永久金型鋳造法は金型を再利用して部品を作るのに対し、消耗金型鋳造法は使い捨ての金型を使う。溶融アルミニウムは2つの方法の最初の材料ですが、材料の形状と再形成、最終的な製品の強度、およびコストへの影響は劇的な違いがあります。 

アルミニウムを最も汎用性の高い材料の一つとして使用する産業はいくつかありますが、その理由は、強度対重量比、腐食性のなさ、導電性にあります。アルミニウムを部品やコンポーネントの形にする場合、使用される2つの主要なプロセスがあります、すなわち、永久金型鋳造と消耗金型鋳造です。この2つの工程に含まれる手順は同じではなく、最終製品には独自の機械的特性、用途、生産ニーズがあります。

このガイドでは、次のプロジェクトについて十分な情報を得た上で決断を下すために、プロセス、機械的特性、コスト、用途、環境への影響の違いについて要求する。

常用鋳型鋳造と消耗鋳型鋳造の比較対照

永久鋳造金型とは？

金型鋳造とは、溶かしたアルミニウムを金型に流し込む鋳造方法で、多くの部品を作ることができます。高い強度と寸法精度を必要とする部品の製造に適しています。鋳型の材料は一般的に鋳鉄か鋼鉄で、溶融アルミニウムの熱を何度も受けることができるようにするためです。このプロセスは、中量から大量の部品の大量生産に最適です。

恒久的な金型鋳造の特徴は次のとおりである：

• 再利用可能な型もある： 金属製の金型は再利用可能であるため、大量生産に使用すると経済的である。
• 正確な寸法： 金型は高品質の寸法を提供する。
• 強さだ： この部品は、他の鋳造方法で作られた部品に比べて強度が高い。
• 表面仕上げ： 高品質な表面仕上げにつながり、後工程は最小限に抑えられる。

一般的な用途：

• ブロック、ハウジング、ブラケットなどの自動車部品。
• 航空宇宙の構造部品。
• 高強度または中強度の工業用部品。

金型鋳造とは？

消耗型鋳造 鋳型の製造は、たった1回の使用で壊れてしまう。よく使われるのは、砂型鋳造、インベストメント鋳造、シェルモールドなどである。このプロセスは、複雑な部品やオーダーメイドの部品を開発する際に頻繁に使用されます。消耗型には、材料の多様性とともに、設計の自由度が大いにあります。

エクスペンダブルモールド鋳造のいくつかの主要な属性：

• 使い捨ての金型： 鋳型は鋳造が終わると廃棄されるため、単価が高くなる。
• 複雑な幾何学： これらは、複雑な形状や内部構造を持つ部品の製造に適している。
• 材料費の削減： 鋳型は、砂やセラミックなど、さまざまな種類の材料の形で用意することができる。
• 表面仕上げ： 表面仕上げはさらに後処理が必要な場合がある。

一般的な用途：

• OEMおよびカスタムパーツ、プロトタイプの製造。
• 航空宇宙および防衛用の部品。
• 彫刻、美術品、装飾品。

製造工程

パーマ・キャスト製法：

• アルミニウムの溶解 アルミニウムは炉で溶かして液状にする。
• 型に注ぐ： 液状のアルミニウムを永久金型に流し込む。
• 冷却と凝固： アルミニウムは冷却され、キャビティ内で固化する。
• カビの除去： 鋳型を取り外し、鋳造工程で部品の耐久性に合わせて成形され、決して弱点ではない鋳型を取り外す。
• キャスティングの後処理： 鋳物は必要に応じて、焼いたり、機械加工したり、精錬したりすることができる。

主な特徴

• 複雑な設計に最適。
• 高い生産率。
• 大量生産でコスト削減。

金型鋳造プロセスは、支出可能な付属しています：

• 型の準備： 使い捨ての鋳型は、砂、セラミック、貝殻などの材料で作られる。
• 溶解誘導と注湯： 溶かしたアルミニウムを型に流し込む。
• 冷却と凝固： 作品は冷えて固まる。
• カビの破壊： 出来上がった部品を排出するには、金型を破壊する。
• 後処理： 機械加工や仕上げが追加されることもある。

主な特徴

• 特注品や少量生産品の製造に適している。
• 複雑なデザインや特徴を与えられること。
• 単価を上げる。

微細構造と機械的性質

アルミニウムの微細構造および機械的特性は、製造工程に大きく依存する。

粒構造

• 永久鋳型鋳造： 永久鋳型の鋳粒は非常に細かく規則的で、これは金型の冷却が制御されているためである。これにより、強度と機械的特性が向上する。
• 消耗型鋳造： 消耗型鋳物では、結晶粒の傾向が均一でなく、結晶粒が大きいため、強度や延性が劣る。

気孔率と欠陥

• 永久鋳型鋳造： 金型は、鋳物の内部孔や内部欠陥を減少させ、強度と信頼性を高めるために使用される。
• 消耗型鋳造： これらの金型は消耗品であり、多孔質であるため、ガス孔や収縮空洞のような内部欠陥が部品に入り込み、応力下で性能を低下させる可能性がある。

機械的性能

表1：機械的性能

永久鋳型鋳造ロボット材料

金型

永久鋳型鋳造の鋳型は通常、鋼、鋳鉄、合金鋼をベースとしている。このような高温でサイクル耐性のある材料との組み合わせで選択されます。鋼鉄製鋳型はその耐久性と強度から特に好まれ、鋳鉄製鋳型は熱伝導が良い。

金属 - 鋳造

永久鋳造品の鋳造に最もよく使われる金属は以下の通りである：

• アルミニウム： 柔らかく、軽量で、耐食性に優れ、高強度を必要とする用途に最適である。
• マグネシウムだ： 軽量だが強度のある金属として分類され、航空宇宙産業や自動車産業でも人気がある。
• 亜鉛だ： 強度／延性に優れ、大量のダイカストによく使用される。
• これらの金属と耐久性のある鋳型を組み合わせることで、強度が高く、精密で、一貫性のある鋳造品が生まれます。

消耗型鋳造の原材料

金型材料

消耗型鋳造では、鋳型を使用するたびに鋳型が犠牲になる。鋳型は多くの種類から構成されるため、鋳造技術もさまざまです：

• 砂だ： 砂の最も一般的な用途は砂型鋳造で、珪砂とバインダーの混合物で鋳型を作る。
• セラミックだ： インベストメント鋳造に応用され、セラミックスの微粉末をシェルに加工し、高精度で金属を鋳造する。
• 石膏と貝殻： ロストワックス鋳造工程やシェルモールド工程に適用され、微細で公差の厳しい部品を製造する。

金属 - 鋳造

消耗金型鋳造には、選択使用可能な幅広い金属があり、それには以下のものが含まれる：

• アルミニウム： アルミニウムは、その軽量性と汎用性でよく知られており、自動車産業や消費財の一部で工業材料として一般的に使用されている。
• 鋼鉄と鉄： 砂型鋳造やインベストメント鋳造では、産業機械、工具、構造部品などに広く使用されている。
• 真鍮とブロンズ： 装飾品、バルブ、継手などの複雑な部品の鋳造に最適。
• チタン： チタンはより高価だが、強度と耐食性を併せ持つため、航空宇宙や埋め込み型医療機器など、特殊な用途に使われる。
• 必要条件 消耗金型は、部品と鋳造される金属の複雑さ、および生産要件に適した材料で作られるべきである。

永久鋳型の種類

1.重力永久鋳型鋳造

重力永久鋳型鋳造では、溶融金属は重力を参照して再利用可能な金型キャビティに注がれます。表面仕上げの良い、高品質でシンプルな部品を作るために採用されています。アルミニウムやマグネシウムのような金属に適しており、中程度の強度と細かい作業が必要な場合に一般的に適用されます。

2. 低圧永久鋳型（LOPRVM）

低圧。低圧永久鋳型鋳造の溶融金属は、低圧で鋳型に注入されるため、複雑な形状のキャビティへの充填が容易で、滑らかな表面仕上げが得られます。このプロセスは、一般的にアルミニウム合金やマグネシウム合金に適用され、部品が高レベルの機械的特性と密接な公差を持つ場合に適しています。

3.高圧永久鋳造法(HPDC)

この方法は、溶融した金属を金型に加圧注入し、短時間で充填するもので、非常に効率的なプロセスである。自動車部品や精密さ、強度、滑らかな仕上げ面が要求される部品などの大規模な製造に広く応用されている。

4.ダイカスト

ダイカストは永久鋳型鋳造であり、金型に溶融金属が充填された後、この金属が金型から押し出される（絞り出される）。主に自動車部品などの複雑な形状の部品の大量生産に使用され、一般的なダイカスト金属にはアルミニウム、亜鉛、マグネシウムなどがあります。

使用可能な鋳型の種類

1.砂型鋳造

最も広く鋳造され、普遍的な消耗型鋳造プロセスの1つは砂型鋳造である。これは、砂、粘土、水の混合物で作られる鋳型の形成を伴います。鋳型が準備された後、溶融金属が鋳型に流し込まれます。砂型鋳造による大型部品の鋳造は完璧で、アルミニウム、鉄、鋼鉄などの金属に広く適用されています。少量生産、中量生産に適しています。

2.インベストメント鋳造（ロストワックス鋳造）

インベストメント鋳造は、ワックスパターンからセラミックシェルパターンを切り離した形で作られる。パターンが溶けて取り除かれると、溶けた金属が型に流し込まれる。この方法は、部品が非常に細かい場合に最適で、航空製品、医療機器、宝飾品を製造する産業でよく適用されます。インベストメント鋳造は、高精度で複雑な形状を加工することができる。

3.シェル鋳型

シェルモールド鋳造とは、パターンと呼ばれる砂と接着剤を薄く塗った工程を経て成形されたケーシングに、極めて薄肉の鋳型を当てる工程を指す。鋳型が鋳造された後、パターンが外され、空洞に溶融金属が充填される。より小さく、より細かい部品によく適用され、次のような優れた製品仕上がりになる。 砂型鋳造.主にアルミニウム、黄銅、鋼合金に適用される。

4.ロストフォーム鋳造

発泡パターンが鋳型となる場合、ロスト・フォーム・キャスティングと呼ばれる。発泡パターンはセラミックの殻で覆われており、溶融金属を型に流し込むと発泡が溶けて蒸発します。この鋳造法は、複雑な形状の鋳物を鋳造する場合に行われることが多く、自動車産業や航空宇宙産業で最も一般的な鋳造法です。

5.遠心鋳造

遠心鋳造法 遠心鋳造法は、回転する鋳型に溶融金属を流し込む方法である。遠心力によって金属が鋳型の外側に飛ばされ、強度の高い鋳物ができる。この技法は、特に鋳鉄、鋼、青銅のパイプ、チューブ、ブッシュなどの円筒形部品の製造に適用される。

アプリケーション

永久鋳型の鋳造の使用：

永久金型鋳造で作られた部品は、高い強度、精度、耐久性が要求される用途に適している。自動車、航空宇宙、産業機械製造などの中・大量生産に適しています。

一般的な用途：

• 自動車用エンジンブロック  複雑な内部形状を持つエンジンの車両ブロックの設計。
• 航空宇宙部品： 軽量で強い強度を持つ構造部品。
• 産業機器： ポンプやポンプ・ハウジング、ブラケットなどの優れた性能部品。

金型鋳造の用途：

エクスペンダブルモールド鋳造は、少量生産、カスタムまたはプロトタイプのプロジェクトが設計され、設計の柔軟性が不可欠な場合に理想的な選択肢となっています。航空宇宙や防衛、カスタム製品の製造などの業界で一般的になっています。

一般的な用途：

• 航空宇宙部品： タービンブレードやエンジン部品を含む特殊部品。
• ディフェンス ユニークな形状のカスタムパーツやミリタリーグレードのパーツ。
• 美術と彫刻： アート製品のデザイン、パーソナライズ、アプリケーション。

価格と効率, コストと生産効率, コストと生産効率

永久鋳型鋳造：

• 立ち上げ費用： 金型製作に非常にコストがかかる。
• 1台あたりのコスト： 大量生産で部品単価を下げる。
• 生産スピード： 大量生産の場合、より迅速である。
• 長持ちする： 金属製の金型は長持ちするため、長期的にはコスト削減につながる。

鋳造-金属-工具-拡張可能な金型

• 立ち上げコスト： 消耗金型に使用される金型のコストが低い。
• 1台あたりのコスト： 金型が1回限りのため、メーカーにとっては部品単価が高く、割高になる。
• 生産速度： 生産には金型の作成と長い冷却工程が含まれるため、スピードが落ちるのだ。
• 耐久性がある： 金型は1個しか作れないため、1個あたりの生産コストが高くなる。

環境への配慮

エネルギー使用

• 永久鋳型鋳造： 原則的に、金属製の金型よりも少ないエネルギーで済む。
• 消耗型鋳造： 特に複雑な金型では、単位当たりのエネルギー投入量が大きくなる。

素材利用

• 永久鋳型鋳造： マテリアルフローは素晴らしく、無駄が少ない。
• 消耗型鋳造： 金型の使用は、一度しか使わないため、より多くの材料を廃棄することになる。

リサイクル性

• 永久鋳型鋳造： アルミニウムはリサイクルが容易で、使用後はお金になる。
• 使用可能な金型鋳造： アルミニウムはリサイクルできるが、金型はほとんどの場合リサイクルできない。 

永久金型鋳造と消耗金型鋳造を選択する場合

• 大量生産： 永久鋳型鋳造は、鋳型を繰り返し使用できるため、大量生産においてより経済的であり、生産速度も速い。
• 高強度の要素： 最終製品に高い強度等級、厳しい公差、低い内部欠陥が必要な場合、永久鋳型鋳造が望ましい選択肢となる。
• コンポーネント・アプリケーション： 永久鋳型鋳造は、自動車部品や工業製品のように、部品用途の内部で複雑さを達成する必要がない複雑な形状に適している。
• 生産サイクルが長い： 金型の使用と長期的な金型の再利用を考慮する長期生産プロジェクトでは、長期的に効率的である永久鋳型鋳造を使用すべきである。

永久金型鋳造の代わりに消耗金型鋳造を選択する状況

• 少量生産またはオーダーメイド： 消耗型鋳造の弱点であった、初期金型コストを抑えた少量生産または受注生産。
• 幾何学と複雑なデザイン： 複雑な内部システムや、永久鋳型では困難な非常に詳細なデザインや形状の場合は、消耗型鋳造が適しています。
• 高温合金： 通常、永久鋳造で鋳造できるのはアルミニウムや亜鉛のような融点の低い金属だけだからだ。
• プロトタイピングとワンオフ製品： 特定の企業が製品の新しいデザインをテストしている場合や、1点もののカスタム部品が必要な場合は、金型の製造コストが低いため、消耗品の金型が適していることがわかります。

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結論

永久鋳型鋳造と消耗鋳型鋳造は、それぞれの目的と作成要件に応じて明確な利点を持っています。常用鋳型鋳造は精密さおよびすばらしい細部のレベルを強調することを要求する中型から大量生産で使用されるべきで、一方使い捨て可能な鋳型鋳造は複雑な設計、注文部品および少量の生産を作成するためにより多くの柔軟性が要求されるとき使用されるべきであることに気づくことができる。

この2つのプロセスを選択する際には、必要とされる材料特性、必要な生産量、価格、デザインの複雑さなどを考慮する必要があります。すべての方法の長所と短所の両方を知ることは、メーカーがそのプロジェクトで使用する最良の鋳造方法を選択する選択肢を持つことを意味し、その結果、最終製品が最高の性能を発揮する効果的な生産が保証される。

よくあるご質問

1.大作をキャスティングする場合、どちらが安いですか？

永久鋳型鋳造は、鋳型を何度も繰り返し使用できるため、生産工程が短縮され、大量生産が可能になる。

2.消耗型鋳造に複雑な設計を使用することは可能ですか？

内部形状を持つ部品など、複雑で複雑なデザインを製造するには、金型鋳造が最適です。

3.強度の点で、どちらの鋳造法が適していますか？

永久鋳型鋳造は通常、より優れた部品になり、消耗型鋳型鋳造は高強度用途、特に航空宇宙や防衛で利用されることがある。

4.2種類の鋳造に材料の無駄はありますか？

使い捨て鋳型鋳造では、鋳型を一度だけ使用するため、廃棄物が多くなる。