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金属鋳造は重要な金属成形プロセスですこれは、固体金属を液体状態に加熱し、それを特定の形状の型に流し込みます。冷却および固化した後、所望の形状の鋳物が得られる。このプロセスは、機械製造、航空宇宙、水力発電、その他多くの分野で広く使用されています。しかし、この複雑で繊細なプロセスの裏には、エンジニアや材料科学者の注目を集める重要な問題があります。金属鋳造に使用される材料、そしてこれらの材料は鋳物の性能と使用をどのように決定しますか?
この記事では、コアを深く探求することを目的としています金属鋳造に使用される材料、従来の鋳鋼や鋳鉄から、現代で広く使用されている鋳造アルミニウムや鋳造銅、さらには特殊な合金や複合材料まで。各材料の選択と応用には、深遠な科学原理と工学の実践的な知恵が含まれています。鋳造プロセス中のこれらの材料の組成、特性、挙動を分析し、それらが鋳造の最終性能にどのように影響するか、および材料の選択と最適化を通じて鋳造性能とコストの最適なバランスを実現する方法を明らかにします。
金属鋳造とは何ですか?
金属鋳造は製造プロセスですそれは、溶融金属を型に流し込んで作成することを含みます3D金属部品.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それはより費用対効果が高く、たとえばCNC機械加工と比較してプロセスが単純だからです。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.
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鋳造材料 |
利点 |
欠点 |
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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。 |
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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。 |
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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 |
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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。 |
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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。 |
金属鋳造の成分と添加剤は何ですか?
金属鋳造の成分と添加剤は、特定の金属の種類と鋳造のニーズによって異なります。ここでは、一般的なものの概要を示します金属鋳造原料および添加剤:
1.金属鋳造の主要コンポーネント
- 金属要素:鋳造される材料は、銅、鉄、アルミニウム、スズ、鉛など、もともと固体であるが、加熱されて液体状態になる金属がほとんどです。これらの金属元素は、鋳造合金の主成分です。
- 合金元素:金属の特定の特性を改善および強化するため、または特定の特別な特性を得るために、製錬プロセス中に合金元素が添加されます。一般的に使用される合金元素には、クロム、ニッケル、モリブデン、タングステン、バナジウム、チタン、シリコン、マンガンなどがあります。これらの元素は、金属の焼入れ性、熱強度、耐摩耗性、耐食性などを向上させることができます。
2.金属鋳造用添加剤
- 浸炭剤:金属の炭素含有量を増やし、金属の硬度と耐摩耗性を向上させるために使用されます。一般的な浸炭剤には、焼成炭浸炭剤、グラファイト浸炭剤などがあります。
- 脱酸剤および脱硫剤:金属から酸素や硫黄などの有害元素を除去し、金属の純度と品質を向上させるために使用されます。例えば、カルシウム線、カルシウム芯線などは、脱酸剤および脱硫剤として使用できます。
- 合金添加剤:必要な合金の特性と構造を得るために、金属の化学組成を調整するために使用されます。これらの添加剤は、金属元素(フェロクロム、フェロニッケル、フェロモリブデンなど)または非金属元素(シリコン、マンガンなど)の化合物または混合物であり得る。
- 鋳造添加剤:ベントナイトなどは、鋳造金型の強度と安定性を向上させるために、鋳造砂のバインダーとして使用できます。さらに、金属の製錬および鋳造プロセスを改善するために使用されるフラックス、乳白剤などの特別な鋳造助剤がいくつかあります。
金属鋳造プロセスに基づいて材料を選択する方法は?
金属鋳造プロセスに基づく材料の選択は複雑なプロセスですそのためには、鋳造の構造、性能要件、生産バッチサイズ、コスト予算、鋳造プロセスの特性など、複数の要素を考慮する必要があります。以下は、さまざまな鋳造プロセスに従って材料を選択するためのいくつかの基本原則と提案です。
砂型鋳造
砂型鋳造は、あらゆる金属合金の鋳造に使用できる万能鋳造プロセスです、鉄か非鉄か。エンジンブロック、シリンダーヘッド、クランクシャフトなどの自動車用金属鋳造部品などの工業ユニットでの大量生産に広く使用されています。
このプロセスでは、自然に結合した砂や合成砂などのシリコンベースの材料で作られた金型を使用して、滑らかな金型表面を作成します。金型表面には、上型(上部)と下部型(下部)の2つの部分があります。流し込みカップで溶かした金属を型に流し込み、固化して最終形状を形成します。最後に、余分な金属を切り取り、最終的な金属鋳造製品を完成させます。
1.材料選択の原則:
- 鋳造材料:鋳鉄、鋳鋼、非鉄金属合金など、さまざまな金属合金。
- 金型材料:珪砂や粘土などの高温材料は、優れた耐高温性、通気性、可塑性が必要です。
2.適用可能なシナリオ:
- 複雑な形状や大きなサイズの鋳物、特に厚肉部品に適しています。
- 他の鋳造方法を使用するのが難しい単一部品、小ロット、または大きな鋳物に適しています。
インベストメント鋳造
インベストメント鋳造、別名ロストワックス鋳造は、鋳物の形状に固化するセラミック材料でコーティングされた使い捨てワックスパターンを使用しています。この鋳造プロセスの最初のステップは、通常はワックスまたはプラスチックで作られたワックスパターンを作成することです。このプロセスでは正確な測定が必要なため、何度も試行錯誤すると、インベストメント鋳造は高価な製造プロセスになります。ワックスを型に流し込み、慎重に取り除き、接着剤または耐火材料でコーティングして厚いシェルを形成します。さらに、複数のモデルがメインゲートに組み立てられます。シェルが固まったら、モデルを裏返し、オーブンで加熱してワックスを取り除きます。溶融した金属は残りのシェルに流し込まれ、ワックス型の形に固化します。さらに、耐火シェルを壊して、完成した鋳物が現れます。この鋳造プロセスは、発電、自動車、航空宇宙部品の製造に一般的に使用されています。
1.材料選択の原則:
- 鋳造材料:鋳鋼およびステンレス鋼、高温合金などの高融点合金
- 金型材料:ワックスパターン(プロトタイプ作成用)、セラミックシェル(鋳物成形用)。
2.適用可能なシナリオ:
- これは、鋳鋼および高融点合金の様々なバッチの小さくて複雑な精密鋳造に適しています。
- アートワーク、精密機械部品などの鋳造に特に適しています。
キャスティング
砂型鋳造は融点の高い合金を溶かすことができますが、ダイカストを使用して融点の低い金属を成形できます。材料を固体から高温の溶融液体に変更した後、硬化鋼で作られた長寿命のダイキャスト金型に注入できます。これらのツールは、キャビティ、コア、場合によってはインサートで構成されています。プラスチック射出成形とは異なり、鋳造後のサイドフィーチャーの加工は、サイドアクションを使用するよりも実現可能な場合があります。ダイカストの歴史は19世紀にまでさかのぼります。
製造業の世界に登場して以来、2種類のプログラムが開発されてきました。1つ目はホットチャンバーで、材料を溶かすための機械内に炉が組み込まれています。コールドチャンバー法(2番目の手順)を使用する場合は、別の炉で材料を溶かし、溶融した材料を注入チャンバーに移します。航空宇宙部品や自動車部品、玩具、家具、電子機器の大量生産にダイカストを導入できます。ダイカストはLongshengのコアサービスを通じて提供され、見積もりはインスタント見積もりエンジンを通じて作成できます。
1.材料選択の原則:
- 鋳造材料:アルミニウム合金、マグネシウム合金、亜鉛合金など、良好な流動性と加工性が必要です。
- 金型材料:高強度合金鋼、超硬またはセラミック材料で、高硬度、高耐摩耗性、高熱安定性が必要です。
2.適用可能なシナリオ:
- 各種中小非鉄合金鋳物、薄肉鋳物、耐圧鋳物の量産に適しています。
- ダイカストは、高い寸法精度、滑らかな表面、緻密な構造、高い生産効率、低コストを備えています。
金属鋳造にはどのような機器が必要ですか?
金属鋳造は複雑で繊細なプロセスであり、鋳造の品質と効率を確保するために連携してさまざまな機器が必要です。
溶解炉
製錬炉は、金属鋳造プロセスの主要な設備です。これは、金属原料を溶融状態に加熱し、その後の注入と成形を行う責任があります。溶解炉の性能は、金属の溶融効率、組成の均一性、および鋳造の品質に直接影響します。一般的な製錬設備は次のとおりです。
- ドーム：金属、特に鋳鉄などの溶解に使用されます。
- 電気アーク炉:アークの高温を利用して金属を溶かします。
- 誘導炉:電磁誘導の原理により金属を加熱し、溶融します。
- 抵抗炉:抵抗器に電流が流れることで発生する熱を利用して金属を溶かします。
- 残響炉:熱を反射して金属を加熱し、溶かします。
注湯および冷却装置
注湯装置は溶融金属を金型に流し込む役割を担い、冷却装置は鋳物の冷却および凝固プロセスを加速する役割を果たします。
注ぐ装置:注ぐ袋、注ぐパイプなどを含みます。注湯袋は、溶融金属を封じ込め、注湯速度と流量を制御するために使用されます。注湯パイプは、注湯バッグから溶融金属を金型に導入する役割を果たします。
冷却装置:冷却ファン、冷却水システムなどを含みます。鋳造金型周辺の温度を下げることで鋳物の冷却プロセスを加速し、鋳造品の生産効率と品質を向上させます。
仕上げおよびクリーニングツール
仕上げ工具と洗浄工具は、金属鋳造プロセスに不可欠な後処理装置です。これらは、鋳物の表面品質と寸法精度.
- バリ取りツール:バリグラインダー、マグネティックポリッシャーなどこれらの装置は、物理的または化学的方法によって鋳物の表面からバリや不純物を取り除き、鋳物の表面仕上げを改善します。
- 研磨装置:研磨ベルト研磨機、表面研磨機などそれらは、必要な表面品質と光沢を達成するために、回転または摩擦によって鋳物の表面を研磨します。
- その他のクリーニングツール:洗浄剤、サンドブラスト機など。これらのツールは、鋳物の表面にある油、酸化物、その他の不純物を除去し、鋳物の清浄度と品質を確保するために使用されます。
よくあるご質問(FAQ)
1.金属鋳造にはどのような工具が必要ですか?
金属鋳造工程では様々な工具が必要とされますが、それぞれの工具がそれぞれ異なる機能を果たし、鋳造工程の円滑な進行と鋳物の品質を確保しています。一般的な金属鋳造ツールには、主に砂型鋳造所が含まれます:鋳造プロセス全体で鋳造を処理できるように、砂型をひっくり返すために使用されます。モールドトング:鋳造プロセス全体で機械加工および移動するための金型または鋳物を保持するために使用されます。ゲートスクレーパー:ゲートを清掃し、溶融金属が金型にスムーズに注がれるようにするために使用されます。硬度計:鋳物の硬度を試験して、その品質が基準を満たしているかどうかを判断するために使用されます。研削盤:鋳物の表面を変更し、鋳物を切断して不良な表面や切り傷を除去するために使用されます。鋳物の表面品質を向上させる.さらに、エアアングルグラインダー、スクレーパー、電気ドリル、グラインダー、電気ハンマーなどがあります。
2.金属鋳造に使用される最も一般的な材料は何ですか?
金属鋳造で最も一般的に使用される材料には、鉄、アルミニウム、銅、亜鉛、その他の金属、およびそれらの合金が含まれます。これらの材料にはそれぞれ独自の特性と適用可能なシナリオがあります。たとえば、鉄:優れた鋳造性と機械的特性を備えており、さまざまな分野で広く使用されています。アルミニウム:融点が低く、耐食性に優れているため、軽量で高強度の鋳物の製造に適しています。銅:優れた熱伝導率と電気伝導性を持ち、電化製品や熱部品の製造によく使用されます。亜鉛:融点が低く流動性に優れており、複雑な形状の鋳物の製造に適しています。
3.キャスティングプロジェクトに適した材料を選択するにはどうすればよいですか?
鋳造プロジェクトに適した材料を選択することは、複雑なプロセスですそのためには、選択した材料がプロジェクトのニーズを満たしていることを確認するために、複数の要素を考慮する必要があります。まず、鋳造品の具体的な用途や作業環境、応力条件などを明確にし、必要な性能要件を決定する必要があります。プロジェクトのニーズに応じて、対応する物理的特性(密度、熱伝導率、線膨張係数など)、化学的特性(耐食性、耐酸化性など)、および機械的特性(強度、硬度、靭性など)を備えた材料を選択します。材料。材料の鋳造流動性、収縮、偏析傾向、およびその他のプロセス特性を考慮して、鋳造プロセスの円滑な進行と鋳造の品質を確保します。材料価格、加工コスト、耐用年数などを含め、選択した材料が性能要件を満たすだけでなく、優れた経済性も備えています。
4.鋳造に合金を使用する利点は何ですか?
鋳造に合金を使用することは、単一の金属に比べて多くの利点があり、これらの利点により、合金は鋳造分野で広く使用されています。主な利点は、合金が強度、硬度、耐摩耗性、耐食性などの組成を調整することにより、その物理的、化学的、機械的特性を改善できることです。合金は通常、流動性が優れているため、鋳造欠陥を減らし、鋳造品の寸法精度と表面品質を向上させるのに役立ちます。合金化により、さまざまな分野や特定の用途のニーズを満たすために、特定の特性を持つ合金材料を開発できます。場合によっては、合金を使用することで、加工コストの削減、材料利用の改善、または耐用年数の延長により、全体的なコストを削減できます。
概要
一般的な鋳造材料には、主にアルミニウム合金、亜鉛合金、鋳鉄、銅合金、マグネシウム合金などがあります。各材料には、独自の特性と適用範囲があります。鋳造材料を選択するときは、鋳造の形状、サイズ、および性能要件を包括的に考慮する必要があります。そして、品質と性能を確保するための生産コストおよびその他の要因鋳物は設計要件を満たしています。
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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。
