優れた金属鋳造製品は、経験豊富な設計エンジニアと、設計にシームレスに対応できる鋳物工場から生まれます。大型または小型の金属鋳造部品を製造するために適切な鋳造設計を選択または改善することは、時として困難な場合があります。鋳造設計の考慮事項は、鋳物エンジニアが金属鋳造ソリューションを開発する際に考慮すべき要素です。この記事では、金属鋳造プロセスの前に考慮すべき重要な鋳造設計のすべてを取り上げます。これは、製品の安定性、柔軟性、長寿命を保証するために不可欠です。この記事が、お客様の用途に適した設計を選択したり、サプライヤーの設計を見直したりする際の一助となれば幸いです。
すべての設計技術者は、以下の主要な鋳物設計の考慮事項に従う必要があります。
- 鋳造設計の考慮事項に応じて、部品の機械的特性に適した金属鋳造プロセス/方法を選択します。例えば、Dawang Metalsには3つの鋳造プロセスがあります：インベストメント鋳造、砂型鋳造、シェル鋳造です。それぞれの鋳造法には長所と短所があります。.
- 設計者は金型とゲートの位置を考慮すべきである。設計は、溶融金属を均一に供給することを含まなければならない。.
- 鋳造プロセス全体は、理想的なコントロールと実践を保証しなければならない。.
鋳造設計の考慮点
金属鋳造中の合金の注湯と凝固には、いくつかの要因が影響する。具体的には、これらの要因は鋳造プロセスの種類、鋳造部や接合部の形状、表面外観、鋳造合金内部の完全性、寸法精度に影響します。これらの鋳造設計上の考慮要素は、金属鋳物の設計において強く推奨されます。
プロの鋳造設計が高品質の金属鋳物を作り出します。鋳物の形状、合金の種類、望ましい鋳造プロセスを理解することは、高価格と時間の浪費を避けるために不可欠です。
形状とサイズ
形状とサイズは、鋳造方法の種類を決定する最初の鋳造設計の考慮事項です。通常、鋳造対象の金属が丸い形状であれば、インベストメント鋳造法が最も適しています。一方、エンジニアは、設計の複雑さに応じて砂型鋳造と遠心鋳造を選択することができます。
さらに、金属鋳造法の種類も鋳造サイズによって異なります。Dawang Metals工場は重い金属鋳物を作ることができます。この場合、砂型鋳造法はインベストメント鋳造法よりも重い金属鋳物を作ることができます。したがって、プロの設計では、形状とサイズが鋳物設計の主な考慮事項です。
フルード・ライフ
流体寿命とは、溶融した金属合金が金型内をどれだけ自由に流れるかを意味します。流体寿命は、溶融状態から冷却状態までの期間であり、細い管を通って完全な設計面を持つ金型室へと流れる。流体寿命は鋳型の肉厚と薄肉部の長さを決定する。一方、流体寿命は金型キャビティに与えられる温度にも左右されます。
合金のユニークな冶金学的特性と化学状態も流体寿命を決定します。従って、合金の流体寿命は、鋳物の構造と美的要素を変化させます。
固化収縮
金属収縮とは、設計された表面において、溶融金属合金から固体状態への内部および外部の変化を指します。収縮は予期せず鋳造寸法を変化させるため、鋳造設計の検討において極めて重要です。鋳造設計エンジニアは、正確な鋳物の形状と完全性を作成するために、金属の収縮特性を考慮する必要があります。
溶融金属の冷却中、凝固収縮は3つの異なる収縮段階を作る：液体収縮段階、液体から固体への段階、固体段階です。鋳造設計の検討において、液体収縮段階は大きな影響を与えませんが、他の凝固段階は設計全体にとって重要です。
金型製作は、必要な公差を達成するために収縮寸法を計算するカスタム金型製作プロセスです。インベストメント鋳造や砂型鋳造では、さらにゲート処理によって凝固収縮を行います。ゲーティングとは溶湯供給システムのことです。
ドロス形成
金属合金の中には酸化しやすく、スラグやドロスを形成するものがある。これらのスラグは、後に鋳造品の丸い部分や非金属部分に変化します。しかし、鋳物工場は品質と鋳造方法を改善することで、この問題を解決することができます。
これに対して、デザイン・エンジニアは、酸化しやすい金型の下部に本質的な表面を配置することで、この問題を解決することもできる。
注湯温度
「注湯温度」とは、溶けた金属を鋳型の空洞に入れることができる臨界温度のことです。温度が高すぎると、鋳物の表面に砂が付着したり、表面がざらついたりすることがあります。
その場合、熱の集中は低温合金で問題を引き起こすかもしれない。鋳造設計者は、金型キャビティ内の熱を除去するために、より良い形状を検討することができます。
流体の流れ
溶湯の流れは、設計者にとって最も重要な鋳造設計の考慮事項の一つである。異常なドロス形成、乱流、中子変位、壁浸食を避けるために、溶融金属の層流を考慮する必要があります。
乱流は金属鋳造法における一般的な鋳造欠陥のひとつである。これは、溶融金属の速度と方向によって起こります。設計者は、溶湯の流れをよりスムーズにするためにゲートシステムを改良することで、乱流を減らすことができます。
特に、設計部の鋭角コーナーは乱流の主な原因である。従って、コーナー鋳造は、乱流、壁浸食、中子変位などの欠陥を避けるために、丸いコーナーにしなければならない。
熱変換システム
完璧な金属鋳造を行うためには、適切な加熱システムが不可欠である。したがって、理想的な熱管理システムは、鋳造設計形状に必要である。方向性凝固は、完璧な熱管理システムを定義するための重要な要素です。
方向性凝固とは、キャビティ壁から内側に向かう凝固プロセスを指す。適切な形状設計により、連続的な熱勾配を確保し、予期せぬ収縮を避けることができる。流体の規則的な流れだけでは十分でない場合もあります。その場合、外部冷却によって凝固を促進することができます。
チルには内部チルと外部チルの2種類がある。内部チルは通常、鋳型のキャビティ内にあり、外部チルは鋳型の外側にあります。外部チルは鉄、銅、黒鉛などでできており、周囲の鋳型よりも鋳造熱を早く減少させることができます。これらのチルの主な目的は、金属の適切な凝固プロセスを確保することです。
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なぜ関節への金属集中を避けるべきか？
先に述べたように、固化プロセスは金型内のすべての場所で似ているとは限りません。その場合、チルは熱を排除し、完全な凝固プロセスを提供するのに役立つ。通常、接合部の凝固プロセスは他の場所よりも遅い。そのため、内部冷却はここで大いに役立つ。
その場合、接合部に金属が集中するのを避ける必要がある。そうしないと、凝固異常による鋳造欠陥が発生する可能性があります。
ジャンクション設計の考慮点
L、T、V、Y、＋などの継ぎ目は、金属鋳物における継ぎ目の最も一般的な例である。継ぎ目のある場所は、部品の他の場所よりも高い体積を含んでいる。この高い体積は、極端なホットスポット地帯に相当する。このような場所は異常凝固の原因となる。
設計技術者は、接合部を鋭角から丸みを帯びた角に設計し直すことで、この問題を解決することができる。T型と＋型の接合部に内部チルを使用することで、この問題を解決することができる。
寸法公差
公差は鋳物設計に不可欠な要素です。寸法公差は、金属鋳物の必要な測定値からの最も近い偏差を指します。鋳造の標準的な許容差によると、インベストメント鋳造は25mmまで±0.13mmの直線許容差を制限することができ、砂型鋳造は175mmまで±0.53mmの許容差を定義することができます。通常、インベストメント鋳造は他の金属鋳造法よりも公差が小さい。
表面仕上げ
すべての鋳造部品には表面仕上げが必要です。これは、金属鋳物の外部の質感を指します。通常、インベストメント鋳造は砂型鋳造法よりも表面仕上げが優れています。それは、インベストメント鋳造が砂型鋳造法よりも機械加工を必要としないことを意味します。一方、買い手がより洗練された表面仕上げの砂型鋳造を要求する場合、設計技師はより複雑な設計を行うことになる。より精巧な計画には、追加の資本と時間がかかる。
したがって、表面仕上げは、鋳造設計の考慮要素の不可欠な部分である。鋳造方法が異なれば、表面仕上げ率も異なります。
機械加工の最終要件
溶けた金属が形を整えた後、まだ必要な形にはなりません。その後、最終的な機械加工段階を経て、金属鋳物の一部が取り除かれます。つまり、設計エンジニアは、最後の金属鋳造部品から除去される材料の具体的な量を考慮しなければなりません。このように、これは鋳物設計の考慮事項の不可欠な部分でもあります。
炭素鋼鋳造では、鋳造中に脱炭層が現れる。そのため、加工代は脱炭層の厚さと同じにする必要があります。機械加工代は2～4mm、その他の表面加工は0.5～1.5mmです。
機械加工には時間とコストがかかる。そのため、Dawang Metalsは他の方法でより良い解決策を見出す。この場合、ファブリケーション、鍛造部品、従来の鋳造の代わりに、砂型鋳造またはインベストメント鋳造と遠心鋳造を組み合わせたニアネットシェイプ製造プロセスが採用される。ニアネットシェイプ法は、必要な寸法に近い。したがって、この方法は最終的な機械加工の必要性を減少させる。
結論
完璧な金属鋳造には、多くの鋳造設計上の考慮事項を含む優れた設計が必要です。Dawangメタルズは、これらの設計上の考慮事項のすべてを実行するために最新の技術を使用しています。そのため、Dawang製品は世界の鋳物市場で高い評価を得ています。.
しかし、私達の顧客はどんな鋳造の設計を考え出しても歓迎されています。設計の検討状況を確認し、必要に応じて鋳造の専門家が設計のご提案をさせていただきます。また、鋳造方法に関するご相談も承っております。
