インベストメント鋳造におけるシェル形成の極意：精度と品質を追求する

インベストメント鋳造は、高い寸法精度と表面品質を維持しながら複雑な形状を生み出す高度な鋳造プロセスです。ほぼあらゆる金属の鋳造に対応し、多様なエンドマーケットの要求を満たします。

この金属成形プロセスは一般に、ワックスパターンをセラミックシェルで覆ってセラミック型を形成します。セラミックシェルが乾燥したらワックスを溶かし出し、セラミック型を完成させます。そこに溶融金属を注ぎ込み鋳造部品を形成。その後セラミック型を除去し、鋳造部品を取り出します。一部の鋳造品は鋳造後に二次加工を要します。本稿ではプロセスの中でもセラミックシェル形成に焦点を当てます。

シェルはどのように作られるか

通常、シェル形成は液状ワックス混合物をダイに注入するところから始まります。冷却後、ワックスをダイから取り出し、シェル用パターンとします。複数のワックスパターンを作り、それらをスプルー棒に取り付けてツリー状にします。

このツリーをセラミックスラリー（微細シリカ砂、水、バインダーで構成）に浸漬し、砂またはスタッコを吹き付けます。層が乾燥するごとに浸漬と吹き付けを繰り返し、鋳造サイズと形状に必要な厚みまでシェルを構築します。

完成後、加熱プロセスで型からワックスを除去します。一般的なのはオートクレーブ（蒸気加熱装置）の使用です。脱ワックス温度はワックスを溶かし、鋳造用に型を予熱するのに十分な高さでなければなりません。

その後、シェルを炉で焼成し強度を高め、残留ワックスを除去。目的の部品形状の空洞を持つ焼成済みシェルは、鋳造工程の厳しさに耐えられる強度を備えます。砂床に配置し、溶融材料をシェルに注ぎ込みます。

シェルを除去すれば部品は仕上げ工程へ。除去方法にはハンマー、振動台、高圧水噴射、化学溶剤、ノックアウトマシンなどがあり、均一な除去のためシェルを固定します。

シェル厚の不均一は鋳造欠陥の原因となりますが、現在は高度にプログラム可能なロボットマシンがこれらの工程を担い、手作業に伴う塗布・安定性のエラーを排除。360度自動塗布・スタッコ吹き付け・懸垂ライン掛けを最小限の人手で24時間365日稼働可能です。

シェルモールドの利点

シェルモールド用シリカ砂は極めて微細。粘土バインダーの代わりにフェノール樹脂を薄くコーティングし、これが溶けてシェルを形成します。この微細砂の最大の利点は、パターンの微細な表面特徴に密着し、金属により滑らかな表面を与えること。その他の利点は以下の通り。

• 鉄系・非鉄系金属の両方に対応
• 微細な表面ディテールを再現
• 厳しい公差を維持可能
• 滑らかな表面仕上げを実現

インベストメント鋳造のためのシェル形成についてさらに知る

慎重なシェル形成はインベストメント鋳造プロセスの不可欠な部分です。シェルの強度は全鋳造工程に耐えうるものでなければならず、同時に溶融材料が目的の最終形状を取れるよう十分な延性も必要です。繰り返しの浸漬とスタッココーティングは、シェルの安定性と耐久性を確保するために不可欠です。

インプロはローランド・ベルガー2019年レポートで世界トップ10のインベストメント鋳造メーカーにランクイン。インベストメント鋳造は当社最大のビジネスセグメントであり、今後もコア事業です。当社のインベストメント鋳造設備とプロセス能力について詳しく知りたい方は、専門家チームまでお問い合わせください。