砂型鋳造とは

砂型鋳造とは、砂型で鋳物を製造する鋳造法を指します。砂型鋳造法では、鋼、鉄、非鉄合金のほとんどの鋳物を得ることができます。砂型鋳造に使用される造形材料は安価で入手しやすく、鋳型の製造も容易であるため、鋳物の単品生産、バッチ生産、大量生産に適応できます。長い間、鋳物製造の基本工程となっています。

粘土 湿った砂

成形砂の主なバインダーには粘土と適量の水が使われる。砂が準備された後、直接組み立てられ、湿った状態で流し込まれる。湿式砂鋳造の歴史は古く、用途も広い。湿式砂の強度は、粘土と水を一定の割合で混合して形成される粘土スラリーに依存する。一度混合された成形砂は一定の強度を持つ。砂型に圧縮された後、それは成形と注湯の要件を満たすことができます。したがって、成形砂中の粘土含有量と水分含有量は非常に重要な工程要因でします。

鋳物砂や中子砂を造型材料として空洞を作り、その空洞に液体金属を重力で充填して鋳物を製造する鋳造法。砂型鋳造では、鋼やほとんどの非鉄合金の鋳物を作ることができます。砂型鋳造に使用される成形材料は安価で入手しやすく、鋳型の製造も容易であるため、単品生産、バッチ生産、大量生産に適しています。長い間、鋳物製造の基本的な工程となっています。

砂型鋳造に使用されるキャビティは、一般に外砂型と中子で構成される。鋳物の表面品質を向上させるために、通常、砂型と中子の表面にコーティング層が塗布される。塗膜の主成分は、耐火性が高く化学的安定性に優れた粉末材料とバインダーでします。さらに、コーティングを容易にするために、キャリア（水やその他の溶剤）や各種添加剤が加えられる。

粘土湿式砂型鋳造の利点は以下の通りである：

• 粘土資源は豊富で安価でします。
• 使用済みの粘土湿砂のほとんどは、適切な砂処理後にリサイクルできます。
• キャビティ製造のサイクルが短く、作業効率が高い。
• 混合した成形砂は長期間使用できます。
• 砂型が圧縮された後も、砂型は損傷を受けることなく一定の変形に耐えることができます。

デメリットはある：

• 砂を混合する場合、粘着性のある粘土スラリーを砂粒子の表面にコーティングする必要があるため、混練作用のある高出力の砂混合装置が必要となり、そうでなければ良質の砂は得られない。
• 混練後の造型砂は強度が高いため、造型時に流動しにくく、圧縮されにくい。手作業による造型は手間がかかり、一定の技術を必要とし、機械による造型は設備が複雑で大型になる。
• キャビティは剛性が低く、鋳物の寸法精度が悪い。
• 鋳物は、砂洗い、砂の巻き込み、気孔の欠陥が発生しやすい。

粘土乾燥砂空洞の湿潤含水率は、この空洞の製造に使われた砂の含水率よりわずかに高い。

クレイサンドコアは、粘土砂でできたシンプルな中子でします。

乾燥した粘土砂

この空洞を作るために使用する成形砂の湿潤含水率は、湿潤成形砂よりも若干高い。砂で空洞を作った後、空洞の表面に耐火コーティングを施し、オーブンに入れて乾燥させ、冷却後、組み立てて流し込むことができます。土砂空洞の乾燥には長い時間がかかり、多くの燃料を消費し、乾燥中に土砂空洞が変形しやすく、鋳物の精度に影響する。粘土乾燥砂腔は、一般的に鋼鋳物や大型の鉄鋳物の製造に使用される。化学硬化砂の普及により、乾式砂型は廃止される傾向にある。

化学硬化サンド

このタイプのキャビティに使われる成形砂は、化学硬化砂と呼ばれる。バインダーは硬化剤の作用で三次元構造に重合する物質が一般的で、各種合成樹脂や水ガラスなどが用いられる。化学硬化には基本的に3つの方法がある。

• 自己硬化する：砂の混合時にバインダーと硬化剤を同時に加える。キャビティや中子を造型した後、硬化剤の作用でバインダーが反応し、キャビティや中子が自己硬化する。自己硬化法は主に造型に用いられるが、大型中子の製造や小ロット中子の製造にも用いられる。
• エアゾール硬化：砂の混練では、まずバインダーなどの補助添加剤を加え、硬化剤は加えない。造型や中子造型が完了した後、ガスキャリアで霧状にしたガス状硬化剤または液体硬化剤を吹き込み、キャビティや中子内に分散させて硬化させる。エアゾール硬化法は主に中子造型に用いられるが、小さな砂のキャビティ造型に用いられることもある。
• 熱硬化：砂を混ぜる際に、常温では働かないバインダーや潜在性硬化剤を加える。キャビティや中子を作った後、加熱を行う。この時、潜在性硬化剤がバインダー中の特定の成分と反応して有効硬化剤を生成し、バインダーを硬化させることができるため、キャビティや中子を硬化させることができます。加熱硬化法は、主に中子造型に用いられるほか、小型の薄殻砂キャビティ造型にも用いられる。

明和金物砂型鋳造工程

明和鋳造の砂型鋳造工程の基本ステップは以下の通りである：

• 砂の混合段階：成形用の砂と中子砂を用意する。一般的にはサンドミキサーを使い、古いパターンと適量の粘土を混ぜる。
• モデリングの段階：部品図面に従って鋳型や中子箱を作る。一般的に、単品では木型、バッチ生産ではプラスチック型や金属型（通称：鉄型、鋼型）、大型鋳物では型板を作ることができます。現在、鋳型は基本的に彫刻機で加工するため、生産サイクルは大幅に短縮され、鋳型製作は一般的に2～10日で完了する。
• 成型（コアを作る）段階：造型（鋳物砂で鋳物の空洞を形成すること）、中子造型（鋳物の内部形状を形成すること）、金型組立（中子を空洞に入れ、上下の箱を閉じること）を含む。造型は鋳造における重要な作業でします。
• 製錬段階：必要な金属組成に応じて、化学組成を準備し、合金材料を溶融するために適切な製錬炉を選択し、修飾された液体金属（修飾された組成と修飾された温度を含む）を形成する。製錬は一般的にキュポラ炉または電気炉を使用する（環境保護の要求により、キュポラ炉は現在基本的に禁止されており、基本的に電気炉を使用する）。
• 注ぐ段階：電気炉で溶かした鉄を、用意した空洞に柄杓で流し込む。鉄の湯が空洞全体に行き渡るように、鉄の湯を注ぐスピードに注意する必要がある。また、溶けた鉄を流し込むのは非常に危険なので、安全には十分注意すること！
• クリーニングの段階：注湯後、金属が凝固するのを待ち、ハンマーでゲートシステムを取り外し、鋳物上の砂を振り落とした後、ショットブラスト機を使用してショットブラストを行い、鋳物の表面を非常にきれいにします！検査の後、厳密でない条件の鋳造物は基本的に出荷することができます。
• 鋳造加工：特殊な要件を持つ鋳物や要件を満たせない鋳物については、簡単な加工が必要な場合がある。一般に、加工や研磨には砥石や研削盤を使用し、バリを除去して鋳物を滑らかにする。
• 鋳造検査：鋳物検査は通常、洗浄中または加工中に行われ、不適格な製品は通常発見される。しかし、鋳物によっては個別の要求事項があり、再検査が必要なものもある。例えば、中心穴に5cmのシャフトを挿入しなければならない鋳物もあるので、5cmのシャフトで試す必要がある。