金属鋳造のしくみ

金属鋳造とは

金属鋳造は、古くからある近代的なプロセスですが、そのルーツは古くからあります。 鋳造プロセスでは、溶融金属を鋳型の空洞に流し込み、そこで冷却して、後に鋳型から取り出すことによって、金属の形状を形成します。 鋳造は、歴史上最も古く、最も影響力のある工業プロセスであることは間違いない。 自動車部品、電車の車輪、街灯、スクールバスのペダルなど、私たちの日常生活で使われている多くの金属製品を作るのに使われている。 さらに、金属鋳造鋳物工場は、原材料のコスト効率のよい供給源として金属のリサイクルに依存しており、埋立地になる可能性のある無駄な金属くずを大幅に削減しています。

金属鋳造の歴史

最も古い金属鋳物は、銅がよく使われていた紀元前3200年のメソポタミアで作られたと考えられている銅製のカエルのものです。 その後、紀元前2000年頃、鉄が発見された。 しかし、中国で初めて鋳鉄の生産が開発されたのは、紀元前700年頃であった。 興味深いことに、砂型鋳造法も紀元前645年に中国で発明された。

るつぼ法というのは、高級鋼や工具鋼を作るための技術で、紀元前1千年初頭から世界各地に現れては消えていった。 まずインドと中央アジアに出現し、800年頃に北ヨーロッパに現れ、バイキングの剣の製造に使われた。 その後、1750年にベンジャミン・ハンツマンが英国でこの技術を再発明するまで、この技術は再浮上することはなかった。 ハンツマンは、炭素鋼の小片を密閉されたるつぼの中で加熱した。るつぼとは、高熱に耐えられる耐火性のあるセラミック製の鍋である。 ハンツマンは、初めて鋼鉄を溶かすのに十分な高温を達成した。

過去数千年にわたり、金属を鋳造して使用可能なオブジェクトにすることは、より正確で自動化されたものに進化してきましたが、その核となるプロセスは本質的に変わりません。 ジェネラル・キネマティックスのVIBRA-DRUM® Sand Casting Conditionerのような鋳造工程の自動化における革新は、大量の鋳物の処理を容易にし、鋳物の品質を向上させた。 この機械は、鋳造用途の大量鋳型と砂の処理において革命的です。

金属鋳造プロセス

  1. パターン製作-パターンは、鋳物の外観を模したものです。 パターンは通常、木、金属、プラスチック、または石膏で作られます。 パターンメーキングは、部品がフィットして一緒に機能するために正確な計算が必要な工業部品製造において、非常に重要である。
  2. 中子作り-鋳物が中空の場合、砂や金属(中子と呼ばれる)を追加して内部の形を整え、中空を作ります。 中子は一般的に丈夫でありながら折りたたみ可能なので、完成した鋳物から簡単に取り外すことができる。
  3. 造形-これまでの金属鋳造のプロセスをイメージするために、自分が海岸を海に向かって歩いているところを想像してみてほしい。 濡れた砂の上に残る足跡を見てください。 自分の足が芯になり、砂に残る印象が自分の足の型になります。 鋳造は、鋳型の周りに鋳物砂を使って何段階もの工程を経て形成されます。 鋳造では、フラスコと呼ばれる枠の中に鋳型を収めます。 この枠の中に生砂、つまり鋳物砂を型紙の周りに詰めていきます。 これを金属砂鋳造という。 砂がしっかり詰まれば、パターンを取り出して鋳物を残すことができる。 また、2ピースで壊れない金型を作り、その金型を繰り返し使って工業用に同じ部品を鋳造することもできる。
  4. 溶融金属の溶解と注入-金属を溶かした後、金型のキャビティに流し込み、そのまま固化させる。 凝固したら、鋳型に振動を与えて砂を落とす「シェイクアウト」の工程に入る。 工業用途では、当社の2マスシェイクアウトのような装置が効率的でスムーズな動作を実現し、高い生産性を維持します。 除去された砂は回収され、冷却された後、再び鋳造に使用されます。 VIBRA-DRUM® Sand Casting Conditionerは、砂と鋳物を除去・冷却して水分を蒸発させ、この工程で起こりがちな鋳物の損傷を軽減することで、鋳物から砂を分離するこの工程を改善することができます。 最終的には、きれいな鋳物と砂を再生するための準備が整います。
  5. 洗浄-この最終工程では、鋳造された金属オブジェクトが型から取り外され、次に矧ぎ合わせが行われます。 矧ぎ合わせの間、対象物はあらゆる成形材料から洗浄され、粗いエッジが取り除かれる。

Modern Day Castings

今日、自動車から洗濯機まで、私たちが使用するほとんどすべての機械装置は、鋳造プロセスで作成された金属部品を使用して製造されています。 100年前と現在の鋳物製品の違いは、コンピュータによる自動設計と、細密な中子や鋳型の製造方法による精度と公差の違いである。

何世紀にもわたって、さまざまな種類の金属を製造するために、原材料のさまざまな組み合わせが開発されてきました。 鋳造品の中には、熱や冷気に対する高い耐性を必要とするエンジンに使用されるものがあります。 鋳鉄製のパイプは、腐食や高圧に耐える必要があります。 また、軽量でありながら耐久性が求められる鋳造部品もあります。 多くの用途で、部品は膨張と収縮の間の精密な公差を許容するように設計されています。

その他の鋳造工程には、石膏鋳造、ダイカスト、インベストメント鋳造がある。 石膏鋳造は、砂を石膏型に置き換えるだけである。

ダイカストでは、2つの大きな、動く非鉄金属部品を高圧で挟み込む必要がある。 溶融金属は金型に注入され、金属部品は固まると分離されます。

インベストメント鋳造のプロセスは、金型に蝋を充填することから始まります。 ワックスが固まると、セラミック材料で何度もコーティングされる。 これを、ワックスが溶けてセラミック製の型が残るまで加熱します。 この鋳型に溶融金属を充填し、冷却した後、セラミック材料を割る。

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