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インベストメント鋳造(ロストワックス)の作動原理:工程ステップを詳細解説

本記事では、インベストメント鋳造(精密鋳造)の作動原理を解説します。関連記事で消失模型鋳造を公開済みです。

インベストメント鋳造の工程ステップ

ステップ1:ワックスパターン作製
金属工具・ダイへワックス射出で通常作製。近年は積層造形(アディティブマニュファクチャリング)でパターン印刷も可能。芸術分野ではワックスブロックから手彫りも。複数鋳造時は、作家原型からシリコン金型を作り、ワックスを注湯・射出してキャビティ形成。

ステップ2:ワックスツリー組み立て
小型部品を1個ずつ製造するのは非経済的。ワックスパターンを「ワックススプルー」と呼ばれる部材に取り付け、ツリー状に組み立てます。

スプルーはパターン取り付けマウント面と、溶融合金がワックスパターンで形成されたボイドへ流入する流路を提供。パターンとスプルー間のワックスは「ゲート」と呼ばれ、合金の流入方向・流量を制御します。

ステップ3:シェル構築(セラミックシェル形成)
ワックスツリーをセラミックシェルスラリーに浸漬し、最終的に合金注湯用金型となるシェルを構築。浸漬後、微細砂(スツッコ)を湿潤表面に付着。この工程を2回以上繰り返し、ワックスパターン上にセラミック金型層を形成。鋳造応力に耐える層厚・強度確保後、乾燥させて次工程へ。

ステップ4:脱蝋・焼成(デューワックス/バーンアウト)
溶湯注湯前の工程。ワックスパターンを除去し、セラミックシェル内に形状空洞を形成。通常、スチームデューワックスオートクレーブでワックス溶出。オートクレーブは大型産業用圧力釜。

動画で学ぶ:インベストメント鋳造の作動原理

別法としてフラッシュファイヤーオーブンでワックス溶融・燃焼除去も。両法は多くの鋳造所で併用され、選択メリットがあります:オートクレーブ法は大半ワックス回収・再利用可能。フラッシュファイヤー法は残留ワックス燃焼除去とシェル焼成を同時実施、鋳造準備完了。

ステップ5:溶湯注湯
セラミック金型・シェルを特定温度まで予熱後実施。合金が全金型充填前に凝固するのを防止。坩堝カップで誘導溶解。誘導溶解は高周波電流で合金周りに磁場形成、金属内部に渦電流(エディカレント)生成、電気抵抗発熱で溶解。特定温度到達後、セラミック金型へ注湯、冷却待機。

まとめ

本記事では、インベストメント鋳造の5ステップ(ワックスパターン作製・ツリー組立・シェル構築・脱蝋焼成・注湯冷却)を詳細解説しました。高精度・複雑形状・優れた表面仕上げが求められる部品製造の核心技術です。

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