ロスト・フォーム・シェル鋳造法の紹介

ロストフォーム・シェル鋳造法は、インベストメント鋳造（シェル鋳造）とのハイブリッドである。 ロストフォーム（気化鋳造.このプロセスでは、膨張可能な発泡体パターン（通常はEPS）に高温耐性のセラミック（耐火物）コーティングを施し、焼成して発泡体の上に硬いシェルを形成する。コーティングされた発泡パターンは、乾燥砂型ボックスに入れられ、真空（負圧）が引かれる。

注湯の前に、発泡パターンに点火し（通常はスプルーで）、発泡体を燃焼させ、砂の中に中空のセラミックシェルを残す。その後、空洞に溶融金属を流し込む。その結果、高精度の鋳物（表面品質はインベストメント鋳造に匹敵する）ができ、発泡体によるカーボン関連の欠陥はほぼ皆無となる。パターン製作から注湯までのプロセス全体は、シンプルで効率的かつ低コストであり、従来のロストフォーム鋳造と基本的に同じ装置を使用することができる。注湯の直前に発泡スチロールに点火する工程が1つ追加されるだけで、特別な金型の変更は必要ありません。

プロセス説明

一般的な手続きには、いくつかの重要なステップがある：

パターン製作： 発泡スチロールの型紙は、希望する鋳物の正確な形と大きさに作られる。パターンの表面に何層もの耐火性塗料を塗り、乾燥させ（オーブンで乾燥させることが多い）、薄くて硬いシェルを形成する。このシェルが、発泡スチロールを取り除いた後の鋳型となる。

金型を梱包する： コーティングされた発泡スチロールのパターンは、乾燥した砂の型枠に入れられる。砂に振動を与えたり、砂を押し固めたりして、パターンをぴったりと包み込む。次に、ゲートシステムパターン（スプルーとライザー）を位置決めし、その上面が鋳型の表面にくるか、または鋳型の表面より少し上にくるように砂に埋めます。その後、モールドボックスをプラスチックフィルム（シーリングシート）で平らに覆います。

ゲーティングとバキュームの設置 フィルムを設置した状態で、粘土片（粘着砂）を注湯口開口部の周囲に配置し、注湯カップ（スプルーカップ）を外側に取り付ける。最後に砂箱を密閉して真空ポンプに接続し、内部を必要な負圧まで排気する。

これらの工程を経て、充填された鋳型は注湯の準備が整う。発泡パターン（およびゲート内の発泡体）は、真空下で（通常はスプルーカップから）点火される。発泡体は急速に燃え尽き、排気ガスは真空システムによって排出される。泡がほとんどなくなると（多くの場合、90%が燃える）、溶けた金属がキャビティに流し込まれる。セラミックシェルが金属を支え、鋳物は元の発泡体パターンの正確な形状に凝固します。

メリットとデメリット

ロストフォーム・シェル鋳造プロセスには大きな利点がある。金属充填の前に発泡パターンを除去することで、従来のロストフォーム鋳造に特有の「炭素欠陥」を実質的に排除します。これらの欠陥（発泡体が残した炭素による）には、鋳物中の過剰炭素、スラグ介在物、表面のしわ、不均一な合金組成、粗粒、硬質/脆性表面ゾーン、多孔性などが含まれます。

これらの炭素源を排除することで、内部品質と表面仕上げが改善された優れた鋳物が得られる。実際には、この方法で製造された鋳物は、インベストメント鋳造の品質レベルに近づくことができ、しかも比較的低コストで大型で複雑な形状を可能にする。

しかし、この方法には課題もある。このプロセスは真空条件に敏感である。燃焼後に適度な真空（≒0.02MPa）を確保するためには、発泡体の燃焼前に十分に高い初期真空（例えば、負圧0.06MPa以上）を確立する必要がある。初期の真空度が低すぎると、発泡体の燃焼によって真空度が急速に低下し、金型が崩壊してしまいます。

逆に、真空度が高すぎると、砂の付着や鋳物の空隙など、他の欠陥が発生する可能性があります。さらに、発泡パターンが消費されると、（鋳型を覆っている）プラスチックフィルムがスプルーや押湯の界面で焼けて、空気や砂が漏れることがあります。この急激な圧力低下（砂、空気、金属の「3つの漏れ」）によって、鋳型が崩壊したり、鋳物内に砂が巻き込まれたりすることがある。実際には、これらの要因は、追加的な対策なしにプロセスを不安定にする可能性がある。

シェルの崩壊原因と分析

ロスト・フォーム・シェル鋳造の重大な欠陥は次の通りである。 シェル崩壊 (カウチ」欠陥とも呼ばれる）。崩壊は通常、大型の鋳物や密閉された空洞のある部分で、注湯中や凝固中に発生する。主な原因は以下の通り：

溶融金属の「フラッシュフロー」。 注湯中、金属の一部が外力を受けて迂回し、キャビティの特定の領域を迂回することがある。言い換えれば、一部の金属が意図した領域を通り過ぎて流れ、キャビティ容積の一部が未充填のままになる。この「フラッシュフロー」効果は、砂構造に不均一な荷重がかかることを意味し、荷重のかかっていない部分で崩壊の危険性が高まる。

コーティング強度が不十分。 バーンアウトの前に、発泡パターンは流入する金属を緩衝し、砂を保護する。泡が取り除かれた後、砂型は硬化した塗膜によってのみ支持されなければならない。塗膜に耐火性や高温強度が欠けていると、金属流の重量や浸食を十分に支えることができない。その場合、高温の金属が周囲の砂を局部的に浸食して弱め、陥没させる可能性がある。この現象は、大きな内部ゲートや薄い部分の近くで特に起こりやすく、支持シェルに大きな金属負荷がかかる。

過剰なガス発生。 真空下で厚い発泡パターンを焼き切ると、突然大量のガスが発生する。この急激なガスの発生に金型のベント（および真空ポンプの能力）が追いつかないと、圧力が上昇します。最悪の場合、閉じ込められたガスは金型構造の膨張や破裂の原因となります。このように、ベントやポンプの能力不足は、バーンアウト時のシェル崩壊に直結します。

実際には、いったん発泡体が発火すると、従来の真空成形（真空ボックスを覆うプラスチックフィルム）は失敗する傾向がある。フィルムがスプルーやライザーの周囲で焼き切れることが多く、真空度が急激に低下し、金型の内側と外側の間に大きな圧力不均衡が生じる。この圧力サージはシェルを簡単に崩壊させる。非常に高い初期真空度（例えば-0.07MPa）を設定することで補おうとするかもしれないが、実験では、これはしばしば新たな問題（例えばガスポロシティ）を引き起こし、制御が難しい。要するに、単に真空度を調整するだけでは、崩壊を防ぐことができないことが証明されている。

改良されたパターン包装方法

この崩壊問題に対処するため、発泡体が燃え尽きた後も金型がしっかりと密閉されるように、パターン充填の手順を改良した。改良された方法では、ゲーティングパターンはシールフィルムから突出するように配置され、接着砂で補強される。手順は以下の通り：

発泡スチロールのパターン（鋳造模型）は、先ほどと同じように乾燥した砂の中に埋められ、圧縮される。

スプルーパターンとライザーパターンは、その上端が 砂箱の表面からはみ出す.

プラスチックフィルムは砂箱の上に平らに敷かれ、スプルーとライザーのパターンがフィルムを突き破っている。

リング ボンディングサンド を、フィルムの上にある突起したスプルー／ライザー・パターンの周囲に置き、鏝で滑らかにする。その後、スプルーの上にカップが取り付けられる。

最後に、真空ボックスは密閉され、前と同じように真空ポンプに接続される。

この構成により、バーンアウトと注湯の間、鋳型キャビティが効果的に密閉された状態を保つことができます。スプルーとライザーがフィルムを突き破り、砂によって接着されることで、キャビティ内外の圧力は、フォームが消費された後も均衡を保ちます。言い換えれば、注湯中に鋳型全体の気圧差がほとんど変化しないため、真空計の読みは正確で安定したままです。さらに、接着砂が固まると、フィルムをパターン表面にしっかりと固定し、「3つの漏れ」（空気、砂、金属）を防ぎます。事実上、金型は密閉された殻のような働きをする。発泡体は、大きく開いたフラスコではなく、小さく通気性の良い空洞に燃え尽きる。実際には、この改良されたパッキングにより、シェルの崩壊や鋳造の欠陥がほとんどなくなりました。

結論

要約すると、ロストフォームシェル鋳造は、インベストメント鋳造の精度とロストフォームパターンの簡便性と柔軟性を兼ね備えた有望な精密鋳造法である。その主な利点はカーボン欠陥の除去であり、優れた鋳造品が得られる一方、その主な課題は真空下での鋳型崩壊の防止であった。改良されたパッキング技術（フィルムを通してゲートを突き出し、粘着砂で補強する）は、バーンアウト時の鋳型圧力を効果的に安定させる。この技術革新により、「当初の欠点が克服され、型崩れがなくなり、鋳造品質が保証された」。その結果、このプロセスは信頼性の高い高品質の鋳物を、スクラップ率の低減とともに実現する。このような改良により、インベストメント鋳造レベルの精度で複雑な薄肉部品を製造するロストフォームシェル鋳造の実用性が大幅に向上した。

Hangzhou Oouchen Technology Co.、Ltd を専門とする大手メーカーです。 ロスト・フォーム・キャスティング業界向け先端設備.当社のシステムには、最先端のPLC自動化、遠隔監視、モジュール適応性が組み込まれており、上記のロストフォームシェル鋳造プロセスに最適です。大量生産のために規模を拡大する場合でも、複雑な鋳物の完全性を改善する場合でも、当社の統合ソリューションは、比類のない信頼性でカーボン欠陥を排除し、鋳型の崩壊を防止します。

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