永久鋳造とは

永久鋳型鋳造は、再利用可能な鋳型（いわゆる「永久鋳型」、一般に金属製）を使用する金属鋳造プロセスでします。鋳型への充填に重力を利用する方法が最も一般的で、重力鋳造と呼ばれるが、空気圧や真空を利用するプロセスもある。また、重力鋳造のバリエーションとして、中空鋳物を製造するために使用されるビチューメン鋳造法と呼ばれるものもある。一般的に使用される鋳造金属は、アルミニウム、マグネシウム、銅合金などでします。錫、亜鉛、鉛合金、鋼鉄、鉄などの他の材料も、黒鉛鋳型を使って鋳造されます。

金型鋳造は金属型鋳造とも呼ばれる。金型に液状の金属を流し込んで鋳物を得る鋳造法でします。鋳型は金属製で、繰り返し（数百回から数千回）使用できます。金型鋳造でできる鋳物は、重量や形状に一定の制約がある。例えば、鉄系金属は単純な形状の鋳物しかできない。鋳物の重量はあまり大きくできない。肉厚にも制限があり、小さい鋳物の肉厚は鋳造できない。

大量生産や複製を必要とする様々な用途では、永久鋳型鋳造工程が必要とされる。この工程では、金型を予熱します。このステップでは、鋳型内に存在する可能性のある水分を除去し、溶融金属が急速に冷却されるのを防ぎます。永久鋳型の予熱は、溶融金属が鋳型に導入される際の熱膨張による鋳型の損傷も防ぐことができます。最も一般的な方法は、重力を利用して液体金属を加熱した鋳型に流し込むだけでします。この方法は設備が少なくて済むため、永久鋳型鋳造の中で最も低コストな方法ですが、液体金属が鋳型のすべての領域に到達しない可能性がある状況には適していません。細部に溶融金属を充填しなければならない永久鋳型の場合、金属の導入を補助するために真空または圧力が必要になることがある。圧力アシスト永久鋳型の場合、鋳造のために溶融金属を鋳型に押し込むために低圧が使用される。真空アシスト永久鋳型の場合は、鋳型から空気を吸引して低圧の真空を形成し、金属を鋳型に引き込みます。どちらの場合も、加圧することで溶融金属を小さな隙間や細かな部分に充満させることができ、そうでなければ鋳物を台無しにしてしまう可能性がある。金型鋳造法のもうひとつの変化は、泥鋳造法でします。この方法では、溶けた金属を鋳型に流し込み、シェルの外周で固める。鋳造された金属が固まり始めると、中央の液体金属が注ぎ出され、装飾や装飾製品に適した中空の鋳物が残る。

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永久鋳造の利点と欠点

金型鋳造と砂型鋳造の比較：技術的にも経済的にも多くの利点がある。

• - 金属鋳物は砂型鋳物よりも機械的性質が高い。同じ合金の場合、引張強さは平均で約25％向上し、降伏強さは平均で約20％向上し、耐食性と硬度も大幅に向上しています；
• - 鋳物の精度と表面仕上げは砂型鋳物より高く、品質とサイズは安定している；
• - 鋳造品の歩留まりは高く、液体金属の消費は削減され、一般的に15～30％の節約になる；
• - 砂を使用しないか、使用する砂の量を減らすことで、一般的に80～100％の造形材料を節約することができる；

さらに、永久鋳型鋳造は生産効率が高く、鋳造欠陥の原因を減らすことができ、工程が簡単で、機械化や自動化を実現しやすい。永久鋳型鋳造は多くの長所がありますが、短所もあります。例えば

• - 金型の製造コストが高い
• - メタルタイプは通気性がなく、後退がないため、注湯不足、割れ、鋳鉄の白口などの欠陥が発生しやすい。
• - 永久鋳型鋳造では、鋳型の作業温度、合金の注湯温度と速度、鋳物が鋳型に滞留する時間、および使用されるコーティングは、鋳物の品質に非常に敏感であり、厳密に制御する必要があります。

したがって、金型鋳造の採用を決定する際には、鋳物の形状や重量が適切であること、十分なバッチ数があること、生産タスクの完了期限が許容されること、などの要素を総合的に考慮する必要がある。

永久鋳造の鋳型特性

金型と砂型は性能に大きな違いがある。例えば、砂型には通気性があるが、金型にはない。砂型は熱伝導率が悪いが、金型は熱伝導率が良い。砂型には後退があるが、金型にはない。砂型は熱伝導率が悪く、金型は熱伝導率が良い。

キャビティ内のガス状態の変化が鋳物の造型に与える影響：金属が充填される際、キャビティ内のガスは速やかに排出されなければならないが、金属にはガス透過性がない。この工程を怠る限り、鋳物の品質に悪影響を及ぼします。

鋳物の凝固中の熱交換の特徴：溶融金属がキャビティに入ると、金属壁に熱を伝えます。液体金属は金型壁を通して熱を失い、凝固して収縮し、金型壁は熱を得て温度が上昇し、同時に膨張する。その結果、鋳物と鋳型壁の間に「隙間」が形成される。鋳物-隙間-金型」システムが同じ温度に達する前に、鋳物は「隙間」で冷却され、金型壁は「隙間」を通じて加熱されると見なすことができます。

金属鋳型は鋳物への収縮の影響を妨げる：金属鋳型または金属中子は鋳物の凝固過程で後退することがなく、鋳物の収縮を妨げる。これがもう一つの特徴でします。