1. 導入
銅とその合金は、彼らのために現代産業で極めて重要な役割を占めています 優れた電気伝導率, 耐食性, そして 熱性能.
歴史的に, 遡る文明 5000 BCは、シンプルな石の型で銅鋳造をマスターしました, 今日の洗練されたテクニックの基礎を築きます.
この記事では, 銅ベースの鋳造方法の全範囲を探ります, 冶金の原則を調べます, 多様なアプリケーションに最適なプロセスを選択する際にエンジニアをガイドします.
2. 金属鋳造の基本原則
すべての鋳造方法は、4つのコアステージに従います:
- 金型の作成 - 技術者は砂に空洞を形成します, 金属, セラミック, または、部分ジオメトリを反映するプラスター.
- 注ぐ - 炉溶融銅 (融点 1 083 ℃) またはまでの合金 1 600 ℃, 次に、液体を型に注ぎます.
- 凝固 - 制御された冷却 - 熱伝導率によってガイン化されています (～ 400 銅の場合はw/m・k) カビ材料 - 微細構造の発達をドライブします.
- シェイクアウト - 一度固体, 鋳物は金型を出て、掃除と後処理を受けます.
銅の高い熱伝導性が需要があります より高いカビの予熱 (200–400°C) 流動性を維持するための正確な注入制御 (粘度〜 6 MPA・s at 1 200 ℃).
さらに, 銅 熱膨張 (16.5 µm/m・k) 最終的な寸法を達成するには、正確なパターンオフセットが必要です.
3. 主要な銅合金鋳造方法
銅 そしてその合金 - 真鍮, ブロンズ, 銅ニッケル, その他 - さまざまな生産量に合ったさまざまな方法を使用してキャストされています, 機械的要件, および寸法公差.
各手法には、合金の特性と望ましいコンポーネントの結果に基づいて、明確な利点と制限があります.
このセクションでは、現代の製造における最も顕著な銅合金鋳造方法を探ります, プロセスの選択をガイドするための技術的な洞察とともに.
砂型鋳造
プロセスの概要 & 装置
砂型鋳造 銅合金を鋳造するために最も古く、最も広く使用されている方法の1つである. 金箱の中の再利用可能なパターンの周りに砂を詰めることが含まれます.
砂は粘土で結合しています (緑の砂) または化学物質で硬化します (樹脂結合またはco₂活性化された砂). パターン除去後, 溶融金属が空洞に注がれます.
利点
- ツーリングコストが低い, 低い人に適しています- 中容量の実行
- 柔軟なパーツサイズ - 数オンスから数トンまで
- 広い合金の互換性
制限事項
- 粗い表面仕上げ (RA 6.3-25 µm)
- 緩い許容範囲 (通常、±1.5〜3 mm)
- ほとんどの精度アプリケーションには、キャスティング後の機械加工が必要です
投資 (失われたワックス) 鋳造
精密シェルビルディング
インベストメント鋳造 セラミックスラリーでコーティングされたワックスモデルを使用して、薄くなります, 高精度のシェル型. 燃え尽きた後, 溶融金属は予熱されたセラミック型に注がれます.
利点
- 素晴らしい 寸法精度 (±0.1–0.3 mm)
- に最適 複雑な, 薄壁の幾何学
- 優れた 表面仕上げ (RA 1.6-3.2 µm)
課題
- より高いツールコスト (注射が必要なため、死にます)
- より長いサイクル時間, 特にシェルの構造と燃え尽き症候群の場合
- 通常、経済的です 中程度から高速 生産
シェル成形鋳造
詳細を処理します
シェルモールディング 樹脂結合砂でコーティングされた加熱された金属パターンを使用します. 熱にさらされたとき, 樹脂は、型として機能する薄いシェルを形成するように設定します.
このプロセスは、従来の砂鋳造よりも正確できれいな鋳物を生成します.
利点
- 表面の品質が向上しました および定義
- よりタイトな許容範囲 緑の砂型よりも
- 加工手当の削減 ネットの形状鋳造のため
制限事項
- より高い材料コスト (特殊な樹脂とシリカ砂)
- 高価なパターンツール (必要な金属パターン)
遠心鋳造
水平対. 垂直セットアップ
遠心鋳造で, 溶融金属は回転型に注がれます, 水平または垂直のいずれか.
遠心力は金属壁に金属を分配します, 気孔率を最小限に抑え、優れた材料の完全性を確保します.
主な利点
- 高密度と気孔率の低下 - 圧力保持コンポーネント用のideal
- 方向凝固 機械的特性を強化します
- に適しています ブッシング, 指輪, チューブ, 中空の部分
- 垂直鋳造は、しばしば小さな部品に使用されます; 大きなシリンダーの水平
制限事項
- に制限されています 回転的に対称部品
- ツールのセットアップはです より複雑で費用がかかります 静的鋳造よりも
寒いキャスト
固化制御
チルキャスティングは金属型を使用します (多くの場合、鉄または鋼) 溶融金属から熱を迅速に抽出します. この迅速な固化は穀物構造を改良し、機械的特性を強化します.
強み
- 生成 もっと強く, 密度の高い鋳物 (まで 50% 硬度の増加対. 砂型鋳物)
- に最適です 蛍光銅とガンメタル
- 費用対効果 バーの繰り返しキャスト, ロッド, そして小さな部品
制限事項
- それほど適していません 複雑な形状
- カビの制約により、サイズの範囲が制限されています
ダイカスト (ホットチャンバーとコールドチャンバー)
圧力噴射プロセス
ダイキャスティングには、溶融銅合金を高圧下で高強度の鋼型に注入することが含まれます.
銅合金の融点が高いため、コールドチャンバーマシンは通常使用されます.
利点
- 速い生産率 - 大量生産のためのideal
- 優れた表面仕上げと精度 (RA 1-2 µm, 公差±0.05 mm)
- 機械加工を削減または排除します
制約
- すべての銅合金が適しているわけではありません (例えば, 高い亜鉛の真鍮は、腐食する可能性があります)
- ダイツールはです 高い (の投資 $50,000 以上)
- こんな方に最適 中から大量
連続鋳造
プロセスの概要
溶融金属は、除去システムを介して固化した金属を連続的に形成および引っ張る水冷型に注がれます.
一般的な出力にはロッドが含まれます, バー, 下流の機械加工またはローリングのビレット.
利点
- 高い生産性 最小限の人間の介入
- 優れた機械的特性 制御された固化のため
- 自動飼料の機械加工に適した滑らかな表面とまっすぐさ
- 低スクラップレート そして、より良い利回り (以上 90% 材料利用)
典型的な合金
- ティンブロンズ, リードブロンズ, 蛍光体ブロンズ, と銅ニッケル
石膏型鋳造
特殊な用途
このプロセスでは、パターンの周りに形成された石膏型またはセラミック型を使用して、細かい詳細と緊密な許容範囲をキャプチャします.
石膏を破壊または溶解することにより、型型は除去されます.
利点
- に最適です 複雑な形 そして 滑らかな表面仕上げ
- のために良い プロトタイプ そして 少量の 生産
欠点
- 低透過性 - キャストサイズへの照明
- より長い準備時間 そして 限られたカビの寿命
概要比較テーブル
| 鋳造法 | 表面仕上げ (ラ) | 寸法耐性 | 典型的なボリューム | 重要な強み |
|---|---|---|---|---|
| 砂型鋳造 | 6.3–25 µm | ±1.5〜3 mm | 低から高 | 低コスト, 合金の柔軟性 |
| インベストメント鋳造 | 1.6–3.2 µm | ±0.1–0.3 mm | 中から高 | 高精度, 複雑な部品 |
| シェル成形鋳造 | 1.6–3.2 µm | ±0.25–0.5 mm | 中くらい | 厳しい公差, 自動化対応 |
| 遠心鋳造 | 3.2–6.3 µm | ±0.25〜1.0 mm | 中くらい | 高密度, 最小限の欠陥 |
| 寒いキャスト | 3.2–6.3 µm | ±0.5〜1.0 mm | 中くらい | 強化された機械的特性 |
| ダイカスト | 1–2 µm | ±0.05–0.2 mm | 高い | 高速サイクル, 最小限の機械加工 |
| 連続鋳造 | 3.2–6.3 µm | ±0.2–0.5 mm/m | 非常に高い | 費用効率の高いビレット生産 |
| 石膏型鋳造 | 1.6–3.2 µm | ±0.1–0.3 mm | 低から中程度 | 詳細, 複雑な形 |
4. 鋳造で使用される一般的な銅合金
Foundriesは、銅ベースの合金の幅広い配列をキャストします, それぞれが機械的強度のバランスをとるように設計されました, 耐食性, 熱および電気性能, キャスタビリティ.
| 合金 | 指定 | 構成 (wt％) | 主要なプロパティ | 優先鋳造方法 | 代表的な用途 |
|---|---|---|---|---|---|
| フリーマシンブラス | C36000 / CZ121 | 61 -35zn -3pb | 引張: 345 MPA 伸長: 20 ％ 導電率: 29 ％IACS |
砂, 投資, 死ぬ, シェルモールディング | CNC型のフィッティング, 歯車, 電気端子 |
| ローリードブラス | C46400 / CZ122 | 60 -39zn -1pbで | 引張: 330 MPA 伸長: 15 ％ NSF ‑ 61準拠 |
砂, 投資, 死ぬ | 飲料水バルブ, 配管器具 |
| ベアリングブロンズ | C93200 | 90 -10SNで | 引張: 310 MPA 硬度: HB90 優れた耐摩耗性 |
砂, チル, 遠心 | ブシュ, スラストワッシャー, ヘビーロードベアリング |
| アルミニウム青銅 | C95400 | 88 CU-9AL-2O-1ST | 引張: 450 MPA 硬度: HB120 強い海水腐食抵抗 |
死ぬ, 遠心, シェルモールディング | 船舶用ハードウェア, ポンプインピーラー, バルブコンポーネント |
| リン青銅 | C51000 | 94.8 Cu -5SN -0.2p | 引張: 270 MPA 伸長: 10 ％ 良い疲労 & スプリングプロパティ |
投資, 砂, 死ぬ | スプリングス, 電気接点, ダイアフラム |
銅ニッケル (90–10) |
C70600 | 90 -10niで | 引張: 250 MPA 伸長: 40 ％ 例外的なバイオフーリング抵抗 |
砂, 遠心, 連続 | 海水熱省庁, 海洋配管 |
| 銅ニッケル (70–30) | C71500 | 70 -30niで | 引張: 300 MPA 優れた塩化物と侵食抵抗 |
砂, 連続, 遠心 | コンデンサーチューブ, オフショアハードウェア |
| ベリリウム銅 | C17200 | 98 -2beで | 引張: 最大1400mpa (年齢) 導電率: 22 ％IACS |
投資, チル, 死ぬ | 高信頼性スプリング, 非スパーキングツール, コネクタ |
| シリコンブロンズ | C65500 | 95 -5SIで | 引張: 310 MPA 海洋/化学物質で耐性耐性 |
砂, 投資, シェルモールディング | 装飾ハードウェア, 船舶の付属品 |
5. 結論
銅と銅の鋳造工場は、鋳造方法の豊富なツールボックスを提供します。 料金, 精度, 機械的性能, そして 生産量.
カビの材料や熱管理から合金の動作まで、プロセスのニュアンスを理解することにより、エンジニアはパーツ設計を最適化できます, スクラップを最小化します, 信頼できるパフォーマンスを確保します.
テクノロジーのように 添加剤の製造 そして リアルタイムシミュレーション 成熟, 銅鋳造は進化し続けます, 高性能製造における重要な役割を維持します.
で これ, 設計プロセスの早い段階であなたのプロジェクトについて話し合うために、合金が選択されていないか、キャスティング後の治療が適用されることを確認してください, 結果は、機械的およびパフォーマンスの仕様を満たします.
あなたの要件を議論するため, メール [email protected].
よくある質問
すべての銅合金はダイカストであることができます?
いいえ. 好みの特定の合金のみ アルミニウムブロンズ, 高張力の真鍮, そして シリコンブラス に適しています ダイカスト 高い圧力と迅速な冷却のため.
合金のような リン青銅 または ガンメタル 砂や寒いキャスティングにより適しています.
遠心鋳造と寒気の鋳造の違いは何ですか?
- 遠心鋳造 回転力を使用して溶融金属を金型に押し込みます, 密集している, 欠陥のないコンポーネント (パイプに最適です, ブッシング, と袖).
- 寒いキャスト 静的金属型を使用して、表面を迅速に固めます, 機械的特性の改善と穀物サイズの削減 - 特に効果的です ティンブロンズ.
大量の銅合金バーに連続鋳造が好まれるのはなぜですか?
継続的なキャスト 一貫した品質を提供します, 優れた機械的特性, スクラップ率が低い.
最適です リン青銅, ガンメタル, そして 鉛青銅 ビレット, 特に、ローリングまたは押し出しプロセスと統合されている場合.
銅合金を鋳造した後にどのような後処理が必要なのか?
鋳造方法と合金に応じて, 後処理には含まれる場合があります:
- ストレス緩和または老化のための熱処理 (特にベリリウム銅の場合)
- 重要な表面または緊密な許容範囲のための機械加工
- 腐食保護や美学のための研磨やコーティングなどの表面仕上げ
