インベストメント鋳造用のシェル構築

インベストメント鋳造では、ワックス型の表面に耐火性コーティングを複数層コーティングします。硬化および乾燥した後、ワックス型を加熱して溶かし、ワックス型の形状に対応するキャビティを有するシェルを得る。焼成後、流し込んで鋳物を得る方法なので、ロストワックス鋳造とも呼ばれます。生産技術の継続的な向上により、新しいワックス成形プロセスが次々と登場し、成形に使用できる材料の種類も増加しています。型取りの方法も溶解に限定されなくなり、成形材料もワックス素材に限定されなくなりました。プラスチック金型も使用できます。この方法で得られる鋳物は、寸法精度が高く、表面粗さが小さいため、精密鋳造とも呼ばれます。

基本的な特徴は、インベストメント鋳造それは、シェルを作るときに溶ける使い捨ての型を使用することです。型抜きの必要がないため、シェルは分割面のない一体型であり、シェルは高温性能に優れた耐火物でできています。インベストメント鋳造では、最小肉厚 0.3 mm、鋳造穴の最小直径 0.5 mm の複雑な形状の鋳物を製造できます。生産では、構造を変更することで複数の部品で構成される一部の部品を全体に結合し、インベストメント鋳造によって直接成形することができます。加工工数や金属材料の消費量を削減し、鋳造部品より合理的です。

インベストメント鋳造によって製造される鋳物の重量は、一般に数十グラムから数キログラム、場合によっては数十キログラムの範囲にあります。重すぎる鋳物は、成形材料の性能の制限とシェルの製造が難しいため、インベストメント鋳造には適していません。

インベストメント鋳造により製造された鋳物合金の種類に限定されず、特に切削や鍛造が困難な合金においてその優位性を発揮します。しかし、インベストメント鋳造の生産には、主に工程数の多さ、長い生産サイクル、複雑な技術プロセス、および生産を安定させるために厳密に管理する必要がある鋳物の品質に影響を与える多くの要因による欠点もいくつかあります。

他の鋳造法と比較して、インベストメント鋳造の顕著な特徴は、シェルの製造に溶解可能な鋳型を使用することです。シェルが製造されるたびに 1 つのインベストメント金型が消費されます。高い寸法精度と低い表面粗さ値を備えた高品質の鋳造品を得るために必要な前提条件は、高い寸法精度と低い表面粗さ値を備えたインベストメント金型です。したがって、成形材料 (金型材料と呼ばれる) の性能、成形品 (インベストメントをプレスするために使用されるパターン) および成形プロセスの品質は、インベストメント鋳造の品質に直接影響します。

インベストメント鋳造鋳型は現在、多層耐火材料で作られたシェルに一般的に使用されています。モジュールを浸漬して耐火物をコーティングした後、粒状耐火物を散布し、乾燥・硬化するという作業を耐火物層が必要な厚さになるまで何度も繰り返します。このようにして、モジュール上に多層シェルが形成されます。モジュールは通常、完全に乾燥して硬化するまで一定期間放置され、その後型から外されて多層シェルが得られます。多層シェルには、砂を充填する必要があるものと、砂を充填する必要のないものがあります。焙煎後、そのまま注ぐことができ、これを高強度シェルと呼びます。

シェルの品質は鋳造品の品質に直接関係します。シェルの動作条件に応じて、シェルのパフォーマンス要件には主に次のものが含まれます。
1) 常温強度が高く、適度な高温強度を有し、残留強度が低い。
２）通気性（特に高温通気性）、熱伝導性に優れています。
3) 線膨張係数が小さく、熱膨張が小さく、膨張が均一です。
4) 耐急冷、耐熱性、熱化学的安定性に優れています。

シェルのこれらの特性は、シェルの製造に使用される材料とシェルの製造プロセスに密接に関係しています。シェル材料には、耐火物、結合剤、溶剤、硬化剤、界面活性剤などが含まれます。このうち、耐火物と結合剤は、主シェル材料であるシェルを直接形成します。インベストメント鋳造に使用される耐火物は、主にケイ砂、コランダム、アルミノケイ酸塩耐火物（耐火粘土やアルミニウムバナジウムなど）です。その他、ジルコンサンドやマグネシアサンドが使用されることもあります。

粉末状の耐火物と結合剤を耐火物として調製し、外殻を製作する際に粒状の耐火物を耐火物上に散布します。耐火コーティングに使用される結合剤には、主にケイ酸エチル加水分解物、水ガラス、シリカゾルが含まれます。ケイ酸エチルで調製された塗料は、良好な塗装特性、高いシェル強度、小さな熱変形、得られる鋳物の寸法精度が高く、良好な表面品質を備えています。これは主に、重要な合金鋼鋳物や、高い表面品質が要求されるその他の鋳物を製造するために使用されます。中国で生産されるエチルシリケートのSiO2含有量は一般に30%〜34%（質量分率）であるため、エチルシリケート32と呼ばれます（32はエチルシリケート中のSiO2の平均質量分率を表します）。ケイ酸エチルは加水分解後にのみ結合の役割を果たすことができます。

水ガラスで作られたコーティングシェルは変形しやすく、割れやすいです。エチルシリケートと比較して、製造された鋳物は寸法精度が低く、表面粗さが大きいです。水ガラスバインダーは小型普通鋼鋳物や鋳物の製造に適しています。非鉄合金鋳物。インベストメント鋳造用の水ガラスは通常、弾性率が 3.0 ～ 3.4、密度が 1.27 ～ 1.34 g/cm3 です。

シリカゾルバインダーは、シリカゾルとしても知られるケイ酸の水溶液です。価格はエチルシリケートに比べて1/3～1/2程度安価です。シリカゾルをバインダーとして使用して製造された鋳物の品質は、水ガラスの品質よりも高くなっています。結合剤が大幅に改良されました。シリカゾルは安定性が良く、長期保存が可能です。シェルを作る際に特別な硬化剤を必要としません。シェルの高温強度はエチルシリケートシェルよりも優れていますが、シリカゾルは埋没材に対する濡れ性が悪く、硬化するのに時間がかかります。シェル製造の主なプロセスには、モジュールの脱脂、コーティングとサンディング、乾燥と硬化、脱型、ローストが含まれます。