鋳造所・DIY向け砂型鋳造金型作製の専門ガイド

砂鋳造は、鋳造所における金属加工プロセスで、砂を造型材料として使用し、独自の金属形状を低コストで鋳造できます。砂鋳造金型は砂鋳造プロセスにおいて不可欠な要素であり、幅広い産業用途の鋳造において重要な役割を果たします。本ブログでは、金属鋳造用砂型の作り方を、鋳造所でも DIY でも理解しやすいシンプルな方法で解説します。

金属鋳造における砂鋳造金型とは

砂鋳造金型とは、金属鋳造で使用される型で、溶湯注湯後は 1 回限り使用され、破壊して鋳造品を取り出します。砂型で鋳造された品物は精度が低く、表面仕上げが悪く、多量の金属余肉（バリ・フィン等）を伴うため、後加工が必要です。

砂型は複雑で重量のある鋳造品製造に有利で、造型コストが低いのが特徴です。

金属鋳造用砂鋳造金型を作る際、鋳造所でも自宅でも、造型プロセスは十分換気された場所で行わなければなりません。砂粉塵と溶融金属からの煙を吸入しないためです。

金型作製前の準備

技術的準備

1. 技術部門が詳細図面に基づき、鋳造品図、パターン図、コア図、各種代（縮み代、機械加工代等）を作成し、パターン精度を高める。
2. 図面からパターン、コア、ゲートシステムを製作。パターンは外観形状、コアは内部形状、ゲートシステムは溶湯誘導と型内ガス排出を担う。
3. 造型混合物の成分を決定し、型の特性を確保。

砂鋳造金型に求められる特性

• 耐火度：溶湯注湯時に型が溶湯に溶け込まない能力。
• 透気性：鋳造プロセス中に大量発生するガスを型外へ排出する能力。不十分だと鋳造欠陥の原因となる。
• 強度：移動、組立、溶湯注湯等の外力を受けても型の内外形状を保持する能力。
• 崩壊性：鋳造品凝固収縮時に型が阻害せず、変形・割れを防ぐ弾力性。
• 凝集性：パターン引き抜き後、砂が元の形状を保持する能力。

砂鋳造金型混合物

砂鋳造金型混合物には以下が含まれます：

• 砂：表面砂（砂コート）と基礎砂（ベース砂）に分類。
• ベントナイト粘土：砂と混合し型の耐久性を付与。吸水性が高く結合強度を増大。
• バインダー（植物油、水溶性物質等）：混合物の強度と柔軟性を向上。
• 補助材料（おがくず、石炭粉、藁）：型の透気性向上と耐熱性向上に寄与。

上記物質は鋳造品に応じた一定比率で混合されます。

現在、緑砂型混合物は砂鋳造技術で非常に人気です。緑砂は天然水分を持ち型強度を高めるためです。

砂鋳造金型作製に必要な設備・工具

• パターン：パターン作製記事参照。
• 粉末またはチョーク粉：パターン表面に塗布し砂付着防止。コープフラスク・ドラッグフラスク表面にも塗布し型同士の付着防止。
• 表面砂（砂コート）：パターン表面に塗布し高柔軟性付与。溶湯直接接触し、造型砂総量の約 10-15％ を占める。
• 基礎砂（ベース砂）：型またはコア製作用。高透気性必須、型総砂量の 60-90％ を占める。

現在、珪砂がベース砂として最も一般的です。入手容易で安価、上記必要特性を全て備えるためです。

• コープフラスクとドラッグフラスク：型の上半分・下半分、パーティングライン（分割面）で分離。インターネット購入可、木製自作も可能。
• モールドジャケット：砂鋳造金型に嵌める金属箱。型構造を支持し、移動時の型破損防止。
• スプルー：注湯カップからテーパースプルーへ、さらにランナー、ゲートへと溶湯を導く漏斗。
• 砂締め固め工具：フラスク内砂を締め固め、鋳造表面を精細にし、洗浄時間短縮。代替として杵やシャベルも使用可能。
• 砂ふるい：砂を微細・清浄にするためのふるい。

砂鋳造金型プロセス用保護安全装備

• 安全メガネ：破片・粉塵から目を保護。
• 手袋：切創、火傷、擦過傷等の鋳造所危険から手を保護。
• 安全靴：つま先に装甲、落下物・衝突・重量物から足先保護。
• 長ズボン：厚手生地で足を熱・衝撃から保護。

金属鋳造用砂鋳造金型の作り方

1. ドラッグ型（下型）作製

• パターンをパターンプレート上に配置。パーティング面をプレートに接触。
• チョーク粉半カップを靴下や小袋に入れ、パターン表面に均一散布。パターン引き抜き時の砂付着防止。
• 砂ふるいを通してベース砂を型に充填。砂ダマを除去。

• 杵やシャベルで砂を型隅々まで均一に強く締め固め。このステップで砂型の機械的強度を確保し、型腔形状を精細化。全コーナーが締まっていることを確認。
• 上面を平らにならし余分な砂を除去。
• 40 mm 間隔で斜め穴を開けガス抜き通気確保。
• 型を 180 度回転。

2. コープ型（上型）作製

• もう半分のパターンを上に配置し、ドラッグフラスク内パターンと完全一致させる。
• 上型を下型に接合し、連結ロッドを合わせる。

• スプルーを用いて注湯管を配置し、型腔へ通じる穴を作製。ここから鋳造プロセスで溶湯を注湯。
• ドラッグフラスクと同様に砂充填・余分砂除去。

• 注湯漏斗を切り出し形成。

3. パターン引き抜き

ドラッグフラスクがコープフラスク下にあることを確認。

• コープフラスクを持ち上げ、横に置き 180 度回転。パターンがフラスク内に配置された状態が見える。
• 注湯管を通じてダートトラップを切り取り。
• パターン接触部の型面を平滑化。
• ドラッグフラスクとコープフラスクからパターンを垂直方向にゆっくり引き抜く。

4. 型組立

鋳造品に穴がある場合、コアを正しい位置に型へ挿入（コア・コアプリント参照）。コアは塗料乾燥・研磨済みであること。

• コープフラスクをドラッグフラスク上に載せ、パターン装着時と同一姿勢で合わせる。
• 対応フラスクを固定結合。その後両フラスクをゆっくり上方へ持ち上げ、砂鋳造金型を損傷しないよう慎重に分離。
• モールドジャケットを砂型上に被せ、型安定性向上。過度に締め付けず変形防止。

以上で砂鋳造金型セットは完成です。注湯漏斗から溶湯を注入し、冷却を待ち、型を破壊して設計パターン通りの荒鋳品を取り出します。

上記 VIC 鋳造法で、DIY 鋳造でも鋳造ビジネスでも、自社鋳造所用砂型セットを製作できます。

VIC は多様な鋳造技術を駆使する熟練鋳造所です。砂鋳造は VIC の主要鋳造技術の一つです。VIC とのビジネスパートナーシップ構築をご希望の場合はこちらからご連絡ください。

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