JPH07110404B2 - Antigravity casting method and apparatus using a thin shell mold supported by granules - Google Patents
Antigravity casting method and apparatus using a thin shell mold supported by granulesInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、原型除去の際の応力に
耐える能力が高く、注型工程中粒状支持媒体内に支持さ
れる透気性薄肉インベストメントシェル鋳型を用いて溶
融金属を反重力式に注型する方法及び装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention has a high ability to withstand the stresses of mold removal and is used to counter-gravitate molten metal using a gas permeable thin investment shell mold that is supported in a granular support medium during the casting process. And a method and apparatus for casting.
【0002】[0002]
【従来の技術】透気性(ガス透過性)インベストメント
シェル鋳型を用いて溶融金属を真空反重力式に注型する
方法は、米国特許第3,900,064号、4,34
0,108号、4,532,976号、4,589,4
66号及び4,791,977号に記載されている。2. Description of the Related Art A method of casting a molten metal in a vacuum antigravity type using an air permeable (gas permeable) investment shell mold is disclosed in US Pat. No. 3,900,064, 4,34.
0,108, 4,532,976, 4,589,4
66 and 4,791,977.
【0003】このような反重力式注型法に使用するため
の透気性耐火インベストメントシェル鋳型を製造するに
は、まず、注型すべき物品の複数の消耗性(例えば、融
解可能な)原型を形成し、次いで、それらの原型を適当
な導入ゲート原型と組合せて原型組立体(ツリー)を形
成する。(原型組立体は、通常、融解可能なワックスで
形成する。)次いで、この原型組立体を耐火材スラリー
(耐火材粉末と、周囲条件下での乾燥操作中硬化するこ
とができる適当なバインダー溶液とから成る)中に浸漬
させ、次いで、比較的粗い耐火材粉末を塗被(スタッ
コ)又は振り掛けることによって原型組立体を粒状耐火
材で外装する。この浸漬及び塗被操作を繰返して行い、
以後の原型除去、焼成及び溶融金属注型操作によって及
ぼされる応力に耐えるのに十分な厚さを有する多層耐火
シェルを形成する。このように、原型組立体の周りに粒
状耐火材を外装(インベスト)し、後に原型組立体を融
解除去して残された外装部分を「インベストメントシェ
ル鋳型」又は「インベストメントシェル」又は単に「シ
ェル鋳型」又は「シェル」と称する。To produce an air permeable refractory investment shell mold for use in such an antigravity casting method, first, a plurality of consumable (eg, meltable) prototypes of the article to be cast are prepared. The prototypes are then formed and then combined with the appropriate entry gate prototypes to form a prototype assembly (tree). (The prototype assembly is typically formed of a meltable wax.) The prototype assembly is then refractory slurry (refractory powder and a suitable binder solution that can be cured during the drying operation under ambient conditions. The mold assembly is coated with granular refractory material by coating (stucco) or sprinkling a relatively coarse refractory powder. Repeat this dipping and coating operation,
A multilayer refractory shell is formed having a thickness sufficient to withstand the stress exerted by subsequent prototype removal, firing and molten metal casting operations. In this way, the granular refractory material is exteriorly (invested) around the prototype assembly, and the exterior portion left after the prototype assembly is melted and removed is referred to as "investment shell mold" or "investment shell" or simply "shell mold". Or "shell".
【0004】詳述すれば、原型除去作業は、従来から通
常、スチームオートクレーブでの加熱によって行われて
いる。その場合、上記外装された原型組立体をスチーム
オートクレーブ内に入れて約136.1〜約178.1
°C(275〜350°F)の範囲の温度に加熱し、耐
火シェルから原型を融解させて除去する。しかしなが
ら、従来技術では、このスチームオートクレーブでの加
熱工程中、耐火シェルに対する原型(例えば、ワック
ス)の熱膨張の結果として耐火シェルに亀裂等の損傷が
生じていた。そこで、従来技術では、スチームオートク
レーブ加熱工程中の耐火シェルの亀裂等の損傷を最少限
にする試みとして、熱膨張の結果としての熱応力に耐え
る能力を高めるためにシェルの肉厚を増大させていた。
しかしながら、不都合なことに、シェルの肉厚を増大さ
せると、シェル鋳型を製造するための耐火材の消費量が
増大し、かつ、インベストメントシェル鋳型の重量が増
大するので、結果として、注型コストを高騰させること
となる。更に、シェルの肉厚を増大させることは、イン
ベストメントシェル鋳型を得るために外装原型組立体か
ら原型組立体を除去するのに要するスチームオートクレ
ーブ加熱の時間を長くすることにもなる。通常、上述し
た各特許の方法に従って鉄系又はその他の合金を反重力
式に注型するのに用いられる従来のインベストメントシ
ェル鋳型は、その肉厚(鋳型の壁厚)が少くとも約6.
35mm(約1/4in)となるように製造される。More specifically, the prototype removal work has conventionally been carried out by heating in a steam autoclave. In that case, the above-mentioned exterior prototype assembly is put into a steam autoclave to be about 136.1 to about 178.1.
Heat to a temperature in the range of ° C (275-350 ° F) to melt and remove the prototype from the refractory shell. However, in the prior art, during the heating process in the steam autoclave, the refractory shell was damaged as a result of thermal expansion of the prototype (eg, wax) with respect to the refractory shell. Therefore, in the prior art, in an attempt to minimize damage such as cracking of the refractory shell during the steam autoclave heating process, the shell thickness is increased to increase the ability to withstand thermal stress as a result of thermal expansion. It was
However, unfortunately, increasing the wall thickness of the shell increases the consumption of refractory material to manufacture the shell mold and also increases the weight of the investment shell mold, resulting in a lower casting cost. Will rise sharply. Further, increasing the shell wall thickness also increases the time required for steam autoclave heating to remove the prototype assembly from the exterior prototype assembly to obtain the investment shell mold. Conventional investment shell molds typically used for antigravity casting of iron-based or other alloys according to the methods of the above-referenced patents have a wall thickness (mold wall thickness) of at least about 6.
It is manufactured to be 35 mm (about 1/4 inch).
【0005】上記米国特許第4,791,977号は、
溶融金属を真空反重力式に注型する際耐火シェルに課せ
られる応力について述べている。即ち、同特許に記載さ
れているように、注型工程中、シェル鋳型の周りに外部
真空が及ぼされるのに対して、シェルの内部にはそこに
充填された溶融金属によって内部溶融金属圧が及ぼされ
る結果としてシェルに有害な応力が課せられる。そのよ
うな応力は、シェル鋳型内の溶融金属の高温と相俟っ
て、シェルの壁の変位、シェルの壁内への溶融金属の浸
透、シェルからの溶融金属の漏出、シェル鋳型全体の破
損を起こすことがある。これらの問題は、シェルに構造
的欠陥が存在する場合は特に起り易い。同特許は、イン
ベストメントシェル鋳型に課せられるそのような応力を
けげんする手段(即ち、内部鋳型充填通路とシェル鋳型
の外部の真空チャンバーとの間に差圧を設定する方法)
を提供しているが、同特許に使用されるインベストメン
トシェル鋳型は、やはり、原型除去及び溶融金属注型操
作中応力に耐えるために在来通りの肉厚及び強度を必要
としている。The above US Pat. No. 4,791,977 discloses
It describes the stresses imposed on the refractory shell during vacuum antigravity casting of molten metal. That is, as described in the same patent, while an external vacuum is exerted around the shell mold during the casting process, the internal molten metal pressure is caused inside the shell by the molten metal filled therein. As a result, detrimental stresses are imposed on the shell. Such stress, coupled with the high temperature of the molten metal in the shell mold, causes displacement of the shell wall, penetration of the molten metal into the shell wall, leakage of molten metal from the shell, failure of the entire shell mold. May occur. These problems are especially likely when structural defects are present in the shell. The patent discloses a means of relieving such stresses imposed on the investment shell mold (ie a method of establishing a differential pressure between the internal mold filling passage and the vacuum chamber outside the shell mold).
However, the investment shell mold used in that patent still requires conventional wall thickness and strength to withstand stress during prototyping and molten metal casting operations.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来技術の欠点を解決することを課題とするものであり、
その目的は、肉厚を大幅に薄くしたにも拘らず、スチー
ムオートクレーブ加熱法による原型除去等の操作中損傷
(例えば、亀裂)を受けるおそれが少ない耐火インベス
トメントシェル鋳型を用いる改良された、経済的な反重
力式注型方法及び装置を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art,
Its purpose is to improve the use of a refractory investment shell mold that is less likely to be damaged (for example, cracked) during operation such as prototype removal by a steam autoclave heating method, even though the wall thickness is significantly reduced. Anti-gravity casting method and apparatus.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、溶融金属を反重力式に注型する方法であ
って、注型すべき物品の消耗性の原型を、加熱されると
膨張する溶融可能な材料で形成し、0mmより厚く、約
3.048mmを越えない肉厚を有する薄肉耐火材シェ
ルを形成するように制御された多層の粒状耐火鋳型材で
前記原型を外装し、該外装された原型を例えばスチーム
オートクレーブ内で加熱して該原型を前記薄肉耐火材シ
ェルから除去し、それによって該シェル内に鋳型キャビ
ティを形成し、該薄肉耐火材シェルを、それに所望の鋳
型強度を付与するために焼成した後、前記薄肉耐火材シ
エルの周りに耐火性粒状支持媒体を配設し、前記鋳型キ
ャビティをその下方に該粒状支持媒体の外部に配置され
た下方溶融金属入口に連通させ、前記鋳型キャビティを
排気し、該鋳型キャビティを排気したままで、前記薄肉
耐火材シェルを注型応力に対抗して支持するために該シ
ェルの周りに前記粒状支持媒体を圧縮させるような圧力
を該粒状支持媒体に加え、前記薄肉耐火材シェルを前記
粒状支持媒体に支持させたままで、かつ、前記溶融金属
入口をその下方に位置する溶融金属源に連通させたまま
で、該溶融金属を前記排気された鋳型キャビティ内へと
上方へ反重力式に吸い上げることから成る反重力式注型
方法を提供する。ここで、鋳型キャビティを「排気す
る」とは、鋳型キャビティ内にある気体を減圧して排出
することをいう。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention is a method of casting molten metal in an antigravity manner, in which a consumable prototype of an article to be cast is heated. The prototype is sheathed with a multi-layer granular refractory mold material that is formed of a meltable material that expands when controlled to form a thin refractory shell having a thickness greater than 0 mm and not exceeding about 3.048 mm. And heating the sheathed prototype, for example in a steam autoclave, to remove the prototype from the thin refractory shell, thereby forming a mold cavity in the shell, the thin refractory shell having the desired After firing to impart mold strength, a refractory granular support medium is placed around the thin refractory material shell, and the mold cavity is placed below the lower molten metal insert located outside the granular support medium. To evacuate the mold cavity and to evacuate the mold cavity to compress the granular support medium around the shell to support the thin refractory shell against casting stress. The molten metal with the thin refractory shell still supported by the granular support medium and with the molten metal inlet communicating with the underlying molten metal source. Anti-gravity casting method which comprises upwardly anti-gravity suction into the evacuated mold cavity. Here, "evacuating" the mold cavity means decompressing and discharging the gas in the mold cavity.
【0008】本発明は、又、溶融金属を反重力式に注型
する装置であって、ハウジング内に配設された耐火姓粒
状支持媒体と、該粒状支持媒体内に配設されており、0
mmより厚く、約3.048mmを越えない肉厚の鋳型
壁によって画定された鋳型キャビティを有する耐火性イ
ンベストメントシェルと、前記鋳型キャビティとその下
方の溶融金属源を連通するために前記粒状支持媒体の外
部に配置された溶融金属入口と、前記鋳型キャビティを
排気するための真空源と、前記鋳型キャビティを排気し
たままで、前記シェルを注型応力に対抗して支持するた
めに該シェルの周りに前記粒状支持媒体を圧縮させるよ
うな圧力を該粒状支持媒体に加えるための可動壁又は加
圧自在の気嚢と、前記溶融金属を前記排気された鋳型キ
ャビティ内へと上方へ吸い上げるために、前記鋳型キャ
ビティを排気したままで、かつ、前記圧力を前記粒状支
持媒体に加えたままで、前記溶融金属入口を前記溶融金
属源に連通させるための管とから成る反重力式注型装置
を提供する。The present invention is also an apparatus for casting molten metal in an anti-gravity type, comprising a refractory granular support medium disposed in a housing, and the granular support medium disposed therein. 0
a refractory investment shell having a mold cavity defined by a mold wall thicker than about 3.0 mm and not more than about 3.048 mm, and a particulate support medium for communicating between the mold cavity and a molten metal source thereunder. An externally located molten metal inlet, a vacuum source for evacuating the mold cavity, and around the shell to support the shell against casting stress while leaving the mold cavity evacuated. A movable wall or pressurizable air bag for exerting a pressure on the granular support medium to compress the granular support medium, and the mold to draw the molten metal upward into the evacuated mold cavity. The molten metal inlet is communicated with the molten metal source while the cavity is evacuated and the pressure is applied to the granular support medium. Providing anti-gravity casting apparatus consisting of a fit of the tube.
【0009】本発明の実施における、0mmより厚く、
約3.048mmを越えない肉厚を有する薄肉耐火材シ
ェル鋳型の使用は、従来認められていた技術とは反対
に、薄肉シェルの方が、原型除去操作中原型の膨張によ
ってシェルに及ぼされる応力に耐える能力が高いという
新しい知見に基いている。即ち、本発明は、鋳型の壁圧
を薄くした薄肉シェル鋳型の透気率は、鋳型の壁圧の減
少に直接比例して増大するのではなく、予想外に大きい
比率で増大するという知見に基いている。例えば、0m
mより厚く、約3.048mmを越えない肉厚を有する
薄肉シェル鋳型は、その肉厚の2倍の肉厚を有する同様
なシェル鋳型の透気率の2倍を越える、通常、3倍以上
の透気率を有することが認められた。In the practice of the invention, thicker than 0 mm,
Contrary to previously recognized techniques, the use of thin wall refractory shell molds with wall thicknesses not exceeding about 3.048 mm is the result of the thin shell being more stressed by the expansion of the mold during the mold removal operation. It is based on the new knowledge that it has a high ability to withstand. That is, the present invention is based on the finding that the air permeability of a thin shell mold in which the wall pressure of the mold is reduced does not increase in direct proportion to the decrease in the wall pressure of the mold, but rather increases in an unexpectedly large ratio. It is based. For example, 0m
A thin shell mold having a wall thickness greater than m and not exceeding about 3.048 mm is more than twice the air permeability of a similar shell mold having a wall thickness twice that of the wall thickness, usually three times or more. It was found to have an air permeability of.
【0010】この増大した透過率は、スチームオートク
レーブ加熱法による原型除去操作中、最初に融解した原
型の外表面部分がシェルの壁に浸透する量を増大させる
ことにより、シェルにかかるお力を軽減することが認め
られた。更に、シェル鋳型の増大した透気率は、スチー
ムオートクレーブ加熱において原型表面へのスチームの
侵入を促進することにより原型の除去に要する時間を短
縮する。This increased permeability reduces the force exerted on the shell by increasing the amount of the outer surface portion of the initially melted prototype that penetrates into the shell wall during the prototype removal operation by the steam autoclave heating method. Was approved. In addition, the increased air permeability of the shell mold reduces the time required to remove the prototype by promoting steam penetration into the prototype surface during steam autoclave heating.
【0011】本発明の教示による、0mmより厚く、約
3.048mmを越えない肉厚を有する薄肉シェル鋳型
の使用は、又、そのような薄肉シェル鋳型は、その鋳型
キャビティの排気中シェル鋳型の周りに粒状支持媒体を
固く圧縮することによって反重力注型中シェル鋳型に作
用する応力に耐えることができるように支持することが
可能であるという知見に基いている。例えば、本発明の
一実施例においては、薄肉シェル鋳型を真空ハウジング
内に収容した弛い(密に圧縮せず、弛く保持された)粒
状支持媒体(例えば、弛い鋳物砂)内に支持させ、該真
空ハウジングを排気するとともに圧力伝達手段を該真空
ハウジング及び粒状支持媒体に対して移動させて該粒状
支持媒体に圧力を加え、粒状支持媒体をシェル鋳型の周
りに圧縮させる。そのような圧力伝達手段として、前記
粒状支持媒体を押圧するための、真空ハウジングの可動
壁を用いることができ、その可動壁の外側面を周囲圧に
露呈させ、可動壁の内側面を、可動壁の外側面に作用す
る周囲圧に対して相対的な真空に露呈させ、それによっ
て、シェル鋳型を 注型応力に対抗して支持するために
該粒状支持媒体をシェル鋳型の周りに圧縮させることが
できる。あるいは別法として、前記圧力伝達手段は、真
空ハウジング内の前記粒状支持媒体に接触させて配置し
た気嚢から成るものとすることができ、鋳型キャビティ
を排気したとき該気嚢を加圧して粒状支持媒体を圧縮す
ることができる。ここで「相対的な真空」又は「相対真
空」とは、囲い壁によって互いに隔絶された2つの空間
において、例えば壁の内側にある空間が壁の外側の空間
(周囲)の圧力に対して相対的に減圧されている状態を
いう。従って、両空間の間に差圧が存在する。The use of a thin shell mold having a wall thickness of greater than 0 mm and not greater than about 3.048 mm in accordance with the teachings of the present invention also includes such a thin shell mold of the shell mold during evacuation of its mold cavity. It is based on the finding that by rigidly compressing the granular support medium around it it is possible to support it so that it can withstand the stresses acting on the shell mold during antigravity casting. For example, in one embodiment of the invention, a thin shell mold is supported in a loose (not tightly compressed, loosely held) granular support medium (eg, loose foundry sand) contained within a vacuum housing. The vacuum housing is evacuated and the pressure transmitting means is moved relative to the vacuum housing and the granular support medium to apply pressure to the granular support medium and compress the granular support medium around the shell mold. As such a pressure transmitting means, a movable wall of the vacuum housing for pressing the granular support medium can be used, the outer side surface of the movable wall is exposed to ambient pressure, and the inner side surface of the movable wall is moved. Exposing to a vacuum relative to the ambient pressure acting on the outer surface of the wall, thereby compressing the granular support medium around the shell mold to support the shell mold against casting stresses. You can Alternatively, the pressure transmitting means may comprise an air bladder disposed in contact with the granular support medium within a vacuum housing, the air bladder being pressurized when the mold cavity is evacuated. Can be compressed. Here, “relative vacuum” or “relative vacuum” means that in two spaces separated from each other by a surrounding wall, for example, the space inside the wall is relative to the pressure outside the wall (ambient). It means a state where the pressure is reduced. Therefore, there is a pressure difference between the two spaces.
【0012】[0012]
【実施例】添付図を参照すると、第1図には、消耗性の
原型組立体10(樹木の形をしているので、「ツリー」
とも称する)が示されている。原型組立体(以下、単に
「原型」とも称する)10は、円筒形の中央立上り通路
形成部分12と、複数の鋳型キャビティ形成部分14
と、各鋳型キャビティ形成部分14を中央立上り通路形
成部分12に連結する導入ゲート形成部分16とから成
っている。鋳型キャビティ形成部分14は、注型すべき
物品又は部品の形に付形されており、図示のように、中
央立上り通路形成部分12の周りに、かつ、その長手に
沿って間隔をおいて配置されている。通常、各鋳型キャ
ビティ形成部分14及びその導入ゲート形成部分16
は、射出成形され、手作業によって(例えば、ワックス
溶接又は接着剤により)立上り通路形成部分12に取付
けられる。立上り通路形成部分12は、別個の部片とし
て射出成形によって形成される。立上り通路形成部分1
2の下端には、切頭円錐形の耐火カラー18が(例え
ば、ワックス溶接又は接着剤により)立上り通路形成部
分12に取付けられる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Referring to the accompanying drawings, FIG. 1 shows a consumable prototype assembly 10 (since it is in the form of a tree, it is a "tree").
Also referred to as). A prototype assembly (hereinafter, also simply referred to as a “prototype”) 10 includes a cylindrical central rising passage forming portion 12 and a plurality of mold cavity forming portions 14.
And an introduction gate forming portion 16 connecting each mold cavity forming portion 14 to the central rising passage forming portion 12. The mold cavity forming portion 14 is shaped in the shape of the article or part to be cast and is spaced around the central upstanding passage forming portion 12 and along its length as shown. Has been done. Generally, each mold cavity forming portion 14 and its introduction gate forming portion 16 are formed.
Is injection molded and manually attached (eg, by wax welding or adhesive) to the riser channel forming portion 12. The rising passage forming portion 12 is formed by injection molding as a separate piece. Rising passage formation part 1
At the lower end of 2, a frustoconical refractory collar 18 is attached (for example by wax welding or adhesive) to the riser passage forming portion 12.
【0013】原型組立体10は、後述するように、加熱
されると膨張する溶融可能な中実(非多孔質)材料で形
成することが好ましい。ワックスは、安価であること
と、予知可能な特性を有しているという点で原型組立体
10の素材として好ましい材料である。一般に、原型ワ
ックスは、約54.9〜約66.1°C(約130〜約
150°F)の温度範囲で溶融する。重要なことは、原
型の除去作業中後述するシェル鋳型30(第2図)に亀
裂が生じるのを回避するようにワックスの粘度を選択し
なければならないことである(例えば、77.3°Cに
おけるワックスの粘度は1300センチポアズ未満とす
べきである)。原型の素材として、ユリア樹脂をしよう
することができる。ユリア樹脂は、約113.7〜約1
30.5°C(約235〜約265°F)の温度範囲で
溶融する。The prototype assembly 10 is preferably formed of a meltable solid (non-porous) material that expands when heated, as described below. Wax is a preferred material for the prototype assembly 10 because it is inexpensive and has predictable properties. Generally, the prototype wax melts in the temperature range of about 54.9 to about 66.1 ° C (about 130 to about 150 ° F). Importantly, the viscosity of the wax must be chosen to avoid cracking the shell mold 30 (FIG. 2) described below during the prototype removal operation (eg, 77.3 ° C.). The viscosity of the wax in should be less than 1300 centipoise). Urea resin can be used as a prototype material. Urea resin is about 113.7 to about 1
Melts in the temperature range of 30.5 ° C (about 235 to about 265 ° F).
【0014】本発明の実施においては、原型組立体10
が、後述するようにスチームオートクレーブ加熱法等に
より加熱することによって後で除去しうるものである限
り、原型組立体10の各部分12、14、16を必ずし
も同じ材料で形成する必要はない。In the practice of the invention, the prototype assembly 10
However, as long as it can be removed later by heating by a steam autoclave heating method or the like as described later, each part 12, 14, 16 of the prototype assembly 10 does not necessarily have to be formed of the same material.
【0015】第2図を参照して説明すると、原型組立体
10を多層の耐火材(鋳型形成材)22で外装(インベ
ストメント)することによって薄肉の透気性(ガス透過
性)多層耐火シェル鋳型(以下、「多層耐火シェル」、
「耐火シェル」又は単に「シェル」又は「鋳型」とも称
する)30を形成する。この外装(鋳型形成材)は、原
型組立体10を、珪酸エチル又はコロイドシリカゾルの
ような、バインダー溶液中に懸濁させた耐火材粉末(例
えば、ジルコン、アルミナ、融合シリカ等)と、少量の
有機被膜形成剤と湿潤剤と脱泡剤とから成る耐火材スラ
リー内に繰返し浸漬させることによって行われる。原型
組立体を耐火材スラリー内に浸漬させた後、その都度、
余剰スラリーを原型組立体から流し落し、原型組立体に
被覆されたスラリーコーチングに乾燥耐火材粒子を塗被
(スタッコ)又は振り掛ける。このスタッコのための好
適な耐火材としては、粒状ジルコン、融合シリカ、シリ
カ、各種珪酸アルミニウム(ムライト、融合アルミナ
等)がある。Referring to FIG. 2, a thin air-permeable (gas permeable) multilayer fire-resistant shell mold (gas-permeable) is provided by coating the prototype assembly 10 with a multilayer fire-resistant material (mold forming material) 22 (investment). Below, "multilayer fireproof shell",
A “fireproof shell” or simply “shell” or “mold”) 30 is formed. This exterior (molding material) is a refractory material powder (eg, zircon, alumina, fused silica, etc.) in which the prototype assembly 10 is suspended in a binder solution, such as ethyl silicate or colloidal silica sol, and a small amount. It is performed by repeatedly immersing it in a refractory material slurry composed of an organic film forming agent, a wetting agent and a defoaming agent. After immersing the prototype assembly in the refractory slurry, each time,
Excess slurry is poured from the prototype assembly and the slurry coating coated on the prototype assembly is coated (stucco) or sprinkled with dry refractory particles. Suitable refractory materials for this stucco include granular zircon, fused silica, silica, and various aluminum silicates (mullite, fused alumina, etc.).
【0016】各浸漬及び塗被工程の後に、その都度、強
制空気乾燥又はその他の手段を用いてスラリーコーチン
グを硬化させ、原型組立体10上に、又は、先に形成さ
れた耐火材層の上に耐火材層を形成する。鋳型キャビテ
ィ形成部分14の周りに所望の肉厚tの多層耐火シェル
30が積層されるまでこの浸漬、塗被及び乾燥の順序工
程を繰返す。After each dipping and coating step, the slurry coating is cured using forced air drying or other means each time and either on the prototype assembly 10 or on the previously formed refractory layer. A refractory layer is formed on. The sequential steps of dipping, coating and drying are repeated until the multilayer refractory shell 30 having a desired wall thickness t is laminated around the mold cavity forming portion 14.
【0017】本発明によれば、鋳型キャビティ形成部分
14の周り約3.048mm(約0.12in)を越え
ない最大限肉厚tを有する多層耐火シェル30を形成す
るようにシェル形成工程(即ち、浸漬、塗被及び乾燥工
程)を制御する。以下に説明するように、この肉厚は、
スチームオートクレーブ加熱法により原型を除去する間
シェルに及ぼされる応力を吸収する驚くべき能力を発揮
することが認められた。通常、約3.048mm(約
0.12in)を越えない肉厚を有する多層耐火シェル
は、上述した浸漬、塗被及び乾燥工程を繰返すことによ
り4〜5層の耐火材層によって積層される。In accordance with the present invention, a shell forming process (ie, a shell forming process) is formed to form a multilayer refractory shell 30 having a maximum wall thickness t that does not exceed about 3.048 mm (about 0.12 in) around the mold cavity forming portion 14. , Dipping, coating and drying steps). As explained below, this wall thickness is
It has been found that the steam autoclave heating method exerts a surprising ability to absorb the stresses exerted on the shell during removal of the prototype. Generally, a multilayer refractory shell having a wall thickness not exceeding about 3.048 mm (about 0.12 in) is laminated with 4-5 layers of refractory material by repeating the dipping, coating and drying steps described above.
【0018】第3図は、スチームオートクレーブ加熱法
により原型を除去した後の耐火シェル30を示す。詳述
すれば、耐火シェル30は、慣用のスチームオートクレ
ーブ34(例えば、リーズ・エンド・ブラッドフード・
カンパニーから販売されている286PT型スチームオ
ートクレーブ)内に挿入されて加熱される。この加熱に
より原型組立体10が除去されると、それぞれの側方導
入ゲート38を介して中央立上り通路37に連絡された
鋳型キャビティ36を有する薄肉耐火シェル30が残さ
れる。工程のこの段階では、立上り通路37の上端及び
下端は開放している。FIG. 3 shows the refractory shell 30 after the prototype has been removed by the steam autoclave heating method. More specifically, the refractory shell 30 includes a conventional steam autoclave 34 (e.g., a Leeds end blood hood).
It is inserted into a 286PT type steam autoclave sold by the company and heated. This heating removes the prototype assembly 10 leaving behind a thin wall refractory shell 30 having a mold cavity 36 connected to a central rise passage 37 via respective side entry gates 38. At this stage of the process, the upper and lower ends of the rising passage 37 are open.
【0019】第3図に示されるスチームオートクレーブ
加熱操作中、外装原型組立体40(多層耐火シェル30
で外装された原型組立体10)(第2図参照)は、原型
組立体10を融解して耐火シェル30から除去するのに
十分な時間約136.1〜約178.1°C(約275
〜約350°F)の温度のスチーム(スチーム圧約5.
6〜約7.7kg/cm2 )に露呈される。詳述すれ
ば、スチームオートクレーブ加熱の初期段階において、
透気性の耐火シェル30を通してスチームが侵入するこ
とによって原型組立体10上に溶融した表面薄膜が形成
される。以下に説明するように、透気性である耐火シェ
ル30は、この初期溶融薄膜の大部分を吸収する驚くべ
き、そして予想外の能力を有しており、それによって、
さもなくばシェル30に及ぼされるであろう原型の膨張
力を軽減することができる。時間の経過とともに、原型
組立体10の残部が溶融し、その大部分は耐火シェル3
0からカラー18の開口18aを通って流出する。During the steam autoclave heating operation shown in FIG. 3, the exterior prototype assembly 40 (multilayer refractory shell 30
The prototype assembly 10) (see FIG. 2), which has been packaged with, has a time sufficient to melt and remove the prototype assembly 10 from the refractory shell 30 from about 136.1 to about 178.1 ° C.
~ Steam at a temperature of about 350 ° F (steam pressure of about 5.
6 to about 7.7 kg / cm 2 ). More specifically, in the initial stage of heating the steam autoclave,
The penetration of steam through the permeable refractory shell 30 forms a molten surface film on the prototype assembly 10. As explained below, the breathable refractory shell 30 has a surprising and unexpected ability to absorb most of this initial molten film, thereby
The expansion force of the prototype that would otherwise be exerted on the shell 30 can be reduced. Over time, the remainder of the prototype assembly 10 melts, most of it refractory shell 3
From 0 through the opening 18a of the collar 18.
【0020】先に述べたように、耐火シェル30の肉厚
は、約3.048mm(約0.12in)を越えないよ
うに本発明に従って制御される。このシェルの肉厚は、
スチームオートクレーブ加熱中、原型組立体の初期溶融
薄膜を吸収するための予想外に高い透気性(例えば、イ
ンベストメント注型協会によって採用されている104
6°Cの温度下での周知の窒素透過率テストで測定され
る)を示すことが認められた。例えば、約990.1°
C(約1800°F)の温度で焼成された、肉厚約3.
048mm(約0.12in)(4層の耐火材層)を有
する耐火シェル30は、上記窒素透過率テストで測定し
て、2倍の肉厚(即ち、6.096mmの肉厚)を有
し、8層の耐火材層から成る同様なシェルが示す透気性
の2倍以上の透気性を発揮することが認められた。具体
的にいえば、肉厚約3.048mmの焼成耐火シェル3
0の透気性は、肉厚6.096mmの同様なシェルの透
気性が80〜120ccN2 /分(1分当り窒素透過率
80〜120cc)にすぎないのに対して、316〜4
68ccN2 /分(実測値)であった。As mentioned above, the wall thickness of refractory shell 30 is controlled in accordance with the present invention so that it does not exceed about 3.048 mm (about 0.12 in). The thickness of this shell is
Unexpectedly high air permeability for absorbing the initial molten thin film of the prototype assembly during steam autoclave heating (eg, adopted by the Investment Casting Society 104
It was found to exhibit a temperature of 6 ° C. (as measured by the well-known nitrogen permeability test). For example, about 990.1 °
C. (about 1800.degree. F.) with a wall thickness of about 3.
The refractory shell 30 having 048 mm (about 0.12 in) (4 layers of refractory material) has twice the wall thickness (ie, 6.096 mm wall thickness) as measured by the nitrogen permeability test above. It was found that the same shell composed of 8 layers of refractory material exhibits air permeability more than twice as much as the air permeability exhibited by the same shell. Specifically, a fire-resistant refractory shell 3 with a wall thickness of about 3.048 mm
The air permeability of 0 is only 316-4 while the air permeability of a similar shell having a thickness of 6.096 mm is only 80-120 ccN 2 / min (nitrogen permeability 80-120 cc per minute).
It was 68 ccN 2 / min (measured value).
【0021】焼成耐火シェル30は、2倍の肉厚を有す
る同様なシェルの透気性の少くともほぼ3倍の透気性を
発揮するように本発明に従って形成される。既に述べた
ように、薄肉の耐火シェル30(肉厚約3.048mm
未満)のこの予想外に高い透気性は、スチームオートク
レーブ加熱中に原型組立体10に形成される初期溶融薄
膜を吸収するシェル30の能力を高め、耐火シェル30
に対する原型組立体10の熱膨張の結果として該シェル
に通常ならば課せられる応力を軽減することができる。
従来技術の思想では、原型組立体を融解除去する際のそ
のような応力に耐えるためにシェルの肉厚を厚くすると
いうのが常識てであるが、本発明は、それとは正反対
に、シェルの肉厚を薄くすることによってスチームオー
トクレーブ加熱操作に対する対応を著しく改善すること
ができ、シェルの歪みや、亀裂のような損傷を防止する
ことができることを見出した。高透過性のシェル30を
通してのスチームのよりよい侵入と、その結果、原型組
立体10の加熱が早められることにより、シェルの歪み
及び損傷が防止されるばかりでなく、スチームオートク
レーブ加熱による原型組立体の除去時間が相当に短縮さ
れる。The fired refractory shell 30 is formed in accordance with the present invention to exhibit at least about three times the air permeability of a similar shell having twice the wall thickness. As already mentioned, the thin fire-resistant shell 30 (thickness of about 3.048 mm
This unexpectedly high air permeability enhances the ability of the shell 30 to absorb the initially molten thin film formed in the prototype assembly 10 during steam autoclave heating, and the refractory shell 30
The stresses that would normally be applied to the shell as a result of the thermal expansion of the prototype assembly 10 relative to the shell can be reduced.
In the idea of the prior art, it is common sense to increase the thickness of the shell in order to withstand such stress when melting and removing the prototype assembly. It has been found that by reducing the wall thickness, it is possible to remarkably improve the response to the steam autoclave heating operation, and prevent the distortion and damage such as cracks of the shell. The better penetration of steam through the highly permeable shell 30 and the resulting faster heating of the prototype assembly 10 not only prevents distortion and damage to the shell, but it also allows the steam autoclave to heat the prototype assembly. The removal time is significantly reduced.
【0022】更に、以下の表Iに記載された例から明な
になるように、薄肉の耐火シェル30が用いられるの
で、耐火シェル30の形成に必要とされる耐火粒状材の
量は、相当に少なくされる。従って、注型品のコストも
大幅に削減される。例えば、使用される耐火材の量の節
減により40〜75%のコスト削減が達成される。更
に、薄肉シェル鋳型の使用は、1つの鋳型で製造するこ
とができる注型品の個数を増やすために鋳型キャビティ
形成部分14及び導入ゲート16の間隔を密にすること
を可能にする。従って、全体の生産高を低コストで増大
させることができる。Further, as will become apparent from the examples set forth in Table I below, since a thin refractory shell 30 is used, the amount of refractory particulate material required to form refractory shell 30 is substantial. Be reduced to Therefore, the cost of cast products is also greatly reduced. For example, cost savings of 40-75% are achieved by saving on the amount of refractory used. In addition, the use of a thin shell mold allows the mold cavity forming portion 14 and the inlet gate 16 to be closely spaced to increase the number of castings that can be made in one mold. Therefore, the total output can be increased at low cost.
【0023】シェルは、スチームオートクレーブで加熱
した後、約990.1°C(約1800°F)の温度で
90分間焼成される。The shell is heated in a steam autoclave and then fired for 90 minutes at a temperature of about 1800 ° F (990.1 ° C).
【0024】表Iには、特定の部品(例えば、自動車の
ロッカーアーム、窓掛金又はクリート)を、厚肉シェル
(即ち、肉厚6.35mmのシェル)を用いて注型した
場合と、本発明の薄肉シェルを用いて注型した場合との
いわゆる負荷率(即ち、1つのシェル鋳型当りに注型す
ることができる部品の個数)に関する比較データが掲載
されている。厚肉シェル(スラリー浸漬/ 塗被工程9回
反復)も、薄肉シェル(スラリー浸漬/ 塗被工程4〜5
回反復)も、同じスラリー及びスタッコ材を用いて同様
の態様で(例えば、粒度200メッシュの融合シリカ1
5.2重量%と、粒度325メッシュのジルコン56.
9重量%と、コロイドシリカゾル(バインダー)17.
8重量%と、水10.1重量%を含有した初期スラリー
に浸漬し、以後は、マルグレイン(登録商標)M−47
ムライト15.1重量%と、粒度200メッシュの融合
シリカ25.2重量%と、粒度600メッシュのジルコ
ン35.3重量%と、珪酸エチル(バインダー)15.
6重量%と、イソプロパノール8.8重量%を含有した
スラリーに浸漬させた後、その都度、粒度100メッシ
ュのジルコンと、粒度60メッシュのマルグレインM−
47ムライトと、粒度25メッシュのマルグレインM−
47ムライトを塗被することによって)調製した。これ
らのシェルをスチームオートクレーブで加熱し、次いで
上述した態様で焼成した。In Table I, certain parts (eg, automobile rocker arms, window latches or cleats) were cast using a thick shell (ie, 6.35 mm thick shell), and the book. Comparative data on so-called load factors (i.e., the number of parts that can be cast per shell mold) compared to casting with the thin shell of the invention are posted. Thick shell (slurry dipping / coating process repeated 9 times), thin shell (slurry dipping / coating process 4-5)
Repeated times also using the same slurry and stucco material in a similar manner (eg, fused silica 1 with a 200 mesh size).
5.2% by weight and zircon having a particle size of 325 mesh 56.
9% by weight and colloidal silica sol (binder) 17.
It was immersed in an initial slurry containing 8% by weight and 10.1% by weight of water, and thereafter, Margrain® M-47.
15.1% by weight mullite, 25.2% by weight fused silica having a particle size of 200 mesh, 35.3% by weight zircon having a particle size of 600 mesh, and ethyl silicate (binder) 15.
After being dipped in a slurry containing 6% by weight and 8.8% by weight of isopropanol, zircon having a particle size of 100 mesh and Margrain M-having a particle size of 60 mesh were used each time.
47 mullite and 25 grain size Margrain M-
47 mullite). The shells were heated in a steam autoclave and then calcined in the manner described above.
【0025】又、表Iには、上記部品の注型に用いられ
た厚肉シェル(即ち、肉厚6.35mm)の重量と、本
発明の薄肉シェル(即ち、肉厚2.54mm)の重量比
較もなされている。Table I also shows the weight of the thick shell (ie wall thickness 6.35 mm) used to cast the above parts and the thin shell of the invention (ie wall thickness 2.54 mm). Weight comparisons are also made.
【表1】 表 I シェルの負荷率及び最終耐火材重量 標準シェル 薄肉シェル 標準シェル 薄肉シェル の負荷率 の負荷率 交換 重量/部品 交換 重量/部品 部 品 個数/シェル 個数/シェル 率% oz 率% oz ロッカー 8ar ×13hi 12ar×16hi 6.3 1.5 アーム 104/シェル 192/シェル 85 76 窓掛金 12ar×8hi 14ar×10hi 6.7 1.5 96/シェル 140/シェル 46 63 クリート 10ar×24hi 12ar×26hi 2.8 1.3 204/シェル 312/シェル 30 54 注:上表において「個数/シェル」は、シェル1つ当りに注
型される部品の個数、「重量/部品」は、部品1個当り
の重量( oz )、「ar」は、立上り通路の周りの鋳型キ
ャビティの個数、「hi」は、立上り通路に沿って鋳型キ
ャビティの個数を意味する。[Table 1] Table I Shell load factor and final refractory material weight Standard shell Thin shell Standard shell Thin shell load factor Load factor Exchange weight / parts Exchange weight / parts Parts Q'ty / shell Q'ty / shell rate% oz rate% oz Rocker 8ar × 13hi 12ar × 16hi 6.3 1.5 Arm 104 / Shell 192 / Shell 85 76 Window latch 12ar × 8hi 14ar × 10hi 6.7 1.5 96 / Shell 140 / Shell 46 63 Cleat 10ar × 24hi 12ar × 26hi 2.8 1.3 204 / Shell 312 / Shell 30 54 Note: In the above table, “quantity / shell” is per shell.
The number of parts to be molded, "weight / part" is per part
Weight (oz), “ar” is the mold key around the riseway.
The number of cavities, “hi”, is the mold key along the rising path.
It means the number of cavities.
【0026】表Iから明らかなように、本発明の薄肉シ
ェル鋳型は、負荷率を大幅に増大し、シェルを形成する
のに必要とされる耐火材の量を大幅に少くする。しか
も、これらは、スチームオートクレーブによる加熱中の
シェル鋳型の歪みや損傷に関して従来のシェル鋳型に比
べて同等又はそれ以上の成績を維持して達成される。As can be seen from Table I, the thin shell mold of the present invention significantly increases load factor and significantly reduces the amount of refractory material needed to form the shell. Moreover, these are achieved while maintaining the same or higher performance as compared with the conventional shell mold with respect to distortion and damage of the shell mold during heating by the steam autoclave.
【0027】本発明の一実施例によれば、第4図に示さ
れるように、溶融金属を差圧(真空)反重力式に薄肉シ
ェル鋳型30(シェル鋳型を約990.1°Cの温度で
焼成した後)内へ注型する。詳述すれば、薄肉シェル鋳
型30を真空ハウジング内に収容した弛い(粒子が密に
圧縮されていない)耐火性粒状支持媒体60内に支持す
る。真空ハウジング70は、底部支持壁72と、直立側
壁73と、可動頂部端壁74を有し、内部に真空チャン
バー76を画定する。底部支持壁72及び直立側壁73
は、金属等の不透気性材で形成され、可動頂部端壁74
は、透気性(多孔質)の板75から成っている。透気性
板75には、その上(外側)に真空チャンバー78を画
定する真空プレナム77が結合されている。真空チャン
バー78は、導管82によって真空ポンプ80のような
真空源に接続されている。可動頂部端壁74と直立側壁
73との間の真空密封を維持したままで直立側壁73に
対する可動頂部端壁74の移動を可能にするために、可
動頂部端壁74の周縁には、直立側壁73の内側面に密
封係合する周縁シール84が付設されている。According to one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, the molten metal is subjected to a differential pressure (vacuum) antigravity type thin shell mold 30 (the shell mold is heated to a temperature of about 990.1 ° C. After firing in), cast in. In particular, the thin shell mold 30 is supported within a loose (not tightly compacted) refractory particulate support medium 60 contained within a vacuum housing. The vacuum housing 70 has a bottom support wall 72, an upstanding side wall 73, and a movable top end wall 74, defining a vacuum chamber 76 therein. Bottom support wall 72 and upright side wall 73
Is made of an impermeable material such as metal, and is movable top end wall 74.
Is made of a gas permeable (porous) plate 75. A vacuum plenum 77 that defines a vacuum chamber 78 is coupled to the air permeable plate 75 (outside). The vacuum chamber 78 is connected by a conduit 82 to a vacuum source, such as a vacuum pump 80. In order to allow the movement of the movable top end wall 74 relative to the upright side wall 73 while maintaining a vacuum seal between the movable top end wall 74 and the upright side wall 73, the upright side wall is provided at the periphery of the movable top end wall 74. A peripheral seal 84 is attached to the inner surface of 73 for sealing engagement.
【0028】第4図に示される注型装置100を組立て
るに当っては、シェル鋳型30をハウジング70内に設
置する際、切頭円錐形カラー18をハウジング70の底
部支持壁に連結されたセラミック製鋳型充填管90に密
封係合させる。鋳型充填管90は、立上り通路37及び
それぞれの導入ゲート38を経て各鋳型キャビティへ至
る下方溶融金属入口を構成する。立上り通路37の上端
を閉鎖するためにシェル鋳型の頂部に耐火キャップ20
を被せる。弛い耐火性粒状支持媒体60(例えば、粒度
約60メッシュの弛いシリカ砂)を真空チャンバー76
内のシェル30の周りに導入する。この導入は、支持媒
体60の真空チャンバー76内出の沈降を助成するため
にハウジング70を震動させながら実施する。次いで、
可動頂部端壁74をその周縁シール84を直立側壁73
に密封係合させてハウジング70の開放上端に挿入し、
透気性板75の内側面を支持媒体60に向け支持媒体に
接触させる(第4図参照)In assembling the casting apparatus 100 shown in FIG. 4, when the shell mold 30 is installed in the housing 70, the frustoconical collar 18 is connected to the bottom support wall of the housing 70. The mold filling tube 90 is sealingly engaged. The mold fill tube 90 constitutes the lower molten metal inlet to each mold cavity through the rise passages 37 and respective inlet gates 38. In order to close the upper end of the rising passage 37, the fireproof cap 20 is provided on the top of the shell mold.
Cover. A loose, refractory granular support medium 60 (eg, loose silica sand having a particle size of about 60 mesh) is placed in a vacuum chamber 76.
It is introduced around the inner shell 30. This introduction is performed while shaking the housing 70 to assist the sedimentation of the support medium 60 out of the vacuum chamber 76. Then
The movable top end wall 74 has its peripheral seal 84 attached to the upright sidewall 73.
Into the open upper end of the housing 70 in a sealing engagement with
The inner surface of the air permeable plate 75 is directed toward the support medium 60 and brought into contact with the support medium (see FIG. 4).
【0029】組立て後、注型装置100を注型すべき溶
融金属104の源102(例えば、プール)の上方に位
置づけする。通常、溶融金属104は、注型容器106
内に入れる。次いで、真空ポンプ80を作動させること
によって透気性板75を通して真空カップ77内、従っ
て真空チャンバー76内に真空が引かれる。真空チャン
バー76内に真空により、透気性の薄肉シェル30を通
して鋳型キャビティ36を排気する。チャンバー76内
の真空の度合は、充填管90を第4図に示されるように
溶融金属104内に浸漬させたとき溶融金属104をプ
ール102から鋳型キャビティ36内へ吸い上げるのに
十分なように選定する。After assembly, the casting apparatus 100 is positioned above a source 102 (eg, pool) of molten metal 104 to be cast. Usually, molten metal 104 is
Put it in. Then, by operating the vacuum pump 80, a vacuum is drawn through the air permeable plate 75 into the vacuum cup 77, and thus the vacuum chamber 76. The vacuum in the vacuum chamber 76 evacuates the mold cavity 36 through the air permeable thin shell 30. The degree of vacuum in chamber 76 is selected to be sufficient to draw molten metal 104 from pool 102 into mold cavity 36 when fill tube 90 is immersed in molten metal 104 as shown in FIG. To do.
【0030】真空チャンバー76、78に真空が引かれ
ると、頂部端壁74は、その周縁シール84より上の外
側面に大気圧(又は周囲圧)を受け、一方、板75の内
側は相対真空に露呈される。頂部端壁74の内外のこの
圧力差が、頂部端壁74を側壁73に沿って下方に移動
させ、それによって、板75が粒状支持媒体60に十分
な圧力を及ぼして粒状支持媒体60をシェル30の周り
に圧縮し、シェルを注型応力に対抗して支持する。この
ように、鋳型キャビティ36が排気されて溶融金属をプ
ール102から吸い上げている間、それと併行して板7
5により圧力が加えられ、粒状支持媒体60をシェル3
0の周りに圧縮し、シェルを注型応力に対抗して支持す
る。粒状支持媒体60を圧縮するように板75によって
及ぼされる圧力の大きさは、真空チャンバー76内に設
定される真空の度合を制御することによって制御するこ
とができる。When a vacuum is drawn on the vacuum chambers 76, 78, the top end wall 74 experiences atmospheric pressure (or ambient pressure) on its outer surface above its peripheral seal 84, while the inside of the plate 75 is exposed to the relative vacuum. Exposed to. This pressure difference between the inside and outside of the top end wall 74 causes the top end wall 74 to move downward along the side wall 73, whereby the plate 75 exerts sufficient pressure on the particulate support medium 60 to shell the particulate support medium 60. Compress around 30 to support the shell against casting stress. In this way, while the mold cavity 36 is being evacuated and sucking the molten metal from the pool 102, the mold cavity 36 is parallel to the plate 7 and the plate 7
5, the granular support medium 60 is applied to the shell 3
Compress around 0 to support the shell against casting stress. The amount of pressure exerted by the plate 75 to compress the particulate support medium 60 can be controlled by controlling the degree of vacuum established within the vacuum chamber 76.
【0031】第4図から明らかなように、溶融金属10
4は、充填管90を通り、立上り通路37を通り、側方
導入ゲート38を経て鋳型キャビティ36内へ吸い上げ
られる。それによって溶融金属104は、鋳型キャビテ
ィ36内に真空反重力式に注型される。As is apparent from FIG. 4, the molten metal 10
4 passes through the filling pipe 90, the rising passage 37, the side introduction gate 38, and is sucked into the mold cavity 36. Thereby, the molten metal 104 is cast in the mold cavity 36 in a vacuum antigravity manner.
【0032】真空チャンバー76,78内に相対真空が
設定されると、立上り通路37の上端がチャンバー78
内の真空レベルの最も高い部位に最も近い。更に、支持
媒体60は、その底部に近いシェル30の周りに存在す
る真空レベルを低下させる働きをする。その結果とし
て、鋳型内の内部溶融金属のヘッド圧と、シェル30の
周りの外側真空との組合せによってシェル30の下方部
分に及ぼされる応力は、米国特許第4,791,977
号に記載された原理に従って減少される。この応力の減
少と、シェル30に対する支持媒体60による支持とが
相俟って、シェル鋳型の壁に有害な移動を生じさせるこ
となく、又、鋳型の壁への溶融金属の浸透を起こさせる
ことなく、高温の溶融金属を薄肉シェル(肉厚3.04
8mm未満)内へ反重力式に注型するのを可能にする。
シェル30に小さな穴等の欠陥が存在しているとして
も、その周りの支持媒体60が、その欠陥部分を通して
の溶融金属104の漏出を防止するのを助成し、いずれ
にしても、その漏出をシェル30の周りだけに閉込め、
注型装置への損傷を防止し、シェル鋳型内の注型品が固
化するまで真空を保持するのを可能にする。When the relative vacuum is set in the vacuum chambers 76 and 78, the upper end of the rising passage 37 is located in the chamber 78.
Closest to the highest vacuum level inside. Further, the support medium 60 serves to reduce the vacuum level existing around the shell 30 near its bottom. As a result, the stress exerted on the lower portion of shell 30 by the combination of the head pressure of the internal molten metal in the mold and the outer vacuum around shell 30 is described in US Pat. No. 4,791,977.
It is reduced according to the principle described in No. This reduction in stress combined with the support of the shell 30 by the support medium 60 does not cause deleterious migration of the shell mold walls and causes molten metal penetration into the mold walls. Without high temperature molten metal (thickness 3.04
It enables antigravity casting into less than 8 mm).
Even if there are defects such as small holes in the shell 30, the support medium 60 around it helps prevent leakage of the molten metal 104 through the defect and, in any event, the leakage. Confine only around the shell 30,
Prevents damage to the casting equipment and allows the vacuum to be maintained until the casting in the shell mold solidifies.
【0033】溶融金属104が鋳型キャビティ36内で
固化したならば、注型装置100を上昇させて、充填管
90を溶融金属プールから引上げる。次いで、注型品取
出し部署(図示せず)でハウジング70の頂部端壁74
を取外し、支持媒体60及び金属充填済み(注型済み)
シェル30を真空チャンバーから取出す。冷却後、支持
媒体60を他のシェル30での注型に再使用するために
循環させることができる。金属充填済みシェル30は、
真空チャンバー76から取出された後、周囲温度にまで
冷却される。シェル30は、肉厚が薄いので固化した注
型品から容易に除去することができる。例えば、金属充
填済みシェル30を冷却すると、大抵の場合シェルは、
冷却中に受ける熱応力により注型品からはじけて剥離す
る。従って、この薄肉シェル30を除去するのに要する
時間は、従来使用されていた厚肉シェルを除去する時間
に比べて相当に短くてすむ。Once the molten metal 104 has solidified in the mold cavity 36, the casting apparatus 100 is raised to withdraw the fill tube 90 from the molten metal pool. Then, a cast product take-out section (not shown) is provided for the top end wall 74 of the housing 70.
Removed, support medium 60 and metal filled (cast)
Remove the shell 30 from the vacuum chamber. After cooling, the support medium 60 can be circulated for reuse in casting with another shell 30. The metal-filled shell 30 is
After being removed from the vacuum chamber 76, it is cooled to ambient temperature. Since the shell 30 has a small wall thickness, it can be easily removed from the solidified casting. For example, cooling a metal filled shell 30 will often result in the shell
It peels off from the casting due to thermal stress received during cooling. Therefore, the time required to remove the thin shell 30 can be considerably shorter than the time required to remove the thick shell that has been conventionally used.
【0034】第5図を参照すると、本発明の別の実施例
による注型装置100′が示されている。第5図では、
第4図の部品と同様な部品は、同じ参照番号にダッシュ
を付して示されている。第5図の注型装置100′は、
ハウジング70′の周りに設けられた環状の真空カップ
110′を用いることと、ハウジング70′が排気され
たとき粒状支持媒体60′に圧力を加えるためにハウジ
ング70′の開放上端に密封状熊に設けられた可撓性の
不透気性膜112′を用いるという点で第4図の注型装
置100とは異なる。ただし、可撓性の不透気性膜11
2′も、ハウジング70′の可動頂部端壁を構成するも
のであるという点では、第4図の注型装置100の場合
と同じである。真空プレナム110′は、ハウジング7
0′の真空チャンバー76′の周りに環状の真空チャン
バー114′を画定し、ハウジングの環状の透気性(多
孔質)側壁部分116′を介して該真空チャンバーに連
絡される。Referring to FIG. 5, there is shown a casting machine 100 'according to another embodiment of the present invention. In Figure 5,
Parts similar to those of FIG. 4 are indicated by the same reference numbers but with a dash. The casting apparatus 100 'of FIG.
The use of an annular vacuum cup 110 'provided around the housing 70' and a sealed bear at the open upper end of the housing 70 'to apply pressure to the particulate support medium 60' when the housing 70 'is evacuated. It differs from the casting apparatus 100 of FIG. 4 in that a flexible impermeable membrane 112 'is provided. However, the flexible impermeable membrane 11
2'is also similar to the casting device 100 of FIG. 4 in that it also constitutes the movable top end wall of the housing 70 '. The vacuum plenum 110 'has a housing 7
An annular vacuum chamber 114 'is defined around the 0'vacuum chamber 76' and communicated with the annular chamber through an annular permeable sidewall portion 116 'of the housing.
【0035】真空チャンバー114′が(導管118′
を通して)排気されると、真空チャンバー76′及びシ
ェル30′の鋳型キャビティ36′も排気される。真空
チャンバー114′に真空が引かれると、可撓性の不透
気性膜112′の外側面112a′は、大気圧(又は周
囲圧)を受け、その内側面112b′は相対真空に露呈
され、その結果、溶融金属がその下のプールから充填管
90′及び立上り通路37′を通し、導入ゲート38′
を経て鋳型キャビティ36′内へ吸い上げられている
間、膜112′は、第4図に関連して上述したように、
粒状支持媒体60′を薄肉シェル30′の周りに圧縮
し、該シェルを注型応力に対抗して支持する。その他の
点では、第5図の実施例は、第4図の実施例に関して述
べたように機能し、同様の利点を提供する。The vacuum chamber 114 '(conduit 118'
Once evacuated, the vacuum chamber 76 'and the mold cavity 36' of the shell 30 'are also evacuated. When a vacuum is applied to the vacuum chamber 114 ', the outer surface 112a' of the flexible impermeable membrane 112 'is exposed to atmospheric pressure (or ambient pressure) and its inner surface 112b' is exposed to relative vacuum. As a result, molten metal passes from the pool beneath it through the fill tube 90 'and the rise passage 37' and into the inlet gate 38 '.
While being pumped through the mold into the mold cavity 36 ', the membrane 112', as described above in connection with FIG.
A granular support medium 60 'is compressed around the thin shell 30' to support the shell against cast stress. Otherwise, the FIG. 5 embodiment functions as described with respect to the FIG. 4 embodiment, and provides similar advantages.
【0036】第6図を参照すると、本発明の更に別の実
施例による注型装置100″が示されている。第6図で
は、第4図の部品と同様な部品は、同じ参照番号にツー
ダッシュを付して示されている。第6図の実施例は、ハ
ウジング70″内の耐火粒状粒状支持媒体60″に接触
させて配設された1つ又はそれ以上の環状の膨満自在の
気嚢120″(図には1つだけが示されている)を用い
るという点で第4図の実施例とは異なる。この気嚢は、
反重力式注型操作中鋳型キャビティ36″が排気された
とき粒状支持媒体60″に圧力を及ぼし、粒状支持媒体
60″を薄肉シェル30″の周りに圧縮するためのもの
である。ハウジング70″は、その頂部に密封状態に取
付けられた透気性板75″と、板75″に結合された真
空カップ77″とから成る非可動頂部端壁74″を含
む。カップ77″内の真空チャンバー78″は、板7
5″の透気性部分75a″の上にあり、真空チャンバー
78″を真空ポンプ80″により導管82″を経て排気
するようになされている。Referring to FIG. 6, there is shown a casting apparatus 100 "according to yet another embodiment of the present invention. In FIG. 6, parts similar to those of FIG. 4 have the same reference numbers. It is shown with two dashes. The embodiment of Figure 6 includes one or more annular inflatable members disposed in contact with a refractory particulate support medium 60 "within a housing 70". It differs from the embodiment of FIG. 4 in that it uses a bladder 120 ″ (only one shown). This air bag is
For exerting pressure on the particulate support medium 60 "when the mold cavity 36" is evacuated during the antigravity casting operation to compress the granular support medium 60 "around the thin shell 30". The housing 70 "includes a non-movable top end wall 74" consisting of an air permeable plate 75 "hermetically mounted on its top and a vacuum cup 77" coupled to the plate 75 ". Within the cup 77". The vacuum chamber 78 ″ is a plate 7
Above the 5 "air permeable portion 75a", the vacuum chamber 78 "is evacuated by a vacuum pump 80" via conduit 82 ".
【0037】頂部端壁74″をハウジング70″に密封
状態に取付け、真空チャンバー76″,78″を排気し
た後、気嚢120″を圧縮空気のような適当なガス供給
源121″によって適当なガス供給パイプ122″を通
して加圧する。この気嚢120″の加圧(膨満)により
粒状支持媒体60″に圧力を及ぼし、先の実施例に関連
して述べたのと同様の態様で粒状支持媒体60″を薄肉
シェル30″の周りに圧縮し、それによってシェルを注
型応力に対抗して支持する。その他の点では、第6図の
実施例は、第4及び5図の実施例に関して述べたのと同
様に機能する。After the top end wall 74 "is hermetically attached to the housing 70" and the vacuum chambers 76 ", 78" have been evacuated, the bladder 120 "is replaced by a suitable gas source 121" such as compressed air. Pressurization is performed through the supply pipe 122 ". The pressure (expansion) of the air bag 120" exerts pressure on the granular support medium 60 ", and in the same manner as described in connection with the previous embodiment, the granular support medium 60". Is compressed around a thin shell 30 ", thereby supporting the shell against casting stress. In other respects, the embodiment of FIG. 6 is similar to that of the embodiment of FIGS. Works the same as.
【0038】[0038]
【発明の効果】叙上の説明から明らかなように、本発明
によれば、インベストメントシェル鋳型1基当り注型可
能な注型品の個数を相当に増大させることができる。
又、注型中、インベストメントシェル鋳型内の内部溶融
金属圧とシェル鋳型の周りの外部真空条件によってシェ
ル鋳型に課されれる応力を軽減する。注型中、注型応力
による鋳型への損傷を防止し、鋳型からの溶融金属の漏
出を防止する態様でインベストメントシェル鋳型を支持
することができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, the number of cast products that can be cast per investment shell mold can be considerably increased.
It also reduces the stresses placed on the shell mold during casting by the internal molten metal pressure in the investment shell mold and the external vacuum conditions around the shell mold. During casting, the investment shell mold can be supported in a manner that prevents damage to the mold due to casting stress and prevents leakage of molten metal from the mold.
【0039】以上、本発明を実施例に関連して説明した
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the structures and modes of the embodiments illustrated herein, and deviates from the spirit and scope of the present invention. It should be understood that various embodiments are possible and that various changes and modifications can be made.
【図1】第1図は、原型組立体の側面図である。FIG. 1 is a side view of a prototype assembly.
【図2】第2図は、粒状鋳型材で外装された後の原型組
立体の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the prototype assembly after being covered with a granular mold material.
【図3】第3図は、スチームオートクレーブ加熱によっ
て原型組立体が除去された後の薄肉シェル鋳型の断面図
である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the thin shell mold after the prototype assembly has been removed by steam autoclave heating.
【図4】第4図は、本発明による反重力式注型装置の断
面図であり、シェル鋳型が真空ハウジング内の剛性化さ
れた粒状支持媒体内に保持され、シェル鋳型への外部溶
融金属入口がその下の溶融金属プール内に浸漬されてい
るところを示す。FIG. 4 is a cross-sectional view of an anti-gravity casting apparatus according to the present invention, in which the shell mold is held in a rigidized granular support medium in a vacuum housing, with external molten metal to the shell mold. The inlet is shown submerged in the molten metal pool below.
【図5】第5図は、本発明の別の実施例による反重力式
注型装置の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of an antigravity casting device according to another embodiment of the present invention.
【図6】第6図は、本発明の更に別の実施例による反重
力式注型装置の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an anti-gravity casting device according to yet another embodiment of the present invention.
10:原型組立体 12:立上り通路形成部分 14:鋳型キャビティ形成部分 16:導入ゲート形成部分 22:耐火材層 30:透気性の薄肉シェル鋳型 36:鋳型キャビティ 37:立上り通路 38:導入ゲート 40:外装(インベストメント)原型組立体 60:粒状支持媒体 70:真空ハウジング 73:直立側壁 74:可動頂部端壁 75:透気性板 76:真空チャンバー 77:真空カップ 78:真空カップ 80:真空源(真空ポンプ) 90:鋳型充填管 100:注型装置 10: prototype assembly 12: rising passage forming part 14: mold cavity forming part 16: introduction gate forming part 22: refractory layer 30: air-permeable thin shell mold 36: mold cavity 37: rising passage 38: introduction gate 40: Exterior (investment) prototype assembly 60: Granular support medium 70: Vacuum housing 73: Upright side wall 74: Movable top end wall 75: Air-permeable plate 76: Vacuum chamber 77: Vacuum cup 78: Vacuum cup 80: Vacuum source (vacuum pump ) 90: Mold filling tube 100: Casting device
Claims (9)
って、 (a)注型すべき物品の消耗性の原型を、加熱されると
膨張する溶融可能な材料で形成し、 (b)0mmより厚く、約3.048mmを越えない肉
厚を有する薄肉耐火材シェルを形成するように制御され
た多層の粒状耐火鋳型材で前記原型を外装し、 (c)前記外装された原型を加熱して該原型を前記薄肉
耐火材シェルから除去し、それによって該シェル内に鋳
型キャビティを形成し、 (d)前記薄肉耐火材シェルの周りに耐火性粒状支持媒
体を配設し、前記鋳型キャビティをその下方に該粒状支
持媒体の外部に配置された下方溶融金属入口に連通さ
せ、 (e)前記鋳型キャビティを排気し、 (f)該鋳型キャビティを排気したままで、前記薄肉耐
火材シェルを注型応力に対抗して支持するために該シェ
ルの周りに前記粒状支持媒体を圧縮させるような圧力を
該粒状支持媒体に加え、 (g)前記薄肉耐火材シェルを前記粒状支持媒体に支持
させたままで、かつ、前記溶融金属入口をその下方に位
置する溶融金属源に連通させたままで、該溶融金属を前
記排気された鋳型キャビティ内へと上方へ反重力式に吸
い上げることから成る反重力式注型方法。1. A method of casting a molten metal in an antigravity manner, comprising: (a) forming a consumable prototype of an article to be cast with a meltable material that expands when heated; b) sheathing the prototype with a multilayered particulate refractory mold material controlled to form a thin wall refractory shell having a thickness greater than 0 mm and not exceeding about 3.048 mm , and (c) the sheathed prototype. To remove the prototype from the thin refractory shell, thereby forming a mold cavity within the shell, (d) disposing a refractory granular support medium around the thin refractory shell, the mold cavity is communicated with the lower molten metal inlet disposed external of the particulate support medium in its lower, to exhaust the (e) the mold cavity, while still exhaust the (f) the template cavity, the thin Use refractory shells against casting stress Pressure is applied to the granular support medium to compress the granular support medium around the shell to support and (g) the thin refractory shell remains supported on the granular support medium, and It said molten metal inlet to remain communicated with the molten metal source located thereunder, anti gravity casting method consisting in drawing up the molten metal in the counter-gravity upwardly into the exhaust by mold cavity.
原型の加熱は、スチームオートクレーブによって行うこ
とを特徴とする請求項1に記載の反重力式注型方法。2. The antigravity casting method according to claim 1, wherein the heating of the exterior mold in the step (c) is performed by a steam autoclave.
耐火材シェルを真空ハウジング内で耐火性粒状支持媒体
内に支持させ、該真空ハウジングを排気するとともに、
該真空ハウジングの可動壁を該真空ハウジング及び粒状
支持媒体に対して移動させて前記圧力を該粒状支持媒体
に加えることによって行うことを特徴とする請求項1に
記載の反重力式注型方法。3. The steps (e) and (f) comprise supporting the thin wall refractory shell in a refractory granular support medium in a vacuum housing, evacuating the vacuum housing, and
The anti-gravity casting method according to claim 1, wherein the movable wall of the vacuum housing is moved with respect to the vacuum housing and the granular support medium to apply the pressure to the granular support medium.
せ、該可動壁の内側面を、該可動壁の外側面に作用する
周囲圧に対して相対的な真空に露呈させることを特徴と
する請求項3に記載の反重力式注型方法。4. The outer surface of the movable wall is exposed to ambient pressure, and the inner surface of the movable wall acts on the outer surface of the movable wall.
The antigravity casting method according to claim 3 , wherein the vacuum is exposed to a vacuum relative to an ambient pressure .
耐火材シェルを真空ハウジング内で耐火性粒状支持媒体
内に支持させ、該真空ハウジングを排気するとともに、
前記真空ハウジング内の前記粒状支持媒体に接触させて
配置した気嚢を加圧して該粒状支持媒体を圧縮すること
によって行うことを特徴とする請求項1に記載の反重力
式注型方法5. The steps (e) and (f) comprise supporting the thin wall refractory shell in a refractory granular support medium in a vacuum housing, evacuating the vacuum housing, and
2. The antigravity casting method according to claim 1, wherein the pouch is placed in contact with the granular support medium in the vacuum housing by compressing the granular support medium.
って、 (a)真空チャンバーを有するハウシングと、 (b)該ハウジング内に配設された耐火性粒状支持媒体
と、 (c)該粒状支持媒体内に配設されており、0mmより
厚く、約3.048mmを越えない肉厚の鋳型壁によっ
て画定された鋳型キャビティを有する耐火性インベスト
メントシェルと、 (d)前記鋳型キャビティとその下方の溶融金属源を連
通するために前記粒状支持媒体の外部に配置された溶融
金属入口と、 (e)前記真空チャンバーを排気しそれによって前記鋳
型キャビティを排気するために該真空チャンバーに接続
された真空源と、 (f)前記鋳型キャビティを排気したままで、前記シェ
ルを注型応力に対抗して支持するために該シェルの周り
に前記粒状支持媒体を圧縮させるような圧力を該粒状支
持媒体に加えるために、前記真空チャンバーが排気され
たとき差圧に露呈されて前記ハウジング及び粒状支持媒
体に対して相対的に移動するように該ハウジングに設け
られた可動壁と、 (g)前記溶融金属を前記排気された鋳型キャビティ内
へと上方へ吸い上げるために、前記鋳型キャビティを排
気したままで、かつ、前記圧力を前記粒状支持媒体に加
えたままで、前記溶融金属入口を前記溶融金属源に連通
させるための管とから成る反重力式注型装置。6. An apparatus for casting a molten metal in a counter-gravity, and Housing having (a) a vacuum chamber, and (b) disposed within the housing fire resistance particulate support medium, (c ) are arranged in the particulate support within the medium, from 0mm
Thick, a refractory investment shell having a mold cavity defined by the wall thickness of the mold wall by no more than about 3.048mm, (d) said particulate support medium the mold cavity and the molten metal source thereunder to communicate a molten metal inlet disposed external of the connection to the vacuum chamber in order to exhaust the mold cavity thereby to exhaust (e) said vacuum chamber
The vacuum source that is, a pressure such as to compress the particulate support media about the shell to support it against (f) while still exhaust the mold cavity, the shell casting stress The vacuum chamber was evacuated to add to the granular support medium.
When exposed to the differential pressure, the housing and the granular support medium are exposed.
Provided on the housing so as to move relative to the body
A movable wall that is, (g) said to siphon upwardly and the molten metal to the exhaust by mold cavity, said mold cavity while still discharging <br/> gas, and said granular said pressure A tube for communicating the molten metal inlet with the source of molten metal while still being added to a support medium.
端壁から成り、該透気性端壁は、前記粒状支持媒体に接
触するための内側面と、その外側面の上方に位置する真
空カップを有し、該真空カップは、該透気性端壁を通し
て該ハウジングを排気することができ、該真空カップ
は、その外側面に周囲圧を受け、該ハウジングが排気さ
れたとき、該端壁を該ハウジングに対して移動させて前
記粒状支持媒体を押圧するようになされていることを特
徴とする請求項6に記載の反重力式注型装置。7. The movable wall comprises a gas permeable end wall of the housing, the gas permeable end wall having an inner surface for contacting the particulate support medium and a vacuum cup located above the outer surface thereof. has, vacuum cups may be exhaust to the housing through the transparent temper end wall, the vacuum cup is subjected to ambient pressure on the outside surface, when said housing is exhaust, said end The anti-gravity casting device according to claim 6 , wherein a wall is moved with respect to the housing to press the granular support medium.
性可撓端壁から成ることを特徴とする請求項6に記載の
反重力式注型装置。8. The anti-gravity casting device according to claim 6 , wherein the movable wall comprises an impermeable flexible end wall of the housing.
って、 (a)真空チャンバーを有するハウジングと、 (b)該チャンバー内に配設された弛い耐火性粒状支持
媒体と、 (c)該粒状支持媒体内に配設されており、0mmより
厚く、約3.048mmを越えない肉厚の鋳型壁によっ
て画定された鋳型キャビティを有する耐火性インベスト
メントシェルと、 (d)前記鋳型キャビティとその下方の溶融金属源を連
通するために前記粒状支持媒体の外部に配置された溶融
金属入口と、 (e)前記真空チャンバーを排気しそれによって前記鋳
型キャビティを排気するために該真空チャンバーに接続
された真空源と、 (f)前記チャンバーを排気したままで、前記シェルを
注型応力に対抗して支持するために該シェルの周りに前
記粒状支持媒体を圧縮させるような圧力を該粒状支持媒
体に加えるために、前記粒状支持媒体に接触するように
配設された加圧自在の気嚢と、 (g)前記溶融金属を前記排気された鋳型キャビティ内
へと上方へ吸い上げるために、前記チャンバーを排気し
たままで、かつ、前記圧力を前記粒状支持媒体に加えた
ままで、前記溶融金属入口を前記溶融金属源に連通させ
るための管とから成る反重力式注型装置。9. An apparatus for casting molten metal in an antigravity manner, comprising: (a) a housing having a vacuum chamber; (b) a loose refractory granular support medium disposed in the chamber. (C) It is arranged in the granular support medium, and from 0 mm
Thick, a refractory investment shell having a mold cavity defined by the wall thickness of the mold wall by no more than about 3.048mm, (d) said particulate support medium the mold cavity and the molten metal source thereunder to communicate a molten metal inlet disposed external of the connection to the vacuum chamber in order to exhaust the mold cavity thereby to exhaust (e) said vacuum chamber
A vacuum source, (f) while still exhaust the chamber, the particulate pressure such as to compress the particulate support media about the shell to support it against the shell casting stress To contact said particulate support medium for addition to the support medium
And disposed a pressurized free air sacs, (g) said molten metal to siphon upwardly into the exhaust by mold cavity, while still exhaust the chamber, and wherein said pressure granular A tube for communicating the molten metal inlet with the source of molten metal while still being added to a support medium.
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