砂、金型、およびインベストメント鋳造:金属部品に適切なプロセスの選択
一部の鋳造プロセスは、適応性、性能、比較的安価なコストのため、多くの産業用途の製造に広く使用されています。たとえば、砂型鋳造、ダイカスト、インベストメント鋳造は、消費者産業、自動車産業、医療産業、航空宇宙産業向けの金属部品を製造するために世界中で広く使用されている鋳造プロセスです。
3 つの製造プロセスはいずれも高品質の金属部品を製造できますが、各手順には利点と制限があるため、どちらか一方が他のプロセスよりも用途に適しています。理想的なアプローチは、要件、設計の複雑さ、材料の特性、および部品設計のその他の重要な要素によって異なります。
砂型インベストメント鋳造の比較金属鋳造
金属鋳物とは何ですか?簡単に言うと、鋳造プロセスでは、金属を溶かし、溶けた材料を準備された型に流し込んで形を作ります。今日のほとんどの鋳造技術は、溶融金属の取り扱い方法と型に入れる方法が異なります。部品の設計によっては、鋳造プロセスで網状の部品を製造することができます。したがって、パーツの最終的な必要な形状とフィット感を実現するために、追加の機械加工操作は必要ありません。
製品設計者は、砂型鋳造、ダイカスト、またはインベストメント鋳造のどれがコンポーネントに適しているかを判断するために、各プロセスがどのように機能するか、およびそれぞれのプロセスがどのように異なるかを理解する必要があります。設計者は、アプリケーションの複雑さ、要求、結果を認識することによってのみ、アプリケーションに最適なプロセスを選択できます。
それでは、3 つのキャスト手順を簡単に確認してみましょう。
ダイカストとは何ですか?
ダイカストは、溶融金属を圧力をかけて金型に押し込み、金属鋳物に固める一般的な永久金型金属鋳造プロセスです。ダイカストまたは圧力ダイカストは、自動車のハウジング、家電製品の部品、玩具によく使用されます。
ダイカストダイカストの完全ガイド
砂型鋳造とは
砂型鋳造はダイカストとは若干異なります。まず、溶けた金属を使い捨ての砂型に手動で注ぎ、冷却して 3D 形状に成形します。
砂型鋳造の完全ガイド
インベストメント鋳造とは
インベストメント鋳造では、溶融した材料が耐火材料で作られた型に注入されます。金属が型内で固まると、耐火性の型を壊して鋳物を取り除きます。ワックス パターンを使用して、耐火材料で型を作成します。
インベストメント鋳造ダイとクラスターインベストメント鋳造の完全ガイド
砂型鋳造、ダイカスト、インベストメント鋳造の違いは何ですか?
砂型鋳造、ダイカスト、インベストメント鋳造の違いは何ですか?
砂、インベストメント、ダイカストは、さまざまな用途に最適な選択肢です。効率的で同等の品質を備え、同様の材料を鋳造できます。その結果、砂型鋳造、ダイカスト、インベストメント鋳造の違いを評価しながら、明確な勝者を決定するのは難しい場合があります。
ただし、インベストメント、金型、砂型鋳造の製造プロセスを決定する際には、いくつかの大きな違いが存在します。したがって、それらについて知ることは、情報に基づいた決定を下すのに役立つため、製品設計者にとって有益です。
ここでは、砂、インベストメント、ダイカスト プロセスの 8 つの最も大きな違いを示します。
砂型鋳造、ダイカスト、インベストメント鋳造の比較金型の設計と材料
砂、インベストメント、ダイカストのプロセスの主な違いは、型の作成に使用される材料です。
ダイカスト型は永久的な金属ですが、砂型鋳造型は消耗品の砂です。インベストメント鋳造では、型を作成するためにワックス パターンの周囲に特別な耐火性コーティングを施す必要があります。
鋳造金型の例(出典:indiamart.com)ダイカストは永久的な鋳型を使用するため、メーカーが毎回鋳型を作り直す必要がある砂型鋳造やインベストメント鋳造よりも生産速度が速くなります。インベストメント鋳造には、1 つのツリーで複数の部品が鋳造されるため、1 つの型当たりの部品数が増えるという利点があります。
使用する砂の品質は鋳物の表面品質に大きな影響を与えます。対照的に、インベストメント鋳造におけるダイカスト金型と微細スラリー耐火材料型を使用すると、砂型鋳造よりも滑らかな表面が得られます。
砂型鋳造やインベストメント鋳造の型は毎回破壊されますが、ダイカスト型は鋳造後すぐに準備が整います。この品質とメソッドの驚異的な処理速度は、最も重要な側面の 1 つです。このため、高速生産環境では一般にダイカストが好まれます。
この違いのため、砂型鋳造は速度が必要な用途にはあまり適していません。一方、このプロセスは比較的コスト効率が高く、汎用性が高いため、合金や特殊な形状に最適です。さらに、製造プロセスがシンプルで幅広い合金を簡単に扱えるため、設計者の自由度が高まります。
型材は砂 1～2週間ダイカスト本型
金型材質は金属 4～10週間インベストメント鋳造消耗金型
型の材料は耐火材料です。ワックスパターンから完全な鋳造まで 7 ～ 10 日です。型の材料と製造時間
素材
インベストメント鋳造と砂型鋳造は、あらゆる材料を鋳造できます。ただし、ダイカストは一般に、融点の低い非鉄金属から部品を鋳造するために使用されます。したがって、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、真鍮はダイカストに広く使用されており、アルミニウム合金、真鍮合金、鋳鉄、鋳鋼は一般的な砂型鋳造材料です。
インベストメント鋳造は、あらゆる材料を鋳造できる砂型鋳造に非常に似ています。
金属鋳造タイプ 砂型鋳造 ダイキャスト インベストメントキャスティング 鋳造可能金属無制限低融点金属無制限砂、金型およびインベストメント鋳造材料パーツのプロパティ
ダイカスト部品は、プロセスに高圧がかかるため、一般に砂鋳造やインベストメント鋳造よりも耐久性が高くなります。さらに、高圧により内部に隙間がなく、製品全体に内部欠陥がほとんどないことが保証されます。
ダイカストは砂型鋳造よりも早く冷却されるため、ダイカスト部品はより細かく均一な微細構造になります。通常、この微細構造により機械的特性が最大 20% 向上します。
- 砂型鋳造 – 材料特性が比較的劣る
- ダイカスト – 高圧による優れた機械的特性と微細構造
- インベストメント鋳造 – 機械的構造と微細構造は鋳造方法によって異なりますが、通常は砂型鋳造とダイカストの間に分類されます。
パーツの複雑さ
金型、インベストメント、および砂型鋳造の結果のもう 1 つの違いは、部品の全体的な複雑さです。インベストメントおよび砂型鋳造は、ダイカストよりもはるかに複雑で広範な設計を処理できます。ダイカストは寸法精度と速度がはるかに優れていますが、複雑な形状を作成する能力には限界があります。
投資とダイカストも制限されており、砂型鋳造と比較して小型から中型の部品に適しています。
キャスト機能とプロパティ 砂型鋳造 ダイキャスト インベストメントキャスティング 部品サイズ – 重量 (kg) – Min0.01<0.010.001部品サイズ – 重量 (kg) – 最大制限なし50100形状の複雑さ (1 – 最良から 5 – 最悪)1 – 23 – 41砂、金型およびインベストメント鋳造部品の複雑さ壁の厚さ
砂型鋳造では通常、壁が厚くなります。壁が厚いと、機械加工やその他の後処理で誤差を修正する余地が広がりますが、重量も重くなります。
鋳造プロセス断面厚さ最小断面厚さ最大砂鋳造3.00 mm制限なしダイカスト0.50 mm12.00インベストメント鋳造1.00 mm75.00砂、金型およびインベストメント鋳造の肉厚一方、ダイカストはより高い寸法精度を維持しながら、より薄い壁を生成します。その結果、砂型鋳造は公差が厳しい小さなオブジェクトには不向きであり、一貫性を維持して最良の結果を実現することが非常に困難になります。インベストメント鋳造は薄肉の製造も可能であり、複雑な形状や特徴に適した選択肢です。
生産量
砂型鋳造の利点の 1 つは、必要な工具が少ないことです。その結果、プロセスの所要時間が比較的短縮され、すぐに良好な結果が得られます。一方、ダイカストは、より複雑で時間のかかる初期工具を使用するため、大量生産に最適です。
砂、金型、インベストメント鋳造生産量インベストメント鋳造では、1 つの木に複数の部品を鋳造できるため、バッチごとにより多くの部品を生産できますが、初期セットアップ時間はダイカストと同様です。
キャスト機能とプロパティ 砂型鋳造 ダイキャスト インベストメントキャスティング 一般的な生産速度 (部品/金型時間)1 – 202 – 2001 – 1000最小数量1 10,00010 砂、金型およびインベストメント鋳造の生産時間ただし、大量生産の場合はダイカストの方が速いプロセスであることに注意してください。高速生産とは、ダイカストを使用すると、他の方法よりも短い時間で 1,000 個の部品を生産できることを意味します。ただし、必要な製品が 100 ～ 150 個以下の場合は、ダイカストに必要な初期工具作成時間により、他のプロセスの方が効率的になります。
公差と精度
ダイカストは 3 つの鋳造の中で最も公差精度が優れています。鋳造プロセスの精度と公差は次のような要因に依存するため、これらはアルミニウムでは一般的です。
- 設計の複雑さ
- パターン装置と金型装置の種類
- 金属と使用を許可する
- パターンとダイの状態
- 鋳造工場での作業方法
鋳造公差と精度の表と表については、次の規格を参照してください。
- ISO 8062 – 鋳造寸法公差と機械加工代
表面仕上げ
もう 1 つの重要な要素は、最終製品の表面仕上げです。砂型鋳造プロセスでは粗くて粗い表面が生成されるため、冷却後にさらなる処理や機械加工が必要になる場合があります。ただし、ダイカストの表面仕上げは優れており、追加の処理がほとんど必要ありません。
砂、金型およびインベストメント鋳造の表面仕上げインベストメント鋳造では通常、微細なスラリー材料により優れた表面仕上げが得られます。
費用
すべての製造プロセスと同様、単価は材料、労働力、設備などのさまざまな要因によって決まります。たとえば、砂型鋳造には他の鋳造よりも多くの労働力が必要で、ダイカストには高価な金型と機械が必要で、インベストメント鋳造には長い製造時間が必要です。
砂、金型、インベストメント鋳造のコスト比較Sandのシンプルさに比べて、ダイカスト工程で金型を作るのはコストがかかります。さらに、金型にはより多くの時間と専門知識が必要となり、プロセス全体のコストが上昇します。
鋳造プロセス 金型コスト 設備費用 人件費 商品率 (個/時間) 砂型鋳造低低低 – 中<20ダイカスト高高低 – 中<200インベストメント鋳造中～高低～中高 <1000砂、金型、インベストメント鋳造のコスト比較開発時間も鋳造プロセスによって異なり、全体的なコストが増加します。
- 砂型鋳造 – 開発に 2～10 週間かかります
- ダイカスト – 12 ～ 20 週間
- 投資キャスティング – 5～16 週間
下の図は、コストが生産量とレートによって異なることを示しています。
砂、金型、インベストメント鋳造の生産コスト (出典:Chegg)砂、金型、インベストメント鋳造の長所と短所
鋳造タイプ 利点 デメリット 砂型鋳造ほぼすべての金属を鋳造可能部品のサイズ、形状、重量に制限はありません。
工具コストが低い仕上げが必要
粗面仕上げ
広い公差ダイカスト優れた寸法精度
優れた表面仕上げ
低い気孔率
高い生産速度、高い金型コスト
限られた部品サイズ
一般的には非鉄金属に限定される
長いリードタイムインベストメント鋳造複雑な部品形状
優れた表面仕上げと精度
ほぼすべての金属を鋳造可能部品サイズは限られています
高価なパターンと金型
高価な労働力砂、金型、インベストメント鋳造の長所と短所
砂、金型、インベストメント鋳造の特徴
キャスト機能とプロパティ 砂型鋳造 ダイキャスト インベストメントキャスティング 部品サイズ – 重量 (kg) – Min0.01<0.010.001部品サイズ – 重量 (kg) – 最大制限なし50100代表的な表面仕上げ (Ra- um)5 – 2501-Feb0.3 – 2気孔率 (1 – 最良から 5 – 最悪)3 – 51 – 35形状の複雑さ (1 – 最良から 5 – 最悪)1 – 23 – 41寸法精度(1 – 最良から 5 – 最悪)311 断面 – 壁の厚さ – 最小30.51 断面 – 壁の厚さ – 最大制限なし1275 一般的な寸法公差 (mm)1.6 – 4.00+/- 0.001 – 0.005+/- 0.005一般的な生産率 (部品/金型時間)1 – 202 – 2001 – 1000最小数量1 10,00010砂、金型、インベストメント鋳造の特徴製造プロセス