バルブ本体の鋳造はバルブ製造プロセスの重要な部分であり、バルブ鋳造の品質がバルブの品質を決定します。以下に、バルブ業界で一般的に使用されるいくつかの鋳造プロセス方法を紹介します。
砂型鋳造：
バルブ業界で一般的に使用される砂型鋳造は、結合剤の違いに応じて、生砂、乾燥砂、水ガラス砂、フラン樹脂自己硬化砂に分類できます。
(1) グリーンサンドは、ベントナイトをバインダーとして使用する成形プロセスです。
その特徴は次のとおりです。完成した砂型は乾燥または硬化する必要がなく、砂型は一定の湿潤強度を有し、砂中子と鋳型シェルの歩留まりが良いため、鋳物の洗浄と振り出しが容易です。成形品の生産効率が高く、生産サイクルが短く、材料費が安く、流れ生産を組織するのに便利です。
その欠点は次のとおりです。鋳物には気孔、砂の混入、砂の付着などの欠陥が発生しやすく、鋳物の品質、特に本質的な品質は理想的ではありません。
鋳鋼用生砂の配合割合と性能表：
(2) 乾燥砂は、粘土を結合剤として使用する成形プロセスです。少量のベントナイトを添加すると、湿潤強度が向上します。
その特徴は次のとおりです。砂型は乾燥する必要があり、通気性が良く、砂洗い、砂の付着、気孔などの欠陥が発生しにくく、鋳物本来の品質が良好です。
その欠点は次のとおりです。砂乾燥設備が必要であり、生産サイクルが長くなります。
(3) 水ガラスサンドは、水ガラスをバインダーとして使用した造形プロセスです。その特徴は、水ガラスはCO2に触れると自動的に硬化する機能があり、造形や中子の製作においてガス硬化法の様々な利点を得ることができますが、型シェルの崩壊性が悪い、砂の洗浄が難しいなどの欠点があります。鋳物、古い砂の再生およびリサイクル率が低い。
水ガラスCO2硬化砂の割合と性能表：
(4) フラン樹脂自硬性砂型成形は、フラン樹脂をバインダーとして用いた鋳造法です。鋳物砂は室温で硬化剤の作用により結合剤の化学反応により固化します。砂型を乾燥させる必要がないのが特徴で、生産サイクルの短縮と省エネルギーが図れます。レジン鋳物砂は圧縮しやすく、崩壊性に優れています。鋳物の鋳物砂の洗浄が容易です。鋳物は高い寸法精度と良好な表面仕上げを備えており、鋳物の品質を大幅に向上させることができます。欠点としては、原砂に高品質が要求されること、生産現場での若干の刺激臭、樹脂のコストが高いことなどが挙げられます。
フラン樹脂未焼成砂混合物の割合と混合手順：
フラン樹脂自硬性砂の混合プロセス：樹脂自硬性砂を作るには連続式サンドミキサーを使用するのが最適です。生砂、樹脂、硬化剤などを順次加え素早く混合します。いつでも混ぜて使えます。
レジンサンドを混合する際の各種原料の投入順序は以下の通りです。
原砂＋硬化剤（p-トルエンスルホン酸水溶液）－（120～180S）－樹脂＋シラン－（60～90S）－砂製造
(5) 典型的な砂型鋳造の製造プロセス:
精密鋳造：
近年、バルブメーカーは鋳物の外観品質や寸法精度にますます注目するようになりました。良好な外観は市場の基本要件であるため、機械加工の最初のステップにおける位置決めのベンチマークでもあります。
バルブ業界で一般的に使用される精密鋳造はインベストメント鋳造であり、これについては次のように簡単に紹介します。
(1) 溶液製膜の 2 つのプロセス方法:
①低温ワックスベースの型材（ステアリン酸+パラフィン）を使用し、低圧ワックス射出、水ガラスシェル、熱水脱蝋、大気溶解および注入プロセスを使用し、主に一般的な品質要件の炭素鋼および低合金鋼の鋳物に使用されます。 、鋳物の寸法精度は国家標準CT7〜9に達することができます。
② 中温樹脂ベースの金型材料、高圧ワックス射出、シリカゾル金型シェル、蒸気脱蝋、急速大気または真空溶解鋳造プロセスを使用して、鋳物の寸法精度はCT4-6の精密鋳造に達することができます。
(2) インベストメント鋳造の一般的なプロセス フロー:
(3) インベストメント鋳造の特徴：
①鋳物は寸法精度が高く、表面が滑らかで外観品質が良好です。
② 他の工程では加工が難しい複雑な構造や形状の部品の鋳造が可能です。
③ 鋳造材料は特に限定されず、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼、アルミニウム合金、耐熱合金、貴金属などの各種合金材料、特に鍛造、溶接、切断が困難な合金材料を使用します。
④ 生産の柔軟性が高く、適応力が強い。大量生産が可能で、単品や小ロット生産にも適しています。
⑤ インベストメント鋳造には、プロセスフローが煩雑で生産サイクルが長いなどの制限もあります。使用できる鋳造技術が限られているため、耐圧薄肉バルブ鋳物の鋳造に使用する場合、その耐圧能力はあまり高くありません。
鋳造欠陥の解析
鋳物には必ず内部欠陥が存在し、これらの欠陥の存在は鋳物の内部品質に隠れた大きな危険をもたらし、製造工程でこれらの欠陥を除去するための溶接修理も製造工程に多大な負担をもたらします。特にバルブは圧力や温度に耐える薄肉鋳物であり、内部構造のコンパクト性が非常に重要です。したがって、鋳物の内部欠陥は鋳物の品質を左右する決定的な要因となります。
バルブ鋳物の内部欠陥には、主に気孔、スラグ混入、収縮気孔、亀裂が含まれます。
(1)毛穴：気孔はガスによって生成され、気孔の表面は平滑で、鋳物の内部または表面付近に発生し、その形状は円形または長方形のものが多い。
細孔を生成する主なガス源は次のとおりです。
① 鋳物が凝固する過程で、金属中に溶け込んでいた窒素や水素が金属中に含まれ、金属光沢のある閉じた円形または楕円形の内壁を形成します。
②成形材料中の水分や揮発性物質が加熱により気体となり、内壁が黒褐色の細孔を形成します。
③ 金属の流し込み工程では、流れが不安定なため、空気を巻き込んで気孔が形成されます。
気孔欠損の予防法：
① 製錬にあたっては、錆びた金属原料は極力使用しないか、工具や柄杓などは焼いて乾燥させてください。
②溶鋼の注入は高温で行い、低温で注入し、溶鋼を適切に鎮静させてガスの浮上を促進する必要があります。
③ 注湯ライザーのプロセス設計では、ガスの閉じ込めを避けるために溶鋼の圧力ヘッドを増加させ、合理的な排気のための人工ガス経路を設定する必要があります。
④造型材料は水分やガス量をコントロールし、通気性を高め、砂型や砂中子は可能な限り焼成・乾燥させてください。
(2) 引け巣 (緩い):これは、鋳物の内部（特にホットスポット）に発生する、一貫性または非一貫性の円形または不規則な空洞（キャビティ）であり、内面が粗く、色が暗くなります。粗い結晶粒は主に樹枝状で、1 か所以上に集まり、水圧試験中に漏れが発生しやすくなります。
引け巣（緩み）の原因：体積収縮は、金属が液体から固体状態に凝固するときに発生します。このとき溶鋼の補給が不足すると引け巣が必ず発生します。鋼鋳物の引け巣は基本的に、連続する凝固プロセスの不適切な制御によって引き起こされます。原因としては、ライザーの設定が正しくないこと、溶鋼の注入温度が高すぎること、金属の収縮が大きいことが考えられます。
ひけ巣（緩み）を防ぐ方法：① 溶鋼の逐次凝固を実現するために鋳物の注入システムを科学的に設計し、最初に凝固した部分に溶鋼を補充する必要があります。②連続凝固を確保するために、ライザー、補助金、内部および外部冷間アイロンを正しく合理的に設定します。③溶鋼を注湯する際、ライザーから上方射出することで、溶鋼温度の確保と送湯の確保、引け巣の発生の低減に効果を発揮します。④ 注湯速度については、高速注湯よりも低速注湯の方が逐次凝固しやすい。⑸注湯温度が高すぎないように注意してください。溶鋼は高温で炉から取り出され、沈静化後に注入されます。これは引け巣を減らすのに役立ちます。
(3) 砂の混入物（スラグ）：一般にブリスターとして知られる砂の混入物 (スラグ) は、鋳物の内部に現れる不連続な円形または不規則な穴です。穴には鋳物砂や鉄鋼スラグが不規則な大きさで混ざって凝集しています。1 か所以上、多くの場合は上部にあります。
砂（スラグ）の混入の原因：スラグの混入は、製錬または注湯プロセス中に溶鋼とともに鋳物に入る個別の鋼スラグによって引き起こされます。砂の混入は、成形時の金型キャビティの気密性が不十分なために発生します。鋳型キャビティに溶鋼を注入すると、鋳物砂が溶鋼によって打ち上げられ、鋳物の内部に侵入します。また、トリミングやボックスを閉じる際の不適切な操作や、砂が落ちる現象も砂の混入の原因となります。
砂の混入（スラグ）を防ぐ方法:① 溶鋼を製錬する際には、排気やスラグを可能な限り完全に排出する必要があります。② 溶鋼注出袋を裏返さず、急須袋や底注出袋を使用し、溶鋼の上にあるスラグが溶鋼と一緒に鋳造キャビティ内に侵入するのを防ぎます。③ 溶鋼を注入する際には、溶鋼とともに鋳型キャビティ内にスラグが混入しないように対策を講じる必要があります。④砂が混入する可能性を減らすために、モデル作成時に砂型の気密性を確保し、トリミング時に砂を失わないように注意し、箱を閉じる前に型のキャビティをきれいに吹き飛ばしてください。
(4) 亀裂：鋳物における亀裂のほとんどは熱亀裂であり、形状が不規則で、貫通しているか貫通していないか、連続的か断続的であり、亀裂の金属は黒ずんでいるか、表面が酸化しています。
亀裂の原因、すなわち高温応力と液膜変形です。
高温応力とは、高温での溶鋼の収縮と変形によって形成される応力です。この温度で応力が金属の強度または塑性変形の限界を超えると、亀裂が発生します。液膜変形とは、溶鋼の凝固・結晶化の過程で結晶粒子間に液膜が形成されることです。固化、結晶化が進むと液膜が変形します。変形量や変形速度がある限界を超えると亀裂が発生します。熱亀裂の温度範囲は約1200～1450℃です。
亀裂に影響を与える要因:
①鋼中のS元素、P元素は割れの発生要因となり、鉄との共晶により高温での鋳鋼の強度や塑性を低下させ、割れを発生させます。
② 鋼中のスラグの混入や偏析により応力集中が増大し、高温割れ傾向が増大する。
③ 線収縮係数が大きい鋼種ほど熱間割れが発生しやすくなります。
④ 鋼種の熱伝導率が大きいほど表面張力が大きくなり、高温での機械的性質が向上し、高温割れの傾向が小さくなります。
⑤ 鋳物の構造設計は、角の丸みが小さすぎる、肉厚差が大きい、応力集中が激しいなど、製造性に劣り、亀裂の原因となります。
⑥砂型の緻密性が高すぎるため、中子の歩留まりが悪く、鋳物の収縮が妨げられ、割れが発生しやすくなります。
⑦その他、ライザーの不適切な配置、鋳物の冷却が早すぎる、ライザーの切断や熱処理による過度の応力なども亀裂の発生に影響します。
上記の亀裂の原因と影響要因に応じて、亀裂欠陥の発生を軽減および回避するために、対応する対策を講じることができます。
鋳造欠陥の原因に関する上記の分析に基づいて、既存の問題を特定し、対応する改善措置を講じることで、鋳造品質の向上につながる鋳造欠陥の解決策を見つけることができます。
投稿日時: 2023 年 8 月 31 日