JPS6319253B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 従来、鋳型の製造に当つては、一定強度の型を
保持するため、水ガラスや合成樹脂のような無機
あるいは有機結合剤が使用されていたが、これら
結合剤を用いると砂の再利用が不可能であり、不
経済であつた。

また、近時、これら再利用できない砂の投棄
が、産業廃棄物公害の一つとして対策が望まれる
ようになつた。

このような要求に応えて、二、三年前に、水と
デン粉またはベントナイトを混合した鋳物砂で鋳
型を成形し、これに低温液化ガス（液体窒素、液
化炭酸、液体ヘリウム等）を噴射して凍結させる
鋳型製造方法が開発された（特開昭54−41229号
公報参照）。

しかし、この公知方法においては、上記のよう
に、鋳物砂以外にデン粉やベントナイトを使用す
るのが好ましいとしている。上記公報によれば
「砂の再生に影響を与えず、且つ締結砂型を模型
から剥離するのに十分な強度の予備的結合を付与
しうる比較的少量の物質を混入」すると記載され
ているが、砂の再生には水以外の結合剤を使用し
ないのが、もつとも好ましいことは当然のことで
ある。

本発明はこのような点に着目し、水のみを混合
した砂で、精密な凍結鋳型を製造する方法を提供
するものである。

本発明の方法は、１〜７％の水を混合した鋳型
用砂を凍結するに当つて、初期凍結と仕上げ凍結
と二段階に分けて行うことを特徴とする。さらに
具体的には砂型に模型を入れた状態で初期凍結を
行い、ついで模型を外して、砂型を組立てた状態
で仕上げ凍結を行なうものである。

以下、本発明の方法を一実施例ついて詳細に説
明する。

水４％を混合した６号珪砂と木型によつて砂型
を造型し、木型を入れたまま割型の状態で初期凍
結させる。初期凍結は、木型と接した砂型面が凍
結し、木型剥離の際に砂が同伴しない程度でよ
い。この初期凍結により、水以外に何等の結合剤
も使用しなくても木型剥離が容易に行われ、とく
に複雑な形状の木型の場合に顕著な効果を示す。

ついで、初期凍結させた砂型から木型を外し、
必要ならば中子を挿入して砂型を組立ててから、
仕上げ凍結を行う。仕上げ凍結は、−100℃あるい
はそれ以下まで温度を下げ、これにより凍結鋳型
が製造される。

このような低温で凍結された鋳型は、注湯まで
に数分間経過しても、なお十分な強度を有してい
る。

従来、凍結鋳型を製造するには、木型を外した
砂型に低温液化ガス（たとえば液体窒素）を噴射
して砂の中の水分を凍結させていたが、このよう
な直接噴射は注湯作業および鋳造製品に好ましく
ない影響を与える。すなわち噴射された液体窒素
は砂に含浸されるので、噴射停止後も含浸された
液体窒素が気化しつづける。そのため鋳型を組立
てた後のキヤビテイー内は、窒素ガスが充満して
大気圧以上となり、注湯時に湯が入りにくゝな
る。この現象はキヤビテイーが複雑な形状の場合
とくに著しく、隅々に湯が入るのを阻害し、正確
な所望形状の製品が得られないこととなる。ま
た、注湯時、注湯後もなお液体窒素の気化がつづ
きキヤビテイー内へも放出されるので製品の鋳肌
に気泡の痕が生じて外観を悪くするという欠点が
ある。

本発明者らは、上記のような欠点を除去するた
め液体窒素を砂型に直接噴射することなく、液体
窒素の気化した冷ガスで初期凍結、仕上け凍結を
行うこととした。具体的には特公昭50−33260号
公報に開示されている装置のような装置を用いて
行つた。すなわち通常の液体窒素噴射式のトンネ
ルフリーザーの天井部分に炉材煉瓦のような多孔
性物質を配設し、液体窒素をこれに供給して含浸
させる。凍結させるべき砂型をベルトコンベヤの
ような移送装置で多孔性物質の下方を入口側から
出口側へ移送すると、含浸された液体窒素は外部
からの侵入熱（砂型からの幅射熱）によつて気化
して冷窒素ガスをトンネル内に放出するので砂型
はこの冷ガスによつて凍結される。初期凍結と仕
上げ凍結とはそれぞれ別個のトンネルフリーザー
によつて行うこともできるし、一つのトンネルフ
リーザーの中間部分のトンネルを中断して、木型
外しや中子挿入の作業を行う部分を設け、連続し
て行うこともできる。

このように、液体窒素を砂型に噴射することな
く冷窒素ガスで凍結を行うと、木型を外して、砂
型を組立ててからの仕上げ凍結工程においてキヤ
ビテイー内の空気、水分等が凝結するため、キヤ
ビテイー内の圧力は、標準鋳型試験片から換算す
ると大気圧より水柱100〜150mm低くなる。この結
果、液体窒素噴射法とは全く逆に、注湯が容易と
なり、湯を隅々の細部にまで行きわたらせること
ができるようになつた。また注湯時、注湯後も、
キヤビテイー内に砂から気化ガスが放出すること
がないので、美しい鋳肌の製品が得られる。

本実施例では、液体窒素を多孔性物質に含浸さ
せ、それから放出される気化ガスで砂型を凍結さ
せているが、液体窒素（低温液化ガス）の直接噴
射によらない凍結方法には、この他たとえばつぎ
のような方法がある。

(1) トンネルフリーザーの冷却帯域に水平方向の
仕切板を設け、その上部に多孔性物質を配設し
てこれに液体窒素を含浸させ、その気化冷ガス
によつて仕切板を隔てた冷却帯域の空気を冷却
し、これによつて移送される砂型を凍結する。

（特開昭53−114548号公報第２図参照）。

(2) 前記と同様に冷却帯域を仕切板で仕切り、そ
の上部に液体窒素を供給して液溜を形成し、こ
れによつて仕切板を隔てた冷却部の空気を冷却
し、移送される砂型を凍結する。

(3) 砂型を金属筐体に収納し、液体窒素浴中に浸
漬して凍結する。

これらのうち、(1)の方法は前記実施例と同様に
行うことができ、液体窒素の消費量の少い有効な
方法である（液体窒素は、外部からの侵入熱に比
例して気化する）。しかし、(2)の方法は、トンネ
ル内に温度勾配を設けることができないし、液体
窒素の消費も比較的多い。また(3)の方法も、温度
制御が困難であるし、連続作業を行うのに不適と
いう短所がある。

前記実施例では仕上げ凍結は、木型を外し、砂
型を組立てた状態で行つたが、この工程を木型を
外すのみで割型のままで行うこともできる。ただ
し、後者では前者に比してキヤビテイー内の負圧
度が小さくなることは避けられない。

木型を入れたまま仕上げ凍結を行うと、離型剤
まで固化してしまうのであまり低温にまで下げら
れず、十分な強度の凍結鋳型をうることはできな
い。

本発明の方法は、上記のような構成を有するも
のであり、つぎに列挙するような主要効果ならび
に付随効果を示す。

(1) 砂型の凍結を初期凍結と仕上げ凍結に分けて
行い、その中間で模型を外すので、水以外に全
く結合剤を用いなくても、離型が容易で複雑な
形であつても正確な鋳型が得られる。

(2) 混合する水分が少いので、（１〜７％、好ま
しくは３〜５％）、凍結による膨張はほとんど
ない。しかも、初期凍結では模型が入つた状態
なので、膨張を一層少くすることができる。

(3) 砂粒と砂粒とが点接触に近い状態で接触し、
その接触部に氷が形成されるような形なので、
鋳型の通気性はきわめて良好で、注湯時に発生
するガス、水蒸気が容易に外部に放出される。

(4) 低温液化ガスを直接噴射せず、その気化した
冷ガスにより凍結させるので、鋳型キヤビテイ
ー内の圧力が負圧となり注湯時に湯をキヤビテ
イーの隅々の細部にまで行きわたらせることが
できる。

(5) 砂に低温液化ガスが含浸されず、注湯時、注
湯後にキヤビテイー内へ気化ガスが放出される
ことがないので、鋳肌に気泡の痕を生じること
なく美しい表面が得られる。

(6) 砂からキヤビテイー内への気化ガスの放出が
ないので、注湯時のガス抜きが一層容易とな
る。

(7) 特殊なトンネルフリーザーを使用すれば、連
続凍結作業が可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １〜７％の水を混合した鋳型用砂の凍結によ
   つて鋳型を製造する方法において、前記凍結工程
   が初期凍結工程と仕上げ凍結工程とからなること
   を特徴とする鋳型製造方法。 ２ 前記初期凍結工程が、砂型に模型を入れた状
   態で行われる特許請求の範囲第１項記載の鋳型製
   造方法。 ３ 前記仕上げ凍結工程が、模型を外した状態で
   行われる特許請求の範囲第１項記載の鋳型製造方
   法。 ４ 前記仕上げ凍結工程が、模型を外し、砂型を
   組立てた状態で行われる特許請求の範囲第１項記
   載の鋳型製造方法。