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鋳造は、通常、液体材料を、所望の形状の中空空洞を含む鋳型に注ぎ、その後固める製造プロセスです。固まった部分は鋳物とも呼ばれ、鋳型から排出または破壊されてプロセスが完了します。鋳造材料は通常、2つ以上の成分を一緒に混合した後に硬化する金属またはさまざまな時間硬化材料です。例としては、エポキシ、コンクリート、石膏、粘土などがあります。鋳造は、他の方法では困難または不経済な複雑な形状を作成するために最もよく使用されます。工作機械のベッド、船のプロペラなどの重機は、いくつかの小さな部品を結合して製造するのではなく、必要なサイズに簡単に鋳造できます。[1]鋳造は7,000年前のプロセスです。現存する最古の鋳造は、紀元前3200年の銅のカエルです。[2]
歴史
歴史を通じて、金属鋳造は道具、武器、宗教的な物品を作るために使われてきました。金属鋳造の歴史と発展は南アジア（中国、インド、パキスタンなど）にまで遡ることができます。[ 3]南アジアの伝統と宗教は、彫像や遺物の鋳造に大きく依存していました。[4]これらの品々は、鉛を混ぜた銅合金で作られることが多かったです。[5]冶金学の始まり以来、鋳造品の大半は、石または陶器から作られた単純な1～2ピースの鋳型でした。しかし、多くの古代文明でロストワックス鋳造の証拠があります。[4]
ロストワックス法は古代メソポタミアで始まりました。ロストワックス鋳造の最も古い記録は、古代都市バビロンのスパルタで楔形文字で書かれた粘土板で、鍵を鋳造するのに必要なワックスの量が具体的に記録されています。 [6]世界の考古学的記録の中で最も古い既知の鋳造は、開いた石の型で作られました。[7]ロストワックス法には、直接ロストワックス法と間接ロストワックス法の2種類があります。直接成形法は、ワックス材料を手または他の道具で鋳造と同じワックス型に作ります。間接成形法は、型を通してワックス型を作ります。直接成形法では、職人に高い技術レベルが求められ、そうでなければ鋳造品の品質を保証できません。しかし、手作業による直接成形の限界は、効率が低すぎて大量生産できないことです。この点、間接成形には利点があります。間接成形では、職人は通常、石、木、粘土、またはその他のプラスチック材料から型を作ります。[8]
古代文明では、鉛が溶けた銅の流動性を高め、より複雑なデザインの鋳造を可能にすることを発見しました。例えば、モヘンジョダロの踊り子は、おそらくロストワックス技法を利用した銅合金の鋳造品です。[4]ロストワックス鋳造は、紀元前4000年または銅器時代にまで遡ります。[4]この技法の研究された最も古い例の1つは、インダス文明の6000年前のお守りです。[9]
インドは、鋳造法を使って貨幣を大量生産した最初の文明の一つとされている。紀元前1千年紀（紀元前1000年 - 紀元前1年）の中頃、使用されていた貨幣は銀製であったが、千年紀が進むにつれて、貨幣は鋳造銅合金に変わった。[4]新しい銅貨を大量生産するための新技術が開発された。導入されたのは、複数ピースの積み重ね可能な貨幣テンプレート鋳型である。複数の鋳型を粘土の円筒の中に重ねて置き、中央に溶融金属を注ぎ、空いたスペースを埋めて固める。[4]このプロセスにより、100枚の貨幣を同時に生産することができた。[4]
中東と西アフリカでは、ロストワックス技法は冶金の伝統に非常に早くから使われていたが、中国ではずっと後になってから取り入れられた。西ヨーロッパでは、特にインダス文明と比べると、ロストワックス技法はほとんど使われていなかったと考えられている。[4]シェーン朝（紀元前1600-1040年）の首都安陽ではロストワックスの破片は見つかっていないが、大量（10万個）のピースモールドの破片が見つかっている。このことから、この王朝の首都ではロストワックスは行われていなかったという結論に至った。しかし、紀元前1300年頃のインベストメントモールディングで作られたマスクが発見されたことから、ロストワックス技法が中国の他の地域に影響を与えた可能性があることが示唆された。[10]
歴史家たちは大砲の起源について議論しているが、ほとんどの証拠は18世紀と19世紀のトルコと中央アジアを指している。大砲の鋳造工程は、粘土の芯、つまりその周りに粘土を成型した鋳型を使用し、それを割って鋳造ピットで組み立て、鋳物を鉄のバンドで縛るという、もう少し複雑なものである。[4]
種類
金属
金属加工では、金属を加熱して液体にし、鋳型に流し込みます。鋳型は、希望の形状を成す中空の空洞ですが、金属を鋳型に流し込むためのランナーとライザーも備えています。鋳型と金属は、金属が固まるまで冷却されます。固まった部品 (鋳物) は、鋳型から取り出されます。その後の作業では、鋳造プロセスで生じた余分な材料 (ランナーやライザーなど) を除去します。
石膏、コンクリート、プラスチック樹脂
石膏やコンクリート、プラスチック樹脂などの化学硬化材は、上記の使い捨ての廃棄物型、複数回使用可能な「ピース」型、または小さな硬質ピースやラテックスゴムなどの柔軟な素材で作られた型（外側の型で支えられている）を使用して鋳造することができます。石膏やコンクリートを鋳造する場合、素材の表面は平らで透明性がありません。表面には局所的な処理が施されることがよくあります。たとえば、塗装やエッチングを使用して金属や石のような外観にすることができます。あるいは、最初の鋳造工程で素材を変更し、石のような外観にするために色のついた砂を含めることもできます。石膏ではなくコンクリートを鋳造することで、彫刻、噴水、屋外用の座席などを作成することができます。高品質の大理石の模造品は、特定の化学的に硬化したプラスチック樹脂（例えば、熱硬化性ポリマーであるエポキシやポリエステル）を使用して、着色のために粉末状の石を加えて作ることができ、多くの場合、複数の色が混ぜられます。後者は、洗面台、洗面台トップ、シャワー室を作る一般的な方法で、複数の色を熟練した職人が加工することで、天然の大理石やトラバーチンによく見られる染色パターンを模したものになります。
フェットリング
鋳物の生品には、鋳型の継ぎ目や欠陥によって生じた凹凸がしばしば含まれている。[10]また、鋳型に材料を流し込むためのアクセスポートも含まれる。[11]これらの不要な部分を切断、研磨、削り取り、またはやすりで削り取る工程は、英国英語で「フェトリング」と呼ばれる。[12] [13]現代では、ロボットによる工程が開発され、フェトリング工程のより反復的な部分の一部を実行するようになったが、[14]歴史的には、フェトラーはこの骨の折れる作業を手作業で行っており、[5]健康に危険な状況で行うことが多かった。[15]フェトリングは、結果として得られる製品のコストを大幅に増加させる可能性があり、鋳型設計者は、鋳型の形状、鋳造される材料、および場合によっては装飾的な要素を含めることによって、コストを最小限に抑えようとしている。[16] [10]
鋳造プロセスシミュレーション
鋳造プロセス シミュレーションでは、数値的手法を使用して、鋳型の充填、凝固、冷却を考慮した鋳造部品の品質を計算し、鋳造の機械的特性、熱応力、歪みを定量的に予測します。シミュレーションでは、生産開始前に鋳造部品の品質を正確に表します。鋳造リギングは、必要な部品特性を考慮して設計できます。完全な鋳造システムの正確なレイアウトにより、エネルギー、材料、ツールの節約にもつながるため、これには生産前のサンプルの削減以外にも利点があります。
このソフトウェアは、部品の設計、溶解方法と鋳造方法の決定から、パターンと鋳型の作成、熱処理、仕上げ まで、ユーザーをサポートします。これにより、鋳造製造工程全体にわたってコストを節約できます。
鋳造プロセスのシミュレーションは、 1970年代初頭から主にヨーロッパと米国の大学で開発され、過去50年間の鋳造技術における最も重要なイノベーションと見なされています。1980年代後半からは、鋳造工場が鋳造プロセス中に金型内で何が起こっているかについて新しい洞察を得ることを可能にする商用プログラム（PoligonSoft、AutoCAST、Magmaなど）が利用可能になりました。[17]
参照
- 遠心鋳造（工業用） – 薄壁シリンダーの鋳造によく使用される鋳造技術
- コアプラグ – 水冷式内燃エンジンブロックの砂型鋳造コア穴の閉鎖
- ダイカスト – 金属鋳造プロセス
- ガラス鋳造 – 溶融ガラスから物体を作るプロセス
- インベストメント鋳造 - ロストワックス鋳造に基づく工業プロセス
- ロストフォーム鋳造 - 蒸発型鋳造法の一種
- ロストワックス鋳造 – オリジナルの彫刻から複製の金属彫刻を鋳造するプロセス
- 成形（プロセス） - 液体またはプラスチック材料をより硬い型に適合させて成形する
- 石膏鋳造（プロセス）[18] - 隙間を埋めるために石膏を使用する砂型鋳造プロセス
- 永久鋳型鋳造 - 再利用可能な鋳型を使用する金属鋳造プロセス
- ラピッドキャスティング – 使い捨てパターンを作成するための 3D プリントの使用
- 砂型鋳造 - 砂を鋳型の材料として使う金属鋳造法
- スリップキャスト - 陶器を成形する技法
- スクイーズ鋳造 - 冷却中の金属に非常に高い圧力をかける鋳造方法
参考文献
- ^ デガーモ、E. ポール; ブラック、J. T.; コーサー、ロナルド A. (2003)、製造における材料とプロセス(第 9 版)、Wiley、p. 277、ISBN 0-471-65653-4
- ^ Ravi, B. (2005)、金属鋳造：コンピュータ支援設計と分析（第1版）、PHI、ISBN 81-203-2726-8
- ^ Davey, Christopher J. (2009). J. Mei; Th. Rehren (編).ロストワックス鋳造の初期の歴史. ロンドン. pp. 147–154.
{{cite book}}:|work=無視されました (ヘルプ)CS1 メンテナンス: 場所が見つかりません 発行者 (リンク) - ^ abcdefghi Craddock, Paul T (2014年10月8日). 「南アジアの金属鋳造の伝統：継続と革新」. Indian Journal of History of Science . 50 (1): 55–82.
- ^ ab ジェーン・L・バセット、ペギー・フォーゲルマン、デイヴィッド・A・スコット、ロナルド・C・シュミッドリング (2008)。『職人の真髄: ブロンズ彫刻家アドリアン・デ・フリース』ゲッティ出版。pp. 269– 。ISBN 978-0-89236-919-5。
- ^ Hunt, LB (1980).ロストワックス鋳造の長い歴史、ゴールドブレティン、p. 66-79。
- ^ Peng, Peng (2020). 青銅器時代の中国における金属加工：ロストワックス法。Cambria Press。p. 5。
- ^ Feinberg, Wilburt (1983).ロストワックス鋳造: 実践者向けマニュアル.
- ^ Thoury, M.; et al. (2016). 「高空間ダイナミクス-フォトルミネセンスイメージングにより、最古のロストワックス鋳造物体の冶金学が明らかに」Nature Communications. 7. doi:10.1038/ncomms13356.
- ^ abc ゴードン・エリオット (2006)。陶磁器史の側面：文化と技術の発展の証拠としての陶磁器工芸品に焦点を当てた一連の論文。ゴードン・エリオット。pp. 52– 。ISBN 978-0-9557690-0-9。
- ^ B. Ravi (2005年1月1日)。金属鋳造：コンピュータ支援設計と解析。PHI Learning Pvt. Ltd. pp. 92– 。ISBN 978-81-203-2726-9。
- ^ TF Waters (2002年9月11日)。エンジニアのための製造業の基礎。CRC Press。pp. 17– 。ISBN 978-0-203-50018-7。
- ^ James T. Frane (1994)。Craftsman 's Illustrated Dictionary of Construction Terms。Craftsman Book Company。pp. 126– 。ISBN 978-1-57218-008-6。
- ^ ブリティッシュファウンドリーマン。1986年、p.80。
- ^ シドニー・ポラード（1993年）。シェフィールドの労働史。グレッグ・リバイバルズ。284～285ページ。ISBN 978-0-7512-0215-1。
- ^ 鉄と鋼。ルイ・カシエ。1971年、p.80。
- ^ N. Hansen、Erwin Flender、Jörg C. Sturm (2010)。「鋳造プロセスシミュレーションの30年」。International Journal of Metalcasting。4 ( 2): 7–23。doi :10.1007/BF03355463。
- ^ 「石膏鋳造プロセス」。2020年5月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。
さらに読む
ウィキメディア・コモンズには、キャスティングに関連するメディアがあります。
- キャンベル、ジョン（2003）、キャスティング（第2版）、バターワース・ハイネマン、ISBN 0-7506-4790-6。