金属鋳造の基礎：定義、種類、プロセス

金属鋳造とは？

金属鋳造とは、溶融金属を目的の幾何学形状の空洞を持つ型（モールド）に流し込み、冷却凝固させて固体部品を形成するプロセスです。「鋳造」という用語は、この6000年の歴史を持つ鋳造プロセスによって作られた部品自体を指すこともあります。

歴史的に、他の製造プロセスでは困難または高コストとなる複雑かつ大型の部品製造に使用されてきました。

金属鋳造は古代のルーツを持つ現代的なプロセスです。溶融金属を型腔に流し込み、冷却後に型から取り出すことで金属形状を形成します。

金属鋳造は、歴史上最も初期かつ最も影響力のある工業プロセスの一つと言えます。自動車部品、列車の車輪、街灯、スクールバスのペダルなど、日常生活で使用される多くの金属製品の製造に用いられています。

また、金属鋳造工場は金属リサイクルをコスト効率の良い原材料源として活用しており、埋立地に捨てられるスクラップ金属を大幅に削減しています。

金属鋳造プロセス

1. 型枠製作（パターンメイキング）

パターンは鋳造品の外形のレプリカです。木材、金属、プラスチック、石膏などで作られます。工業用部品製造では、部品が精密に適合・動作するための正確な計算が必要なため、パターンメイキングは極めて重要です。

2. 中子製作（コアメイキング）

中空の鋳造品の場合、内部形状を形成するために砂や金属で作られた追加の部品（コア）が必要です。コアは十分な強度を持ちながら、完成した鋳造品から容易に取り除けるように崩壊性を持たせています。

3. 造型（モールディング）

海辺の湿った砂浜に残した足跡を想像してください。足がコアで、砂に残った凹みが足の型（モールド）です。

造型は、造型砂を用いてパターンの周りに鋳型を形成する複数ステップのプロセスです。鋳造では、フラスコと呼ばれる枠の中に型が収められます。グリーンサンド（造型砂）をフラスコに詰めてパターンの周りに固めます。

これは砂型鋳造と呼ばれます。砂がしっかり固められたらパターンを取り除き、型が残ります。あるいは、非破壊型の二分割金属型を作成し、工業用途で同一形状の部品を繰り返し鋳造することも可能です。

4. 溶解と溶融金属の注湯

金属を溶解した後、型腔に流し込み凝固させます。凝固後、シェークアウト工程が始まります：型を振動させて鋳造品から砂を除去します。

工業用途では、弊社のツー・マス・シェークアウト装置のような機器が、効率的でスムーズな性能により生産性を高めています。除去された砂は通常回収・冷却され、将来の鋳造で再利用されます。

5. 仕上げ（クリーニング）

最終工程では、鋳造金属製品を型から取り出し、フェットリング（仕上げ加工）を行います。フェットリングでは造型材料を除去し、バリや荒いエッジを取り除きます。

金属鋳造の種類

金属鋳造は、型設計の基本的性質により「消耗型（使い捨て型）」と「永久型（再利用型）」の2グループに大別され、さらにパターン材料により細分化されます。

• 再利用型：
  • 永久型
  • 半永久型
  • スラッシュ鋳造
  • 遠心鋳造
  • 圧力鋳造
  • ダイカスト
• 消耗型：
  • 砂型鋳造
  • シェルモールド鋳造
  • インベストメント鋳造（ロストワックス）
  • 全型・発泡スチロール鋳造

消耗型鋳造

名前の通り、最終鋳造品を取り出すために型を破壊する一時的・非再利用型の型を使用します。これらの型は通常、砂、セラミック、石膏などで作られ、バインダー（結合剤）で結合して特性を向上させます。複雑で精巧な形状の鋳造が可能です。

永久型鋳造

非消耗型鋳造とも呼ばれ、各生産サイクル後に再利用可能な永久型を使用します。同じ型を再利用するため繰り返し精度の高い部品が得られますが、鋳造品を取り出すために型を開く必要があるため、単純な形状の鋳造に限られます。

複合型鋳造

消耗型と再利用型の両方を組み合わせて鋳造品を製造します。砂、木材、黒鉛、金属などの材料が通常含まれます。

金属鋳造の用途

分野別の鋳造消費量を以下に示し、あらゆる産業における鋳造の重要性を強調しています。

• 輸送：自動車、航空宇宙、鉄道、船舶
• 重機械：建設、農業、鉱業
• 工作機械：機械加工、鋳造、プラスチック成形、鍛造、押出、成形
• プラント機械：化学、石油、製紙、製糖、繊維、製鉄、火力発電
• 防衛：車両、火砲、弾薬、貯蔵、支援装備
• 電気機器：モーター、発電機、ポンプ、圧縮機
• 金物：配管業界のパイプ、継手、バルブ、フィッティング
• 家庭用品：家電、キッチン・園芸用品、家具、金具
• 芸術品：彫刻、仏像、家具、ランプスタンド、装飾品

金属鋳造の利点

• 複雑な形状の製造が可能
• 内部空洞や中空部などの形状を容易に実現可能
• 大型部品を一体鋳造で製造可能
• 他の製造プロセスでは困難または高コストな材料も鋳造可能
• 中〜大量生産では他の製造プロセスより安価
• ほぼすべての金属が鋳造可能
• ニアネットシェイプ（最終形状に近い）で、後処理が不要または最小限

金属鋳造の欠点

• 表面粗さが比較的大きく、公差を広くとる必要があり、摺合せ面には不向き
• シェルモールド鋳造などはサイズとパターンに制限がある
• パターン製作に時間とコストがかかる（近年はバインダージェットなどの積層造形で型製作も可能）
• ダイカストは金型コストが高いため、中小ロットでは非常に高価
• 部品サイズと材料選択は鋳造プロセスに依存。例えば永久型鋳造では非鉄金属のみ使用可能

よくある質問

金属鋳造の呼び名は？

金属加工と宝飾品製造において、鋳造とは液体金属を（通常は坩堝によって）意図した形状の負の印象（三次元ネガティブイメージ）を持つ型に流し込むプロセスです。金属は湯道（スプルー）と呼ばれる中空チャンネルを通って型に注がれます。

鋳造の4つの種類は？

ダイカスト、インベストメント鋳造、石膏鋳造、砂型鋳造などの熱間成形プロセスがあり、それぞれ独自の製造メリットを提供します。

金属鋳造に必要なものは？

様々な工具と材料が必要です。例えば、溶融金属を保持する容器は「坩堝」と呼ばれます。その他、炉、型箱、手突き工具、坩堝トング、ベントワイヤーロッド、手篩、散水スプレーなどが必要です。

金属鋳造の用途は？

7000年の歴史を持つ製造・美術両分野で使用されるプロセスです。溶融金属を坩堝から型に移し、陽性の金属鋳造物を作ります。金属と型を冷却し、金属製品を取り出して仕上げます。

鋳造の種類は？

10種類の鋳造プロセス

• 砂型鋳造
• インベストメント鋳造
• ダイカスト
• 低圧鋳造
• 遠心鋳造
• 重力ダイカスト
• 真空ダイカスト
• スクイーズダイカスト

金属鋳造で作られる製品は？

金属鋳造製品の例

• ポンプハウジング
• リングセグメント鋳造品
• 工業用炉ドア
• 消火栓ハウジング
• 消火栓ネック
• 熱処理炉
• 大型アルミニウム取付プレート
• アルミニウムギアボックス

金属鋳造の利点は？

金属鋳造の利点：

• 複雑な形状の製造が可能
• 内部空洞や中空部を容易に鋳造可能
• 大型部品を一体鋳造で製造可能
• 他の製造プロセスでは困難または高コストな材料も鋳造可能

金属鋳造の欠点は？

これらの利点がある一方で、以下の欠点もあります。

• 表面仕上げが悪く、ほとんどの場合仕上げ加工が必要
• 鋳造欠陥が発生しやすい
• 鍛造に比べて疲労強度が低い
• 大量生産には経済的でない

最も一般的な金属鋳造プロセスは？

砂型鋳造が最も広く使用されていますが、砂型パターンを作成した型から取り除く必要があるため、複雑なパターン構築が必要なプロジェクトには不向きな側面があります。

金属鋳造はいつ発明された？

現在の金属鋳造は正確な化学と完璧な実行を要する複雑なプロセスですが、人類文明の歴史と比較すると比較的新しい手法です。しかし、金属鋳造の起源は紀元前4000年頃まで遡れます。

鋳造用に金属を溶かす方法は？

トーチ、電気炉、プロパン炉、誘導炉、さらにはマイクロ波溶解炉などで金属を溶解できます。最適な方法は予算、溶解材料の種類、一度に溶かす量によって異なります。

金属型はどう作る？

製造プロセスとしてのディップモールディングは、伝統的なロウソク作りと類似した方法です。加熱した金属型を液体材料のタンクに浸し、型を引き上げて硬化させた後、部品を剥離します。

型鋳造の作り方は？

• 使い捨てカップの底に、粘土やプラスチシンの浅い層で対象物を固定
• 対象物にシリコーンを流し込み、15分乾燥
• 型を水平な面に置き、マスキングテープで固定して最初の鋳造材を流し込む