前回は型を使って形をつくる成形加工の中のうち、板金加工を紹介しました。今回は同じ成形加工の種類である鋳造と射出成形を見ていきましょう。

 これまで紹介してきた切削加工や板金加工は、材料を固体のまま加工しますが、鋳造と射出成形は材料を溶かして液状にしてから、欲しい形状の空洞を持つ型に流し込んで、冷えたら完成となります。複雑な形状でも一気に形にすることができます。材料にムダがなく、加工の効率が良いことが大きな特徴です。鋳造と射出成形の違いは溶かす材料の種類です。鋳造の材料は金属で、射出成形の材料はプラスチック(樹脂)です。

 身近にあるマンホールの蓋は鋳造で造った鋳物です。マンホールの蓋の表面には「ご当地のイラスト」が模様になっているものがありますが、これを切削加工で造るのは至難の業です。ましてや大量生産となると生産能力が大変ですが、鋳造ならお手のものです。

 一方、表面粗さは粗く、寸法精度も劣るため、機械部品などで表面の滑らかさや寸法精度が必要な場合には、鋳造後に切削加工で仕上げます。

 材料が鉄鋼材料の場合には炭素の含有量が多い鋳鉄を使います。この場合は、鋳型(いがた)を鉄鋼材料で造るわけにはいかないので、耐熱性のある砂粒を固めた砂型を使います。欲しい形状の模型を造り、これを砂型に埋め込んでから取り出せば空洞ができます。この空洞に溶けた鋳鉄を流し込み、冷えれば砂型を壊して製品を取り出します。そのため鋳型は毎回使い捨てとなります。

鋳造のノウハウとは

 鋳造のノウハウの1つは、模型の形状と寸法です。溶けた金属を「湯(ゆ)」と呼びますが、この湯が流れやすい形状や、型から抜きやすいように抜き勾配が必要になります。また、溶けた材料が固まる際には収縮するので、この収縮分を見込んだ寸法精度が必要になります。こうした深いノウハウがあるので、鋳物の設計時には鋳造メーカーとの技術に関する打ち合わせが有効です。

 他には、精密鋳造法としてシェルモールド鋳造法やロストワックス鋳造法があります。ロストワックス鋳造法は、模型を融点の低いロウで模型を造り、模型を石膏で固めたら、そのまま加熱することでロウを溶かして空洞を作ります。指輪などのアクセサリーはこの工法で造られています。

 一方、材料がアルミニウム合金や銅の場合には、鉄よりも融点が低いので鋳型を鉄鋼材料で造ることができます。すなわち、鋳型は何度でも使いまわしが可能になります。高い圧力をかけて鋳造するダイカスト鋳造法では、複雑で薄肉の形状でも寸法精度が高く、自動車部品などの大量生産品に適しています。

 材料がプラスチックの場合には射出成形といい、加熱して溶融させたプラスチックを、圧力を加えながら金型に流し込みます。身の回りの多くのプラスチック製品はこの射出成形で造られています。

 ペットボトルやシャンプーのように中空の容器を造る場合には、ブロー成形といって金型の中でチューブ状の材料を風船のように膨らませてつくります。製品がさらに大きくなると回転成形と呼ばれる工法を使い、材料を投入した金型をバーナーで加熱しながら回転させて造ります。

 次回は、「鍛えて造る」と書く鍛造と圧延加工を紹介します。

西村 仁
ジン・コンサルティング 代表、生産技術コンサルタント
西村 仁 1985年に立命館大学理工学部機械工学科卒業後、村田製作所に入社。生産技術部門で21年間、電子部品の組立装置や測定装置等の新規設備開発を担当し、村田製作所グループ全社への導入多数。製品特許、および機構特許を多数保有。生産工程設計、工程改善、社内技能講師にも従事。2006年に立命館大学大学院経営学研究科修士課程修了。 2007年に独立し、製造業およびサービス業での生産性向上支援、および技術セミナー講師として教育支援を行う。経済産業省プロジェクトメンバー、中小企業庁委員等歴任。立命館大学OIC総合研究機構客員研究員。 著書『図面の読み方がやさしくわかる本』(日本図書館協会選定図書)、『図面の描き方がやさしくわかる本』『加工材料の知識がやさしくわかる本』『機械加工の知識がやさしくわかる本』(以上、日本能率協会マネジメントセンター)、『基礎からよくわかる品質管理と品質改善のしくみ』(日本実業出版社)。