鋳物の寸法精度に影響を与える主な要因

1. エグゼクティブサマリー

鋳物の寸法精度は、さまざまな要因が相互作用して最終的に得られます。: 材料物理学 (収縮 & 相変化), プロセスダイナミクス (注ぐ, 凝固), 工具精度 (パターン & コア作り), デザインジオメトリ (セクション & 特徴), 熱処理, 取り扱いおよび測定環境.

これらのいずれかがミリメートルを導入する可能性があります (またはミリメートルの何分の１か) 特定のフィーチャの偏差.

良い結果は、設計者と鋳造所の初期のコラボレーションから生まれます, 鋳造されたままのフィーチャーとこれから加工されるフィーチャーの明示的な割り当て, デザインルールの混合, 工程管理と検査.

2. 鋳物の寸法精度はどのくらいですか?

鋳造品の寸法精度とは、鋳造部品の最終形状が公称寸法とどの程度一致しているかを指します。 (意図した) 設計図面または CAD モデルで指定された寸法.

言い換えると, それはその程度です。 「キャストのまま」 形状を再現します 「設計どおり」 形.

すべての鋳造プロセスには金属の収縮が伴うため、, 熱勾配, 金型の歪みと工具の変数, 鋳物は理論上の寸法と完全に一致することはできません.

その代わり, 寸法精度は次の方法で管理および評価されます。 公差, 幾何学的コントロール, そして 統計的測定.

精度の標準化: 公差クラス

鋳物の寸法精度は世界標準化されています, 最も注目すべきは:

ISO 8062-1/2/3

• CT (キャスティング耐性) 長さ寸法のクラス — CT1 (非常に高い精度) CT16まで (粗い).
• GCT (幾何学的鋳造公差) 平坦度用, 真円度, 位置, 等.

よく参照される他の標準

• から 1680
• ANSI/ASME Y14.5 (GD用&機械加工されたフィーチャについて)
• ASTM A802 (鋼鋳造公差)

これらのフレームワークにより、設計者と鋳造工場は公差を明確に伝達し、各プロセスで達成可能な精度を予測できるようになります。.

3. 影響因子の高度な分類

1. 素材固有の — 合金の収縮, 位相変換, 異方性膨張.
2. プロセス物理学 — 溶融温度, 乱流, 充填, 凝固パターン.
3. ツーリング & 金型 — パターンの精度, コアシフト, 金型の移動・沈下.
4. ジオメトリ & デザイン — 断面係数, 島々, 薄い壁と厚い壁.
5. 熱 & キャスト後の治療 — 熱処理による歪み, 焼入れ応力.
6. 後処理 & 取り扱い — 加工シーケンス, 治具の反り.
7. 測定 & 環境 — 検査中の温度, データムの安定性.
8. 人間 & システム制御 — オペレーターの練習, SPC, レシピドリフト.

4. 材料関連の要因

線形収縮 そして体積収縮

• 何: すべての金属は、液体→固体→室温に冷却すると収縮します。. 線形収縮 (パターンスケールファクター) 寸法変化の主な原因です.
• 一般的な範囲 (実例的な):アルミニウム合金 ~0.6 ～ 1.5%, 鋳鉄 ~1.0 ～ 1.6%, 炭素 & 合金鋼 ~1.8 ～ 2.5%, 銅合金 ~1.8 ～ 2.2%. 実際の値は合金です & プロセスに依存する; 鋳造工場に確認する.
• 効果: 名目上 200 mm機能付き 1.2% 収縮が短くなります 2.4 パターン内で補正されていない場合は mm.

相転移 & 異方性凝固

• 一部の合金 (鋼, 高Ni合金) 相変化を受ける (オーステナイト→フェライト/パーライト/マルテンサイト) 単純な熱収縮を超えた寸法変化を加算または減算するもの. 方向性凝固により異方性収縮が生じる可能性がある.

凝固偏析 & ホットスポット

• 樹枝状領域の元素の局所的な濃縮/減少により微細構造の違いが生じ、収縮が集中したり、局所的な寸法を変える局所的な空洞が発生したりする可能性があります。.

緩和: 合金と溶融制御を指定する; 鋳造工場に収縮率とパターン寸法を問い合わせる; 等温/制御凝固設計を使用する.

5. プロセス関連の要因

キャスティングルート能力

(公差は、以下の標準的な直線公差として示されています。 100 mm. 値は合金によって異なります, ジオメトリ & 鋳造能力。)

溶融温度 & 過熱

• 過熱度が高いと流動性が高まりますが、ガスの溶解度や乱流が増加します。; どちらも管理を誤ると収縮気孔率の増加や寸法の不正確さを引き起こす可能性があります。.

充填ダイナミクスと乱流

• 乱流が酸化物を閉じ込める, ミスランやコールドシャットを引き起こす; 不完全な充填により有効形状が変化し、凍結したシェルが後続の金属を拘束するため部品が変形する可能性があります。.

ゲーティング, 上昇中 & 方向凝固

• ゲートが不十分だと、望ましくない場所にひけ巣が発生する. ライザーを適切に配置することで、金属が凝固ゾーンに確実に供給され、最終形状が制御されます。.

圧力/真空を利用した方法

• 真空 HPDC または低圧充填によりガスの気孔率が減少し、薄い形状の寸法安定性が向上します。; 絞り加工と半固形加工により収縮効果を軽減.

6. ツーリング & パターン / 中核的要因

ツーリング, パターンとコアは、 初期形状 鋳造の再現性と体系的なオフセットを大きく決定します。.

不適切な工具の使用または不適切なコア制御により寸法のドリフトが発生します, コアシフト, ダウンストリーム処理で常に修正できない回復不可能な歪み.

パターン精度 & シュリンク補正

パターン ジオメトリは、すべての収縮とツーリングのオフセットが適用されるベースラインです. 重要なポイント:

• パターンのスケーリング: パターンは正しい方法でスケーリングする必要があります 線形収縮 合金とプロセスの要因 (異なる合金/プロセスには異なるスケール係数が必要です).
• パターン公差: パターンエラーが変動の主要な原因とならないように、パターンメーカーの公差は必要な部品公差よりも厳しくする必要があります。.
• 体系的なオフセット: ツーリングの歪み, パターンの磨耗と治具の位置ずれにより、再現性のあるオフセットが発生します; これらはパイロットの実行中に測定および修正する必要があります.

緩和: 最初に流し込む前にパターンの寸法を文書化して確認します; 鋳造工場にパターン図面の供給を要求する (収縮率を適用した状態) および初品パターンチェックレポート.

耐火物とシェルの強度

耐火物システム (材料, スラリー, レイヤービルド, 厚さ) シェルの剛性と熱応答を制御します. 主な効果:

• CTE の不一致: 耐火物が異なれば、熱による膨張/収縮の仕方も異なります。これにより、注入中および冷却中にキャビティのサイズが変化します。.
• シェル剛性: 薄いシェル、または十分に強化されていないシェルは静金属圧下で変形します。, 膨らみや局所的な寸法変化が生じる.
• プロセスの変動性: スラリーミックス, コーティング技術と乾燥/バーンアウト制御はシェル密度と再現性に影響します.

緩和: 部品のスラリーレシピと層スケジュールを標準化する; 最小シェル厚さと硬化スケジュールを指定します; シェルの完全性を検査する (ビジュアル, 寸法) 重要な部分に注ぐ前に.

コア精度, コアシフト & コアの歪み

コアは内部の特徴と穴を特定します - その精度と安定性は非常に重要です.

共通のメカニズム:

• コアシフト: コアシーティングが悪い, 不適切なコアプリントまたは注入中の振動により、コアが動く, 穴の位置をずらす.
• コアの歪み: サポートされていない, 長いまたは薄いコアは、金属の圧力や熱衝撃によって曲がったり振動したりする可能性があります, 内部形状の変更.
• コアエロージョン / ウォッシュアウト: 高速金属は弱いコア表面を侵食する可能性があります, 穴の仕上げと寸法を変更する.

緩和: 堅牢なコアプリントと確実な機械的インターロックを設計; コアの硬度と長いコアのバッキングサポートを指定します; 注入速度とゲートを制御してジェットの侵食を制限します; 必要に応じてコアコーティングを使用する.

モールドサポート & 寸法安定性

注湯中に金型やダイをどのようにサポートするかが寸法の一貫性に影響します:

• 金型のたわみ: サイクル中の金属ダイの熱と屈曲 - 熱膨張とクランプ荷重により、稼働寿命にわたってキャビティの形状が変化します.
• 砂型沈下: 砂の圧縮, ベントとクランプの圧力により、大型鋳物では金型の動きやスプリングバックが発生します。.
• ツーリングの摩耗: サイクルを繰り返すと、金属工具に摩耗溝や寸法のずれが生じます。.

緩和: たわみを最小限に抑えるためにダイサポートとクランプを設計します; 砂の圧縮とバインダーの硬化を制御; 金型のメンテナンスと再加工の間隔をスケジュールする; SPC を介して寸法ドリフトを監視し、定期的な工具検査を実行します.

カビの温度

注湯時および凝固中の金型温度は充填に影響します, 収縮と残留応力:

• 冷間金型: 過度の温度勾配は寒気を引き起こす可能性があります, ミス, または引張応力の増加と亀裂.
• 熱間金型: 金型温度が過剰になると、金型材料の膨張が増大し、鋳放し寸法が変化し、結晶粒が粗くなる可能性があります。.
• 温度勾配: 金型の加熱が不均一であると、非対称な凝固と歪みが発生します。.

緩和: 金型/ダイの予熱および温度制御手順を標準化する; 重要な場所のダイ温度を監視する; 熱シミュレーションを使用して複雑な部品の勾配を予測し、ゲート/チルの配置を調整します.

7. デザイン & 幾何学的要素

切片の厚さの変化

• 厚く孤立した部分はゆっくりと凝固し、ホットスポットや引け巣が発生します。; 薄いセクションはすぐに冷えて、反ったり、ミスランにつながる可能性があります。. 急激な厚さの変化を避ける.

島々, ボス, リブとフィレ

• 大きなボスは局所的な縮小ゾーンを作成します; リブは剛性を高めるのに役立ちますが、熱がこもらないようにサイズを決める必要があります. フィレットは応力集中を軽減し、金属の流れを改善します。.

長くて細い特徴と歪み

• 細長いセクション (シャフト, ひれ) 凝固による反りやその後の加工歪みに弱い.

DFM ガイダンス: 壁の厚さを均一に保つようにしてください; 厚みの代わりにリブを使用する, 重いセクションに送り経路を追加する, フィレットとドラフトを追加する.

8. 熱履歴 & キャスティング後の治療

熱処理 誘導歪み

• 溶体化焼鈍, 正規化, 焼入れや応力除去により寸法が変化する可能性があり、大きな断面では予期せぬ変化が生じる場合があります. 焼入れにより勾配と残留応力が生じ、部品が歪む.

凝固による残留応力

• 急速冷却と拘束された収縮により残留応力が生成され、機械加工や整備中に緩和されます。, ジオメトリの変更 (スプリングバック).

緩和: 熱処理シーケンスを早めに指定する; 機能的公差が必要な熱処理後の機械; 必要に応じてストレス解消法を使用する.

9. 取り扱い, 加工シーケンス & フィクスチャ効果

加工代 & 順序

• 機械加工 最終的な精度を達成するために材料を除去します. シーケンス (どちらの面が最初に加工されるか) フィクスチャは累積歪みを制御します. 応力を完全に除去する前に機械加工を行うと、反りが発生する可能性があります.

治具 & データム参照

• 不適切な治具設計によりクランプの歪みや誤った測定が発生する. データム面と安定した治具を使用する; 測定時にオーバークランプを避ける.

締結トルクと組立応力

• ボルトを締めると薄い部分が変形し、フランジの平坦度が変化する可能性があります. トルク制限とシーケンスを指定する.

緩和: 加工順序を定義する, 治具の設計を推奨します, トルクを指定する & 組み立て説明書.

10. 測定, 環境 & 計測効果

測定時の温度

• 金属は温度とともに膨張します. 共通ルール: ある 1 °C の変化により、スチール/アルミニウムでは ~16 ～ 25 ppm/°C の線形変化が発生します。; に 500 mm部 1 °C ≈ 0.008 ～ 0.012 mm — 厳しい公差に関連.
  常に標準温度で測定する (いつもの 20 ℃) あるいは補償する.

機器の精度 & プローブ効果

• 三次元測定機プローブの種類, スタイラスの長さとプローブ方法により測定誤差が生じる. 薄い機能の場合, プロービング力により部品が変形する可能性があります.

データムの安定性 & 測定再現性

• 一貫性のないデータム選択によりばらつきが生じる. 再現可能なデータム固定具を使用し、測定プロトコルを定義する.

緩和: 測定温度を指定する, 三次元測定機戦略, と合格基準; 報告された環境条件を伴う FAI が必要.

11. 結論

鋳物の寸法精度は単一の要因によって決まるのではなく、 材料の相互作用, ツーリング, プロセス制御, と熱挙動 生産サイクル全体を通して.

パターン設計から収縮補正、金型の安定性までのすべてのステップ, 合金選択, 凝固条件 - 潜在的な変動が生じるため、理解し、積極的に管理する必要があります。.

高精度の鋳造が求められる:

• 正確なパターンとコア 制御された収縮許容値を使用して
• 安定したモールドとシェルシステム 予測可能な熱的および機械的挙動を備えた
• 厳密に維持されたプロセスパラメータ 注湯温度を含む, 金型温度, ゲートの一貫性
• 高品質の素材 熱膨張と凝固特性が既知である
• 堅牢な検査, SPC, そしてフィードバックループ 変化を早期に発見するために

これらの要素が総合的に設計されると、, 鋳造工場は、厳しい寸法公差を一貫して満たす鋳物を提供できます。, 加工コストを削減, アセンブリのフィット感を向上させる, 最終製品のパフォーマンスを向上させる.

結局のところ, 寸法精度は両方とも 技術的成果 そして プロセス規律—ハイレベルの鋳造サプライヤーを一般のメーカーと区別するもの.

 

よくある質問

寸法精度に最も大きな影響を与える合金の種類はどれですか?

マグネシウム合金 (1.8-2.5% の線収縮) 寸法偏差のリスクが最も高い, 一方、ねずみ鋳鉄 (0.8–1.2％) 最も安定しています.

砂型鋳造で高い寸法精度を実現できるか?

レジンボンド砂型鋳造は ISO を達成可能 8062 CT8～10 (100mm部品の場合±0.3～0.5mm), 中精度部品に適しています (例えば, ポンプハウジング).

CT5～7の精度の場合, インベストメント鋳造または HPDC が必要です.

金型収縮補正の仕組み?

合金の線収縮率により金型が大きくなりすぎる. 例えば, 100mmアルミ (1.5% 収縮) 部品には 101.5 mm の金型が必要です。これにより、最終的な鋳造品は 100 mm に縮小されます。.

鋳物の反りの主な原因は何ですか?

不均一な冷却 (例えば, 厚い部分は薄い部分よりも冷却が遅い) 内部ストレスを生み出す, 反りの原因となる.

冷鉄または水冷を使用して冷却速度のバランスをとると、反りを 40 ～ 50% 減らすことができます。.

後処理は寸法精度にどのように影響しますか?

振動洗浄により薄肉部品が 0.1 ～ 0.2mm 歪む可能性があります, 熱処理温度の偏差 (±10℃) 0.1～0.2mmの寸法変化が生じる可能性があります.

優しい洗浄 (低周波振動) 正確な熱処理制御によりこれらの問題を軽減します.