投資キャスティングと砂の鋳造: 選択する方法？

1. 導入

投資キャスティングと砂の鋳造 金属鋳造業界で最も重要な決定の1つを表しています.

これら2つの広く使用されている製造技術は、航空宇宙全体で複雑な金属成分を生産するためのバックボーンとして機能します, 自動車, 医学, 重機, 他の多くの産業.

金属鋳造, 基本的な製造プロセスとして, 溶融金属を型に注ぐために希望の形状を実現することを含む.

両方の投資キャスティング (ロストワックスプロセス) そして、砂鋳造はこの中核の原則を共有しています, それらは大きく異なります 正確さ, 表面仕上げ, 料金, 材料の柔軟性, および生産スケーラビリティ.

この記事はaを提供します 投資鋳造と砂鋳造の包括的な比較, 彼らのプロセスを調べる, 特徴, 利点, 制限, および業界アプリケーション.

2. インベストメント鋳造とは (ロストワックスプロセス)?

インベストメント鋳造, 失われたワックスプロセスとも呼ばれます, 複雑で高精度の金属成分を生成するために使用される精密鋳造方法です.

目的の部分の使い捨てワックスパターンを作成することが含まれます, 耐衝撃性セラミックシェルでコーティングします, そして、溶融金属を空洞に注ぐ前にワックスを溶かします.

このプロセスは、最小限の機械加工でネットに近い形状を達成する能力について広く評価されています, 優れた表面仕上げ, および緊密な寸法公差.

手順を処理します

1. ワックスパターンの作成: 最終部品のワックスレプリカは、射出型を使用して生成されます.
2. パターンアセンブリ: 複数のワックスパターンを中央スプルーに結合して、ワックスツリーを作成できます, 生産効率の向上.
3. セラミックシェルビルディング: ワックスツリーは、セラミックスラリーに繰り返し浸され、細かく粗い耐火物砂でコーティングされ、耐久性のあるセラミックシェルを構築します.
4. ワックスの除去 (脱線): シェルはオートクレーブまたは炉で加熱されます, ワックスを溶かして排出します, 中空の空洞を残します.
5. 金属の注入: 予熱したセラミックシェルには、重力または真空条件下で溶融金属で満たされています.
6. 冷却と殻の除去: 固まったら, セラミックシェルは壊れています, そして、鋳造コンポーネントは木から切り取られます.
7. 仕上げ: 後処理操作には削減が含まれます, 研削, 機械加工, 表面処理, 必要に応じて熱処理.

投資キャスティングの種類

投資キャスティングは、金型を形成するために使用されるセラミックスラリーとバインダーに基づいて分類できます. 2つの主なタイプはです:

• Silica Sol Investment Casting:

• • シリカソルを使用します (コロイドシリカ) バインダーとして.
  • 提供します 優れた表面仕上げ (RA1.6-3.2μm) そして 高い寸法精度 (±0.005インチ).
  • ステンレス鋼に最適です, 炭素鋼, 航空宇宙で使用される高精度コンポーネント, 医学, 自動車産業.
  • シェルの準備時間とより細かい耐火物のためにコストが高くなります.

• ウォーターガラス投資キャスティング:

• • ケイ酸ナトリウムを使用します (ウォーターグラス) バインダーとして.
  • より費用対効果 しかし、わずかに粗い表面仕上げになります (RA4-6μm) シリカソルと比較して.
  • 超高精度が必要ない炭素鋼および低合金鋼部品に一般的に使用されます.
  • コストが主な考慮事項である大規模な部品や産業に適しています.

投資キャスティングの機能

• 高次元精度: タイトな許容範囲 ±0.005インチ (±0.125 mm), 二次加工の必要性を最小限に抑える.
• 優れた表面仕上げ: 達成 RA1.6-3.2μm (63–125分) シリカソルプロセス用.
• デザインの複雑さ: 複雑な幾何学を有効にします, 薄い壁 (薄い 1.5–3 mm), 複雑なツールなしのアンダーカット.
• 物質的な汎用性: 高性能合金に適しています, 特に航空宇宙で使用されるもの, 医学, エネルギーセクター.
• サイズ範囲: 中小サイズのコンポーネントに最適です (数グラムから〜50 kgまで), 特殊なシステムは、より大きな部品を生成できます.
• 一貫性: 培地の高い再現性- 精密ツールと制御プロセスのために大量に実行されます.

3. 砂鋳造とは何ですか?

砂鋳造 最も古く、最も用途の広い金属鋳造技術の1つです, 何千年も遡り、現代の製造でまだ広く使用されています.

このプロセスには、圧縮された砂からカビの空洞を作成することが含まれます, 金型に溶融金属を注ぐ, そして、砂型を壊して鋳造が固まると鋳造を取り戻します.

そのシンプルさ, スケーラビリティ, 費用対効果は、大規模なコンポーネントを生産するための好ましい方法になります, プロトタイプ, 低から中程度のボリューム生産が実行されます.

砂鋳造は、その扱い能力で知られています 事実上すべての金属または合金, 鋳鉄や鋼などの鉄金属からアルミニウムなどの非鉄金属まで, ブロンズ, およびマグネシウム合金.

この方法は、特に重機で評価されています, 自動車, および生産能力のために産業機器セクター 低コストで大規模で複雑な部品 精密鋳造技術と比較してください.

手順を処理します

1. パターンの作成: パターン, 通常、木でできています, プラスチック, または金属, 最終コンポーネントの形状を複製するために作成されています. パターンは、収縮手当と機械加工手当を説明しています.
2. カビの準備: バインダーを混ぜた砂 (粘土など, 樹脂, またはオイル) 型を形成するためにパターンの周りに詰め込まれています. パターンを簡単に削除するために、分割剤が適用されます.
3. コア配置 (必要に応じて): 砂で作られたコアは金型内に配置され、鋳造に内部空洞を作成します.
4. 金属の注入: 溶融金属は、金属の流れを制御するように設計されたゲーティングシステムを介して金型空洞に注がれます.
5. 冷却と固化: 金属は金型の中で冷えて固まります, 空洞の形をとる.
6. カビの除去: 砂型が壊れて鋳造を取り戻す, そして、砂はしばしば将来の型のためにリサイクルすることができます.
7. 掃除と仕上げ: キャスティングが掃除されます, ゲートとライザーが削除されます, 粉砕や機械加工などの仕上げプロセスが実行されます.

砂型の種類

砂鋳造は、さまざまな種類の成形材料とバインダーを採用できます, 含む:

• 緑の砂型:

• • 天然砂で作られています, 粘土, と水.
  • 最も一般的で経済的な方法.
  • 大量生産および汎用鋳物に適しています.

• 樹脂結合砂型 (ベークなし):

• • 合成樹脂と硬化剤を混ぜた砂.
  • より良い表面仕上げを提供します (RA〜6-12μm) 緑の砂と比較した寸法精度.
  • 多くの場合、より大きなまたはより複雑な部品に使用されます.

• 乾燥した砂型:

• • 金属を注ぐ前に、焼きまたは化学的に硬化した砂型.
  • 改善された強度と表面の品質を提供します, より大きな鋳物に適しています.

砂鋳造の特徴

• 幅広い部品サイズ: 数キログラムから数トンに鋳造を生成できます, エンジンブロックに理想的にします, 重機の部品, および大規模な産業コンポーネント.
• 物質的な汎用性: ほとんどすべての鋳造金属を鋳造できます, 鋼を含む, アイロンをキャストします, アルミニウム, 銅ベースの合金, およびマグネシウム合金.
• 中程度の寸法精度: 典型的な公差はからです ±0.020〜±0.040インチあたり±0.040インチ (±0.5〜±1 mmあたり 25 mm), 精密アプリケーションに追加の機械加工が必要です.
• 表面仕上げ: 投資キャストよりも粗い, 通常、表面の粗さがあります RA6-25μm, 砂の種類によって異なります.
• 費用対効果の高いツール: 投資キャスティングと比較してパターンコストが低くなります, 特に大きな部品または低容量の実行の場合.
• 設計の柔軟性: シンプルから中程度の複雑な形状を生成できます, 複雑な細部や薄い壁 (<5 mm) 挑戦的です.
• リサイクルバリティ: 砂は適切な治療で複数回再利用できます, 他の高エネルギー鋳造方法と比較して、プロセスを比較的環境に優しいものにする.

4. 比較分析: 投資キャスティングと砂の鋳造

投資鋳造と砂鋳造を評価するとき, メーカーはさまざまな技術を考慮する必要があります, 経済, およびパフォーマンス要因.

表面仕上げと寸法精度

• インベストメント鋳造:

• • の優れた表面仕上げを提供します RA1.6-3.2μm (63–125分) シリカソルプロセスなど RA4-6μm ウォーターグラス用.
  • 緊密な寸法公差を達成します, 通常 ±0.005 in/in (±0.125 mmあたり 25 mm) 小さなコンポーネント用.
  • 多くの場合、部品は最小限の機械加工を必要とします, 後処理時間を減らすまで 50–70％ 砂鋳造部品と比較して.

• 砂鋳造:

• • 表面仕上げは粗いです, 通常 RA6-25μm (250–1000分) 砂の種類によって異なります (緑の砂と. 樹脂結合).
  • 寸法公差はより広いです, 一般的に ±0.020–0.040 in/in (±0.5〜1 mmあたり 25 mm).
  • 高精度アプリケーションには、広範な仕上げまたは機械加工が必要です.

インパクト: 航空宇宙タービンブレードや医療用インプラントなどの精密成分の場合, 投資キャスティングの優れた精度と滑らかな表面は比類のないものです,

エンジンブロックのような頑丈なコンポーネントには砂の鋳造で十分ですが, 厳しい許容範囲はそれほど重要ではありません.

部品サイズと重量

• インベストメント鋳造:

• • に最適です 小型部品 数グラムからおよその重さ 50 kg (110 lbs).
  • セラミックシェルの強度とサイズによって制限されています.

• 砂鋳造:

• • 生産できます 非常に大きなコンポーネント, 数キログラムから 数トン, 風力タービンハブや重機のフレームなど.
  • サイズの柔軟性は、サンドキャスティングの重要な利点の1つです.

物質的な汎用性

• インベストメント鋳造:

• • キャストに優れています 高性能合金, 含む ニッケルベースの超合金, チタン, コバルト合金, 機械加工が難しいです.
  • 一般的な材料: ステンレス鋼, 炭素鋼, アルミニウム, ブロンズ, および銅ベースの合金.
  • 航空宇宙よりも好ましい, エネルギー, 高温合金を処理する能力による医療用途.

• 砂鋳造:

• • 非常に用途が広い 鉄および非鉄金属, 含む アイロンをキャストします (グレー, 公爵, 白), 鋼, アルミニウム合金, 銅合金, およびマグネシウム合金.
  • 大きな鉄部品に最適です, 例えば。, 自動車エンジンブロック (鋳鉄, アルミニウム), ポンプハウジング (ブロンズ, 鋼鉄), およびバルブボディ.

デザインの複雑さ

• インベストメント鋳造:

• • 複製できる 複雑なジオメトリ, 薄い壁 (1.5–3 mm), 細かいレタリング, そして複雑な詳細 費用のかかる機械加工なし.
  • 内部空洞のある部品に最適です, アンダーカット, または湾曲した機能.

• 砂鋳造:

• • 通常使用されます よりシンプルまたは厚い壁コンポーネント.
  • 複雑な内部機能には複数のコアが必要です, これにより、コストと寸法変動のリスクが追加されます.

生産量とリードタイム

• インベストメント鋳造:

• • に最適です 中から大量 生産, ツールコストが精度と削減により相殺される場合.
  • リードタイム: 通常 6–10週 ツールおよびプロトタイプの生産用.

• 砂鋳造:

• • ツールコストの削減 プロトタイプに適しています, 低音量, そして大きな鋳物.
  • リードタイム: 頻繁 2–4週 より単純なツールによる初期型の場合.

コストに関する考慮事項

• インベストメント鋳造:

• • ツーリングコスト: 高い (ワックスパターンのために金属が死にます).
  • パートごとのコスト: セラミックシェルの準備とプロセスの複雑さにより高くなります.
  • 費用は正当化されます 精度と最小限の機械加工は、総生産コストを削減します.

• 砂鋳造:

• • ツーリングコスト: 低い (木材または樹脂のパターン).
  • パートごとのコスト: 大きなコンポーネントと少量のボリュームの場合は低くなります.
  • 表面仕上げと耐性が二次的な重い産業コンポーネントに最適.

機械的特性とパフォーマンス

• インベストメント鋳造:

• • 生成 密度, 細かい微細構造, につながる 疲労抵抗と機械的強度の改善.
  • 多くの場合、パフォーマンスを向上させるために熱処理されます.

• 砂鋳造:

• • カビが厚いため、冷却速度が遅くなります, その結果 粗い穀物構造 そして、わずかに低い機械的特性.
  • ほとんどの構造的および頑丈なアプリケーションに適しています.

5. 投資鋳造と砂鋳造のアプリケーション

投資キャスティングアプリケーション

投資キャスティングの特徴は、正確で複雑さです, セクターで不可欠なものにします 厳しい公差, 優れた表面仕上げ, および高度な材料 重要です:

• 航空宇宙:

• • タービンブレードなどの高性能コンポーネント, 燃焼チャンバー, 燃料ノズル, ニッケルベースの超合金から作られた構造部分, チタン, コバルト合金.
  • コンポーネントは、極端な温度やストレスに耐えるために、厳密な寸法制御と優れた機械的特性を要求します.

• 医療機器:

• • 手術器具, 整形外科インプラント, 歯の補綴, および精密微量コンポーネント.
  • このプロセスにより、患者固有の設計に必要な生体適合性合金と複雑な幾何学が可能になります.

• 自動車:

• • ターボチャージャーハウジングを含む精密部品, バルブボディ, とギア, 特に高性能および高級車で.
  • コンポーネントは多くの場合、ステンレス鋼を使用します, アルミニウム合金, および特殊金属.

• エネルギーと発電:

• • ガスタービン部品, バルブコンポーネント, 高強度と腐食抵抗を必要とするポンプ部品.
  • 多くの場合、スーパーアロとステンレス鋼から製造されています.

• 産業用具:

• • 高精度ギア, ノズル, 計装および制御装置で使用される継手.

砂鋳造アプリケーション

砂鋳造の汎用性と大規模な部品の容量は、重産業やアプリケーションで支配的な選択となります。 サイズと堅牢性 最も重要です:

• 自動車産業:

• • エンジンブロック, シリンダーヘッド, 伝送ケース, ブレーキコンポーネント, 主に鋳鉄とアルミニウムの合金から作られたサスペンションパーツ.
  • 中程度の精度要件を備えた高生産量.

• 重機と建設装置:

• • 大きなハウジング, フレーム, ギアボックス, 鋳鉄から作られた構造コンポーネント, 鋼鉄, および合金鋼.
  • 多くの場合、コンポーネントの重量は数百キログラムから数トンです.

• ポンプおよびバルブ業界:

• • ポンプハウジング, バルブボディ, インペラ, そして、パイプ継手は一般的に青銅から投げかけられます, 鋼鉄, と鉄.
  • 緊密な許容範囲ではなく、耐久性と耐食性が必要です.

• エネルギーセクター:

• • 風力タービンハブ, ジェネレーターハウジング, サイズと強度の要求により、砂鋳造によって生成される構造的サポート.

• 海兵隊 および造船:

• • プロペラブレード, ラダー, ブロンズと鋼の合金から生産された大きなエンジンコンポーネント.

• 一般的な産業用アプリケーション:

• • 農業機器, 鉱業機械, また、鉄道部品は堅牢性を求めて砂鋳造に依存しています, 大規模な部品.

6. 投資鋳造と砂の鋳造の利点と制限

インベストメント鋳造

利点:

• 高次元精度: ±0.005インチのようなタイトな典型的な公差 (±0.125 mm), 機械加工と仕上げコストを大幅に削減します.
• 優れた表面仕上げ: 滑らかな表面を達成します (RA1.6-3.2μm) ネットに近い形状の生産に適しています.
• 複雑なジオメトリ: 複雑なデザインを作成できます, 薄い壁 (に 1.5 mm), コアのない内部空洞.
• 物質的な汎用性: 高度な合金に最適です, ニッケルベースの超合金を含む, チタン, コバルト, およびステンレス鋼.
• 一貫性と再現性: 媒体に最適です- 精密ツールを備えた大量生産へ.

制限:

• より高い初期ツールコスト: ワックスインジェクションダイとセラミックシェルの生産には、かなりの初期投資が含まれます.
• サイズの制約: 通常、約50 kg未満の部品に制限されています (110 lbs) シェルの強度の制限のため.
• より長いリードタイム: シェルビルディングとバーンアウト砂鋳造と比較して生産時間が延長されました.
• より高いエネルギー使用と環境への影響: セラミックシェルの発射とワックスの燃え尽きプロセスにより.

砂鋳造

利点:

• ツーリングコストが低い: パターンは比較的安価で、変更が簡単です, プロトタイピングやスモールランに最適です.
• 大きなサイズの機能: 数トンの重量の部品を生成できます, 重い産業用途に適しています.
• 幅広い材料の互換性: 幅広い鉄および非鉄合金に適しています, キャストアイロンと鋼を含む.
• リサイクル可能な金型材料: 砂を取り戻して再利用することができます, 廃棄物とコストの削減.
• より速いセットアップ: 金型の準備とキャストのためのリードタイムの短い, より迅速なプロトタイピングを促進します.

制限:

• より低い寸法精度: 典型的な公差は、±0.020〜±0.040インチあたり±0.040インチです, キャスティング後の機械加工をより多くする必要があります.
• 粗い表面仕上げ: 表面の粗さは通常、RA 6〜25μmの範囲です, 多くの場合、研削や研磨を必要とします.
• 限られた薄壁機能: 薄いセクションを達成するのが難しい (<5 mm) 砂型の強度の制限が原因です.
• 多孔性リスクが高い: 砂の包含やガスの多孔性などの欠陥の可能性の増加, 機械的特性に影響を与える.

7. 投資キャスティングと砂鋳造を選択する方法

適切な鋳造方法を選択することは、パフォーマンスのバランスをとるために重要です, 料金, 製造効率. この決定は、いくつかの相互に関連する要因に依存します:

8. 鋳造技術の将来の傾向

キャスティング業界は絶えず進化しています, 材料科学の進歩によって推進されます, 製造自動化, そして持続可能性の目標.

自動化とデジタル化

• ロボット型の処理と注ぎ: 自動化されたシステムは、人為的エラーを減らします, 一貫性を向上させます, 投資と砂の鋳造の両方の安全性を高めます.
• デジタルプロセス監視: センサーとIoTデバイスは、温度のリアルタイム監視を可能にします, カビ条件, および材料特性, 品質管理の強化.
• コンピュータ支援設計 (CAD) およびシミュレーション: 高度なキャスティングシミュレーションソフトウェアは、カビの充填を予測します, 凝固, および欠陥形成, 生産前にデザインを最適化します.

添加剤の製造統合

• 3D印刷されたパターンと金型: 添加剤の製造により、複雑なワックスパターンと砂型の迅速な生産を可能にします。.
  これにより、リードタイムとツーリングコストが削減されます, 特に低容量とプロトタイプが実行される場合.
• ハイブリッドプロセス: 3D印刷と従来のキャスティングを組み合わせます, 投資鋳造用の印刷されたセラミックシェルや、印刷されたコア付きの砂型など, 前例のない設計の自由と迅速な反復が可能になります.

9. 結論

両方の投資キャスティングと砂の鋳造は、現代の製造に不可欠です.

投資キャスティングは、正確に支配されます, 複雑, また、高性能材料が不可欠です, 砂鋳造は、大規模な頼りになるソリューションのままです, 屈強, およびコストに敏感なコンポーネント.

最適な選択は、パフォーマンス要件のバランスと予算に依存します, リードタイム, および物質的な考慮事項.

Langheの投資キャスティングと砂鋳造に関する専門知識

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• 包括的なプロセス機能: 複雑から 投資キャスティング (ロストワックスプロセス) 複雑な場合, 高精度部品へ 砂鋳造 大規模で頑丈なコンポーネント用.
• 物質的な多様性: ステンレス鋼で作業する能力, スーパーアロ, 炭素鋼, アイロンをキャストします, アルミニウム合金, チタンのような特殊金属.
• エンドツーエンドサービス: エンジニアリングサポート, 金型デザイン, 迅速なプロトタイピング, 熱処理, 最適な品質とパフォーマンスを確保するための精密機械加工.
• グローバル標準と品質管理: 国際基準の順守 (ISO, ASTM) 厳密な検査で, NDTテスト, および寸法検証.
• 柔軟な生産量: プロトタイプの費用対効果の高いソリューション, 中程度のバッチ, または大規模な生産.

組み合わせて 投資キャスティングの精度 と 砂鋳造の汎用性と規模, ランゲ 航空宇宙全体のクライアントの厳しい要件を満たしています, 自動車, エネルギー, 重機, 世界中の他のセクター.

お問い合わせ！

FAQ

どの方法がプロトタイピングに適していますか?

砂鋳造, ツーリングコストが削減されているため ($500 - $ 5,000) より速いリードタイム (2–4週) 木製または3Dプリントされたパターン用.

投資キャスティングの4〜8週間のリードタイムとより高いツールコストにより、精度が重要でない限り、プロトタイプにとって理想的ではありません.

投資キャスティングは機械加工に取って代わることができます?

頻繁, はい. 複雑な部品の場合 (例えば。, タービンブレード 10 機械加工操作), 投資キャスティングにより、機械加工が70〜90％減少します, 大量生産のためにコストを30〜50％削減します.

より環境に優しい砂鋳造です?

砂の鋳造には優位性があります: 緑の砂です 90% リサイクル可能, およびバインダーシステム (粘土) 生分解性です.

投資キャスティングは、セラミックシェル廃棄物を生成します (リサイクルできません) シェル発火にはより多くのエネルギーを使用します, 二酸化炭素排出量を20〜30％増加させます. 砂鋳造.

どの方法がアルミニウムをよりよく処理するか?

どちらも機能します, しかし、大きなアルミニウム部品には砂鋳造が好まれます (例えば。, エンジンブロック) 低コストのため.

投資キャスティングは小さい方が良いです, 正確なアルミニウム成分 (例えば。, 航空宇宙継手) 表面仕上げと寛容がより高いコストを正当化する場合.

砂鋳造の最大の部分の複雑さは何ですか?

砂鋳造は、中程度の複雑さの部品を生成できます (例えば。, 3–5内部空洞) 砂コアの使用, しかし、アンダーカットや機能 <3 MMは危険です.

投資キャスティングハンドル 10+ 特徴 (例えば。, 内部チャネル, スレッド) コアなし, 複雑なデザインにははるかに柔軟になります.