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鋳造された部品の製造工程では、主型(鋳型)への充填不良(湯回り不良)や湯境欠陥が必ず発生します。湯回り不良の原因を見つけて、それを改善するにはどうすればいいですか?

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欠陥の正確な査定と評価のためには、以前に健全な鋳造品が出来ていたのか、それとも全く新しい鋳造品で欠陥が発生したのかを知ることが重要です。例えば、鋳造材料や押湯や鋳造方案が変更されていないか?

最初のステップとして、十分な金属が供給されているか、使用されている湯口と鋳造法案が正しく設計されているかどうか、最適な鋳造高さ(静圧)になっているかを基本的に見てみることをお勧めします。

温度も非常に重要な要素です。注湯温度が低すぎると、常に湯境が発生します。したがって、正しい機能を発揮するためには、溶湯の温度曲線(液相線+固相線)と温度測定点をよく見てください。誤動作があっても、目的の温度バランスが規定の許容範囲内に収まっているか?工程内に、溶湯の流動性や凝固に影響を与える物(チルなど)がありませんか?炉(保持炉または溶解炉・注湯炉)と取鍋の温度は適正ですか?

これらの点をチェックした場合、欠陥が常に同じ鋳型キャビティ(同じ1つの鋳型内で複数個の鋳造品の同じ型番)で発生しているか、それとも常に鋳造品の同じ部位に発生しているかに注意を払う必要があります。局所的に肉厚差が大きいか、断面形状の違い(ネックダウン)による差があるか、あるいは中子マークの密閉不良による溶湯ロス(中子マークの逆流)がないかを確認してください。

一般的に、主型と中子の良好な通気は非常に重要です。主型の通気性を良くするためには、ガス抜き穴を使用する必要があり、空気の混入や過度の動圧による主型への溶湯の充填不良を防ぐことができます。

以上の点を確認しても問題が解決しない場合は、ASKテックサービスにご相談ください。

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いわゆるベイニング欠陥と言われていますね。これは、主に角部、隅部、エッジ部にある鋳物の薄い金属が飛び出す形で現れます。葉脈状の突起物は、ある温度勾配(珪砂の場合は573℃)での珪砂の膨張によって生じます。鋳型材料が裂けて開き、流入した金属がその隙間を埋めてリブ状の付け根を形成します。この作用は、鋳造温度が高くなるとバインダーの分解が速くなるため、より強くなります。

微細な砂の割合が高すぎると、充填密度が高くなり、これがベイニングの原因となることがあります。それぞれの場合に使用される基本的な成形材料は、その固有の挙動に応じて考慮する必要があります。さらに、耐熱性が不十分であったり、注湯温度やヘッドが高すぎたり、鋳込み時間が長すぎたりすると、葉脈状の突起物が形成されやすくなります。好ましくない鋳造方案は、いわゆるホットスポット(熱が集中するところ)の原因となり、鋳造欠陥を助長します。

お客様のプロセスは、多くの分野で最適化することができます。

中子側では、粒度の粗い砂粒を含んだ砂配合(粒度分布)を使用するか、または代わりに膨張の少ない砂(クロム砂またはジルコン砂)を使用することで、ベイニングの防止につながります。また、再生砂や長石含有率5〜6%の砂や熱伝導率の良い砂添加剤も好影響を与えます。これらの特殊砂や添加剤の軟化温度が低いことで、珪砂(シリカ)相転移による膨張圧力が緩衝されます。

主型側では、ベントナイトの含有量を増やすことで湿体引張強度を向上することができます。さらに、微細な珪砂の低減により、ガス通気度が向上する。新砂の量を減らすこと、および/または水分の少ない成形材料を使用することは、ガスポテンシャル、ひいては鋳型内のガス圧を低減するのに役立ちます。

さらに、塗型剤の使用も役立つでしょう。セラミック充填材として適した構造の物質が選択されると、耐ガス圧性が向上します。塗型層の厚みを増すことは、断熱性の向上にもつながります。塗型剤をゆっくり乾燥させることができれば、乾燥した塗型層のひび割れを防ぐことができます。

また、主型や中子部の局所的な過熱によるホットスポットの発生を防ぐために、適切なゲート・供給システムが使用されているかどうかを確認することをお勧めします。また、注湯時間を短縮することでも改善することができます。

以上の点を確認しても問題が解決しない場合は、ASKテックサービスまでご連絡ください。

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いわゆるベイニング欠陥と言われていますね。これは、主に角部、隅部、エッジ部にある鋳物の薄い金属が飛び出す形で現れます。葉脈状の突起物は、ある温度勾配(珪砂の場合は573℃)での珪砂の膨張によって生じます。鋳型材料が裂けて開き、流入した金属がその隙間を埋めてリブ状の付け根を形成します。この作用は、鋳造温度が高くなるとバインダーの分解が速くなるため、より強くなります。

微細な砂の割合が高すぎると、充填密度が高くなり、これがベイニングの原因となることがあります。それぞれの場合に使用される基本的な成形材料は、その固有の挙動に応じて考慮する必要があります。さらに、耐熱性が不十分であったり、注湯温度やヘッドが高すぎたり、鋳込み時間が長すぎたりすると、葉脈状の突起物が形成されやすくなります。好ましくない鋳造方案は、いわゆるホットスポット(熱が集中するところ)の原因となり、鋳造欠陥を助長します。

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中子側では、粒度の粗い砂粒を含んだ砂配合(粒度分布)を使用するか、または代わりに膨張の少ない砂(クロム砂またはジルコン砂)を使用することで、ベイニングの防止につながります。また、再生砂や長石含有率5〜6%の砂や熱伝導率の良い砂添加剤も好影響を与えます。これらの特殊砂や添加剤の軟化温度が低いことで、珪砂(シリカ)相転移による膨張圧力が緩衝されます。

主型側では、ベントナイトの含有量を増やすことで湿体引張強度を向上することができます。さらに、微細な珪砂の低減により、ガス通気度が向上する。新砂の量を減らすこと、および/または水分の少ない成形材料を使用することは、ガスポテンシャル、ひいては鋳型内のガス圧を低減するのに役立ちます。

さらに、塗型剤の使用も役立つでしょう。セラミック充填材として適した構造の物質が選択されると、耐ガス圧性が向上します。塗型層の厚みを増すことは、断熱性の向上にもつながります。塗型剤をゆっくり乾燥させることができれば、乾燥した塗型層のひび割れを防ぐことができます。

また、主型や中子部の局所的な過熱によるホットスポットの発生を防ぐために、適切なゲート・供給システムが使用されているかどうかを確認することをお勧めします。また、注湯時間を短縮することでも改善することができます。
 

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ご説明にあった鋳造欠陥、気泡は、主に中子や鋳型の脱ガス処理が不十分なために発生し、球状黒鉛鋳鉄鋳物(GJS)よりもねずみ鋳鉄鋳物(GJL)に多く見られます。丸みを帯びた滑らかな壁を持つ空洞は、通常、広い面積に発生します。丸みを帯びた、または細長い気泡が発生する理由は、鋳物の表面の凝固金属に囲まれたガスであり、多くの場合、スラグや酸化物を伴います。このような欠陥は、通常、上型、通気性の悪いポケットやアンダーカット部分に発生します。

ガス発生の原因を要因ごとに個別に確認されることをお勧めします。

中子

中子からのガスの放出は、気泡の形成を促進する可能性があります。バインダーを減らすか、低ガス排出バインダーを使用すると有利になります。
注:バインダーの含有量が低いほど、ガスの潜在的な可能性は低くなります。

鋳型への鋳込み速度に応じて、鋳型材料の塗型材のガス透過性を考慮しなければなりません。一般的には、鋳型への鋳込み速度が速い=ガス透過性が低い、鋳型への鋳込み速度が遅い=ガス透過性が高いということになります。

塗型工程の後は、必ず中子を十分に乾燥させてください。

中子を保管する際には、水分を吸収しないように乾燥した環境(相対湿度が低い)で保管するように注意してください。温かい中子や高温で保管されている中子は、より多くの水分を吸収する傾向があります。

また、中子の換気が不十分であることも大きな要因です。塗型を使用する場合は、コアマークに塗型材が付着していないことを確認してください。場合によっては、その後に中子の通気孔を開けたり、セラミックインサートを使用して中子の通気孔を接続したりすることをお勧めします。

鋳型

鋳型を製造する場合、特に自動生型造型機では、砂型の充填が高すぎてはいけません。砂型材料(砂とバインダーの混合物)のガス透過性が低すぎたり、ベントナイト結合材料(生砂/湿式鋳造)に使用されるカーボンバインダーなどからのガス放出が高すぎたりすると、ガスの危険性が高まります。

湿り気が多すぎる砂および/または暖かすぎる砂が鋳型の製造に使用されている場合、鋳型が「沸騰」し、その結果、鋳型内の蒸気圧の上昇につながる可能性があります。また、微粉ダストの含有量を少なくしたり、砂粒を粗めにしたり、カーボンの含有量を少なくしたり、遅効性のカーボンを使用したり、モンモリロナイトの含有量が多く(比結合能が高く)、熱安定性の高いベントナイトを使用することで、鋳型側からの脱気を改善することができる。鋳型材料の継続的な管理が絶対的に必要である。また、成形砂は均一に成形されていることが必要であり、成形圧力の低下とそれに伴う鋳型硬度の低下も効果的です。

湯口や鋳込み技術をチェックする際には、鋳型の通気性を十分に確保することが重要です。鋳込み高さを高くしたり、鋳込み時間を長くすることでも改善することができます。

溶解

溶湯が十分に脱ガスされていることを確認し、特に特定の沸騰温度と保持時間(鉄系溶湯の静置/沈静)を確認して下さい。溶解初期には酸素を減少させるために、ステンレス鋼やリターンなどの清浄な材料を使用する。溶解時には、溶融物がより多くのガスを吸収する温度範囲を速やかに通過させなければなりません。

上記の点をすべて確認しても問題が解決しない場合は、ASKテックサービスまでご連絡ください。
 

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中子ブロー時の問題は、多くの要因によって引き起こされます。まず第一に、使用するコアボックスに対する選択されたブロー成型機の適合性を検討する必要があります。成型機の十分な吹き込み量は、金型(コアボックスの体積)に関連して重要です。ブローヘッドは、十分に大きな吹き込み範囲を提供しなければならない。ブローヘッドが、ブローチューブまたはコアシューターのサイズが適切に選択されていなくても、中子型(ワームホール)を充填するのに十分な量を提供しているかどうかを確認してください。ここで、ブローヘッド内のガイドプレート、スペアピース、または砂の迷路は、中子型の最適な充填に役立つ可能性があります。

さらに、ノズルシールを含むブロー造型機のすべての加圧部品、シールおよびバルブも十分にご確認ください。

さらなるステップでは、ショット断面積の合計が、例えば、予定された時間内にコアボックスを充填するのに十分であるかどうか、及び/又はショットが充填に有利な位置にあるかどうか(例えば、コアマーク)を調べる必要があります。

同じことがベント面積に関しても当てはまります。ベント面積の合計がブロー面積の合計の~50%に相当するかどうかを確認してください。ベントホールは、中子型内の充填に適した位置にあるべきです。ベントのタイプと寸法は、ショット中に十分な排気を確実にするために、その後ろの排気管を含めて適切なものでなければなりません。冷間ガス硬化型のフェノールウレタンコールドボックスシステムでは、触媒ガスによる必要なフラッシングも確実に行わなければなりません。ここでは、均一な硬化に重点を置いています。

上記の点をすべてチェックしても問題が解決しない場合は、ASKテックサービスにご連絡ください
 

金属を流し込む際に網目状のセラミックフォームフィルターを使用したいのですが、薄肉の部品を鋳造しているので、できるだけ早く金型に金属を入れる必要があります。フィルターを通過する流量を最大にするにはどうすればよいですか?

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セラミックフィルターを通過する溶融金属の流量を制御し、影響を与える金属とフィルターの両方には、いくつかのパラメータがあります。まず、特定の金属合金に関しては、金属の流動性、清浄度、温度、フィルター上の金属ヘッド高さなど、すべてが流量に影響します。
フィルターメーカーとしては、専用のサイズを提供することが可能であり、金属の通過重量はフィルターの有効面積、すなわち長さ、幅、厚み、孔径により決まります。
流量を最大化するためには、鋳型サイズや注湯カップに収まる範囲で、最大径、最も粗い孔径また極力薄いフィルターが推奨されます。これらのパラメーターは濾過能力とも関係しますので、何を達成したいのかを明確にし流速とのバランスを考慮し選定することが推奨されます。
ASKケミカルズは30年以上にわたって網目状セラミックフォームフィルターを製造しており、特定の用途に最適なフィルターを推奨する技術サポートを提供しています。

ASKケミカルズの担当者にご相談ください。

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もちろん、高い性能の離型剤を使用することで、中子や金型の工具の必要な清掃する頻度を長くすることができますが、機械の稼働時間を長くするための迅速で簡単な方法は、模型や金型や工具の面に付着した残留バインダーや砂の蓄積を除去するために、迅速かつ効率的なメタルクリーナーを使用することです。これらは新たに配合されたメタルクリーナーで、金型を清潔に保ち、中子や主型を製造するための理想的な表面を提供するだけでなく、ベントをふさぐことなく保つことにも役立ちます。破片のない金型とベントは、設備稼働を中断する時間を減少させ、それによって作業の生産性を向上させます。 メタルクリーナーは、バインダーを溶解するために処方された溶剤であることを覚えておいてください。 メタルクリーナーと金型材料、および接触する可能性のあるシールやプラスチックとの適合性を常に確認してください。様々な開発者が提供する「環境に優しい」または「エコな」洗浄剤があり、一部の鋳物工場で使用されていますが、これらの製品は一般的に、より環境にやさしい配合と言われる製品ほど、完全かつ効率的には機能しません。ASKのメタルクリーナーは、適切に取り扱えば、最も効率的で経済的に使用することができます。 

クリーナーは15分以内にコールドボックス樹脂を分解しますが、樹脂を軟化させることはあっても実際には分解しない旧式の製剤と比較しても性能は向上しております。

メタルクリーナーを堆積された部分(ビルドアップ/染み付き)に直接スプレーまたはブラシで吹き付け、少なくとも15分間浸漬させることが、金型を洗浄する最も効果的な方法です。 その後、軟化した汚れを簡単に除去することができます。これは、コアシューター(コールドボックス造型機)から金型を取り外さなくてもすべて可能であり、いままでかかっていた中断時間を節約することができます。 小さな部品は、クリーナーに含侵することができます。理想的には、製造に入る前にこれら金型の余分なクリーナをすべて拭き取るべきです。メタルクリーナーの多くは腐食性であり、誤った取り扱いをすると炎症を引き起こす可能性があるため、取り扱いや塗布を行う作業員には、個人用保護具が不可欠です。作業者は耐薬品性のある手袋とゴーグルを着用ください。 フェイスシールドも推奨される場合があります。正しい理解のために、使用前に安全データシート (SDS) を注意深く読み、十分に理解しておくことが重要です。  

そのため、全体的な技術サポートについては、ASKケミカルズの担当者に相談してください。

現在、片状黒鉛鋳鉄(ねずみ鋳鉄)と球状黒鉛鋳鉄(ダクタイル鋳鉄)の2つの工程があります。当社では小型鋳物を大量に生産しており、自動注湯装置(ストッパーロッド)を備えた自動注湯ライン(生型、垂直割)で注湯されます。このラインでは注湯流接種で良好な結果を得ていますが、一部の球状黒鉛鋳鉄製品では時折炭化カルシウムによる欠陥が発生します。 
当社の大型鋳物には、中型のループラインで自硬性バインダー(PEP SET™)を使用し造型しています。 造型された鋳型は、手動で注湯するために注湯フロアに移動されます。これら自硬性バインダーで造型された鋳物では、微細組織と機械的性質の管理が困難であり、結果として欠陥率が高くなります。このような、土間込め造型鋳造品のために、より信頼性の高い接種方法を提案できますか?

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貴社の(小物用の)自動注湯ラインにおいては、注湯流接種により、添加のタイミングを鋳込みに近いタイミングにしていることが、良好な結果につながっていると思われます。手動鋳込みの大型鋳物ラインに対しても同様に添加のタイミングを遅らせることにより改善が期待されます。しかし、注湯流接種を使用することは現実的ではないと思われますので、他の方法を検討する必要があります。

近年、機械的性質の改善に対する要求の高まりと、電気炉で溶解された溶湯の接種効果を改善するために鋳型内が溶湯で満たされる直前に接種をする方法=後期接種法が確立されました。
貴社の自動注湯ラインでは、注湯流接種というかたちで後期接種を導入していることにより、求められる品質規格に対応できております。 注湯流接種は、毎回同じ箇所から同じタイミングで接種する製造法(=自動注湯)では最適な接種方法です。 しかし、設備が必要となるため手動注湯での適用は容易ではありません。
鋳型から鋳型への取鍋の移動は、いずれにしても大変な作業です。かといって注湯流接種設備を取鍋と一緒に移動することは時間もかかり面倒です。そうであれば、注湯時に作業員が検量された接種剤を添加することで注湯流接種を実施することは可能ですが、人件費、安全性などではデメリットもあり、作業者が添加する事から添加量が不均一になる可能もあります。
 別の方法として、この手動鋳込みラインでのより現実的な後期接種法の確立を検討しましょう。鋳型あるいは注湯堰などに、フェロシリコンの塊状接種材=鋳型内接種の使用です。この手法は手動鋳込みでの後期接種法として実用的な方法として広く採用されております。実際、これはあらゆる鋳型や注湯現場にて広く用いられております。この手法の採用により以下のメリットを得られます。

  • 鋳型内での接種のため、フェーディンの心配がなく、凝固直前まで接種効果が持続します。
  • 適切な添加率。鋳型内接種法は15種類以上のサイズで製造されているため、鋳型に適した添加量(0.1~0.2%)を管理することができます。
  • 均一な接種が可能であり、注湯中に鋳型内接種材が連続的に溶解するため、均一な接種を達成できます。
  • 大気中で接種材が溶存していくわけではないので、スラグの発生がなく結果としてクリーンな接種を実現します。
  • 片状黒鉛、球状黒鉛鋳鉄問わず強力な接種効果を発揮します。

鋳物の冶金品質を改善し、ばらつきを減らし、スクラップを低減させることでトータルコストを削減する接種方法をお探しの場合は、この鋳型内接種法をご検討ください。GERMALLOY™ はとりわけダクタイル鋳鉄に、OPTIGRAN™はねずみ鋳鉄向けにお勧めします。ASKケミカルズの冶金学の専門家は、自硬性および生型造型作業のための最適なサイジングおよび鋳型内接種の適用に関する推奨事項を提供することができます。

推奨事項については、ASKケミカルズのお問い合わせ先にご相談ください。
 

無機バインダー技術は、ヨーロッパの鋳造業界だけでなく、ますます注目を集めています。無機バインダー技術の世界的な役割は、従来のシェルプロセスの終焉を決定づけるのでしょうか?

ASK USAのエキスパートがお答えします。

挑戦的な質問であることは認めざるを得ませんが、この質問に対する答えは鋳造プロセスに関しては多様です。もちろん、新技術は、そのプロセス自体に性能的な価値を付加する限り、常に従来技術の存在を脅かすものです。アルミニウム鋳造用途の場合、特に金型鋳造でのアルミニウムエンジンブロックやシリンダーヘッドの製造のような生産性の高い分野では、より多くの鋳物工場が有機系から無機系のバインダーシステムへの転換を行っていますが、この傾向にはいくつかの理由があります。

無臭の中子生産、鋳造中の有害な排出物がないこと、機械や金型のメンテナンスが少ないこと、そしてその結果としての生産性の向上は、INOTECTM技術の経済的・環境的な利点としてよく知られています。技術的な利点は、アルミニウム溶湯の凝固速度の速さに依拠しています。金型温度の低下と水の蒸発によるアルミニウム溶湯のエネルギー消費により、鋳造品の機械的特性が改善され、例えばデンドライトアームスペーシングが減少します。

無機バインダー技術INOTECTMは、液体のINOTECTMバインダーと固体の無機添加剤、いわゆるINOTECTMプロモーターを含む2つの成分のバインダーシステムから成ります。シェル砂は、フェノール樹脂でコーティングした砂であり、添加率は2,5〜3,5%(砂に対して)である。中子の製造に関しては、両方のバインダーシステムは熱硬化されます。INOTECTMでは、金型の必要温度は大幅に低くなります(INOTECは150~210℃対してシェルは250℃)が、シェルにはない熱風パージの必要性があります。INOTECTMで結合した中子の強度値(熱間および冷間)は、自動化されたラインでのハンドリングでも十分な高さです。ただしシェル中子よりも一般的に脆いので注意が必要です。さらに、無機物が結合した中子は、その性質により、水との親和性が高いです。そのため、大幅な技術調整(高湿度にさらされないように適切な保管条件での保管設備)や、耐湿性を向上させるための継続的な製品開発が対策となります。

シェル中子の大きな欠点は、中子製造時の揮発性物質の排出と、鋳物製造工程でのフェノール樹脂の熱分解による臭気や煙の発生であります。その結果、ヤニの凝縮やタールの蓄積は、金型の寿命を縮め、継続的なメンテナンス作業を意味します。さらに、換気や空気清浄システムなどの対策が必須となります。ガス発生の可能性の違いからわかるように、ガス欠陥やそのほかの鋳造欠陥のリスクが高くなる可能性があります。INOTECTMの凝縮水の量は、中子の製造、保管、使用中に珪酸ゲル構造の結合特性に寄与する放出水の量に関係しています。

 

         バインダーシステム

  INOTECTM      シェルサンド


   ガス発生量[ml]

       40

324


      凝縮物[mg]

      139

397

シェルとINOTEC TMのガス・凝縮水生成量の比較 測定はCOGAS装置を用いてアルミニウム溶湯で行いました。

熱間安定性を向上させた結果としての鋳造品の寸法精度は、どちらのバインダーシステムでも遜色ありません。INOTECTM のツーリングキットは、バインダーとプロモーターをそれぞれブレンドすることで熱ひずみや中子形状に関する中子特性の調整をユーザーのニーズで行うことも可能です。無機中子の崩壊やシェイクアウト工程では、ハンマーや振動システムによる機械的衝撃が必要です。継続的な製品開発とプロセスの規律により、複雑な中子であっても、量産規模でも高い中子崩壊特性を得ることができます。

INOTECTM技術は、シェル中子と比較して、中子製造やアルミ鋳造生産において、技術的な対策、プロセス知識、プロセス規律が確立されていれば、同等またはそれ以上のプロセス特性を示します。

それでは、全体的な技術サポートや推奨については、ASKケミカルズの担当者に相談してください。