インベストメント鋳造の金型製作をマスターする方法

(1) 水と粉の比率

水粉体比は通常、水対インベストメントスラリー比または水対固形比として表され、鋳物粉体100g当たりに添加される水の量（ml）を示す。水粉体比は、鋳型の物理的・工程的性能を測定する重要な指標の一つであり、インベストメントスラリーの調製と鋳型造型の成否に関わる重要なパラメータであり、多面的な影響を及ぼす。第一に、鋳造用インベストメントスラリーのゲルタイムと流動性に影響する。水/粉体比が増加すると、インベストメントスラリーの流動性は著しく向上し、初期および最終凝固時間は延長される。第二に、鋳型の熱膨張率に影響する。水粉体比が大きくなると、鋳造鋳型の熱膨張率と線形変数が著しく増加する。第三に、鋳造鋳型のひび割れ傾向に影響する。水粉体比が大きくなると、鋳造鋳型のひび割れ傾向が著しく大きくなる。第四に、鋳造鋳型の強度に影響する。水粉体比が大きくなると、鋳造鋳型の常温強度と高温強度が著しく低下する。第五に、鋳造鋳型の表面品質に影響する。実験と生産実践の結果、各種類の鋳造用粉末には、水粉体比の厳密な臨界値があることが分かっている。この値を超えたり、下回ったりすると、鋳造鋳型の表面粗さに大きく影響し、それによって鋳造鋳型の表面品質に影響を及ぼし、時には2等級の品質差が生じることもある。

したがって、石膏投資スラリーを調製する際には、水と粉の比率を厳密に管理し、使用する計量器を注意深く管理し、正確な測定を行うことが不可欠である。

(2) 投資用スラリーの調製方法

投資用スラリーの調製方法には、手作業による混合と機械的混合という2つの主なカテゴリーがある。

手動混合は比較的柔軟性があり、少量のインベストメントスラリーに適している。インベストメントスラリーを調製する場合、必要な水と粉の比率に従って混合し、キャスティングパウダーと水を攪拌し、素早く行動し、インベストメントスラリーの流動性を確保するために粉の塊がなくなるまで十分に攪拌する。

インベストメントミキサーは、鋳物粉と水を混合して均一なインベストメントスラリーにする装置です。手動攪拌の代わりに使用することで、効率が向上し、混合がより均一になります。

攪拌の過程で大量のガスが混入し、インベストメントスラリー中に閉じ込められて鋳型の強度を著しく低下させ、鋳物の表面品質に影響を与える。そのため、真空抽出機を使用してインベストメントスラリーを脱気する必要がある。

現在、インベストメント・スラリー調製工程で発生する気泡を除去する方法として、主に2つの方法が存在する。一つはキャスティングパウダーに消泡剤を添加する方法である。消泡剤は発泡体中に拡散し、発泡体壁面に二重膜を形成し、発泡体の表面張力を局所的に低下させ、発泡体の自己回復効果を阻害し、発泡体を破裂させることができる。しかし、過度の消泡剤は投資用スラリーの性能に影響を与え、高粘度の石膏投資用スラリーではその効果も限定的である。第二の方法は真空脱気である。気体には液体に対する溶解度があり、それは圧力や温度などの要因に影響される。純水に対する空気の溶解度を例にとると、ある温度で圧力が下がると、水に対する空気の溶解度は連続的に低下する。一方、ある圧力で温度が上昇すると、溶解度はそれに応じて低下する。

気体は通常、気泡核の形で液体中に存在する。しかし、高粘度のスラリーでは、気泡核の凝集や成長、浮力による気泡の上昇速度が極めて遅い。そのため、気泡を液面に浮上させるためには外力に頼らざるを得ないが、真空攪拌脱気は比較的有効な方法である。真空ポンプで容器内を真空にする。図5-2に示すように、攪拌翼でインベストメントスラリーを攪拌し、インベストメントスラリー中の膨張した気泡を強制的に浮上させて脱気する。