平成6年虔 研究報告

管 田呆匪ワッタ法を≡よる精密鋳造部品の新製品開発

材料開発部 吉 浦 洋 乏
要 旨
インベスメソト鋳造法（ロストワックス法ともいう）は砂型鋳造法の範ちゅうに入るが普通鋳造法と比較し、格段と寸法精度の高い製品をつくることが可能であるため、近年急速に普及した手法である。

そこで今回は階段塾試験片を用いて肉厚感度を中心に寸法精度を検討した。その結果、球状黒鉛鋳鉄の伸尺範囲である10′／1000〜15／1000の範囲内に収縮率が緯ほった。また肉厚差によって冷却速度が異なり、黒鉛の析出及び基地組織にも影響を与えることが解明した。
なお基礎実験を踏えて実態鋳物として、ステソレス製のど㌧叫ナス塾製品を試作Lた。

頂⊂ はじめに望。実験方法

ロストワックスによる精密鋳造品は、セラミックスを（且）ロストワックス鋳造工程用いた鋳型で強度が高く、従来の砂型鋳造法とは駁本的

ロストワックス精密鋳造法は、金型を碇用して精度のに異なった手法であり、激裸加工の困難な形状及び精度高いワックス模型を製作するため、顔械加工による金型の要求される部品等は、この方法によって製作されていの製作が最も重要な要素となる。

る。特に難切削材で複雑形状を集積一体化構造で製造す

金型に圧入されたワックスはぅ 塾締圧力、射出圧力、ることが可能であるため、境械加工後の節減や多数個部ワックス温度及びワックスの材質によって収縮及びワッ品を一体とした鋳造ができることによりコストダウンがクス肌の影響は大きく異なる。従ってこれ等の諸条件を図られている。

満足する設定が必要である。更に、鋳型に用いるバイン

精密鋳造品ほ鋳放Lで寸法精度が2．／ノ′100〜5′′／100に鋳造ダ【の種類、スタッコ材の種額及び粒度等が鋳型の強度できるといわれているが、方案から鋳込みまでの管理がに影響を及ぼすため、適正なる成形条件を冠めるには、十分でないと満足な数値ほ期待できない。

コⅥティソダ層の回数、コーティング層の厚さ、乾燥時その中で設計段階での検討が重要である、鋳物の形状、問及び焼成時間等が必要条件となってくる。（囲1）

方案の検討、ワックスツリーの組立（脱ロ】時を考慮：き、j迫

丁子 ㌧企隈三考慮ノJ二1法√：喜蓑喜

更には鋳型材の選定及びその温度と湿度の関係等から膨さな電加工．フ1rTカ ノ、そJ⊃J琶汚箕使tコ」

魔f戎1【〕エの簡易化とこよ吉舎会1実薫√工邑0⊂（二〉張、収縮を考慮した金型の設計が重要なポイソトとなる。

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そのため、膨張、収縮を考慮した材質には、熱伝導性

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コロイタル…「30じ占SLC7ノヤソし二封Y−rrい∵−、hのノ ′L ニ ンウンこ、夢ミ豹仁貢′スにも膨張、収縮の少ない材質を選定する必要がある。
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更に、鋳型強度を左右するコロイダルシリカとスタッコ汚宜繰達す材、ジルコンフラワー等の選定も重要となってくる。こ50・11e帥上山藍ムう1Lサパ

ギ≒⑯≧ 簗厘1ノテ皇プ二丁ンフの様な材料は恒温、恒湿の部屋でコントロ【ルする必要があり、膨張、収縮の少ない管理をすることによって高−選」22てェ2℃】遷御％の自㌍把娩

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精度な精密鋳造品を製造することが可能となる。
そこで、精密鋳造品の寸法精度について肉厚差による討した。

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赤鋸㈲姻鋸働紘膚⊂二二∵ヰニ互＝こ■（iや面引け及び変形を主体とLた段階型について試作し、検1 宰占性刀J氏い」【1イ｛′rノ／カト⊥フ17り⑯⑩

1 セラエ ソ㌻鋳型‥′うノ及び湧□，澄渡乃Ⅵ斬鋳型パラン．切断」r／ドブラスト仕Lげ 去除∵／ミうセの分i頴子中び及闇面索 t

製「 寸法検査及び間尺検査

詞1 ロストワックス鋳造法のフローチャート及びその用途
一138−平成6年度 研究報告

ロストワックス法は一般の砂型鋳造法に比較して工程が最も大きな要因となる。更に模型のコーティングには、が複雑である反面、精度が高く小物鋳造に適した方法で

ロー一夕リ肌スラリ劇タンクにて模型の表面にコーティンある。区ほは段階型試験片の形状について示す。

グを施し、流動床によってセラミ ックス材をサンディングし一定の厚みを得る。サンディングには、細粒、粗粒湯口＼／の二橿頸を用いた。焼成時に於ける膨張、収縮を最′J＼にするため、細粒から粗粒へ順次責層する必要があり、サンディングの方法としてはブロワ山で粒子が浮上する流

こでで＝ニ茅野2U。∠もj動床を用いた。

（Å）

鋳型の焼成にほ、七 昇温速度が速く、酸化性雰囲気であることが条件であるため、プロパンガスを燃料とするガ

目上85 14巧8014膏5（E）

ス焼成炉を用い、約30分で1000℃まで昇温する構造を用

園望 階段型試験片の形状（鋳込方案と顕微鏡撮影切断箇所）いた。溶解炉も1時間以内で高速溶解の出来るサイリス（望）実験用機器の特徴

タ式高周波溶解炉を用いた。鋳造後の製品清浄にはサン

ロストワックス法による精密鋳造では、ワックス模型ドブラストを用いて酸化物の除去、セラミックスの除去をいかに精度よく造るかが最も大きな要因であるため、を行える構造の機器を健用Lた。塵器の性能、特徴につ高性能な射出成形塵を必要とL、また同時に金型の精度いては衰1に示す。

泰瑠 案験に偉済した機器及びその用途
擬屑機器名∃ックス射出成型機

纏綿圧 5加皿トリッジタイプ）

至射出圧力 70kg′／cm2

ロータリースラリⅦタンク

鞘機

途

偲塾金型中へのワンクス注入
iワックス注入温度 58〜6ibC
ワックス表面烏スラリーをコ蜘ティング

500感×600圭て第一層 ザーンカップ 孝5 30秒
第二層 ザ劇ンカップ 彗5 15秒（タンク回転機）

迂遠回転（30回′ノ分）

流 動 床
コンプレッサ血狛摘×狛ほラリーコ℡ティングした上からセラミックスを数回振9廊′／m主n

かけ㍗〜8澗の積層通気機構はセラミックス

第一層150′）200meshのジルコンサンド
第二層 30〜50meshのムライトサンド

及 びブロワⅧ■￣￣￣￣▲■￣￣▲￣▲■■

60C芦冒×500筒†×600L

焼 成 炉

O〜10りOGCノ20min、￣￣（L㌘Gガス）】■￣−丁▲ − ￣

高層渡溶解炉

き3〇KW′′′hの3K㌍（サイリスタ式）

鉄換算30短の溶解

贋成時間 2時間】…鋳鉄 ステンレスぅ 調等を溶解∃（トバッチ雛＝時間溶解）の塾

ス

鋳ツク︑こ

5汀互3／′m亘n〜 25Gm謂Åg【▲￣￣▲▲、▲￣l「睨ロⅦ及び鋳型焼成（酸性雰囲気）

一フ（定置式）

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篭

サンドブラストヽヽ

除噴射ノズル 感6﹂（エアwノズル 感3）（3）ワックス及び鋳型の成形条件がmの細かい微粒であることが必要条件である。このバワックスの成形には、射出温度、、射出圧力、加圧時間

インダ【材にスラリ【材として1〜2層にはジルコソ系等を考慮したワックス成形条件を設定する必要があり、を、3層以降にはムライト系を混合して、初層及び積層

特に冷却時間の適正が模型の収縮に影響を及ぼすため、用のバインダ【材とした。またスタッコ材に用いられる

表2のように′7〜10秒に設定した。

サソドの粒度分布及び特性値として、ジルコソ系でほ40

鋳型の成形には、使用するバインダmとしてSiO2
含有量が30％のコロイド状を使用し、粒子径も10〜20mesh以上を用い、ムライト系では40mesh以下を用いて鋳型を積層し、一定の厚みとした。（蓑2）一139−平成6年度 研究報告

責2 ワ・ブタ鼠成型条件

ワックスの表面にはセラミックスのスラリーが粘着し地組織のパーライトも粗大化している。

易い様、界面活性剤を微量添加した。尚1〜2層用の粘この理由として冷却速度が肉厚によって異なり、薄肉性として、ザーソカップ粘度計で30砂前後、3層以降はほど凝固速度が速く、厚肉ほど凝固速度も遅いため、黒15砂前後になるよう調整した。

鉛の成長に伴って基地組織にも影響されたものと思われ

更に積層工程中、一層ごとに恒温、高湿の部屋で自然る。

乾燥することが鋳型強度の面から重要であり、各層毎に（3）段階塾試験片の肉厚感度3時間と最終工程でほ一昼夜以上の乾燥を行った。

金型に対する硯rÅⅩ，FCD材の収縮

鋳型の最終工程として、鋳型を1000℃で3時間以上焼①展那皆塾試験片の長芋方向に対する収縮成すると同時に酸化性雰囲気にして、鋳型内部が完全に

図3は金型にワックスを注入し模型を作製した時の収焼成し、鋳型面をポーラスにすることが重要な工程であ

縮率とワックスにセラミックスをコーティングし、脱ろる。

う後球状黒鉛鋳鉄を注入し、冷却後取り出し段階型試験片の長芋方向から測定した結果を示したものである。

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（2）顕傲鏡組織6

一般的なFCD550相当の分析値である。

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S：0．02％、であった。

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C：3．8％、Siニ2。71％、Mn：0。45％、P：鉦031％、も2

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鋳型に鋳込んでテル試験片から分析試料を採取した結果、

1

球状黒鉛鋳鉄（FCD550）を溶解しぅ 才：［Sによる︵箕︶（1）化学分析

413【実験結果及び考察㌔海＼（㌦⑳㈹（F。。）〕＼○＿・○㌦−（1ガAX）」

20 ∠皇060

80 100 120 140
厚 （mm）

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卵︑胡ブ∵㌔ 粉斡ヂ″肉．ユふ：、 J二

肉厚20mmから50三nm付近までは収縮率も直線的に減靂ひJツ′い人

甥＼Y一もりり・〉

少するが50mm以上になるとほとんど減少せず、横ばいノ ‰洩 甘︑熟視二ぺr．

（階段型試験片の長芋方向き＼里啓 一∵∵姉詔 ．令ニ三ウとなっている。ワックスと球状黒鉛鋳鉄の20mm肉厚でほ、球状黒鉛鋳鉄はワックスに対L、38％の収縮差を生①肉声D部（15mmX5mm）②肉厚C部（15mmXlOmm）③肉厚f3部（2OmmX20mm）

写真頂 階段型式読襲片の㌍緻銀縁緒（試1苺8う

じているが、肉厚10Cm賃ユでは収縮差も若干少なくなっている。

写真1ほ段階型式鮫片の①薄肉部のD部（15mmX5薄肉部から厚肉部になるに従って収縮率が異なる理由mm）では、黒鉛形状も小粒で粒数も多く、パーライトとして、薄肉部ほど冷却速度が速く黒鉛の成長も少なくはほとんど析出していないが②中間肉部のC部（15mm基地組織も緻密である。一方肉厚部では黒鉛が大きく成XlOmm）では黒鉛も大きく箋基地にパーライトが析出長L、膨張傾向にあるため収縮率も少ないものと考えらしている。また③肉厚部のB部（20mmX20mm）では、れる。

ブル【スアイ組織となり、パーライトも多く析出している。このことから肉厚が厚くなるほど黒鉛も大きく、基−140一

一般的に球状黒鉛鋳鉄の収縮は10／1000〜ユ5′／ノ1000であるため、JIS精練の範囲に入ることから非常に少ない平成6年度 研究報告
収縮率である。

②段階塑潔泰片町厚み方向に寿す美顔凝固4は段階塾試験片の厚み方㌢責jに対する収縮率である。

長芋方向の図とほ若干異なる点とLて∴ 5罠ぶから都宏に蕨喜寿三蔓にノよる差をま広がる悠をに為る。
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↓ぎ毒﹂﹁︹宗︶￡セラミックス鋳型 ②多数デ召取つ製品
博一互町弓㌦軸㌦一触城山

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一叫肌mmmMm御一一一尺Vワ）〆氾㍊r一コ＝∵一皿Ⅷmー叫屯〉
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写真選＋宴怒鋳物（至尊意ッ雷講読堅と各藩凛、．‰へ

写真1ほ脱ろう後のセラミックス鋳塑（多数傾取り）＝ぎ∴て■こ一′一1■」＝二こ一一ノ一 一1ニュニ1■∴■，l∴n∴、、■−1■＋＝一1〇宍j10

写真2ほ多数慣取り方泰によると㌧−ナス像の製品であ2〔i厚 ：mm）

る。形状からヒケ防止及びワックスの変形防止も考慮し烈各 会型に葉音する鮮魚詫診F農Dめ収縮（階段塾試験片の厚教義向）20m．mの場所を囲3と比較すると収縮率は同一傾向にある。しかし薄肉部における収縮率が小さくなっているのは測定による誤差と考えられるが収縮率からはJ耳Sて上腕部、腰部、足部の3ヵ所から堰を設けて鋳造した。

なお、ビ岬ナス像の頭部及び腕部を下向きにL、足部を上面にして左右に各3俸の計6体を設置し、ノロかみ、アカの混入を防止した方案で鋳造Lた。

その結果。了 ヒケの発生もなく健全な鋳物を製作することができた。の精練の範繹内に入るものと考えられる。

写真③は1個取り方案である。多数個取りと同様に3ヵ（4）実態鋳物（ビmナス塾鋳物）

写真2は実態鋳物のSUS304系材料の暮緻鏡組織で所に堰を設置し、垂平方向から鋳込んだ状況である。製品重量は285gであるが湯口も 海道、堰を含め1580gである。

ぽ㌻

鋳物製品としては鋳肌の状況も良好でヒケも認められず寸法精度も精練であることから、健全な鋳物を製作することができた。

J㌻∴澱詳隼ツ∫あり、歩留りは約20％であった。

ぎ﹀ナも∴射】患と鋸㌔〆〆忘︑、琴（旦）顕微鏡組織窮察

や㌍絆

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球状黒鉛鋳鉄（FCこき55網目当）製段階型試験片によ︑︑

SUS304（×100）

写真冨 業態茎寿物の顕緻窺組織る顧緻鏡組織写真①は15三nm〉く5mmの薄肉部であるために冷却速度が速く、黒鉛形状が細かくて粒数も多い。
②から③へと肉厚が厚くなるに従ってパーライトが多く

写真3は基礎実験の結果を跨えてセラミックス鋳型を作製し、多数個取り及び1個取りについてSUS304系を鋳込みど【ナス塾の製品を試作した。

析出し、黒鉛粒数も少なくなり粒状も大きくなっているのは冷却速度に起因する。
（2）段階型試験片の肉厚感度①長芋方向からみた収縮率
ワックスと球状黒鉛鋳鉄との比較でほ、薄肉部ほど収縮率が大きく厚内部ではその差が小さくなっている。ま−141−平成6年虔 研二死報告

た20三nmから50mmまでほ直線的に収縮率が低下し、そ（3）実態鋳物への応用の後ほ平行状態となる。J‡Sの規定からは精緻の上位多数個取りのツリーによるステソレス製ビ阿ナス製品となり寸法精度が高いのは鋳型強度が高いことと、∴高温でほ頭部及び腕の上部を下向きに、足部を上向きにし湯鋳型（1000℃）であることから押湯の効果が高いことが道への堰は足部、渡部う腕部のそれぞれ3ヶ所にセット要因と考えられる。

Lて鋳込む方案が良好である。

②厚み方向からみた収縮率
階段塾試験片の5mmから20mmまでの厚み方向から又、勺1ケ取りでほ、多数個取りと同様な方案でも長いが読込め方案でも良好な結果が得られた。

みた収縮率では、長さ方向とほ異なりワックスとFCDとの差は開く方向にある。またFCDは10mm以降の厚参考変態みほ変化しないのに対し、WÅⅩでは収縮率が下ってい 1）吉浦 洋之：昭和62年度、大分県工業試験場 研究
るのほ測定誤差も考えられるが、厚み方向に対する鋳型の拘束にも起周すると考えられる。

【142−報告2）錦織 徳郎：日本鋳物協会精密鋳造研究部会編