フォーム鋳造と失われたワックスキャスティング: 重要な違い

1. 導入

ロストフォームキャスティング (LFC) VSロストワックスキャスト (投資キャスティングとも呼ばれます, またはIC) 彼らの精度を際立たせます, 汎用性, さまざまな設計と材料の要件への適応性.

自動車などのセクター全体で複雑なコンポーネントの生産を可能にする, 航空宇宙, 医学, とエネルギー.

適切な鋳造方法を選択することが重要です. 一部の複雑さなどの要因, 材料の選択, コスト効率, そして、生産量はこれらの2つのテクニックの選択に大きく影響します.

この記事では、失われたフォームキャスティングと紛失したワックス鋳造の包括的な比較を提供します, 複数の視点からそれらを分析します, プロセスフローを含む, 品質出力, コスト構造, 環境への影響.

2. 失われた泡の鋳造とは何ですか?

失われたフォーム鋳造は、消耗品ポリスチレンフォームを使用して最終金属部品の形状を形成する革新的な蒸発パターンプロセスを表しています.

硬質型と取り外し可能なコアに依存している従来の砂鋳造とは異なり、フォーム鋳造は正確に形作られた拡張ポリスチレンを埋め込むことを繰り返します (EPS) 泡のない砂に直接泡パターン.

溶融金属が型に注がれるとき, それは瞬時に泡を蒸発させ、結果として生じる空洞を占有します, ドラフト角を最小限に抑え、コア関連の欠陥がないネット近形状のコンポーネントを生成する.

ステップバイステップのプロセスの概要

• パターンの作成: CNCの機械加工または添加剤の製造により、フォームパターンが生成されます 1–4時間, 寸法精度は±0.5 mmです.
• 組み立て: 技術者が添付されています 20 パターン ゲーティングツリーの上, 一度に複数の部品を注ぐことにより、炉のスループットを最適化します.
• コーティング: 耐火物 (0.1–0.3 mm厚) フォームに準拠しています, 表面の定義の改善と砂の浸透に抵抗します.
• 成形: 労働者は振動し、コンパクトなシリカの砂 (0.2–0.4 mm穀物サイズ) コーティングされたパターンの周り 85–90％ 相対密度.
• 注ぐ: 溶融金属 (例えば。, 〜620°Cのアルミニウムまたは〜1,400°Cの延性鉄) 型に入ります, 泡を瞬時に蒸発させます.
• 冷却: セクションの厚さに応じて (10–50 mm), 部品は中で固化します 30–90秒.
• シェイクアウト & 埋め立て: 乾いた砂は簡単に分離します, そしてまで 60% 砂の簡単なスクリーニング後に再利用できます.
• 仕上げ: 通常、キャスティングが必要です 1.5–3 mm 研削のための加工手当の, ショットブラスト, ゲーティングの除去.

重要な特性

• コアレス, ワンピース型
  フォームパターンは、カビとコアの両方の機能を組み合わせています, 別れのラインの不一致を排除し、カビの組み立て時間を減らす 40%.
• 迅速なパターン製造
  拡張されたポリスチレンパターンの間にコストがかかります $100 そして $300 それぞれ、±0.5 mmの寸法精度で24〜48時間でCNC加工または3D印刷を介して生産できます.
• 乾燥砂の再利用
  このプロセスは、骨のないシリカ砂を使用しているためです, Foundriesは取り戻します 60 % 再利用のための砂の, 材料の無駄と廃棄コストをほぼ削減します 30 %.
• 大部分の機能
  鋳造 2 長さのmと 500 重量のkgは実現可能です; 典型的な固化時間の範囲 30 に 90 壁の厚さ10〜50 mmの秒.
• 最小限の仕上げ手当
  通常、部品には1.5〜3 mmの機械加工手当が必要です。ゲートと軽度の表面欠陥を除去するためには、従来の砂のキャストコンポーネントよりも少ないことです。.

産業用アプリケーション

フォームキャスティングの紛失は、大規模な要求をするセクターでの広範な採用を楽しんでいます, 複雑な形状が迅速に配信されました:

自動車パワートレインコンポーネント

大手メーカーはエンジンブロックをキャストします, シリンダーヘッド, アルミニウムの摂取マニホールド, 15〜20の軽量節約を達成します % 10〜15の生産コスト削減 % 従来の方法と比較して.

重機と農業機械

ポンプハウジング, ギアボックスケーシング, 構造括弧 - しばしば延性鉄で生産されます (65–45–12) - コアなしで内部空洞を統合する失われたフォームキャスティングの能力からのベネフィット.

典型的な年間ボリュームの範囲 5,000 に 20,000 ユニット.

迅速なプロトタイピングと少量生産

設計チームはフォームパターンの柔軟性を活用して、内部の新しいジオメトリを反復します 48 時間, プロトタイプのツーリングコストを削減します 60 % 市場までの時間を加速します.

油圧および空気圧成分

複雑なバルブボディとマニホールドアセンブリ, 重量50〜200 kg, プロセスのワンピースの金型デザインを活用して、漏れパスを排除し、マシン後の漏れを削減する 25 %.

3. 投資キャスティングとは何ですか?

インベストメント鋳造, 一般に知られています 紛失したワックスキャスティング, 精密金属成分のゴールドスタンダードとして立っています.

詳細なワックスパターンと堅牢なセラミックシェルを組み合わせることにより, この方法は、比類のない精度で部品を生成します, 表面仕上げ, および材料の柔軟性.

ステップバイステップのプロセスの概要

• ワックスパターンインジェクション: 溶融ワックス (多くの場合、パラフィン - マクロ結晶ブレンド) スチールに噴射します 20–30秒, ±0.05 mmの再現性を生成します.
• 組み立て (ツリーリング): まで 50 パターン 中央のワックススプルーに取り付けます, 鋳造効率を最大化するツリーを形成します.
• シェルビルディング: ファウンドリーは耐火物のスラリーで木を浸します - シリカソル 高解像度部品の場合または ウォーターグラス 費用対効果の高いバッチの場合 - 適用 8–12レイヤー 以上 2–4日.
• 脱線: オートクレーブまたはスチームオートクレーブで 150 °C オーバーでワックスを溶かします 99% 避難効率.
• 燃え尽き症候群: 制御された加熱ランプで 1—2°C/min に 600–900°C, シェルを割ることなく、残留オーガニックと湿気を排出します.
• 注ぐ: 予熱された合金 - から ステンレス鋼 (1,450 °C) に インコネル 718 (1,530 °C) または TI-6AL-4V (1,660 °C) - 重力の下で, 真空, または乱流を最小限に抑えるための遠心補助.
• 冷却 & シェイクアウト: 部品は固化します 30–120分, 質量に応じて, その後、シェル除去が行われ、精密鋳造が明らかになります.
• 仕上げ: 通常、キャスティングは必要です 0.5–1.5 mm 機械加工の, ±0.1〜0.3 mmのAS-Cast許容範囲とRAの表面仕上げのおかげで 0.8–3.2 µm.

重要な特性

• 精密ワックスツール
  技術者は溶融ワックスを硬化した鋼のダイに注入します, わずか20〜30秒のパターンサイクル時間と±0.05 mm以内の寸法の再現性を達成する.
  その結果, 各ワックスパターンは、複雑な機能を忠実に再現します, 死ぬ懸念を減らし、数百の部品にわたって一貫性を確保する.
• 多層セラミックシェル
  ファウンドリーは、ワックスアセンブリをセラミックスラリーに交互に浸すことにより、耐火型を構築し、次に細かい難治性粒子を停止させます.
  通常, 彼らは2〜4日間にわたって8〜12のスラリーとスタッコのサイクルを適用します (シリカソルの使用) または24〜48時間 (ウォーターグラスの使用).
  結果として, 最終的なシェルの厚さ（通常は6〜10 mm）は、溶融金属の注ぎの強度と耐熱性の両方を提供します。 900 °C.
• 完全な脱線 & 燃え尽き症候群
  シェルアセンブリ後, ファウンドリーは、周囲のオートクレーブでワックスを削除します 150 °C, 避難します 99% パターン素材の.
  その後、1分あたり1〜2°Cで炉の温度を600〜900°Cに上げ、2〜6時間保持します, シェルを割ることなくオーガニックを運転します.
• 広い合金互換性
  投資キャスティングは、ステンレス鋼からすべてに対応しています (融点〜1,370°C) インコネルのようなニッケルベースの超合金に 718 (融点〜1,530°C) Ti-6Al-4Vなどのチタン合金 (融点〜1,660°C).
  この広範な範囲は、高温に最適です, 耐性耐性, または生体適合性成分.
• 優れた表面仕上げ & 許容範囲
  RA 0.8〜3.2 µmのAS-CAST表面粗さ値と±0.1〜0.3 mmの寸法公差で部品が出現します.
  その結果, 製造業者はしばしば重い機械加工を排除します - 仕上げコストを30〜50％削減します.
• 高収量 & 低スクラップ
  セラミックシェルの完全性のおかげです, 典型的な鋳造収量は超えています 95%, スクラップレートはまだ下にあります 5%.
  さらに, 正確なプロセス制御は、小型バッチまたは非常に複雑な生産の実行でも欠陥率を最小限に抑えます.

産業用アプリケーション

投資キャスティングの精度の融合, 物質的な多様性, 表面品質は、幅広い上級セクターを提供します:

航空宇宙

• タービンブレード & ノズル: 以上 50,000 燃料ノズルとエアフォイルは、毎年ニッケルベースの超合金でキャストされます, 高温サービスの下で±0.1 mmの重要な許容耐性を満たす.
• 構造コンポーネント: 壁の厚さのインコネルとチタンの部品 1 MMを有効にします, 高強度アセンブリ.

医療機器

• 整形外科インプラント: コバルトクロームおよびチタン合金股関節と脊椎インプラントは、生体適合性と複雑なジオメトリのための投資鋳造に依存しています, と 100% クラックフリー認証.
• 手術器具: ステンレス鋼の鉗子と針ホルダーは、ra≤で出現します 1.6 µm, 滅菌互換性と人間工学的精度を確保します.

エネルギー & 油 & ガス

• バルブボディ & ポンプインピーラー: 投資キャストステンレスと二重鋼コンポーネントは、過酷なダウンホール環境での腐食に抵抗します, 障害間の平均時間を超えて延長します 30%.
• 熱交換ハードウェア: 高温合金は、発電タービンと熱回収システムの周期的な熱負荷に耐える.

防衛 & 銃器

• 精密ハウジング & 小武器部品: 高耐性ステンレス鋼とアルミニウム成分は、再現性のある精度と最小限のマシンの恩恵を受ける.

ジュエリー & 美術

• ファインデテールレプリケーション: 複雑なワックスパターンは、マイクロテクスチャーとアンダーカットをキャプチャします, 完璧なas-castサーフェスでハイエンドのジュエリーピースを有効にします.

4. 比較分析: フォーム鋳造と失われたワックスキャスティング

失われたフォーム鋳造と失われたワックスキャスティングの厳密な比較は、複数の次元にわたる明確な利点とトレードオフを明らかにします.

次の分析では、それぞれの強みを強調しています, 定量的データとプロセス選択をガイドするための移行洞察によってサポートされています.

複雑さとセットアップを処理します

• ロストフォームキャスティング コアまたは分割線アセンブリを必要としない消耗品のフォームパターンを使用することにより、ツールを簡素化します.
  CNC加工または3D印刷によるパターン製造は、通常、パターンあたり100〜300ドルの費用で24〜48時間で完了します. 対照的に,
• インベストメント鋳造 複数日のセラミックシェルビルドを要求します: メーカーは、2〜4日間で8〜12回ワックスパターンを浸します (シリカソル) または24〜48時間 (ウォーターグラス), その後、脱ワックスと高温の燃え尽きが続きます.
  結果として, 投資キャスティングのセットアップは、失われたフォームキャスティングと比較して、リードタイムを3〜5日延長します.

表面仕上げと寸法精度

属性	ロストフォームキャスティング	インベストメント鋳造
表面の粗さ (ra)	6.3 - 12.5 µm	0.8 - 3.2 µm
典型的な寸法耐性	± 0.5 - 1.0 mm	± 0.1 - 0.3 mm
シンプルな機能の再現性	± 0.2 mm	± 0.05 mm
キャスト表面の品質	中程度 - 研削/爆破が必要になる場合があります	優れた - 最小限の仕上げでよく使用されます
加工手当が必要です	1.5 - 3.0 mm	0.5 - 1.5 mm
素晴らしい機能への適合性	限定 - フォームの解像度と砂の制約	高 - 複雑で薄い壁の部品に最適です
後処理への影響	仕上げ操作の増加	二次機械加工を減らしました

さらに, 投資キャスティングの優れた表面品質は、多くの場合、終了時間を30〜50％短縮することがよくあります, 一方、フォーム鋳造の喪失には通常、追加の研削またはショットブラストが必要です.

材料の互換性

• ロストフォームキャスティング 輝く アルミニウム合金 (A356, A380), 延性鉄 (65–45–12), 低合金鋼を選択します, 融解範囲の処理 580 °Cに 1,450 °C.
• インベストメント鋳造 より広いスペクトルに対応します, 含む ステンレス鋼 (304, 17-4 ph), ニッケルベースの超合金 (インコネル 718), チタン合金 (TI-6AL-4V), とブロンズ, 融点を覆う 1,660 °C.

ツーリングとコストの考慮事項

• ロストフォームキャスティング それぞれ100〜300ドルの泡パターン - 再利用可能なレバレッジの低い先行ツールコスト（泡パターン）が発生します, 骨のない砂 (60% 再生率).
• インベストメント鋳造 15,000〜60,000ドルの費用がかかり、耐火性の消耗品が1キログラムあたり3〜8ドルのスチールダイが必要です.

生産量と柔軟性

• ロストフォームキャスティング 中程度から大規模な生産ランをサポートします (5,000–50,000部品/年) 迅速なパターンイテレーションで.
• インベストメント鋳造 小さなバッチまたはカスタムワークで優れています (500–10,000部品/年), 繊細なコンポーネントの複数の木にわたって高い再現性を提供します.

環境への影響

• ロストフォームキャスティング ほぼ排出します 0.8 揮発性有機化合物のkg (Vocs) 泡の蒸発による金属1キログラムあたり,
  乾燥した砂の再利用は、固形廃棄物を削減しますが 30%.
• インベストメント鋳造 約束します 0.4 kgのセラミックシェル廃棄物と 0.5 シェルの燃え尽き時の金属1キログラムあたりのkgのkg;
  しかし, 現代の店はリサイクルします 75% シェル素材の.

キャスティング後の操作

• ロストフォームキャスティング 通常、フィンやゲートを排除するために1.5〜3.0 mmの材料除去が必要です.
• インベストメント鋳造 通常、0.5〜1.5 mmの仕上げ作業が必要です, より細かいAs-Castの許容範囲とより滑らかな表面のおかげで.

設計機能

• ロストフォームキャスティング 簡単に大きく生成します, 中空の構造とコアのないアンダーカット, までの部品を収容します 2 長さのmと 500 重量のkg.
• インベストメント鋳造 超薄い壁を有効にします (に 1 mm), 複雑な切り身, 狭い内部チャネル 0.5 MM-航空宇宙ノズルと医療用インプラントにとって重要な機能.

5. 強みと制限の概要表

基準	ロストフォームキャスティング	インベストメント鋳造
ツーリングコスト	強さ: 非常に低い - 泡のパターンはそれぞれ100〜300ドルかかります, 急速なターンアラウンド 制限: パターンは使い捨てです	強さ: スチールは何千ものサイクルで持続します, 償却コスト 制限: 高い前払い投資 ($15 000 - 60ドル 000 によって)
寸法耐性	強さ: 多くのアプリケーションに適しています (±0.5〜1.0 mm) 短所: 非常にタイトな仕様を満たすことができません	強さ: 優れた精度 (±0.1–0.3 mm) 機械加工を減らします 制限: 一貫性を維持するには、細心のプロセス制御が必要です
表面仕上げ	強さ: 伝統的な砂鋳造よりも優れています (RA 6.3-12.5 µm) 制限: それでも重要な粉砕/ショットブラストが必要です	強さ: 傑出したas-cast仕上げ (RA 0.8-3.2 µm), 最小限の作業後 短所: セラミックシェルビルドは、時間と複雑さを追加します
合金の範囲	強さ: アルミニウムに適しています, 延性鉄, そしていくつかの鋼 (580–1 450 °C) 制限: 反応性または非常に高い融合合金を処理できません	強さ: 幅広い互換性 - ステンレス鋼, スーパーアロ, チタン, ブロンズ (まで 1 660 °C) 制限: 反応性合金には、制御された大気が必要です
デザインの複雑さ	強さ: コアレスパターンは、大きなアンダーカットと中空のセクションを可能にします 2 メートル 短所: 壁の厚さは約2.5 mmに制限されています	強さ: 超洗練された詳細, 薄い壁があります 1 mm, 複雑な内部チャネル 制限: ファインフィーチャは、シェルビルド時間とコストを増加させます
生産量	強さ: 中程度の高度の経済的 (5 000–50 000 /yr) 制限: 使い捨てパターンによる非常に低い実行の場合は費用対効果が低い	強さ: 低メディウムボリュームに最適です (500–10 000 /yr) 高精度部品の 短所: ツーリングコストが高いと、非常に大量に抑止されます, 低精度の実行
環境への影響	強さ: 乾燥した砂の再利用 (〜60％) 廃棄物を減らします 短所: EPSの気化は、〜0.8 kgのVOC/kg金属を放出します	強さ: まで 75% シェル材料はリサイクルできます 制限: シェルバーンアウトは〜0.5 kgのco₂/kg金属を発し、セラミック廃棄物を生成します
後処理作業	強さ: シンプルなシェイクアウト, 簡単なゲーティングの除去 制限: ゲート/フィンには1.5〜3 mmのストック除去が必要です	強さ: 最小限の仕上げ (0.5–1.5 mm) 労働力を低下させます 短所: シェル除去 (ノックアウト) セラミック処分は運用手順を追加します

6. 適切なプロセスを選択します: 決定フレームワーク

失われたフォーム鋳造と失われたワックス鋳造の間で選択することを選択する部品の要件を明確に理解する, 生産目標, および予算の制約.

次の決定フレームワークを使用して、選択した選択をガイドしてください:

部分ジオメトリと複雑さを評価します

• コンポーネントが機能する場合 大きい, 中空セクション, アンダーカットや統合されたrib骨 - 自動車排気マニホールドやポンプハウジングなど、フォームキャスティングが失われた場合は、コアレスのシンプルさと堅牢な金型サポートを提供します.
• 逆に, デザインが要求するとき 超薄い壁 (に 1 mm), 複雑な切り身,
  またはより細かい内部チャネル 0.5 MM-航空宇宙のノズルまたは医療インプラントの典型 - 投資鋳造は必要な解像度を提供します.

素材と機械的要件を定義します

• のために アルミニウム合金 (例えば。, A356) または 延性鉄 (65–45–12) 中程度の温度で (< 500 °C), フォームキャスティングの紛失は高収量をもたらします (90–95％) 最小限のツールコストで.
• 必要なとき ステンレス鋼, ニッケルベースの超合金, または チタン - 極端な温度に耐える材料 (700–1,600°C) および腐食性環境 - 投資
  鋳造のセラミックシェルシステムは、汚染のない鋳造と細かい穀物構造を保証します.

寸法および表面仕上げの需要を評価します

• ±0.5の公差の場合 - 1.0 RA 6.3〜12.5 µm周辺のMMと表面仕上げ機能要件を満たす, 失われたフォームキャスティングは、費用対効果の高いルートを提供します.
• 必要なとき ±0.1 - 0.3 mm 寛容とRA 0.8–3.2 µm ポストマシニングを減らすために仕上げます 50%, 投資キャスティングは優れたオプションとして存在します.

生産量とツール予算を分析します

• のために 中から大量 (5,000–50,000部品/年) フォームパターン (それぞれ100〜300ドル) 迅速に償却できます,
  フォームキャスティングの紛失は、単位コストを達成します $20 アルミニウム用.
• で 低音量 (< 10,000 ユニット/年) または ハイミックス シナリオ - 特に精度が量を上回る場合,
  投資キャスティングのための15,000〜60,000ドルのダイ投資は、スクラップとリワークの減少によって正当化されるようになります.

リードタイムと反復速度を検討してください

• 迅速なプロトタイピングまたは頻繁な設計変更が行われた場合 48 パターンの更新の時間, 失われたフォームキャスティングのフォームパターンターンアラウンドは優れています.
• 寸法の安定性とプロセスの再現性が最も重要な場合 - 認定されたワックスツールと制御されたセラミックシェルバーンズを使用して、投資鋳造,
  4〜7日間のサイクルにもかかわらず, パーツの後に一貫性パーツを提供します.

7. 結論

両方とも ロストフォームキャスティング vs ロストワックスキャスト 貴重なメリットを提供します, 彼らは明確な製造ニーズに応えます.

失われたフォームキャスティングは、そのシンプルさのために際立っています, 費用対効果, そして、大規模に適しています, 簡素化された部品.

その間, 投資キャスティングは、精度がまったく類を見ないままです, 表面の品質, 材料の汎用性 - 高性能アプリケーションに不可欠なものを作成します.

最終的に, これらの2つの方法の選択は、プロジェクトの特定の要求に依存します: サイズ, 複雑, 材料, および生産量.

各プロセスのニュアンスを理解することにより, エンジニアと調達チームは、技術的および経済的目標の両方に沿った情報に基づいた意思決定を行うことができます.

で ランゲ, 設計プロセスの早い段階であなたのプロジェクトについて話し合うために、合金が選択されていないか、キャスティング後の治療が適用されることを確認してください, 結果は、機械的およびパフォーマンスの仕様を満たします.

あなたの要件を議論するため, メール [email protected].

 

FAQ

どの鋳造方法が大規模に適しています, 幾何学的にシンプルな部分?

失われたフォームキャスティングは、大規模に適しています, 幾何学的にシンプルな部分, 特に鉄金属から作られたもの.

コアなしで内部空洞を処理する能力は、エンジンブロックに最適です, シリンダーヘッド, および同様のコンポーネント.

どの鋳造方法がより高い次元の精度と表面仕上げを提供するか?

投資キャスティングは、より高い次元の精度と優れた表面仕上げを提供します,

精度と美学が重要であるアプリケーションに優先選択とする, 航空宇宙コンポーネントや医療機器など.

小規模生産の実行により、どの鋳造方法がより費用対効果が高いですか?

小さな生産のために, フォームキャストの紛失は、初期ツールコストの削減により、より費用対効果が高い場合があります.

しかし, 高精度と最小限の後処理が必要な場合, 投資キャスティングは、より高い前払いコストにもかかわらずより良い価値を提供するかもしれません.

両方の鋳造方法は、内部空洞を持つ部品を生成できます?

はい, どちらの方法でも、内部空洞を持つ部品を生成できます.

失われたフォームキャスティングは、シングルピースフォームパターンを使用してこれを自然に達成します, 投資キャスティングには、慎重な設計と内部機能に対応するための追加のステップが必要ですが.