大型精密鋳造品のインベストメント鋳造法に関する研究
2026,02,04
概要:ロストワックス鋳造としても知られるインベストメント鋳造は、機械加工代を最小限またはまったく行わずに、最終形状に非常に近い精密で複雑な部品を製造できる高度なニアネットシェイププロセスです。シリカゾル精密鋳造は中小型部品（重量0.05～30kg）の量産に適しています。当社はシリカゾル精密鋳造を専門に行っており、標準品は重さ0.3～5kg、最大生産能力は35kgです。当社は、特殊な生産設備を使用して重量 50kg を超える製品の生産を試験的に開始することに成功しました。
キーワード：大型鋳物、精密鋳造、特殊補助具
1. 製品紹介:本製品は、CF8M 鋼製、重量 57.2kg、全肉厚 8mm の船舶用熱交換器用プラグです。当初のプロセスでは、鋼板を打ち抜き、成形し、その後、鋼板を溶接して管を形成することが必要でした。この方法は生産効率が低く、製造工程が複雑でコストが高く、高価な探傷が必要でした。さらに、良好な表面仕上げを実現するには表面処理が必要であり、寸法精度が用途要件を満たしていませんでした。新精密鋳造法により、高価な溶接コストが不要となり、要求される寸法精度を満たし、表面粗さRa6.3以上を実現し、お客様のご要望に応えます。
2. 試作の流れ
1) 金型の製作:金型は 1 つの鍛造アルミニウム 6061 から作られます。金型の寸法はおよそ: 長さ × 幅 × 高さ = 650mm × 650mm × 420mm です。上部コアは空気圧で除去されます。
２）モジュール： ２０トンのシングルステーションワックス射出機を使用し、射出温度５２℃、射出圧力３．５ＭＰａ、射出時間２０分、その後３分間の保圧でワックス射出を行う。ワックス射出機に取り付けられた電動ホイストは型開きを補助するために使用され、ワックス金型は水冷されます。ワックスパーツの反転プロセス中、および成形および組み立て中、底部はスポンジで支えられています。ツリーの組み立て時には、ツリー組み立てブラケットをサポートに使用し、接着ワックスを使用して接着します。モールドヘッドの上部は 4 つの補助昇降プラットフォームで強化されており、モジュール全体の昇降強度が向上しています。
3) シェルの製造:シェルは 8 層で構成されます: ジルコン砂の表層、50 ～ 100 メッシュのムライト砂の遷移層、30 ～ 60 メッシュのムライト砂の裏面層 (1 層)、および 16 ～ 30 メッシュのムライト砂の 5 層。各層の乾燥には 24 時間かかります。 5層目以降はワイヤーメッシュで補強します。従来のシェルの製造では、雨または沸騰した砂を適用することにより、スラリーを手動で適用する必要があります。ただし、製品が大きいため、手動での操作は困難です。この問題を解決するために、当社はスラリー塗布用の可動式外殻成形補助台車を開発しました。このトロリーは高さを調整するために上げ下げすることができ、両方向に360度回転できるため、作業者の労働力が大幅に軽減されます。さらに、シェル内部のブラインドチャンバーは、内部キャビティの乾燥不良を防ぎ、シェルの洗浄プロセスを簡素化するために、4 層の後に乾燥砂で満たされています。乾燥方法は指向性乾燥チャンバー懸濁乾燥で、シェルの内部空洞の乾燥を促進します。
脱ロウは電気蒸気脱ロウケトルを使用し、炉ごとに 1 台のケトルを使用し、脱ロウ時間は 15 分です。
４）シェル焼成：ガス焼成炉を用いて、１１２０℃で１．５時間シェル焼成を行った。シェルの重量により、従来のフォークリフトによる積み込みおよび注入方法の実装は困難でした。試作時には、取り扱いを容易にするため、砲弾ごと炉内に装填する砲弾焼成治具（50×50mmの鋼板を溶接）を設計しました。積み込みと積み降ろしは両方とも手動フォークリフトを使用して行われました（高温による変形を防ぐために、フォークリフトの歯にはあらかじめ耐火綿が巻かれていました）。
5）鋳造：鋳造プロセスはサブ鋳造を採用しています。製品全体の肉厚がわずか8mmであるため、金属を金型に完全に充填するために、鋳造温度は1680℃で高速鋳造されます。
6) 洗浄：後処理フローは、手動シェル振動→ショットブラスト→切断→研削→ショットブラスト→溶接修理→熱処理→ショットブラスト→酸洗→ショットブラスト→不動態化→機械加工→耐圧試験→検査→倉庫保管→梱包という通常のプロセスフローです。鋳物は重いため、研削プロセスを補助するために自作の電動ホイストが使用されます。洗浄工場での製品の回転はすべて回転カートを使用して行われます。
3. まとめ：シリカゾル法を用いた精密鋳造では、GB/T6414-1999のCT6グレード要件を満たす寸法精度とRa6.3の表面粗さを達成し、重量50kgを超える鋳物を製造できます。シェル製作時には専用の補助具を、金型の焼成時には補助治具を、洗浄時には吊り上げ具を使用することで作業者の労働力を軽減します。溶接品の一体鋳造により生産コストを削減します。鋳物の試作は完了しており、量産の準備が整いました。
