ファウンドリでのパターン作成

金属鋳造用のワックスまたは木製のパターン

金属鋳造では、パターンは消耗品の型を作成するために使用されるオブジェクトです。 1つのパターンで最大数千のカビを作ることができます。

パターンにはさまざまな種類がありますが、2つの主要なサブタイプに分類されます。多くの型に印象を与える砂または石膏鋳造用の再利用可能なパターンと、型を作る過程で鋳造前に破壊されるインベストメント鋳造用の消耗型パターンです。どちらのタイプのパターンでも、パターンメーカーの関心事は、目的のオブジェクトを複製するだけでなく、金属を適切な速度で適切な場所に金型に向けるのを支援することでもあります。金属の冷却は結晶化のプロセスであり、金型の充填方法が凍結の方向に影響を与える可能性があります。これは、最終的なオブジェクトの強度にとって重要になる可能性があります。

すべての鋳造パターンにはサポートが必要です

鋳造物のすべての部分に金属を供給するためのチャネルのシステムは、適切に設計された場合、鋳造物の欠陥を減らすサポートインフラストラクチャです。これらの要素は次のとおりです。

• 注入カップは、金型への先細の入口です。金属の流れを制御するだけでなく、注入中にスラグを捕捉するのに役立ちます。
• 「ダウンスプルー」と呼ばれることもあるスプルーは、注入カップから金型へのメインチャネルです。鋳物を埋めるのは金属の川です。
• ランナーは、液体金属が金型のある領域から別の領域に流れることを可能にするチャネルです。
• ゲートまたは「インゲート」は、鋳造自体への入り口スペースです。金属を急速に冷却するには大きなゲートが必要であり、ゆっくりと冷却するためには小さなゲートが使用されます。
• ライザーは、金型の一部であるが鋳造物の一部ではない液体金属の大量のリザーバーです。それらは、鋳物のトリッキーな領域に供給するために金型に完全に埋め込まれる「ブラインドライザー」、または金属で満たされたオープンライザーであり、金型がいっぱいであることを鋳造作業員に示すのに役立ちます。ライザーは鋳造物のどの部分よりも金属の量が多いため、最も長く熱くなります。重力を利用して、ライザーは液体金属を冷却鋳物に継続的に供給し、穴や収縮を防ぎます。

インベストメント鋳造パターン

インベストメント鋳造のパターンは、最終的な金属製品によく似た単一の部品で提供されることがよくありますが、鋳造後に除去するためにランナーが組み込まれている場合があります。

これらのパターンは2回成形されています。レプリカパターンは、ゴム、金属、または樹脂から型を作成するために使用されます。この型から、溶融または蒸発する可能性のある材料（通常はワックス）からパターンが鋳造されます。これらのキャストパターンは、砂とバインダーでできた樹脂またはセラミックの骨材でコーティングされており、硬化してシェルになります。

シェルモールドが完全に硬化した後、鋳造パターンは溶融または蒸発によって除去されます。空になった金型に液体金属を充填できます。キャスティングが冷えると壊れます。

砂型鋳造パターン

砂型鋳造のパターンにはいくつかのバリエーションがありますが、それらに共通しているのは、鋳物砂に押し込まれたときに何百もの型を作成するために使用できる硬い材料でできていることです。木材はほとんどの砂型鋳造パターンの基礎であり、通常は鋳造所の熱と湿度に耐えることができる広葉樹から作られています。これらは何百もの鋳造に使用できますが、最終的には変形または分裂し始めます。ただし、比較的安価に作成でき、非常に大きな鋳物を作成できます。

木製のパターン自体の変形が速すぎる場合は、代わりにそれを使用して、時間の経過とともに歪む可能性が低い、より強力なパターンの型を作成できます。繊維強化樹脂または鋳造金属パターンは、元の木製パターンから作成できます。金属パターンは、機械加工によって作成することもできます。これらのプロセスはより高価であり、鋳造サイズを制限できるため、特定の状況でのみ使用されます。

木、樹脂、金属のいずれの場合でも、型を作成した後、砂型鋳造のパターンが溶けることはありません。パターンメーカーは、作成した中空の形状を傷つけずにそれらを抽出する方法を知る必要があります。

フラットバックパターンは、砂型のドラッグまたは下部に押し込むことができます。多くの場合、成形されていないコープまたは金型の上半分がドラッグにクランプされ、注湯と冷却に役立つ鋳造物の「フラットバック」を提供します。金属を導くためのスプルーが含まれます。

背中が平らでないパターンは、しばしば「分割」されます。これにより、パターンの各部分を砂型の上部と下部に刻印し、型を傷つけることなくそのまま取り除くことができます。型のさまざまな部分をまとめてしっかりと固定し、鋳造物を作る中空の形状を作成します。

緩いパターンは、分割した場合でも、作成するオブジェクトに最もよく似ています。キャストしているオブジェクトの詳細をキャプチャしますが、金型の金属供給システムは含まれていません。この場合、成形業者はライザー、ゲート、およびスプルーを手作業で砂に切り込みます。パターンにこれらのチャネルが含まれている場合、それはゲートパターンと呼ばれます。

パターンのパーツをプレートのいずれかの側に結合して、型の両側を同時に簡単に押すこともできます。これはマッチプレートパターンと呼ばれ、生産率の高い工場で非常に役立ちます。場合によっては、自動化された工場がパターンの各部分を独自のプレートにマウントして、個別のコープパターンとドラッグパターンプレートが存在するようにします。

砂型鋳造パターンは、砂に形を印象付けるのではなく、砂を彫るために使用することもできます。スイープパターンは、軸の周りに成形されたプロファイルを持つブレードを回転させ、金型をくりぬきます。ネガティブスペースを形作る旋盤のようなスイープパターンを考えると役立ちます。それらが作成するキャストオブジェクトは、中心軸を中心に対称になります。

慎重な手当の作成

パターンは、デザインの初期モデルと同じではありません。これらは、金属製造のダイナミクスを反映した生産プロトタイプです。

キャビネットメーカーとジョイナーは、多くの場合、木製のパターンを作る鋳造所で働くことになります。彼らは主に木工職人ですが、金属の挙動を理解する必要があります。優れたパターンメーカーは、金属がどのように冷えるか、および部品にどのような仕上げ手順が必要になるかを補正するためにパターンを調整する方法を知っています。

収縮許容値は、金属の凝固収縮と冷却中の収縮を補正するための補正です。これらの許容値は、金属の種類と鋳造のサイズによって異なります。鋳鉄の一般的な許容値は、1 / 10〜5/32インチ/フィートです。鋼の場合、1 / 8〜1.4インチ/フィート。アルミニウムの場合、1 / 16〜5/32インチ/フィート。これらの許容値には、鋳造が寸法的に正しいように、プロセスのサイズ公差も含まれています。

ワックスパターンメーカーは、ワックス成形プロセスにも収縮許容値が必要であることをさらに認識している必要があります。パターン、スプルー、およびマシンワックスはすべて、標準の注入温度で異なる収縮率を示します。したがって、ワックスパターンメーカーは、ワックスと金属の両方の収縮を調整する型を作成する必要があります。砂型鋳造用のウッドパターンメーカーは、金属についてのみ心配する必要があります。

鋳造物を振った後に精錬する場合は、機械加工手当（「機械加工手当」）が必要です。許容値は、機械加工によってオブジェクトが小さくなりすぎないように十分な材料を提供する必要があります。場合によっては、機械加工が行われることを知っていると、木目模様の設計者がライザーを配置する場所を決定するのに役立ちます。鋳造物の機械加工中にストックメタルをクランプできます。

歪み許容値は、使用する金属が冷えるときに歪みが発生するときにパターンに加えられる巧妙な調整です。変位角がわかっている場合は、パターンを補正することができます。この変更は「キャンバー」と呼ばれ、元のパターンが歪んで見えるようにすることができます。

ドラフト手当は、投資パターンではなく、砂型鋳造パターンにのみ必要な変更です。パターンメーカーは、残した形を壊さずにパターンを砂から取り除くことができることを確認する必要があります。これは、砂の城のバケツが通常先細になっているのと同じように、型の壁を先細にすることによって行われます。パターンを成形品から取り除くと、鋭い角とまっすぐなエッジが崩れやすくなります。

木の模様を描く

木製の模様がよく描かれています。一時的なパターンは1コートしか得られないかもしれませんが、永続的なパターンは一般的に3層のペイントを取得します。シェラックやラッカーは、型からパターンをスライドさせるのに役立ちます。そのため、1回だけ使用するパターンでも役立ちます。グラファイトを使用した最新の塗料は、このプロセスをさらにスムーズにします。

ペイントは、特に保管する場合に、パターンを熱や湿気から保護するのにも役立ちます。パターンのペイントは、しずくとひび割れがないようにする必要があります。パターンの表面の隆起は、鋳造で捕捉されます。間違った場所にペンキが滴り落ちると、型が崩れる可能性があります。

伝統的に、鋳造パターンのペイントは色分けされており、色は鋳造に必要な仕上げステップを示しています。規格はもはや普遍的に適用可能ではありませんが、この基本的なカラーシステムを使用するファウンドリがまだあります。

赤-最終鋳造のこの表面に機械加工が不要であることを示します。
黄色-最終鋳造で機械加工されるこの表面を示します。
黒-表面にコアが必要であり、コアの位置がどこにあるかを示します。 。
クリアニスまたは未塗装-パーティングラインまたは鋳造物の接合を示します。

パターンの保存と再利用

パターンは鋳造所で長寿命であり、数百または数千の鋳造品を製造するために使用されます。多くの場合、これらのパターンは本番稼働の間に保存され、パターンの「ライブラリ」を維持するために必要な必要性と編成は、ファウンドリの懸念事項の1つです。パターンは風通しの良い乾燥した場所に保管する必要がありますが、保管と保険の費用がかかるため、生産が小規模で頻度が低い場合は、パターンを破棄して再作成するか、元のパターンに送る方が簡単です。デザイナー。鋳造所の外に保管されたパターンは、適切に処理されていない可能性があるため、二度としっかりとした鋳造が行われない可能性があります。歴史的に、パターンはデザインの最も忠実なキャプチャである可能性があるため、パターンを破棄することは危険なプロセスでした。

したがって、パターンストレージの問題は懸念のバランスでした。生産工程のサイズと頻度は、時間の経過に伴う部品の一貫性と比較検討する必要があります。ラピッドプロトタイピングとコンピューター設計の台頭により、このダイナミックさが変わりました。パターンはデジタルで設計および保存され、プロトタイプは3D印刷できるため、パターンを破壊するリスクが少なくなります。したがって、ファウンドリとそのクライアントは、どちらがより経済的かを判断した後、パターンを長期間保存するか、必要に応じて再作成するかを決定します。

未発表の芸術

パターンメーカーは、プロトタイプを取り、生産の要件と金属の特性に合わせて慎重に調整する技術者と職人です。専門的な経験により、設計をより効率的にするための微調整を提案することができます。 CADプログラムと予測アルゴリズムの使用は、最新のパターンメーカーが金属鋳造で発生する可能性のある欠陥を特定するのに役立ちます。これにより、欠陥率を下げることができますが、パターンメーカーは依然として人間の目と安定した手をプロセスにもたらします。

プロジェクトがサンドであろうとインベストメント鋳造であろうと、それはパターンとして始まりました。

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