金属鋳造における設計とエンジニアリングの主な考慮事項は何ですか?

重要な成形プロセスとして、金属鋳造はさまざまな製造分野で広く使用されています。鋳造金属製品の品質と性能を確保するために、設計者とエンジニアは、金属鋳造プロセス中にいくつかの重要な要素を考慮する必要があります。この記事では、金属鋳造における設計とエンジニアリングに関する重要な考慮事項.

金属鋳造とは何ですか?

金属鋳造は製造プロセスですこれは、溶融した金属を金型に流し込み、3D金属部品を作成することです。金型には目的の形状の空洞が含まれており、溶融金属が冷却されて固化部品が形成されます。
「鋳造」という言葉は、6,000年前にさかのぼる鋳造プロセスによって作られた部品も指します。歴史的に、鋳造プロセスは、他の製造プロセスでは作成が困難またはコストがかかる複雑で大きな部品を作成するために使用されてきました。

鋳造は複雑な形状の第一候補です費用対効果が高く、プロセスが比較的簡単であるため、たとえば、CNC加工。しかし、鋳造は、その迅速なターンアラウンドタイムと大規模な生産能力により、最も単純な形状にも広く使用されています。現在、キャスト製品の使用が広く普及しているため、どのような環境であってもキャスト製品の使用は避けられません。鋳造金属製品の例としては、エンジンブロック、消火栓、電気モーター、工具、信号機、マンホール、パイプ、バルブ、各種継手などがあります。

金属鋳造の主な設計上の考慮事項は何ですか?

金属鋳造設計は複雑で繊細なプロセスですいくつかの重要な要素の考慮を含みます。これらの考慮事項を理解することで、お客様は特定のアプリケーションに最適な金属鋳造プロセスを選択できます。金属鋳造設計は、金属鋳造プロセスを選択する際の考慮事項の1つにすぎず、顧客のニーズを満たすために他の要素とバランスをとる必要があることに注意することが重要です。

1.金属鋳造形状

で考慮される最初の要因金属鋳造デザインは形です.部品が通常丸い場合(つまり、リング、スリーブ、またはチューブ)、遠心鋳造が適切な金属鋳造プロセスである可能性があります。パーツが丸くなく、内部チャネルやリブなどの複雑な形状を持つ場合は、インベストメント鋳造または砂型鋳造が最適です。残りの設計上の考慮事項は、次の選択に焦点を当てています。インベストメント鋳造または砂型鋳造。

2.金属鋳造寸法

砂型鋳造品は、インベストメント鋳造よりもはるかに幅広いサイズで提供されます.鋳物の重量が1,200ポンド未満の場合、お客様はインベストメント鋳造と砂型鋳造のどちらを選択するかを決定する際に、詳細レベルと全体的な形状を考慮する必要があります。鋳造品質は凝固モデリングソフトウェアによってサポートされています。このソフトウェアは、金型への溶融金属の流れをシミュレートし、金型が冷却されるにつれて予測される凝固を解析します。このモデルは、部品が要件を満たしていることを確認するための金型設計をサポートしています。

3.寸法公差

寸法公差とは、必要な寸法からの金属鋳物の許容偏差を指します。一般的インベストメント鋳造は、他の金属鋳造方法よりも公差が厳しいです(例えば、最初のインチは+/−0.010インチ、その後は1インチごとに+/−0.004インチ)、細かいディテールや内部チャネルのコンポーネントについても同じことが言えます。砂型鋳造は通常、インベストメント鋳造の寸法公差を達成することはできませんが、より大きな全体寸法で複雑な形状と詳細を提供できます。

4.表面処理

表面仕上げとは、金属鋳造後の部品の外観の質感を指します、二乗平均平方根(RMS)で測定されます。インベストメント鋳造の鋳造時の表面仕上げは、通常、砂型鋳造(250 RMS以上)よりも細かい(60〜200 RMS)です。これにより、多くの場合、機械加工の必要性が減ります(以下を参照)。砂型鋳造は、より細かい表面仕上げを達成するために機械加工できますが、これには追加のコストとリードタイムが伴います。細かい表面仕上げが不要な場合は、砂型鋳造は複雑な形状を提供できますそして、通常、インベストメント鋳造よりも低い全体的なコストで詳細を描きます。

5.処理要件

金属鋳造設計目的の形状と特徴を達成するために、機械加工によって鋳造から除去される金属の量を考慮に入れる必要があります。機械加工は、コストと納期を大幅に増加させる可能性があります。Longshengによって作り出されるほとんどすべての部品は郵送物の後でLongshengか顧客によってある程度の機械化を受けます。

金属鋳造にはどのような材料が使われていますか?

の多種多様な材料は金属鋳造に使用されます、それぞれがそのユニークな物理的および化学的特性により、さまざまな産業分野で広く使用されています。主な金属鋳造材料の一部を次に示します。

鋳鉄

鋳鉄は、炭素含有量が2.1%を超える鉄-炭素合金です.優れたキャスタビリティ、耐摩耗性、衝撃吸収性などの特性を備えています。鋳鉄には多くの種類があり、一般的に白鋳鉄、ねずみ鋳鉄、可鍛鋳鉄、ダクタイル鋳鉄などに分けられます。ねずみ鋳鉄には、フェライト+グラファイト、フェライト+グラファイト+パーライト、パーライト+グラファイトの3つの構造があります。静荷重がかかる部品の製造に適しています。可鍛鋳鉄は、長期黒鉛化焼鈍後に白色鋳鉄から得られる高強度鋳鉄です。衝撃荷重を負担する部品の製造に適しています。ダクタイル鋳鉄は、球状化剤と接種剤を添加してグラファイトを球状化することによって得られます。その強度、可塑性、靭性は他の鋳鉄よりも高く、より高い負荷に耐える複雑な部品の製造に適しています。

アルミニウム合金

アルミニウム合金は、その低密度、高強度、優れた耐食性、優れた鋳造特性により広く使用されています。アルミニウム合金は、優れた鋳造性能と高い流動性を備えています.複雑な形状や薄い壁の精密部品をダイキャストでき、鋳物の表面は滑らかです。さらに、アルミニウム合金は、電気めっき、スプレーなどのさまざまな表面処理を受けることもできます。一般的な鋳造アルミニウム合金には、ZL101、ZL102などがあります。複雑な形状や中負荷の部品の鋳造や、高い気密性、耐食性、良好な溶接性能を必要とする部品の鋳造に適しています。

亜鉛合金製

亜鉛合金は、亜鉛をベースに他の元素を添加した合金です。優れた鋳造特性と機械的特性を備えています。亜鉛合金は比重が大きく、融点が低く、ダイキャストが容易です。同時に、亜鉛合金鋳物は表面が滑らかで、さまざまな表面で加工できます。ただし、亜鉛合金は耐食性が劣ります。合金組成物中の不純物元素が基準を超えると、鋳物が経年劣化して変形します。さらに、亜鉛合金ダイカストは、高温および低温(0°C未満)の作業環境での使用には適していません。一般的な亜鉛合金には、Zamak3、Zamak5などがあり、機械的強度の要件が低い鋳物や、機械的強度に対する特定の要件を持つ鋳物に適しています。

マグネシウム合金

マグネシウム合金は、低密度、優れた比強度と剛性、優れた振動減衰性能、および強力な電磁干渉シールド能力の特性を備えています。マグネシウム合金は、鋳造性能が比較的悪く、流動性が低く、ひび割れや収縮の傾向が強いです。しかし、マグネシウム合金は、燃費を大幅に向上させ、排気ガスを削減し、製品の重量を減らすことができるため、自動車、航空宇宙、電子機器などの分野で広く使用されています。一般的な鋳造マグネシウム合金には、AZ91D、AM60Bなどがあり、自動車部品、航空宇宙部品などの製造に適しています。

銅合金

銅合金は、良好な導電性、熱伝導性、耐食性、および低摩擦係数の特性を備えています。銅合金は鋳造特性に優れており、複雑な形状の鋳物にすることができます。銅合金は、電子産業、機械産業、航空宇宙産業、化学工業、その他の分野で広く使用されています。たとえば、エレクトロニクス業界では、銅合金が電子部品の製造によく使用されます。機械業界では、銅合金は、高い耐摩耗性と耐食性を必要とする機械部品の製造によく使用されます。航空宇宙産業では、銅合金がよく使用されます高強度と靭性を備えた部品の製造に使用されます。一般的な鋳造銅合金には、真鍮、青銅などがあります。次の表は、一般的な金属鋳造材料の長所と短所.

鋳造材料	利点	欠点
アルミニウム合金	軽量;高い寸法安定性。キャストが簡単。優れた耐食性;高い熱伝導率と電気伝導率。高温でも強度を保持します。	コールドチャンバーマシンの使用が必要です。
亜鉛合金	最も簡単にキャストできます。高い延性;優れた表面平滑性。高い衝撃強度;簡単にメッキできます。小さな部品に経済的です。低融点のためダイ寿命を延ばします。	腐食に耐えるにはコーティングが必要です。高密度。
鋳鉄	低価格、優れた耐摩耗性、強力な耐圧縮性	毛穴ができやすく、もろい
マグネシウム合金	鋳造後に加工するのが最も簡単です。優れた強度対重量比。最軽量;ホットチャンバーとコールドチャンバーの両方のマシンを使用してください。	急速に酸化します。
銅合金	高硬度;高い機械的特性;高い耐食性と耐摩耗性。高い寸法安定性。	高コスト;ダイ寿命が短い。コールドチャンバーマシンの使用が必要です。

金属鋳造における主要なエンジニアリング上の課題は何ですか?

重要な材料加工技術として、金属鋳造は工業生産において重要な役割を果たします.ただし、金属鋳造プロセス中に直面するいくつかの重要なエンジニアリング上の課題もあります。

鋳造の品質と性能の向上:現代の産業の発展に伴い、鋳物の品質と性能要件は日々増加しています。鋳物は、さまざまな複雑な作業条件のニーズを満たすために、より高い強度、靭性、耐摩耗性、耐食性を備えている必要があります。鋳物の品質を向上させるためには、原材料の選択、製錬プロセスの最適化、金型の設計と製造、鋳造パラメータの正確な制御など、多くの側面から始める必要があります。
鋳造欠陥の管理と防止:鋳造プロセスの一般的な欠陥には、多孔性、介在物、収縮穴、亀裂などがあり、鋳物の性能と耐用年数に深刻な影響を与える可能性があります。鋳造欠陥を制御および防止するためには、鋳造プロセスにおける溶融金属の流れ、凝固挙動、および欠陥形成メカニズムを研究し、改善するための対応するプロセス対策を講じる必要があります。
鋳造プロセスの複雑さと多様性:砂型鋳造、連続鋳造、インベストメント鋳造、圧力鋳造、低圧鋳造、遠心鋳造などの方法には、多くの種類があります。各方法には、特定の適用範囲と長所と短所があります。複雑な鋳造要件と多様な鋳造形状に直面して、適切な鋳造プロセスを選択し、そのパラメータを最適化する方法は困難なトピックです。
鋳造プロセスのインテリジェンスと自動化:インテリジェントな製造技術の発展に伴い、鋳造業界もインテリジェントで自動化された生産を徐々に実現しています。しかし、鋳造プロセスは複雑で多様であるため、完全にインテリジェントで自動化された生産を実現することは依然として困難です。鋳造プロセスのデータ収集、分析、処理能力を強化し、インテリジェントな制御システムと自動生産装置を開発して、生産効率と製品品質を向上させる必要があります。
環境保護と持続可能な開発:金属鋳造の過程では、大量の廃ガス、廃水、固形廃棄物が発生し、環境に深刻な汚染を引き起こします。環境保護と持続可能な開発を達成するためには、鋳造プロセスでのエネルギー消費と汚染物質排出を削減するための効果的な環境保護対策と省エネおよび排出削減技術を講じる必要があります。同時に、鋳造業界のグリーントランスフォーメーションを促進するために、グリーンキャスティング材料とプロセスを開発することも必要になります。

よくあるご質問(FAQ)

1.金属鋳造の主な設計上の考慮事項は何ですか?

金属鋳造の主な設計上の考慮事項含まれるもの:合金の選択:鋳造の使用環境と性能要件に基づいて、適切な合金材料を選択します。鋳造構造:鋳造欠陥を減らし、生産効率を向上させるために、複雑な形状や不必要な肉厚の変更を避けるために、合理的な鋳造構造を設計します。ゲートシステムの設計:適切に設計されたゲートシステムにより、溶融金属が金型キャビティにスムーズかつ迅速に充填され、鋳物の供給と排出が容易になります。冷却システムの設計:鋳物の形状とサイズに応じて、鋳物の冷却速度と温度勾配を制御する適切な冷却システムを設計して、熱亀裂や変形などの欠陥を回避します。

2.肉厚は鋳造設計にどのように影響しますか?

肉厚が大きければ大きいほど、鋳物の内部冷却速度が遅くなり、粗い内部構造、収縮気孔率、収縮キャビティなどの欠陥が発生しやすくなります。肉厚が厚すぎると、冷却プロセス中に大きな残留応力が発生しやすく、鋳物の変形や亀裂につながる可能性があります。肉厚が厚すぎると、機械加工の難易度とコストが増加します。また、肉厚が厚すぎると、材料とエネルギーの消費が増加し、生産サイクルが長くなり、生産コストが増加します。したがって、鋳物の肉厚を設計する際には、鋳物の構造、性能要件、および加工難易度を包括的に考慮して、鋳物の安定した信頼性の高い品質を確保し、製造コストを削減する必要があります。

3.金属鋳造の一般的な欠陥は何ですか、そして設計はどのようにしてそれらを防ぐことができますか?

金属鋳造の一般的な欠陥細孔、収縮キャビティ、収縮気孔率、スラグ穴、亀裂、コールドシャット、砂の付着などが含まれます。これらの欠陥に対処するために、次の予防策を講じることができます:気孔率:溶融金属のガス含有量を制御し、注入温度と排気効率を高め、キャビティ内のガスが排出されるのを防ぎます。収縮と多孔性:鋳物のすべての部分が均一に冷却され、局所的な過熱と過冷却を避けるために、注入システムと冷却システムを合理的に設計します。スラグホール:不純物が溶融金属に入るのを防ぐために、原材料と製錬プロセスを厳密に管理します。亀裂:応力集中を避けるために鋳造構造を合理的に設計します。ホットクラックやコールドクラックの発生を避けるために、注入温度と冷却速度を制御します。コールドシャットオフ:溶融金属の注入温度と流動性を上げて、溶融金属が金型キャビティをスムーズかつ迅速に充填できるようにします。砂の固着:金型の耐火性と化学的安定性を向上させ、合金の加熱温度と酸化度を制御します。
4.高品質の鋳造製品にとって金型設計が重要なのはなぜですか?

金型設計は、主に以下に反映される高品質の鋳造製品にとって重要です:金型は、鋳造プロセス中に鋳物の形状とサイズを形成するための重要なツールです。金型の設計精度と製造品質は、鋳造の形状と寸法精度に直接影響します。
金型の設計と製造の品質は、鋳造品の性能、強度、耐摩耗性にも関係しています。優れた金型により、鋳造品は複雑で変化しやすい作業環境でも安定した性能を維持できます。合理的な金型設計により、鋳造欠陥を減らし、鋳造品の品質と認定率を向上させることができるため、生産コストが削減され、生産効率が向上します。製造業の変革とアップグレード、および技術の継続的な進歩に伴い、金型設計と製造技術も絶えず革新しています。優れた金型設計により、鋳造業界の継続的な発展と進歩を促進することができます。

概要

金属鋳造プロセス中、設計者とエンジニアは、金属鋳造の形状、金属鋳造のサイズ、寸法公差、表面処理、加工要件など、複数の重要な要素を包括的に考慮する必要があります。しかし、金属鋳造の過程では、鋳造の品質と性能の向上、鋳造欠陥の制御と防止、鋳造プロセスの複雑さと多様性、鋳造プロセスのインテリジェンスと自動化、環境保護と持続可能な開発にも直面しています。エンジニアリングの課題。科学的かつ合理的な設計と厳格なプロセス制御により、鋳造金属製品の品質と性能を確保し、さまざまな使用ニーズを満たすことができます。

免責事項

このページの内容は参照用です。龍盛情報の正確性、完全性、または有効性について、明示的または黙示的な表明または保証を行いません。性能パラメータ、幾何公差、特定の設計機能、材料の品質と種類または仕上がりは、サードパーティのサプライヤーまたは製造業者がLongshengネットワークを通じて何を提供するかについて推測されるべきではありません。それは買い手の責任です部品の見積もりを求めていますをクリックして、それらのパーツの特定の要件を決定します。お願いしますお問い合わせもっと詳しくINFのオーメーション.

Longshengチーム

この記事は、複数のLongshengの寄稿者によって書かれました。Longshengは製造業の主要な資源であり、とCNC加工,板金加工,3Dプリンティング,射出成形,金属プレス加工など。

Longsheng