ガス化モデルを用いた鋳造プロセス（シェルキャスト） 

シェル鋳造は、QT400-18 および QT600-3 ダクタイル鋳鉄製の精密バルブボディやギアハウジングの大量生産を含む、中小規模の高精度ダクタイル鋳鉄、鋼、アルミニウム合金部品の大量生産に適しています。この方法で製造される鋳物の寸法精度と表面品質は、粘土砂や従来のコールドセットレジン砂を使用して製造された鋳物に比べて大幅に優れています。

殻形成の原理

コーティングサンドは、砂粒上にプレコーティングされた固体フェノール樹脂を使用して作られています。乾燥コーティングされた砂が180〜250℃の温度で高温の金属工具と接触すると、表面の樹脂が溶けて硬化剤の作用で架橋反応が起こり、硬くて不融性で不溶性の薄い砂の殻が形成されます。非加熱の緩い砂は再生して再利用できます。注湯中に薄いシェルが加熱し、樹脂が燃え尽きて分解し、金型が自然に崩壊するため、鋳物のノックアウトと洗浄が容易になります。

シェル鋳造用に特別に設計されたコーティングサンドの原料配合

基本的な砂: 粘土含有量が 0.3% 以下の丸い洗浄済み珪砂。鋼鋳物の場合、膨張欠陥を防ぐためにジルコン砂またはクロマイト砂が使用されます。

バインダー: 熱可塑性フェノール樹脂を砂の 1.0 ～ 3.0 重量％の量で添加します（特にシェル鋳造の場合）。

硬化剤: ヘキサメチレンテトラミン (HMTA) を樹脂の 10 ～ 15 重量％の量で添加します。

潤滑： ステアリン酸カルシウムは砂の流動性を改善し、機器への付着を防ぎます。

機能性添加剤: 低オフガスおよび浸炭防止添加剤を必要に応じて微量添加します。

主な違い: 常温硬化型レジンサンドを現場で直接混合します（ベース砂＋液状レジン＋硬化剤を使用直前に混合）。シェル鋳造用のコーティングサンドは市販の乾燥砂です。現場で必要なのは成形時の熱のみで、現場での樹脂混合は不要です。

1 金属装備の準備

精密機械加工されたスチールまたはアルミニウム合金のスプリングフォームには、180 ～ 250°C の一定温度を維持するための加熱チャンネルが組み込まれています。装置の精度は、収縮や加工代を事前に考慮した上で、鋳物の寸法公差を直接決定します。

2 サンディングとシェルモールディング

ホッパーを反転して、溶銑金型の表面をコーティングされた砂で完全に覆います。

60 ～ 120 秒かけて工具上の砂の表面層を硬化させ、均一な薄いシェルを形成します。

ツールを裏返し、非加熱のコーティングされた緩い砂を捨てて完全に再循環させ、ツールの表面に付着した硬化した砂の殻だけを残します。

3 二次完全硬化

薄い砂殻を窯に送ってさらに加熱して樹脂の架橋を完了させ、内部応力を取り除き、流し込み時の剥離やひび割れを防ぎ、全体の乾燥強度を高めます。

4 シェルの取り外し、金型の組み立て、補強

硬化した砂のシェルを工具から取り外して、シェルの上部と下部の半分を取得します。 2つの半分を位置合わせし、接着して固定します。比較的厚い壁を持つ鋳造品の場合、注入中にシェルが膨張したり変形したりするのを防ぐために、シェル型をフラスコに入れ、支持充填剤を充填します。

5 溶かして注ぐ

溶融した鋳鉄、鋼、アルミニウム合金は、指定されたプロセス温度で均一に注入されます。緻密で滑らかなシェル型のキャビティはガス放出が制御されているため、ブローホール、焼け跡、金属の貫通などの欠陥が大幅に減少します。

6 冷却、ノックアウト、洗浄

鋳物が完全に冷却されると、高温での炭酸化により樹脂フィルムの接着力が失われ、サンドシェルは自然に崩壊します。振動を利用して鋳物を分離することができます。ショットブラスト後、表面に残留する砂は少量だけであるため、加工代は最小限で済みます。

7 廃砂再生

廃砂は炭化した樹脂の残留物で覆われており、再生するには700℃以上の高温焼成によって除去する必要があります。再生砂は一貫したパフォーマンスを提供しますが、再生にかかるエネルギー消費と資本コストは粘土砂よりも高くなります。

主な違い: シェル鋳造と従来の冷間硬化レジンサンド

硬化メカニズム:

シェル鋳造: 熱硬化;熱間金型を使用して数秒から数分で迅速に成形します。

冷硬化樹脂サンド：環境中で化学的に自己硬化します。触媒を使用して室温で硬化するため、成形サイクルには数十分かかります。

形状:

シェル鋳造: 厚さ 6 ～ 20 mm の薄い中空砂シェル、砂の消費量が非常に少ない。

冷間硬化樹脂サンド: 一体型の重量物であり、砂の消費量が多くなります。

装備:

シェル鋳造: 高い資本コストがかかる高精度の加熱金型。

冷間硬化型レジンサンド: 木型または金属型を使用でき、加熱は必要ありません。

製造上の適用性:

シェル鋳造: 小型および中精密部品の連続生産のための自動ライン。

冷間硬化樹脂砂: 大型の厚肉鋳物の単一および小規模生産。

表面精度:

シェル鋳造: 公差クラス CT7 ～ CT9、表面粗さ Ra6.3 ～ 12.5 ミクロン、薄肉の複雑な内部空洞が明確に形成されています。

冷間硬化レジンサンド：公差クラスCT9～CT11、表面品質はシェルキャスティングより劣ります。

シェルキャストの利点

1 高い寸法精度と優れた表面品質により、加工代を大幅に削減し、加工コストを削減します。

2 乾燥砂には水分が含まれていないため、金型キャビティ内のガス穴欠陥が最小限に抑えられ、油圧バルブ本体や流体通路などの精密部品に最適です。

3 サンドシェルの優れたノックアウト性により、困難な深穴や浅い内部空洞への砂の付着・詰まりを解消し、洗浄効率が大幅に向上します。

4 高い成形速度: 各サイクルにかかる時間はわずか数分であり、自動バッチ生産と互換性があります。

5 硬化した砂殻は、湿気を吸収したり変形したりすることなく長期間保存でき、生産計画に柔軟性をもたらします。

プロセスの制限

1 コーティングされた砂と加熱された金型の総コストは、粘土砂やコールドセット樹脂砂の総コストよりも大幅に高くなります。

2 サンドシェルの構造強度には限界があるため、このプロセスは壁厚が 50 mm を超える重い鋳物には適していません。

3 樹脂の高温分解中に刺激性の排ガスが放出されるため、排ガスを収集して浄化するための補助装置の設置が必要です。

4 廃砂を再生するには高温での焙焼が必要となり、エネルギー消費量と運転コストが高くなります。

代表的な用途

ダクタイル鋳鉄部品（QT400-18、QT600-3）： 油圧バルブブロック、ギアハウジング、シャーシブラケット。

自動車部品: エンジンのシリンダーヘッド、吸排気マニホールド、オイルシールシート。

中小型鋼鋳物: バルブボディ、建設機械用精密ピン。

薄肉精密アルミニウム合金コンポーネント: ウォーターポンプハウジング、電気モーターハウジング。