[发明专利]铸模设计方法和铸模

说明书

技术领域

本发明涉及设计铸模的型腔形状的铸模设计方法和铸模。

背景技术

铸造铸件的铸模一般使用砂模。如果铸造形状复杂的铸件等时，也有铸模由主模体和模芯构成的情况。形成砂模的型砂多使用硅砂，通常，为了提高模具制作性而混炼树脂等的粘合剂。

在铸件业界，为了减少铸造后的铸件的加工余量，使浇铸的铸件成品形状接近最终制品形状的所谓近净形（near net shape）化推进。在这样的近净形铸造中，预计被称为缩尺的铸件的热收缩量而设计铸模的型腔形状。例如，铸件材料为灰口铸铁和球状石墨铸铁时，预期会有0/1000～15/1000左右的缩尺。因为有这样的变动幅度，所以在铸造长度尺寸和外径尺寸为200mm以上的大铸件时，加工余量将在0～3mm以上的范围内变化。因此，铸造作为近净形化之一的目标的加工余量低于3mm的铸件困难。

为了提高这样的近净形铸造的精度，提出了采用沿用至今的缩尺的这种经验性的铸模设计方法的替代方法。例如，提出有这样一种铸模设计方法，其是根据作为数值分析的一种手法的有限元法，计算铸件在凝固/冷却时的收缩和热变形，基于该计算结果，决定铸造用模型的形状，即铸模的型腔形状（例如，参照专利文献1）。

在专利文献1所述的方法中，运用有限元法，实施凝固/冷却时的铸件和铸模的温度计算，和基于此的热应力/变形计算，由此预测的铸件的收缩/热变形被反馈到铸模的型腔形状的设计中。另外，在铸件的热应力和变形分析中，还要考虑到铸模的变形阻抗和铸件与铸模界面的动力边界条件。

还有，已知在浇注时的铸模中，由于浇注的熔液，引起被称为水气张力的静压力从内侧起作用，发生由此静压力引起的变形。抑制该静压力造成的铸模的变形的手段提出有几个（例如，参照专利文献2）。这些手段均是拘束铸模的外侧而抑制变形，无法使静压力造成的铸模的变形量化。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11－320025号公报

专利文献2：日本特开2001－259798号公报

在专利文献1所述的铸模设计方法中，考虑到凝固/冷却时的铸件的收缩和热变形。但设想的是，在铸造工序中，由于高温的熔液导致铸模从浇注至开始凝固之间发生热变形，由此热变形导致凝固开始时的铸模的型腔形状发生变化。因此，只考虑了铸件的收缩和热变形，这就存在不能充分确保型腔形状的设计精度的问题。另外，因为预想的是，因熔液造成的铸模的热变形导致型腔缩小，因此铸造后的铸件成品的加工余量欠缺，有可能发生尺寸不足的不合格品。

发明内容

因此，本发明的课题是，进一步提高近净形铸造的精度，并且，使铸造后的铸件成品不会发生尺寸不足而设计铸模的型腔形状。

为了解决上述的课题，本发明是基于数值分析来设计浇注熔液、铸造铸件的铸模的型腔形状的铸模设计方法，其中，对于从所述熔液浇注至凝固开始的所述铸模因热而发生的变形进行数值分析，求得从浇注至凝固开始时的铸模型腔的形状变化量，对于从所述铸件的凝固开始至冷却结束的因凝固和冷却带来的变形进行数值分析，求得从凝固开始至冷却结束的铸件的形状变化量，基于所求得的铸模型腔的形状变化量和铸件的形状变化量，设计所述铸模的型腔形状。

即，在本发明中，通过数值分析，不仅求得从能够形成铸件的外壳的凝固开始时至铸件达到常温的冷却结束的形状变化量，而且求得从浇注至凝固开始时的铸模型腔的形状变化量。然后，基于这些铸模型腔的形状变化量和铸件的形状变化量，设计铸模的型腔形状，由此能够使凝固开始时的铸模型腔形状反映到铸模设计中。据此，能够进一步提高近净形的精度，并且，能够避免铸造后的铸件成品尺寸不足。

所述铸件的长度尺寸或外径尺寸为200mm以上时，能够更有效地减少铸件成品的加工余量，能够使加工余量低于3mm。

所述铸件轴向具有大直径部小直径部时，也能够更有效地减少铸件成品的加工余量，特别是能够以避免小直径部发生尺寸不足的方式减少加工余量。这是由于，形成小直径部的铸模的部位，相比形成大直径部的铸模的部位而言，因铸模的热变形引起的型腔的缩小程度更大。

通过考虑用于所述铸模因热引起的变形的数值分析的铸模材料的物性值的温度依存性，能够更高精度地对于铸模的热变形进行数值分析。还有，作为该铸模材料的物性值，可列举线性膨胀系数、杨氏模量等、。

加进浇注于所述铸模的熔液的静压力引起的铸模的变形，求得所述铸模型腔的形状变化量，由此能够进一步提高近净形的精度。