4つの主要金属鋳造プロセスを徹底比較解説

金属鋳造には様々な種類があり、それぞれ特定の用途に適しています。金属鋳造は、金属を溶解してキャビティ（空洞）に注湯する製造プロセスです。部品生産が始まって以来、古くから実施されてきました。

金属鋳造は、様々な産業で使用される多種多様な部品製造に適しています。鋳造方式によって、鋳造品質、複雑性、特性、製造コスト、表面仕上げ、寸法精度などが異なります。これら全ての特性を考慮し、製品に最適な鋳造プロセスを選定します。

本記事では、代表的な4種類の金属鋳造プロセスを解説します。特定製品専用の工法もあれば、複雑部品製造に適した工法もあります。

金属鋳造の種類

一般的な金属鋳造には、砂型鋳造、精密鋳造（インベストメント鋳造）、ダイカスト、消失模型鋳造（エバポレイティブ鋳造）があります。

砂型鋳造（サンドキャスティング）

砂で金型キャビティを形成する製造プロセスです。砂は溶湯に耐える耐火材料として機能します。通常「緑砂（グリーンサンド）」が使用され、砂・粘土・シリカ・少量の水を含み、優れた結合特性を持ちます。木製または金属製のパターン（模型）で製品形状のレプリカを作り、金型キャビティに同形状を残します。パターンは収縮見込みで実寸法よりわずかに大きく作られます。

砂型鋳造は大型部品製造に適し、少量生産では比較的低コストです。鋳造後工具コストが低く、鉄系・非鉄系両金属に対応可能です。しかし、表面粗さが比較的大きく仕上げ加工が必要です。寸法精度も低めです。金型を破壊して鋳造品を取り出すため、プロセスは低速です。

ダイカスト（ダイカスティング）

主にスズ、亜鉛、アルミニウム、銅などの非鉄金属・合金を用います。優れた表面仕上げと高い寸法精度が得られます。潤滑剤を塗布した金型に、高圧で溶湯を高速射出します。潤滑剤は溶湯のスムーズな充填と金型温度調整の役割を果たします。急速充填により、残部が充填される前に一部が凝固するのを防ぎます。凝固後、鋳造品を取り出し、バリ等の不要部分を除去します。

金型コストが比較的高いため、大量生産時にコスト効率が良くなります。大型品では気孔欠陥（ポロシティ）が課題となります。空気巻き込みと、溶湯がキャビティ到達前に凝固することが原因です。

精密鋳造（インベストメントキャスティング）

高い寸法精度と良好な表面仕上げが得られ、薄肉・複雑形状部品の製造が可能です。砂型鋳造同様、鉄系・非鉄系両金属に対応します。

蜜蝋（ミツロウ）などの消失性ワックスでパターンを作製します。ワックスパターンを金型に配置し、液状耐火材で予備コーティング、乾燥・加熱して溶湯に一時的に耐えられる状態にします。コーティング済みワックスを金型に注入後、溶湯を注湯するとワックスの位置に溶湯が充填されます。ワックスが溶け出し、溶湯が凝固してワックス形状を再現します。航空宇宙、自動車、軍事部品の製造で広く採用されています。

遠心鋳造

製品耐久性が重要、鋳造品内径に微細結晶粒が必要、中空部品が必要な場合に採用される特殊鋳造法です。永久金型を使用し、溶湯を注湯します。金型を軸周りに高速回転させ、遠心力で溶湯を金型壁に押し付けます。凝固後、鋳造品を取り出します。球面ガラス製品、パイプ、フライホイール、ボイラー、テレビ画像管などの製造に適用されます。

まとめ

本記事では、砂型鋳造、ダイカスト、精密鋳造、遠心鋳造の4つの代表的鋳造プロセスを解説しました。製品要求仕様（精度、複雑性、材質、コスト、ロットサイズ）に応じた最適工法の選定が重要です。