その価値はありますか？インベストメント鋳造の利点

ロストワックス、ワンタイムモールドは、より細かい表面を備えた精密な製品を作成します

インベストメント鋳造とは何ですか？

「ロストワックス」鋳造と呼ばれることが多いインベストメント鋳造は、消耗型プロセスを使用して、非常に細かい表面を備えた複雑な製品を作成します。金型設計で作成できる汎用性のため、これは精密な技術です。砂型鋳造パターンは2つに分割する必要があり、内部コアは閉じた分割型の内部でサポートできます。インベストメントモールドは、ワックスに彫ってコーティングできるほぼすべての形状で作成できます。プロセスと成形はより高価ですが、製造される製品はより複雑で正確になる可能性があります。すべての金属鋳物の表面は、鋳造された材料を反映しています。したがって、砂型鋳造はでこぼこした質感を持っています。インベストメント鋳造は、より滑らかな仕上がりの金型から行うことができます。

一般的なインベストメント鋳造製品とは何ですか？

インベストメント鋳造製品は、多くの場合、精密機械の操作可能な部品として見られます。例えば、自動車では、エンジンハウジングは砂型鋳造され得る。ファン、カム、および複雑な形状のその他の部品、特に移動して細かい表面を必要とする部品は、多くの場合インベストメント鋳造になります。

インベストメント鋳造は、非常に詳細な彫像、宝石、または非常に細かいディテールと滑らかな表面仕上げを備えたその他の装飾品にもよく見られます。

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には、通常ワックスで作られた消耗品のパターンが必要です。セラミックモールド材料;窯;金属を溶かして金型を充填するための鋳造プロセス。

消耗品またはワックスのパターン

パターンは、作成される最終製品の正確なレプリカです。ユーモラスなパターンは、多くの場合アルミニウムや鋼でできている射出成形金型を充填することによって作成されます。これらの金型は、機械加工、3D印刷、または手彫りで作成できます。これらのプロセスで各部品を作成することは、金型を作成してから鋳造プロセスに移行するよりも費用がかかります。ロストワックス鋳造は砂型鋳造よりも高価ですが、それでも高回転の工業生産のためにスケールアップすることができます。射出成形金型が作成されると、冷却と固化に最小限の時間が必要なため、ワックスパターンをすばやく大量に作成できます。

パターンアセンブリ

形成されると、ワックスパターンはツリーまたは鋳造システムに組み立てられ、複数のアイテムを同時に鋳造できるようになります。樹木形成は、一連のゲートとスプルーから作られ、これも固体ワックスから作られています。これらの固体ワックスの枝は、最終的に、溶融金属を運んで各最終製品を形成する中空チャネルを形成します。高品質の製品と効率的なワークフローを確保するには、ツリー構造を慎重に組み立てる必要があります。サイトの設備や製品のサイズによっては、同じツリーに多くのパターンを組み立てて大量生産することができます。大きなアイテムは自分でキャストすることもできます。

セラミックの「インベストメント」金型

樹木構造が組み立てられたら、それを液体セラミック浴に浸します。セラミックは木全体を覆い、乾燥させます。これらの浴を数回繰り返し、厚い型ができるまで各コートを硬化させます。次に、木を加熱してワックスを溶かします。ワックスは型から完全に排出されます。ワックスが除去されると、金型はより高い温度に加熱され、溶融金属が内部に注がれ、ワックスパターンによって占められていたキャビティが充填されます。セラミックスラリーを塗布するプロセスは、インベストメント鋳造の「投資」の側面と呼ばれます。

カビの除去

金属が冷えて固化すると、セラミックの型が壊れて鋳造品が現れます。次に、ゲートとスプルーが取り外され、追加の仕上げまたは処理手順が適用されます。

用途の広いアプリケーション

ワックスパターンは、テーパーや最終製品の品質に影響を与えることなく、事実上あらゆる形で作成できます。

インベストメント鋳造は、さまざまな製品や材料に使用できます。サイトの鋳造施設によっては、製品の重量は1オンスの何分の1か、1,000ポンド以上になる場合があります。セラミックインベストメントモールドは、高温注入にも適しています。

インベストメント鋳造で使用される一般的な材料には、鉄、アルミニウム、ニッケル、コバルト、チタン、および銅をベースにした鋼およびその他の合金が含まれます。アプリケーションによっては、インベストメント鋳造は短期および長期の両方の生産に適しており、一度に数百の製品を生産することができます。

ワックスとセラミック材料は、インベストメント鋳造プロセス全体で再利用できます。使用済みのワックスはゲートとライザーに再セットされ、セラミックモールドは新しいモールドで使用するために再処理できます。通常、精度が要求されない外側のセラミック層です。

砂型鋳造よりもインベストメント鋳造の利点

すべての鋳造方法には、多くの設計上の利点があります。材料の投入を最小限に抑え、重要な機械加工や組み立てなしでは実現が難しい構造を形成する能力です。

しかし、インベストメント鋳造の主な利点は、その型の多様性です。型は消耗品であり、ワックスパターンは液体の形で目立たないように取り除くことができるため、メーカーはインベストメント鋳造製品を設計する際に並外れた自由度を持っています。インベストメント鋳造は、他のほとんどの成形および鋳造方法よりもはるかに複雑な設計機能を提供します。

インベストメント鋳造と砂型鋳造

砂型鋳造は、砂を使用して使い捨ての型を形成するもう1つの効果的な鋳造方法です。これは北米で最も広く使用されている鋳造方法ですが、いくつかの重要な違いがあります。

プロジェクトに最適なキャスト方法を選択するときは、次の点を考慮してください。

• 注ぐ前に、砂型を引き離してパターンを削除する必要があります。適切な型を確保するには、セクションが分割されたときに摩擦を最小限に抑え、砂型が破壊されないように、テーパーまたはドラフトを使用してパターンを設計する必要があります。砂型は2つの部品で構成されているため、最終製品には常にパーティングラインがあり、冷却したら粉砕する必要がある場合があります。
• 砂型鋳造金型は、設計変更に対応するために簡単に調整できます。これにより、エンジニアはテスト後に部品をすばやく簡単に交換できます。
• コアの使用に依存する砂型鋳造では、内部空洞も課題になる可能性があります。コアは、金型の表面に接触しないパーツの内部を形成するために金型に挿入される、事前に形成された形状です。コアの形状と複雑さ（単一のコンポーネントまたは複数のコアのアセンブリ）によっては、金型内での成形と固定に時間がかかる場合があります。
• 砂型鋳造では、パターンの再利用性により、インベストメント鋳造よりも新しい鋳造物の製造が速くなります。
• 砂型は、合成添加剤と高い圧縮率を使用しても、セラミックの硬度を達成できないことにも注意してください。その結果、サンドキャストされた表面は多くの場合、より高い公差を持ち、完成した表面を実現するために機械研削が必要になります。
• 砂型は、合成添加剤と高い圧縮率を使用しても、セラミックの硬度を達成できないことにも注意してください。その結果、サンドキャストされた表面は多くの場合、より高い公差を持ち、完成した表面を実現するために機械研削が必要になります。
• 砂型鋳造では、あらゆるサイズと重量の金属部品を製造できますが、インベストメント鋳造では、最終部品の重量が100ポンド未満である必要があります。
• インベストメント鋳造を使用すると、ワックスパターンをほぼすべての形式で作成できます。
• セラミックモールドも非常に硬いため、公差の小さい滑らかな表面が作成され、多くの場合、壁が非常に薄くなります。ゲートとスプルーが取り外されると、多くの製品は処理や仕上げに追加の労力を必要としません。
• インベストメント鋳造を使用すると、ワックスパターンは、テーパーや最終製品の品質に影響を与えることなく、事実上すべての形式で作成できます。
• セラミックモールドも非常に硬いため、公差の小さい滑らかな表面が作成されます。多くの場合、壁は非常に薄くなります。ゲートとスプルーが取り外されると、多くの製品は処理や仕上げに追加の労力を必要としません。

インベストメント鋳造プロジェクトの計画

最適な製造方法の決定は、さまざまな要因によって異なります。プロダクションデザインの専門家と一緒に考慮すべきことがいくつかあります：

• 最終製品タイプ： 製品の望ましいサイズと形状は何ですか？さまざまな鋳造方法が特定の寸法に適しています。また、最終的な寸法に到達するために必要な機械加工の量にも影響します。
• 数量： 数量を考慮するときは、可能な限り先を見据えることが最善です。長期的に複数のバッチを計画する場合、短期的にはより経済的である可能性があり、よりコストがかかることが判明する可能性があります。工具や金型への初期投資を増やすことで、将来的にお金を節約できることがよくあります。ただし、短期または単発の制作では、同じ投資は必要ありません。
• 公差： あなたの寸法はどれくらい正確である必要がありますか？インベストメント鋳造では、特に壁が非常に薄い製品の場合、許容誤差を最小限に抑えることができます。
• 機械的アプリケーション： 鋳造により、機械的用途に必要な組み立ての量を減らすことができ、多くの場合、時間と労力を節約できます。
• 材料要件： インベストメント鋳造に使用されるセラミックモールドは、高温で注入される鋼および鉄ベースの合金を含む、幅広い材料に適しています。
• ポストプロダクション： 他の鋳造形態と同様に、インベストメント鋳造製品は、最終用途に応じて、必要に応じてさまざまな熱処理またはその他の表面仕上げを行う場合があります。

インベストメント鋳造ファウンドリ

インベストメント鋳造を製造するほとんどの鋳造所は、必ずしも他の鋳造製造方法を提供するわけではなく、単一の鋳造製造方法に特化することを好みます。砂型鋳造とインベストメント鋳造などの製造方法には大きな違いがあり、複数の成形製造方法を提供するために必要なインフラストラクチャを単一の企業が持つ可能性は低くなります。

インベストメント鋳造は、砂型鋳造などの他のより単純な方法を使用して製造された鋳造よりもコストがかかるのが普通です。ただし、複雑さ、信頼性、再現性、表面仕上げなど、達成されたメリットは、コストの違いを補う以上のものです。

設計中または購入しようとしている鋳造品の設計パラメータを真に理解することが重要です。たとえば、インベストメント鋳造で機械加工なしでネットシェイプパーツを提供できるが、砂型鋳造を機械加工する必要がある場合は、インベストメント鋳造の追加コストが正当化される可能性があります。

ソース

• Grote、Karl-Heinrich、ErikK.Antonsson。 Springer Handbook of Mechanical Engineering、Volume 10 。カリフォルニア州パサデナ：Springer Science＆Business Media、2009年。
• ハント、L.B。 「ロストワックス鋳造の長い歴史：5000年以上の芸術と職人技。」 ゴールドブリテン 。 1980年6月、第13巻、第2号、63〜79ページ。
• Rundman、Karl B. 金属鋳造（MY4130の参考書） 。ミシガン工科大学。大学：材料科学工学科。