第 1 章成形
鋳造
鋳造は、金属を溶かし、部品の形をした空洞に流し込むか押し込んで、凝固させることで部品をつくります。この章のすべての工程がこの原理を共有しています。違いは、鋳型の材質、1 回限りの使い捨てか何千回も使えるか、金属を送り込む力が重力、圧力、遠心力のどれかという点です。
基本の考え方
鋳造は氷をつくるのに似ています。液体は容器の形になり、それから固まります。難しいのは容器のほうです。砂型やセラミックの型は安価で、1 回使うと壊すため、大型や複雑な部品の少量生産に向きます。鋼の型は高価ですが何千個も使えるので、量産に向きます。そのほかのすべて、つまり押湯、回転する型、ゆっくり凝固させる炉などは、同じ 2 つの課題に取り組んでいます：型をすき間なく満たすこと、そして、冷えるときの金属の収縮で穴ができるのを防ぐことです。
この章の 8 のプロセス
1.1ショート砂型鋳造砂に詰めてつくった空洞に金属を流し込み、砂を壊して取り出すレッスンを開く
1.2インベストメント鋳造(ロストワックス)ろうの複製をセラミックで覆い、ろうを溶かし出してから金属を流し込むレッスンを開く
1.3金型鋳造重力で、繰り返し使える鋼の金型に金属を流し込むレッスンを開く
1.4ダイカスト高圧で金属を鋼のダイに射出するレッスンを開く
1.5遠心鋳造回転する型の壁に金属を振りつけるレッスンを開く
1.6ロストフォーム鋳造ゆるい砂に埋めた発泡スチロールの複製に、金属を流し込むレッスンを開く
1.7半溶融鋳造(チクソモールディングとレオキャスティング)半分固体の金属スラリーを、鋼のダイに射出するレッスンを開く
1.8単結晶鋳造(タービンブレード)一方の端からゆっくり凝固させて、部品を 1 つの結晶として成長させるレッスンを開く並べて比較
| プロセス | ひとことで | 向いている用途 | ロットサイズ | 精度 |
|---|---|---|---|---|
| 1.1砂型鋳造 | 砂に詰めてつくった空洞に金属を流し込み、砂を壊して取り出す | あらゆる金属の、大型または粗い部品 | 1 から数百万個 | 約 ±0.5 から ±2 mm |
| 1.2インベストメント鋳造(ロストワックス) | ろうの複製をセラミックで覆い、ろうを溶かし出してから金属を流し込む | 丈夫な合金の、小さく精細な部品 | 数百から数十万個 | 約 ±0.1 から ±0.25 mm |
| 1.3金型鋳造 | 重力で、繰り返し使える鋼の金型に金属を流し込む | ピストンやホイールのようなアルミニウム部品 | 数千から数十万個 | 約 ±0.3 から ±0.5 mm |
| 1.4ダイカスト | 高圧で金属を鋼のダイに射出する | 薄肉のアルミニウム、亜鉛、マグネシウム部品 | 数万から数百万個 | 約 ±0.05 から ±0.2 mm |
| 1.5遠心鋳造 | 回転する型の壁に金属を振りつける | パイプ、リング、ライナー | 1 から数百万個 | 外径で約 ±0.5 から ±2 mm |
| 1.6ロストフォーム鋳造 | ゆるい砂に埋めた発泡スチロールの複製に、金属を流し込む | エンジンブロックのような、複雑な一体部品 | 1 点ものから大量生産まで | 約 ±0.3 から ±0.5 mm |
| 1.7半溶融鋳造(チクソモールディングとレオキャスティング) | 半分固体の金属スラリーを、鋼のダイに射出する | 緻密で薄いマグネシウムやアルミニウムのハウジング | 数万から数百万個 | 約 ±0.05 から ±0.2 mm |
| 1.8単結晶鋳造(タービンブレード) | 一方の端からゆっくり凝固させて、部品を 1 つの結晶として成長させる | ジェットエンジンとガスタービンのブレード | 年間数千個 | 約 ±0.1 mm |
このファミリー内での選び方
- 部品が少ない、大きい、または鋼や鉄： 砂型鋳造。最も安く、最も柔軟な鋳型です。
- 小さな部品の細かいディテールや、高融点の合金： ロストワックス鋳造。真っ赤に熱せられる環境に耐えなければならない部品には、単結晶鋳造。
- アルミニウム部品を数千個： 肉厚で金型費用を抑えたいなら金型鋳造。数量が多く薄肉ならダイカスト。
- 丸い中空の部品： 遠心鋳造。穴のために中子が不要です。
- 複雑な内部通路、または緻密で気孔のない薄肉： 前者にはロストフォーム鋳造、後者には半溶融鋳造。
キーワード
- 鋳型
- 金属が満たす空洞の容器。鋼製で繰り返し使えるものはダイ（金型）と呼ばれます。
- 模型
- 鋳型を成形するために使う、部品の複製。砂型鋳造では繰り返し使い、ロストワックスやロストフォーム鋳造では使い捨てになります。
- 中子
- 穴や内部通路をつくるために、鋳型に入れる挿入物。
- パーティングライン
- 鋳型の 2 つの半体が合わさる継ぎ目で、部品に見えることが多い。
- 湯口、湯道、せき
- 金属をキャビティへ運ぶ通路。
- 押湯
- 部品が収縮するときに金属を補給するための、追加の溜め。
- 収縮
- 金属は冷えて凝固する際に小さくなり、内部に穴ができることがあります。
- 結晶粒
- 金属内部の 1 つの結晶。ほとんどの鋳物には数百万個含まれます。