鋼砂鋳造の収縮をどのように補正するか?

ちょっと、そこ！私は鋼砂鋳造事業のサプライヤーです。鋼砂鋳造の収縮は非常に厄介ですが、心配しないでください。それを補うためのヒントとコツをいくつか紹介します。

砂型鋼の収縮を理解する

まず最初に、砂鋼鋳造における収縮の原因について話しましょう。溶けた鋼を砂型に流し込むと冷却が始まります。冷却すると収縮し、この収縮が最終鋳造品の収縮欠陥につながる可能性があります。これらの欠陥は、小さなボイドから重大な寸法の不正確さにまで及ぶ可能性があり、鋳造部品の機能と品質に影響を与える可能性があります。

鋼砂鋳造における収縮には、主に凝固収縮と熱収縮の 2 種類があります。凝固収縮は、鋼が液体から固体状態に変化するときに発生します。この相変化中に鋼の体積が減少し、この収縮によって生じた空間を埋めるのに十分な溶融金属が存在しない場合、ボイドが形成される可能性があります。一方、熱収縮は、凝固した鋼が室温まで冷却し続けるときに発生します。鋼はさらに収縮し、鋳造品の寸法変化を引き起こす可能性があります。

収縮の補償

収縮の原因がわかったので、それを補う方法を見ていきましょう。

1. フィーダーシステムの使用

収縮を補正する最も一般的な方法の 1 つは、フィーダー システムを使用することです。ライザーとも呼ばれるフィーダーは、鋳物に接続された追加の溶融金属の貯蔵庫です。鋳物が冷えて収縮すると、フィーダーは収縮によって生じた空隙を埋めるために溶融金属を供給します。

フィーダーには、オープンフィーダーやブラインドフィーダーなど、さまざまなタイプがあります。オープンフィーダーは大気にさらされていますが、ブラインドフィーダーは金型内に完全に密閉されています。フィーダーの選択は、鋳物のサイズ、形状、複雑さによって異なります。大型の鋳物の場合は、鋳物のすべての領域に適切に供給されるようにするために複数のフィーダーが必要になる場合があります。

フィーダー システムを設計するときは、フィーダーの体積を考慮することが重要です。フィーダーは、収縮を補うのに十分な溶融金属を供給するのに十分な大きさである必要がありますが、金属を無駄にして生産コストが増加するほど大きくてはなりません。数式とコンピューター シミュレーションを使用して、フィーダーの最適なサイズと位置を計算できます。

2. 金型設計の調整

砂型の設計も、収縮を補正する上で重要な役割を果たします。金型の設計を調整することで、鋳造品の冷却速度を制御し、収縮欠陥の可能性を減らすことができます。

たとえば、型に冷却を使用することができます。チルは銅や鋳鉄などの熱伝導率の高い素材でできています。金型内の戦略的な位置に冷却装置を配置すると、その領域の冷却速度が速くなり、収縮量を減らすことができます。冷却は、溶融金属の流れを制御し、鋳物をより均一に凝固させるのにも役立ちます。

金型設計を調整するもう 1 つの方法は、ゲート システムを使用することです。ゲート システムは、金型への溶融金属の流れを制御します。ゲート システムを適切に設計することで、溶融金属が金型に均一に充填され、金属の冷却が速すぎる領域や遅すぎる領域が存在しないようにすることができます。これは収縮を軽減し、鋳造品の品質を向上させるのに役立ちます。

3. 適切な鋼合金の選択

鋼合金の選択も、鋳造品の収縮挙動に影響を与える可能性があります。鋼合金が異なれば凝固特性も異なり、一部の合金は他の合金よりも収縮する可能性があります。鋳造用の鋼合金を選択するときは、その収縮率と、それがフィーダー システムや金型の設計とどのように相互作用するかを考慮することが重要です。

たとえば、合金鋼の中には凝固収縮率が低いものもあります。これは、収縮欠陥が形成される可能性が低いことを意味します。これらの合金は、寸法精度が重要な鋳造に適した選択肢となる可能性があります。一方、一部の合金は収縮率が高くても、より優れた機械的特性などの他の利点を提供する場合があります。このような場合、収縮を補うためにより高度な技術を使用する必要がある場合があります。

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4. コンピュータシミュレーションの使用

コンピュータ シミュレーションは、鋼砂鋳造業界において不可欠なツールとなっています。シミュレーション ソフトウェアを使用すると、実際に金型を製造する前に、鋳造品の収縮挙動を予測し、さまざまな設計オプションをテストできます。

シミュレーション ソフトウェアでは、鋼合金の熱特性、鋳物の形状、フィーダー システムの設計、金型の冷却速度などの要素を考慮に入れることができます。シミュレーションを実行すると、潜在的な収縮欠陥を特定し、設計を調整してそれらを除去できます。これにより、試行錯誤の回数が減り、長期的には時間と費用を節約できます。

品質管理と検査

収縮を補うために必要な措置をすべて講じたとしても、品質管理と検査プロセスを導入することが依然として重要です。鋳造品の製造後、ボイド、亀裂、寸法の不正確さなどの収縮欠陥の兆候がないか検査する必要があります。

超音波検査、X 線検査、磁粉検査などの非破壊検査方法を使用して、鋳物の内部欠陥を検出できます。これらの方法は、鋳造品の表面には見えない収縮欠陥を特定するのに役立ちます。

収縮欠陥が見つかった場合は、鋳造品を修理するか廃棄するかを決定できます。場合によっては、溶接などの方法で鋳物を修理できる場合があります。ただし、欠陥が深刻すぎる場合は、鋳造品を廃棄して最初からやり直す方が費用対効果が高い場合があります。

結論

鋼砂鋳造における収縮の補償は、適切な設計、適切な材料、効果的な品質管理の組み合わせが必要な複雑なプロセスです。フィーダー システムを使用し、金型設計を調整し、適切な鋼合金を選択し、コンピューター シミュレーションを使用することにより、収縮欠陥のリスクを最小限に抑え、高品質の鋳物を製造できます。

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参考文献

• キャンベル、J. (2003)。鋳物。バターワース＝ハイネマン。
• ミシガン州フレミングス（1974年）。固化処理。マグロウヒル。
• カルパクジャン、S.、シュミット、SR (2010)。製造工学と技術。ピアソン。