ロストワックス鋳造の理解：技術と歴史

ロストワックス鋳造とは

ロストワックス鋳造、別名ロストワックスプロセスは、ワックスモデルによって作られた型またはダイに溶融金属を注ぐ金属鋳造方法です。型またはダイが形成されるとワックスが溶かされて除去されるため、ロストワックス鋳造と呼ばれます。ロストワックス鋳造の性能は、古代エジプト、レバント、中国において数千年前に遡ることができます。
ロストワックスプロセスは人類の歴史において数千年間持続し、この期間を通じて大きな変更は加えられていませんが、現代製造業においてロストワックス鋳造法は精密製造の一種と見なされています。これはプロセスに伴ういくつかの利点によるものです。ロストワックスプロセスは、今日ではインベストメント鋳造または精密鋳造と呼ばれることがよくあります。

ロストワックス鋳造の仕組み

ロストワックス鋳造は、一連の産業操作に適用される詳細で複雑な金属部品を製造するために使用されます。ロストワックス鋳造プロセスにはいくつかのステップが含まれます。一部のステップは特定の目的で異なる方法で実行される場合がありますが、他のステップは他の鋳造プロセスで一般的に見られます。

● モデルの作成

ロストワックス鋳造の最初のステップはモデル作成です。モデル作成とは、ワックスで型またはダイを形成するプロセスを指します。このダイのオリジナルモデルは、金属ダイを作るために使用されます。ワックスに加えて、型は粘土などの他の材料で作ることもできます。

● 型の形成

次のステップは型作りです。この段階では、ワックスモデルまたは粘土モデルがラテックス、ゴム、シリコーン、またはファイバーグラスなどの材料で覆われます。型が完成すると、溶融ワックスが型内に注がれ、型の内面に均一なワックスコーティングが形成されるまで続けます。余分な溶融ワックスは注ぎ出され、ワックスコーティングが完全に冷却・硬化するまでこのステップは完了しません。

● 型からワックスを除去

オリジナルモデルの中空ワックスコピーが型から除去されます。これがロストワックス鋳造におけるロストワックスステップです。この段階で、型はワックスが溶けて排出されるまで加熱されます。これで、型は部品を再生産するために再利用できる準備が整いました。一般的に、型またはダイは摩耗するまで何度でも再利用可能です。

● 仕上げの改善

型が形成されワックスが除去された後、いくつかの仕上げが必要になる場合があります。例えば、型のピースが接合する部分にパーティングラインやフラッシングがある場合があります。型は、後で溶融金属を鋳造するシェルを作るために使用されます。シェルで金属を鋳造するには、溶融金属をシェルに注ぎます。溶融金属が注がれる際、シェルは加熱されます。

● シェルの解放

溶融金属がシェル内で冷却・硬化して金属ピースになると、シェルを割ってそこから解放されます。シェルから解放された鋳造製品は、鋳造プロセスの痕跡を取り除くための仕上げプロセスも必要になる場合があり、オリジナルの粘土モデルとまったく同じ外観になります。

ロストワックス鋳造に必要な要素

ロストワックスインベストメント鋳造に使用される主なワックスには、天然ワックス、合成ワックス、特殊ワックスのいくつかのタイプがあります。これらのワックスそれぞれは特定の目標を達成するために使用され、すべてに長所と短所があります。

● 天然ワックス

天然ワックスは通常、蜜蝋を指します。蜜蝋の基本特性は、芳香があり、柔らかく、柔軟で、粘着性があります。天然ワックスであるため融点と硬度は変動する可能性があります。蜜蝋の融点は、ワックスが作られる花粉と花の種類などの要因によって影響を受けます。蜜蝋の融点は華氏142度から150度の範囲です。
蜜蝋は、収縮とショートネスを減らすのに役立つため、特定のプロセスで好まれます。鋳造後の金属ピースの不完全さを隠すため、鉄工、鋼、青銅の仕上げとしても使用できます。蜜蝋は錆を防ぎ、光沢を与えます。他のオイルや鉱物と混ぜて特定の仕上げを達成することもできます。

● 合成ワックス

合成ワックスは、マイクロクリスタリンワックスまたはパラフィンワックスのいずれかです。マイクロクリスタリンワックスは柔軟で軽度に粘着性があります。柔らかく、蜜蝋とパラフィンワックスより小さな結晶構造を持ちます。融点が華氏160度前後の石油系ワックスです。マイクロクリスタリンワックスは主にジュエリー彫刻の鋳造に使用されます。
パラフィンワックスは、白く、滑らかで、硬いワックスで、より大きな結晶構造を持ちます。これも石油系ワックスです。パラフィンワックスは限定的な鋳造プロセスで単独で使用するか、他のタイプのワックスと混ぜてより硬い特性を与えることができます。パラフィンワックスの融点は華氏135度から140度前後です。

● 特殊ワックス

特殊ワックスは、特定のロストワックス鋳造プロセスのための特殊な機能を持つワックスを指します。彫刻ワックスは非常に硬く、融点は華氏220度以上です。モデリングワックスは体温にさらされると容易に軟化します。彫刻のモデリングに使用されます。パッチワックスは、モデルの小さな不完全さを埋める仕上げにのみ適用されるため、めったに使用されません。この記事ではカバーされていない、ロストワックス鋳造で使用されるさらに多くのワックスのサブタイプがあります。