インベストメント鋳造とは何ですか？

インベストメント鋳造プロセスの紹介

インベストメント鋳造は、精密鋳造またはロストワックス鋳造とも呼ばれ、ワックスパターンを使用して使い捨てのセラミックモールドを成形する製造プロセスです。ワックスパターンは、鋳造されるアイテムの正確な形状で作られています。このパターンは、耐火セラミック材料でコーティングされています。セラミック材料が硬化したら、逆さまにして、ワックスが溶けて排出されるまで加熱します。硬化したセラミックシェルは、消耗品のインベストメント型になります。溶融金属を型に流し込み、放冷します。次に、使用済みの型から金属鋳物を切り離します。

インベストメント鋳造という用語は、耐火材料でパターンを「投資」（周囲）するプロセスに由来します。インベストメント鋳造は、他の成形方法よりも選択されることがよくあります。これは、得られる鋳造物が微細なディテールと優れた鋳造時の表面仕上げを示すためです。また、薄い壁や複雑な内部通路でキャストすることもできます。砂型鋳造とは異なり、インベストメント鋳造はドラフトを必要としません。

これらのプロセス品質により、ネットシェイプまたはニアネットシェイプの鋳造品を提供でき、材料、労力、および機械加工の大幅なコスト削減を顧客に提供します。アルミニウム、青銅、マグネシウム、炭素鋼、ステンレス鋼など、最も一般的な金属を利用できます。インベストメント鋳造で製造された部品には、タービンブレード、医療機器、銃器部品、ギア、宝石、ゴルフクラブヘッド、および複雑な形状を持つ他の多くの機械部品が含まれます。

インベストメント鋳造プロセス

インベストメント鋳造プロセスは、金属ダイの構築、ワックスパターンの製造、セラミックモールドの作成、注入、凝固、シェイクアウト、およびクリーンアップのいくつかのステップで構成されます。

1。金属ダイ構造

インベストメント鋳造の過程でワックスパターンとセラミックモールドが破壊されるため、鋳造ごとに新しいワックスパターンが必要になります。インベストメント鋳造が非常に少量の生産に使用されている場合を除いて（芸術作品やオリジナルジュエリーで一般的）、ワックスパターンを製造するための型または金型が必要です。

マスターダイのサイズは慎重に計算する必要があります。ワックスパターンの予想される収縮、ワックスパターンに投資されたセラミック材料の予想される収縮、および金属鋳造自体の予想される収縮を考慮に入れる必要があります。

2。ワックスパターンの製造

ワックスパターンの数は、常に製造される鋳物の数と同じです。個々の鋳造には、新しいワックスパターンが必要です。

ホットワックスを金型またはダイに注入し、固化させます。内部機能を形成するためにコアが必要になる場合があります。結果として得られるワックスパターンは、製造される部品の正確なレプリカです。この方法はダイカストに似ていますが、溶融金属の代わりにワックスを使用します。

3。金型の作成

ゲートシステム（スプルー、ランナーバー、ライザー）がワックスモールドに取り付けられています。小さな鋳物の場合、いくつかのワックスパターンが中央のワックスゲートシステムに取り付けられ、木のようなアセンブリを形成します。通常、ランナーバーの端に取り付けられている注入カップは、溶融金属を金型に導入するのに役立ちます。

組み立てられた「パターンツリー」は、細粒シリカのスラリーに浸されます。それは繰り返し浸漬され、浸漬するたびに徐々に耐火性のスラリーでコーティングされます。耐火コーティングが目的の厚さに達したら、乾燥させて硬化させます。乾燥したコーティングは、パターンとゲートシステムの周りにセラミックシェルを形成します。

セラミックシェルの厚さは、鋳造される部品のサイズと重量、および鋳造される金属の注入温度によって異なります。平均壁厚は約0.375インチ（9.525 mm）です。硬化したセラミック型を逆さまにしてオーブンに入れ、ワックスが溶けて排出されるまで加熱します。その結果、中空のセラミックシェルができあがります。

4。注ぐ

セラミックモールドは、約1000〜2000°F（550〜1100°C）に加熱されます。加熱プロセスにより、金型がさらに強化され、残ったワックスや汚染物質が除去され、金型材料から水分が蒸発します。

溶けた金属はまだ熱いうちに型に流し込まれます。液体金属は流し込みカップに流れ込み、中央のゲートシステムを通り、木の上の各型の空洞に流れ込みます。予熱された金型により、金属は薄くて細かい部分を簡単に流れることができます。また、金型と鋳造品が一緒に冷却および収縮するため、寸法精度が向上した鋳造品が作成されます。

5。冷却

型が注がれた後、金属は冷えて固化します。金型が冷えて固体状態になるまでにかかる時間は、鋳造された材料と鋳造物の厚さによって異なります。

6。シェイクアウト

鋳物が固化すると、セラミックの型が壊れ、鋳物を取り除くことができます。セラミックモールドは通常、手動またはウォータージェットによって分解されます。一度取り外されると、個々の鋳物は、手動の衝撃、のこぎり、切断、燃焼、または液体窒素による冷間破壊によって、ゲートシステムツリーから分離されます。

7。仕上げ

ゲートの部品を滑らかにし、欠陥を取り除くために、研削やサンドブラストなどの仕上げ作業が一般的に使用されます。鋳物が注がれた金属によっては、熱処理を使用して最終部品を硬化させることができます。

インベストメント鋳造を使用する場合

その複雑さと労働力の要件のために、インベストメント鋳造は比較的高価なプロセスですが、多くの場合、メリットがコストを上回ります。事実上、どの金属もインベストメント鋳造することができます。インベストメント鋳造で製造された部品は通常小さいですが、このプロセスは75ポンド以上の重量の部品に効果的に使用できます。

インベストメント鋳造は、優れた鋳造時の表面仕上げを備えた複雑な部品を製造することができます。インベストメント鋳造では、冷却時にセラミックシェルが部品から外れるため、金型からコンポーネントを取り外すためにテーパーを組み込む必要はありません。この製造機能により、90度の角度の鋳造品を、収縮許容値を組み込まずに設計でき、それらの角度を取得するために追加の機械加工を行う必要がありません。

インベストメント鋳造プロセスは、優れた寸法精度の部品を作成します。ネットシェイプのパーツは簡単に作成でき、完成したフォームは二次加工なしで製造されることがよくあります。独自の鋳造工程ごとに、ワックスパターンを生成するための新しいダイが必要です。インベストメント鋳造用の工具は非常に高価になる可能性があります。複雑さに応じて、工具費は1000ドルから10,000ドルの間のどこでも実行できます。

大量注文の場合、二次加工を排除または削減することで節約された時間と労力は、新しい工具のコストを簡単に補います。小さなキャスティングランは投資を補う可能性が低くなります。一般的に、インベストメント鋳造は、25個以上の部品を実行するための論理的な選択です。

新鮮なワックスパターンから完全な鋳造に至るまで、通常7日かかります。その時間の大部分は、セラミックシェルモールドの作成と乾燥に費やされます。一部の鋳造所には、鋳物をより迅速に製造するための速乾性機能があります。インベストメント鋳造の時間と労働集約的な性質は、コストに影響を与えるだけではありません。ファウンドリの設備と生産能力は限られているため、インベストメント鋳造のリードタイムは長くなるのが一般的です。

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