インベストメント鋳造ポンプ本体 – インベストメント鋳造鋳造所

1. 導入

ポンプ本体は、ドライバーのエネルギーを流体の動きに変換する構造および油圧ハウジングです。. 通常、渦巻が含まれています, インペラーシート, ベアリングボス, フランジと内部通路.

ポンプ本体に選択された製造ルートにより、達成可能な形状が決まります, 冶金, コストとリードタイム.

インベストメント鋳造は形状が複雑な場合に優れています (内部ガイドベーン, 薄いウェブ, 統合されたボス), 公差が厳しい, および高信頼性合金 (ステンレス鋼, ニッケル合金, ブロンズ) 必要です.

2. インベストメント鋳造ポンプ本体とは?

定義とコア機能

an 投資キャスティング ポンプ本体 ロストワックス製のポンプハウジングです。 (投資) キャスト方法.

ワックス (またはポリマー) ポンプ本体のパターンを作成します, シェルを構築するために耐火セラミックでコーティングされる, 加熱して除去したワックス, そして溶けた金属をセラミックの型に流し込みます。.

焼成されたシェルは固化後に破壊され、ニアネット鋳造ポンプ本体が露出し、その後完成および検査されます。.

代表的な仕様と寸法

• 部品質量: インベストメント鋳造ポンプ本体は通常、1 個あたり数百グラムから数十キログラムの範囲にあります。; 多くの鋳造工場では、プラントの能力に応じて、ポンプ本体を約 0.5 kg から最大約 50 ～ 100 kg まで鋳造します。.
• 壁の厚さ: ステンレスまたはニッケル合金の一般的な公称壁: 3–12 mm; 最小の薄いセクションまで 1–2 mm 選択された合金とプロセス制御で達成可能.
• 寸法耐性 (as-cast): 一般的なインベストメント鋳造公差は、一般的に以下に該当します。 ±0.1〜0.5 mm 小さな機能については; パーセントベースの許容誤差 ±0.25～0.5% 線形は実際的な経験則です.
  重要な機械加工されたフィーチャには通常、機械加工の余裕が残されます。 (0.2–2.0 mm（鋳造精度による）).
• 表面仕上げ (as-cast): 典型的なRa 1.6–3.2μm (50–125分) 標準セラミックシェル用; 細かい貝殻と注意深く注ぐと Ra ≈ が生成されます。 0.8–1.6μm.
  シール面またはベアリングジャーナルは、はるかに細かいRaまで機械加工/ラッピングされます。 (≤ 0.2 μm) 必要に応じて.

3. 設計上の考慮事項

インベストメント鋳造により複雑な形状が可能, しかし、優れた設計手法により、品質が最大化され、コストが最小限に抑えられます。.

油圧性能要件

• 流路 & 巻物: 滑らかなフィレットと制御された収束により、分離やキャビテーションが回避されます.
  内部フィレット半径は十分に大きくする必要があります (≧ 1 ～ 2 × 壁厚) 乱気流を減らすために.
• インペラシートのアライメント: 同心性と直角度が重要です - 機械加工された穴とデータム フィーチャの計画.
• クリアランス: インペラのオーバーハングとシール面でのポンプのクリアランスは、ポストキャスト機械加工によって維持可能でなければなりません.

構造要件

• ストレス & 倦怠感: 周期的な負荷を考慮する; 有限要素解析を使用して局所的な応力上昇要因を特定する.
  鋳造冶金 (穀物サイズ, 分離) 疲労寿命に影響を与える - 薄肉化を避ける設計, 適切なフィレット加工が施されていない、非常にストレスのかかるボス.
• 振動: 硬いウェブとリブが固有振動数を高めるのに役立ちます; インベストメント鋳造により、リブをボディに統合することが可能.

腐食 & 着る

• 材料の選択: 流体化学に基づいて合金を選択する (ph, 塩化物, 侵食性微粒子, 温度).
  海水用, 二相鋼または白銅が必要な場合があります; 酸用, ハステロイまたは適切なニッケル合金.
• 耐浸食性: 滑らかな内面と犠牲コーティング (ハードフェイス, サーマルスプレー) 粒子状スラリーが存在する場合のオプションです.

寸法公差 & 表面仕上げ

• 重要な機能: どの面/穴を仕上げ加工するかを指定し、加工代を指定します (例えば。, 0.5砂質のシェルの場合 -1.5 mm, 0.2精密シェルの場合 -0.6 mm).
• シール面: Raと平面度を指定してください; Ra ≤ までラッピング/研磨されることが多い 0.2 μm以内の平面度 0.01–0.05 mm 圧力クラスに応じて.

4. インベストメント鋳造ポンプ本体材料

材料の選択は、インベストメント鋳造ポンプ本体の設計と製造において重要な要素です。, 機械的性能に直接影響するため, 耐食性, 製造, そしてサービス生活.

5. ポンプ本体のインベストメント鋳造プロセス

インベストメント鋳造, とも呼ばれます 紛失したワックスキャスティング, 複雑な形状のポンプ本体の製造が可能になります, 薄い壁, および高次元精度.

このプロセスはいくつかの重要なステップで構成されています:

6. キャスティング後の操作

ポンプ本体をセラミックシェルから取り外した後, コンポーネントが機能を満たしていることを確認するために、いくつかの鋳造後の操作が実行されます。, 寸法, および表面品質の要件.

これらの操作は、化学分野の高性能アプリケーションにとって重要です。, 海兵隊, および産業部門.

熱処理

熱処理 残留応力を緩和するために適用されます, 延性を改善します, 機械的特性を最適化します:

• ストレス緩和アニーリング: ステンレス鋼の場合は 550 ～ 650 °C に加熱すると、鋳造による残留応力が軽減され、機械加工中の歪みが防止されます。.
• ソリューションアニーリング: ステンレス鋼およびニッケル合金に適用され、微細構造を均質化し、不要な析出物を溶解します。, 耐食性と一貫した硬度を確保.
• 時効または析出硬化 (特定の合金の場合): 高機能材料の強度と耐摩耗性を向上させます.

機械加工

フランジなどの重要な寸法, ボア, 合わせ面, ねじ付きポートは厳しい公差を満たすように機械加工されています.

一般的な機械加工には旋削加工が含まれます。, ミリング, 掘削, そして退屈. 機械加工により確実に:

• 寸法公差 ±0.05 ～ 0.1 mm による正確な組み立て.
• 高圧用途での漏れを防ぐ滑らかなシール表面.

表面仕上げ

表面仕上げ 耐食性を高めます, 耐摩耗性, と美学:

• 研磨: シール面と内部チャネルの平滑性が向上します。.
• ショットブラスト: 残留セラミック粒子を除去し、コーティングまたは塗装用の均一な表面を作成します。.
• コーティング: オプションの化学コーティングまたは電気メッキコーティング (例えば。, ニッケル, PTFE) 耐食性を高め、摩擦を軽減します.

非破壊検査 (NDT)

気孔などの欠陥を検出するため, ひび割れ, またはインクルージョン, NDTが実行されます:

• X線撮影 (X線): 内部の空隙と介在物を識別します.
• 超音波検査 (ut): 厚い部分の表面下の欠陥を検出します.
• 染料浸透試験 (pt): 表面の亀裂と多孔性が明らかになります.

洗浄と検査

ついに, ポンプ本体を洗浄して残留加工油を除去します。, デブリ, または塩. 寸法検査と目視検査により、組み立てまたは出荷前に仕様への準拠を確認します.

7. 品質保証とテスト

品質保証 (QA) インベストメント鋳造ポンプ本体が設計仕様を確実に満たすために重要です。, 性能基準, および業界の要件.

体系的な QA アプローチは寸法チェックを組み合わせます, 機械的テスト, 欠陥を検出し、機能の完全性を確認するための非破壊評価.

寸法検査

寸法検証により、ポンプ本体が設計図面と公差に適合していることを確認します。:

• 測定機を調整します (CMM): 複雑な形状の測定, ボア, フランジ, 取付面の精度は±0.01～0.05mm.
• ゲージツール: ねじゲージ, プラグゲージ, 高さゲージは生産時に重要な機能を迅速に検証します.
• 表面粗さの測定: シール面と内部チャネルの仕上げ要件を確認 (例えば。, 油圧コンポーネントの場合は Ra ≤0.8 μm).

機械的特性の検証

機械試験により、材料が必要な強度を満たしていることが検証されます。, 延性, と硬度:

• 引張試験: 降伏強度を測定する, 極限引張強さ, と伸び, 材料が動作負荷に耐えられることを確認する.
• 硬度テスト: ロックウェルまたはビッカース試験により、熱処理と材料処理により所望の硬度が達成されたことが確認されます。.
• インパクトテスト (必要に応じて): 変動荷重や衝撃にさらされる用途の靭性を評価します.

非破壊検査 (NDT)

NDT 技術により、部品に損傷を与えることなく隠れた欠陥を検出します:

• X線撮影 (X線・CTスキャン): 内部の気孔率を特定します, インクルージョン, そしてボイド, 特に厚い部分では.
• 超音波検査 (ut): 内部亀裂の検出, ボイド, またはステンレス鋼やニッケル合金などの緻密な材料​​の層間剥離.
• 染料浸透試験 (pt): 表面の亀裂が明らかになる, ピンホール, または肉眼では見えない微細な気孔.
• 磁気粒子試験 (山): 強磁性合金に適用され、表面および表面付近の不連続性を検出します.

一般的な鋳造の欠陥と軽減戦略

• 気孔率: 適切なゲートにより最小化, ベント, および制御された凝固速度.
• 収縮キャビティ: ライザー設計と熱管理によって対処.
• コールドシャットとミス: 複雑な形状でも最適な注湯温度とスムーズな流れを維持することで回避.
• 表面の介在物: 高純度合金と適切な脱ガス技術を使用して制御.

8. ポンプ本体のインベストメント鋳造の利点

• 複雑なジオメトリ: 内部パッセージ, 薄い壁と最小限の二次アセンブリを備えた一体型ボス.
• ネットの形状: 材料の除去を減らす vs. バーまたはビレットからの荒加工 – 多くの場合 30–70% の加工削減 複雑な部品の場合.
• 高次元精度 & 表面仕上げ: 砂型鋳造と比較して、多くの機能の二次仕上げが少なくて済みます.
• 合金の柔軟性: 優れた冶金的完全性を備えた多くのステンレスおよびニッケル合金を鋳造します.
• 小規模から中規模の生産の柔軟性: ワックスパターン用のツールは比較的安価です. 大型金型ツーリング, プロトタイプから数千の部品まで経済的に実行できるようにする.

9. 制限と課題

• 非常に大きな部品のコスト: 一定のサイズ以上 (頻繁 >100 kg) インベストメント鋳造は、砂型鋳造や加工/溶接に比べて不経済になります.
• リードタイム: パターンツール, 砲弾の構築と焼成によりリードタイムが増加します。試作のタイムラインは通常数週間かかります。.
• 厚い部分の気孔リスク: 厚いボスや大きな断面には慎重なゲートが必要です, 収縮を避けるための冷却またはセグメント化.
• 表面仕上げと公差はシェルシステムによって異なります: 超微細な仕上げや非常に厳しい鋳放し公差を実現するには、プレミアムセラミックシステムとプロセス制御が必要です.

10. 産業用アプリケーション

インベストメント鋳造ポンプ本体は、その優れた特性により幅広い業界で使用されています。 複雑なジオメトリ機能, 物質的な汎用性, および高次元精度.

このプロセスにより、エンジニアは最適化された油圧通路を設計できます。, 薄い壁, ポンプの効率と寿命を向上させる統合された取り付け機能.

化学処理ポンプ

• 環境: 酸などの腐食性流体, コースティクス, および溶媒.
• 使用材料: ステンレス鋼 (316l, 二重) およびニッケル合金 (ハスロイ, インコネル).
• 根拠: インベストメント鋳造により複雑な内部チャネルが可能になります, 乱流を最小限に抑え、均一な流れを保証します, 化学プロセスの信頼性にとって重要.

上下水ポンプ

• 環境: 大容量ポンピング, abrasive suspended solids, and variable pH levels.
• 使用材料: ブロンズ, デュプレックスステンレス鋼, and corrosion-resistant cast irons.
• 根拠: Thin-wall, smooth internal passages reduce clogging and energy losses, improving efficiency in municipal and industrial water systems.

海洋および海洋ポンプ

• 環境: Saltwater exposure, high-pressure operation, and cyclical mechanical stress.
• 使用材料: 銅合金 (海軍の真鍮, ブロンズ), デュプレックスステンレス鋼.
• 根拠: Resistance to corrosion and biofouling is critical; investment casting allows seamless, complex geometries to reduce maintenance and improve service life.

油 & ガスおよび発電用ポンプ

• 環境: 高温, high-pressure fluids, and hydrocarbon-based media.
• 使用材料: High-nickel alloys (インコネル, ハスロイ), ステンレス鋼, and cobalt-based alloys.
• 根拠: Investment casting supports high-strength materials and precise tolerances necessary for critical applications such as turbine lubrication, chemical injection, and offshore drilling.

特殊ポンプおよびカスタムポンプ

• 環境: Laboratory, 医薬品, or food processing applications requiring hygienic and precision performance.
• 使用材料: ステンレス鋼 (304, 316l), チタン, またはニッケル合金.
• 根拠: 滑らかな表面, 厳しい公差, インベストメント鋳造によって実現された複雑な形状により、汚染リスクを最小限に抑え、規制基準への準拠を保証します。.

11. 比較分析

12. 結論

インベストメント鋳造ポンプ本体は、設計の自由度と冶金学的完全性を兼ね備えています, 多くの流体処理用途、特に内部形状が複雑な用途に最適です。, 特殊な合金または厳しい公差が必要です.

成功は鋳造の初期設計にかかっています, 情報に基づいた材料の選択, 慎重なプロセス管理 (注ぐ, 砲撃, 熱処理), 堅牢な QA/NDT プログラム.

重要なポンプ システム用 - 船舶用, 化学または発電 - インベストメント鋳造は信頼性の高い製品を提供できます, 正しく指定され実行された場合の経済的なコンポーネント.

 

FAQ

インベストメント鋳造できるポンプ本体の最大サイズはどれくらいですか?

一般的な工場での作業範囲は、部品ごとに最大 50 ～ 100 kg です。, ただし、実際の最大値は鋳造工場の能力と経済性に依存します。.

非常に大きなポンプ本体は、砂型鋳造または加工/溶接によって製造されることがよくあります。.

インベストメント鋳造ではどれくらいの加工代を設計すればよいですか?

許可する 0.2–2.0 mm 臨界度と砲弾の精度に応じて. 鋳造工場がシェルの精度を保証する場合にのみ、より厳しい許容値を指定します。.

海水ポンプ本体に最適な材質はどれですか?

二相ステンレス鋼と厳選された銅ニッケル合金は、耐塩化物孔食性と生物付着性能に優れているため、一般的な選択肢です。; 最終的な選択は温度によって決まります, 速度と浸食条件.

インベストメント鋳造ポンプ本体の標準的な所要時間はどのくらいですか??

小規模な生産では通常、時間がかかります 4–8週 パターンの承認から部品の完成まで; 単一のプロトタイプは 3D プリントされたパターンを使用することで高速化できますが、依然としてシェルの焼成と溶解のスケジュールが必要です.

気孔率の許容基準を指定するにはどうすればよいですか?

業界の NDT 標準を使用する (X線撮影, CT, ut) 体積または参照画像による気孔率パーセントで許容レベルを定義します.

臨界圧力を保持するポンプ本体には多孔性が必要な場合が多い <0.5% 顧客基準に基づく体積および X 線検査の許容度による.