アルミ鋳物機械部品・砂型鋳造/熱処理/機械加工のオミゴウキン　砂型と金型とダイカストの比較

■ 鋳造方法

砂型鋳造
砂型はけい砂を主体として造形する方法で、粘結剤によって粘土、ベントナイトを使う生砂型、乾燥砂型、水ガラスを用いる炭酸ガス型、熱硬化性樹脂を用いるシェル砂型、ウレタンやフェノ－ル樹脂、フラン樹脂などの有機樹脂と硬化剤を混合した自硬性砂型、硬化触媒としてトリエチルアミンあるいはSO2ガスを吹き込んで硬化させるコ－ルドボックス型がある。
砂型鋳物は金型鋳物に比べて※機械的性質が低く、鋳肌、寸法精度も悪いが、鋳物の形状、大きさに制限されず、多品種少量生産で複雑な中子をもつ鋳物の製造に適している。一般には、大物の少量生産には炭酸ガス型、自硬性砂型が、小物で数量が多いものには生砂型、シェル砂型が適用される。鋳造可能な鋳物の最小肉厚は、合金の種類によって多少異なるが、3mm以上を必要とする。
※弊社砂型製品は金型と同等との評価を得ています。

金型鋳造
鋳型が繰り返し使用できる金型製で、耐熱鋼あるいは鋳鉄で作製される。型の寿命は製品形状によるが、数千回～2,3万回である。金型鋳造は中程度の多量生産方式で、砂中子を使えるので多少複雑な中子がある場合でもかなり大きな鋳物にも適用できる。金型鋳造は鋳造組織が微細で、砂型鋳物に比べて欠陥が少なく、耐圧性がよく、強度も高い。鋳造装置には、金型を手動で開閉する簡単な装置から、油圧シリンダを用いた大型の自動装置があり、砂中子が使用され、金型を使う他の鋳造法である低圧鋳造やダイカストより鋳物の設計に自由度があり、生産性は高い。

ダイカスト
溶湯を圧入プランジャ－により高速（20～60m/s）、高圧（30～150N/mm2）で金型内へ射出、充填し急速に凝固させる鋳造方式である。薄肉鋳物の製造が可能で、最低肉厚は1mmである。寸法精度、鋳肌が優秀で、生産性が最も高い。装置及び金型が高価なため、生産数量が多くないと経済的でない。溶湯の射出速度が速く充填時間が約0.3sと短いため、金型キャビティ内の空気や反応ガスを巻き込みやすい。したがって、ポロシティの発生を抑制することは難しく、加熱するとふくれが生じるため熱処理や溶接は行わないのが一般的である。かれらの品質の改善のため、射出速度を1m/s以下にする低速充填ダイカスト法、厚肉部での引けをなくすため時間差で2段加圧するアキュラッド法、時間差をつけて厚肉部を局部的に加圧する局部スクイズ法、金型内を減圧する真空ダイカスト法、金型内を酸素雰囲気にしてガスとしての巻き込みを防ぐPFダイカスト法などが開発され、ガス含有量が少なく、熱処理可能なダイカスト技術の開発が進んでいる。

その他に下記の鋳造方法もある。

精密鋳造
インベストメント鋳造と石膏鋳造は、高い寸法精度が得られる精密鋳造に適用される。インベストメント鋳造は、まず、ろうを用いて湯口を付けたろう模型を作り、これを砂と粘結剤のエチルシリケ－トを混合した泥状微細粉末耐火材（スラリ－）中に浸漬し、ついで耐火砂粒をまぶし乾燥する。この工程を繰り返して厚い殻を造り、十分乾燥後焼成し、それと同時にろう模型を溶融流失し、型に割面のない鋳型を作製する。この空間に溶湯を鋳造する。
石膏鋳造ではスラリ－に石膏を用いる。これらの鋳造方法は寸法精度がよく鋳肌がきれいで、最もニアネットシェイプを得る鋳造法であり、特に精密かつ複雑な形状の製品で、ほかの工法では鋳造・加工ができないか、あるいは加工費がかかるものに有効である。鋳込み可能な最小肉厚は0.75mm程度で、重力鋳造後減圧吸引あるいは圧力付加により達成される。インベストメント鋳造は小物で、多品種多量生産方式で生産性は低い。石膏鋳造は小物から中物も可能であり、比較的中量生産方式で生産性は低い。

低圧鋳造
密閉したるつぼ上部に金型を設置し、るつぼ内の溶湯と金型とをスト－ク（導管）で連結して、10～60Paの空気圧を溶湯表面に加えて溶湯を押上げ、スト－クを通して鋳型内へ圧入、充填する方法である。溶湯はスト－クと接続した湯口を通り鋳型空間の下部からむくりあげ式で静かに上方へ充満していく。るつぼ側が高温で、湯口から遠い部位が低温であり、指向性凝固が行われやすく、更に下方からの圧力により押湯効果があり、健全性の高い鋳物が鋳造される。湯口部まで凝固した時点で加圧を中止すると押湯となっているスト－ク内の溶湯はるつぼへ戻るため、製品の鋳造歩留りが非常に高く、重力金型鋳造の40～70%に対して95%前後である。シェル砂や乾燥砂の中子が使用でき、複雑な鋳物の鋳造が可能である。ダイカストに比べると生産性は低いが、自動化が進んでおり、安定した品質が得られる鋳造法である。

溶湯鋳造
金型内に鋳造した溶湯の表面をプランジャ－で加圧することにより、40～100N/mm2の高圧下で凝固させる鋳造方式である。圧力が溶湯に作用し続けるため、凝固収縮に対する溶湯補給が十分に行われやすく、金型とのエアギャップもなく、引けやガスによるポロシティ欠陥が極めて少なくて、最も健全性が高い鋳物がえられる。鋳型と鋳物との密着性がよく、鋳肌と寸法精度が優れ、凝固組織が微細で、強度とじん性が高い。一方．この凝固様式では合金の正偏析が助長されやすいので注意を要する．金型の精度要求が厳しく、装置は高価である。また、この鋳造法はセラミックのウィスカや粒子を混合・分散させる複合材料の製造にもよく利用される。

■ 鋳造法の比較表