JPH0563259B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はアルミ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］ 例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金
は、一旦、溶解炉で溶解し所定の成分に調整後、
５Kgから10Kg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５Kg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600×90×40mm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つている。

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、場合によつ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つて
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つて鋳塊の鋳型から
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小となる複合
勾配面としてある。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。

従つて本発明は、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構成となつ
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
に向かつて収縮しつつ進行する。従つて、鋳型１
の長さ方向の収縮Ｌ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Ｌが後者の直交方向の収縮Ｓに
比べて格段に大きく、長さ方向の収縮Ｌ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Ｄ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け難くなる。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、溶融金属を高湯面５まで鋳込むと水平応
力Ａの水平分力Ｄ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
より上方に向つて作用する。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
かつ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
急勾配であつてもよい。

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
自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１
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
１の長さ方向における両勾配面の傾斜角度が異な
つたものとし、鋳型中心３に近い側の勾配面が急
勾配面１２としてある。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一緩勾配面２
２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１
２が鋳型底に対し74度の勾配となつている。ま
た、鋳型中心３に遠い側の二段階の勾配面は鋳型
底に接する第一緩勾配面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
１′（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
に取付けてある。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てある。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つて前
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１に適用する溶融金属の凝固点（実質的に融
点）より100〜200℃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、
木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１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
度合いをステツプ状とせず、凸部の基部から頂部
へ向つ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を形成してある。この回転分
配機４０はＲ方向に回転させるとともに、一端の
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１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１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］ 以上の実施例にあつては、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。

ロ 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つた鋳塊が得ら
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。 １……鋳型、２，２′，２″……凸部、３……鋳
型中心、４……低湯面、５……高湯面、７，７′
……取付部、１０……鋳塊、１２……急勾配面、
２２……第一緩勾配面、３２……第二緩勾配面、
４０……回転分配機、４１……注湯口、４２……
出湯樋、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。