鋳造の種類

鋳造について

鋳造とは加工したい形の鋳型を製作した上で、その型に対して溶かした金属（鉄・アルミ・銅などの合金）を流し込み、成形を行う金属加工法です。鋳造により製作された加工品は、「鋳物（いもの）」と呼ばれ、複雑な形状を作れる、多彩な金属素材に対応が可能、型を製作するため容易に量産ができるなどのメリットがあります。

鋳造の製造過程で使用される鋳型は、「砂型」「金型」「石膏型」などさまざまな方法で作られており、材質や用途により使い分けられています。

砂型鋳造法

砂型鋳造法は、鋳物砂で成形した砂型を使用する方法です。「生型鋳造法」「ガス硬化性鋳型」「自硬性鋳型法」「フルモールド鋳造」といった種類があります。

生型鋳造法

鋳物砂を生のまま押し固め、砂型を整形して鋳造する方法です。木製または金属製の型枠を使用し、そこに同形状の原型と鋳物砂を入れて押し固めたあと、原型を取り外すことで鋳型を作ります。

この方法は、鋳物を容易に取り出せる・低コストでの量産が可能などのメリットがありますが、その反面鋳物の表面が荒くなるという点や、他の鋳造法と比較すると寸法精度が劣るといったデメリットがあります。また、生型鋳造法で使用される鋳型は脆いため、サイズの大きな製品には不向きです。

ガス硬化性鋳型

鋳砂に対してガスを注入し、化学反応を用いて効果させて鋳型を製作します。この方法の場合、けい砂に水ガラスを混ぜ、炭酸ガスを注入し硬化させる「炭酸ガス法」や、フェノール樹脂やイソシアネート樹脂、アミンガスを添加剤として用いる「コールドボックス法」などの種類があります。

鋳型の強度と寸法精度が高い点がメリットとして挙げられますが、時間が経過すると強度が低下する点や、砂の再利用が難しいといった点がデメリットとされています。

自硬性鋳型法

常温で放置して砂を硬化させて鋳型を作る方法であり、フラン樹脂と硬化剤を脱水縮合して砂を固める「フラン自硬性鋳型」や、有機エステルと水ガラスを用いて硬化させる「有機エステル自硬性鋳型」などの種類があります。

鋳肌が美しい仕上がりになる点や高い寸法精度を実現できる、鋳物砂の再利用ができる点などがメリットですが、時間が経過すると強度が低下する、気温・湿度の影響を受けやすいために鋳型の管理が難しい、形状により亀裂などが発生しやすいといったデメリットがあります。

フルモールド鋳造

発泡スチロールなどで製品形状と同じ形の模型を作成して鋳物砂に埋め込み、溶湯で模型を溶かして置換する鋳造法です。

メリットとしては、型を必要としないために初期投資を抑えられる、形状の自由度が高いといった点のほか、小ロットに強い点、サイズが大きい製品にも対応ができるといった点が挙げられます。ただし、大量生産には向いていない点や、発泡スチロールの模型を溶かす際のガスにより鋳造欠陥が出やすいといったデメリットがあります。フルモールド鋳造を用いる場合には、高い技術が必要となります。

精密鋳造法

他の鋳造法と比較すると高い寸法精度を持ち、表面粗度の優れた鋳物を製作できる方法です。「ロストワックス法」や「シェルモールド法」があります。

ロストワックス法

ワックスで作成した原型をもとにして鋳型を成形する方法であり、「ソリッドモールド法」「セラミックシェルモールド法」といった成形方法があります（工業用途の場合、セラミックシェルモールド法が一般的に用いられています）。

この方法のメリットは、寸法精度が高いため加工工程を減らせる点、アルミやステンレス、銅など幅広い材質を利用できる点などが挙げられます。その反面、鋳型を製作する際に金型を利用することから初期費用がかかる点や、大物を製造するのには向かないといったデメリットがあります。

シェルモールド法

熱した金型に、硅砂とレジン混剤に熱硬化剤を加えた鋳物砂（レジンコーテッドサンド）を吹き付けて硬化させて鋳型を作る方法です。鋳型が貝殻（シェル）状になることから「シェルモールド法」と名付けられています。

通常の砂型鋳造と比べると寸法精度が高い点や、鋳肌を美しく仕上げられる点、鋳鉄、アルミ、銅などさまざまな材料が鋳造できる点、三次元複雑形状を得意としている点などがメリットです。その反面、金型を使用することから初期費用が高額になる傾向がある点や、製造する鋳物の大きさが制限される、加熱するために金型の耐用年数が短くなってしまうなどのデメリットが挙げられます。また、鋳造時には粘結剤が加熱されることで臭気を発します。

金型鋳造法

金型を鋳型として成型を行う鋳造法です。「重力金型鋳造法」「ダイカスト鋳造法」があります。

重力金型鋳造法

金型に対して溶湯のみの重力で溶かした金属を流し込む鋳造法で、グラビティ鋳造とも呼ばれる方法です。圧力をかけないため、中子を利用して複雑な形状を作ることが可能です。

そのほか、優れた寸法精度を持っている点や機械的性質に優れている点、気密性と耐圧性が高いといったメリットを持つ反面、融点の高い素材は使用不可である点や薄肉品には不適である点に加えて冷却期間が長い、金型が高価といったデメリットもあります。

ダイカスト鋳造法

金型に溶かした非鉄軽金属（アルミ合金や亜鉛合金、マグネシウム合金、銅など）を圧力をかけて流し込む鋳造法です。高い圧力をかけて鋳造されるため、高い精度で鋳肌も美しい製品の製造が可能ですが、金型のコストが高いために選択可能な素材が限られます。また、複雑な形状にも対応ができる点もメリットとして挙げられます。

まとめ

鋳造には砂型を使用した砂型鋳造法、金型を使用する金型鋳造法、これらの鋳造法よりも高い寸法精度を持つ精密鋳造法などの種類があります。それぞれの鋳造法の中にも種類があり、メリットやデメリットを理解した上で適した方法を選択することが大切です。

どの加工法が良いのかわからない場合は、加工を手がけている業者に相談することがおすすめです。必要な内容を確認した上で、自社のニーズに合った加工法を提案してもらうことができます。こちらのサイトでは、様々なボーリング加工会社を紹介していますので、ぜひ参考にしてください。