アルミニウム インベストメント鋳造: プロセス、合金、公差

アルミニウム インベストメント鋳造能力の概要

アルミニウムインベストメント鋳造 は、優れた寸法精度と滑らかな表面仕上げを備えた、複雑なニアネットシェイプの金属コンポーネントを製造する精密製造プロセスです。この方法では、一般的な寸法公差が達成されます。 ±0.005 インチ/インチ (±0.127 mm/mm) と表面粗さの値の間 Ra 63 ～ 125 μインチ (1.6 ～ 3.2 μm) 鋳放しのままなので、二次機械加工作業が大幅に削減または不要になります。これは、以下の範囲にわたる少量から中量の生産作業に特に有利です。 50～10,000台 永久鋳型やダイカストの高い工具コストは正当化できませんが、砂型鋳造には必要な精度と仕上げ品質が不足しています。

一般的なアルミニウム合金とその用途

流動性、熱間引き裂き感受性、凝固収縮の違いにより、すべてのアルミニウム合金が同様にインベストメント鋳造に適しているわけではありません。鋳造工場は通常、同等の鍛造合金ではなく、ロストワックスプロセス用に最適化された特定の鋳造可能なグレードを標準化します。

A356-T6 は依然として最も広く指定されている合金であり、約 商業用アルミニウムインベストメント鋳造品の 70% 鋳造性、機械的特性、コストのバランスの取れた組み合わせによるものです。 A201 のような高強度合金には、微小収縮欠陥を回避するための真空補助注入や凝固中の正確な熱管理などの特殊な鋳造能力が必要です。

ロストワックスプロセスのステップバイステップ

パターンの作成と組み立て

このプロセスは、アルミニウムまたはスチールの工具から製造される射出成形ワックス パターンから始まります。これらのパターンは、追加された要素を備えた最終部品の形状を複製します。 収縮許容値 1.3 ～ 1.7% 合金によって異なります。加熱ツールを使用して複数のパターンを中央のワックス スプルーに集めて木のようなクラスターを形成し、バッチ処理を可能にします。 1 回の注入あたり 10 ～ 100 部 。ゲートの設計は非常に重要です。ゲートのサイズが小さすぎると、早期の凍結やミスランが発生し、ゲートが大きすぎると、鋳造後の取り外しの労力と材料の無駄が増加します。

シェルの構築と脱蝋

ワックスアセンブリをセラミックスラリーに繰り返し浸漬し、耐火砂でスタッコを施し、多層シェルを構築します。典型的なシェルは次のもので構成されます。 6～9層 、より細かい表面コートが表面のディテールを捉え、より粗いバックアップ層が構造強度を提供します。乾燥後、シェルは蒸気オートクレーブまたはフラッシュファイア炉に入ります。 150～200℃ ワックスを溶かします。残ったワックスは完全に除去する必要があります。たとえ微量の汚染でも、最終鋳造品にガスの気孔や表面欠陥が発生します。

注湯および鋳造後の操作

予熱されたシェルは、次の温度で溶融アルミニウムを受け入れます。 700～760℃ 酸化物の生成と水素の吸収を最小限に抑えるために、多くの場合、真空または不活性ガス雰囲気下で行われます。固化して冷却した後、セラミックシェルは振動または水噴射によって機械的に破壊されます。帯鋸または研磨切断ホイールを使用して個々の鋳物をスプルーから分離し、続いてゲート スタブを研削します。 T6質質を指定した場合に熱処理（溶体化時効）を行い、 8～12時間 総リードタイムは短縮されますが、鋳放し状態よりも降伏強度が 40 ～ 60% 増加します。

製造可能性のための設計ガイドライン

アルミニウム インベストメント鋳造の部品形状を最適化することで、コストのかかる再設計や生産の遅れを防ぎます。これらの実績のある設計ルールに従うことで、一貫した品質が保証され、スクラップ率が最小限に抑えられます。

• 壁の厚さ: 均一な壁を維持する 0.080 ～ 0.250 インチ (2 ～ 6 mm) 最小限。急激な遷移によりホット スポットと収縮気孔が発生します。比率が 3:1 を超えないように、緩やかなテーパーを使用します。
• フィレットと半径: 少なくとも次の内部半径を適用します 0.030 インチ (0.75 ミリメートル) すべての鋭い角まで。鋭い内角は凝固中に応力を集中させ、熱間引き裂きのリスクを大幅に高めます。
• 抜き勾配角度: インベストメント鋳造では、ダイカストと比較して最小限の抜き勾配しか必要としませんが、 1 ～ 2° ドラフト 垂直面では、ワックスツールからのパターンの取り外しが容易になり、脱ワックス中のシェルの損傷が軽減されます。
• コア付き穴: より深い止まり穴を避けてください。 直径の2倍 ;セラミックコアは脆くなり、破損しやすくなります。アクセス可能なコアプリントを備えたスルーホールまたは段付きボアは、はるかに高い成功率をもたらします。
• 公差の割り当て: 最も厳しい公差を確保します ( ±0.003インチ/インチ ) 重要な機能機能のみ。不必要なプロセス管理と検査コストを避けるために、他の場所で標準 ±0.005 インチ/インチを指定してください。

品質管理と欠陥防止

アルミニウムのインベストメント鋳造品は、特に航空宇宙および医療用途において、完全性を確保するために厳格な検証が必要です。非破壊検査方法には次のものがあります。 放射線検査（X線） 内部収縮とガス気孔率、 染料浸透試験 表面破壊亀裂用、および 分光分析 AMS/ASTM 仕様の範囲内で合金の化学的性質を検証します。統計的プロセス管理により、生産ロット全体の寸法データが追跡されます。有能なプロセスは上記の Cpk 値を維持します 1.33 クリティカルディメンション用。

一般的な欠陥とその根本原因には、乱流注入による酸化物のひだ（フィルター付きゲート システムによって軽減）、収縮の抑制による高温の裂け（リギング設計の改善によって対処）、不十分な過熱または通気による不完全な充填（金型予熱の最適化によって修正）が含まれます。ファウンドリホールディングスとの提携 NADCAP または AS9100 認証 文書化された手順がワックスの注入から最終検査までのあらゆるプロセス変数を管理することを保証します。