メタルキャスティング入門
この金属鋳造入門では、鋳造プロセスの概要と歴史、および現在使用されている一般的な鋳造技術の概要を説明します。この記事の目的は、新しいメーカーに、金属鋳造がどのように機能するか、および鋳造製品の製造にどのような手順が含まれるかについての理解を深めることです。記事の終わりまでに、読者は、金属鋳造によって提示される機会を明確に把握し、最新の製造方法としての可能性を十分に理解しているはずです。
詳細については、この記事全体に配置されているリンクとボタンをクリックして、金属鋳造の特定の側面を深く掘り下げた投稿、ページ、電子書籍に接続してください。
メタルキャスティングとは
金属鋳造という言葉 最終的な形状を管理するために任意のタイプの金型を使用して、溶融金属から製品または部品を形成するプロセスを指します。 金属鋳造 一方、は、金属鋳造プロセスから生じる製品または部品です。この記事全体および当社のWebサイトの他の場所では、キャスティングという単語を使用しています。 交換可能に、金属鋳造のプロセスの代役として またはオブジェクトの場合、金属鋳造 。
金属鋳造の定義：
金属が固化するときに金属を特定の形状に保持するキャビティ（金型）に溶融金属を注入する製造プロセス。
金属鋳造の一般的な手順
1。マスターパターンとコアボックスを作成します。 メタルキャスティングの最初のステップは、パターンと呼ばれる目的の製品と同様の形状のオブジェクトを作成することです。 。パターンは金型を製造するために使用されるツールであり、凝固中の収縮を考慮して、最終製品よりもわずかに大きくする必要があります。金属鋳造では、パターンは多くの場合、CNC機械加工によって生成されます。同様に、コア 、ステップ2で概説したように、別のタイプのツールを使用して作成されます：コアボックス。 永久型鋳造のような再利用可能な型を利用する鋳造方法は、通常、パターンやコアボックスを必要としません。このような場合、工具メーカーは金型とコアを直接製造できます。
2。金型とコアを作成します。 鋳造品を正常に製造するために、製造業者は最初に溶融金属を収容および形成するための金型キャビティを作成する必要があります。多くの場合、コアも生成する必要があります これは金型の内側に収まり、最終部品の内側に中空のキャビティを形成します。金型とコアは、ダイカストや永久鋳造の場合のように再利用できます。また、グリーンサンド鋳造やシェルモールド鋳造の場合のように使い捨てにすることもできます。
3。合金を溶かします。 次に、メーカーは金属を溶かす必要があります。多くの場合、使用される金属は合金です。 または、一緒になって最適な機械的特性を提供する要素の混合物。溶解プロセスはさまざまです。最も単純な形では、溶解は、より高い融点のレセプタクルに合金を入れ、バーナーまたは直火で加熱することで構成されます。誘導溶解などのより現代的な溶解方法は、合金の物理的特性に依存して合金を溶解し、より効率的に鋳造温度にします。
4。溶けた金属を型に流し込みます。 メーカーが合金を溶かしたら、溶けた金属を金型キャビティに注入する必要があります。通常、これは取鍋で行われます。 システム。注入プロセスをサポートし、オペレーターが手動または自動で注入速度を制御できるようにします。誤った注入技術は、ガスが金型内に閉じ込められ、結果として生じる鋳造物に穴が開く可能性があるため、欠陥につながる可能性があります。
5。金属を固化させます。 注いだ後、製造業者は金属が金型内で固化するための最適な条件を作成する必要があります。繰り返しになりますが、製造業者は、溶融金属が冷えるときの収縮と、注入中に金型内に蓄積するガスの放出を考慮する必要があります。
6。型から鋳物を取り外します。 金属が十分に冷却されて固化したら、製造業者は鋳造物を金型から取り外す必要があります。使い捨ての型を使用する方法では、オペレーターは単に型を鋳造物から切り離すだけです。再利用可能な金型の場合、粘着を防ぐために特殊なコーティングがよく使用され、鋳造物を除去できる特性（エジェクターピンなど）があります。 ）金型に組み込む必要があります。
7。キャストを終了します。 ほとんどの鋳造部品は、クリーニングなどの仕上げプロセスを経る必要があります （パーツから余分な材料を取り除く）; ゲートの取り外し （部品から注入チャネルを削除する）; 熱処理 （物理的特性を強化するために制御された環境で鋳物を加熱および冷却する）および検査 品質管理のため。多くの製品は、寸法精度と美的価値を向上させるために、CNC機械加工プロセスも通過します。
金属鋳造の歴史
金属鋳造の起源について今日私たちが知っていることの多くは、考古学的発見に基づいています。幸いなことに、鋳物の耐久性は、多くの鋳物のアーティファクトが何千年も何千年も生き残ったことを意味します。
初期の鋳造品は芸術的な彫像、道具、武器であることが多く、鋳造に使用された最初の金属は銅と錫、またはブロンズと呼ばれる2つの金属から作られた合金でした。 アジア大陸とヨーロッパ大陸の文明は他の材料を試し、何千年もの間鋳造を利用し続けました。プロセスが洗練され、技術が正確な言語で記録されるにつれて、鋳造製品の範囲も拡大しました。中世には、ヨーロッパの鋳造所は主に教会の鐘の製作を任されていました。
右の写真はグロスターのろうそく立てです。 1104年から1113年の間にイギリスのグロスター大聖堂のために製造された精巧なロストワックス（インベストメント）鋳造。
20世紀には、フォードモーターのフロー生産技術に一部主導された自動車製造により、鋳造品の需要が高まり、プロセスがさらに飛躍的に進歩しました。鋼が発明され、20世紀半ばまでにステンレス鋼が鋳造に広く使用されました。第一次世界大戦と第二次世界大戦の両方で、米国、ヨーロッパ、および日本での鋳造の限界がテストされました。インベストメント鋳造のような古いプロセスは、より良い鋳造をより速く生産するためにさらに洗練されました。ダイカストやシェルモールド鋳造などの新しいプロセスも20世紀に開発されました。
金属鋳造プロセス
以下の金属鋳造プロセスは、鋳造施設の兵器庫で最も一般的で最も用途の広い技術のいくつかを表しています。数千年前にさかのぼる方法もあれば、1世紀未満の方法もあり、これらの各プロセスは、特定の種類の製品にとって理想的な鋳造方法です。ここでは、各プロセスの概要を説明します。詳細については、各セクションにあるリンクをクリックしてください。
インベストメント鋳造
工業規模で現在も使用されている最も古い金属鋳造技術であるインベストメント鋳造は、最終製品のような形のワックスパターンを耐火材料で覆い、ワックスを溶かして溶融金属に置き換えるという独創的なプロセスです。
インベストメント鋳造の詳細
- インベストメント鋳造ガイド（電子書籍）
- Eagle Precision Cast Parts、Inc.でのインベストメント鋳造機能
- インベストメント鋳造のケーススタディ：不格好な製造から洗練された鋳造まで
グリーンサンドキャスティング
グリーンサンドキャスティングは、湿った粘土で結合された砂がパターンの周りに圧縮されて型を形成する、低い工具コストでの用途の広い金属鋳造技術です。得られた型は、ほぼすべての合金の鋳造に使用でき、型の形成に使用された砂の大部分は、再生利用してリサイクルできます。
グリーンサンドキャスティングの詳細
- Greensand Castingの概要（ブログ投稿）
- Eagle Aluminium Cast Products、Inc.のグリーンサンド鋳造機能
シェルモールド鋳造
シェルキャスティングとも呼ばれます またはシェルモールド 、シェルモールド鋳造は、20世紀半ばにドイツのエンジニアによって発明され、その後、米国とドイツのメーカーによって完成されました。このプロセスでは、熱を加えることで互いに結合する樹脂でコーティングされた砂粒でパターンをコーティングします。シェルモールド鋳造は、高度な精度と優れた再現性を提供します。
シェルモールド鋳造の詳細
- シェルモールド鋳造プロセスガイド（電子ブック）
- シェルモールド鋳造入門（ブログシリーズ）
- Eagle Alloy、Inc.のシェルモールド機能
永久鋳型鋳造
永久型鋳造は、その名前が示すように、砂型鋳造に含まれる使い捨て型の代わりに再利用可能な型を利用します。工具の製造は複雑になる可能性があり、合金は溶融温度に基づいていくらか制限されますが、大量生産により部品あたりのコストを低く抑えることができます。パーマネントモールド鋳造部品では、再現性、表面仕上げ、精度に優れています。
恒久的な金型鋳造の詳細
- 恒久的な金型鋳造入門（ブログ投稿）
- 恒久的なモールドキャストアルミニウムファンブレードのケーススタディ
- Eagle Aluminium Cast Products、Inc.の恒久的な成形機能
エアセットキャスティング
砂型鋳造の別のバリエーションであるエアセット鋳造-ノーベイク鋳造-としても知られています 室温で固化する化学結合した砂を利用しています。このプロセスは、金型が固化するのに時間がかかるため、グリーンサンド鋳造やシェルモールドよりも時間がかかる可能性がありますが、金型は安価であり、エアセット鋳造によって優れた寸法精度と表面仕上げを実現できます。
エアセットキャスティングの詳細
- エアセットキャスティング入門（ブログ投稿）
- Eagle Alloy、Inc.のエアセットキャスティング機能
ダイカスト
ダイカストは、再利用可能な金型を利用した別の鋳造方法です。永久金型鋳造とは対照的に、ダイカストは高圧射出を採用して金型キャビティを迅速かつ完全に充填します。ダイカストは優れた鋳造パラメータを提供できますが、初期費用によってその使用が大量の実行に制限されることがよくあります。
ダイカストの詳細
- ダイカストプロセスとは何ですか？ （ビデオ）
金属鋳造：古代のルーツを持つ現代の製造プロセス
今日、金属鋳造は330億ドルの産業であり、米国だけで20万人近くの雇用を占めています。鋳造品は、建設機械から医療機器まで、耐久消費財の90％で使用されています。 American Foundry Societyによると、「ほとんどの人が鋳物から10フィート以上離れていることはめったにありません」。新しいテクノロジーと改善されたプロセスにより、金属鋳造はかつてないほど良く複雑になっています。つまり、鋳造所は新しい市場に拡大でき、金属鋳造業界の普及率をさらに高めています。
鋳造施設は、米国政府や大学と定期的に提携して、鋳造業界が最先端の研究から利益を得られるようにしています。米国エネルギー省とのそのようなパートナーシップの1つは、より軽量の鋳造、後処理の必要が少ない鋳造、およびより幅広い合金を使用する鋳造の開発にすでに成功しています。
3D印刷などの比較的新しいテクノロジーを金属鋳造と組み合わせて使用すると、プロトタイプ、パターン、さらには金型を以前よりも迅速に作成できます。アドボカシー組織は、この種の技術や、鋳造業界全体の進歩を支援できる他の技術をより広く利用できるようにするために取り組んでいます。 Steel Founders Society of America（SFSA）は現在、メンバーのファウンドリが研究および採用できるロボットセルを開発しています。彼らの目標は、業界全体の自動化を改善し、より多くのキャスティングジョブを再利用できるようにすることです。
一方、アウトリーチの面では、American Foundry Society（AFS）は、金属鋳造の可能性について一般市民と米国議員の両方を教育することを目的としたさまざまなプログラムを実施しています。 Manufacturing Dayの推進における全米製造業者協会とのパートナーシップから 毎年恒例のGovernmentAffairsFly-inに対して、AFSは次世代のキャスティングプロフェッショナルを準備することを優先しています。
革新の長い歴史の後、金属鋳造はまだ製造技術の最前線にあります。基本的なプロセスは最初のメタルキャスターが使用したものと同じですが、鋳造はその謙虚な起源を超えて進化し、現代の消費者のニーズに応えています。
生および機械加工された鋳造製品の購入の詳細
製造プロセス