1989年度（平成元年度） | 資料集 | 大分県産業科学技術センター

平成元年度 研究奉鼓告 大分県工業喜式験場

㈲ 消失模型鋳造法における形状精度等品質の

高度化に関する研究

機械部金属科 吉 浦 洋 之

清 高 稔 勝

ては−一般にポリスチレンの発泡材（EPS）を開い1）， 一部ポリメタクリル酸メチル（P九i MÅ）を用いた。 ニれ等の材料を伺いて一次発泡されたビーズを金型 内に充填し，適性温度と圧力で成形発泡を行い模型 を成形する。模型の塗型には，模型の燃焼消失時に 発生するガスの抜け易い通気性の良い塗型材である

こと，変形防止に対する強度をもたせるため，了‡ 其 の粉末またはシリカフラワ等を用いる。塗型の厚み

としては1∼2mmとし，乾燥は2日間の自然乾燥，及 び3げ⊃C∼400cで5時間の強制乾燥を行う。ついで模 型を三次元振動テブル上のフラスコ内へ配置L9 周囲に砂を充填した後加振度0．5∼1．3（i で加振す る。充填砂には，振動による充填性のよい砂の形状 が必要である。注湯は最大45〔加1‡ ‡gまでの範囲て 楓圧吸引して行うこ 鋳込まれた鋳物に対してその鋳 込み方 案が適切か否かを調査するために切断しヲ

内部の状態及び機械的性質等の検査を行い適性方案

を決定する。

3，実験方法 3．1 供試柑い遠足

表」は実験に用いる主な供試材について′ 」け。 模型に用いた発泡ビーズは直径0∴毒mn】0つビーズを ノ45倍に予備発泡LたEPS（一部＝円けMA）を使用し

J ㌧

／」．C

塗塑柑は試料NoA，B共コロイグルシリカにジル コンフラワを混針ノた当∧1二試J 〕もJ 〕，CからFまで は各メーれ与2J でシリかヾ−スニキミ体の塗型材である。

フラスコ中に充填する珪砂は，フリ山マント′ し5 号を使用し，鋳込み材料はAC7Å，BC6，FC25レ）二i 軽業自ヒした。化学成分等については表にホす適用て ある。

i ．はじめに

鋳物を製造する方法として，従来は生型及び焼型 等が中心であったが技術の進展に伴ってCO2砂 型，フラン樹脂型，金型等多種多様な方法が開発さ れている。しかし，いずれも木型又は金型等を模型 に用いて，上型，F型に分割し，空洞の鋳型を製作 する点ではなんら変更点がみられない。しかしより 高度な鋳物を製造するためには，革新的な技術が必 要となってくる。

今回取り組む鋳造法は従来のフルモールド法と真 空鋳造法（Ⅴプロセス）を併せたようなプロセスで9 模型を非粘結砂中に埋設後9鋳枠内を減圧して鋳込 む方法である。そのため9 鋳バリの発生がなく，中 子も不要で，その上寸法精度も高く，作業ヒ特殊な 技能を要しない等多くの利点がある。

しかしこの方法も解決しなければならない問題ノ「そ、ミ としてぅ 模型消失時に発生するガス対策，薄肉模型 の変形対策，厚内部模型の発泡ビーズ熟成対策，ガ ス圧による湯垣川不良対策，及び模型成形層金型経 費〟〕低減等が挙げられる。そこで本研究では，実際 に即した形状6種類の模型を用いて，鋳込実験や三 次元シミュレーションによる凝固解斬を行い9 鋳込

ん「案9 塗型の通気性9 砂の充填性及び減圧度等最適 条件を求め，歩留を向上させ，付加価値を高めるた めに9 品質の高牒化に向けて調査研究を行った。

2∴適性条件の選定

本鋳造法は模型を充填するフラスコ（￠60（）X6（川 H）中に非粘結砂を用いて振動を与え9 模型周囲の 隅々まで砂を充填させたのち，フイルムで砂上部を 覆い減圧し一J つ鋳込む方法である。

平成元年度 研究報告 大分県工業焉式験喝

表且 供試材の選定

名 称 一

E f ）

ーノ一皿品劇一山」」一肌Ⅳ】仙川… 州

1

S発砲ステロー′ レを主成分とし、非鉄金属及び鋳鉄伺に便牒 発砲ビ⊥ズトー冊−」肌−肌腔… −∧W−− 作〟ⅧⅣ劇冊伊￣W…”’〉′】劇冊m冊、▼【M¶¶

L PX′ ‡㍉互∠ゝ糾メタク川酸けルを主成分とし、主に鋳鋼、ス丁ルス鋼等低炭素系に使用

ノW、−〉【慣｝〈【W【 肌 Ⅵ椚【山一一 一】仙仙皿W… W−

A

Bc

1

塗型柑

ヵシ ジルコ叶 ライ匪

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（旧C割げルミ用二）

【＋ん ∨ WWm〉。，〉WJ “んMW〝椚 【 ▼ 【」 L“∧∨㌦

化 学 成 分 特 性

1

mes l l 拉度分布

2

28354870＝0ロs i O

充填用珪砂

（フリーマント

ル5号、、 9

人

川3228い」 5

以 那ト35く15下 下

⊥一」∴トし」品品仙〟肌理m

ヤヤー

青 銅 鏡 物 ねずみ鋳鉄品 4 種 1⊥十

」 ん 一 W ⊥

アルミニウム合金鋳物

7種A、、J I Sトほ2i l ）

BCI n6 ⅧSH

22日3

「∵T

C us n 弓 Zn 吊us ＝ C Si、Mn S 化学成分

Si ぎC u F eAl

㌫丁；∵∴㌻音声二：重工三互巨至 L r ム W冊椚 一

、冊ぅ 減圧装置，塗型乾燥装置からなっている。測定 ：芳一 2 実験装置

本実験に使用した装眉宣概要をし対1に示す。本裳 装置とLてはゃ 二次元凝固シミュレーションシステ 置は予備発泡したE‡ ）Sピー¶ ズを，成形発泡するす ムぅ 低圧ダイヤルノギス，画像解析装置，金属顕徴 血トクレープ装置と模型を−プラスニγf l に埋設しヲ 砂 鏡なごを用いた。なお模型び〕成子千手には9 6種類の金 キ充填する二次元振動テ血ブルぅ 蒸気発生27ヨボイラ 型を伺いた。

蒸夕拍カケ㌧一シ

一トクL／−プ

振動テーⅦ・プル制御盤

＼

二次ノこ振動テ〉 プル

（X、1′エ振動）

L射ヒ吸引1

符却用バルブ

平成元年度 研究報告 大分県コニ業試験場

3．5 各憧模型出寸法測定位置と鋳込方案

1完了4息各種模型の形状と寸法測意位置について示 うh。宣くb型はJ I Sで用いられる引張討灘持J 〕形状を 朴1た。 T型及びS型はパイプの直径，向原ヶ 幅9 高さ9 捻れ等レJ 寸法精度9 及び砂充填性等を測定し た。また階段型では，各段（5段）の良さ？隔，厚

き等の形状測私 熱電対を相いた冷却曲線，及機才戒 的強匿9 凝固解析等多方面シ）測定を行った。A型及 びB型は長さ号 幅9 厚さ等の封測を行った。鋳込方 案では9薄肉型にはKb型，T型ラS型レつ落し込み方 案を採用Lた。階段型，A型及びB型では，→部落

し込み，一部押し上げ方案を採用した。また堰の方 案についてふ∴軌］：湯近：堰レ〕比が一般的に用い

られる］∴イ．9：0．8を綴開した。尚肉厚型の試験片 では，ガスの発生が多く欠陥の発生が予測されるこ とから，特に方案への検討を重ノ真自引こ行一）た。 3、ニ三 宿湯温度測定方法

鋳造時明潜機温度の測定には階段塑試験片を用い 平面状にセ＼ソトしてゥ 宰肉側から各段中央部ジ：）側面

に探さ約i Omnl のところに熟電対を挿入L，糞庵量子 ロール模型中に注入された溶湯から凝固完アまで宜 温度を4ノゝ与、指示計のインテリジェントレ コーダて記

録した。測定プブ法及び装置について図2に示す。な

お鋳造方案は押上二を採用した。

こミ．4 試験片の試料採取方法

図3に示すように各段毎に切漸し，肉厚に応じた 引張試験片（J I SZ2202（AC7Aヲ BC6）4号9（FC25）

8号），ブリネル硬度及び顕微鏡撮影用試片を採取し た。またKb型試験片の引張試験用丸棒からも顕微 鏡用試料を採取した。

パソコン インテリジェントレコーダー

フラスコ

（柵≠×600王i ）

図2 溶湯≦温度測定方法及び装置

平成元年度 研究睾経営 大分県コニ楽誠奏喝

㈲

f

8

3

型験

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T型パイプ

（砂詰測定）

之王 d f

200× 50※ i OO

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⊥し 」 一⊥

S型パイプ

（抄詰測定）

汁； a c f U

15ニi X5〔きXユ20

「’

A却

（ガス発生用）

∴ ∴

25n xユ25※ ＝）〔）

首型

け、ス発当三相）

こミ g f

5〔）X125〉く！（

平成元年度 研究率匡告 ；転分県コニ葉書式瑳藻場

3．6 三次元疑団酪軒カブコ血チャwト

図5は三次元の凝固解析システムし〕フこノーに一」し

て示す2J 。解析ソr 7トウェアはSOLl ）ÅEXい輔

小松製作所）を鞘いた。入力バラメ夕は鋳物試験 片（階段型を使哨する）レ雄雄」材料の岩雄勤惰（ÅC Å9BC69FC25）ヲ初期条件∴簸び境界条件等である。

これらの入力∵より固帽章9 温医勾配ヲ 各村相薫風 達時間Cり算出等，温度計貴から各自由流動領域J ）最 小ノ＼ツド要素群J 〕算出をへて引け巣打発生状況及び 冷却曲線等をプリントアウトする構成となノ〕てい る。

なお，牛捌生備として熱伝導奉（C；i レ〔こI n2①Sぺ○ に はÅC7A：0．25，BC6：0．18，FC25：（〕．（）7，二役び熱 伝達係数（cai ノ′ ′ cm2⑳S￠ウC）にはAC7A：（川1，BC6： 0，01フ FC25ニ（＝〕1をそれぞれ用いて凝固計算を行 った。

4．実験結果及び考察 4＿1 各種模塑肋成形条件

表2は各種模型明成形条件を示Lたもレ〕であるし kb型ほぅ蒸気圧力1，2kg′ ′ 王m2讐オートクレーブ内温 度130eCで，目的湿度に達してからの保持時間は55 秒，保持時の最低温度110〇C，金型ジ）冷却温度は購℃ 以下で更に，釜外放冷暗問は5分以上に設定すれば 最適条件であることが確認された。）

T型，及びS型のパイプは肉厚が5mmと一定である ため，比較的成形が容易である。蒸気圧カユ．1i （g′ ／血Z9 オートクレーブ内温度1200Cで，口約温度に達してか

、

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、、■

材料血物暦学㌦夕 − ・−＿、．一㌔

、、→−

企

図5 3次元凝固解析システムのフロm

表2 手動による各種模型の成形条件 ㌻

保持時間保持時の 釜外紙冶 時間し分

平成元年度 研究報告：大分県工業試験場

ふけ保持時愕吊誹揉㌔保持時ゾ）最低温度11げC，金型 直冷却温度はへまげC以卜で更に，釜外放冷暗問は：う ∼5分以1ニニニ設定すれば最適条件であることが確認

∴：

階段型，A塑」臼選でほ巨利享か一定でなく，均一

プ内

′ 封弦形発泡は屡難である。そこでオ」トクし血

亡配管した金型内のビーズ申に含まれる空気を減圧 吸引後，蒸気圧力をL3kg′ ′ ／cmz ，オートクレープ内温 慢を130蔦Cとしラ保持時間を薄物模型の倍の時間に設 定一三j る。さらに放冷暗問もi （トノ20分間に設定すれば

学内部内ビーズシ〕融宕む十分であることが確認され た。従って肉厚0〕異なる形状では9 岩内を減圧にし た後，ゆっくりと昇温することにより厚肉郡内の E王）Sビズが完全に融着し9最適条件を求めること ができた。

Lま．2 塗型の通気度

4．2．1 テストピhスによる塗型の通気度図 6は，婆型厚と通気度の相関を求めたものである3）。 塗型の平易両者量は1．如nl であり，通気度の平均ほ 45，8である。主成分はシリカ系及びジルコン系であ る。塗型試料は当工試製の2種類及び市販品の3種 現 計5種類について調査した。 当工試製の2種額 は CO2砂型へ塗型材を付着後乾燥させると剥がれ が発生したが，粗拉のムライトを塗塾村が乾燥する 前に付着することにより，剥がれを防止することが できた。この理由として，コロイダルシリカ及びジ ルコンフラワは，微粒子で粘性が少ないために付着 量も比較的少な∴ しかも乾燥が早い等の理由によ

るものと考えレちれる。従って塗型膜に粗粒子が付着 することによって亨 収縮が防止うれ，塗型の剥がれ

を防止することができたと考え▲ ちれる。

塗型厚に対する通気度の「莱… 係では，A及び壬ミグノレ ーフしに大別され，Aブル」〉7ではジルコン系が主成 分であり，塗型の厚みが増すに従って通気度も低卜 する傾向を示している。シリカ系の員グループでは 低† 、▲ 〇〕度合が少′ ない。こj Lは粒子の粗さに起因する もしノこ）であると考えられる。また塗型材の評価として9 鋳込実験を行い表面の状態を観察した結果，当−1二試 製の試料は市販品と大差なく，焼付による現象もあ

宝り見られなかった′ 。

4．2▲ 2 二各種形状の模型に対する塗型厚

国7は，6種類の模型の表面積に対する塗型の付 着凱二ついて示す。表面積が大きくなる程，塗型村 付着量の増加割合は小さくなっている。各形状の模 型に塗型を施し，AC7J も，BC6，FC25相当をそれぞ れ鋳込んだ結私 フラットな部分又は曲面を有する 部分には異状を認めなかったが，湯口底，角ばった 部分等は若一巨味付の状態が昆られた。しかL，全体 的にはばぼ艮好な製品しり出来ばえであることから 塗型材の粘性を高め，付着量を厚くすれば防げるも のと考えられる。

CO2砂型によるテストピースヘけ塗型材の付着実 験では，1「舶夏潰でも1m以ヒ塗型材が付着したの

に，模型では半分以下であった。ニのことはCO2砂 型によるテストピース に比較してEPS模型は表 面が滑らかであ り讐 模型成形時又は模型組立時にお

いて油等の付着によって 塗型材が付着しにく くな り，CO2砂敷こ対して塗型材の付着が少ないものと 考えられる。また本実験で 鋳込んだ鋳物製品の重 蔓は9穀も軽いノもC7AのT型パイプで0．78kgき最も

︵ひ︶蠣㈱

e

副爛

S5 川5 125

表面積（mポ）

】 2 3

塗型厚（mm）

45 65

平成元年度 研究拳茫告 大分鼎二こ楽誕ほ奏場

重いBC6のA型で24。1短であった。

4．3 振動パターン及び9 鋳込条件

振動パターンの適性値はフラスコの形状，充填砂 の種類，模型の形状等によって異なるが最も大きな 要因は模型の形状によるものである4〉。

従ってT型パイプ，S型パイプの配置の仕方及び 方案により砂の充填性が異なる。特にS型パイプは フラットな状態に配置し，振動を掛けても鋳込み後 の製品では，型落ちの状態がみられた。そこで，で きるだけ砂の入り易い状態に立てて，自然に砂が流 入するような方案に変更した結果，いずれの材質に ついても型落ち，砂食いの状態はみられなくなった。

その他の形状ではフラットな面を底面に配置した 場合におけるZ軸の振動は控えめの方がよく，強す ぎると模型が踊る状態となり，かえって砂詰まりの 悪い状態が発生した。

本実験に用いた形状では，振動，振幅等はⅩ軸を 強くすればY軸は弱めにするなど，Ⅹ軸とY軸との 組合せによる要因が大きく，加速度は0．5Gから 1．3Gの間に設定すればヲほぼ良好な状態を得ること が判明した。またAC7Aでは，ユ00川mHg以下に減

圧することにより好結果が得られた。BC6及び FC25は比重が高く溶解温度も高いことから35∩∼ 450mmHgに設定し，鋳込温度も若干高めに鋳込み良 好な製品を得ることが出来た。

4．4 溶湯温度測定と凝観解析

図8には9 階段型試験片を用いて溶湯の冷却曲線 及び三次元シミュレ」ションによる冷却曲線（ÅC7 A，BC6，FC25）を対比して示す㌔測定点恥6は肉 厚6（）mm，軋4は肉厚48mmラ No3は肉厚3鮎勒祉2は 24汀I mである。

①せはAC7Aについての結果であり，実測値①で は測定点N（ユ69 4，3まではあまり大差なく同じ傾 向で冷却しているが9 鋳込み600秒後測定ノ「たくNo．2は

No6に比較して2〔群C近く低くなっている。またシミ

ュレーションによる結果②でも同様にNo2が他の 冷却曲線に比較して速く冷却されており，実測値と 同様に6nO秒経では9150Dc近い差とな∵ている。し かし600秒以後になると，実測値に比較してシミュレ 」ションでは各温度が高い傾向にある。

③④はBC6についての結果であり9実測値③の 恥6及びNo．2における6nO秒後の開きは70∼800Cで ありウ シミュレ血ション④と一致している。しかし 6㈲秒以後の実測値では各曲線の開きはほとんどな いのに対しウ シミュレ¶ ションでは大きく開く傾向 にある。

⑤⑥はFC25についての結果であり写 実測値⑤ほ ①のAC7Aと同様な傾向となっており，ほぼ直線的

に冷却し，鋳込み後約2000秒では，肉厚差による冷 却の澄も小さくなっている。一山方，シミュレ」ショ

ン⑥では450秒付近まで各測定点とも同様な傾向で 冷却しているが，それ以後の狐）2は急激に冷却して いる。No．3は700秒付近からNo2と同様な傾向で冷却 している。また恥4及び6は，1700秒付近まで温度 降下が少なく1200Cへ／1140Cを保ら，それ以後にな ると徐々に温度降下を始める。【一般に溶融金属の冷 即曲線は凝固に伴う熱の放出のため，温度勾配がフ ラットになるが実測値ではぅ 明確な傾向が現れてい ない。この理由として9 実測値の測定位置が表面層 に近いために，減圧吸引時の空気流により冷却が早 くなるためと思われる。一方シミュレーションでは 生型鋳造法のため，冷却が遅く厚内ほど温度差が大

きくなる傾向にある。従って生砂型を囲いた空洞鋳 型でぴ〕シミュレmションに対しての実測値は，消失 模型鋳造法であることが最も大きな相違となってい

るものと考えられる。今後9 消失模型鋳造法におけ る実測値と解析結果と，かい離に関して温度測定位 置による影響や，鋳造法による相違等詳細に検討す る必要がある。

4．5 階段型試験片による各材質の機髄的性質及 び金属組織

図9にはヲ階段型試腰骨宣各段毎に切断しJ 三Sに よる肉厚志応じた形状から試験片を採執して，引張 試験を行った結果である。試験片採職位置番号と肉 厚ヒの対応はそれぞれNo．i ：6りmnl ，No2：48mi n9恥：う： 36i れm，恥4：24mr nNo5 三12mmである。ノゝC7Aでは，肉

厚60m（161くgf ′ ′ ′ m和2）と肉厚12nl m（19i くgf ′ ノ′ ′ mm2）の肉摩

による引張強度の差は2㌦′ 3重くgf ′ mm2の開きしかない C肌二対しぅ‡∃C（i ではi 9i （gf ′ ′ ′ mm2∼27kgf ′ ／′ 扉の開きとな

平成元年度 研究報告 大分県工業喜式験場

ハ

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︵り

0

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7 4 1 1 Q U 5

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U

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b ／ D 5 ︵ U C ︶

当惑

0 600 1200 1800 2400 3000 3600 42（和

時＋㈹（秒）

（DAC7Aの実測備による冷却曲線 ∩．∩榊 3∠i 80 696，0 1〔粗4． 1392． 1748・

時 間（秒）

（∋AC7Aのシュミンーションによる冷却曲線

︷≡×

︵

U

し

肌ココ㌍

0 600 1200 1800 2400 30（氾 3600 時 間（秒）

①BC6の実測値による冷却曲線

0，朕）0 446．8 892．O i 338． 17帆 2230二 時 間（砂）

∈）BC6 のシュミレションによる冷却曲線

■ ▼ 1 1 1 ︵ U

ハ

U O O ︻≡× ︵ U O ︶

璽建

0．（抽） 446．S 892．0 1338． ユ7掴 2230． 時 間（秒）

①FC25のシュミレションによる冷却曲線 O r 6∝） 12（カ 1800 24（氾 3000 鎚00

時 間（秒） G）FC25の実測値による冷却曲線

図8 段階型試験片の熟電対による実測値とシミュレ脚ションによる冷却曲線の関係

ではHB（10′

′

ノ′

3（）（）0）肉厚6（〕1m

nl で，HB190であるぴ）に

対し肉厚12れ1mではHB240となる。従ってFC25で 甘，引張強さと推さについて相関が認められる。

図11に示す伸びと肉厚ヒ〟瀾係では，AC7Aは肉 厚が小さくなっても・その差は少なく，10％前後であ

り， J I Sによる雫洞鋳物と比較した場合，若二† 二卜［司 一）ている。一一方BC6は肉厚ン）減少に応∵て伸びが上

45 l （gf ／血」30kgf ／／／′ ［1m2である。またJ I Sによる引張

強度と比較した場合，BC6，I γC25はばぼ同値であっ たがAC7Aは／どJ 二千下回る結果と／なったため，今後‘ プ） 解明としたし㌔

図10：まプリネル晒さ圭I Bり0′ ′ 5（）（））を示LたもLリで ある。八C7J l ，BC締百材質とも厚肉部，薄内部共晒さ

平成元年度 研究報告 大分県工業書式鞍場

写真2では，Kb型試験片製品部分（郎5：く25伽扉 の端から20mmのところを切断した断面の金属線職写 真である。①9gでは，減址（鋳込時“ 300mmHg）し たフラスコ中に塗型を施した試験片と無塗型の試験 片を軒一条件で鋳込んだ試料から採取した端面と中 心部分の組織である。③，④では9 減圧せずに鋳造

した試料から採取したものである。

試料番号

︵学き＼−雷

︶

響懲悪蒜

1 2 3 4 5

段階型試験片採取位置 図9 肉厚差による各材質の引張強度

0

0

紺繍

4

0

2

0

0

0

紺

0

2

1

−

1

1

1

−

1

1

︵

s

讐・︶

健撃

1 2 3 4

階段型試験片採取位置 図10 肉厚差による各材質の硬度

□AC7A ＋BC6

口

ーJ

1 2 3

段階型試験片採取位置

図且1肉厚差による各材質の伸び

昇L，30％前後となっており，従って肉厚が小さく なるほど冷却が速く9 組織が緻密となって上界Lて いるものと考えられる。

写真1はF（二25について各肉厚の金属組織を示し たものであり，肉厚が6（）mから361mmまでJ ）綿織は， A型又はC型黒鉛の形状である〔ノ＝こ対し，2加I mから ユ2mmまでの肉厚になるとD型及びE型黒鉛となり， 冷却〔現車さ及び消失模型儲違法の特性か在∴指向性

凝固となっている。

平成元年度 研究報告：大分県工業書式験場

③

燕減圧

︰望型

ト腔トー

耳

撃滅圧

申無塗型

200′ Um

平成元年度 研究草炭告 大分県工業喜式験場

状の混在した亜共晶組織で樹枝晶問偏析の辛ト）た指 専任とな一〕ていむ∴従ってヲ 減「王鋳造ては減じ（二よ る冷却が促進さj L拡散瑞象によってフェライト中に パーライトが混在Lたものと考えらゴLる。

更に，模型消失に発生するガスによる要因もある と考えられるJ 〕で今後の研究て潮哩にていきたい

4．6 ネオ貫による寸法精度 4．6．1模型に対する製品力収凝滞

図12は，Kl 〕型から鴇型までの6種類につし1て各 測定ノ［！．−二における材質毎の収縮率詔比感を′ 」ミL7二むジ）

である。

Kb型では，各測定点跡収縮率烏〔．5へノ2．0㌔であ り，測定∴‡f では収縮が0に近いブ〕；ま6！nm堰が押湯部 減正による端滴と無減圧による端雄i とLリ比較か

レ〕9 減ムヨミでは組織が微細化Lフェライト￠ノ、−ライ トが塊状に温在しているb）。塗型痕亨ではご、く僅かハ 、椚ライトが壁面に添って層をなし粒状であるジ〕に封 し，無減圧では，組織が粗大化しフェライト。ノ† 血 ライトJ 〕暦がはっきり分離し壁面にほハーライトは

全ぺ確認されていなし〕。ニれは凝固後の冷却が遅い ために自己焼鈍されることから，表面層が脱炭され たもレりと思われる。またH＼′ γ硬さ（試験荷重H晩射 ではフェライト部217（端面），パーライト部27（）（L‡］ 心）であった。重たラ フェライト層から州別では9 大部分パーライト層となっている。

一方中央部分の組織では，減圧。無減圧の差はあ まりな㍉．いずれもD型またはE型黒鉛の粒状，柱

ハ

U

5

ハ

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︵㌔︶

訃蒙望

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J

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掛墓室

b c d e ぎ g

測 定 簡／所

b c d e f

測 定 筒 所 製品材質 扮AC7A打B⊂6 巨ヨF〔25

平成元年度 研究報告 大分県工業書式験場

複稚な形状又は薄物，パイプ額では取り扱い方が重 要となってくる。

′ 4．6．2 肉厚と収縮の関係

躍J i 3は階段塑における模型と鋳造品素材Cケ、j 法変 化を比較した図である。

① はFC25について長さ方向（水平方向）の収縮 率を検討した結果である。収縮率 は

50、Ⅲ0，150，200，250mmに対しそれぞれ 1．18，1．i 7，1，14，1．12，1。10％である。従って肉 厚50mmから肉厚250mm間で変化する収縮率は

t ）＿07％の範囲であった。

② は厚さ方向（垂直）から収縮率を検討した結 果である。収縮率は肉厚12，24，36，48，60mmに対

してそれぞ妻Ll ．65，1．7，1．55，i ．35，1．2％となつ

ており直線的に収縮率は減少している。長さ方 向（水平方向）に対して厚み方向（垂直方向） の方が収縮率は大きい傾向にある。材質FC25

に対する一般的な伸び尺は7／／／／1（州ト10／／／1000 とさかているが9 本実験では収縮率が若干大き

くなっている。二の理由として消失模型鋳造法

ではヤE‡j S模型が潜湯と接触した際に生ずるガ スし）巻き込み，婆型表面層へしけガスの残留う 砂 充填時における模型び）変形等が要因として考え

られるくつ しかし鋳物び〕寸法許容薫から検討した

場合ヲJ 壬き方向によるJ ‡Sc小才儀許容差でミまぅ 特級の範「矧句に入っている（実測値では2，8m汀i 以 下である）。またヲ 厚み方向でも同様に3mn】以下

となっ〉r いるニヒから才互Sを卜回っているた ふ′ 〕予 寸法凝椙巨）高い鋳物せ播保することができ

声，

と製品部に挟まれ，いずれからも収縮に対して影響 を及ぼさない結果になったものと考えられる。T型 パイプでは，各測定ノ【鋸〕収縮率は0より1．5％の間で ばらついている。測定点b及びcでは，半割模型を 接合Lてしユるため9 若▼干型ずれが生じてお守㍉ その 形状でフラスコ内へ埋設し，振動を掛けているため

に何らかの力が加わって変形を起こしているものと 考えられる。

またS型パイプの各測定ノ已烹J 川又細事は0．7より 2．4％の間でばらついている。S型もT型と同様にパ

イプ型であることから学割模型を接合しているた め，型ずれの発生している箇所があった。従／」て金 型かレ1模型へレ〕転写ウ 模型から鋳物製品へ転写きj L

る時に作業」二び〕ミス等が重なり材質の収縮だけでな く，他J 〕要〔射二よって，寸法精度に影響を及ぼした もぴ〕と思わカLる。

階段型では9 0。5から1．5％の問でばらつき，A聖 では9 0．8カ1ら2．0％，B型では0牒から2．2！さム間でば

ド1ついている。二れ等揖ばらつきは長さ及び厚さが 定比率で；主ないために9 収縮率が大きく変動して いる。Lかい車内形状ジ）模型に対する鋳物J ）収縮率 では，長さ畑二対する影響は各村質とむ，形状が長

くなるミまど収縮率は小さくなるイ墳巨如こある。こびノ）二

とから書評里妙に対して厚二何型の方が収縮率が小さく

なる折は∴与二真1しり組織写真がニホすように厚内部で ん型またはC型っ 薄瀬部で汀型またはE埋圧′ なって いることからち 毒紺那寺における冷却速度シ〕違いでゴ＝）

従ってホ広精度を確保するには∴配当棒漕持場ぃ かく変形し窺いためぅ 成形う 接着9 塗型9 乾燥う 造

て責撞二〉卜ヾてレ′ 〕ト樫ミニi 手三貴をはレ1ノう必要がある「特に

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平成元年度 研究報告 大分県工業喜式験場

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j 二さj Lノん二形状：二／宮〕て。耐象処理業置を用いて

解析した二結果が「しノ）ヒストグラムである。融右不貞 完全融着に比較

を虹二Lノたど山ズかごルr ）転′

′

J でミ土，

して形状は丸蕎があり，更に番圭 ズ再平均面積て

i （）ワも少なく，各ヒ∵ズ面積もばらついている。又空

洞部分烏全面積の抗109ムを占めており9 一語雄1肌ヒ

な〉J た。従′

′

J て完全なる成形許泡に且 蒸気圧と保

持愕軌 冷却温堅，釜外放冷時間等適性条件を把拉

する必要がある＝ 4．7 鋳物末酢二転写さわ∴上こ模型しプ）影響

図14は，EI ）S院生か章好一′ j ：さ′ さLた階段型試験片しり 厚内部（6（トニう（うm）と薄肉部（二24∼ユ2】れm）について鋳肌

J 州こ態を示すし）‡

二Ⅰ）Sビ山ズを金型「卜＼充填L，成形

発泡する場合，成形発泡が充分でないと融着不良を

起二しノて模型レつ強度に影響を及ぼすと共：二，ビーズ 問に空隙が生t 二表面が9 凹凸のまま鋳物表面に転写

される。従って製品の出来烏えにも影響し，寸法精

度にも影響を及ぼす。

﹁

L

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2．63 1．3（）

面 積 Å（王Ⅵnl 之）

2・6mm

完全融着からの転写 面 積 A（mnf ）

融着不良からの転写

図14 EPS模型から転写された鋳鉄の鋳肌（写真から転写）

（2）塗塾し′ 〕通気度と模型へ刷寸着量

耳㌻ CO2砂型に付着した塗型厚は平均1．4Ⅰ了I nl で通 気度は45．8であり，塗型の厚みが増すに遅れて 通気度ほ低下し，2m汀1以トごは2（）以下ヒなるて′ （苫｝ 模型へJ 二〉付着量は各形状平均でこi （ト41mnl てあ

り、表面積10（〕では乾燥塗型畳屋二は∠15gであ一つ

ト．

ノ」C

5．ま と め （1）模型の成形条件

こ三）厚内物への蒸気圧は，1．2∼1．3kg′ ′ ′ cm2とし，薄 肉物は1．0へ／1．1kg′ ′ ′ ′ cl †l j が適当であり，保持時間

と昇温時間についてはともに淳肉顆山瀬トノ100 秒，薄肉勒では50∼60秒が適当であるr J 芝）厚内物では減圧にしてビーズ内の空気を追い

出してから加圧すると効果がある。

平成元年度 研究報告 ：た分県工業喜式験場

② 形状別による材質の収縮は0から2％の間でば らつきが発生した。その原因は模型の貼合せ及 び砂充填時に発生する変形である。

宣 内厚に対する各材質の収縮では，長さ方向が 肉厚方向より頗廉澤最低い。

し7）鋳肌表面に転写された模型の影響 融着不良を起こした模型からの転写では， ① 完全融着と比較して形状は丸みがある。 ② 各ビーズがl 三均面積で川％少なく各粒型もば

らついている。

③ 空洞部分は全面積の約10％を占めている。 肉厚差の大きい形状の成形発泡は，蒸気圧と 保持時間，冷却時間等適性条件を把握すること により，問題も解決出来た。

おわりに，本研究は平成元年度技術開発研究費補 助事業として実施したもので実施するにあたり，ご 協九 ご指導いただきました工業技術院名古鼠ニュニ業 技術試験所金属部鋳造技術課坂口康司主任研究官を はじめ，中小企業庁，九州通商産業局ならびに共同 研究機関である京都府中小企業総合センタ仰の方々

に深く感謝の意を表します。

参考文献

1）坂E二1：鋳物 59（1987），699，705 2）小松ソフトウェア∵鋳鉄の3次元解析による鋳 造方案凋1賢の検討に関するセミナ劇】テキスト62，47 3）山本，龍本，三宅，岡田二鋳物59（1987）12，730 4）杉浦，太田，水野：鋳物59（1987）12，696 5）河／合イ寸川，藤川：昭和63年度技術開発研究費補 助事業講習会用テキスト

6）山崎，松井：肉厚鋳物の表面フユ−ライト析出量 に及ぼす各種因子び〕影響

7）吉浦二昭和鑓年度大分県」二葉試験場研究幸路子ニう4 r 3）砂明充填及び儀込方案

耳ノ 振動バタ血ンは模型の形状によって異なり異 形管等のパイプ状ではⅩ，Y，Z各軸の振動の組 合せを必要とし，簡単な形状ではⅩ軸と17軸レり 組合せで効果が現われる。

②減圧度は，AC7Aでは80∼100nl m王i g以「に することで良品が得られた。またBC69FC25の 厚内部では〟300nl mHg以上で鋳込んだ方が効果 がある。

③方案は，薄剛勿は落し込みとし，厚内物は押 し上げ音素により良好な結果が得られた。

（4）溶湯温度と凝固解析

昔実測による冷却曲線は，HC6を除く肉厚36mm 以上における差は小さいが24mmの肉厚では差 が大きくなっている。平均的には緩やかな冷却 である。

② シミュレ】ションの冷却曲線では，各肉厚ご とに大きな開きを生じていることから，空洞鋳 型に対する差となった。

（5）機械的強度及び金属顕微鏡組織

む 各材質とも肉厚形状が薄くなるほど冷却速度 が甲小ため，強度は上昇し伸びも同様な傾向を 示すが硬さでは，FC25を除いてAC7A及び

BC6では変化が少なかった。

笠FC25の階段型による各肉厚部の組織は，60mm ∼36mmまでは変化♂〕少ないA型及びC型黒鉛で あるのに対し，24mm以下ではD型及びE型黒鉛

で組織が緻密である。

3二〉 減日㍉り有無，塗型明有無に対する端面の組織 は，フェライトの厚みは減圧の方が大きくパー ライトが混在し，緻密なのに対して無減圧では フェライト及びパ、▲、▼ライト層がはっきり分離 し，粗大化されたフェライト層である。

④ 減圧，無減圧に関わらず中心部はあまり吾が なく，D型及びE型の指向性凝固組織となった。

（6）寸法精度

①1、乳 S型等パイプ状の模型は半割を接着す