灰色の鋳鉄シェル型鋳造

1. 導入

灰色の鋳鉄のシェル型鋳造は、伝統的な砂鋳造と現代の高精度の製造との間のギャップを埋めるため、厳しい注目に値します.

自動車などの産業, 工作機械, そして、エネルギー生成は、優れた次元の精度と表面の品質のために、シェル成形の灰色の鉄成分にますます依存し始めています.

この記事では, 灰色の鋳鉄製冶金を探索します, シェルモールディングプロセスの詳細, 機械的特性を分析します, 利点について話し合います, 課題, そして、現代の生産におけるアプリケーション.

2. 灰色の鋳鉄とは何ですか?

灰色の鋳鉄 ユニークなグラファイト微細構造を特徴とする鋳鉄の一種です, 骨折したときに灰色のフレークとして表示されます.

それは、その優れた機密性のために、最も古く、最も一般的に使用される鉄鋳造合金の1つです, 振動減衰, そして耐摩耗性.

灰色の鋳鉄は、さまざまな産業用途で重要な役割を果たしています, 特に強さ, 熱伝導率, 寸法の安定性が重要です.

組成と微細構造

灰色の鋳鉄は主に構成されています 鉄, 炭素 (2.5–4.0％), そして シリコン (1.0–3.0％).

高炭素とシリコンの含有量は、真珠のマトリックス内のグラファイトフレークの形成を促進します, フェライト, または両方の組み合わせ.

このグラファイトフレーク構造は、灰色の鉄を他のタイプと区別します, 延性または白い鋳鉄のように.

典型的な化学組成:

3. シェルモールディングキャスティングとは何ですか?

シェルカビ鋳造 - 事前にコーティングされた樹脂砂鋳造プロセスとも呼ばれます,

ホットシェルモールディングキャスティング, またはコアキャスティングプロセス, 樹脂でコーティングされた砂混合物を使用して薄い投資鋳造のバリエーションです, パターンの周りの剛性型または「シェル」.

ゆるい砂型とは対照的です, シェル金型は、より大きな寸法精度を提供します, より細かい表面仕上げ, 壁が薄くなっています.

このプロセスは、熱を活用して樹脂バインダーを治します (通常、フェノールまたはフランベース) カビのパターン表面で, 厚さ10〜15 mmのシェルを生成します.

樹脂サンドコーティングと加熱サイクルを繰り返します, 製造業者は、溶融金属温度に耐えることができるカビを構築します.

4. シェル金型鋳造プロセスの概要

ワックスパターンの作成とアセンブリ

投資キャスティングは、正確なワックスパターンの生産から始まります.

灰色の鉄の場合, ワックスパターンは、ホットワックスをミラー仕上げに磨くスチールダイに注入することにより生成されます, 最終キャスティングの表面仕上げを確実にすることは非常に滑らかです (RA≈0.8-1.2µm).

中央のゲーティングツリーに複数の同一のパターンが取り付けられています, 鉄の流れを最適化し、固化の収縮を補うように設計されています (～ 2 % 灰色の鉄の場合).

シェルビルディング: スラリー, スタッコ, とレイヤー

組み立てられたワックスツリーは、独自のシェルスラリーに繰り返される浸漬を受けます, 通常、コロイドシリカまたはジルコニウムベースのバインダーと微細な耐衝撃性粒子が混合されています (20–50 µm).

レイヤー間, シェルは、徐々に粗い粒子を備えた「スタッコード」です,

溶融鉄に耐えることができる10〜15 mmの貝殻の壁の厚さを構築する (～ 1400 ℃) 過度のストレス蓄積なし.

透過性を管理するために、層の数と乾燥条件が慎重に制御されます, 強さ, および熱膨張特性.

脱ワックスとシェルの発射

シェルが必要な厚さを達成したら, ワックスは、蒸気オートクレーブまたは低温炉の脱線を介して除去されます, シェルクラッキングを最小化します.

デュワックスに続いて, 高温発火 (800–1000°Cで2〜4時間) シェルを焼いた,

残留バインダーをドライブします, 耐火性を誘導します.

適切な発砲スケジュールは、強力なものを達成するために不可欠です, 鉄の収縮とガスの進化に対応できる透過性シェル.

溶融, 注ぐ, 固化と固化

灰色の鉄は誘導またはキューポラ炉で溶けています, 組成の正確な制御により - 炭素相当, シリコンレベル, および微量元素 - 目的の微細構造を確保します.

通常, 溶融鉄は1350〜1450°Cに保持されます, その後、予熱したシェル型に注​​ぎました (> 300 ℃) 熱ショックを最小限に抑えるため.

鉄は、乱流を防ぐために制御されたゲーティングの下の空洞を満たします.

固化は方向性です; ライザーは、鋳造が完全にしっかりなくなるまで、液体鉄を縮小ゾーンに供給するために戦略的に配置されています.

シェルの取り外しと最終仕上げ

4〜6時間の冷却の後, シェルは機械的なノックアウトや化学剥離によって壊れています.

残留シェル粒子は、ショットブラストまたは高圧空気によって除去されます, 灰色の鉄鋳造の近くの形状を明らかにします.

最小限の研削, つまらない, または、シェルプロセスの高次元精度のおかげで機械加工が必要です (± 0.25 MM Per 100 mm).

最終検査には視覚的なチェックが含まれます, 寸法測定, 顧客仕様を満たすための表面仕上げの可能性.

5. 灰色の鉄鋳物の機械的特性 (ASTM A48グレード)

6. 灰色の鋳鉄のシェルカビ鋳造の利点

シェル金型鋳造は、灰色の鉄成分を生産するために大きな利点を提供します:

例外的な寸法精度:

メーカーは定期的に±の許容範囲を達成しています 0.25 中程度のサイズの部品のmm (100–300 mmの範囲), 砂鋳造の場合は±0.5〜1.0 mmと比較してください.

その結果, 下流の機械加工要件は30〜50減少します %.

優れた表面仕上げ:

多くの場合、キャストサーフェスは1.2〜2.0μmのRAを測定します, 大規模な研削または研磨の必要性を排除します.

対照的に, 典型的なサンドキャスト部品には、RA 5〜10μmが必要です, 実質的な二次仕上げを要求します.

薄いセクション機能:

シェルカビは、灰色の鉄で壁の厚さを3〜4 mmに許可します, rib骨で複雑なジオメトリを有効にします, 薄いフランジ, 統合冷却チャネル.

この容量は、重量を10〜20に減らします % 従来の厚いサンドキャストセクションと比較して.

加工時間とコストの削減:

シェルキャストコンポーネントは、強烈な許容範囲でネットの形状に近いためです, 機械工場では、材料が少なくなります.

大量生産中 (10³–10⁵PCS/年), ショップはしばしば20〜30を報告します % 加工労働の節約.

中容量生産の再現性:

シェルカビのラインは、年間1,000〜100,000部のパーツに優れています. パターンとシェルパラメーターが確立されると, 一貫した品質がバッチの後にバッチが出現します, スクラップレートの最小化 (頻繁 < 5 %).

7. 制限と課題

その利点にもかかわらず, シェル成形灰色の鉄はいくつかの課題をもたらします:

より高いツールとパターンコスト:

統合加熱チャネルを使用して硬質金属パターンを製造するには、ユニークなデザインあたり20,000〜50,000ドルの費用がかかります。砂型の単純な木材やエポキシパターンよりも平均倍高くなります.

この費用には、先行投資を正当化するのに十分な生産量が必要です.

樹脂ガス管理:

フェノールまたはフラン樹脂の硬化により、有機ガスが放出されます (例えば, co, co₂, フェノール蒸気) 脱ワックスと注ぎの間.

ファウンドリは、環境規制を満たし、労働者の健康を保護するために、堅牢な換気システムと熱酸化剤または削減ユニットを必要とします.

シェルブリトリネス:

シェル壁は10〜15 mmしか測定しません, 彼らの硬化樹脂マトリックスはそれらを脆くします.

ノックアウトやカビのアセンブリ中に不適切な取り扱いが亀裂を引き起こす可能性があります, 金属浸透や誤解などの鋳造欠陥につながる.

Foundriesは、従業員を厳密に訓練し、シェル処理手順を監視する必要があります.

グラファイト構造制御:

シェル金型の熱伝導率の低下は、グラファイト沈殿が遅れているシェル壁の近くで、冷却ゾーンを生成することがあります。, 局所的な白い鉄または炭化物を形成します.

このような微細構造異常は、表面の靭性を低下させます.

これを軽減するには, Foundriesは接種戦略を実装します (0.05–0.1 wt % CA -Iマスター路地) シェルの予熱温度を調整して、均一な冷却を促進します.

8. シェル成形灰色の鉄のアプリケーション

自動車産業

• エンジンブロック, シリンダーヘッド, ブレーキコンポーネント (例えば, ローターとドラム), クラッチハウジング, 多様体

産業機械と機器

• ギアハウジング, 旋盤ベッド, ポンプボディ, コンプレッサーケーシング, バルブハウジング

発電

• タービンケース, ジェネレーターハウジング, エンジンベース, 電気エンクロージャ

農業および建設機器

• ギアボックスハウジング, ブレーキプレート, ベアリングキャップ, エンジンサポート

HVACおよび流体処理システム

• 管継手, ポンプインピーラー, フローハウジング, 制御バルブボディ

アプライアンスとツーリングコンポーネント

• 電動モーターハウジング, サポートフレーム, フィクスチャベース

9. シェルカビ鋳造金属と合金

シェルカビ鋳造は、幅広い鉄と非鉄合金と互換性のある多用途のプロセスです.

生産する能力 高精度, 高品質 複雑なディテールを備えた鋳物は、パフォーマンスクリティカルと審美的に要求の厳しいコンポーネントの両方に理想的です.

10. 結論

灰色の鋳鉄のシェル型鋳造は、高次元の精度の魅力的な組み合わせを提供します, 細かい表面仕上げ, 望ましい機械的特性.

産業がこれまで以上に複雑なデザインとより厳しい許容範囲に向かってプッシュするにつれて, 灰色の鋳鉄のシェル型鋳造は進化し続けています,

高度なシェル材料を組み込む, オートメーション, 品質をさらに向上させるシミュレーションツール.

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よくある質問

灰色の鉄のための伝統的な砂鋳造よりもシェル型鋳造が優れているのはなぜですか?

シェルカビ鋳造は非常に優れています 寸法精度 (±0.25 mm) そして 表面仕上げ (RA3.2-6.3μm).

また、許可します より薄い壁のセクション, 機械加工の削減, そして より良い再現性, 特に媒体で- 大量生産に.

シェルモールディングを使用して複雑または薄壁の灰色の鉄部品を作ることができます?

はい. シェル型鋳造は適しています 複雑な幾何学 そして 薄壁コンポーネント, 壁の厚さが低い 3–4 mm.

このプロセスにより、溶融鉄の良好な流動性と複雑な形状の正確なシェルの剛性が保証されます.

シェル成形グレーの鉄部品の典型的な生産量は何ですか?

シェルモールディングはです 中から大量のために経済的に実行可能 - 通常、間に 1,000 に 100,000+ 年間の作品, ツール投資と一部の複雑さに応じて.

シェル成形の灰色の鉄に必要なキャスティング後の治療法はありますか?

はい. などのポストプロセス 熱処理, 表面のクリーニング (ショットブラスト),

そして コーティング (ペイント, リン酸塩, エナメル) サービス条件と腐食抵抗の要件に応じて適用できます.