[分析] 精密鋳造ワックスパターンの高速製造技術

インベストメント鋳造とは、ワックス材料を使用してワックスモデルを作成し、ワックスモデルを数層の耐火コーティングで覆って鋳型のシェルを作成し、ワックスモデルを溶かして高温で焼き付けてから鋳造する鋳造方法です。インベストメント鋳造法で作られた鋳物は、精度が高いだけでなく表面が滑らかなので、蒸気タービンやタービンのブレードやインペラ、切削工具、航空機、自動車、工作機械の小型部品の製造に広く使用されています。しかし、従来の精密鋳造技術によるインベストメントワックスの製造には、プロセスが複雑で精度の制御が難しい、製造コストが高い、製造サイクルが長いなどの問題があります。 3D プリント技術の出現により、長い間人々を悩ませてきた複雑な鋳造金型の製造に新たな方法が提供されました。
1. 精密鋳造ワックス型の製造
1.1 伝統的な精密鋳造ワックスパターンの製造工程
（１）まず、鋼または銅合金でマスター金型を作り、それを使用してスタンピング金型を製作する。
（２）鋼、錫青銅、アルミニウム合金等をプレス成形する。
（３）パラフィンワックス50％とステアリン酸50％を使用して低融点ワックスを調製する。
（４）溶融ワックスを型に押し込み、凝縮後に取り出し、冷水槽で冷却し、トリミング、検査を経て、１個のワックス型が得られる。

1.2 精密鋳造ワックスパターンの迅速な製造プロセス
（１）コンピュータ内にワックス型の３次元ソリッドCADモデルを作成し、STLファイルを出力します。次に、レイヤリングソフトウェアを使用してスライスを実行し、各処理層の情報とレーザービームの2次元スキャン軌跡を取得します。
（２）レーザービームはコンピュータ制御により、成形粉末材料を層ごとに走査して焼結する。１層が完成すると、作業面を１層の厚さだけ下げる。このサイクルを繰り返し、層を積み重ねることでワックスモデルの３次元立体を作製することができる。選択的レーザー焼結ラピッドプロトタイピング技術を使用して精密鋳造ワックスパターンを製造すると、製造プロセスが大幅に簡素化されます。部品図からプロセス設計、ワックスパターンの3次元ソリッドモデリングまで、すべてをコンピューターで完了でき、あらゆる複雑さの鋳造品を製造できます。同時に、多くの工具設備も節約されます[3]。これはシンプルで適用可能な方法です。

2 精密鋳造ワックスパターンのレーザー焼結成形プロセスパラメータ<br /> ワックスモデルの焼結試験は、HLP-350Iポイントスキャンレーザー焼結ラピッドプロトタイピングマシンを使用して実施しました。表1はワックスモデルのレーザー焼結プロセスパラメータを示しています。

表1 ワックスパターンのレーザー焼結プロセスパラメータ

3 精密鋳造ワックスパターンの後処理技術<br /> 精密鋳造ワックスパターンの後処理プロセス精密鋳造ワックスパターンのレーザー焼結部品は、精密鋳造の要件を満たすために後処理する必要があります。後処理の具体的なプロセスは次のとおりです。
（１）レーザー焼結ワックスモデルの表面から余分な粉末を取り除きます。
（２）ワックスモデルをワックス溶解炉内のワックスに浸し、ワックスモデルの表面がワックス液の薄い層で均一に覆われるようにする。
（３）ワックスに浸したワックスモデルの表面を細かいサンドペーパーで磨き、余分なワックスの跡を取り除きます。
（4）ワックスモデルの表面を有機溶液で軽くこすり、表面の粗さを減らします。

4 精密鋳造工程試験<br /> 自動車エンジンの曲げパイプを例にとり、ラピッドプロトタイピング精密鋳造ワックス型で精密鋳造工程テストを実施します。図1は自動車エンジンエルボの精密鋳造ワックス型です。

4.1 試験プロセスと試験条件ラピッドプロトタイピングワックスモデルの精密鋳造プロセスを図2に示します。
テスト条件は
（１）脱型方法：蒸気脱型。
（２）鋳造方法：真空鋳造。
（３）鋳造材料：K413合金。
（４）鋳込み温度：１５８０℃
（５）注入時間：５秒

図1 自動車エンジンエルボの精密鋳造ワックス型

図2 ラピッドプロトタイピングワックス鋳造プロセスのフローチャート

4.2 鋳造寸法検査精密鋳造寸法検査の結果を表2に示す。
表2 精密鋳造品の寸法試験結果

4.3 テスト結果
（１）ワックス鋳型は膨張せず、蒸気法で脱蝋でき、残留灰分が少なく、鋳造性能が良く、精密鋳造に使用できる。
（２）精密鋳造品の表面品質は良好であり、使用の要求を満たすことができる。
（３）精密鋳造品の寸法精度は0.5％以上であり、鋳造品の精度要求を満たしている。

結論選択的レーザー焼結法に基づいて、精密鋳造ワックスパターンの迅速な製造プロセスを詳細に紹介します。自動車エンジンエルボパイプの精密鋳造を例として実験し、より高精度の鋳造品が得られ、この方法が複雑な精密鋳造パターンを製造する実用的な方法であり、従来の精密鋳造の内容を豊かにすることを示しています。

編集者: Antarctic Bear 著者: Liang Hongying (華北工科大学支部機械電気工学科)

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