溶湯品質分析と濾過によるダイカスト溶湯品質と鋳造結果の改善

本紹介資料は、[Metaullics Systems Co. L.P.]が発行した["Improving Die Casting Melt Quality and Casting Results with Melt Quality Analysis and Filtration"]論文の研究内容です。

Figure 9a:The Prefil curve demonstrates improved fluidity with the filter compared with
Figure 9a:The Prefil curve demonstrates improved fluidity with the filter compared with

1. 概要:

  • タイトル: Improving Die Casting Melt Quality and Casting Results with Melt Quality Analysis and Filtration (溶湯品質分析と濾過によるダイカスト溶湯品質と鋳造結果の改善)
  • 著者: Dr. David V. Neff
  • 出版年: 提供されたテキストに明示的に記載されていません。
  • 発表ジャーナル/学会: 明示的に記載されていませんが、参考文献はAFS (American Foundry Society) 学会発表を示唆しています。
  • キーワード: アルミニウム鋳物、溶湯品質、介在物、濾過、結合粒子フィルター、ダイカスト、機械加工性、スクラップ削減。

2. 要約

自動車用途におけるアルミニウム鋳物の使用は、急速に拡大し続けています。高圧、低圧、金型鋳造、精密砂型鋳造プロセスが大量生産の要求を満たしています。これらの用途におけるエンジニアリング要件は、高度な鋳造健全性を要求し、それはアルミニウム合金の溶湯状態から始まります。本論文では、特に介在物に関して、溶湯清浄度品質を評価するいくつかの現場および実験室の方法と、結合粒子フィルターを使用した持続使用、炉内濾過システムから得られる利点に関する情報を提供します。結合粒子濾過を活用すると、加工欠陥の削減、表面仕上げの改善、伸びの増加、漏れの減少、全体的なスクラップの削減など、大幅な改善を最小限のコスト、労力、リスクで達成できます。

3. 研究背景:

研究テーマの背景:

自動車部品(エンジン部品、構造部品、ホイール)用のアルミニウム鋳造生産の増加は、より高い鋳造特性に対する要求を促進しました。

先行研究の状況:

濾過プロセスは、アルミニウム形状鋳造作業で一般的に使用されています。結合粒子フィルターは、ほとんどの場合、炉内用途向けの好ましいフィルターとして浮上しました(Neff, 1995)。

研究の必要性:

より高い特性要件は、ポロシティ/微小ポロシティを最小限に抑えるために、介在物および水素含有量に対する厳格な制御と優れた金属品質を要求します。高圧ダイカスト、重力ダイカスト、金型鋳造プロセス、および大量砂型鋳造では、絶対的な注入点濾過を提供することが現実的でない場合が多くあります。

4. 研究目的と研究課題:

研究目的:

結合粒子濾過が溶湯品質と鋳造結果の改善に及ぼす効果を実証する。溶湯清浄度を評価するための現場および実験室の方法を提示する。

主要研究:

さまざまな技術(Prefil、PodFA、K-Moldなど)を使用した溶湯清浄度評価と、結合粒子濾過が鋳造品質パラメータ(機械加工性、スクラップ削減、機械的特性)に及ぼす影響。

5. 研究方法

この研究は、ダイカスト鋳造工場での実験室評価と生産規模の実験を組み合わせて使用しています。

  • 研究デザイン: 比較研究(濾過された金属と濾過されていない金属)、およびさまざまなフィルター構成の評価。
  • データ収集:
    • 減圧試験 (Reduced Pressure Test) (図2)
    • Alscan (水素測定)
    • Qualiflash (流動性試験、図3)
    • Prefil Footprinter (金属清浄度のリアルタイム分析、図4)
    • PodFA (金属組織検査、図5)
    • 機械的試験 (多重試験片金型を使用、図6)
    • Tatur 試験 (収縮とポロシティ、図7)
    • K-Mold (マクロ清浄度、図8)
  • 分析方法: 溶湯清浄度、流動性、機械的特性、および欠陥率の定量的および半定量的分析。結果を業界標準と比較。
  • 研究範囲: 主にダイカストプロセスにおける、結合粒子フィルターを使用した炉内濾過に焦点を当てています。

6. 主要な研究結果:

主要な研究結果と提示されたデータ分析:

  • Prefil 結果: 濾過された金属は、最高の「清浄金属」業界標準と同等の清浄度を示しました(図9a)。生産鋳造工場の結果も、濾過によって大幅な改善を示しました(図9b)。
  • PodFA 結果: 8グリットの結合粒子フィルターは、20 ppiのセラミックフォームフィルターと比較して改善された結果を示しました(図10)。フラックス注入後の濾過は、金属品質をさらに向上させました(図11)。
  • K-Mold 結果: 実験室(図12a)および生産(図12b)環境の両方で、濾過された金属と濾過されていない金属の間に明確な違いがあります。
  • Tatur 試験結果: 濾過された材料は、パイプ体積で3%の違いと10%高い供給距離を示しました(表1)。
  • 機械的特性: 濾過されたサンプルでは伸びが大幅に向上しましたが、引張強度と降伏強度は大きく影響を受けませんでした(表2)。
  • Qualiflash 結果: 実験室および生産環境の両方で、濾過された金属で流動性が大幅に向上しました(図13a)。
  • 機械加工性とスクラップ削減: 硬点除去、漏れ減少、工具寿命延長、スクラップ削減など、さまざまな鋳造工場で大幅な改善が見られました(表3)。
Figure 9b: Production foundry Prefil results verify benefits of filtration.
Figure 9b: Production foundry Prefil results verify benefits of filtration.
Figure 10: PodFA results show improvement of 8 grit bonded particle filter over 20 ppi ceramic foam filter.
Figure 10: PodFA results show improvement of 8 grit bonded particle filter over 20 ppi ceramic foam filter.
Figure 11: PodFA results show further improvement by filtration after flux injection.
Figure 11: PodFA results show further improvement by filtration after flux injection.
Table 1. Tatur Test Results, Laboratory Melt
Table 1. Tatur Test Results, Laboratory Melt
Table 2. Mechanical Property Determination, Laboratory Melt
Table 2. Mechanical Property Determination, Laboratory Melt

図の名称リスト:

  • 図1a: 垂直ゲートフィルターは、鋳造炉の出湯口またはディップウェルに配置されます。
  • 図1b: ボックスフィルターは、るつぼ炉または他のタイプの炉のディップウェルに役立ちます。
  • 図2: 減圧試験は、鋳造工場やダイキャスターが金属品質を評価するために使用する最も一般的なツールです。
  • 図3: Qualiflash試験は、溶融金属の流動性を半定量的に測定します。
  • 図4: Prefil Footprinterは、蓄積された業界データに対する金属清浄度のリアルタイム分析を提供します。(N-Tec)
  • 図5: PodFA試験は、収集されたサンプルに対する金属組織検査を使用して金属清浄度を評価する一般的な方法です。
  • 図6: 多重試験片金型は、機械的試験用の試験片を鋳造するために使用されます。(N-Tec)
  • 図7: Tatur試験は、収縮とポロシティを測定します。(N-Tec)。
  • 図8: K-Moldは、マクロ清浄度を評価するシンプルな現場でのリアルタイム試験です。
  • 図9a: Prefil曲線は、フィルターを使用した場合に流動性が向上することを示しています。
  • 図9b: 生産鋳造工場のPrefil結果は、濾過の利点を確認しています。
  • 図10: PodFAの結果は、20 ppiセラミックフォームフィルターよりも8グリット結合粒子フィルターの改善を示しています。
  • 図11: フラックス注入後の濾過によるPodFAの結果は、さらなる改善を示しています。
  • 図12a: 同じ金属を継続的に再利用した後の実験室K-moldの結果。
  • 図12b: 生産ダイキャスターのK-Moldの結果は、380合金で優れた結果を示しています。
  • 図13a: Qualiflashを使用した実験室の結果は、ボックスフィルターによって大幅な改善が見られることを示しています。

7. 結論:

主要な調査結果の要約:

結合粒子濾過は、金属の流動性、伸び、および全体的な金属清浄度を大幅に向上させます。これらの改善により、ダイ充填性の向上、供給欠陥の減少、微小ポロシティの減少、機械加工性の向上、スクラップ率の低下につながります。

  • 学術的意義: この研究は、さまざまな確立された試験方法を使用して、結合粒子濾過の有効性に関する定量的および定性的証拠を提供します。
  • 実用的意義: 炉内で結合粒子フィルターを使用すると、ダイカスト作業における鋳造品質を大幅に向上させ、コストを削減できます。

8. 参考文献:

  • [1] Neff, D., "continuous, Sustained, “Re-useable” Filtration Systems for Aluminum Foundries and Diecasters, Proceedings, 4th International Conference on Molten Aluminum Processing, AFS, Orlando, November, 1995, р.121
  • [2] Law, J., Tian, C., Murray, M., “Experiences in the Measurement of Molten Metal Quality in a High Pressure Diecasting Foundry", Transacations, NADCA 1999, p.235
  • [3] Evans, C., Willmert, W., “Qualiflash as it Relates to Filtration and Degassing for Foundry and Extrusion Alloys" Proceedings, Fifth International Conference, Molten Aluminum Processing, AFS, Orlando, November, 1998, p. 349

9. 著作権:

  • この資料は、"Dr. David V. Neff"の論文: "Improving Die Casting Melt Quality and Casting Results with Melt Quality Analysis and Filtration"に基づいています。
  • 論文の出典: [DOI URL] テキストには記載されていません。

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Tags: aluminum alloy; ,Aluminum Casting; ,Applications; ,CAD; ,Die casting; ,Mechanical Property; ,Sand casting; ,金型; ,금형; ,자동차