大型マンガン鋼ライナー鋳造プロセス事例｜フラン樹脂および補助硬化剤の実用的応用
2026-09-16 09:22ミルライナーは、鉱業、建材、電力産業におけるボールミルの中核となる耐摩耗部品です。過酷な作業環境下で稼働するため、鋳造品には高い内部密度と表面品質が求められます。このライナーは、高マンガン鋼Mn13Cr2製で、単体鋳造重量は1700kg、平均肉厚は40～80mmであり、厚肉耐摩耗鋳造品に分類されます。
フラン樹脂砂を用いた量産では、この種の鋳造品はしばしばいくつかの技術的な課題に直面します。第一に、厚肉鋳造用の砂型は、型反転や輸送中に変形や型枠の崩壊を防ぐために、十分な初期強度が必要です。第二に、フラスコレス成形生産ラインのタクトタイムが長いため、樹脂ベンチ寿命と剥離時間を正確に一致させる必要があります。硬化が早すぎると砂の充填が妨げられ、硬化が遅れるとライン効率が低下します。第三に、高マンガン鋼では注湯温度が高く溶鋼量も多いため、ガス発生と砂型の高温安定性が、ブローホールや砂の焼き付きなどの欠陥を防ぐために重要になります。
本研究では、無鋳型成形および金属鋳型成形の工程において、FRH150フラン樹脂とHDS-04硬化剤を組み合わせた配合を用いてバッチ検証を行った。試験では、生産ラインにおける大型耐摩耗鋳物の量産要件を満たすため、砂型透過性と剥離効率の最適化に重点を置いた。
Ⅰ．製品情報
FRH150フラン樹脂の技術指標
| フラン樹脂モデル | 密度（20℃） | 粘度（20℃） | 遊離ホルムアルデヒドFF | 窒素含有量 |
|---|---|---|---|---|
| FRH150 | 1.15～1.25g/cm³ | ≤ 40 mPa・s | ≤ 0.1% | ≤ 1.5% |
HDS-04硬化剤の技術指標
| 硬化剤モデル | 密度（20℃） | 粘度（20℃） | 総酸 | 遊離酸 |
|---|---|---|---|---|
| HDS-04 | 1.20～1.30 g/cm³ | ≤ 30 mPa・s | 18～20％ | ≤ 1.5% |
Ⅱ．製品情報
| 成形プロセス | フラスコレス成形 |
| 金型タイプ | 金属金型 |
| 砂型寸法 | 22001560420mm |
| 砂の温度 | 34℃ |
| 周囲温度 | 31℃ |
| 周囲の湿度 | 66% |
| レジンモデル | FRH150 |
| 樹脂添加率 | 0.92% |
| 硬化剤モデル | HDS-04 |
| 硬化剤添加率 | 31%（樹脂質量基準） |
| ベンチ寿命 | 6～7分 |
| 脱型時間 | 30分 |
| 砂型引張強度試験（30分） | 0.53MPa |
| 砂型引張強度（8時間） | 0.92MPa |
Ⅲ．FRH150フラン樹脂および適合硬化剤の主な利点
低粘度のため、砂の混合が容易で、砂粒のコーティングも均一です。
FRH150樹脂の粘度は40mPa・s以下、HDS-04硬化剤の粘度は30mPa・s以下です。これら2つの成分は流動性に優れており、砂の混合時に砂粒表面を迅速かつ均一にコーティングできます。砂型全体に均一な強度分布が得られるため、型枠の崩壊や砂の流出を引き起こす局所的な弱点の発生を防ぎます。
生産ラインのタクトタイムに合わせた制御可能な硬化速度
砂温度34℃、周囲温度31℃という高温条件下において、樹脂添加率0.92%、硬化剤添加率31%という低率で、ベンチ寿命6～7分、脱型時間30分という最適な条件を実現しました。これにより、フラスコレス成形ラインの高速循環要件を満たしつつ、砂充填のための十分な作業時間を確保しています。
厚肉砂型枠の内外を均一に養生するための優れた浸透性
FRH150樹脂は十分な硬化反応性を有しています。2200×1560×420mmの大型砂型は、全体にわたって均一な硬化を実現します。引張強度は30分で0.53MPa、8時間で0.92MPaに達します。砂型は、脱型、輸送、および金型組み立ての際に変形やひび割れを起こしにくい構造となっています。
遊離ホルムアルデヒドと窒素含有量の少ない配合により、作業環境と鋳造品質が向上します。
FRH150は遊離ホルムアルデヒド含有量が0.1%以下であり、刺激臭を大幅に低減し、快適な作業環境を実現します。窒素含有量が1.5%以下であるため、高マンガン鋼鋳物における窒素気泡の発生リスクを効果的に低減し、鋳物内部の密度を向上させます。
高マンガン鋼の注湯に適した優れた高温安定性
硬化後、この樹脂は高温下でも高い強度を維持し、高温溶融Mn13Cr2鋼による長時間の浸食にも耐えます。これにより、砂の摩耗や焼き付きによる欠陥が軽減され、鋳造後の研削作業の負担が軽減されます。
Ⅳ．現場での適用と結果分析
現場での生産では、金属金型を使用したフラスコレス成形ラインを採用しており、砂型寸法は2200×1560×420mmです。高温多湿の夏季条件下（砂温度34℃、周囲温度31℃、湿度66%）で、FRH150樹脂を0.92%、HDS-04硬化剤を31%添加します。砂混合物のベンチライフは6～7分で安定しており、30分以内に脱型が完了します。
脱型効率が大幅に向上：ベンチ寿命が同じ場合、脱型時間は従来製品と比較して20～30%短縮されます。これにより、1シフトあたりの砂型生産量が大幅に増加し、大規模鋳造生産ラインのボトルネックが緩和されます。
砂型強度の安定性：30分後の引張強度は0.53MPaで、脱型および輸送に必要な強度を満たしています。8時間後の引張強度は0.92MPaに達し、金型組み立ておよび注湯前に変形やひび割れを起こすことなく、砂型の寸法を安定的に維持します。
鋳造品質：Mn13Cr2溶鋼を注湯後、鋳造品の表面は滑らかで、明らかな砂の付着や焼け付きは見られません。内部検査では窒素ガスによる気泡は見られず、鋳造歩留まりは顧客の受入基準を満たしています。
作業環境の改善：遊離ホルムアルデヒド含有量の少ない配合により、成形作業場の刺激臭を大幅に低減し、現場作業員の快適性を向上させるとともに、グリーン鋳造の発展傾向にも合致しています。
Xinda FRH150フラン樹脂とそれに適合するHDS-04硬化剤は、組立ラインや大型鋳造生産向けに特別に開発されました。これらは、フラスコレス成形および金属金型成形プロセスにおいて、優れた透過性と離型効率を発揮します。これらの製品は、ミルライナーやクラッシャージョープレートなどの耐摩耗性鋳造品、ならびに工作機械ベッドや建設機械構造部品などの中型・大型鋳造品の量産に幅広く使用されています。