インベストメント鋳造 | 工程、材料、利点と欠点

投資鋳造の概要

ロストワックス鋳造とも呼ばれる投資鋳造は、数千年にわたる製造技術の歴史を持つプロセスです。優れた表面仕上げ、高い寸法精度、複雑なディテールを備えた部品を生産できることで知られています。このプロセスは、航空宇宙、自動車、医療機器など、多くの産業分野で使用され、他の鋳造方法では製造が困難な部品を作り出します。Investment & Precision Casting Ltd.の多様性と精度を証明するプロセスです。

投資鋳造のプロセス

投資鋳造プロセスにはいくつかの重要なステップがあります。以下に手順を示します。

パターン作成

まず最終製品を模したワックスパターンを作成します。このパターンは通常、射出成形で製造され、溶融ワックスを金型に注入して固化させます。

ワックスパターンの組立とツリー形成

ワックスパターンを製作した後、スプルーに取り付けてツリー状の構造を形成します。これにより複数の部品を同時に鋳造でき、工程の効率が向上します。

シェル（殻）の形成

ワックスツリーをセラミックスラリーに浸漬し、パターンの周りにシェルを作ります。複数回にわたって浸漬・乾燥を繰り返します。

ワックス除去

セラミックシェルが乾燥したら、炉でワックスを溶かし出し、空洞の鋳型を得ます。

溶解と鋳込み

鋳型を予熱してから溶融金属を流し込みます。金属はシェル内で凝固し、最終部品が形成されます。

仕上げ工程

金属が冷却・凝固した後、セラミックシェルを破壊してツリーから部品を切り離します。研削、研磨、機械加工などの仕上げ処理により、最終寸法と表面品質を確保します。

使用材料の概要

投資鋳造の多様性は、さまざまな材料の選択肢に表れています。材料の選定は用途、コスト、機械的特性、鋳造特性に依存します。一般的に使用される材料には、ステンレス鋼、アルミニウム、および特殊合金があります。

投資鋳造で使用される多様な材料

各材料は独自の特性を有し、幅広い選択肢を提供します：

ステンレス鋼

耐食性と優れた機械的特性を有し、食品加工、医療、海洋用途で多用されます。

低合金鋼

炭素鋼より優れた機械特性を持ち、高強度・高靭性を必要とする用途に適しています。

鋳造アルミニウム

軽量かつ耐食性が高く、自動車や航空宇宙産業で広く使用されます。

炭素鋼

コスト効率が高く、強度と柔軟性のバランスに優れる素材です。

耐熱合金

高温・腐食性環境に耐え、航空機エンジンや産業用ガスタービンで使用されます。

鋳鉄

優れた鋳造性と機械加工性を有し、自動車や工業用途でよく使用されます。

銅合金

黄銅や青銅など、高い導電性と耐食性を備えます。

特殊合金

高温耐性、磁気特性、耐摩耗性など、特異な性質を要する用途向けの合金です。チタン合金、コバルト合金、ニッケル合金などがあります。

表面処理

表面処理は、外観の向上、耐食性の強化、材料特性の変更、外部影響からの保護のために施されます。最終製品の要件に応じて方法を選択します。

主な表面処理方法

投資鋳造でよく用いられる技術：

電気めっき

電流を利用して金属イオンを還元し、導電体の表面に薄い金属膜を形成します。コスト効果が高く、耐食性・耐摩耗性・美観を向上させます。

PVD（物理蒸着）

蒸発した材料をターゲット表面に薄膜として堆積させ、硬度や耐食性、耐摩耗性を改善します。精密コーティングに適します。

研磨

研磨剤を用い、円周運動で摩擦を加えて表面を滑らかにし、鏡面仕上げを実現します。汚れが付きにくく、清掃が容易になります。

表面硬化

表面層のみを硬化させ、内部は靭性を保ちます。浸炭、窒化、レーザー処理などで耐摩耗性を向上させます。

粉体塗装

静電粉体を塗布し、加熱して焼付けることで厚い均一な塗膜を形成します。耐食性、耐衝撃性、耐摩耗性に優れます。

寸法公差

投資鋳造は再現性の高い鋳造公差を提供します。一般に±0.003～±0.004インチ／インチ（±0.076～±0.102mm/cm）の精度が得られます。

公差に影響する要因：

• 部品形状：対称的で壁厚が均一なほど公差変動が少ない。

• 金型・工具公差：全変動の約10％。

• 工程変動：全変動の約70％を占め、ワックスパターン、セラミックシェル、鋳造の各工程が影響。

公差を高めるための手法：

• 部品の再設計（リブやガセットの追加）。

• ワックス射出金型の調整。

• ひずみ除去／焼戻し。

• 追加検査・計測。

• 最終仕上げ加工。

投資鋳造の利点

複雑な形状の部品を高精度かつ優れた表面品質で製造可能です：

• 小型から大型まで幅広いサイズの部品製造。

• 他法では困難な複雑形状の実現。

• 追加加工なしで高い寸法精度と仕上げ。

• 優れた機械的特性と構造的完全性。

利用時の注意点

• 複雑形状では金型コストが高くなる。

• 鋳造所の設備によるサイズ制限。

• 極小・微細構造の鋳造は難易度が上がる。

• 大規模量産や複雑部品では時間がかかる。

結論

投資鋳造は、多彩な材料選択、高精度、高品質表面仕上げを兼ね備えた万能製造技術です。用途に応じた材料、表面処理、公差を考慮し、最適な方法を選択してください。