要約：本稿では、鋳鋼部品のBB3型多段ポンプ本体の砂型鋳造工程における砂穴欠陥の原因、一般的なプロセス、発生箇所を体系的に分析し、的確な解決策を提案する。文献レビューと事例分析の結果、砂穴欠陥は主に鋳物砂の強度不足、湯口システムの設計欠陥、不適切な操作に起因し、造型、中子設置、鋳型閉じ、注湯工程で発生しやすいことがわかった。具体的な発生箇所としては、湯口、押湯、鋳物の厚肉部、内部キャビティなどが挙げられる。鋳物砂の割合を最適化し、湯口システムの設計を改善し、工程管理を強化することで、砂穴発生率を効果的に低減し、鋳物の品質を向上させることができる。
第1章 はじめに
産業技術の発展に伴い、ステンレス製多段ポンプは化学工学、電力、水利などの分野でますます広く利用されています。鋳鋼製BB3型多段ポンプ本体はコア部品であり、その品質はポンプの性能と寿命に直接影響を及ぼします。しかしながら、砂型鋳造工程において、砂穴欠陥は一般的な鋳造欠陥の一つであり、鋳物の強度と外観品質に深刻な影響を与えます。本稿では、砂穴欠陥の原因、発生プロセス、発生箇所を詳細に分析し、効果的な解決策を提案することで、鋳造企業の参考となるよう努めます。
第2章 鋳物の組織特性と砂穴欠陥の相関関係の分析
2.1 鋳鋼BB3ポンプ本体の構造特性
BB3ポンプ本体は、ポンプ本体、ポンプカバー、静摩擦ペアからなる軸方向分割構造を採用し、シングルシェルのダブルボリュート構造を形成しています。主な特徴は以下のとおりです。
1.インペラは対称的に背中合わせに配置され、
軸力の自動バランス;
2. ダブルボリュート流路設計により、ポンプ本体にかかる半径方向の力の影響が軽減されます。
3 ポンプ本体/カバー部品は水平に分割されており、分解、組み立て、メンテナンスが容易です。
4. 第一段インペラは二重吸引構造を採用し、耐キャビテーション性を高めています。
これらの構造的特徴は、ポンプ本体の性能を向上させる一方で、鋳造プロセスに対する要求も高めます。例えば、二重渦巻流路の複雑な曲面は、溶融金属の充填ムラを引き起こし、砂穴形成のリスクを高めます。
2.2 ステンレス鋼製スプリットケースポンプ構造が砂穴に与える影響
ステンレス鋼製スプリットケースポンプの流路構造は、溶融金属の流動特性に直接影響を及ぼします。研究によると、流路の断面積が急激に変化したり、壁厚が大きく変化したりすると、乱流や巻き込みが発生しやすくなり、鋳物砂が剥がれて砂穴が形成されることがあります。例えば、多段ポンプの渦形ポンプの拡散部では、壁厚勾配が適切に制御されていないと、局所的な冷却速度差によって熱応力が生じ、鋳型に割れが発生します。
第3章 砂穴欠陥の原因分析
砂穴欠陥とは、鋳物の表面または内部に砂粒が埋め込まれた穴のことです。その原因は複雑かつ多岐にわたりますが、主に以下の点に起因します。
3.1 鋳物砂の強度不足
鋳物砂や砂中子の強度不足は、砂穴欠陥の主な原因の一つです。鋳込み工程では、高温の溶湯と洗掘効果により、鋳型や中子が脱落し、砂穴が発生する可能性があります。鋳物砂の耐火性が不十分な場合、高温の溶湯の影響で鋳物砂の表面が軟化・剥離し、砂穴欠陥の形成がさらに悪化します。
3.2 ゲートシステムの設計が不十分
不適切な湯口位置や鋳込速度の速さなど、湯口システムの設計が不適切だと、鋳型上の溶湯の過剰な洗浄力が生じ、鋳型の割れ、鋳型砂の脱落、砂穴の発生につながる可能性があります。また、注湯時間が短すぎたり長すぎたりすることも砂穴の発生に影響を与える可能性があるため、鋳物のサイズ、構造、重量に合わせて注湯時間を調整する必要があります。
3.3 不適切な操作
成型、中子設置、型締め、注湯といった工程の不適切な操作も、砂穴欠陥の重要な原因となります。例えば、型締め前のキャビティ内の砂が吹き飛ばされずに残っていたり、砂中子が損傷して修復されなかったり、注湯工程中に異物がキャビティ内に落ち込んだりすると、砂穴の形成につながる可能性があります。
第4章 砂穴欠陥が発生しやすい工程と場所
砂型鋳造プロセスにおける砂穴欠陥の一般的なプロセスと場所には、主に次の側面が含まれます。
4.1 成形プロセス
鋳造工程において、鋳型の圧縮度の不均一、削り残し、キャビティ表面の強度不足などは、砂穴欠陥につながる可能性があります。また、鋳型の補修が不十分、鋳物の角部が圧縮されていない、鋳物のパーティングドロップが大きいなどの問題も、注湯時に砂が落下し、砂穴欠陥につながる可能性があります。
4.2 コアセットと金型閉鎖手順
中子設置および閉鎖工程において、砂中子の損傷、遊離砂の清掃不足、およびボックス閉鎖時の衝突による砂粒の脱落は、いずれも砂穴欠陥の原因となります。さらに、砂中子のパーティング面のバリの清掃不足や、ボックス閉鎖時にキャビティ内に遊離砂が落下することも、砂穴欠陥の一般的な原因となります。
4.3 注入工程
注入プロセス中に、注入速度が速すぎる、ゲートの設計が不合理
砂の流出や、鋳込み工程中の異物のキャビティへの落下などにより、砂穴が発生する可能性があります。また、鋳込み温度が高すぎる、あるいは低すぎる場合も、砂穴の発生に影響を与える可能性があります。
4.4 砂穴が発生しやすい場所
鋳物における砂穴欠陥の発生箇所としては、主に湯口、押湯、鋳物の厚く大きな部分、そして内部の空洞などが挙げられます。これらの箇所は、溶融金属の大きな洗浄力や放熱の遅さにより、鋳型の脱型や鋳物への砂粒の埋没が発生しやすい場所です。
第5章 砂穴欠陥の解決策
本論文では、砂穴欠陥の原因と一般的なプロセスを考慮して、次の解決策を提案します。
5.1 鋳物砂比率の最適化
鋳型砂の強度と耐火性を向上させることが、砂穴欠陥を解決する鍵となります。鋳型砂の配合を調整し、バインダーや添加剤の含有量を増やすことで、鋳型砂の湿潤圧縮強度と耐火性を高め、鋳型脱型や砂穴欠陥の発生を低減することができます。
5.2 ゲートシステム設計の改善
湯口の位置、サイズ、注湯速度など、湯口システムの適切な設計は、鋳型上の溶湯の洗浄力を効果的に低減し、砂穴欠陥の発生率を低減します。さらに、鋳物のサイズ、構造、重量に応じて注湯時間を調整することも、砂穴欠陥を低減するための重要な対策です。
5.3 プロセス管理の強化
成形、中子セット、型締め、注湯などの工程におけるプロセス管理を強化し、適切な操作、徹底した洗浄、衝突回避を確保することで、砂穴欠陥の発生を効果的に低減できます。例えば、型締め前にキャビティ内を徹底的にパージし、死角を残さないようにします。注湯前にスプルーカップとランナーが清潔であることを確認します。注湯工程中に異物がキャビティ内に落下するのを防ぎます。
5.4 キャスティングフィルターを使用する
ランナー部に鋳造フィルターを使用することで、溶湯中の介在物を効果的に除去し、鋳物の砂穴欠陥を根本的に排除することができます。鋳造フィルターは、溶湯の種類と鋳込み条件に基づいて選定する必要があります。
第6章 結論
砂穴欠陥は、BB3型多段ポンプ本体鋳鋼部品の砂型鋳造工程においてよく見られる鋳造欠陥の一つです。その原因は複雑かつ多様であり、発生しやすい工程と発生箇所は明らかです。鋳型砂比率の最適化、湯口システム設計の改善、工程管理の強化などの対策を講じることで、砂穴欠陥の発生率を効果的に低減し、鋳物品質を向上させることができます。今後、鋳造技術の継続的な発展に伴い、砂穴欠陥の予防と制御はより洗練され、インテリジェント化され、鋳造企業の持続的な発展に強力な保証を提供します。