配機４０を用いて注湯する
ことにより均一な金属組織を有する鋳塊１０が得られる
。第８図に示す実施例のものは、水平の回転軸をもつ回
転ドラム体の胴周面上の軸線に平行な線上に複数の注湯
口４１を配設して回転分配機４０を形威しである。この
回転分配機４０はＲ方向に回転させるとともに、端の開
口部から出湯樋４２を介して溶融金属４３を注入する。

回転分配機４０は、一定速度でＲ方向に回転し、直列に
配設した複数の注湯口４１が下位にまわると内部の溶融
金属４３が流出し始め、最下位を経て上位にまわると注
湯口４１からの溶融金属の流出は止まる。この間にコン
ベア上に載置された鋳型１を溶融金属４３の流出開始部
と流出停止部との距離を移動させるとともに、鋳型ｌ内
に注湯される溶融金属量が、所要の鋳塊を得る量となる
ように、出湯樋４２から導入される溶融金属量を制御す
ることを可能として鋳造装置が得られる。

鋳造装置に含まれる回転分配機４０に配設する複数の注
湯口４１は本実施例の鋳型ｌ内に設ける複数の凸部２の
間隔数に等しい数とし、前記の各凸部２の間隔部にそれ
ぞれ臨ませるのである。

［効　　果］ 以上の実施例にあっては、鋳型内に設置する凸部の形状
を一定条件を満たすものとし、さらに鋳造装置を複数の
注湯口を有する回転分配機とすることにより次の効果が
得られた。

すなわち、 イ、　本発明実施例の孔明き鋳塊用鋳型では、注湯・凝
固後の鋳塊が、鋳型を反転するだけで容易に鋳型から離
脱する。

Ｕ、鋳型内に設けた凸部が複数である場合には、各凸部
のそれぞれ間隔部に複数の注湯口から同時に注湯するか
ら、溶融金・属の湯まわりがよく、各部が均質な金属組
織となった鋳塊が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１〜第３図は本発明の一実施例の鋳型を示し、第１図
は平面図、第２図は第１図の■−■視縦断面図、第３図
は第１図の■−■視横断面図であり、第４図と第５図は
本発明の鋳型の作用を示す説明図、第６図と第７図は他
の実施例の要部断面図である。第８図は本発明の一実施
例における鋳造装置の断面説明図である。 ５・・・高湯面 １０・・・鋳　塊 ２２・・・第−緩勾配面 ４０・・・回転分配機 ４２・・・出湯樋 ７．７”・・・取付部 １２・・・急勾配面 ３２・・・第二緩勾配面 ４１・・・注湯口 ４３・・・溶融金属

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　孔明き鋳塊を得るために内部に凸部を有する鋳型に
   おいて、鋳型内に設ける凸部を錐体状に形成し、この凸
   部の、鋳型の長さ方向における両勾配面の傾斜角度が異
   なること、を特徴とする孔明き鋳塊用鋳型。 ２　鋳型内に設ける前記凸部の傾斜角度の異なる勾配面
   のうち、鋳型中心に遠い側の勾配面を傾斜角度の緩やか
   なものとし、鋳型底に近い部分の勾配よりも頂部付近の
   勾配の方が緩やかな複合勾配面とした凸部を設けた請求
   項１に記載の孔明き鋳塊用鋳型。 ３　鋳型内部に複数の凸部を設けた鋳型に対する注湯装
   置において、鋳型内の各凸部の間隔数に等しい溶融金属
   の注湯口を、前記各凸部の間隔部にそれぞれ臨ませて溶
   融金属回転分配機に設置した、 ことを特徴とする孔明き鋳塊用注湯装置。