導入

シェルモールディングと砂鋳造 - 砂で溶融金属を形作るという同じ原則に基づいて構築された2つのプロセス, しかし、非常に異なる結果を提供します.

砂鋳造, 昔からの主道, 低コストで大規模なコンポーネントを生産する汎用性と能力が高く評価されています.

シェルモールディングキャスティング, 20世紀半ばの洗練, 同じ基礎を獲得しますが、精度を追加します, スムーズな仕上げ, そして、砂の鋳造がしばしば一致するのに苦労している一貫性.

今日の製造業界, 2つの間で選択することは技術的な決定以上のものです。それは正確さのバランスです, 経済, およびアプリケーションの要求.

この記事では、彼らを探ります 基本を処理します, 寸法精度, 表面の品質, コスト構造, 環境への影響, および産業用途.

1. 基本を処理します: シェルの成形と砂鋳造の仕組み

シェルモールディングとサンドキャスティングの違いを本当に理解する, 各プロセスが金型をどのように形成するかを調べることが不可欠です, 溶融金属を処理します, 完成した部品を抽出します.

どちらも耐火物として砂に依存しています, 彼らの カビの構築方法-薄い, 樹脂が硬化したシェルとバルク詰め砂 - 精度の非常に異なる結果を作成します, 効率, とスケール.

シェルモールディングキャスティングとは何ですか?

1940年代に発明されました, シェルモールディングキャスティング 本質的には砂鋳造の精密バージョンです.

使用します 細かい樹脂でコーティングされた砂 それは薄いものに結合します, 加熱された金属パターンにさらされたときの強いシェル. 2つの硬化したシェルの半分が結合されて金型が形成されます.

薄いシェルは、より良い寸法精度と滑らかな表面を提供します, 凝固後に壊れやすいですが.

コアステップ:

1. パターン準備: 金属パターン (通常、アルミニウム, 鋼鉄, または鋳鉄) 180〜250°Cに加熱されます.
   砂鋳造パターンとは異なり, シェルモールディングパターンは、多くの場合、片面です (型の半分を形成します) 詳細なレプリケーションを確保するための精密機械加工を特徴とします.
2. 砂コーティング: 加熱されたパターンが浸されます, スプレー, またはのベッドに置かれます 樹脂でコーティングされた砂 (シリカ砂と2〜5％の熱硬化性樹脂, 例えば。, フェノール樹脂, そして触媒).
   樹脂は、ホットパターンと接触すると溶けます, 薄いシェルを形成するために砂粒を結合します.
3. シェルフォーメーション: パターンが回転または揺れて、余分な砂を除去します, 均一なシェルを残します (3–10 mm厚) パターンを順守します.
   シェルは30〜120秒間硬化します (パターンの熱を介して) 樹脂が架橋するまで, シェルを硬化させます.
4. 金型アセンブリ: 2つの硬化したシェル (1つは上部の「コープ」と1つは下部の「ドラッグ」) 一緒に固定されています. 内部空洞 (例えば。, 穴, 通路) 事前に形成された樹脂でコーティングされた砂コアを使用して作成されます.
5. 注ぐ: 溶融金属 (例えば。, 延性鉄, ステンレス鋼) ゲートを介してシェルキャビティに注がれます.
   薄いシェルは、急速な熱伝達を保証します, 固化を加速します (1 - 小さな部品の場合は5分).
6. シェル除去: 固化後, 脆い樹脂シェルは壊れています (振動または機械的ショックを介して) キャスティングを抽出します.
   大規模なシェイクアウトは必要ありません, シェルが小さな断片に崩れながら.

機能の定義: Shell mold casting produces a 軽量, 寸法安定したカビ 優れた表面のディテールで.

バルクサンドを最小限に抑えると、廃棄物が減少し、精密な製造をサポートします.

砂鋳造とは何ですか?

最も伝統的で汎用性の高い方法, 砂鋳造, シリカ砂の混合物を使用します, 粘土バインダー (ベントナイトのように), 水, および添加物.

砂は再利用可能なパターンの周りに圧縮され、型を形成します. 溶融金属が注がれて固化した後, 型は壊れてキャスティングを取り戻します.

中空セクションにはコアを追加できます. 砂はしばしばリサイクルされます, ただし、エネルギー集約的な埋め立てが必要です.

緑の砂鋳造 (濡れた砂の鋳造)

1. 金型作り: シリカ砂には3〜5％の粘土と混合されています (バインダー), 2–4％の水, および添加物 (例えば。, 金属浸透を減らすための石炭粉塵).
   この「緑の砂」はパターンの周りに詰め込まれています (木材, 金属, またはプラスチック) フラスコで (剛性フレーム) コープとドラッグを形成します.
2. パターン除去: パターンは砂から引き出されます, 空洞を離れる. ドラフト角度 (1–3°) 除去中に砂の損傷を防ぐために必要です.
3. コア配置: 砂コア (強度のために樹脂結合砂で作られています) 内部機能を作成するためにキャビティに挿入されます.
4. 注ぐ: 溶融金属 (例えば。, 灰色の鉄, 炭素鋼) スプルーとランナーシステムを介して金型に注がれます.
   緑の砂型は透過性が高くなっています, 注ぐときにガスが逃げることができます.
5. シェイクアウト: 固化後 (10–60分小さな部品, 大きな部品の時間), フラスコが開いています, そして、鋳造は砂を振動または爆破することによって抽出されます.

樹脂の砂鋳造 (ドライサンドキャスティング)

緑の砂の粘土水バインダーが合成樹脂に置き換えるより正確なバリアント (例えば。, フラン樹脂).

樹脂の砂は熱または触媒で硬化しています, より硬いものを作成します, より寸法的に安定したカビ. これにより、砂の膨張が削減され、表面仕上げが向上しますが、コストが増加します.

機能の定義: バルクの砂型が与えます パートサイズの比類のない柔軟性 - 小さなブラケットから数百トンの重量のプロペラを出荷する.

しかし, the softer mold walls and thermal expansion make sand casting less precise than shell mold casting.

2. カビの特性: 強さ, 表面仕上げ, および透過性

金型の材料と構造は、鋳造品質に直接影響します. シェルモールディングと砂の鋳造は、強度が大きく異なります, 表面仕上げ, 寸法精度, および透過性.

カビの材料と強度

• シェルモールディングキャスティング: 高強度樹脂シェルは、高圧金属注入下でも崩壊を防ぎます. 最小限の熱膨張により、寸法の安定性が保証されます.
• 緑の砂鋳造: 低強度には慎重な取り扱いが必要です; 砂の膨張は、「かさぶた」や表面の不規則性などの欠陥を引き起こす可能性があります.
• 樹脂の砂鋳造: 中程度の剛性と柔軟性を組み合わせます, 緑の砂よりも優れています, しかし、バルクサンドは究極の精度を制限します.

表面仕上げと寸法精度

表面仕上げと公差は、キャスティング後の機械加工コストを削減するために重要です:

• シェルモールディング 鋳造: 樹脂シェルの滑らかな内面 (加熱された金属パターンから複製) 化粧品または非批判的な表面の機械加工の必要性を排除する.
  厳しい許容範囲 (例えば。, aの±0.2 mm 50 mmパーツ) ギア歯のような精密成分に理想的にしてください.
• 緑の砂鋳造: ラフな表面仕上げ (砂粒のサイズが原因で, 〜0.1〜0.5 mm) カビの柔軟性には、重要な表面に1〜3 mmの機械加工手当が必要です.
• 樹脂の砂鋳造: 緑の砂の上で改善されましたが、シェルモールディングの精度と一致することはありません。 (まだ〜0.1 mm) 表面の滑らかさを制限します.

透過性とガス避難

透過性 (ガスが逃げる能力) 鋳物の多孔性を防ぎます:

• シェルモールディング 鋳造: 中程度の透過性 (100–200パーマユニット) 樹脂結合により, 砂の毛穴を部分的に密封します.
  ガスの閉じ込めを緩和する, シェル型には小さなベントホールが含まれており、しばしばガスの脱出を可能にするためにゆっくりと注がれます.
• 緑の砂鋳造: 高い透過性 (300–500パーマユニット) 粘土水バインダーから, 相互接続された細孔を作成します.
  これにより多孔性が低下しますが、「砂の包含」につながる可能性があります (鋳物に埋め込まれた砂粒子) 型が適切に圧縮されていない場合.
• 樹脂の砂鋳造: 低透過性 (50–150パーマユニット) 樹脂結合により, 通気口が慎重に設計されていない限り、ガス気孔率のリスクを高める.

3. 鋳造可能な素材と一部の適合性

シェルモールディングと砂の鋳造は、金属との互換性が大きく異なります, 合金, および部分的なジオメトリ.

互換性のある金属と合金

両方のプロセスが処理されます 灰色/延性鉄, 炭素/低合金鋼, ステンレス鋼, アルミニウム, 銅塩基合金, などなど.
シェルは乾燥しています, 硬いカビは、鋼/鉄で侵食に抵抗します; 緑の砂はコストと熱的な考慮事項のためにアルミニウムに人気があります.

部品サイズ, 複雑, と体重

• シェルモールディングキャスティング: 複雑な生産に優れています, 自動車用品ボックスなどの薄壁部品, バルブボディ, タービン成分, および小さな産業機械.
  その薄いシェル型により、材料の使用を減らし、細かい特徴の正確な複製を可能にします.
• 砂鋳造: 大規模に最適です, 重い, または、マイニングトラックフレームなどの厚壁コンポーネント, エンジンブロック, および産業用ハウジング.
  砂の流れと熱保持の制約により、細かい細部または薄い壁を再現する限られた能力.

4. 生産性, 料金, と経済学

シェル成形と砂の鋳造の選択は、生産量の影響を大きく受けます, 部品サイズ, コストの制約.
両方のプロセスには、優先度が速度であるかどうかに応じて明確な利点があります, 精度, または経済.

生産性とサイクル時間

分析:

• シェル型鋳造: 自動化されたプロセス - ロボット浸漬, シェル硬化, アセンブリ - 小規模部品の迅速な生産.
  薄いシェルの急速な固化により、サイクル時間がさらに短縮されます, 大量のランニングに最適です (10,000+ 部品/年).
• 緑の砂鋳造: 手動型の準備, パターン除去, そして、シェイクアウト制限スループット. 低から中程度の生産量に最適です (数百から数千の部品).
• 樹脂の砂鋳造: 緑の砂よりも寸法の安定性が向上します, しかし、より遅い硬化と取り扱いは速度を低下させます. 中容量生産に適しています (5,000–10,000部品/年).

料金: ツーリングとパートごとの経済学

分析:

• シェル型鋳造: 高価な金属パターンのために、前払い投資は高くなります, しかし、耐久性 (>100,000 サイクル) 自動化は大量生産量のパートあたりのコストを大幅に削減します.
  砂の廃棄物を最小限に抑え、再現性が高くなり、さらに経済的効率が向上します.
• 緑の砂鋳造: 低コストのパターンとセットアップは、小規模な生産の実行を支持します. しかし, 高い労働需要, 材料廃棄物, サイクル時間が長くなると、中程度のランニングでのパーツあたりのコストが上昇します.
• 樹脂の砂鋳造: ツールコストとパートごとの効率のバランスを提供します.
  樹脂結合砂は、緑の砂よりも良い表面仕上げと寸法制御を提供します, しかし、より高い材料コストが非常に大量生産のコストの利点を制限します.

5. 品質と欠陥率

キャスティング品質は依存します 内部多孔性, 表面の完全性, および機械的特性の一貫性.
シェルモールディング対砂の鋳造症状のカビの剛性による顕著な違い, 冷却速度, および物質的な相互作用.

気孔率と内部欠陥

分析:

• シェルモールディングキャスティング: 薄い, 樹脂結合したシェルは急速に涼しくなります, 収縮空洞を最小化します.
  カビの剛性は砂の閉じ込めを防ぎます, およびベントデザインはガスの気孔率を制御します. 最小限の内部欠陥が重要な精密部品に最適.
• 緑の砂鋳造: バルクサンドは、冷却中に予測不可能に縮小し、契約します.
  カビの空洞のゆるい砂は包含のリスクを高めます, 厚いセクションは、欠陥を縮小する傾向があります. 多くの場合、追加の機械加工または検査が必要です.
• 樹脂の砂鋳造: まとまりのある樹脂砂は寸法の安定性を改善し、緑の砂と比較して砂の包有物を減らします, しかし、ガスの多孔度は、大きなまたは複雑なセクションでまだ発生する可能性があります.

機械的特性

分析:

• シェルモールディングキャスティング: 薄いシェルを通る迅速な冷却は罰金を生み出します, 均一な微細構造, 引張強度の向上, 硬度, と延性.
  機械的特性の一貫性により、それが適しています 安全性が批判的なコンポーネント 自動車サスペンションや航空宇宙部品のように.
• 砂鋳造: もっとゆっくり, バルク冷却は、より粗い粒子と不均一な固化を促進します, 強度と伸長の変動につながります.
  しばしば部品が必要です キャスティング後の検査と選択的加工 仕様を満たすため.
• 樹脂の砂鋳造: 機械的特性は、緑の砂鋳造よりも均一です, しかし、より大きなセクションでの熱散逸が遅いことは、穀物サイズと局所的な多孔性の変動を引き起こす可能性があります.

キーテイクアウト

• シェル型鋳造: に最適です 精度, 高強度, 低ディフェクトコンポーネント. 迅速な冷却と剛性カビは、最小限の多孔性と一貫した機械的特性を確保します.
• 緑の砂鋳造: に最適です 大きい, 単純な部品 絶対的な精度がそれほど重要ではない場合. より高い欠陥率と可変特性は、検査と機械加工を必要とします.
• 樹脂の砂鋳造: 中間地面, 提供 表面仕上げの改善と欠陥の減少 緑の砂と比較して, 中程度複合部品に適しています.

6. アプリケーション: シェルモールディングと. 砂鋳造

シェルモールディングキャスティング

シェルモールディングキャスティングは、通常、高精度を必要とする業界で使用されます, 複雑なジオメトリ, および薄壁コンポーネント. その主なアプリケーションには含まれます:

• 自動車 コンポーネント: ギア, ギアボックスハウジング, 複雑な形の小さなエンジン部品.
• 精密機械と工具: 備品, ジグ, および高精度の機械部品.
• 航空宇宙および高性能機器: 小さなタービンブレード, ブラケット, および構造コンポーネント.
• 油圧および流体システム: バルブボディ, ポンプハウジング, そして小さな複雑な通路.

重要な機能: 薄い壁を有効にします (2–3 mm), 細かい表面仕上げ, 緊密な寸法公差, そして、単一の操作で複雑な内部パッセージをキャストする能力.

砂鋳造

砂の鋳造はより大きく好まれています, 強度と体積が極端な精度を上回る厚い壁の部分. 典型的なアプリケーションには含まれます:

• 重機と鉱業機器: 大きなフレーム, ハウジング, および構造コンポーネント.
• エンジンおよび工作機械コンポーネント: エンジンブロック, シリンダーヘッド, と機械ベッド.
• 工業用ポンプとバルブ: ポンプケース, バルブボディ, とフランジ.
• 鉄および鋼の構造鋳物: 建設用のコンポーネント, マテリアルハンドリング, および大規模な産業システム.

重要な機能: 大きくて重い部品を収容します (1 kg – 100+ kg), 中程度の複雑さ, 費用対効果の高いツール, 鉄と非鉄合金の汎用性.

7. 選択基準: シェルモールディングとサンドキャスティングの選択

間に選択します シェルモールディング vs 砂鋳造 を含む複数の相互に関連する要因に依存します 部分ジオメトリ, 材料, 公差, 生産量, コスト.

選択のバランスが取れているはずです 技術的要件 と 経済的な実現可能性.

主要な決定要因

8. 結論

シェルモールディングと砂鋳造は補完的なプロセスです, それぞれが明確な製造ニーズに最適化されています.

シェルモールディング鋳造は、大量の鋳造のための明確な選択です, 緊密な許容範囲を必要とする精密部品, 滑らかな表面, 一貫した機械的特性 - パートあたりの費用の削減と機械加工の削減のために、より高いツールコストを取引する.

砂鋳造, 対照的に, 低から中程度のボリュームを支配します, 大きい, コストとサイズが精度を上回る厚壁コンポーネント - 柔軟性と低い前払い投資を拡大する.

2つの間の決定は、「より良い」という問題ではなく、「より良い」という問題です。

プロセス機能を部品要件に合わせます (音量, サイズ, 複雑, と素材), メーカーは品質を最適化できます, 料金, そして生産性.

鋳造技術の進歩に伴い、シェルモールディングキャスティングで3Dプリントされたパターンと砂の鋳造を採用して、欠陥予測のためにAIを統合します - 両方とも、産業製造において重要な役割を果たし続けるでしょう.

FAQ

シェルモールディング鋳造は大きな部品を生成できます (例えば。, 50 kg)?

a: いいえ - シェル型は薄いです (3–10 mm) そして、大規模なサポートをするための剛性がありません, 重金属ボリューム. 部品以上 20 注入中にkgリスクシェルが崩壊します.

Is sand casting cheaper than shell mold casting for small parts?

a: はい - ボリュームが少ない場合 (<15,000 部品). 砂鋳造のツールコストが低い ($500 - $ 10,000) より高い部分あたりのコストを上回ります, シェルモールディングの高価なツール ($10,000+) 大量に正当化されます.

どのプロセスがステンレス鋼の鋳物に適していますか?

a: Shell mold casting—its resin shell prevents sand-metal reactions (例えば。, クロムの枯渇, これにより、耐性抵抗が低下します) 均一な微細構造を保証します.

緑の砂の鋳造リスクステンレス鋼の汚染と多孔性.

シェルモールディング鋳造は緑の砂を使用できます?

a: いいえ - シェルモールディング鋳造には、硬質の殻を形成するために樹脂でコーティングされた砂が必要です. 緑の砂 (粘土水バインダー) 薄くするための強さがありません, 自立したシェル.

各プロセスのパターンの典型的な寿命は何ですか?

a: シェルモールディングパターン (金属) 最後 100,000+ サイクル; 緑の砂のパターン (木材) 最後 <1,000 サイクル; 樹脂の砂パターン (金属/木) 最後の10,000〜50,000サイクル.