5 鋳造におけるパターン許容値の種類

1. 導入

パターンの許容値は、 金属鋳物, 固有の材料やプロセスの動作にもかかわらず、最終製品が設計仕様を確実に満たすようにする.

金属鋳物は収縮する可能性があります, 熱膨張, 金型の摩擦, および後処理要件, 生産前にパターンの寸法を意図的に変更することが不可欠となる.

正しい許容値を理解して適用することで寸法精度が向上します, 表面仕上げ, および機械的パフォーマンス, スクラップを減らす, 生産効率を最適化します.

2. パターン許容値とは何ですか?

パターン許容値 鋳造プロセス中に発生する予測可能な変化を補償するために鋳造パターンに行われる意図的な寸法調整です。.

溶けた金属が固まって冷えるとき, などの要因により、その寸法は元のパターンと正確に一致しません。 収縮, ねじれ, 金型の摩擦, および後処理操作.

パターンの許容値により、 完成した鋳造は設計仕様を満たしています.

本質的には, パターン許容値は、考慮するためにパターンに適用される組み込みの「修正」です。:

• 金属収縮 凝固中
• 機械加工または仕上げ作業 材料を除去するもの
• ドラフト角度 カビを簡単に除去するために必要
• 歪みや反り 冷却中
• 追加のレイヤー コーティングから, メッキ, または熱処理

これらの手当を慎重に計算して適用することで、, 鋳造工場は次のような鋳物を製造できます。 寸法的に正確です, 機能的な, そして費用対効果, 複雑な形状や高精度部品にも対応.

適切に設計された許容値により、手戻りが軽減されます, スクラップレート, 全体的な生産効率を向上させます.

3. パターン許容量の種類

パターン許容量は、 意図的な寸法変更 最終的な鋳造を確実にするために鋳造パターンに適用されます。 設計要件に正確に適合する, 補償する 凝固中の材料の挙動, そして収容します キャスト後の操作.
それぞれの手当には、 明確な目的, 鋳造プロセスにおける特定の現象に対処する.
適切に設計された許容値は、 欠陥を最小限に抑える, 手戻りの削減, 機能的パフォーマンスの確保 鋳造コンポーネントの.

収縮手当

• 目的: 補償するために 凝固および冷却中の金属の収縮.
  収縮代なし, 鋳物は意図したものよりも小さくなります, 設計仕様を満たしていない可能性がある.
  収縮代を確保 寸法精度, 機能的なフィット感, 嵌合部品との互換性.

  

• 機構:
  収縮代が補償します 凝固・冷却時の体積減少.

• • 液体収縮: 溶融金属が固相線温度まで冷却されると、, 原子は近づきます, を引き起こす 密度の減少.
    ライザーの配置により、フィーダーからの溶融金属が確実に排出されます。 縮小している領域に栄養を与える, 虫歯の予防.
  • 固体収縮: 凝固した金属が周囲温度まで冷えると、さらに収縮が発生します。.
    これはパターンのオーバーサイズによって説明されます。 初期パターン寸法の拡大 材料固有の収縮率に比例.
  • 温度勾配と断面の厚さ: 厚い部分は冷却が遅くなる, 収縮差の原因となる.
    適切なパターン設計には、 可変オーバーサイズ, 薄い領域と厚い領域にわたって均一な寸法を確保する.

材料固有の収縮の例:

意義: 正確な収縮予測 欠陥を防ぐ 多孔性のような, ひび割れ, または不適合者, 特に 航空宇宙, 自動車, および産業コンポーネント.

加工代

• 目的: 重要な表面に追加の材料を提供して、 鋳造後の機械加工 を達成します 正確な最終寸法と表面品質.
  取り代なし, キャストが失敗する可能性がある 寸法公差 表面粗さのせいで, 金型の凹凸, またはわずかな収縮の変動.

  

• 機構:
  加工代が得られます 機能面に余分な素材を使用 補償する:

• • 表面の凹凸: 砂型またはインベストメント型では、粗さやわずかな寸法の偏差が生じます。. 余分な厚みにより、 正確な公差を達成するための材料除去.
  • キャスト後の修正: 収縮のばらつき, 軽度の反り, または局所的な欠陥が加工中に修正される, 最終的な形状が工学設計と一致することを確認する.
  • 予測可能な削除: パターンには、 事前に計算された厚さ 回すための, フライス加工, または研削, 均一な加工深さを確保し、オーバーカットを回避します.

• 典型的な範囲: 1–5 mm（材質および公差要件に応じて）.
• インパクト: 保証します 機能的完全性 歯車などの精密部品の, シャフト, またはフランジ.

手当草案

• 目的: 有効にするには スムーズで損傷のないパターンの除去 金型キャビティから.
  ドラフト許容量により防止されます 削る, 引き裂く, または金型壁の破壊, 表面欠陥や寸法の不正確さの原因となる可能性があります.

• 機構:
  ドラフト手当の導入 垂直または垂直に近い表面ではわずかにテーパーが付いています パターンの:

• • 摩擦低減: テーパーが減少します 固体モールド壁とパターンの間の摩擦 抽出中.
  • 金型へのダメージを最小限に抑えます: 破れを防止します, ストレッチ, 砂型や貝型のひび割れ, 維持する キャビティの完全性.
  • 均一な除去力: 薄い壁や複雑な形状がくっつかないようにします, 許可 一貫した寸法精度 複数のキャストにわたって.
  • 角度の最適化: 抜き勾配角度は以下に基づいて決定されます。 メタルタイプ, 金型材料, そして壁の高さ, 金属の場合は通常 1 ～ 3°, プラスチックまたは樹脂の場合は高い.

• インパクト: 削減します 拒否率, 金型の摩耗を最小限に抑えます, そして許可します 高い再現性 生産中, 特に複雑な鋳物や背の高い鋳物の場合.

歪み許容量

• 目的: 補償するために 幾何学的変形 によって引き起こされる 不均一な冷却, 内部応力, または収縮差.
  歪み許容値なし, 長い鋳物や薄肉の鋳物は歪む可能性があります, ねじれ, または曲がる, につながる 位置ずれ, 組み立ての問題, または拒否.

• 機構:
  歪み許容量は次のとおりです。 不均一な冷却または残留応力によって引き起こされる変形:

• • 熱収縮勾配: 厚い部分と薄い部分では冷却速度が異なるため, 内部応力により反りや曲がりが発生する可能性があります. 事前に変形されたパターンが予想される歪みを打ち消します.
  • ストレス緩和: 予想することで 残留応力パターン, パターンは、冷却後に望ましい形状を復元する幾何学形状で意図的に設計されています。.
  • シミュレーションによる調整: 現代の鋳造工場で使用されているのは、 熱および構造シミュレーション 歪みを予測し、正確なパターン オフセットを計算します。.

• アプリケーション: クリティカルイン 非対称コンポーネント, 大きなフレーム, およびタービンハウジング.

ラップ手当

• 目的: 説明するには 若干の拡大や歪み 原因となる金型の空洞の パターンを除去するときにかかる力 (ラップ).
  この手当がなければ, 薄い壁や複雑なコアは、 崩れたり変形したり, 寸法精度が損なわれる.

• 機構:
  ラップ手当が補償します 機械的な力によって引き起こされる空洞の拡大 パターン除去中:

• • 強制転送: パターンを抽出すると, エネルギーが金型材料に伝達されます, 金型の壁をわずかに圧縮または伸ばす.
  • 材料固有の応答: 緩い砂型や細かい貝殻型は、引き抜き力によって変形する可能性があります.
    パターンは わずかに小さめの ラッピング後にキャビティが設計寸法と一致するように、重要な領域に.
  • 薄肉保護: 繊細な機能を損なわないようにします, 防止 破損または表面の傷 脱型中.

• アプリケーション: 特に重要なのは、 生砂型と複雑な形状.

塗装またはメッキの加工代または仕上げ代

• 目的: 追加資料を提供するため 物質的な損失を補償する その間 表面仕上げ, 電気めっき, またはハードコーティング.
  これにより、 最終鋳造は寸法公差内に留まります コーティング除去または蒸着後.

• 機構:
  仕上げ代により、次のことが保証されます。 表面処理中に除去される材料は寸法精度を損なうことはありません:

• • 材料の堆積または除去: 電気めっき, 絵画, 研磨すると表面寸法が変わる可能性があります.
    パターンに余分な厚みを持たせることで、 最終寸法は公差内に収まります 塗装後または仕上げ後.
  • 制服手当: パターンには、 計算されたマージン, 通常 0.05 ～ 0.2 mm, プロセスのばらつきに対応するため.
  • 厳しい公差を実現するために重要: 航空宇宙にとって特に重要, 自動車, または装飾部品 表面の完全性と寸法精度 重要です.

• 典型的な値: 0.05–0.2 mm（コーティングの種類と厚さに応じて異なる）.
• アプリケーション: 自動車用トリム, 航空宇宙部品, または装飾的なハードウェアが必要な場合 高い表面品質と耐食性.

4. パターン許容値に影響を与える要因

パターン許容量は、 意図的な寸法調整 最終的な鋳造品が設計仕様を満たしていることを確認するために、鋳造パターンに適用されます。.

手当の大きさと種類は、以下の組み合わせによって異なります。 材料特性, キャスト方法, ジオメトリ, および後処理要件.

材料特性

• 熱膨張と収縮: 金属や合金は加熱すると膨張し、凝固中に収縮します。.
  ステンレス鋼や高炭素鋼などの高融点合金には、アルミニウムや亜鉛などの低融点金属よりも大きな収縮許容値が必要な場合があります。.
• 凝固挙動: 液体から固体への大幅な収縮を伴う材料 (例えば, マンガン鋼, 亜鉛) 内部の空隙や寸法の不正確さを防ぐために正確な許容値が必要です.
• 位相変換: 固体変態を起こす合金 (例えば, 鋼中のパーライト形成) さらなる収縮が発生する可能性があります, 手当の計算に影響を与える.

鋳造法

• 砂型鋳造 対. インベストメント鋳造: 砂型は多孔質で圧縮性が高い, 多くの場合、ドラフト手当の必要性が減ります, 一方、硬質セラミック金型を使用したインベストメント鋳造では、抜き勾配と収縮の許容値を慎重に計算する必要があります。.
• 永久 vs. 消耗金型: 消耗金型 (例えば, 緑の砂またはロストワックス) 収縮と歪みの両方に対して、より大きな許容値が必要になる場合があります, 永久的な金型ながら (鋼または鋳鉄) 寸法的に安定している, より厳しい公差を可能にする.

形状と断面の厚さ

• 複雑な形状: 薄い壁, 長い肋骨, または深いキャビティは不均一な冷却と局所的な収縮を引き起こす可能性があります, ディストーションとラップの許容量が必要.
• セクションバリエーション: 断面の厚さに大きな差があると、収縮差が生じる可能性があります; 厚い部分は凝固が遅くなる, ヒケの原因となる可能性がある, 一方、薄い部分は急速に冷えて収縮が少なくなる可能性があります.

機械加工と仕上げの要件

• 機械加工手当: 鋳造後の機械加工が行われる部品 (例えば, フランジ, ベアリングサーフェス) 追加の材料が必要です, 合金および機械加工プロセスに応じて通常 1 ～ 3 mm.
• コーティングまたはメッキの許容差: コーティングの厚さを補うために追加の許容値が追加される場合があります, 陽極酸化処理, またはメッキ作業.

取り扱いと模様の除去

• ドラフト手当: 金型キャビティを損傷することなく金型からスムーズに取り外せるように、パターンには抜き勾配を含める必要があります。.
  必要な抜き勾配は金型の種類と材料によって異なります: 1砂型内の金属の場合 -3°, 2剛性インベストメント金型の場合 -5°.
• ラップ手当: 型抜き時に過度な力を加えると変形の原因となります; 余裕を持たせることで、取り出し時のわずかな金型の歪みを補うことができます。.

環境およびプロセス条件

• 温度と湿度: 砂や石膏などの型材は水分によって膨張または収縮します。, 寸法精度に影響を与える.
• 鋳造の実践: 冷却速度, カビの圧縮, 金型の予熱はパターンの許容値に微妙に影響する可能性があります, 特に高精度または大規模な鋳物において.

5. 一般的な課題とベストプラクティス

パターンの許容値は正確な鋳造を保証するために不可欠です, しかし、それらを誤って適用すると、 寸法誤差, 欠陥, コストの増加.

6. 結論

パターン許容量は、 キャスティングを成功させるために重要, 寸法精度に直接影響します, 機械的性能, 製造効率.

**主な 5 つのタイプ - 収縮の理解と適用, 機械加工, 下書き, ねじれ, ラッピング/コーティングの手当 - **エンジニアや鋳造専門家による高品質の製品の生産に役立ちます, 欠陥のない鋳物.

最新のシミュレーションと堅牢な品質管理を許容値と統合することで、 一貫性のある, 費用対効果の高い生産, 複雑な形状や高性能材料でも.

 

よくある質問

最も重要なパターン許容値は何ですか?

収縮許容値が最も重要です, 冷却中の金属の体積収縮に直接対処するため、.

不適切な収縮許容値により、鋳造品のサイズが小さくなる, 多くの場合、廃棄されるか、高価な溶接修理が必要になります.

収縮許容値はどのように計算されますか?

収縮許容値は、鋳造品の公称寸法の線形パーセンテージとして計算されます。:

パターン寸法＝呼び寸法× (1 + 収縮率). 例えば, ある 100 mmねずみ鋳鉄部品 (1.0% 収縮) が必要です 101 mmパターン.

なぜドラフト手当が必要なのか?

抜き勾配により、取り外し時の金型の損傷やパターンの変形を防止します。.

ドラフトなし, パターンと型砂の間の摩擦により、砂の浸食やパターンの破損が発生する可能性があります, 鋳造品の欠陥につながる.

インベストメント鋳造に必要な加工代はどのくらいですか?

インベストメント鋳造の滑らかな鋳造表面 (RA1.6-3.2μm), そのため加工代が小さくなります (0.5外面は –1.5 mm) 砂の鋳造と比較して (2–4 mm).

歪み許容値が必要な場合?

非対称には歪み許容値が必要, 薄肉の, または高炭素鋼鋳物, 不均一な冷却または相変態が反りを引き起こす場合. シミュレーションや試作で決まることが多い.

ラップ手当とは何ですか, そしてなぜ小さいのですか?

ラップ代はパターンラップ中の金型キャビティの拡大を補償します.

小さいです (0.1–0.5 mm) ラッピングによるキャビティの変化は、収縮や加工代に比べて最小限であるため.