鋳造の引け巣の原因と対策｜肉厚・凝固順序・押湯の確認

引け巣は、冷却や凝固に伴う体積の減少を溶湯で補えず、鋳物に空洞が残る欠陥です。内部に空洞ができる内引けと、表面がくぼむ外引けがあります。

凝固が進む間は、まだ液体の金属が周囲から流れ込み、不足する体積を補います。周囲が先に固まって補給が途切れると、遅く固まる部分に引け巣が生じます。

鋳物にできる孔には、ガスによるものもあります。原因を調べる際は、次のような状態を観察し、製造条件と合わせて検討します。

外観や断面の観察で原因が分からない場合は、金属組織や成分などの追加調査を行います。引け巣とガスによる空洞が重なる場合もあるため、観察結果から必要な調査を選びます。

引け巣が見つかった位置を図面に示し、表面からの深さ、周囲の肉厚、押湯までの形状を確認します。加工後に見つかった場合は、鋳造した素材の形状と加工で削った範囲を使って、元の空洞位置を調べます。

厚肉部と補給が途切れる箇所を調べる

厚肉部やリブの交差部、ボスの根元は周囲より冷えにくく、最後に固まる部分になりやすい箇所です。引け巣の位置がこれらの箇所と重なるかを確認します。厚肉部以外でも、最後に固まり、溶湯の補給が不足する部分には引け巣が生じます。

押湯から欠陥部までの間に薄い部分があると、そこが先に固まり、補給の通路を塞ぐことがあります。製品の断面と鋳型内での向きを調べ、どこから固まり、どこに溶湯が残るかを検討します。

継続して作っていた製品に引け巣が増えた場合は、良品時と不良発生時の図面・方案、材料、注湯温度や注湯時間を比較します。欠陥位置と変更内容を結び付け、調べる箇所を絞ります。

押湯は、鋳物の収縮で不足する金属を補給するために設ける部分です。冷し金は、局部の冷却を速めるために鋳型へ配置する部材で、金属や黒鉛などを使います。押湯を使う鋳造方法では、製品から押湯へ向かって凝固が進み、遅く固まる箇所へ溶湯を補給できるように検討します。

押湯から製品へ補給が続く形状にする

押湯に溶湯が残っていても、製品との接続部が先に固まると、必要な箇所へ補給できません。押湯の位置・大きさと、接続部の形状、欠陥部までの距離を合わせて見直します。

冷し金を検討するときは、冷やす部分と、その結果として最後に固まる部分がどこへ移るかを確認します。押湯による補給と冷し金による冷却を組み合わせ、製品内に補給できない部分が残らない形状を考えます。

押湯を設ける位置は、補給できる範囲に加えて、鋳造後に切り離せる形状かも確認します。接続部の切断と仕上げに使う空間を、製品図と作業方法から検討します。

局部的に厚い部分や急な肉厚変化がある場合は、必要な強度や組付け寸法を保ちながら、形状を変更できるか検討します。リブの交差部やボスの根元など、厚みが集中する箇所を断面で確認してください。

検討例として、厚い取付ボスと押湯の間に薄い壁がある断面を考えます。ボスを肉抜きする案、押湯の接続位置を変える案、局部の冷却を変える案について、必要な強度と凝固の順序を比較します。薄い壁が先に固まる場合は、ボスへの補給が続く経路を検討します。

補給経路の途中が先に固まる場合には、その部分の冷え方や、押湯へつながる形状も検討します。各部の肉厚を調整するときも、溶湯が必要な箇所へ届く凝固順序を考えます。

鋳鉄では黒鉛の晶出と鋳型の条件も確認する

鋳鉄では、黒鉛が晶出するときの膨張が、金属の収縮に影響します。成分や溶湯処理、鋳型の強度、形状などが引け巣の発生に関わるため、押湯の寸法に加えて、これらの条件を良品時と比較します。

注湯温度を変える場合は、その材質と製品形状に合う温度範囲で検討します。温度を変更すると湯の流れや凝固の状態も変わるため、変更後は引け巣に加えて、湯回りやガスによる欠陥も確認します。

凝固解析では、製品や方案の形状、材料、鋳造条件を使って、固まる順序や引け巣が生じやすい箇所を予測します。実際の欠陥位置と予測結果を比較し、押湯や冷却条件を変えたときに、最終凝固位置がどう動くかを調べます。

解析の入力には、図面の版、材質、鋳型、注湯温度などを記録します。実際と異なる条件で予測した場合は、その違いを確認してから試作品の欠陥位置と比較します。

解析結果と実物を対応させるため、欠陥位置を示した断面図と、試作品の検査位置をそろえます。方案を変更した試作品について、予測した箇所に空洞が残っていないかを調べ、検査結果を解析の入力条件と比較します。

解析で良い結果が出た方案は、実際に鋳造した製品でも検査します。検査方法と合否基準は、材質、肉厚、欠陥の位置と大きさ、製品に必要な性能に合わせて決めます。

対策を試す前に、変更する形状や条件と、検査する箇所を決めます。比較する製品では検査方法と合否基準をそろえ、引け巣の位置、大きさ、発生数がどう変わったかを記録します。複数の条件を変更する場合も、各試作の変更内容を残してください。

記録例として、試作品の識別番号、変更した方案・条件、検査位置、検査方法、合否基準と結果を一つの記録へ対応させます。対策前後で調べる位置と検査条件をそろえると、空洞の残り方を比較できます。

押湯を大きくしたり接続部を変えたりすると、使う金属量や、押湯を切り離して仕上げる作業が増える場合があります。品質の改善に加えて、鋳込みに使った金属量と、切断・仕上げの作業時間を比較します。

対策後に続けて作った製品でも同じ検査を行い、改善した状態が続くかを確認します。効果を確認できた形状と鋳造条件を、図面や作業手順へ反映してください。