消耗金型鋳造は、製造工程が終わるごとに破棄される金型に溶融金属を流し込んで金属製品を製造する柔軟なプロセスである。消耗型。再生可能な永久鋳型とは異なり、消耗鋳型は砂、石膏、セラミックなどの素材で、鋳造後は使い捨てになります。複雑な形状、極めて高い精度、微細なディテールを持つ部品を製造するのに適した方法であり、他のプロセスでは単純で実現不可能である可能性が高い。
金型製作において高品質な少量生産から中量生産を必要とする業界には、航空宇宙、自動車、医療、防衛などがある。このプロセスは、生産されるすべての部品を製造するために新しい金型を作る必要があるため、大規模生産には不向きである可能性があり、そのため、高価であることがわかりますが、複雑なデザインを製造する能力は、強度、耐久性、および精度が要求されるアイテムを製造する場合には貴重です。
金型鋳造の歴史
エクスペンダブルモールド鋳造 の歴史は古く、その存在は数千年前まで遡ることができる。鋳造法を用いた文明には、エジプト人、ギリシャ人、ローマ人が含まれ、鋳造されたものには宝飾品、硬貨、武器などがある。時の流れとともに、新しい素材の出現や、より複雑で正確な鋳造を可能にする技術の向上により、そのプロセスは変化していった。
現代の使い捨て金型鋳造技術の隆盛は、金属加工技術が著しく進歩した18世紀から19世紀にかけての産業革命にまで遡ることができる。砂型鋳造やロストワックス鋳造のような方法の出現により、全く異なる方法で金属から部品を製造することが可能になり、今日では製造の過程で使い捨ての鋳型が使用されることは当たり前のことになっている。
金型鋳造とは？
使い捨て鋳型鋳造は、金属部品の製造に適用される製造プロセスと定義することができる。製造された部品は、1回の使用で破壊されるように意図的に設計された鋳型に入れられるからである。鋳型を数回再利用できる永久鋳型鋳造に比べ、消耗鋳型鋳造は再利用可能な鋳型を使用します。溶けた金属が冷えて固まった後、完成品を得るために型やパターンは破壊される。
この製法は、他の製法ではコストがかかり、不可能な高精度の複雑な部品を鋳造する場合に特に適している。消耗型という用語は、鋳型が1サイクルで消費されることを意味します。つまり、使用するたびに、別の部品を作るために新しい鋳型を開発しなければなりません。
エクスペンダブル鋳型の使い方
パターン作成
消耗型鋳造では、最初のステップは鋳造する部品のパターンを作ることです。パターンは、ワックス、発泡スチロール、金属などの材料で構成され、最終製品の形状を模倣するように構成されます。
鋳型形成
砂、石膏、セラミックなどの鋳型物質がパターンを取り囲み、採用される鋳造プロセスに応じてさまざまな方法で物質を取り除くことができる。
パターン除去
金型の材料が固まったらパターンを取り出すが、ほとんどの場合、これは溶かすか、燃やすか、叩き割るかして行われる。こうすることで、型に元のパターンと同じ形の空洞ができる。
金属注入
金型キャビティが準備されると、溶融金属が金型に導入され、パターンによって残されたキャビティを埋める。金属は冷却され、凝固する。
カビの破壊
金属が冷えて固まったら、鋳型を破壊して（通常は壊して砕くか溶かす）鋳物を回収する。
後処理
鋳型から取り出された鋳物は、機械加工や研磨工程のような二次的な仕上げ技術によって、要求される仕様を達成するためにさらに改良することができる。
金型鋳造の種類
それでは、エクスペンダブル・モールド・キャスティングの種類をもう少し掘り下げてみましょう：
1.砂型鋳造
消耗型鋳造。砂型鋳造の最も一般的な方法のひとつが砂型鋳造である。鋳型を作る必要があり、型紙（鋳造するものの模型）の周りに粘土と水を混ぜた砂を詰めるのが一般的です。型は一般的に金属かワックスを使用し、型が固まった後、型を壊すか溶かす。
プロセスの概要：
- 金属やワックスなどの素材をパターンの形にする。
- その後、砂、粘土、水を混ぜたものを模様の周りに塗る。
- 模様ははじかれ、型を加熱することで砂が固まる。
- パターンによって残された空洞は、鋳込まれた溶融金属で満たされる。
- 金属が固まった後、鋳型を壊して鋳物を露出させる。
メリット
- 生産量が少量または中量の場合、コスト効率よく機能する。
- 単純な形状を持つバルク鋳物の製造が可能。
- 多目的に使用でき、アルミニウム、鉄、スチールなど、さまざまな素材で作ることができる。
- 自動車、重工業、機械産業で横行。
デメリット
- 表面仕上げは他の鋳造法ほど滑らかではない。
- 非常に細かいデザインはうまく機能しない。
2.インベストメント鋳造（ロストワックス鋳造）
ロストワックス鋳造としても知られるインベストメント鋳造は、非常に正確な消耗型鋳造法である。ロストワックス鋳造は、セラミックシェルにワックスを塗布し、乾燥させて固める方法です。ワックスは次に溶かされて排出され、中空のセラミック型が残り、そこに溶けた金属が流し込まれます。
プロセスの概要：
- ワックスパターンは、好みのデザインに成形されるパターンによって形成される。
- 厚いシェルを作るには、ワックスパターンをそのスラリーの層で覆い、次に砂をかける。
- その後、すべての型を熱し、溶けたワックスを空にする。
- セラミックの殻は溶けた金属になる。
- 金属が固まった後、セラミックの殻を割って鋳型を見せる。
メリット
- 高精度で表面仕上げが非常に良い。
- 小さなディテールや複雑なピースを鋳造するのに使うのがベストだ。
- ステンレス鋼、チタン、貴金属など、非常に幅広い金属に適用できる。
デメリット
- 特殊な条件は砂型鋳造よりも高価である。
- より時間がかかる。
- 少量生産に適しているが、大量生産には不向き。
3.シェル成形
シェルモールド シェルモールドも原理的にはインベストメント鋳造と密接に関連する鋳造プロセスであるが、パターンは現在、金属製のパターンの周りに砂ベースのシェルである。このプロセスは、部品の寸法精度の高さや、部品の滑らかな表面仕上げにも定評があります。
プロセスの概要：
- 金属パターンを焼き戻し、細かい砂スラリーに浸す。
- 模様が砂に定着し、貝殻が形成される。
- シェルの準備ができたら、シェルを残りのパターン材料がなくなるまで加熱する。
- 溶けた金属で満たされたシェルに金属を流し込み、金属が凝固したらシェルを壊して鋳物を取り出す。
メリット
- 優れた寸法精度とアイロン仕上げのエッジを持つ製品を製造。
- 複雑な部品の鋳造に適している。
- 鋼鉄や鉄のような融点の高い金属を扱うことができる。
デメリット
- 砂型鋳造に比べると高価である。
- 正確なシェルを作るには多くの時間がかかるため、小片に限られている。
- 砂型鋳造のように材料の選択に関して多様性はない。
4.ロストフォーム鋳造(LFC)
ロスト・フォーム・キャスティング（LFC） ロスト・フォーム・キャスティングは、金属やワックス・パターンの代わりにフォーム・パターンを利用する、消耗型鋳造の新しい形態である。発泡パターンを砂で覆い、溶かした金属を穴に流し込むことで、発泡の使用をぼかしています。
プロセスの概要：
- 鋳造する作品の発泡スチロールの型を作る。
- その後、発泡スチロールの模様に砂の層を塗り、砂をプレスして型を作る。
- 鋳型を加熱し、溶けた金属を流し込む。
- 発泡スチロールで覆われたパターンは溶融金属によって蒸発し、残りは凝固した部分となる。
メリット
- 複雑な形状を低作業で鋳造するのに最適です。
- 高いディテールと驚くほど滑らかなパーツを作ることができる。
- 中・少量生産に手頃な価格。
デメリット
- 小片に限られている。
- 従来の砂型鋳造とは対照的に高価な鋳型。
- 温度と圧力を慎重に調整する必要があるため、すべての種類の金属に適用できるわけではない。
5.石膏の鋳造成形
石膏型鋳造は、石膏を成形するプロセスを組み込んだものである。石膏を水と混ぜて型に塗り、固まったら型からはずす。主に細部の小さなパーツに使われる。
プロセスの概要：
- テンプレートは、金属または関連物質で作られている。
- 型紙を石膏、水、その他の材料の溶液に浸して型を作る。
- その後、型を固め、加熱して網状体を鋳造する。
- 鋳造は、溶けた金属を鋳型に流し込むことで行われる。
メリット:
- 表面仕上げの良い良質の部品を製造する。
- 小さな部品にも、細かいディテールの部品にも適用できる。
- 少量生産に適している。
デメリット
- このような方法は費用も時間もかかる。
- 小さな部品や低温で溶ける金属に限られる。
6.永久パターン-砂型鋳造
これは再利用可能な方法（消耗品である型に対して再利用可能な型を使う）だが、再利用可能な型は使い捨ての型である。鋳型は再利用パターンだが、砂型は鋳造のたびに解体するという組み合わせの方法である。
プロセスの概要：
- 型枠を作り、その中に永久的なパターンを入れ、周囲に砂を詰める。
- 砂型を作った後、型紙を運び出し、空洞に溶けた金属を流し込む。
- 鋳造工程では、砂を破壊して最終製品を取り出す。
メリット
- 少量から中量の生産では、射出成形よりもコスト効率が高い。
- エンジンブロックやフレームなどの大きな部品に適している。
デメリット
- インベストメント鋳造と並べると、精度も表面仕上げも低い。
7.CGPまたはコールドボックス・プロセス
化学結合砂鋳型からの化学結合砂鋳物は、コールドボックス・プロセスで鋳造される。砂は結合剤と組み合わされ、鋳型セットは加熱せずに使用される。これは主に、石油やガスのような耐久性と靭性を必要とする産業の部品の製造に用いられます。
プロセスの概要：
- 鋳型は砂に化学バインダーを加えて圧縮して作られる。
- 金型に入れたら、冷たい環境で硬化させ、熱を使わなくても金型は固まる。
- 溶けた金属を型に流し込み、固まったら型を外す。
メリット
- 鋳造される部品に高い強度が必要な場合に適用される。
- 理想的な鋳物：通常の砂型では鋳造が困難な金属に適している。
デメリット
- 金型を作る過程で必要な化学結合剤は、すべての金属に合うとは限らない。
- 素材や用途が限定されている。
消耗型鋳造に使用される材料
消耗型鋳造では、鋳型は1回使用したら破棄されるように設計された材料で作られる。使用される材料も、鋳造に使用されるプロセス、鋳造する材料、特定の部品のニーズによって決定されます。消耗型鋳造で頻繁に使用される材料のいくつかを以下に示します：
1.砂
砂でできた使い切りの鋳型が最もよく使われ、砂型鋳造で最も一般的である。砂は何らかの結合剤（粘土や樹脂など）と組み合わされ、溶融金属の熱に耐えることができる鋳型の中で鋳造される。砂型は柔軟性があり、経済的で、大きな部品を作ることができる。
2.石膏
石膏型鋳造では、石膏と水を混ぜて型を作る。この材料は、滑らかな表面と細かいディテールが要求される、小型でディテールの高い作品の鋳造に使用できる。石膏型は通常、非鉄金属の少量生産に使用される。
3.セラミック
インベストメント鋳造（ロストワックス鋳造）とシェルモールドは、セラミック材料を利用します。パターンを微細なセラミック・スリップで覆い、乾燥後、高温に耐える硬い鋳型を作る。鋼、チタン、高性能合金の鋳造は、セラミック鋳型を使用して行われます。
4.ワックス
ワックスは主にインベストメント鋳造（ロストワックス鋳造）に利用される。これはワックスで作られ、セラミックのシェルが付け加えられます。溶かしてパターンを取り除いた後に残るのは、鋳造が行われたシェルだけです。ワックスは、非常に詳細で複雑な部品を作るのに理想的です。
5.泡
ロストフォーム鋳造では、フォームがパターン材として機能する。発泡型は砂で覆われ、そこに溶融金属を流し込むと発泡体が気化し、凝固した溶融金属鋳物が残る。発泡鋳型は、複雑な幾何学模様の鋳造にも有利で、廃棄物も少なくなります。
6.樹脂
他の高度な鋳造技術では、樹脂材料は非常に正確で頑丈な鋳型を形成するために適用されます。コールドボックスやシェルモールドは、一般的にレジンボンドの砂を使用します。樹脂は、最終鋳造品に良好な表面仕上げと詳細な鋳造を施すためにも役立ちます。
7.金属合金（パターンを持つため）
金属パターン砂型鋳造のようないくつかの消耗型鋳造システムでは、パターンは金属合金から作られる。その後、鋳型を鋳造し、溶融金属を流し込み、これらの金属パターンは後で引き抜かれる。
金型鋳造の利点
使用可能な金型鋳造には多くの利点があり、多くの用途に選択することができます。これらの利点の中には
1.複雑形状鋳造能力
インベストメント鋳造やロストフォーム鋳造などのエクスペンダブル・モールディング鋳造技術には、機械加工やスタンピングなどの代替製造では製造できないような複雑なデザインの部品を製造できる可能性があります。このため、複雑な部品が必要とされる航空宇宙産業や自動車産業で使用される資格があります。
2.表面仕上げと高精度
インベストメント鋳造やシェルモールドのようないくつかの技法は、部品の表面仕上げや細かなディテールを美しく仕上げます。このため、余分な機械加工や仕上げ工程が少なくなり、特定の作業ケースでは安価になります。
3.素材の多様性
エクスペンダブルモールド鋳造は、使用できる材料に非常に広い幅があり、アルミニウム、スチール、チタンなどの金属から、よりエキゾチックな合金まで使用することができます。この適応性の高さが、自動車や医療を含む多くの産業で使用される理由です。
4.短いリードタイム
消耗型鋳造法の鋳型は使い捨てであるため、再利用可能な鋳型を使用する他の鋳造法とは異なり、鋳型と鋳造品の準備に比較的時間がかからない。その結果、使い捨て鋳型鋳造は少量から中量の生産に適している。
5.スモールラン 費用対効果
インベストメント鋳造のような消耗型鋳造技術を導入するために必要な資本はかなり高額になることがありますが、中小規模の生産が必要な場合には、部品あたりの価格は大幅に削減されます。これは、特に少量の高精度部品を必要とするが、大規模生産のコストを跳ね上げたくない産業で重宝される。
金型鋳造の問題点
この方法には多くの利点があるが、消耗型鋳造には課題もある：
1.カビの破壊
このため、大量生産では1回の鋳造で金型がダメになってしまい、コスト高になる可能性がある。鋳造品が下がるたびに新しい鋳型を作らなければならず、これは高価なプロセスである可能性があるため、消耗型鋳造は大量生産には魅力的ではない。
2.金型の再利用が制限される
永久鋳型鋳造では、鋳型は再利用可能であり、何度も再利用することができる。対照的に、消耗鋳型鋳造で使用される鋳型は、新しい部品ごとに再生する必要がある。そのため、材料費と人件費がかさむ。
3.小ロット生産
消耗金型 本当に、生産量が少ないので、新しい金型を鋳造することがいかに高価で時間がかかるかによって、消耗金型鋳造の方が良い場合があります。ダイカストや永久鋳型鋳造のような他の技術は、大量生産でより手頃な価格です。
金型鋳造の用途
消耗金型鋳造は、高精度部品の複雑な形状が必要とされる非常に多くの産業で使用されている。主な用途のひとつは以下の通りです：
1.航空宇宙産業
航空宇宙産業で消耗金型鋳造によって製造される品目の例としては、ターボ・シャー・ブレード、ハウジング、その他、高強度、高精度、過酷な温度に耐える材料能力が要求される部品があります。インベストメント鋳造は、複雑な形状を製造することができ、優れた表面仕上げの傾向があるため、この業界では特に好まれています。
2.自動車産業
自動車産業は、エンジンブロックやトランスミッションハウジングなど、強度と耐久性が要求される部品を作るために、消耗金型鋳造に依存している。この分野では通常、砂型鋳造とシェルモールドが使用されます。
3.医療機器の製造
手術器具、インプラント、人工装具などの医療機器は、消耗型鋳造法を用いて製造される。フィット感と機能性が非常に重要であり、部品の複雑さもこの技術で簡単に提供できるため、医療分野で最も適しています。
4.軍事・防衛
防衛分野では、武器、装甲、その他の軍用装備部品の製造に金型鋳造が利用されている。この業界では、性能と信頼性が重要な要素であり、複雑で堅牢な部品を製造する能力が重要です。
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結論
使い捨て金型鋳造は、可変的かつ必要な製造手順であり、長い道のりを歩んできた。この方法では、金型に使い捨て素材のライナーを使用することで、複雑な形状、精度、優れた表面仕上げを持つ部品を製造することができます。大量生産が必要な用途には向かないかもしれないが、複雑な部品やカスタマイズされた部品を生産できるため、航空宇宙産業、自動車産業、医療産業、防衛産業などの業界では非常に重宝されている。
技術の進歩に伴い、金型鋳造の方法と手段も増え、このプロセスは製造業の分野でますます重要性を増しています。小型の医療機器であれ、巨大な航空宇宙部品であれ、使い捨て金型鋳造は、柔軟性、精度、材料の多様性において、現代産業の課題に対応するために必要なものを持っている。
よくある質問
1.消耗型鋳造を使用する最大のメリットは何ですか？
金型は消耗型のパターンを使って鋳造するため、複雑なパターンの部品を高精度で作ることができる。鋳造後、鋳型を破壊する必要があるため、細かい形状を作るのに理想的で、さまざまな材料を使用することができます。
2.金型鋳造の時間を教えてください。
複雑さや、使用する金型の種類などの他の要因にもよるが、数時間から数日かかることもある。
3.消耗型鋳造は大規模生産に適用できますか？
なぜなら、部品を生産するたびに新しい型を作る必要があり、大量生産にはかなりコストがかかるからである。