JPH0724932B2

JPH0724932B2 - 有機自硬性鋳型を用いた鋳造方法

Info

Publication number: JPH0724932B2
Application number: JP1232396A
Authority: JP
Inventors: 孝男堀江
Original assignee: 株式会社岡本
Priority date: 1989-09-07
Filing date: 1989-09-07
Publication date: 1995-03-22
Anticipated expiration: 2010-03-22
Also published as: JPH0394965A

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
に注湯時に発生する燃焼ガス等を有効に除去する方法に
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。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
くない液状縮合物の樹脂を用い、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成している。

そして、このような有機自硬性鋳型を用いて鋳造を行な
うに際しては、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
混入した鋳物バリ、鋳片、鉄粉等の來雑物（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、焼成に要する
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、鋳型を構成する鋳物砂に添加される粘結用
樹脂や硬化剤による縮合反応がもたらす三次元架橋の結
合力が、鋳型強度の基本となっているところから、この
ような鋳型に溶湯を注湯したときに、前記粘結用樹脂や
硬化剤が燃焼して、炭酸ガスを始め、一酸化炭素、窒素
ガス、亜硫酸ガス等のガスが発生し、それによって、得
られる鋳造製品にブローホール等の欠陥を惹起せしめた
り、鋳鋼の如き鋳造される材質によっては、組織不良を
起こしたり、また薄肉部への湯流れを悪くしたりする等
の問題を内在していた。

このため、かかる欠陥を解消すべく、従来にあっては、
（イ）鋳型に棒等で通気孔を作り、ガスを排出する、
（ロ）湯流れの悪い箇所の設変を行ない、断面形状を大
きくする、（ハ）方案を変える、等の対策が採用されて
いるのである。

例えば、第１図には、上記（イ）の方法によりガス抜き
を行なう有機自硬性鋳型の一例が示されているが、そこ
において、上型２及び下型４は、それぞれ、所定大きさ
の鋳枠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。なお、図において、10は中子、12
は製品キャビティ、14は湯口である。そして、上型２に
は、複数個のガス抜き孔16が、例えば適当な棒材を配置
せしめた状態下に造型を行ない、その後、かかる棒材を
引く抜くことによって、外部に開口するように形成され
ており、それによって注湯時に発生するガスが外部に除
去され易くされている。

しかしながら、このような手法にあっては、ガスの発生
圧だけで、ガスをガス抜き孔16を介して流出させるた
め、該ガス抜き孔16の近辺におけるガスは排出、除去す
ることが出来るものの、それ以外の部位におけるガスを
充分に排出することは困難であったのである。

一方、前述の如き、従来の有機自硬性鋳型を用いる鋳造
法では、サンドメタル（S/M）比が大きい、作業性が良
くない、鋳造プロセスの管理が困難である等の問題があ
ることから、このような問題を解決するために、本願出
願人は、先に、特願平１−40948号及び特願平１−11303
7号等において、所定のボリューム増加材を肌砂層の背
後に充填してなる鋳型を用いた鋳造法を提案した。この
鋳造法においては、鋳型は、鋳枠内に配置した模型表面
に有機自硬性の鋳物砂にて所定厚み（30〜50mm程度）の
肌砂層を形成した後、セラミックスボール等の耐熱性の
ボリューム増加材を投入し、更に裏砂が充填せしめられ
ることによって、造型されている。このような鋳型構造
によって、従来の鋳物砂のみからなる鋳型に比べて、通
気性が良く、注湯時におけるガスの発生に対しても、あ
る程度の有効性は見い出されているが、なお、ガスの排
出は充分ではなかったのである。

（解決課題）ここにおいて、本発明は、上記の如き事情に鑑みて為さ
れたものであり、その解決すべき課題とするところは、
耐熱性のボリューム増加材を充填してなる有機自硬性鋳
型を用いた鋳造方法において、該ボリューム増加材から
なる通気性の良好な充填層を利用して、注湯時のガスを
有利に除去せしめるようにすることにより、鋳造製品を
安定した品質において生産せしめ得ると共に、また該製
品の形状の自由度を拡大せしめ得る手法を提供すること
にある。

（解決手段）そして、本発明にあっては、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、外部から、かかる鋳
型の前記ボリューム増加材充填部位に少なくとも達する
ように、パイプ状吸引手段を設け、しかる後、前記溶湯
の注湯による鋳造操作を実施し、該パイプ状吸引手段を
通じて、該注湯時に発生するガスを吸引、除去するよう
にしたことを、特徴とするものである。

（具体的構成）ところで、かかる本発明の鋳造方法において用いられる
有機自硬性鋳型の一例が、第２図に示されている。この
第２図において、製品キャビティ26を構成する上型20及
び下型22は、それぞれ、鋳枠24内に鋳物砂30が充填せし
められることによって、形成されている。即ち、それら
上、下型20,22には、そのキャビティ面を構成する肌砂
層を除いた部分に、例えば片状、球状、塊状等の各種形
状の金属材、セラミックス材等の耐熱性のボリューム増
加材36が充填されている。このような鋳型構造を採用す
ることにより、鋳物砂30の使用量が効果的に低減され
て、コストダウンが図られ得ると共に、充填されるボリ
ューム増加材36間における間隙の存在によって、所定の
金属溶湯を注湯する際のガス発生に対し、ガスの浸透、
捕集を容易にすることが出来るのである。なお、図にお
いて、28は中子、32は湯口である。

また、上型20には、吸引パイプ38が、ボリューム増加材
36の充填部位に少なくとも達するようにして、また中子
28に対しては、その端面に当接するようにして、外部か
ら挿入した状態で設けられており、所定の真空吸引ポン
プ34に接続されている。なお、かかる吸引パイプ38に
は、その全体に、ボリューム増加材36が入り込まない程
度の大きさの細孔40が多数形成されている。また、この
吸引パイプ38の鋳型内への設置本数や配置部位等は、目
的とする鋳物製品及び鋳型の材質、形状等に応じて、適
宜に設定されるものである。

そして、このような有機自硬性の鋳型（上型20）の造型
に際しては、先ず、所定の底板上に鋳枠（24）を載置
し、次いでこの鋳枠（24）内に目的とする製品キャビテ
ィ形状（26）の一部を与える模型が配置され、更に吸引
パイプ（38）等が所定位置にセットされた状態におい
て、有機自硬性の鋳物砂（30）が投入されて、模型の表
面に所定厚み、好適には30〜50mm程度の肌砂層が形成さ
れる。なお、前記吸引パイプ（38）において、中子に接
して配されるもの以外は、肌砂層形成後或いはボリュー
ム増加材充填時等において、適宜に位置せしめられるこ
ととなる。また、かかる有機自硬性の鋳物砂（30）とし
ては、従来と同様のものが用いられるものであって、例
えば、硅砂の如き鋳物砂材料に対して、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。次
いで、この肌砂層が形成された後に、耐熱性のボリュー
ム増加材（36）が投入されて充填され、更にその上に、
鋳物砂（30）が裏砂として投入されるのである。なお、
鋳型内の鋳物砂（30）とボリューム増加材（36）との比
率は、製品の形状、寸法、重量、更には鋳枠の構造等に
応じて適宜に設定されるものであるが、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は可
能であり、それによって鋳型全体の強度を低下させるこ
とはない。

なお、下型（22）の造型も、上記上型（20）の造型と同
様にして実施され、その際、吸引パイプ（38）は必要に
応じて配設されることとなる。

そして、その後、鋳型（20,22）の表面層が硬化するの
を待って、抜型が行なわれ、抜型された模型とは、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（20,22）は、必要に応じて塗型工
程に移送されるのである。

本発明に従う鋳造方法にあっては、このようにして得ら
れた鋳型20,22の型合わせを行なった後、常法に従っ
て、所定の金属溶湯、例えば鋳鉄溶湯や溶鋼等が注湯さ
れる際に、鋳型20に設けた吸引パイプ38を真空吸引ポン
プ34に接続して吸引せしめるものであり、これにより、
鋳型内で発生するガスが効果的に吸引され、外部に除去
せしめられて、目的とする鋳物製品の鋳造が行なわれる
こととなるのである。

しかも、このような本発明手法にあっては、ボリューム
増加材36が充填されている部位に、吸引パイプ38が少な
くとも達するように設けられるところから、かかるボリ
ューム増加材36間の間隙を利用することにより、発生す
るガスが鋳型全体から速やかに吸引パイプ38を介して吸
引され、外部へ除去されることとなり、以て鋳造欠陥の
防止に大きな効果を発揮するのである。

その後、冷却が完了すると、鋳型が型ばらしされて、鋳
型より鋳枠が取り除かれ、鋳型内に形成された鋳物製品
が取り出される。一方、型ばらしが行なわれた鋳物砂か
らは、マグネットセパレーターによって、鋳物砂に混入
した鋳物バリ、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一方適当な分離装置によ
りボリューム増加材が鋳物砂から分離され、そしてそれ
ら鋳物砂及びボリューム増加材が回収されて、再使用さ
れることとなる。

このように、本発明手法に従って鋳造するに際しては、
注湯時に、パイプ状の吸引手段により、発生するガスを
吸引するのであるが、鋳型の肌砂層が、好適には30〜50
mm程度と薄くされているところから、真空度をそれ程高
くすることなく、発生するガスの吸引を行なうことが出
来、また有機自硬性の鋳型であるところから、従来の減
圧鋳造法とは異なり、大気遮断用のフィルムを必要とせ
ず、鋳物砂の充填時に振動をかけることなく、また模型
にフィルム吸着用の穴を設ける必要がない等の特徴を有
している。

さらに、本発明では、従来の減圧鋳造法とは異なり、減
圧（真空吸引）を必要とする工程は、注湯時のみであっ
て、自動化ラインを組んだ場合でも、減圧（吸引）用ホ
ース機器の移動を考慮する必要がなく、減圧（吸引）用
機器の占有時間が短いことから、鋳造工程における吸引
ポンプの能力が小さくて済むのである。

なお、本発明にあっては、鋳物砂からの分離や回収を考
慮して、ボリューム増加材に対して、耐熱性のみでな
く、磁性をも付与せしめることにより、鋳物バリ等を除
去するマグネットセパレーター等をそのまま用いて、容
易に回収することが出来、鋳造の自動化が図られると共
に、特別の分離装置も不要となる等の優れた効果が得ら
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、金属材料の他に、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、前述した特願平１−
40948号明細書に開示されている如き、磁性材料を内在
したセラミックスボールが、特に好適に用いられる。

（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。

先ず、目的とする鋳物製品として、外径が1200mmφ、厚
みが50〜120mm、重量が550kg、材質がFC300からなるギ
ヤー素材を鋳造すべく、金枠寸法が1600mm×1800mm×30
0mm（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砂にフラン樹脂0.8重量％、硬
化剤38重量％（対フラン樹脂添加量）を均一に配合した
ものを0.85m³（約1200kg）用い、第２図に示される如き
本発明に従う鋳型の造型を行なった。なお、吸引パイプ
（ノズル）としては、外径が50mmφ、長さが200mmで、
全体に多数の細孔が設けられたものを４本用い、それら
を所定位置に配置して、外部に設けられた吸引（減圧）
ポンプにより吸引が行なわれるようにした。

また、かかる鋳型の造型に際して、ボリューム増加材と
しては、磁性材料を内在し、外径が28mmφのセラミック
スボールを用いて、0.65m³（約650kg）充填した。な
お、セラミックスの材質としては、コーディエライト
（2MgO・2Al₂O₃・5SiO₂）を用い、更に芯部としては12m
mφの大きさの純鉄球を採用した。

このようにして得られた鋳型のサンドメタル比は、S/M
＝2.2であった。

そして、この得られた鋳型を用い、それに対して、常法
に従って、FC300溶湯を注湯すると共に、3.7馬力の吸引
（減圧）ポンプにより、減圧度：−200mmHg（1m³/min）
にて吸引（減圧）を行ない、目的とするギヤー素材の鋳
造を行なった。更にその後、鋳型の型ばらしにより、か
かる鋳型内に形成されたギヤー素材（鋳物製品）を取り
出す一方、自動化ラインにおいて、鋳物砂とそれに混入
した鋳物バリ等の來雑物との分離をマグネット分離装置
にて行なった結果、そのような來雑物と共に、ボリュー
ム増加材として充填したセラミックスボールをも、同時
に鋳物砂から分離することが出来た。

その結果、上記本発明に従う手法においては、ブローホ
ール等のガス欠陥のない鋳造製品を得ることが出来た。

一方、比較のために、第１図に示される如き従来の鋳型
を、前記と同様な鋳物砂を用いて、造型した。そして、
その鋳型を用いて、前記と同様な鋳物製品を得るべく、
FC300溶湯を注湯し、同様の鋳造を行なった。なお、か
かる鋳型には、所定位置にガス抜き孔が設けられている
が、吸引ポンプによる吸引（減圧）は行なわなかった。

かかる従来法においては、得られた鋳物製品にガス欠陥
が存在することが認められた。

（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、鋳型内部に充填さ
れたボリューム増加材の充填部位をガスの溜りとして巧
みに利用すると共に、更にパイプ状の吸引手段により、
該ボリューム増加材充填部位に捕集される、注湯時に発
生するガスを吸引、除去せしめるものであるところか
ら、得られる鋳物製品におけるガス欠陥の発生が効果的
に阻止乃至は抑制され、品質の安定した製品を有利に生
産することが出来、またかかる吸引操作により、薄肉部
への湯流れを良好と為し、鋳物製品の形状の自由度を有
効に拡大せしめ得たのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来における有機自硬性鋳型を示す断面説明
図であり、第２図は、本発明に用いられる有機自硬性鋳
型を示す断面説明図である。 20,22:鋳型 24:鋳枠、26:鋳型キャビティ 28:中子、30:鋳物砂 36:ボリューム増加材 38:吸引パイプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、外部から、かかる鋳型の前記ボリューム増加材充填
部位に少なくとも達するように、パイプ状吸引手段を設
け、しかる後、前記溶湯の注湯による鋳造操作を実施
し、該パイプ状吸引手段を通じて、該注湯時に発生する
ガスを吸引、除去するようにしたことを特徴とする有機
自硬性鋳型を用いた鋳造方法。