鋳造技術資料
砂型鋳造の公差
寸法の公差 (各国ごとの標準鋳造公差表。参照リンク-日本jis B 0403-)
鋳物で生産される部品に寸法及び公差を指定するには仕上げ部品の機能的な要求事項及び完成部品の生産の際、加工許容誤差、草案と同様の生産要求事項に関する許容値を考慮する必要がある。
鋳鋼品に関する許容値と鋳鋼品としての部品生産に対する公差考慮事項は下表を参照。又許容誤差に関する協議の為、一連の許容誤差等級が導入された。(普通CT 12又はCT13基準である。)
| Raw Casting Basic Dimensions (㎜) |
Total Casting Tolerance (㎜) | ||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Over | Up to & including |
Casting Tolerance Grade CT | |||||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | ||
|
- 10 16 |
10 16 25 |
0.09 0.10 0.11 |
0.13 0.14 0.15 |
0.18 0.20 0.22 |
0.26 0.28 0.30 |
0.36 0.38 0.42 |
0.52 0.54 0.58 |
0.74 0.78 0.82 |
1.0 1.1 1.2 |
2.0 1.6 1.7 |
2.0 2.2 2.4 |
2.8 3.0 3.2 |
4.2 4.4 4.6 |
- - 6.0 |
- - 8.0 |
- - 10.0 |
- - 12.0 |
|
25 40 63 |
40 63 100 |
0.12 0.13 0.14 |
0.17 0.18 0.20 |
0.24 0.26 0.28 |
0.32 0.36 0.40 |
0.46 0.50 0.56 |
0.64 0.70 0.78 |
0.9 1.0 0.1 |
1.3 1.4 1.6 |
1.8 2.0 2.2 |
2.6 2.8 3.2 |
3.6 4.0 4.4 |
5.0 5.6 6.0 |
7.0 8.0 9.0 |
9.0 10.0 11.0 |
11.0 12.0 14.0 |
14.0 16.0 18.0 |
|
100 160 250 |
160 250 400 |
0.15 - - |
0.22 0.24 - |
0.30 0.34 0.40 |
0.44 0.50 0.56 |
0.62 0.70 0.78 |
0.88 1.0 1.1 |
1.2 1.4 1.6 |
1.8 2.0 2.2 |
2.5 2.8 3.2 |
3.6 4.0 4.4 |
5.0 5.6 6.2 |
7.0 8.0 9.0 |
10.0 11.0 12.0 |
12.0 14.0 16.0 |
16.0 18.0 20.0 |
20.0 22.0 25.0 |
|
400 630 1000 |
630 1000 1600 |
- - - |
- - - |
- - - |
0.64 - - |
0.90 1.0 - |
1.2 1.4 1.6 |
1.8 2.0 2.2 |
2.6 2.8 3.2 |
3.6 4.0 4.6 |
5.0 6.0 7.0 |
7.0 8.0 9.0 |
10.0 11.0 13.0 |
14.0 16.0 18.0 |
18.0 20.0 23.0 |
22.0 25.0 29.0 |
28.0 32.0 37.0 |
|
1600 2500 4000 6300 |
2500 4000 6300 10000 |
- - - - |
- - - - |
- - - - |
- - - - |
- - - - |
- - - - |
2.6 - - - |
3.8 4.0 - - |
5.4 6.2 7.0 - |
8.0 9.0 10.0 11.0 |
10.0 12.0 14.0 16.0 |
15.0 17.0 20.0 23.0 |
21.0 24.0 28.0 32.0 |
26.0 30.0 35.0 40.0 |
33.0 38.0 44.0 50.0 |
42.0 49.0 56.0 64.0 |
Source: SFSA 2000 steel casting tolerance
| Conditions | Select Tolerance Grades |
|---|---|
| All sand molding process fully capable, most appropriate for large castings |
CT 12 ~ 14 |
| Appropriable for most casting types and sand molding processes |
CT 10 ~ 12 |
| Within process capabilities, but not appropriate for all casting types and sand molding processes |
CT 8 ~ 10 |
| Investment Casting | CT 5 ~ 7 |
| Conditions | Select Tolerance Grades |
|---|---|
| All sand molding process fully capable, most appropriate for large castings |
CT 13 ~ 15 |
| Appropriable for most casting types and sand molding processes |
CT 11 ~ 13 |
| Within process capabilities, but not appropriate for all casting types and sand molding processes |
CT 9 ~ 11 |
抜き勾配 (Draft, Taper Allowance)
定義 : パタンの全ての垂直面から鋳型の面を損傷せず、砂の鋳型より除去できるよう許容すべきの角度のこと。
抜き角度は鋳造のサイズ、生産方法及び成型方法(手作業又は機械作業)によって相違する。
機械による成型の場合、最小限の公差が要る。
手作業の砂の造型の内部表面は一般的に外部表面より公差値が高くなる。
正常条件にてお勧めの角度はft当たり約3/16 in (約 1.5°)
抜き角度は鋳造品を生産する鋳造技術者と協議しなければならない主なる案件である。
| Molding Process | Typical Draft (Taper) Angles | |
|---|---|---|
| Most Features | Deep Pockets | |
| Green Sand - Manual | 1.5° | 2.0° |
| Green Sand - Automated | 1.0° | 1.5° |
| No-bake & Shell Molding | 1.0° | 1.5° |
抜き勾配 (Draft, Taper Allowance)
加工する鋳造品は加工が要る全ての表面に十分な金属厚みが必要である。これを加工余裕と言う。
一般的に加工余裕は鋳造のサイズ、形、加工表面、鋼の硬度、鋳造表面の荒い程度、ひずみ傾向及び加工の際使用する工具のタイプごとに相違する。
鉄鋼鋳造に対する標準仕上げ公差は各鋳造品ごとに相違する為、公式化しにくい。
特定の鋳造に許容される許容値を他の製品に一般化することは出来ない。
一般的に加工余裕は上記表の条件の変化によって3/16 inから3/4 inまで様々である。加工公差は鋳物を提供する鋳造技術者と協議の上決めるべきの事である。
| Largest Dimension(㎜) |
Required Machining Allowance (㎜) Note. A minimum of 6mm RMA required on all cope casting surfaces |
||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Over | Up to & including |
Required machining allowance grade | |||||
| E | F | G | H | J | K | ||
| - | 40 | 0.4 | 0.5 | 0.5 | 0.7 | 1.0 | 1.4 |
| 40 | 63 | 0.4 | 0.5 | 0.7 | 1.0 | 1.4 | 2.0 |
| 63 | 100 | 0.7 | 1.0 | 1.4 | 2.0 | 2.8 | 4.0 |
| 100 | 160 | 1.1 | 1.5 | 2.2 | 3.0 | 4.0 | 6.0 |
| 160 | 250 | 1.4 | 2.0 | 2.8 | 4.0 | 5.5 | 8.0 |
| 250 | 400 | 1.8 | 2.5 | 3.5 | 5.0 | 7.0 | 10.0 |
| 400 | 630 | 1.8 | 2.5 | 3.5 | 5.0 | 7.0 | 10.0 |
| 630 | 1000 | 2.5 | 3.5 | 5.0 | 7.0 | 10.0 | 14.0 |
| 1000 | 1600 | 2.8 | 4.0 | 5.5 | 8.0 | 11.0 | 16.0 |
| 1600 | 2500 | 3.2 | 4.5 | 6.0 | 9.0 | 13.0 | 18.0 |
| 2500 | 4000 | 3.5 | 4.5 | 6.0 | 9.0 | 13.0 | 18.0 |
| 4000 | 6300 | 4.0 | 5.5 | 8.0 | 11.0 | 16.0 | 22.0 |
| 6300 | 10000 | 4.5 | 6.0 | 9.0 | 12.0 | 17.0 | 24.0 |
|
Sand casting, hand molded → use grade G-K Sand casting, machine molded(and shell) → use grade F-H Investment casting → use grade E |
|||||||
寸法公差に影響を与える条件
寸法公差は特定部分に指定された寸法にて製造された部品の許容偏差である。許容可能な許容公差のサイズは下段の条件にて相違する。
- 1)一つの木型/金型にて何個の鋳造品が生産できるのか、又は大量生産の可否。
- 2)鋳造のデザイン及び寸法のタイプ。
- 3)上型·下型の木型/金型、中子生産に使用されるパターン及びコアボックス装備の寿命。
- 4)上型·下型の木型/金型、中子生産に使用される工程
- 5)鋳造の重さ及び寸法·長さ
- 6)鋳造物のグライディング及び検査作業の一環として寸法の調整/変更の可否。(許可公差に関して厳しい程度に関する事)
鋳造品のデザイン及びコア
鋳物の設計、多数の中子による鋳造品の形状の複雑性は許容公差を決める時、顧慮すべきの事項である。
中子寸法の正確度及び精密度は完成品の内径のサイズ、寸法、形及び周辺金属の圧力による曲がる事, 垂れ下がる事、破壊などに強い中子を作る能力によって左右される。
パティングラインに関する問題
鋳造木型/金型の場合、上型·下型中子などのパティングラインの設定により加工余裕、抜く勾配、鋳造公差など、全般的な部分にて完成鋳造品に影響を与えられる。
鋳造専門家とお問い合わせをする必要である。/p>
木型/金型及び中子木型/金型(パターン)
鋳造の寸法と設計の寸法の適合性は鋳造品の製造の際、使用されたパターンの種類により相違する。パターン(木型/金型)にて作られたモールド内の鋳造品の収縮を顧慮する寸法にて製作しなければならない為、一番重要である。
又、同様のパターンでも他の鋳造メーカーにて生産する場合、当該鋳物の公差は異なるケースが多い。
特定鋳造物を作る為、選ばれた鋳造メーカーは鋳物の収縮を顧慮の上、パターンに関し協議する事をお勧めする。(不良及び再作業の原因になる場合が多い為)
パターンの素材を選ぶ際、パターンの寿命も顧慮すべきである。
鋳造品を大量生産する場合、磨耗によるパターンの寸法変化は金属パターンより木材パターンの方が頻繁に生じる。
(金型 < アルミ < 樹脂 < 木型 < スチロール)
| Loose wood pattern Pine pattern, mounted on cope and drag boards Hard wood pattern, mounted on cope and drag boards Plastic pattern, mounted on cope and drag boards Metal pattern, mounted on cope and drag boards Metal Matchplate |
Greatest variation
 |
Lowest Cost
 |
Source: SFSA 2000 steel casting tolerance
完成鋳造品の材質によるパターンと鋳造品の公差：材質ごとの固有の密度/比重を持ってるため、金属の凝固及び冷却による収縮を顧慮する必要がある。中子が入るサイズの大きい鋳造品の場合、中子の硬化により金属の収縮を邪魔する事によって寸法の誤差及び不良が生じる場合もある。
モールディング成型工程(造型)
多数の鋳造品にて公差範囲を決める主なる一つの要素はモールド成型工程及び生産技術である。
モールド成型装備は寸法許容誤差機能にも影響を与える。例えば、高圧サンドモールディングは一般の造型より硬いモールドを生成する事により、もっと厳しい公差管理が可能である。 一般砂型
- 一般砂型鋳造
- 高圧砂型鋳造
- Shell Mould Process
- Lost Wax
< 右側に行くほど寸法の精密度が高い >
鋳造の重量及び寸法の長さ公差
鋳造の重量は寸法変化に重要な影響を与える。
鋳造の重量と寸法の長さは非線形方式にて寸法の公差に相対的な工程能力に影響を与える。溶融金属の密度によって収縮が異なる事によって寸法の不良が生じる場合もある。
材実のよる収縮率(長さ方向、距離、直進性、平坦度、中子の有無、リブなどの有無によって異なる。)
- 1)一般ステインレス : 24~26/1000
- 2)一般鋳鋼 : 18~20/1000
- 3)マンガン鋼 : 25~30/1000
|
Machine Molded Castings Hand Molded Castings All Other Castings |
±5% of average casting mass1 ±7% of average casting mass2 < +15% of calculated casting mass2 |
Source: SFSA 2000 steel casting tolerance
- 4)実物鋳造品の場合グラインディング製品の微細な厚みの差などによって5~7%まで差が生じる可能性がある。古い木型(磨耗や変形など)を使用すると、その偏差はもっと大きくなる。初度品の場合最小5個のサンプリングを実施の上、重さを確定する必要がある。
- 5)Calculated casting weightの場合、鋳造公差、加工公差、パターン公差などが含まれてる。±15%までの公差が発生する事もある。
平坦度(直進度)の誤差 (Flatness Tolerance)
Hand molding 6 to 8
Sand cast machine molding and shell molding 5 to 7
Investment casting 4 to 6
| Raw Casting Nominal Length of the Feature(㎜) |
Total Geometrical Tolerance (㎜¹) *for reference |
|||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Over | Up to & including |
Casting Geometrical Tolerance Grade (CTG) | ||||
| 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||
| 10 | 30 | 0.27 | 0.4 | 0.6 | 0.9 | 1.4 |
| 30 | 100 | 0.4 | 0.6 | 0.9 | 1.4 | 2.0 |
| 100 | 300 | 0.6 | 0.9 | 1.4 | 2.0 | 3.0 |
| 300 | 1000 | 0.9 | 1.4 | 2.0 | 3.0 | 4.6 |
| 1000 | 3000 | 1.4 | 2.0 | 3.0 | 4.6 | 6.8 |
| 3000 | 10000 | - | 3.0 | 4.6 | 6.8 | 10 |
| 10000 | - | - | 4.6 | 6.8 | 10 | 15 |
| 1) When a value is outside the table, individual tolerances shall be indicated. | ||||||
Source: SFSA 2000 steel casting tolerance
測定及び寸法のアップグレード
鋳物の表面の寸法に対する許容誤差は生産者と消費者との間に前以て取決めが必要な案件である。
しかし寸法のミスを防ぐため、特定公差は生産工法と併せて考慮する必要がある。
生産公法上の能力より厳しい公差の場合、鋳造品の寸法管理のため追加加工が必要なケースもある。
熱処理後の鋳造品の公差
熱処理された鋳造品の場合、高温の熱処理による曲がる事, 垂れ下がる事、押される事又は形状の複雑さによって変形が発生する場合もある。
上述の問題を解決するためには製品の特性に合う熱処理ジグが要る。機械加工済みの鋳造品の場合、熱処理の際、加工部分の精密な寸法変形は避け難い事である。
| Casting Requirements | Green Sand | Chemically Bonded | Shell | Investment |
|---|---|---|---|---|
| Surface Smoothness(表面調度)) | Fair | Good | Good | Excellent |
| Minimum Metal Section[mm (in)] | 6 (0.25) | 5 (0.19) | 4 (0.16) | 2 (0.06) |
| Total (6σ) Tolerance for a 100mm (4 in) Features[mm (in)] | 3.4 (0.13) | 2.5 (0.10) | 1.7 (0.07) | 0.8 (0.03) |
| Added Total Tolerance[mm (in), across a parting face] | 3 (0.12) | 4 (0.16) | 2 (0.06) | No Parting |
| Intricacy(複雑形状適用) | Fair | Good | Very Good | Excellent |
| General Machine Finish Allowances**(一般的加工余裕)[mm (in)] | 6 (0.25) | Most 5 (0.19) | 2 (0.06) | Least 0.5 (0.02) |
| Nomal Pattern Costs | 100% | 80% | 250% | 175% |
| Lead Time(パターン製作込みの場合) | 18 weeks | 12 weeks | 20 weeks | 22 weeks |
| Lead Time(パターン提供の場合) | 6 weeks | 6 weeks | 6 weeks | 8 weeks |
|
Values are presented for comparison only and should not be used directly as design tolerances on drawings, or for pattern procurement. 弊社の場合、インハウス パターン製作基準にて3日～2週間かかる。初度品の方は5日～3週間かかる。 |
||||
References
- (1)Steel Casting Handbook, 5th Edition, SFSA (1980).
- (2)Karve, A., J. Chandra, and R. Voigt, "Determining Dimensional Capabilities from Short Run Sample Casting Inspection", AFS Transactions (1998).
