鋳造の基礎知識｜製造工程・設備・鋳造方法の違い

鋳造の仕組みと鋳型・中子の役割

鋳造では、作りたい形の空間をもつ鋳型に、溶かした金属を入れます。金属が冷えて固まった後、型から取り出します。溶けた状態の金属を溶湯（ようとう）、鋳造で作った金属製品を鋳物（いもの）と呼びます。

鋳型は鋳物の外側の形を作ります。内部に空洞がある製品では、その空洞を作るために中子（なかご）という型を鋳型の中へ置く方法があります。溶湯は中子の周囲で固まり、中子を取り除いた部分が空洞になります。

鋳型を設計するときは、金属が冷えて収縮する量を見込みます。鋳造後に穴や接合面を削って仕上げる場合は、その部分に削り取るための余分な厚さも設けます。

砂型鋳造の製造工程

砂型鋳造は、砂を固めて作った鋳型を使う方法です。模型の形を砂へ写し、模型を抜いてできた空間へ溶湯を注ぎます。

注湯までに、鋳型と溶湯を用意します。注湯温度や冷却時間は、材料、鋳物の大きさ・肉厚、鋳型の種類に応じて設定します。

寸法検査では、図面に示された寸法と公差に基づいて合否を判定します。表面や内部の欠陥を調べる必要がある製品では、検査する欠陥に適した検査方法も選びます。

代表的な鋳造方法の違い

鋳造方法によって、鋳型の材料と溶湯を入れる仕組みが異なります。砂型やロストワックスの鋳型は、製品を取り出すときに壊します。重力金型鋳造、金型を使う低圧鋳造、ダイカストでは、金型を開いて製品を取り出し、その金型を繰り返し使います。

ロストワックスでは、ワックス模型の周囲を耐火材で覆って鋳型を作ります。その後、ワックスを溶かして除くため、砂型のように固い模型を引き抜く必要がありません。

方法を選ぶときは、使う金属、製品の形状と大きさ、必要な寸法精度、生産数量を確認します。さらに、型を作る費用と、鋳造後に必要な加工・検査を含めて比較します。各方法が適する条件は、鋳造方法の選び方で解説しています。

鋳造工程で使用する設備

砂型鋳造では、金属を溶かす設備、砂型を作る設備、溶湯を注ぐ設備、取り出した鋳物を仕上げる設備を使います。設備の構成は、鋳物の材料や大きさ、砂型の作り方、生産数量によって変わります。

溶解炉で金属を溶かす

溶解炉は、金属を加熱して溶湯にする設備です。誘導炉やるつぼ炉などがあり、扱う金属や必要な溶解量に合わせて選びます。

炉の仕様では、使用できる金属、保持できる溶湯の量、溶解に必要な時間、温度の調整範囲を確認します。作業中は溶湯の成分や温度を測り、作る鋳物に必要な状態へ調整します。

造型設備で砂型を作る

造型機は、模型の周囲へ砂を充填して固め、鋳型を作る装置です。製品の形状や鋳型の寸法、必要な生産速度に対応する機種を選びます。

砂と粘結剤などを混ぜる混練機や、固まった砂型から模型を抜く装置も使われます。砂を固める方式によって必要な設備が異なるため、造型機と砂処理設備を組み合わせて検討します。

取鍋や注湯装置で溶湯を型へ注ぐ

取鍋（とりべ）は、溶湯を受けて運び、鋳型へ注ぐための耐火性をもつ容器です。注湯装置を使う場合は、取鍋の傾きなどを制御して溶湯を注ぎます。

一つの鋳型へ入れる溶湯の量と注ぐ時間に合わせて、取鍋や注湯装置を選びます。鋳物の部分に加え、溶湯の通り道などへ入る量も必要になります。

ショットブラストで表面の砂を落とす

ショットブラストは、粒状の投射材を鋳物に当て、表面に残る砂などを除去する処理です。鋳物の形や大きさ、砂の付着状態に合わせて装置と処理条件を選びます。

アルミニウム鋳物の中子砂を除く方法には、圧縮空気で投射材を吹き付けるエアーブラストがあります。穴や接合面を指定された寸法・表面粗さに仕上げる必要がある場合は、切削などの機械加工を行います。