鋳物砂とは - 種類と性質

鋳物砂とは?

鋳物砂とも呼ばれる鋳物砂は、湿らせて圧縮したり、油を塗ったり、加熱したりすると、よく詰まり、その形状を保持する傾向がある砂です.金型キャビティを準備するための砂型鋳造のプロセスで使用されます。

成形に使用される主な原材料は鋳物砂です。これは、他の材料では得られないいくつかの主要な特性を備えているためです。鋳物砂は、霜、風、雨、熱、水流などの自然の力の作用による岩石の崩壊から生じる粒状粒子として定義されます。岩石は複雑な組成をしており、砂には岩石のほとんどの要素が含まれています。

このため、鋳物砂は世界のさまざまな地域で大きく異なります。自然界では、川や湖の底やほとりに見られます。鋳物砂は、その起源の性質に応じてさまざまなカテゴリに分類されます.

鋳物砂の主な成分は次のとおりです。

• シリカ (SiO2) - 86 ～ 90%、
• アルミナ (Al2O3) - 4 ～ 8%、
• 酸化鉄 (Fe2O3) - 2～5%、少量の Ti 酸化物
• マン
• Ca、およびいくつかのアルカリ化合物

ナチュラルサンド/グリーンサンド

緑の砂とも呼ばれ、天然資源から採取されます。唯一の結合剤として水を含んでいます。水分含有量が長期間維持されるという利点があり、使用可能な水分含有量の範囲が広く、金型のパッチや仕上げが容易です。

グリーンサンドは、砂、ベントナイト粘土、微粉炭、および水の集合体です。その主な用途は、金属鋳造用の金型を作ることです。骨材の大部分は常に砂であり、多くの場合、シリカの均一な混合物です。

粘土の比率には多くのレシピがありますが、成形性、表面仕上げ、高温の溶融金属のガス抜き能力のバランスはすべて異なります。一般に海炭と呼ばれる石炭は、5% 未満の割合で存在し、溶融金属の表面で部分的に燃焼し、有機蒸気のガス放出を引き起こします。

砂型鋳造は、材料が単純なため、最も初期の鋳造形式の 1 つです。同じ単純さのため、金属を鋳造する最も安価な方法の1つであり続けています.コキールを使用するなど、他の鋳造方法は、表面仕上げの品質が高くなりますが、コストが高くなります。

グリーンサンド (他の鋳物砂と同様) は、通常、鋳造労働者が「フラスコ」と呼ぶものに収容されます。これは、底や蓋のない箱に他なりません。ボックスは 2 つに分割され、積み重ねて使用されます。半分は、それぞれコープとドラッグ フラスコと呼ばれます。

すべてのグリーンサンドが緑色というわけではありません。ただし、湿った状態で使用されるという意味で「グリーン」と見なされます (グリーンウッドに似ています)。 Cast Metals Federation の Web サイトによると、別の鋳造方法は、溶融金属を注ぐ前に成形された砂を加熱乾燥することです。この乾式砂型鋳造プロセスにより、より重い鋳物に適したより剛性の高い金型が得られます。

合成砂

比較的粘土の少ない砂とバインダー（水とベントナイト）、その他必要に応じて混合した人工砂です。混合物の含有量を変えることで特性を簡単に制御できるため、砂を成形することをお勧めします。

鋳鋼用生合成砂の組成は以下の通りです。

新しいケイ砂 - 25%、古い砂 - 70%、ベントナイト - 1.5%、デキストリン - 0.25%、水分 - 3 ～ 3.5%。

鋳鋼用乾式合成砂の組成は以下の通りです。

正味珪砂 — 15%、古砂 84%、ベントナイト — 0.5%、水分 — 0.5%。

それに加えて、ジルコナイト、オリビンなどの特定の種類の特殊な砂があります。これらの特殊な砂はシリカよりも高価であるため、使用が正当化される場合にのみ使用されます.

鋳物砂の種類

鋳物砂も用途によって、裏砂、中子砂、乾砂、化粧砂、生砂、ローム砂、離型砂、システム砂などに分類されます。

1.裏砂または床砂

裏打ち砂または床砂は、見返し砂をバックアップするために使用され、鋳枠の全容積を満たすために使用されます。裏金砂は、古くから繰り返し使用されている鋳物砂が石炭粉塵の混入や溶湯との接触による燃焼により黒色になることから、黒砂と呼ばれることがあります。

2.コアサンド

コアサンドはコアを作るために使用され、オイルサンドとも呼ばれます。中子砂は、亜麻仁油、樹脂、軽鉱油などの結合材からなる中子油などの油バインダーを混合した高濃度珪砂です。ピッチまたは小麦粉と水も、経済のために大きなコアで使用される場合があります.

3.乾いた砂

型や中子を作った後、適当なオーブンで乾燥または焼き上げた生砂を乾燥砂といいます。強度、剛性、および熱安定性が向上しています。乾燥した砂は、主に大型の鋳物に使用されます。この砂で作られた型は、乾燥砂型として知られています。

4.直面する砂

面砂は型の面を形成します。それはパターンの表面に隣接しており、金型が注がれたときに溶融金属と接触します.パターンの周り、つまり金型表面の初期コーティングは、仕上げ砂によって与えられます。化粧砂は高強度耐火性を持っています。化粧砂は、使用済みの砂を使わず、珪砂と粘土でできています。

金属が砂に燃えるのを防ぐために、さまざまな形態の炭素が直面砂に使用されます。鋳鉄の生砂用化粧砂混合物は、新鮮で特別に準備された 25% と 5% の海炭で構成されている場合があります。

6～15 倍の細かい鋳物砂と混ぜて表面仕上げをすることもあります。鋳型内の化粧砂の層は、通常 20 ～ 30 mm の範囲です。鋳物砂全体の10～15%が化粧砂です。

5.グリーンサンド

グリーンサンドはテンパーサンドまたは天然砂としても知られており、シリカ砂と 18 ～ 30% の粘土を混合したばかりで、水分含有量は 6 ～ 8% です。粘土と水は、緑の砂の結合を提供します。細かく、柔らかく、軽く、多孔質です。

グリーンサンドは手で握ると湿り、圧力をかけても形と印象を保ちます。この砂で準備された型は裏打ちを必要としないため、生砂型として知られています。

Greensand は入手が容易で、低コストです。グリーンサンドは、鉄および非鉄の鋳物の製造に一般的に使用されます。

6.ロームサンド

ロームサンドは、砂と粘土を水で混ぜて薄いプラスチックのペーストにしたものです。ロームサンドは、30～50% の高粘土と 18% の水分を含んでいます。ローム成形では型紙を使わず、スイープで型に形をつけます。ローム砂は、大型ねずみ鋳鉄鋳物に使用されるローム成形に特に使用されます。

7.別れの砂

生砂が模様にくっつかないようにするため、またパーティング面に砂がくっつかずに剥がれるようにするため、結合剤や水分を含まない離型砂を使用します。別れの砂は、別れの粉と同じ目的を果たす、粘土を含まないきれいな珪砂です。

8.システムサンド

機械成形が採用されている機械化された鋳物工場。造型枠全体にシステムサンドを充填します。機械的な砂の準備および取り扱いユニットでは、化粧砂は使用されません。使用済みの砂は、水と特別な添加剤を加えて洗浄し、再活性化します。

これはシステムサンドとして知られています。鋳型全体がこの系砂でできているため、鋳物砂の強度、通気性、耐火性などの特性は、裏金砂よりも高くなければなりません。

鋳物砂の性質

鋳物砂、中子砂に求められる基本的な物性は、下記の接着性、凝集性、崩壊性、流動性、乾燥強度、生強度、浸透性、耐火性です。

1.粘着力

粘着性とは、鋳物砂が鋳型箱の内壁にくっつくなど、異物にくっついたり付着したりする鋳物砂の性質です。

2.結束力

凝集性とは、砂粒粒子が相互作用し、鋳物砂内で互いに引き合う鋳物砂の特性です。したがって、鋳物砂の結合能力が強化され、鋳物砂と中子砂の生、乾燥、熱間強度特性が向上します。

3.折りたたみ可能性

金型内の溶融金属が固化した後、砂型は、金属の自由収縮が発生するように折りたたみ可能でなければならず、これにより、収縮する金属の引き裂きやひび割れが自然に回避されます。崩壊性がない場合、金型によって金属の収縮が妨げられ、鋳物に裂け目やひび割れが生じます。このプロパティは、コアで非常に必要です。

4.乾燥強度

溶湯が鋳型に注がれるとすぐに、溶銑に隣接する砂層の水分が蒸発します。この乾燥した砂層は、溶銑の流れ中に鋳型壁が侵食されないように、その形状に十分な強度を持たなければなりません。溶融金属。乾燥強度により、液体金属の金属静圧によって引き起こされる金型キャビティの拡大も防止されます。

5.流動性または可塑性

流動性または可塑性は、砂が圧縮されて流体のように振る舞う能力です。打ち込むと、パターンのすべての部分に均一に流れ、すべての方向に均等に打ち込む圧力が分散されます。

一般に、砂の粒子は角や突起の周りを動きません。一般に、生強度が低下すると流動性が増加し、逆も同様です。砂の粒度が小さくなると流動性が増します。流動性は、砂の水分と粘土含有量によっても異なります。

6.緑の強さ

水を混ぜた後の生砂は、鋳型の製作と取り扱いを可能にするのに十分な強度と靭性を備えていなければなりません。このために、砂粒は粘着性がなければなりません。つまり、砂粒は別の物体に付着できる必要があります。そのため、粘着性の高い砂粒が成形ボックスの側面に付着します。

また、砂粒は、凝集性、つまり砂粒が互いにくっつく能力として知られる特性を持たなければなりません。この性質により、金型を壊さずに金型からパターンを取り出すことができ、また、溶湯の流れの際に金型壁面の浸食が発生しません。

グリーン強度は、粒子の形状とサイズ、粘土の量と種類、および水分含有量にも依存します。

7.透過性

透過性は、溶融金属が鋳型に注がれたときに鋳型内に存在または生成された空気、ガス、または水分を逃がすための鋳物砂の気孔率とも呼ばれます。注湯および凝固プロセス中に発生するこれらのガスはすべて逃がさなければなりません。そうしないと、鋳造品に欠陥が生じます。

透過性は、鋳物砂の粒子サイズ、粒子形状、および水分と粘土含有量の関数です。砂の打ち込みの程度は、金型の透過性に直接影響します。ベントロッドを使用して通気することで、金型の透過性をさらに高めることができます。

8.難治性

耐火性とは、成形砂が高温に耐え、分解や融合することなく、健全な鋳造が容易になる能力として定義されます。これは鋳物砂の非常に重要な特性です。耐火性は限られた範囲でしか増加できません。

耐火性の悪い鋳物砂は鋳肌に焼き付き、平滑な鋳肌が得られない場合があります。耐火性の程度は、SiO2、つまり石英の含有量、および粒子の形状と粒径によって異なります。

鋳物砂や中子砂の耐火性は、SiO2 含有量が高く、粒体積組成が粗いほど高くなります。耐火性は、砂の融点ではなく焼結点によって測定されます。

9.鋳物砂の諸性質

上記の要件に加えて、鋳物砂は鋳物に付着してはならず、金属と化学的に反応してはなりません。鋳物砂は、経済的に安価で、自然界で簡単に入手できる必要があります。経済的な理由から、再利用可能である必要があります。その熱膨張係数は十分に低くする必要があります。