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精密鋳造のためのパターン允許最適化:収縮・斜度・仕上げ・歪み・ラッピング

パターン允許の概要

適切なサイズ・形状の鋳物を得るためのパターン允許は、製品設計、型設計、鋳造金属の収縮・収縮特性などに依存します。数学的な厳密予測は困難で、試行錯誤によるパターン寸法調整が現実的です。

1. 収縮允許

金属は冷却時に収縮します。鋳物の全収縮は3要素からなりますが、最初の2つ(液体収縮、凝固収縮)は鋳物設計で対応し、最後の固体収縮(凝固点から室温まで)をパターンを大きく作ることで補います。実物をパターンにすると完成品より小さくなるため、シュリンクルール(縮尺尺)を用います。鋳鉄用は標準尺より10mm/m長いものです。

主要鋳造材料の典型的収縮允許(mm/m):

実際の允許値は鋳物設計、肉厚、寸法、金属種、注湯温度、型の抵抗、ラグ・コア・複雑形状、型材・硬さ、造型法等で変動します。金属パターンを原型から鋳造する場合は二重収縮を考慮します。

2. 斜度允許(ドラフト)

パターンを型から引き抜く際、型砂の端部が剥がれるのを防ぐため、引き抜き方向に平行な面にテーパー(ドラフト)を付けます(図3.15)。必要量は形状・サイズ(垂直側面長)、造型法、生産方式、複雑さ、手作業/機械造型により異なり、機械造型では最小で済みます。

3. 仕上げ允許(機械加工允許)

図面で仕上げ面指示(フィニッシュマーク)がある箇所には、切削代として余肉を設けます。一般に小型・中型鋳物で、鉄系3mm、非鉄系1.5mm程度です。可能な限り仕上げ面をドラグ側に配置し、コープ側なら追加允許が必要です。允許量は加工法(旋削・穴あけ・研削等)、金属特性(鉄/非鉄、軟硬)、鋳造法(遠心鋳造は内側に多め)、形状(上面は不純物集中で多め、長物は歪みやすい)、要求仕上げ度により変わります。

4. 歪み/カムバー允許

U字形や大面積平板など、冷却時の収縮で歪む不規則形状鋳物に適用されます。例えばU字鋳物は脚部が発散方向に歪むため、パターンでは脚を収束させておき、冷却後に平行になるよう設計します。この允許はパターン製作者の判断と経験、金属収縮特性の理解に依存します。

5. ラッピング/シェイキング允許

パターンを型から引き抜く前に型内で揺すると、型腔がわずかに拡大します。中型鋳物なら無視できますが、大型鋳物や無加工嵌合が必要な場合は、パターンをわずかに小さく作ることで補正します。

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