金属鋳物液体金属と金型を使用する金属加工プロセスは、何千年も前から存在しています。
金属鋳造はその歴史を通じて、剣から風力タービンに至るまであらゆるものの製造に使用されてきましたが、今日では高品質の金属部品を製造するための最も価値があり、用途の広い方法の 1 つとなっています。
このガイドでは、ダイカスト、インベストメント鋳造などのさまざまな鋳造金属と最も一般的な鋳造金属を含む鋳造金属の基本について説明します。
金属鋳造とは何ですか?
金属鋳物 の一種です 鋳造工程 溶かした液体金属を型に流し込む作業です。
金型の内部は、作られる部品のネガティブな印象を考慮して設計されているため、溶融金属が金型内で冷えて固まると、最終的な部品の形状が形成されます。完成した部品は金型から取り外すことができます。
作成される部品と使用される金属に応じて、さまざまな種類の金属鋳造があり、それぞれに特有の利点があります。パターン、型、充填技術は、これらの品種間で大きく異なる場合があります。
金属の鋳造は多用途のプロセスですが、鋳造部品には特定の設計上の制約があり、エンジニアは冷却段階での金属の収縮を考慮する必要があります。
金属鋳造について理解する
中央 金属鋳造 このプロセスには、金属を加熱し、金型に流し込み、冷えて固まるのを待ってから、完成した部品を金型から取り出すことが含まれます。実際には、プロセスにはさらに多くの段階があり、金属鋳造プロセスごとに異なる方法で作業が行われます。
以下は金属鋳造プロセスの簡単な概要です。一部のステップは鋳造バリアントごとに異なりますが、一部は完全に省略されることに注意してください。
1. パターンの作成: 多くの金属鋳造プロセスでは、最初から、型の作成に使用される最終部品の複製であるパターンの作成が必要です。パターンは永続的なものと使い捨てのものがあり、ワックス、木材、プラスチックなどの素材で作ることができます。
2. コアの作成: 中空部品の鋳造では、鋳造部品の内部形状を形成する金型キャビティ内に配置される固体材料片であるコアを設計する必要がある場合があります。 (たとえば、より大きな円筒型の中に円筒型のコアを入れると、チューブ状の鋳造部品が生成されます。)
3.金型の作り方：金型の作り方は工程によって異なります。 For example, permanent metal molds can be made using a CNC machine, while sand molds are made by applying a sand mixture to the exterior of a pattern.金型の製作は金型製作として知られており、専門分野です。
4. 型に充填する: 金属が溶けるまで加熱され、その後、型に流し込まれるか、押し込まれます。たとえば、重力鋳造では、溶融した材料がキャビティ内に下向きに注がれます。高圧ダイカストでは、金型を高圧でキャビティに押し込み、金型を安全に保つために高い型締力が必要になります。
5. 部品の取り外し: 鋳造部品が冷却されて固まったら、金型から取り外します。砂型鋳造などのプロセスの場合、これは、内部の部品にアクセスするために金型を破壊する必要があることを意味します。永久的な金型の場合、金型の 2 つの半分が引き離され、再び使用できるようになります。
6. 後処理: 鋳造金属部品は、使用する準備が整う前に、洗浄 (たとえば、金型の残存物を除去するため) またはその他の後処理ステップが必要な場合があります。
金属鋳造のメリット
鍛造や CNC 機械加工などの他の金属加工オプションではなく、金属鋳造を選択する理由は数多くあります。金属鋳造の主な利点には次のようなものがあります。
- 大量生産に適しています
- 巨大で重い部品も製造可能
- 非常に厚肉の部品を製造可能
- (組み立てられたコンポーネントではなく) 大型の一体部品に適しています
- 優れたベアリング品質
- 一部の軽合金に最適
- 材料の多様性
金属鋳造の制限には、避けられない欠陥、限られた寸法精度 (CNC 機械加工などと比較して)、労働集約性、および通常は高い最低注文数量が含まれます。
金属鋳造の主な種類
ダイカスト
複雑で詳細な部品を製造するための最も重要なタイプの金属鋳造の 1 つ。 ダイカスト 工具として再利用可能な 2 つの工具鋼ダイスを使用します。このプロセスはプラスチック射出成形に似ています。溶融した材料が高圧でキャビティに押し込まれるため、エンジニアは微細な部品を作成できます。
カスタム金型の作成コストは高いため、大量生産ではこのプロセスがより一般的になります。ただし、これらの金型は一度製造されれば何度でも使用できます。ダイカストは表面仕上げが優れている傾向があります。
アルミダイカストやマグネシウムダイカストは、いずれも高品質部品として広く採用されています。
重力鋳造
ダイカストと同様に、重力鋳造は、再利用可能な金型を使用して金属を鋳造する方法です。ただし、重力鋳造では、圧力ではなく、重力に依存して液体金属が金型内を上から下に移動します。鋳型は最初の鋳造の前に予熱する必要があり、熱疲労が低いため鋳鉄で作られることがよくあります。
重力鋳造は他のすべての金属鋳造技術よりも古く、重力鋳造部品は何千年も前から存在しています。これは永久鋳型鋳造の一種です。重力鋳造プロセスに代わる方法には、ガス圧や真空などがあります。
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またはロストワックス鋳造は、消耗品のパターンと金型を使用して金属を鋳造する方法です。どちらのアイテムも鋳造プロセス中に破壊されます (ただし、溶けたワックスは多くの場合再利用できます)。
重力鋳造と同様に、インベストメント鋳造も数千年の歴史があります。ロストワックス鋳造プロセスでは、型を作るために耐火材料をパターンの周りに流し込む前に、ワックスまたは同等の材料でパターンが作成されます (場合によっては手作業、場合によっては樹脂 3D プリンターを使用します)。
投資とは、パターンの周囲に適用されるセラミック層であり、これが溶融金属の鋳型として機能します。このセラミック層はダイベストと呼ばれるプロセスで除去されます。
砂型鋳造
砂型鋳造は、何世紀にもわたるシンプルな金属鋳造方法であり、他の技術よりも手頃な価格です。型材として砂（粘土などの結合材を混ぜたもの）を使用しており、高熱にも耐えることができます。
砂型鋳造では、フラスコと呼ばれる専用の箱に入った砂の中に型を沈めます。パターンの周りの砂を圧縮することによって、溶融金属を流し込むことができる型を作ることができます。
金属の鋳造プロセスで使用される砂は、生砂（湿った粘土）またはエアセット砂（接着剤を含む乾燥した砂）のいずれかです。
その他の鋳造工程
製造業ではさらに数十の金属鋳造プロセスが使用されており、これにはローム成形やシェルモールディング (どちらも使い捨ての金型プロセス) や、遠心鋳造や連続鋳造などの永久金型プロセスが含まれます。
鋳造圧力: 高いか低いか?
金属ダイカスト は価値のある金属加工プロセスであり、さらに 2 つのカテゴリ、高圧ダイカストと低圧ダイカストに分類できます。適切な圧力の選択は、材質、壁の厚さ、部品のサイズなどの要因によって異なります。
高圧ダイカストは低圧ダイカストよりも一般的な技術であり、2 倍以上使用されています。
アルミニウムや亜鉛などの軟質合金に最適な高圧ダイカストでは、液体金属を高圧かつ高速で金型に押し込み、金型を閉じた状態に保つために強力なプレスが必要です。したがって、このプロセスは低圧ダイカストよりも高価になります。
高圧ダイカストの利点:
- 迅速な生産
- 薄壁も可能
- 滑らかな表面仕上げ
- 最小限の収縮
低圧ダイカストは、溶融金属をより穏やかに金型に押し込む、ゆっくりとした形式のダイカストです。低融点合金に適しています。高圧ダイカストよりも遅いですが、低圧で金属を鋳造するプロセスは複雑な形状に適しており、非常に強力な部品を製造できます。
低圧ダイカストの利点:
- 丈夫な部品
- 複雑な形状
鋳造可能な金属
さまざまな金属が鋳造プロセスに適しています。ただし、Kbear Metal が受け入れている最も一般的な鋳造材料はアルミニウム、亜鉛、マグネシウムの 3 つです。
アルミ鋳物
アルミニウムの鋳造は、アルミニウムを形成する最も普及した手段です。 A380 や A383 などの合金から、トランスミッションやエンジンなどの産業部品や自動車部品などの製品を製造するために使用されます。
アルミニウムの鋳造にはいくつかの方法があります。 アルミダイカスト スピードと優れた表面仕上げにより、大量生産に最適です。永久金型鋳造は超強度アルミニウム部品に適しています。砂型鋳造は、少量で複雑な形状のアルミニウム鋳造に適しています。
鋳造プロセスに関係なく、アルミニウム鋳造は強度が高く軽量な部品を製造できるため、汎用性が高くなります。
亜鉛鋳物
亜鉛合金は、鋳造に適した人気があり、手頃な価格で広く入手可能な金属です。亜鉛鋳造には通常、高圧ダイカストが含まれるため、高い生産率と最小限の後処理要件が可能になります。
亜鉛の鋳造流動性が高いため、亜鉛鋳造では非常に薄い壁と細かいディテールを備えた部品が得られる場合があります。亜鉛は、接合を改善するために冷間成形することもできます。
メーカーは、ZAMAK 亜鉛合金または亜鉛アルミニウム (ZA) 合金のいずれかを選択できます。鋳造亜鉛部品には、自動車部品、空調部品、電子部品などがあります。
マグネシウム鋳造
鋳造、特に高圧ダイカストは、マグネシウム部品を製造するための最も一般的な金属加工プロセスであり、マグネシウム部品生産の約 98% を占めています。
マグネシウムはすべての構造用金属の中で最も軽いため、軽量化用途に最適です。マグネシウム鋳造のその他の利点には、非常に薄い壁、優れたディテール、良好な剛性対重量比が含まれます。
少量であれば、石膏鋳造を使用してマグネシウム部品を製造することもできますが、プロの用途にはマグネシウムダイカストが最適です。
結論
結論は、 金属鋳造 は、何世紀にもわたって大幅に進化した由緒ある製造プロセスであり、複雑な機械部品から大規模な産業構造物に至るまで、膨大な種類の製品の生産を可能にしています。 Its versatility and efficiency make it a preferred choice across multiple industries, including automotive, aerospace, and consumer goods.
ダイカストから砂型鋳造までのさまざまな鋳造技術は、さまざまな用途に合わせた明確な利点を提供し、エンジニアが特定の設計、公差、および材料特性を達成できるようにします。潜在的な欠陥や多大な労働力などの固有の制限にもかかわらず、大量生産の費用対効果や材料の多用途性などの金属鋳造の利点は、現代の製造業におけるその重要な役割を確固たるものにし続けています。
メーカーは複雑な形状や軽量コンポーネントに対する需要の増加に直面しているため、金属鋳造プロセス内の革新により、精度と効率の継続的な改善への道が開かれる可能性があります。金属鋳造の基礎と複雑さを理解することで、業界の専門家はこの貴重な製造技術をより効果的に活用して、今日の厳しい性能基準を満たす高品質の金属部品を作成できます。
