多くの場合、エンジニアは、緊密な許容範囲、複雑な幾何学、滑らかな仕上げを必要とするプロジェクトのエンジニアリング投資鋳造を選択します。このプロセスは、鋼や 投資投資鋳造合金。しかし、 エンジニアリング投資キャスティング コストが高く、リードタイムが長くなる傾向があります。以下の表は、に関連する主な利点と欠点の概要を示しています エンジニアリング精密投資鋳造:
| 利点 | 短所 |
|---|---|
| 高精度、複雑な形状、広い材料範囲 | 費用のかかるツール、複雑なプロセス、遅いターンアラウンド |
キーテイクアウト
- 投資キャスティング 複雑な形状と滑らかな表面を備えた正確な部品を作成し、余分な機械加工と時間を節約する必要性を短縮します。
- このプロセスは、小規模から中程度の生産の実行に最適ですが、コストがかかり、他の鋳造方法よりも時間がかかる場合があります。
- エンジニアは、いつ投資キャスティングを選択する必要があります 厳しい許容範囲、特別な資料、および詳細なデザインは、プロジェクトに不可欠です。
エンジニアリング投資のキャスティングとは何ですか？
基本的なプロセスの概要
投資キャスティング、紛失した鋳造と呼ばれることもありますが、詳細なプロセスを使用して正確な金属部品を作成します。これがどのように機能しますか:
- マスターパターンは、最終パートと正確に一致するように作られています。このパターンは、ワックスコピーの作成に役立ちます。
- ホットワックスがマスターダイに注入され、ワックスパターンを形成します。これらのパターンは、複数の鋳造用にグループ化できます。
- 各ワックスパターンは、セラミックまたはシリカのスラリーに浸されます。このステップは、強力な金型シェルを構築するために数回繰り返されます。
- ワックスは加熱することで溶け、中空のセラミック型を残します。
- 労働者は溶融金属を熱い型に注ぎます。金属はすべての細部、さらには小さなセクションを満たします。
- 冷却後、セラミックシェルは壊れてしまいます。いくつかの部品が一緒にキャストされた場合、それらは分離されます。
- 鋳物は掃除されて仕上げられています。時には、最終的なタッチには余分なハンドワークまたは溶接が必要です。
ヒント：このプロセスにより、非常に細かい詳細と滑らかな表面が可能になり、高精度が必要な部品に人気があります。
エンジニアが投資キャスティングを使用する理由
エンジニアはしばしば、そのユニークな利点のために投資キャスティングを選択します:
- 余分な機械加工をほとんどまたはまったく必要としない部品を作成します。
- このプロセスは、多くの場合、+/- 0.005インチあたりの緊密な許容範囲を提供します。
- 多くの合金は、この方法で動作します スチール、ステンレス鋼、およびニッケル。
- アルミニウム型が長持ちするため、ツーリングコストは低いままです。
- ギアやロゴなどの複雑な形状は、余分なステップなしで可能です。
- 機械加工が少ないということは、金属廃棄物が少ないことを意味します。
- 部品の各バッチは、品質が一貫しています。
- このプロセスは、小規模および大規模な生産ランの両方をサポートします。
- ワックスパターンを再利用できるため、環境にやさしいものになります。
エンジニアリング投資鋳造は、エンジニアがトリッキーな形と細かい詳細で部品を設計するのに役立ちます。また、この方法は、追加の仕上げの必要性を減らすことにより、コストを抑えます。
エンジニアリング投資鋳造の利点
高次元の精度と精度
エンジニアは、しばしば、寛容な部品が必要な場合に投資キャスティングを選択します。このプロセスは、高次元の精度を提供する能力で際立っています。例えば、 シリカソルキャスティング、投資キャスティングの種類は、CT5-CT6許容範囲に到達する可能性があります。つまり、小さな部品の場合、プロセスは±0.18 mmのタイトな耐性を保持できます。大規模な部品であっても、投資輸入は±1.80 mmまたは寸法の約1%以内の許容範囲を維持します。これらの数字は、他のほとんどの鋳造方法を打ち負かします。
| キャストプロセス | 耐性クラス | 耐性（10 mm以下) | 耐性（> 250 mm) |
|---|---|---|---|
| シリカソル投資 | CT5-CT6 | ±0.18 mm | ±1.80 mm |
| ウォーターガラス投資 | CT7-CT8 | ±0.37 mm | ±2.70 mm |
| フォームキャスティングの紛失 | CT8-CT9 | ±0.60 mm | ±4.00 mm |
注：投資キャスティングは、平坦性や丸みなどの幾何学的許容範囲も制御します。 1/2インチの小さな穴には、±0.003インチ（±0.076 mm）の許容値があります。このレベルの精度は、エンジニアが完全に合う部品を作成するのに役立ちます。
複雑な形状と設計の柔軟性
投資キャスティングにより、エンジニアは、他の方法では処理できない形状の部品を自由に設計することができます。このプロセスでは、セラミックでコーティングされたワックスパターンを使用して、すべての詳細をキャプチャします。これにより、アンダーカット、薄い壁、内部チャネルなどの機能が可能になります。セラミック型は高温でもその形状を保持するため、最終部品は元のデザインと密接に一致します。
エンジニアは、いくつかの部品を1つのキャストに組み合わせることができます。これにより、ジョイントと溶接の数が減少し、部品がより強く組み立てられやすくなります。砂の鋳造またはダイキャスティングと比較して、投資鋳造はより細かい詳細と滑らかな表面を生み出します。航空宇宙、自動車、医療などの産業は、このプロセスに依存しています。 複雑な形 そして厳しい許容範囲。
優れた表面仕上げ
多くのエンジニアリングアプリケーションで表面仕上げが重要です。投資鋳造は、砂鋳造よりもはるかに滑らかな表面を提供します。セラミック型は、余分な研磨をほとんどまたはまったく必要としない「キャスト」仕上げを作成します。投資キャスティングの典型的な表面粗さは、64〜125 rmsの範囲です。比較すると、砂鋳造は通常、125 rmを超える粗い表面を生成します。
| キャスト方法 | 典型的な表面粗さ（rms) | 表面仕上げと公差に関するメモ |
|---|---|---|
| 投資キャスティング | 64 – 125 | “as-cast "仕上げ、砂鋳造よりも表面仕上げの方が良い、複雑な形状 |
| 砂鋳造 | >125 | 粗い表面仕上げ;次元の精度が低い。より大きな許容範囲 |
| 石膏鋳造 | ~25 | リストされた方法の中で最もスムーズな「As-Cast」仕上げ。より近い許容範囲 |
ヒント：より滑らかな表面仕上げは、研削や研磨に費やす時間が短くなることを意味します。これにより、お金を節約し、生産をスピードアップできます。
幅広い材料の互換性
投資キャスティングは、幅広い金属と合金で機能します。エンジニアは、強度から腐食抵抗まで、プロジェクトのニーズに合った材料を選択できます。最も一般的な資料には含まれます:
- Incenel®Alloys
- Haynes®230®合金
- Hastelloy®C-276
- ステンレス鋼
- 耐火物
- チタン
これらの材料により、エンジニアリング投資鋳造は、航空宇宙、発電、自動車、石油とガスなどの産業に最大の選択肢になります。このプロセスは、標準金属と専門金属の両方を処理し、エンジニアにアプリケーションを要求するためのより多くのオプションを提供します。
機械加工とアセンブリの要件の削減
投資キャスティングの最大の利点の1つは、ネットに近い形状部品を生産する能力です。これは、部品が最終的な寸法に非常に近い金型から出てくることを意味します。エンジニアは、多くの場合、余分な機械加工をほとんどまたはまったく必要としないことに気付きます。また、このプロセスはフラッシュラインと分割線を排除するため、表面仕上げの必要性は少なくなります。
| 側面 | 説明 |
|---|---|
| 寸法精度 | 緊密な許容範囲は、追加の機械加工の必要性を減らします。 |
| 表面仕上げ | 滑らかな表面は、多くの場合、それ以上の仕上げを必要としません。 |
| 複雑なジオメトリ | 複雑なデザインは、追加の機械加工を最小限に抑えます。 |
| ネットの形状の生産 | 部品は最終サイズに近づき、時間と労力を節約します。 |
| アセンブリ調整の削減 | より良いフィットとは、アセンブリ中のリワークが少ないことを意味します。 |
| 時間とコストの節約 | 機械加工の手順が少なく、コストを削減し、生産をスピードアップします。 |
現代の投資キャスティングショップでは、多くの場合、高度なCNC加工を使用して、必要に応じて部品を完成させます。この統合アプローチは、完全なプリントからプリントまでの部品を提供し、時間を節約し、エンジニアの複雑さを減らすのに役立ちます。二次的な機械加工を最小限に抑えることにより、エンジニアリング投資鋳造は、プロジェクトが予定通りで予算内で滞在するのに役立ちます。
エンジニアリング投資鋳造の欠点
代替品に比べて生産コストが高くなります
投資キャスティングは優れた精度を提供しますが、多くの場合、他の鋳造方法よりも高い値札が付いています。いくつかの要因がコストを引き上げます:
- ツーリングとカビの作成には、かなりの前払い投資が必要です。複雑なカビと複雑なデザインは、時間と費用の両方を増加させます。
- 材料コストは大きく異なります。ステンレス鋼や特殊金属などのプレミアム合金は、基本的な鋳鉄よりもコストがかかります。
- 設計の複雑さは、労働力と終了コストを追加します。複雑な形状は、カビ製造と仕上げの間にもっと注意を払う必要があります。
- セラミック型に必要なシェル層の数は、部品サイズと複雑さとともに増加し、材料と人件費の両方を引き上げます。
- 人件費には、カビの作成、キャスティング、仕上げ、品質管理のための熟練労働者が含まれます。
- スクラップとリワークは、特に降伏率が低い場合、隠されたコストを追加することができます。
- 生産量はパーツあたりのコストに影響します。より多くのボリュームが固定費を分散させるのに役立ちますが、小さな走行はパートあたりの価格を高く保ちます。
注：生産量が増加するにつれて部品あたりのコストは低下しますが、低から中程度のランの場合、投資鋳造は砂やダイキャスティングよりも高価なままです。
より長いリード時間とプロセスの複雑さ
エンジニアは、投資キャスティングを選択するときに、より長いリードタイムに直面することがよくあります。このプロセスには、ワックスパターンの作成からセラミックシェルの構築、最終部品の仕上げまで、多くのステップが含まれます。各ステップには時間がかかり、注意が必要です。
設計から完成した部品配達までの投資キャスティングの典型的なリードタイムは、8〜12週間の範囲です。自動車プロジェクトは8〜10週間で終了する可能性がありますが、航空宇宙部品は、より厳格な要件とより複雑な設計のために12週間完全にかかることがよくあります。この拡張されたタイムラインは、特にダイキャスティングのような高速な方法と比較した場合、プロジェクトのスケジュールを遅くすることができます。
プロセス自体は複雑です。各型は一枚であるため、労働者はすべての部品のカビ製造手順を繰り返す必要があります。これにより、エラーのリスクとリスクの両方が追加されます。欠陥が現れた場合、プロセスは最初からやり直す必要があり、さらなる遅延を引き起こす場合があります。
サイズと重量の制限
投資キャスティングは、小規模から中規模の部品に最適です。一部の施設では大きな鋳物を生産できますが、ほとんどのショップは最大20ポンド（約9キログラム）の部品に焦点を当てています。拡張された機能により、最大120ポンド（約54キログラム）までの部品が可能になりますが、これらはあまり一般的ではありません。
| パラメーター | 詳細 |
|---|---|
| 最小部品重量 | オンスの割合（例えば、歯科用ブレース) |
| 最大部品重量 | 複雑な航空宇宙部品の1,000ポンド（453.6 kg）以上（まれ) |
| 典型的な最大重量（私たち) | ほとんどの施設で最大20ポンド（9.07 kg） |
| 拡張機能範囲 | 20-120ポンド（9.07-54.43 kg）が一般的になりました |
| 大きな鋳物の重量 | 最大約800ニュートン（〜81.6 kg) |
| 最小壁の厚さ | 約0.3 mm |
| 最小穴の直径 | 約0.5 mm |
| 制限要因 | 金型処理機器と施設機能 |
パフォーマンスは、長さまたは幅が最大約25ポンド、18インチの部品の依然として強力です。より大きな鋳物は可能ですが、費用対効果が低く、一般的ではありません。砂鋳造のような他の鋳造方法は、非常に大きな部品や重い部分により良い価値を提供する可能性があります。
大量生産に対する限られた適合性
投資キャスティングは、大量の製造に最適な選択ではありません。このプロセスには、すべての部品に新しい型が必要であり、生産が遅くなります。対照的に、DIE鋳造は再利用可能な鋼型と高圧注入を使用して、より速いサイクル時間を可能にします。
- 各金型が一枚の使用であるため、投資キャスティングのサイクル時間は長くなります。
- ダイキャスティングは、大量のランに最適化されており、大量生産により効率的になります。
- エンジニアリング投資鋳造は、低〜中産の生産量に最適です。このボリュームでは、設計の複雑さと精度が速度よりも重要です。
ヒント：数千または数百万の同一の部品を必要とするプロジェクトの場合、ダイキャスティングまたはその他の高速方法は通常、より良い効率と低コストを提供します。
エンジニアリング投資鋳造対その他の鋳造方法
砂鋳造との比較
砂の鋳造と投資鋳造はどちらも金属部品を作成しますが、異なる結果を提供します。砂鋳造は砂型を使用します。砂型は、粗い表面を残し、より正確ではない形を残すことができます。投資キャスティングでは、セラミック型を使用して、細かい詳細をキャプチャし、より滑らかな仕上げを生成します。以下の表は、主な違いを強調しています:
| 財産 | 投資キャスティング | 砂鋳造 |
|---|---|---|
| 表面仕上げ | 滑らかな表面、最小限の二次加工が必要です | 分割線が付いた粗い表面では、多くの場合、追加の仕上げが必要です |
| 寸法精度 | 高精度、細かい許容範囲 | 精度が低く、変動性が向上します |
| 機械的特性 | より良い合金と制御プロセスによる優れた機械的特性 | 多孔質型と制御の少ない冷却による可変機械特性 |
| 形状の複雑さ | 薄い壁で複雑で複雑な形を生成できます | カビの除去の制約によって制限され、ドラフト角が必要です |
エンジニアは、しばしば、強烈な許容範囲と複雑な形状のある部品が必要な場合に投資キャスティングを選択します。
ダイキャスティングとの比較
ダイキャスティングと投資キャスティングはどちらも正確な部品を作りますが、さまざまなニーズに合っています。 Die Castingは再利用可能なスチール型を使用し、大量のランニングに最適です。投資キャスティングでは、シングルユースの金型を使用し、小型から中程度のバッチに適合します。これが簡単な比較です:
| 側面 | 投資キャスティング（IC) | ダイキャスティング（DC) |
|---|---|---|
| 総コスト | 一般に、手動プロセスと精度により高くなります | 大量のパーツあたり低いが、ツーリングコストが高い |
| ツーリングコスト | ツールコストの削減 | より高いツールコスト |
| 生産量 | 小規模から中程度のランに適しています | 大量生産に最も費用効率が高い |
| リードタイム（ツール) | より短い初期ツールリードタイム | より長い初期ツールリードタイム |
| リードタイム（パーツごと) | パートあたりの生産時間が高くなります | ツールセットアップ後のパートあたりの生産が速くなります |
| 表面仕上げ | 優れた仕上げ、より少ない二次機械加工が必要です | 良い仕上げですが、通常は二次加工が必要です |
| 精度と複雑さ | 優れた精度、複雑な幾何学に最適です | 良好な寸法耐性、それほど複雑ではない部分 |
投資キャスティングが望ましい場合
エンジニアは、特定の状況に向けて投資キャスティングを選択します:
- 複雑な形と細かい部分を持つ部品が必要です。
- プロジェクトは使用します 高融点金属 ステンレス鋼やチタンのように。
- この設計では、滑らかな表面と余分な機械加工が必要です。
- 部品には、航空宇宙や医療機器のような強力な内部および外部の機能が必要です。
精度と複雑さが最も重要な場合、投資キャスティングは輝いています。
代替方法が優れている場合
他の 鋳造方法 一部のプロジェクトではより良い作業を行います:
- 砂鋳造または3Dプリント金型は、エンジンブロックやハードウェアなどの基本的な固体形状に適合します。
- これらの方法は、単純な部品のお金を節約し、パターン生産をスピードアップします。
- ダイキャスティングスーツ自動車コンポーネントやおもちゃなど、それほど複雑ではない部品の大量走行。
- シェルモールディングと重力ダイキャスティングは、大量または小さな単純な部品を使用します。
- 失われたフォーム鋳造は、多くの業界で薄壁または複雑な製品に適しています。
大規模な、シンプル、または大量の部品の場合、エンジニアは多くの場合、エンジニアリング投資の鋳造よりも代替品を選択します。
エンジニアリング投資鋳造の一般的な欠陥と制限
注意すべき典型的な欠陥
欠陥は、任意の鋳造プロセスに表示される可能性があります 投資キャスティング 例外ではありません。エンジニアは、しばしば、一部の品質とパフォーマンスに影響を与える可能性のある特定の問題を探します。これは、最も一般的な欠陥、それらの原因、そしてそれらが重要な理由を強調する簡単なテーブルです:
| 欠陥タイプ | 説明 | 効果/結果 |
|---|---|---|
| 気孔率 | 注ぎや固化中にガス気泡が形成されます。 | 漏れを引き起こす可能性があり、パーツをポンプやコンプレッサーなどの圧力アプリケーションに適さないものにすることができます。 |
| 収縮/ボイド | 冷却するにつれて縮小する金属からの割れ目または壊れます。 | 構造的な故障または破損につながる可能性があります。 |
| 非金属包含物 | 異物（スラグ、砂、またはセラミック）は金属に閉じ込められます。 | キャスティングを弱め、完全性を減らします。 |
| 線形適応症 | 亀裂、熱い涙、またはコールドシャットは、表面の線として表示されます。 | 強度を妥協し、破損を引き起こす可能性があります。 |
| 粗/脱炭素化表面 | 表面のテクスチャの問題は、セラミック型と制御された大気のためにあまり一般的ではありません。 | 通常、投資キャスティングが改善されますが、機械加工性と外観に影響を与える可能性があります。 |
多孔性や包含物などの欠陥はかなり一般的です。多孔性は、厚いセクションまたは金属冷却が続く場所にしばしば現れます。優れた鋳造慣行があっても、いくつかの泡や包含物が忍び込むことができます。ほとんどの商業鋳造は少し内部多孔性を持ち、エンジニアはX線や超音波検査などのテストを使用してそれらを見つけます。ゼロ多孔性の部品は可能ですが、ホットアイソスタティックプレスなどの追加のステップが必要です。
エンジニアリングプロジェクトに影響を与えるプロセス制限
いくつかの プロセスの制限 エンジニアリング投資のキャスティングが実際のプロジェクトでどのように機能するかに影響を与える可能性があります:
- 複雑な部品設計には、コストと欠陥のリスクを高めることができる特別な成形技術が必要になる場合があります。
- 材料の選択は、どの合金を使用できるか、そして最終部分がどれだけ強いか耐久性があるかに影響します。
- 金属が流れたり冷やす方法を含むカビのデザインは、欠陥を防ぐ上で大きな役割を果たします。
- 厳しい鋳造許容範囲は可能ですが、慎重なプロセス制御に依存します。
- 金属が固化する速度は、うまく管理されていなければ、収縮や気孔率につながる可能性があります。
- カビ材料とその寿命は、表面仕上げと熱制御に影響します。
- 注ぐ温度と速度は、金属が金型をどれだけよく満たすかに影響します。
- バッチサイズとキャストボリュームは、どの機器またはプロセスが最適かを制限できます。
- 熱処理や機械加工などのキャスティング後のステップも、最終パフォーマンスに影響します。
エンジニアは、投資キャスティングがプロジェクトに適しているかどうかを決定する際に、常にこれらの要因を考慮する必要があります。いくつかの制限はプロセスの一部にすぎませんが、それらを理解することは、将来の驚きを避けるのに役立ちます。
エンジニアのための実用的な考慮事項
投資キャスティングをいつ選ぶか
エンジニアはしばしばいつ疑問に思います 投資キャスティング 最も理にかなっています。このプロセスは、緊密な許容範囲と複雑な形状を必要とする部品に最適です。プロジェクトが滑らかな表面を求めたり、専門金属を使用したりした場合、投資キャスティングは際立っています。多くのエンジニアは、航空宇宙、医療、またはエネルギーの部分のためにこの方法を選択します。これらの業界には、高性能と信頼性が必要です。
良い経験則:
デザインが砂の鋳造には詳細すぎる場合、または機械加工があまりにも多くの材料を無駄にする場合、投資鋳造を選択してください。
小規模から中程度の生産もよく適合します。チームが数百部のみを必要とする場合、投資キャスティングは他の方法と比較して時間とお金を節約できます。
選択する前に評価する重要な要因
投資キャスティングを選択する前に、エンジニアはいくつかの重要なポイントを見る必要があります:
- 一部の複雑さ: デザインには薄い壁、アンダーカット、または細かい詳細がありますか？
- 物質的なニーズ: 部品は高性能合金または金属を使用しますか？
- 生産量: 注文サイズは小さいですか、それとも中程度ですか？
- 予算とリードタイム: プロジェクトは、より高いコストとより長い待ち時間を処理できますか？
- 品質要件: 部品にはスムーズな仕上げが必要ですか、それともタイトな許容範囲が必要ですか？
以下の表は、エンジニアがこれらの要因を比較するのに役立ちます:
| 要素 | 投資キャスティング | その他の方法 |
|---|---|---|
| 複雑な形 | 素晴らしい | 限定 |
| 表面仕上げ | スムーズ | 粗い |
| ボリュームの柔軟性 | 良い（低/中程度) | 最高（大量) |
これらのポイントを比較検討することにより、エンジニアはエンジニアリング投資鋳造がプロジェクトの目標に一致するかどうかを判断できます。
エンジニアは、エンジニアリング投資のキャスティングで明確な利点を見ています。このプロセスは、厳しい許容範囲、滑らかな仕上げ、複雑な形状を提供します。航空宇宙または医療分野の薄い壁の高精度部品に最適です。ただし、より長いサイクル、より高いコスト、および可能な欠陥は、常に慎重な計画が常に重要です。
よくある質問
どの業界が最も多くの投資キャスティングを使用していますか？
航空宇宙、自動車、医療、エネルギー産業は依存しています 投資キャスティング。緊密な許容範囲、複雑な形状、および高性能を備えた部品が必要です。
投資キャスティングは大きな部品を処理できますか？
ほとんどのショップは、小部品から中程度の部分に焦点を当てています。一部の施設では、より大きなピースを投げることができますが、通常、砂の鋳造は非常に大きなコンポーネントに適しています。
投資キャスティングは廃棄物をどのように減らしますか？
投資キャスティングが作成されます ネットの形状部品。これは、余分な材料が減少することを意味するため、エンジニアはスクラップが少なく、材料コストが低くなることを意味します。
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