消耗品の鋳造対. 永久型鋳造

1. 導入

その中心に, キャストは2つの広いカテゴリに分かれています: 消耗品の鋳造, 部品を取得するために金型が破壊される場所, そして 永久型鋳造, 再利用可能な金型が複数のコンポーネントを生成する場合.

これらのプロセスを比較すると、トレードオフは部分的な品質を照らします, 料金, リードタイム - エンジニアと調達チームが最適な方法を選択するために依存しているインサイト.

この記事では、各手法を詳細に調べます, 主要なパフォーマンスメトリックを評価します, 消耗品と永久型の鋳造を選択するためのガイドラインを提供します.

2. 消耗品の鋳造とは何ですか?

消耗品の鋳造 固化した金属部品を取得するために型が犠牲になっているプロセスを網羅しています.

ファウンドリーは砂からこれらの型を構築します, 石膏, ワックス, または再利用可能なパターンの周りのセラミック材料; 溶融金属が冷えて固化したら, 型はバラバラになっています, 後続の注入に使用できないようにします.

利点

• 設計の自由: 消費可能な金型は、高価な折りたたみ式コアの必要性を除いて、内部空洞やアンダーカットを含む、非常に複雑な幾何学をキャプチャできます。.
• 低いツールコストの低い: 単純な砂パターンの間にコストがかかります $500 そして $5,000, このアプローチを低容量やプロトタイプが実行されるために経済的に魅力的になる.
• 広い合金の互換性: 低融合亜鉛から高温鋼や超合金まで (まで 1,500 °C), 消耗品の型は、事実上あらゆる材料に対応します.

短所

• より長いサイクル時間: 典型的なサンドキャスティングサイクルが必要です 30-60分 パーツごと (金型の準備とシェイクアウトを含む), と比較して 1–5分 永久型で.
• 粗い表面仕上げ: グリーンサンド鋳物は、しばしばの表面粗さを示します RA 6.3-12.5 µm, 追加の機械加工が必要です.
• 寸法変動: の線形公差 ±0.5〜3 mm キャスティング後の操作なしに高精度コンポーネントに消費可能な金型の使用を制限する.

消耗品の種類の鋳造

消耗品の鋳造には、いくつかのプロセスが含まれます, それぞれが特定の部分の複雑さに合わせて調整されました, ボリューム要件, および物質的な選択.

以下は主要な方法です:

砂鋳造

• グリーンサンド: 何千もの型に合わせて柔軟で再利用可能なままである粘土水砂の混合物を使用します.
  数トンまでの部品を処理し、コストはわずか0.10〜0.50ドルの鋳造材料です.
• 樹脂結合: 粘土の代わりに合成樹脂が組み込まれています, 改善された表面仕上げを提供します (RA 3.2-6.3 µm) より厳しい許容範囲 (±0.5 mm) 中程度の実行の場合 (500–5,000 PC).
• シェルモールディング: 薄い, 熱硬質 - 樹脂「シェル」は、加熱された金属パターンの周りに形成されます.
  シェル金型はRA 1.6〜3.2 µm仕上げと±0.2 mmの許容範囲を達成します, それらを小さくするのに理想的にします, 複雑な鋳物.

投資 (失われたワックス) 鋳造

精密鋳造とも呼ばれます, この方法は、最高の忠実度をもたらします: ±0.05 mmの公差と表面がRAまで終了します 0.8 µm.

ファウンドリーは、セラミックスラリーのワックスまたはポリマーパターンをコートします, 次に、注ぐ前にパターンを燃やします.

ツールは5,000〜20,000ドルですが, それは下の部品のために報われます 1 mmの壁の厚さと中程度から中程度のボリューム (100–2,000 PC).

失われた燃料キャスティング

フォームパターン (EPSまたはPLA) 従来の型を交換します. 溶融金属と接触すると, 泡が蒸発します, 空洞を離れる.

失われたフォームは複合施設で優れています, ドラフトアングルのないシングルピースの形状とパーツあたり15〜30分の典型的なサイクル時間を見る.

石膏型鋳造

高強度の石膏または石膏型は、細かい詳細をキャプチャします (ra 1.6 µm) そして、温度を注ぐことに耐えます 1 200 °C.

それらの脆弱性は、10〜50サイクルに再利用を制限します, したがって、彼らは低容量に合っています, 航空宇宙や医療用品などの高精度コンポーネント.

セラミック型鋳造

高度な耐火性セラミックを使用します, このプロセスは、上記のスーパーアロイに耐えます 1 400 °C.

複雑なジオメトリ機能と厳しい許容範囲を提供します (± 0.1 mm) ニッケルベースのタービンブレードと高温エンジン部品用, より高いコストとより長いターンアラウンドであるにもかかわらず (3–6日あたり6日).

3. 永久型鋳造とは何ですか?

永久型鋳造 再利用可能な金属ダイ（典型的には鋼鉄または鋳鉄）を使用して、数百から数千の注ぎを無傷のままにします.

ファウンドリーは、重力の下でこれらの閉じた型に溶融金属を注ぎます, 低圧, または高圧.

金属が固化した後, ダイは、金型を破壊することなく、ネットの近さの部分を開けて排出します.

利点

1. 速いサイクル時間:
   永久型が走ります 1–5分 キャスティングごと, と比較して 30-60分 砂型用. より速いサイクルは、より高いスループットに直接変換されます.
2. よりタイトな許容範囲 & より良い表面仕上げ:
   スチールダイは、の耐性をもたらします ±0.1〜0.5 mm 表面は滑らかに仕上げられます ra 1.6 µm, 二次機械加工を削減または排除する.
3. 機械的完全性の改善:
   金属型で制御された冷却は、より細かい穀物構造を生成し、 30 % サンドキャスト部品よりも低気孔率, 強度と疲労抵抗の向上.

短所

1. 高値のツールコストが高い:
   通常、ダイセットはコストがかかります $20,000 - $ 150,000 必要があります 6–12週 リードタイム, making them uneconomical for runs under 2,000–5,000 部品.
2. Limited Geometry Complexity:
   Molds need draft angles (1–3°) and cannot naturally form deep undercuts or complex internal features without cores, which add tooling and cycle time.
3. Alloy Restrictions:
   High-temperature alloys (鋼, ニッケルスーパーアロ) erode metal dies; permanent molds primarily serve non-ferrous alloys—aluminum, マグネシウム, と亜鉛.

永久型鋳造の種類

Permanent mold casting relies on durable metal dies—typically steel or cast iron—that withstand multiple casting cycles.

以下は主要な方法です, each optimized for specific part geometries, volumes, and material characteristics:

重力ダイキャスティング

• プロセス: Molten metal flows into the die cavity under gravity alone.
• 公差 & 仕上げる: Achieves ± 0.1–0.5 mm tolerances and Ra 1.6–6.3 µm surface finishes.
• 音量 & サイクル時間: Suited for medium runs (2,000–50,000 pcs) with cycle times of 1–5 minutes per casting.
• 典型的な合金: アルミニウム (A356, A380), 銅合金.

低圧ダイキャスティング

• プロセス: A slight gas pressure (0.3–1.5バー) 溶けた金属を型に上に押し込みます, スムーズに保証します, 乱流のない充填と方向性凝固.
• 公差 & 仕上げる: ±0.1–0.3 mm; RA 1.6-4.0 µm.
• 音量 & サイクル時間: 1,000〜20,000 PCに最適です; 各サイクルは3〜8分に及びます.
• 典型的な合金: アルミニウムシリコン合金, マグネシウム.

高圧 (ホットチャンバー) ダイカスト

• プロセス: 溶融低融点金属 (亜鉛, マグネシウム) 高圧下でダイに注入されます (まで 150 MPA) 水没したチャンバーを介して.
• 公差 & 仕上げる: ±0.02–0.1 mm; RA 0.8-3.2 µm.
• 音量 & サイクル時間: 非常に大量に優れています (50,000+ PC) 20〜60秒のサイクルがあります.
• 典型的な合金: 亜鉛 (Ladesシリーズ), マグネシウム (AZ91D).

真空ダイキャスティング

• プロセス: 真空は溶融金属をダイに引き込みます, 溶解したガスと多孔性を最小化します. 多くの場合、低圧または重力充填と組み合わされます.
• 公差 & 仕上げる: ±0.05–0.2 mm; RA 1.6-3.2 µm.
• 音量 & サイクル時間: ミディアムラン (5,000–30,000 PC); 2〜6分のサイクル時間.
• 典型的な合金: アルミニウム, 銅合金.

遠心鋳造

• プロセス: 金型は、水平または垂直軸を回転させます; 遠心力は、カビの壁に溶融金属を押します, 密集している, 放射状粒構造.
• 公差 & 仕上げる: ±0.2–1.0 mm; RA 3.2–12.5 µm.
• 音量 & サイクル時間: ミディアムランに最適です (1,000–10,000 PC); サイクル時間は直径と厚さによって異なります (5–20分).
• 典型的な合金: ブロンズ, 高張力の真鍮, アルミニウムブロンズ.

スラッシュキャスティング

• プロセス: 溶融金属が型に注がれます, 指定されたシェルの厚さに固化することができます, その後、余分な液体が注がれます。.
• 公差 & 仕上げる: ±0.3〜1.0 mm; RA 3.2-6.3 µm.
• 音量 & サイクル時間: 低から中程度の実行 (500–5,000 PC); 3 - サイクルあたり10分.
• 典型的な合金: 鉛の真鍮, 亜鉛合金.

スクイーズキャスティング

• プロセス: キャストと鍛造を組み合わせます: 溶融金属はダイを満たします, その後、高圧 (50–200 MPa) 固化中に部品を圧縮します, 鍛造様密度を生成します.
• 公差 & 仕上げる: ±0.1–0.3 mm; RA 1.6-3.2 µm.
• 音量 & サイクル時間: 小規模なランに適しています (500–10,000 PC); サイクル時間は約5〜15分です.
• 典型的な合金: アルミニウムとマグネシウム合金.

4. キーパフォーマンスメトリック

消耗品と永久型の鋳造を比較する場合, 4つの重要なパフォーマンスメトリックがエンジニアを最も適切なプロセスに向けて導きます: 寸法精度, 表面仕上げ品質, 機械的完全性, そして 生産速度.

寸法精度 & 公差

Precision hinges on a process’s ability to reproduce the intended geometry consistently.

• 消耗品の鋳造: Green-sand castings typically hold tolerances of ± 0.5–3 mm. シェルモールディング そして 投資キャスティング tighten that to ± 0.1–0.25 mm.
• 永久型鋳造: Metal dies deliver far better control, with tolerances of ± 0.1–0.5 mm in gravity and low-pressure die casting, and as tight as ± 0.02–0.1 mm in high-pressure processes.

Since tighter tolerances reduce downstream machining, permanent mold methods often cut total part cost by 10–30 % in medium-volume runs.

表面仕上げ品質

Surface roughness affects both functional performance and cosmetic appeal.

• Expendable Processes: Green-sand surfaces range from ra 6.3 に 12.5 µm,
  while resin-bonded and shell molds improve finish to RA 3.2-6.3 µm. Investment casting rivals permanent molds with finish down to RA 0.8-3.2 µm.
• Permanent Methods: Gravity die casting typically produces RA 1.6-6.3 µm, 低圧ダイキャスティング RA 1.6-4 µm,
  そして、高圧ダイキャスティングが達成できます RA 0.8-1.6 µm 二次研磨なし.

改善された表面仕上げはしばしばに変換されます 20–40 % キャスティング後の研削と研磨時間の短縮.

機械的特性 & 誠実さ

コンポーネントの強さ, 延性, 欠陥レベルは、そのサービス内の信頼性を定義します.

• 気孔率 & インクルージョン: 消費可能な砂型には、気孔率があります 2–5 %,
  一方、永久型は通常、気孔率を下に制限します 1 % 制御された固化に感謝し、, 一部のプロセスで, 適用圧力または真空.
• 穀物構造: 金属型のより速い熱抽出は、より細かい穀物を生成します, によって降伏強度を上げる 10–20 % 同等の砂鋳造部品.
• 倦怠感 & 耐衝撃性: 研究では、重力と低圧ダイ鋳造が疲労を示すことを報告しています 2× 同一の荷重下でのサンドキャストカウンターパートよりも長い.

生産速度 & サイクル時間

スループットは、金型がどれだけ速く充填されるかに依存します, 固化します, リセット.

• 消耗品キャスティング: 砂型に必要です 30-60分 サイクルごと (カビ製造とシェイクアウトを含む), 投資キャスティングが実行されます 6–24時間 バッチごと.
• 恒久的なキャスティング: 重力と低圧の方法でサイクリングします 1–5分, 高圧ダイキャスティングは、その一部を完了することができます 20–60秒.

結果として, しばしば永久型のラインが達成されます 5–10× 消費可能なプロセスの1時間ごとの出力 - 上記の生産量に不可欠なものを作成する 2,000–5,000 ユニット.

5. 消耗品とコスト分析. 永久型鋳造

所有権の総コストを理解することは、メーカーが適切なキャスティング方法を選択するのに役立ちます.

4つの主要なコストドライバー、つまりツールを分析します, 材料, 労働, そして、パートごとの経済学 - 各アプローチの典型的な破壊ボリュームを特定します.

ツーリングとパターン投資

• 消耗品の鋳造:

• • パターン 間のコスト $500 そして $5,000, 複雑さと素材に依存します (木材, プラスチック, または金属).
  • カビの準備 (砂の埋め立て, コア製造) 砂1キログラムあたり約0.05〜0.15ドルを追加します.
  • リードタイム スパン1〜4週間.

• 永久型鋳造:

• • ダイセット 20,000ドルから150,000ドルを実行します, より複雑な, ハイエンドでの多能力ツール.
  • コーティングと改修 - 耐火性スプレーと研磨を含む - サイクルあたり50〜200ドルをコストします.
  • リードタイム 6〜12週間を伸ばします.

永久型は数千サイクルにわたって償却されるためです, ボリュームが上昇するにつれて、それらの部分あたりのツールコストは急速に低下します.

対照的に, 消耗品パターンには、すべての設計変更に新しいツールが必要です.

材料と再生コスト

• Expendable Processes:

• • 砂鋳造 砂の埋め立てとバインダーの交換に1 kgあたり0.02〜0.10ドルが発生します.
  • インベストメント鋳造 セラミックシェルの処分に遭遇します ($2 - 1 kgあたり5ドル) ワックスパターンの無駄.

• 恒久的なプロセス:

• • キャスティングダイ カビ材料を鋼に制限し、最小限の再生を必要とします.
  • ランナーとゲートスクラップ 通常、超えます 90% 金属収量; ファウンドリーは、追加費用なしでこれを溶融物にリサイクルします.

永久型鋳造は、多くの場合、上記の金属収量を達成します 90%, 一方、消費可能な方法は、回収および掃除の前に60〜70％の収量でホバリングすることがあります.

労働および自動化の要件

• 消耗品キャスティング:

• • オペレーターは手動で梱包します, 起こる, きれいな型. 労働者はまでに説明します 40% 総コストの.
  • 自動化は、シェルまたはプラスターの成形ラインに限定されたままです.

• 恒久的なキャスティング:

• • ロボット注入, 自動排出, そして、プレスをトリムにスラッシュ労働を下にします 20% 総コストの.
  • インライン検査と処理は、サイクル時間とヒューマンエラーをさらに短縮します.

恒久的な金型工場での高度の自動化は、1部あたりの人件費のトリム 50% マニュアルサンドキャスティングと比較して.

6. 消耗品と合金の互換性. 永久型鋳造

適切な鋳造プロセスを選択することは、しばしば合金の互換性にかかっています.

消耗品と永久型の方法は、彼らが処理する金属の範囲が著しく異なります, 特に融点に関しては, 反応性, そして、成形の生命.

鉄合金

• 消耗品の鋳造

• • 鋼鉄 & 鉄: 緑とセラミックの型は、溶融温度に耐えます 1,500 °C, 灰色の鉄に理想的にします, 延性鉄, およびオーステナイト鋼.
  • スーパーアロ: 投資とセラミック型は、超合金に耐えます (インコネル, ハスロイ) で 1,300–1,400°C, カビのコストが高く、サイクル時間が長いにもかかわらず.

• 永久型鋳造

• • 使用されています: 鋼は上で柔らかくなります 350–400°C, したがって、永久型鋳造は鉄合金を処理することはめったにありません.
    試行には、高価な金型コーティングと迅速なサイクリングが必要です, ツール摩耗を駆り立てます.

非鉄合金

• 消耗品の鋳造

• • アルミニウム, 銅, 亜鉛, マグネシウム: すべてを解き放ち、砂や殻の型の根本的な課題はありません; グリーンサンド収量 90 % 回収率,
    投資キャスティングが薄壁のアルミニウム部品で細部を撮影する一方.

• 永久型鋳造

• • アルミニウム合金: A356およびA380が注ぎます 600–700°C H13が死ぬ, 厳しい許容範囲と細かい穀物を達成します.
  • マグネシウム & 亜鉛: Hot-chamberとGravity DiesはAZ91Dを処理します (650 °C) とザマック (385 °C) 急速なサイクル時間があります (30–60 s) そして、最小限の多孔性.
  • ブロンズ & 真鍮: 低圧または遠心性のバリアントに限定されます - 高シリコンブロンズ鋳造可能 1,050 °C 高度なダイの材料とコーティングを備えています.

高温 & 特殊合金

• 消耗品の鋳造

• • 反応金属: チタン および耐衝撃性合金 (タングステン, モリブデン) セラミック型または投資シェルが必要です; 彼らは上に注ぎます 1,650 °C しかし、高いカビと埋め立てのコストが発生します.

• 永久型鋳造

• • 制限範囲: 薄壁, 高伝導性ダイは、超高溶融物を維持することはできません.
    セラミック裏地のダイやハイブリッド型など、専門技術は存在しますが、消耗品のツールの費用とダイライフが限られていることを組み合わせます.

7. 消耗品の鋳造対. 永久型鋳造

キャスティングプロセスを選択するとき, エンジニアは、4つの重要な基準に対して消耗品と恒久的な金型方法を比較検討します: 複雑, コスト構造, 品質, とボリューム.

以下は比較概要です:

ジオメトリ & 設計の柔軟性

• 消耗品の型 複雑な形のキャプチャに優れています, 深いアンダーカット, および内部空洞.
  彼らは、法外なツールの変更なしに複雑なコアとマルチピースアセンブリを処理します.
• 永久型 ドラフト角度が必要です (1–3°) 単純な別れの行.
  一方、コアインサートにより複雑になります, 深い内部機能または鋭いアンダーカットは、高価な折りたたみ式コアまたは二次操作を要求します.

ツール投資 & リードタイム

• 消耗性パターン からの費用 $500 に $5,000, with lead times under four weeks. They suit prototypes, design iterations, and low-volume orders.
• Permanent Dies range from $20,000 に $150,000 and take 6–12 weeks to machine and test.
  High initial outlay pays off only when casting hundreds to thousands of identical parts.

品質 & 精度

• Expendable Processes such as sand casting typically yield tolerances of ±0.5–3 mm and surface finishes of Ra 6.3–12.5 µm.
  Investment casting narrows this to ±0.1 mm and Ra 0.8–3.2 µm, but at higher cost.
• 永久型 consistently achieve ±0.1–0.5 mm tolerances and Ra 1.6–6.3 µm (or Ra 0.8–1.6 µm for high-pressure).
  Their fine-grained microstructure also delivers up to 30 % lower porosity and superior mechanical properties.

サイクル時間 & スループット

• Expendable Methods demand 30–60 minutes per casting (砂型) or even 6–24 hours per batch (投資).
  結果として, スループットは限られたままです, 特に大きなパターンまたは複雑なパターンの場合.
• 恒久的なキャスティング 走ります 20 1部あたりS -5分, 圧力と合金に応じて.
  自動化された注ぎ, 排出, トリミングはさらに生産を促進します, 媒体に理想的にします- 大量の実行に (≥ 2,000 PC).

合金 & 温度能力

• 消耗品の型 亜鉛からスーパーアロイまでのほぼすべての合金を処理してください。, セラミックス, とプラスター.
  それらは鋼の唯一の選択肢です, チタン, 上記のニッケルベースの材料 1,200 °C.
• 永久型 非鉄合金に焦点を当てます: アルミニウム, マグネシウム, 亜鉛, ブロンズを選択します.
  鋼とスーパーアロは金属ダイを侵食します, 下の合金に永久型の使用を制限する〜 700 °C (〜までの専門的なバリエーション 1,050 °C).

部品ごとのコスト & とんとん

• 消耗品キャスティング 低い前面ツールを発生しますが、1部あたりの労働と材料コストが高くなります, 約100〜2,000個のPCを壊します. 短期間やプロトタイプでは経済的なままです.
• 恒久的なキャスティング かなりのダイ投資が必要ですが、低い労働力とスクラップ率を提供します, 2,000〜10,000 PCでも壊れます.
  それを超えて, ユニットコストは大幅に低下します, 多くの場合50〜75 % 以下の消耗品と同等.

8. 結論

消耗品と恒久的な金型鋳造はそれぞれ独自の利点をもたらします.

消耗品の型は低容量で輝いています, 複雑な, および高温アプリケーション, 一方、永久型は媒体で優れています- 精度を必要とする大量の実行が行われます, スピード, そして再現性.

ツール投資などの要因を検討します, サイクル時間, 表面仕上げ, および合金の選択,

メーカーは、最適な鋳造方法を選択できます。それはコストを削減します, 品質の向上, 市場への加速時間.

FAQ

消耗品と永久型の鋳造の主な違いは何ですか?

消耗品の鋳造 各鋳造後に破壊された金型を使用します (例えば。, 砂, 石膏, またはセラミック),

その間 永久型鋳造 再利用可能な金属型を使用して、高次元の精度で複数の鋳物を生成します.

どの鋳造方法が少ない量の生産により費用対効果が高いか?

消耗品の鋳造 ツーリングコストが低く、設計の変更に柔軟性が高いため、低容量またはカスタムパーツの方が一般的に経済的です.

どのプロセスがより良い表面仕上げと寸法耐性を提供します?

永久型鋳造 通常、優れたものを提供します 表面仕上げとよりタイトな許容範囲 金属型の精度と制御された固化のため.

複雑な幾何学に適した1つの方法です?

はい. 消耗品の鋳造, 特に 投資キャスティング, 永久型で達成することが困難または不可能な複雑で複雑な形の生成に優れています.