鋳造の不良対策｜巣・湯回り不良・割れを防ぐための原因と対策

鋳造不良は現象・位置・発生条件を記録する

調査では、良品と不良品の位置・断面と製造履歴を比べ、原因の仮説と確認方法を決めます。温度や注湯、型の条件を変更した場合は、変更内容と検査結果を対応させて記録してください。

発生位置・形状・頻度を記録する

湯口からの距離、製品の上側と下側、厚肉部、加工後に現れた位置などを図面へ記録します。ロット、炉、造型時刻、注湯条件と結び付けると、工程との相関を追いやすくなります。

加工後に穴が見つかった場合の調査例

厚肉部の切削面に空洞が見つかった状況を想定します。発見した加工面と深さ、周囲の肉厚、鋳造時の上下の向きを図面に記録し、同じ部位の良品と比較します。

断面と凝固の予測が厚肉部の補給不足を示す場合は、押湯や冷し金、湯口からの補給経路を検討します。ガスの発生も候補に残り、溶湯処理と型の乾燥・排気条件を調べます。

これは調査手順の仮定例で、実製品の欠陥原因や対策効果を示すものではありません。

観察方法を欠陥の性質に合わせる

外観と断面観察に加え、用途に応じて放射線透過、超音波、浸透探傷、磁粉探傷、圧力試験などを使い分けます。検査方法ごとに、検出しやすい欠陥と検出しにくい欠陥があるため、目的と判定基準を先に決めます。

巣はガス欠陥と収縮欠陥を分けて調べる

鋳造品内部の空洞は一般に巣と呼ばれますが、ガスによるものと凝固収縮によるものでは発生しやすい位置や形状が異なります。断面の形状と発生位置、溶湯や型の条件、凝固の進み方を合わせて原因を判断します。

ガスと凝固収縮が同じ空洞の形成に関わる場合もあります。丸いか不規則かという形状は観察記録として使い、材料と製造条件の調査結果も併せて判断してください。

ガスによる空洞は溶湯と型の両側を確認する

溶湯中のガス、酸化膜の巻き込み、砂型や中子から発生するガス、排気不足などが候補です。溶解・保持時間、取鍋、注湯の乱れ、砂の水分やバインダー、ガス抜き経路を確認します。

引け巣は厚肉部と凝固順序を確認する

凝固収縮で不足する溶湯を補う方法として、押湯の配置や凝固順序を検討します。最後に固まる部分へ十分な溶湯が補給されないと、厚肉部や肉厚が集中する場所に引け巣が生じやすくなります。肉厚の均一化、フィレット、押湯、冷し金、湯口位置などを一体で見直します。

湯回り不良と湯境いは、充填中の温度低下から原因を追う

溶湯が製品の端まで届かずに欠けた状態を湯回り不良、複数の流れが合流しても十分に融合しない状態を湯境いと呼びます。薄肉部や流動距離が長い形状では注意が必要です。

注湯条件・流路・型温から湯流れを確認する

注湯温度、注湯速度、湯口断面、流動距離、型温、通気性が関係します。注湯温度を変える場合は、充填状態に加え、酸化物や鋳肌の変化も試験で確かめます。湯流れ解析の予測と実際の欠陥位置を比較し、注湯条件や流路を検討します。

薄肉と急な肉厚変化を設計側で見直す

薄肉部や細い部分では、充填の途中で凝固が進むと湯回り不良につながります。機能上必要な肉厚を確認し、肉厚変化を緩やかにして、充填しやすい方向へ形状を調整できないか検討します。

ロストワックス鋳造での公表された調査例

公的試験機関の調査では、不良位置と断面組織の観察から、少量の溶湯が先に入って凝固し、その後に入る溶湯と結合した可能性が示されました。湯流れ解析でも、先行する溶湯の進入と後からの充填が確認されています。

この事例では鋳型温度の低下が湯回り不良へ及ぼす影響は小さいと考察されています。これは調査対象のロストワックス鋳造品での結果で、ほかの材料や型、形状へ同じ原因を当てはめる説明ではありません。

割れは凝固収縮の拘束と残留応力を確認する

鋳造品の割れには、高温で凝固中に生じる割れや、冷却後の応力、型ばらし、矯正、加工で顕在化する割れがあります。どの工程で見つかったか、破面がどのような状態かが、原因を推定する手がかりになります。

加工後に割れを見つけた場合は、加工前の検査結果と、冷却・熱処理・加工の履歴を比べます。発見した時点と割れが生じた時点を分けて調査してください。

形状による拘束を減らす

肉厚差、鋭い内角、交差リブ、収縮を妨げる形状では応力が集中しやすくなります。フィレットを設け、肉厚の集中を避け、凝固と収縮を妨げない形状を検討します。

材質と冷却条件を工程側で確認する

合金成分、溶湯処理、型の強さ、冷却の偏り、型ばらし時期、熱処理条件の記録を、良品と不良品で比べます。製品形状と、冷却・型ばらし・熱処理・矯正・加工の履歴を合わせて調査してください。

介在物・砂かみ・鋳肌不良は混入経路を特定する

酸化物、スラグ、砂などが鋳物へ入ると、外観不良や強度低下、加工時の欠けにつながります。異物の種類を観察し、溶解から型ばらしまでの混入経路を追います。

鋳肌の凹凸には、砂の混入のほか、金属の砂への食い込みや焼着きなどもあります。表面の付着物と形状を観察して、調べる現象を区別します。

溶湯の清浄度と注湯の乱れを見直す

除滓、取鍋の状態、酸化膜を巻き込みにくい注湯、フィルターの使用などを検討します。注湯の途切れ、流れの乱れや大きな落差、取鍋の状態を記録し、混入した物質と発生位置を調べます。

砂型と中子の強度・塗型・乾燥を確認する

砂型の一部が崩れると砂かみが発生します。砂の配合、締め固め、抜型、補修、中子の固定、塗型、乾燥状態を工程ごとに確認します。

再発防止は判定基準と変更履歴まで管理する

「鋳造の専門用語解説」で欠陥名の意味をそろえ、鋳造の記事一覧で工程の前後関係を確認すると、設計側と製造側の会話が整理しやすくなります。対策後は、対象不良の判定結果、ほかの不良の発生、量産時に維持する条件を比べます。

一度に変える条件を絞って効果を確かめる

原因仮説、変更条件、評価方法、合否判定を事前に決めます。複数条件を変える必要がある場合は試験計画を立て、どの要因が品質へ影響したか追えるようにします。

量産で維持できる管理項目へ落とし込む

良品を得た試験の製造条件を記録し、量産時に測定する項目と管理する範囲を決めます。溶解、造型、注湯、冷却、仕上げの管理値、点検頻度、異常時の処置を標準化します。

• 不良位置と判定基準を図面・写真で共有する
• 原因仮説と確認結果を対策書へ残す
• 条件変更前後の品質と生産性を比較する
• 量産の立ち上げ期間が終わったあとも、定期的に傾向を確認する