ロストフォーム鋳造における注湯システム設計とインゲート配置

ロストフォーム鋳造における注湯システム設計とインゲート配置

1. 方向性凝固: ホットスポットへのゲートの配置

高温の溶融鉄を厚いホットスポットに直接導くと、これらの領域の高温が維持され、「薄い部分が最初に凝固し、厚い部分が最後に凝固する」という温度勾配が確立されます。これにより、ライザーと組み合わせた効果的な供給が容易になり、理論的には収縮補正に理想的です。

ただし、インゲートは幾何学的なホット スポットの中心に直接配置しないでください。代わりに、ライザーが最終的な供給を完了できるように、隣接する厚肉エリアに配置する必要があります。インゲートをホット スポットの中心に直接配置すると、ホット スポットの熱質量がさらに大きくなり、収縮気孔のリスクが悪化します。

当然のことながら、このアプローチの実現可能性は、鋳物の特定の構造に依存します。実際には、鋳物は複雑な形状とさまざまな壁厚を特徴とすることがよくあります。したがって、ゲート システムを設計する際には、複数の要因の相互作用の影響を総合的に考慮する必要があります。

2. 同時凝固: 薄壁での複数の分散注入

溶融鉄を薄壁セクションに優先的に流すと温度が上昇しますが、厚いセクションでは自然に比較的早く冷却されます。これにより、鋳物全体の温度勾配が狭まり、同時凝固が促進されます。このアプローチは熱応力、変形、亀裂を軽減し、方向性凝固を厳密に必要としない肉厚変化が最小限の鋳物に適しています。

重要な注意事項: ロストフォーム鋳造における同時凝固原理は、従来の砂型鋳造から直接コピーすることはできません。厳密な境界制約が適用されます。

ロストフォーム鋳造では、金属が金型を満たすと同時にフォームが分解して熱を吸収します。充填流れ場は熱場を直接変化させます。さらに、避けられない制約には、負圧の適用、結合していない乾燥砂の硬くて非降伏性、および炭素残留物の浮遊が含まれます。

2.1 ホットスポットでのインゲート: 給餌の長所と短所

利点: 高温の溶鉄が厚い部分に導入され、局所的な高温が維持され、方向性凝固の条件が確立されます。ゲートシステムは一時的な供給チャネルとして機能できます。

2.2.消失フォーム鋳造における特有のリスク:

2.2.1 厚い部分での発泡体の大規模な分解により、かなりの熱が吸収されます。充填リズムが合わないと、厚い部分の温度が上がらず、効果的なグラジエントが得られない場合があります。これは単にホットスポットを拡大し、収縮気孔率を悪化させるだけです。

2.2.2 溶融鉄が厚肉発泡体に直接衝突すると、コーティングが容易に侵食され、砂混入欠陥が発生する可能性があります。

2.2.3ダクタイル鋳鉄はペースト状に固まります。インゲートが固化するのが早すぎて供給チャネルが遮断されると、たとえインゲートがホット スポットに配置されたとしても収縮気孔が発生します。

実践的なガイドライン: ロストフォーム鋳造のホットスポット近くへの供給による方向性凝固を達成するには、ライザーと注入口の直列接続を優先します (溶融鉄は鋳物に入る前にライザーを通って流れます)。ホットスポットに向かってまっすぐに向けられた、大きな断面の単一のインゲートを使用することは避けてください。

3. 薄肉に分散した複数の注入口による同時凝固

利点: 薄壁からの多点供給により、全体の温度場が均一になり、温度差、熱応力、変形が最小限に抑えられます。肉厚が比較的均一なねずみ鋳鉄鋳物に非常に適しています。

ロストフォームキャスティング特有のリスク:

3.1 薄い壁で供給が発生し、溶融鉄が厚いホットスポットに向かって流れる場合、厚い部分が最後に凝固することがよくあります。端子部には発泡分解残留物や低温溶融鉄が蓄積します。ホットスポットには高温の鉄も適切な供給も受けられず、その結果、収縮気孔と炭素の混入/折り目が組み合わさってしまいます。

3.2 薄肉箇所でコーティングを継続的にフラッシングすると、コーティングが損傷しやすくなり、砂混入欠陥が発生する可能性があります。

4.ロストフォーム鋳造におけるインゲートの配置を決定するための原則

4.1方向性凝固の追求（厚肉ダクタイル鋳鉄鋳物、厳しい無収縮要求）

理論: 厚い部分/ホットスポットの近くに溶鉄を導入します。

4.2実際の実行:

4.2.1 ホットスポットに隣接する厚肉エリアにインゲートを配置します。幾何学的なホットスポットの中心に直接配置しないでください。

4.2.2溶鉄が鋳物に入る前に、ライザーを通過する溶鉄の経路を優先します。

4.2.3 背の高い鋳物の場合は、底部ゲートと段階的充填を優先してください。これにより、金属が下から上に確実に充填され、炭素残留物とガスがライザーまたはスラグ トラップに上昇することができます。

4.2.4 単一の過大なインゲートは絶対に避けてください。複数の分散されたインゲートを使用して、局所的な過熱と浸食を軽減します。

ホットスポットにはライザーまたはチルを組み合わせる必要があります。ホットスポットでのゲートの配置だけに依存するだけでは、ダクタイル鋳鉄の収縮を除去するには不十分です。

4.2.5.同時凝固の追求（肉厚均一、応力・変形抑制優先、局所的多少の収縮は許容）

4.3. 理論: 薄壁での多点分散給電。

複数の小さな断面の注入口を薄壁領域全体に分散させて、充填経路を短縮します。

鋳物の遠端にある厚いホットスポットは、冷却を促進し、ターミナル充填からの低温スラグの蓄積を防ぐために、冷却と組み合わせる必要があります。

厚さが大幅に変化する鋳物に純粋な同時凝固を強制しないでください。厚いホットスポットで制御不能な欠陥が発生する可能性があります。

4.4.あらゆる条件に対応する普遍的なハード制約 (消失泡特有、固化理論に取って代わる)

コーティングの崩壊を防ぐために、インゲートは薄いフォーム壁の鋭い角に決して面してはいけません。

インゲートは機械加工された表面に配置することが望ましいです。インゲートをシール面、嵌合面、またはネジ面に決して置かないでください。

充填流動場では、分解残留物が鋳物の最高点に向かって移動し、これらの最高点にスラグ トラップが配置されるようにする必要があります。ホットスポット供給が理論的には適切であっても、鋳造本体内にスラグが捕捉される場合には、その計画は放棄されなければなりません。

注入口の断面積は小さすぎても (供給チャネルをブロックする供給段階中の早期固化を防ぐため)、大きすぎてもいけません (局所的な過熱を避けるため)。

5.まとめ

方向性凝固では、ホット スポット近くにゲートを配置することで供給が促進されますが、同時凝固では、熱勾配と応力を最小限に抑えるために薄壁での多点供給に依存します。

ただし、ロストフォーム鋳造では、砂型鋳造の手法を機械的に再現することはできません。インゲートをホットスポットに直接配置しても収縮は自動的に解消されず、薄い壁での供給は本質的に同時凝固を保証しません。エンジニアは、充填流れ場、泡の分解とスラグの排出、負圧、ライザーと冷却の統合を考慮して、包括的なトレードオフを行う必要があります。多くのシナリオでは、妥協したバランスの取れたソリューションが必要です。