1. 導入
ロストフォームキャスティング (LFC) VS投資 (失われたワックス) 鋳造 (IC) ネットシェイプの2つの主要なテクニックとして際立っています.
自動車全体で複雑なコンポーネントの生産を可能にします, 航空宇宙, エネルギー, および医療セクター.
当然, 適切な鋳造方法を選択すると、最終的な品質だけでなくコストも影響します, リードタイム, そして持続可能性.
その結果, エンジニアとファウンドリマネージャーは、部分的な複雑さに合わせて複数のプロセスを定期的に評価します, 合金要件, そして生産量.
今日, より厳しい許容範囲に対する業界の要求, より細かい表面仕上げ, そして、より複雑な幾何学により、失われたフォーム鋳造と投資鋳造の膨大な比較がタイムリーで価値のあるものの両方を比較します.
2. ロストフォームキャスティングとは (LFC)?
ロストフォームキャスティング 消耗品の拡大したポリスチレンを採用しています (EPS) CNC加工を介して製造されたフォームパターン, 成形, または3Dプリント.
オペレーターがこれらのパターンをクラスターに組み立てて緩めた後, 骨のない砂, 彼らは溶融金属（典型的にはアルミニウムまたは延性鉄）を泡に向けて注ぎます.
熱は泡を蒸発させます, 砂の中を逃げます, 金属は瞬時に空洞を満たします.
結果として, LFC 大きな生成, ドラフト角が最小限のシングルピースキャスト, 個別のコアはありません, そして、伝統的な砂の鋳造と比類のない幾何学的自由.
3. 投資とは何ですか (失われたワックス) 鋳造 (IC)?
インベストメント鋳造, しばしばとして知られています 紛失したワックスキャスティング, 溶融ワックスを金属ダイに注入することによって作成された精密ワックスパターンから始まります.
オペレーターはこれらのパターンを「ツリーアップ」します, 次に、耐火物のスラリーで複数のディップを介してセラミックシェルを構築します (細かい細部のためのシリカソルまたは経済のためのウォーターグラス) その後のスタッココート.
で脱線した後 150 °Cおよび600〜900°Cでの高温燃え尽き症候群, 彼らは、ステンレス鋼を含む予熱された金属を注ぎます, スーパーアロ, およびチタン - 加熱されたシェルに.
ついに, 彼らはセラミック型を除去して、強烈な耐性のある部品を明らかにします (±0.1–0.3 mm) および優れた表面仕上げ (RA 0.8-3.2 µm).
4. 基本を処理します
ロストフォームキャスティング
- パターンの作成: CNCまたは添加剤方法を介してパーツあたり1〜4時間でEPS形状を生成する.
- クラスターアセンブリ: 添付します 20 ゲーティングヘッドあたりのフォームパターンは、スループットを最大化します.
- 砂の詰め: 相対密度85〜90％のコンパクトな非結合シリカ砂, 均一なサポートを確保します.
- 注ぐ & 気化: 溶融金属を注ぐ 660 ℃ (アルミニウム) または 1,400 ℃ (鉄), 蒸気を蒸発させ、30〜60秒以内に固化します.
インベストメント鋳造
- ワックスパターンインジェクション: パターンあたり20〜30秒のサイクル時間, ±0.05 mmの寸法再現性を生成します.
- シェルビルディング: シリカソルに2〜4日間にわたって8〜12層のセラミックスラリーとスタッコを塗布します, または、ウォーターグラスで24〜48時間.
- デュワックス & 燃え尽き症候群: Steamオートクレーブのワックスを削除します; シェルのひび割れを避けるために、1〜2°C/分で温度を燃やすためにランプ.
- 金属の注ぎ: 最大で超合金を注ぐ 1,550 乱流と多孔性を最小限に抑えるための真空または遠心補助下の°C.
5. 材料 & 合金互換性
失われたフォーム鋳造合金
- アルミニウム合金: Foundriesは、ほとんどの場合Al-SIシステムを使用します (例えば, A356, A380).
これらの合金は間に溶けます 580 °Cおよび 615 ℃, 良い流動性と軽量の強さを提供します (200〜300 MPaの引張強度). - ダクタイル鋳鉄: 65–45–12のような成績 (65 KSI UTS, 45 KSI YS, 12% 伸長) ポンプハウジングや排気マニホールドに人気を博しています. 溶けの温度が浮かび上がります 1,370 – 1,420 ℃.
- 低合金鋼: 特定の炭素およびCR-MO鋼 (例えば, 4140, 4340) タフネスが極端な腐食抵抗に勝る場合、LFCに訴えます; 彼らは周りを固くします 1,450 – 1,500 ℃.
失われた泡鋳造はフォームパターンを蒸発させるためです, 炭化水素由来のガスを生成できます.
その結果, Foundriesは実装する必要があります 脱気 気孔率を最小限に抑えるための、不活性ガスの泡立ちなどのテクニック.
さらに, LFCの砂環境は、多くの場合、円柱状の穀物構造を生成します, 方向性強度を高めることができますが、微細構造を改良するために熱処理が必要になる場合があります.
投資鋳造合金
- オーステナイト系 ステンレス鋼: などの成績 304, 316L, そして 17-4 pHは500〜1,200 MPaの引張強度を示し、顕著な腐食抵抗, 間に融解範囲があります 1,370 °Cおよび 1,450 ℃.
- ニッケルベースの超合金: インコネル 718 そして 625 温度を超える温度で動作します 700 ℃; 彼らは上記の降伏強度を維持します 800 MPAで 650 ℃.
それらの融点を超えています 1,350 ℃, そして、彼らは酸化を制御するために真空または不活性ガスを注ぐ必要があります. - チタン合金: Ti-6Al-4V (学年 5) 航空宇宙および生物医学市場にサービスを提供しています; その 1,660 °C融点と酸素需要に対する高い親和性照射球鋳造.
- ブロンズ & 銅 合金: リン青銅と高伝道の銅が投資プロセスによく鋳造される, 300〜500 MPaの引張強度を提供します.
投資キャスティングはaを使用しているためです セラミックシェル, ガスの閉じ込めを阻害し、降伏させます 細かい等粒穀物, 優れた機械的均一性につながります.
さらに, シェルの不活性な性質は、金属の反応を防ぎます, 表面の完全性を維持します.
しかし, ファウンドリーは、亀裂や熱い涙を避けるために、シェルの熱膨張と合金の収縮を慎重に一致させる必要があります.
6. 寸法精度 & 表面仕上げ
| メトリック | ロストフォームキャスティング | インベストメント鋳造 |
|---|---|---|
| 寸法 許容範囲 | ±0.5〜1.0 mm | ±0.1–0.3 mm |
| 表面粗さ (ラ) | 3.2–6.3 µm | 0.8–3.2 µm |
| 加工代 | 1.5–3 mm | 0.5–1.5 mm |
| 最小壁の厚さ | ～2.5mm | 〜1.0 mm |
7. デザインの自由 & 複雑
野心的なデザインを現実に翻訳することになると, どちらもフォームキャスティングを失いました (LFC) 投資キャスティング (IC) 独自の利点を提供します.
しかし, それらの強みは、部分的な複雑さに直接影響する方法で分岐します, ツーリング戦略, および全体的なコスト.
フォームキャスティングの紛失 - 垂直規模の複雑さ
- アンダーカット & くぼんだセクション: EPSフォームパターンが完全に蒸発するためです, LFCはアンダーカットを処理します, 内部空洞, 個別のインサートなしでコアリング.
例えば, 重量の自動車排気マニホールド 10 kgは複雑なフローパッセージを1回の注ぎで統合できます, アセンブリコストの削減 15 %.
- ドラフト角を最小限に抑えます: 設計者は、0.5°という低いドラフト角度を指定できます, 従来の砂鋳造によく必要な2〜3°と比較して.
結果として, 壁は薄い 2.5 MMは、最大の部品に対して実行可能なままです 1.8 長い. - 迅速な反復: フォームパターンの費用は100〜300ドルで、CNCまたは3D印刷を介して数時間を回します, 開発中に週に3〜5の設計ループを有効にします.
投資キャスティング - デテール精度
- 薄い壁 & 複雑な機能: 投資キャスティングは、壁の厚さを確実に生成します 1 MMとフィレットの半径 0.5 mm.
航空宇宙燃料ノズル, 例えば, 多くの場合、組み込まれます 12 内部冷却チャネルだけ 0.8 直径mm - 他の方法では不可能. - 高いパターンの再現性: ワックスダイは±0.05 mmの寸法再現性を提供し、raと同じくらい滑らかな表面仕上げ 0.8 μm. この精度により、ポストマシングが削減されます 50%.
- マルチコンポーネントツリー: 数十のパターンを一緒に「ツリー」によって, Foundriesは、小規模で高いスループットを達成します, 複雑な部品 - 医療用インプラントまたは精密ギアハウジング用のideal.
8. 経済分析
- 工具のコスト: 失われたフォームキャスティングフォームパターンは、それぞれ100〜300ドルの範囲です; 投資キャスティングスチールダイは15,000〜60,000ドルかかります, さらに、$ 3〜 $ 8/kgのセラミック素材.
- 単位コスト対. 音量: で 5,000 部品/年 (アルミニウム), 失われたフォーム鋳造ユニットは〜22ドルです; 投資キャスティングステンレス部品の費用は120ドルです. で 20,000 ユニット, LFCはドロップします $15, ICが落ちます $95 ダイアモート化を介して.
- サイクル時間: LFCの砂の塗りつぶしと注ぎサイクルが内部で完了します 30 分; ICには最小限が必要です 48 シェルビルドとバーンアウトの時間.
- 収率 & スクラップ: LFCスクラップは5〜10％実行されます, 主に泡の欠陥による; ICスクラップは下に残っています 5%, 堅牢なシェル品質のおかげです.
9. 品質管理 & 欠陥
鋳造コンポーネントの完全性を確保するには、厳密な品質管理が必要です (品質管理) プロトコルとプロセス固有の欠陥メカニズムの理解.
ロストフォームキャスティング (LFC) 投資キャスティング (IC) それぞれが明確な障害モードを示します,
そのため、ファウンドリはそれに応じて検査方法と緩和戦略を調整する必要があります.
失われたフォーム鋳造の一般的な欠陥
ガス気孔率
- 原因: 砂のEPSフォームまたは水分の不完全な蒸発により、水素と炭素質ガスが生成されます.
- インパクト: 球状のボイドまで 3 直径のmmは、張力強度を同じくらい減らすことができます 20 %.
- 緩和: でのプリドライパターン 60 °C for 2 時間; 真空アシストのデガスシステムをインストールして、以下の溶解ガスレベルを達成する 0.1 cm³/100 gの金属.
砂の侵食
- 原因: ゆるく圧縮された砂への高速金属の侵入はカビの顔を乱します.
- インパクト: 表面の傷とフィンが必要です 1.5 MMの加工手当.
- 緩和: 砂の圧縮を増やします 90% 相対密度; 穀物版のシリカ砂を使用します (0.2–0.4 mm) カビの安定性を改善するため.
不完全な塗りつぶし (ミス)
- 原因: ゲーティングの大きな断面またはコールドスポットの周りの急速な冷却.
- インパクト: パーツ機能を損なう局所収縮キャビティ.
- 緩和: 熱シミュレーションでゲーティング設計を最適化します; 合金の液体の±10°C以内に注ぐ温度を維持する.
投資キャスティングにおける一般的な欠陥
シェルクラック
- 原因: 脱線または燃え尽きサイクル中のセラミック層間の微分熱膨張.
- インパクト: より広い亀裂 0.2 mmは金属漏れを許可します, ぼろぼろのエッジまたはフルパーツスクラップにつながります.
- 緩和: シェル層の厚さを制御します (6–8 mm合計) ≤でのランプ加熱 2 熱衝撃を最小限に抑えるために、燃え尽き症候群中の°C/分.
インクルージョンとスラグの閉じ込め
- 原因: 不適切な溶融洗練またはセラミックフィルターの欠如.
- インパクト: 非金属包含物 (0.1–0.5 mm) ストレス濃縮器として機能します, 疲労寿命を減らす 30 %.
- 緩和: インラインセラミックフォームフィルターを組み込みます (10–20インチあたりの毛穴) アルゴンシュラウドの脱気を実行して、以下の包含カウントを低くします 2 粒子/cm².
気孔率と膨らみ
- 原因: 硬化したシェルに閉じ込められたガスまたは耐火物の湿気.
- インパクト: 圧力境界成分の漏れ経路につながる地下水疱.
- 緩和: でドライ殻アセンブリ 150 °C for 4 時間; スラリーソリッドコンテンツが残っていることを確認してください 70 透過性を低下させるWT％.
検査およびテストプロトコル
欠陥を検出して定量化する, Foundriesは、非破壊的で破壊的なテストの組み合わせを採用しています:
| 方法 | カバレッジ | 感度 |
|---|---|---|
| 放射線検査 (RT) | 内部ボイド, 内包物 | ≥ 0.5 MM欠陥 10 mm鋼 |
| 超音波検査 (ユタ州) | 内部亀裂と多孔性 | ≥ 0.3 MM平面欠陥 |
| 染料浸透試験 (pt) | 表面破壊亀裂 | ≥ 0.1 mm亀裂 |
| 磁気粒子 (山) | 鉄合金の表面近くの亀裂 | ≥ 0.2 MMの不連続 |
| メタログラフィ | 微細構造, カーバイド降水 | 穀物サイズASTM 5–8, フェライトコンテンツ |
10. アプリケーション & 業界のケーススタディ
- 自動車 (LFC): グローバルなOEMが報告しています 18% 軽い摂取マニホールドと 12% アルミニウムの失われたフォームキャスティングと従来のキャスティングを使用したコスト削減.
- 航空宇宙 (IC): 主要なエンジンメーカーが生産しています 50,000 インコネル 718 毎年燃料ノズル, ±0.1 mmの許容範囲を達成し、リワークを減らします 40%.
- エネルギー & 油 & ガス: 海水サービスのポンプインピーラーは、塩化物攻撃に抵抗するためにIC 316Lを採用します, 障害の間の平均時間を延長します (mtbf) による 30%.
- 新しいフィールド: ハイブリッドアプローチ - ICで使用されている3Dプリントフォームパターン - 壁の厚さが低いチタン整形外科インプラントの有効なマイクロキャスト 0.7 mm.
11. 失われたフォームキャスティングとロストワックスキャスティングの違い
| 基準 | ロストフォームキャスティング | インベストメント鋳造 |
|---|---|---|
| 合金の範囲 | アル, 延性鉄, 低合金鋼 | ステンレス鋼, スーパーアロ, チタン, ブロンズ |
| 許容範囲 | ±0.5〜1.0 mm | ±0.1–0.3 mm |
| 表面仕上げ | RA 3.2-6.3 µm | RA 0.8-3.2 µm |
| ツーリングコスト | $100 - パターンあたり300ドル | $15,000 - 60,000ドル |
| サイクルタイム | 30 分 | 48–72 Hシェルビルド + 燃え尽き症候群 |
収率 |
90–95％ | 95–98％ |
| 最大パートサイズ | まで 2 メートル | 通常、≤ 1 メートル |
| 最小壁の厚さ | ～2.5mm | 〜1.0 mm |
| ボリュームの適合性 | 中から高 (> 5K/年) | 低から中程度 (< 20K/年) |
| 環境への影響 | VOC, 泡廃棄物 | co₂, セラミックシェル廃棄物 |
| 代表的な用途 | 自動車マニホールド, エンジンブロック | 航空宇宙ノズル, 医療用インプラント |
12. 選択基準 & 決定フレームワーク
失われたフォームキャスティングのどちらかを選択します (LFC) 投資キャスティング (IC), これらのガイドラインに従ってください:
- 部分ジオメトリ & サイズ: LFCを大規模に使用します, シンプルな形; 小型化されたICを選択します, 複雑なコンポーネント.
- 合金要件: アルミニウムまたは鉄ベースの合金にLFCを適用します; ステンレス時に投資キャスティングを選択してください, スーパーアルコイ, またはチタンの性能が重要です.
- 生産量: 上記の実行にLFCを支持します 5,000 毎年作品; 専門化されたICを活用します, 低容量部品 (< 20,000 ユニット).
- 許容範囲 & 終了のニーズ: 耐性が±0.3 mm未満で締められ、RAが下がるときにICを選択します 3 μm.
- 料金 & リードタイム: ICの優れた精度と材料の汎用性に対するLFCの迅速な転換と低いツーリング費用のバランス.
13. 結論
結論は, 両方 ロストフォームキャスティング 対 インベストメント鋳造 ネットシェープの近くの利点と明確な強みを提供します.
失われたフォームキャスティングは、迅速なパターン作成を提供します, 低いツールコスト, 大規模な機能,
投資キャスティングは最高の精度を提供します, 例外的な表面仕上げ, 広範な合金互換性.
一部の複雑さを慎重に評価することにより, 物質的な要求, ボリューム要件, および質の高い目標,
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よくある質問: フォームキャスティングと投資キャスティングの紛失
失われたフォームキャスティングと投資鋳造の主な違いは何ですか?
ロストフォームキャスティング (LFC) 骨のない砂に埋め込まれた消耗品の泡のパターンを使用します; 溶融金属は泡を蒸発させ、空洞を満たします.
インベストメント鋳造 (IC) セラミックシェルでコーティングされたワックスパターンを使用します; ワックスは脱線になり、金属が注ぐ前にシェルが発射されます.
LFC 大きなスーツ, よりシンプルな形状とアルミニウムまたは鉄合金, その間 IC 複雑で優れています, 薄壁の部品とより広い合金の範囲.
どのプロセスがより厳しい寸法公差を提供します?
投資キャスティングは、剛性の高いセラミック型と正確なワックスツールに感謝する、標準±0.1〜0.3 mmです。.
フォーム鋳造の喪失は、一般に±0.5〜1.0 mmの許容範囲を保持します, 批判的でない適合に適しています.
表面仕上げはどのように比較されますか?
IC 部品はra 0.8〜3.2 µmの型から直接仕上げます, 多くの場合、光の研磨のみが必要です.
LFC サーフェスは粗く動作します-RA 3.2–6.3 µm - より広範な機械加工が必要です.
各メソッドがキャストできる合金?
LFC 通常、アルミニウムを処理します (A356, A380), 延性鉄, 低合金鋼を選択します.
IC ステンレス鋼に対応します, ニッケルベースの超合金 (例えば, インコネル 718), チタン合金, とブロンズ, 高性能アプリケーションに最適です.
どのプロセスがより費用対効果が高いか?
中程度から高量のよりシンプルな合金用 (例えば, アルミニウムマニホールド), LFC ツーリングコストが低くなります ($100 - フォームパターンあたり300ドル) 速いサイクル時間.
IC前払いのコストが高くなっています ($15,000 - $ 60,000) 低容量で自分自身を正当化します, 高精度は実行されるか、プレミアム合金を使用する場合.
どのプロセスがリードタイムを速くしています?
LFC リードタイムは通常、パターンから完成した部分まで1〜3日間走ります, 速い泡のパターンとシングルステージの注ぎにより.
IC シェルビルディングには4〜7日が必要です, デュワックス, 燃え尽き症候群, そして注ぐ, 計画された生産の実行により適しています.
これらの方法で大きな鋳物を作成できますか?
LFC までの部品を処理できます 2 寸法のmおよび重量が数百キログラム.
IC 通常は周りにキャップされます 1 1部あたりMおよび50〜100 kg, シェルの強度と燃え尽き症候群の制約により.
LFCとICから選択するにはどうすればよいですか?
一部の複雑さを考慮してください (細部はICを支持します), 合金要件 (プレミアム合金はICを好みます), 音量 (LFCを好む大量),
寛容と終了のニーズ (最もタイトな仕様はICを好みます), およびツーリング予算 (低コストはLFCを好みます).
