I. ひび割れの原因

フラン樹脂を用いた自己硬化砂において、自己硬化過程で発生する亀裂は、樹脂の硬化特性、砂の特性、環境条件、およびプロセス操作の複合的な影響によって生じます。亀裂欠陥を効果的に解消するには、プロセスパラメータの包括的な分析と精密な最適化のみが不可欠です。

1. 樹脂と硬化剤の反応特性の影響

   フラン系自己硬化樹脂、硬化剤、砂を混合すると、発熱性の架橋反応が起こり、金型が硬化します。反応による発熱が激しく集中している場合、金型内部に大きな温度勾配が生じます。外側の層は急速に硬化して強固なシェルを形成する一方、内側の部分は反応を続け、熱の蓄積により膨張します。内部膨張応力が外側の強固なシェルの引張強度限界を超えると、亀裂が発生します。

   厚肉鋳造に用いられる大型鋳型の場合、樹脂と硬化剤の添加量を増やすと、反応熱が蓄積され、内層と外層の温度差が大きくなります。外層には引張応力がかかり、亀裂が生じやすくなります。

2. 砂の特性と粒度分布の影響

   砂粒の粒度分布、粒の形状、粘土含有量、微粉含有量は、ひび割れの発生傾向に大きく影響します。粒度分布が不適切で微粉砂が過剰になると、樹脂の接着面積が増加し、硬化収縮が大きくなり、応力集中点が生じてひび割れが発生します。

   丸みを帯びた砂粒に比べて、角張った砂粒は樹脂の収縮時に摩擦抵抗が大きく、砂塊の自由な変形を制限し、ひび割れのリスクを高めます。過剰な粘土や微粒子は樹脂の一部を吸収し、砂粒間の有効な結合強度を低下させます。脱水や相転移時の体積変化に加え、樹脂の収縮応力も加わることで、さらにひび割れを誘発します。

3. プロセス操作の影響

• 混合時間が不十分だと、樹脂と硬化剤が砂粒の周囲に均一に分布しない。樹脂が集中している部分は収縮が大きく、樹脂が不足している部分は強度が低下する。内部応力分布の不均一性がひび割れを引き起こす。

• 不均一な圧縮もまた、悪影響を及ぼす要因の一つである。高度に圧縮された領域は剛性が高く、わずかな変形によって内部応力を緩和することができない一方、緩く圧縮された領域は変形しやすい。これらの領域間の相互作用によって、亀裂発生の条件が作り出される。

• 型抜きタイミングの誤りは致命的です。型が十分な強度を発揮する前に早期に型抜きを行うと、外部からの剥離力と自重によって微細な亀裂が発生し、その後の工程で亀裂が拡大します。

• 速乾性塗料を塗布する際、塗料のボーメ度値が不適切であったり、溶剤が合致しなかったりすると、塗布時間が長くなります。また、発火後の過度の加熱は、応力集中やひび割れの原因となります。

  4. 環境条件の影響

      周囲の温度と湿度は、自己硬化反応の調節因子として作用する。

• 高温は硬化を促進し、砂混合物の作業時間を短縮し、型枠を急速に硬化させる。内部応力が十分に分散されず、ひび割れの原因となる。

• 低温では反応速度が遅くなり、硬化が不完全になる。金型はゆっくりと強度を増していくため、取り扱い時にわずかな外力でもひび割れが生じる可能性がある。

• 高湿度下では、砂が自由水分を吸収しやすくなります。硬化過程で水が蒸発し、蒸気圧が発生して樹脂の結合部分が破壊されます。細孔周辺に応力が集中することで、さらに亀裂へと発展します。

II．亀裂に対する予防的プロセス対策

1. 硬化速度の制御

   過度に速い硬化は避けてください。フラン樹脂砂の適切な作業時間と剥離時間は、実際の生産条件に基づいて決定してください。周囲温度が低い場合は、金型およびコア製作用の金属パターンと冷却装置を予熱し、すべてのセクションで均一な硬化速度を実現し、温度差を低減してください。

2. 金型構造設計の最適化

   厚肉金型には中空構造を採用し、材料消費量を削減するとともに、変形や亀裂の発生を防ぐ。コアフレームの構造と剛性を最適化する。鋳鉄製フレームが望ましい。鋼製フレームを採用する場合は、弾性応力が発生しないよう十分な剛性を確保する必要がある。

   大型で複雑な金型は、自重による変形を防ぐため、専用のパレットに載せてください。

3. 成形材料の最適化

   低収縮性の熱可塑性フラン系自己硬化樹脂を採用する。樹脂添加量を適切に管理し、一般的には砂質量の1%以下に抑える。高温下でのコークス生成傾向の低い樹脂を選択する。

   高精度な連続混合装置を使用し、正確な計量を行います。規定の混合時間を守って、すべての成分を均一に混合します。遊離酸含有量が安定した、品質基準を満たしたスルホン酸系硬化剤を使用します。

4.  プロセス操作の標準化

   混合砂の作業時間内に砂の充填と締め固めを完了させ、型枠の均一な締め固めを維持する。

   金型が十分に硬化してから塗装を行ってください。アルコール系塗料の場合は、素早く塗布し、速やかに着火して、炎による金型への熱影響を短縮してください。塗料のボーメ度を調整し、過熱や過度の収縮を防ぐため、メーカー指定の溶剤を使用してください。

   砂のばらまき作業中は、使用済み砂の除塵システムを作動させてください。再生砂の微粒子含有量と酸要求量を監視し、安定した砂の品質を維持してください。

XINDAフラン自己硬化樹脂は、フラン環を含む熱硬化性樹脂で、酸触媒反応により室温で硬化します。省エネルギー、低炭素排出、低環境汚染といった特長を備えています。単体、小ロット、中型、大型、特大型の鋳造品の金型や中子の製造に幅広く使用されています。安定した硬化性能を発揮し、金型の品質を保証し、鋳造不良の低減に貢献します。