最近、「持続可能な鋳造」という言葉が頻繁に飛び交っていますが、率直に言って、30 年前と比べてあまり環境に優しくないプロセスのマーケティング資料に貼り付けられることがよくあります。鋳鉄部品のシェルモールディングに関しては、答えは単純に「はい」か「いいえ」ではありません。それは「まあ、それを何と比較するか、そして店をどのように運営するかによって異なります。」これらの線を中心に何年も費やしてきた私の立場からすると、持続可能性の問題は、材料効率、エネルギー使用、そして鋳物を振り出した後にすべての砂がどうなるのかの間の、現実的な現実的なバランスにかかっています。
シェルプロセス: 本当の利益（そして苦痛）はどこにあるのか
シェル成形の核となるアイデアはエレガントです。巨大で高密度の砂ブロックの代わりに、砂と樹脂でできた薄くて硬化したシェルが金型のキャビティを形成します。すぐに、使用する砂の量が大幅に減ります。当社が製造する典型的なねずみ鉄バルブ本体の場合、シェル型の重量は 15 kg ですが、同等の生砂型では 200 kg に達する可能性があります。これは直接的な素材の削減であり、床上での感触が大幅に向上します。大量の物質を移動させず、再利用もせず、理論的には廃棄物の排出量が減ります。
しかし、最初の落とし穴は樹脂です。フェノール系熱硬化性樹脂です。この殻を硬化するには、約 300°C で焼きます。これは、「冷たい」状態で使用される緑の砂には存在しないエネルギー入力です。つまり、大量の砂の処理と引き換えに、対象を絞った熱エネルギーを得ることができたのです。それは純勝利ですか？当社のエネルギー メーターでは、マニホールドやポンプ ハウジングなどの大量の再現可能な部品の場合、シェル成形の一貫性と速度により、良好な鋳造あたりの合計炉時間が短縮されることがよくあります。不合格品が少ないということは、良質な鉄を再溶解していないことを意味します。これは、見落とされがちな巨大なエネルギーシンクです。
砂そのものが問題児となる。生砂は、水とベントナイトを使用してほぼ無限に社内でリサイクルできます。シェルサンドはその使用済みの硬化した樹脂でコーティングされています。そのままミキサーに戻すことはできません。私たちは、熱再生のためにそれをサードパーティの処理業者に送り、そこで樹脂を焼き切ろうとしました。それは機能しますが、今度は輸送による排出と別のエネルギー料金が発生します。一部のショップでは、再生貝殻砂の一部を中子や重要ではない型用の新しい砂混合物にブレンドして戻していますが、これはバランスを取るための行為です。多すぎると表面の仕上げが損なわれ、ご想像のとおり、スクラップが増えます。
鋳鉄本来のエッジと実際の事例
これは見落とされます: 鋳鉄 基材は持続可能性において有利なスタートを切ることができます。融点が鋼よりも低いため、液体にするための初期エネルギーが少なくなります。さらに重要なのは、鉄のスクラップループが堅牢であることです。当社の返品品 (ゲート、ライザー、不合格の鋳物) はすぐにチャージに戻り、多くの場合、溶湯の 50 ～ 60% を占めます。それはプラントの壁内の閉ループです。よく鋳造された鉄部品の寿命も関係します。重機用のシェルモールド鉄製ブラケットは、機械自体よりも長持ちする可能性があります。耐久性は基本的な持続可能性の指標ですが、必ずしも炭素計算のスプレッドシートに反映されるわけではありません。
油圧部品サプライヤーのプロジェクトを思い出します。彼らはシェルモールドダクタイル鋳鉄と加工鋼溶接のどちらを選択するかについて議論していました。私たちは、単価だけでなく推定ライフサイクルにも基づいて数値を計算しました。一体鋳造により、溶接エネルギー、検査ポイント、潜在的な故障の継ぎ目がなくなりました。シェルプロセスのニアネットシェイプ機能により、加工代が最小限に抑えられます。彼らはキャスティングに同行しました。 5 年後、その部品の現場故障率はほぼゼロになりました。それは最も本当の意味で持続可能です。元に戻らず、故障もせず、交換の必要もありませんでした。それはパンフレットの中でではなく、現場で主張していることです。
私たちはパートナーと協力し、 青島強泉源科技有限公司 (QSY)、いくつかの複雑な合金プロジェクトに携わっています。彼らは 30 年以上にわたって鋳造と機械加工に携わっており、彼らの見解はこの実用的な見解を反映しています。彼らのシェルモールド作業のために 鋳鉄 およびステンレス鋼コンポーネントでは、下流の機械加工の無駄を削減するための精度に重点が置かれています。完璧に形成されたシェルキャビティは、公差を満たすためだけに CNC ミルを使用して余分な材料を 1 時間かけて除去する必要がないことを意味します。機械加工部門の観点から見ると、下流のエネルギー節約は総環境コストの重要な部分ですが、鋳造工場だけでは評価されないことがよくあります。
厳しい現実と失敗した実験
すべてがきれいに得られるわけではありません。シェルモールディングベイの匂いは独特です、あのフェノール樹脂の匂いです。換気と空気処理システムは一流である必要があり、これもまたエネルギーを消費します。私たちは数年前、より「環境に優しい」バイオベース樹脂バインダーを実験しました。マーケティングは素晴らしかったです。ラインでは、特に湿気の多い天候では、シェルの強度が不安定でした。取り扱い中に金型の亀裂の発生率が高くなり、金属の侵入によるスクラップの急増につながりました。私たちは 2 か月後にトライアルを中止し、費用を負担しました。収量を犠牲にする持続可能性は、競争の激しい市場では役に立ちません。あなたは廃業します。教訓は、代替化学はまず機械的性能に適合する必要があるということでした。
もう 1 つの現実は、パターンのコストです。シェルモールディングの場合、高水準に機械加工された金属パターン (通常は鉄またはアルミニウム) が必要です。高価です。少量多品種の作業を行っている場合、そのパターンの製造にかかる環境コストは、少量の鋳物バッチでは決して償却できない可能性があります。同じパターンで大量生産または非常に長い生産サイクルを実行している場合にのみ、プロセスが全体的な観点から真に「持続可能」になるのです。それ以外の場合は、たとえ部分ごとの効率が低くても、より柔軟なプロセスを使用する方が良いでしょう。
それで、それは持続可能ですか?製造現場の評決
これらすべてを踏まえた上で、私の考えは次のとおりです。 鋳鉄部品 運用が最適化されていれば、他の多くの鋳造方法と比較して、より持続可能なルートになる可能性があります。同様の部品を大量に流し込み、砂の再利用を効果的に管理し (たとえそれがオフサイトであっても)、寸法精度を活用して機械加工の無駄を削減しているのであれば、はい、良い方向に進んでいます。成形段階での材料効率は実際のものであり、重要です。
しかし、小規模な工場で短納期のシェルラインを立ち上げ、不十分な砂管理に対処し、スクラップ率と戦っている場合、環境上の利点はすぐに消えてしまいます。持続可能性はプロセス名には含まれていません。それは実行方法にあります。それは、内部利益に満ちた溶融充填、数十年にわたって維持されているよく整備されたパターン、そして部品を機械加工だけでなく鋳造可能にするために協力する設計エンジニアにあります。
結局のところ、私たちにとってそれはツールです。シェルモールドは特定の作業にとっては素晴らしいツールであり、正しく使用すると、同じ出力に対して害が少なくなります。これは、ブーツに樹脂の粉がついた人から得られる産業の持続可能性の最も正直な定義です。それは革命ではありません。それは注意深く、時には厄介な練習の進化です。そしてそれが本当の仕事なのです。
