金属鋳造プロセスは、この製造業の世界では不可欠な技術の一つである。金属鋳造は、機械や装置のほとんどの金属構造を作ります。
金属鋳造とは
金属鋳造は、長い歴史を持つ現代の技術です。金属鋳造プロセスは、金型の空洞に溶融金属を流し込んで金属部品を作り、そこで冷却してから金型から取り出します。金属鋳造は、歴史上最も古く、最もインパクトのある工業プロセスのひとつです。
私たちが日常的に使っている多くの金属製品は、金属鋳造の仕組みを示している。例えば、車の部品、鉄道の車輪、ランプのポール、スクールバスのペダルなどです。金属鋳造鋳物工場は、金属のリサイクルも行っています。これにより、原材料を節約し、埋立地の金属くずを減らすことができます。
鋳造用語
金属鋳造」という言葉は、金属店や産業界でよく使われる。この鋳造法を理解するためには、鋳造に使用される用語を理解する必要があります。まず、この用語をすべてマスターすれば、金属鋳造をよりよく理解することができます。
鋳造成形
金型とは、液体金属を受け入れ、そのキャビティ構造の中で冷却された製品を生成する、材料中のキャビティのことである。金型は複雑である必要はない。メーカーは、金属を中に入れて冷やすことで、ローフパンのような金属インゴットを作る。
対処とドラッグ
コープは横型成形における金型の上半分、ドラッグは下半分である。
スイング・ラム
スイングは縦型成形における金型の上半分であり、ラムは後ろ半分である。
成形コア
金型の内部に空洞や穴が必要な場合、典型的な中子の構造は不可欠である。内部空間の形成はこの中子のようなものです。中子は鋳型からはみ出すとメンテナンスがしやすくなります。中子を2つの土手の間に吊り下げて、橋のように中子プリントで固定するのです。
寸法公差
寸法公差は、鋳造方法を選択する際の重要な考慮事項です。これは、完成品のサイズに許容されるばらつきの量を指します。
表面仕上げ
表面仕上げも考慮すべき要素です。鋳物の表面はどの程度粒状で、でこぼこしているか、粗いか。
鋳鉄のフライパンと同じ素材で結婚指輪を作らないのがベストだろう。この場合、非常に滑らかな金属表面を実現するために機械を使用することになり、コストがかさみます。光沢のある滑らかな仕上げが必要な場合は、より洗練された仕上げの鋳造プロセスを選択すると、機械加工費を最小限に抑えることができます。
金属鋳造法の種類
世界には何千ものメタルシェイパーが存在する。金属鋳造法は製造の重要な部分である。それは、金属構造やデザインがどれだけ複雑であるかによって異なります。以下では、さまざまなタイプの金属鋳造法について説明します。
再利用可能な金型
再利用可能な金型は、重力によって鋳型に充填する最も典型的な方法ですが、ガス圧や真空を使用することもできます。中空鋳物は、スラッシュ鋳造として知られる重力鋳造法のバージョンを使用することができます。
アルミニウム合金、マグネシウム、銅合金は一般的な鋳造用金属である。錫、鉛、亜鉛合金や鉄鋼合金も黒鉛鋳型に適している。
金属射出が始まると、重力プロセスが始まる。まず、鋳型を150～200℃（300～400°F）に加熱する。これは金属の流れをスムーズにし、鋳物を熱による損傷から保護するのに役立つ。
再利用可能な鋳型法は、鋳型の種類と鋳造方法に基づいて6つの技法を用いる。
永久鋳型
永久鋳型の組成物は、充填に使用される金属に比べ、様々な優れた融点を持つ。外圧のない流動的な状態で金属を流し込むことが、この鋳造工程の第一段階である。作業者は、完成した鋳物から取り外して再利用できるよう、永久中子をシンプルに設計しなければならない。
成形工程では、鉄や低温合金の鋳造にこの金型を使うこともある。最も頻繁に行われる工業的なワークフローでは、組立ラインではなくターンテーブルが使用される。
それぞれの型は次のステーションに移動する。以下はその手順である：
型をコーティングする。
コアを取り付ける。
金型を閉じる。
材料を注ぐ。
金型を開く。
鋳物を取り出す。
半永久的な金型
半永久金型鋳造と永久金型鋳造は、主に中子を使用する点で異なる。半永久鋳型鋳造では、中子を交換可能な砂中子にすることができる。砂中子は、最終鋳型からそのまま回収する必要がないため、より複雑な中子形状を可能にします。
中子を取り出すために鋳型に穴を開けておけば、振動テーブルの上で中子を「振り出し」、砂時計の砂のように排出することができる。金型に対して鋳造された部分だけが、永久鋳型鋳造の公差、密度、美的な利点を持つ。
スラッシュキャスティング
この鋳造法では、鋳型の内側を金属で覆うことによって中空ピースを作る。これにより金属の「表皮」が形成され、中子が不要になる。金属やその他の材料の凝固速度に応じて、スラッシュ鋳造にはいくつかのアプローチがあります。
そのひとつは、金型に微量の液体を流し込んで回転させ、内部を金属でコーティングする方法である。もうひとつは、鋳型を満たし、一定時間が経過した時点で余分な材料を流し出す方法である。亜鉛、アルミニウム、ピューターなどの金属は、日常的にスラッシュ・キャストで鋳造される。
遠心鋳造
この鋳造法では、水冷式の鋳型を使用する。液体金属を流し込む間、鋳型は中心軸を中心に素早く回転する。この方法は遠心鋳造として知られている。液体金属は、遠心力によって鋳型の表面を均等な層で引っ張られる。この方法が機能するためには、最終的な鋳物はスピン軸の周囲で均等な形状でなければなりません。その結果、この鋳造法は、チューブやリングなど、一般的に円筒形や円形の鋳型に適しています。
圧力鋳造
重力以外の圧力鋳造技術は、永久鋳型への金属の流れを調整する。圧力鋳造では、空気またはガス、真空、機械的、または遠心力がすべて採用されます。これらの技術は、鋳物工場が鋳型を満たす速度を制御するのに役立ちます。重力は同じ強さで引っ張りますが、他の力は変化します。
ダイカスト
ダイカストマシンは、溶融金属を入れる水槽、2枚の板でできた金型、射出システムの3つの主要部品で構成されている。射出システムは、材料を引っ張り、圧力をかけて金型に押し込む。
ダイカスト鋳造を開始するには、オープンモールドを使用します。ノズルから金型内に潤滑剤を噴射し、製品が固着しないようにします。この工程では、金型の両面を密閉し、圧力ノズルで閉じた金型に注入します。金型が開く前に、新しい鋳物を冷却する機会を与える。新しい鋳物はエジェクターピンで金型から押し出され、工程は再び始まります。
使用可能な金型
鉄系金属の鋳造に関しては、使い捨て金型技術の勝利が明らかである。高温に耐える必要がないため、コストが安い。
砂型鋳造
金属鋳造の最も一般的なプロセスは砂型鋳造である。これは3千年の歴史を持つプロセスだ。粘土鋳造の最古の証拠は、中国の殷王朝時代（紀元前1600年頃から1046年頃）に登場している。
砂は安価で、手に入りやすく、柔軟性があり、熱に耐えられるからだ。
この工程で砂中子を振り出すが、振動テーブルで砂中子を取り除くことができるため、取り除くのは簡単である。金型キャビティに金属を誘導するランナーとゲートは、熟練した鋳型職人が手作業でカットするか、設計に含まれている。
シェル成形
シェルモールドは、より厳しい寸法公差を可能にする砂型鋳造技術です。砂と樹脂を混ぜ合わせるという点を除けば、砂型鋳造に匹敵する。
熱した金属成形パターンの両面に、砂と樹脂を混ぜたものを流し込む。この混合物は溶けてシェルになり、冷却される。これは鋳型の「殻」をつなぎ合わせるもので、砂の入ったフラスコによって保持されることが多い。
これらのシェルは、樹脂が内面をさらにサポートするため、精度の高い金型を作ることができる。
インベストメント鋳造（ロストワックス）
砂型鋳造は、金属鋳造の中では圧倒的にポピュラーな方法だが、用途によっては不向きな欠点もある。
このプロセスでは、砂型鋳造パターンを鋳型から取り外す必要があり、時間がかかることがある。
パターン・メーカーは、鋳造のあらゆる段階でパターンの要件を評価する必要があります。これには、抜き勾配の必要性、パーティングラインの位置、ゲート、ライザー、中子などのチェックが含まれます。
ロストワックス、インベストメント、または精密鋳造技法は、砂型鋳造に代わる方法を提供します。高融点鉄合金を含む多くの金属で使用できます。この方法はまた、砂型鋳造に見られるパターン製作の問題を回避するのに役立ちます。
フルモールドまたはフォーム
この鋳造法は、砂型鋳造法とインベストメント鋳造法をミックスした全鋳型鋳造法または発泡鋳造法である。ただし、設計には発泡ポリスチレンを使用する。
この工程は、ゲートとランナー・システムによって発泡パターンを完成させ、抜き勾配をなくすことができる。
充填前にデザインを取り除くことができる。しかし、発泡体によっては、デザインの一部を型に残すことができます。こうすることで、高温の金属を加えたときに素早く蒸発させることができます。
金属鋳造プロセス
パターンメイキング - パターンとは、鋳物の外観の縮尺模型のこと。木、金属、プラスチック、石膏などが一般的なデザイン素材です。パターンメイキングは、工業部品を作る上で重要なカギとなる。正確な計算は、部品が確実に組み合わされ、正しく機能するために不可欠です。
コア製作
鋳物が中空の場合、砂や金属の余分な部分（中子と呼ばれる）を使って内部の形を造形します。中子は一般的に頑丈ですが、折りたたむことができるため、最終的な鋳物から簡単に取り外すことができます。
成形
これまでの金属鋳造のプロセスを思い描くために、海に向かって浜辺に行く自分を想像してください。湿った砂に残した足跡を調べる。
中子はあなたの足で、砂型はあなたの足の鋳型です。型取りとは、砂型を使ってデザインの周りに鋳型を作る多段階の手順です。
フラスコとは、鋳造時に型を保持する枠のこと。フラスコ内の設計の周りではなく、成形砂としても人気のあるグリーンサンド。メタルサンドキャストとは、この鋳造方法を指す。砂を固く圧縮した後、デザインが消えることがありますが、鋳型は残ります。
また、ツーピースで壊れにくい金型も作ることができる。この金型は、工業用として同じ部品を繰り返し鋳造することができます。
溶融金属の溶解と注湯
金属を熱した後、鋳型の穴に流し込んで固める。そして、鋳物ができあがると、振り出し工程に入る。この時、鋳物から砂を取り除くために型振動が発生する。
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通常、除去された砂を回収し、冷却し、後続の鋳物に使用するために再利用します。VIBRA-DRUM® 砂鋳造コンディショナーは、鋳物からの砂の分離を改善します。砂と鋳物を冷却し、水分を排出し、鋳物を損傷から守ります。その結果、きれいな金属鋳物と、修復に適した砂が得られます。
クリーニング
この段階では、鋳型から鋳造金属片を取り出し、この最終段階でフェッティングを行う。その後、鋳型の材料を取り除き、フェトリング中の粗いエッジを取り除きます。
鋳造工程の比較
最も費用対効果の高い鋳造方法を決定するために、メーカーに相談することは有益である。通常、鉄系金属は使い捨て鋳型で鋳造する。非鉄金属にはより多くの選択肢があるが、例外もある。
プロジェクトのニーズを理解することで、最適な鋳造方法を選ぶことができます。デザインは正確なサイズが必要か？壁はどの程度薄くする必要がありますか？完成した鋳物のサイズと重量は？表面の仕上げは？
これらの質問の答えを知ることは、賢いデザイナーの助けになる。鋳造の過程で製品を理解し、導くことができるからだ。そうすることで、その仕事に最適で最も費用対効果の高い方法を選択することができる。
夏らしい
自動車や洗濯機など、今日私たちが使っている機械装置のほとんどは、金属部品の鋳造に頼っている。
今日の金属鋳造技術は、高い精度と厳しい公差を実現している。これは、コンピューターによる設計と、複雑な中子や鋳型を作る最新の方法のおかげである。その結果、今日の金属鋳造製品は、100年前のそれとは大きく異なっている。現代における金属鋳造は、技術革新の一例なのである。
その結果、この記事が金属鋳造法に関する最も包括的な参考文献として、皆様のお役に立つものと確信しています。