脚般研究
消失模型鋳造法における複雑形状鋳物の製造技術に関する研究
機械部 吉 浦 洋 之
鋳造方案には充分なる検討が必要である。
図3は、AC4A、M
C、BC6について鋳込み後の寸
法精度を検討するため、発泡模型及び製［指の上型に
ついて寸法を測定した。
図4は、上、下合わせ型の2ケ込めによる箱型発
泡模型の鋳造方案を示す。上型、下型を接着剤で貼
合わせた後押⊥による力▲ 案図である。）厚内側及び薄
肉側から同時鋳込みによって製品の良否を観察し
た。
（3）実験装置及び供試材
表1は、実験に用いた装置を示す。模型成型装置
は一次発泡したビーズを成型発泡する装置であるた
め、ポイラ」及びオ」−トクレ」−ブを必要とする。■更
に模型の表面には焼付け防止、さし込み防止等の目
的で塗型を施し、乾燥する装置を必要とする。また、
模型の充填には、フラスコ、真空ポンプ、三次元振
動テーブル等によって砂を充填する。材料の溶解に
は、高周波溶解炉を用い、模型及び製品の寸法測定
には定圧ダイヤルノギス等を用いた。 1 はじめに
永い歴史をもつ鋳造法も木型、金型及び現物を模
型に用いて山砂又は、珪砂に粘結材を添加し、鋳枠
中でつき固め、卜型、下型に分割後模型を取り除き
空洞にしたのち溶湯を注入して製造する方法につい
て基本的には現在でも変化はない。
今回取り組む鋳造法は発泡スチロールの模型を砂
中に埋設し、枠内を減圧したのち注湯する方法であ
るため、従来の方法に比較して全く異なった方法で
あり、中子の不要、鋳バリの発生が少なく、高精度
な上に機械的強度が高く、省力化、省エネルギし】川−、
クリーン化等の優れた特徴がある。そのため、最近
ではこの鋳造法についての研究が進み実用化されつ
つある。
そこで昨年に引続き本研究では、実用に即した中
子を必要とする箱型の複雑な模型を用いてアルミ合
金、マグネシウム合金、銅合金（以下AC4A、M
C、
BC6と略す）の3種類について鋳造力案、塗型の通気
性、材質の組織等を中心に調査研究した。
2 実験方法
Å1の金型を用いて成型発泡したEPS模型の表面
に塗塑を施し、乾燥後非粘結砂中に埋設して鋳込む
ため、枠内の減圧度、注湯温度、方案等適正条件を
見出す必要がある。特に振動による砂の充填（振動、
振幅）が大きな原因となり、製品の良否に影響を及
ぼすため、珪砂の選定、フラスコの形状等を考慮す
る必要がある。
（1）実験方法のフロチャート
予備発泡、成型発泡、塗型、乾燥、砂充填、注湯
及び製品の仕上げ等製造工程について図1に示す。
（2）模型の形状及び鋳造方案
図2には箱型発泡模型の上型、下型についての斜
回を示す。この箱型は場所によって肉厚が異なり、
26
下型
1200cの1．2気圧
金型への全面放水
割型、寄せ型
湯口、湯道、堰
塗膜1皿皿前後の1回
一次及び二次乾燥
振動、振幅
一80へノー300
湯道、堰、製品の切断
塗型の厚さ至
塗型の種類毒
焼付け湘勘
図1製造工程（各工程のフn凹チャ騨卜）及び評価
図4 箱型発泡模型の鋳造方案 図3 上型発泡模型の寸法測定位置
表2は、模型成型用として、ポリスチレン（以下 ントル5号を用いた。また、鋳込み材料には、AC4
EPSと略す）を用い、模型の塗型には、石英及びシ A、M
C、BC6をそれぞれ鋳込んだ。
リカの主成分を用い、模型充填用珪砂にはフリーマ
オ… トクレープ 戸〆600×
60鳳m
ax8kg／cポ ≦ビーズの蒸気発泡、冷却装置等
模型成形装置
ボイラー
塗型乾燥装置 恒温恒温器
1950× 1270，maXl Okg／c汀デ 500kg／hの蒸気発生
15∼400c，湿度10∼80％ 他
フラスコ
模型充填装置 1．5r げ／mi n，600mmHg 鱒吸引
三次元振動テーブル 1288×640H，maX2G 〆600× 600軋200mes hの金属
フラスコ内への砂の充填
溶 解 炉 高周波溶解炉 3kHz 30kW，30kg′ ／鉄 金属材料の溶解
模型寸法測定装置
表1実験に用いた装置
名 称 適 用
発泡ポリスチレン 炭素
（C6H5CH＝CH2） 92％
塗 型 材 主成分は、石英、シリカ等で粘土の他ボンド及び界面活性剤消泡剤を混入 ⊇
充 填 用 珪 砂 35∼48mes hピークでSi O299・5％を有し比重は1・6∼1・8 芦
溶 解 材 料 アルミニウム合金鋳物 【マグネシウム合金鋳物 青 銅 鋳 物
AC4A（J I S†ま5202〕 MCりI S5203相当〕 BC6りI SH5111）
Si 書M
g Zn Al AI Zn c u
∃4・8
表2 供 試 材
3 実験結果及び考察
（1）塗型厚と通気度
表3及び図5は、塗型厚と通気度を求めたもので
ある。CO2砂型へ塗型剤を付着後乾燥させ、厚みを測
定後、J ‡ Sに基づく手法によって通気度を算出した
結果である。ボ山メ度が高くなるにつれて塗型の付
着量も増しているが通気度は逆に低下している。し
たがって発泡模型の表面では直接測定できないが、
鋳込み実験から1∼1．5mm程度で充分だと考えら
れ鋳鋼等の高温注入には焼付け防止の意味から2
mm程度必要だと考えられる。しかし、2mm厚と
なった場合、通気度も20以下となることから塗型の
乾燥は勿論のこと、バックサンドも粗い粒度を選定
する必要がある。
（2）砂の充填及び鋳込み条件
表4は砂の充填及び鋳込み条件等を示したもので
ある。模型をフラスコ中に設置し、振動をかけつつ
砂を充填するがⅩ、Y、Zの振動数はⅩ及びYがほ
ぼ同程度の45∼48‡i z であるのに対し、本実験の模
ヽヽ
−−
ヽ、
﹁
1
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つ
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製
蝦
璽
1
塗型厚（mm）
図5 塗型厚と通気度
︵訳︶
練
窪
竪
図6 模型に対する各測定点の収縮
通 気 度
備 考
塗型厚（mm） 1 2 3 Ⅹ
0．4 62 賢 59 60 60．3 （1）鋳型作製：CO2型の底面に塗型材を付着 〔2）乾燥時間：恒温重290c2日間乾燥後測定
0．8 58 55 55 56 ≦ Ⅴ×H
（3）通気度算出式ニP＝ニ
1．0 55 PXAxT
P：通気度
1．2 48 Ⅴ：通過する空気量〔2000ml 〕
H：試験片高さ（cm） P：空気量（cmH20） T：Ⅴが通過するのに要する時間
∈34巨30書33 32．3
A：言式験片の断面積〔cnり申戸理化学工業（株）製（エビコK肌124〕
【40・3 40 42 39 1．6 1．8 r 25 22 20 23 23．3 2．0 田 21 19．7
表3 塗型厚と通気度
材 質
振動パターン（Hz ） 書 減圧変〔m ㌻「 Y ‖ Fz F時間 設定時 AC4A H 48 】45 H 2 5 4分 100】
M C 48芦45 皿 書4分 十 80∋ BC6 】48 45∈20 4分 u ∈ 300
鋳込条件
注入温度 備 考
落し込み方案
7 5 0ひC 7 2 00c
落し込み方案
押上方案
12 0 0
2 2 0 … 12 5 0
表4 砂充填及び鋳込み条件
型は箱型であるため、Z軸はあまり強くしない方が
よく20Hz で充分であることが確認できた。しかし、
振動時間が短いと砂落ちが発生したため、4∼5分
は必要である。減圧度では、MC及びAC4Aは比重
が軽いことから、50∼−70で充分と思われるが
BC6は−300以上は必要と思われる。しかしこの場合
方案によって大きく異なる。したがって、落し込み
方案では若干低い値でもよいと思われる。また、鋳
込みの温度はMCで7000C以下、AC4Aで7200C前
後、BC6では1200〇Cで充分満足した結果が得られた
が、MC及びAC4Aの様な軽比重の材料では、落し
込み方案が最適であることが確認できた。
（3）材料の収縮
図6は、図2で示した各測定点について各材料の
模型に対する製品の収縮率を求めたものである。こ
の図からAC4Aでは、長さ方向が187mmでは1．3％
位であるのに対し、8．8mmでは2．8％の収縮を示し、
a∼hまでの8点の平均では1．87％の収縮であった。
MCについては187mmで1．4％、8．8mmで2．5％、平
均では1．98％であった。さらにBC6では187mmで
1．5％、8．8mmで2．8％となり平均では1．99％の収縮
となった。したがってAC4Aに対しMCでは6％程
度収縮が大きく、BC6でも6％程度の収縮となった。
このことをJ I Sの規格表と比較した場合、AC4A及
びMCでは10／1000∼12／1000でほぼ規格通りの
収縮であるのに対しBC6は若干高い値となった。こ
の理由については今後の研究で解明していきたい。
図7は、模型に対する各材質の長さ方向に対する
収縮率を求めたものである。8mmから60mmまで
3
2
︵㌔︶
掛
蓋
竪
図7 模型に対する各材質の長さ方向に対する
収縮率
材 質 強度（N／m2） 伸び（％） 硬さHB（10／500） 製品重量〔kg）
AC4A
3。6 書 46
1−5M C 132 4．2 4 6．1 1．1
BC6 19 2 18．8
5 0
4．7比重（β 〕 鋳造条件
落し込み方案
2。6 8
1。8 2 落し込み方案 ≦ 8t92 押上方案でも可
表5 製品の重量及び機械的性質
材 質 測定項目 円 】AC4A ト 模型寸法（mm〕 製品寸法（mm〕 収縮率〔薫γ） H
MC
収縮率（さ好）
e f
；
5 、 高㍍十J J Lニト
105．40ぎ 54。8
1．54j l ．99 5∠皇．20≦ 4∠皇．30
製品寸法〔mm）
聖望」さ・25
竺J 】空L竺一札」
表6 各材質の収縮
0
0
N
︵
H
喜−＼三髄涙
〇三
の爪
︵≡︶勅陛
︵完
O
N
︵∈︻こ古畳
0 A C 4 A M C B C 6
図8 各材質の機械的性質
は3％前後から2％前後で各材質とも減少している
が60mm以上になるとゆるやかなカーブで収縮率が
減少し、材質面からはBC6がAC4A、MCに比較し
て若干低い値となっているのは消失模型鋳造法の特
性とも考えられる。
（4）製品の重量及び機械的性質
表5は、図4に示す箱型の2ケ込めについて調査
した結果、AC4A、MCでは落し込み方案について良
好な結果が得られたが押上方案では、湯廻り不良等
が発生した。BC6では、押上方案でも良好な結果が得
られ、湯廻り不良、焼付け、砂落ち等の不良は認め
られなかった。また、湯口比についてBC6を1とし
た場合、Al では1．5倍、MCでは2倍にすれば注湯時
における湯廻り不良も防止することが確認できた。
参考までに2ケ込めの内1ケ分についての重量を示
す。
材質についての機械的性質では、J I Sに基づく値
とほぼ同程度であったがBC6の強度では若干下回
った。この理由として、￠25の丸棒による立て込め試
験片であったため、押しの効果が少なかったものと
考えられる。
図8は各材質の機械的性質を比較したものであ
る。 AC4Å、MCとも封S規格をほぼ満足している
が8C6は強度、伸びとも若干下回った。この理由に
ついて今後の研究で解明したい
（5）顕微鏡組織写真
写真1のÅC4Aは、倍率100倍の顕微鏡組織写真
である。粗大化された組織は、凝固速度の遅い消失
模型鋳造法の特性と考えられる。また、α素地であ
るAl の基地の他に塊状の初晶、板状の共晶その他
混合組織を観察することができる。MCの組織は
AC4Aを金型鋳造した組織に近く、Mgの基地の他
Mg2Si 及び不純物等の混合組織になっているもの
と考えられる。
写真1AC4Aの鋳造組織
写真2 M
Cの鋳造組織
写真3 BC6の鋳造組織
BC6は、柱状晶及び等軸晶が表れた共晶組織を示
す。特に脱酸剤として、Znを使用したため、αデン
ドライト相の範囲がやや狭く、♂相が広い組織とな
った。
4 ま と め
（1）塗型厚と通気度
AC4A、MC等の軽合金は1mm前後でもよいが
BC6の場合は若干厚めの方がよい結果が得られた。
1mm程度の塗型厚で通気度は50前後である。
（2）砂の充填及び鋳込条件
砂充填の振動数は、Ⅹ、Y軸が45∼48Hz 位でよ
く、Z軸はその半分くらいでよい。充填時間は3分
以上必要。減圧度はBC6を除く軽合金は−100以下
が望ましい。しかし、BC6は−300以下を必要とする。 鋳込方案では、BC6は押上でもよいが軽合金は落し
込みの方が望ましい。
（3）材質の収縮
材質の別なく、長さ方向の方が厚み方向よりも収
縮が少ない。その範囲は2．8∼1．3％の間でばらつく。
AC4Aに対し、MC、BC6とも約6％収縮率が高い。
（4）製品の重量及び機械的性質
湯口比ではBC6を1とした場合、AC4Aでは1．5
倍、MCでは2倍くらいにすれば溶湯が入りやすい。
（5）顕微鏡組織
AC4Åでは、α相における塊状の初晶、板状の共
晶が粗大化されているのは消失模型鋳造法の特性と
考えられる。
MCでは金型鋳造した組織に近く、一般砂型と
若干異なる。
BC6では柱状晶、等軸品等のα十♂デンドライ
トの共晶組織となった。
参考文献
1 鋳物設計：鋳造技術講座編集委員会，日刊工業
新聞社
2 非鉄合金鋳物：鋳造技術講座編集委員会，日刊
工業新聞社
3 金属組織写真集：金属工学，丸善
4 工業試験場研究報告：平成元年度技術開発研究
費補助事業成果普及報告書
