金属鋳造は最も古く、最も信頼性の高い製造方法の 1 つです。, 積層造形や積層造形などの高度なプロセスが行われている今日でも、 CNC加工 生産を支配する. 鋳造は複雑な形状を作り出すことができるため、引き続き不可欠です, 大量の, 比較的低コストで強力なコンポーネント.
しかし, キャスティングにおける最も根深い課題の 1 つは、 収縮. 溶けた金属が冷えて固まるにつれて、, それは収縮します, 寸法誤差の原因となる, 気孔率, および表面欠陥. 適切に管理されていない場合, 収縮により、鋳造部品の機能と強度の両方が損なわれる可能性があります.
このガイドでは、 収縮とは何ですか, なぜそれが起こるのか, 鋳物にどのような影響を与えるか, およびそれを最小限に抑えるためにエンジニアが使用する方法.
収縮とは?
収縮とは、 溶融金属が冷えて固体に変化するときに生じる体積の減少 型の中. それは固有の材料特性です, 製造ミスではありません, ただし、欠陥を避けるために慎重に管理する必要があります.
鋳造時の収縮には主に次の 3 種類があります。:
1. 液体収縮
溶融金属が注湯温度から凝固点まで冷却されるときに発生します. この段階では主に液体金属の収縮により体積が減少します。.
2. 凝固収縮
液体から固体への相変化中に起こります. 金属と合金は通常収縮します 3-7% この移行期間中に, ただし、正確な割合は合金の組成によって異なります。.
アルミニウム合金: 高収縮, より大きなライザーが必要.
銅合金: 大幅な収縮も起こりやすい.
鋼およびニッケル合金: 通常、収縮率が低くなります.
3. 固体収縮 (パタンナーの収縮)
固まった後も, 鋳造金属は室温まで冷えても収縮し続けます。. この段階は通常、次の方法を適用することで補われます。 収縮代 金型やパターンの設計中.
収縮欠陥の原因
収縮欠陥は以下の組み合わせによって発生します。 材料特性, キャストパラメータ, 金型設計の問題.
給餌システム
給餌システム (ライザー, ゲート, ランナー) 凝固中に溶融金属を供給します.
不適切に設計されたライザーまたはゲートでは、十分な液体金属を供給できない可能性があります, 内部空隙または収縮気孔の形成.
砂型鋳造では, 不十分なライザー設計が収縮の一般的な原因です.
注湯温度
高すぎる: 過度の液体収縮を引き起こす, 乱気流, 不均一な冷却.
低すぎる: 早期固化の原因となる, 薄い部分への流れを遮断する.
熟練したオペレーターは、スムーズな流れと制御された凝固を確保するためにバランスを取る必要があります。.
冷却速度
不均一な冷却は次のような原因で発生することがよくあります。 壁厚の変化 または複雑な部品形状.
薄い部分は厚い部分よりも早く冷却されます, 予測できない収縮が発生する.
制御された 方向性凝固 鋳物の一方の端からもう一方の端まで凝固が均一に進むことを保証します。.
合金組成
元素を合金化すると凝固挙動が変化する.
例えば:
アルミニウム & 銅合金 → 高収縮, 多孔質になりやすい.
スチール & ニッケル合金 → 収縮率が低い, コントロールしやすくなる.
鋳造工場はパターンとライザーを設計する際に合金特有の収縮を考慮する必要があります.
収縮欠陥の種類
収縮欠陥は大きく次のように分類できます。 開ける (表面に見える) そして 閉まっている (内部) 種類.
開いた収縮欠陥
これらは鋳造表面に現れ、肉眼でも確認できます。.
パイプ: 供給不足により鋳物上部に発生する円錐状の凹み.
洞窟表面: 冷却時の収縮により生じる浅い凹み. 多くの場合美的ですが、, まだやり直しが必要な可能性があります.
閉じた収縮欠陥
これらは鋳物の内部で発生し、次のような検査技術がなければ検出するのがはるかに困難です。 X線撮影または超音波検査.
内部収縮: 部品内のボイドとキャビティ.
マクロ収縮: 大きな内部空洞, 通常は不均一な冷却と不十分な金型設計が原因で発生します.
微小収縮: 材料全体に広がる小さな空隙, 複雑な鋳物や薄肉の鋳物でよく見られます.
鋳造における収縮の影響?
収縮は直接影響します。 機械的性能, 正確さ, と品質 鋳造部品の.
構造的完全性を損なう
内部空隙は応力集中部として機能します.
多孔性により耐荷重能力が低下する, ストレスや疲労によって部品が故障しやすくなる.
寸法精度が低下する
冷却中に収縮により部品の寸法が変化します.
鋳物工場が適用されます 収縮代 パターン設計で最終寸法が公差内に収まるようにする.
複雑な形状では、正確な公差を達成するために鋳造後に CNC 加工が必要になることがよくあります。.
表面仕上げに影響を与える
凹んだ領域やザラザラした質感などの表面欠陥が現れる場合があります.
高品質なアプリケーション (航空宇宙, 自動車) 必要とする 二次仕上げ作業 研ぐような, 研磨, またはコーティング.
鋳造時の収縮を最小限に抑える方法
収縮をなくすことはできませんが、収縮させることはできます。 制御され補償される 工学技術を使って.
金型設計の最適化
適切に配置されたライザーとフィーダーが凝固中に溶融金属を供給します.
ゲート設計によりスムーズな金属の流れが確保され、乱流が防止されます。.
金型内のリザーバーは局所的な収縮を補うのに役立ちます.
冷却速度の制御
方向性凝固 鋳物が予測可能な経路で冷却されることを保証します.
寒気 (金型に配置された金属インサート) 厚い部分の冷却を促進する.
冷却速度のバランスをとることで、開いた収縮欠陥と閉じた収縮欠陥の両方を防止します.
絶縁体を使用する
断熱材を使用すると、特定の領域の冷却が遅くなります。, 液体金属の供給を維持する.
悪寒と相まって, 鋳物全体の正確な熱制御が可能になります。.
気孔率 vs. 鋳造時の収縮: 本当の違いは何ですか?
気孔率と収縮率はしばしば混同されます, しかし、それらはまったく同じものではありません. 収縮 金属が冷えて収縮するときに起こります, 空隙や空洞が残る. 金属が固まるときに「引き離される」ようなものだと考えてください。.
気孔率, 一方で, 通常、鋳物内部に閉じ込められたガスや小さな気泡から発生します。. 金属が収縮する代わりに, プロセス中に空気やガスが逃げないことが重要です.
簡単に言うと:
収縮 = 冷却中の金属の体積損失
気孔率 = 金属内部に閉じ込められたガスポケット
どちらも部品を弱める可能性があります, しかし、それらはさまざまな原因から来ており、修正するにはさまざまな解決策が必要です.
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高圧ダイカストによる優れた表面仕上げと寸法精度.
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結論
収縮は鋳造における最も一般的かつ重要な課題の 1 つです, しかし、それは効果的に管理できます:
注意深い 金型と供給システムの設計,
の制御 注湯温度と冷却速度, そして
会計処理 合金固有の収縮許容値.
収縮の原因を理解し、実証済みの対策を適用することで, エンジニアは、鋳造部品が構造的完全性と寸法精度の両方を確実に達成できるようにすることができます。.
結局のところ, 経験豊富な鋳物工場または鋳造サービスプロバイダーを選択することは、収縮欠陥を最小限に抑えて製品を製造するために不可欠です。 高性能鋳造コンポーネント.
