鋳造所

溶解は炉で行われます。炉への投入には、バージン材料、外部スクラップ、内部スクラップ、および合金元素が使用されます。バージン材料とは、特定の合金を形成するために使用される主要金属の市販の純粋な形態を指します。合金元素は、電解ニッケルなどの合金元素の純粋な形態、またはフェロアロイやマスターアロイなどの限定された組成の合金のいずれかです。外部スクラップは、打ち抜き、鍛造、機械加工などの他の成形プロセスからの材料です。内部スクラップは、ゲート、ライザー、欠陥のある鋳造品、および施設内で発生するその他の異物金属片で構成されます。

このプロセスには、原料の溶解、溶融物の精製、溶融物の化学組成の調整、および輸送容器への排出が含まれます。精製は、鋳造欠陥を避けるために、溶融金属から有害なガスや元素を除去するために行われます。溶解プロセス中に材料が添加され、最終的な化学組成が業界および/または社内基準で指定された特定の範囲内に収まるようにします。特定のフラックスを使用して金属をスラグやドロスから分離したり、脱ガス装置を使用してガスに溶けやすい金属から溶解ガスを除去したりします。排出時に、最終的な化学組成の調整が行われます。^{[ 3 ]}

脱ガス^{[ 4 ]}は、溶融金属のバッチ中に存在する水素の量を減らすために必要となる場合があるプロセスです。金属鋳造物では、ガスは2つの方法のいずれかで発生します。

1. 鋳造工程中の物理的な閉じ込めによって、または
2. 鋳造材料中の化学反応によって。

水素は、ほとんどの鋳造金属に共通する不純物です。水素は、材料の反応、水蒸気、または機械潤滑油から生成されます。溶融金属中の水素濃度が高すぎると、鋳造品は多孔質になります。金属が冷却・凝固する際に、水素は溶融金属から放出され、微細な気泡が残ります。多孔質は、金属の機械的特性を著しく低下させることがよくあります。

溶融金属から水素を効率的に除去する方法の一つは、パージまたは攪拌によって、乾燥した不溶性ガスを溶融金属中に吹き込むことです。気泡が溶融金属中で上昇する際に、溶解した水素を捕捉して表面に運びます。非鉄金属の脱ガスには、塩素、窒素、ヘリウム、アルゴンなどがよく用いられます。鉄鋼の脱ガスには、一般的に一酸化炭素が使用されます。

水素の存在を測定できる装置は様々存在する。あるいは、金属試料の密度を測定することによって水素の存在を判定することもできる。

脱ガス処理後も多孔性が残っている場合は、金属含浸と呼ばれるプロセスによって多孔性を封止することができる。

2種類のパターンの図

型紙上の製図図

鋳造工程では、目的の部品の形状をした型が作られます。シンプルなデザインは、一体型のソリッドパターンで作ることができます。より複雑なデザインは、分割パターンと呼ばれる2つの部分で作られます。分割パターンは、上側（コープ）と下側（ドラッグ）から構成されます。ソリッドパターンと分割パターンの両方に、最終的な部品形状を完成させるために中子を挿入することができます。中子は、そうでなければ実現できない中空部分を型に作るために使用されます。コープとドラッグが分離する部分をパーティングラインと呼びます。

型を作る際は、型を破損せずに取り外せるように、縁をテーパー状にするのが最善です。これを抜き勾配（ドラフト）と呼びます。抜き勾配の反対はアンダーカットで、型の一部が型材の下に隠れてしまい、型を損傷せずに型を取り外すことができなくなります。

型はワックス、木材、プラスチック、または金属で作られます。鋳型は、鋳造所の種類、流し込む金属、生産する部品の数量、鋳造品のサイズ、鋳造品の複雑さに応じて、いくつかの異なる工程を経て作られます。これらの鋳型製作工程には以下が含まれます。

• 砂型鋳造–生砂型または樹脂結合砂型。 
• ロストフォーム鋳造法–ポリスチレン製の原型に、セラミックと砂の混合型を使用する。 
• インベストメント鋳造–ワックスまたは類似の犠牲パターンとセラミック型を使用する。 
• セラミック型鋳造–石膏型。 
• Vプロセス鋳造–熱成形プラスチックを用いて真空下で砂型を形成する。水分、粘土、樹脂は不要。 
• ダイカスト–金属金型。 
• ビレット（インゴット）鋳造–金属のインゴットを製造するためのシンプルな鋳型で、通常は他の鋳造工場で使用される。 
• ロームモールディングとは、大砲、蒸気機関のシリンダー、鐘などの大型物体を鋳造するために使用される、積み上げ式の型である。 

鋳造工場では、溶融金属を鋳型に流し込みます。流し込みは重力で行うこともできますし、真空や加圧ガスを利用して行うこともできます。現代の多くの鋳造工場では、ロボットや自動注湯機を使って溶融金属を流し込んでいます。従来は、お玉を使って手作業で鋳型に流し込んでいました。

固化した金属部品は、鋳型から取り出されます。砂型の場合は、揺すったり回転させたりすることで取り出すことができます。こうすることで、鋳造品は砂から分離されますが、砂は溶融金属が部品に到達するまで通った通路である金属製のランナーとゲートに付着したままです。

ゲート抜きとは、鋳造品から湯口、湯道、湯口、湯頭を取り除く作業のことです。湯道、湯口、湯頭は、切断トーチ、バンドソー、またはセラミック切断刃を使用して除去できます。金属の種類や湯道の設計によっては、湯道、湯道、湯頭をハンマーや専用のノックアウト機械で鋳造品から叩き割って除去することもできます。湯頭は通常、切断方法（上記参照）で除去する必要がありますが、最近の湯頭除去方法では、湯頭のネック形状に特殊な設計を組み込んだノックアウト機械を使用し、適切な位置で湯頭を割ることができるものもあります。

鋳型内で鋳造を行う際に必要な湯口システムでは、ヘッド、ライザー、スプルー（これらをまとめてスプルーと呼ぶこともある）などの余剰金属が発生し、これは鋳型全体に注ぐのに必要な金属量の50%を超える場合があります。この余剰金属は再利用のために再溶解する必要があるため、様々な湯口設計を行う際には、特定の湯口構成における余剰金属の収率が重要な経済的考慮事項となります。これは、余剰スプルーのコスト、ひいては全体の溶解コストを最小限に抑えるためです。

熱処理とは、材料の物理的特性、場合によっては化学的特性を変化させるために使用される工業および金属加工プロセスの総称です。最も一般的な用途は冶金です。熱処理は、ガラスなど、他の多くの材料の製造にも使用されます。熱処理とは、材料の硬化や軟化などの望ましい結果を得るために、通常は極端な温度まで加熱または冷却するプロセスです。熱処理技術には、焼きなまし、表面硬化、析出強化、焼き戻し、焼入れなどがあります。「熱処理」という用語は、特性を意図的に変化させることを目的として加熱および冷却が行われるプロセスにのみ適用されますが、加熱および冷却は、熱間成形や溶接などの他の製造プロセス中に偶発的に発生することがよくあります。

湯口除去と熱処理後、鋳物に砂やその他の鋳型材が付着している場合があります。鋳型材の残留物を除去するために、表面はブラスト処理によって洗浄されます。これは、粒状のメディアを鋳物の表面に噴射し、付着した砂を機械的に叩き落とすことを意味します。メディアは圧縮空気で吹き付けるか、ショットホイールを使用して投げつけることができます。洗浄メディアは高速で鋳物表面に衝突し、鋳型材の残留物（砂、スラグなど）を鋳物表面から剥がします。鋳物表面の洗浄には、鋼、鉄、その他の金属合金、酸化アルミニウム、ガラスビーズ、クルミの殻、ベーキングパウダーなど、さまざまな材料を使用できます。ブラストメディアは、鋳物表面の色と反射率を調整するために選択されます。このプロセスを表す用語には、洗浄、ビーズブラスト、サンドブラストなどがあります。ショットピーニングは、表面をさらに加工硬化させ、仕上げるために使用できます。

鋳造工程の最終段階では、通常、部品を研削、研磨、または機械加工して、所望の寸法精度、形状、および表面仕上げを実現する。

ゲートの残りの部分（ゲートスタブと呼ばれる）の除去は、通常、グラインダーまたはサンダーを使用して行われます。これらの加工法が用いられるのは、材料除去速度が十分に遅いため、除去する材料の量を制御できるからです。これらの工程は、最終的な機械加工の前に行われます。

研削後、厳密な寸法精度が求められる面は機械加工されます。多くの鋳造品はCNCフライス盤で機械加工されます。これは、これらの加工法が多くの鋳造法よりも優れた寸法精度と再現性を備えているためです。しかし、今日では機械加工を行わずに鋳造品を使用することも珍しくありません。

鋳造工場の中には、鋳造製品を顧客に出荷する前に他のサービスを提供するところもある。腐食を防ぎ、見た目を良くするために鋳造品に塗装を施すのは一般的である。鋳造品を組み立てて完成品やサブアセンブリにする鋳造工場もある。また、複数の鋳造品や鍛造金属を溶接して完成品を作る鋳造工場もある。^{[ 3 ]}

仕上げ工程はますますロボットによって行われるようになり、人間が物理的にパーティングライン、ゲート材、またはフィーダーを研削したり破壊したりする必要がなくなりました。機械は作業員の負傷リスクを軽減し、消耗品のコストを削減すると同時に生産性を向上させることができます。また、人的ミスの可能性を制限し、研削品質の再現性を向上させます。^{[ 5 ]}