【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
〔産業上の利用分野〕
本発明は、セメント質物質、超微粉、高性能減
水剤、水及び骨材を主成分とする配合物を、所望
の形状に成形してなるものであつて、鋳造金属製
品を製作する際に砂型を成形するための鋳物マス
ター型に関する。
〔従来の技術〕
従来、鋳物マスター型としては、堅牢（高強
度）であること、精密な製品が得られること、安
価で製作期間も短いこと等の理由から、金属、樹
脂、ゴム、石膏、セメントが用いられてきた。
しかしながら、金属の型は、堅牢性、精密性に
おいてはすぐれているものの、材料費、加工費が
高価であり、製作時間もかかり、加工に熟練を要
するという欠点があつた。一方、樹脂、ゴムの型
は、製作期間は短いが、砂に対する耐摩耗性が不
充分であり、かつ電気抵抗が大であることから砂
型離型時に静電気引力が生じ、該型の砂との接触
部分が破壊されやすく、繰り返し使用に問題があ
るばかりでなく、砂型表層部の精度に劣るという
欠点があり、また、石膏、セメントの型において
も、強度が小さく砂に対する耐摩耗性が不十分で
あることの理由から、樹脂やゴムの型とほぼ同様
な欠点があつた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明者らは、安価なセメント系マスター型に
ついて、以上の欠点を解決するために種々検討し
た結果、セメントに超微粉と高性能減水剤を添加
し、それを所要量の骨材と少ない使用水で混練し
たモルタルは、すこぶる良好な流動性を示し、か
つ、その硬化体は、マスター型として十分な堅牢
性があることを見い出し、本発明を完成するに到
つた。
〔問題点を解決するための手段〕
すなわち、本発明は、セメント質物質、超微
粉、高性能減水剤、水及び骨材を主成分とする配
合物を所望形状に成形してなることを特徴とする
鋳物マスター型である。
以下さらに詳しく本発明について説明する。
本発明でいうセメント質物質とは、普通ポルト
ランドセメント、早強、超早強もしくは白色ポル
トランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメン
ト、さらにはスラグ、フライアツシユ等の混合セ
メントなどが一般に用いられる。但し、混合セメ
ントは、一般的な養生方法では長期に渡つて反応
が継続するため安定性と云う面では好ましくはな
いので、それを用いる場合には、反応を促進させ
るために高温養生等を併用する配慮が必要であ
る。
本発明で使用する超微粉とは、平均粒径が前述
のセメント質物質より少なくとも１オーダー低い
ものであり、特に平均粒径が２オーダー低いもの
が混練物の流動特性の面から好ましい。具体的に
は、シリコン、含シリコン合金ならびにジルコニ
アを製造する際に副生するシリカダスト（シリカ
ヒユーム）、及びシリカ質ダストが特に最適であ
り、その他に、炭酸カルシウム、シリカゲル、オ
パール質硅石、フライアツシユ、スラグ、酸化チ
タン、酸化アルミニウムなどの超微粉も使用でき
る。特に、オパール質珪石、フライアツシユ、ス
ラグを分級器つきジエツトミル等により粉砕した
超微粉の使用は硬化収縮を改善するという面から
有効である。
超微粉の使用量は、セメント質物質60〜95重量
部に対して好ましくは５〜40重量部、さらに好ま
しくは65〜90重量部に対して10〜35重量部であ
り、５重量部未満では高強度（堅牢性）を得るこ
とが不可能であり、また、40重量部を越えると混
練物の流動性が著しく低下し、成形することが困
難となり、かつ、強度発現も不充分となる。
本発明で使用する高性能減水剤とは、セメント
に多量添加しても凝結の過遅延や過度の空気連行
を伴なわない分散能力の大きな界面活性剤であつ
て、ナフタリンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合
物の塩、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮
合物の塩、高分子量リグニンスルホン酸塩、ポリ
カルボン酸塩などを主成分とするものがあげられ
る。高性能減水剤は、混練物を低水比で得るため
に必要なものであり、従来の使用量は、セメント
質物質に対し固形分として0.3〜１重量％が使用
されているが、本発明においては、それよりも多
量に添加することが好ましい。具体的には、セメ
ント質物質と超微粉との混合物100重量部に対し
固形分として10重量部程度まで使用され、それよ
りも多量に添加すると、硬化反応にかえつて悪影
響を与える。特に好ましい添加量は１〜５重量部
である。このような高性能減水剤の使用量におい
て、超微粉と組み合わせることにより、水セメン
ト比が25％以下でも、通常の方法により成形可能
な流動性のある混練物を得ることができる。
本発明で使用する骨材は、従来より一般のコン
クリートを調合する際に使用されているもので良
いが、より硬質なもの、具体的には、モース硬度
６以上好ましくは７以上、又はヌープ圧子硬度
700Kg／mm2以上さらに好ましくは800Kg／mm2以上の
いずれかの基準で選定されたものを用いると、強
度を著しく向上させることができるので好適であ
る。この基準を満足するものを例示すれば、珪
石、エメリー、黄鉄鉱、磁鉄鉱、黄玉、ローソン
石、コランダム、フエナサイト、スピネル、緑柱
石、金緑石、電気石、花崗岩、紅柱石、十字石、
ジルコン、焼成ボーキサイト、炭化硼素、炭化タ
ングステン、フエロシリコンナイトライド、窒化
硅素、溶融シリカ、電融マグネシア、炭化硅素、
立方晶窒化硼素等がある。骨材の使用量は、通
常、セメント質物質と超微粉との合計に対して、
５重量倍量以内で選択使用される。本発明で混合
物を調整する際に使用する水は成形上必要なもの
であるが、高強度鋳物マスター型を得るためには
出来るだけ少量にするのが良く、セメント質物質
と超微粉との混合物100重量部に対し12.5〜30重
量部とするのがよく、特に15〜28重量部がよい。
水量が30重量部より多いと高強度鋳物マスター型
を得ることが困難であり、12.5重量部より少ない
と通常の流し込み等の成形が困難となる。なお、
圧密成形等においては、これに制限されるもので
はなく12.5重量部より少ない場合においても成形
が可能となる。
以上述べた主成分のほかに、本発明における配
合物には、各種セメント混和材、各種繊維、及び
その他通常のセメント型に用いられる添加材を適
宜加えることができるが、配合物中の主成分を通
常50重量％以上にすることが好ましい。
セメント混和材としては、膨張セメントの構成
成分である膨張材、急硬セメントの構成成分であ
る急硬材、及び高強度混和材などが用いられる。
膨張材はセメントの収縮補償する混和材であ
り、エトリンガイト系のもの、例えば、電気化学
工業(株)製商品名「CSA＃20」や焼成CaOが好ま
しく、焼成CaO中でも、1100〜1300℃で焼成さ
れ、結晶径平均が10μ以下のものが特に好まし
い。
膨張材の使用量は、セメント質物質100重量部
に対して、３〜25重量部が好ましく、５〜20重量
部がより好ましい。25重量部を越えて使用すると
強度低下を起こすおそれがある。
また、急硬材は短時間にセメント配合物に所要
強度を発現させる混和材であり、各種のカルシウ
ムアルミネート単独又はそれと硫酸カルシウムと
の混合物等のように、カルシウムアルミネート系
であつて、例えば、電気化学工業(株)製商品名「デ
ンカES」などが好ましい。また、既にセメント
質物質に急硬材が配合されている、例えば、小野
田セメント(株)製商品名「ジエツトセメント」など
は、改めてセメント質物質を用いないでそのまま
使用可能である。
急硬材の使用量はセメント質物質100重量部に
対して、５〜30重量部が好ましく、８〜20重量部
がより好ましい。30重量部を越えて使用すると強
度低下を起こすおそれがある。
さらに、高強度混和材としては、石膏系のもの
が使用可能であり、例えば、電気化学工業(株)製商
品名「デンカΣ−1000」や日本セメント(株)製商品
名「アサノスーパーミツクス」などが挙げられ
る。
高強度混和材の使用量は、セメント質物質100
重量部に対して、２〜20重量部が好ましく、３〜
15重量部がより好ましい。20重量部を越えて使用
すると強度低下を起こすおそれがある。
繊維の添加は、鋳物マスター型の曲げ強度向上
や耐ひびわれ性向上に効果があるので、その１種
を又は二種以上を組合せて用いることは有効であ
る。
繊維としては、スチール繊維、ステンレス繊
維、石綿やアルミナ繊維などの各種天然又は合成
鉱物の繊維、炭素繊維、ガラス繊維、並びに、ポ
リプロピレン、ビニロン、アクリルニトリル、及
びセルロース等の天然又は合成の繊維などが挙げ
られる。
繊維の使用量は、繊維の種類によつて適宜決定
されるものであるが、本発明の配合物100重量部
に対して、0.2〜20重量部が好ましく、0.5〜15重
量部がより好ましい。
上記各材料の混合及び混練方法は、均一に混
合、及び混練できればいずれの方法でも良く、添
加順序も特に制限されるものではない。
本発明の鋳物マスター型の成形において、該型
打設面の気泡生成については留意すべきであり、
真空混練後真空注入する方法や、成形前に脱気処
理を行なうなどして気泡を除去することが好まし
い。
なお、以上の本発明に係る材料を用いて、鋳物
マスター型を注型成形する際には、砂と接する面
のみを本発明に係る材料で成形し、残りの部分を
普通のセメント系又は石膏系の材料で成形するこ
ともできる。
また、大型のマスター型を成形する際は、補強
鉄筋を用いてよい。
養生方法としては、常温養生、常圧蒸気養生、
高温高圧養性、高温養生のいずれの方法も採用す
ることが出来、必要であれば、これらの組み合わ
せ養生を行なう。
以下実施例により本発明を具体的に説明する。
〔実施例〕
図は、特殊な回転羽根を鋳鉄（FC−25）で製
作する際の一連の工程を示したものである。
まず、工程Ａにおいて木製元型１を製作し、そ
れをフレーム２内に配置して石コウ３で転写し
（工程Ｂ）、次いで、得られた石コウ型３′に離型
剤を塗布し、本発明に係るセメント配合物４を注
入する（工程Ｃ）。セメント配合物は以下の使用
材料を用い、真空オムニミキサーで同時混練した
後、真空注型し振動締固めした。養生は、80℃、
７時間の蒸気養生であり、別に生成した４×４×
16cmの供試体によれば、1450Kg／cm2の圧縮強度を
示すものである。以上のようにして得られたマス
ター型４′にフラン樹脂をバインダーとした砂５
を型詰めし（工程Ｄ）、砂型５′に溶湯を鋳込み回
転羽根を製造した（工程Ｅ）。
＜使用材料＞
Γ白色ポルトランドセメント（秩父セメント社
製）76重量部、ブレーン値3750cm2／ｇ
Γシリカヒユーム（日本重化学工業社製）16重量
部、比表面積、BET法160000cm2／ｇ
Γ膨張材（電気化学工業(株)「CSA20R」）８重量
部
Γ高性能減水剤（電気化学工業(株)「FT−500」）
（有効成分）２重量部。
Γ骨材（エメリー（住友金属鉱山製）0.3〜1.2
mm、1.5〜2.5mm各々50重量部
Γ水20重量部。
工程ＤとＥの繰り返しにより1000個の回転羽根
を製作したが、マスター型には全く異常は認めら
れず、砂型の離型状態も完全で、製品の面精度も
十分であつた。
比較のため、マスター型を、石膏、樹脂、ゴム
又は普通セメント（白色ポルトランドセメント
100重量部、高性能減水剤0.5重量部、骨材100重
量部及び水30重量部）により製造し、それを用い
て回転羽根をつくつた。その成績を表に示す。
[Industrial Application Field] The present invention is a product formed by molding a composition mainly consisting of a cementitious material, an ultrafine powder, a high-performance water reducing agent, water, and aggregate into a desired shape, and This invention relates to a casting master mold for forming a sand mold when manufacturing metal products. [Conventional technology] Traditionally, casting master molds have been made of metal, resin, rubber, plaster, Cement has been used. However, although metal molds are superior in robustness and precision, they have the disadvantage that they are expensive in material and processing costs, take time to produce, and require skill in processing. On the other hand, resin and rubber molds have a short production period, but they have insufficient abrasion resistance against sand and high electrical resistance, so when the sand mold is released, electrostatic attraction occurs, causing the mold to interact with the sand. Not only does the contact part easily break, causing problems with repeated use, but the surface layer of the sand mold has the disadvantage of poor accuracy.Moreover, molds made of plaster or cement have low strength and insufficient abrasion resistance against sand. Because of this, they had almost the same drawbacks as resin or rubber molds. [Problems to be Solved by the Invention] As a result of various studies on inexpensive cement-based master molds to solve the above-mentioned drawbacks, the present inventors added ultrafine powder and a high-performance water reducing agent to cement. They discovered that a mortar made by kneading this with the required amount of aggregate and a small amount of water exhibits extremely good fluidity, and that the hardened product has sufficient robustness as a master mold, and completed the present invention. I reached it. [Means for Solving the Problems] That is, the present invention is characterized in that a mixture containing a cementitious material, ultrafine powder, a high-performance water reducing agent, water, and aggregate as main components is formed into a desired shape. It is a casting master mold. The present invention will be explained in more detail below. The cementitious material used in the present invention generally includes ordinary Portland cement, early-strength, ultra-early-strength or white Portland cement, sulfate-resistant Portland cement, and mixed cements such as slag and fly ash. However, when mixed cement is used, it is not desirable in terms of stability because the reaction continues for a long period of time with general curing methods, so when using mixed cement, high-temperature curing etc. are also used in order to accelerate the reaction. Consideration must be given to The ultrafine powder used in the present invention has an average particle size that is at least one order of magnitude lower than that of the above-mentioned cementitious material, and in particular, one that has an average particle diameter of two orders of magnitude lower is preferable from the viewpoint of the fluidity properties of the kneaded product. Specifically, silica dust (silica fume) and siliceous dust, which are produced as by-products during the production of silicon, silicon-containing alloys, and zirconia, are particularly suitable.In addition, calcium carbonate, silica gel, opalescent silica, fly ash, Ultrafine powders such as slag, titanium oxide, and aluminum oxide can also be used. In particular, the use of ultrafine powder obtained by pulverizing opalescent silica, fly ash, or slag using a jet mill equipped with a classifier is effective in improving curing shrinkage. The amount of ultrafine powder to be used is preferably 5 to 40 parts by weight relative to 60 to 95 parts by weight of the cementitious material, more preferably 10 to 35 parts by weight relative to 65 to 90 parts by weight, and less than 5 parts by weight. It is impossible to obtain high strength (fastness), and if the amount exceeds 40 parts by weight, the fluidity of the kneaded product decreases significantly, making it difficult to mold and developing insufficient strength. The high-performance water reducing agent used in the present invention is a surfactant with a large dispersion ability that does not cause too much delay in setting or excessive air entrainment even when added to cement in large quantities, and is a surfactant that has a large dispersion ability that does not cause excessive setting delay or excessive air entrainment even when added to cement in large quantities. Examples include salts, salts of melamine sulfonic acid formaldehyde condensates, high molecular weight lignin sulfonates, polycarboxylate salts, etc. as main components. A high-performance water reducing agent is necessary to obtain a kneaded product with a low water ratio, and conventionally the amount used is 0.3 to 1% by weight as a solid content based on the cementitious material, but the present invention In this case, it is preferable to add it in a larger amount. Specifically, it is used up to about 10 parts by weight as a solid content per 100 parts by weight of the mixture of cementitious material and ultrafine powder, and if it is added in a larger amount, it will adversely affect the curing reaction. A particularly preferable addition amount is 1 to 5 parts by weight. By using such a high-performance water reducing agent in combination with ultrafine powder, it is possible to obtain a fluid kneaded material that can be molded by a conventional method even if the water-cement ratio is 25% or less. The aggregate used in the present invention may be one that has been conventionally used in preparing general concrete, but it may be one that is harder, specifically one that has a Mohs hardness of 6 or more, preferably 7 or more, or a Knoop indenter. hardness
It is preferable to use a material selected based on the criteria of 700 Kg/mm 2 or more, more preferably 800 Kg/mm 2 or more, since the strength can be significantly improved. Examples of materials that meet this standard include silica, emery, pyrite, magnetite, yellow jade, lawsonite, corundum, fenacite, spinel, beryl, chrysosite, tourmaline, granite, andalusite, cross stone,
Zircon, calcined bauxite, boron carbide, tungsten carbide, ferrosilicon nitride, silicon nitride, fused silica, fused magnesia, silicon carbide,
Examples include cubic boron nitride. The amount of aggregate used is usually calculated based on the sum of cementitious material and ultrafine powder.
Selectively used within 5 times the weight. The water used in preparing the mixture in the present invention is necessary for molding, but in order to obtain a high-strength casting master mold, it is best to use as little water as possible. The amount is preferably 12.5 to 30 parts by weight, particularly preferably 15 to 28 parts by weight, per 100 parts by weight.
If the amount of water is more than 30 parts by weight, it is difficult to obtain a high-strength casting master mold, and if it is less than 12.5 parts by weight, normal molding such as pouring becomes difficult. In addition,
In compression molding, etc., it is not limited to this, and molding is possible even when the amount is less than 12.5 parts by weight. In addition to the main components mentioned above, various cement admixtures, various fibers, and other additives used in ordinary cement molds can be appropriately added to the composition of the present invention. It is usually preferable to make it 50% by weight or more. As the cement admixture, an expanding agent which is a component of expanding cement, a rapid hardening material which is a component of rapid hardening cement, a high strength admixture, etc. are used. The expanding agent is an admixture that compensates for the shrinkage of cement, and is preferably an ettringite-based material, such as Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.'s product name "CSA#20" or calcined CaO. Particularly preferred are those with an average crystal diameter of 10 μm or less. The amount of the expanding agent used is preferably 3 to 25 parts by weight, more preferably 5 to 20 parts by weight, based on 100 parts by weight of the cementitious material. If more than 25 parts by weight is used, strength may decrease. Rapidly hardening materials are admixtures that develop the required strength in cement mixtures in a short period of time, and are calcium aluminate-based materials such as various types of calcium aluminate alone or a mixture of calcium aluminate and calcium sulfate. , "Denka ES" manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., and the like are preferred. In addition, a cementitious material already mixed with a rapidly hardening material, such as "Jet Cement" manufactured by Onoda Cement Co., Ltd., can be used as is without using the cementitious material again. The amount of the rapidly hardening material used is preferably 5 to 30 parts by weight, more preferably 8 to 20 parts by weight, based on 100 parts by weight of the cementitious material. If used in excess of 30 parts by weight, there is a risk of a decrease in strength. Furthermore, gypsum-based materials can be used as high-strength admixtures, such as "Denka Σ-1000" manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd. and "Asano Super Mix" manufactured by Nippon Cement Co., Ltd. ” etc. The amount of high-strength admixture used is cementitious material 100%
It is preferably 2 to 20 parts by weight, and 3 to 20 parts by weight.
More preferably 15 parts by weight. If used in excess of 20 parts by weight, there is a risk of a decrease in strength. Addition of fibers is effective in improving the bending strength and cracking resistance of the casting master mold, so it is effective to use one type or a combination of two or more types. Examples of fibers include steel fibers, stainless steel fibers, various natural or synthetic mineral fibers such as asbestos and alumina fibers, carbon fibers, glass fibers, and natural or synthetic fibers such as polypropylene, vinylon, acrylonitrile, and cellulose. Can be mentioned. The amount of fiber used is appropriately determined depending on the type of fiber, but is preferably 0.2 to 20 parts by weight, more preferably 0.5 to 15 parts by weight, based on 100 parts by weight of the blend of the present invention. The above-mentioned materials may be mixed and kneaded by any method as long as they can be mixed and kneaded uniformly, and the order of addition is not particularly limited. In molding the casting master mold of the present invention, care should be taken regarding the generation of air bubbles on the casting surface of the mold.
It is preferable to remove air bubbles by vacuum injection after vacuum kneading or by degassing before molding. In addition, when casting a casting master mold using the above-mentioned material according to the present invention, only the surface in contact with sand is molded with the material according to the present invention, and the remaining part is made of ordinary cement-based or plaster. It can also be molded from other materials. Further, when molding a large master mold, reinforcing reinforcing bars may be used. Curing methods include room temperature curing, normal pressure steam curing,
Either high-temperature/high-pressure curing or high-temperature curing can be used, and if necessary, a combination of these curing methods can be used. The present invention will be specifically explained below using Examples. [Example] The figure shows a series of steps in manufacturing a special rotating blade from cast iron (FC-25). First, in step A, a wooden master mold 1 is produced, placed in a frame 2, and transferred with a plaster mold 3 (step B). Next, a release agent is applied to the obtained plaster mold 3'. , inject the cement formulation 4 according to the invention (step C). The cement mixture was made using the following materials, which were simultaneously kneaded using a vacuum omnimixer, then vacuum cast and vibration compacted. Curing is at 80℃,
7 hours of steam curing, separately generated 4x4x
According to the 16cm specimen, it shows a compressive strength of 1450Kg/cm 2 . Sand 5 with furan resin as a binder is placed in the master mold 4' obtained as above.
was packed into a mold (Step D), and molten metal was poured into the sand mold 5' to produce a rotary blade (Step E). <Materials used> 76 parts by weight of Γ white Portland cement (manufactured by Chichibu Cement Co., Ltd., Blaine value 3750 cm 2 /g) 16 parts by weight of Γ silica hume (manufactured by Japan Heavy Chemical Industries, Ltd.), specific surface area, BET method 160000 cm 2 /g Γ expansion material ( Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd. "CSA20R") 8 parts by weight Γ High performance water reducing agent (Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd. "FT-500")
(Active ingredient) 2 parts by weight. Γ Aggregate (Emery (manufactured by Sumitomo Metal Mining) 0.3 to 1.2
mm, 1.5 to 2.5 mm, 50 parts by weight each, 20 parts by weight of Γ water. 1000 rotating blades were manufactured by repeating steps D and E, but no abnormalities were observed in the master mold, the sand mold was released perfectly, and the surface accuracy of the product was sufficient. For comparison, the master mold was made of gypsum, resin, rubber or ordinary cement (white Portland cement).
(100 parts by weight, 0.5 parts by weight of high-performance water reducing agent, 100 parts by weight of aggregate, and 30 parts by weight of water) and used to make rotating blades. The results are shown in the table.
【表】
圧縮強度が高く耐摩耗性に優れたものは高使
用回数に耐え、 電気抵抗の低いものは
砂型の離型性が良く、 製品の面精度を良好に
保つた。
〔発明の効果〕
本発明の鋳物マスター型は、高強度で（耐摩耗
性大）電気抵抗が小さい（砂ばなれ性が良好）の
で、良好な面精度を有する製品の製造使用回数が
大となり、特に商品サイクルの短かい自動車関連
工業等において有用である。[Table] Products with high compressive strength and excellent wear resistance can withstand high usage times, and products with low electrical resistance have good release properties from sand molds and maintain good surface accuracy of the product.
[Effects of the Invention] The casting master mold of the present invention has high strength (high wear resistance) and low electrical resistance (good sand release resistance), so products with good surface accuracy can be manufactured and used many times. This is particularly useful in the automobile-related industry, which has a short product cycle.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
図面は、木型の作製から鋳物をつくるまでの工
程を説明する図である。
１……木製元型、２……フレーム、３……石コ
ウ、３′……石コウ型、４……セメント配合物、
４′……マスター型、５……砂、５′……砂型。
The drawings are diagrams illustrating the steps from making a wooden mold to making a casting. 1... Wooden prototype, 2... Frame, 3... Plaster mold, 3'... Plaster mold, 4... Cement mixture,
4'...Master mold, 5...Sand, 5'...Sand mold.