鋳造用パターンの理解：種類、メリット、配色スキーム

The Mechanical Postへようこそ！今日はパターンについて、使用される材料、利点、制限、種類について話します。

鋳造におけるパターンとは？

パターンは、溶融金属が注がれる鋳型を作るために使用されます。パターンは鋳造しようとする製品の複製です。しかし、望ましい鋳物の完全なレプリカではありません。いくつかの本質的な違いがあります。

様々な許容差（収縮許容差、機械加工許容差など）により、鋳物よりわずかに大きくなっています。また、コールドプリントと呼ばれるいくつかの突起やボスがある場合があります。鋳型プロセス中にランナーとゲートを生成するための延長部を持つこともあります。

パターンに求められる特性

• 鋳物の望ましい形状と寸法を確保すること。
• 安価で修理が容易であること。
• 製造しやすいシンプルな設計であること。
• 軽量で取り扱いが容易であること。
• 必要な数の鋳型を作るために高い強度と長寿命を持つこと。
• 一定の使用期間中、寸法と剛性を維持すること。
• 表面が滑らかで耐摩耗性があること。
• 粗い取り扱いに耐えられること。

パターン製作に使用される一般的な材料には木材、金属、プラスチックがあります。各材料には独自の利点、制限、適用分野があります。また、パターンに要求される精度、強度、寿命は生産する鋳物の数量によって異なります。上記の要因に基づき、パターンの材料を以下のように選択できます：

• 少量生産には木材が適している。
• 大量生産には金属が木材より耐久性があり、コストは高いが長期的に生き残れる。
• バッチ生産には、エポキシ、レジンなどのプラスチック、石膏、セメントが好まれる。

木製パターン

パターン製作に使用される木材は適切に乾燥・調湿されている必要があります。その後の乾燥による歪みと変形を避けるために10%以上の水分を含んではいけません。直線的な木目で節がないことが望ましいです。

木材使用の利点

• 軽量。
• 比較的安価。
• 加工性が良い。
• 接着と接合に適している。
• ニスと塗料の保持が良い。
• 容易に修理可能。

欠点または制限

• 構造が本質的に不均一。
• 耐摩耗性が悪い。
• 粗い取り扱いに耐えられない。
• 水分を吸収し放出するため、体積が変化し、歪み、機械的特性が変化する。ただし、これらの欠点は乾燥・調湿し、防水ニスと塗料を塗ることで改善可能。

パターン製作に一般的に使用される木材の種類

ホワイトパイン

直線的な木目と軽量、柔らかく加工しやすく、歪みにくいため最も広く使用される木材です。

マホガニー

ホワイトパインより硬く耐久性がある。直線木目なら加工しやすい。他の木材より歪みにくい。

メープル、バーチ、チェリー

これらの木材はホワイトパインより硬く重い。大型セクションでは歪みやすいため、小型パターンのみに使用すべき。水分を容易に吸収するため慎重に処理する必要がある。

金属

金属パターンはマスターウッドパターンから鋳造するか、通常の機械加工方法で機械加工できます。金属パターンは通常機械鋳造で使用されます。

金属使用の利点

• 木製パターンより耐久性があり、寸法精度が高い。
• 滑らかな表面。
• 保管中に変形しない。
• 摩耗、研磨、腐食、膨張に耐性がある。
• 粗い取り扱いに耐えられる。

制限。

• 木材と比較して高価。
• 修理が容易ではない。
• 木製パターンより重い。
• 鉄系金属は錆びやすい。

パターン製作に使用される一般的な金属

鋳鉄。

微細な粒子であればパターン材料として使用可能。保護しない限り耐食性は低い。重く加工が難しい。しかし、他の金属より安価で耐久性がある。

真鍮。

容易に加工でき、半田付けやろう付けで積み上げ可能。滑らかな閉孔構造を持つ。高価なため、一般的に小さな鋳物部品に使用される。

アルミニウム。

加工しやすく、軽量で耐食性があるため最良のパターン材料。ただし、収縮と研磨作用の影響を受ける。

ホワイトメタル。

収縮が少なく、鋳造しやすく、融点が低く、軽量で半田付けで積み上げ可能。ただし、砂の研磨作用による摩耗を受けやすい。

プラスチック

パターン材料としてプラスチックを使用する利点は以下の通り

• 製造プロセスを容易にする。
• コストと労働力の面でより経済的にする。
• プラスチックパターンは耐食性が高く、木製パターンより軽量で強い。
• 鋳型砂が木材よりプラスチックに付着しにくい。
• 吸湿性がない。
• パターンの表面が滑らか。
• 強度があり寸法安定性がある。

エポキシフェノールホルムアルデヒドとポリエステルレジンを基盤とした様々なプラスチックがパターンの良い材料となります。最も広く使用されているのはエポキシレジンとアクリレートを基盤とした常温硬化プラスチックです。

プラスチックパターンは押出、射出成形、積層プロセスで製造されます。

パターンの仕上げ

パターン製作後、工具跡やその他の不規則性を消すためにサンディングで仕上げる必要があります。その後、シェラックを2〜3回塗布します。シェラックは孔を埋め、滑らかな仕上げを与えます。
鋳物の仕上げはパターンの仕上げに依存します。パターンを長期間保存する場合、配色スキームを使用するなら、スプレーまたは刷毛塗り用の高品質エナメル塗料を選択すべきです。

パターン許容差

鋳物とパターンの寸法差は、パターン設計時に考慮される様々な許容差によるものです。これらの許容差は以下で説明します：

収縮許容差

金属は凝固時に収縮し、室温まで冷却時にさらに収縮するため、完成鋳物に対するパターンの線形寸法を増やします。これを収縮許容差と呼びます。mm/mで与えられます。様々な金属の典型的な収縮許容差値は：

鋳鉄、可鍛鋳鉄 = 10mm/m。
真鍮、銅、アルミニウム = 15mm/m。
鋼 = 20mm/m。
亜鉛、鉛 = 25mm/m。


パターンを配置する際、寸法は「収縮定規」と呼ばれるパターンメーカーの定規から取られます。これは、適切な金属の収縮値だけ標準定規より長いです。

機械加工許容差

機械加工許容差または仕上げ許容差は、荒鋳物が仕上げ鋳物よりどれだけ大きくあるべきかを示し、機械加工で表面を「クリーンアップ」するための十分な材料を確保します。この機械加工許容差は機械加工されるすべての表面に加算されます。

仕上げ許容差の量は、鋳物の材料、サイズ、生産量、鋳型方法、鋳物の形状、鋳型中および注湯中の壁面の位置に依存します。機械加工許容差は機械鋳造と比較して手動鋳造で大きくなります。最大の許容差はコープ半分の鋳型に位置する表面に取られます。スラグによる汚染の恐れがあるためです。

パターンの種類

• 一体型またはソリッドパターン。
• ストック分割またはパートパターン。
• ルースピースパターン。
• ゲート付きパターン。
• マッチプレートパターン。
• コープアンドドラッグパターン。
• スイープパターン。
• スケルトンパターン。
• セグメンタルパターン。
• フォローボードパターン。

パターンの配色スキーム

完成品の図面がパターンと一緒に提供されないことがよくあります。その結果、鋳造職人は最良の結果を得るために必要な予防措置を取れません。パターンの様々な部分の機能を適切な色で示すことで、多くのミスを防止できます。インド規格（IS 1513 – 1917）による一般的な配色スキームは以下の通り：

• 赤 = 機械加工される面
• 黒 = 鋳造肌の面
• 黄 = コアプリントとシート
• 黄/赤ストライプ = ルースピース
• 黄/黒ストライプ = ストップオフ

– Dr. PC Sharma著「生産技術教科書」を参照。

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