鋳物を作ることを鋳造といいます。鋳物というと鉄製の伝統工芸品を思い浮かべる人もいるかもしれません。しかしその製法は、近代化した製造業でも多く使われ、最先端の技術も支えています。今回は鋳造について紹介します。
目次
鋳造とは？そのメリットとデメリット
鋳造とは、熱して溶かした金属を型に流し込み、冷やして固める方法です。型には砂や石膏、金属が使われます。
溶けた金属を型に流し込むため、複雑な形状の製品を大量生産しやすいのが特徴です。そのため、鋳造で有名な南部鉄瓶をはじめ、自動車のエンジン、オイルポンプのような、曲線的な空洞を作るのに向いています。また切削加工などの機械加工とは異なり、除去加工ではないため、歩留まり率（原材料から削ったりして捨てられる量）が高いという特徴もあります。ドアノブやタイヤのホイールなどのように、ブロック形状から削り出そうとすると効率が悪くなるような形状などの加工に頻繁に使われています。金属が溶ければ加工できるので、材料や大きさの自由度が高いのもメリットです。
一方で、溶けた金属が冷えて固まる際に収縮することや、使用する型の種類によっては面の精度などが出しにくいことから、機械加工に比べると精度が低いのがデメリットです。そのため、他部品との組み合わせ面など精度を必要とする部位には、切削などの加工を施す追加工が必要になります。
さらに鋳造を行うためには、高温の溶けた金属を扱わなければいけません。そのため、安全面や工場の環境面などへの配慮が必要になり、特に大量生産を行う場合には設備への投資も必要になります。
鋳造は型の材質や溶けた金属の流し込み方によっていくつかの種類に分けられます。鋳造の方法と特徴を紹介していきましょう。
砂や石膏の型鋳造の方法
砂や石膏で型を作る際には、木や樹脂で作った模型を使って砂や石膏を固め、そこに溶けた金属を流し込みます。砂や石膏の型を利用した鋳造には次のようなものがあります。
- 砂型鋳造法
砂型鋳造法は、押し固めた砂を型にする方法です。鋳造後は型を壊して鋳物を取り出します。型の製作コストが安く、小ロット品にも対応できる、複雑な形状や大きなものが作りやすいなどがメリットです。一方で鋳肌（鋳物の表面）が粗い、高い精度の加工は難しいなどのデメリットがあります。 - 生（生砂）型鋳造法
生型鋳造法は、砂に粘土やでんぷんを混ぜたものを型にします。型の製作コストが低く、さらに型に耐久性があるため型を繰り返し使用できます。しかし型がもろいため、大物の製作には向きません。 - フルモールド鋳造法
フルモールド鋳造法は、発泡スチロールで作った模型の周りを砂で固め、そこに溶けた金属を流し込みます。金属の熱で発泡スチロールが気化していくので、模型を取り除く必要がなく、他の方法に比べて鋳造の工数が少ないのが特徴です。 - ロストワックス法
ロストワックス法は、ろう（蝋）で作った模型にバインダー（結合剤）を含んだ砂を吹き付け、中のろうを溶かして型を作ります。複雑な形状でも高い精度の鋳造ができるのが特徴です。 - 石膏鋳造法
石膏鋳造法は、精密鋳造ともよばれます。精度の高い型を低コストで実現できるのがメリットです。一方で型の耐久性が低いため、大量生産には向いていません。
金型を使った鋳造法
耐熱性のある丈夫な金属を使い、金型で鋳造する方法もあります。金型の加工はコストがかかるため、設備費用がかかりますが、精度が高い鋳物を大量生産できるのが特徴です。
- 金型鋳造法
金型鋳造法は、金型に溶けた金属を流し込む方法です。砂型に比べて精度が高いのが特徴です。 - ダイカスト法
ダイカスト法は、金型に溶けた金属を圧力をかけながら流し込む方法です。複雑で精度の高い形状が作れます。自動車のエンジンやトランスミッションの筐体の製造などにも使われる方法です。 - 連続鋳造法（連鋳）
連続鋳造法は、製鉄所などでH型鋼やI型鋼、棒材などの長く大きな鉄の塊を作る際に使われる方法です。溶けた金属が型を通り抜けながら連続で鋳造されていきます。
まとめ
熱して溶かした金属を型に流し込む鋳造は、金属加工の代表的な方法の一つです。複雑な形状を作りやすい一方で機械加工に比べて精度が落ちるというデメリットがあります。型の材質や鋳造方法によってさまざまな特徴がありコストも違ってくるので、目的に合った鋳造方法を選ぶ必要があります。
