JPS6137349A - 鋳型製造法 - 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、模型材料として使用する発泡高分子に起因す
る鋳造欠陥（ガス欠陥、波状あれ）の発生を皆無にする
とともに作業性のすぐれた鋳型製造法に関する。

〔従来の技術〕

鋳物を製造するにあたシ、一般には鋳枠内にセットされ
た製造すべき鋳物製品と形状２寸法を類似させた木材、
金属または高分子系材料などで製作された模型上に珪砂
などの耐火性粒子を主体とする鋳物砂を充填・固化させ
て該模型形状を正確に転（した後、模型を鋳型より抜き
取シ、模型跡に生じた空間内に高温で溶解された溶湯を
注湯し、鋳物の凝固・冷却後に型ばらし、鋳物砂および
中子砂の砂落し作業を経て目的とする鋳物製品を製作す
る作業が行なわれている。

鋳造作業において使用される模型の材料は製造される製
品鋳物の個数によっても異なシ、自動車用鋳物のように
同一製品で生産個数の多い中量・多量生産の場合には、
主として模型の耐久性、鋳物の寸法精度の点よりポリウ
レタンなどの高分子系材料やアルミニウム、鋳鉄などの
金属材料が使用されている。かかる場合には製品鋳物の
太きさも小物の場合が多く、使用後の模型の保存も問題
になることが少ない。一方、鋳物の大きさによらず生産
個数の少ない場合や製品鋳物の大きい場合には、一般に
模型材料として杉、檜などの木材が主体に使われ、時に
はポリウレタンなどの高分子系材料も使用されているが
、模型を鋳型内より抜き取る従来の鋳型造型法において
は使用する模型について次のような問題がある。

木材は大略０．４〜０．５とその比重が大きいために製
品鋳物が大きくなると使用される模型の重量も重く、太
きくなシ、模型のハンドリングにクレーンなどの運搬手
段が必要になる。製品鋳物１個の場合でも模型を製作す
るために製品鋳物へのコスト影響が大きく、またその使
用後においては大きな保管場所を必要とする。一方、模
型を抜き取る鋳型造型法では模型を二分割し、上屋鋳型
、下型鋳型を別個に製作した後に両者を鋳型合せ面に付
けたダボまたは鋳枠に付設した型合せ用ピンを合わせる
ことによって上下両鋳型の位置決めを行なうとともに、
分割面からの溶湯の洩れを防止するためにシール材を分
割面に塗布または挿入する手法が採られているが、実際
には分割面からの溶湯の洩れ（＠パリとなる）や型合せ
不良による型ズレなどの形状不良を起しやすい。このこ
とは鋳バリの除去、鋳物の形状不良による機械加工工数
の増大など鋳物製品の仕上げにあたって後工程の工数を
増大する要因となる。さらに、模型を抜型するために鋳
型面を荒したり、模型をゆるめることによυ製品鋳物の
寸法精度を悪くしたシ、種々問題が多い。以上の問題点
に加えて、世界的な自然環境保護運動による原料である
木材の減少、それにともなう木材の高騰、複雑な模型を
製作する技術者の減少、老令化など多種少量生産工場、
なかでも中物・大物製品鋳物を製造する生産工場では重
量（比重）の軽い、機械加工性の良い、コストの安い模
型材料の出現を熱望していた。

かかる要望にこたえて、フルモールド法（通称１充填鋳
造法′）と呼ばれるポリスチレンビーズを発泡、成型し
た発泡ポリスチレンを模型材料とする技術が開発された
。この材料は機械加工性が良く、その比重は一般に０．
０１５〜０．０２５（実際にも比重０．０１８の材料が
多用されている）と言われ、木材に比較して１７２０〜
１１５０　　程度であり、模型のハンドリング問題は解
決される。

フルモールド法では発泡ポリスチレンにて製作された模
型を鋳型内より抜型することなく、鋳型内に充填したま
まで鋳型としての利用が可能であシ、鋳型内に鋳込まれ
た溶湯が順次鋳型内を充満するにつれて鋳型内に内蔵さ
れた発泡ポリスチレンが順次溶湯熱によって加熱・気化
することによって最終的に鋳型内が溶湯で完全に充満さ
れ、鋳物が完成される。したがって・前記の膜壁使用後
における模型保管場所の問題もない。

上記のように、フルモールド法は模型を抜型した鋳型空
間内に溶湯を鋳込む鋳造法に比較して、模型を抜型する
必要がないために製品鋳物を一体とした模型が使用可能
でアシ、シたがって製作された鋳型には分割面（見切面
）がないために分割面に生ずる鋳バリの問題、型ズレに
よる鋳物の形状不良の問題などもなく、鋳物製造後の整
品作業を容易にする特徴もある。また模型を抜型する鋳
型造型法では、上下両鋳型を別個に製造し、屋合せする
ために鋳凰の製造工程に多大の労力９時間を必要として
いたが、フルモールド法では製品鋳物形状を発泡ポリス
チレンにて一体成型が可能なために製造工数の低減には
顕著なものがある。また、素材資源もその源流は石油資
源とはいえ、化学合成物質であるためにその資源供給に
ついても問題がない。

従来の鋳型造型法に比較して画期的なメリツトのあるフ
ルモールド法も、多種少量生産の工場では種々な問題に
より従来の模型材料の代用として利用されている割合は
非常に少ないのが現状である。すなわち、製品鋳物が大
きくなると鋳込まれた溶湯熱によってポリスチレンより
気化発生するガス量が多くなる。これら発生ガスは押湯
または鋳型内を通って大気中に放出されるが、時には押
湯口より黒煙または火柱となって吹き上げだシ、気化し
たポリスチレンによる発生ガスが湯道内を逆流して溶湯
の吹返しを起したシ、鋳込作業上の安全性、危険性の面
からの問題はもとより、ガスの吹返しによる鋳造欠陥（
不帰シ傷）の発生など実用上の問題がある。

鋳型の通気度の悪い場合には、気化した発生ガスを鋳込
溶湯内に巻き込み、ガス欠陥として残留しだシ、発泡ポ
リスチレンを構成する炭素が粘稠な残渣となって鋳物上
面に付着し、波状あれ（一種のノロカミ状欠陥）となっ
て鋳肌を悪くすることも多い。また、ステンレス鋳物の
よりに溶湯中の炭素含有量が少ない場合には、炭素が溶
湯中に溶解して局部的に高炭素部を作シ、Ｃ−ピックア
ップ現象を生ずる。

上記のごとき問題のために、模型材料としての発泡ポリ
スチレンの利用は、模型を鋳型内より除去する従来の鋳
型造型法のように、分割型として鋳込前に抜型したり、
または木材の一部代用として利用されているケースが多
かった。

したがって、発泡ポリスチレンで一体成形し、鋳型内に
充填したままで溶湯を鋳込むフルモールド鋳造法の利用
度は、通常はかなシ低い状態にある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、一体成形などフルモールド法め長所を利用す
るとともに、発泡ポリスチレンによる短所を解消する鋳
型製造法を提案するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、高分子物質の発泡成形体によ構成る模型を用
いて鋳型製作後、該発泡成形体を１００〜２００℃の熱
風加熱処理して該成形体を収縮固化させ、そこに形成、
残留する収縮固化物を該鋳型内より除去することによっ
て鋳造用金属を鋳込むための鋳型内空洞部を形成するこ
とを特徴とする鋳型製造法に関する。

より具体的には、例えば、発泡ポリスチレン、あるいは
発泡ポリエチレン、発泡ポリプロピレンなど（以下、ポ
リスチレン）にて製品鋳物と類似形状の寸法に製作され
た一体型模型を用いて、従来使用されている珪砂、ジル
コン砂などを鋳型骨材とする鋳物砂で造形した後に、鋳
型内に１００〜２００℃の熱風を送風することによって
該模型を縮合固化させ、ここに生じたポリスチレン縮合
固形物残渣を該鋳型内より機械的に又は手作業にて除去
して形成される鋳型内空洞に溶湯を鋳込むことによって
製品鋳物を製作する鋳型製造法である。

かかる作業工程をとることによって、フルモールド法に
おける発生ガス、残渣に起因する問題などは解消される
とともに、一体型、比重の小さい模型といった長所も同
時に利用しうろことになる。

本発明における鋳込溶湯としては、一般的には、鋳鉄、
鋳鋼などの鉄系金属やアルミニウム。

銅たどの非鉄金属などが応用される。

また、本発明の鋳型製造法の場合には、湯口系のうち、
特に湯口については熱風の送風口として利用テるために
従来の造型法にて利用される土管を使用することが好ま
しい。開放押湯（または揚り）を使用する場合には、核
部も熱風の送風口と（２ての利用が可能である（押湯型
として発泡ポリスチレンを利用する場合には、その中央
部に孔を穿孔のうえ、送風口として利用する）０また、
発泡ポリスチレンにより成形された模型に穿孔し、その
内部に熱風を送風することによって送風時間を短縮する
ことも可能である。この穿孔による効果は、特に比重の
大きい低発泡型ポリスチレンの場合に顕著に現われる。

熱風温度としては、１００〜２００℃、好ましくは１０
０〜１５０℃とする。１００℃以下では通風時間が長く
なシ過ぎ、逆に２００℃以上になるとポリスチレンの縮
合固化は促進されるが、模型内に通風された熱風によっ
て鋳型の種類（例えば、ダイカル砂）によってはｖ３ｍ
強度の低下・劣化を起すことがあるからである。

したがって、本発明にて利用する鋳物砂としては、加熱
時間の長さにも影響されるが、２００℃加熱でも鋳型強
度の低下・劣化を起さ力い鋳物砂、例えば、珪砂、ジル
コン砂などの耐火性粒子を骨材とするフラン砂や珪砂ソ
ーダ砂（すガわちＣｏ２ガス歴砂）が好せしい（なお、
フラン砂、Ｃ０２ガス型砂の場合には、１００〜２００
℃加熱により逆に常温強度は上昇することが認められて
いる）。ただし、製品鋳物の大きさが犬きくなυ、発泡
ポリスチレン製の模型も大きくなるとその縮合固化に長
時間を必要とし、かかる場合には熱風温度を上記範囲内
で低下させることが望ましい。例えば、フラン砂におい
ても、２００℃加熱で徐々にフルフラール樹脂の熱分解
が進むために２００℃加熱では好ましくなく、かかる場
合には鋳型強度の劣化・低下を誘起することを配慮して
１５０℃以下にて通風加熱することが望ましい。

なお、鋳型造型後、発泡ポリスチレン模型を鋳型内より
除去する手段として、該模型を加熱せずに、鉄棒や鋼棒
などを加熱して発泡ポリスチレン模型に突きさすことに
よって発泡ポリスチレンを縮合固化させて除去するとと
も考えられるが、模型の形状の複雑さ２作業効率の悪さ
などのために実用性は殆んどない。

〔発明の効果〕

本発明では、発泡ポリスチレンによる模型は鋳型内よ少
除去されるために、従来のフルモールド法における発泡
ポリスチレンに起因する問題を生ずることなく、したが
って発泡ポリスチレンの比重については従来のフルモー
ルド法にて利用されている比重０．０１５〜０．０２５
のみばかシでなく、０．０２５以上の低発泡部ポリスチ
レンでも利用できる利点がある。このように、表面硬さ
の大きい発泡ポリスチレン（低発泡部ポリスチレン）を
利用しうろことは、従来の比重０．０１５〜０゜０２５
の高発泡ポリスチレンの場合に表面硬さが小さいことに
よる鋳物砂の充填時の模型の変形、ひいては鋳物の寸法
精度への影響といった問題をも解決することができる。

〔実施例〕

以下、具体的実施例をもって、本発明の有用性を述べる
。

実施例１ 比重０．０１８の発泡ポリスチレンにて製作した２００
　Ｘ　２００　Ｘ　２００の発泡成形体に揚り（１０φ
）及び湯口系（湯口は土管、湯道、堰は成形体と同一材
質の発泡ポリスチレンを使用）を接続させて鋳枠内にセ
ットし、その周囲にフラン樹脂１．２Ｘ、キシレンスル
フォン酸０．６　Ｘ　全添加ｉ合せる珪砂を骨材とする
鋳物砂を充填した。

フラン砂の硬化後、湯口並びに揚シから鋳型乾燥機にて
１５０℃の熱風を送風した結果、１５分で発泡ポリスチ
レン模型は熱収縮した。

鋳型壁に付着する収縮残渣を押湯口より挿入した鉤針に
て引剥し、鋳型内より除去することによって鋳型を完成
した。

形成された鋳型内空洞に鋳鉄溶湯を１３００℃で鋳込ん
だところ、表面欠陥のない製品が得られた。

実施例２ 比重０．０３５の低発泡型ポリスチレンにて製作した１
８０　Ｘ　１８０　Ｘ　１８０の成形体の各血中央部よ
り内部へ貫通する３０φ　の孔を穿孔し、実施例１と同
様の揚シ及び湯口系を鋳枠内にセットした。鋳枠内に珪
砂に珪酸ソーダ４％を配合してつくった鋳物砂を充填後
、Ｃ０２ガスを通気して鋳型を製作した後、揚シ及び湯
口より鋳型乾燥機にて１８０℃　の熱風を送風したとこ
ろ、２３分で成形体は熱収縮し、発生する収縮残渣を実
施例１と同様々方法で鋳型内より除去して鋳型を完成さ
せた。

実施例３ 比重０．０３０の発泡ポリプロピレンを用いて２ｏｏ　
Ｘ　２００　Ｘ　２００の成形体を作成した後、実施例
２と同様にした鋳枠内にセットした。鋳物砂として珪酸
ソーダ６．５％、ダイカルシウムシリケート３％を添加
した混練砂を充填、硬化後、同様に１２０℃の熱風を送
風して熱収縮させた（所要時間３２分）。しかる後、収
縮残渣を実施例１と同様な方法で除去し鋳型を完成した
。

復代理人　　　内　１）　　明 復代理人　　　萩　原　亮　−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）高分子物質の発泡成形体により成る模型を用いて
   鋳型製作後、該発泡成形体を１００〜２００℃の熱風加
   熱処理して該成形体を収縮固化させ、そこに形成、残留
   する収縮固化物を該鋳型内より除去することによつて鋳
   造用金属を鋳込むための鋳型内空洞部を形成することを
   特徴とする鋳型製造法。
2. （２）鋳物砂として、フラン砂、珪酸ソーダ砂を使用す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の鋳型製
   造法。
3. （３）発泡成形体により作成された模型を外面より任意
   深さの孔を穿孔のうえ利用することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載の鋳型製造法。
4. （４）発泡成形体の原料である高分子物質として、ポリ
   スチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンを利用するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のいずれかに
   記載の鋳型製造法。