インベストメント鋳造部品向け充填ワックス・非充填ワックスプロセスの選び方

インベストメント鋳造は最も古く、最も高度な鋳造プロセスの一つで、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産できます。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。

インベストメント鋳造の金属成形プロセスでは、ワークピースと同じ形状のワックスパターンを作成し、それをセラミックシェルで覆います。セラミックシェル乾燥後、ワックスを溶かし出す（脱ワックス）とセラミック型が残ります。ワックス型が溶かされるため「ロストワックスプロセス」とも呼ばれます。

ワックス除去後、溶融金属をセラミック型に注ぎ込み目的の鋳造部品を形成。金属冷却後、セラミック型を除去して鋳造部品を取り出します。一部は鋳造後に二次加工を要します。本稿ではワックスパターン制作に用いられるワックスの種類に焦点を当てます。

インベストメント鋳造で使用されるワックスの種類

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、セラミックシェル用パターンとします。最古のインベストメント鋳造ではミツロウが用いられましたが、現代では複数のワックスタイプがあります。ここでは充填ワックスと非充填ワックスの2つに焦点を当てます。

• 充填ワックス：インベストメント鋳造用ワックスに何らかの充填剤を添加したもの。充填剤により強度、寸法安定性、低熱膨張、最小限の収縮などの特性を付与できます。充填剤の種類はサプライヤーによりますが、一般的な混合物にはビスフェノールA（BPA）、有機充填剤、テレフタル酸、架橋ポリスチレン、さらには水などが含まれます。充填剤の添加により、脱ワックス工程でワックスが完全に燃え尽きるまでに時間がかかり、セラミックシェルにワックスが残ることがあります。また、充填材の密度によってはワックスの回収・リサイクルが困難になる場合もあります。
• 非充填ワックス：充填ワックスとは対照的に、充填材をほとんど含まないブレンド。安定した機械的性能と熱的性能を発揮します。一般に小・中型のワックスパターン、複雑な形状や明確なパターンを持つインベストメント鋳造に用いられます。優れた流動性を持ち、セラミックシェルから完全に脱ワックスできるため、回収・リサイクルが容易です。

インベストメント鋳造部品向け充填ワックス・非充填ワックスの選択基準

ワックスは異なる特性を示すため、充填・非充填の選択はパターンの挙動と最終的な鋳造品質に影響します。ワックスの種類は、流動特性、回収・リサイクルの有無、寸法安定性、表面仕上げ、用途要件など複数の要因に基づき決定されます。

• 充填ワックスを選ぶケース：小型・大型両方のワックスパターンに対応可能。最大の利点は低熱膨張と最小限の収縮で、ワックス凝固時の収縮防止のためにパターン空洞へワックスチルを配置する必要がありません。インベストメント鋳造部品により厳密な寸法管理が求められる場合や、幅広い注湯温度範囲で使用する場合に適しています。
• 非充填ワックスを選ぶケース：最大の利点は高い表面品質が得られること。これにより、クラックや欠陥の少ないセラミック型が得られます。最大の懸念は凝固が遅いためパターン表面が沈み込む可能性があること。また、ワックス温度によってはパターン断面に収縮が生じることもあります。インベストメント鋳造の形状によっては、材料収縮を防ぐためワックスチルの使用が必要になる場合があります。

インベストメント鋳造部品向け充填・非充填ワックスについてさらに知る

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