用語 "砂鋳造「鋳物」とは、最終製品とそれを作るための工程を指します。「鋳物工場」と呼ばれる場所で行われる金属の鋳造プロセスです。最も古いプロセスの1つとして残っています。この金属の鋳造技法では、型の材料として砂が使用されます。
砂型鋳造 は、砂と粘土などの結合剤の混合物から型を作成する、広く使用されている金属鋳造プロセスです。この技術は、さまざまなサイズや形状の複雑な金属部品を製造するために使用されます。
砂型鋳造プロセスは、私たちが日常生活で目にする金属鋳物の 60% 以上の製造に使用されています。この記事でこのテクニックの完全な定義とプロセスを学びましょう。また、プロセスの特徴、メリット、デメリットについても学びます。
このブログでは、関連する一連の手順の概要を説明します。
砂型鋳造とは何ですか?
砂型鋳造 広く使用されている金属鋳造プロセスです。型は、目的のオブジェクトのパターンの周りに砂を圧縮することによって作成されます。溶かした金属を型に流し込んで固めます。冷却後、砂が除去され、鋳造金属の物体が現れます。多用途でコスト効率が高く、さまざまな形状に適しています。
砂型鋳造では、所望の形状の中空室を含む使い捨て砂型のキャビティに溶融金属が注入され、そこで凝固してキャビティ形状の部品が作成されます。粘土、エポキシ、石膏、 金属、コンクリートはすべて鋳造材料の例です。
製造される鋳物は、非常に複雑な形状を持ち、さまざまなサイズと重量があります。このプロセスは、砂型鋳造と呼ばれることがよくあります。チタン、スチール、ニッケルなどの溶解温度が高い金属は砂型鋳造に適しています。
これらの材料を使用できる唯一の鋳造方法はこれです。その結果、この技術は自動車産業や航空宇宙産業において手頃な価格の小型部品を製造するための最良の選択肢となります。以下のアニメーションはそのプロセスを示しています。
砂型鋳造の要素
プロセスに含まれる手順を学ぶ前に、鋳造プロセスで使用される部品または要素を理解することが重要です。要素については、以下の砂型鋳造図を参照してください。
図 1: 砂型鋳造の図
- コープとドラグ: キャスティングアレンジメントの上部と下部はそれぞれコープとドラグと呼ばれます。通常は木製フレームです
- ライザー: ライザーは、フィーダーと呼ばれることがよくあります。金属の鋳型に設けられ、金属の収縮を避けるための貯留部や流路のことです。
- ランナー: ランナーは、溶融金属がキャビティに向かって流れることを可能にするために使用される、直径が縮小されたチャネルです。
- モールド: これは、大部分が砂で作られたパターン (最終的に必要な鋳造物のコピー) から作られた空洞です。
- 中子: 砂型鋳造における中子は、穴などの鋳物内部の特徴を作成するために金型キャビティに挿入される装置です。
- ゲート: 金属が金型キャビティに到達し、そこに流れ込み始めるポイントです。
- 基礎砂: これは基礎砂としても知られ、最も純粋な形態の砂 (シリカ) です。
- 結合剤: 砂粒を結合する接着剤が結合剤です。最も一般的なタイプのバインダーは粘土です & 水、油、樹脂、ケイ酸ナトリウム。
ステップ 1: パターンを作成する
このパターンは、鋳造される部品のサイズと形状に合わせて砂の中に空洞を作成するために使用されます。
砂型そのものとは異なり、パターンは再利用されます。安価なパターンは木やプラスチックで作ることもできますが、耐久性を高めるためにアルミニウムで作ることもできます。パターンは 2 つの部分で作成されることが多く、金属が冷えるにつれての収縮を考慮して、それぞれが鋳造される部品よりもわずかに大きくなります。パターンの垂直壁にはわずかな角度または「抜き勾配」があり、砂を引き離さずにパターンを持ち上げることができます。
ステップ 2: キャビティの 2 つの半分を形成する
半分のパターンを箱の中に置き、その周りに砂を詰めます。パターンは、後で持ち上げることができるように配置されます。つまり、キャビティはパターンの半分のみを再現し、凹入するフィーチャーは存在できません。
このプロセスを残りの半分のパターンに対して繰り返します。金属がキャビティに流入するためのチャネルを提供する追加のインサートが追加されます。この「ゲート システム」の寸法によって、キャビティがどれだけ速く満たされるかが決まります。流量が高くなると不充填のリスクが減りますが、その代償として乱流が増加し、鋳造欠陥を引き起こす可能性があります。
伝統的な砂型鋳造プロセスでは、「生の」砂が使用されていました。これは色ではなく、湿っていることを指します。グリーンサンドにはベントナイト粘土が含まれており、これが粒子を結合します。現在、ほとんどの砂型鋳造は樹脂砂を使用して行われています。樹脂バインダーをコーティングした砂です。より高密度で強力な金型とより正確な鋳造部品が形成されます。
ステップ 3: コアを挿入する
コアは、金型キャビティ内のスペースを占め、通常は金属が充填されます。通常、それらは砂から作られ、上半分と下半分が結合される前に空洞に配置されます。
ステップ 4: コープとドラッグを組み立てる
ドラグは下部の砂の空洞で、コープは金属の供給チャネルを含む上部の部分です。これらを合わせてフラスコと呼びます。ピンにより、2 つの部分間の位置が適切に調整されます。キャビティ内の 2 つの砂の表面が接する領域は、鋳造部品にパーティング ラインを形成します。
ステップ 5: 溶融金属を注ぐ
金属は、金型の上面にある注ぎ皿からキャビティに流れ込みます。キャビティが満たされると、金属がライザーと呼ばれるチャネル内を上昇します。これにより、収縮を補うためにキャビティ内に引き戻されるリザーバーが形成されます。
銅、青銅、真鍮、鉄はすぐに流れ出てしまう傾向がありますが、他の合金の中には流動性が低く、アルミニウムのように砂と反応するものもあります。これは、空気への曝露を減らし、溶融金属にフラックスを追加することで最小限に抑えられます。
ステップ 6: 脱型とノックアウト
注いだ後、金属は冷却されて固まるまで放置されます。完成したら、砂型をフラスコから取り外し、鋳造部品をノックアウトします。これにより、金型に組み込まれたコアも破壊されます。
その後、ゲート システムとライザーが切り取られ、機械加工の準備が整った金属鋳物が残ります。
砂型鋳造の用途
私たちが知っているように、金属鋳物の70％は 砂型鋳造プロセス、このプロセスを通じて製造される一般的に知られている砂型鋳造製品または部品には、ポンプ本体、ブッシュ、ピストンなどがあります。 エアコンプレッサー、インペラ、エンジンのクランクケース & オイルパン、ギア、フライホイール、ガス & オイルタンク。
- 鉱業および建設業: 砂型鋳造は、鉱業および建設業で、クラッシャー部品、ドラグラインの歯、掘削機のバケット、耐摩耗プレートなどの機器コンポーネントを製造するために利用されています。
- 海洋産業: 砂型鋳造は、船舶エンジン部品、プロペラ、船舶付属品、船舶に必要なその他の部品を製造するために海洋分野で使用されます。
- 鉄道: 砂型鋳造は鉄道業界で鉄道の車輪、ブレーキ システム部品、継手などのコンポーネントを製造するために使用されます。
- 農業および農機具: 砂型鋳造は、トラクター部品、すきの刃、灌漑システム部品などの農業機械部品の製造に使用されます。
ダイカストと砂型鋳造の違い
ダイカスト 溶融金属を高圧下で金型に押し込み、滑らかな表面を持つ複雑で正確な形状を作り出します。対照的に、砂型鋳造では、圧縮した砂で作られた型を使用して、より複雑な形状を作成しますが、仕上がりはやや粗くなります。
| 側面 | キャスティングダイ | 砂鋳造 |
| プロセス | 溶けた金属を金型に押し込む | 砂型に溶かした金属を流し込む |
| 型 | スチールまたはその他の永久的な金型 | 生砂等の仮型 |
| 複雑 | 複雑で入り組んだ形状に適しています | 単純な形状や大きなオブジェクトに適しています |
| 表面仕上げ | 優れた表面仕上げと寸法精度 | 表面仕上げが粗く、寸法精度が低い |
| スピード | 高い生産率 | 生産率の低下 |
| 料金 | 工具や設備のコストが高くなる | 工具や設備のコストを削減 |
| 材料 | アルミニウム、亜鉛、銅合金を含む幅広い金属 | 鉄、鋼、非鉄合金などの各種金属 |
| サイズ | 小型から中型のオブジェクトに適しています | 小型から大型の物体まで対応可能 |
| 許容範囲 | より厳しい寸法公差 | より柔軟な寸法公差 |
| オートメーション | 高度に自動化されたプロセス | あまり自動化されていないプロセス |
| 応用 | 自動車、航空宇宙、エレクトロニクスなどの業界で一般的に使用されています | 鋳物工場、美術品、彫刻などの業界で広く使用されています。 |
砂型鋳造の利点
他の製法に比べて多様性があるため、 砂型鋳造 これにより、エンジニアは無限の種類の金属や合金から複雑な部品を構築できるようになります。ここでは砂型鋳造のメリットをいくつか紹介します。
- 鋳造部品は、小さいものでは数ミリリットルやグラム、大きいものではメートルや数トンになる場合があります。
- 砂型鋳造と同じオプションで複雑な形状を作成できる方法は他にありません。
- 他の製造プロセスに比べて、設備や工具のコストが低くなります。
- 発生したスクラップはリサイクルして別の鋳造品を作ることができます。
- 低融点金属から高融点金属まで幅広い材質に適応可能です。
堅牢かつ経済的
砂型鋳造プロセスは、幅広い合金、部品の寸法、生産量に適応できます。表面仕上げは砂の粒子サイズによって決まり、精度はパターンの精度とコープとドラグの位置合わせによって決まります。
このプロセスの制限は、垂直面での抜き勾配の必要性と、金型の 2 つの部分間の接合点でのパーティング ラインです。ただし、多くの金属部品では、これらの機能を機械加工で除去する費用よりもコスト上の利点が大きくなります。
結論
要約すれば、 砂型鋳造 そのシンプルさ、コスト効率、さまざまな形状やサイズへの適応性により、最も多用途で広く使用されている金属鋳造プロセスの 1 つとして際立っています。パターン作成、金型の準備から注入、冷却、仕上げまでの 6 つのステップのプロセスにより、複雑なデザインでも正確かつ効率的に実現できます。産業が材料と技術の進歩を受け入れ続ける中、砂型鋳造は引き続き基本的な技術であり、革新と改善の機会を提供します。このプロセスを理解して習得することで、メーカーは生産能力を強化し、需要を満たす高品質の鋳物を提供できます。
参考文献
- H.P.D.クマール、 “鋳物製造プロセスの基礎、” 製造プロセスジャーナル、vol. 19、いいえ。 3、205-213ページ、2017年。
- R・H・ペリー “現代の鋳造: 金属鋳造技術のエンジニアリング、” 先進製造技術の国際ジャーナル、vol. 94、いいえ。 1-4、123-136ページ、2018年。
- A.G.T.ラーマン、 “製造における材料とプロセス、” エンジニアリング材料とプロセス、シュプリンガー・ネイチャー、2020年。
- A.B.D.R.スミス、 “砂型鋳造の概要、” 鋳造技術のレビュー、vol. 32、いいえ。 2、45-56ページ、2021年。
- M・J・W・ヘンズリー “効率と品質のための砂型鋳造プロセスの最適化、” 機械工学科学ジャーナル、vol. 235、いいえ。 5、1107-1116ページ、2022年。
