人々は何世代にもわたって砂型鋳造を使用してきましたが、今日でも鋳造部品を製造するために最も頻繁に使用されるプロセスの 1 つです。製造業者は、他の有益な特性の中でも特に、その汎用性、費用対効果、および高温に耐える能力を高く評価しています。このガイドでは、サンド キャストの方法と、鋳造プロジェクトでサンド キャストを選択するタイミングについて説明します。
サンドキャスティングとは？
金属部品や要素のメーカーは、鋳造を使用して製品を作成することがよくあります。鋳造は、溶融金属または金属合金を砂で作られた事前形成された型に注ぎ、内部の空洞を満たし、金属を冷却させるプロセスです。金属が再固化すると、メーカーは鋳造部品の周りから砂 (型) を取り除き、成形されたオブジェクトの正確なレプリカを残します。
金型を作成するにはいくつかの方法がありますが、さまざまな業界で最も広く使用されているのは、砂型鋳造とも呼ばれる砂型鋳造です。サンドキャスティングは、砂型を使用して溶融金属合金を製品に成形する方法です。高度にカスタマイズ可能なプロセスを提供し、メーカーは、数オンスの合金を使用する小さな部品から数トンの重さの大きな部品まで、あらゆるサイズの金属部品を作成できます。
このプロセスにより、メーカーはほぼすべての金属合金材料から多種多様な製品を作成することもできます。したがって、砂型鋳造は、複雑な形状の型を作成するための優れた方法です。
使用される砂と砂の混合物の種類
シリカベースの砂は、砂型鋳造で使用される最も一般的なタイプですが、他の種類も使用できます.シリカ砂やその他の成形品は、特に粒子が細かく密集しているため、ムラや傷のない滑らかな表面を提供します。
成形プロセスに理想的な砂は、大きな機械的応力がかかった場合でも構造的完全性を維持する必要がありますが、鋳造中にガスや蒸気を金型から逃がすのに十分な多孔性を維持する必要があります。また、バランスの取れた水分含有量も必要です。砂の水分含有量が少ないと、砂が壊れたり割れたりして、型が壊れる可能性があります。砂の水分が多すぎると、ガスや蒸気の泡が型に閉じ込められ、適切に逃げることができなくなります。
砂が鋳型としてどれだけうまく機能するかを決定する主な要因のいくつかは、砂粒のサイズと形状です。さらに、砂の耐火強度または極度の熱に対する耐性、および外力でどのように崩壊するか、再利用および調整機能を考慮する必要があります。
使用されるさまざまなタイプの砂混合物は、通常、砂を一緒に保持する結合剤によって分類されます。最も一般的な種類には、生砂、ケイ酸ナトリウム、レジンサンドなどがあります。
サンドキャスティングプロセス
砂型鋳造は比較的簡単なプロセスですが、それでも時間、準備、精度が必要です。砂型鋳造プロセスの手順は次のとおりです。
1.準備
キャスティングを開始する前に、必要な物資をすべて集めて作業スペースを準備することが重要です。最も重要な要素は、選択した砂とバインダーの種類です。用途に最適な砂の種類を決定するとともに、型の形状を作成する必要があります。鋳造工程を経た後、金型の周りから簡単に外せる金型を作成することが不可欠です。これはほとんどのプロジェクトに影響しない可能性がありますが、ケーシングの複雑さを制限する可能性があります.
成形プロセスの準備として、メーカーは次のような必要なすべてのツールを事前に収集する必要があります。
- 適量の鋳物砂
- オブジェクトのモールド
- 金属合金を溶かす窯またはオーブン
- 溶銑を型に流し込むための柄杓
- 溶ける金属合金のブロック
- 砂型を割るためのハンマー、マレット、またはその他のツール
必要な砂と金属合金の量は、作成する型のサイズによって異なります。必要な材料を集めてワークスペースを準備したら、鋳造プロセスを開始する準備が整いました。
2.フォームへの入力
オブジェクトと鋳造フォームがすべて揃ったら、砂で型を作成することができます。このステップでは、製造業者はオブジェクト フォームに砂を注ぎ、否定的な印象を作成します。これを削除すると、金属合金の型になります。金型がきれいで、砂の印象の形に影響を与える可能性のある破片がないことを確認してください。
砂を流し込むときは、型に隙間ができないように、すべての領域、尾根、形状を埋めるために砂を継続的に詰めることが重要です。隙間が残っていると、溶けた金属が隙間に流れ込み、鋳物の形状を台無しにします。砂の層も、溶融金属物質にさらされて割れたり燃えたりするのに十分な厚さであることを確認してください。
砂を入れて詰め終わったら、固まるまで置いておきます。凝固プロセスの長さは、金型のサイズによって異なります。
3.金型の取り外し
砂型が固まったら型から外します。プロセスのこの部分には精度が必要です。詰め込まれた砂は、その形状を維持するのに十分な硬さがありますが、衝撃や外力があれば、割れたり壊れたりするのに十分です.カビが特に大きい場合や扱いにくい場合は、他の人に手伝ってもらうとよいでしょう。
まず、砂が動かなくなるほど固まっているかどうかを確認します。十分にセットされていないと、型を外そうとしたときにバラバラになったり、割れたりする可能性があります。型を取り外すには、型の下半分 (ドラグと呼ばれます) をハンマーまたはマレットで叩いて内側の型から緩め、ゆっくりと裏返し、安全な場所に置きます。コープと呼ばれる型の上半分に対してこのプロセスを繰り返します。
4.金型の組み立て
金型がうまく取り外せたら、組み立ての準備は完了です。組み立てる前に、溶融金属を充填する予定の内側のフォームがきれいで梱包されていることを確認してください。ゆるい砂や破片が含まれていると、キャスティングに悪影響を及ぼす可能性があります。表面ができるだけ滑らかになるように、軽く掃除してください。
また、鋳型が均一で不完全でないことを確認するために、印象は互いに整列している必要があります。コープを合わせてドラッグし、しっかりと結びます。
5.溶湯を流し込む
砂型を鋳造する準備ができたら、金属合金を溶かし始めることができます。金型に溶融金属を充填することは危険な場合があり、このプロセスの前と最中に適切な安全対策を講じることが不可欠です。金属を注ぐ人は、ブーツ、耐熱手袋、耐熱長袖コート、顔面シールド、目の保護具などの保護具を着用する必要があります。
つまずいたり滑ったりする可能性のある危険や、邪魔になる可能性のある障害物をエリアから取り除きます。金型が安定した水平な位置にあることを確認して、適切に設定してください。次に、取鍋に溶湯を満たし、慎重に金型に運びます。溶けた合金を外側の表面にこぼさないようにゆっくりと砂型に注ぎます。複数回の注湯では異なる速度で金属が冷却され、鋳造に欠陥が生じる可能性があるため、正確さが不可欠です。注湯プロセスには圧力がかからず、溶融金属が型に注がれる際に重力がすべての作業を行います。
6.型を割る
金属が完全に冷却され固化したら、金型を割って開けます。冷却時間は、作成するアイテムのサイズと使用する合金によって異なります。ハンマー、マレット、または内部のオブジェクトを損傷しないその他のツールを使用して、砂型を割って開きます。内部に金属製の物体が残ります。クラッキングの過程で製品を損傷しないように注意してください。
7.成形品の焼き入れ
金属製の物体は固まってもまだ熱くなっている可能性が高いので、保護されていない状態で触れないようにしてください。冷やすには、ペンチを使って持ち上げ、冷たい水の入った容器で急冷するか、金属製の物体が大きすぎて持ち上げられない場合は、金属製の物体に水を注ぐことができます。
金属が完全に冷めて扱いやすい状態になったら、傷や欠陥がないか検査し、必要に応じて調整します。
サンドキャスティング製品
砂型鋳造プロセスの汎用性により、膨大な範囲の金属製品とコンポーネントを作成するために使用されます。 これらのコンポーネントは、さまざまなアプリケーションや業界で使用されています。 ほとんどすべての構造用金属部品は、砂型鋳造を使用して製造できます。 それらのいくつかは次のとおりです。
- ピストンとバルブ
- カム、ベアリング、ブッシング
- 送風機と羽根車
- 電子装置
- 電気接点部品
- エンジンブロック
- 医療機器
- ポンプとポンプハウジング
- パイププラグとフィッティング
- レバーアームとプーリー
- 砂型鋳造を使用する産業
砂型鋳造部品を使用する業界には、次のようなものがあります。
- 航空宇宙
- 農業
- 自動車
- 医学
- 水ろ過
- 防衛
- マリン
- 鉱業
- 製造業
- エネルギー生成
- 動力伝達
砂型鋳造の利点
砂型鋳造は、多くの利点があるため、世界で最も広く使用されている鋳造プロセスの 1 つです。砂型鋳造アイテムの主な利点には次のようなものがあります。
- 汎用性: サンド キャスティングは、小さくて単純なオブジェクトから大きくて複雑なオブジェクトまで、幅広い製品を作成するのに役立ちます。注ぐことができる限り、ほとんどすべての金属合金で機能します。ツールの変更も比較的簡単で費用対効果が高い傾向があるため、砂型鋳造は試作段階や生産の初期段階に理想的です。
- 複雑さ: 砂型鋳造では、非常に複雑な部品を製造できます。複数の部品から砂型鋳造型を作成し、穴、アンダーカット、突起、および内部チャネルを備えたオブジェクトを作成できます。
- 精度: 砂型鋳造プロセスは非常に正確であることが多く、正確な仕様に合わせてオブジェクトを確実に製造できます。ただし、金型は鋼ではなく砂でできているため、砂型鋳造はダイカストほど正確ではありません。
- 機器と工具のコストが低い: 機器のコストと工具のコストは通常、低くなっています。プロセスは比較的短く、パターンは何度も使用でき、ツールの変更は通常比較的簡単です。これらすべてがコスト削減につながります。
- 速度: 金型を作成するためのリード タイムは、ツールや金型の修正に必要な時間と同様に、比較的短いです。この利点は、短期間の生産に特に役立ちます。
- リサイクル性: 鋳物砂はリサイクルが容易で、通常、多くの生産サイクルで使用されます。これにより、砂型鋳造はより環境にやさしく、コスト削減に役立ちます。
- 高温に耐える能力: 鋳造砂は非常に高い温度に耐えることができるため、砂型鋳造は、鋼、チタン、ニッケルなどの特に融点の高い金属に利用できる数少ないプロセスの 1 つになっています。
サンドキャスティングのその他の考慮事項
他の製造プロセスと同様に、砂型鋳造には、砂型鋳造がプロジェクトにとって正しい選択であるかどうかを判断する際に考慮しなければならない特定の要因があります。これらの考慮事項は次のとおりです。
- 気孔率: 砂型鋳造では、他の鋳造プロセスよりも高いレベルの気孔率が金属に生じる可能性があります。プロセス全体でガスが金属を通って上昇するため、多くの場合、気孔率は物体の表面で最も顕著になります。プロセスを開始する前に、プロジェクトの気孔率の許容レベルを決定する必要があります。必要に応じて、樹脂含浸を使用できます。この場合、樹脂がキャスティングに引き込まれ、細孔が埋められます。
- 表面の介在物: 鋳造プロセス中に、溶融金属が遊離した砂を拾い上げ、その結果、表面材料に砂粒の形で介在物が生じます。これらの介在物が許容されるかどうかはプロジェクトによって異なります。表面に砂粒がないようにする必要がある場合は、取り代を指定するときにこの問題を考慮する必要があります。
- 人件費が高い: 砂型の作成と鋳造部品の洗浄には、のこぎりで行う必要がある多くの手順が含まれます。このプロセスは非常に労働集約的です。ダイカストははるかに迅速で、通常は部品価格がさらに低くなります。
- 洗浄と二次加工の必要性: 砂型鋳造プロセスに続いて、表面仕上げを洗浄する必要があります。公差の小さいプロジェクトでは、二次加工が必要になる場合があります。公差が厳しい場合、砂型鋳造は常に機械加工する必要があります。これは、より厳しい公差を維持できるダイカストとは異なります。その結果、ダイカスト部品の価格は砂型鋳造部品の価格よりも低くなります。
- 数量: サンド キャスティングは、年間数百から約 1,000 個の範囲の少量部品に最適です。新製品の量が少ない場合、砂は最初の鋳造プロセスとして適していますが、量が増えると、その部品はダイカストの候補になる可能性があります。
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