铸铁铸件、铸铁铸件的制造方法以及铸铁铸件的制造设备

摘要

提供一种不会导致生产率降低或制造成本上升、能与铸铁铸件的规格无关地在其表面无缺陷地实施镀覆处理或珐琅处理的铸铁铸件、铸铁铸件的制造方法以及铸铁铸件的制造设备。在铸铁铸件的制造方法中，通过对型砂进行减压来对铸模进行模制后，在铸模内浇注熔融金属。对铸模内进行减压，直到由该熔融金属形成的铸件的温度降至A1转变点以下。铸铁铸件的制造设备具有：至少一个铸模；使铸模移动的框传送装置；当铸模停止时对铸模内进行减压的至少一个固定吸引装置；当铸模移动时取代固定吸引装置一边对铸模内进行减压一边移动的至少一个可动吸引装置；以及对铸件的产品表面温度进行测定的温度传感器。

说明书

技术领域

本发明涉及铸铁铸件、铸铁铸件的制造方法以及铸铁铸件的制造设备。

背景技术

作为用于对金属产品的表面赋予耐腐蚀性、耐磨损性或耐热性等的技术，已知有镀覆处理以及珐琅处理。此外，在对铸铁铸件的表面实施镀覆处理以及珐琅处理的情况下，已知有铸铁铸件的表面所存在的石墨以及游离渗碳体会对这些处理产生坏影响的问题，用于解决该问题的技术或研究自以往起一直在进行。

在专利文献1中，公开了如下内容：对钢铁产品的表面进行清洁化以及活性化之后，赋予对还原反应进行促进的催化剂来进行镀覆。

在专利文献2中，公开了如下内容：使纯铁薄板粘贴于与铸造件接触的铸模的表面部，将熔融的球状石墨铸铁浇注到铸模内，使铸模表面的纯铁薄板溶解，从而在铸件的表面上形成阻碍石墨形成的表面层，之后，进行镀锌。

在专利文件3中，公开了如下内容：在镀覆液中浸泡铸铁材料，在此状态下施加超声波振动，对铸铁材料的表面进行清洗，将存在于其表面的石墨粉碎且使其释放到镀覆液中，之后，在其表面上形成以分散状态包含石墨的镀覆覆膜。

在非专利文献1中指出，在对铸铁实施的珐琅处理中，铸件表面附近的石墨被氧化而产生的一氧化碳以及二氧化碳是形成气泡状缺陷的原因。

在非专利文献2中，公开了如下内容：产生缺陷的金属组织为被缓冷而变粗大的石墨以及与此相反地被骤冷而妨碍了石墨生长的组织这两种，为了改善这些组织而在珐琅处理之前就进行脱气热处理会比较有效。

在非专利文献3中，公开了如下内容：粗大石墨组织的部位、莱氏体钢结晶析出的部位、因珐琅处理时温度升高而分解了渗碳体从而导致回火碳结晶析出的部位产生较多的缺陷，为了改善这个情况，形成低碳饱和度以防止石墨的粗大化，提高磷含量以防止莱氏体钢结晶析出，并且抑制珐琅处理时的莱氏体钢的分解，此外，在进行珐琅处理之前，对进行了上述对策的铸件进行脱气热处理，藉此，能大幅度抑制气泡状缺陷。

在专利文献4以及5中，公开了如下内容：在珐琅铸铁的制造中，在铸铁表面组织生成了无石墨层的情况下泡缺陷较少；在低碳且高硅成分的片状石墨铸铁的铸铁的情况下泡缺陷较少；即使是高碳且低硅成分的情况，通过添加钛也能使泡缺陷的产生降低。

根据以上的内容，能显而易见地得出：在对铸铁铸件的表面实施镀覆处理或珐琅处理时，铸件表面附近的石墨以及游离渗碳体会产生坏影响。此外，为了抑制由石墨以及游离渗碳体而产生的坏影响，存在以下方法：通过对铸件进行化学性、物理性、热性的处理来去除石墨等；在铸造后在铸件的表面附近形成不含石墨的覆膜；在接触熔融金属的铸模表面粘贴有纯铁薄板的状态下进行浇注，使铸件表面附近形成无石墨层；以及通过控制铸件的化学成分并添加合金来使铸件表面附近形成无石墨层等。

通过对铸件进行化学性、物理性、热性的处理来去除石墨等的方法分别另外需要在铸造后将铸件表面附近的石墨等除去的工序。此外，需要结合各个铸件产品详细地设定处理条件。因此，会成为使生产率下降、使生产成本上升的原因。在铸造之后在铸件表面附近形成不含石墨的覆膜的方法中，覆膜正下方的铸铁材料的表面中的石墨未被去除而就这样存在着。因此，石墨与镀覆覆膜之间的紧贴性受到影响，有时会从该部分起产生腐蚀，使附近的镀覆覆膜膨胀或剥离。

在将纯铁薄板粘贴于与熔融金属接触的铸模表面的状态下进行浇注以在铸件表面附近形成无石墨层的方法中，需要进行预先与铸件形状相匹配地形成薄板，然后将薄板粘贴到铸模表面的作业。为此，适用的形状仅限于极其简单的形状，此外，粘贴薄板等作业会导致生产率下降的问题。通过控制铸件的化学成分并添加合金而在铸件的表面附近形成无石墨层的方法会导致产品的适用范围受限，因此，根据所要求的规格，采用该方法是不可能的。

另一方面，在对使用不含粘结剂的型砂的铸模内进行减压的状态下进行浇注的铸模模制方法中，已知有在铸件附近形成空气的流动以改善所制造的铸件的金属组织以及机械性质的技术。例如，在专利文献6中，公开了一种铸造方法，其在母模构件的屏蔽面上紧贴设置屏蔽构件，且在该屏蔽构件的内侧或外侧填充耐热性的颗粒状物，使该耐热性的颗粒物一侧成为负压而使屏蔽构件吸附于上述耐热性颗粒物一侧，接着，使母模构件脱模以形成腔体，且在该腔体内浇注熔融金属，其特征在于，上述熔融金属的浇注结束之后，在该熔融金属的表面层开始凝固时，在上述耐热性颗粒物一侧导入空气。

此外，在专利文献7中，公开了一种铸造方法，其特征在于，在使用干燥状态的硅砂来进行模制的铸模中浇注熔融金属，在注入的熔融金属凝固之后，使空气贯穿流过将熔融金属凝固形成的铸件材料包围的干燥状态的硅砂，从而对铸件材料进行冷却。

这些技术是为了解决在浇注后保持于减压状态的铸模的情况下经由空气不能很好地进行热传导、铸模的冷却速度与其他的模制方法相比显著降低的问题而开发的，它们在作为铸铁的凝固温度的1200℃附近解除减压状态而导入大气或者压缩空气，从而获得加快冷却速度的效果。但是，这些方法都以防止石墨结晶析出而使渗碳体结晶析出为目的，而不是以铸件表面附近的脱碳为目的被开发出的。因此，在用这样的方法制造出的铸件表面附近存在着对镀覆处理或珐琅处理产生坏影响的游离渗碳体，因此，即使对这些铸件表面实施镀覆处理或珐琅处理，也不能得到良好的覆膜，这一事实可由上述专利文献1至5以及非专利文献1至3的内容明确得出。

专利文献1：日本专利特开平8－170178号公报

专利文献2：日本专利特开2001－200350号公报

专利文献3：日本专利特开2004－143552号公报

专利文献4：日本专利特开2015－42774号公报

专利文献5：日本专利特开2015－42775号公报

专利文献6：日本专利特开昭58－224066号公报

专利文献7：日本专利特开昭63－10062号公报

非专利文献1：桜井泰「鋳物ほうろう」窯業協會誌67集759号1959年(樱井泰，《铸件珐琅》，窑业协会杂志，67集759号，1959年)

非专利文献2：米倉勇雄「鋳鉄製厨房用品へのカラー琺瑯施工技術」岩手県工業技術センター研究報告第10号2003年(米仓勇雄，《铸铁制厨房用品的彩色珐琅施工技术》，岩手县工业技术中心研究报告，第10号，2003年)

非专利文献3：米倉勇雄、齋藤裕之「カラー琺瑯被膜の健全性に及ぼす基地鋳物の性質と表面処理の影響」岩手県工業技術センター研究報告第11号2004年(米仓勇雄，斋藤裕之，《涉及彩色珐琅覆膜的致密性的基体铸件的性质和表面处理的影响》，岩手县工业技术中心研究报告，第11号，2004年)

发明内容

发明所要解决的技术问题

根据上述理由，现有技术都存在各种各样的问题。因此，本发明鉴于上述问题而作，目的在于提供一种不会导致生产率下降或制造成本上升、能与铸铁铸件的规格无关地在其表面没有缺陷地实施镀覆处理或珐琅处理的铸铁铸件、铸铁铸件的制造方法以及铸铁铸件的制造设备。

解决技术问题所采用的技术方案

为解决上述课题且达成目的，本发明的特征在于，包括：通过对型砂进行减压来对铸模进行模制的工序；在铸模内浇注熔融金属的工序；以及对上述铸模内进行减压、直至由所述熔融金属形成的铸件的温度降为A1转变点以下的工序。

此外，在本发明的对型砂进行减压而模制出的铸模内进行浇注来制造铸铁铸件的铸铁铸件的制造设备中，其特征在于，具有：至少一个铸模；移动铸模的框传送装置；当铸模停止时对铸模内进行减压的至少一个固定吸引装置；以及当铸模移动时代替固定吸引装置一边对铸模内进行减压一边进行移动的至少一个可动吸引装置，通过框传送装置使铸模反复进行移动和停止，直至浇注后的铸模内铸件的温度降至A1转变点以下。

此外，本发明的特征在于，在对型砂进行减压而模制出的铸模内进行浇注的铸模模制方法中，对铸模内持续进行减压，直至浇注后铸型内的铸件的温度降至A1转变点以下为止，藉此进行制造。

发明效果

根据本发明，能使对镀覆处理或珐琅处理产生坏影响的铸件表面附近的石墨氧化，并且能防止游离渗碳体的产生，因此，能容易且廉价地对镀覆处理或珐琅处理时的缺陷进行抑制。

此外，根据本发明，没有必要对铸件的化学成分进行控制或添加合金，因此，能与铸件的壁厚或品质要求等无关地进行应用。

附图说明

图1是表示第一实施方式的铸铁铸件的制造设备的结构的示意图。

图2是表示可动吸引装置追随框传送装置所传送的铸模移动后的状态的示意图。

图3是表示刚回到原位置的固定吸引装置和可动吸引装置的状态的示意图。

图4是表示第二实施方式的铸模周围的大致剖视图。

图5是表示第三实施方式的铸模周围的大致剖视图。

具体实施方式

以下参照图对本发明的铸铁铸件、铸铁铸件的制造方法以及铸铁铸件的制造设备的优选实施方式进行详细说明。本发明的铸铁铸件的制造方法是对使用不含粘结剂的型砂的铸模进行减压后模制、浇注，之后，持续对铸模内进行减压，直至内置于铸模的铸件的温度降至A1转变点以下。

本发明的目的在于，通过使铸模内持续减压至铸件表面持续有空气流通的状态来使在镀覆处理或珐琅处理中产生坏影响的石墨以及游离渗碳体氧化，从而在铸件表层附近制作出无石墨层。为此，有必要保持上述状态，直到降至使共析反应完全结束的温度，即亚稳系统中的Acm转变点或稳定系统中A1转变点以下的温度。在本发明中，作为对象的材质为铸铁，且没有执行强制骤冷等会引起铁碳类二元合金状态图中的亚稳体系的凝固反应的操作，因此，使铸模内持续减压，直至温度降至作为稳定系统的共析反应结束温度的A1转变点以下。

另外，对于作为铁的磁性转变点的A2转变点、结晶结构从体心立方晶格变为面心立方晶格的A3转变点、以及结晶结构从面心立方晶格再次变回体心立方晶格的A4转变点，分别在各转变点以下的温度产生石墨或渗碳体的共晶或共析反应。因此，即便是在对铸模内持续进行减压直至达到各个转变点以下的温度之后解除解压状态，也是不充分的。

本发明的在对使用不含粘结剂的型砂的铸模内进行减压的状态下进行浇注的铸模模制方法中，存在作为铸模模制、浇注工艺的减压铸模模制方法(以下称为“V工艺”)，其具有：在母模模具板的表面上紧贴设置屏蔽构件的屏蔽构件紧贴工序；在紧贴设置的屏蔽构件上载置模制框体且对模制框体内填充不含粘结剂的型砂的工序；对型砂的上表面进行密闭且使模制框体内成为负压，从而使屏蔽构件吸附于型砂一侧而使屏蔽构件成形的工序；接着使母模模具板从屏蔽构件脱模而模制出具有模制面的半铸模的工序；同与半铸模相同地模制出的另一个半铸模进行合模而形成铸造腔的工序；向铸造腔内注入熔融金属(金属液)的工序(浇注工序)；以及此后解除模制框体内的负压状态并将铸件取出的工序。此外，还包含消失模铸造方法，其在将由树脂制的泡沫构成的模具埋设于不含粘结剂的型砂中并使内部减压而成形的铸模中，保持减压的状态一边使树脂制的泡沫熔融一边进行浇注。

在本发明中，为了形成脱碳层，有必要形成在铸件的表面一直有空气流动的状态。但是，若形成使铸模的减压压力极端地接近大气压的状态，则型砂会落在铸件表面，因此，无法形成在铸件的表面一直有空气流动的状态。另一方面，若形成使减压压力极端地接近真空的状态，则能形成在铸件的表面一直有空气流动的状态，但是，熔融金属会渗透至型砂粒之间的空隙中，从而成为显著金属渗透缺陷的原因。因此，减压压力优选处在-70kPa至-10kPa之间。

此外，本发明中的型砂不限种类，可以为硅砂、橄榄石砂、铬铁矿砂、锆砂、陶瓷基的人工砂等。但是，为了在减压状态下对铸件表面附近进行脱碳，在作为铸模填充时通气性高的型砂较好，因此，优选型砂中直径不满53μm颗粒的比例较少的型砂。型砂中直径不满53μm颗粒的比例过大的型砂会因铸模的通气性不足而使铸件表面附近不能产生充分的空气流动，从而不能形成脱碳层。因此，直径不满53μm的颗粒的比例优选是10％以下。

浇注后使内置于铸模的铸件的温度降至A1转变点以下为止所需的时间根据产品的质量以及壁厚会有所不同。在具有浇注后使内置于铸模的铸件的温度降至A1转变点以下为止所需要的框数的固定吸引装置和可动吸引装置的铸铁铸件的制造设备中，铸模内的铸件C的表面温度不能直接测定，因此，铸件的温度降至A1转变点以下为止所需要的时间需要在预先设定了铸造条件的基础上通过铸造模拟来进行确认，或需要进行试验性铸造对实际降至A1转变点以下所需的时间进行测定来进行确认。

(第一实施方式)

图1是表示第一实施方式的铸铁铸件制造设备的结构的示意图。

铸铁铸件制造设备1是使用V工艺来制造铸铁铸件的设备，其具有：使用不含粘结剂的型砂的铸模2；铸模平台3；框传送装置4；固定吸引装置5；以及可动吸引装置6。另外，铸模2是在模制框体内由型砂来形成铸模的铸模。在此，图1是表示铸模2即将移动之前的时间点的固定吸引装置5以及可动吸引装置6的状态。铸模2停止时，由固定吸引装置5对各铸模2进行吸引而使铸模2内减压，铸模2移动时，固定吸引装置5脱离，取而代之，可动吸引装置6紧贴铸模2并对铸模2进行吸引，从而对铸模2内进行减压。此后，可动吸引装置6追随铸模2进行移动，移动结束后，可动吸引装置6脱离，取而代之，固定吸引装置5紧贴铸模2并对铸模2进行吸引，从而对铸模2内进行减压。固定吸引装置5以及可动吸引装置6至少具有使上述动作进行至浇注后内置于铸模的铸件的温度降至A₁转变点以下为止所需的框数的个数。

在图1中，铸模2从图的右侧朝左侧移动，右端的铸模2处于刚浇注后的状态，左端的铸模2处于被减压至使浇注后内置于铸模的铸件的温度降至A1转变点以下为止的状态。为了使浇注后的铸模2向右端的铸模2移动，首先框传送装置4与分别载置有两端的铸模2的铸模平台3分别紧贴，且从两端对铸模平台3进行固定。此外，铸模2通过紧贴经由配管7与未图示的吸引源连通的固定吸引装置5来保持减压状态。此外，经由能自由地移动的软管8与未图示的吸引源连通的可动吸引装置6紧贴铸模2，对铸模2进行减压，与此同时，固定吸引装置5脱离。

接下来，框传送装置4驱动，使载置于铸模平台3的铸模2(模制框)移动。图2是表示可动吸引装置6追随用框传送装置4来传送的铸模2移动后的状态的示意图。可动吸引装置6是通过未图示的连接机构与框传送装置4连接的，因此，追随框传送装置4的动作进行移动。这样，铸模2即便是在移动中也能通过可动吸引装置6保持减压状态。

接下来，若一个框距离的移动结束，则左端的铸模2通过未图示的搬运装置被搬运至作为下道工序的再次冷却工序或拆框工序。此外，在右端，利用具备未图示的吸引装置的搬运装置从作为前道工序的模制工序搬运来新的未浇注框。此外，固定吸引装置5紧贴铸模2，对铸模2进行减压，与此同时，可动吸引装置6脱离。这样，通过固定吸引装置5能保持铸模2的减压状态。此后，框传送装置4与铸模平台3的紧贴被解除，框传送装置4回到原位置，与之相随，可动吸引装置6也移动，从而回到原位置。图3是表示刚回到原位置后的固定吸引装置5和可动吸引装置6的状态的示意图。

回到原位置时，被框传送装置4紧贴固定在一起的一系列的铸模平台3所载置的铸模2的个数取决于对铸模进行模制所需的时间即周期、以及浇注后使内置于铸模的铸件的温度降至A1转变点以下为止的时间。例如，若周期为3分钟/框，且用铸造模拟进行确认或通过进行试验性铸造而求得的浇注后使内置于铸模的铸件的温度降至A1转变点以下为止的时间为15分钟，则保持减压状态直至浇注后使内置于铸模的铸件的温度降至A1转变点以下所需的铸模2的个数为15÷3＝5个框。

此外，在图3中，被框传送装置4紧贴固定在一起的一系列的铸模平台3所载置的铸模2都在由固定吸盘装置5以及可动吸引装置6保持减压状态的状况下被冷却，但不仅限于此。例如，若如上所述保持减压状态直至浇注后内置于铸模的铸件的温度降至A1转变点以下为止所需的铸模2的个数为5个框，则第六个框以后也可以作为再次冷却工序而在不对铸模进行吸引的情况下通过框传送装置5使铸模移动。

(第二实施方式)

第二实施方式涉及第一实施方式的铸铁铸件的制造设备1的铸模2周围的结构。参照附图对第二实施方式进行说明。本实施方式的铸铁铸件的制造设备的结构中，对与第一实施方式不同的部分进行说明。其他部分与第一实施方式相同，因此参照上述说明，在此省略其说明。

铸铁铸件的制造设备1具有铸模2、铸模平台3、框传送装置4、固定吸引装置5以及可动吸引装置6。图4是第二实施方式的铸模2周围的示意剖视图。图4表示V工艺铸模，其由使用不含粘结剂的型砂9的铸模2、固定吸引装置5、温度传感器10以及控制装置11构成，且处于使温度传感器10插入并接触铸模2内的铸件C的壁厚最厚的部位的状态。温度传感器10预先在铸模2外的铸件C的壁厚最厚的部位正上方等待。温度传感器10的等待位置因产品而不同，因此，预先在未图示的存储装置中存储各个壁厚最厚的部位的水平方向位置和距离基准面的高度，根据该信息由控制装置11对温度传感器10进行移动。此外，铸模2经由固定吸引装置5以及配管7而与未图示的吸引源连通。

若浇注结束的信息输入控制装置11，则温度传感器10利用未图示的插入移除装置而插入并接触铸模2内的铸件C的厚壁最厚的部位。藉此，铸件C表面的温度信息被输入控制装置11中。

若控制装置11根据来自温度传感器10的信息检测出铸件C的产品表面温度已降至A1转变点以下，则控制装置11使固定吸引装置5脱离铸模2，解除减压状态。接下来，利用未图示的插入移除装置将温度传感器10拔离。

另外，将浇注结束的信息输入控制装置11的方法没有特别的限制，例如，可以在浇注结束后由操作员对连接在控制装置11上的按钮进行按压来输入浇注结束这一信息，也可以用非接触的温度计对上表面气流(日文：揚がり上面)的温度进行测定来用控制装置11对上表面气流的温度信息进行监视，并根据上表面气流上升至熔融金属的温度来判断浇注结束，从而使温度传感器10插入接触。

(第三实施方式)

第三实施方式与第二实施方式相同，涉及第一实施方式的铸铁铸件的制造设备1的铸模2周围的结构。参照附图，对第三实施方式进行说明。本实施方式的铸铁铸件的制造设备的结构中，对与第二实施方式不同的部分进行说明。其他部分与第二实施方式相同，因此参照上述说明，在此省略其说明。

铸铁铸件的制造设备1具有铸模2、铸模平台3、框传送装置4、固定吸引装置5以及可动吸引装置6。图5是第三实施方式的铸模2周围的示意剖视图。图5表示V工艺铸模，其由使用不含粘结剂的型砂9的铸模2、温度传感器10、控制装置11、警告灯12以及二通阀13构成，且处于使温度传感器10插入并接触铸模2内的铸件C的壁厚最厚的部位的状态。温度传感器10与第二实施方式相同，预先在铸模2外的铸件C的壁厚最厚的部位正上方等待。温度传感器10的等待位置因产品而不同，因此，预先在未图示的存储装置中存储各个壁厚最厚的部位的水平方向位置和距离基准面的高度，根据该信息由控制装置11对温度传感器10进行移动。此外，铸模2利用能容易地装拆的软管8与二通阀连接，且二通阀13经由配管7与未图示的吸引源连通。

与第二实施方式相同，若浇注结束的信息输入控制装置11，则通过未图示的插入移除装置，使温度传感器10插入并接触铸模内的铸件C的壁厚最厚的部位。藉此，铸件C表面的温度信息被输入控制装置11。

若控制装置11根据来自温度传感器10的信息检测出铸件C的产品表面温度已降至A1转变点以下，则控制装置11使警告灯12亮起。若操作员确认警告灯12已亮起，则手动地关闭二通阀13，然后将软管8拔离铸模2来解除减压状态。接下来，利用未图示的插入移除装置将温度传感器10拔离。

另外，将浇注结束的信息输入控制装置11的方法与实施方式二同样地没有特别的限制，例如，可以在浇注结束后由操作员对连接在控制装置11上的按钮进行按压来输入浇注结束的信息，也可以用非接触的温度计对上表面气流的温度进行测定来用控制装置11对上表面气流的温度信息进行监视，并根据上表面气流上升至熔融金属的温度来判断浇注结束，从而使温度传感器10插入接触。

另外，在第一实施方式至第三实施方式中，都示出了V工艺的例子，但在消失模铸造方法的情况下设备的结构以及动作也相同。

此外，在第一实施方式至第三实施方式中，使用了不含粘结剂的型砂，但只要能在对铸模内进行减压的状态下形成铸件表面有空气持续流动的状态，型砂中也可以含有微量的粘结剂。

由上述说明可知，本发明是在铸造之后对表面进行镀覆处理或珐琅处理的铸铁铸件的制造方法中，采用了使用不含粘结剂的型砂且在对铸模内进行减压的状态下进行浇注的铸模模制方法，对铸模内持续进行减压，直至浇注后内置于铸模的铸件的温度降至A1转变点以下为止，因此，成为铸件的表面一直有空气流动的状态。因此，在高温状态下的铸件中，存在于表面附近的石墨被迅速氧化，从而可在铸件表面附近形成脱碳层。另一方面，铸模处于被减压的状态，因此，也不会产生因被骤冷而产生游离渗碳体的情况。因此，进行镀覆处理或珐琅处理时不产生坏影响，且铸件表面附近的异常组织不会形成，显然，本发明的效果对本领域技术人员来说是非常大的。

符号说明

1铸铁铸件的制造设备

2铸模

3铸模平台

4框传送装置

5固定吸引装置

6可动吸引装置

7配管

8软管

9型砂

10 温度传感器

11 控制装置

12 警告灯

13 二通阀